JP6481642B2

JP6481642B2 - ロータの製造方法

Info

Publication number: JP6481642B2
Application number: JP2016041326A
Authority: JP
Inventors: 敬右金田; 智笠舞; 一昭芳賀
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-03-03
Filing date: 2016-03-03
Publication date: 2019-03-13
Anticipated expiration: 2036-03-03
Also published as: JP2017158367A

Description

本発明は、モータを構成するロータの製造方法に関するものである。

ブラシレスDCモータをはじめとする各種のモータを永久磁石の配設態様で分類した場合に、ロータコアに開設されたスロット内に永久磁石が配設された埋め込み磁石型モータ（IPMモータ）と、ロータコアの側面外周に筒状もしくは複数の円弧断面片の永久磁石が配設された表面磁石型モータ（SPMモータ）が存在しており、例えば、ハイブリット自動車や電気自動車用の駆動用モータとして、これらIPMモータ等が適用されている。

近時のハイブリッド自動車や電気自動車で使用される駆動用モータに関して言えば、モータの出力性能アップが追求されている中でたとえばその回転数や極数の増加が図られており、この回転数の増加等によって磁石に作用する磁界の変動率が大きくなり、その結果として渦電流が発生し易く、モータの損失増加に繋がるといった課題が生じている。

磁石に生じ得る渦電流を低減する方策として、磁石を複数に割断して割断磁石を製作し、割断磁石をロータに開設されたスロットに挿入して固定することにより、磁石において磁界が通過する面積を可及的に少なくして渦電流を低減する技術が適用されている。

ところで、ネオジム磁石（Nd-Fe-B系磁石）をはじめとする磁石（永久磁石）の保磁力性能を向上させるために、保磁力性能の高いDy、Tbといった重希土類元素やNd-Cu合金、Nd-Al合金等の遷移金属元素と希土類元素（もしくは軽希土類元素）からなる改質合金を磁石の表面から粒界相を介して拡散浸透させて保磁力を高める措置が講じられている。

上記する割断磁石を製作する前の割断前磁石に対して改質合金の拡散浸透をおこない、改質合金の拡散浸透後に割断をおこなって割断磁石を製作する場合、割断面付近には改質合金が十分に拡散浸透し難いことから、保磁力に大きな分布のある割断磁石が製作されてしまう。

そこで、特許文献１には、永久磁石母材に対して切欠部を形成し、Dy等を拡散浸透させた後に切欠部に沿って割断する割断形成永久磁石の製造方法が開示されている。

特開２０１４−１７９５６号公報

特許文献１に記載の製造方法によれば、切欠部に沿ってDy等が拡散浸透することから、割断面付近にも改質合金を十分に拡散浸透させることができる。

しかしながら、製作された割断形成永久磁石をロータのスロット内に挿入し、モールド樹脂にて磁石の固定を図るに当たり、モールド樹脂がスロットの壁面と磁石の間に十分に入り込むか否かは定かでない。

本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、改質合金にて保磁力が高められた割断磁石がスロットに挿入固定されるロータの製造方法に関し、保磁力分布が可及的に少ない割断磁石とスロットの間にモールド樹脂を十分に注入でき、もってスロット内において割断磁石が強固に固定されているロータを製造することのできるロータの製造方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成すべく、本発明によるロータの製造方法は、直方体状の磁石に対し、ロータに開設されたスロット内への磁石挿入方向に沿ってスリットを少なくとも三つ設けた後、磁石の保磁力を高める改質合金を該磁石に拡散浸透させ、各割断磁石が少なくとも一本のスリットを有するように割断用スリットを選択し、各割断用スリットに沿って磁石を割断して少なくとも二つの割断磁石を製作する第１のステップ、ロータに開設されたスロットに前記割断磁石の少なくとも一つを挿入し、モールド樹脂をスロットに注入して該割断磁石をスロット内に固定してロータを製造する第２のステップ、からなるものである。

本発明のロータの製造方法は、直方体状の磁石に対し、ロータに開設されたスロット内への磁石挿入方向に沿ってスリットを少なくとも三つ設けた後に磁石の保磁力を高める改質合金を拡散浸透させ、任意の割断用スリットに沿って磁石を割断することで、一つのスリットを備えている少なくとも二つの割断磁石を製作する点に特徴を有するものである。

まず、磁石に対して少なくとも三つのスリットを設け、磁石にスリットを設けた後に磁石の保磁力を高める改質合金を拡散浸透させることで、スリットを介して磁石内に改質合金を拡散浸透させることができるため、製作される割断磁石の保磁力分布は可及的に少なくなる。

特に、スリットが直方体状の磁石に対し、スリットがスロット内への磁石挿入方向に沿って延びていることから、該スリットを介して改質合金が磁石内に十分に拡散浸透される。

次に、各割断磁石が少なくとも一本のスリットを有するように割断用スリットを選択し、割断用スリットに沿って磁石を割断して少なくとも二つの割断磁石を製作することで、各割断磁石はスロット内への磁石挿入方向に沿って延びているスリットを有することになる。

この割断磁石をロータに開設されたスロットに挿入し、スロット内にモールド樹脂を注入すると、スロット内への磁石挿入方向に沿って延びているスリットに沿ってモールド樹脂が流れ、割断磁石とスロットの壁面の間の四つの隙間に十分に（可及的均等に）行き渡ることができる。その結果、割断磁石の四つの側面と各側面に対応するスロットの壁面の間にモールド樹脂が注入され、モールド樹脂が硬化することで割断磁石をスロット内に強固に固定することが可能になる。

ここで、「ロータに開設されたスロットに前記割断磁石の少なくとも一つを挿入し」とは、一つのスロットに対して一つの割断磁石を挿入する形態や、一つのスロットに対して二つの割断磁石を挿入する形態などを含む意味である。

割断磁石の四つの側面（残りの二つの平面はスロットと対向しない二つの端面となる）と各側面に対応したスロットの壁面の間にモールド樹脂が十分に入り込んでいることから、上記する割断磁石の強固なスロット内固定に加えて、割断磁石とスロットの壁面とが接触し、この接触によって渦電流損失が増大するといった課題も効果的に解消される。

以上の説明から理解できるように、本発明のロータの製造方法によれば、直方体状の磁石に対し、スロット内への磁石挿入方向に沿って延びているスリットを少なくとも三つ設けた後に磁石の保磁力を高める改質合金を拡散浸透させ、任意の割断用スリットに沿って磁石を割断して割断磁石を製作し、これをスロットに挿入してモールド樹脂で固定したことにより、保磁力分布の可及的に少ない割断磁石をスロット内に強固に挿入固定することができる。

本発明のロータの製造方法の第１のステップを説明した模式図である。図１に続いて第１のステップを説明した模式図である。図２に続いて第１のステップを説明した模式図である。ロータの製造方法の第２のステップを説明した模式図である。図４のV−V矢視図である。

以下、図面を参照して本発明のロータの製造方法の実施の形態を説明する。なお、図示例は、直方体形状の磁石に対してその四つの側面に連続する三つのスリットを設け、中央のスリットを割断用スリットとして割断する形態であるが、スリットが四つの側面に連続するものでなく、スロット内への磁石挿入方向に沿って延びている少なくとも一本のスリットが直方体形状の磁石に対して少なくとも三つ設けられ、各割断磁石が少なくとも一本のスリットを有するように任意のスリットを割断用スリットとして選択し、この割断用スリットにて磁石を割断するその他の形態であってもよい。

（ロータの製造方法の実施の形態）
図１〜４は順に本発明のロータの製造方法を説明したフロー図である。詳細には、図１〜３は順にロータの製造方法の第１のステップを説明した模式図であり、図４はロータの製造方法の第２のステップを説明した模式図であり、図５は図４のV−V矢視図である。

図１で示すように、六つの平面（四つの側面１１，１２，１３，１４と二つの端面１５，１６）を有する直方体状の磁石１０に対し、均等な間隔で三本のスリット１７，１８，１９を形成する。

各スリット１７，１８，１９はいずれも、二つの幅広の側面１１，１２と二つの端面１５，１６に亘って連続する環状のスリットである。

磁石はたとえばNd-Fe-B系磁石（ネオジム磁石）であり、磁性粉末を焼結して焼結体とし、この焼結体に磁気的異方性を付与する熱間塑性加工等が施されて製作されたものである。

なお、図示例の磁石１０は、中央のスリット１８の左右側に各一本ずつのスリット１７，１９が設けられた形態であるが、後述するように、中央のスリット１８は割断起点となるスリットであり、左右のスリット１７，１９は形成される割断磁石に残されるスリットであり、これらのスリット１７，１９の他に別途のスリットが形成されている形態であってもよい。

磁石１０に対するスリット１７，１８，１９の形成方法は、不図示の切断機のシャフトに各スリット形成用の切断刃を設けておき（本形態では三つの切断刃を設けておく）、磁石１０の各スリット形成面に切断刃を接触させ、シャフトを回転させる工程を４つの形成面に順次実施することにより、各スリット形成面に連続したスリット１７，１８，１９を形成する方法を挙げることができる。また、その他、放電ワイヤー加工法などによってもスリット１７，１８，１９を形成することができる。

次に、図２で示すように、図１で示す磁石１０の表面から改質合金を拡散浸透させることにより、改質合金が拡散浸透された改質磁石２０を製作する。

ここで、改質合金としては、DyやTbといった重希土類元素とCu、Mn、In、Zn、Al、Ag、Ga、Feなどの遷移金属元素からなる合金や、遷移金属元素と軽希土類元素からなる合金を挙げることができる。この改質合金としては、合金の共晶点が450℃〜700℃と低温の改質合金が挙げられ、たとえば、Nd-Cu合金（共晶点520℃）、Pr-Cu合金（共晶点480℃）、Nd-Pr-Cu合金、Nd-Al合金（共晶点640℃）、Pr-Al合金（650℃）、Nd-Pr-Al合金、Nd-Co合金（共晶点566℃）、Pr-Co合金（共晶点540℃）、Nd-Pr-Co合金のいずれか一種を適用するのがよく、中でも580℃以下と低温のNd-Cu合金（共晶点520℃）、Pr-Cu合金（共晶点480℃）、Nd-Co合金（共晶点566℃）、Pr-Co合金（共晶点540℃）などを挙げることができる。磁石１０が結晶粒径300nm以下程度のナノ結晶磁石の場合には、このように低融点の改質合金を拡散浸透させることで、結晶粒の粗大化を抑制できることから好ましい。

改質磁石２０では、その全体表面から改質合金が粒界相内に拡散浸透することの他に、三本のスリット１７，１８，１９を介して改質合金が拡散浸透することから、改質合金の拡散浸透にて高められる保磁力性能の分布が可及的に少ない改質磁石２０を製作することができる。なお、仮にスリットがない磁石に改質合金を拡散浸透させた後、磁石をその途中位置で割断する方法では、割断付近の保磁力は他の部位に比して小さくなり（改質合金の拡散浸透量が少ないため）、保磁力分布のある割断磁石となってしまう。

次に、図２で示す改質磁石２０をその中央にあるスリット１８で割断することにより、図３で示すように二つの割断磁石３０が製作される（以上、第１のステップ）。

次に、図４で示すように、製作された割断磁石３０をロータ４０のスロット４１に挿入する。なお、図示例は図３で製作された二つの割断磁石３０の一方をスロット４１に挿入する形態を示しているが、製作された２つの割断磁石３０を双方の割断面で接触させながらスロット４１に挿入する形態であってもよい。

ここで、ロータ４０は磁極数に応じたスロットが開設された電磁鋼板が所定高さまで積層され、積層された複数枚の電磁鋼板がかしめ等で固定されたものである。なお、図示例のスロット４１は、平面視矩形のスロット４１の長手方向がロータ４０の周方向に沿うように配設され、一つのスロット４１（およびそこに挿入される割断磁石３０）が一つの磁極を形成する形態であるが、平面視略Ｖの字状のスロットにそれぞれ割断磁石が挿入され、二つの割断磁石で一つの磁極を形成する形態などであってもよいことは勿論のことである。

スロット４１に割断磁石３０が挿入されたら、図４、５で示すように磁石固定用のモールド樹脂をスロット４１に注入する。

スロット４１内に注入されたモールド樹脂は、図４で示すようにスロット４１の四つの壁面と割断磁石３０の四つの側面の間に広がっていく。

特に、割断磁石３０がその中央に連続したスリット１７を備えていることで、スロット４１のたとえばロータ中央側から中央のスリット１７を介してロータ外周側へモールド樹脂が流れることができ（Ｘ方向）、モールド樹脂がスロット４１の各平面と割断磁石３０の各側面の間に万遍なく広がりながら注入される。

さらに、図５で示すように、中央のスリット１７に沿ってモールド樹脂が割断磁石３０の上方から下方へ流れ（Ｙ１方向）、この流れの過程で割断磁石３０の側面とスロット４１の壁面の間に広がっていく（Ｙ２方向）。

このように、割断磁石３０の四つの側面と各側面に対応したスロット４１の壁面の間にモールド樹脂が万遍なく広がりながら十分に入り込んでいくことから、モールド樹脂が硬化することにより、割断磁石３０の強固なスロット内固定を図ることができる。

また、このようにモールド樹脂が割断磁石３０の各側面の全域に広がりながら硬化することで、割断磁石３０とスロット４１の壁面との接触が解消され、双方が接触することによって渦電流損失が増大するといったことも生じ得ない。

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

１０…磁石、１１，１２，１３，１４…側面、１５，１６…端面、１７，１８，１９…スリット、２０…改質磁石（改質合金が拡散浸透された磁石）、３０…割断磁石、４０…ロータ、４１…スロット

Claims

モータを構成するロータの製造方法であって、
直方体状の磁石に対し、ロータに開設されたスロット内への磁石挿入方向に沿ってスリットを少なくとも三つ設けた後、磁石の保磁力を高める改質合金を該磁石に拡散浸透させ、各割断磁石が少なくとも一本のスリットを有するように割断用スリットを選択し、各割断用スリットに沿って磁石を割断して少なくとも二つの割断磁石を製作する第１のステップ、
ロータに開設されたスロットに前記割断磁石の少なくとも一つを挿入し、モールド樹脂をスロットに注入して該割断磁石をスロット内に固定してロータを製造する第２のステップ、からなるロータの製造方法。