JP6567177B2 - Ｉｐｍモータのロータ、ｉｐｍモータ、及びｉｐｍモータのロータの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、永久磁石埋め込み型モータのロータ、永久磁石埋め込み型モータ、及び永久磁石埋め込み型モータのロータの製造方法に関し、特に、ロータへのセンサーマグネットの取り付け構造に関するものである。

従来、ロータコアに永久磁石が埋め込まれたロータを有する永久磁石埋め込み型モータが知られている。なお、以下では、永久磁石埋め込み型モータをＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）モータと称する。ＩＰＭモータは、コイルと永久磁石との吸引力及び反発力に起因するマグネットトルクに加えて、リラクタンストルクを得ることができる。このため、ＩＰＭモータは、永久磁石をロータの外周面に貼着して構成される表面磁石型モータに比べて、高トルクかつ高効率である。ＩＰＭモータのロータコアに埋め込まれる永久磁石としては、希土類磁石、フェライト磁石及びアルニコ磁石等の焼結磁石が一般に用いられている。

一般的なＩＰＭモータは、ロータに円環状のセンサーマグネットを備え、該センサーマグネットの磁力をホールセンサー（ホール素子）で検出することにより、ロータの回転位置を検出する。上記センサーマグネットは、例えば、ロータコアの一端に樹脂封止されることにより、ロータコアに固定されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−２２８７３６号公報

ロータコアの一端にセンサーマグネットを樹脂封止し、センサーマグネットをロータコアに固定する場合、ロータコア及びセンサーマグネットを金型内に配置し、ロータコア及びセンサーマグネットと金型との間に液状樹脂を流し込み、該樹脂を硬化させる。この際、従来のＩＰＭモータは、センサーマグネットが金型内を流れる液状樹脂に対して壁となり、金型内における液状樹脂の流動性が悪化してしまうという課題があった。

本発明は、上述の課題を解決するものであり、樹脂封止によってセンサーマグネットをロータコアに固定する際、金型内において液状樹脂の流動性を向上させることができるＩＰＭモータのロータ、当該ロータを備えたＩＰＭモータ、及び当該ロータの製造方法を得ることを目的とする。

本発明に係るＩＰＭモータのロータは、ロータコアと、該ロータコアに埋め込まれている永久磁石と、前記ロータコアの一端に設けられ、樹脂に覆われて前記ロータコアに固定されているセンサーマグネットと、を備え、前記センサーマグネットは、円環状の基部と、該基部における前記ロータコアと対向する側の面である第１面から該ロータコアに向かって突出している複数の突部と、を有し、複数の前記突部は、内周側にテーパ部が形成され、前記第１面に間隔を空けて配置されているものである。

また、本発明に係るＩＰＭモータは、本発明に係るＩＰＭモータのロータと、規定間隔を空けて前記ロータの外周側を覆うように配置されたステータと、を備えたものである。

また、本発明に係るＩＰＭモータのロータの製造方法は、注入口が形成された金型内に前記ロータコア及び前記永久磁石を配置し、前記注入口から液状の樹脂を注入した後、該樹脂を硬化させ、前記ロータコアの一端に前記永久磁石を樹脂封止して、前記ロータコアに前記永久磁石を固定するものである。

本発明においては、上述のような形状にセンサーマグネットを構成しているので、樹脂封止によってセンサーマグネットをロータコアに固定する際、金型内において液状樹脂の流動性を向上させることができる。

本発明の実施の形態に係るＩＰＭモータを示す断面模式図である。 本発明の実施の形態に係るＩＰＭモータのセンサーマグネットを示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係るＩＰＭモータのロータコアを示す斜視図である。 ロータコアにセンサーマグネットを取り付けた状態を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係るロータを金型内に配置し、液状樹脂を注入している状態を示す断面模式図であり、センサーマグネットの凹部位置においてロータの中心軸方向に切断した断面模式図である。 図５のＱ部拡大図である。 本発明の実施の形態に係るロータを金型内に配置し、液状樹脂を注入している状態を示す断面模式図であり、センサーマグネットの突部位置においてロータの中心軸方向に切断した断面模式図である。 図７のＰ部拡大図である。 本発明の実施の形態に係るロータの硬化後の樹脂形状を示す斜視図である。

実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態に係るＩＰＭモータを示す断面模式図である。なお、図１及び後述の断面模式図では、各構成の形状の認識を容易にするため、断面で示される構成のうち、一部の構成部材（永久磁石１４、樹脂３０、金型５０）のみにハッチングを施している。
本実施の形態に係るＩＰＭモータ１００は、ロータ１０、及び、規定間隔を空けてロータ１０の外周側を覆うように配置されたステータ１を備えている。

ステータ１は、例えば複数の電磁鋼板を積層して形成されたステータコアと、該ステータコアのティースに巻かれたコイルと、を備えている。ステータ１は、その中心部に、中心軸方向に貫通した貫通孔が形成されている。そして、ステータ１の該貫通孔には、外観通孔の内周面と規定の間隔を空けて、回転自在にロータ１０が配置されている。

ロータ１０は、略円筒形状のロータコア１１と、ロータコア１１に埋め込まれている永久磁石１４と、を備えている。ロータコア１１は、その中心部に、中心軸方向に貫通した貫通孔が形成されている。そして、ステータ１の該貫通孔には、例えば圧入等により、回転軸４１が取り付けられている。すなわち、ステータ１のコイルに電流を流すことによってステータ１に発生する回転磁界により、ロータコア１１と共に回転軸４１が回転する構成となっている。

また、本実施の形態に係るロータ１０は、ロータコア１１の一端（図１では上端）に、センサーマグネット２０を備えている。すなわち、本実施の形態に係るＩＰＭモータ１００は、センサーマグネット２０の磁力をホールセンサー４２（ホール素子）で検出することにより、ロータ１０の回転位置を検出することができる構成となっている。
なお、ホールセンサー４２及び回転軸４１は、ＩＰＭモータ１００の構成としてもよいし、ＩＰＭモータ１００が搭載される機器の構成としてもよい。

図２は、本発明の実施の形態に係るＩＰＭモータのセンサーマグネットを示す斜視図である。図３は、本発明の実施の形態に係るＩＰＭモータのロータコアを示す斜視図である。また、図４は、本発明の実施の形態に係るＩＰＭモータにおいて、ロータコアにセンサーマグネットを取り付けた状態を示す斜視図である。なお、図２は、ロータコア１１側から見たセンサーマグネット２０を示す斜視図である。
以下、これら図２〜図４、及び上述の図１に基づいて、本実施の形態に係るロータ１０の詳細構成について説明する。

本実施の形態に係るロータ１０のロータコア１１は、内側ロータコア１２及び外側ロータコア１３を備えている。
内側ロータコア１２は、略円筒形状をしており、樹脂で構成されている。内側ロータコア１２は、その中心部に、中心軸方向に貫通した貫通孔が形成されている。上述の回転軸４１は、内側ロータコア１２の当該貫通孔に取り付けられている。

外側ロータコア１３は、複数の電磁鋼板を積層して形成されている。外側ロータコア１３は、その中心部に、中心軸方向に貫通した貫通孔が形成されている。そして、外側ロータコア１３の該貫通孔には、内側ロータコア１２が配置されている。また、外側ロータコア１３には、周方向に規定の間隔を空けて、複数の永久磁石１４が埋め込まれている。本実施の形態では、永久磁石１４として、希土類磁石を使用している。また、外側ロータコア１３には、後述するセンサーマグネット２０の位置決めピン２４が挿入される位置決め穴１３ａが形成されている。位置決め穴１３ａの数は、センサーマグネット２０の位置決めピン２４の数以上の数である。位置決め穴１３ａは、外側ロータコア１３の一端から他端にかけて（図１では上下方向に）、外側ロータコア１３を貫通している。

内側ロータコア１２と外側ロータコア１３とは、両者の間に注入された樹脂３０によって固定（一体化）されている。ここで、本実施の形態では、永久磁石１４として、希土類磁石を使用している。この希土類磁石は、高温減磁する特徴がある。このため、本実施の形態では、樹脂３０として、冷却時に硬化する熱可塑性樹脂を用いている。より詳しくは、本実施の形態では、樹脂３０として、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）樹脂を使用している。

なお、樹脂３０は、熱可塑性樹脂に限定されるものではない。例えば、永久磁石１４として低温減磁する特徴を有するフェライト磁石を用いる場合、加熱時に硬化する熱硬化性樹脂を樹脂３０として用いてもよい。

また、本実施の形態では、内側ロータコア１２を樹脂製としたが、複数の電磁鋼板を積層して内側ロータコア１２を形成しても勿論よい。また、複数の電磁鋼板を積層して内側ロータコア１２を形成する場合、内側ロータコア１２と外側ロータコア１３とを、１つのロータコアとして一体に形成してもよい。なお、本実施の形態に係るＩＰＭモータ１００は、要求される出力（回転軸４１の回転力）が大きくなく、ロータコアに要求される強度も大きくないため、内側ロータコア１２を樹脂製として、電気絶縁性の向上及び軽量化等を図っている。

センサーマグネット２０は、外側ロータコア１３の一端（図１では上端）に設けられている。そして、センサーマグネット２０は、樹脂３０に覆われて、外側ロータコア１３に固定されている。つまり、センサーマグネット２０は、樹脂３０によって外側ロータコア１３の一端に樹脂封止されることにより、外側ロータコア１３に固定されている。

このセンサーマグネット２０は、円環状の基部２１と、該基部２１に設けられた複数の突部２２と、を備える。詳しくは、複数の突部２２は、基部２１における外側ロータコア１３と対向する側の面である第１面２１ａに、規定の間隔を空けて配置されている。すなわち、複数の突部２２は、基部２１の第１面から外側ロータコア１３に向かって突出した突部となっている。これにより、これら突部２２の間には、凹部２３が形成されることとなる。また、突部２２のそれぞれは、内周側に、基部２１側から外側ロータコア１３側に向かって外周側へ傾斜するテーパ部２２ａが形成されている。

また、本実施の形態では、突部２２の数つまり凹部２３の数を、永久磁石１４と同数形成している。ホールセンサー４２でセンサーマグネット２０の磁力を検出し、ロータ１０の回転位置を検出するためには、周方向にＮ極及びＳ極が交互に配置されるようにセンサーマグネット２０を着磁し、Ｎ極及びＳ極の各数を、永久磁石１４と同数にする必要がある。この際、突部２２の数つまり凹部２３の数を永久磁石１４と同数とすれば、センサーマグネット２０の突部２２部分をＮ極又はＳ極の一方に着磁し、センサーマグネット２０の凹部２３部分をＮ極又はＳ極の他方に着磁することにより、Ｎ極及びＳ極の各数を永久磁石１４と同数にすることができる。このため、センサーマグネット２０の製造が容易となる。

また、センサーマグネット２０は、位置決めピン２４を有している。そして、センサーマグネット２０は、位置決めピン２４を外側ロータコア１３の位置決め穴１３ａに挿入した状態で、外側ロータコア１３に固定されている。本実施の形態では、センサーマグネット２０は、突部２２に、４つの位置決めピン２４を備えている。位置決めピン２４を設けることにより、センサーマグネット２０を外側ロータコア１３の正規の位置へ取り付けることが容易となる。また、複数の位置決めピン２４を備えることにより、センサーマグネット２０が周方向にずれることも防止できるため、ロータ１０の回転位置の検出精度を向上させることもできる。また、３つ以上の位置決めピン２４を備えることにより、センサーマグネット２０を樹脂３０で樹脂封止する際、センサーマグネット２０が樹脂圧によって外周側へ変形することも防止できる。また、３つ以上の位置決めピン２４を備える場合、これら位置決めピン２４を非対称に配置することにより、センサーマグネット２０を外側ロータコア１３に対して誤った各度位置で取り付けることを防止でき、ロータ１０の組立ミスを防止できる。

なお、本実施の形態では、センサーマグネット２０の位置決めピン２４と外側ロータコア１３の位置決め穴１３ａとの間の隙間を、次のように規定している。位置決めピン２４の位置決め穴１３ａへの挿入を容易としつつ、センサーマグネット２０が周方向にずれることを防止するため、位置決めピン２４と位置決め穴１３ａの周方向側側面（周方向において位置決めピン２４と対向する側面）との間の隙間は、若干の隙間としている。また、位置決めピン２４の位置決め穴１３ａへの挿入を容易としつつ、センサーマグネット２０が樹脂圧によって外周側へ変形することを防止するため、位置決めピン２４と位置決め穴１３ａの外側側面（外側ロータコア１３の外周側に位置する側面）との間の隙間は、若干の隙間としている。また、位置決め穴１３ａ内において樹脂３０の流動性を向上させるため、位置決めピン２４と位置決め穴１３ａの内側側面（外側ロータコア１３の内周側に位置する側面）との間の隙間を大きくしている。

続いて、ロータ１０の製造方法について説明する。

図５は、本発明の実施の形態に係るロータを金型内に配置し、液状樹脂を注入している状態を示す断面模式図であり、センサーマグネットの凹部位置においてロータの中心軸方向に切断した断面模式図である。図６は、図５のＱ部拡大図である。図７は、本発明の実施の形態に係るロータを金型内に配置し、液状樹脂を注入している状態を示す断面模式図であり、センサーマグネットの突部位置においてロータの中心軸方向に切断した断面模式図である。図８は、図７のＰ部拡大図である。また、図９は、本発明の実施の形態に係るロータの硬化後の樹脂形状を示す斜視図である。ここで、図６及び図８に示す白抜き矢印は、樹脂３０の流動方向を示すものである。
なお、以下では、上下方向を図５〜図９にしたがって説明する。

内側ロータコア１２、外側ロータコア１３及びセンサーマグネット２０を樹脂３０で固定して一体化する際、まず、これらを金型５０内に配置する。詳しくは、永久磁石１４が埋め込まれた外側ロータコア１３を、金型５０内に配置する。また、金型５０内において、外側ロータコア１３の内周側に内側ロータコア１２を配置する。また、センサーマグネット２０の位置決めピン２４を外側ロータコア１３の位置決め穴１３ａに挿入して、金型５０内において、センサーマグネット２０を外側ロータコア１３の上端に配置する。なお、これらの配置順は任意である。

内側ロータコア１２、外側ロータコア１３及びセンサーマグネット２０を金型５０内に配置した後、金型５０に形成された注入口５１から、金型５０内に液状の樹脂３０を注入する。注入口５１は、ロータ１０の上方であって、センサーマグネット２０の内周側となる位置に形成されている。金型５０内に注入された液状の樹脂３０の一部は、内側ロータコア１２と外側ロータコア１３との間の隙間を通って、内側ロータコア１２及び外側ロータコア１３の下端（センサーマグネット２０が設けられていない側の端部）と金型５０との間の隙間に流入し、これらの隙間を充たす。

また、注入口５１から金型５０内に注入された液状の樹脂３０の一部は、内側ロータコア１２及び外側ロータコア１３の上端（センサーマグネット２０が設けられている側の端部）と金型５０との間の隙間に流入して当該隙間を充たした後、外周側つまりセンサーマグネット２０の方に流れていく。そして、センサーマグネット２０の方に流れていった液状の樹脂３０によってセンサーマグネット２０を覆い、センサーマグネット２０を樹脂封止する。

ここで、ロータコアの一端にセンサーマグネットを樹脂封止し、センサーマグネットをロータコアに固定する従来のＩＰＭモータにおいては、センサーマグネットが金型内を流れる液状樹脂に対して壁となり、金型内における液状樹脂の流動性が悪化してしまい、樹脂封止不良を発生する場合があった。しかしながら、本実施の形態では上述のような形状にセンサーマグネット２０を形成しているので、図５〜図８に示すようにセンサーマグネット２０近傍において液状の樹脂３０が流れ、樹脂封止不良の発生を防止できる。

詳しくは、センサーマグネット２０を外側ロータコア１３の上端に配置した状態においては、センサーマグネット２０の突部２２の先端が外側ロータコア１３に当接する。このため、センサーマグネット２０の凹部２３は、センサーマグネット２０の内周側と外周側とを連通する液状の樹脂３０の流路となる。このため、図６に示すように、センサーマグネット２０の凹部２３部分では、凹部２３を通ってセンサーマグネット２０の内周側から外周側へと、液状の樹脂３０が流れる。そして、この液状の樹脂３０は、センサーマグネット２０の外周側と金型５０との間の隙間を通って、上方へ流入する。つまり、この液状の樹脂３０は、基部２１における第１面２１ａ（外側ロータコア１３と対向する側の面）とは反対側の第２面２１ｂと金型５０との間の隙間に流れ込む。すなわち、センサーマグネット２０の凹部２３部分では、センサーマグネット２０の上方に流れ込もうとする液状の樹脂３０の流れが発生する。

一方、図８に示すように、センサーマグネット２０の突部２２部分では、センサーマグネット２０の方に流れていった液状の樹脂３０は、テーパ部２２ａによって下方へ誘導される。このため、当該樹脂３０の流れに引っ張られ、センサーマグネット２０の突部２２部分では、センサーマグネット２０の内周側からセンサーマグネット２０の上方に流入した液状の樹脂３０も、センサーマグネット２０の外周側を通ってセンサーマグネット２０の下方へ流れる。すなわち、センサーマグネット２０の突部２２部分では、センサーマグネット２０の下方へ向かう液状の樹脂３０の流れが発生する。したがって、本実施の形態においては、センサーマグネット２０の上方に流れ込もうとする凹部２３部分の流れと、センサーマグネット２０の下方へ向かおうとする突部２２部分の流れにより、センサーマグネット２０周辺における液状の樹脂３０の流動性が向上する。したがって、センサーマグネット２０の周囲に液状の樹脂３０が十分に流れる。このため、樹脂３０を硬化させて、外側ロータコア１３にセンサーマグネット２０を固定した際、図９に示すように、樹脂封止不良の発生を防止できる。

以上、本実施の形態に係るロータ１０及びＩＰＭモータ１００においては、円環状の基部２１の第１面２１ａに上述の突部２２及び凹部２３を備えているので、センサーマグネット２０周辺における液状の樹脂３０の流動性を向上させることができる。

また、本実施の形態に係るロータ１０及びＩＰＭモータ１００においては、突部２２の数つまり凹部２３の数を永久磁石１４と同数にしているので、センサーマグネット２０の製造が容易となる。

また、本実施の形態に係るロータ１０及びＩＰＭモータ１００においては、センサーマグネット２０は、外側ロータコア１３の位置決め穴１３ａに挿入する位置決めピン２４を有している。このため、本実施の形態に係るロータ１０及びＩＰＭモータ１００は、センサーマグネット２０を外側ロータコア１３の正規の位置へ取り付けることが容易となる。

また、本実施の形態に係るロータ１０及びＩＰＭモータ１００においては、位置決め穴１３ａは、外側ロータコア１３の一端から他端にかけて外側ロータコア１３を貫通している。そして、センサーマグネット２０の位置決めピン２４は、突部２２に設けられている。このため、樹脂封入時、突部２２のテーパ部２２ａによって下方へ流れた液状の樹脂３０は、位置決め穴１３ａを通って外側ロータコア１３の下端（センサーマグネット２０が設けられていない側の端部）側へ流れることができる。したがって、センサーマグネット２０の下方へ向かおうとする突部２２部分の流れを促進させることができ、センサーマグネット２０周辺における液状の樹脂３０の流動性をさらに向上させることができる。

また、本実施の形態に係るロータ１０及びＩＰＭモータ１００においては、センサーマグネット２０は、３つ以上の位置決めピン２４を備えている。このため、本実施の形態に係るロータ１０及びＩＰＭモータ１００は、センサーマグネット２０を樹脂３０で樹脂封止する際、センサーマグネット２０が樹脂圧によって外周側へ変形することも防止できる。

また、本実施の形態に係るロータ１０及びＩＰＭモータ１００においては、３つ以上の位置決めピン２４が非対称に配置されているので、センサーマグネット２０を外側ロータコア１３に対して誤った各度位置で取り付けることを防止でき、ロータ１０の組立ミスを防止できる。

１ ステータ、１０ ロータ、１１ ロータコア、１２ 内側ロータコア、１３ 外側ロータコア、１３ａ 位置決め穴、１４ 永久磁石、２０ センサーマグネット、２１ 基部、２１ａ 第１面、２１ｂ 第２面、２２ 突部、２２ａ テーパ部、２３ 凹部、２４ 位置決めピン、３０ 樹脂、４１ 回転軸、４２ ホールセンサー、５０ 金型、５１ 注入口、１００ ＩＰＭモータ。

Claims (12)

1. ロータコアと、
   該ロータコアに埋め込まれている永久磁石と、
   前記ロータコアの一端に設けられ、樹脂に覆われて前記ロータコアに固定されているセンサーマグネットと、
   を備え、
   前記センサーマグネットは、
   円環状の基部と、
   該基部における前記ロータコアと対向する側の面である第１面から該ロータコアに向かって突出している複数の突部と、
   を有し、
   複数の前記突部は、内周側にテーパ部が形成され、前記第１面に間隔を空けて配置されているＩＰＭモータのロータ。
2. 前記突部は、前記永久磁石と同数である請求項１に記載のＩＰＭモータのロータ。
3. 前記センサーマグネットは、位置決めピンを有し、
   前記ロータコアは、該位置決めピンが挿入された位置決め穴が形成されている請求項１又は請求項２に記載のＩＰＭモータのロータ。
4. 前記位置決め穴は、前記ロータコアの前記一端から他端にかけて該ロータコアを貫通しており、
   前記位置決めピンは、前記センサーマグネットの前記突部に設けられている請求項３に記載のＩＰＭモータのロータ。
5. 前記位置決めピンを３つ以上有している請求項３又は請求項４に記載のＩＰＭモータのロータ。
6. 前記センサーマグネットは、
   複数の前記突部の間に凹部が形成されている請求項５に記載のＩＰＭモータのロータ。
7. 前記センサーマグネットの前記突部の先端は、前記ロータコアに当接し、前記凹部と前記ロータコアとの間に前記樹脂の流路が形成される、請求項６に記載のＩＰＭモータのロータ。
8. 前記ロータコアの前記位置決め穴の数は、前記センサーマグネットの前記位置決めピンの数以上の数である、請求項７に記載のＩＰＭモータのロータ。
9. 前記センサーマグネットの前記突部のテーパ部に対応して前記位置決め穴が配置されている、請求項８に記載のＩＰＭモータのロータ。
10. 前記位置決めピンが非対称に配置されている請求項５〜請求項９の何れか一項に記載のＩＰＭモータのロータ。
11. 請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載のＩＰＭモータのロータと、
    規定間隔を空けて前記ロータの外周側を覆うように配置されたステータと、
    を備えたＩＰＭモータ。
12. 請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載のＩＰＭモータのロータの製造方法であって、
    注入口が形成された金型内に前記ロータコア及び前記永久磁石を配置し、
    前記注入口から液状の樹脂を注入した後、該樹脂を硬化させ、
    前記ロータコアの一端に前記永久磁石を樹脂封止して、前記ロータコアに前記永久磁石を固定するＩＰＭモータのロータの製造方法。

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