JP7395869B2 - 埋込磁石型のロータの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、埋込磁石型のロータの製造方法に関する。

ロータ（回転子）およびステータ（固定子）とを備えたモータは、電動機および発電機等に好ましく用いられる。小型で大出力を得られることから、ハイブリッドカー等の用途では、ロータとしては、電磁鋼板の積層体等からなるロータコアの内部に複数の磁石が配置された埋込磁石型（ＩＰＭ型）のロータが好ましく用いられる。ＩＰＭ型のロータの製造方法は例えば、ロータコアの内部に形成された磁石収容孔内に未磁化の磁石素材を固定する工程と、この未磁化の磁石素材を着磁して磁石とする工程とを含む。

従来、ＩＰＭ型のロータにおいては例えば図４Ａ～図４Ｃに示すように、未磁化の磁石素材の固定と着磁を行っている。図４Ａ～図４Ｃは、後記図２に対応した模式断面図である。
はじめに図４Ａに示すように、ロータコアの内部に形成された磁石収容孔１２１内に未磁化の磁石素材１３０Ｐを収容する。
次に図４Ｂに示すように、磁石収容孔１２１内の空間部に、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂１６０Ｐを充填する。その後、公知方法にて、熱硬化性樹脂１６０Ｐを硬化する。
次に図４Ｃに示すように、未磁化の磁石素材１３０Ｐを着磁して磁石１３０とする。図中、符号１６０は、硬化した樹脂を示す。
図４Ａ、図４Ｂにおいて、符号Ｒ２は樹脂の注入口の位置（図示例では２箇所）を示している。
図４Ｂ中の矢印は、樹脂の注入口から未磁化の磁石素材の長手側側面と磁石収容孔の内壁との間の幅狭の空間部への樹脂の流れを模式的に示している。
なお、ロータコアの内部に未磁化の磁石素材を固定した後、これを着磁する代わりに、永久磁石を用いる方法もある。

特開２００９－３０３２９３号公報

ＩＰＭ型のロータにおいては一般的に、磁石の温度が上昇すると、熱減磁によってトルク・出力が低下する傾向がある。
上記従来の方法では、図４Ｃに示すように、磁石は全体的に熱伝導率が低い樹脂に覆われた状態となるため、磁石の放熱性が低く、磁石の温度上昇、およびそれによるトルク・出力の低下が起こる恐れがある。

上記従来の方法ではまた、磁石収容孔内において、未磁化の磁石素材または永久磁石を挿入した後に残る空間部の全体に樹脂を充填するため、磁石を固定するために使用されるエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂の使用量が多く、材料コストが高くつく。

上記従来の方法ではまた、図４Ｂに示すように、未磁化の磁石素材または永久磁石の角部の近傍に、樹脂成型時に熱硬化性樹脂を未磁化の磁石素材の長手側の側面と磁石収容孔の内壁との間の幅狭の空間部に積極的に流し込むために、磁石収容孔内に幅広の空間部（いわゆるポケット部）１２１Ｐを設ける必要がある。
未磁化の磁石素材の着磁の際には、ポケット部内の樹脂内には磁束が流れにくいため、磁束がポケット部を迂回して、未磁化の磁石素材の角部が着磁されない恐れがある。このように、未磁化の磁石素材の角部が着磁されずに磁石にならない場合、トルク・出力が低下し、好ましくない。この場合、充分なトルク・出力を確保するには磁石の量を増やす等の必要があり、コスト増等の観点から、好ましくない。

特許文献１には、磁石収容孔内に永久磁石を収容すると共に、冷媒通路形成用の円柱状等の棒状の型を通路部内に挿入した状態で、磁石収容孔内の空間部にエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を充填し、この熱硬化性樹脂を硬化した後、型を抜き出す方法が開示されている（段落００１６、００１７、図４、図６等）。型を抜いた後にできる空間部は、冷媒通路となる。
特許文献１に記載の方法では、磁石収容孔内に冷媒通路を形成することができる。しかしながら、冷媒通路は永久磁石とは接触しないか（特許文献１の図４）、または、接触しても接触面積を大きく取ることは難しく（特許文献１の図６）、磁石を効率よく冷却することは難しい。
特許文献１の図４に記載の態様では磁石の４つの側面は全体的に樹脂に覆われており、特許文献１の図６に記載の態様でも磁石の２つの長手側側面を含む３つの側面は全体的に樹脂に覆われたままであるので、樹脂の使用量を低減する効果は小さく、磁石の放熱性を高める効果も小さい。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、従来より少ない樹脂量で低コストに磁石収容孔内に磁石を固定することができ、磁石収容孔内に固定された磁石の放熱性を高めることが可能な埋込磁石型のロータの製造方法を提供することを目的とする。

本発明の埋込磁石型のロータの製造方法は、
ロータコアと、ロータコアの内部に形成された磁石収容孔内に固定された磁石とを備えた埋込磁石型のロータの製造方法であって、
前記磁石収容孔内に、前記磁石または未磁化の磁石素材を挿入する工程（Ａ）と、
前記磁石収容孔内に、
前記磁石または未磁化の磁石素材の短手側の第１の側面の少なくとも一部と、当該側面と対向する前記磁石収容孔の内壁とに接する第１の型と、
前記磁石または未磁化の磁石素材の短手側の第２の側面の少なくとも一部と、当該側面と対向する前記磁石収容孔の内壁とに接する第２の型と、
前記磁石または未磁化の磁石素材の長手側の第３の側面の一部と、当該側面と対向する前記磁石収容孔の内壁とに接する第３の型と、
前記磁石または未磁化の磁石素材の長手側の第４の側面の一部と、当該側面と対向する前記磁石収容孔の内壁とに接する第４の型のうち、
少なくとも１つの型を挿入する工程（Ｂ）と、
前記第３の側面と、当該側面と対向する前記磁石収容孔の内壁とに挟まれた空間部と、前記第４の側面と、当該側面と対向する前記磁石収容孔の内壁の一部とに挟まれた空間部に、溶融状態の樹脂を充填し、硬化する工程（Ｃ）と、
前記磁石収容孔から前記型を抜く工程（Ｄ）とを順次有する。

本発明によれば、従来より少ない樹脂量で低コストに磁石収容孔内に磁石を固定することができ、磁石収容孔内に固定された磁石の放熱性を高めることが可能な埋込磁石型のロータの製造方法を提供することができる。

本発明に係る一実施形態の埋込磁石型（ＩＰＭ型）のロータの全体模式断面図である。 図１に示すロータコアの内部に形成された磁石収容孔およびその内部構造を示す部分拡大図である。 本発明に係る一実施形態のロータの製造方法の工程図である。 本発明に係る一実施形態のロータの製造方法の工程図である。 本発明に係る一実施形態のロータの製造方法の工程図である。 本発明に係る一実施形態のロータの製造方法の工程図である。 本発明に係る一実施形態のロータの製造方法の工程図である。 従来のロータの製造方法の一例の工程図である。 従来のロータの製造方法の一例の工程図である。 従来のロータの製造方法の一例の工程図である。

「ロータの構造」
図面を参照して、本発明に係る一実施形態のロータの構造について、説明する。
図１は、本発明に係る一実施形態のロータの全体模式断面図である。図１は、回転軸に対して垂直方向の断面図である。図１中、符号１は本実施形態の埋込磁石型（ＩＰＭ型）のロータ、符号１１は回転軸部材、符号２０はロータコア、符号３０は磁石をそれぞれ示す。
図２は、図１に示すロータコアの内部に形成された磁石収容孔およびその内部構造を示す部分拡大図である。

本実施形態のロータ１は、ロータコア２０と、その内部に配置された複数の磁石３０とを備えた埋込磁石型（ＩＰＭ型）のロータである。
ロータコア２０は公知のものを使用でき、電磁鋼板の積層体等からなる平面視ドーナツ状の部材である。ロータコア２０の内部には、複数の平面視矩形状の磁石３０が互いに離間して配置されている。
ロータコア２０の内径と外径、並びに、ロータコア２０の内部に配置される磁石３０の形状、サイズ、数、および配置パターン等は、適宜設計される。個々の磁石３０は所定の方向に磁化されている。

ロータコア２０の内部には、複数の磁石収容孔２１が形成されており（図１では省略）、各磁石収容孔２１内に磁石３０が固定されている。本実施形態においては、図２に示すように、磁石３０は、磁石３０と磁石収容孔２１との間の空間部に充填された樹脂６０により、磁石収容孔２１の内壁に固定されている。

「ロータの製造方法」
図面を参照して、本発明に係る一実施形態のロータの製造方法について、説明する。
図３Ａ～図３Ｅは工程図であり、各図は図２に対応した部分模式断面図である。これらの図において、図１および図２と同じ構成要素には同じ参照符号を付してある。
なお、本発明の製造方法は磁石の固定方法に特徴があり、その他の製造工程は、従来と同様であるので、以下、磁石の固定方法についてのみ説明する。

本実施形態の埋込磁石型のロータの製造方法は、
磁石収容孔内に、磁石または未磁化の磁石素材を挿入する工程（Ａ）と、
磁石収容孔内に、少なくとも１つの型を挿入する工程（Ｂ）と、
磁石収容孔内の空間部に、溶融状態の樹脂を充填し、硬化する工程（Ｃ）と、
磁石収容孔から少なくとも１つの型を抜く工程（Ｄ）とを順次有する。

（工程（Ａ））
はじめに、図３Ａに示すように、公知方法にて、ロータコア２０の内部に形成された磁石収容孔２１内に、未磁化の磁石素材３０Ｐを挿入する。

（工程（Ｂ））
次に、図３Ｂに示すように、磁石収容孔２１内に、
未磁化の磁石素材３０Ｐの短手側の第１の側面３１の少なくとも一部と、この側面と対向する磁石収容孔２１の内壁とに接する第１の型４１と、
未磁化の磁石素材３０Ｐの短手側の第２の側面３２の少なくとも一部と、この側面と対向する磁石収容孔２１の内壁とに接する第２の型４２と、
未磁化の磁石素材３０Ｐの長手側の第３の側面３３の一部と、この側面と対向する磁石収容孔２１の内壁とに接する第３の型４３と、
未磁化の磁石素材３０Ｐの長手側の第４の側面３４の一部と、この側面と対向する磁石収容孔２１の内壁とに接する第４の型４４のうち、
少なくとも１つの型を挿入する。

好ましくは、第１～第４の型４１～４４のうち、２つ以上または３つ以上の型を挿入する。
特に好ましくは、図示例に示すように、磁石収容孔２１内に、第１～第４の型４１～４４のすべてを挿入する。
図示例では、第１の側面３１は未磁化の磁石素材３０Ｐの図示左側の側面であり、この側面の図示左側に形成された空間部全体に第１の型４１が挿入されている。第１の型４１は、第１の側面３１全体を覆っている。
図示例では、第２の側面３２は未磁化の磁石素材３０Ｐの図示右側の側面であり、この側面の図示右側に形成された空間部全体に第２の型４２が挿入されている。第２の型４２は、第２の側面３２全体を覆っている。

図示例では、第３の側面３３は未磁化の磁石素材３０Ｐの図示上側の側面であり、この側面の図示上側に形成された空間部の一部に第３の型４３が挿入されている。第３の型４３は、第３の側面３３の一部を覆うように配置され、その配置位置は適宜設計できる。図示するように、第３の型４３は好ましくは、第３の側面３３の両端部を除く部分を覆う。
図示例では、第４の側面３４は未磁化の磁石素材３０Ｐの図示下側の側面であり、この側面の図示下側に形成された空間部の一部に第４の型４４が挿入されている。第４の型４４は、第４の側面３４の一部を覆うように配置され、その配置位置は適宜設計できる。図示するように、第４の型４４は好ましくは、第４の側面３４の両端部を除く部分を覆う。

（工程（Ｃ））
次に、図３Ｃ、図３Ｄに示すように、磁石収容孔２１内の空間部に、溶融状態のエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を充填し、この熱硬化性樹脂を硬化する。図中、符号Ｒ１は樹脂の注入口の位置（計４箇所）を示し、符号６０は硬化後の樹脂を示す。樹脂成型は、公知の射出成型により行うことができる。
図示例では、第３の型４３に覆われていない第３の側面３３の両端部と、これら第３の側面３３の両端部と対向する磁石収容孔２１の内壁とに挟まれた空間部５３Ａ、５３Ｂと、第４の側面の両端部と、これら第４の側面３４の両端部と対向する磁石収容孔２１の内壁の一部とに挟まれた空間部５４Ａ、５４Ｂに、溶融状態の樹脂を充填し、硬化している。

（工程（Ｄ））
次に、図３Ｅに示すように、磁石収容孔２１から第１～第４の型４１～４４を抜く。第１～第４の型４１～４４が抜かれた部分には、第１～第４の空間部７１～７４が形成される。これら第１～第４の空間部７１～７４は、冷媒通路として利用することができる。

（着磁工程）
最後に、未磁化の磁石素材３０Ｐを公知方法にて着磁して、磁石３０とする（図示略）。

本実施形態の方法では、磁石収容孔２１内に、未磁化の磁石素材３０Ｐの４つの側面のうち少なくとも１つ、好ましくは２つ以上、より好ましくは３つ以上、特に好ましくはすべての側面と、磁石収容孔２１の内壁とに接する少なくとも１つ、好ましくは２つ以上、より好ましくは３つ以上、特に好ましくは４つ以上の型を挿入する。そして、型の挿入後に残った空間部に対してのみ樹脂充填を行う。

本実施形態の方法では、未磁化の磁石素材３０Ｐの長手側の側面の一部は型により覆わない。そのため、型により覆われない長手側の側面の一部と磁石収容孔２１の内壁との間には樹脂を充填することができ、未磁化の磁石素材３０Ｐを良好に固定することができる。
本実施形態の方法では、樹脂の使用量を効果的に低減し、磁石が樹脂に覆われる面積を効果的に低減しつつ、磁石を良好に固定することができる。
本実施形態の方法では、樹脂の材料コストを効果的に低減し、かつ、磁石の放熱性を効果的に高めることができる。
本実施形態では、磁石収容孔２１内において、第１～第４の型４１～４４が抜かれた後に形成される第１～第４の空間部７１～７４を冷媒通路として利用することができる。磁石３０の少なくとも１つの側面が直接冷媒に接触し、特に面積の大きい長手側の側面が直接冷媒に接触することで、磁石３０を効果的に冷却することができる。

ＩＰＭ型のロータにおいては一般的に、磁石の温度が上昇すると、熱減磁によってトルク・出力が低下する傾向がある。本実施形態では、磁石の放熱性を高めることができ、さらに冷却媒体を用いて積極的に冷却することもできるので、磁石の温度上昇およびそれによるトルク・出力の低下を効果的に抑制することができる。

本実施形態の方法では、磁石収容孔２１の短手側の側面３１、３２を全体的に型で覆い、磁石収容孔２１の短手側の側面３１、３２より外側の空間部を第１、第２の型４１、４２で埋めることができる。
そして、磁石収容孔２１の長手側の側面３３、３４の型に覆われていない両端部と対向する磁石収容孔２１の内壁の一部とに挟まれた空間部５３Ａ、５３Ｂ、５４Ａ、５４Ｂに直接樹脂を充填することができる。
かかる方法では、未磁化の磁石素材３０Ｐの角部の外側を曲がるように樹脂を流す必要がないので、未磁化の磁石素材３０Ｐの角部の近傍に、樹脂を流れやすくするための幅広のポケット部を設ける必要がない。

［発明が解決しようとする課題］の項で述べたように、未磁化の磁石素材の角部の近傍にポケット部を設けて樹脂成型を行う場合、未磁化の磁石素材の着磁の際には、ポケット部内の樹脂内には磁束が流れにくいため、磁束がポケット部を迂回して、未磁化の磁石素材の角部が着磁されない恐れがある。未磁化の磁石素材の角部が着磁されずに磁石にならなかった場合、トルク・出力が低下する恐れがあり、好ましくない。
本実施形態の方法では、未磁化の磁石素材の角部の近傍にポケット部を設ける必要がないので、着磁の際に、未磁化の磁石素材に対して全体的に磁束を流し、全体を良好に着磁し、所望のトルク・出力を安定的に得ることができる。

なお、図３Ａ～図３Ｅに示した方法では、磁石収容孔内に未磁化の磁石素材を固定した後、これを着磁する場合について説明したが、工程（Ａ）で未磁化の磁石素材の代わりに永久磁石を磁石収容孔内に挿入し、着磁工程を省略してもよい。

以上説明したように、本実施形態によれば、従来より少ない樹脂量で低コストに磁石収容孔２１内に磁石３０を固定することができ、磁石収容孔２１内に固定された磁石３０の放熱性を高めることが可能な埋込磁石型のロータの製造方法を提供することができる。

１ ロータ
２０ ロータコア
２１ 磁石収容孔
３０ 磁石
３０Ｐ 磁石素材
３１ 第１の側面
３２ 第２の側面
３３ 第３の側面
３４ 第４の側面
４１ 第１の型
４２ 第２の型
４３ 第３の型
４４ 第４の型
５３Ａ、５３Ｂ、５４Ａ、５４Ｂ 空間部
６０ 樹脂

Claims (1)

1. ロータコアと、ロータコアの内部に形成された磁石収容孔内に固定された磁石とを備えた埋込磁石型のロータの製造方法であって、
   前記磁石収容孔内に、前記磁石または未磁化の磁石素材を挿入する工程（Ａ）と、
   前記磁石収容孔内に、
   前記磁石または未磁化の磁石素材の短手側の第１の側面の少なくとも一部と、前記磁石収容孔の内壁とに接する第１の型と、
   前記磁石または未磁化の磁石素材の短手側の第２の側面の少なくとも一部と、前記磁石収容孔の内壁とに接する第２の型と、
   前記磁石または未磁化の磁石素材の長手側の第３の側面の一部と、前記磁石収容孔の内壁とに接する第３の型と、
   前記磁石または未磁化の磁石素材の長手側の第４の側面の一部と、前記磁石収容孔の内壁とに接する第４の型のうち、
   少なくとも１つの型を挿入する工程（Ｂ）と、
   前記第３の側面と、当該側面と対向する前記磁石収容孔の内壁とに挟まれた空間部と、前記第４の側面と、当該側面と対向する前記磁石収容孔の内壁の一部とに挟まれた空間部に、溶融状態の樹脂を充填し、硬化する工程（Ｃ）と、
   前記磁石収容孔から前記型を抜く工程（Ｄ）とを順次有する、埋込磁石型のロータの製造方法。

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