JP7456519B2 - ロータコアおよびロータコアの製造方法 - Google Patents
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Description
図1~図9を参照して、第1実施形態によるロータコア10の構成および製造方法を説明する。
まず、図1を参照して、ロータコア10が設けられる回転電機1の構成について説明する。
次に、図1~図3を参照して、ロータコア10の構成について説明する。
図3Aに示すように、射出ボンド磁石12bにおける磁性材料の割合を50%として、圧縮ボンド磁石12aにおける磁性材料の割合を変化させた場合、圧縮ボンド磁石12aにおける磁性材料の割合が70%以下の場合には、トルクリプルの大きさは、トルクの大きさに概ね比例するように比例線(図中の点線)に沿って分布している。一方、圧縮ボンド磁石12aにおける磁性材料の割合が70%よりも大きい場合には、圧縮ボンド磁石12aにおける磁性材料の割合が大きくなるにしたがって、トルクリプルの大きさが、比例線から徐々に離れるように分布している。すなわち、射出ボンド磁石12bにおける磁性材料の割合を50%とした場合、圧縮ボンド磁石12aにおける磁性材料の割合が70%よりも大きい場合には、トルクの大きさに対して、トルクリプルの大きさが過度に大きくなることを意味する。また、図3Bに示すように、射出ボンド磁石12bにおける磁性材料の割合を50%として、圧縮ボンド磁石12aにおける磁性材料の割合を変化させた場合、圧縮ボンド磁石12aにおける磁性材料の割合が70%以下の場合には、コギングトルクの大きさは、トルクの大きさに概ね比例するように比例線(図中の点線)に沿って分布している。一方、圧縮ボンド磁石12aにおける磁性材料の割合が70%よりも大きい場合には、圧縮ボンド磁石12aにおける磁性材料の割合が大きくなるにしたがって、コギングトルクの大きさが、比例線から徐々離れるように分布している。すなわち、射出ボンド磁石12bにおける磁性材料の割合を50%とした場合、圧縮ボンド磁石12aにおける磁性材料の割合が70%よりも大きい場合には、トルクの大きさに対して、コギングトルクの大きさが過度に大きくなることを意味する。したがって、射出ボンド磁石12bにおける磁性材料の割合を50%とした場合、圧縮ボンド磁石12aにおける磁性材料の割合を70%以下にすることによって、トルクリプルおよびコギングトルクが過度に大きくなるのを防止することができる。なお、図3のトルクは、定常トルクの平均値を意味する。
次に、図2を参照して、第1実施形態のロータコア10の製造に用いられる治具20について説明する。治具20は、後述するロータコア10の製造フローにおける射出成形工程S140(射出ボンド磁石成形工程)において、積層コア11を押圧した状態を維持するために設けられている。なお、以下の説明では、治具20に積層コア11が配置された状態の治具20の構造について説明する。
次に、図4を参照して、樹脂注入装置30の詳細な構成について説明する。樹脂注入装置30は、後述するロータコア10の製造フローにおける射出成形工程S140(射出ボンド磁石成形工程)において、磁石孔部11b(図2参照)に溶融した射出成形用材料61b(図4参照)を注入するために設けられている。すなわち、樹脂注入装置30は、射出成形機である。
次に、図5~図9を参照して、ロータコア10の製造方法について説明する。
まず、図5に示すように、圧縮成形用材料61a(図6参照)を圧縮成形することにより圧縮ボンド磁石12a(図2参照)を成形する圧縮成形工程S110(圧縮ボンド磁石成形工程)が行われる。
次に、図5に示すように、積層コア11(図2参照)を成形する積層コア成形工程S120が行われる。具体的には、複数の電磁鋼板11a(図2参照)が積層されることによって、積層コア11(図2参照)が形成される。この際、プレス加工によって、電磁鋼板11aの積層方向(Z方向)に延びる磁石孔部11b(図2参照)が積層コア11に形成される。なお、積層コア成形工程S120と圧縮成形工程S110との順序は逆でもよい。
次に、図5に示すように、圧縮ボンド磁石12a(図7参照)をロータコア10の磁石孔部11bの内側に配置する配置工程S130(圧縮ボンド磁石配置工程)が行われる。具体的には、図2に示すように、まず、治具20の下方プレート24にロータコア10の軸方向(Z方向)が上下方向とるように積層コア11が配置(載置)される。そして、図7Aに示すように、磁石孔部11bの下方(Z2側)から、上下方向(Z方向)に摺動するアクチュエータにより上下方向(Z方向)に移動する磁石下エジェクタピン71を磁石孔部11b内に挿入させる。この際、磁石下エジェクタピン71の先端71aが磁石孔部11bの(Z2側)の孔部端部11eから所定の距離だけ内側に離間した状態となるように、磁石下エジェクタピン71を磁石孔部11b内に挿入させる。すなわち、第1実施形態では、配置工程S130は、圧縮ボンド磁石12aを、磁石下エジェクタピン71により、圧縮ボンド磁石12aの射出成形用材料61b(図4参照)を注入する一方側(Z1側)とは反対の他方側(Z2側)の磁石端部12cが磁石孔部11bの他方側(Z2側)の孔部端部11eからロータコア10の軸方向(Z方向)の内側に離間した状態となるようにロータコア10の磁石孔部11bに配置する工程である。なお、磁石下エジェクタピン71は、請求の範囲の「治具」の一例である。
次に、図5に示すように、磁石孔部11b(図4参照)において圧縮ボンド磁石12aが配置されていない隙間に、射出成形用材料61b(図4参照)を磁石孔部11bに注入するように射出成形することにより射出ボンド磁石12b(図4参照)を成形する射出成形工程S140(射出ボンド磁石成形工程)が行われる。これにより、圧縮ボンド磁石12aは、射出ボンド磁石12bのように流動性が要求されずに磁性材料の割合を大きくすることが可能であるので、磁石孔部11bにおいて第1の射出ボンド磁石が配置されていない隙間に第2の射出ボンド磁石を成形する場合と比較して、永久磁石12(図4参照)における磁性材料の割合を大きくすることができる。また、永久磁石12を構成するボンド磁石のうち、磁石孔部11b内に先に形成されるボンド磁石(圧縮ボンド磁石12a)が圧縮成形されることにより形成されているので、磁石孔部11bの各々において圧縮ボンド磁石12aの形状や重量のばらつきを低減することができる。また、圧縮ボンド磁石12aは、焼結磁石と異なり、結晶組織を適正化するための熱処理や、粗い表面を研磨する表面加工等を行う必要が無いので、製造工程が複雑化しにくい。これらの結果、ボンド磁石により永久磁石12を構成する場合に、製造工程が複雑化するのを防止しながら、モータ性能を向上させることができる。
次に、図5および図9Dに示すように、磁石孔部11bに配置された永久磁石12としてのボンド磁石に着磁する着磁工程S150(永久磁石着磁工程)が行われる。
図10および図11を参照して、第2実施形態によるロータコア210の構成を説明する。
まず、図10を参照して、ロータコア210が設けられる回転電機201の構成について説明する。
次に、図10および図11を参照して、ロータコア210の構成について説明する。
これにより、以下のシミュレーション結果に示すように、第1実施形態と同様に、トルクリプルおよびコギングトルクが過度に大きくなるのを防止することができる。すなわち、第1実施形態と同様に、トルクが不安定になりモータ性能が低下するのを防止することができる。
図11Aに示すように、射出ボンド磁石212bにおける磁性材料の割合を50%として、圧縮ボンド磁石212aにおける磁性材料の割合を変化させた場合、圧縮ボンド磁石212aにおける磁性材料の割合が70%以下の場合には、トルクリプルの大きさは、トルクの大きさに概ね比例するように比例線(図中の点線)に沿って分布している。一方、圧縮ボンド磁石212aにおける磁性材料の割合が70%よりも大きい場合には、圧縮ボンド磁石212aにおける磁性材料の割合が大きくなるにしたがって、トルクリプルの大きさが、比例線から徐々に離れるように分布している。すなわち、射出ボンド磁石212bにおける磁性材料の割合を50%とした場合、圧縮ボンド磁石12aにおける磁性材料の割合が70%よりも大きい場合には、トルクの大きさに対して、トルクリプルの大きさが過度に大きくなることを意味する。また、図11Bに示すように、射出ボンド磁石212bにおける磁性材料の割合を50%として、圧縮ボンド磁石212aにおける磁性材料の割合を変化させた場合、圧縮ボンド磁石212aにおける磁性材料の割合が70%以下の場合には、コギングトルクの大きさは、トルクの大きさに概ね比例するように比例線(図中の点線)に沿って分布している。一方、圧縮ボンド磁石212aにおける磁性材料の割合が70%よりも大きい場合には、圧縮ボンド磁石212aにおける磁性材料の割合が大きくなるにしたがって、コギングトルクの大きさが、比例線から徐々に離れるように分布している。すなわち、射出ボンド磁石212bにおける磁性材料の割合を50%とした場合、圧縮ボンド磁石12aにおける磁性材料の割合が70%よりも大きい場合には、トルクの大きさに対して、コギングトルクの大きさが過度に大きくなることを意味する。したがって、射出ボンド磁石212bにおける磁性材料の割合を50%とした場合、圧縮ボンド磁石212aにおける磁性材料の割合を70%以下にすることによって、トルクリプルおよびコギングトルクが過度に大きくなるのを防止することができる。
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく請求の範囲によって示され、さらに請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更(変形例)が含まれる。
Claims (9)
- 複数の電磁鋼板が積層されることにより構成されるとともに、磁石孔部が形成された環状の積層コアと、
前記磁石孔部に配置された永久磁石と、を備え、
前記永久磁石は、磁性材料と、前記磁性材料の粒子同士を結合するための圧縮成形用樹脂材料とを含むとともに、前記磁石孔部に設けられた圧縮ボンド磁石と、前記磁性材料と、前記磁性材料の粒子同士を結合するための射出成形用樹脂材料とを含むとともに、前記磁石孔部において前記圧縮ボンド磁石と隣り合うように設けられた射出ボンド磁石と、を含み、
前記圧縮ボンド磁石における前記圧縮成形用樹脂材料に対する前記磁性材料の体積比率は、前記射出ボンド磁石における前記射出成形用樹脂材料に対する前記磁性材料の体積比率よりも高い、ロータコア。 - 前記圧縮ボンド磁石は、前記磁石孔部において内側に設けられており、
前記射出ボンド磁石は、前記磁石孔部において前記圧縮ボンド磁石を取り囲むように設けられている、請求項1に記載のロータコア。 - 前記圧縮ボンド磁石は、前記ロータコアの軸方向から見て、長方形形状または三日月形状を有する、請求項2に記載のロータコア。
- 前記圧縮ボンド磁石における前記圧縮成形用樹脂材料に対する前記磁性材料の体積比率と、前記射出ボンド磁石における前記射出成形用樹脂材料に対する前記磁性材料の体積比率との差は、20%以下である、請求項1に記載のロータコア。
- 前記圧縮ボンド磁石における前記圧縮成形用樹脂材料に対する前記磁性材料の体積比率は、70%以上90%以下であり、
前記射出ボンド磁石における前記射出成形用樹脂材料に対する前記磁性材料の体積比率は、50%以上80%以下である、請求項4に記載のロータコア。 - 前記永久磁石における前記圧縮ボンド磁石の体積の割合は、前記永久磁石における前記射出ボンド磁石の体積の割合よりも大きい、請求項1~5のいずれか1項に記載のロータコア。
- 複数の電磁鋼板が積層されることにより構成されるとともに、磁石孔部が形成された環状の積層コアと、前記磁石孔部に配置された永久磁石と、を備えるロータコアの製造方法であって、
磁性材料と、前記磁性材料の粒子同士を結合するための圧縮成形用樹脂材料とを含む材料を圧縮成形することにより圧縮ボンド磁石を成形する圧縮成形工程と、
前記圧縮成形工程の後、前記圧縮ボンド磁石を前記ロータコアの前記磁石孔部に配置する配置工程と、
前記配置工程の後、前記磁石孔部において前記圧縮ボンド磁石が配置されていない隙間に、前記磁性材料と、前記磁性材料の粒子同士を結合するための射出成形用樹脂材料とを含む材料を前記磁石孔部に注入するように射出成形することにより射出ボンド磁石を成形する射出成形工程と、を備え、
前記圧縮成形工程および前記射出成形工程は、前記圧縮ボンド磁石における前記圧縮成形用樹脂材料に対する前記磁性材料の体積比率が、前記射出ボンド磁石における前記射出成形用樹脂材料に対する前記磁性材料の体積比率よりも高くなるように、それぞれ、前記圧縮ボンド磁石および前記射出ボンド磁石を成形する工程である、ロータコアの製造方法。 - 前記圧縮成形工程は、熱硬化性の前記圧縮成形用樹脂材料を含む材料を圧縮成形することにより前記圧縮ボンド磁石を成形する工程であり、
前記射出成形工程は、前記磁石孔部において前記圧縮ボンド磁石が配置されていない隙間に、熱硬化性の前記射出成形用樹脂材料または熱可塑性の前記射出成形用樹脂材料を含む材料を前記磁石孔部に注入するように射出成形することにより前記射出ボンド磁石を成形する工程である、請求項7に記載のロータコアの製造方法。 - 前記配置工程は、前記圧縮ボンド磁石を前記ロータコアの前記磁石孔部の内側に配置する工程であり、
前記射出成形工程は、前記磁石孔部に配置された前記圧縮ボンド磁石を取り囲むように、前記磁性材料と前記射出成形用樹脂材料とを含む材料を前記磁石孔部に注入するように射出成形することにより前記射出ボンド磁石を成形する工程である、請求項7または8に記載のロータコアの製造方法。
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