(57)【要約】【課題】電動機の高出力化を図ることが可能な回転子の製造方法及び回転子を提供する。【解決手段】ロータ２０は、円盤形状の磁性体薄板を積層して形成されたロータコア２１を有している。このロータコア２１には、円周方向に沿って実質的に等間隔に配置され、軸方向に沿って貫通している４つのスリット孔２２が形成されている。この各スリット孔２２に、永久磁石２３が挿入される。そして、ロータコア２１の外周面の曲率より小さな曲率を有する金型３０により、ロータコア２１の外周面を当該ロータコア２１の内周方向に向かって押圧し、永久磁石２３の端部近傍に位置するスリット孔２２の部位が長手方向に亘って内周方向に塑性変形し、永久磁石２３がロータコア２１に直接接触して、スリット孔２２の内部においてロータコア２１に対して永久磁石２３が固定される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石埋込型の電動機に用いられる、回転子コアに形成された磁石挿入孔に永久磁石が配置された回転子の製造方法であって、
前記永久磁石を前記回転子コアの磁石挿入孔に挿入するステップと、
前記磁石挿入孔の一部を変形させるように、前記回転子コアの外周面を押圧し、前記回転子コアと前記永久磁石とを固定するステップとを少なくとも備えた回転子の製造方法。
【請求項２】
前記磁石挿入孔の一部は、前記永久磁石の端部近傍に位置する前記磁石挿入孔の部位である請求項１記載の回転子の製造方法。
【請求項３】
前記回転子コアの外周面を押圧するステップにおいて、
前記回転子コアの押圧される外周面より小さな曲率を持つ金型により、前記回転子コアの外周面を押圧する請求項１又は２記載の回転子の製造方法。
【請求項４】
前記回転子コアの外周面を押圧するステップにおいて、
押圧される前記回転子コアの外周面に凹部が形成されるように、前記回転子コアの外周面を押圧する請求項２又は３記載の回転子の製造方法。
【請求項５】
永久磁石埋込型の電動機に用いられる、回転子コアに形成された磁石挿入孔に永久磁石が配置された回転子であって、
前記回転子コアの外周面が押圧されて、前記磁石挿入孔の一部が変形し、前記回転子コアと前記永久磁石とが固定されている回転子。
【請求項６】
前記磁石挿入孔の一部は、前記永久磁石の端部近傍に位置する前記磁石挿入孔の部位である請求項５記載の回転子。
【請求項７】
前記回転子コアの外周面は、前記回転子コアの押圧される外周面より小さな曲率を持つ金型により押圧される請求項５又は６記載の回転子。
【請求項８】
押圧された前記回転子コアの外周面に凹部が形成されている請求項６又は７記載の回転子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、永久磁石埋込型の電動機に用いて好ましい回転子の製造方法及び回転子に関する。
【０００２】
【背景技術】
小型高出力化が要求されるモータにおいて、ロータコアの内部に永久磁石を配置したロータと、前記回転子の外周に配置され、巻線が巻装されたステータとを備え、マグネットトルクのみならずリアクタンストルクを利用して小型高出力化を実現した永久磁石埋込型モータ（以下、単に「ＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ）モータ」と称する。）が知られている。
【０００３】
このようなＩＰＭモータに用いられるロータは、当該ロータの内部に配置される永久磁石より大きな断面形状のスリット孔をロータコアに形成し、当該スリット孔に永久磁石を挿入した後に接着剤を固化させることにより、ロータコアに永久磁石を固定している（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかしながら、このような永久磁石の固定方法では、ロータコアに形成されたスリット孔と永久磁石との間に接着層が介在することとなるため、永久磁石からロータコアの外周方向への磁束が通過し難くなり、ＩＰＭモータの高出力化を図ることが出来ない。
【０００５】
また、このような固定方法では、スリット孔と永久磁石との間に介在する接着層の熱伝導率がロータコアより低く、永久磁石で発生した熱がロータコアに伝熱し難くなり、当該永久磁石の抜熱性に劣るため、ＩＰＭモータの高出力運転時に永久磁石が減磁し、出力を制限する必要があった。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−５８１８５号公報
【０００７】
【発明の開示】
本発明は、電動機の高出力化を図ることが可能な回転子の製造方法及び回転子を提供することを目的とする。
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明によれば、永久磁石埋込型の電動機に用いられる、回転子コアに形成された磁石挿入孔に永久磁石が配置された回転子の製造方法であって、前記永久磁石を前記回転子コアの磁石挿入孔に挿入するステップと、前記磁石挿入孔の一部を変形させるように、前記回転子コアの外周面を押圧し、前記回転子コアと前記永久磁石とを固定するステップとを少なくとも備えた回転子の製造方法が提供される。
【０００９】
また、上記目的を達成するために、本発明によれば、永久磁石埋込型の電動機に用いられる、回転子コアに形成された磁石挿入孔に永久磁石が配置された回転子であって、前記回転子コアの外周面が押圧されて、前記磁石挿入孔の一部が変形し、前記回転子コアと前記永久磁石とが固定されている回転子が提供される。
【００１０】
本発明では、永久磁石埋込型の電動機に用いられる回転子において、回転子コアに形成された磁石挿入孔に永久磁石を挿入し、次に、回転子コアの外周面を内周方向に押圧して当該磁石挿入孔の一部を変形させることにより、回転子コアと永久磁石とを固定する。
【００１１】
これにより、回転子コアと磁石挿入孔に挿入された永久磁石とが直接接触することとなり、永久磁石から回転子コアの外周方向への磁束の通過性が向上するので、電動機の高出力化を図ることが可能となる。
【００１２】
また、永久磁石と回転子コアとが直接接触することにより、永久磁石から回転子コアへの伝熱が向上し、当該永久磁石の抜熱性が向上するので、電動機の高速運転時における永久磁石の減磁を防止することが可能となり、電動機の高出力化を図ることが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１は本発明の第１実施形態に係るＩＰＭモータの横断面図であり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図、図３は図２のＩＩＩ部の拡大図、図４は本発明の第１実施形態に係るＩＰＭモータに用いられるロータの製造方法を示す図であり、図４（Ａ）は押圧前の状態を示し、図４（Ｂ）は押圧した状態を示す図である。
【００１５】
まず、本実施形態に係る方法により製造されるロータが用いられるＩＰＭモータの構造について説明する。
【００１６】
図１及び図２に示すように、本実施形態におけるＩＰＭモータ１は、ハウジング３、及び第１及び第２のブラケット４、５から成るモータカバー２と、当該第１及び第２のブラケット４、５にそれぞれ取り付けられたベアリング６に回動自在に支持されたシャフト７と、前記モータカバー２のハウジング３の内周面に固定されたステータ１０と、前記シャフト７の外周に固定され、空隙（エアギャップ）を介在させて前記ステータ１０に対して相対的に回動自在に設けられ、永久磁石２３が埋め込まれたロータ（回転子）２０とから構成されている。
【００１７】
このＩＰＭモータ１のステータ１０は、円環形状の内部に向かって突出し、互いの間にスロットが形成された２４個のティース１１を有しており、各ティース１１には巻線１２が巻装されている。
【００１８】
このＩＰＭモータ１のロータ２０は、例えば珪素鋼板などから成る円盤形状の磁性体薄板を積層して形成されたロータコア（回転子コア）２１を有している。このロータコア２１には、その中心に前記シャフト７が挿入される貫通孔が軸方向に沿って形成されていると共に、円周方向に沿って実質的に等間隔に配置され、軸方向に沿って貫通しており、挿入される永久磁石２３より大きな断面形状を有する４つのスリット孔（磁石挿入孔）２２が形成されている。
【００１９】
この各スリット孔２２には、４つ（２対）の永久磁石２３がそれぞれ挿入されている。そして、これら永久磁石２３は、当該永久磁石２３の断面長方形の、磁極である長辺が内周側にそれぞれ向くように、且つ、隣接する永久磁石２３が相互に異極となるように、ロータコア２１の内部にそれぞれ配置されている。
【００２０】
この永久磁石２３に用いられる材料としては、錆止めの観点から、例えばネオジウムマグネットが好ましい。また、永久磁石２３は既に着磁しており、スリット孔２２への挿入時に永久磁石２３の磁気吸引力によりロータコア２１に接触しながら挿入されるため、当該永久磁石２３の表面に、例えば、ニッケルメッキやエポキシ系塗装などの表面処理を施して強度を向上させ、永久磁石２３の割れ、欠け及び剥離などを防止すると共に、錆止めを行うことが好ましい。
【００２１】
さらに、このロータ２０は、図３に示すように、永久磁石２３が挿入されたロータコア２１の外周面が押圧されて塑性変形し、当該ロータコア２１の外周面に長手方向に亘って凹部２４が形成されている。また、この塑性変形により、永久磁石２３の端部近傍に位置するスリット孔２２の部位が、より具体的には、永久磁石２３の長手方向に対する断面における角部近傍に位置するスリット孔２２の部位が長手方向に亘ってロータコア２１の内周側に変形し、永久磁石２３とロータコア２１のスリット孔２２の内壁面とが接触して、永久磁石２３がロータコア２１に対して固定されている。
【００２２】
以上のように構成されるＩＰＭモータ１は、ステータ１０に巻装された巻線１２に電流が流れると回転磁界が発生し、この回転磁界によってステータ１０とロータ２０との間にトルクが発生して、シャフト７に固定されたロータ２０がステータ１０に対して相対的に回転する。このとき発生するトルクは、ステータ１０の巻線１２とロータ２０の永久磁石２３とが反発・吸引することによるマグネットトルクと、永久磁石２３を透磁率とロータコア２１の透磁率との差により発生するリアクタンストルクとから成る。
【００２３】
次に、上記のような構造を有するロータの製造方法について説明する。
【００２４】
まず、表面処理が施された永久磁石２３が、積層されたロータコア２１に形成されたスリット孔２２に挿入される。
【００２５】
次に、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、曲面状のプレス面を有する金型３０により、永久磁石２３の端部近傍に位置するスリット孔２２の部位を、より具体的には、永久磁石２３の長手方向に対する断面における角部近傍に位置するスリット孔２２の部位を長手方向に亘って塑性変形させるように、ロータコア２１の外周面を当該ロータコア２１の内周方向に向かって押圧する。
【００２６】
ここで、この金型３０のプレス面は、ロータコア２１の外周面の周方向の曲率より小さな曲率を有している。例えば、本実施形態においては、図４（Ａ）に示すように、金型３０のプレス面は、中心ＯＰを中心とした半径ｒＰ、幅ＷＰの曲面を有している。これに対し、ロータコア２１の外周面は、中心ＯＲを中心とした半径ｒＲの周方向の曲面を有しており、永久磁石２３が挿入されたスリット孔２２は幅ＷＲである。そして、金型３０のプレス面の半径ｒＰは、ロータコア２１の外周面の半径ｒＲより小さくなっており（ｒＰ＜ｒＲ）、金型３０のプレス面の幅ＷＰは、スリット孔２２の幅ＷＲと実質的に略同一となっている（ＷＰ≒ＷＲ）。
【００２７】
この金型３０が、スリット孔２２に対応するロータコア２１の外周面を内周方向に向かって押圧すると、図４（Ｂ）に示すように、金型３０のプレス面の両端部近傍がロータコア２１の外周に積極的に押圧して、当該ロータコア２１の外周面を塑性変形させ、当該ロータコア２１の外周面に長手方向に亘って凹部２４が効率的に形成される。
【００２８】
また、この押圧により、永久磁石２３の長手方向に対する断面における角部近傍に位置するスリット孔２２の部位が長手方向に亘って内周方向に塑性変形し、永久磁石２３がロータコア２１に直接接触すると共に、永久磁石２３がスリット孔２２の内部においてロータコア２１に対して固定される。
【００２９】
次に、ロータコア２１を図４（Ａ）に示す１極ピッチ分に相当する角度α分回転させ、図４（Ｂ）に示すようにロータコア２１の外周面を押圧して、当該ロータコア２１の外周面の凹部２４を形成すると共にスリット孔２２の一部を変形させる工程を繰り返して、他の３つの永久磁石２３をロータコア２１に対して固定することにより、図１及び図２に示すような４つ（２対）の永久磁石が埋め込まれたロータ２０が製造される。
【００３０】
以上のように、本実施形態に係るロータでは、ロータコアのスリット孔を変形させて永久磁石を固定させるので、ロータコアと永久磁石とが直接接触することとなり、永久磁石からロータコアの外周方向への磁束の通過性が向上し、ＩＰＭモータの高出力化を図ることが可能となる。
【００３１】
また、ロータコアと永久磁石とが直接接触することにより、永久磁石からロータコアへの伝熱が向上し、当該永久磁石の抜熱性が向上するので、ＩＰＭモータの高出力運転時における永久磁石の減磁を防止することが出来、ＩＰＭモータの高出力化を図ることが可能となる。特に、発熱量の大きな、永久磁石の端部を長手方向に亘ってロータコアに直接接触させることにより、効果的に抜熱性を向上させることが可能となる。
【００３２】
さらに、ロータコアの外周面に凹部が形成されていることから、上記のトルクによる回転に伴って、ステータとロータとの間のエアギャップの空気が当該凹部により攪拌され、ＩＰＭモータの冷却効率が向上する。
【００３３】
また、本実施形態に係るロータの製造方法では、ロータコアの外周面の曲率より小さな曲率のプレス面を有する金型を用いて、当該金型のプレス面の両端部近傍をロータコアの外周面に積極的に押圧させることで、一つの金型によりロータコアの外周面の凹部を形成すると共にスリット孔の一部を確実に押圧することができ、本実施形態に係るロータを効率的に安価に製造することが可能となる。
【００３４】
一般的にＩＰＭモータにおいては、永久磁石の周囲に、磁束の短絡を防止するために、中空又はアルミニウム若しくは銅などが鋳込まれたフラックスバリア（磁束遮断領域）が設けられる。これに対し、本実施形態では、ロータコアの外周面に凹部を形成する際のプレスによって、凹部周辺のロータコアに磁気歪が発生することにより、フラックスバリアを設けることなく、磁束の短絡を防止することが可能となる。
【００３５】
また、フラックスバリアを設けた場合、フラックスバリアとロータコアの外周面との間の薄肉となるブリッジ部の肉厚に起因してロータコアの強度が問題となるが、本実施形態では、上述の通りフラックスバリアを設ける必要がなく、ブリッジ部の肉厚によりロータコアの強度が低下することはない。また、永久磁石がロータコアの外周に最も近接する部分は、押圧により硬化されているため、同一の肉厚の場合と比較して強度が向上している。
【００３６】
さらに、本実施形態に係るロータは、ロータコアの外周面が押圧され、スリット孔が変形されており、永久磁石がスリット孔の内周側の内壁面を基準として位置決め・固定されるので、ロータのアンバランスやトルクリプルなどの問題も解消される。
【００３７】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係るＩＰＭモータの横断面図である。
【図２】図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図３】図３は、図２のＩＩＩ部の拡大図である。
【図４】図４は、本発明の第１実施形態に係るＩＰＭモータに用いられるロータの製造方法を示す図であり、図４（Ａ）は押圧前の状態を示し、図４（Ｂ）は押圧した状態を示す図である。
【符号の説明】
１…ＩＰＭモータ
２…モータカバー
３…ハウジング
４…第１のブラケット
５…第２のブラケット
６…ベアリング
７…シャフト
１０…ステータ
１１…ティース
１２…巻線
２０…ロータ
２１…ロータコア
２２…スリット孔
２３…永久磁石
２４…凹部
３０…金型
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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