(57)【要約】【課題】  永久磁石埋め込み型モータ用回転子の製造に際し、磁石の固定に接着剤を使用せず、また部品点数を増やすことなく、製造工程の削減が可能であり、またリサイクル性にもすぐれた構成の提供。【解決手段】  磁石表面に設けた電気めっき膜に、磁石角部さらにはエッジ(稜線)に沿った部分を厚くした厚膜めっき部を設けて、該穴部に嵌入して当該厚膜めっき部で支持することで、磁石素地が損傷を受けたり、ヒビや割れを発生させることなく、製造工程の削減とリサイクル性の向上が可能になる。【選択図】        図1
2005117793.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータコアの穴部内に永久磁石を配置したモータ用回転子であり、前記永久磁石は表面に電気めっき膜を有し、かつ前記磁石角部あるいはさらにエッジ(稜線)沿いに主表面の電気めっき膜より厚い厚膜めっき部を有し、永久磁石がその厚膜めっき部を介して前記穴部内のコーナー部で当接支持される永久磁石埋め込み型モータ用回転子。
【請求項２】
厚膜めっき部と主表面の電気めっき膜との膜厚み差が、30μm以上である請求項1に記載の永久磁石埋め込み型モータ用回転子。
【請求項３】
永久磁石は、磁石角部あるいはさらにエッジ(稜線)沿いに研摩工程が施されていない請求項1に記載の永久磁石埋め込み型モータ用回転子。
【請求項４】
電気めっき膜が、電気めっきによる単層構造、電気めっきによる多層構造、無電解めっきと電気めっきによる複層構造のいずれかである請求項1に記載の永久磁石埋め込み型モータ用回転子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、永久磁石埋め込み型モータ(IPMモータ)に用いられる回転子の改良に関し、永久磁石表面に設ける電気めっき膜の膜厚を、当該磁石角部あるいはさらにエッジ(稜線)に沿った部分のみを厚くした厚膜めっき部を設けて、ロータコアの穴部に嵌入して厚膜めっき部で支持することで、製造工程の削減とリサイクル性の向上を可能にした永久磁石埋め込み型モータ用回転子に関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石式、特にブラシレスDCモータは、従来の回転子のロータ表面に永久磁石を貼り付けたSPM(表面磁石貼り付け型)モータから、永久磁石の飛散防止や広範囲の回転数での効率向上を達成できるIPM(永久磁石埋め込み型)モータが主流となっている。
【０００３】
IPMモータ用の回転子は、磁路を形成するロータコアと、ロータコアに設けた穴部(孔やスロットともいう)内に挿入、固着された界磁用の永久磁石とから構成される。詳述すると、図3に示す円柱状のロータコア1は、例えば永久磁石挿入用の孔部を設けた薄板鋼板を積層して形成してあり、図示の4か所の孔部2には板状永久磁石3が挿入固着され、さらにロータコア1の円形端面に図示しない円形の蓋が着設される。
【０００４】
ロータコア1の孔部2に永久磁石3を固定する方法には、一般に接着剤を用いる。従って、ロータコア1及び永久磁石3の脱脂、洗浄のほか、永久磁石3に接着剤を塗布し硬化させるなどの工程が必要となり、工程が増えて煩雑であるばかりか、揮発物や樹脂による作業環境や洗浄水の後処理などの環境性にも問題を生じる。
【０００５】
また、IPMモータを廃棄する際には、炉に入れて接着剤の接着力を弱める作業などロータコアと永久磁石の分離、解体が困難となり、リサイクル性の面でも問題を生じる。
【０００６】
この回転子において、永久磁石の固定に接着剤を用いない構成として、ロータコアの孔部に永久磁石を単に圧入する方法が想定されるが、孔部内寸法と永久磁石寸法を高精度に管理する必要がある他、圧入時に磁石素地が損傷を受ける懸念があり、永久磁石にひびや割れが起こったり、R-Fe-B系希土類焼結磁石の場合は耐食性表面膜が損傷し、経時的に腐食したりする問題がある。
【０００７】
特開2000-341920号公報には、ロータコアの軸方向に形成された磁石挿入溝の2か所の角部にそれぞればね挿入用溝を設けて、同溝にスプリングピン等の磁石固定用ばねを配置して、永久磁石をロータコアの外径方向に付勢し、穴部内で固定をする方法が提案されている。
【特許文献１】特開2000-341920号公報
【０００８】
また、特開平5-83892号公報では、ロータコアに設ける磁石圧入用スロットの中央面に溝を設けて、その溝内に割ピンを配置し、スロット内の界磁用永久磁石と割ピンが接触して付勢し、該磁石を保持できるため、接着剤を使用する必要がないこと、磁石の加工精度に関係なく界磁用永久磁石の固定が可能であることを開示している。
【特許文献２】特開平5-83892号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述のばねや割ピンを用いる方法は、接着剤を用いないことから、環境性及びリサイクル性の面でも好ましい。しかし、磁石固定用ばねや割ピンなどの部品点数が増えることでコスト上昇があり、磁石固定用ばねや割ピンを溝に圧入する作業も必要となり、全体的に製造工程の削減の効果が乏しい。
【００１０】
また、リサイクル時に回転子のコアと永久磁石を分離、解体する際に、溝に圧入されている磁石固定用ばねなどの撤去に手間と工程を要する問題がある。
【００１１】
この発明は、IPMモータ用回転子の製造に際し、磁石の固定に接着剤を使用せず、また部品点数を増やすことなく、製造工程の削減が可能であり、またリサイクル性にもすぐれた構成からなる永久磁石埋め込み型モータ用回転子の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
発明者は、ロータコアの穴部への永久磁石の固定に接着剤や支持部材などを使用しないモータ用回転子の構成を目的に、ロータコアの穴部に永久磁石を嵌入する方法に着目して鋭意検討した結果、該磁石表面に設けた電気めっき膜に、磁石角部、さらにはエッジ(稜線)に沿った部分を他より厚くした厚膜めっき部を設けて、該穴部に嵌入して当該厚膜めっき部で支持することで、磁石素地が損傷を受けたり、ヒビや割れを発生させることなく、製造工程の削減とリサイクル性の向上が可能になることを知見し、この発明を完成した。
【００１３】
すなわち、この発明は、ロータコアの穴部内に矩形、略台形、扇形などの断面形状の永久磁石を配置したモータ用回転子であり、前記永久磁石は表面に電気めっき膜を有し、かつ前記磁石角部の稜線沿いに主表面のめっき膜より厚い厚膜めっき部を有し、永久磁石がその厚膜めっき部を介して前記穴部内のコーナー部で当接支持される構成を特徴とする永久磁石埋め込み型モータ用回転子である。
【００１４】
また、この発明は、上記構成において、
厚膜めっき部と主表面のめっき膜との膜厚み差が、30μm以上である構成、
永久磁石は、めっき処理前の研摩工程を経ないでめっき処理された、すなわち磁石角部あるいはさらにエッジ(稜線)沿いに研摩工程が施されていない構成、
電気めっき膜が、電気めっきによる単層構造、電気めっきによる多層構造、無電解めっきと電気めっきによる複層構造のいずれかである構成を併せて提案する。
【発明の効果】
【００１５】
この発明の構成によると、ロータコアの穴部に永久磁石を配置固定するのに、穴部に嵌入した際に磁石の角部やエッジの厚膜めっき部で支持することにより、接着剤や支持部材を使用しないため、部品点数が少なく、従来の接着工程及びその前後の洗浄や乾燥等、あるいは該部材の配置工程などが削減でき、製造性にすぐれ、また回転子の回収再生時に接着剤の無能化や支持部材除去工程がなく、分解工程が簡便となり、リサイクル性にすぐれている。
【００１６】
この発明の構成によると、永久磁石の角部が面部よりも突出した形状であるため、ロータコアの穴部内面には角部との間に僅かながら空隙が形成されて、該内面に多少のバリなどがあっても、嵌入時に永久磁石表面の電気めっき膜及び磁石素材が損傷を受けることはなく、製造時の品質安定性が良い。
【００１７】
また、この発明の構成によると、永久磁石の表面処理として一般的な電気めっきにおいて発生する、稜線が交わる磁石角部のめっき膜厚みが他表面の2〜3倍になる、いわゆるドッグボーン現象を抑制することなく、これを積極的に活用し、磁石の角部やエッジに沿った部分を厚くした厚膜めっき部を設けることができることから、ドッグボーン現象を抑制するための永久磁石素材の端部に電解研磨やバレル研磨が不要になり、永久磁石しいてはIPMモーター用回転子の製造工程を削減する効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
この発明において、永久磁石は、表面に電気めっき膜を有することを特徴とし、めっき成膜可能な公知のいずれの組成の永久磁石も採用できる。特に、高エネルギー積を有する希土類焼結磁石が適しており、Nd-Fe-B系希土類焼結磁石が最適である。
【００１９】
永久磁石表面の電気めっき膜は、特に限定されないが、Nd-Fe-B系希土類焼結磁石の場合、Niめっき膜やCuめっき膜などの電気めっき膜が施される。電気めっき膜としては、例えばNiめっき膜のみの単層構成でもよく、Cuめっき膜を下地に施したCu-Niめっき膜、Ni-Cu-Niめっき膜などの多層の構成も採用することができる。また、電気めっき膜と無電解めっき膜の併用なども可能であり、この場合、最外膜はいずれのめっき膜でもよい。
【００２０】
この発明において、永久磁石の形状は特に限定しない。IPMモータ用の永久磁石には、断面形状が矩形状や弓形状が用いられることが多く、また断面が略台形や多角形の永久磁石なども用いられる。この発明の永久磁石における角部6は、図2に示すごとく、永久磁石4,5の稜線7〜9が交差する部分近傍であり、エッジは稜線となる部分全てであり、また、主表面又は面部とは、角部やエッジ(稜線)を除いた平面部又は曲面部あるいはその両方をいう。
【００２１】
永久磁石の前記角部やエッジ(稜線)に設ける主表面のめっき膜より厚い厚膜めっき部は、前述したドッグボーン現象を積極的に利用することで形成が容易になる。主表面のめっき膜厚みは永久磁石埋め込み型モータの使用環境や永久磁石の材質、寸法などに応じて適宜選択されるが、厚膜めっき部と主表面のめっき膜との膜厚み差は、30μm以上であることが好ましい。この膜厚み差が30μm以上であると、ロータコアの穴部に嵌入する際、永久磁石が損傷を受けたり、ヒビや割れを発生させることなく、当該厚膜めっき部で支持することが可能になる。
【００２２】
電気めっきに際し、電流密度は永久磁石のエッジ、その中でもとりわけ稜線の交わる角部に集中するため、磁石面部よりも角部の膜厚が厚くなる、いわゆるドッグボーン現象が避けられない。このドッグボーン現象は電気めっき膜の膜厚が厚くなるほど顕著にみられる。通常は、ドッグボーン現象を抑制するため、予め永久磁石素材の端部に電解研磨やバレル研磨を行うが、この発明はめっき処理前の前記研摩工程を経ないでめっき処理することで、厚膜めっき部を形成することが可能になる。また、厚膜めっき部を厚くするため、めっき条件の電流値、電極位置、時間などを適宜選定することができる。
【００２３】
ロータコアの穴部に永久磁石を嵌入する方法は、特に限定されないが、例えば、永久磁石の断面形状と穴部形状に応じて専用の支持、嵌入用治具を作製し、複数の磁石角部の厚膜めっき部が穴部コーナーで均等に支持されるよう穴部内の軸心に平行にセンタリングされて嵌入するとよい。また、圧入代は、特に限定されないが、10μm〜100μm程度が望ましい。
【実施例】
【００２４】
実施例1
塩化ビニル製のバレル容器に、導電性メディアとして鋼製ボールと、電解研磨やバレル研磨などのドッグボーン抑制手段が施されていない厚み4.98mm、幅9.98mm、長さ24.76mmの断面矩形状のR-Fe-B系希土類焼結磁石を収容し、バレル容器を回転させて、電流密度0.30A/dm2で永久磁石に対してワット浴によるNiメッキ処理を行った。
【００２５】
上記板状永久磁石主面へのめっき厚みの目標を、20μm、30μm、40μmにして、各グループ100個ずつにNiメッキ処理後、無作為に抽出した永久磁石各30個について、外形寸法を測定した。測定結果を表1に示す。なお、測定方法は、永久磁石に15か所の測定ポイントを設定して全て同様に測定した。また、各グループから1例ずつ永久磁石の前記15か所の測定結果を、めっき厚みの目標の20μm、30μm、40μmの順に表2A〜C示す。
【００２６】
表1、2より、めっき厚みの上記目標が20μm、30μm、40μmのいずれの場合も、磁石角部あるいはさらにエッジ(稜線)に沿った部分に該目標厚みとの厚み差が30μm以上の厚膜めっき部を形成することが、安定的に実施できた。
【００２７】
実施例2
この発明による永久磁石埋め込み型モータ用回転子10は、図1aに示すように、永久磁石挿入用の孔部を円周方向の4か所に設けた積層鋼板を積層して形成した円柱状のロータコア11と、ロータコア11の中に形成された軸方向の孔部12内に嵌入した板状永久磁石20とからなる。
【００２８】
矩形開口部(高さ5.08mm、幅10.08mm、奥行き25.00mm)の孔部12内に嵌入用治具により嵌入した厚み4.98mm、幅9.98mm、長さ24.76mmの板状永久磁石20は、図1bに示すごとく、R-Fe-B系希土類焼結磁石で表面にワット浴による主面膜厚み目標30μmのNiめっき膜21が施されている。
【００２９】
板状永久磁石20の8つの角部には、主表面のめっき膜より厚い厚膜めっき部22が形成され、この厚膜めっき部22は、嵌入された孔部12内の各コーナー部にて当接支持され、板状永久磁石20が強固に支持固定されている。
【００３０】
板状永久磁石20の厚膜めっき部22は、図1cに示すごとく、その膜厚みxは主表面のめっき膜厚みyより厚く、膜厚差zを生じている。なお、厚膜めっき部22厚みxは、89μm〜97μmであり、主表面のめっき膜厚みyは、31μm〜33μmで、膜厚み差zは、41μm〜47μmであった。
【００３１】
再度治具を用いて、貫通孔に嵌入した板状永久磁石20をロータコア11から分離して目視確認を行った。前記嵌入作業によって、角部の厚膜めっき部22のみに損傷が見られるが、損傷が磁石素地まで達しているものはなかった。また、面部においては何ら損傷がなかった。
【００３２】
【表１】
2005117793.tif 000003
【００３３】
【表２】
2005117793.tif 000004
【産業上の利用可能性】
【００３４】
この発明によると、IPMモータ用回転子の製造に際し、部品点数を増やすことなく、磁石の固定に接着剤を使用しないことから、製造工程の削減が可能であり、またリサイクル性にもすぐれた構成からなる永久磁石埋め込み型モータ用回転子を安定的に提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】aはこの発明による永久磁石埋め込み型モータ用回転子の説明図であり、bはロータコアの永久磁石挿入用の孔部に嵌入された永久磁石の説明図、cは永久磁石の角部のめっきの厚みを示す説明図である。
【図２】a,bは永久磁石の斜視説明図である。
【図３】従来の永久磁石埋め込み型モータ用回転子の説明図である。
【符号の説明】
【００３６】
1,11  ロータコア
2,12  孔部
3,20  板状永久磁石
4,5  永久磁石
6  角部
7〜9  稜線
10  回転子
21  Niめっき膜
22  厚膜めっき部
【図１】
2005117793.tif 000005
【図２】
2005117793.tif 000006
【図３】
2005117793.tif 000007