(57)【要約】【課題】  圧粉磁性体をコアに用いたモータ用ロータであって、高い透磁率を示し、かつ高速回転時においても鉄損が小さいとの優れた特徴を有しながら、機械的強度面でも優れているモータ用ロータ、及びそれを、容易に安定的に製造することができるモータ用ロータの製造方法を提供する。【解決手段】  絶縁材によりその表面がコーティングされた磁性体粒子を成形して得られ、その内部に磁石が配置され、かつその外周部に補強層を有することを特徴とするモータ用ロータ、及び絶縁材によりその表面がコーティングされた磁性体粉末を円柱状に成形し、得られた円柱状成形体の表面に誘導電流を誘起して前記表面を加熱し、前記表面にある磁性体粉末間を融着させる工程を有することを特徴とするモータ用ロータの製造方法。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁材によりその表面がコーティングされた磁性体粒子を成形して得られ、その内部に磁石が配置され、かつその外周部に補強層を有することを特徴とするモータ用ロータ。
【請求項２】
前記補強層の厚みが、０．５〜２．０ｍｍの範囲内であることを特徴とする請求項１に記載のモータ用ロータ。
【請求項３】
絶縁材によりその表面がコーティングされた磁性体粉末を円柱状に成形し、得られた円柱状成形体の表面に誘導電流を誘起して前記表面を加熱し、前記表面にある磁性体粉末間を融着させる工程を有することを特徴とするモータ用ロータの製造方法。
【請求項４】
前記誘導電流の誘起及び前記表面の加熱が、誘導炉により行われることを特徴とする請求項３に記載のモータ用ロータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ用ロータ及びその製造方法に関する。より具体的には、圧粉磁性体を用いたモータ用ロータであって、ハイブリッド自動車、電気自動車用の埋込磁石モータ等に好適に用いられるロータ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車、電気自動車用モータには、高効率化、大容量化（高出力化）、低価格化等が求められる。この要求を満たすモータとして、同期モータが広く使用されている。
【０００３】
同期モータの中でも、ロータに永久磁石を使用し前記永久磁石をロータ内に埋込んだ埋込磁石モータは、リラクタンストルクも有効に利用できるため、永久磁石をロータ表面に配置した表面磁石モータと比べて効率も高く、又トルク／電気特性を著しく改善でき、堅牢性や信頼性の面でも優れるとの特徴を有する。表面磁石モータと比べて、低価格化も達成しやすい。
【０００４】
従来、モータ用ロータには、フェライトコアや積層珪素鋼板等の電磁鋼板からなるコアが用いられている。しかし、フェライトコアは飽和磁束密度（透磁率）が低く、コアが大型化する等その用途に制約があるので、ハイブリッド自動車、電気自動車用のモータにおいては、透磁率が高い積層珪素鋼板が広く用いられている。埋込磁石モータの場合では、積層珪素鋼板からなるコア中に、永久磁石が埋込まれている。
【０００５】
ハイブリッド自動車、電気自動車用のモータには、高出力が求められる一方、車両の軽量化のために、モータ自体の軽量化、コンパクト化が求められる。そして、モータの出力はその回転数に比例するので、ロータの回転数の増加が望まれる。しかし、積層珪素鋼板からなるロータ用コアには、高速回転時には、鉄損が増加するとの問題があり、この問題は回転数が増加するほど顕著になる。そこで、積層珪素鋼板の代りに圧粉磁性体を用いたコアが提案されている（非特許文献１）。
【０００６】
ここで圧粉磁性体とは、鉄粉等の磁性体粒子の表面を無機絶縁材等の絶縁材によりコーティングし、コーティングされた磁性体粒子を、プレス等により結合し成形して得られる成形体である。粒子の結合には通常樹脂が用いられる。この圧粉磁性体を用いたコアは、数百ｋＨｚの高周波まで高い透磁率を示すとともに、積層珪素鋼板からなるコアと比べて鉄損が小さいとの利点があり、回転数が増加するほど両者の差は大きくなる。従って、高速回転時に特に有利である。
【０００７】
しかし一方、圧粉磁性体は微細粉末粒子の集合体として構成されているため脆い。従って、圧粉磁性体をコアに用いたロータはその脆性により、積層珪素鋼板を用いたロータより機械的強度が劣り、自動車の急加速、急制動、急回転等に伴う衝撃や高速回転時の大きな遠心力に弱く、破壊、飛散するおそれがある。この問題から従来は、圧粉磁性体を用いたコアのロータへの使用が控えられていた。
【非特許文献１】日立粉末冶金テクニカルレポートＮｏ．１（２００２年）「圧粉磁心」、［online］、インターネット＜http://www.hitachi-pm.co.jp/seihin/pdf/tec2002_10_3＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、圧粉磁性体をコアに用いたモータ用ロータであって、高い透磁率を示し、かつ高速回転時においても鉄損が小さいとの優れた特徴を有しながら、さらに従来の圧粉磁性体をコアに用いたロータの弱点であった機械的強度面でも優れているモータ用ロータを提供することを課題とする。本発明はさらに、このような優れた特徴を有する圧粉磁性体をコアに用いたモータ用ロータを、容易に安定的に製造することができる、モータ用ロータの製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、圧粉磁性体を用いたコアの外周に円筒状の補強層を設けることにより、機械的強度が大きく向上するとともに、高い透磁率を示し高速回転時においても鉄損が小さいとの優れた特徴も充分に保持されることを見出し、本発明のモータ用ロータを完成した。
【００１０】
本発明者は、さらに、前記のモータ用ロータは、絶縁材によりその表面がコーティングされた磁性体粒子を成形した後、成形体の表面に誘導加熱により熱処理を施すとの方法により容易に製造できることを見出し、本発明のモータ用ロータの製造方法を完成した。
【００１１】
本発明は、その請求項１として、絶縁材によりその表面がコーティングされた磁性体粒子を成形して得られ、その内部に磁石が配置され、かつその外周部に補強層を有することを特徴とするモータ用ロータを提供する。
【００１２】
この構成を有するモータ用ロータにおいては、その外周部に設けられた補強層により圧粉磁性体の弱点である脆性が補強される。その結果、ロータの機械的強度が向上し、衝撃（急回転、急制動等）や高速回転時の大きな遠心力等による破壊、飛散を防ぐことができ、従来技術の問題が解決される。
【００１３】
前記のように、圧粉磁性体は、絶縁材によりその表面がコーティングされた磁性体粒子を、プレス等により結合し成形して得られる。ここで磁性体粒子としては、通常鉄粉が用いられる。
【００１４】
前記磁性体粒子の表面をコーティングする絶縁材としては、リン酸、ホウ酸、酸化マグネシウム等の無機絶縁材を使用できる。絶縁材を磁性体粒子の表面にコーティングする方法は、特に限定されないが、例えば、鉄粉等の磁性体粒子及び絶縁材を水等に溶解分散させた後、加熱等により水を除き、乾燥させることにより得ることができる。
【００１５】
磁性体粒子の成形はプレスにより行うことができる。通常絶縁材がコーティングされた磁性体粒子をバインダーである樹脂と混合した後、プレスがされ、コア形状、すなわち円柱状に成形される。従って、成形体（コア）は、磁性体粒子間が前記樹脂でバインドされた構造を有する。この樹脂としては、フッ素樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等が挙げられるが、中でも耐熱性のすぐれたポリイミド樹脂が好ましい。
【００１６】
プレスにより得られる成形体の比重としては、７．０〜７．８（ｇ／ｃｍ３）の範囲が好ましい。この比重は、鉄粉等の磁性体粒子の種類、絶縁材の種類や割合、樹脂の割合等により変動する。
【００１７】
本発明のモータ用ロータは、そのコアの外周部に補強層を有することも特徴とする。補強層の形成方法は特に限定されないが、好ましくは、磁性体粒子をプレスして得られた成形体（コア）の表面を加熱し、表面部分の磁性体粒子間を融着することにより得られる。この加熱の際、前記バインダーの樹脂は昇華して除去される。
【００１８】
磁性体粒子間の融着により、表面の補強層が形成され、圧粉磁性体からなるコアの弱点である機械的強度が補強される。一方、加熱を表面のみに限定することにより、コア内部は圧粉磁性体の構造を維持したままであり、優れた磁気的特性が維持される。
【００１９】
前記補強層が薄すぎると、充分な機械的強度が得られない場合がある。一方、補強層が厚すぎると、コアの透磁率の低下や鉄損の増加を生じる。そこで、補強層の厚みは、この問題が生じない範囲から選択される。この問題が生じない範囲は、補強層の材質等により変動し特に限定されないが、通常、補強層の厚みとしては、０．５〜２．０ｍｍの範囲内が好ましい。請求項２は、この好ましい態様に該当し、前記のモータ用ロータであって、前記補強層の厚みが、０．５〜２．０ｍｍの範囲内であることを特徴とするモータ用ロータを提供するものである。
【００２０】
本発明のモータ用ロータは、前記のコア内に磁石を配置した埋込磁石モータ用ロータである。すなわち、複数の磁石が、絶縁材によりその表面がコーティングされた磁性体粒子を成形して得られるコア中に埋め込まれている。磁石としては永久磁石が例示される。
【００２１】
本発明のモータ用ロータを用いるモータは、同期モータとして機能する。すなわち、本発明のモータ用ロータは、モータの回転軸に回転自在に配置され、その回りには界磁コイルを有するステータが配置される。界磁コイルは交流の通電により回転磁界が発生するように配置され、この回転磁界と、コア内の磁石との吸引力、反発力により、モータの駆動力が発生する。
【００２２】
前記のように、埋込磁石モータは、効率も高く、又トルク／電気特性を著しく改善でき、堅牢性や信頼性の面でも優れるとの特徴を有するとともに、コアの表面には永久磁石が存在しないので、補強層を容易に設けることができる。本発明のモータ用ロータにおける磁石の配置は特に限定されないが、リラクタンストルクを有効に得るために、Ｖ字型配置や逆円弧型配置等が好ましく例示される。
【００２３】
本発明はその請求項３において、絶縁材によりその表面がコーティングされた磁性体粉末を円柱状に成形し、得られた円柱状成形体の表面に誘導電流を誘起して前記表面を加熱し、前記表面にある磁性体粉末間を融着させる工程を有することを特徴とするモータ用ロータの製造方法を提供する。この方法により、前記の請求項１又は請求項２に記載のモータ用ロータを、容易に安定的に製造することができる。請求項３の製造方法においても、磁性体粒子の成形はプレスにより行うことができる。
【００２４】
前記誘導電流の誘起及び前記表面を加熱する方法としては、例えば、誘導炉による方法が挙げられる。本発明の請求項４は、この態様に該当し、前記の製造方法であって、前記誘導電流の誘起及び前記表面の加熱が、誘導炉により行われることを特徴とするモータ用ロータの製造方法を提供するものである。この方法によると、補強層の厚みは，誘導炉の出力、周波数（表面電流の深さは周波数に依存）、圧粉磁性体の熱伝導率、処理時間により容易に調整できる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明のモータ用ロータは、高い透磁率を示し、高速回転時においても鉄損が小さいとの圧粉磁性体を用いたロータの優れた特徴を有する。しかも、さらに機械的強度面でも優れており、衝撃（急回転、急制動）や高速回転時の大きな遠心力等により破壊、飛散する可能性がある等の従来の圧粉磁性体を用いたロータの問題点が解決される。本発明のモータ用ロータの製造方法によれば、前記のモータ用ロータを、容易に安定的に製造することができる。このようにして、製造されたモータ用ロータを用いるモータは、高効率化、大容量化が可能であり、ハイブリッド自動車や電気自動車の駆動用として好適に用いられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
次に本発明を実施するための最良の形態を、図を用いて説明する。図１は、本発明のモータ用ロータの一例を示すモータ回転軸に垂直な断面図である。
【００２７】
本例のモータ用ロータは、円柱状の圧粉磁性体部２と、その外周部（前記円柱の表面）を覆う補強層１、及び圧粉磁性体部２に組込まれた永久磁石３からなる。圧粉磁性体部２は、絶縁材によりその表面がコーティングされた磁性体粒子を円柱状に成形して得られる。圧粉磁性体部２の中には、計１２個の平板状の永久磁石３が、２個の永久磁石３でＶ字が形成されるようにして、回転軸４を中心とする円周上に配置されている。永久磁石３をこのようにＶ字に配置することは、リラクタンストルクを得るために好ましいが、湾曲した永久磁石を逆円弧状（ロータ外周とは逆向きの凸となるように円弧を形成するとの意味である。）に配置しても同様な特徴が得られる。
【００２８】
本例のモータ用ロータは、モータの回転軸４に、回転自在に設置される。モータ中で、本例のモータ用ロータの回りには、界磁コイルを有するステータが配置されているが、これらは図示されていない。界磁コイルは、３の倍数個設けられ、３相交流の通電により回転磁界が発生するように配置されている。この回転磁界と永久磁石３との、吸引力、反発力によりモータの駆動力が発生する。
【００２９】
次に、本例のモータ用ロータの製造工程を説明する。
図２は、本例のモータ用ロータを製造する中間段階（プレス工程）での磁性体円柱５、及びそのプレスに用いられる型枠８を示す斜視図である。先ず、絶縁材、バインダーによりその表面がコーティングされた磁性体粒子により、所定の径、長さの磁性体円柱５を形成する。次に、得られた磁性体円柱５に、永久磁石を挿入する部分である永久磁石挿入口６及び回転軸を挿入する部分である回転軸挿入口７を形成する。
【００３０】
前記のようにして得られた磁性体円柱５を、型枠８を用いてプレスする。プレス後、磁性体円柱５表面を誘導加熱により加熱する。図３は、前記誘導加熱工程を示す斜視図であるが、磁性体円柱５は、コイル９内に配置され、コイル９には高周波が流される。すると、磁性体円柱５の表面に誘導電流が流れ、ジュール熱が発生する。発生したジュール熱により、磁性体円柱５の外周部（表面）のみが溶融し、かつバインダーである樹脂が昇華する。その後，再度冷却することにより磁性体円柱５（コア）の外周部に一体の円筒状の補強層（図１中の１）が形成される。このような誘導加熱は、好ましくは誘導炉により行われる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明のモータ用ロータの一例を示す断面図である。
【図２】本発明の製造方法のプレス工程での部材を示す斜視図である。
【図３】本発明の製造方法の誘導加熱工程を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３２】
１    補強層
２    圧粉磁性体部
３    永久磁石
４    回転軸
５    磁性体円柱
６    永久磁石挿入口
７    回転軸挿入口
８    型枠
９    コイル
【図１】
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【図２】
2005318760.tif 000004
【図３】
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