(57)【要約】【課題】射出成形によりロータコアに埋め込まれた永久磁石の充填率を向上させることができる回転電機用ロータおよびその製造方法を提供する。【解決手段】永久磁石３はロータコア２の径方向外側に形成された第１の磁石６と、径方向内側に略円弧状に形成されて第１の磁石６に隣り合う第２の磁石７とからなる。径方向外側には磁粉量が多く粘性の高い第１の磁石材料による第１の磁石６が配置され、径方向内側には第１の磁石６に比べて磁粉量が少なく粘性の低い第２の磁石材料による第２の磁石７が配置されている。永久磁石３の一方の第１の磁石６は、あらかじめ磁石量が少ない第１の磁石材料が注入されるため、軸線方向下側に注入されない空洞部分ができた状態で成形される。他方の第２の磁石７は、流動性のよい第２の磁石材料が注入されるため、成形時に第１の磁石６の下側の空洞部分に流れ込み、磁石取付孔４全体が充填されて永久磁石３が形成される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に一体回転可能に固定され、周方向に間隔をおいて複数の磁石取付孔が軸線方向に延びて形成されたロータコアと、
前記各磁石取付孔内に埋め込まれて固定された永久磁石と、を備え、
前記永久磁石は、前記磁石取付孔内の前記ロータコアの径方向外側に第１の磁石材料を射出成形された第１の磁石と、
前記磁石取付孔内の前記ロータコアの径方向内側に前記第１の磁石と隣り合う前記第１の磁石材料よりも粘性の低い第２の磁石材料を射出成形された第２の磁石と、を有することを特徴とする回転電機用ロータ。
【請求項２】
回転軸に一体回転可能に固定され、周方向に間隔をおいて複数の磁石取付孔が軸線方向に延びて形成されたロータコアと、
前記各磁石取付孔内に埋め込まれて固定された永久磁石と、を備え、
前記永久磁石は、前記磁石取付孔内の前記ロータコアの径方向外側に第１の磁石材料を射出成形された第１の磁石と、
前記磁石取付孔内の前記ロータコアの径方向内側に前記第１の磁石と隣り合う前記第１の磁石材料よりも粘性の低い第２の磁石材料を射出成形された第２の磁石と、を有し、
前記第１の磁石材料を第１の射出部から前記磁石取付孔内に射出する第１の射出工程と、
前記第２の磁石材料を第２の射出部から前記磁石取付孔内に射出する第２の射出工程と、を備えたことを特徴とする回転電機用ロータの製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の回転電機用ロータの製造方法において、
前記第１および第２の射出工程は、同時に行なわれることを特徴とする回転電機用ロータの製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の回転電機用ロータの製造方法において、
前記第１および第２の磁石材料は、前記第１および第２の磁石毎に軸線方向に対向して並ぶ複数の前記第１および第２の射出部の注入口から前記磁石取付孔内に注入されることを特徴とする回転電機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、電動モータおよび発電機として用いられる回転電機用ロータおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転電機には、ロータコアに永久磁石を埋め込み固定した、いわゆる埋込磁石型のロータを備えたものがある。この回転電機用ロータは、例えば電磁鋼板を積層したロータコアに形成された軸線方向に延出する一字形やＵ字形の磁石取付孔（スロット）に、永久磁石を挿入または成形し径方向と直交するように配置したものが知られている。こうした埋込磁石型のロータを備えた回転電機（以下、ＩＰＭモータという）では、永久磁石によるマグネットトルクのみならず、リラクタンストルクが発生するため、ロータコアの表面に永久磁石を固着した、いわゆる表面磁石型のロータを備えた回転電機（ＳＰＭモータ）に比べ、高い出力が得られる。
【０００３】
そして、ＩＰＭモータのロータに用いられる永久磁石として、形状の自由度や加工のし易さなどの観点からボンド磁石が用いられる場合がある。ボンド磁石では、例えば希土類系の磁性材料が樹脂材料に分散された磁性成形材料を磁場中で射出成形することで磁性材料の配向を揃えつつ着磁を行ない、永久磁石として製造される方法が種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１３４３１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような射出成形を用いた方法では、磁性成形材料を射出成形により磁石取付孔に埋設後、着磁操作によりボンド磁石を磁化する。通常、射出成形では射出成形機側のノズルから射出された磁性成形材料を金型側に設けられた１箇所のスプールで形成された流路を通してロータコアの磁石取付孔に充填し、1種類の永久磁石が形成される。ところが、射出成形によりボンド磁石を形成する場合、磁性成形材料を磁石取付孔内の全領域に充填（充填率１００％）するためには、射出速度（流速）や射出圧力（保圧）を大きくする必要がある。また、充填率を上げるためにボンド磁石の粘性を低下させると磁石の性能が低下する。
【０００６】
そして、射出速度や射出圧力を大きくすることによって、ロータコアの外径または内径方向に応力が発生しロータの外径または内径に膨らみを生じる。この膨らみを抑制するために、反対に射出圧力を低くすると磁性成形材料が十分に充填されなくなる。その結果、ロータの体積当りの出力密度が小さくなり、モータ出力の低下やコストアップを招くことになる。また、射出速度や射出圧力を低くすると射出時間が長くなり、ロータの製造工程が遅くなる。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、射出成形によりロータコアに埋め込まれた永久磁石の充填率を向上させることができる回転電機用ロータおよびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、回転電機用ロータにおいて、回転軸に一体回転可能に固定され、周方向に間隔をおいて複数の磁石取付孔が軸線方向に延びて形成されたロータコアと、前記各磁石取付孔内に埋め込まれて固定された永久磁石と、を備え、前記永久磁石は、前記磁石取付孔内の前記ロータコアの径方向外側に第１の磁石材料を射出成形された第１の磁石と、前記磁石取付孔内の前記ロータコアの径方向内側に前記第１の磁石と隣り合う前記第１の磁石材料よりも粘性の低い第２の磁石材料を射出成形された第２の磁石と、を有することを要旨とする。
【０００９】
上記構成によれば、ロータコアの径方向外側に第１の磁石材料を射出成形し、径方向内側に粘性の低い第２の磁石材料を射出成形することにより、低い射出圧力の下で第１および第２の磁石からなる永久磁石を形成することができる。これにより、１種類の磁性成形材料による射出成形時に比べて射出圧力を低く設定できるので、射出成形後のロータコアの外径または内径方向への膨らみを抑制することができる。その結果、ロータの外径または内径のばらつきを抑えることができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、回転電機用ロータの製造方法において、回転軸に一体回転可能に固定され、周方向に間隔をおいて複数の磁石取付孔が軸線方向に延びて形成されたロータコアと、前記各磁石取付孔内に埋め込まれて固定された永久磁石と、を備え、前記永久磁石は、前記磁石取付孔内の前記ロータコアの径方向外側に第１の磁石材料を射出成形された第１の磁石と、前記磁石取付孔内の前記ロータコアの径方向内側に前記第１の磁石と隣り合う前記第１の磁石材料よりも粘性の低い第２の磁石材料を射出成形された第２の磁石と、を有し、前記第１の磁石材料を第１の射出部から前記磁石取付孔内に射出する第１の射出工程と、前記第２の磁石材料を第２の射出部から前記磁石取付孔内に射出する第２の射出工程と、を備えたことを要旨とする。
【００１１】
上記構成によれば、ロータコアの径方向外側に第１の磁石材料を射出する第１の射出部と、径方向内側に第２の磁石材料を射出する第２の射出部とを設け、第１および第２の磁石を形成する。それぞれ第１および第２の射出工程に分けることで、充填する各磁性成形材料の種類および充填量を調節し、磁性成形材料を磁石取付孔内の全領域に充填させることができる。すなわち、第１の磁石材料の下側にできる空洞部分に粘性の低い第２の磁石材料が流れ込み、低い射出圧力の下で空洞部分を充填させることができる。これにより、永久磁石における磁性成形材料の充填率が向上し、ロータの体積当りの出力密度を向上させることができる。その結果、モータの高出力化も可能となる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の回転電機用ロータの製造方法において、前記第１および第２の射出工程は、同時に行なわれることを要旨とする。
【００１３】
上記構成によれば、２種類の射出工程を同時に行なうことで、第１の磁石材料の下側にできる空洞部分に粘性の低い第２の磁石材料が流れ込み、低い射出圧力の下で空洞部分を充填させることができる。これにより、永久磁石における磁性成形材料の充填率が向上する。また、射出時間を短縮することができるので、ロータの製造工程の高速化が可能となる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の回転電機用ロータの製造方法において、前記第１および第２の磁石材料は、前記第１および第２の磁石毎に軸線方向に対向して並ぶ複数の前記第１および第２の射出部の注入口から前記磁石取付孔内に注入されることを要旨とする。
【００１５】
上記構成によれば、１つの磁石取付孔内に複数配置される第１および第２の磁石毎にそれぞれ軸線方向に対向して第１および第２の射出部を設けることで、ロータコアの外周面近傍に磁力の大きな第１の磁石を配置することができる。これにより、第１の磁石の磁力を強めることで、永久磁石の磁束の利用効率が向上し、モータ出力を増加させることが可能となる。また、ロータの積厚（軸線方向長さ）や磁石量を最適化できることでコスト低減効果も期待できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、射出成形によりロータコアに埋め込まれた永久磁石の充填率を向上させることができる回転電機用ロータおよびその製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る回転電機用ロータの断面図。
【図２】図１の永久磁石の詳細な構成を示す平面図。
【図３】図２におけるＸ−Ｘ方向から見たロータコア（永久磁石部分）の縦断面図。
【図４】第１および第２の射出部の構成を示す平面図。
【図５】第１の射出部の概略構造を示す縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明の実施形態の回転電機に用いられる回転電機用ロータ１について、ＩＰＭモータのロータの図に基づいて説明する。なお、以下の説明において、径方向および軸線方向とは、回転電機用ロータ１（ロータコア２）の半径方向および軸方向を指す。
【００１９】
図１は、本発明の一実施形態に係る回転電機用ロータ（以下、ロータという）１の断面図である。
回転電機は、例えば車両に搭載され、ステアリング操作を補助する電動パワーステアリング装置や油圧を発生させる電動オイルポンプ装置の駆動源用の電動モータ（例えば、３相のブラシレスモータなど）として用いられる。
【００２０】
図１に示すように、ロータ１は、回転電機（本実施形態では、ＩＰＭモータ）の回転軸８と一体回転可能に固定される円柱状のロータコア２と永久磁石３とから構成されている。ロータコア２には、複数（本実施形態では、１０セット）の永久磁石３がロータコア２内にそれぞれ埋設されて固定されている。すなわち、本実施形態のロータ１は、いわゆる埋込磁石型のロータとして構成されている。このように構成された回転電機は、図示しないステータの各コイルに駆動電力が供給されることにより形成される磁界と、永久磁石３の磁束との間に発生する磁気的な吸引力および反発力によりロータ１が回転する構成となっている。
【００２１】
ロータコア２は、鉄や珪素鋼板などから略円柱状に積層形成されており、回転電機の回転軸８が挿入される挿入孔９を有する。ロータコア２には、永久磁石３がそれぞれ内部に配置される複数（本実施形態では、１０個）の略Ｕ字状の磁石取付孔４が形成されている。なお、本実施形態の磁石取付孔４は、それぞれ永久磁石３の断面形状と略同一の断面形状を有する孔（空洞）状に形成されている。
【００２２】
詳しくは、ロータコア２は電磁鋼板からなる薄板円盤状の強磁性板（以下、ロータプレートという）５が複数枚軸線方向に積層されて構成されている。ここで、ロータコア２は、例えば表面に絶縁処理が施された珪素鋼板などを用いた電磁鋼板を打ち抜いて所定の形状に形成された複数枚の薄板状のロータプレート５がロータ１の軸線方向に積層固定された積層体である。
【００２３】
各永久磁石３は、ロータコア２の外周縁の近傍に等間隔で軸線方向に貫通形成された１０個の略Ｕ字状の磁石取付孔４にそれぞれ収容され、ロータコア２に固定保持されている。磁石取付孔４は、径方向外側の両先端部（Ｕ字先端部）から周方向に対向して径方向内側に向かうにつれて互いに近接するように延びて、回転軸８側の径方向内側部分（Ｕ字底部）が凸となる略円弧状に形成されている。
【００２４】
また、永久磁石３は、径方向外側の直線部に形成された第１の磁石６と、径方向内側の円弧部に形成された第１の磁石６に隣り合う第２の磁石７とを備えて構成されている。なお、本実施形態の第１および第２の磁石６，７には、微小な磁石粉を樹脂（例えば、ＰＡ、ＰＰＳなど）と混合して成形固化した希土類（例えば、ネオジムなど）系のボンド磁石（例えば、プラスチックマグネット、ゴムマグネットなど）が用いられている。磁性成形材料（磁石材料）が磁界中で磁石取付孔４内に射出成形されつつ、配向、着磁（または、配向と同時に着磁）されるようになっている。さらに、永久磁石３は、周方向において一方の極性（例えば、Ｓ極）が対向するように着磁（磁化）されている。そして、隣り合う永久磁石３と周方向において他方の極性（例えば、Ｎ極）が対向するようになっている。
【００２５】
次に、図２は、図１の永久磁石３の詳細な構成を示す図、図３は、図２におけるＸ−Ｘ方向から見たロータコア２（永久磁石３部分）の縦断面図である。
図２に示すように、永久磁石３は、ロータコア２の径方向に沿って外側に直線的に延びて板状に形成された第１の磁石６と、挿入孔９側の径方向内側に向かうにつれて略円弧状に湾曲して形成された第１の磁石６に隣り合う第２の磁石７とからなる。第１および第２の磁石６，７は粘性の異なる２種類の磁性成形材料により射出成形される。
【００２６】
ロータコア２の径方向外側には磁粉（磁石粉）量が多く粘性の高い第１の磁石材料を射出成形した第１の磁石６が配置されている。また、径方向内側には第１の磁石材料に比べて磁粉量が少なく粘性の低い第２の磁石材料を射出成形した第２の磁石７が配置されている。磁性成形材料中の磁粉量が増えるにしたがって、磁性成形材料の粘性が高くなるとともに、磁石の磁気特性も向上して大きな磁力が得られるようになる。
【００２７】
ここで、第１の磁石６の直線部分の磁化方向（矢印破線で示す）は、ロータコア２の周方向に略沿うように着磁されている。また、第２の磁石７の円弧部分の磁化方向（矢印破線で示す）は、径方向内側端部に近づくにつれて周方向から徐々に径方向に沿うように着磁されている。すなわち、第１および第２の磁石６，７は、それぞれの板厚方向と略沿う方向に着磁されている。
【００２８】
そして、第１および第２の磁石６，７は、磁化方向の磁気抵抗が径方向にわたりそれぞれ均一になるように構成されている。具体的には、第１および第２の磁石６，７の磁化方向に沿った長さ（厚み）は、それぞれ略同一になるように形成されている。また、ボンド磁石は、単位長さ当たりの磁気抵抗が一定となるように磁石粉が樹脂材料内に均一に混ぜられて構成されている。
【００２９】
図３に示すように、永久磁石３の一方のロータコア２の外周面側の第１の磁石６は、あらかじめ磁石量の多い粘性の高い磁性成形材料（第１の磁石材料）が注入されるため、軸線方向下側に充填されない空洞部分ができた状態で成形される。他方の挿入孔９側の第２の磁石７は、粘性の低い磁性成形材料（第２の磁石材料）が注入される。このため、成形時の流動性がよい第２の磁石材料は第１の磁石６の下側の空洞部分に流れ込み、磁石取付孔４の全領域が充填されて永久磁石３が形成される。これにより、低い射出圧力（保圧）の下で充填が可能でロータコア２の外径または内径方向への膨らみを抑制するとともに、永久磁石３の充填率を上げることができる。
【００３０】
次に、上述したロータ１の製造方法について説明する。
図４は、第１および第２の射出部１０，１１の構成を示す平面図、図５は、第１の射出部１０の概略構造を示す縦断面図である。
本実施形態の永久磁石３の射出成形は、図示しない射出成形機によりロータコア２の磁石取付孔４内に粘性の異なる２種類の磁性成形材料（第１および第２の磁石材料）を注入して行われる。
【００３１】
まず、図４に示すように、第１の射出部１０がロータコア２の外周面近傍の第１の磁石６が形成される磁石取付孔４に軸線方向に対向した複数（本実施形態では、２箇所）の位置に配置される。また、第２の射出部１１が径方向内側端部の第２の磁石７が形成される磁石取付孔４に軸線方向に対向した位置に配置される。具体的には、図５を参照して、第１および第２の射出部１０，１１は、磁性成形材料を射出する射出側に、例えば凸部を有したノズル１２が設けられ、注入側には注入口１５を有したスプール１３が第１および第２の磁石６，７毎に並んで設けられている。このノズル１２およびスプール１３からなる第１および第２の射出部１０，１１は、それぞれに設けられた貫通孔を連結して流路１４を形成し、溶融された液体状の磁性成形材料を高い流速で移動させている。
【００３２】
図５に示すように、第１の射出部１０において、流路１４は共通のノズル１２を通ってスプール１３内で２つの流路１４に分岐され、一定の射出圧力で第１の磁石材料が注入口１５から注入される（矢印実線で示す）。なお、スプール１３の注入口１５の位置や数を変更することで、射出速度あるいは射出圧力を変化させることができる。また、ノズル１２をスプール１３毎に分けて配置することで異なる射出圧力での磁石成形が可能となる。
【００３３】
次に、第１の射出部１０から磁石取付孔４内に粘性の高い第１の磁石材料が射出され（第１の射出工程）、第２の射出部１１からは磁石取付孔４内に粘性の低い第２の磁石材料が射出される（第２の射出工程）。この際、第１および第２の射出工程は、同時に行なわれる。また、各工程での射出圧力は、１種類の磁性成形材料を注入する場合より低く設定できる。
【００３４】
ここで、第１の磁石６の軸線方向下側に形成された空洞部分に第２の磁石材料が流れ込み、磁石取付孔４の全領域内に磁性成形材料が充填される。そして、磁石成形される際に、磁石の配向、着磁が同時に行なわれる。
【００３５】
以上により、２種類の磁性成形材料を注入することにより、射出成形により生じるロータコア２の外径または内径方向への膨らみを抑え、射出圧力が低い状態で磁性成形材料を磁石取付孔４内の全領域に充填（充填率１００％）することが可能となる。
【００３６】
次に、上記のように構成された本発明の実施形態に係るロータ１の作用および効果について説明する。
【００３７】
上記実施形態によれば、ロータコア２の径方向外側に粘性の高い第１の磁石材料を射出成形し、径方向内側に粘性の低い第２の磁石材料を射出成形することにより、低い射出圧力の下で第１および第２の磁石６，７からなる永久磁石３を形成することができる。これにより、１種類の磁性成形材料による射出成形時に比べて射出圧力を低く設定できるので、射出成形後のロータ１の外径または内径方向への膨らみを抑制することができる。その結果、ロータ１の外径または内径のばらつきを抑えることができる。
【００３８】
上記実施形態によれば、ロータコア２の径方向外側に第１の磁石６を形成する第１の射出部１０と、径方向内側に第２の磁石７を形成する第２の射出部１１とを設け、第１および第２の磁石６，７を形成する。それぞれ第１および第２の射出工程に分けることで、充填する磁性成形材料の種類および量を調節し、磁性成形材料を磁石取付孔４内の全領域に充填させることができる。すなわち、第１の磁石材料の下側にできる空洞部分に粘性の低い第２の磁石材料が流れ込み、低い射出圧力の下で空洞部分を充填させることができる。これにより、永久磁石３における磁性成形材料の充填率が向上し、ロータ１の体積当りの出力密度を向上させることができる。その結果、モータの高出力化も可能となる。
【００３９】
また、２種類の射出工程を同時に行なうことで、第１の磁石材料の下側にできる空洞部分に粘性の低い第２の磁石材料が流れ込み、低い射出圧力の下で空洞部分を充填させることができる。これにより、永久磁石における磁性成形材料の充填率が向上する。また、射出時間を短縮することができるので、ロータの製造工程の高速化が可能となる。
【００４０】
さらに、１つの磁石取付孔４内に複数配置される第１および第２の磁石６，７毎（本実施形態では、２つの第１の磁石６および１つの第２の磁石７）にそれぞれ軸線方向に対向して第１および第２の射出部１０，１１を設ける。第１の射出部１０から第１の磁石材料が射出されることで、ロータコア２の外周面近傍に磁力の大きな第１の磁石６を配置することができる。これにより、第１の磁石６の磁力を強めることで、永久磁石３の磁束の利用効率が向上し、モータ出力を増加させることができる。また、ロータ１の積厚（軸線方向長さ）や磁石量を最適化できることでコスト低減効果も期待できる。
【００４１】
以上のように、本発明の実施形態によれば、射出成形によりロータコアに埋め込まれた永久磁石の充填率を向上させることができる回転電機用ロータおよびその製造方法を提供することができる。
【００４２】
以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明はさらに他の形態で実施することも可能である。
【００４３】
上記実施形態では、第１の磁石６を射出成形する工程と着磁する工程とが同時に行なわれる場合について説明したが、成形工程後に着磁工程が行われるものでもよい。
【００４４】
上記実施形態では、粘性の高い第１の磁石材料をロータコア２の外周側に注入し、粘性の低い第２の磁石材料を挿入孔９側に注入する例を示したが、これに限定されるものでなく、各磁石の配置や磁石材料の比率を適宜に選択して充填することが可能である。
【００４５】
上記実施形態では、永久磁石３（磁石取付孔４）の径方向の断面形状は、略Ｕ字状の場合について説明したが、これに限定されるものでなく、略逆円弧状あるいは略コの字状に形成された永久磁石でもよい。また、略Ｖ字形や略Ｗ字形に形成された永久磁石であってもよい。さらに、一字形に形成された永久磁石でもよい。すなわち、ロータコア２の径方向に延びる対向する磁極を有する形状であれば、永久磁石３の形状は適宜に変更可能である。いずれの場合も径方向外側に粘性の高い磁力の大きな磁石が配置される。
【００４６】
また、上記実施形態では、周方向において互いに隣り合う永久磁石３の極性が異なるようにＮ極とＳ極が交互に配置する例を示したが、同じ極性（例えば、Ｓ極）の略Ｕ字状の永久磁石３を配置されたものであってもよい。
【００４７】
上記実施形態では、永久磁石３の第１および第２の磁石６，７として成形し易い希土類系のネオジムボンド磁石を用いたが、これに限定されるものでなく、他のボンド磁石を用いてもよい。
【００４８】
上記実施形態では、ロータコア２は、永久磁石３の形状に合わせて珪素鋼板を用いた電磁鋼板を積層して形成されていたが、これに限定されるものでなく、例えば圧粉磁心を用いてもよい。
【００４９】
上記実施形態では、１０セットの永久磁石３を備えたＩＰＭモータに適用する場合を説明したが、これに限定されるものでなく、任意の数の永久磁石を任意の位置に配置したＩＰＭモータに適用することが可能である。
【００５０】
上記実施形態では、本発明を電動パワーステアリング装置や電動オイルポンプ装置などの駆動源に用いられる電動モータ（ＩＰＭモータ）に具体化したが、これに限定されるものでなく、他の装置の駆動源用モータとして用いてもよく、また、発電機として用いてもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１：回転電機用ロータ、２：ロータコア、３：永久磁石、４：磁石取付孔、
５：ロータプレート、６：第１の磁石、７：第２の磁石、８：回転軸、９：挿入孔、
１０：第１の射出部、１１：第２の射出部、１２：ノズル、１３：スプール、
１４：流路、１５：注入口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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