(57)【要約】【課題】ロータの軸方向の磁石の端部における樹脂欠けを防止することができる磁石挿入方法を提供する。【解決手段】ロータコア１２を軸方向Ｘに沿って貫通している磁石挿入孔１２３に樹脂を注入可能な下型２００に、ロータコア１２を載設し、磁石挿入孔１２３に永久磁石１３を挿入し、ロータコア１２の下型２００側とは反対側の面に、クッションプレート３００を押し当て、永久磁石１３の下型２００側とは反対側の面とクッションプレート３００とを密着させ、下型２００により、ロータコア１２の磁石挿入孔１２３に樹脂を注入した後、当該樹脂を固化する、磁石挿入方法。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータコアを軸方向に沿って貫通している磁石挿入孔に樹脂を注入可能な樹脂注入部材に、前記ロータコアを載設し、
前記磁石挿入孔に磁石を挿入し、
前記ロータコアの前記樹脂注入部材側とは反対側の面に、弾性体を押し当て、前記磁石の前記樹脂注入部材側とは反対側の面と前記弾性体とを密着させ、
前記樹脂注入部材により、前記ロータコアの前記磁石挿入孔に樹脂を注入した後、当該樹脂を固化する、磁石挿入方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁石挿入方法に関し、より具体的には、ロータコアの磁石挿入孔への磁石の挿入方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機や発電機等の回転電機において、永久磁石埋め込み型のロータが用いられている。永久磁石埋め込み型のロータは、ＩＰＭ(Ｉｎｔｅｒｉｏｒ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ)型ロータとも称される。ＩＰＭ型ロータでは、円筒状磁性体からなるロータコアの外周面近傍の内部に磁石挿入孔が、ロータコアの軸方向に沿って形成されている。そして、当該磁石挿入孔内に永久磁石が挿入され、樹脂材料で接着固定される。
【０００３】
特許文献１には、磁石挿入孔に挿入された永久磁石と端板との間に、クッション材が挿入された永久磁石界磁回転子が記載されている。そして、特許文献１では、製造誤差によって生じる、端板と永久磁石との間の隙間をクッション材で埋めることにより、永久磁石界磁回転子の製造後における、永久磁石の移動や、当該隙間への金属粉末等の進入を防止することを意図している。また、特許文献１には、ロータコアである積層型磁性体に樹脂含浸を行う際に、永久磁石と端板との隙間を完全に埋めるため、当該クッション材の内部の隙間にも樹脂含浸を行うことが望ましいことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６０−１９７１４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１では、端板と永久磁石との間に、クッション材及び樹脂が存在する。そのため、永久磁石が樹脂モールドされた後に冷却された際、当該永久磁石が膨張及び収縮することによって、ロータの軸方向の磁石の端部において、クッション材及び樹脂に応力が生じる。これにより、樹脂に亀裂が生じたりクッション材が剥離したりする可能性がある。そして、ロータコアの軸方向の磁石の端部において、樹脂欠けが発生する可能性がある。
【０００６】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、ロータコアの軸方向の磁石の端部における樹脂欠けを防止することができる磁石挿入方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明にかかる磁石挿入方法は、ロータコアを軸方向に沿って貫通している磁石挿入孔に樹脂を注入可能な樹脂注入部材に、前記ロータコアを載設する。次に、前記磁石挿入孔に磁石を挿入する。次に、前記ロータコアの前記樹脂注入部材側とは反対側の面に、弾性体を押し当て、前記磁石の前記樹脂注入部材側とは反対側の面と前記弾性体とを密着させる。次に、前記樹脂注入部材により、前記ロータコアの前記磁石挿入孔に樹脂を注入した後、当該樹脂を固化する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明にかかる磁石挿入方法によれば、磁石挿入孔に樹脂を注入する際に、弾性体がロータコアの樹脂注入部材側とは反対側の面に押し当てられる。そのため、磁石の樹脂注入部材側とは反対側の面と弾性体とが密着されている。また、磁石の樹脂注入部材側の面は樹脂注入部材と密着している。そのため、ロータコアの軸方向の磁石の端部と弾性材との間に、樹脂が入り込まない。また、磁石の当該軸方向の端部と樹脂注入部材との間にも樹脂が入り込まない。よって、磁石が樹脂モールドされた後に冷却された際、当該磁石が膨張及び収縮しても、磁石の当該両端部の面上に樹脂が存在しないため、磁石の当該両端部における樹脂に生じる応力を分散することができる。すなわち、ロータコアの軸方向の磁石の端部における樹脂欠けを防止する磁石挿入方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１にかかる回転電機用のロータの断面図である。
【図２】実施の形態１にかかるロータコアの製造方法を説明する部分断面図である。
【図３】実施の形態１にかかるロータコアの製造方法を説明する部分断面図である。
【図４】実施の形態１にかかるクッションプレートの斜視図である。
【図５】従来のロータコアの製造方法で製造されたロータコアにおいて、樹脂に生じる応力を説明する断面図である。
【図６】本実施の形態１にかかるロータコアの製造方法で製造されたロータコアにおいて、樹脂に生じる応力を説明する平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、実施の形態１にかかる回転電機用のロータ１０（以下、単にロータと称する。）の断面図である。図１の断面図は、ロータ１０の軸方向Ｘに沿った平面によって、ロータ１０を切断したロータ１０の状態を表す。図１に示すように、ロータ１０は、ロータコア１２、永久磁石１３、シャフト１４、エンドプレート１５、固定部材１６等を備える。
【００１１】
具体的には、筒状のステータ１１が、ロータ１０の周囲に所定のギャップを隔てて設けられることで、回転電機が構成される。ステータ１１の内周には、複数のティース（不図示）が円周方向に等間隔で且つ径方向内側へ向かって突設されている。隣り合うティース間には、それぞれ、ティースと同数のスロット（不図示）が、内周側と、軸方向Ｘに沿った両端で、開口して形成されている。そして、スロットには、ティースの周囲に巻回されるステータコイル（不図示）が挿入配置される。これにより、ステータコイルに通電されると、ロータ１０を回転駆動させる回転磁界がステータ１１の内側に形成されることになる。
【００１２】
ロータコア１２は、円筒状の部材である。あるいは、ロータコア１２は、径方向中心部にシャフト孔１２１を有する円柱状の部材である。なお、シャフト孔１２１は、軸方向Ｘに沿ってロータコア１２を貫通する円形の孔である。
また、ロータコア１２の外周面１２２近傍の内部に磁石挿入孔１２３が複数形成されている。磁石挿入孔１２３は、ロータコア１２を軸方向Ｘに沿って、貫通している。複数の磁石挿入孔１２３は、ロータコア１２の円周に沿って、実質的に等間隔に、シャフト孔１２１を囲むように、ロータコア１２に設けられている。
【００１３】
具体的には、ロータコア１２は、例えば、多数の電磁鋼板を軸方向Ｘに沿って積層して得られる積層鋼板である。電磁鋼板は、例えば、板厚０．３ｍｍの珪素鋼板等を円環状に打ち抜き加工して形成される。そして、複数の電磁鋼板を軸方向Ｘに沿って積層して１つのブロックとし、複数当該ブロックをブロック毎に、又は、一括して、カシメ、接着、溶接等の方法によって一体に連結させる。また、ロータコア１２を構成する各電磁鋼板は、表面に形成された絶縁皮膜によって互いに電気的に絶縁されている。
【００１４】
なお、ロータコア１２は、電磁鋼板を積層した形態以外にも、鉄、鉄−シリコン系合金、鉄−窒素系合金、鉄−ニッケル系合金、鉄−炭素系合金、鉄−ホウ素系合金、鉄−コバルト系合金、鉄−リン系合金、鉄−ニッケル−コバルト系合金および鉄−アルミニウム−シリコン系合金などの軟磁性金属粉末、もしくは軟磁性金属酸化物粉末がシリコーン(ｓｉｌｉｃｏｎｅ)樹脂等の樹脂バインダーで被覆された磁性粉末などからなる圧粉磁心を用いて成形されるものであってもよい。
【００１５】
永久磁石１３は、例えば、角柱形状等の柱状の形状を有している。また、永久磁石１３の軸方向Ｘに沿う長さは、ロータコア１２の軸方向Ｘに沿う長さと実施的に同じとなるように形成されている。また、永久磁石１３は、ロータコア１２の磁石挿入孔１２３に挿入され磁石挿入孔、固定されている。具体的には、磁石挿入孔１２３に永久磁石１３が挿入された状態で、磁石挿入孔１２３に樹脂を注入して、当該樹脂を固化することにより、永久磁石１３は、磁石挿入孔１２３に固定されている。
【００１６】
シャフト１４は、例えば、丸棒鋼材から形成されており、その外周には径方向外側へ突出するフランジ部１４１が形成されている。また、シャフト１４は、ロータコア１２のシャフト孔１２１に回動可能に挿入されている。フランジ部１４１は、ロータ１０が組み立てられる際にエンドプレート１５に当接する。これにより、フランジ部１４１は、ロータコア１２におけるシャフト１４の軸方向Ｘに沿う位置を決める当り部として機能する。
【００１７】
エンドプレート１５は、ロータコア１２の軸方向Ｘの端部の面とほぼ同じ外形状の円板によって構成される。また、エンドプレート１５は、ロータコア１２の軸方向Ｘの両端部の面に接して配置される。エンドプレート１５は、例えば、アルミニウム、銅等の非磁性金属材料により好適に形成されている。ここで非磁性金属材料とするのは、永久磁石１３の軸方向Ｘの端部における磁束の短絡を抑制するためである。ただし、非磁性材料であれば金属材料に限定されるものではなく、樹脂材料で形成されてもよい。また、エンドプレート１５をロータコア１２よりも小径化するか又は省略することにより、コスト低減を図ってもよい。
【００１８】
固定部材１６は、ロータコア１２及びエンドプレート１５をシャフト１４上に固定する。具体的には、固定部材１６は、固定部１６１、押さえ部１６２を備える。固定部１６１は、シャフト１４に固定される。押さえ部１６２は、固定部１６１のエンドプレート１５側の端部から径方向外側へ延出する円環状の部材である。そして、押さえ部１６２がロータコア１２及び２枚のエンドプレート１５を上記フランジ部１４１に向かって押圧した状態で、固定部１６１がシャフト１４に対して固定される。なお、固定部１６１は、例えば、かしめ、溶接、ねじ留め等の固定方法によって、シャフト１４上に固定される。これにより、ロータコア１２がエンドプレート１５と共にシャフト１４に対して固定されることになる。
【００１９】
次に、図２、図３を参照して、本実施の形態にかかるロータコア１２の製造方法について説明する。図２、図３は、ロータコア１２の製造方法を説明する部分断面図である。図２、図３に示すように、ロータコア１２は、上型１００及び下型（樹脂注入部材）２００を用いて、製造される。本発明にかかるロータコア１２の製造方法は、後述ように、ロータコア１２の磁石挿入孔１２３への磁石１３の挿入方法（磁石挿入方法）に特徴を有する。
【００２０】
まず、下型２００に、ロータコア１２となる積層鋼板を載設する。図２に示すように、下型２００には、ロータコア１２に樹脂を注入するためのゲート２０１を備える。なお、図２においては、ゲート２０１として、ピンゲートを示しているが、ゲート２０１の形状はどのような形状であってもよく、ゲート２０１は、例えば、サイドゲートであってもよい。また、ゲート２０１がピンゲートである場合、ゲート２０１の径は、１．０ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であることが好ましい。
次いで、積層鋼板１２の磁石挿入孔１２３に磁石を挿入する。
【００２１】
次に、ロータコア１２の下型２００側の面とは反対側の面にクッションプレート（弾性体）３００を載置する。次いで、クッションプレート３００のロータコア１２側とは反対側の面に上型１００を載置する。次いで、上型１００を下型２００の方へ、下型２００を上型１００の方へ押圧する。これにより、クッションプレート３００がロータコア１２の下型２００側とは反対側の面に押し当てられる。また、永久磁石１３の下型２００側とは反対側の面とクッションプレート３００とが密着する。また、永久磁石１３の下型２００側の面は、下型２００と密着する。
【００２２】
次に、下型２００により、ロータコア１２の磁石挿入孔１２３に樹脂を注入した後、当該樹脂を冷却することにより固化する。なお、樹脂は、一般的なモールド樹脂であり、バルクモールディングコンパウンド（ＢＭＣ）等の不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂等であってもよい。また、下型２００に連結される成形機は、ゲート２０１における所望する圧が得られるものであればよく、例えば、トランスファー成形機、射出成型機等である。
【００２３】
次に、上型１００を下型２００から取り外し、クッションプレート３００をロータコア１２から取り除く。次に、下型２００から、磁石１３が樹脂モールドされて固定されたロータコア１２を取り出す。
【００２４】
なお、上型１００を用いて、クッションプレート３００をロータコア１２の上型１００側の面に押圧する際、ロータコア１２と永久磁石１３とが実質的に同じ厚さとなるように、積層鋼板の積層厚さは設定されている。しかし、永久磁石１３の製造誤差により、図３に示すように、永久磁石１３の厚さは、ロータコア１２の厚さよりも若干厚くなったり（図３の一点鎖線より左側に示す場合）、ロータコア１２の厚さよりも若干薄くなったり（図３の一点鎖線より右側に示す場合）する。しかし、何れの場合でも、永久磁石１３の上型１００側の面は、クッションプレート３００に密着している。また、永久磁石１３の下型２００側の面も下型２００に密着している。そのため、樹脂が永久磁石１３の軸方向Ｘの端部の面上に侵入することが防止される。
【００２５】
また、図４に、本実施の形態１にかかるクッションプレート３００の斜視図を示す。クッションプレート３００は、弾性を有する樹脂、ゴム材等を用いて形成される。より具体的には、クッションプレート３００は、例えば、シリコンゴム、フッ素ゴム、フッ素樹脂等を用いて形成される。また、図３に示すように、クッションプレート３００は、円筒状であり、クッションプレート３００の両端の面の形状は、ロータコア１２の両端の面の形状と実質的に同じ形状である。クッションプレート３００のヤング率は、０．５ＧＰａ以上５ＧＰａ以下であることが好ましい。また、クッションプレート３００の厚さＴは、５ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることが好ましい。クッションプレート３００のヤング率及び厚さＴの当該範囲は、厚さが約６０ｍｍの永久磁石１３がクッションプレート３００で押されても割れない範囲、及び、クッションプレート３００と永久磁石１３との間のシール性に基づいて決定される。クッションプレート３００が薄いと永久磁石３００が割れてしまう。一方、クッションプレート３００が厚いと、永久磁石３００とクッションプレート３００との間のシール性が十分に保つことができない。クッションプレート３００のヤング率と厚さとは関係があり、ヤング率が０．５ＧＰａ以上５ＧＰａ以下の範囲では、厚さは、５ｍｍ以上２０ｍｍ以下が妥当である。
【００２６】
また、下型２００により、ロータコア１２の磁石挿入孔１２３に樹脂を注入した後、当該樹脂を固化する際、永久磁石１３は、冷却によって、膨張及び収縮する。具体的には、永久磁石１３が、ロータの軸方向Ｘに沿って長い直方体形状である場合、永久磁石１３は、当該軸方向Ｘに沿う長さが長くなるように膨張する。また、永久磁石１３の軸方向Ｘに直交する長さ（以下、幅と称する。）のうち、長い方の幅はより長くなるように、短い方の幅はより短くなるように、永久磁石１３は、膨張、伸縮する。これにより、永久磁石１３の軸方向Ｘの端部の面側にモールド樹脂４００が存在すると、図５に示すように、永久磁石１３が軸方向Ｘに沿って膨張することによって（図５において、永久磁石の膨張方向を白抜き矢印で示す。）、永久磁石１３の端部の角部における樹脂４００に応力が集中する（図５において、樹脂４００に生じる応力を矢印で示す。）。これにより、樹脂４００の応力が集中した部分に亀裂が入り、樹脂欠けが生じる場合がある。
【００２７】
一方、本実施の形態１にかかる磁石挿入方法によれば、永久磁石１３の軸方向Ｘの端部の面上にモールド樹脂４００が存在しない。そのため、図６に示すように、永久磁石１３が軸方向Ｘに沿って膨張することによって樹脂４００に生じさせる応力を分散することができる（図６において、樹脂４００に生じる応力を矢印で示す。）。そのため、永久磁石１３の軸方向Ｘの端部における樹脂４００に亀裂が生じるのを防ぐことができる。
【００２８】
以上に説明した実施の形態１にかかる磁石挿入方法によれば、磁石挿入孔１２３に樹脂を注入する際に、クッションプレート３００がロータコア１２の下型２００側とは反対側の面に押し当てられる。そのため、永久磁石１３の下型２００側とは反対側の面とクッションプレート３００とが密着されている。また、永久磁石１３の下型２００側の面は下型２００と密着している。そのため、ロータコア１２の軸方向Ｘの永久磁石１３の端部とクッションプレート３００との間に、樹脂が入り込まない。また、永久磁石１３の当該軸方向Ｘの端部と下型２００との間にも樹脂が入り込まない。よって、永久磁石１３が樹脂モールドされた後に冷却された際、当該永久磁石１３が膨張及び収縮しても、永久磁石１３の当該両端部の面上に樹脂が存在しないため、永久磁石１３の当該両端部における樹脂に生じる応力を分散することができる。すなわち、永久磁石１３の軸方向Ｘの端部における樹脂欠けを防止する磁石挿入方法を提供することができる。
【００２９】
実施例．
次に、実施の形態１の実施例を説明する。実施例において、クッションプレート３００の厚さは１０ｍｍであり、シリコンゴムを用いて形成した。また、モールド樹脂４００として、ＢＭＣを用いた。下型２００のゲート２０１は、ピンゲートであり、ゲート２０１の径は、１．５ｍｍである。また、成形機として、トランスファー成形機を用い、プランジャーの圧力は、６ＭＰａである。
【００３０】
実施例において、磁石１３が樹脂モールドされて固定されたロータコア１２では、磁石１３の軸方向Ｘの端部の面上に樹脂が付着することを防止できたことを確認した。また、ゲートカットも良好に行うことができた。
【００３１】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、ロータコア１２の下型２００側の面にクッションプレート３００を載置して、下型２００によりクッションプレート３００をロータコア１２に押圧し、樹脂を上型１００から注入してもよい。
【符号の説明】
【００３２】
１０  ロータ
１１  ステータ
１２  ロータコア
１２１  シャフト孔
１２２  外周面
１２３  磁石挿入孔
１３  永久磁石
１４  シャフト
１４１  フランジ部
１５  エンドプレート
１６  固定部材
１６１  固定部
１６２  押さえ部
１００  上型
２００  下型（樹脂注入部材）
２０１  ゲート
３００  クッションプレート（弾性体）
４００  モールド樹脂
【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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【図６】
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