(57)【要約】【課題】渦電流損を効果的に防止するとともに、ロータ製造コストを大幅に低減することのできる磁石埋め込み型モータ用ロータの製造方法を提供する。【解決手段】複数の永久磁石２がロータコア１内に埋め込まれてなる磁石埋め込み型モータ用ロータの製造方法であり、ロータコア１の磁石挿入用スロット１２内に永久磁石２を挿入する第一の工程と、スロット１２内に永久磁石２が挿入された姿勢において、上下のエンドプレート３，３にて永久磁石２を押圧することで複数の永久磁石分割体２ａに分割する第二の工程と、からなる。永久磁石２の両端面には溝２１が形成されており、エンドプレート３にはこの溝２１に対応する位置に突起３１が形成されており、溝２１に突起３１が嵌りこんだ姿勢で押圧されることで永久磁石分割体が精度よく形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の永久磁石がロータコア内に埋め込まれてなる磁石埋め込み型モータ用ロータの製造方法であって、
前記ロータの磁石挿入用スロット内に前記永久磁石を挿入する第一の工程と、
前記スロット内に永久磁石が挿入された姿勢において、該永久磁石を複数に分割する第二の工程と、からなる磁石埋め込み型モータ用ロータの製造方法。
【請求項２】
前記第二の工程において、
ロータの両端面に装着される２つの非磁性のエンドプレートには突起が形成されており、該突起をスロット内に挿入された永久磁石の端面に当接させ、該エンドプレートを押圧することによって永久磁石を分割する、請求項１に記載の磁石埋め込み型モータ用ロータの製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の磁石埋め込み型モータ用ロータの製造方法において、
永久磁石の両端面にはエンドプレートの前記突起に対応する位置に溝が形成されており、該溝に該突起が位置決めされた姿勢でエンドプレートを押圧するものである、磁石埋め込み型モータ用ロータの製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載の磁石埋め込み型モータ用ロータの製造方法において、
永久磁石の両端面には溝が形成されており、かつ、永久磁石に比して線膨張係数の大きな素材からなる膨張片が該溝内に配設されており、
前記第二の工程では、永久磁石を加熱することによって前記膨張片を膨張させ、永久磁石を分割するものである、磁石埋め込み型モータ用ロータの製造方法。
【請求項５】
請求項２に記載の磁石埋め込み型モータ用ロータの製造方法において、
永久磁石の両端面にはエンドプレートの前記突起に対応する位置に第一の溝が形成されており、かつ、永久磁石のスロット挿入方向の両端面には間隔を置いて複数の第二の溝が形成されており、かつ、永久磁石に比して線膨張係数の大きな素材からなる膨張片が該第二の溝内に配設されており、
前記第二の工程では、前記第一の溝に前記突起が位置決めされた姿勢でエンドプレートを押圧することで永久磁石をスロット挿入方向に分割するとともに、永久磁石を加熱することによって前記膨張片を膨張させ、永久磁石をスロット挿入方向に直交する方向に分割するものである、磁石埋め込み型モータ用ロータの製造方法。
【請求項６】
請求項４または５に記載の磁石埋め込み型モータ用ロータの製造方法において、
前記永久磁石の加熱は、モータを駆動させて永久磁石に渦電流を発生させ、該渦電流によって永久磁石を発熱させるものである、磁石埋め込み型モータ用ロータの製造方法。
【請求項７】
請求項１に記載の磁石埋め込み型モータ用ロータの製造方法において、
前記第一の工程では、湾曲した永久磁石であってその凹面側に溝が形成された永久磁石をスロット挿入方向に積層しながら該スロット内に挿入するものである、磁石埋め込み型モータ用ロータの製造方法。
【請求項８】
請求項１に記載の磁石埋め込み型モータ用ロータの製造方法において、
前記第一の工程では、永久磁石をスロット挿入方向に積層するとともに相隣る永久磁石の対向面の対応位置に溝が形成され、この溝間にスペーサを介装させた姿勢でスロット内に挿入するものである、磁石埋め込み型モータ用ロータの製造方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかの製造方法によって製造される、磁石埋め込み型モータ用ロータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁石埋め込み型モータ用ロータとその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ブラシレスＤＣモータをはじめとする各種のモータの中で、ロータコア内部に複数の永久磁石が埋め込まれてなる永久磁石埋込型のロータを具備するモータはよく知られるところである。例えば、ハイブリット車両用のモータには、上記する磁石埋込型のロータを有するモータが使用されている。
【０００３】
ところで、ステータティースには巻線が集中巻き若しくは分布巻きされることによってコイルが形成されており、コイルに電流を印加することによって磁束を生じさせ、永久磁石による磁束との間でマグネットトルクおよびリラクタンストルクを発生させている。この分布巻きコイルの場合には、集中巻きコイルの場合に比して磁極数も多くなり、したがって、ロータ回転時にティース側からロータの永久磁石に入ってくる磁束（または磁束の変化）は相対的に連続性がある。そのため、ロータ回転時の磁束密度の変化は相対的に少ない。それに対し、集中巻きコイルの場合には、磁束密度の変化が相対的に大きくなることから永久磁石には渦電流が生じ易く、渦電流の発生によって永久磁石は発熱し、不可逆な熱減磁が招来されることで永久磁石自体の磁気特性が低下することとなる。
【０００４】
近時のハイブリッド自動車や電気自動車で使用される駆動用モータに関して言えば、モータの出力性能アップが追求されている中でたとえばその回転数や極数の増加が図られており、この回転数の増加等によって磁石に作用する磁界の変動率が大きくなり、その結果として上記渦電流が発生し易く、発熱によって齎される磁石の熱減磁によってモータ性能が逆に低下し、モータの耐久性の低下に繋がるといった課題が生じている。
【０００５】
上記する渦電流の発生およびそれに起因する熱減磁の招来を防止するために、永久磁石埋込型のロータを備えたモータにおいては、該永久磁石を複数の分割ピースから形成しておき、この分割ピースを束ねてロータの挿入溝に挿入設置する方策が講じられている（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１３６１３０号公報
【特許文献２】特開２０００−３２４７３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
永久磁石に生じ得る渦電流の発生を効果的に防止するために、該永久磁石を複数の分割ピースから製造するのは有効な方法である。しかし、無垢の永久磁石を製造することに比して、これを複数の分割ピースに分割してこれらを束ねる製造方法ではその製造効率が極めて低いのが現状であり、製造コストが大幅に高くなっていること、分割ピース同士を接着したりモールド体を製造する場合には、製造工程の増加や製造手間が相俟って、より一層製造コストが高騰するといった新たな課題が生じている。
【０００８】
本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、磁石埋め込み型モータ用のロータに埋設される永久磁石において、渦電流損を効果的に防止するとともに、ロータ製造コストを大幅に低減することのできる磁石埋め込み型モータ用ロータの製造方法とこの製造方法によって製造される磁石埋め込み型モータ用ロータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成すべく、本発明による磁石埋め込み型モータ用ロータの製造方法は、複数の永久磁石がロータコア内に埋め込まれてなる磁石埋め込み型モータ用ロータの製造方法であって、前記ロータの磁石挿入用スロット内に前記永久磁石を挿入する第一の工程と、前記スロット内に永久磁石が挿入された姿勢において、該永久磁石を複数に分割する第二の工程と、からなることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の磁石埋め込み型モータ用ロータの製造方法は、一つの永久磁石をロータスロット内に挿入した後に分割することにより、あるいは、複数の磁石分割体をスロット内に挿入した後により多くの磁石分割体を形成することにより、永久磁石の製造効率、ひいてはロータの製造効率を向上できるようにしたロータの製造方法に関するものである。
【００１１】
ここで、永久磁石は、ネオジムに鉄とボロンを加えた３成分系のネオジム磁石、サマリウムとコバルトとの２成分系の合金からなるサマリウムコバルト磁石、鉄酸化物粉末を主原料としたフェライト磁石、アルミニウム、ニッケル、コバルトなどを原料としたアルニコ磁石など、コストと磁気特性を勘案して適宜の磁石を適用することができる。中でも、最大エネルギー積が高く、比較的安価なネオジム磁石を適用するのが好ましい。
【００１２】
本発明の製造方法の一実施の形態として、ロータの両端面に装着される２つの非磁性のエンドプレートには突起が形成されており、該突起をスロット内に挿入された永久磁石の端面に当接させ、該エンドプレートを押圧することによって永久磁石を分割する形態がある。
【００１３】
ここで、エンドプレートは非磁性を有する素材としては、たとえばアルミニウムやその合金、銅やその合金などを挙げることができる。
【００１４】
ここで、永久磁石の両端面にはエンドプレートの前記突起に対応する位置に溝が形成されていて、該溝に該突起が位置決めされた姿勢でエンドプレートを押圧する形態が好ましい。この場合、ロータの両端面に臨む永久磁石の両端面の双方に形成される溝は対応する位置に形成されていることが望ましく、例えば、上下端面で３つずつの溝が対応する位置に形成されていることで、対応する位置の溝同士を繋ぐ分割ライン（永久磁石のスロット挿入方向または略挿入方向）で磁石の分割が行われ易くなる。
【００１５】
また、本発明の製造方法の他の実施の形態として、永久磁石の両端面には溝が形成されており、かつ、永久磁石に比して線膨張係数の大きな素材からなる膨張片が該溝内に配設されており、前記第二の工程では、永久磁石を加熱することによって前記膨張片を膨張させ、永久磁石を分割する形態もある。
【００１６】
ここで、使用される膨張片は、少なくとも溝の一部に入り込む形状および大きさのものであればよく、必ずしも溝形状に適合した形状および寸法のものである必要はない。また、線膨張係数が少なくとも永久磁石よりも大きく、加熱等された際に、膨張片の熱変形量が相対的に大きくなることで永久磁石を分割できる線膨張係数と硬度を具備する素材であればよい。かかる素材としては、フッ素樹脂やポリアミドなどを挙げることができる。
【００１７】
また、本発明の製造方法の他の実施の形態は、永久磁石の両端面にはエンドプレートの前記突起に対応する位置に第一の溝が形成されており、かつ、永久磁石のスロット挿入方向の両端面には間隔を置いて複数の第二の溝が形成されており、かつ、永久磁石に比して線膨張係数の大きな素材からなる膨張片が該第二の溝内に配設されており、前記第二の工程では、前記第一の溝に前記突起が位置決めされた姿勢でエンドプレートを押圧することで永久磁石をスロット挿入方向に分割するとともに、永久磁石を加熱することによって前記膨張片を膨張させ、永久磁石をスロット挿入方向に直交する方向に分割する形態もある。
【００１８】
本実施の形態では、ロータスロット内に挿入された永久磁石をスロット挿入方向（または略挿入方向）とこれに直交する方向（または略直交方向）の２方向で分割するものであり、永久磁石の分割体（分割数）をロータ内でより多くすることで渦電流の発生をより抑止することができる。
【００１９】
ここで、永久磁石の加熱は、任意の加熱装置にてロータコアおよび永久磁石を加熱する方法のほかに、モータを駆動させて永久磁石に渦電流を積極的に発生させ、この渦電流によって永久磁石を発熱させるものであってもよい。この形態では、モータ駆動の当初時期のみ渦損が生じるものの、永久磁石が分割された後は渦損のない、もしくは可及的に渦損が低減されたロータおよびモータを得ることができる。
【００２０】
また、予め分割された永久磁石は、扁平板状もしくは扁平棒状の形態のほかにも、湾曲形状の永久磁石を使用することができ、この場合には、少なくともその凹面側に溝が形成された永久磁石をスロット挿入方向に積層しながら該スロット内に挿入する。
【００２１】
湾曲形状の凹面側は押圧された際には引張側となり、分割起点となることから、少なくとも凹面側に単数もしくは複数の溝を形成しておくものである。なお、湾曲形状の凸面側と凹面側の対応する位置に溝を形成してもよいことは勿論のことである。
【００２２】
さらに、本発明の製造方法の他の実施の形態として、前記第一の工程では、永久磁石をスロット挿入方向に積層するとともに相隣る永久磁石の対向面の対応位置に溝が形成され、この溝間にスペーサを介装させた姿勢でスロット内に挿入し、この状態でエンドプレート等により永久磁石を押圧する形態もある。
【００２３】
ここで、使用されるスペーサはたとえばセラミックスなどの高硬度の素材から形成されるものであり、このスペーサを上下の永久磁石分割体に形成された溝内に配設した姿勢で永久磁石をその上下から押圧することにより、永久磁石はスロット挿入方向に分割される。さらに、高硬度のスペーサはスロット挿入方向の分割隙間部に介装され、所定の隙間が該スペーサにて保持された永久磁石分割体をスロット内で形成することができる。
【００２４】
上記する本発明のロータの製造方法によれば、ロータスロット内で一つの永久磁石を分割したり、複数の永久磁石分割体をロータスロット内でより多くの分割体とすることができ、ロータおよびモータの製造効率を格段に向上させることができる。
【００２５】
本発明のロータの製造方法によって製造されたロータは、近時その量産が盛んになっており、かつ高い出力性能が期待されるハイブリッド自動車や電気自動車の駆動用モータに好適である。
【発明の効果】
【００２６】
以上の説明から理解できるように、本発明の磁石埋め込み型モータ用ロータの製造方法によれば、永久磁石分割体を効率的に得ることができ、ロータおよびモータの製造効率を向上させることができるとともに、熱減磁の発生が低減された高性能なロータおよびモータを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明のロータの製造方法を説明する分解斜視図であり、図２はロータスロット内における永久磁石分割体の一実施の形態を示した縦断面図である。図３は永久磁石の溝深さ範囲を説明した図であって、図３ａはその正面図であり、図３ｂは溝深さと押圧力の関係を示したグラフである。図４は永久磁石分割体の他の実施の形態を説明した図であって、図４ａは分割前の状態の永久磁石を示しており、図４ｂ、図４ｃはともに永久磁石分割体を示した図である。図５〜８はともに永久磁石分割体のさらに他の実施の形態を説明した図であって、それらのａ図は分割前の状態の永久磁石を示しており、ｂ図は永久磁石分割体を示した図である。
【００２８】
図１は、磁石埋め込み型モータ用のロータの分解斜視図を示している。このロータは、珪素鋼板１１が所定高さに積層固定されたロータコア１に形成されたスロット１２内に永久磁石２が挿入固定され、該ロータコア１の両端部にアルミニウムや銅などからなる非磁性のエンドプレート３，３が装着されるものである。
【００２９】
永久磁石２はスロット１２内に挿入された後に複数の永久磁石分割体に分割される。具体的には、すべての永久磁石２のロータ端部に臨む各両端部に所定数の溝２１が形成されていて、これら永久磁石２を対応するスロット１２内にそれぞれ挿入する。次いで、ロータコア１の端部に装着された際に永久磁石２端部の溝２１に対応する位置に突起３１を備えたエンドプレート３，３を装着する。次いで、これらを上下から押圧することにより、溝２１内に嵌め合いされた突起３１から作用する押圧力（圧縮力）によって永久磁石２をスロット挿入方向に延びる複数の永久磁石分割体に分割するものである。
【００３０】
図２は、上記方法によってスロット１２内に形成された永久磁石分割体２ａを示した縦断面図である。図示例では、３つの溝２１，２１，２１が等間隔で形成されていて、４つの同幅の永久磁石分割体２ａが形成されている。永久磁石分割体２ａが形成されると、エンドプレート３の溝３１が両側の永久磁石分割体２ａ，２ａ間に入り込み、エアギャップＧを形成するとともにこれを保持することができる。なお、突起３１は溝側に突な楔状を呈しているが、図示する形態に限定されるものではない。
【００３１】
[永久磁石端部の溝の深さ範囲を決定するための実験とその結果]
本発明者等は、永久磁石端部に形成される溝の深さ範囲を設定するための実験を試みた。この実験は、図３ａに示すように永久磁石片の高さをＨ（＝６．５ｍｍ）、上下端に形成される溝の高さをｈ（＝１〜２ｍｍ）とし、全高Ｈに対する溝高さｈの比率を多様に変化させて試験片を作成し、各試験片ごとに両端部からエンドプレートで押圧することによって永久磁石分割体の形成良否を検証したものである。その結果を図３ｂに示している。
【００３２】
実験の結果、ｈが１／１０Ｈ未満の場合（図３ｂのＡ１領域）には、永久磁石が良好に上下を貫通できず、たとえば永久磁石の全体が破壊するなどして成形性は良好ではなかった。
また、ｈが１／３Ｈを超える（図３ｂのＡ３領域）と、エンドプレートで押圧する前段階、例えばスロット挿入段階等で割れ易くなり、挿入作業に支障をきたすといった問題が生じた。
【００３３】
一方、ｈが１／１０Ｈと１／３Ｈの範囲（図３ｂのＡ２領域）では、上記いずれの問題も発生せず、所望品質の永久磁石分割体を得ることができた。
【００３４】
図４は、永久磁石分割体の他の実施の形態を示したものである。この実施の形態では、図４ａに示すように永久磁石２Ａの上下端に矩形溝２Ａ１を形成しておき、この溝内に膨張片４を配設しておく。ここで、この膨張片４は、線膨張係数が少なくとも永久磁石２Ａよりも大きく、これが加熱等された際に、膨張片４の熱変形量が相対的に大きくなることで永久磁石２Ａを分割できる線膨張係数と硬度を具備する素材、たとえば、フッ素樹脂を３００℃程度で圧入すればよい。
【００３５】
これをロータスロット内に挿入後、永久磁石２Ａを加熱することによって膨張片４が膨張して永久磁石２Ａを複数の永久磁石分割体２Ａ’とし、エアギャップＧを形成することができる（図４ｂ参照）。ここで永久磁石の加熱は、任意の加熱装置にてロータコア１および永久磁石２Ａを加熱する方法のほかに、モータを駆動させて永久磁石２Ａに渦電流を積極的に発生させ、この渦電流によって永久磁石２Ａを発熱させる方法もある。
【００３６】
図４ｂは永久磁石をスロット挿入方向に分割するものであるが、図４ｃのごとく、永久磁石をスロット挿入方向に直交する方向に分割するものであってもよい。
【００３７】
図５は、永久磁石分割体のさらに他の実施の形態を示したものである。この実施の形態では、図５ａに示すように、永久磁石２Ｂの上下端の対応する位置に溝２Ｂ１を形成しておき、永久磁石２Ｂの左右両側端の対応する位置に別途の溝２Ｂ２を形成しおき、この溝２Ｂ２に上記同様の膨張片４を配設しておくものである。
【００３８】
これをロータスロット内に挿入後、エンドプレート３，３で押圧するとともに永久磁石２Ｂを加熱する（渦電流による発熱を含む）ことにより、中央の永久磁石分割体２Ｂ’と左右のより小面積に分割された永久磁石分割体２Ｂ”からなる永久磁石分割体を形成することができる（図５ｂ参照）。
【００３９】
図６は、永久磁石分割体のさらに他の実施の形態を示したものである。この実施の形態では、図６ａに示すように、湾曲形状を呈し、その凹面中央に溝２Ｃ１１が形成された永久磁石分割体２Ｃ１をスロット内に挿入してスロット挿入方向に分割体が積層されてなる永久磁石２Ｃを形成し、これを図６ｂのごとく、上下のエンドプレート３，３で押圧することでより小分割された永久磁石分割体２Ｃ２を形成するものである。
【００４０】
図７は、図６で示す実施の形態に比して、より多くの溝２Ｄ１１をその凹面中央に有した永久磁石分割体２Ｄ１をスロット内に挿入し、積層させて永久磁石２Ｄを形成し、これを同様に上下から押圧することでより小分割された永久磁石分割体２Ｄ２を形成するものである。
【００４１】
図８は、永久磁石分割体のさらに他の実施の形態を示したものである。この実施の形態では、図８ａに示すように、扁平板状の２枚の永久磁石分割体２Ｅ１、２Ｅ１であって、各分割体の対向面の対応する位置に溝２Ｅ’が形成された永久磁石分割体２Ｅ１、２Ｅ１を用意し、それらの溝２Ｅ’、２Ｅ’内にセラミックスなどからなる硬質なスペーサ５を配設した姿勢で積層し、これをロータスロット内に挿入して上下からエンドプレート３，３で押圧するものである。
【００４２】
エンドプレート３，３で押圧すると、図８ｂのように溝２Ｅ’から上下方向に分割ラインが形成されて各永久磁石分割体２Ｅ１は複数の上下方向の分割ラインによって図示のような小分割体２Ｅ２となり、この小分割体２Ｅ２、２Ｅ２間のギャップ内にスペーサ５が進入することで図８ｂのような永久磁石分割体が形成されるものである。
【００４３】
上記する本発明の磁石埋め込み型モータ用のロータの製造方法によれば、ロータスロット内で効率的に永久磁石分割体を形成することができ、さらには分割体間のエアギャップも確保されることから、製造効率を高めることができるとともに、渦電流の発生も抑止できることで出力性能に優れたロータおよびモータを製造することができる。
【００４４】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明のロータの製造方法を説明する分解斜視図である。
【図２】ロータスロット内における永久磁石分割体の一実施の形態を示した縦断面図である。
【図３】永久磁石の溝深さ範囲を説明した図であって、（ａ）はその正面図であり、（ｂ）は溝深さと押圧力の関係を示したグラフである。
【図４】永久磁石分割体の他の実施の形態を説明した図であって、（ａ）は分割前の状態の永久磁石を示しており、（ｂ）、（ｃ）はともに永久磁石分割体を示した図である。
【図５】永久磁石分割体のさらに他の実施の形態を説明した図であって、（ａ）は分割前の状態の永久磁石を示しており、（ｂ）は永久磁石分割体を示した図である。
【００４６】
【図６】永久磁石分割体のさらに他の実施の形態を説明した図であって、（ａ）は分割前の状態の永久磁石を示しており、（ｂ）は永久磁石分割体を示した図である。
【図７】永久磁石分割体のさらに他の実施の形態を説明した図であって、（ａ）は分割前の状態の永久磁石を示しており、（ｂ）は永久磁石分割体を示した図である。
【図８】永久磁石分割体のさらに他の実施の形態を説明した図であって、（ａ）は分割前の状態の永久磁石を示しており、（ｂ）は永久磁石分割体を示した図である。
【符号の説明】
【００４７】
１…ロータコア、１１…珪素鋼板、１２…スロット、２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ…永久磁石、２Ａ’、２Ｂ’、２Ｂ”、２Ｃ１、２Ｃ２、２Ｄ１、２Ｄ２、２Ｅ１，２Ｅ２…永久磁石分割体、２１、２Ａ１、２Ｂ１、２Ｂ２、２Ｃ１１、２Ｄ１１…溝、３…エンドプレート、４…膨張片、５…スペーサ、Ｇ，Ｇ１，Ｇ２…エアギャップ
【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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【図７】
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【図８】
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