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公開番号2021027769
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210222
出願番号2019146374
出願日20190808
発明の名称埋込磁石型のロータの製造方法
出願人トヨタ自動車株式会社
代理人個人
主分類H02K 1/27 20060101AFI20210125BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】埋込磁石型(IPM型)のロータにおいて、従来より少ない樹脂量で低コストに磁石収容孔内に磁石を固定することができ、磁石収容孔内に固定された磁石の放熱性を高めることが可能な埋込磁石型のロータの製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の埋込磁石型のロータの製造方法は、磁石収容孔(21)内に磁石または未磁化の磁石素材(30P)を挿入する工程(A)と、磁石収容孔(21)内に第1〜第4の側面(31〜34)のうちの少なくとも1つの側面と磁石収容孔(21)の内壁とに接する少なくとも1つの型(41〜44)を挿入する工程(B)と、磁石または未磁化の磁石素材(30P)の長手側の側面と、対向する磁石収容孔21の内壁とに挟まれた空間部(53A、53B、54A、54B)に、溶融状態の樹脂を充填し、硬化する工程(C)と、磁石収容孔21から型を抜く工程(D)とを順次有する。
【選択図】図3B
特許請求の範囲【請求項1】
ロータコアと、ロータコアの内部に形成された磁石収容孔内に固定された磁石とを備えた埋込磁石型のロータの製造方法であって、
前記磁石収容孔内に、前記磁石または未磁化の磁石素材を挿入する工程(A)と、
前記磁石収容孔内に、
前記磁石または未磁化の磁石素材の短手側の第1の側面の少なくとも一部と、当該側面と対向する前記磁石収容孔の内壁とに接する第1の型と、
前記磁石または未磁化の磁石素材の短手側の第2の側面の少なくとも一部と、当該側面と対向する前記磁石収容孔の内壁とに接する第2の型と、
前記磁石または未磁化の磁石素材の長手側の第3の側面の一部と、当該側面と対向する前記磁石収容孔の内壁とに接する第3の型と、
前記磁石または未磁化の磁石素材の長手側の第4の側面の一部と、当該側面と対向する前記磁石収容孔の内壁とに接する第4の型のうち、
少なくとも1つの型を挿入する工程(B)と、
前記第3の側面と、当該側面と対向する前記磁石収容孔の内壁とに挟まれた空間部と、前記第4の側面と、当該側面と対向する前記磁石収容孔の内壁の一部とに挟まれた空間部に、溶融状態の樹脂を充填し、硬化する工程(C)と、
前記磁石収容孔から前記型を抜く工程(D)とを順次有する、埋込磁石型のロータの製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、埋込磁石型のロータの製造方法に関する。
続きを表示(約 7,400 文字)【背景技術】
【0002】
ロータ(回転子)およびステータ(固定子)とを備えたモータは、電動機および発電機等に好ましく用いられる。小型で大出力を得られることから、ハイブリッドカー等の用途では、ロータとしては、電磁鋼板の積層体等からなるロータコアの内部に複数の磁石が配置された埋込磁石型(IPM型)のロータが好ましく用いられる。IPM型のロータの製造方法は例えば、ロータコアの内部に形成された磁石収容孔内に未磁化の磁石素材を固定する工程と、この未磁化の磁石素材を着磁して磁石とする工程とを含む。
【0003】
従来、IPM型のロータにおいては例えば図4A〜図4Cに示すように、未磁化の磁石素材の固定と着磁を行っている。図4A〜図4Cは、後記図2に対応した模式断面図である。
はじめに図4Aに示すように、ロータコアの内部に形成された磁石収容孔121内に未磁化の磁石素材130Pを収容する。
次に図4Bに示すように、磁石収容孔121内の空間部に、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂160Pを充填する。その後、公知方法にて、熱硬化性樹脂160Pを硬化する。
次に図4Cに示すように、未磁化の磁石素材130Pを着磁して磁石130とする。図中、符号160は、硬化した樹脂を示す。
図4A、図4Bにおいて、符号R2は樹脂の注入口の位置(図示例では2箇所)を示している。
図4B中の矢印は、樹脂の注入口から未磁化の磁石素材の長手側側面と磁石収容孔の内壁との間の幅狭の空間部への樹脂の流れを模式的に示している。
なお、ロータコアの内部に未磁化の磁石素材を固定した後、これを着磁する代わりに、永久磁石を用いる方法もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特開2009−303293号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
IPM型のロータにおいては一般的に、磁石の温度が上昇すると、熱減磁によってトルク・出力が低下する傾向がある。
上記従来の方法では、図4Cに示すように、磁石は全体的に熱伝導率が低い樹脂に覆われた状態となるため、磁石の放熱性が低く、磁石の温度上昇、およびそれによるトルク・出力の低下が起こる恐れがある。
【0006】
上記従来の方法ではまた、磁石収容孔内において、未磁化の磁石素材または永久磁石を挿入した後に残る空間部の全体に樹脂を充填するため、磁石を固定するために使用されるエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂の使用量が多く、材料コストが高くつく。
【0007】
上記従来の方法ではまた、図4Bに示すように、未磁化の磁石素材または永久磁石の角部の近傍に、樹脂成型時に熱硬化性樹脂を未磁化の磁石素材の長手側の側面と磁石収容孔の内壁との間の幅狭の空間部に積極的に流し込むために、磁石収容孔内に幅広の空間部(いわゆるポケット部)121Pを設ける必要がある。
未磁化の磁石素材の着磁の際には、ポケット部内の樹脂内には磁束が流れにくいため、磁束がポケット部を迂回して、未磁化の磁石素材の角部が着磁されない恐れがある。このように、未磁化の磁石素材の角部が着磁されずに磁石にならない場合、トルク・出力が低下し、好ましくない。この場合、充分なトルク・出力を確保するには磁石の量を増やす等の必要があり、コスト増等の観点から、好ましくない。
【0008】
特許文献1には、磁石収容孔内に永久磁石を収容すると共に、冷媒通路形成用の円柱状等の棒状の型を通路部内に挿入した状態で、磁石収容孔内の空間部にエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を充填し、この熱硬化性樹脂を硬化した後、型を抜き出す方法が開示されている(段落0016、0017、図4、図6等)。型を抜いた後にできる空間部は、冷媒通路となる。
特許文献1に記載の方法では、磁石収容孔内に冷媒通路を形成することができる。しかしながら、冷媒通路は永久磁石とは接触しないか(特許文献1の図4)、または、接触しても接触面積を大きく取ることは難しく(特許文献1の図6)、磁石を効率よく冷却することは難しい。
特許文献1の図4に記載の態様では磁石の4つの側面は全体的に樹脂に覆われており、特許文献1の図6に記載の態様でも磁石の2つの長手側側面を含む3つの側面は全体的に樹脂に覆われたままであるので、樹脂の使用量を低減する効果は小さく、磁石の放熱性を高める効果も小さい。
【0009】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、従来より少ない樹脂量で低コストに磁石収容孔内に磁石を固定することができ、磁石収容孔内に固定された磁石の放熱性を高めることが可能な埋込磁石型のロータの製造方法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】
【0010】
本発明の埋込磁石型のロータの製造方法は、
ロータコアと、ロータコアの内部に形成された磁石収容孔内に固定された磁石とを備えた埋込磁石型のロータの製造方法であって、
前記磁石収容孔内に、前記磁石または未磁化の磁石素材を挿入する工程(A)と、
前記磁石収容孔内に、
前記磁石または未磁化の磁石素材の短手側の第1の側面の少なくとも一部と、当該側面と対向する前記磁石収容孔の内壁とに接する第1の型と、
前記磁石または未磁化の磁石素材の短手側の第2の側面の少なくとも一部と、当該側面と対向する前記磁石収容孔の内壁とに接する第2の型と、
前記磁石または未磁化の磁石素材の長手側の第3の側面の一部と、当該側面と対向する前記磁石収容孔の内壁とに接する第3の型と、
前記磁石または未磁化の磁石素材の長手側の第4の側面の一部と、当該側面と対向する前記磁石収容孔の内壁とに接する第4の型のうち、
少なくとも1つの型を挿入する工程(B)と、
前記第3の側面と、当該側面と対向する前記磁石収容孔の内壁とに挟まれた空間部と、前記第4の側面と、当該側面と対向する前記磁石収容孔の内壁の一部とに挟まれた空間部に、溶融状態の樹脂を充填し、硬化する工程(C)と、
前記磁石収容孔から前記型を抜く工程(D)とを順次有する。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、従来より少ない樹脂量で低コストに磁石収容孔内に磁石を固定することができ、磁石収容孔内に固定された磁石の放熱性を高めることが可能な埋込磁石型のロータの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
本発明に係る一実施形態の埋込磁石型(IPM型)のロータの全体模式断面図である。
図1に示すロータコアの内部に形成された磁石収容孔およびその内部構造を示す部分拡大図である。
本発明に係る一実施形態のロータの製造方法の工程図である。
本発明に係る一実施形態のロータの製造方法の工程図である。
本発明に係る一実施形態のロータの製造方法の工程図である。
本発明に係る一実施形態のロータの製造方法の工程図である。
本発明に係る一実施形態のロータの製造方法の工程図である。
従来のロータの製造方法の一例の工程図である。
従来のロータの製造方法の一例の工程図である。
従来のロータの製造方法の一例の工程図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
「ロータの構造」
図面を参照して、本発明に係る一実施形態のロータの構造について、説明する。
図1は、本発明に係る一実施形態のロータの全体模式断面図である。図1は、回転軸に対して垂直方向の断面図である。図1中、符号1は本実施形態の埋込磁石型(IPM型)のロータ、符号11は回転軸部材、符号20はロータコア、符号30は磁石をそれぞれ示す。
図2は、図1に示すロータコアの内部に形成された磁石収容孔およびその内部構造を示す部分拡大図である。
【0014】
本実施形態のロータ1は、ロータコア20と、その内部に配置された複数の磁石30とを備えた埋込磁石型(IPM型)のロータである。
ロータコア20は公知のものを使用でき、電磁鋼板の積層体等からなる平面視ドーナツ状の部材である。ロータコア20の内部には、複数の平面視矩形状の磁石30が互いに離間して配置されている。
ロータコア20の内径と外径、並びに、ロータコア20の内部に配置される磁石30の形状、サイズ、数、および配置パターン等は、適宜設計される。個々の磁石30は所定の方向に磁化されている。
【0015】
ロータコア20の内部には、複数の磁石収容孔21が形成されており(図1では省略)、各磁石収容孔21内に磁石30が固定されている。本実施形態においては、図2に示すように、磁石30は、磁石30と磁石収容孔21との間の空間部に充填された樹脂60により、磁石収容孔21の内壁に固定されている。
【0016】
「ロータの製造方法」
図面を参照して、本発明に係る一実施形態のロータの製造方法について、説明する。
図3A〜図3Eは工程図であり、各図は図2に対応した部分模式断面図である。これらの図において、図1および図2と同じ構成要素には同じ参照符号を付してある。
なお、本発明の製造方法は磁石の固定方法に特徴があり、その他の製造工程は、従来と同様であるので、以下、磁石の固定方法についてのみ説明する。
【0017】
本実施形態の埋込磁石型のロータの製造方法は、
磁石収容孔内に、磁石または未磁化の磁石素材を挿入する工程(A)と、
磁石収容孔内に、少なくとも1つの型を挿入する工程(B)と、
磁石収容孔内の空間部に、溶融状態の樹脂を充填し、硬化する工程(C)と、
磁石収容孔から少なくとも1つの型を抜く工程(D)とを順次有する。
【0018】
(工程(A))
はじめに、図3Aに示すように、公知方法にて、ロータコア20の内部に形成された磁石収容孔21内に、未磁化の磁石素材30Pを挿入する。
【0019】
(工程(B))
次に、図3Bに示すように、磁石収容孔21内に、
未磁化の磁石素材30Pの短手側の第1の側面31の少なくとも一部と、この側面と対向する磁石収容孔21の内壁とに接する第1の型41と、
未磁化の磁石素材30Pの短手側の第2の側面32の少なくとも一部と、この側面と対向する磁石収容孔21の内壁とに接する第2の型42と、
未磁化の磁石素材30Pの長手側の第3の側面33の一部と、この側面と対向する磁石収容孔21の内壁とに接する第3の型43と、
未磁化の磁石素材30Pの長手側の第4の側面34の一部と、この側面と対向する磁石収容孔21の内壁とに接する第4の型44のうち、
少なくとも1つの型を挿入する。
【0020】
好ましくは、第1〜第4の型41〜44のうち、2つ以上または3つ以上の型を挿入する。
特に好ましくは、図示例に示すように、磁石収容孔21内に、第1〜第4の型41〜44のすべてを挿入する。
図示例では、第1の側面31は未磁化の磁石素材30Pの図示左側の側面であり、この側面の図示左側に形成された空間部全体に第1の型41が挿入されている。第1の型41は、第1の側面31全体を覆っている。
図示例では、第2の側面32は未磁化の磁石素材30Pの図示右側の側面であり、この側面の図示右側に形成された空間部全体に第2の型42が挿入されている。第2の型42は、第2の側面32全体を覆っている。
【0021】
図示例では、第3の側面33は未磁化の磁石素材30Pの図示上側の側面であり、この側面の図示上側に形成された空間部の一部に第3の型43が挿入されている。第3の型43は、第3の側面33の一部を覆うように配置され、その配置位置は適宜設計できる。図示するように、第3の型43は好ましくは、第3の側面33の両端部を除く部分を覆う。
図示例では、第4の側面34は未磁化の磁石素材30Pの図示下側の側面であり、この側面の図示下側に形成された空間部の一部に第4の型44が挿入されている。第4の型44は、第4の側面34の一部を覆うように配置され、その配置位置は適宜設計できる。図示するように、第4の型44は好ましくは、第4の側面34の両端部を除く部分を覆う。
【0022】
(工程(C))
次に、図3C、図3Dに示すように、磁石収容孔21内の空間部に、溶融状態のエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を充填し、この熱硬化性樹脂を硬化する。図中、符号R1は樹脂の注入口の位置(計4箇所)を示し、符号60は硬化後の樹脂を示す。樹脂成型は、公知の射出成型により行うことができる。
図示例では、第3の型43に覆われていない第3の側面33の両端部と、これら第3の側面33の両端部と対向する磁石収容孔21の内壁とに挟まれた空間部53A、53Bと、第4の側面の両端部と、これら第4の側面34の両端部と対向する磁石収容孔21の内壁の一部とに挟まれた空間部54A、54Bに、溶融状態の樹脂を充填し、硬化している。
【0023】
(工程(D))
次に、図3Eに示すように、磁石収容孔21から第1〜第4の型41〜44を抜く。第1〜第4の型41〜44が抜かれた部分には、第1〜第4の空間部71〜74が形成される。これら第1〜第4の空間部71〜74は、冷媒通路として利用することができる。
【0024】
(着磁工程)
最後に、未磁化の磁石素材30Pを公知方法にて着磁して、磁石30とする(図示略)。
【0025】
本実施形態の方法では、磁石収容孔21内に、未磁化の磁石素材30Pの4つの側面のうち少なくとも1つ、好ましくは2つ以上、より好ましくは3つ以上、特に好ましくはすべての側面と、磁石収容孔21の内壁とに接する少なくとも1つ、好ましくは2つ以上、より好ましくは3つ以上、特に好ましくは4つ以上の型を挿入する。そして、型の挿入後に残った空間部に対してのみ樹脂充填を行う。
【0026】
本実施形態の方法では、未磁化の磁石素材30Pの長手側の側面の一部は型により覆わない。そのため、型により覆われない長手側の側面の一部と磁石収容孔21の内壁との間には樹脂を充填することができ、未磁化の磁石素材30Pを良好に固定することができる。
本実施形態の方法では、樹脂の使用量を効果的に低減し、磁石が樹脂に覆われる面積を効果的に低減しつつ、磁石を良好に固定することができる。
本実施形態の方法では、樹脂の材料コストを効果的に低減し、かつ、磁石の放熱性を効果的に高めることができる。
本実施形態では、磁石収容孔21内において、第1〜第4の型41〜44が抜かれた後に形成される第1〜第4の空間部71〜74を冷媒通路として利用することができる。磁石30の少なくとも1つの側面が直接冷媒に接触し、特に面積の大きい長手側の側面が直接冷媒に接触することで、磁石30を効果的に冷却することができる。
【0027】
IPM型のロータにおいては一般的に、磁石の温度が上昇すると、熱減磁によってトルク・出力が低下する傾向がある。本実施形態では、磁石の放熱性を高めることができ、さらに冷却媒体を用いて積極的に冷却することもできるので、磁石の温度上昇およびそれによるトルク・出力の低下を効果的に抑制することができる。
【0028】
本実施形態の方法では、磁石収容孔21の短手側の側面31、32を全体的に型で覆い、磁石収容孔21の短手側の側面31、32より外側の空間部を第1、第2の型41、42で埋めることができる。
そして、磁石収容孔21の長手側の側面33、34の型に覆われていない両端部と対向する磁石収容孔21の内壁の一部とに挟まれた空間部53A、53B、54A、54Bに直接樹脂を充填することができる。
かかる方法では、未磁化の磁石素材30Pの角部の外側を曲がるように樹脂を流す必要がないので、未磁化の磁石素材30Pの角部の近傍に、樹脂を流れやすくするための幅広のポケット部を設ける必要がない。
【0029】
[発明が解決しようとする課題]の項で述べたように、未磁化の磁石素材の角部の近傍にポケット部を設けて樹脂成型を行う場合、未磁化の磁石素材の着磁の際には、ポケット部内の樹脂内には磁束が流れにくいため、磁束がポケット部を迂回して、未磁化の磁石素材の角部が着磁されない恐れがある。未磁化の磁石素材の角部が着磁されずに磁石にならなかった場合、トルク・出力が低下する恐れがあり、好ましくない。
本実施形態の方法では、未磁化の磁石素材の角部の近傍にポケット部を設ける必要がないので、着磁の際に、未磁化の磁石素材に対して全体的に磁束を流し、全体を良好に着磁し、所望のトルク・出力を安定的に得ることができる。
【0030】
なお、図3A〜図3Eに示した方法では、磁石収容孔内に未磁化の磁石素材を固定した後、これを着磁する場合について説明したが、工程(A)で未磁化の磁石素材の代わりに永久磁石を磁石収容孔内に挿入し、着磁工程を省略してもよい。
(【0031】以降は省略されています)

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