JP2007159245A - 電動機のロータの作製に使用される型 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータコアの磁石保持穴と永久磁石との間の空所に樹脂材料を注入するための型において、ロータコアの変形を確実に抑止して樹脂材料を空所に正確かつ十分に注入できるようにする。
【解決手段】型１０は、複数の磁石保持穴に複数の永久磁石を個別に受容したロータコア１６を、所定位置に収容する空洞部２６と、空洞部に設けられ、溶融樹脂材料をロータコアの複数の空所２４に注入する間に、ロータコアの外周面１６ｂに少なくとも局所的に接触して、外周面の膨出変形を抑止する変形抑止面２８とを備える。変形抑止面２８は、ロータコアを心出し支持要素３８に取り付けた状態で、ロータコアの外周面の略全体に、接触可能に対向して配置される。したがって、ロータコアの特に外周面の変形を確実に抑止しつつ、ロータコアの複数の空所に、所要の高い射出圧力によって溶融樹脂材料を正確に注入できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動機のロータの作製に使用される型に関する。

永久磁石界磁の電動機（例えば同期電動機）のロータにおいて、珪素鋼板等の磁性薄板の積層体からなる筒状のロータコアに、複数の永久磁石を所定位置に埋め込むように設置したものが知られている。この種のロータは一般に、ロータコアに予め、永久磁石の外形に実質的に対応する輪郭をそれぞれに有する複数の磁石保持穴（通常は軸線方向貫通穴）を、軸を中心とする所定の周方向分散配置で形成し、複数の永久磁石をそれら磁石保持穴に個別に挿入して、接着剤や含浸材により個々の永久磁石を固定することで作製される。

上記した従来のロータ作製方法において、磁石固定に接着剤を用いる場合は、永久磁石に対する接着剤の塗布や、磁石保持穴から漏出した余剰接着剤の除去等の、比較的煩雑な手作業が必要になる傾向がある。また、磁石固定に含浸材を用いる場合は、含浸材へのロータコアの浸漬工程や、含浸材を固化させる加熱工程等に、比較的大掛かりな設備が必要になり、製造工数も増加する傾向がある。他方、これらの不都合を解消し得るロータ作製法として、ロータコアを予め、個々の磁石保持穴と永久磁石との間に所定の空所が形成されるように作製し、それら空所に樹脂材料を局所的に注入して固化させることにより、永久磁石をロータコアに固定する構成が知られている（例えば特許文献１参照）。

特許文献１に開示されるロータ作製法では、ロータコアの個々の磁石保持穴に隣接かつ連通して、軸線方向へ延びる溝（すなわち空所）が形成され、この溝に、射出成形技術により溶融樹脂材料を注入して固化させることで、永久磁石を磁石保持穴に固定的に保持している。射出成形に際しては、ロータコアを収容する空洞部を備えた型と、この型を搭載可能な射出成形機とを用意し、個々の磁石保持穴に永久磁石を受容したロータコアを、型の空洞部に強固に固定支持した状態で、射出成形機を用いてロータコアの複数の溝に圧力下で樹脂材料を注入すればよい。

特開平５−８３８９２号公報

前述した特許文献１に記載される射出成形技術を採用したロータ作製法は、ロータコアを収容する空洞部を備えた型と、この型を搭載可能な射出成形機とを用意するだけで、ロータコアの個々の磁石保持穴に永久磁石を固定する作業を容易かつ迅速に行なうことができるので、接着剤使用時の煩雑な手作業や含浸材使用時の大規模設備が不要になる利点が有る。しかし、個々の磁石保持穴と永久磁石との間に形成される狭隘な溝に正確に樹脂材料を注入するためには、比較的高い射出圧力が要求される。このとき、磁性薄板の積層体からなるロータコアは、特に磁石保持穴と外周面との間の素材部分（以下、縁部分と称する）が細くなるほど、樹脂材料の高い射出圧力により、各磁性薄板が縁部分にて外方へ膨出するように変形する場合がある。ロータコアにそのような変形が生じると、ロータの回転中に、ロータコアを通る磁束が影響を受けて回転精度が悪化したり、ロータコアがステータコアに接触して破損したりする危惧があり、結果として、電動機の作動信頼性が低下することが懸念される。

本発明の目的は、永久磁石界磁の電動機のロータの作製工程で、ロータコアに形成した個々の磁石保持穴と永久磁石との間の空所に樹脂材料を注入するために使用される型において、ロータコアの変形を確実に抑止しつつ、樹脂材料をロータコアの空所に正確かつ十分に注入でき、以って、作動信頼性に優れた電動機のロータを作製できる型を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、複数の磁石保持穴を有するロータコアと、ロータコアの複数の磁石保持穴に個別に受容保持される複数の永久磁石とを具備する電動機のロータの作製工程で、個々の磁石保持穴と永久磁石との間に形成される空所に樹脂材料を注入するために使用される型において、複数の磁石保持穴に複数の永久磁石を個別に受容したロータコアを、所定位置に収容する空洞部と、空洞部に設けられ、樹脂材料を空所に注入する間に、ロータコアの外周面に少なくとも局所的に接触して、外周面の膨出変形を抑止する変形抑止面と、を具備することを特徴とする型を提供する。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の型において、変形抑止面は、空洞部に開口する溶融樹脂材料のゲートの近傍に設けられ、ロータコアの、ゲートに接続される空所の樹脂注入端から所定長さの空所領域に対応する外周面の局所的領域に、接触可能に対向して配置される型を提供する。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の型において、ロータコアの外周面が変形していない状態で、空洞部に収容されたロータコアの外周面と空洞部に設けた変形抑止面との間に、０．２ｍｍ以下の微小空隙が形成される型を提供する。

請求項１に記載の発明によれば、ロータコアに形成した個々の磁石保持穴と永久磁石との間の空所に溶融樹脂材料を注入する間に、空洞部に設けた変形抑止面が、ロータコアの外周面に少なくとも局所的に接触して、外周面の膨出変形を抑止する。したがって、ロータコアの特に外周面の変形を確実に抑止しつつ、ロータコアの複数の空所に、所要の高い射出圧力によって溶融樹脂材料を正確に注入できる。その結果、永久磁石の十分な固定強度を高度な再現性の下に確保して、変形の無いロータコアを有する作動信頼性に優れた電動機のロータを歩留まり良く作製することが可能になる。

請求項２に記載の発明によれば、ロータコアの外周面の変形を生じ易い領域の膨出変形を確実に抑止でき、しかも、空洞部に設けた変形抑止面がロータコアの外周面の局所的領域にのみ近接して配置されるから、空洞部へのロータコアの挿入が容易になる。

請求項３に記載の発明によれば、空洞部へのロータコアの挿入が容易になるとともに、空所における樹脂材料の成形後にロータコアを空洞部から円滑に取り出すことが可能になる。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。全図面に渡り、対応する構成要素には共通の参照符号を付す。
図面を参照すると、図１及び図２は、本発明の一実施形態による型１０を示す図、図３及び図４は、型１０を用いて作製可能な電動機のロータ１２を示す図である。ロータ１２は、複数（図では８個）の磁石保持穴１４を有するロータコア１６と、ロータコア１６の複数の磁石保持穴１４に個別に受容保持される複数（図では８個）の永久磁石１８とを備える。

ロータコア１６は、珪素鋼板等の磁性薄板の積層体からなる略円筒状部材であり、軸線１６ａに沿って貫通形成される軸穴２０を中央に有する（図３）。複数の磁石保持穴１４は、軸線１６ａを中心とする所定の周方向等間隔配置で、ロータコア１６の外周面１６ｂの近傍にそれぞれ軸線方向貫通穴として形成される。各磁石保持穴１４は、保持対象の永久磁石１８の平板状外形に実質的に対応するスロット状輪郭を有する。ロータコア１６の複数の磁石保持穴１４と外周面１６ｂとの間には、各磁性薄板の比較的細い縁部分１６ｃが形成される。

ロータコア１６は、個々の磁石保持穴１４に永久磁石１８を固定的に保持した状態で、軸穴２０にて軸（図示せず）に、例えば焼嵌めにより取り付けられる。軸を有するロータ１２は、ロータコア１６の外周面１６ｂをステータ（図示せず）に所定の空隙を介して対向させた状態で、ハウジング（図示せず）に回転可能に支持され、それにより電動機が構成される。

複数の永久磁石１８の各々は、平面視略矩形の平板状磁石であり、板厚方向へ着磁されて、その一対の主表面１８ａがそれぞれＮ極及びＳ極を構成するようになっている（図３）。それら永久磁石１８は、周方向へ隣り合う永久磁石１８が互いに異なる磁極をロータコア１６の外周面１６ｂ側に向ける交互的配置で、対応の磁石保持穴１４に個別に挿入される。その状態で、ロータコア１６の外周面１６ｂに、最近接の永久磁石１８の磁極に対応する磁極が、周方向へ交互的に形成される（図４）。

各磁石保持穴１４には、図４（ａ）の平面視で長手方向の両端に、軸線方向へ連続して延びる一対の溝２２が形成される。それら溝２２は、磁石保持穴１４に受容した永久磁石１８の一対の側縁に対向して配置され、磁石保持穴１４と永久磁石１８との間に所定形状の空所２４を形成する（図４（ｂ））。各空所２４には、型１０を用いることで、例えば射出成形機（図示せず）により溶融樹脂材料が注入される。

型１０は、複数の磁石保持穴１４に複数の永久磁石１８を個別に受容した状態のロータコア１６（図４）を、所定位置に収容する空洞部２６と、空洞部２６に設けられ、溶融樹脂材料を複数の空所２４に注入する間に、ロータコア１６の外周面１６ｂに少なくとも局所的に接触して、外周面１６ｂの膨出変形を抑止する変形抑止面２８とを備える（図１）。図示実施形態では、型１０は、パーティングライン１０ａで分離可能な一対の型部材３０、３２を互いに組み合わせて構成され、図示しない射出成形機の型締機構に、一方の型部材３０を固定プラテン（図示せず）に担持するとともに他方の型部材３２を可動プラテン（図示せず）に担持するようにして搭載される。固定側の型部材３０には、射出成形機の射出機構（ノズル３４の一部分を図示）から供給される溶融樹脂材料を、所定方向に分配して流通させる材料通路（スプルー、ランナー及びゲートを含む）３６が形成される。また、可動側の型部材３２には、上記した空洞部２６及び変形抑止面２８が設けられる。

型部材３０の材料通路３６は、空洞部２６内で樹脂材料注入時の適正位置に配置されたロータコア１６の、複数の磁石保持穴１４と複数の永久磁石１８との間に形成される複数の空所２４（図４）のそれぞれに、溶融樹脂材料を適宜分配して注入できるように構成される。なお、型部材３０は、材料通路３６内で固化した樹脂材料を除去するための公知の２層構造（第１要素３０ａ及び第２要素３０ｂ）を有する。型部材３０の第２要素３０ｂは、パーティングライン１０ａを構成する端面３０ｃを有し、この端面３０ｃに、材料通路３６の複数のゲート３６ａが開口する。また、型部材３２は、図示しないエジェクト機構等を組み込むための公知の２層構造（第１要素３２ａ及び第２要素３２ｂ）を有する。

型部材３２には、空洞部２６内に延出する心出し支持要素３８が設けられる（図では第１要素３２ａに固定される）。心出し支持要素３８は、ロータコア１６の軸穴２０（図３）にがたつき無く嵌入される形状及び寸法を有し、空洞部２６に収容されるロータコア１６を、その軸線１６ａを基準として、樹脂材料注入時の適正位置に位置決めする。空洞部２６に設けられる変形抑止面２８は、ロータコア１６を心出し支持要素３８に取り付けた状態で、ロータコア１６の外周面１６ｂの略全体に、接触可能に対向して配置される。

図示実施形態では、型部材３２の第２要素３２ｂに、心出し支持要素３８を中央に突出させる平面視略矩形の凹部４０が形成され、この凹部４０に、環状の入れ子４２が固定的に設置される（図２）。空洞部２６は、型部材３２の第２要素３２ｂの凹部４０と入れ子４２との協働により画定され、入れ子４２の環状内周面が変形抑止面２８として機能する。なお、このような構成に代えて、型部材３２の第２要素３２ｂに直接に空洞部２６及び変形抑止面２８を形成してもよい。

型部材３２の凹部４０の底面（軸線方向端面）４０ａは、型部材３０の第２要素３０ｂの端面３０ｃと協働して、空洞部２６に収容されたロータコア１６を強固に固定的に挟持する。このとき、型部材３２の凹部底面４０ａは、ロータコア１６の軸線方向一端面に密に当接されて、個々の磁石保持穴１４と永久磁石１８との間に形成される空所２４（図４）の軸線方向一端の開口を封鎖する成形面４０ａとして機能する。

上記構成を有する型１０においては、ロータコア１６に形成した個々の磁石保持穴１４と永久磁石１８との間の空所２４に溶融樹脂材料を注入する間に、空洞部２６に設けた変形抑止面２８が、ロータコア１６の外周面１６ｂに少なくとも局所的に接触して、外周面１６ｂの膨出変形を抑止する。したがって、ロータコア１６の特に外周面１６ｂの変形を確実に抑止しつつ、ロータコア１６の複数の空所２４に、所要の高い射出圧力によって溶融樹脂材料を正確に注入できる。所要の射出圧力下で空所２４に注入された溶融樹脂材料は、空所２４の隅々まで行き渡り、ロータコア１６と永久磁石１８とを強固に機械的に連結する。その結果、型１０を使用することにより、永久磁石１８の十分な固定強度を高度な再現性の下に確保して、変形の無いロータコア１６を有する作動信頼性に優れた電動機のロータ１２を歩留まり良く作製することが可能になる。なお、空所２４内で成形される樹脂材料は、好ましくは流動性及び機械的強度に優れたエンジニアリングプラスチックから選択される。

上記構成においては、ロータコア１６の外周面１６ｂが変形していない状態（例えば樹脂注入前の初期状態）で、空洞部２６に収容されたロータコア１６の外周面１６ｂと空洞部２６に設けた変形抑止面２８との間に、０．２ｍｍ以下（径方向寸法）の微小空隙が形成されることが望ましい。このような微小空隙は、空洞部２６へのロータコア１６の挿入を容易にするとともに、空所２４における樹脂材料の成形後にロータコア１６を空洞部２６から円滑に取り出すことを可能にする。

この場合、溶融樹脂材料を空所２４に注入する間に、射出圧力によってロータコア１６の縁部分１６ｃが、微小空隙に相当する量の変形を生じることが予測されるが、微小空隙が０．２ｍｍ以下であれば、縁部分１６ｃが変形しても、ロータ１２の回転中に、ロータコア１６を通る磁束に実質的影響が及ぼされず、しかもロータコア１６がステータコアに接触する可能性が排除される。なお、射出圧力によってロータコア１６の縁部分１６ｃが微小空隙の分だけ変形して外周面１６ｂが変形抑止面２８に接触したとしても、そのような変形は通常、型部材３０のゲート３６ａに接続される空所２４の樹脂注入端から所定長さの空所領域に対応する外周面１６ｂの局所的領域（すなわち型部材３０の端面３０ｃに当接されるロータコア１６の軸線方向端面に隣接する領域）にのみ生じるものであるから、樹脂材料成形後のロータコア１６の円滑な取り出しを妨げることはない。

なお、上記構成を有する型１０では、例えばロータコア１６をロボット等の自動機械（図示せず）によって空洞部２６に挿入しようとする際に、ロータコア１６を把持する把持要素（例えばハンド）に対する十分な逃げ空間を、ロータコア１６と空洞部２６との間に確保することが困難である。したがって、そのような自動機械を用いる場合には、例えば図２に示すように、自動機械により、ロータコア１６の軸穴２０に型部材３２の心出し支持要素３８を中途まで挿入し、その後は、射出成形機の型締機構の型閉じ動作によって、ロータコア１６を空洞部２６に完全に押し込むようにすれば良い。

図５は、本発明の他の実施形態による型５０を、空洞部２６にロータコア１６を収容した状態で示す。型５０は、空洞部２６に設けられる変形抑止面の構成以外は、前述した型１０と実質的同一の構成を有する。したがって、対応する構成要素には共通の参照符号を付してその説明を省略する。

型５０は、ロータコア１６（図４）を所定位置に収容する空洞部２６と、空洞部２６に設けられ、ロータコア１６の複数の空所２４に溶融樹脂材料を注入する間に、ロータコア１６の外周面１６ｂに局所的に接触して、外周面１６ｂの膨出変形を抑止する変形抑止面５２とを備える。変形抑止面５２は、空洞部２６に開口する溶融樹脂材料のゲート３６ａの近傍に設けられ、ロータコア１６の、ゲート３６ａに接続される空所２４の樹脂注入端から所定長さの空所領域に対応する外周面１６ｂの局所的領域（すなわち型部材３０の端面３０ｃに当接されるロータコア１６の軸線方向端面に隣接する領域）に、接触可能に対向して配置される。

図示実施形態では、型部材３２の第２要素３２ｂに形成された凹部４０に、環状の入れ子５４が固定的に設置される。空洞部２６は、型部材３２の凹部４０と入れ子５４との協働により画定され、入れ子５４の環状内周面の軸線方向一端（図で右端）領域が、変形抑止面５２として機能する。入れ子５４の環状内周面の残りの領域は、空洞部２６に収容されたロータコア１６の外周面１６ｂに対し、０．２ｍｍを越える空隙を介して接触不能に対向配置される。なお、このような構成に代えて、型部材３２の第２要素３２ｂに直接に空洞部２６及び変形抑止面５２を形成してもよい。

上記構成を有する型５０においても、ロータコア１６の複数の空所２４に溶融樹脂材料を注入する間に、空洞部２６に設けた変形抑止面５２が、ロータコア１６の外周面１６ｂの、ゲート３６ａ側のロータコア端面に隣接する局所的領域に接触して、外周面１６ｂの膨出変形を抑止する。したがって、前述した型１０と同様に、型５０を使用することにより、ロータコア１６の特に外周面１６ｂの変形を確実に抑止して、複数の空所２４に溶融樹脂材料を正確かつ十分に注入でき、その結果、永久磁石１８の十分な固定強度を高度な再現性の下に確保して、変形の無いロータコア１６を有する作動信頼性に優れた電動機のロータ１２を歩留まり良く作製することが可能になる。

特に型５０では、ロータコア１６の外周面１６ｂの変形を生じ易い領域の膨出変形を確実に抑止でき、しかも、空洞部２６に設けた変形抑止面５２がロータコア１６の外周面１６ｂの局所的領域にのみ近接して配置されるから、空洞部２６へのロータコア１６の挿入が一層容易になる利点が得られる。

本発明の一実施形態による型を、空洞部にロータコアを収容した状態で示す断面図である。 図１の型を開いた状態で示す斜視図である。 図１の型を用いて作製可能な電動機のロータの斜視図である。 図３のロータの（ａ）平面図及び（ｂ）要部拡大図である。 本発明の他の実施形態による型を、空洞部にロータコアを収容した状態で示す断面図である。

符号の説明

１０、５０ 型
１２ ロータ
１４ 磁石保持穴
１６ ロータコア
１８ 永久磁石
２２ 溝
２４ 空所
２６ 空洞部
２８、５２ 変形抑止面
３０、３２ 型部材
３６ 材料通路
３６ａ ゲート
３８ 心出し支持要素
４２、５４ 入れ子

Claims (3)

1. 複数の磁石保持穴を有するロータコアと、該ロータコアの該複数の磁石保持穴に個別に受容保持される複数の永久磁石とを具備する電動機のロータの作製工程で、個々の該磁石保持穴と該永久磁石との間に形成される空所に樹脂材料を注入するために使用される型において、
   前記複数の磁石保持穴に前記複数の永久磁石を個別に受容した前記ロータコアを、所定位置に収容する空洞部と、
   前記空洞部に設けられ、前記樹脂材料を前記空所に注入する間に、前記ロータコアの外周面に少なくとも局所的に接触して、該外周面の膨出変形を抑止する変形抑止面と、
   を具備することを特徴とする型。
2. 前記変形抑止面は、前記空洞部に開口する溶融樹脂材料のゲートの近傍に設けられ、前記ロータコアの、該ゲートに接続される前記空所の樹脂注入端から所定長さの空所領域に対応する前記外周面の局所的領域に、接触可能に対向して配置される、請求項１に記載の型。
3. 前記ロータコアの前記外周面が変形していない状態で、前記空洞部に収容された該ロータコアの該外周面と該空洞部に設けた前記変形抑止面との間に、０．２ｍｍ以下の微小空隙が形成される、請求項１又は２に記載の型。

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