JP2023054983A - 磁石埋込型モータのロータ構造およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】構造が簡易で、軽量化を図ることができ、ボンド磁石の充填が安定に行える磁石埋込型モータのロータ構造およびその製造方法を提供すること。【解決手段】実施形態の磁石埋込型モータのロータ構造は、シャフトと、前記シャフトに装着されたロータコアとを有するロータを含む。前記ロータコアは、外周面が円筒状の電磁鋼板積層体であり、前記シャフトの軸方向に貫通する貫通孔を有する。前記貫通孔には、前記シャフト側から径方向外側に向けて、樹脂鉄心と永久磁石とが順に配設されている。前記樹脂鉄心は、軟磁性材を含んだ樹脂成形体である。前記永久磁石は、周方向に沿って複数の永久磁石部分が配置され、かつ隣接する前記複数の永久磁石部分の間を連結する連結部を備え、前記連結部にゲート痕が形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、磁石埋込型モータのロータ構造およびその製造方法に関する。

ロータコアに永久磁石が埋め込まれた磁石埋込型モータ（ＩＰＭモータ：Interior Permanent Magnet Motor）は、永久磁石の磁束により生じるマグネットトルクと、ロータコアの磁気抵抗（リラクタンス）の変化によって生じるリラクタンストルクとの両方が回転力に利用されるものであり、各種の分野で用いられている。

従来、ロータの軽量化やボンド磁石の充填安定化が図られた磁石埋込型モータが開示されている（例えば、特許文献１～６等を参照）。

特開２００９－１００６３４号公報 特開２００１－０１６８１０号公報 特開平１１－１９６５５５号公報 特開２０１６―０８６５６８号公報 特開２０１７－３４７６５号公報 特開２０１６－９３０９１号公報

この種の磁石埋込型モータは、一般的に構造が簡易で軽量であることが求められるが、従来の磁石埋込型モータでは、軽量化のためにロータの強度が低下してしまったり、軽量化が不十分であったり、ボンド磁石の充填が安定に行えない等の問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、構造が簡易で、軽量化を図ることができ、ボンド磁石の充填が安定に行える磁石埋込型モータのロータ構造およびその製造方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る磁石埋込型モータのロータ構造は、シャフトと、前記シャフトに装着されたロータコアとを有するロータを含む。前記ロータコアは、外周面が円筒状の電磁鋼板積層体であり、前記シャフトの軸方向に貫通する貫通孔を有する。前記貫通孔には、前記シャフト側から径方向外側に向けて、樹脂鉄心と永久磁石とが順に配設されている。前記樹脂鉄心は、軟磁性材を含んだ樹脂成形体である。前記永久磁石は、周方向に沿って複数の永久磁石部分が配置され、かつ隣接する前記複数の永久磁石部分の間を連結する連結部を備え、前記連結部にゲート痕が形成されている。

本発明の一態様に係る磁石埋込型モータのロータ構造は、構造が簡易で、軽量化を図ることができ、ボンド磁石の充填が安定に行える。

図１は、第１の実施形態にかかるロータの斜視図である。 図２は、ロータコア単体のＺ－Ｚ断面図である。 図３は、第１の実施形態にかかる樹脂鉄心が形成される直前の状態の例を示すＺ－Ｚ断面図である。 図４は、第１の実施形態にかかる樹脂鉄心が形成された状態の例を示すＺ－Ｚ断面図である。 図５は、第１の実施形態にかかる永久磁石が形成される直前の状態の例を示すＺ－Ｚ断面図である。 図６は、第１の実施形態にかかる永久磁石が形成された状態のロータの例を示すＺ－Ｚ断面図である。 図７は、磁界解析のために１／８モデルにモデル化されたロータ構造の例を示すＺ－Ｚ断面図である。 図８は、第２の実施形態にかかる永久磁石が形成される直前の状態の例を示すＺ－Ｚ断面図である。 図９は、第２の実施形態にかかる永久磁石が形成された状態の例を示すＺ－Ｚ断面図である。 図１０は、第２の実施形態にかかる樹脂鉄心が形成される直前の状態の例を示すＺ－Ｚ断面図である。 図１１は、第１の比較例（特許文献１）の構造を示す図である。 図１２は、第２の比較例（特許文献２）の構造を示す図である。 図１３は、第３の比較例（特許文献３）の構造を示す図である。 図１４は、第４の比較例（特許文献４）の構造を示す図である。 図１５は、第５の比較例（特許文献５）の構造を示す図である。 図１６は、第６の比較例（特許文献６）の構造を示す図である。

以下、実施形態に係る磁石埋込型モータのロータ構造およびその製造方法について図面を参照して説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面における各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。また、１つの実施形態や変形例に記載された内容は、原則として他の実施形態や変形例にも同様に適用される。

（第１の実施形態の構成）
図１は、第１の実施形態にかかるロータ２０の斜視図である。なお、便宜上、軸方向をＺ軸方向としているが、使用時における姿勢は任意である。図１において、ロータ２０は、ロータコア２１と、永久磁石２２と、樹脂鉄心２３と、シャフト１０とを含んでいる。

ロータコア２１は、所定の板厚を有する薄板の鋼板（例えば、電磁鋼板）が所定形状にプレス加工されたコアが所定枚数、軸方向に積層され、それぞれのコアの軸方向の面に形成されたダボ（一方の面側が凹部で他方の面側が凸部）の凹凸がカシメ固着されて積層体を構成する。ロータコア２１は、外周側に複数箇所（図示の例では８箇所）の外側コア部２１２を有し、隣接する外側コア部２１２同士は連結部２１３で連結されており、外側コア部２１２および連結部２１３は軸方向全長に渡って連通している。ロータコア２１は、永久磁石２２および樹脂鉄心２３を成形するための、軸方向全長に渡って貫通した空間を有している。

永久磁石２２は、ロータコア２１の軸方向全長に渡って貫通した空間内に設けられ、周方向に複数個（図示の例では８個）の平面視で径外方に開口する略Ｕ字状の部分（永久磁石部分）が形成されており、隣接する略Ｕ字状の部分の間には、略Ｕ字状の部分同士を連結する連結部２２１が形成され、この連結部２２１も永久磁石となっている。永久磁石２２の略Ｕ字状の最も内側は底部２２３となっており、最も外側は端部２２２となっている。

樹脂鉄心２３は、永久磁石２２の内側のロータコア２１の軸方向全長に渡って貫通した空間内に設けられ、金属製のシャフト１０を包囲している。シャフト１０と樹脂鉄心２３との結合面となるシャフト１０の外周面には、結合力向上と回り止め防止のため、ローレット加工（アヤメ）が施されている。

ロータ２０は、永久磁石（ボンド磁石）２２よりも径方向外側の領域は、電磁鋼板が積層された積層体で構成されている。この外側の領域は、ロータ２０の外周面と所定のギャップを介してステータのティースと対向配置され、トルクに寄与する磁束が通過する領域となり、磁束の変化が激しい箇所となるため、高透磁率で高周波領域での損失が低い材料で形成される必要がある。トルクに寄与する磁束としては、ステータのティースに巻回されたコイルに印加された電流によって生じる磁束が、ステータのティースから積層体を通って隣接するティースに向かうことによって生じるリラクタンストルクに寄与する磁束や、永久磁石２２からステータのティースに向かって流れる磁束、などがある。

これに対して、永久磁石（ボンド磁石）２２よりも径方向内側の領域は、電磁鋼板が積層された積層鉄心に比べて磁束の変動がなく、主に永久磁石２２のバックヨークとして機能する領域である。そのため、この内側の領域の樹脂鉄心２３は、高い透磁率を有する軟磁性材の粉末が混合された樹脂成形体からなり、磁路として機能している。樹脂材に軟磁性材の粉末が混合されて樹脂鉄心２３が形成されたものであるため、電磁鋼板の積層体で形成された構成に比べて大幅に軽量化できる。

（第１の実施形態における製造工程）
先ず、樹脂鉄心２３の形成は次のように行われる。図２は、ロータコア２１単体のＺ－Ｚ断面図である。図３は、第１の実施形態にかかる樹脂鉄心２３が形成される直前の状態の例を示すＺ－Ｚ断面図である。図４は、第１の実施形態にかかる樹脂鉄心２３が形成された状態の例を示すＺ－Ｚ断面図である。Ｚ－Ｚ断面の位置は図１中に示されている。

図２に示されるロータコア２１が金型（不図示）のキャビティー内にセットされ、入れ駒３０がロータコア２１の貫通孔２１０による空間内にセットされ、シャフト１０が空間内にセットされて図３の状態となる。この状態でロータコア２１の内側の入れ駒３０とシャフト１０との間の空間内に樹脂材が注入されて樹脂鉄心２３が形成され、図４の状態となる。入れ駒３０は、樹脂鉄心２３の成形の際に、次の工程で形成される永久磁石２２のための空間を確保するため、この箇所に樹脂鉄心２３を形成する樹脂材が流入しないようにするためのものである。

樹脂鉄心２３は、熱可塑性樹脂（例えば、ＰＡ樹脂、ＰＰＳ樹脂、など）に所定の粒径を有する鉄粉（鉄を主成分とする粉体を指す）が混合された樹脂材が、ロータコア２１の一方の端面側から空間に注入されることで成形体が得られる。

樹脂材について、より具体的には、ポリアミド１２（ＰＡ１２）樹脂の体積と、鉄粉として純鉄粉の体積とが、各々５０％にして混錬されて樹脂材が得られる。鉄粉の混合比率は４０体積％～６０体積％が好ましい。混合される鉄粉の体積が６０％を超えると、樹脂材の流動性が低下し、樹脂鉄心２３が良好に成形されない虞がある。一方、４０％未満では、鉄粉の比率が低下するため、樹脂鉄心２３の飽和磁束密度が十分得られず、バックヨークとして十分な機能を有しない虞がある。なお、純鉄粉に代えて、ケイ素鋼（Ｆｅ－Ｓｉ合金）、センダスト（Ｆｅ－Ｓｉ－Ａｌ合金）、パーマロイ（Ｆｅ－Ｎｉ合金）、等の粉末が用いられるようにしてもよい。

次いで、永久磁石２２の形成は次のように行われる。図５は、第１の実施形態にかかる永久磁石２２が形成される直前の状態の例を示すＺ－Ｚ断面図である。図６は、第１の実施形態にかかる永久磁石２２が形成された状態のロータ２０の例を示すＺ－Ｚ断面図である。

図４の状態から入れ駒３０が抜かれることにより、図５のように貫通孔２１０と樹脂鉄心２３との間に空間が形成される。この空間は、永久磁石２２の平面視で略Ｕ字状の複数の部分（底部２２３から２つの端部２２２に向かい径外方に開口する永久磁石部分）と、それらの間を連通する連結部２２１（図１）とに対応している。

図５において、略Ｕ字状の空間を連通する連結部２２１に対応する位置に、樹脂材の注入用のゲートがゲート位置ＧＰとして配置され、熱可塑性樹脂（例えば、ＰＡ樹脂、ＰＰＳ樹脂、など）に所定の粒度分布を有する異方性の希土類磁石粉末が混合された磁石成形樹脂材が、連結部２２１および略Ｕ字状の部分に対応する空間内に注入、充填されて、図６のような平面視でＵ字状のボンド磁石である永久磁石２２が形成される。なお、磁石成形樹脂材の注入は、配向磁界が印加されつつ行われる。また、樹脂鉄心２３の形成と、ボンド磁石である永久磁石２２の形成とは、所謂、２色成形技術の利用により作製できる。

樹脂材について、より具体的には、異方性ＳｍＦｅＮ系の磁石粉末の質量に対して、約１０質量％のポリアミド１２（ＰＡ１２）樹脂が混錬されて磁石成形樹脂材が得られた。異方性の希土類磁石粉末としては、異方性ＳｍＦｅＮ系磁石粉末の他に、ＮｄＦｅＢ系磁石粉末、異方性ＳｍＣｏ磁石粉末、などが利用可能である。

連結部２２１に対応する位置にゲートが配置され、ボンド磁石である永久磁石２２が充填されるため、連結部２２１の一方側の軸方向端面にゲート痕Ｇが形成される。なお、ゲート痕Ｇは、ゲートから樹脂材が注入された痕跡がそのまま残っている場合に限らず、表面が削りとられて平滑化されている場合であっても、表面の状態や内部の樹脂材の流動の痕跡等により、その位置からゲートにより樹脂材の注入が行われたことが識別できるような痕跡を含む。

連結部２２１は、図６（図１も同様）に示されるように、略Ｕ字状の永久磁石２２の径方向外側を向く端部２２２から径方向内側を向く底部２２３に差し掛かる位置に配置されている。具体的には、連結部２２１から端部２２２までの寸法（樹脂材が流れる流路の寸法）と連結部２２１から底部２２３までの寸法（樹脂材が流れる流路の寸法）とが略同一となるような位置に、連結部２２１は設けられる。

ボンド磁石である永久磁石２２が形成された後、成形体が金型から取り出され、不規則な磁化を除くために、予め、成形体が脱磁される。その後、着磁コイルが巻回された着磁ヨーク（不図示）に、脱磁された成形体がセットされ、着磁コイルにパルス電流が印加されて、ロータコア２１の外周側から所定方向に磁化されるように着磁される。

図７は、ロータ２０について、磁界解析のために１／８モデルにモデル化されたロータ構造の例を示すＺ－Ｚ断面図である。例えば、ロータ外径をφ３６ｍｍ、軸方向のロータ長を４０ｍｍ、シャフト外径をφ８ｍｍとした、８極で２４スロットのＩＰＭモータをモデルとし、図７のような１／８モデルを用いて、磁界解析を行った。解析モデルでは、永久磁石２２の底部２２３からシャフト１０までの距離Ｄを２～８ｍｍ、磁石肉厚Ｔを１～４．５ｍｍまで変化させたときの磁気特性（配向磁束密度、表面磁束密度、逆起電力）について磁界解析した。その結果、総合的観点から、Ｄ＝４ｍｍ、Ｔ＝２～３ｍｍのモデルが好適なモデルであるとの結果を得た。本モデルによれば、材料費が高い希土類磁石粉末を混合させたボンド磁石の体積を小さくしても、磁気特性を低下させることなく、所定の磁気特性を有することができる。

（第２の実施形態における製造工程）
第１の実施形態では、樹脂鉄心２３が射出成型で形成された後、ボンド磁石である永久磁石２２が射出成型で形成された工程にて作製されているが、射出成型でボンド磁石である永久磁石２２が形成された後、樹脂鉄心２３が形成される構成であってもよい。

図８は、第２の実施形態にかかる永久磁石２２が形成される直前の状態の例を示すＺ－Ｚ断面図である。図９は、第２の実施形態にかかる永久磁石２２が形成された状態の例を示すＺ－Ｚ断面図である。図１０は、第２の実施形態にかかる樹脂鉄心２３が形成される直前の状態の例を示すＺ－Ｚ断面図である。ロータコア２１単体のＺ－Ｚ断面図は、図２と同様である。永久磁石２２および樹脂鉄心２３が形成された状態は、図１および図６と同様である。

第１の実施形態と同様、所定形状にプレス加工されたコアが、所定枚数、軸方向に積層され、カシメ固着されることで、積層体からなるロータコア２１が形成される。コアに形成された空間は、ロータコア２１の軸方向全長に渡って連通（貫通）している。

ロータコア２１が金型（不図示）のキャビティー内にセットされ、入れ駒３１がロータコア２１の貫通孔２１０による空間内にセットされて図８の状態となる。この状態でロータコア２１の内側の貫通孔２１０と入れ駒３１との間の空間内に樹脂材が注入されてボンド磁石である永久磁石２２が形成され、図９の状態となる。入れ駒３１は、ボンド磁石である永久磁石２２が形成される際、次の工程で樹脂鉄心２３の形成のための空間が確保されるよう、この箇所にボンド磁石である永久磁石２２を形成する磁石成形樹脂材が流入しないようにするためのものである。

永久磁石２２の形成は、より詳しくは次のように行われる。図８のようにロータコア２１と入れ駒３１とによって略Ｕ字状の空間が形成され、この略Ｕ字状の空間に、熱可塑性樹脂（例えば、ＰＡ樹脂、ＰＰＳ樹脂、など）に所定の粒度分布を有する異方性の希土類磁石粉末が混合された磁石成形樹脂材が注入、充填され、図９のように平面視で略Ｕ字状のボンド磁石である永久磁石２２が形成される。なお、磁石成形樹脂材の注入は、配向磁界が印加されつつ行われる。

次いで、樹脂鉄心２３の形成は次のように行われる。図９の状態から入れ駒３１が抜かれ、その空間にシャフト１０がセットされることにより、図１０のように貫通孔２１１が形成される。なお、樹脂鉄心２３との結合面となるシャフト１０の外周面には、結合力向上と回り止め防止のため、ローレット加工（アヤメ）が施されている。貫通孔２１１とシャフト１０との間の空間に、熱可塑性樹脂（例えば、ＰＡ樹脂、ＰＰＳ樹脂、など）に所定の粒径を有する鉄粉（鉄を主成分とする粉体を指す）が混合された樹脂材が注入、充填されて樹脂鉄心２３が形成される。この状態が図６となる。

樹脂鉄心２３を形成するための樹脂材は、ポリアミド１２（ＰＡ１２）樹脂の体積と、鉄粉として、純鉄粉の体積とが、各々５０％にして混錬されて得られる。鉄粉の混合比率は４０体積％～６０体積％が好ましい。混合される鉄粉の体積が６０％を超えると、樹脂材の流動性が低下し、樹脂鉄心２３を良好に成形できない虞がある。一方、４０％未満では、鉄粉の比率が低下するため、樹脂鉄心２３の飽和磁束密度が十分得られず、バックヨークとして十分な機能を有しない虞がある。このボンド磁石である永久磁石２２の形成と樹脂鉄心２３の形成とは、所謂、２色成形技術の利用により作製できる。

樹脂鉄心２３が形成された後、成形体が金型から取り出され、不規則な磁化を除くために、予め、成形体が脱磁される。その後、着磁コイルが巻回された着磁ヨーク（不図示）に脱磁された成形体がセットされ、着磁コイルにパルス電流が印加されて、ロータコア２１の外周側から所定方向に磁化されるように着磁される。

（第１の比較例）
図１１は、第１の比較例（特許文献１）の構造を示す図である。図１１において、ロータ１０’はロータコア１４’とシャフト１２’とから構成されている。ロータコア１４’は、磁性体の鋼板２２’が軸方向に積層されて構成されている。ロータコア１４’には、周方向に所定の間隔をあけて磁石収納孔１８’が形成されていると共に、磁石収納孔１８’より径方向の内側には、周方向に所定の間隔をあけて、ロータ１０’を軽量化するための中空孔２０’が形成されている。ロータコア１４’に形成された中空孔２０’によってロータ１０’の軽量化が図られている。

（第２の比較例）
図１２は、第２の比較例（特許文献２）の構造を示す図である。図１２において、回転子（ロータ）１５’は、積層鉄心３１’と出力軸３０’とから構成されている。積層鉄心３１’は、磁性体の鉄心板３７’が軸方向に積層されて構成されている。積層鉄心３１’の外周縁近傍に設けられた外縁貫通孔３９’には樹脂磁石４０’が充填されている。積層鉄心３１’には貫通孔４２’が形成され、軽量化が図られている。

（第３の比較例）
図１３は、第３の比較例（特許文献３）の構造を示す図である。図１３において、ロータ５’は、多角形状に配置された永久磁石３’から成る平板部材１０’、それらの間の樹脂材１９’、多角形状の平板部材１０’の外側に配置された透磁性の優れた積層珪素鋼板２２’から成る透磁性積層部材９’、透磁性積層部材９’の外周に配置された非磁性材から成る補強部材４’、多角形状に配置された平板部材１０’の内側に配置され、かつ回転軸２’に固定された透磁性部材８’から構成されている。符号２３’は円弧部材を示し、符号２４’は溶接を示している。透磁性部材８’は、樹脂材が含浸された多孔質部材から構成されるので、ロータ５’を大径に構成してもロータ５’自体の重量を軽量に構成できる。

（第４の比較例）
図１４は、第４の比較例（特許文献４）の構造を示す図である。図１４において、ロータコア１１０’は、積層板１２０’、１２３’が軸方向に積層されることにより構成されている。積層板１２３’によって構成された部分、すなわち、ロータコア１１０’の軸方向の一方の端部のみが有する要素として、当該部分には、隣り合う磁石スロットＳ１１０’を互いに連通させるスロット連通路Ｓ１１３’が形成されている。このスロット連通路Ｓ１１３’は、一対の磁石スロットＳ１１０’に対して１つずつ（この例では、二対の磁石スロットＳ１１０’に対して２つ）設けられていて、当該一対の磁石スロットＳ１１０’の周方向の端部同士を接続している。符号Ｓ１１１’はスロット本体部を示し、符号Ｓ１１２’はスロット端部を示し、符号Ｓ１２０’は軸穴を示している。当該構造により、スロット連通路Ｓ１１３’から樹脂材の注入が行われることで、ランナおよびゲートを少ない数とすることができ、射出成形後にランナ内に残存して無駄になるボンド磁石材料を少なくすることができる。つまり、ボンド磁石材料の浪費を抑えることができる。

（第５の比較例）
図１５は、第５の比較例（特許文献５）の構造を示す図である。図１５において、ロータコア１’の一端には、スプルー部２１’から各スロット１２１’～１２６’の開口中央に向かって横方向に延在するランナー部２２１’～２２６’と、各ランナー部２２１’～２２６’の下流側から各スロット１２１’～１２６’の開口へ軸方向にそれぞれ延在する短い二次スプルー部２３１’～２３６’とが設けられ、二次スプルー部２３１’～２３６’の先端にゲートが形成される。ゲートは略Ｕ字状のスロット１２１’～１２６’の中央に位置している。符号１１’はシャフト穴を示している。

（第６の比較例）
図１６は、第６の比較例（特許文献６）の構造を示す図である。図１６において、磁石埋込型ロータ１’のロータコア２’の円弧状の端面５’の両方の端部７２’にゲート痕９’（ゲートが設けられていた痕跡）が位置している。このようなゲートの配置で端面５’の開口部（スロット）に溶融状態のボンド磁石が射出された場合、円弧状の開口部の両端部から中央に向かって溶融状態のボンド磁石が流れて固化する。なお、符号２ａ’は外周面を示し、符号２ｂ’は内周面を示し、符号２１’は軸方向端面を示し、符号３’は樹脂磁石を示し、符号４’は軸方向孔を示し、符号７’は線状部を示し、符号７１’は端部を示し、符号８’は底部を示している。

（比較例と第１、第２の実施形態との対比）
図１１の第１の比較例では、ロータコア１４’に形成された中空孔２０’によってロータ１０’の軽量化が図られており、形成される中空孔２０’が大きくされることで軽量化が促進される。しかし、中空孔２０’が大きすぎるとロータ１０’の強度低下を招く虞がある。

また、図１２の第２の比較例では、第１の比較例と同様、積層鉄心３１’に形成された貫通孔４２’によって回転子１５’の軽量化が図られており、形成される貫通孔４２’が大きくされることで軽量化が促進される。しかし、貫通孔４２’が大きすぎると回転子１５’の強度低下を招く虞がある。

この点、図１の第１、第２の実施形態では、中空の孔は存在せず、ロータコア２１内の空間は永久磁石２２、樹脂鉄心２３およびシャフト１０により充填されているため、中空の孔に起因する強度低下が起こることはない。

また、図１の第１、第２の実施形態では、永久磁石２２が径方向内側方向に凸の略Ｕ字状であるので、ロータコア２１の外側コア部２１２の面積を確保することができ、ロータ２０の強度を維持しつつ、軽量化を図ることができる。

次に、図１３の第３の比較例では、透磁性部材８’は、セラミックスまたは金属から構成され、多孔質部材から構成されるので樹脂材を含浸できる構成となっている。しかし、多孔質であってもセラミックスまたは金属から構成されているため、ロータ５’の軽量化が十分図られるとは言い難い。

この点、図１の第１、第２の実施形態では、径方向外側の領域は電磁鋼板が積層された積層体で構成されているが、その内側の永久磁石２２および樹脂鉄心２３は樹脂材を主体としたものであるため、ロータ２０全体の軽量化が図れる。

また、図１３の第３の比較例では、積層珪素鋼板２２’は、積層された全体形状において平板部材１０’に接する面が平面に形成され、かつ外周面が円弧面に形成された複数の円弧部材２３’から成り、円弧部材２３’は平板部材１０’に対応して配置され、円弧部材２３’の長手方向に延びる縁部が溶接２４’等で互いに接合されている。このため、溶接作業が必要となり、製造工程が煩雑化する。

この点、図１の第１、第２の実施形態では、溶接は用いられず、製造工程が煩雑化することはない。すなわち、ロータコア２１を構成するコアはカシメ固着され、ロータコア２１の貫通孔２１１とシャフト１０との間の空間内は樹脂材による永久磁石２２および樹脂鉄心２３で充填されるため、溶接は不要である。

次に、図１４の第４の比較例では、スロット連通路Ｓ１１３’が、ロータコア１１０’の端部のみに設けられているので、ロータコア１１０’の軸方向において連通していない部分が発生する。この連通していない部分にボンド磁石が当たることで、均一かつ迅速なボンド磁石の充填を阻害する虞があった。

また、図１５の第５の比較例では、図示のようなゲートの配置でスロット１２１’～１２６’に溶融状態のボンド磁石が射出された場合、略Ｕ字状のスロット１２１’～１２６’の中央から両末端部に向かって溶融状態のボンド磁石が流れるが、スロット１２１’～１２６’の両末端部で成形圧力の差が生じ易く、圧力差によってボンド磁石の流動性の低下による固化が生じる虞がある。固化が生じた場合、溶融状態のボンド磁石の注入は配向磁界が印加されつつ行われるため、ボンド磁石の配向度の低下が生じ易い。この結果、ボンド磁石全体としての配向率が低下し、ロータ全体としての磁束密度が低くなる要因となる。

この点、図１の第１、第２の実施形態では、ボンド磁石が充填される連結部２２１はロータコア２１の軸方向全長に渡って連通（貫通）しているので、ボンド磁石が充填される際に、障害物なしに滞りなく均等に端部まで行き渡らせることができ、ボンド磁石の配向が均一となる。

また、永久磁石２２は、隣接する略Ｕ字状の部分を連結する連結部２２１を備え、この連結部２２１にボンド磁石を射出成形で充填するゲートが配置されるため、ゲートの数を増やすことなく、バランス良くボンド磁石の充填が行われる。

また、ボンド磁石を射出成形で充填するゲートが、永久磁石２２の端部２２２から底部２２３に差し掛かる位置に設けられているので、ボンド磁石が端部２２２方向と底部２２３方向の両方に均等に充填することができる。よって、ボンド磁石の配向が均一になる。

また、図１の第１、第２の実施形態では、略Ｕ字状の空間を連結する連結部２２１にゲートが位置している。射出成形機から射出された溶融状態のボンド磁石は、スプルーからランナーを経由しゲートから連結部２２１に射出され、連結部２２１から略Ｕ字状の空間に流れ、略Ｕ字状の空間の末端部と中央部とに分かれて流れて充填される。本実施形態も第５の比較例（図１５）と同様、略Ｕ字状の空間（スロットに相当）の末端部に向かって溶融状態のボンド磁石が流れるが、本実施形態では、第５の比較例の構造に比べて、ゲートから略Ｕ字状の空間（スロット）の末端部までの距離が短いため、第５の比較例の構造で生じる末端部でのボンド磁石の固化の問題は生じない。

次に、図１６の第６の比較例では、第５の比較例（図１５）のような円弧状の両末端部での配向度の低下の問題は生じない。しかし、１つの円弧状の開口部に対して２個のゲートの配置が必要となるため、その分、ゲートに至るランナーも増加することになる。その結果、コールドランナー方式で構成された金型では、ランナー部の廃材が増えてコスト増となる問題がある。

この点、図１の第１、第２の実施形態では、永久磁石２２の連結部２２１にそれぞれ１個のゲートが配置されてボンド磁石の充填が行われるため、ゲートやランナーが必要以上に増えることはなく、コスト増の問題はない。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

以上のように、実施形態に係る磁石埋込型モータのロータ構造は、シャフトと、シャフトに装着されたロータコアとを有するロータを含み、ロータコアは、外周面が円筒状の電磁鋼板積層体であり、シャフトの軸方向に貫通する貫通孔を有し、貫通孔には、シャフト側から径方向外側に向けて、樹脂鉄心と永久磁石とが順に配設されており、樹脂鉄心は、軟磁性材を含んだ樹脂成形体であり、永久磁石は、周方向に沿って複数の永久磁石が配置され、かつ隣接する複数の永久磁石の間を連結する連結部を備え、連結部にゲート痕が形成されている。これにより、構造が簡易で、軽量化を図ることができ、ボンド磁石の充填が安定に行える。

また、永久磁石は、樹脂と磁石粉末とを含むボンド磁石である。これにより、軽量な永久磁石を容易に実現することができる。

また、軟磁性材は、鉄を主成分とする粉体である。これにより、軽量な樹脂鉄心を容易に実現することができる。

また、永久磁石部分は断面略Ｕ字状であり、連結部は、永久磁石部分の端部から底部に差し掛かる位置に設けられている。これにより、連結部に配置されたゲートから均一に樹脂の充填が行われ、ボンド磁石の充填が安定に行われる。また、断面略Ｕ字状の形状により、外側コア部の面積を確保することができ、ロータの強度を維持しつつ、軽量化を図ることができる。

また、連結部はロータコアの軸方向全長に渡って連通している。これにより、樹脂の充填が軸方向全長に渡って安定して行われる。

また、シャフトと、シャフトに装着されたロータコアとを有するロータを含み、ロータコアは、外周面が円筒状の電磁鋼板積層体であり、シャフトの軸方向に貫通する貫通孔を有し、貫通孔には、シャフト側から径方向外側に向けて、樹脂鉄心と永久磁石とが順に配設されている、磁石埋込型モータのロータ構造の製造方法であって、軟磁性材を含んだ樹脂成形体により樹脂鉄心を作製する工程と、周方向に沿って複数の永久磁石部分が配置され、かつ隣接する複数の永久磁石部分の間を連結する連結部を備えた永久磁石を、連結部にゲートを配置して作製する工程と、を含む。これにより、構造が簡易で、軽量化を図ることができ、ボンド磁石の充填が安定に行える磁石埋込型モータのロータ構造を容易に製造することができる。

また、永久磁石を作製する工程を樹脂鉄心を作製する工程よりも先に行う。これにより、製造工程の自由度を高めることができる。

また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

１０ シャフト，２０ ロータ，２１ ロータコア，２１０、２１１ 貫通孔，２１２ 外側コア部，２１３ 連結部，２２ 永久磁石，２２１ 連結部，２２２ 端部，２２３ 底部，２３ 樹脂鉄心，３０、３１ 入れ駒，Ｇ ゲート痕，Ｄ 距離，Ｔ 磁石肉厚

Claims (7)

1. シャフトと、前記シャフトに装着されたロータコアとを有するロータを含み、
   前記ロータコアは、外周面が円筒状の電磁鋼板積層体であり、前記シャフトの軸方向に貫通する貫通孔を有し、
   前記貫通孔には、前記シャフト側から径方向外側に向けて、樹脂鉄心と永久磁石とが順に配設されており、
   前記樹脂鉄心は、軟磁性材を含んだ樹脂成形体であり、
   前記永久磁石は、周方向に沿って複数の永久磁石部分が配置され、かつ隣接する前記複数の永久磁石部分の間を連結する連結部を備え、前記連結部にゲート痕が形成されている、
   磁石埋込型モータのロータ構造。
2. 前記永久磁石は、樹脂と磁石粉末とを含むボンド磁石である、
   請求項１に記載の磁石埋込型モータのロータ構造。
3. 前記軟磁性材は、鉄を主成分とする粉体である、
   請求項１または２に記載の磁石埋込型モータのロータ構造。
4. 前記永久磁石部分は断面略Ｕ字状であり、前記連結部は、前記永久磁石部分の端部から底部に差し掛かる位置に設けられている、
   請求項１～３のいずれか一つに記載の磁石埋込型モータのロータ構造。
5. 前記連結部は前記ロータコアの軸方向全長に渡って連通している、
   請求項１～４のいずれか一つに記載の磁石埋込型モータのロータ構造。
6. シャフトと、前記シャフトに装着されたロータコアとを有するロータを含み、前記ロータコアは、外周面が円筒状の電磁鋼板積層体であり、前記シャフトの軸方向に貫通する貫通孔を有し、前記貫通孔には、前記シャフト側から径方向外側に向けて、樹脂鉄心と永久磁石とが順に配設されている、磁石埋込型モータのロータ構造の製造方法であって、
   軟磁性材を含んだ樹脂成形体により前記樹脂鉄心を作製する工程と、
   周方向に沿って複数の永久磁石部分が配置され、かつ隣接する前記複数の永久磁石部分の間を連結する連結部を備えた前記永久磁石を、前記連結部にゲートを配置して作製する工程と、
   を含む磁石埋込型モータのロータ構造の製造方法。
7. 前記永久磁石を作製する工程を前記樹脂鉄心を作製する工程よりも先に行う、
   請求項６に記載の磁石埋込型モータのロータ構造の製造方法。

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