JP2009273240A - Rotor for ipm motor and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、IPMモータ用ロータとその製造方法に係り、特に、ロータスロット内に挿入される永久磁石とスロットとの間に形成され得るエアギャップが効果的に解消されたIPMモータ用ロータと、これを製造するための方法に関するものである。 The present invention relates to a rotor for an IPM motor and a method for manufacturing the same, and more particularly, an IPM motor rotor in which an air gap that can be formed between a permanent magnet inserted into a rotor slot and the slot is effectively eliminated. It relates to a method for manufacturing this.
永久磁石をロータ内部に埋め込んでなる磁石埋め込み型モータ(以下、IPMモータという)は、コイルと永久磁石の吸引力/反発力に起因するマグネットトルクに加えてリラクタンストルクを得ることができるため、永久磁石をロータ外周面に貼着してなる表面磁石型モータ(SPMモータ)に比して高トルクかつ高効率である。したがって、このIPMモータは、高出力性能が要求されるハイブリット車、電気自動車の駆動用モータ等に使用されている。なお、この永久磁石としては、希土類磁石やフェライト磁石、アルニコ磁石等の焼結磁石が一般に用いられている。 A magnet-embedded motor (hereinafter referred to as an IPM motor) in which a permanent magnet is embedded in a rotor can obtain a reluctance torque in addition to a magnet torque caused by the attractive force / repulsive force of a coil and a permanent magnet. Compared to a surface magnet type motor (SPM motor) in which a magnet is attached to the outer peripheral surface of the rotor, the torque is high and the efficiency is high. Therefore, this IPM motor is used for a drive motor of a hybrid vehicle, an electric vehicle and the like that require high output performance. As the permanent magnet, a sintered magnet such as a rare earth magnet, a ferrite magnet, or an alnico magnet is generally used.
上記するIPMモータでは、ロータコアに形成された磁石用スロットへの永久磁石のスムースな挿入とスロットエッジにて永久磁石が損傷するのを回避するために、該スロットの寸法を永久磁石のそれよりも大寸法に設定しておき、非磁性素材の樹脂を磁石用スロット側面の樹脂充填用スロットに充填し、硬化させて永久磁石を固定する方法が一般に用いられている。 In the above-described IPM motor, in order to prevent the permanent magnet from being smoothly inserted into the magnet slot formed in the rotor core and the permanent magnet from being damaged at the slot edge, the size of the slot is set to be larger than that of the permanent magnet. A method is generally used in which a permanent magnet is fixed by setting a large dimension, filling a resin of a nonmagnetic material into a resin filling slot on the side surface of the magnet slot, and curing the resin.
しかし、スロットの寸法が永久磁石よりも大きいことにより、仮に永久磁石の側面を上記非磁性素材の樹脂にて固定できたとしても、永久磁石とスロットのステータ側側面やロータ中央側側面との間には隙間が形成され易くなってしまう。スロット内に隙間、すなわちエアギャップが存在すると、これが磁気抵抗となり、ロータ内における磁束の流れが阻害される結果、モータ効率の低下、出力トルクの低下に直結する。 However, because the size of the slot is larger than that of the permanent magnet, even if the side surface of the permanent magnet can be fixed with the resin of the non-magnetic material, the gap between the permanent magnet and the stator side surface of the slot or the rotor central side surface In this case, a gap is easily formed. If there is a gap, that is, an air gap, in the slot, this becomes a magnetic resistance, and the flow of magnetic flux in the rotor is obstructed, resulting in a decrease in motor efficiency and a decrease in output torque.
なお、従来のIPMモータ用ロータに関し、磁石用スロット内にそれよりも小寸法の永久磁石を挿入し、該スロットのロータ中央側にバネ挿入用溝を設け、これにバネを固定し、このバネによって永久磁石をスロットのステータ側側面に押圧する技術が特許文献1,2に開示されている。
In addition, regarding a conventional rotor for an IPM motor, a permanent magnet having a smaller dimension than that is inserted into a magnet slot, a spring insertion groove is provided on the rotor center side of the slot, and a spring is fixed thereto.
これらのロータ構成によれば、永久磁石とスロットのステータ側側面との間の隙間は解消されるものの、永久磁石とスロットのロータ中央側側面との間には依然として隙間が存在しており、この隙間(エアギャップ)に起因する磁気抵抗と、これに起因する出力トルク等の低下の問題は依然として解消されない。 According to these rotor configurations, the gap between the permanent magnet and the stator side surface of the slot is eliminated, but there is still a gap between the permanent magnet and the rotor central side surface of the slot. The problem of magnetic resistance caused by the gap (air gap) and a decrease in output torque caused by this still remains.
本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、ロータに形成された磁石用スロットと永久磁石の間の隙間を完全に閉塞でき、もってモータ性能(トルク性能、回転性能、モータ効率)に優れたIPMモータを構成するロータと、このロータを製造するための方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and can completely close a gap between a magnet slot formed on a rotor and a permanent magnet, thereby providing motor performance (torque performance, rotational performance, motor efficiency). An object of the present invention is to provide a rotor that constitutes an excellent IPM motor and a method for manufacturing the rotor.
前記目的を達成すべく、本発明によるIPMモータ用ロータの製造方法は、磁石用スロットに該スロットよりも小寸法の永久磁石を挿入し、該永久磁石と該スロットのロータ中央側の内側面の間に磁性材料を充填するものである。 In order to achieve the above object, according to the method of manufacturing a rotor for an IPM motor according to the present invention, a permanent magnet having a smaller dimension than the slot is inserted into a magnet slot, and the permanent magnet and the inner surface of the slot on the center side of the rotor are inserted. A magnetic material is filled in between.
本発明の製造方法は、従来構造と同様に永久磁石よりも大きな寸法の磁石用スロットを有するロータの該スロット内に永久磁石を挿入し、特に、永久磁石とスロットのステータ側の内側面の間、およびロータ中央側(シャフト側)の内側面の間に形成され得るエアギャップを完全に閉塞するべく、磁性材料を充填するものである。この磁性材料を充填することにより、スロットのステータ側の内側面と永久磁石は密着し、永久磁石とスロットのロータ中央側の内側面との間には磁性材料の硬化体が形成されることでエアギャップが完全に解消(閉塞)される。さらに、磁性材料が充填されることにより、充填部の磁気抵抗は小さなものとなり、ステータティースからロータ、永久磁石を貫く磁束の流れに対してそれを阻害する要因が効果的に排除される。 The manufacturing method of the present invention inserts a permanent magnet into a slot of a rotor having a slot for a magnet having a size larger than that of the permanent magnet as in the conventional structure, and in particular, between the permanent magnet and the inner surface of the slot on the stator side. And a magnetic material to completely close an air gap that can be formed between the inner surface of the rotor central side (shaft side). By filling this magnetic material, the inner surface of the slot on the stator side and the permanent magnet are in close contact with each other, and a hardened body of magnetic material is formed between the permanent magnet and the inner surface of the slot on the rotor central side. The air gap is completely eliminated (closed). Further, by filling the magnetic material, the magnetic resistance of the filling portion becomes small, and a factor that obstructs the flow of magnetic flux from the stator teeth through the rotor and permanent magnet is effectively eliminated.
ここで、スロットのステータ側とロータ中央側の間の寸法(一般に短辺寸法)と、それに直交する寸法(一般に長辺寸法)に関し、少なくとも永久磁石の短辺寸法がスロットの短辺寸法よりも小寸法となっている形態、および、永久磁石の短辺寸法に加えて長辺寸法もスロットの長辺寸法よりも小寸法となっている形態の双方の寸法関係が対象となる。なお、磁石挿入用スロットの長辺寸法端部には既述のごとき樹脂充填用スロットが連続した態様で形成されている。 Here, regarding the dimension between the stator side of the slot and the rotor center side (generally, the short side dimension) and the dimension perpendicular to it (generally the long side dimension), at least the short side dimension of the permanent magnet is larger than the short side dimension of the slot. The dimensional relationship between both the small-sized form and the form in which the long-side dimension is smaller than the long-side dimension of the slot in addition to the short-side dimension of the permanent magnet is an object. In addition, the resin filling slot as described above is formed in a continuous manner at the end of the long side dimension of the magnet insertion slot.
永久磁石とロータ中央側の内側面の間のエアギャップに充填される磁性材料は特に限定されるものではないが、たとえば、ステータコアやロータコア、リアクトルコアを形成するための圧粉磁心、高密度圧粉磁心(HDMC)用の磁性粉末、磁性樹脂材料などを使用できる。磁性粉末の一例として、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樹脂等の樹脂バインダーで被覆された磁性粉末などを挙げることができる。 The magnetic material filled in the air gap between the permanent magnet and the inner surface of the rotor central side is not particularly limited. For example, a dust core for forming a stator core, a rotor core, and a reactor core, a high-density pressure Magnetic powder for magnetic core (HDMC), magnetic resin material, etc. can be used. Examples of magnetic powder include iron, iron-silicon alloy, iron-nitrogen alloy, iron-nickel alloy, iron-carbon alloy, iron-boron alloy, iron-cobalt alloy, iron-phosphorus alloy, Examples thereof include a soft magnetic metal powder such as an iron-nickel-cobalt alloy and an iron-aluminum-silicon alloy, or a magnetic powder in which a soft magnetic metal oxide powder is coated with a resin binder such as a silicone resin.
また、ロータコアは、電磁鋼板等を積層してなる鋼板積層体や圧粉磁心から形成され、このロータコアには磁石挿入用スロットが所定の磁極数だけ形成されており、より具体的には、一つの磁極に一つの横長矩形のスロットが配された形態、一つの磁極に2つの横長矩形のスロットがVの字に配された形態などがある。 Further, the rotor core is formed of a steel plate laminate formed by laminating electromagnetic steel plates or the like, and a dust core, and a magnet insertion slot is formed in the rotor core by a predetermined number of magnetic poles. There is a form in which one horizontally long rectangular slot is arranged on one magnetic pole, and a form in which two horizontally long rectangular slots are arranged in a V shape on one magnetic pole.
さらに、永久磁石の一例として、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を挙げることができる。 Furthermore, as an example of a permanent magnet, a ternary neodymium magnet in which iron and boron are added to neodymium, a samarium cobalt magnet made of a binary alloy of samarium and cobalt, and a ferrite magnet mainly composed of iron oxide powder Alnico magnets made from aluminum, nickel, cobalt, etc. can be mentioned.
たとえば、成形型内に載置されたロータコアのスロット内に永久磁石を挿入して型閉めし、熱硬化性もしくは熱可塑性の磁性樹脂材料を射出成形したり、上記磁性粉末を永久磁石とスロットの間に充填して加圧成形するなどの方法により、磁性材料の充填がおこなわれる。 For example, a permanent magnet is inserted into a slot of a rotor core placed in a molding die and the die is closed, and a thermosetting or thermoplastic magnetic resin material is injection molded, or the magnetic powder is formed between the permanent magnet and the slot. The magnetic material is filled by a method such as filling in between and pressure forming.
上記する本発明の製造方法によれば、スロット内に挿入された永久磁石とスロットのロータ中央側の内側面の間に磁性材料を充填硬化するだけの簡易な方法によって効果的にスロットと永久磁石の間のエアギャップを閉塞でき、これにより、モータ性能に優れたIPMモータ用のロータを製造することができる。 According to the manufacturing method of the present invention described above, the slot and the permanent magnet can be effectively obtained by a simple method in which the magnetic material is filled and cured between the permanent magnet inserted into the slot and the inner surface of the slot on the rotor central side. The rotor for an IPM motor with excellent motor performance can be manufactured.
また、本発明によるIPMモータ用ロータの製造方法の他の実施の形態において、前記スロットは、ステータ側の第1のスロットとロータ中央側の第2のスロットとから形成されており、該第1、第2のスロットを画成するとともにロータと一体に形成された仕切り材が設けられており、第1のスロット内に前記永久磁石が挿入されて前記仕切り材を第2のスロット側に変形させ、次いで、第2のスロット内に前記磁性材料を充填するものである。 In another embodiment of the method for manufacturing a rotor for an IPM motor according to the present invention, the slot is formed of a first slot on the stator side and a second slot on the rotor center side, and the first slot And a partition member that is formed integrally with the rotor and that defines the second slot, and the permanent magnet is inserted into the first slot to deform the partition member toward the second slot. Then, the magnetic material is filled in the second slot.
本実施の形態は、磁石挿入用スロットが2つの部分、すなわち、ステータ側の第1のスロットと第2のスロットから形成されていて、双方のスロットがロータコア材からなる仕切り材にて画成されるものであり、第1のスロットの上記短辺寸法が永久磁石のそれよりも小さくなっていて、この永久磁石を第1のスロットに挿入した際に、仕切り材が第2のスロット側に押し出されて湾曲状に膨れ、この姿勢で第2のスロット内に磁性材料を充填するものである。 In the present embodiment, the slot for inserting a magnet is formed of two parts, that is, a first slot and a second slot on the stator side, and both slots are defined by a partition member made of a rotor core material. The short side dimension of the first slot is smaller than that of the permanent magnet, and when the permanent magnet is inserted into the first slot, the partition member is pushed out to the second slot side. In this attitude, the second slot is filled with a magnetic material.
永久磁石よりも小寸法の第1のスロット内に永久磁石を挿入した段階で第1のスロットのステータ側の内側面、およびロータ中央側の内側面と永久磁石とは隙間無く密着している。次いで第2のスロット内に磁性材料が充填され、硬化することにより、第2のスロット内が磁性材料にて満たされ、第1、第2のスロット内におけるエアギャップは完全に閉塞される。 When the permanent magnet is inserted into the first slot having a smaller size than the permanent magnet, the inner surface on the stator side of the first slot and the inner surface on the rotor central side and the permanent magnet are in close contact with each other without a gap. Next, the second slot is filled with a magnetic material and hardened, whereby the second slot is filled with the magnetic material, and the air gap in the first and second slots is completely closed.
なお、たとえば電磁鋼板の積層体からロータコアを形成する場合は、第1のスロットを切断加工し、これに間隔をおいて第2のスロットを切断加工することにより、間に仕切り材を形成した姿勢で第1のスロット用開口と第2のスロット用開口が形成される。この鋼板を所定枚数積層することにより、上記する双方の開口が鋼板枚数だけ積層されて第1のスロットと第2のスロットが形成される。 For example, when a rotor core is formed from a laminate of electromagnetic steel sheets, the first slot is cut, and the second slot is cut at intervals to form a partition material between them. Thus, the first slot opening and the second slot opening are formed. By laminating a predetermined number of the steel plates, the above-described openings are laminated by the number of the steel plates to form the first slot and the second slot.
本実施の形態では、第1のスロット内に永久磁石が挿入された際に、仕切り材が第2のスロット側へ容易に変形でき、しかもその変形姿勢において仕切り材が破損しない程度の厚みや長さの仕切り材が形成されるのが好ましい。仕切り材が第2のスロット側へ容易に変形できる剛性もしくは可撓性を有していることにより、永久磁石の挿入効率を確保でき、挿入時の損傷を回避することができる。 In the present embodiment, when the permanent magnet is inserted into the first slot, the partition material can be easily deformed toward the second slot, and the thickness and length are such that the partition material is not damaged in the deformed posture. It is preferable that the partition material is formed. Since the partition member has rigidity or flexibility that can be easily deformed toward the second slot, the insertion efficiency of the permanent magnet can be ensured, and damage during insertion can be avoided.
また、本発明によるIPMモータ用ロータの製造方法の他の実施の形態において、前記スロットは、ステータ側の第1のスロットとロータ中央側の第2のスロットとから形成されており、該第1、第2のスロットを画成するとともにロータと一体に形成された仕切り材が設けられており、第1のスロット内に該第1のスロットよりも小寸法の前記永久磁石が挿入され、次いで、第2のスロット内に前記磁性材料を充填することで前記仕切り材をステータ側に押圧して永久磁石と仕切り材を密着させるものである。 In another embodiment of the method for manufacturing a rotor for an IPM motor according to the present invention, the slot is formed of a first slot on the stator side and a second slot on the rotor center side, and the first slot A partition member is provided which defines a second slot and is integrally formed with the rotor, and the permanent magnet having a smaller dimension than the first slot is inserted into the first slot, The partition material is pressed against the stator side by filling the magnetic material in the second slot, thereby bringing the permanent magnet and the partition material into close contact with each other.
本実施の形態では、上記する実施の形態と同様にスロットが2つの第1、第2のスロットから形成されるものであるが、ステータ側の第1のスロットの寸法よりも永久磁石の寸法が小さくなっており、したがって、永久磁石を第1のスロット内に挿入した際に、永久磁石が仕切り材を第2のスロット側へ押出すことはない。 In this embodiment, the slot is formed of two first and second slots as in the above-described embodiment, but the size of the permanent magnet is larger than the size of the first slot on the stator side. Therefore, when the permanent magnet is inserted into the first slot, the permanent magnet does not push the partition material toward the second slot.
その代わりに、第1のスロット内に小寸法の永久磁石を挿入後、第2のスロット内に磁性材料を加圧充填することで仕切り材のたとえば中央部分をステータ側へ変形させ、仕切り材を永久磁石に密着させるとともに該永久磁石を第1のスロットのステータ側の内側面に押し込むものである。 Instead, after inserting a small-sized permanent magnet into the first slot and then pressurizing and filling the magnetic material into the second slot, the central part of the partition member is deformed to the stator side, for example. The permanent magnet is brought into close contact with the permanent magnet and pushed into the inner surface of the first slot on the stator side.
仕切り材にて永久磁石が第1のスロットのステータ側の内側面に押し込まれた状態において、第1のスロットと永久磁石との間のエアギャップは解消され、同時に、第2のスロット内には磁性材料が加圧充填され、これが硬化することでその内部のエアギャップも解消される。 In the state in which the permanent magnet is pushed into the inner surface of the first slot on the stator side by the partition member, the air gap between the first slot and the permanent magnet is eliminated, and at the same time, in the second slot. The magnetic material is pressurized and filled, and when it is hardened, the air gap inside is also eliminated.
また、本発明によるIPMモータ用ロータの製造方法の他の実施の形態は、前記永久磁石と前記スロットのロータ中央側の内側面の間に磁性材料からなる定形体を挿入した後に、該定形体と該スロットのロータ中央側の内側面の間に磁性材料を充填するものである。 In another embodiment of the method for manufacturing a rotor for an IPM motor according to the present invention, a fixed body made of a magnetic material is inserted between the permanent magnet and the inner surface of the slot on the rotor central side. A magnetic material is filled between the inner surface of the slot on the rotor central side.
本実施の形態は、一つのスロット内に永久磁石を挿入し、この永久磁石とロータ中央側の隙間にまず磁性材料からなる定形体を挿入し、最後にこの定形体とスロットのロータ中央側の内側面の間に磁性材料を加圧充填することにより、この加圧力を定型体を解して均等に永久磁石に伝達し、均等な加圧力によって該永久磁石をスロットのステータ側内側面に押し付けるものである。 In this embodiment, a permanent magnet is inserted into one slot, and a fixed body made of a magnetic material is first inserted into the gap between the permanent magnet and the rotor central side. Finally, the fixed body and the slot on the rotor central side are finally inserted. By pressurizing and filling the magnetic material between the inner side surfaces, the applied pressure is uniformly transmitted to the permanent magnets through the fixed body, and the permanent magnets are pressed against the inner surface of the slot on the stator side by the equal applied pressure. Is.
また、本発明によるIPMモータ用ロータは、磁石用スロットと、該磁石用スロットに挿入固定され、該スロットに比して小寸法の永久磁石と、永久磁石とスロットのロータ中央側の内側面の間に磁性材料が充填硬化されてなる磁性体と、からなるものである。 In addition, the rotor for an IPM motor according to the present invention includes a magnet slot, a permanent magnet having a smaller size than the slot, a permanent magnet and an inner surface of the slot on the center side of the rotor. And a magnetic body in which a magnetic material is filled and cured therebetween.
なお、永久磁石とスロットのロータ中央側の内側面の間に磁性材料にて予め成形された定型材を挿入しておき、この定型材とスロットのロータ中央側の内側面の間に磁性材料を充填し、それが硬化してできるロータであってもよい。すなわち、この形態のロータでは、スロット内に、永久磁石と2層の磁性材料からなる硬化体が介在することになる。 In addition, a fixed material previously formed of a magnetic material is inserted between the permanent magnet and the inner surface of the slot on the rotor central side, and the magnetic material is inserted between the fixed material and the inner surface of the slot on the rotor central side. It may be a rotor that is filled and cured. That is, in the rotor of this form, a hardened body made of a permanent magnet and two layers of magnetic material is interposed in the slot.
また、本発明によるIPMモータ用ロータの他の実施の形態は、前記スロットは、ステータ側の第1のスロットとロータ中央側の第2のスロットとから形成されており、該第1、第2のスロットを画成するとともにロータと一体に形成された仕切り材が設けられており、第1のスロット内に前記永久磁石が固定されており、第2のスロット内に磁性材料が充填硬化されてなる磁性体が設けられており、前記仕切り材が永久磁石に密着しているものである。 In another embodiment of the rotor for an IPM motor according to the present invention, the slot is formed of a first slot on the stator side and a second slot on the rotor center side. And a partition member formed integrally with the rotor, the permanent magnet is fixed in the first slot, and the magnetic material is filled and cured in the second slot. A magnetic body is provided, and the partition material is in close contact with the permanent magnet.
ここで、仕切り材が永久磁石に密着しているロータを形成するための方策として、その一つには、第1のスロットよりも永久磁石の寸法を大きくしておき、これを第1のスロット内に挿入した後に第2のスロット内に磁性材料を充填する方法がある。この製造方法によってできるロータでは、仕切り材がステータ側へ湾曲しており、この仕切り材が永久磁石をステータ側へ押圧した姿勢を保持している。また、他の一つの方法として、第1のスロットよりも永久磁石の寸法を小さくしておき、これを第1のスロット内に挿入した後に第2のスロットに磁性材料を加圧充填して仕切り材を第1のスロット側に変形させ、仕切り材にて永久磁石を第1のスロットのステータ側の内側面に密着させる方法がある。 Here, as a measure for forming a rotor in which the partition material is in close contact with the permanent magnet, one of them is that the size of the permanent magnet is made larger than that of the first slot, and this is used as the first slot. There is a method of filling the second slot with a magnetic material after being inserted into the slot. In the rotor produced by this manufacturing method, the partition material is curved toward the stator, and the partition material maintains the posture in which the permanent magnet is pressed toward the stator. As another method, the size of the permanent magnet is made smaller than that of the first slot, and after inserting the permanent magnet into the first slot, the second slot is pressurized and filled with a magnetic material. There is a method in which the material is deformed to the first slot side, and the permanent magnet is brought into close contact with the inner surface of the first slot on the stator side by the partition material.
上記する本発明のIPMモータ用ロータは、永久磁石挿入用スロットの内側面と永久磁石との間に高い磁気抵抗となるエアギャップが存在しないことから、トルク性能、回転性能、モータ効率に優れたIPMモータを構成するロータとなる。したがって、このロータを具備するIPMモータは、近時その生産が拡大しており、高性能な駆動用モータの車載が急務の課題となっているハイブリッド車や電気自動車に好適である。 The rotor for an IPM motor of the present invention described above is excellent in torque performance, rotational performance, and motor efficiency because there is no air gap that provides high magnetic resistance between the inner surface of the permanent magnet insertion slot and the permanent magnet. It becomes the rotor which comprises an IPM motor. Therefore, the production of the IPM motor having this rotor has recently been expanded, and it is suitable for a hybrid vehicle or an electric vehicle in which mounting of a high-performance drive motor is an urgent issue.
以上の説明から理解できるように、本発明のIPMモータ用ロータの製造方法によれば、ロータに形成された磁石用スロットと永久磁石の間の隙間を完全に閉塞でき、もってモータ性能(トルク性能、回転性能、モータ効率)に優れたIPMモータを構成するロータを製造することができる。 As can be understood from the above description, according to the method for manufacturing a rotor for an IPM motor of the present invention, the gap between the magnet slot formed in the rotor and the permanent magnet can be completely closed, so that the motor performance (torque performance) can be obtained. , A rotor constituting an IPM motor excellent in rotational performance and motor efficiency) can be manufactured.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、図示するロータは2つの永久磁石がVの字に配設されて一つの磁極を形成するものを示しているが、ティースに正対した一つの永久磁石が一つの磁極を形成する形態であってもよいことは勿論のことである。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the illustrated rotor, two permanent magnets are arranged in a V shape to form one magnetic pole, but one permanent magnet facing the teeth forms one magnetic pole. Of course there may be.
図1は、本発明のIPMモータ用ロータの一実施の形態を示した平面図であり、図2は、図2a,bの順に、図1中の一つの永久磁石部分を取り出して、ロータの製造方法を説明したフロー図である。 FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of a rotor for an IPM motor according to the present invention. FIG. 2 is a plan view of the rotor of FIG. It is the flowchart explaining the manufacturing method.
図示するIPMモータ用のロータコア10は、電磁鋼板が積層されてなる鋼板積層体、もしくは圧粉磁心から形成されており、所定の磁極数に応じて形成された磁石挿入用スロット13内に、永久磁石2が挿入固定されたものである。より具体的には、一極当たり平面視が略Vの字状(2つの矩形が間隔を置いて略V字状を呈している)に形成された各スロット13、13内にそれぞれ平面視が矩形の永久磁石2,2が配設されてV字配置永久磁石を形成し、これが周方向に亘って所定の極数形成されたものである。
The illustrated
磁石挿入用スロット13の側方には、不図示のステータのティースから流れてきた磁束が永久磁石の側方からロータコア側へ漏れる漏れ磁束を抑止するための形状を有し、その内部に永久磁石を固定する非磁性樹脂材料が充填される樹脂充填用スロット14,14が設けられており、磁石挿入用スロット13内に永久磁石2が挿入された後に、この樹脂充填用スロット14内に非磁性樹脂材料が充填され、これが硬化することで永久磁石2がスロット13内で固定される。
On the side of the
なお、ロータコア10の中央にはシャフト挿通用のロータ中央溝12が形成されており、不図示のステータコア内の中空部、すなわち、平面視が略円環状のヨークから径方向内側に突出する複数のティースで形成される中空部に、このティース先端とロータコア10のステータ側側面11との間に所定の隙間が形成された姿勢で図示するロータコア10が配設され、IPMモータが形成されるものである。
A rotor
磁石挿入用スロット13内に挿入固定される永久磁石2としては、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を挙げることができる。
The
次に、図2に基づいて図1で示すロータの製造方法の一実施の形態、より具体的にはロータコア10のスロット内に永久磁石2を固定する方法の一実施の形態を概説する。
Next, an embodiment of a method of manufacturing the rotor shown in FIG. 1, more specifically an embodiment of a method of fixing the
図2aで示すように、この製造方法では、磁石挿入用スロット13のステータ側の内側面13aからロータ中央側の内側面13bまでの寸法(短辺寸法)が比較的大きなスロット13がロータコア10に設けられており、図2bで示すように、このスロット13内に、短辺、長辺ともにスロット13よりも小寸法の永久磁石2が挿入される。
As shown in FIG. 2 a, in this manufacturing method, the
永久磁石2をスロット13内に挿入したら、永久磁石2とスロット13のロータ中央側の内側面13bの間に、磁性材料4を充填する。
When the
この磁性材料4として、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樹脂バインダーで被覆された磁性粉末や、熱硬化性もしくは熱可塑性の磁性樹脂材料などを使用することができる。
As this
磁性材料4の充填方法は、不図示の成形型のキャビティ内にロータコア10を載置し、これに磁性樹脂材料を射出成形する方法や、磁性粉末をキャビティ内に充填して加圧成形する方法などでおこなわれる。なお、樹脂充填用スロット14内に磁性材料が充填されないように仮の閉塞物を挿入しておき、磁性材料の充填後にこの仮の閉塞物を取り出すのがよい。
The method of filling the
磁性材料4を充填硬化させた後に、樹脂充填用スロット14内に非磁性樹脂材料3を充填硬化させ、図2bで示すように永久磁石2の固定がおこなわれ、図1のごときロータが製造される。
After the
図1,図2bで示すように、永久磁石2のステータ側側面はスロット13のステータ側の内側面13aに密着し、永久磁石2とスロット13のロータ中央側の内側面13bとの間には磁性材料4が充填硬化されており、永久磁石2の両側には非磁性樹脂材料3が隙間なく充填硬化されており、したがって、スロット13内のエアギャップは完全に解消される。
As shown in FIGS. 1 and 2b, the stator side surface of the
図3は、図3a,bの順に、ロータの製造方法の他の実施の形態を説明したフロー図である。 FIG. 3 is a flowchart illustrating another embodiment of a method for manufacturing a rotor in the order of FIGS. 3a and 3b.
このロータコア10Aでは、図3aで示すように、磁石挿入用スロット13内に相対的に小寸法の永久磁石2が挿入され、次いで、そのロータ中央側の隙間に、予め磁性材料にて成形された定型材5が挿入される。
In this
図3aで示すように、定型材5を挿入しても、それとスロット13のロータ中央側の内側面13bとの間には隙間が形成されており、この隙間に、図3bで示すように磁性材料4が加圧充填される。次いで、樹脂充填用スロット14内に非磁性樹脂材料3を充填硬化させることにより、スロット13内のエアギャップが完全に解消されたロータが製造される。
As shown in FIG. 3a, even when the
この製造方法では、磁性材料にて成形された定型材5の長手方向の寸法をスロット13の長手方向の寸法と同程度とすることで、充填された磁性材料4が樹脂充填用スロット14へ流れ込むことが完全に抑止される。さらに、加圧充填された磁性材料4からの押込み力が定型材5を介して均等な力となって永久磁石2の側面をステータ側に押し込むこととなり、永久磁石2のステータ側側面をスロット13のステータ側の内側面13aに精度よく密着させることができる。
In this manufacturing method, the filled
図4は、図4a,bの順に、ロータの製造方法のさらに他の実施の形態を説明したフロー図であり、図5はこれに続くフロー図である。 FIG. 4 is a flowchart illustrating still another embodiment of the method for manufacturing a rotor in the order of FIGS. 4a and 4b, and FIG. 5 is a flowchart subsequent to this.
このロータコア10Bでは、図4aで示すように、スロット13がステータ側の第1のスロット13Aとロータ中央側の第2のスロット13Bから形成されており、双方の間にロータコア材料からなる仕切り材15が形成されてスロット13A,13Bを画成している。ここで、仕切り材15の中央付近は第1のスロット13A側に湾曲しており、この第1のスロット13A内に、この短辺寸法よりも大寸法の短辺を有する永久磁石2が挿入されるようになっている。
In the
図4bのごとく第1のスロット13A内に永久磁石2が挿入されると、仕切り材15の中央の湾曲部は永久磁石2にてロータ中央側に押出され(図4bの矢印X1方向)、その結果として第2のスロット13Bの寸法は小さくなる。すなわち、この仕切り材15は、永久磁石2を第1のスロット13Aに挿入した際に、容易に第2のスロット13B側へ変形できるとともに、変形した際に破損しない程度の剛性と可撓性を備えた部材厚、部材長さに設定されている。
When the
次いで、図5で示すように、第2のスロット13B内に磁性材料4を加圧充填することにより、第2のスロット13B側に変形していた仕切り材15を永久磁石2側に押し戻し(図5の矢印X2方向)、仕切り材15を永久磁石2に密着させることにより、スロット13A,13B内のエアギャップが完全に解消されたロータが製造される。
Next, as shown in FIG. 5, the
図6は、図6a,bの順に、ロータの製造方法のさらに他の実施の形態を説明したフロー図であり、図7はこれに続くフロー図である。 FIG. 6 is a flowchart illustrating still another embodiment of the rotor manufacturing method in the order of FIGS. 6a and 6b, and FIG. 7 is a flowchart subsequent to this.
このロータコア10Cにおいてもロータコア10Bと同様に、図6aで示すごとく、ステータ側の第1のスロット13Aとロータ中央側の第2のスロット13Bが形成されており、双方の間にロータコア材料からなる仕切り材15が形成されてスロット13A,13Bを画成している。
In the
この実施の形態では、仕切り材15は直線状となっており、図6bで示すように、この第1のスロット13A内に該スロット13Aよりも小寸法の永久磁石2が挿入される。永久磁石2を挿入すると、該永久磁石2とスロット13Aのロータ中央側内側面の間には隙間Gが形成される。
In this embodiment, the
次いで、図7で示すように、第2のスロット13B内に磁性材料4を加圧充填することにより、仕切り材15を永久磁石2側に押し広げ(図7の矢印Y方向)、仕切り材15を永久磁石2に密着させることにより、スロット13A,13B内のエアギャップが完全に解消されたロータが製造される。
Next, as shown in FIG. 7, the
上記するいずれの製造方法によっても、スロットと永久磁石の間のエアギャップ、特に、それらのステータ側の側面間およびロータ中央側の側面間におけるエアギャップが完全に閉塞される結果、形成されるロータコア10、10A,10B,10Cを具備するIPMモータはそのトルク性能、回転性能、モータ効率が従来構造のIPMモータに比して格段に向上する。 According to any of the above-described manufacturing methods, the air gap between the slot and the permanent magnet, in particular, the air gap between the side surfaces on the stator side and between the side surfaces on the rotor central side is completely blocked. The torque performance, rotational performance, and motor efficiency of the IPM motor having 10, 10A, 10B, and 10C are remarkably improved as compared with the conventional structure IPM motor.
また、上記する製造方法は、基本的思想がスロットと永久磁石の間のギャップに磁性材料を充填してエアギャップを閉塞する、という技術思想とこれを実現するための簡易な方法に依拠するものであり、製造コストを何等高騰させるものではない。 The above manufacturing method relies on the technical idea that the gap between the slot and the permanent magnet is filled with a magnetic material to close the air gap, and a simple method for realizing this. It does not increase the manufacturing cost at all.
上記するロータコア10、10A,10B,10Cを具備する高性能なIPMモータは、その駆動用モータに高いモータ性能を要求するハイブリッド車、電気自動車に好適である。
The high-performance IPM motor including the
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。 The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and there are design changes and the like without departing from the gist of the present invention. They are also included in the present invention.
2…永久磁石、3…非磁性樹脂材料、4…磁性材料、5…磁性材料からなる定型材、10,10A,10B,10C…ロータコア、11…ステータ側側面、12…ロータ中央溝、13…磁石挿入用スロット、13a…ステータ側内側面、13b…ロータ中央側内側面、13A…第1のスロット、13B…第2のスロット、14…樹脂充填用スロット、15…仕切り材、G…ギャップ
DESCRIPTION OF
Claims (7)
磁石用スロットに該スロットよりも小寸法の永久磁石を挿入し、該永久磁石と該スロットのロータ中央側の内側面の間に磁性材料を充填する、IPMモータ用ロータの製造方法。 A method for manufacturing a rotor for an IPM motor in which a permanent magnet is inserted into a magnet slot inside the rotor,
A method for manufacturing a rotor for an IPM motor, wherein a permanent magnet having a smaller dimension than the slot is inserted into a magnet slot, and a magnetic material is filled between the permanent magnet and an inner surface of the slot on the rotor central side.
第1のスロット内に前記永久磁石が挿入されて前記仕切り材を第2のスロット側に変形させ、次いで、第2のスロット内に前記磁性材料を充填する、請求項1に記載のIPMモータ用ロータの製造方法。 The slot is formed of a first slot on the stator side and a second slot on the rotor center side, and the partition material formed integrally with the rotor defines the first and second slots. Provided,
2. The IPM motor according to claim 1, wherein the permanent magnet is inserted into the first slot to deform the partition member toward the second slot, and then the second slot is filled with the magnetic material. A method for manufacturing a rotor.
第1のスロット内に該第1のスロットよりも小寸法の前記永久磁石が挿入され、次いで、第2のスロット内に前記磁性材料を充填することで前記仕切り材をステータ側に押圧して永久磁石と仕切り材を密着させる、請求項1に記載のIPMモータ用ロータの製造方法。 The slot is formed of a first slot on the stator side and a second slot on the rotor center side, and the partition material formed integrally with the rotor defines the first and second slots. Provided,
The permanent magnet having a smaller dimension than the first slot is inserted into the first slot, and then the partition material is pressed toward the stator side by filling the second slot with the magnetic material. The manufacturing method of the rotor for IPM motors of Claim 1 which makes a magnet and a partition material contact | adhere.
磁石用スロットと、
該磁石用スロットに挿入固定され、該スロットに比して小寸法の永久磁石と、
永久磁石とスロットのロータ中央側の内側面の間に磁性材料が充填硬化されてなる磁性体と、からなる、IPMモータ用ロータ。 A rotor for an IPM motor,
A slot for a magnet;
A permanent magnet that is inserted and fixed in the magnet slot and has a smaller size than the slot;
A rotor for an IPM motor, comprising: a permanent magnet and a magnetic body in which a magnetic material is filled and cured between an inner surface of the slot on the rotor central side.
第1のスロット内に前記永久磁石が固定されており、第2のスロット内に磁性材料が充填硬化されてなる磁性体が設けられており、前記仕切り材が永久磁石に密着している、請求項5に記載のIPMモータ用ロータ。 The slot is formed of a first slot on the stator side and a second slot on the rotor center side, and the partition material formed integrally with the rotor defines the first and second slots. Provided,
The permanent magnet is fixed in the first slot, the magnetic material formed by filling and curing the magnetic material is provided in the second slot, and the partition member is in close contact with the permanent magnet. Item 6. The rotor for an IPM motor according to Item 5.
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