JP4075441B2 - 電動機ロータの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動機ロータの製造方法に関し、特に、電気自動車などの電動機で用いられる電動機ロータの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電動機を駆動源とした電気自動車や、電動機とガソリンエンジンなど複数種類の駆動源を有する、いわゆるハイブリッドカーが実用化されてきている。このような電気自動車などには、駆動源としての機能と、発電機としての機能を有する電動機が搭載されている。
【０００３】
電動機は回転可能な電動機ロータを有する。電動機ロータは、通常、磁性体からなるロータコアと、そのロータコアに接触する磁石とを有する構造とされる。
【０００４】
電動機ロータの製造方法は、たとえば特開平７−１７７７１２号公報に開示されている。上記公報に開示された電動機ロータでは、ロータコアとしてのヨークと、永久磁石とが焼結により接合されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報に開示された製造方法では、永久磁石の粉末成形体と、ロータコア（ヨーク）の粉末成形体とをそれぞれ別々の工程で作製する。ロータコアの粉末成形体は孔を有する。このロータコアの粉末成形体の孔内に磁石の粉末成形体を挿入し、高温で焼結することにより、磁石をロータコアに接合させる。
【０００６】
上述のような方法では、焼結して製造したロータコアと磁石の間に隙間が生じるという問題がある。このように、ロータコアと磁石との間に隙間が生じると、この隙間が磁気抵抗となり、モータの性能が低下する。具体的には、モータの効率が低下するとともに、モータのトルク変動が生じる。
【０００７】
そこで、この発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、ロータコアと磁石との間の隙間をなくし、優れた特性を発揮することが可能な電動機ロータを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に従った電動機ロータの製造方法は、ロータコアと、そのロータコアと接触する磁石とを備えた電動機ロータの製造方法であって、ロータコアとなる第１の粉末と、第１の粉末に接触し、磁石となる第２の粉末とを含み、第１の粉末と第２の粉末とが接触した状態で圧縮されて成形された圧粉体を準備する工程と、圧粉体を焼結する工程とを備える。
【０００９】
このような工程を備えた電動機ロータの製造方法に従えば、成形体同士を接触させて焼結する製造方法に比べて、ロータコアとなる第１の粉末と、磁石となる第２の粉末とが接触した状態で圧縮されて圧粉体が成形される。そのため、接触面同士が噛み合うため、圧粉体を焼結して得られる電動機ロータでは、ロータコアと磁石との間の隙間がなくなる。その結果、磁気抵抗が低減すると同時に、均一な磁界が形成される。これにより、モータの効率が向上するとともに、トルク変動を減少させることができる。
【００１０】
また、圧粉体を準備する工程は、前記円筒状のロータコアの内周形状を規定する外壁部を有する円柱状の第１部材と、前記円筒状のロータコアの外周形状を規定する内壁部を有する円筒状の第３部材と、前記第１部材の外壁部と前記第３部材の内壁部との間の円環状空間に配置される円環状部材であって、前記磁石の所定形状に対応する孔を有し、前記第１部材の外壁部と前記第３部材の内壁部とに接触して前記円環状の軸方向に移動可能な第２部材と、前記第２部材の前記孔に対応する外形形状を有し、前記孔に嵌め合わされ、前記孔の中で摺動可能な第４部材と、を準備する第１工程と、前記第１部材と前記第３部材とで囲まれた領域に前記円環状空間が生じるように、第４部材は移動させずそのままにして前記第２部材を前記円環状の軸方向に移動させ、前記円環状空間内に、前記ロータコアとなる前記第１の粉末を充填し、前記第１の粉末を、前記第１部材と前記第２部材との間で囲まれた前記円環状空間内であって、かつ前記移動されていない前記第４部材を取り囲むように配置する第２工程と、前記円筒状のロータコアの外周形状と同じ形状の外壁部を有する円筒状の第５部材を準備し、前記第４部材を取り囲むようにして円環状に充填された前記第１の粉末の充填上面と、前記第１部材の上面とに、前記第５部材の底面を接触させ、前記第５部材の前記外壁部を前記第３部材の前記内壁部に接触させながら、前記第５部材をその円筒状の軸方向に移動させて前記第１の粉末を圧縮する工程であって、前記第１部材と前記第３部材との間の径方向の間隔距離を変えず、前記第５部材の前記底面で、前記充填上面と前記第１部材の上面と前記第４部材の上面とを、前記第５部材の円筒状の軸方向に押し下げ、前記第４部材は、前記第１部材、前記第２部材、前記第３部材および前記第５部材で囲まれた領域に残して、前記第１の粉末を圧縮して前記ロータコアを成形する第３工程と、前記第５部材を前記ロータコアから離して取り除き、続いて、前記第４部材を前記第２部材の前記孔の中で移動させて、前記第２部材と前記第４部材の頂面の高さを同一とするようにして、前記ロータコアから前記第４部材を引抜き、前記ロータコアに前記磁石の所定形状に対応する孔を形成する第４工程と、前記ロータコアに形成された孔内に前記第２の粉末を充填する第５工程と、再び前記第５部材を準備し、前記形成された孔に前記第２の粉末が充填された前記ロータコアの上面に、前記第５部材の底面を接触させ、前記第５部材の前記外壁部を前記第３部材の前記内壁部に接触させながら、前記第５部材をその円筒状の軸方向に移動させて、前記第２部材と前記第４部材の頂面の高さを同一としたまま、前記第１の粉末と前記第２の粉末とを圧縮し、前記圧粉体を得る第６工程と、を含む。この場合、ロータコア部の孔内に第２の粉末を充填した後、ロータコア部と第２の粉末とを圧縮することにより、ロータコア部内に磁石部が埋込まれ、実際の製品に即した形状の電動機ロータを製造することができる。
また、前記第２工程は、前記第１の粉末として、ニッケル−鉄粉末を用い、前記第５工程は、前記第２の粉末として、ネオジム−鉄−ホウ素粉末を用いることが好ましい。
【００１１】
また好ましくは、前記圧粉体を準備する工程は、前記第１工程において、外周部に凹部と凸部とが形成された前記第４部材と、前記第４部材に接触して前記第４部材の凹部と凸部とに嵌り合う凹部と凸部が内周部に形成された前記第２部材とを準備し、前記第２工程から前記第６工程を行うことで、前記第１の粉末を含み、前記磁石の所定形状に対応する孔であって内周部の表面に凹凸が形成された孔を有する前記ロータコアと、前記第２の粉末を含み、前記凹凸に嵌り合う外周部の形状を有する前記磁石とを含む前記圧粉体を準備する。この場合、ロータコア部と磁石部との接触面積が増加するため、第１および第２の粉末の絡まりが強固となり、ロータコア部と磁石部との間の隙間が減少する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１３】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１に従って製造された電動機ロータの平面図である。図２は、図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。図１を参照して、電動機ロータ１００は、ベース体としてのロータコア１と、ロータコア１に埋込まれた磁石２とを有する。図１で示す電動機ロータ１００は、いわゆる、磁石式の駆動用電動機（モータ）で用いられるものであり、このような磁石式のモータは、燃費向上を目的とした電気自動車およびハイブリッド車などに搭載される。ロータコア１はリング状（環状）であり、軟磁性粒子を焼結することにより形成されている。ロータコア１および磁石２は、ロータコア１の中心を回転軸として所定方向に回転する。
【００１４】
ロータコア１を構成する材料としては、たとえば、ニッケル−鉄合金が用いられる。これに、さまざまな添加物を添加することができる。
【００１５】
磁石２は、永久磁石により構成される。この永久磁石として、たとえばネオジム−鉄−ボロン焼結型磁石、フェライト磁石または希土類ボンド磁石などを用いることができる。
【００１６】
図２を参照して、ロータコア１は円筒状であり、その円筒の一部分に磁石２が埋込まれている。ロータコア１の長さと磁石２の長さは等しい。そのため、磁石２は、ロータコア１を貫通するように設けられる。ロータコア１で囲まれる空間内には、電動機の回転軸などが配置され、この回転軸を中心としてロータコア１および磁石２が回転する。
【００１７】
次に、図１および図２で示す電動機ロータの製造方法を図３〜図８に従って説明する。なお、図３〜図８は、図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。まず、図３を参照して、第１工程として、第１部材１１、第２部材１２、第３部材１３および第４部材１４を準備する。第１部材１１と第２部材１２とは接触している。第２部材１２内に第４部材１４が嵌め合わされている。第４部材１４は、第２部材１２に対して接触して摺動することが可能である。第２部材１２に接触するように第３部材１３が設けられている。
【００１８】
図４を参照して、第２工程として、第２部材１２を矢印で示す方向に移動させる。これにより、第１部材１１と第３部材１３とで囲まれた領域に空間が生じる。この空間内に、ロータコアとなる第１の粉末２１を充填する。第１の粉末２１としては、たとえばニッケル−鉄粉末を用いることができる。第１の粉末２１は、第１部材１１と第２部材１３との間で囲まれた空間であって、かつ第４部材１４を取り囲むように配置される。
【００１９】
図５を参照して、第３工程として第１の粉末２１を第５部材１５で圧縮する。具体的には、第１部材１１と第３部材１３との間の距離を変えず、第５部材１５を、第１部材１１、第３部材１３、および第４部材１４と接触させながら第５部材１５で第１粉末２１を圧縮する。このとき、第４部材１４は、第１部材１１、第２部材１２、第３部材１３および第５部材１５で囲まれた領域に残す。これにより、第１の粉末２１が圧縮されてロータコア部２５が成形される。ロータコア部２５は、第１の粉末２１の圧粉体である。
【００２０】
図６を参照して、第４工程として、第５部材１５をロータコア部２５から離す。続いて、第４部材１４を矢印で示す方向に移動させる。ロータコア部２５から第４部材１４が引抜かれることにより、ロータコア部２５に孔２１ｈが形成される。
【００２１】
図７を参照して、第５工程として、ロータコア部２５の孔２１ｈ内に第２の粉末２２を充填する。第２の粉末２２は、永久磁石となる粉末であり、たとえばネオジム−鉄−ホウ素粉末を用いることができる。また、フェライト粉末でもよい。
【００２２】
図８を参照して、第６工程として、第１部材１１、第２部材１２、第３部材１３および第５部材１５を用いて、第１の粉末２１と第２の粉末２２とを圧縮する。このとき、第２部材１２と第４部材１４の頂面の高さを同一とする。このように、第１の粉末２１と第２の粉末２２を圧縮することにより、第１の粉末２１により構成され、ロータコアとなるロータコア部２５と、第１の粉末２１に接触し、第２の粉末２２を含み、磁石となる磁石部２６とにより構成される圧粉体２３を得ることができる。
【００２３】
最後に、圧粉体２３を温度８００℃〜１３００℃の条件で焼結することにより、図１および図２で示すロータコア１と磁石２により構成される電動機ロータ１００を得ることができる。
【００２４】
このような電動機ロータの製造方法に従えば、図３〜図８で示したように、第１の粉末２１と第２の粉末２２を接触させ、これらを圧縮することにより圧粉体２３を成形する。この圧粉体２３を焼結することでロータコア１と磁石２からなる電動機ロータ１００を得ることができるため、第１の粉末２１と第２の粉末２２との界面では、第１の粉末２１と第２の粉末２２とが十分に噛み合う。
【００２５】
すなわち、第１の粉末２１により構成されるロータコア部２５と、第２の粉末２２により構成される磁石部２６では、その界面で隙間がなくなり、ロータコア部２５から磁石部２６に近づくにつれて第１の粉末２１の割合が減少し、第２の粉末２２の割合が増加するようになる。そのため、ロータコアと磁石とが強固に結合するため、この部分での磁気抵抗が低減するとともに、均一な磁界を形成することができる。その結果、モータの効率が向上するとともに、トルク変動を減少させることができる。
【００２６】
また、ロータコア１と磁石２との間の密着性を向上させるために金属箔を入れるような技術に比べて、製造工程を増加させることなくロータコア１と磁石２との間の隙間をなくすことができる。さらに、上述のような金属箔を入れる技術では、ロータコア１と磁石２との間の隙間をなくするために金属箔の厚み、ロータコアの磁石を挿入するための孔および磁石の厚みの寸法を精度よく管理する必要がある。これに対して、本発明では、上述のような金属箔を挿入しないため、寸法を厳密に管理する必要がなくなり、製造が容易となる。
【００２７】
（実施の形態２）
図９は、この発明の実施の形態２に従った方法で製造された電動機ロータの平面図である。図１０は、図９のＸで囲んだ部分を拡大して示す平面図である。図９および図１０を参照して、この発明の実施の形態２に従った電動機ロータ１００では、ロータコア１の表面に凸部１ａと凹部１ｂとが形成されている。この凸部１ａと凹部１ｂで囲まれる領域に磁石２が埋込まれている。
【００２８】
磁石２は凸部２ａと凹部２ｂとを有し、ロータコア１の凸部１ａが磁石２の凹部２ｂに嵌り合う。同様に、ロータコア１の凹部１ｂに磁石２の凸部２ａが嵌り合う。なお、図１０では、凸部１ａおよび２ａならびに凹部１ｂおよび２ｂの形状は円弧状としたが、これに限らず、三角形状、鋸状、四角形状の凸部１ａおよび２ａならびに凹部１ｂおよび２ｂを形成してもよい。
【００２９】
図９および図１０で示す電動機ロータ１００の製造方法は、図３で示す第２および第４部材１２および１４の形状を実施の形態１と異ならせる。すなわち、第４部材１４に図１０で示すような凹部および凸部を形成する。これに対応して、第４部材１４と接触する第２部材１２の面にも、第４部材１４の凹部および凸部と嵌り合う凹部および凸部を形成する。これにより、図４および図５で示す工程において所定の空間に第１の粉末２１を充填し、この第１の粉末２１を第５部材１５で圧縮してロータコア部２５を形成した場合に、このロータコア部２５の表面に凸部および凹部が形成される。
【００３０】
第４部材１４をロータコア部２５から引抜いて、孔２１ｈを形成したときには、孔２１ｈの表面には、凹部および凸部が形成されている。孔２１ｈ内に第２の粉末２２を充填した後これらを圧縮することで、凸部および凹部を有する磁石部２６と、ロータコア部２５を備えた圧粉体２３を得ることができる。
【００３１】
その後、圧粉体２３を焼結すれば図９および図１０で示される電動機ロータを製造することができる。
【００３２】
このように構成された、この発明の実施の形態２に従って電動機ロータでは、実施の形態１に従った電動機ロータと同様の効果がある。
【００３３】
さらに、ロータコア１の凸部１ａおよび凹部１ｂと、磁石２の凹部２ｂおよび凸部２ａが互いに嵌り合っているため、磁石２の外周部とロータコア１の内周部との接触面積が増加する。そのため、圧粉体２３を成形するときのロータコア部２５と磁石部２６との接触面積が大きくなってこれらの絡まりが強固になる。その結果、ロータコア部２５と磁石部２６の間の空間をさらに減少させることができる。
【００３４】
以上、この発明の実施の形態について説明したが、ここで示した実施の形態はさまざまに変形することが可能である。まず、電動機ロータ１００の形状として、実施の形態１および２では、円筒状のロータコアに磁石が円周上に配置されているものを示したが、これに限られるものではない。すなわち、磁石２がロータコア１の中心から放射線状に延びるように形成してもよい。この場合、磁石２はロータコア１の半径方向に延びるように形成される。
【００３５】
さらに、磁石２の配置位置としては、実施の形態１および２ともロータコア１内に配置したが、これに限られるものではなく、ロータコア１の外周上に磁石２を配置して、磁石２の一部分をロータコア１の外側へ露出させてもよい。
【００３６】
また、ロータコア１の表面に磁石２を接触させるように配置してもよい。また、ロータコア上の広い面積に磁石２を配置して、磁石２をパンケーキ型としてもよい。
【００３７】
さらに、磁石２およびロータコア１の表面にさまざまな焼入れ、焼なましなどの熱処理を施してもよい。また、必要に応じて、ロータコア１および磁石２の表面にめっきなどの表面処理を施してもよい。
【００３８】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００３９】
【発明の効果】
この発明に従えば、ロータコア１と磁石２との間の隙間がほとんどない電動機ロータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１に従って製造された電動機ロータの平面図である。
【図２】 図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】 図１および図２で示す電動機ロータの製造方法の第１工程を示す断面図である。
【図４】 図１および図２で示す電動機ロータの製造方法の第２工程を示す断面図である。
【図５】 図１および図２で示す電動機ロータの製造方法の第３工程を示す断面図である。
【図６】 図１および図２で示す電動機ロータの製造方法の第４工程を示す断面図である。
【図７】 図１および図２で示す電動機ロータの製造方法の第５工程を示す断面図である。
【図８】 図１および図２で示す電動機ロータの製造方法の第６工程を示す断面図である。
【図９】 この発明の実施の形態２に従って製造された電動機ロータの平面図である。
【図１０】 図９中のＸで囲んだ部分を拡大して示す平面図である。
【符号の説明】
１ ロータコア、２ 磁石、１１ 第１部材、１２ 第２部材、１３ 第３部材、１４ 第４部材、１５ 第５部材、２１ 第１の粉末、２１ｈ 孔、２２ 第２の粉末、２３ 圧粉体、２５ ロータコア部、２６ 磁石部、１００ 電動機ロータ。

Claims (3)

1. 円筒状のロータコアと、そのロータコアに埋め込まれて接触する所定形状の磁石とを備えた電動機ロータの製造方法であって、
   前記ロータコアとなる第１の粉末と、前記第１の粉末に接触し、前記磁石となる第２の粉末とを含み、前記第１の粉末と前記第２の粉末とが接触した状態で圧縮されて成形された圧粉体を準備する工程と、前記圧粉体を焼結する工程とを備え、
   前記圧粉体を準備する工程は、
   前記円筒状のロータコアの内周形状を規定する外壁部を有する円柱状の第１部材と、
   前記円筒状のロータコアの外周形状を規定する内壁部を有する円筒状の第３部材と、
   前記第１部材の外壁部と前記第３部材の内壁部との間の円環状空間に配置される円環状部材であって、前記磁石の所定形状に対応する孔を有し、前記第１部材の外壁部と前記第３部材の内壁部とに接触して前記円環状の軸方向に移動可能な第２部材と、
   前記第２部材の前記孔に対応する外形形状を有し、前記孔に嵌め合わされ、前記孔の中で摺動可能な第４部材と、を準備する第１工程と、
   前記第１部材と前記第３部材とで囲まれた領域に前記円環状空間が生じるように、第４部材は移動させずそのままにして前記第２部材を前記円環状の軸方向に移動させ、前記円環状空間内に、前記ロータコアとなる前記第１の粉末を充填し、前記第１の粉末を、前記第１部材と前記第２部材との間で囲まれた前記円環状空間内であって、かつ前記移動されていない前記第４部材を取り囲むように配置する第２工程と、
   前記円筒状のロータコアの外周形状と同じ形状の外壁部を有する円筒状の第５部材を準備し、前記第４部材を取り囲むようにして円環状に充填された前記第１の粉末の充填上面と、前記第１部材の上面とに、前記第５部材の底面を接触させ、前記第５部材の前記外壁部を前記第３部材の前記内壁部に接触させながら、前記第５部材をその円筒状の軸方向に移動させて前記第１の粉末を圧縮する工程であって、前記第１部材と前記第３部材との間の径方向の間隔距離を変えず、前記第５部材の前記底面で、前記充填上面と前記第１部材の上面と前記第４部材の上面とを、前記第５部材の円筒状の軸方向に押し下げ、前記第４部材は、前記第１部材、前記第２部材、前記第３部材および前記第５部材で囲まれた領域に残して、前記第１の粉末を圧縮して前記ロータコアを成形する第３工程と、
   前記第５部材を前記ロータコアから離して取り除き、続いて、前記第４部材を前記第２部材の前記孔の中で移動させて、前記第２部材と前記第４部材の頂面の高さを同一とするようにして、前記ロータコアから前記第４部材を引抜き、前記ロータコアに前記磁石の所定形状に対応する孔を形成する第４工程と、
   前記ロータコアに形成された孔内に前記第２の粉末を充填する第５工程と、
   再び前記第５部材を準備し、前記形成された孔に前記第２の粉末が充填された前記ロータコアの上面に、前記第５部材の底面を接触させ、前記第５部材の前記外壁部を前記第３部材の前記内壁部に接触させながら、前記第５部材をその円筒状の軸方向に移動させて、前記第２部材と前記第４部材の頂面の高さを同一としたまま、前記第１の粉末と前記第２の粉末とを圧縮し、前記圧粉体を得る第６工程と、
   を含む電動機ロータの製造方法。
2. 前記第２工程は、前記第１の粉末として、ニッケル−鉄粉末を用い、前記第５工程は、前記第２の粉末として、ネオジム−鉄−ホウ素粉末を用いる請求項１に記載の電動機ロータの製造方法。
3. 前記圧粉体を準備する工程は、前記第１工程において、外周部に凹部と凸部とが形成された前記第４部材と、前記第４部材に接触して前記第４部材の凹部と凸部とに嵌り合う凹部と凸部が内周部に形成された前記第２部材とを準備し、前記第２工程から前記第６工程を行うことで、前記第１の粉末を含み、前記磁石の所定形状に対応する孔であって内周部の表面に凹凸が形成された孔を有する前記ロータコアと、前記第２の粉末を含み、前記凹凸に嵌り合う外周部の形状を有する前記磁石とを含む前記圧粉体を準備する請求項１または２に記載の電動機ロータの製造方法。

Images