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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022190707
(43)【公開日】2022-12-27
(54)【発明の名称】磁石埋込型モータのロータ構造およびその製造方法
(51)【国際特許分類】
H02K 15/03 20060101AFI20221220BHJP
H02K 1/27 20220101ALI20221220BHJP
【ＦＩ】
H02K15/03 Z
H02K1/27 501D
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021099075
(22)【出願日】2021-06-15
(71)【出願人】
【識別番号】000114215
【氏名又は名称】ミネベアミツミ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001771
【氏名又は名称】弁理士法人虎ノ門知的財産事務所
(72)【発明者】
【氏名】山田 修
(72)【発明者】
【氏名】大矢 紫保
(72)【発明者】
【氏名】成瀬 俊己
(72)【発明者】
【氏名】寺岡 進
【テーマコード（参考）】
5H622
【Ｆターム（参考）】
5H622CA02
5H622CA07
5H622CA10
5H622CA14
5H622DD02
5H622DD04
5H622PP20
5H622QA01
5H622QB01
(57)【要約】
【課題】構造が簡易で、軽量化を図ることができる磁石埋込型モータ（ＩＰＭモータ）のロータ構造を提供すること。
【解決手段】磁石埋込型モータのロータ構造は、シャフト１０と、シャフト１０に装着された、ロータコア２１を有するロータ２０とを含み、ロータコア２１は、外周面が円筒状の電磁鋼板積層体であり、シャフト１０の軸方向に貫通する貫通孔２１１を有し、貫通孔２１１には、シャフト１０側から径方向外側に向けて、樹脂鉄心２３と永久磁石２２とが順に配設されており、樹脂鉄心２３は、軟磁性材を含んだ樹脂成形体である。
【選択図】図４
【解決手段】磁石埋込型モータのロータ構造は、シャフト１０と、シャフト１０に装着された、ロータコア２１を有するロータ２０とを含み、ロータコア２１は、外周面が円筒状の電磁鋼板積層体であり、シャフト１０の軸方向に貫通する貫通孔２１１を有し、貫通孔２１１には、シャフト１０側から径方向外側に向けて、樹脂鉄心２３と永久磁石２２とが順に配設されており、樹脂鉄心２３は、軟磁性材を含んだ樹脂成形体である。
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
シャフトと、前記シャフトに装着された、ロータコアを有するロータとを含み、
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る、
磁石埋込型モータのロータ構造。
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る、
磁石埋込型モータのロータ構造。
【請求項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。
請求項１に記載の磁石埋込型モータのロータ構造。
【請求項3】
前記軟磁性材が、鉄を主成分とする粉体である
請求項１又は２に記載の磁石埋込型モータのロータ構造。
請求項１又は２に記載の磁石埋込型モータのロータ構造。
【請求項4】
シャフトと、前記シャフトに装着された、ロータコアを有するロータとを含み、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、
軟磁性材および樹脂を含む樹脂材から、前記軟磁性材を含んだ樹脂成形体である前記樹脂鉄心を作製する工程を含む、
磁石埋込型モータのロータ構造の製造方法。
軟磁性材および樹脂を含む樹脂材から、前記軟磁性材を含んだ樹脂成形体である前記樹脂鉄心を作製する工程を含む、
磁石埋込型モータのロータ構造の製造方法。
【請求項5】
さらに、前記樹脂鉄心と前記永久磁石としてボンド磁石とを作製し、ロータを得た後、得られた前記ロータを脱磁し、次いで、前記ロータコアの外周側から所定方向に磁化されるように着磁する工程を含む、
請求項４に記載の磁石埋込型モータのロータ構造の製造方法。
請求項４に記載の磁石埋込型モータのロータ構造の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
ロータコアに永久磁石を埋め込んだ磁石埋込型モータ（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を回転力に利用することができるため、各種の分野で用いられている。
【0003】
従来、磁石埋込型モータ（ＩＰＭモータ）のロータの軽量化を図った出願が知られている（たとえば、特許文献１～３参照）。
【0004】
特許文献１（図２）では、ロータコア１４は、磁性体の鋼板２２を軸方向に積層して構成されており、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。
【0005】
特許文献２（図５）では、積層鉄心３１に形成された貫通孔４２により軽量化が図られている。また、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。
【0006】
特許文献３（図２）では、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ケイ素鋼板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の内側に配置され且つ回転軸２に固定された透磁性部材８から構成されている。透磁性部材８は、樹脂材を含浸した多孔質部材から構成できるので、ロータ５を大径に構成してもロータ自体の重量を軽量に構成できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開２００９－１００６３４号公報
【特許文献2】特開２００１－０１６８１０号公報
【特許文献3】特開平１１－１９６５５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかしながら、特許文献１では、ロータコアに形成した孔によってロータの軽量化を図っており、形成する孔を大きくすることで軽量化を促進できるが、孔が大きすぎるとロータコアの強度低下を招く虞がある。特許文献２は、特許文献１と同様、ロータコアである積層鉄心に形成した孔によってロータの軽量化を図っており、形成する孔を大きくすることで軽量化を促進できるが、孔が大きすぎるとロータコアの強度低下を招く虞がある。
【0009】
特許文献３では、透磁性部材８は、セラミックス又は金属から構成することができ、多孔質部材から構成できるので樹脂材を含浸できる構成となっているが、多孔質であってもセラミックス又は金属から構成されているため、ロータの軽量化を十分図れるとは言い難い。また、特許文献３では、ケイ素鋼板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且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る。
【0010】
本発明は、上記の課題に鑑み、構造が簡易で、軽量化を図ることができる磁石埋込型モータ（ＩＰＭモータ）のロータ構造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】
【0011】
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ロータ構造は、シャフトと、上記シャフトに装着された、ロータコアを有するロータとを含み、上記ロータコアは、外周面が円筒状の電磁鋼板積層体であり、上記シャフトの軸方向に貫通する貫通孔を有し、上記貫通孔には、上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、上記樹脂鉄心は、軟磁性材を含んだ樹脂成形体である。
【発明の効果】
【0012】
本発明の一態様によれば、構造が簡易で、軽量化を図れる磁石埋込型モータ（ＩＰＭモータ）のロータ構造が得られる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。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、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【0015】
［実施形態］
実施形態に係るロータ構造は、シャフトと、上記シャフトに装着された、ロータコアを有するロータとを含み、上記ロータコアは、外周面が円筒状の電磁鋼板積層体であり、上記シャフトの軸方向に貫通する貫通孔を有し、上記貫通孔には、上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、上記樹脂鉄心は、軟磁性材を含んだ樹脂成形体である。より具体的な実施形態１～３について、下記に説明する。
実施形態に係るロータ構造は、シャフトと、上記シャフトに装着された、ロータコアを有するロータとを含み、上記ロータコアは、外周面が円筒状の電磁鋼板積層体であり、上記シャフトの軸方向に貫通する貫通孔を有し、上記貫通孔には、上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、上記樹脂鉄心は、軟磁性材を含んだ樹脂成形体である。より具体的な実施形態１～３について、下記に説明する。
【0016】
〔実施形態１〕
図１は、実施形態１に係るロータ構造の概略構成を示す断面図である。図１に示すように、ロータ構造は、シャフト１０と、シャフト１０に装着されたロータ２０とを含む。ロータ２０は、ロータコア２１と、永久磁石２２と、樹脂鉄心２３とから構成されている。具体的には、図１に示すロータ構造は、永久磁石２２の外側に電磁鋼板の積層体からなるロータコア２１が配置され、永久磁石２２の内側に軟磁性材を混合させた樹脂鉄心２３が配置されている。
図１は、実施形態１に係るロータ構造の概略構成を示す断面図である。図１に示すように、ロータ構造は、シャフト１０と、シャフト１０に装着されたロータ２０とを含む。ロータ２０は、ロータコア２１と、永久磁石２２と、樹脂鉄心２３とから構成されている。具体的には、図１に示すロータ構造は、永久磁石２２の外側に電磁鋼板の積層体からなるロータコア２１が配置され、永久磁石２２の内側に軟磁性材を混合させた樹脂鉄心２３が配置されている。
【0017】
シャフト１０は、通常金属製（たとえば、ステンレス鋼、等）である。シャフト１０の外周面であって、成形される樹脂鉄心２３との結合面となる外周面には、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）が施されていることが好ましい。
【0018】
図２は、実施形態１におけるロータコアを示す断面図である。図２に示すように、ロータコア２１は、外周面が円筒状であり、薄板の鋼板（たとえば電磁鋼板）の積層体、すなわち電磁鋼板積層体である。ロータコア２１は、外周側に複数箇所（図２では、４箇所であるが、これに限らない。）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で連結している。そして、外側コア部２１２および連結部２１３で囲まれた１つの貫通孔２１１を有する。なお、貫通孔２１１は、ロータコア２１において、シャフト１０の軸方向に貫通する。すなわち、貫通孔２１１は、ロータコア２１の軸方向全長に渡って連通する。ロータコア２１は、貫通孔２１１の一部に樹脂鉄心２３が形成される。ロータコア２１は、所定の板厚を有する電磁鋼板を所定形状にプレス加工したコアを用いて得られる。具体的には、ロータコア２１は、コアを所定枚数、軸方向に積層し、カシメ固着して電磁鋼板積層体として構成される。また、実施形態１に係るロータ構造において、ロータコア２１の連結部２１３には、フラックスバリア（空隙）２１４が形成されている。フラックスバリア２１４は、貫通孔２１１の内、シャフト１０、永久磁石２２および樹脂鉄心２３により埋まっていない部分に相当する。
【0019】
永久磁石２２は、平面視で矩形状であり、具体的には直方体のバルク材である。永久磁石２２としては、フェライト磁石、希土類磁石等を用いることができる。希土類磁石であれば、ＳｍＣｏ5磁石、Ｓｍ2Ｃｏ17磁石、希土類鉄系磁石（ＮｄＦｅＢ系磁石やＳｍＦｅＮ系磁石）等を用いることができる。永久磁石２２は、熱硬化樹脂と磁石粉末を混合して結合したボンド磁石であっても、焼結磁石であってもよい。また、永久磁石２２は、異方性磁石であっても、等方性磁石であってもよい。永久磁石２２は、予め着磁した永久磁石を用いてもよく、成形後に着磁してもよい。また、永久磁石２２の抜け防止のため、直方体の永久磁石２２において、樹脂鉄心２３が接する面に、ロータ２０の軸方向（シャフト１０の軸方向）と垂直方向に少なくとも１本以上溝を入れることが好ましい。これらのうちで、異方性ＳｍＦｅＮ系ボンド磁石が好適に用いられる。なお、永久磁石２２の個数は、図１では４個であるが、これに限らない。
【0020】
樹脂鉄心２３は、軟磁性材を含んだ樹脂成形体である。軟磁性材としては、鉄を主成分とする紛体（鉄粉、純鉄粉）の他、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）等の粉末を用いてもよい。軟磁性材は、所定の粒径を有する。樹脂成形体に軟磁性材と共に含まれる樹脂としては、熱可塑性樹脂（たとえば、ＰＡ１２、ＰＡ６、ＰＡ６６等のポリアミド（ＰＡ）樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂など）が好適に用いられる。樹脂鉄心２３がさらに耐熱性を必要とする場合は、ＰＡ１２に代えて、耐熱ナイロン（ＰＡ６、ＰＡ６６）やＰＰＳ樹脂を利用することができる。樹脂成形体１００体積％において、軟磁性材は４０体積％以上６０体積％以下の量で、樹脂は４０体積％以上６０体積％以下の量で含まれることが好ましい。軟磁性材の体積が６０％を超えると、樹脂鉄心２３を成形する際に、樹脂材の流動性が低下し、樹脂鉄心を良好に成形できない虞がある。一方、４０％未満では、軟磁性材の比率が低下するため、樹脂鉄心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。より具体的には、純鉄粉の体積と、ポリアミド１２（ＰＡ１２）樹脂の体積とを、各々５０％で用いることができる。
【0021】
実施形態１に係るロータ構造の製造方法は、軟磁性材および樹脂を含む樹脂材から、軟磁性材を含んだ樹脂成形体である樹脂鉄心２３を作製する工程を含む。図３は、実施形態１に係るロータ構造の製造方法を説明するための図である。具体的には、まず、図３に示すように、図示しない金型のキャビティー内にロータコア２１をセットし、ロータコア２１の貫通孔２１１内の所定の位置にシャフト１０と極数分の直方体の永久磁石２２とをセットする。次いで、ロータコア２１の貫通孔２１１に樹脂鉄心２３を形成する。ここで、まず、熱可塑性樹脂に所定の粒径を有する軟磁性材を混合した樹脂材を調製する。樹脂材１００体積％において、軟磁性材は４０体積％以上６０体積％以下の量で、樹脂は４０体積％以上６０体積％以下の量で含まれることが好ましい。軟磁性材の体積が６０％を超えると、樹脂鉄心２３を成形する際に、樹脂材の流動性が低下し、樹脂鉄心を良好に成形できない虞がある。一方、４０％未満では、軟磁性材の比率が低下するため、樹脂鉄心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。より具体的には、純鉄粉の体積と、ポリアミド１２（ＰＡ１２）樹脂の体積とを、各々５０％で用いることができる。なお、上記混合比率は、通常、樹脂鉄心２３においてもそのまま保持される。次に、ロータコア２１の一方の端面側から、貫通孔２１１に樹脂材を注入して、樹脂鉄心２３を射出成形する。このようにして、図１に示す成形体が得られる。
【0022】
〔実施形態２〕
図４は、実施形態２に係るロータ構造の概略構成を示す斜視図である。図４に示すように、ロータ構造は、シャフト１０と、シャフト１０に装着されたロータ２０とを含む。ロータ２０は、ロータコア２１と、永久磁石２２と、樹脂鉄心２３とから構成されている。具体的には、図４に示すロータ構造は、永久磁石２２の外側に電磁鋼板を積層体からなるロータコア２１が配置され、永久磁石２２の内側に軟磁性材を混合させた樹脂鉄心２３が配置されている。図１に示す実施形態１とは、永久磁石２２の形態が異なっており、永久磁石２２は、平面視でＵ字状のボンド磁石である。
図４は、実施形態２に係るロータ構造の概略構成を示す斜視図である。図４に示すように、ロータ構造は、シャフト１０と、シャフト１０に装着されたロータ２０とを含む。ロータ２０は、ロータコア２１と、永久磁石２２と、樹脂鉄心２３とから構成されている。具体的には、図４に示すロータ構造は、永久磁石２２の外側に電磁鋼板を積層体からなるロータコア２１が配置され、永久磁石２２の内側に軟磁性材を混合させた樹脂鉄心２３が配置されている。図１に示す実施形態１とは、永久磁石２２の形態が異なっており、永久磁石２２は、平面視でＵ字状のボンド磁石である。
【0023】
実施形態２に係るロータ構造の製造方法は、軟磁性材および樹脂を含む樹脂材から、軟磁性材を含んだ樹脂成形体である樹脂鉄心２３を作製する工程を含む。次いで、樹脂鉄心２３を作製した後、磁石粉末および熱可塑性樹脂を混合した磁石成形樹脂材から、ボンド磁石である永久磁石２２を作製し、ロータを得る工程を含む。図５－１、図５－２、図６－１、図６－２、図７－１および図７－２は、実施形態２に係るロータ構造の製造方法を説明するための図で、図５－２は図５－１に示す図の一部拡大断面図、図６－２は図６－１に示す図の一部拡大断面図、図７－２は図７－１に示す図の一部拡大断面図である。
【0024】
具体的には、まず、図５－１、図５－２に示すように、図示しない金型のキャビティー内にロータコア２１をセットし、ロータコア２１の貫通孔２１１内の所定の位置にシャフト１０をセットする。さらに、樹脂鉄心２３を形成する空間を確保するため、永久磁石２２の形状に相当する形状を有する入れ駒３０もセットする。
【0025】
ロータコア２１は、外周面が円筒状であり、薄板の鋼板（たとえば電磁鋼板）の積層体、すなわち電磁鋼板積層体である。ロータコア２１は、外周側に複数箇所（図５－１では、８箇所であるが、これに限らない。）の略扇状の外側コア部２１２を有し、隣接する外側コア部２１２同士は、連結部２１３で連結している。そして、外側コア部２１２および連結部２１３で囲まれた１つの貫通孔２１１を有する。なお、貫通孔２１１は、ロータコア２１において、シャフト１０の軸方向に貫通する。すなわち、貫通孔２１１は、ロータコア２１の軸方向全長に渡って連通する。ロータコア２１は、貫通孔２１１の一部に樹脂鉄心２３が形成される。ロータコア２１は、所定の板厚を有する電磁鋼板を所定形状にプレス加工したコアを用いて得られる。具体的には、ロータコア２１は、コアを所定枚数、軸方向に積層し、カシメ固着して電磁鋼板積層体として構成される。
【0026】
シャフト１０は、通常金属製（たとえば、ステンレス鋼、等）である。シャフト１０の外周面であって、成形される樹脂鉄心２３との結合面となる外周面には、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）が施されていることが好ましい。
【0027】
次いで、ロータコア２１の貫通孔２１１に樹脂鉄心２３を形成する。ここで、まず、熱可塑性樹脂に所定の粒径を有する軟磁性材を混合した樹脂材を調製する。樹脂材１００体積％において、軟磁性材は４０体積％以上６０体積％以下の量で、樹脂は４０体積％以上６０体積％以下の量で含まれることが好ましい。軟磁性材の体積が６０％を超えると、樹脂鉄心２３を成形する際に、樹脂材の流動性が低下し、樹脂鉄心を良好に成形できない虞がある。一方、４０％未満では、軟磁性材の比率が低下するため、樹脂鉄心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。より具体的には、純鉄粉の体積と、ポリアミド１２（ＰＡ１２）樹脂の体積とを、各々５０％で用いることができる。なお、上記混合比率は、通常、樹脂鉄心２３においてもそのまま保持される。次に、ロータコア２１の一方の端面側から、貫通孔２１１に樹脂材を注入して、樹脂鉄心２３を射出成形する。なお、入れ駒３０により、後述する永久磁石２２を形成するための空間への樹脂材の流入が防止できる。
【0028】
軟磁性材としては、鉄を主成分とする紛体（鉄粉、純鉄粉）の他、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）等の粉末を用いてもよい。軟磁性材は、所定の粒径を有する。樹脂成形体に軟磁性材と共に含まれる樹脂としては、熱可塑性樹脂（たとえば、ＰＡ１２、ＰＡ６、ＰＡ６６等のポリアミド（ＰＡ）樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂など）が好適に用いられる。樹脂鉄心２３がさらに耐熱性を必要とする場合は、ＰＡ１２に代えて、耐熱ナイロン（ＰＡ６、ＰＡ６６）やＰＰＳ樹脂を利用することができる。
【0029】
次いで、入れ駒３０を抜いた箇所には、平面視でＵ字状の空間が形成されている（図６－１、図６－２参照）。このＵ字状の空間に、平面視でＵ字状の永久磁石２２（ボンド磁石）を形成する。ここで、まず、熱可塑性樹脂に所定の粒度分布を有する磁石粉末を混合した磁石成形樹脂材を調製する。磁石成形樹脂材１００質量％において、磁石粉末は約９０質量％の量で、樹脂は約１０質量％の量で含まれることが好ましい。なお、上記混合比率は、通常、永久磁石２２においてもそのまま保持される。次に、ロータコア２１の一方の端面側から、貫通孔２１１におけるＵ字状の空間内に磁石成形樹脂材を注入し充填して、永久磁石２２を射出成形する（図７－１、図７－２参照）。このようにして、図４に示す成形体が得られる。この樹脂鉄心２３の形成と、永久磁石２２の形成は、所謂、２色成形技術を利用することで作製できる。このため、樹脂鉄心２３および永久磁石２２の形成時の作業性を向上できる。
【0030】
また、実施形態２に係るロータ構造の製造方法は、さらに、樹脂鉄心２３と永久磁石２２としてボンド磁石とを作製し、ロータ２０を得た後、得られたロータ２０を脱磁し、次いで、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する工程を含むことが好ましい。すなわち、永久磁石２２（ボンド磁石）を形成した後、成形体を金型から取り出し、不規則な磁化を除くために、予め、成形体を脱磁することが好ましい。次いで、着磁コイルを巻回した着磁ヨーク（不図示）に脱磁した成形体をセットし、着磁コイルにパルス電流を印加して、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することが好ましい。
【0031】
ここで、図４に示す実施形態２に係るロータ構造の実施例について説明する。実施例では、ロータ２０の外径をφ３６ｍｍ、ロータ２０の軸方向の長さを４０ｍｍ、シャフト１０の外径をφ８ｍｍとした、８極で、２４スロットのＩＰＭモータをモデルとし、磁界解析を行った。図８は、磁界解析に用いたロータ構造の１/８モデルを示す図である。
磁石肉厚Ｔ＝３ｍｍで、磁石からシャフトまでの距離Ｄ＝２、４、８ｍｍと可変させ、磁石の表面磁束密度を解析した。図９に、実施例での磁石の表面磁束密度の解析結果を示す。図９に示すように、Ｄ＝２、４ｍｍでは、大差は見られない。Ｄ値の減少に伴って磁石体積が増加するため、磁石に要するコストとの観点から、このモデルではＤ＝４ｍｍが好ましい。また、Ｄ＝４ｍｍで、Ｔ＝１ｍｍ～４．５ｍｍと可変させ、逆起電力を解析した。図１０に、実施例での逆起電力の解析結果を示す。図１０に示すように、Ｔ＝２ｍｍで最大になる。モータとしての特性を評価する場合、周りに磁性体であるステータを含めた磁路状態で評価すべき観点から、逆起電力で評価した場合、Ｔ＝２ｍｍが好ましい。本モデルによれば、希土類磁石粉末を用いる場合、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分かる。
磁石肉厚Ｔ＝３ｍｍで、磁石からシャフトまでの距離Ｄ＝２、４、８ｍｍと可変させ、磁石の表面磁束密度を解析した。図９に、実施例での磁石の表面磁束密度の解析結果を示す。図９に示すように、Ｄ＝２、４ｍｍでは、大差は見られない。Ｄ値の減少に伴って磁石体積が増加するため、磁石に要するコストとの観点から、このモデルではＤ＝４ｍｍが好ましい。また、Ｄ＝４ｍｍで、Ｔ＝１ｍｍ～４．５ｍｍと可変させ、逆起電力を解析した。図１０に、実施例での逆起電力の解析結果を示す。図１０に示すように、Ｔ＝２ｍｍで最大になる。モータとしての特性を評価する場合、周りに磁性体であるステータを含めた磁路状態で評価すべき観点から、逆起電力で評価した場合、Ｔ＝２ｍｍが好ましい。本モデルによれば、希土類磁石粉末を用いる場合、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分かる。
【0032】
〔実施形態３〕
実施形態３に係るロータ構造は、実施形態２に係るロータ構造と同じである。また、実施形態３に係るロータ構造の製造方法は、軟磁性材および樹脂を含む樹脂材から、軟磁性材を含んだ樹脂成形体である樹脂鉄心２３を作製する工程を含む点も、実施形態２に係るロータ構造の製造方法と同じである。一方、実施形態２に係るロータ構造の製造方法では、樹脂鉄心２３を形成した後、永久磁石２２（ボンド磁石）を形成しているが、実施形態３に係るロータ構造の製造方法では、永久磁石２２（ボンド磁石）を形成した後、樹脂鉄心２３を形成する点が異なる。以下、実施形態３について、実施形態２と異なる点について説明し、同じ点については説明を省略又は簡略化する。
実施形態３に係るロータ構造は、実施形態２に係るロータ構造と同じである。また、実施形態３に係るロータ構造の製造方法は、軟磁性材および樹脂を含む樹脂材から、軟磁性材を含んだ樹脂成形体である樹脂鉄心２３を作製する工程を含む点も、実施形態２に係るロータ構造の製造方法と同じである。一方、実施形態２に係るロータ構造の製造方法では、樹脂鉄心２３を形成した後、永久磁石２２（ボンド磁石）を形成しているが、実施形態３に係るロータ構造の製造方法では、永久磁石２２（ボンド磁石）を形成した後、樹脂鉄心２３を形成する点が異なる。以下、実施形態３について、実施形態２と異なる点について説明し、同じ点については説明を省略又は簡略化する。
【0033】
実施形態３に係るロータ構造の製造方法は、磁石粉末および熱可塑性樹脂を混合した磁石成形樹脂材から、ボンド磁石である永久磁石２２を作製する工程を含む。次いで、永久磁石２２を作製した後、軟磁性材および樹脂を含む樹脂材から、軟磁性材を含んだ樹脂成形体である樹脂鉄心２３を作製し、ロータを得る工程を含む。図１１および図１２は、実施形態３に係るロータ構造の製造方法を説明するための図である。具体的には、まず、図１１に示すように、図示しない金型のキャビティー内にロータコア２１をセットする。さらに、貫通孔２１１において、永久磁石２２（ボンド磁石）の形成後に樹脂鉄心２３を形成する空間を確保するため、この空間に磁石成形樹脂材が流入しないよう、入れ駒をセットする。ロータコア２１と入れ駒とによってＵ字状の空間が形成され、このＵ字状の空間に、平面視でＵ字状の永久磁石２２（ボンド磁石）を形成する。ここで、まず、熱可塑性樹脂に所定の粒度分布を有する磁石粉末を混合した磁石成形樹脂材を調製する。次に、ロータコア２１の一方の端面側から、貫通孔２１１におけるＵ字状の空間内に磁石成形樹脂材を注入し充填して、永久磁石２２を射出成形する（図１１参照）。
【0034】
次いで、入れ駒を抜いた空間の所定の位置に、シャフト１０をセットする。シャフト１０と永久磁石２２との間の空間に、樹脂鉄心２３を形成する。ここで、まず、熱可塑性樹脂に所定の粒径を有する軟磁性材を混合した樹脂材を調製する。次に、ロータコア２１の一方の端面側から、貫通孔２１１に樹脂材を注入して、樹脂鉄心２３を射出成形する（図１２参照）。このようにして、図４に示す成形体が得られる。この永久磁石２２の形成と、樹脂鉄心２３の形成は、所謂、２色成形技術を利用することで作製できる。このため、樹脂鉄心２３および永久磁石２２の形成時の作業性を向上できる。
【0035】
また、実施形態３に係るロータ構造の製造方法も、さらに、永久磁石２２としてボンド磁石と樹脂鉄心２３とを作製し、ロータ２０を得た後、得られたロータ２０を脱磁し、次いで、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する工程を含むことが好ましい。すなわち、樹脂鉄心２３を形成した後、成形体を金型から取り出し、不規則な磁化を除くために、予め、成形体を脱磁することが好ましい。次いで、着磁コイルを巻回した着磁ヨーク（不図示）に脱磁した成形体をセットし、着磁コイルにパルス電流を印加して、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することが好ましい。
【0036】
上述のように、実施形態２、３において、樹脂鉄心２３および永久磁石２２の形成の際に、熱可塑性樹脂を用いる。先の工程で用いる熱可塑性樹脂は、後の工程で用いる熱可塑性樹脂に対して、射出温度が同じか、又は高くなるように選ぶことが好ましい。すなわち、実施形態２では、樹脂鉄心２３を形成するための熱可塑性樹脂は、永久磁石２２（ボンド磁石）を形成するための熱可塑性樹脂に対して、射出温度が同じか、又は高くなるように選ぶことが好ましい。また、実施形態３では、永久磁石２２（ボンド磁石）を形成するための熱可塑性樹脂は、樹脂鉄心２３を形成するための熱可塑性樹脂に対して、射出温度が同じか、又は高くなるように選ぶことが好ましい。
【0037】
実施形態に係るロータ構造では、永久磁石（たとえばボンド磁石）よりも径方向外側の領域は、電磁鋼板を積層した積層体で構成している。この外側の領域は、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する必要がある。トルクに寄与する磁束としては、具体的には、ロータの外周面と所定のキャップを介して対向配置される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。
【0038】
これに対して、永久磁石（たとえばボンド磁石）よりも径方向内側の領域は、軟磁性材を含んだ樹脂成形体からなる樹脂鉄心で構成している。この内側の領域では、電磁鋼板を積層した積層鉄心に比べて磁束の変動がなく、主に永久磁石のバックヨークとして機能する領域である。このため、樹脂鉄心には、高い透磁率を有する軟磁性材の粉末を混合し、磁路として機能させる。また、樹脂に軟磁性材の粉末を混合して樹脂鉄心を形成しているため、電磁鋼板の積層体で形成した構成に比べて大幅に軽量化できる。また、樹脂鉄心は樹脂および軟磁性材を含むため、この部分を電磁鋼板で形成するよりも、電気抵抗を大きくできる。これにより、渦電流の発生を抑えられ、鉄損を小さくできる。
【0039】
上述の通り、実施形態に係るロータ構造は、永久磁石よりも径方向外側の領域のみ、電磁鋼板を積層した積層体で構成しているため、ロータ全体の軽量化を図ることができる。
【符号の説明】
【0040】
１０ シャフト、２０ ロータ、２１ ロータコア、２１１ 貫通孔、２１２ 外側コア部、２１３ 連結部、２２ 永久磁石、２３ 樹脂鉄心、３０ 入れ駒
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5-1】
【図5-2】
【図6-1】
【図6-2】
【図7-1】
【図7-2】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】