JP7477745B2 - 界磁子およびその製造方法 - Google Patents
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Description
(1)本発明は、鋼板の積層体からなる筐体と該鋼板の積層方向に延在する積層面に着接した界磁源とを有する界磁子の製造方法であって、該界磁源は、磁石粉末がバインダ樹脂で結着された圧縮ボンド磁石からなり、該圧縮ボンド磁石は、該磁石粉末と該バインダ樹脂からなるボンド磁石原料を加熱しつつ圧縮する成形工程を経て得られ、該成形工程は、該ボンド磁石原料の圧縮力(p)に対する該積層体を該積層方向へ押圧する保持力(f)の比率である圧力比(f/p)を0.05~0.4としてなされる界磁子の製造方法である。
本発明は、製造方法に留まらず、界磁子としても把握される。例えば、本発明は、鋼板の積層体からなる筐体と該鋼板の積層方向に延在する積層面に着接した界磁源とを有する界磁子であって、該界磁源は、磁石粉末がバインダ樹脂で結着された圧縮ボンド磁石からなり、該圧縮ボンド磁石は、該バインダ樹脂が該鋼板の積層間へ滲出してできた突出部を有する界磁子でもよい。
(1)ボンド磁石は、界磁子(筐体)に応じて、種々の形態をとり得る。例えば、ボンド磁石は、埋込型磁石(IPM:Interior permanent Magnet)でも、表面型磁石(SPM:Surface Permanent Magnet)でもよい。ボンド磁石が着接し得るキャビティの構成面(端部開口を除く)は、その全部が筐体の積層面でもよいし、その一部だけが筐体の積層面でもよい。後者の場合、例えば、キャビティの周側面(例えば外周側面または内周側面)の一部は筐体の積層面で構成され、他部は金型の成形面等で構成される。このようなキャビティにより、例えば、リング状の表面型ボンド磁石(SPM)が形成される。
ボンド磁石原料の圧縮力(p)に対する積層体の保持力(f)の比率である圧力比(f/p)は、例えば、0.05~0.4、0.1~0.35さらには0.15~0.3である。圧力比が過大では、鋼板間へ樹脂が滲出し難くなる。圧力比が過小では、樹脂が積層体外へ漏出し得る。
ボンド磁石原料は、コンパウンドでも、コンパウンドの予成形体でもよい。
磁石粉末は、例えば、ボンド磁石原料(ボンド磁石)の全体(磁石粉末とバインダ樹脂の合計)に対して、例えば、60~80体積%、65~75体積%さらには68~73体積%含まれるとよい。磁石粉末が過少ではボンド磁石の磁気特性が低下し、磁石粉末が過多になると、配向度または密度が低下し得る。
バインダ樹脂は、熱可塑性樹脂でも、熱硬化性樹脂でも、それら両方の樹脂を含んでもよい。圧縮ボンド磁石には、通常、バインダ樹脂(少なくとも一部)として熱硬化性樹脂が用いられる。
ボンド磁石は、例えば、相対密度が90%以上、95%以上さらには98%以上であるとよい。相対密度の上限値は、99%さらには100%である。なお、相対密度(ρ/ρ0)は、理論密度(ρ0)に対する実密度(ρ)の比(百分率)である。理論密度(ρ0)は、ボンド磁石を構成する磁石粉末とバインダ樹脂の各真密度とそれらの配合量から求まる。実密度(ρ)は、成形(さらにはキュア処理)したボンド磁石を測定して得られた質量と体積から求まる。体積は、アルキメデス法により求めても、成形体の形状(寸法)から算出してもよい。
筐体は、界磁子の仕様に応じて、所望形状に加工(打抜き等)された鋼板が積層された積層体からなる。各鋼板の固定(積層体の形状維持)は、カシメ、溶着、締結具(例えばネジ)等を用いてなされる。
ボンド磁石を低圧成形すると、キャビティを構成する筐体の変形を抑制できる。これにより、界磁子(筐体)の設計自由度の増大や精度の向上が図られる。このような界磁子の代表例として、電動機(車両駆動用モータ、エアコン、家電製品用モータ等)のロータがある。
成形工程と、それにより得られる界磁子の概要を、図1A~図1C(これらを併せて単に「図1」という。)を用いて説明する。なお、本実施例では、電磁鋼板を積層したロータコア(筐体)のスロット(キャビティ)に、圧縮ボンド磁石(界磁源)を成形したIPM型モータ用のロータ(界磁子)を例示しつつ説明する。
ボンド磁石の軸方向への抜出力に及ぼす突出部の影響を評価するため、次のような成形工程と測定を行った。
(1)積層体(筐体)とキャビティ
環状(外径:φ85mm×内径:φ75mm)に打ち抜いた電磁鋼板(JFEスチール株式会社製35H440/板厚:0.5mm)を同心円状に40枚積層した。こうして円筒状の積層体(高さ:20.1mm)を形成した。その積層体の中心部に円柱状の金型(外径:φ69mm)を配設して、環状のキャビティ(外径:φ75mm×内径:φ69mm)を形成した。
磁石粉末として、水素処理(d-HDDR)して製造された粗粉末である市販のNdFeB系異方性磁石粉末(愛知製鋼株式会社製マグファイン/Br:1.28T、iHc:1313kA/m、平均粒径:125μm)と、微粉末である市販のSmFeN系異方性磁石粉末(住友金属鉱山株式会社製SmFeN合金微粉D /Br:1.35T、iHc:875kA/m、平均粒径:3μm)を用意した。
予成形を既述したキャビティへ装填した(収容工程)。キャビティ内壁面の温度は、成形開始(充填前)から成形終了まで150℃(一定)に保持した。
圧縮成形されたボンド磁石を積層体と共に、大気中で150℃×30分間加熱した。これによりバインダ樹脂をほぼ完全に熱硬化した。
リング状のボンド磁石の軸方向一端面側を円柱状パンチで押圧した。ボンド磁石を積層体から抜き出す際に要した荷重(抜出荷重)を精密万能試験機(オートグラフ)により測定した。抜出最大荷重を積層体とボンド磁石の接触面積(せん断面積)で除して算出した抜出力を表1に併せて示した。
表1に示す結果から明らかなように、圧力比(f/p)を所定範囲内として圧縮成形すると、ボンド磁石の抜出力を大幅に高められることがわかった(試料1・2)。なお、圧力比が過小では、溶融した樹脂が積層体の外周面から漏出した(試料C1)。逆に圧力比が過大では、樹脂が積層体の内周面(積層面)から滲出しなかった(試料C2)。
上述した圧縮成形により、ロータコア(筐体)のスロット(キャビティ)にボンド磁石を一体成形した永久磁石内包型同期モータ(IPM型モータ)のロータ(界磁子)を製作した。その外観を図2Aに示した。
Claims (9)
- 鋼板の積層体からなる筐体と該鋼板の積層方向に延在する積層面に着接した界磁源とを有する界磁子の製造方法であって、
該界磁源は、磁石粉末がバインダ樹脂で結着された圧縮ボンド磁石からなり、
該圧縮ボンド磁石は、該磁石粉末と該バインダ樹脂からなるボンド磁石原料全体を加熱しつつ圧縮する成形工程を経て得られ、
該成形工程は、該ボンド磁石原料の圧縮力(p)に対する、該積層体を該積層方向へ押圧する保持力(f)の比率である圧力比(f/p)を0.05~0.4として、加熱により全体的に溶融または軟化させた該バインダ樹脂の一部を、積層された該鋼板の対面間である積層間へ滲み出させる界磁子の製造方法。 - 前記圧縮力は、5~50MPaである請求項1に記載の界磁子の製造方法。
- 前記ボンド磁石原料は、前記磁石粉末と前記バインダ樹脂の合計に対する該磁石粉末の体積割合が60~75体積%である請求項1または2に記載の界磁子の製造方法。
- 前記磁石粉末は、異方性磁石粉末を含み、
前記成形工程は、前記ボンド磁石原料へ配向磁場を印可してなされる請求項1~3のいずれかに記載の界磁子の製造方法。 - 前記バインダ樹脂は、熱硬化性樹脂を含む請求項1~4のいずれかに記載の界磁子の製造方法。
- 前記熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂である請求項5に記載の界磁子の製造方法。
- 前記ボンド磁石原料は、前記積層体に形成された環状のキャビティに充填または収容される請求項1~6のいずれかに記載の界磁子の製造方法。
- 鋼板の積層体からなる筐体と該鋼板の積層方向に延在する積層面に着接した界磁源とを有する界磁子であって、
該界磁源は、磁石粉末がバインダ樹脂で結着された圧縮ボンド磁石からなり、
該圧縮ボンド磁石は、該バインダ樹脂が、積層された該鋼板の対面間である積層間へ滲出してできた突出部を有する界磁子。 - 前記筐体は、ロータコアであり、
前記圧縮ボンド磁石は、該ロータコアに内包されている請求項8に記載の界磁子。
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