JP2013172553A - 界磁極用磁石体を構成する磁石片の製造方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】所望する割断箇所で磁石体３０を割断する製造方法を提供する。
【解決手段】磁石体３０をその長手方向に直交して設定される割断予定面で割断して、界磁極用磁石体８０を構成する磁石片の製造方法であって、磁石体３０の割断予定面から磁石体３０の長手方向の端部３０ａに向けて応力を負荷しながら磁石体３０に曲げ応力を加えて磁石体３０を割断する。
【選択図】図１

Description

本発明は界磁極用磁石体を構成する磁石片の製造方法および製造装置に関するものである。

従来、永久磁石を割断し、割断した永久磁石を嵌め合わせて永久磁石を復元する永久磁石の製造方法が特許文献１に開示されている。特許文献１に開示された製造方法によって復元した永久磁石をモータなどに使用することで、モータを駆動させた場合に生じる渦電流を抑制することができる。

特開２００９−１４２０８１号公報

特許文献１では、永久磁石を湾曲した上パンチと湾曲した下パンチとの間に配置し、下パンチと上パンチとの距離を短くし、３点曲げの原理を用いて割断部位に曲げ応力を加えて、永久磁石の下面から上面に向けて亀裂を進行させて永久磁石を割断している。

しかし、上記の発明では、永久磁石の上面側には圧縮応力が発生し、圧縮応力によって亀裂の進行が妨げられ、永久磁石の亀裂が割断予定面から逸れる、または二叉状となる異常割れが生じるといった問題点がある。

本発明はこのような問題点を解決するために発明されたもので、割断予定面で永久磁石を割断することを目的とする。

本発明のある態様に係る界磁極用磁石体を構成する磁石片の製造方法は、磁石体をその長手方向に直交して設定される割断予定面で割断して、界磁極用磁石体を構成する磁石片の製造方法である。界磁極用磁石体を構成する磁石片の製造方法は、磁石体の割断予定面から磁石体の長手方向の端部に向けて応力を負荷しながら磁石体に曲げ応力を加えて磁石体を割断する。

この態様によると、磁石体の予定面から磁石体の長手方向の端部に向けて応力を負荷することで割断時に発生する圧縮応力を低減し、磁石体を割断予定面で割断することができる。

本実施形態の界磁極用磁石体を使用する永久磁石埋込型回転電機の概略構成図である。 界磁極用磁石体の概略構成図である。 第１実施形態の磁石体割断装置を示す概略構成図である。 第１実施形態を用いて磁石体を割断した場合を説明する図である。 第１実施形態を用いずに磁石体を割断した場合を説明する図である。 第２実施形態の磁石体割断装置の概略構成図である。 第２実施形態を用いて磁石体を割断した場合を説明する図である。 第３実施形態の磁石体割断装置の概略構成図である。 第３実施形態を用いて磁石体を割断した場合を説明する図である。 第４実施形態の磁石体割断装置の概略構成図である。 第５実施形態の磁石体割断装置の概略構成図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の本実施形態について説明する。

先ず、回転電機のロータコアに配設され、本実施形態を適用する界磁極用磁石体について説明する。

図１において、永久磁石埋込型回転電機Ａ（以下、単に「回転電機」という）は、図示しないケーシングの一部を構成する円環形のステータ１０と、このステータ１０と同軸に配置された円柱形のロータ２０とから構成される。

ステータ１０は、ステータコア１１と、複数のコイル１２とから構成され、複数のコイル１２はステータコア１１に軸心Ｏを中心とした同一円周上に等角度間隔で形成されるスロット１３に収設される。

ロータ２０は、ロータコア２１と、ロータコア２１と一体的に回転する回転軸２３と、複数の界磁極用磁石体８０とから構成され、複数の界磁極用磁石体８０は軸心Ｏを中心とした同一円周上に等角度間隔で形成されるスロット２２に収設される。

ロータ２０のスロット２２に収設される界磁極用磁石体８０は、図２に示すように、厚み方向の平面視で矩形状となる磁石体３０を磁石体３０の長手方向に直交する方向、つまり幅方向に設定される割断予定面に沿って割断することにより分割した複数の磁石片３１を割断面同士で樹脂３２により接着することにより、一列に整列した磁石片３１の集合体として構成される。使用される樹脂３２は、例えば２００℃程度の耐熱性能を備えるものが使用され、隣接する磁石片３１同士を電気的に絶縁する。このため、作用する磁界の変動により発生する渦電流を個々の磁石片３１内に留めることにより低減させ、渦電流に伴う界磁極用磁石体８０の発熱を抑制し、不可逆な熱減磁を防止する。

ところで、磁石体を３点曲げの原理を用いて割断する場合には、磁石体の一方の面側に圧縮応力が発生し、磁石体の亀裂が妨げられ、磁石体の亀裂が割断予定面から逸れる、または二叉状となる異常割れが生じ、割断面精度が悪化する場合がある。

そこで、本実施形態では、磁石体３０に対して割断面精度が良い界磁極用磁石体を構成する磁石片の製造装置およびその製造方法を提供するものである。図３は、本実施形態の界磁極用磁石体を構成する磁石片の製造装置である磁石体割断装置１を示す概略構成図である。

磁石体割断装置１は、一対のダイ２と、パンチ３と、チャック治具４とを備える。

ダイ２は、磁石体３０の幅方向に沿って延設され、磁石体３０の下方を支持する。一対のダイ２は磁石体３０の幅方向と直交し、磁石体３０に沿う方向、つまり磁石体３０の長手方向に沿って並列して配置される。磁石体３０は一対のダイ２間に架け渡され、パンチ３によって割断される。

パンチ３は、磁石体３０の幅方向に沿って延設され、例えばサーボプレス、機械プレス、油圧プレスなどによって上下方向に駆動される。パンチ３は磁石体３０の幅方向に直交する断面において、磁石体３０から離れるにつれて、つまり上方となるにつれて太くなる。パンチ３は磁石体３０の上方の初期位置から下降し、一対のダイ２の間の磁石体３０に接触した後にさらに下降することで磁石体３０を押圧し、パンチ３と一対のダイ２とにおける３点曲げの原理で磁石体３０を割断する。パンチ３は、磁石体３０を割断した後に上昇し、初期位置まで戻る。

チャック治具４は、磁石体３０の長手方向に磁石体３０を引っ張る治具である。チャック治具４はパンチ３を挟んで一対配置される。チャック治具４は磁石体３０の長手方向の端部３０ａ側を挟んで、磁石体３０の長手方向に磁石体３０を引っ張り、磁石体３０の長手方向の端部３０ａに向けて応力を負荷する。

磁石体割断装置１は、一対のダイ２間に磁石体３０を架け渡して載置し、パンチ３を下降させて、一対のダイ２とパンチ３とによる３点曲げにより磁石体３０を割断する。磁石体割断装置１は、図４（ａ）に示すようにチャック治具４によって磁石体３０の長手方向の端部３０ａに向けて磁石体３０を引っ張ることで、磁石体３０に応力を負荷し、図４（ｂ）に示すようにこの状態でパンチ３を初期位置から下降させて磁石体３０に曲げ応力を加えて磁石体３０を割断する。つまり、磁石体割断装置１は、チャック治具４によって磁石体３０の長手方向に磁石体３０を引っ張り、割断箇所から磁石体３０の長手方向の端部３０ａに向けて応力を負荷しながらパンチ３によって磁石体３０を割断する。

本発明の第１実施形態の効果について説明する。

本実施形態のチャック治具４を用いずに磁石体４０を割断する場合について図５を用いて説明する。

磁石体４０の割断予定面は、パンチ４１の先端から磁石体４０側へ真っ直ぐに延びる平面、つまり平滑な面である。図５においては磁石体４０の割断予定面を破線で示す。

パンチ４１が磁石体４０に当接すると、一対のダイ４２が当接する磁石体４０の下面側では引っ張り応力が生じ、パンチ４１が当接する磁石体４０上面側では圧縮応力が生じる（図５（ａ）参照）。

さらにパンチ４１が下降すると、磁石体４０の下面側で亀裂が生じ割断が開始するが、磁石体４０の上面側では圧縮応力によって亀裂の進行が妨げられる（図５（ｂ）参照）。

圧縮応力によって亀裂の進行が妨げられた状態でパンチ４１がさらに下降すると、亀裂の進行方向は割断予定面から逸れて進行する（図５（ｃ）参照）。割断予定面は、パンチ４１の先端から磁石体４０に真っ直ぐに延びるが、磁石体４０の上面側の割断予定面付近は圧縮応力が集中する箇所であり、圧縮応力が大きくなると割断線から逸れて亀裂が進行し易くなる。

本実施形態では、図４に示すようにチャック治具４によって磁石体３０を磁石体３０の長手方向に引っ張ることで磁石体３０の上面側の圧縮応力を小さくしてパンチ３によって磁石体３０を割断するので、亀裂の進行が割断予定面から逸れることを抑制して磁石体３０を割断することができ、磁石体３０の割断面を平滑にすることができる。チャック治具４によって磁石体３０を引っ張る応力は、０．０１Ｍｐａ〜４００Ｍｐａであることが望ましい。これにより、磁石体３０の上面側の圧縮応力の緩和度合いを最適とすることができ、割断予定面に沿って亀裂を進行させて磁石体３０を割断することができる。また、パンチ３による曲げ応力を小さくすることができ、小型の磁石体割断装置１を用いて磁石体３０を割断することができる。

パンチ３による磁石体３０の割断を開始した後にチャック治具４によって磁石体３０を磁石体３０の長手方向に引っ張ると磁石が撓んだ状態で磁石体３０の長手方向に応力が負荷されるので、チャック治具４によって精度良く応力を負荷し難くなる。そのため、亀裂の進行が割断予定面から逸れるおそれがある。

本実施形態では、チャック治具４によって磁石体３０を磁石体３０の長手方向に引っ張り、応力を負荷した状態でパンチ３によって磁石体３０を割断することで、亀裂の進行が割断予定面から逸れることを抑制し、磁石体３０の割断面を平滑にすることができる。

次に本発明の第２実施形態について図６を用いて説明する。

図６は第２実施形態の磁石体割断装置１の概略構成図である。第２実施形態は、第１実施形態と比較して磁石体割断装置が異なっている。本実施形態の磁石体割断装置５０は、一対のダイ２と、パンチ３と、押圧部５１とを備える。

押圧部５１は、パンチ３の上部から磁石体３０の長手方向に向けて突出し、パンチ３と一体となって動く突出部５２と、突出部５２と磁石体３０との間に配置される当接部５３と、突出部５２と当接部５３とを連結するバネ５４とを備える。押圧部５１は、パンチ３を挟んで一対配置される。

当接部５３は、上下方向に延びる第１平板部５５と、第１平板部５５の上端からパンチ３に向けて延びる第２平板部５６とを備える。第１平板部５５の下側の端面５５ａは磁石体３０の上面に当接する。第２平板部５６のパンチ３側の端面５６ａは、パンチ３に当接する。パンチ３と当接する第２平板部５６の端面５６ａは、パンチ３の歯面に沿って形成される。

一対の当接部５３は、磁石体３０の幅方向の端部で連結部（図示せず）によって互いに連結される。連結部は、一対の当接部５３が磁石体３０の幅方向へ相対的にずれることを防ぎ、当接部５３が磁石体３０の長手方向へ移動することを可能とする。

磁石体３０からの距離が長くなるほどパンチ３は磁石体３０の長手方向において太くなり、当接部５３の第２平板部５６がパンチ３と当接する。そのため、パンチ３の上下方向の移動に応じて磁石体３０の長手方向における当接部５３間の距離が変化する。詳しくは後述するが、パンチ３が下降すると、各当接部５３は磁石体３０の長手方向の逆方向にそれぞれ押され、当接部５３間の距離は長くなる。一方、パンチ３が上昇すると、当接部５３間の距離は短くなる。

パンチ３が下降すると突出部５２と押圧部５１との距離が短くなり、バネ５４は収縮する。バネ５４が収縮するとバネ５４の弾性力が大きくなるので、当接部５３を磁石体３０に押しつける力が大きくなる。また、パンチ３が下降し、当接部５３間の距離が長くなると、当接部５３に連結するバネ５４の端部５４ａも当接部５３と共に移動し、当接部５３に連結するバネ５４の端部５４ａを元の位置に戻そうとする復元力が当接部５３に働く。そのため、パンチ３が上昇すると、当接部５３はバネ５４による復元力で当接部５３間の距離が短くなるように移動する。

磁石体割断装置５０は、図７（ａ）に示すようにパンチ３を初期位置から下降し、図７（ｂ）に示すようにパンチ３によって当接部５３間を磁石体３０の長手方向に押し広げ、当接部５３間の距離を長くする。当接部５３が磁石体３０の長手方向の端部３０ａ側に移動すると、図７（ｂ）に示すように当接部５３の第１平板部５５と磁石体３０との摩擦によって磁石体３０が磁石体３０の長手方向の端部３０ａに向けて押され、応力が負荷される。つまり、パンチ３が下降するとパンチ３を挟んで逆方向に磁石体３０を押す力が当接部５３によって発生する。

また、パンチ３が下降すると、図７（ｂ）に示すようにバネ５４が圧縮され、バネ５４によって当接部５３を磁石体３０側へ押しつける力が大きくなり、当接部５３の第１平板部５５と磁石体３０との接触面における摩擦力が大きくなる。つまり、パンチ３が下降するにつれて、磁石体３０の長手方向の端部３０ａに向けて磁石体３０に負荷される応力が大きくなる。

磁石体割断装置５０は、パンチ３をさらに下降し、パンチ３によって磁石体３０を割断する。磁石体割断装置５０は、押圧部５１によって磁石体３０に磁石体３０の長手方向の端部３０ａに向けて応力を負荷し、磁石体３０の上面側の圧縮応力を低減した状態で磁石体３０を割断する。

磁石体３０を割断した後に、パンチ３が上昇すると当接部５３はバネ５４による復元力によってパンチ３側に引っ張られ、当接部５３は元の位置に戻る。なお、一対の当接部５３を他のバネなどの弾性部材で連結し、弾性部材によって当接部５３をパンチ３側に付勢してもよい。

また、当接部５３は磁石体３０の幅方向に複数に分割して設けてもよい。

本発明の第２実施形態の効果について説明する。

押圧部５１によって磁石体３０の長手方向の端部３０ａに向けて磁石体３０に応力を負荷しながらパンチ３によって磁石体３０を割断することで、亀裂の進行が割断予定面から逸れることを抑制し、磁石体３０の割断面を平滑にすることができる。

パンチ３の下降と連動して押圧部５１によって磁石体３０の長手方向の端部３０ａに向けて磁石体３０に応力を負荷することで、作業工程を少なくすることができる。また、磁石体割断装置５０を小型にすることができる。

次に本発明の第３実施形態について図８を用いて説明する。

図８は第３実施形態の磁石体割断装置の概略構成図である。第３実施形態は、第１実施形態と比較して磁石体割断装置が異なっている。本実施形態の磁石体割断装置６０は、一対のダイ２と、パンチ３と、押圧部６１とを備える。

押圧部６１は、当接部６２と、当接部６２とパンチ３とを連結するバネ６３とを備える。押圧部６１は、パンチ３を挟んで一対配置される。

当接部６２のパンチ３側の端面６２ｂはバネ６３を介してパンチ３と連結する。バネ６３は、パンチ３の歯面と押圧部６１とを連結し、磁石体３０側となるにつれて歯面との距離が長くなるようにパンチ３が移動する上下方向に対して傾斜している。

押圧部６１は、パンチ３の歯面から磁石体３０に向けて斜め方向に延びるように設けられる。

パンチ３が初期位置から下降すると図９（ａ）に示すように当接部６２の磁石体３０側の端面６２ａが磁石体３０と当接する。パンチ３がさらに下降すると、図９（ｂ）に示すようにバネ６３が圧縮され、バネ６３による弾性力によって当接部６２を磁石体３０に押しつける力が大きくなる。バネ６３および当接部６２は磁石体３０の長手方向に対して斜め方向に配置されているので、当接部６２の端面６２ａと磁石体３０との摩擦によって磁石体３０の上面が磁石体３０の長手方向の端部３０ａに向けて押され、応力が負荷される。つまり、パンチ３が下降するとパンチ３を挟んで逆方向に磁石体３０を押す力が押圧部６１によって発生する。

磁石体割断装置６０は、押圧部６１によって磁石体３０の長手方向の端部３０ａに向けて磁石体３０に応力を負荷し、磁石体３０の上面側の圧縮応力を低減した状態で磁石を割断する。

本発明の第３実施形態の効果について説明する。

押圧部６１によって磁石体３０の長手方向の端部３０ａに向けて磁石体３０に応力を負荷しながらパンチ３によって磁石体３０を割断することで、亀裂の進行が割断予定面から逸れることを抑制し、磁石体３０の割断面を平滑にすることができる。

パンチ３の下降と連動して押圧部６１によって磁石体３０の長手方向の端部３０ａに向けて磁石体３０に応力を負荷することで、作業工程を少なくすることができる。また、磁石体割断装置６０を小型にすることができる。

次に本発明の第４実施形態について図１０を用いて説明する。

図１０は第４実施形態の磁石体割断装置の概略構成図である。第４実施形態は、第１実施形態と比較して磁石体割断装置７０が異なっている。

磁石体割断装置７０は、一対のダイ７１と、パンチ３とを備える。

ダイ７１は、図示しないモータなどによって磁石体３０の長手方向に移動する。一対のダイ７１の移動方向は逆方向である。一方のダイ７１が磁石体３０の長手方向の端部３０ａに向けて移動する場合、つまり、磁石体３０の長手方向においてパンチ３からの距離が長くなるように移動する場合には、もう一方のダイ７１も磁石体３０の長手方向においてパンチ３からの距離が長くなるように移動する。ダイ７１の上面は磁石体３０の下面に当接しており、ダイ７１が磁石体３０の長手方向においてパンチ３からの距離が長くなるように移動すると、ダイ７１と磁石体３０との摩擦によって磁石体３０の長手方向の端部３０ａに向けて磁石体３０に応力が負荷される。

磁石体割断装置７０は、ダイ７１によって磁石体３０の長手方向の端部３０ａに向けて応力を負荷した状態で磁石体３０を割断する。

本発明の第４実施形態の効果について説明する。

ダイ７１によって磁石体３０の長手方向の端部３０ａに向けて磁石体３０に応力を負荷した状態でパンチ３によって磁石体３０を割断することで、亀裂の進行が割断予定面から逸れることを抑制し、磁石体３０の割断面を平滑にすることができる。

ダイ７１によって磁石体３０の長手方向の端部３０ａに向けて磁石体３０に応力を負荷することで、磁石体割断装置７０を小型にすることができる。

次に本発明の第５実施形態について図１１を用いて説明する。

図１１は第５実施形態の磁石体割断装置の概略構成図である。第５実施形態は、第４実施形態と比較して磁石体割断装置９０のダイ９１が異なっている。

ダイ９１は、磁石体３０の幅方向に垂直な断面が略円柱状であり、図示しないモータなどによって磁石体３０の幅方向に延びる軸を中心に回転する。一対のダイ９１の回転方向は逆方向である。具体的には、一方のダイ９１が磁石体３０をパンチ３から遠ざけるように回転する場合には、もう一方のダイ９１は一方のダイ９１と逆方向に回転し、磁石体３０をパンチ３から遠ざけるように回転する。

磁石体割断装置９０は、ダイ９１によって磁石体３０の長手方向の端部３０ａに向けて磁石体３０に応力を負荷した状態で磁石体３０を割断する。

本発明の第５実施形態の効果について説明する。

ダイ９１によって磁石体３０の長手方向の端部３０ａに向けて磁石体３０に応力を負荷した状態でパンチ３によって磁石体３０を割断することで、亀裂の進行が割断予定面から逸れることを抑制し、磁石体３０の割断面を平滑にすることができる。

ダイ９１によって磁石体３０の長手方向の端部３０ａに向けて磁石体３０に応力を負荷することで、磁石体割断装置９０を小型にすることができる。

本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内でなしうるさまざまな変更、改良が含まれることは言うまでもない。

上記実施形態を組み合わせて使用しても良く、例えば第２実施形態と第５実施形態とを組み合わせても良い。

磁石体３０を複数の磁石片３１に割断するために、磁石体３０の割断しようとする部位に、割断の起点となる脆弱部である切り欠き溝を予め形成してもよい。設ける切り欠き溝は、表面からの深さが深いほど、また、切り欠き溝の先端の尖りが鋭いほど、磁石片３１として割断した場合の割断面の平面度が向上する。

切り欠き溝の形成方法としては、磁石体３０の成形型に設けた溝形成用の突条により磁石体３０の成形工程で設ける方法、ダイサーやスライサー等の機械加工による方法、レーザビーム照射による方法、ワイヤカット放電加工等がある。

１、５０、６０、７０、９０ 磁石体割断装置
２ ダイ
３ パンチ（割断手段）
４ チャック治具（負荷手段）
３０ 磁石体
５１ 押圧部（負荷手段）
５２ 突出部
５３ 当接部
５４、６３ バネ（弾性部）
６１ 押圧部（負荷手段）
６２ 当接部
７１ ダイ（支持部）
８０ 界磁極用磁石体
９１ ダイ（支持部）

Claims (9)

1. 磁石体をその長手方向に直交して設定される割断予定面で割断して、界磁極用磁石体を構成する磁石片の製造方法であって、
   前記磁石体の割断予定面から前記磁石体の長手方向の端部に向けて応力を負荷しながら前記磁石体に曲げ応力を加えて前記磁石体を割断することを特徴とする界磁極用磁石体を構成する磁石片の製造方法。
2. 前記磁石体の長手方向の端部に向けた前記応力は、前記磁石体の割断を開始する前に負荷されることを特徴とする請求項１に記載の界磁極用磁石体を構成する磁石片の製造方法。
3. 磁石体をその長手方向に直行して設定される割断予定面で割断して、界磁極用磁石体を構成する磁石片の製造装置であって、
   前記磁石体の割断予定面から前記磁石体の長手方向の端部に向けて前記磁石体に応力を負荷する負荷手段と、
   前記負荷手段によって前記磁石体に前記応力を負荷した状態で前記磁石体に曲げ応力を加えて前記磁石体を割断する割断手段とを備えることを特徴とする界磁極用磁石体を構成する磁石片の製造装置。
4. 前記負荷手段によって負荷される前記応力は、前記磁石体の割断を開始する前に負荷されることを特徴とする請求項３に記載の界磁極用磁石体を構成する磁石片の製造装置。
5. 前記負荷手段は、前記磁石体を前記長手方向に引っ張ることを特徴とする請求項３または４に記載の界磁極用磁石体を構成する磁石片の製造装置。
6. 前記割断手段は、前記磁石体からの距離が長くなるほど前記長手方向に太くなり、
   前記負荷手段は、
   前記割断手段の上部から前記長手方向に突出する突出部と
   前記磁石体と前記突出部との間に配置され、前記磁石体および前記割断手段に当接し、前記割断手段の動作に応じて前記長手方向へ移動する当接部と、
   前記当接部と前記突出部とを連結し、前記突出部と前記磁石体との距離が短くなるにつれて前記当接部を前記磁石体へ押しつける力が大きくなる弾性部とを備えることを特徴とする請求項３から５のいずれか一つに記載の界磁極用磁石体を構成する磁石片の製造装置。
7. 前記負荷手段は、
   前記磁石体と前記割断手段との間に配置され、前記磁石体に当接する当接部と、
   前記当接部と前記割断手段とを連結し、前記磁石体側となるにつれて前記割断手段との距離が長くなるように前記割断手段の移動方向に対して傾斜し、前記割断手段と前記磁石体との距離が短くなるにつれて前記当接部を前記磁石体へ押しつける力が大きくなる弾性部とを備えることを特徴とする請求項３から５のいずれか一つに記載の界磁極用磁石体を構成する磁石片の製造装置。
8. 前記負荷手段は、前記磁石体を支持し、前記長手方向に移動する支持部を備えることを特徴とする請求項３から７のいずれか一つに記載の界磁極用磁石体を構成する磁石片の製造装置。
9. 前記負荷手段は、前記磁石体を支持し、前記長手方向に交差する方向の軸を中心に回転する支持部を備えることを特徴とする請求項３から７のいずれか一つに記載の界磁極用磁石体を構成する磁石片の製造装置。

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