JP2020198659A

JP2020198659A - 永久磁石装着用治具および永久磁石装着方法

Info

Publication number: JP2020198659A
Application number: JP2019101751A
Authority: JP
Inventors: 清水　浩; Hiroshi Shimizu; 浩清水
Original assignee: E-Gle Co Ltd; E Gle Co Ltd
Current assignee: E-Gle Co Ltd; E Gle Co Ltd
Priority date: 2019-05-30
Filing date: 2019-05-30
Publication date: 2020-12-10

Abstract

【課題】永久磁石回転子のロータケースのビス止め用孔を利用することによって、回転子ヨークに設けた複数の突起の間に永久磁石をスムーズに挿入することができる永久磁石装着用治具および永久磁石装着方法を提供する。【解決手段】永久磁石装着用治具５０は、円弧状の本体部５４と、永久磁石４０の軸方向に直交する断面形状の少なくとも一つの永久磁石挿入用貫通孔５３と、複数の位置決め用貫通孔５１を有し、複数の位置決め用貫通孔５１とロータケース１０の複数のビス止め用孔１１を整列させた際に、永久磁石挿入用貫通孔５３と前記永久磁石装着空間３２が整列する配置関係を有する。【選択図】図７

Description

本発明は、本開示は、永久磁石装着用治具および永久磁石装着方法に関する。

近年、地球温暖化、エネルギー枯渇、大気汚染などの問題に対応するために、電気自動車を普及させる動きが高まっている。電気自動車の駆動モータとしては、ホイール内にモータを取り付けてホイールを直接駆動するダイレクトドライブ型インホイールモータが知られている。インホイールモータとして高トルクを得るためには、永久磁石回転子を用いたアウターロータ型モータが適している。

アウターロータ型モータの永久磁石回転子に永久磁石を取り付ける方法として、例えば、特許文献１に開示された永久磁石回転子は、回転子ヨークの内周面に設けた複数の楔状の突起の間に永久磁石を固定している。

特開２０１８−１６４３６６号公報

永久磁石回転子のアウターロータ型モータの出トカルクは、ロータの永久磁石の内径に比例する。また、出力トルクは、固定子側の電流、固定子の巻線数、永久磁石の磁束密度、永久磁石の表面積にそれぞれ比例する。したがって、大きなトルク出力を得るには、ロータの外径を大きくし、磁石の表面積を大きくする必要がある。磁石面積を大きくすることは、磁石の周方向寸法を配列ピッチに近づけることと同意である。すなわち、強力な永久磁石を大量に使用する必要がある。

また、インホイールモータに用いられる永久磁石回転子では、電気自動車の振動によっても永久磁石が脱落しないように、回転子ヨークの内面に永久磁石を強固に取り付ける必要がある。よって、特許文献１に開示されたような、回転子ヨークの内周面に一体に設けた複数の楔状の突起の間に永久磁石を固定することが望ましい。

しかし、着磁後の永久磁石を回転子ヨークの軸方向から挿入しようとすると、回転子ヨークを構成する電磁鋼板と永久磁石とが引き合い、永久磁石を楔状の突起の間に位置合わせすることは困難である。また、永久磁石を突起の間に位置合わせできたとしても、挿入には大きな力が必要であり、かつ、永久磁石表面に設けたニッケルメッキまたは有機材料の樹脂などからなる保護層を傷つけないためには、軸方向に正しく力を加える必要がある。

本発明は、これらの実情に鑑みてなされたものであり、永久磁石回転子のロータケースのビス止め用孔を利用することによって、回転子ヨークに設けた複数の突起の間に永久磁石をスムーズに挿入することができる永久磁石装着用治具および永久磁石装着方法を提供することを、その目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の技術手段は、円筒状の周縁部を有するカップ状のロータケースと、該ロータケースの前記周縁部の内側に配置され、内周面に軸方向に複数の突起を有する回転子ヨークと、該回転子ヨークの前記突起間に形成された永久磁石装着空間に固着された複数の永久磁石と、を有し、前記ロータケースの軸方向端面側で前記ロータケースに設けたロータキャップ取付用の複数のビス止め用孔を備えた永久磁石回転子の、永久磁石装着用治具であって、円弧状の本体部と、前記永久磁石の軸方向に直交する断面形状の少なくとも一つの永久磁石挿入用貫通孔と、複数の位置決め用貫通孔を有し、前記複数の位置決め用貫通孔と前記ロータケースの複数の前記ビス止め用孔とを整列させた際に、前記永久磁石挿入用貫通孔と前記永久磁石装着空間とが整列する配置関係を有することを特徴とするものである。

第２の技術手段は、第１の技術手段において、前記本体部が非磁性体材料からなり、軸方向の厚さが１０ｍｍ以上の厚さを有することを特徴とするものである。

第３の技術手段は、第１または第２の技術手段の永久磁石装着用治具を用いて、永久磁石を永久磁石回転子の回転子ヨークに装着する永久磁石装着方法であって、前記永久磁石装着用治具を、前記回転子ヨークを装着したロータケースの軸方向端面に載置する工程、前記永久磁石装着用治具に形成した複数の位置決め用貫通孔と前記ロータケースの複数のビス止め用孔に位置決めピンを挿入する工程、前記永久磁石装着用治具に形成した永久磁石挿入用貫通孔を介して、前記回転子ヨークの内周面に軸方向に形成した複数の突起間の永久磁石装着空間に、軸方向から前記永久磁石を挿入する工程、を有することを特徴とするものである。

本発明によれば、回転子ヨークに設けた複数の突起の間に永久磁石をスムーズに挿入することが可能になる。

本発明に係る永久磁石装着用治具によって組み立てられる、永久磁石回転子の一例を軸方向から見た図である。図１に示す永久磁石回転子のII−II線に沿った矢視断面図である。図１に示す永久磁石回転子の永久磁石挿入前を示す斜視図である。図１に示す永久磁石回転子の永久磁石の一例を示す図である。本発明に係る永久磁石装着用治具の一例を示す斜視図である。本発明に係る永久磁石装着用治具の例を軸方向から見た平面図である。本発明に係る永久磁石装着用治具を用いて永久磁石を回転子ヨークに装着する方法を説明するための図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の永久磁石装着用治具に係る好適な実施形態について説明する。以下の説明において、異なる図面においても同じ符号を付した構成は同様のものであるとして、その説明を省略する場合がある。なお、本発明はこれらの実施形態での例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された事項の範囲内および均等の範囲内におけるすべての変更を含む。また、複数の実施形態について組み合わせが可能である限り、本発明は任意の実施形態を組み合わせたものを含む。

まず、本発明に係る永久磁石装着用治具が用いられる永久磁石回転子について説明する。図１は、本発明に係る永久磁石装着用治具によって組み立てられる永久磁石回転子の一例を軸方向から見た図であり、ロータキャップを外した状態を示している。図２は、図１に示す永久磁石回転子のII−II線に沿った矢視断面図である。また、図３は、図１に示す永久磁石回転子の永久磁石挿入前を示す斜視図であり、図４は、図１に示す永久磁石回転子の永久磁石の一例を示す図である。

永久磁石回転子１００は、ロータケース１０、回転子ヨーク３０、永久磁石４０、および、ロータキャップ２０を備えている。ロータケース１０は、アルミニウムなどの非磁性体材料からなるカップ状の部材であり、インホイールモータとしてホイールが取り付けられる側面部１０ｂとこの側面部１０ｂから軸方向に延びる周縁部１０ａを有している。ロータケース１０およびロータキャップ２０はロータカバーあるいはロータハウジングと呼ばれることもある。

回転子ヨーク３０は、本実施形態では、リング状の電磁鋼板の積層体からなり、ロータケース１０の周縁部１０ａの内側に固定されている。回転子ヨーク３０の内周面には、複数の楔状の突起３１が設けられており、この突起３１の間に永久磁石４０の永久磁石装着空間３２が形成されている。永久磁石４０は、後述するように、回転子ヨーク３０の軸方向から装着可能であり、突起３１は、永久磁石４０の周方向の両端面４３に当接して、永久磁石４０が径方向の内側に脱落するのを機械的に防止している。

ロータケース１０の周縁部１０ａの内周面には、所定のピッチ（間隔）で例えば断面半円状で軸方向に延びる複数の切欠溝１２が設けられており、回転子ヨーク３０の外周面には、切欠溝１２と同じピッチで例えば断面半円状で軸方向に延びる複数の切欠溝３３が設けられている。そして、切欠溝１２と切欠溝３３とが対向するように、ロータケース１０の周縁部１０ａの内側に回転子ヨーク３０を配置し、切欠溝１２と切欠溝３３によって形成される断面円状の溝に固定ピン１４を挿入することによって、回転子ヨーク３０がロータケース１０の周縁部１０ａの内周面で回転しないように固定している。また、周縁部１０ａの外周側には、軸方向に突出する環状の位置決め用リム１５が設けられている。

永久磁石４０は、例えば、磁束密度が高く磁力の大きなネオジム磁石の積層体が用いられる。本実施形態では、永久磁石４０の形状は、図４に示すように、モータとして組み立てた際に、図示しない固定子に対向する内周面４１と、回転子ヨーク３０の内周面に当接する外周面４２を有しており、ともに円弧状である。永久磁石４０の外周面４２は回転子ヨーク３０の内周面に当接しているため、外周面４２の曲率は回転子ヨーク３０の内周面の曲率に等しくなっている。また、永久磁石４０の周方向の両端面４３は、ともに平面状に形成されており、回転子ヨーク３０の突起３１の間の磁石挿入空間に固着された際に、楔状の突起３１に係止されて脱落しないように、両端面４３がなす角度は鋭角となっており、両端面４３を延長した平面は内周面４１側で交差する。

カップ状のロータケース１０の軸方向の開口部側には、アルミニウム等の非磁性体材料からなるロータキャップ２０が固着される。ロータケース１０の周縁部１０ａには、所定のピッチで軸方向に延びるビス止め用孔１１が設けられており、ロータキャップ２０にも、ビス止め用孔１１と対向する位置にビス止め用の孔が設けられている。そして、回転子ヨーク３０の複数の永久磁石装着空間３２内に永久磁石４０を装着した状態で、ロータケース１０とロータキャップ２０をビス１３によってビス止めしている。これにより、永久磁石４０を装着した回転子ヨーク３０がロータケース１０から脱落するのを防止するとともに、外部から回転子ヨーク３０の内径側に塵や泥などが侵入するのを防いでいる。

次に、本実施形態の永久磁石装着用治具と、この永久磁石装着用治具を用いた永久磁石装着方法について説明する。図５は、本発明に係る永久磁石装着用治具の一例を示す斜視図であり、図６は、本発明に係る永久磁石装着用治具の例を軸方向から見た平面図である。また、図７は、本発明に係る永久磁石装着用治具を用いて永久磁石を回転子ヨークに装着する方法を説明するための図である。

永久磁石装着用治具５０は、アルミニウム等の非磁性体材料からなる円弧状の本体部５４と、永久磁石４０の軸方向に直交する断面形状の永久磁石挿入用貫通孔５３と、複数の第１位置決め用貫通孔５１および第２位置決め用貫通孔５２を有している。本実施形態では、永久磁石装着用治具５０は磁石の装着効率を上げるために、３つの永久磁石挿入用貫通孔５３を有しているが、永久磁石挿入用貫通孔５３は少なくとも１つあればよい。永久磁石装着用治具５０は、ロータケース１０の周縁部１０ａの内側に回転子ヨーク３０を装着した状態で、ロータケース１０と回転子ヨーク３０の軸方向の端面に当接させた状態で用いる。

第１位置決め用貫通孔５１は、本体部５４の外周縁側に複数個設けられている。第１位置決め用貫通孔５１のピッチは、ロータケース１０に設けたビス止め用孔１１のピッチと同じである。また、永久磁石装着用治具５０の外周面５５の曲率は、ロータケース１０の位置決め用リム１５の内周面の曲率に等しく、永久磁石装着用治具５０の外周面５５から第１位置決め用貫通孔５１までの径方向の距離は、ロータケース１０の位置決め用リム１５の内周面からビス止め用孔１１までの径方向の距離と等しくなっている。これにより、永久磁石装着用治具５０をロータケース１０と回転子ヨーク３０の軸方向の端面に載置させた際に、複数個の第１位置決め用貫通孔５１と複数のビス止め用孔１１とがそれぞれ対向することができる。

そして、永久磁石装着用治具５０は、複数の第１位置決め用貫通孔５１をロータケース１０の複数のビス止め用孔１１に整列させた際に、永久磁石挿入用貫通孔５３と永久磁石装着空間３２とが整列する配置関係を有している。これにより、複数の第１位置決め用貫通孔５１をロータケース１０の複数のビス止め用孔１１に整列させた状態で、永久磁石挿入用貫通孔５３から永久磁石４０を挿入することによって、永久磁石４０を回転子ヨーク３０の永久磁石装着空間３２に軸方向から挿入することが可能となる。

本体部５４の軸方向の厚さＤが薄く永久磁石４０が着磁されている場合は、永久磁石４０の磁力によって、永久磁石４０が回転子ヨーク３０側に引き付けられるため、永久磁石４０を永久磁石挿入用貫通孔５３に挿入することが難しくなる。このため、本体部５４の軸方向の厚さＤは１０ｍｍ以上であることが望ましい。

永久磁石４０を回転子ヨーク３０の永久磁石装着空間３２に装着する方法としては、まず、ロータケース１０の周縁部１０ａの内面側に回転子ヨーク３０を挿入し、ロータケース１０の切欠溝１２と回転子ヨーク３０の切欠溝３３とが対向するように位置合わせを行う。そして、切欠溝１２と切欠溝３３によって形成される断面円状の溝に固定ピン１４を挿入して、両者を固定する。この場合、固定ピン１４を全ての切欠溝１２と切欠溝３３に挿入する必要はない。

次に、永久磁石装着用治具５０をロータケース１０と回転子ヨーク３０の軸方向の端面に載置し、複数個の第１位置決め用貫通孔５１とロータケース１０に形成した複数のビス止め用孔１１との位置合わせを行う。具体的には、ロータケース１０に設けた位置決め用リム１５の内周面に永久磁石装着用治具５０の外周面５５を当接させた状態で、永久磁石装着用治具５０をロータケース１０と回転子ヨーク３０の軸方向の端面に載置し、永久磁石装着用治具５０を周方向にスライドさせることによって、第１位置決め用貫通孔５１の位置がビス止め用孔１１の位置と一致するように合わせる。

次に、図７に示すように、第１位置決め用貫通孔５１の位置がビス止め用孔１１の位置と一致した状態で、複数の第１位置決め用貫通孔５１とビス止め用孔１１とに、位置決めピン６０を挿入する。この状態で、永久磁石挿入用貫通孔５３と永久磁石装着空間３２とが整列する。そして、永久磁石挿入用貫通孔５３を介して、回転子ヨーク３０の内周面に軸方向に形成した複数の突起３１間の永久磁石装着空間３２に、軸方向から永久磁石４０を挿入する。

本実施形態では、永久磁石装着用治具５０は、第１位置決め用貫通孔５１よりも内径側に、複数の第２位置決め用貫通孔５２を有している。第２位置決め用貫通孔５２のピッチは、ロータケース１０に設けた切欠溝１２のピッチと同じである。また、永久磁石装着用治具５０の外周面５５から第２位置決め用貫通孔５２までの径方向の距離は、ロータケース１０の位置決め用リム１５の内周面から切欠溝１２までの径方向の距離と等しくなっている。

そして、永久磁石装着用治具５０の第１位置決め用貫通孔５１の位置がロータケース１０のビス止め用孔１１の位置と一致した際に、第２位置決め用貫通孔５２が、切欠溝１２と切欠溝３３の位置に一致するように、第２位置決め用貫通孔５２が設けられている。これにより、第１位置決め用貫通孔５１を用いる代わりに、固定ピン１４を挿入していない切欠溝１２と切欠溝３３に位置する第２位置決め用貫通孔５２に位置決め用ピンを挿入することによって、永久磁石装着用治具５０の位置決めを行うことが可能である。

１０…ロータケース、１０ａ…周縁部、１０ｂ…側面部、１１…ビス止め用孔、
１２…切欠溝、１３…ビス、１４…固定ピン、１５…位置決め用リム、２０…ロータキャップ、３０…回転子ヨーク、３１…突起、３２…永久磁石装着空間、３３…切欠溝、４０…永久磁石、４１…内周面、４２…外周面、４３…両端面、５０…永久磁石装着用治具、５１…第１位置決め用貫通孔、５２…第２位置決め用貫通孔、５３…永久磁石挿入用貫通孔、５４…本体部、５５…外周面、６０…位置決めピン、１００…永久磁石回転子。

Claims

円筒状の周縁部を有するカップ状のロータケースと、
該ロータケースの前記周縁部の内側に配置され、内周面に軸方向に複数の突起を有する回転子ヨークと、
該回転子ヨークの前記突起間に形成された永久磁石装着空間に固着された複数の永久磁石と、を有し、
前記ロータケースの軸方向端面側で前記ロータケースに設けたロータキャップ取付用の複数のビス止め用孔を備えた永久磁石回転子の、永久磁石装着用治具であって、
円弧状の本体部と、
前記永久磁石の軸方向に直交する断面形状の少なくとも一つの永久磁石挿入用貫通孔と、
複数の位置決め用貫通孔を有し、
前記複数の位置決め用貫通孔と前記ロータケースの複数の前記ビス止め用孔とを整列させた際に、前記永久磁石挿入用貫通孔と前記永久磁石装着空間とが整列する配置関係を有することを特徴とする永久磁石装着用治具。
前記本体部が非磁性体材料からなり、軸方向の厚さが１０ｍｍ以上の厚さを有することを特徴とする、請求項１に記載の永久磁石装着用治具。
請求項１または２に記載の永久磁石装着用治具を用いて、永久磁石を永久磁石回転子の回転子ヨークに装着する永久磁石装着方法であって、
前記永久磁石装着用治具を、前記回転子ヨークを装着したロータケースの軸方向端面に載置する工程、
前記永久磁石装着用治具に形成した複数の位置決め用貫通孔と前記ロータケースの複数のビス止め用孔に位置決めピンを挿入する工程、
前記永久磁石装着用治具に形成した永久磁石挿入用貫通孔を介して、前記回転子ヨークの内周面に軸方向に形成した複数の突起間の永久磁石装着空間に、軸方向から前記永久磁石を挿入する工程、
を有することを特徴とする永久磁石装着方法。