JP2021019425A

JP2021019425A - ロータの製造方法

Info

Publication number: JP2021019425A
Application number: JP2019133746A
Authority: JP
Inventors: 悠也熊坂; Yuya Kumasaka; 宏金原; Hiroshi Kanehara
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-07-19
Filing date: 2019-07-19
Publication date: 2021-02-15

Abstract

【課題】永久磁石の、ロータの磁石挿入孔への挿入性を改善する。【解決手段】実施形態に係るロータの製造方法は、ロータコア２に設けられた磁石挿入孔３の中心軸Ｃを算出する工程と、算出した中心軸Ｃと、磁石挿入孔３内に収容される永久磁石１の中心軸ｃとを一致させる工程と、中心軸Ｃと中心軸ｃとを一致させた状態で、中心軸に沿って永久磁石１を磁石挿入孔３内に挿入する工程とを含む。磁石挿入孔３と永久磁石１の中心軸を一致させて挿入することで、永久磁石１の破損を抑制することができる。【選択図】図２

Description

本発明は、ロータの製造方法に関する。

ハイブリットカー等の駆動用モータとして、ロータコアの内部に永久磁石が埋め込まれたＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）モータが知られている。ＩＰＭモータのロータは、貫通孔が形成された電磁鋼鈑を積層することで磁石挿入孔を有するロータコアを形成した後、磁石挿入孔に磁石を挿入し、挿入した磁石を磁石挿入孔内で固定することで製造される。

ＩＰＭモータのロータコアへの磁石挿入工程には、例えば、特許文献１に記載された技術がある。特許文献１では、軸心を同一にして対向配置されたロッドにより、永久磁石をその長さ方向両側から挟持した状態で、磁石挿入孔内に挿入する技術が開示されている。

特開２０１７−０５５５９３号公報

ロータコアは積層鋼板であるため、積層ずれが発生し、磁石挿入孔内に段差が発生する場合がある。また、電磁鋼板の貫通孔はプレス打ち抜き加工により形成されるため、電磁鋼板の端面にはバリが形成される。このため、磁石を磁石挿入孔に挿入する際に、ロータコアと磁石とが接触し、磁石の割れや欠けが発生するという問題がある。

また、モータの損失の増大を防止するため磁石には絶縁処理がなされているが、磁石挿入工程におけるロータコアと磁石との接触により、絶縁塗装・絶縁フィルムの損傷が発生する恐れがある。さらに、特許文献１のように、永久磁石をその長さ方向両側から挟持すると、磁石に圧縮応力がかかり、磁石が破損する恐れがある。ロータコアが連続的なスキュー構造を有しており、磁石挿入孔が複数の電磁鋼板の積層方向に対して斜めの方向の場合には、特に、磁石を磁石挿入孔に挿入することが困難となる。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、永久磁石の、ロータの磁石挿入孔への挿入性を改善することが可能なロータの製造方法を提供することである。

本発明の一態様に係るロータの製造方法は、ロータコアに設けられた磁石挿入孔の孔中心軸を算出する工程と、算出した前記孔中心軸と、前記磁石挿入孔内に収容される永久磁石の中心軸とを一致させる工程と、前記孔中心軸と前記中心軸とを一致させた状態で、前記孔中心軸に沿って前記永久磁石を前記磁石挿入孔内に挿入する工程とを含む。

本発明によれば、永久磁石の、ロータの磁石挿入孔への挿入性を改善することが可能なロータの製造方法を提供することができる。

実施の形態の磁石挿入工程の一例を説明する図である。実施の形態に係るロータの製造方法のフロー図である。実施の形態の磁石挿入工程の他の例を説明する図である。実施の形態の磁石挿入工程の他の例を説明する図である。実施の形態の磁石挿入工程の他の例を説明する図である。実施の形態の磁石挿入工程の他の例を説明する図である。比較例の磁石挿入工程を説明する図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。各図における同等の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。なお、本明細書において、永久磁石を単に「磁石」と表現する場合がある。

実施の形態は、ロータの磁石挿入孔に永久磁石を挿入する工程を含む、ロータの製造方法に関する。実施の形態に係るロータの製造方法は、ロータコアに設けられた磁石挿入孔の孔中心軸を算出する工程と、算出した前記孔中心軸と、前記磁石挿入孔内に収容される永久磁石の中心軸とを一致させる工程と、前記孔中心軸と前記中心軸とを一致させた状態で、前記孔中心軸に沿って前記永久磁石を前記磁石挿入孔内に挿入する工程とを含む。このように、磁石挿入孔と永久磁石の中心軸を一致させて挿入することで、挿入性を改善することができる。以下、具体的な内容について説明する。

図１は、実施の形態の磁石挿入工程の一例を説明する図である。また、図２は、実施の形態に係るロータの製造方法における、永久磁石挿入工程を説明するフロー図である。図１では、永久磁石１を挿入する一つの磁石挿入孔３のみが示されているが、ロータコア２内に設定される磁極数はこれに限定されるものでない。なお、以下の実施の形態においては、ロータコア２の上側から永久磁石１を挿入する例を示している。

図１は、ロータコア２を、磁石挿入孔３の中心軸を通る面で切断した断面を示している。ロータは、ロータコア２の磁石挿入孔３内に永久磁石１を挿入して、樹脂で固定することで得られる。このようにして得られるロータは、主にＩＰＭモータに用いられる。

ロータコア２は、複数の電磁鋼鈑を積層して形成される。なお、ロータコア２を構成する一つの電磁鋼鈑は、円周方向に連結部が設けられていない一体構造のものであってもよく、円弧状のロータコア片部を環状に連結できる分割構造のものでもよい。

複数の電磁鋼板には、それぞれ貫通孔が形成されている。これらの電磁鋼鈑を、貫通孔が連通するように積層することで、磁石挿入孔３が形成される。ロータコア２の磁石挿入孔３の開口部の形状は、永久磁石１の断面形状に対応している。図１、２に示す例では、永久磁石１は直方体状であり、磁石挿入孔３は断面矩形状である。なお、永久磁石１や、磁石挿入孔３形状や配置は、用途に応じて種々変更可能である。例えば、永久磁石１は円柱状であり、磁石挿入孔３は断面円形状であってもよい。

ここで、図２を参照して、実施の形態における磁石挿入工程について説明する。図２に示すように、まず、ロータコア２を治具１１上にセットする（ステップＳ１１）。ロータコア２は治具１１により固定され、治具１１の移動とともに移動する。そして、磁石挿入孔３の位置、形状を測定する（ステップＳ１２）。例えば、孔内周面に光を照射し、孔内周面からの反射光を光センサにより受光し、受光した位置に基づいて、磁石挿入孔３の軸方向の各部における形状を測定することができる。

その後、磁石挿入孔３の測定結果に基づき、ロータコア高さＨ１、Ｈ２、Ｈ３…の孔中心（Ｘ１、Ｙ１）、（Ｘ２、Ｙ２）、（Ｘ３、Ｙ３）…と、孔上面形状Ａと孔底面位置Ｂを定義する（ステップＳ１３）。なお、孔上面形状Ａとは、永久磁石１が挿入される直前に、永久磁石１に対向する磁石挿入孔３の開口部の形状を指すものとする。ここでの開口部が形成される面は、ロータコア２の上面であり、地面に対して水平な面である。また、孔底面位置Ｂとは、永久磁石１の挿入が完了したときに、永久磁石１の下端が到達する磁石挿入孔３の下端を指すものとする。

ステップＳ１３により得られた孔中心（Ｘ１、Ｙ１）、（Ｘ２、Ｙ２）、（Ｘ３、Ｙ３）…より最小二乗法で中心軸Ｃを定義する（ステップＳ１４）。この中心軸Ｃは、磁石挿入孔３の孔中心軸に相当する。そして、中心軸Ｃが地面に対して垂直となるように治具を移動する（ステップＳ１５）。

ステップＳ１１〜Ｓ１５と並行して、永久磁石１がチャック１０にセットされる（ステップＳ１６）。永久磁石１は、チャック１０により固定され、チャック１０が移動するとともに移動する。そして、永久磁石１の位置、形状が測定される（ステップＳ１７）。永久磁石１の測定には、例えば三次元測定機が用いられ得る。

その後、永久磁石１の測定結果に基づき、磁石高さｈ１、ｈ２、ｈ３…の磁石中心（ｘ１、ｙ１）、（ｘ２、ｙ２）、（ｘ３、ｙ３）…と、磁石底面形状ａと磁石底面位置ｂとが定義される（ステップＳ１８）。なお、磁石底面形状ａとは、永久磁石１の底面の形状を指すものとする。また、磁石底面位置ｂとは、永久磁石１の下端の位置を指すものとする。

ステップＳ１８により得られた孔中心（ｘ１、ｙ１）、（ｘ２、ｙ２）、（ｘ３、ｙ３）…より最小二乗法で中心軸ｃを定義する（ステップＳ１９）。そして、中心軸Ｃと中心軸ｃとが一致するように、チャック１０を移動させて（ステップＳ２０）、永久磁石１の位置を調整する。

その後、中心軸を一致させた状態で、孔上面形状Ａと磁石底面形状ａとが一致するまで、チャック１０を回転させる（ステップＳ２１）。そして、中心軸を一致させた状態で、該中心軸に沿って永久磁石１を磁石挿入孔３内に挿入する（ステップＳ２２）。永久磁石１は、その磁石底面位置ｂが孔底面位置Ｂに達するまで、磁石挿入孔３内を移動する。その後、チャック１０を永久磁石１から離して上昇させる（ステップＳ２３）ことで、ロータが得られる。

ここで、比較例について説明する。図４は、比較例の磁石挿入工程を説明する図である。比較例では、軸心を同一にして対向配置されたロッド２０により、永久磁石１をその長さ方向両側から挟持した状態で、磁石挿入孔内に挿入している。この場合、矢印で示すように、永久磁石１に圧縮応力がかかり、磁石が破損する恐れがある。

これに対し、実施の形態では、永久磁石１と磁石挿入孔３の中心軸を一致させ、中心軸に沿って永久磁石１を挿入する。これにより、永久磁石１とロータコア２の接触を抑制し、永久磁石の破損を防止することが可能となる。

なお、永久磁石１の表面は絶縁処理が施されていてもよい。絶縁処理としては、例えば、絶縁塗装、絶縁フィルム、不織布等があげられる。実施の形態によれば、このような絶縁処理部材の破損も防止することが可能である。

図３Ａ〜３Ｄは、実施の形態の磁石挿入工程の他の例を説明する図である。図３Ａ〜３Ｄに示す例では、ロータコア２は、スキュー構造を有している。すなわち、この例のロータコア２では、複数の電磁鋼板が軸方向の一方側へ向かうに従って周方向の一方側に一定角度ずつ位置がずれるように配置されている。これにより、図３Ａに示すように、各電磁鋼板に形成された貫通孔により、複数の電磁鋼板にわたって、電磁鋼板の積層方向に対して斜めに連通する磁石挿入孔３が形成される。

図３Ａ〜３Ｄは、図２に示したフロー図のステップの一部に対応する。その他のステップは、図２に示したステップと同一であるため、説明を省略する。図３Ｂは、図２のステップＳ１５に対応する。図３Ｂに示すように、中心軸Ｃが地面に対して垂直となるように治具を移動する。

図３Ｃは、図２のステップＳ２１に対応する。中心軸を一致させた状態で、孔上面形状Ａと磁石底面形状ａとが一致するまで、チャック１０を回転させる。なお、ここでは、孔上面形状Ａは、永久磁石１が挿入される直前に、永久磁石１に対向する磁石挿入孔３の開口部の形状を指す。ここでの開口部が形成される面は、図３Ｂにおいて、両矢印で示すように、地面に対して水平な面であるが、ロータコア２の上面とは異なる。

図３Ｄは、図２のステップＳ２２に対応する。図３Ｄに示すように、中心軸を一致させた状態で、該中心軸に沿って永久磁石１を磁石挿入孔３内に挿入する。永久磁石１は、その磁石底面位置ｂが、図３Ｄ中矢印で示される孔底面位置Ｂに達するまで、磁石挿入孔３内を移動する。このように、実施の形態によれば、スキュー構造の磁石挿入孔３であっても、挿入性の悪化を最小に抑えながら、永久磁石１を磁石挿入孔３内に挿入することが可能となる。

永久磁石１に絶縁処理がなされている場合には、永久磁石１と磁石挿入孔３の中心軸を合わせて挿入することで、絶縁フィルムや不織布といった絶縁部材の破損を抑制することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。ロータコア２の材質は電磁鋼板に限定されない。例えば、電磁軟鉄等の軟磁性体を用いることもできる。また、ロータコア２は、表面を絶縁被膜で覆った磁性体の粉末を圧縮して円筒状に固めた圧粉磁心であってもよい。

また、永久磁石１の挿入方向は上述の例に限定されない。例えば、ロータコア２の下側から永久磁石１を挿入してもよく、ロータコア２と永久磁石１を横向きに配置して挿入することも可能である。

なお、図２のステップＳ２０の中心軸Ｃと中心軸ｃとを一致させるステップ、孔上面形状Ａと磁石底面形状ａとを一致させるステップは、十分に精度よく一致している場合には省略可能である。

また、上述の例では、チャック１０を移動させて永久磁石１の位置を調整したが、これに限定されない。例えば、治具１１を移動させて、ロータコア２の位置を調整してもよい。永久磁石１と磁石挿入孔３との相対的に移動できれば、チャック１０、治具１１の両方を移動させてもよく、いずれか一方のみを移動させてもよい。実施の形態の製造方法により得られるロータを用いたＩＰＭモータは、ハイブリッドカーや電気自動車、発電機等に用いられ得る。

１永久磁石
２ロータコア
３磁石挿入孔
１０チャック
１１治具
Ａ孔上面形状
Ｂ孔底面位置
ａ磁石底面形状
ｂ磁石底面位置

Claims

ロータコアに設けられた磁石挿入孔の孔中心軸を算出する工程と、
算出した前記孔中心軸と、前記磁石挿入孔内に収容される永久磁石の中心軸とを一致させる工程と、
前記孔中心軸と前記中心軸とを一致させた状態で、前記孔中心軸に沿って前記永久磁石を前記磁石挿入孔内に挿入する工程と、
を含む、
ロータの製造方法。