JP5428482B2

JP5428482B2 - 界磁極用磁石体の製造方法及び永久磁石型電動機

Info

Publication number: JP5428482B2
Application number: JP2009098827A
Authority: JP
Inventors: 一宏高市; 国朋石黒; 雅則岩本
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2009-04-15
Filing date: 2009-04-15
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2029-04-15
Also published as: JP2010252515A

Description

本発明は、永久磁石型電動機に用いる界磁極用磁石体の製造方法及び永久磁石型電動機に関する。

永久磁石型電動機では界磁極用磁石体がロータ又はステータを構成する鉄心の周方向に均等に複数設けられる。特許文献１には、鉄心の軸方向に複数分割された磁石片の集合体として構成される磁石体を鉄心の周方向に複数設けられる取り付け孔に挿入嵌設することが記載されている。磁石体は複数の磁石片に分割されているので、磁石片間の接触抵抗によってうず電流損を抑制して磁石体の発熱を抑制することができる。

特開平１１−２５２８３３号公報

上記従来の技術では、例えば回転刃物などによって磁石体を切断することで磁石体を各磁石片に分割し、さらに各磁石片の寸法が規定範囲内となるように磁石片の分割面を研削加工によって研磨していた。しかし、磁石片の分割面を切断及び研削加工することにより分割面の平滑度が向上するので、隣接する磁石片同士の面精度が向上する。これにより、分割面の接触抵抗が低下するので、磁石体の発熱抑制効果が不十分であった。

本発明は、複数の磁石片から構成される界磁極用磁石体の磁石片間の接触抵抗を向上させることを目的とする。

本発明は、永久磁石型電動機のロータ又はステータに配設される界磁極用磁石体の製造方法であって、磁石体を破断することで破断面にクラックを生じさせつつ複数の磁石片に分割するステップと、分割するステップによって分割された磁石片の破断面の表層部をクラックを起点として剥離させるステップと、剥離させるステップによって表層部を剥離させた複数の磁石片を一体的に結合するステップとを含むことを特徴とする。

本発明によれば、磁石体を破断することで複数の磁石片に分割し、磁石片の破断面を剥離させてから磁石片を一体的に結合するので、磁石片間の接触面積を低下させることができ、接触抵抗を増大させて磁石体の発熱抑制効果を向上させることができる。

本実施形態における界磁極用磁石体の製造方法によって製造された磁石体を適用した永久磁石型電動機の主要部の構成を示す概略構成図である。磁石体の構成を示す構成図である。磁石分割治具の構成を示す構成図である。磁石片の破断面を示す模式図である。磁石片の破断面を剥離させる工程を示す模式図である。磁石片の破断面を示す拡大図である。破断面同士を当接させた状態を示す模式図である。別実施形態における磁石片の破断面を剥離させる工程を示す模式図である。別実施形態における磁石片の破断面を示す拡大図である。別実施形態における破断面同士を当接させた状態を示す模式図である。やすりがけの時間と磁石片間の接触抵抗との関係を示すテーブルである。

以下では図面を参照して本発明の実施の形態について詳しく説明する。

（第１実施形態）
図１は本実施形態における界磁極用磁石体の製造方法によって製造された磁石体を適用した永久磁石型電動機の主要部の構成を示す概略構成図であり、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＩ−Ｉ断面を示す断面図である。図２は磁石体の構成を示す構成図である。

永久磁石型電動機Ａ（以下、単に「電動機」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と同軸的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、ステータ本体１１と、複数のコイル１２とから構成され、複数のコイル１２はステータ本体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コイル孔１３に収設される。

ロータ２０は、ロータ本体２１と、ロータ本体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３０（以下、単に「磁石体」という）とから構成され、複数の磁石体３０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嵌合孔２２に収設される。

ロータ２０の嵌合孔２２に収設される磁石体３０は図２に示すように、磁石体３０を破断分割した複数の磁石片３１が一列に整列した磁石片３１の集合体として構成される。磁石片３１の集合体は隣接する磁石片３１間の接触面積によって磁石片３１間の接触抵抗が変化するので、磁石体３０の発熱を抑制するためには磁石片３１間の接触面積を小さくする必要がある。

従来、磁石体を回転刃物などによって切断することで個々の磁石片に分割し、さらに磁石片の寸法誤差を低減するために磁石片の分割面を研削していた。これにより、磁石片の分割面の平滑度が向上するので、隣接する磁石片間の接触面積が大きくなり、磁石体の分割による発熱抑制効果が低下するという問題があった。

そこで、本実施形態では磁石体３０を切断することに代えて、磁石体３０を破断させることで磁石片３１に分割する。図３は磁石体を破断させる磁石分割治具の構成を示す構成図である。

磁石分割治具４０は、磁石体３０を載置するダイ４１と、ダイ４１の端部４４において磁石体３０を固定する磁石固定治具４２と、磁石体３０のダイ４１からはみ出た部分を押し込むことで磁石体３０を破断させるパンチ４３とから構成される。

なお、磁石体３０には破断させたい所望の位置に予め溝３２を設けておく。溝３２は例えば機械的に切削することで形成してもよいし、レーザー加工やワイヤカット放電加工によって形成してもよい。

磁石固定治具４２は磁石体３０をダイ４１へ向けて押圧することで固定する治具であり、ボルト締結又は油圧によって磁石体３０を押圧する。パンチ４３は磁石体３０のダイ４１から突き出た部分を下方へ押圧することで磁石体３０の溝３２に沿って磁石体３０を破断させる。パンチ４３は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駆動される。

磁石分割治具４０は以上のように構成され、溝３２を設けた磁石体３０がダイ４１の上面に載置され、磁石片３１一つ分の長さだけダイ４１の右端より飛び出た状態で、磁石固定治具４２によって磁石体３０を固定する。さらにパンチ４３を下降させることで磁石体３０は溝３２に沿って破断分割される。以上の動作を繰り返すことで磁石体は複数の磁石片に破断分割される。

図４は磁石分割治具によって破断された磁石片の破断面を示す模式図である。磁石片３１は破断分割されることで破断面３３の表層部に微細なクラック３４が多数生じる。また、磁石片３１は切断される場合と比べて破断面３３の表面が凹凸形状となる。

次に磁石片３１の破断面３３を剥離させる方法について図５〜図７を参照しながら説明する。図５は磁石片の破断面を剥離させる工程を示す模式図である。図６は磁石片の破断面を示す拡大図であり、図６（ａ）は剥離前、図６（ｂ）は剥離後を示す。図７（ａ）は剥離後の２つの磁石片の破断面同士を当接させた状態を示す模式図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）の範囲Ａの拡大図である。

本実施形態ではショット玉５１を高速で噴出するショットブラスト５０を用いて破断面を剥離させる。磁石固定治具４２によって固定される磁石片３１の破断面３３へ向けてショットブラスト５０によってショット玉５１を吹き付ける。ショット玉５１が破断面３３に衝突すると破断面３３の表層部がクラック３４を起点として薄く剥離する。これにより、表層部が剥離した破断面３３の表面は粗くなり、平滑度が低下する。

なおここで、磁石体３０を切削して分割した磁石片３１の切削面にブラスト処理を施しても切削面の平滑度を低下させることはできるが、本実施形態のように磁石体３０を破断した方が、破断面３３にクラック３４を生じさせることができるのでブラスト処理が容易である。すなわち、破断面３３にクラック３４が生じていることにより、表層部は脆くなっているので、ショット玉５１の圧力及び硬度をより低くしても表層部を容易に剥離させることができる。

図７に示すように、ブラスト処理後の磁石片３１の破断面３３同士を当接させると、剥離した部分において破断面３３間にクリアランス３５が生じる。これにより、磁石片３１間の接触面積が低下して接触抵抗が増大する。なお、クリアランス３５はショット玉５１の圧力、硬度又はショット玉５１の径などを変えることで調整され、例えば１２０μｍ以下となるように設定される。

以上のように、破断分割された磁石片３１の破断面３３の表層部を剥離させた後、複数の磁石片３１を破断面３３同士が当接するように一列に配置して一体的に結合することで図２に示すような界磁極用磁石体３０が形成される。

以上のように本実施形態では、磁石片３１の破断面３３を剥離させてから磁石片３１を一体的に結合するので、磁石片３１間の接触面積を低下させることができ、接触抵抗を増大させて、磁石片３１の集合体である磁石体３０の発熱抑制効果を向上させることができる。また、磁石体３０を破断することで複数の磁石片３１に分割するので、破断時に破断面３３の表層部にクラック３４を生じさせることができ、より容易に破断面３３を剥離させることができる。

また、磁石片３１の破断面３３をブラスト処理によって剥離させるので、破断面３３の表層部をクラック３４を起点としてより確実に剥離させることができる。

さらに、磁石片３１の破断面３３を剥離させてから磁石片３１の破断面３３同士を当接させるので、磁石片３１間の接触抵抗が大きくなり、当該磁石体３０を電動機Ａのロータ２０又はステータ１０に配設した場合に磁石体３０の発熱抑制効果を向上させることができる。

（第２実施形態）
本実施形態では磁石体３０を破断して磁石片３１に分割する工程は第１実施形態と同一であり、破断面３３を剥離させる工程が異なる。

本実施形態における磁石片３１の破断面３３を剥離させる方法について図８〜図１０を参照しながら説明する。図８は磁石片の破断面を剥離させる工程を示す模式図である。図９は磁石片の破断面を示す拡大図であり、図９（ａ）は剥離前、図９（ｂ）は剥離後を示す。図１０（ａ）は剥離後の２つの磁石片の破断面同士を当接させた状態を示す模式図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）の範囲Ｂの拡大図である。

本実施形態ではやすり６０を用いて破断面３３を剥離させる。磁石固定治具４２によって固定された磁石片３１の破断面３３にやすり６０を摺接させる。やすり６０は破断面３３に平行な上下方向に往復運動させる。破断面３３の表面は粗い凹凸形状となっているので、やすり６０の往復運動によって凸部３６が研削される。また、破断面３３の表層部には多数のクラック３４が点在しているのでやすりがけによってクラック３４を起点として破断面３３の表層部が容易に剥離する。

なおここで、磁石体３０を切断して分割した磁石片３１の切断面にやすりがけを施しても切断面の平滑度を低下させることはできるが、本実施形態のように磁石体３０を破断した方が、破断面３３にクラック３４を生じさせることができるのでやすりがけが容易である。また、破断面３３は凹凸形状になっているので凸部３６を研削するだけでよく、その分やすりがけ処理が容易になる。

やすりがけ後の磁石片３１の破断面３３同士を当接させると剥離した部分において破断面３３間にクリアランス３５が生じる。すなわち、一方の面の凸部３６が研削されることで当該凸部３６と他方の面の凹部３７との間にクリアランス３５が生じる。なお、やすりがけは当接する破断面３３の一方の面のみに施してもよいし、両方の面に施してもよい。両方の面に施すことでより確実に磁石片３１間にクリアランス３５を生じさせることができる。

これにより、磁石片３１間の接触面積が低下して接触抵抗が増大するので、磁石片３１の集合体である磁石体３０の発熱抑制効果が向上する。なお、クリアランス３５はやすりがけの強さ、時間、又はやすり６０の粒度を変えることで調整され、例えば１２０μｍ以下となるように設定される。

やすりがけの時間については例えば図１１を参照して設定する。図１１は、やすりがけの時間と磁石片３１間の接触抵抗との関係を示すテーブルである。図１１に示すように磁石片３１間の接触抵抗はやすりがけの時間が長いほど大きくなるので、所望の接触抵抗となるようにやすりがけの時間が設定される。

以上のように、破断分割された磁石片３１の破断面３３の表層部を研削及び剥離させた後、複数の磁石片３１を破断面３３同士が当接するように一列に配置して一体的に結合することで界磁極用磁石体３０が形成される。

以上のように本実施形態では、磁石片３１の破断面３３を研削することで剥離させるので、破断面３３の表層部をクラック３４を起点としてより確実に剥離させることができる。よって、磁石片３１間の接触面積を低下させることができ、接触抵抗を増大させて磁石体３０の発熱抑制効果を向上させることができる。

また、破断面３３を研削することにより破断面３３の凸部３６を削ることができるので、当接する破断面３３間により確実にクリアランス３５を形成することができ、磁石片３１間の接触抵抗を増大させて磁石体３０の発熱抑制効果を向上させることができる。

以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能である。

例えば、第１実施形態ではショットブラスト５０を用いて破断面３３を剥離させているが、破断面３３の表面を剥離させることができるものであればよく、例えばエアーブラストなどを用いてもよい。

また、第２実施形態ではやすりがけによって破断面３３を研削しているが、破断面３３の表面を研削できるものであればよく、例えばカップブラシなどを用いてもよい。

Ａ永久磁石型電動機
１０ステータ
２０ロータ
３０界磁極用磁石体
３１磁石片
４０磁石分割治具
５０ショットブラスト
６０やすり

Claims

永久磁石型電動機のロータ又はステータに配設される界磁極用磁石体の製造方法であって、
前記磁石体を破断することで破断面にクラックを生じさせつつ複数の磁石片に分割するステップと、
前記分割するステップによって分割された前記磁石片の前記破断面の表層部を前記クラックを起点として剥離させるステップと、
前記剥離させるステップによって前記表層部を剥離させた複数の前記磁石片を、前記破断面が互いに当接するように一列に一体的に結合するステップと、
を含むことを特徴とする界磁極用磁石体の製造方法。
前記剥離させるステップは、前記分割するステップによって分割された前記磁石片の破断面にブラスト処理を施すことによって前記磁石片の表層部を剥離させることを特徴とする請求項１に記載の界磁極用磁石体の製造方法。
前記剥離させるステップは、前記分割するステップによって分割された前記磁石片の破断面を研削することで破断面の表層部を剥離させることを特徴とする請求項１又は２に記載の界磁極用磁石体の製造方法。
永久磁石型電動機において、請求項１から３までのいずれか１項に記載の製造方法によって製造された界磁極用磁石体がロータ又はステータに配設されることを特徴とする永久磁石型電動機。