JP5496255B2 - 磁石式回転電機の回転子の製造方法およびその製造装置 - Google Patents
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Description
このとき、磁石を貼付ける際に、各磁石をコア上に保持しながら、それぞれ径方向外側からコアの中心に向かって押し付ける方法や、コアの軸方向上側から磁石を落下させながら、所定の位置に貼付ける方法が適用されるが、磁石貼付け用の治具として、大掛かりなものが必要となる。
また、コアに磁石を貼付ける際に、コアの突起の片側に磁石の一方の側面を当接して位置決めをしているものの、軸方向に対する位置決め手段がないので、作業性が悪いという課題があった。
また、この発明に係る磁石式回転電機の回転子の製造装置は、円柱形状または多角柱形状をなし、外周面に沿って配置されて径方向外側に突出した所定数の突起を有するコアと、所定数の突起の相互間で一方の突起の側面に当接するようにコアの外周面に密着された所定数の短冊形状の磁石と、により構成された磁石式回転電機の回転子の製造装置であって、薄板鋼板を切断してコアのピースを形成する切断装置と、コアのピースを、コアの軸方向長さ分に相当する所定枚数だけ積層してコアを形成する積層装置と、コアを回転自在に装着する回転治具と、コアの外周面の磁石装着位置に接着剤を塗布する塗布装置と、磁石の原型となる短冊形状の磁石ピースを形成する磁石ピース形成装置と、磁石ピースを、コアに装着すべき所定数だけ整列させて装着する規制治具と、所定数の磁石ピースの各々の軸方向の一端面位置を、コアの軸方向の一端面位置と一致させるために、コアの軸方向下端面に配置されコアの外形よりも大きい外径の規制板を備えた軸方向調整治具と、コア上に装着された所定数の磁石ピースの各々を所定方向に着磁する着磁装置と、を備え、回転治具によりコアを回転させながら、規制治具により磁石ピースをコアに押圧させ、所定数の磁石ピースを1枚ずつ順次にコアの磁石装着位置に装着するとともに、軸方向位置は、規制板に磁石ピースの下端を当接することにより位置を決定し、周方向位置は、所定数の磁石ピースの各々の径方向内面を、所定数の突起の相互間のコアの外周面に密着させるとともに、所定数の磁石ピースの各々を、各磁石ピースの両側に位置する2つの突起の間の中央部よりも一方の突起側にずれて配置させるものである。
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態1について説明する。
図1はこの発明の実施の形態1に係る磁石式回転電機の回転子1を示す上面図(a)および側面図(b)である。
図1において、回転子1は、複数の磁石2が位置決め配置された磁性材のコア3により構成されている。
また、コア3には、中心軸に沿って貫通された中心穴5と、中心穴5の周辺に中心穴5と平行に貫通された複数の周辺穴6と、が形成されている。
なお、図示しないが、回転子1の外周部には、各磁石2に対向する複数の巻線を備えた円筒形状の固定子が対向配置されており、回転子1および固定子により磁石式回転電機が構成されている。また、コア3の中心穴5には、磁石式回転電機の出力軸(図示せず)が挿入される。
なお、複数の周辺穴6は、コア3の重量低減を目的として形成されているが、周辺穴6の有無は、特に磁力的特性に影響を与えることはない。
また、この場合、コア3に対して接着される磁石2の底面は、多角柱の平面部に配設されることから平坦である。一方、径方向外側に位置する磁石2の上面は、かまぼこ状の断面形状となっている。
ここでは、便宜的に図1(a)内の一部に示すが、かまぼこ形状の磁石2に代えて、たとえば、断面形状がほぼ台形の磁石2aを用いてもよい。
また、磁石2の軸方向長さMLは、コア3の軸方向長さCL2よりも短く設定されており、磁石2の軸方向一端面(下端面)は、コア3の一端面(下端面)に対して、ほぼ段差がない同一面位置となっている。一方、磁石2の他の一端面(上端面)は、ML<CL2であることから、コア3の端面との間で段差を有している。
さらに詳細に、下端側の突起4bの軸方向長さCL3を用いて表せば、CL2>ML>CL1+CL3の関係にある。
なぜなら、突起4、4bの全長にわたって磁石2がある場合(CL2=ML)と比較して、N極からS極への磁束漏れが少なく、強い磁力が得られるからである。
また、接着剤7を用いなくても、磁石2とコア3とを凹凸嵌合による嵌め合いで固定してもよい。
図2は回転子1の製造工程を概略的に示すフローチャートであり、コア3に関する工程(ステップS1〜S4)と、磁石2に関する工程(ステップS5〜S7)と、コア3への磁石2の装着およびその後の工程(ステップS8〜S12)と、を示している。
続いて、コア3のピースを、突起4または中心穴5を基準として、所定枚数だけ積層して一体化することにより、長さCL2のコア3を形成する(ステップS2)。
次に、ステップS2で完成したコア3を治具に装着し(ステップS3)、磁石2の装着位置、すなわちコア3の外周部の突起4の相互間に接着剤7を塗布する(ステップS4)。
この場合、接着剤塗布工程(ステップS4)において、回転治具10を回転させながら接着剤7を塗布することが可能となる。
続いて、原型ピースを所定の形状にするための切削などを行い、磁石2の最終形状を有する磁石ピース2p(図3、図4参照)を形成する(ステップS6)。
なお、磁石用の治具は、後述するように(図3参照)、磁石ピース2pの向き、および移動を規制するための規制治具20である。
続いて、後述するように(図4参照)、磁石ピース2pの軸方向位置をコア3の端面位置と一致させるようにシフト調整を行う(ステップS9)。
最後に、各磁石ピース2pをそれぞれ着磁することにより、最終品の回転子1が完成させて(ステップS12)、図2の製造工程を終了する。
図3(a)〜図3(f)は、コア3への磁石ピース2pの貼付け工程(ステップS8)を上面図で示す説明図であり、コア3の軸方向下端側は図示されていない。
回転治具10は、図3(c)〜図3(f)のように、磁石ピース2pがコア3に装着されるごとに、中心部(+)を軸として図中の反時計方向に回転する。
また、左右規制部材21内において、図中の最右端に位置する磁石ピース2pは、移動自在かつ付勢力を有する押圧ロッド22により、破線矢印方向に押圧されている。
このとき、回転治具10が反時計方向に回転し、図3(b)のように、コア3上の1つの突起4が、左右規制部材21内で整列された磁石ピース2pの中央に向くように位置決めする。
図3(b)においては、規制治具20の移動により磁石ピース2pがコア3に接近しているが、コア3の突起4の先端部と磁石ピース2pの端面との間には、わずかな空隙がある。
これにより、左右規制部材21内で整列された最左端の第1番目の磁石ピース2pは、押圧ロッド22により押し出されて、突起4に当接する。
このとき、第1番目の磁石ピース2pは、固着まではされないが、接着剤7により、コア3の外周側面から外れない程度には仮固定される。
この結果、磁石ピース2pは。最終的に、2つの突起4の後方側の一方とのみ当接して位置決めされる。
さらに、回転治具10が回転し、図3(f)においては、第2番目の磁石ピース2pが突起4の相互間位置に収納され、接着剤7で仮固定される。以下、上記シーケンスを繰り返し、1セット(10個)の磁石ピース2pが、10角柱形状のコア3の10側面に仮固定される。
また、磁石ピース2pの一方の側面と、突起4の回転方向の後方側の側壁とが当接することになり、すべての磁石ピース2pが同様に定位置に収まることになる。
この押圧工程は、押圧治具24のローラ25が、コア3の回転と同期して実線矢印方向に回転しながら磁石ピース2pに当接することにより、磁石ピース2pをコア3に押さえ付け、コア3への密着性および接着剤7とのなじみ性を向上させて、磁石ピース2pの脱落を確実に防止するためのものである。
できれば、突起4の径方向高さは、磁石ピース2pの側面の径方向高さと同程度、または、それ以下であることが望ましい。
さらに、磁石ピース2pの断面形状をかまぼこ状としたが、かまぼこ状に限定されることはなく、たとえば直方体形状であっても、同様の装着方法が適用可能なことは言うまでもない。
図4(a)〜図4(c)は、磁石ピース2pの軸方向調整工程(ステップS9)を側面図で示す説明図である。
また、コア3の下端側は、上端部側の回転治具10と同様の回転治具10bにより、位置決め固定されている。
すなわち、図4(a)にように、各磁石ピース2pの軸方向(図中の左右方向)の装着位置は、磁石ピース2pの押圧力や、接着剤7の量および塗布位置のバラツキなどによって、コア3の下端面から若干ずれて配置されている。
図4(a)においては、軸方向調整治具11が破線矢印方向に移動して、磁石ピース2pの下端部に押し当てられる直前の状態を示しているが、コア3はまだ回転していない。
これにより、図4(b)、図4(c)のように、磁石ピース2pの一方向端面は、コア3の回転(破線矢印)にともない傾斜面12に沿って押されるので、最終的には、コア3の一方向端面と、磁石ピース2pの一方向端面とが一致するまで移動される。
これにより、位置調整工程中の磁石ピース2pの脱落を防止することができる。
なぜなら、図2中の磁石ピース2pのコア3への装着工程(ステップS8)から、軸方向位置調整(ステップS9)および磁石ピース2pの押圧工程(ステップS10)へと、順に工程が進むことになるからである。
また、押圧ロッド22の先端部分は、磁石ピース2pの軸方向長さMLに応じて、磁石ピース2pの長さ方向の中央付近、または中央から下側にかけて、さらには、上下2箇所を押すように、磁石ピース2pの移動しやすさに応じて、形状を変更してもよい。
したがって、種々の大きさの回転子1に対応することができる。
複数の突起4の相互間の磁石装着面は、平面からなり、複数の磁石2の各々の径方向内周面は、磁石装着面と同等の平面からなる。
さらに、複数の磁石2の各々は、断面形状において、周方向中央部の厚みが両側面部の厚みよりも大きく、周方向中央部から両側面部に向かうにしたがって厚みが小さくなるように形成されている。
また、押圧工程の後に、接着剤7を硬化させて磁石ピース2pをコア3に固定する磁石固定工程(ステップS11)を備えている。
なお、上記実施の形態1(図1〜図4)では、コア3の断面形状を多角柱とし、突起4の相互間の磁石2(磁石ピース2p)との接合面を平面としたが、図5(a)のように、コア3Aの断面形状をほぼ円形とし、突起4cの相互間に断面円弧形状の磁石ピース2bを装着してもよい。
また、図5(b)のように、磁石ピース2pの軸方向位置を一括調整するための規制板26を用いてもよい。
なお、コア3Aおよび磁石ピース2bの製造工程においては、前述(図2、図3参照)と同様の処理工程および治具を適用することができる。
また、図5(b)に示すように、短冊形状の磁石ピース2bの軸方向長さMLbは、コア3Aの軸方向長さCLAよりも短く設定されている。
回転子1Aを構成するコア3Aの外周断面形状は、ほぼ円形であり、外周部には、8個の突起4cが形成されている。コア3Aの下端部は、回転治具10bにより保持されている。なお、この場合、突起4cは、コア3Aの上端面から下端面まで連続して形成されているものとする。
磁石ピース2bの一方の側面は、突起4cの一方の内面により規制され、また、磁石ピース2bの下端面は、規制板26により、コア3Aの端面と一致するように調整されている。
たとえば、便宜的に図5(a)内の一部に示すように、偏心形状の磁石ピース2bに代えて、内周径と外周径とがほぼ同じ(均一厚み)の円弧状の磁石ピース2cを用いてもよく、さらに、台形に近い(側面長が外周面側よりも内周面側の方が大きい)円弧状の磁石ピース2dを用いてもよい。
なお、たとえば、磁石ピース2bの厚みを10%減らしたからといって、着磁後の完成磁石の磁力が10%減ることはない。
できれば、突起4cの円弧は、磁石ピース2bの内周面の円弧よりも小さい方がよい。
この場合、磁石ピース2dの傾斜側面と係合する突起4dは、磁石ピース2dの傾斜側面とは逆形状に、コア3Aに近い内周面よりも外周面の長さが大きく設定されており、磁石ピース2dの一側面と係合するので、突起4dが磁石ピース2dの飛散防止を担うことができるメリットがある。
さらに、複数の突起4cの相互間の磁石装着面は、円弧面からなり、複数の磁石の各々の径方向内周面は、磁石装着面と同等の円弧面からなる。
磁石ピース2bは、コア3Aの磁石装着位置内の周方向所定位置に装着される際に、自重により落下して、軸方向下端面が規制板26に当接することにより、コア3Aの軸方向下端面と一致するように配置される。
したがって、規制板26の設置位置によって磁石ピース2bの軸方向位置が決定され、各磁石ピース2bでの軸方向位置のバラツキを容易に防止することができる。
Claims (8)
- 円柱形状または多角柱形状を有し、径方向外側に突出した所定数の突起が外周面に沿って配置されたコアと、前記コアの外周面に密着された所定数の磁石とにより構成された磁石式回転電機の回転子の製造方法であって、
薄板鋼板を切断して前記コアのピースを形成する切断工程と、
前記切断工程により形成された前記コアのピースを、前記コアの軸方向長さ分に相当する所定枚数だけ積層して前記コアを形成する積層工程と、
前記積層工程により形成された前記コアを回転治具に装着する回転治具装着工程と、
前記コアの外周面の磁石装着位置に接着剤を塗布する塗布工程と、
前記磁石の原型となる短冊形状の磁石ピースを形成する磁石ピース形成工程と、
前記磁石ピース形成工程により形成された磁石ピースを、前記コアに装着すべき所定数だけ整列させて規制治具に装着する規制治具装着工程と、
前記回転治具により前記コアを回転させながら、前記規制治具により前記磁石ピースを前記コアに押圧して、前記所定数の磁石ピースを1枚ずつ順次に前記コアの磁石装着位置に装着する磁石装着工程と、
前記コア上に装着された所定数の磁石ピースの各々を所定方向に着磁する着磁工程と、
前記磁石装着工程により、前記磁石装着位置内の周方向所定位置に前記磁石ピースを装着した後に、前記磁石ピースの軸方向の一端面を移動させて、前記コアの軸方向の一方向端面と一致させる軸方向調整工程と
を備え、
前記軸方向調整工程において、前記磁石ピースの軸方向の一端面は、前記回転治具の回転により前記コアの軸方向の一方向端面方向に移動される
ことを特徴とする磁石式回転電機の回転子の製造方法。 - 円柱形状または多角柱形状を有し、径方向外側に突出した所定数の突起が外周面に沿って配置されたコアと、前記コアの外周面に密着された所定数の磁石とにより構成された磁石式回転電機の回転子の製造方法であって、
薄板鋼板を切断して前記コアのピースを形成する切断工程と、
前記切断工程により形成された前記コアのピースを、前記コアの軸方向長さ分に相当する所定枚数だけ積層して前記コアを形成する積層工程と、
前記積層工程により形成された前記コアを回転治具に装着する回転治具装着工程と、
前記コアの外周面の磁石装着位置に接着剤を塗布する塗布工程と、
前記磁石の原型となる短冊形状の磁石ピースを形成する磁石ピース形成工程と、
前記磁石ピース形成工程により形成された磁石ピースを、前記コアに装着すべき所定数だけ整列させて規制治具に装着する規制治具装着工程と、
前記回転治具により前記コアを回転させながら、前記規制治具により前記磁石ピースを前記コアに押圧して、前記所定数の磁石ピースを1枚ずつ順次に前記コアの磁石装着位置に装着する磁石装着工程と、
前記コア上に装着された所定数の磁石ピースの各々を所定方向に着磁する着磁工程と、
を備え、
前記磁石装着工程において、
前記コアは、軸方向が垂線となるように直立され、
前記コアの軸方向下端部には、前記コアの外径よりも大きい外径を有する規制板が配置され、
前記磁石ピースは、前記コアの磁石装着位置内の周方向所定位置に装着される際に、軸方向下端面を前記規制板に当接させることにより、前記コアの軸方向下端面と一致するように配置される
ことを特徴とする磁石式回転電機の回転子の製造方法。 - 前記磁石ピース形成工程において、前記磁石ピースは、断面において中央部の厚みが両側面の厚みよりも大きく、かつ周方向中央部から両側面部に向かうにしたがって厚みが小さくなり、また中央部の厚みが前記コアの突起の径方向高さよりも大きく、さらに軸方向長さが前記コアの軸方向長さよりも短くなるように形成され、
前記磁石装着工程において、前記磁石ピースは、径方向内周面が前記コアの2つの突起の周方向間の磁石装着位置に装着されるとともに、前記回転治具の回転により、前記磁石ピースの一方の側面が前記2つの突起の周方向一方の内側壁と当接し、前記磁石ピースの他方の側面と前記2つの突起の他方の側壁との間に空隙を有する位置関係となるように装着されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の磁石式回転電機の回転子の製造方法。 - 前記磁石装着工程は、
前記コアを前記回転治具に装着して回転させる工程と、
前記規制治具に装着された所定数の磁石ピースのうちの先端部の磁石ピースを、回転中の前記コアに対向して押し付ける工程と、
を含むことを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の磁石式回転電機の回転子の製造方法。 - 前記磁石装着工程の後に、前記磁石ピースを前記コアの中心軸側に向かって押圧する押圧工程を備えたことを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の磁石式回転電機の回転子の製造方法。
- 前記押圧工程の後に、前記接着剤を硬化させて前記磁石ピースを前記コアに固定する磁石固定工程を備えたことを特徴とする請求項5に記載の磁石式回転電機の回転子の製造方法。
- 円柱形状または多角柱形状をなし、外周面に沿って配置されて径方向外側に突出した所定数の突起を有するコアと、前記所定数の突起の相互間で一方の突起の側面に当接するように前記コアの外周面に密着された所定数の短冊形状の磁石と、により構成された磁石式回転電機の回転子の製造装置であって、
薄板鋼板を切断して前記コアのピースを形成する切断装置と、
前記コアのピースを、前記コアの軸方向長さ分に相当する所定枚数だけ積層して前記コアを形成する積層装置と、
前記コアを回転自在に装着する回転治具と、
前記コアの外周面の磁石装着位置に接着剤を塗布する塗布装置と、
前記磁石の原型となる短冊形状の磁石ピースを形成する磁石ピース形成装置と、
前記磁石ピースを、前記コアに装着すべき所定数だけ整列させて装着する規制治具と、
前記所定数の磁石ピースの各々の軸方向の一端面位置を、前記コアの軸方向の一端面位置と一致させるために、前記コアの軸方向下端面に配置され前記コアの外形よりも大きい外径の規制板を備えた軸方向調整治具と、
前記コア上に装着された所定数の磁石ピースの各々を所定方向に着磁する着磁装置と、を備え、
前記回転治具により前記コアを回転させながら、前記規制治具により前記磁石ピースを前記コアに押圧させ、前記所定数の磁石ピースを1枚ずつ順次に前記コアの磁石装着位置に装着するとともに、軸方向位置は、前記規制板に前記磁石ピースの下端を当接することにより位置を決定し、
周方向位置は、前記所定数の磁石ピースの各々の径方向内面を、前記所定数の突起の相互間の前記コアの外周面に密着させるとともに、前記所定数の磁石ピースの各々を、各磁石ピースの両側に位置する2つの突起の間の中央部よりも一方の突起側にずれて配置させることを特徴とする磁石式回転電機の回転子の製造装置。 - 前記コアの磁石装着位置内の所定位置に配置された各磁石ピースを、前記コアの中心軸側に押圧するためのローラを有する押圧治具を備えたことを特徴とする請求項7に記載の磁石式回転電機の回転子の製造装置。
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