JP5573873B2 - ロータ製造装置、ロータ製造方法および永久磁石位置決め方法 - Google Patents

Description

開示の実施形態は、ロータ製造装置、ロータ製造方法および永久磁石位置決め方法に関する。

従来、ロータコアの周面に複数個の永久磁石が装着された回転電機のロータが知られている。かかるロータの永久磁石は、磁極の中心へ磁束を集中させるためにも、ロータコアの周面に沿った等間隔で配置されていることが好ましい。

そこで、ロータコアの周面へ、軸方向に延びる複数個の凸部を等間隔で設け、かかる凸部の側面に沿わせて永久磁石を位置決めしたロータおよびその製造方法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

なお、上述の軸方向に延びる凸部は、たとえば、ロータコアが、環状の電磁鋼板を積層する積層コアである場合、かかる電磁鋼板の外周に設けられた凸部が積層することによって形成される。

特開２０１１−１２０３２８号公報

しかしながら、従来技術には、小型のロータを製造するうえでさらなる改善の余地がある。たとえば、小型のロータを製造する場合、そのロータコアは上述の積層方式ではなく、旋盤による切削加工によって形成されることが多いが、かかる切削加工によって軸方向に延びる凸部を低コストで形成することは困難である。したがって、永久磁石の位置決めが行いにくい。

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、小型のロータであっても、低コストで適正に永久磁石を位置決めすることができるロータ製造装置、ロータ製造方法および永久磁石位置決め方法を提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係るロータ製造装置は、押圧部と、複数個の刀部とを備える。押圧部は、ロータコアの周方向に並べて仮付けされた複数個の永久磁石を該ロータコアの径方向外側から押圧する。複数個の刀部は、前記押圧部によって押圧された状態の前記永久磁石間へそれぞれ１つずつ挿入される。また、前記刀部は、前記永久磁石間へ挿入されることによって該刀部と接する前記永久磁石を前記周方向に沿ってずらし、該刀部に隣接する他の刀部へ押し当てる。

実施形態の一態様によれば、小型のロータであっても、低コストで適正に永久磁石を位置決めすることができる。

図１Ａは、前工程における手順の概略を示す模式図（その１）である。 図１Ｂは、前工程における手順の概略を示す模式図（その２）である。 図１Ｃは、前工程における手順の概略を示す模式図（その３）である。 図２Ａは、実施形態に係るロータ製造装置の構成および動作を示す上面模式図（その１）である。 図２Ｂは、実施形態に係るロータ製造装置の構成および動作を示す上面模式図（その２）である。 図３Ａは、マグネットの位置決めを説明するための模式図である。 図３Ｂは、変形例に係るブレードの構成例を示す模式図である。 図４Ａは、実施形態に係るロータ製造装置の構成および動作を示す上面模式図（その３）である。 図４Ｂは、ロータコアの凹部の拡大模式図である。 図５Ａは、実施形態に係るロータ製造装置の構成および動作を示す上面模式図（その４）である。 図５Ｂは、実施形態に係るロータ製造装置の構成および動作を示す上面模式図（その５）である。 図６は、加工後のロータコアを示す模式図である。 図７は、ロータ製造装置が実行する処理手順を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本願の開示するロータ製造装置、ロータ製造方法および永久磁石位置決め方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

また、以下では、小型モータに備えられる小型ロータを製造する場合を例に挙げて説明する。また、以下では、ロータコアの周面に装着される永久磁石を「マグネット」と記載することとし、かかるマグネットは、分割型のセグメントマグネットであるものとする。

また、説明を分かりやすくするために、以下の説明で用いる各図には、鉛直上向きを正方向とし、鉛直下向き（すなわち、「鉛直方向」）を負方向とするＺ軸を含む３次元の直交座標系を示す場合がある。

同様に、説明を分かりやすくするために、以下では、複数個で構成される構成要素については、複数個のうちの１個にのみ符号を付し、その他については符号の付与を省略する場合がある。かかる場合、符号を付した１個とその他とは同様の構成であるものとする。また、この点は、各構成要素の動きをあらわす矢印についても同様とする。

まず、実施形態に係るロータ製造装置の説明に先立って、ロータ製造装置の前工程における手順の概略について説明する。図１Ａ〜図１Ｃは、前工程における手順の概略を示す模式図（その１）〜（その３）である。

図１Ａに示すように、ロータコア１は、旋盤による切削加工などによって、回転軸であるシャフト２を一体に含んだ略円柱状に形成される。かかるロータコア１は、周方向の全周にわたって形成された凹部３および凸部４を有する。

そして、図１Ｂに示すように、ロータコア１には、図示略の塗布装置などによって接着剤ａｄが塗布される。かかる接着剤ａｄは、凹部３の所定の部位に塗布される。なお、塗布される接着剤ａｄは、強度や耐熱性などの観点から、たとえば熱硬化性のものが用いられる。

そして、図１Ｃに示すように、さらにロータコア１には、図示略の貼付装置などによってマグネットＭが貼り付けられる。なお、ここで行われる貼り付けは、マグネットＭの「仮付け」である。実施形態に係るロータ製造装置では、このように「仮付け」されたマグネットＭのそれぞれを、磁極の中心へ磁束を集中させるために周方向について適正に位置決めすることとなる。

なお、図１Ａ〜図１Ｃには、ロータコア１の周面の軸方向（すなわち、シャフト２の方向）２段にマグネットＭを装着する場合を示しているが、図１Ａに示した凸部４は、かかる場合にマグネットＭをロータコア１の軸方向について位置決めする部位である。

以下、実施形態に係るロータ製造装置の構成および動作について具体的に説明する。図２Ａおよび図２Ｂは、実施形態に係るロータ製造装置１０の構成および動作を示す上面模式図（その１）および（その２）である。

図２Ａに示すように、ロータ製造装置１０は、プッシャ１１（押圧部）を備える。プッシャ１１は、マグネットＭのそれぞれに対応させた複数個が放射状に配設され、個別のエアシリンダなどによってそれぞれ独立して駆動される。

そして、図２Ａに示すように、プッシャ１１は、前工程において仮付けされたマグネットＭ（図１Ｃ参照）を、ロータコア１の径方向外側から周面へ向けて押圧する（図２Ａの矢印１０１参照）。このとき、プッシャ１１は、マグネットＭを仮押さえする程度の押圧力（第１の押圧力）で押圧している。

なお、以下では、マグネットＭとマグネットＭとの間の隙間を「マグネット溝」と記載し、図２Ａに示すように「Ｍｉ」の符号を付すこととする。

また、図２Ｂに示すように、ロータ製造装置１０は、ブレード１２（刀部）を備える。ブレード１２は、マグネット溝Ｍｉのそれぞれに対応させた複数個がやはり放射状に配設され、プッシャ１１の場合と同様に、個別のエアシリンダなどによってそれぞれ独立して駆動される。

そして、図２Ｂに示すように、ブレード１２は、プッシャ１１によってマグネットＭが仮押さえ程度に押圧された状態において、マグネット溝Ｍｉへ挿入される（図２Ｂの矢印１０２参照）。

ここで、ブレード１２が挿入されることによって行われるマグネットＭの位置決めについて詳細に説明する。図３Ａは、マグネットＭの位置決めを説明するための模式図である。なお、図３Ａでは、図を分かりやすくする観点から、マグネットＭを押圧するプッシャ１１の図示を省略している。

また、図３Ａに示す軸ＲＤは、シャフト２の回転中心Ｃから延びる径方向の一つを示す軸線である。また、同一の構成要素ではあるが、ブレード１２に隣接するブレードについては、他のブレードとして「１２’」の符号を付している。

図３Ａに示すように、ブレード１２はその先端部に、軸ＲＤと略平行でありかつロータコア１の周方向と交わる端面（以下、「ストレート面」と記載する）１２ａと、軸ＲＤと斜交するテーパ面１２ｂとを有する。

かかるブレード１２がマグネット溝Ｍｉへ挿入された場合（図中の矢印１０２参照）、ブレード１２は、テーパ面１２ｂと接するマグネットＭを、かかるテーパ面１２ｂに沿って倣わせる。すなわち、ブレード１２は、マグネットＭをロータコア１の周方向に沿ってずらし（図中の矢印１０３参照）、ひいてはマグネットＭをブレード１２’のストレート面１２ａへ押し当てる（図中の矢印１０４参照）。

これにより、マグネットＭは、ブレード１２’のストレート面１２ａを基準面Ｂとする所定位置へ位置決めされる。なお、かかる位置決めは、ロータコア１の周方向に並べて仮付けされたすべてのマグネットＭについて同時に行われる。

したがって、マグネットＭは、それぞれに寸法誤差などがあったとしても、少なくともそれぞれの基準面Ｂが示す所定位置へ片寄せされることとなる。これにより、磁極の中心へ磁束を集中させることが可能となる。

なお、図３Ａには、ストレート面１２ａおよびテーパ面１２ｂを有するブレード１２を示したが、これに限らなくともよい。かかる変形例について、図３Ｂを用いて説明しておく。

図３Ｂは、変形例に係るブレード１２Ａの構成例を示す模式図である。図３Ｂに示すように、隣接する２つのマグネットＭの双方にそれぞれ接するテーパ面１２Ａｂを有するブレード１２Ａを用いてもよい。

かかる場合、挿入されたブレード１２Ａ（図中の矢印１０２Ａ参照）は、それぞれマグネットＭを矢印１０３Ａに示す左右方向にずらすが、このとき、マグネットＭには、隣接する他のブレード１２Ａ（図示略）によっても同様にずらす力が加わるので、かかる力相互のつりあいによってマグネットＭを所定位置へ位置決めすることができる。

引き続き、実施形態に係るロータ製造装置１０の構成および動作について説明する。図４Ａは、実施形態に係るロータ製造装置１０の構成および動作を示す上面模式図（その３）である。また、図４Ｂは、ロータコア１の凹部３の拡大模式図である。

図４Ａに示すように、ロータ製造装置１０は、ブレード１２へ押し当てられた、すなわちロータコア１の周方向について位置決めされたマグネットＭを、プッシャ１１によりロータコア１の径方向外側から周面へ向けてさらに押圧する（図中の矢印１０５参照）。

ここで、図４Ｂに示すように、かかるマグネットＭへのさらなる押圧は、第１の押圧力よりも大きく、かつ、凹部３に塗布された接着剤ａｄの膜厚がマグネットＭに押されて均一となるようにあらかじめ調整された所定の押圧力（第２の押圧力）をもって行われる。なお、このように接着剤ａｄの膜厚を均一化することによって、接着剤ａｄの接着強度を高めることができる。また、以下では、かかる第２の押圧力による押圧を「加圧」と記載する場合がある。

つづいて、ロータ製造装置１０は、ブレード１２を抜き取り、プッシャ１１の駆動を解除する動作を行う。図５Ａおよび図５Ｂは、実施形態に係るロータ製造装置１０の構成および動作を示す上面模式図（その４）および（その５）である。

なお、図５Ａに示すように、ロータ製造装置１０は、かかる動作を行う前に、締結部材１００などを用いてマグネットＭを締結することとしてもよい。

これにより、たとえば、位置決めされたマグネットＭが、接着剤ａｄの硬化前に自重などによりずれることを防ぐことができる。以下では、かかる締結部材１００によるマグネットＭの締結が行われたものとして説明を行う。

図５Ａに示すように、ロータ製造装置１０は、プッシャ１１より先にブレード１２を抜き取る（図中の矢印１０６参照）。すなわち、プッシャ１１によってマグネットＭをロータコア１の径方向外側から加圧して保持した状態でブレード１２を抜き取るので、ブレード１２のそれぞれが非同期に抜き取られても、マグネットＭが周方向についてずれるのを防ぐことができる。

そして、図５Ｂに示すように、ロータ製造装置１０は、ブレード１２を抜き取った後にプッシャ１１の駆動を解除して、マグネットＭに対する押圧を取りやめる（図中の矢印１０７参照）。

以上をもって、ロータ製造装置１０における一連の動作（図２Ａ〜図５Ｂ参照）が完了することとなる。なお、図１Ａ〜図１Ｃに示したように、ロータコア１の周面に対して多段（たとえば、２段）にマグネットＭを装着する場合、段ごとに上述の一連の動作が繰り返される。

そして、ロータ製造装置１０は、図６に示すように、マグネットＭが位置決めされ、かかるマグネットＭを締結部材１００によって締結したロータコア１を、加工後の加工品として後工程へ引き渡すこととなる。

なお、後工程においては、たとえば、接着剤ａｄが熱硬化性のものであった場合、かかる接着剤ａｄ（図４Ｂ参照）を硬化させるための熱処理などが行われる。

次に、これまで説明したロータ製造装置１０が実行する処理手順を示しておく。図７は、ロータ製造装置１０が実行する処理手順を示すフローチャートである。

図７に示すように、ロータ製造装置１０は、まず、仮付けされたマグネットＭのそれぞれを、プッシャ１１を用いてロータコア１の径方向外側から周面へ向けて仮押さえする（ステップＳ１０１）。

そして、ロータ製造装置１０は、ブレード１２をマグネット溝Ｍｉのそれぞれへ挿入する（ステップＳ１０２）。

つづいて、ロータ製造装置１０は、ブレード１２によって周方向について位置決めされたマグネットＭのそれぞれを、プッシャ１１でさらに加圧する（ステップＳ１０３）。

そして、ロータ製造装置１０は、加圧されたマグネットＭを締結部材１００で締結する（ステップＳ１０４）。

そして、ロータ製造装置１０は、ブレード１２を抜き取る（ステップＳ１０５）。そして、ブレード１２を抜き取った後、プッシャ１１の駆動を解除し（ステップＳ１０６）、処理を終了する。

上述してきたように、実施形態に係るロータ製造装置は、プッシャ（押圧部）と、複数個のブレード（刀部）とを備える。プッシャは、ロータコアの周方向に並べて仮付けされた複数個のマグネット（永久磁石）をロータコアの径方向外側から押圧する。複数個のブレードは、プッシャによって押圧された状態のマグネット間へそれぞれ１つずつ挿入される。

したがって、実施形態に係るロータ製造装置によれば、小型のロータであっても、低コストで適正に永久磁石を位置決めすることができる。

なお、上述した実施形態では、主に小型モータに備えられる小型ロータを製造する場合を例に挙げたが、モータやロータの規模を問うものではない。したがって、ロータコアの周方向へセグメントマグネットを並べて設ける構造であるならば、たとえば、中型や大型のモータの場合にも適用することができる。

また、上述した実施形態では、ロータコアの周面の軸方向２段にマグネットを装着する場合を例示したが、２段以上の多段であってもよい。また、多段でなく、１段であってもよい。

また、上述した実施形態では、ベルト状に形成された締結部材を例示しているが、これに限られるものではない。たとえば、シャフトを貫通させてロータコアの端部を覆う、いわばブラケット状の部材であってもよい。

また、ロータコアの周面へセグメントマグネットを装着する場合に限らず、分割された部品を周面の周方向に並べて装着する必要のある加工品の製造にも応用することができる。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ ロータコア
２ シャフト
３ 凹部
４ 凸部
１０ ロータ製造装置
１１ プッシャ
１２、１２Ａ ブレード
１２ａ ストレート面
１２ｂ、１２Ａｂ テーパ面
１００ 締結部材
Ｍ マグネット
Ｍｉ マグネット溝
ａｄ 接着剤

Claims (8)

1. ロータコアの周方向に並べて仮付けされた複数個の永久磁石を該ロータコアの径方向外側から押圧する押圧部と、
   前記押圧部によって押圧された状態の前記永久磁石間へそれぞれ１つずつ挿入される複数個の刀部と
   を備え、
   前記刀部は、
   前記永久磁石間へ挿入されることによって該刀部と接する前記永久磁石を前記周方向に沿ってずらし、該刀部に隣接する他の刀部へ押し当てる
   ことを特徴とするロータ製造装置。
2. 前記刀部は、
   先端部に前記径方向と斜交するテーパ面を有しており、
   前記テーパ面へ接する前記永久磁石を該テーパ面に沿って倣わせることによってずらす
   ことを特徴とする請求項１に記載のロータ製造装置。
3. 前記刀部は、
   先端部に、前記径方向と略平行であり、かつ、前記周方向と交わる端面を有しており、
   前記端面は、
   前記永久磁石が押し当てられる前記周方向についての基準面となる
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のロータ製造装置。
4. 前記押圧部は、
   前記刀部が前記永久磁石間へ挿入された後、該刀部が挿入される前の押圧力である第１の押圧力よりも大きい第２の押圧力で前記永久磁石をさらに押圧する
   ことを特徴とする請求項１、２または３に記載のロータ製造装置。
5. 前記ロータコアは、
   周面に前記周方向に沿って設けられた凹部を有しており、
   前記第２の押圧力は、
   前記凹部に塗布された接着剤の膜厚が前記永久磁石に押されて均一となるようにあらかじめ調整された力である
   ことを特徴とする請求項４に記載のロータ製造装置。
6. 前記刀部は、
   前記押圧部によって前記永久磁石が押圧されたままの状態で抜き取られる
   ことを特徴とする請求項４または５に記載のロータ製造装置。
7. ロータコアの周方向に並べて仮付けされた複数個の永久磁石を該ロータコアの径方向外側から押圧する第１の押圧工程と、
   前記押圧工程によって押圧された状態の前記永久磁石間のそれぞれへ１つずつ刀部を挿入することによって該刀部と接する前記永久磁石を前記周方向に沿ってずらし、該刀部と隣接する他の刀部へ押し当てることで前記永久磁石を前記周方向について位置決めする位置決め工程と、
   前記位置決め工程によって位置決めされた前記永久磁石を前記径方向外側から前記第１の押圧工程における押圧力よりも大きい押圧力でさらに押圧する第２の押圧工程と、
   前記第２の押圧工程によって前記永久磁石が押圧されたままの状態で前記刀部を抜き取る抜き取り工程と
   を含むことを特徴とするロータ製造方法。
8. ロータコアの周方向に並べて仮付けされた複数個の永久磁石を該ロータコアの径方向外側から押圧する押圧工程と、
   前記押圧工程によって押圧された状態の前記永久磁石間のそれぞれへ１つずつ刀部を挿入することによって該刀部と接する前記永久磁石を前記周方向に沿ってずらし、該刀部と隣接する他の刀部へ押し当てることで前記永久磁石を前記周方向について位置決めする位置決め工程と、
   を含むことを特徴とする永久磁石位置決め方法。

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