JP5761383B2 - 界磁極用磁石体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、永久磁石回転電機に配設される界磁極用磁石体の製造方法に関する。

永久磁石埋込型回転電機のロータコアに配設される界磁極用磁石体として、板状の磁石体（以下、単に「磁石体」と示す）を破断分割して複数の磁石片とし、この複数の磁石片同士を接着することによって形成した界磁極用磁石体が知られている。このような界磁極用磁石体は、複数の磁石片で形成されるため個々の磁石片の体積を小さくすることができ、ロータの回転による磁界の変動によって磁石片に発生する渦電流を低減させることができる。これにより、渦電流の発生に伴う界磁極用磁石体の発熱を抑制し、不可逆な熱減磁を防止することができる。

ＪＰ２００９−１４２０８１Ａは、破断予定線に沿って切り欠きを設けた磁石体を、破断予定線と垂直方向の両端部において磁石体を支持するダイに載置し、破断予定線の上部を下方へとパンチによって押し込むことで、磁石体を破断予定線に沿って破断して複数の磁石片を製造することを開示している。

しかし、上記従来の技術では、破断前の磁石体である粗材の平行度不良、粗材の反り、粗材の平面度不良（粗材表面の凹凸）等があると、磁石体を磁石片に破断する際に、パンチが磁石体の幅方向（破断面に沿う方向）の一方に偏って当接する片当たりが発生する場合がある。これにより、磁石片の破断線が破断予定線からずれてしまい、破断面精度が悪化する。

本発明は、破断予定線に沿って磁石体を破断させることで材料の歩留まりを向上させることができる界磁極用磁石体の製造方法を提供することを目的とする。

本発明のある態様によれば、ダイ上に支持された磁石体に、ブレードを当接させて押圧することにより磁石体を磁石体幅方向に沿った破断予定線に沿って破断分割し、破断分割された磁石片を積層することで界磁極用磁石体を製造する界磁極用磁石体の製造方法が提供される。この製造方法は、破断予定線に沿って溝が形成された磁石体の、溝の形成面の反対側の面にブレードを当接させて磁石体を破断分割する工程を有し、溝は、ブレードが磁石体に当接する部位から磁石体幅方向に遠ざかるほど深く形成されている。

本発明の実施形態、本発明の利点については、添付された図面を参照しながら以下に詳細に説明する。

図１Ａ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る。 図１Ｂは、図１Ａの永久磁石型電動機のＩ−Ｉ断面を示す断面図である。 図２は、界磁極用磁石体の構成を示す構成図。 図３Ａは、磁石体の溝入れ工程について説明するための図である。 図３Ｂは、磁石体のバリ取り工程について説明するための図である。 図３Ｃは、磁石体のクラッキング工程について説明するための図である。 図４は、クラッキング工程を行う装置を示す図である。 図５は、溝入れ工程によって形成される溝の深さを示す図である。 図６は、溝入れ工程によって形成される溝の深さを示す図である。 図７は、クラッキング工程を行う装置の断面を示す断面図である。 図８は、クラッキング工程を行う装置の断面を示す断面図である。

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。

図１Ａ及び図１ＡのＩ−Ｉ断面を示す図１Ｂ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８０を適用した永久磁石埋込型回転電機Ａ（以下、単に「回転電機Ａ」という）を示している。

回転電機Ａは、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、ステータコア１１と、複数のコイル１２とから構成され、複数のコイル１２はステータコア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スロット１３に収設される。

ロータ２０は、ロータコア２１と、ロータコア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８０とから構成され、複数の界磁極用磁石体８０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スロット２２に収設される。

ロータ２０のスロット２２に収設される界磁極用磁石体８０は、図２に示すように、複数の磁石片３１を一列に整列させた磁石片３１の集合体として構成される。磁石片３１は、長方形の上下面を有する板状の磁石体３０を長方形の短辺方向に沿って破断することにより分割される。界磁極用磁石体８０は、分割された複数の磁石片３１の破断面同士を樹脂３２により接着して構成される。使用される樹脂３２は、例えば２００℃程度の耐熱性能を備えるものが使用され、隣接する磁石片３１同士を電気的に絶縁する。これにより、作用する磁界の変動により磁石片３１に発生する渦電流を個々の磁石片３１内に留めることで低減させ、渦電流に伴う界磁極用磁石体８０の発熱を抑制して、不可逆な熱減磁を防止することができる。

次に、図３Ａ〜図３Ｃを参照して板状の磁石体３０から複数の磁石片３１を製造する過程について説明する。

磁石体３０を複数の磁石片３１に破断するために、磁石体３０の破断しようとする部位（破断予定線）に、図３Ａに示すように、予め切り欠き溝３３等から成る脆弱部を形成することが有効である。設ける切り欠き溝３３は、表面からの深さが深いほど、また、切り欠き溝３３の先端の尖りが鋭いほど、磁石片３１として破断した場合の破断面の平面度が向上する。

切り欠き溝３３の形成方法としては、磁石体３０の成形型に設けた溝形成用の突条により磁石体３０の成形工程で設ける方法、ダイサーやスライサー等の機械加工による方法、レーザビーム照射による方法、ワイヤカット放電加工等がある。また、磁石体３０を焼結する前の成形時に、金型を用いて予め溝が形成された圧粉体を作成しておき、この圧粉体を焼結することで切り欠き溝３３を有する磁石体３０を製造してもよい。

切り欠き溝３３が形成される際、切り欠き溝３３に沿ってバリ３４が発生するので、このバリ３４を、図３Ｂに示すように、バリ取り工程において除去する。

続いて、クラッキング工程において、切り欠き溝３３を下にした状態で切り欠き溝３３のない側から溝３３に対応する位置を後述するブレードによって押圧することで、図３Ｃに示すように、磁石体３０が切り欠き溝３３に沿って破断分割され、破断面３５が形成されて複数の磁石片３１となる。

図４は、図３Ｃに示すクラッキング工程を行う磁石体破断装置４０の概略を示している。

磁石体破断装置４０は、一対のダイ４１間に磁石体３０を架け渡した状態で固定し、架け渡した部分に上部からブレード５１を下降させて、磁石体３０を３点曲げにより破断する装置である。磁石体破断装置４０は、磁石体３０を架け渡して載置する下型としての一対のダイ４１と、一対のダイ４１の隣り合う端部において磁石体３０をダイ４１に固定する磁石固定治具４３と、磁石体３０の架け渡した部分を押し込むことで磁石体３０を破断させるブレード５１を有する上型５０と、を備える。

磁石固定治具４３は磁石体３０を一対のダイ４１の上面に対し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、エア圧によって磁石体３０を押圧する。ブレード５１は、一対のダイ４１に架け渡された磁石体３０の上面を下方へ押圧することで磁石体３０を破断させる。ブレード５１は、先端が一対のダイ４１間の中間に位置するように位置決めされており、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。

磁石体破断装置４０は以上のように構成され、切り欠き溝３３を設けた磁石体３０を一対のダイ４１の上面に架け渡して載置する。なお、磁石体３０は、破断させたい所望の位置、即ち、破断予定線に予め設ける切り欠き溝３３が、ダイ４１側に対面する側に位置するように、一対のダイ４１上に載置される。

そして、例えばサーボ機構を用いて、破断予定線としての切り欠き溝３３が一対のダイ４１間の中間に位置するように位置合わせした状態で、磁石固定治具４３によって磁石体３０を固定する。さらに、ブレード５１を下降させることでブレード５１が切り欠き溝３３の裏側を下方へと押圧し、ブレード５１及び一対のダイ４１の３点曲げにより磁石体３０は切り欠き溝３３に沿って破断分割される。

次いで、磁石固定治具４３による固定を解除し、磁石片３１一つ分の長さ（隣り合う切り欠き溝３３の距離分）だけ送り、以上の動作を繰り返すことで磁石体３０は複数の磁石片３１に破断分割される。

ところで、磁石体３０には、それ自身の粗材平行度不良、粗材の反り、粗材の平面度不良（粗材表面の凹凸）等により、表面が磁石体幅方向に傾いたものや幅方向の一方が他方に対して出っ張っているものがある。このような磁石体３０にブレード５１を押し当てて破断する場合には、ブレード５１が磁石体３０の幅方向の一方に片当りして、磁石体３０にブレード５１から入力される応力の分布が、磁石体３０の幅方向中央を境とした一方側と他方側とで不均一となる場合がある。これにより、破断線が破断予定線からずれて破断する異常割れを生じ、割断面精度が悪化する場合がある。

そこで、本実施形態では、磁石体３０の切り欠き溝３３を以下のように形成している。

図５は、図３Ａの溝入れ工程において形成される溝３３の深さを示す図である。本実施形態では、磁石体３０の一面上に短辺に沿って形成される切り欠き溝３３を、幅方向の中央から外側へ行くほど深くなるように形成した。

切り欠き溝３３に沿って磁石体３０を切断した切断面を示すＡ−Ａ’断面は、幅方向中央を起点にして、外側へ行くほど溝３３の深さが深くなる。したがって、切り欠き溝３３に直交する幅方向中央を通る切断面であるＣ−Ｃ'断面では、切り欠き溝３３の深さは従来と同様であるが、幅方向外側よりの切断面であるＢ−Ｂ'断面では、切り欠き溝３３の深さはＣ−Ｃ’断面より深くなる。

これにより、磁石体３０の破断時、破断の起点となるブレード５１の押圧部位から遠ざかるほど磁石体３０の切り欠き溝３３の深さが深く形成されることになるので、磁石体３０が割れやすくなる。よって、磁石体３０が破断されて形成される破断線が破断予定線からずれることが防止され、材料の歩留まりの悪化を防止することができる。

また、図５では、磁石体３０の一面（図４における下側の面）上に切り欠き溝３３を形成したが、これに加えて反対側の面に上記切り欠き溝３３と平行に切り欠き溝３３を設けてもよい。これにより、磁石体３０がさらに破断しやすくなるので、破断線が破断予定線からずれることをより確実に防止することができる。

さらに、上記図５の切り欠き溝３３に加えて、磁石体３０の長辺側の側面に切り欠き溝３３を形成してもよい。図６は、磁石体３０の上下面に加えて側面にも切り欠き溝３３を形成した場合の溝３３の深さを示す図である。

磁石体３０の側面に形成された切り欠き溝３３に沿って磁石体３０を切断した切断面を示すＤ−Ｄ’断面では、切り欠き溝３３はＣ−Ｃ'断面と同様の形状となる。さらに、反対側の側面にも同様にＤ−Ｄ'断面に示される切り欠き溝３３を形成する。

これにより、切り欠き溝３３が磁石体３０の外周にわたって形成され、磁石体３０の破断時、磁石体３０が切り欠き溝３３によってますます割れやすくなっているので、破断線が破断予定線からずれることをさらに確実に防止することができる。

次に、ブレード５１の形状について図４、図７、図８を参照して説明する。ブレード５１は、図４に示すように、磁石体３０の上面であって切り欠き溝３３に沿った破断予定線に当接するくさび型形状である。さらにブレード５１は、ブレード５１の下面であって、磁石体３０の幅方向中央に下方へ向けて凸形状の凸部５２を備える。

図７は、図４の磁石体破断装置のＩＩ−ＩＩ断面を示す断面図である。ブレード５１は、磁石体３０の幅方向（図７の左右方向）中央に凸部５２を備え、凸部５２の先端が幅方向中央に位置する構造である。なお、図７に示す凸部５２の高さは誇張して記載しており、実用上における凸部５２の高さＨは、磁石体３０としての粗材の平行度、粗材の反り、粗材の平面度（粗材表面の凹凸）について設定された公差寸法以上の高さに設定される。このように凸部５２の高さＨを設定することにより、磁石体３０としての粗材の平行度、粗材の反り、粗材の平面度（粗材表面の凹凸）に公差があっても、ブレード５１の凸部５２を磁石体３０の幅方向中央位置中央付近に当接させることができる。

また、凸部５２は、図８に示すように、磁石体３０の幅方向中央部に向かって円弧状に突出する凸部５３であってもよい。凸部５３の高さＨは、図７と同様に、磁石体３０としての粗材の平行度、粗材の反り、素材の平面度（粗材表面の凹凸）について設定された公差寸法以上の高さに設定される。

ブレード５１の形状を上記図７又は図８のように形成することで、磁石体３０の破断時に、ブレード５１が片当りすることなく、磁石体３０の幅方向中央部に強く当接し、幅方向両側に移るに連れて徐々に弱く当接する。このため、磁石体３０に対して幅方向中央位置を破断の起点として確実に亀裂を発生させることができ、中央部に発生した亀裂は磁石体３０の幅方向両側に伝播し、両側部に亀裂が到達した時点で磁石体３０は破断予定線で破断する。結果として、破断線が破断予定線からずれる異常割れを防止することができ、割断面精度を向上させることができる。

以上のように本実施形態では、切り欠き溝３３が、磁石体３０の破断の起点となる幅方向中央から遠ざかるほど深くなるように形成されるので、磁石体３０は幅方向中央から遠ざかるほど割れやすくなり、よって磁石体３０が破断の起点から破断予定線に沿って割れることで材料の歩留まりを向上させることができる。

また、ブレード５１の凸部５２は磁石体３０の幅方向中央に位置するので、ブレード５１を磁石体３０に当接させる際にブレード５１が磁石体３０に対して片当たりすることを防止できる。さらに、ブレード５１の当接位置から磁石体幅方向の両端までの距離、すなわち破断の起点から磁石体３０の端部までの距離を小さくすることができるので、破断が伝播する距離を最小限に抑えることができる。よって、磁石体３０の異常割れを防止して材料の歩留まりをより確実に向上させることができる。

さらに、切り欠き溝３３は、磁石体３０の一方の面だけでなく反対側の面にも形成されるので、磁石体３０がさらに割れやすい状態となり、磁石体３０が破断予定線に沿って破断することで材料の歩留まりをより確実に向上させることができる。

さらに、切り欠き溝３３は、磁石体３０の長辺側の側面にも形成されるので、磁石体３０がさらに割れやすい状態となり、磁石体３０が破断予定線に沿って破断することで材料の歩留まりをより確実に向上させることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例を示したものに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば、上記実施形態では、切り欠き溝３３を断面がＶ字状の溝として説明したが、断面形状はその他の形状であってもよい。

本願は２０１２年１月３１日に日本国特許庁に出願された特願２０１２−０１８３７８に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims (4)

1. ダイ上に支持された磁石体に、凸状のブレードの凸部を当接させて押圧することにより磁石体を磁石体幅方向に沿った破断予定線に沿って破断分割し、破断分割された磁石片を積層することで界磁極用磁石体を製造する界磁極用磁石体の製造方法であって、
   前記破断予定線に沿って溝が形成された前記磁石体の、前記溝の形成面の反対側の面に前記凸部を当接させて前記磁石体を破断分割する工程を有し、
   前記溝は、前記凸部が磁石体に当接する部位から磁石体幅方向に遠ざかるほど深く形成されている、
   界磁極用磁石体の製造方法。
2. 請求項１に記載の界磁極用磁石体の製造方法であって、
   前記ブレードが磁石体に当接する前記部位は、磁石体幅方向中央である、
   界磁極用磁石体の製造方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載の界磁極用磁石体の製造方法であって、
   前記溝は、磁石体の前記ブレードが当接する側にも形成される、
   界磁極用磁石体の製造方法。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の界磁極用磁石体の製造方法であって、
   前記溝は、磁石体の側面であって、磁石体幅方向の両端側側面にも形成される、
   界磁極用磁石体の製造方法。

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