JP5906768B2 - 界磁極用磁石体を構成する磁石片の製造装置及びその製造方法 - 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を構成する磁石片の製造装置及びその製造方法に関するものである。

永久磁石回転電機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。

特許文献１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。

特開２００９−１４２０８１公報

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。

例えば、パンチが磁石体の幅方向の一方の端部に片当たりし、かつ破断予定線を挟んだ両側の形状が非対称である場合、パンチから磁石体に付加される圧力分布が磁石体の幅方向及び破断予定線を挟んだ両側方向に沿って不均一となる。これにより、磁石体の一方の端部から他方の端部へと破断が伝播していく際に、破断線が破断予定線からずれて異常割れとなる場合がある。

また、磁石体とダイとの間に異物が挟まった場合、磁石体がダイに対して傾斜した状態でパンチに押圧され、磁石体に曲げモーメントが作用する。これにより、磁石体の破断面が破断予定面からずれて異常割れとなる場合がある。

以上により、磁石片の破断面精度が悪化する可能性がある。

本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたものであり、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を構成する磁石片の製造装置及びそ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、下型ダイ上に支持された磁石体に、上型の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する、界磁極用磁石体を構成する磁石片の製造装置が提供される。この製造装置は、ブレードの磁石体に当接する側の先端に設けられ、弾性体によって構成される当接部を備え、当接部は、弾性体の内部に空間を画成する中空部を有し、中空部に圧力を付与して当接部を膨張させることで、当接部を磁石体に押圧させ磁石体を破断する圧力供給手段を備える。

上記態様によれば、ブレードの先端側が弾性体により構成され、さらに弾性体は内部に中空部を有するので、弾性体から磁石体に付加される押圧力によって中空部が変形することでブレードの片当たりを防止でき、磁石体の形状によらず均一に破断予定線に荷重を加えることができる。
さらに、中空部へのエア圧の供給によって弾性体を膨張させて磁石体を破断することができるので、ブレードを上下方向に駆動する必要がなく、磁石体破断装置の製造コストを低減させることができる。

本実施形態における磁石片の製造装置及びその製造方法によって製造された磁石片から構成される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１Ａの永久磁石型電動機のＩ−Ｉ断面を示す断面図である。 界磁極用磁石体の構成を示す構成図。 磁石体の溝入れ工程について説明するための図である。 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。 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。 比較例におけるクラッキング工程を行う装置を示す図である。 図４のII−II断面を示す断面図である。 第１実施形態におけるクラッキング工程を行う装置の一例を示す図である。 図６のIII−III断面を示す断面図である。 第２実施形態におけるクラッキング工程を行う装置の一例を示す図である。 図８のIV−IV断面を示す断面図である。 第３実施形態におけるクラッキング工程を行う装置の一例を示す図である。 図１０のV−V断面を示す断面図である。 第４実施形態におけるクラッキング工程を行う装置の一例を示す図である。 図１２のVI−VI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磁石片の製造方法によって製造された磁石片から構成される磁石体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。

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比較例における磁石体破断装置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。

図５は、図４のII−II断面を示した断面図である。図５に示すように、磁石体３０の幅方向の厚みが均等でない場合には、ブレード５１が片当たりして、矢印で示す応力分布が磁石体３０の幅方向で不均一となる。

また、磁石体３０の幅方向に垂直な、破断予定線を挟んだ両側方向の形状が非対称である場合にも、ブレード５１が磁石体３０の破断予定線を挟んだ一方側に片当たりし、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の破断予定線を境とした一方側と他方側とで不均一となる。

さらに、磁石体３０とダイ４１との間に異物が挟まった場合には、磁石体３０がダイ４１に対して傾斜した状態でブレード５１に押圧され、磁石体３０に曲げモーメントが作用するので、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の幅方向及び破断予定線を挟んだ両側方向に沿って不均一となる。

以上により、磁石体３０の破断面が破断予定面からずれて異常割れとなり、磁石片３１の破断面精度が悪化する可能性がある。

そこで、本実施形態では、磁石体３０のクラッキング工程を以下のように行っている。

図６は、第１実施形態におけるクラッキング工程を行う磁石体破断装置４０を示す図である。本実施形態では、ブレード５１と磁石体３０との間に弾性体５２を介在させた状態でブレード５１を磁石体３０へ向けて下方へと押圧し、磁石体３０を破断する。

これにより、図６のIII−III断面を示す図７に示すように、ブレード５１を磁石体３０へと押圧した時、磁石体３０の形状に合わせて弾性体５２が変形するので、ブレード５１から磁石体３０へと負荷される応力分布が磁石体３０の幅方向においてほぼ均等になる。よって、磁石体３０の異常割れを抑制することができる。

弾性体５２は、例えばゴムや樹脂などであり、その厚みは磁石体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厚みに設定される。このように弾性体５２の厚み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の押圧時に弾性体５２の変形によって公差分を吸収することができる。よって、ブレード５１が磁石体３０に片当たりして異常割れが生じることを防止することができる。

図８は、第２実施形態におけるクラッキング工程を行う磁石体破断装置４０を示す図である。本実施形態では、磁石体３０とダイ４１との間に弾性体５２を介在させた状態でブレード５１を磁石体３０へ向けて下方へと押圧し、磁石体３０を破断する。

これにより、図８のIV−IV断面を示す図９に示すように、ブレード５１を磁石体３０へと押圧した時、ブレード５１によって下方へと押圧される磁石体３０の形状に合わせて弾性体５２が変形するので、ブレード５１から磁石体３０へと負荷される応力分布が磁石体３０の幅方向においてほぼ均等になる。よって、磁石体３０の異常割れを抑制することができる。

弾性体５２の素材、厚みについては第１実施形態と同様である。

図１０は、第３実施形態におけるクラッキング工程を行う磁石体破断装置４０を示す図である。本実施形態では、ブレード５１の先端側が弾性体部５３として構成される。弾性体部５３は、図１０に示すように下方へと向けて先細り形状である。ブレード５１を磁石体３０へ向けて下方へと押圧すると、弾性体部５３が磁石体３０に当接して磁石体３０を破断する。

これにより、図１０のV−V断面を示す図１１に示すように、ブレード５１を磁石体３０へと押圧した時、磁石体３０の形状に合わせて弾性体部５３が変形するので、ブレード５１から磁石体３０へと負荷される応力分布が磁石体３０の幅方向においてほぼ均等になる。よって、磁石体３０の異常割れを抑制することができる。

弾性体部５３の素材、厚みについては第１実施形態と同様である。

図１２は、第４実施形態におけるクラッキング工程を行う磁石体破断装置を示す図である。本実施形態では、ブレード５１は上下方向に移動せず、上型５０に固定されている。ブレード５１の先端側は弾性体部５４として構成され、図１２に示すように下方へと向けて先細り形状である。さらに、弾性体部５４は内部にエア圧が供給される中空部５５を有する。

中空部５５は、磁石体３０の幅方向の一方側からエア圧を供給する圧力供給部５６に接続されている。圧力供給部５６から中空部５５へとエア圧が供給されると中空部５５の内圧によって弾性体部５４が膨張し、弾性体部５４の形状がブレード５１の先端を構成する先細り形状となる。

磁石体３０を破断する際、圧力供給部５６から中空部５５に圧力を供給し、中空部５５の内圧によって膨張した弾性体部５４によって磁石体３０を押圧し、磁石体３０を破断する。

これにより、図１２のVI−VI断面を示す図１３に示すように、ブレード５１を磁石体３０へと押圧した時、磁石体３０の形状に合わせて弾性体部５４の中空部５５が変形するので、ブレード５１から磁石体３０へと負荷される応力分布が磁石体３０の幅方向においてほぼ均等になる。よって、磁石体３０の異常割れを抑制することができる。

以上のように上記第１〜第４実施形態では、磁石体３０の破断時に、ブレード５１から磁石体３０に付加される押圧力によって磁石体３０と接する弾性体５２が変形するので、磁石体３０の形状によらず均一に破断予定線に荷重を加えることができる。よって、磁石体３０に付加される圧力分布が不均一となることによる異常割れの発生を抑制して、材料の歩留まりを向上させることができる。

また、第３実施形態では、ブレード５１の先端側が弾性体部５３として構成されるので、ブレード５１から磁石体３０に付加される押圧力によって弾性体部５３が変形し、磁石体３０の形状によらず均一に破断予定線に荷重を加えることができる。さらに、弾性体部５３がブレード５１と一体的に構成されるので、磁石体３０を破断する度に、弾性体５２を磁石体３０の破断箇所に位置合わせする必要がないので、より確実に磁石体３０の異常割れの発生を抑制して、材料の歩留まりを向上させることができる。

さらに、第４実施形態では、ブレード５１の先端側が弾性体部５４として構成され、さらに弾性体部５４は内部に中空部５５を有するので、弾性体部５４から磁石体３０に付加される押圧力によって中空部５５が変形することでブレード５１の片当たりを防止でき、磁石体３０の形状によらず均一に破断予定線に荷重を加えることができる。

さらに、中空部５５へのエア圧の供給によって弾性体部５４を膨張させて磁石体３０を破断することができるので、ブレード５１を上下方向に駆動する必要がなく、磁石体破断装置４０の製造コストを低減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。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、上記第１〜第４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。

また、上記第４実施形態では、弾性体部５４の中空部５５にエア圧を供給する構成を例示したが、エア圧以外の圧（油圧など）であってもよい。

さらに、上記第１〜第４実施形態では、弾性体５２、５３、５４が磁石体３０の幅方向の不均一な形状に合わせて変形し、ブレード５１から磁石体３０へと付加される応力分布を均一化することについて図を用いて説明したが、磁石体３０の切り欠き溝３３を挟んだ両側方向における応力分布も上記したのと同様に均一化される。よって、破断後の磁石片３１の破断面精度を向上させることができる。

３０ 磁石体
３１ 磁石片
４１ ダイ
５０ 上型
５１ ブレード
５２ 弾性体（弾性部）
５３ 弾性体部（当接部）
５４ 弾性体部（当接部）
５５ 中空部
５６ 圧力供給部（圧力供給手段）
８０ 界磁極用磁石体

Claims (2)

1. 下型ダイ上に支持された磁石体に、上型の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する、界磁極用磁石体を構成する磁石片の製造装置であって、
   前記ブレードの磁石体に当接する側の先端に設けられ、弾性体によって構成される当接部を備え、
   前記当接部は、弾性体の内部に空間を画成する中空部を有し、
   前記中空部に圧力を付与して前記当接部を膨張させることで、前記当接部を磁石体に押圧させ磁石体を破断する圧力供給手段を備える、
   ことを特徴とする界磁極用磁石体を構成する磁石片の製造装置。
2. 下型ダイ上に支持された磁石体に、上型の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する、界磁極用磁石体を構成する磁石片の製造方法であって、
   前記ブレードは、磁石体に当接する側の先端に弾性体によって構成される当接部を備え、前記当接部は弾性体の内部に空間を画成する中空部を有し、
   前記中空部に圧力を供給して前記当接部を膨張させることで、前記当接部を磁石体に押圧させ磁石体を破断する工程を含む、
   ことを特徴とする界磁極用磁石体を構成する磁石片の製造方法。

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