JP5967297B2 - ロータコア磁石挿入孔への磁石挿入装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、ロータコアの磁石挿入孔に磁石を挿入する技術に関する。

従来、モータのロータコアの磁石挿入孔に挿入する磁石として、複数に分割された磁石片を一体化して形成された長板状磁石を用いる技術が知られている（ＷＯ２００１／０９５４６０Ａ参照）。このように、ロータコアの磁石挿入孔に挿入する磁石を複数の磁石片で形成して、個々の磁石片の体積を小さくすることにより、作用する磁界の変動により発生する渦電流を低減させることができる。

ここで、複数の磁石片を接着して長板状にするのには大きな製造コストが発生するため、コスト低減のために、複数の磁石片を接着する工程を廃止して、複数の磁石片をそのままロータコアの磁石挿入孔に挿入する方法が考えられる。

しかしながら、磁石片をそのままロータコアの磁石挿入孔に挿入しようとすると、長板状磁石を挿入する場合に比べて、１つの磁石片の重量が小さくなるため、その分、磁石挿入時の落下エネルギーが小さくなる。従って、磁石片が磁石挿入孔内の側壁に接触すると、その摩擦抵抗により、磁石片の姿勢が傾き、磁石挿入孔の途中で磁石片が引っかかりやすくなるという問題が生じる。

本発明は、ロータコアの磁石挿入孔に磁石片を挿入する際に、磁石片が磁石挿入孔の途中で引っかかるのを防いで、スムーズに磁石片を挿入する技術を提供することを目的とする。

本発明の一態様におけるロータコア磁石挿入孔への磁石挿入装置は、磁石挿入孔の内壁面に沿って、磁石挿入孔の内壁面よりも摩擦係数の小さい帯状部材を配置し、内壁面に帯状部材が配置された磁石挿入孔に磁石片を投入する。

本発明の実施形態については、添付された図面とともに以下に詳細に説明される。

図１は、本実施形態におけるロータコア磁石挿入孔への磁石挿入装置によって磁石が挿入されたロータを備える回転電機の主要部の構成を示す概略構成図である。 図２は、磁石挿入孔に挿入する複数の磁石片を示す図である。 図３は、ガイドテープ出し入れ装置からガイドテープクランパに向けて２本のガイドテープをくり出す工程について説明するための図である。 図４は、ガイドテープを左右に拡張する工程について説明するための図である。 図５は、ガイドテープを軽く巻き上げてテンションをかける工程について説明するための図である。 図６は、磁石挿入孔の上部に磁石片を運んで、２本のガイドテープの内側に落下させる工程について説明するための図である。 図７は、積層された複数の磁石片の最上部に位置する磁石片の上端面を、磁石押さえロッドで押さえる工程について説明するための図である。 図８は、ガイドテープを磁石挿入孔内から抜き取る工程について説明するための図である。 図９は、磁石押さえロッドを上昇させる工程について説明するための図である。 図１０は、ガイドテープを抜き取らずに、レーザーカッタを用いて切断する例を示す図である。 図１１は、ガイドテープを抜き取らずに、ナイフカッタを用いて切断する例を示す図である。 図１２は、ガイドテープを下方に引き込むときの力を用いて、複数の磁石片を磁石挿入孔内に挿入する方法を説明するための図である。

図１は、本実施形態におけるロータコア磁石挿入孔への磁石挿入装置によって磁石が挿入されたロータを備える回転電機の主要部の構成を示す概略構成図である。図１において、左側の図は、回転電機の断面図であり、右側の図は、側面図である。回転電機ＡＡ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とを備える。この回転電機ＡＡは、例えば、電動機であり、電気自動車やハイブリッド自動車の駆動源として用いられる。ただし、回転電機は発電機であってもよいし、用途が自動車に限定されることはない。

ステータ１０は、ステータコア１１と、複数のコイル１２とを備える。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３０とを備える。複数の界磁極用磁石体３０は、軸心Ｏを中心とした同一円周上に等角度間隔でロータコア２１に形成される磁石挿入孔（スロット）２２に収設される。

ロータ２０の磁石挿入孔２２に収設される界磁極用磁石体３０は、図２に示すように、長板状の磁石体３０を割断分割した複数の磁石片３１を、樹脂を用いて接着することによって、一列に整列した磁石片３１の集合体として構成されたものである。ただし、後述するように、磁石挿入孔２２に挿入する際には、割断分割された磁石片の状態で挿入する。そして、全ての磁石片３１を磁石挿入孔２２に挿入した状態で、樹脂を用いて磁石挿入孔２２内で全ての磁石片３１を一体化する。

続いて、図３〜図１２を用いて、本実施形態におけるロータコア磁石挿入孔への磁石挿入装置を用いて、磁石挿入孔２２に複数の磁石片３１を挿入する方法について説明する。複数の磁石片３１は、ロータ２０の回転軸方向に設けられているロータコア２１の磁石挿入孔２２に１つずつ挿入する。ただし、一度に挿入する磁石の数を２つ以上としてもよい。

まず初めに、ロータコア支持盤４１の上にロータコア２１をセットする（図３参照）。ロータコア支持盤４１には、ロータコア２１の磁石挿入孔２２よりも小さい孔が設けられている。

磁石挿入孔２２の上方にはガイドテープ出し入れ装置４２が、また、磁石挿入孔２２の下方にはガイドテープクランパ４３がセットされており、ガイドテープ出し入れ装置４２からガイドテープクランパ４３に向けて２本のガイドテープ４５をくり出す。より詳細には、磁石挿入孔２２の上には一対のガイドテープ位置決めローラ４４ａが、磁石挿入孔２２の下には一対のガイドテープ位置決めローラ４４ｂが設けられており、一対のガイドテープ位置決めローラ４４ａおよび４４ｂの内側を通るように、２本のガイドテープ４５をくり出す（図３参照）。

ガイドテープ４５としては、磁石挿入孔２２の内壁面よりも摩擦係数が小さい物質を用いたテープ、例えばフッ素樹脂テープであって、且つ、磁石挿入孔２２に磁石片３１が挿入された状態で磁石片３１とロータコア２１との間の隙間に収まることができる薄いテープ（厚さが数十ミクロン程度のテープ）を用いる。

なお、ガイドテープ４５は、磁石片３１が磁石挿入孔２２の途中で引っかかるのを防いで、スムーズに挿入するために用いるものであり、磁石挿入孔２２の内壁面よりも摩擦係数が小さい帯状部材であれば、テープに限定されることはない。従って、隙間ゲージ等に用いられる金属シム等を用いることもできる。

ガイドテープクランパ４３には、ガイドテープ４５を挟み込んで固定するためのガイドテープ爪４３ａが設けられている。このガイドテープ爪４３ａを閉じることによってガイドテープ４５を挟み込んで固定することができる。ガイドテープ爪４３ａによってガイドテープ４５を固定した状態で、ガイドテープ４５がロータコア支持盤４１の孔を構成する壁に当接するまで、ガイドテープ出し入れ装置４２、ガイドテープクランパ４３、および、ガイドテープ位置決めローラ４４ａ、４４ｂを左右に拡張する（図４参照）。

特に、ガイドテープ出し入れ装置４２をガイドテープ位置決めローラ４４ａよりも外側の位置まで移動させて、ガイドテープ４５の上部がガイドテープ位置決めローラ４４ａの位置から少しずつ外側に広がるテーパ形状となるようにする。

続いて、ガイドテープ４５が磁石挿入孔２２内でたわまないように、ガイドテープ出し入れ装置４２でガイドテープ４５を軽く巻き上げて、ガイドテープ４５にテンションをかける（図５参照）。これにより、磁石挿入孔２２の内壁面に沿って、ガイドテープ４５が配置される。上述したガイドテープ出し入れ装置４２およびガイドテープクランパ４３は、磁石挿入孔２２の内壁面に沿って、ガイドテープ４５を配置するための帯状部材配置手段を構成する。

次に、磁石挿入孔２２の上部に磁石片３１を運んで、２本のガイドテープ４５の内側に落下させる（図６参照）。図６では、磁石片投入装置６１により、磁石片３１を挟んだ状態で磁石挿入孔２２の上部まで運搬してから、磁石片３１を落下させる例を示している。上述したように、ガイドテープ４５の上部は、上にいくほど外側に広がるテーパ形状となっているので、磁石片３１を磁石挿入孔２２に向けて落下させる際に、高精度に位置決めをする必要がなく、容易に落下させることができる。磁石片３１を磁石挿入孔２２の上部に運んで落下させる方法としては、図６に示す磁石片投入装置６１のような簡易ロボットや傾斜シューターを用いる方法等がある。

上述したように、ロータコア支持盤４１には、ロータコア２１の磁石挿入孔２２よりも小さい孔４１ａが設けられているため、投入された磁石片３１は、ロータコア支持盤４１の上で止まる。従って、投入された複数の磁石片３１は、ロータコア支持盤４１の上であって、かつ、磁石挿入孔２２内に積層される（図６参照）。

全ての磁石片３１の投入が終わると、積層された複数の磁石片３１の最上部に位置する磁石片３１の上端面を、磁石押さえロッド４６で上方から押さえる（図７参照）。これは、次工程でガイドテープ４５を抜き取る際に、２つのガイドテープ４５の間に位置する磁石片３１が持ち上がるのを防ぐためである。従って、磁石押さえロッド４６で磁石片３１を強く押さえつける必要はない。

続いて、ガイドテープクランパ４３のガイドテープ爪４３ａを開き、ガイドテープ出し入れ装置４２を作動させて、ガイドテープ４５を磁石挿入孔２２内から抜き取る（図８参照）。

最後に、磁石押さえロッド４６を上昇させる（図９参照）。なお、ガイドテープ出し入れ装置４２、ガイドテープクランパ４３、および、ガイドテープ位置決めローラ４４ａ、４４ｂは、初期位置に戻しておく。

ロータコア２１の磁石挿入孔２２に全ての磁石片３１が挿入されると、次工程である磁石樹脂モールド工程において、磁石片３１を磁石挿入孔２２内で樹脂モールドにより固定する処理が行われる。なお、磁石挿入孔２２に挿入された磁石片の落下防止のために、ロータコア２１を磁石樹脂モールド工程へ搬送する際には、ロータコア支持盤４１もロータコア２１と共に搬送する。

以下では、変形例について説明する。

図１０は、ガイドテープ４５を抜き取らずに、レーザー光４７を用いたレーザーカッタを用いて切断する例を示す図である。図１０に示す例では、磁石挿入孔２２より上部の位置と下部の位置でガイドテープ４５を切断する。この方法では、磁石挿入孔２２内で、複数の磁石片３１とロータコア２１との間に切断されたガイドテープ４５が残るが、特に問題はないのでそのまま残しておく。

図１１は、ガイドテープ４５を抜き取らずに、ナイフカッタ４８を用いて切断する例を示す図である。この例でも、磁石挿入孔２２より上部の位置と下部の位置でガイドテープ４５を切断し、磁石挿入孔２２内に残るガイドテープ４５は、そのまま残しておく。

なお、ガイドテープ４５を切断する方法は、レーザーカッタやナイフカッタを用いる方法に限定されることはない。

図１２は、ガイドテープ４５を下方に引き込むときの力を用いて、複数の磁石片３１を磁石挿入孔２２内に挿入する方法を説明するための図である。なお、図１２に示す例では、磁石片受けロッド４８を用いて、複数の磁石片３１が磁石挿入孔２２から抜け落ちないように支えているが、ロータコア支持盤４１によって支えることができるのであれば、磁石片受けロッド４８は必要ない。

この方法では、磁石片３１を磁石挿入孔２２の上まで運んで、２本のガイドテープ４５の内側に落下させるときに、磁石挿入孔２２の下側に配置されているガイドテープ出し入れ装置４９によって、ガイドテープ４５を下方に巻き取る。ガイドテープ出し入れ装置４９は、ガイドテープ４５を挟み込んで固定するためのクランプ機構を備えている。

図１２に示す方法では、ガイドテープ４５を下方に巻き取る際に、磁石片３１とガイドテープ４５が接触する摩擦力を利用して、磁石片３１を磁石挿入孔２２に挿入する。従って、この方法で用いるガイドテープ４５は、摩擦力を利用して磁石片３１を磁石挿入孔２２に引き込めるように、摩擦抵抗が大きい材質のテープを用いる。全ての磁石片３１が磁石挿入孔２２に挿入されると、図１０や図１１を用いて説明したように、ガイドテープ４５を切断する。

以上、一実施の形態におけるロータコア磁石挿入孔への磁石挿入装置によれば、磁石挿入孔２２の内壁面に沿って、磁石挿入孔２２の内壁面よりも摩擦係数の小さい帯状部材（ガイドテープ４５）を配置し、内壁面に帯状部材（ガイドテープ４５）が配置された磁石挿入孔２２に磁石片３１を投入する。これにより、磁石片３１を挿入する際に、磁石挿入孔２２の途中で引っかかるのを防ぐことができる。また、磁石挿入孔２２の内壁面に凹凸がある場合でも、その凹凸の影響を受けることなく、スムーズに磁石片３１を挿入することができる。

また、スムーズに磁石片３１を挿入することができるので、磁石片３１の角を面取りする必要がなく、面取りの手間を省くことができる。また、磁石片３１の角を面取りすると、その分体積が減って磁石の性能が低下するが、そのような問題が生じることもない。

また、帯状部材（ガイドテープ４５）は、その上部が少しずつ外側に広がるテーパ形状となっており、テーパ形状となっている帯状部材の上部から磁石片３１を投入するので、磁石片３１を磁石挿入孔２２に対して高精度に位置決めすることなく挿入することができる。これにより、ロータコア磁石挿入孔への磁石挿入装置を安価に製造することができ、モータの製造コストを低減することができる。

さらに、全ての磁石片３１が磁石挿入孔２２に挿入されると、帯状部材（ガイドテープ４５）を抜き取るので、抜き取った帯状部材を再利用することができ、モータの製造コストを低減することができる。

また、全ての磁石片３１が磁石挿入孔２２に挿入されると、磁石挿入孔２２の上端部および下端部で帯状部材（ガイドテープ４５）を切断するようにしてもよい。帯状部材を抜き取る方法では、帯状部材が途中で引っかかったり切れたりする可能性があるが、切断することにより、帯状部材が途中で引っかかったり中途半端に切れたりすることを防ぐことができる。

さらに、磁石片３１を磁石挿入孔２２に投入するときに帯状部材（ガイドテープ４５）を下方に引き込み、帯状部材を下方に引き込む際に磁石片３１と帯状部材との間に生じる摩擦力によって、磁石片３１を磁石挿入孔２２に挿入する構成とすることもできる。この方法によれば、軽くて落下エネルギーが小さい磁石片３１をより確実に磁石挿入孔２２に挿入することができる。

本発明は、上述した一実施の形態に限定されることはなく、様々な変形や応用が可能である。
本願は、２０１３年４月１０日に日本国特許庁に出願された特願２０１３−０８２２２７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 (6)

1. モータのロータコアに設けられた磁石挿入孔に複数の磁石片を挿入するロータコア磁石挿入孔への磁石挿入装置であって、
   前記磁石挿入孔の内壁面に沿って、前記磁石挿入孔の内壁面よりも摩擦係数の小さい帯状部材を配置する帯状部材配置手段と、
   内壁面に前記帯状部材が配置された前記磁石挿入孔に磁石片を投入する磁石片投入手段と、
   を備えるロータコア磁石挿入孔への磁石挿入装置。
2. 請求項１に記載のロータコア磁石挿入孔への磁石挿入装置において、
   前記帯状部材は、その上部が少しずつ外側に広がるテーパ形状となっており、
   前記磁石片投入手段は、テーパ形状となっている前記帯状部材の上部から磁石片を投入する、
   ロータコア磁石挿入孔への磁石挿入装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のロータコア磁石挿入孔への磁石挿入装置において、
   前記帯状部材配置手段は、全ての磁石片が前記磁石挿入孔に挿入されると、前記帯状部材を抜き取る、
   ロータコア磁石挿入孔への磁石挿入装置。
4. 請求項１または請求項２に記載のロータコア磁石挿入孔への磁石挿入装置において、
   全ての磁石片が前記磁石挿入孔に挿入されると、前記磁石挿入孔の上端部および下端部で前記帯状部材を切断する切断手段をさらに備える、
   ロータコア磁石挿入孔への磁石挿入装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のロータコア磁石挿入孔への磁石挿入装置において、
   前記磁石片投入手段によって磁石片を前記磁石挿入孔に投入するときに前記帯状部材を下方に引き込む帯状部材引き込み手段をさらに備え、
   前記帯状部材引き込み手段によって前記帯状部材を下方に引き込む際に磁石片と前記帯状部材との間に生じる摩擦力によって、磁石片を前記磁石挿入孔に挿入する、
   ロータコア磁石挿入孔への磁石挿入装置。
6. モータのロータコアに設けられた磁石挿入孔に複数の磁石片を挿入するロータコア磁石挿入孔への磁石挿入方法であって、
   前記磁石挿入孔の内壁面に沿って、前記磁石挿入孔の内壁面よりも摩擦係数の小さい帯状部材を配置し、
   内壁面に前記帯状部材が配置された前記磁石挿入孔に磁石片を投入する、
   ロータコア磁石挿入孔への磁石挿入方法。

Images