JP7132143B2

JP7132143B2 - ロータコアの製造装置及びロータコアの製造方法

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Publication number: JP7132143B2
Application number: JP2019018605A
Authority: JP
Inventors: 昇▲峻▼ 李; 秀俊植松; 誠舟久保
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2019-02-05
Filing date: 2019-02-05
Publication date: 2022-09-06
Anticipated expiration: 2039-02-05
Also published as: JP2020127294A; CN111525757A; US11689086B2; US20200251969A1; DE102020000667A1

Description

本発明は、ロータコアの製造装置及びロータコアの製造方法に関する。

ＩＰＭ型ロータコア（埋込磁石型ロータコア）１は、例えば、図１に示すように、電磁鋼板を打ち抜き加工して形成した複数のコア部材（薄板状部材）を積層した積層鉄心２と、積層鉄心２の軸線Ｏ１方向一端部２ａから他端部２ｂまで貫通形成された磁石挿入孔２ｃに挿入して収容される永久磁石３と、磁石挿入孔２ｃに注入して永久磁石３を埋設固定する樹脂材４とを備えて構成されている。

ＳＰＭ型ロータコア（表面磁石型ロータコア）５は、例えば、図２に示すように、積層鉄心２と、積層鉄心２の外周面側に周方向に等間隔で配設される永久磁石３と、永久磁石３とともに積層鉄心２を囲繞して被覆する円筒状の外装部材６と、外装部材６と積層鉄心２の間に注入して永久磁石３を埋設固定する樹脂材４とを備えて構成されている。

また、積層鉄心２には、その軸線Ｏ１上の一端部２ａから他端部２ｂに貫通形成され、ロータのシャフトを嵌め込むための中心孔（シャフト孔）２ｄが設けられている。

一方、ロータコア１、５の製造装置としては、例えば、図８に示すように、永久磁石３を磁石挿入孔２ｃに挿入して取り付けた積層鉄心２（又は永久磁石３と外装部材６を取り付けた積層鉄心５）を軸線Ｏ１方向に嵌合させて保持する嵌合凹部７ａを有する第１金型７と、第１金型７に係合し、第１金型７とともに金型キャビティ内に積層鉄心２を型締め／封止する第２金型８と、第２金型８（又は第１金型７）に設けられ、金型キャビティ内の積層鉄心２の磁石挿入孔２ｃ（又は外装部材６と積層鉄心２の間）に樹脂材４を注入するための樹脂注入部９とを備えて構成されている（例えば、特許文献１参照）。第１金型７には、嵌合凹部７ａに積層鉄心２を嵌合させる際に、積層鉄心２の中心孔（シャフト孔）２ｄに嵌め込んで位置決め保持するための芯棒１０が一体に具備されている。

ロータコア１、５を製造する際には、図８、図９に示すように、第１金型７と第２金型８を型締めして積層鉄心２を封止した後、図１０に示すように、射出成形機を用い、樹脂注入部９から磁石挿入孔２ｃ（又は外装部材６と積層鉄心２の間）に樹脂材４を注入する。図１１に示すように、適宜タイミングで金型７、８を型開きし、ロータコア１（５）を脱型して取り外す。これにより、永久磁石３を樹脂材４によって埋設固定したロータコア１（５）が製造される。

再公表ＷＯ２０１６／１４７２１１号公報

一方、上記従来のロータコアの製造装置及び製造方法においては、図１２に示すように、磁石挿入孔２ｃの内部に樹脂材４を射出した際に、射出圧によって磁石３が動き、磁石３の一端部３ａが金型面７ｂに当たって（衝突し）、磁石３に割れなどの損傷が生じるおそれがあった。

このため、樹脂材４の射出圧で金型面７ｂに衝突して磁石３に損傷が生じることを防止する手法が望まれていた。

本開示のロータコアの製造装置の一態様としては、磁石挿入孔に磁石を挿入した積層鉄心、又は外周側に磁石と外装部材を取り付けた積層鉄心を嵌合させて保持する嵌合凹部を有する第１金型と、前記第１金型に係合し、前記第１金型とともに前記積層鉄心を型締めして封止する第２金型と、前記第１金型又は前記第２金型に設けられ、成形機を用いて前記磁石挿入孔、又は前記外装部材と前記積層鉄心の間に樹脂材を注入する樹脂注入部と、前記第１金型の嵌合凹部に嵌合した状態で、前記磁石を位置決め保持する磁石位置決め保持機構とを備える。

本開示のロータコアの製造方法の一態様としては、上記のロータコアの製造装置を用い、前記磁石を前記磁石位置決め保持機構で位置決め保持した状態で、前記磁石挿入孔、又は前記外装部材と前記積層鉄心の間に樹脂材を注入する。

上記の一態様によれば、磁石挿入孔に挿入した磁石を、予め、その端部が金型面から利端した状態や端部を当接させた状態で位置決め保持し、樹脂材の射出圧（注入圧）で磁石が移動することがないようにすることができる。これにより、樹脂材の射出圧で磁石の端部が金型面に衝突し、磁石に損傷が生じることを確実に防止できる。

一実施形態のロータ（ロータ構造）を示す断面図である。一実施形態のロータコア（ＩＰＭ型ロータコア）を示す斜視図である。一実施形態のロータコア（ＩＰＭ型ロータコア）の製造装置、製造方法を示す断面図である。第１実施形態のロータコア（ＩＰＭ型ロータコア）の製造装置、製造方法を示す断面図である。第１実施形態のロータコア（ＩＰＭ型ロータコア）の製造装置、製造方法を示す断面図である。第２実施形態のロータコア（ＩＰＭ型ロータコア）の製造装置のガイド板、突起部を示す拡大図である。第２実施形態のロータコア（ＩＰＭ型ロータコア）の製造装置、製造方法を示す断面図である。従来のロータコア（ＩＰＭ型ロータコア）の製造装置、製造方法を示す断面図である。従来のロータコア（ＩＰＭ型ロータコア）の製造装置、製造方法を示す断面図である。従来のロータコア（ＩＰＭ型ロータコア）の製造装置、製造方法を示す断面図である。従来のロータ（ロータ構造）を示す断面図である。従来のロータコア（ＩＰＭ型ロータコア）の製造装置、製造方法を示す断面図であり、樹脂材の注入時に磁石の端部が金型面に衝突することを示す図である。

以下、図１から図５を参照し、第１実施形態に係るロータコアの製造装置及びロータコアの製造方法について説明する。

ここで、本実施形態のロータコア１、５は、図１、図２に示すように、軸線Ｏ１中心に貫通形成された中心孔（シャフト孔）２ｄにシャフトを挿通し、シャフトに同軸上で一体に取り付けることによって、例えば、自動車や電化製品のモータなどの電動回転機のロータを構成するものである。

本実施形態では、ロータコア１がＩＰＭ型ロータコア（埋込磁石型のロータコア）であるものとして説明を行う。

本実施形態のロータコア１は、例えば、図１に示すように、電磁鋼板を打ち抜き加工して形成した複数のコア部材（薄板状部材）を積層してなる積層鉄心（コア）２と、積層鉄心２の軸線Ｏ１方向一端部２ａから他端部２ｂに貫通形成された複数の磁石挿入孔２ｃにそれぞれ挿入して配設される永久磁石（磁石）３と、磁石挿入孔２ｃに注入して永久磁石３を積層鉄心２に固定しつつ埋設する樹脂材４とを備えて構成されている。

上記構成からなる本実施形態のロータコア１を製造するための装置（ロータコアの製造装置）Ａは、図３、図４、図５に示すように、磁石挿入孔２ｃに永久磁石３を挿入した積層鉄心２を嵌合させて保持する嵌合凹部７ａ、及び積層鉄心２の軸線Ｏ１方向に貫通形成された中心孔２ｄに嵌合する円柱状の芯棒１０を有する第１金型７と、第１金型７に係合し、第１金型７とともに積層鉄心２を型締めして封止する第２金型８と、第２金型８に設けられ、射出成形機を用いて磁石挿入孔２ｃに樹脂材４を注入する樹脂注入部９と、磁石挿入孔２ｃの内部に挿入した永久磁石３を位置決め保持するための磁石位置決め保持機構１１とを備えている。

第２金型８に設けられる樹脂注入部９は、射出成形機から樹脂材４が送られ、第１金型７と第２金型８で型締めした積層鉄心２の磁石挿入孔２ｃに樹脂材４を給送して注入するための樹脂流路を備えて構成されている。

本実施形態の磁石位置決め保持機構１１は、図４に示すように、電磁石１１ａ、永久磁石、エア吸引機構の少なくとも一つを備えた製造用治具１１ｂが主な構成要素であり、積層鉄心２を第１金型７の嵌合凹部７ａに嵌合させた状態で、製造用治具１１の電磁石１１ａ又は永久磁石の磁力、エア吸引機構のエア吸引力を磁石挿入孔２ｃに挿入された永久磁石３に作用させ、この永久磁石３を積層鉄心２の他端部２ｂ側に引き寄せて位置決め保持するように構成されている。なお、図４では、磁石位置決め保持機構１１が電磁石１１ａを備えた場合を示している。

あるいは、本実施形態の磁石位置決め保持機構１１は、図５に示すように、第１金型７の外側から嵌合凹部７ａに貫通するように設けられ、積層鉄心２を第１金型７の嵌合凹部７ａに嵌合させた状態で、磁石挿入孔２ｃに挿入された永久磁石３の積層鉄心２の一端部２ａ側の端部３ａに押圧力を作用させ、永久磁石３を磁石挿入孔２ｃの内部で積層鉄心２の他端部２ｂ側に配されるように構成してもよい。このような第１金型７に具備される磁石位置決め保持機構１１は、押しピンなどの機械的磁石押圧機構１１ｃなどが挙げられ、例えば、押しピン（１１ｃ）を磁石挿入孔２ｃに挿入して永久磁石３を積層鉄心２の他端部２ｂ側に押し込んで保持するようにすれば、永久磁石３を位置決め保持することができる。なお、機械的磁石押圧機構１１ｃは押しピンに限定する必要はない。

次に、上記構成からなる本実施形態のロータコア１の製造装置Ａを用いてロータコア１を製造する方法（樹脂材４を注入して永久磁石３を積層鉄心２に一体に埋設固定する方法）について説明する。

まず、積層鉄心２の複数の磁石挿入孔２ｃにそれぞれ永久磁石３を挿入する（磁石挿入工程）。

次に、第１金型７の嵌合凹部７ａに、積層鉄心２を嵌合して配設する（第１金型取付工程）。

次に、図４に示すように、積層鉄心２の他端部２ｂ側に製造用治具１１ｂを配置し、電磁石１１ａの磁力、永久磁石の磁力、又はエア吸引機構の吸引力を永久磁石３に作用させ、磁石挿入孔２ｃ内の永久磁石３を積層鉄心２の他端部２ｂ側に引き寄せるとともに、磁力や吸引力で位置決め保持する（磁石位置決め保持工程）。

ここで、電磁石１１ａの磁力、永久磁石の磁力、又はエア吸引機構の吸引力を永久磁石３に作用させる製造用治具１１ｂを備えて磁石位置決め保持機構１１を構成した場合には、複数の磁石挿入孔２ｃにそれぞれ永久磁石３を挿入した段階で、積層鉄心２に製造用治具１１ｂを配置し、永久磁石３を位置決め保持し、この状態で第１金型７の嵌合凹部７ａに積層鉄心２を嵌合して配設するようにしてもよい。すなわち、磁石位置決め保持工程は、第１金型取付工程の前段で行われてもよい。

さらに、この場合には、例えば、永久磁石３を挿入した後の積層鉄心２をロボットで第１金型７の嵌合凹部７ａに搬送して嵌合設置する際に、磁石挿入孔２ｃ内の永久磁石３が予め製造用治具１１ｂの磁力、エア吸引力で保持されるため、積層鉄心２の磁石挿入孔２ｃから永久磁石３が引き抜けてしまうことも防止できる。

一方、図５に示すように、押しピンなどの機械的磁石押圧機構１１ｃを備えた場合には、積層鉄心２を第１金型７の嵌合凹部７ａに嵌合して設置した後、例えば、押しピン（１１ｃ）を磁石挿入孔２ｃに挿入して永久磁石３を積層鉄心２の他端部２ｂ側に押し込み、位置決め保持する（磁石位置決め保持工程）。

次に、第２金型８を第１金型７に係合させ、第１金型７とともに積層鉄心２を型締めして封止する（第２金型取付工程）。

そして、第２金型８に設けられた樹脂注入部９を通じ、射出成形機で磁石挿入孔２ｃに樹脂材４を注入する（樹脂注入工程）。

このとき、磁石位置決め保持機構１１によって磁石挿入孔２ｃ内の永久磁石３が位置決め保持されているため、樹脂材４の射出圧（注入圧）によって第１金型７の金型面７ｂ側に動くことがなく、磁石挿入孔２ｃに樹脂材４を充填することができる。

次に、適宜タイミングで金型７、８を型開きし、ロータコア１を脱型する。なお、製造用治具などは、他のロータコア１の製造に転用される。

したがって、本実施形態のロータコア１の製造装置Ａ及びロータコア１の製造方法においては、磁石位置決め保持機構によって、積層鉄心２の磁石挿入孔２ｃに挿入された永久磁石３が積層鉄心２の他端部２ｂ側（樹脂材４の注入口側）に引き寄せられて、あるいは押し込まれて位置決め保持されているため、樹脂材４の射出圧（注入圧）によって第１金型７の金型面７ｂ側に永久磁石３が動くことがない。

よって、本実施形態のロータコア１の製造装置Ａ及びロータコア１の製造方法によれば、従来のように樹脂材４の注入／射出時に、射出圧で永久磁石３が磁石挿入孔２ｃ内で動き、永久磁石３の端部３ａが金型面７ｂに衝突して永久磁石３に損傷が生じることを確実に防止できる。これにより、高品質で信頼性の高いロータコア１を製造することが可能になる。また、ロータコア１の製造歩掛りの向上を図ることも可能になる。

また、本実施形態のロータコア１の製造装置Ａは、積層鉄心２の磁石挿入孔２ｃに永久磁石３を挿入した積層鉄心２を第１金型７まで搬送して嵌合凹部７ａに嵌合させるまでの間に、磁石挿入孔２ｃから永久磁石３が引き抜けることを防止するためにも用いることができる。

以上、ロータコアの製造装置及びロータコアの製造方法の第１実施形態について説明したが、本発明は上記の第１実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、本実施形態では、ロータコアがＩＰＭ型ロータコア（埋込磁石型のロータコア）であるものとして説明を行ったが、ＳＰＭ型ロータコア（表面磁石型ロータコア）であっても構わない。

具体的に、ＳＰＭ型ロータコア５は、例えば、図２に示すように、積層鉄心２と、積層鉄心２の外周面側に周方向に等間隔で配設される永久磁石３と、永久磁石３とともに積層鉄心２を囲繞して被覆する円筒状の外装部材６と、外装部材６と積層鉄心２の間に注入して永久磁石３を埋設固定する樹脂材４とに加え、磁石位置決め保持機構１１を備えて構成されている。

このＳＰＭ型ロータコア５を製造する際には、本実施形態と同様、製造用治具１１ｃや押しピン（機械的磁石押圧機構１１ｃ）などの磁石位置決め保持機構１１を用い、外装部材６と積層鉄心２の間の磁石３を引き寄せ、あるいは押し込み、位置決め保持する。これにより、樹脂注入部９から外装部材６と積層鉄心２の間に注入して永久磁石３を埋設固定する際に永久磁石３が動くことがなく、本実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

次に、図１、図３、図６、図７を参照し、参考例に係るロータコアの製造装置Ａ及びロータコアの製造方法について説明する。

ここで、本参考例では、第１実施形態に対し、磁石位置決め保持機構１１の構成、積層鉄心２の磁石挿入孔２ｃの内部における永久磁石３の位置決め保持の位置のみが異なる。このため、第１実施形態と同様の構成に対して同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

本参考例の磁石位置決め保持機構１１は、第１実施形態のように積層鉄心２の磁石挿入孔２ｃに挿入した永久磁石３を、その一端部３ａと金型面７ｂが離間するように積層鉄心２の他端部２ｂ側に引き寄せ、又は押し込んで位置決め保持するのではなく、図６、図７に示すように、永久磁石３の一端部３ａを直接的（又は間接的）に第１金型７の金型面７ｂに当接するように永久磁石３を引き寄せ、又は押し込んで、位置決め保持するように構成されている。

具体的に、本参考例の磁石位置決め保持機構１１は、図６に示すように、第１金型７の所定位置に設けられた電磁石１１ａ、永久磁石、又はエア吸引機構の少なくとも一つを主な構成要素とし、積層鉄心２を第１金型７の嵌合凹部７ａに嵌合させた状態で、電磁石又は永久磁石の磁力、エア吸引機構のエア吸引力を磁石挿入孔２ｃに挿入された永久磁石３に作用させ、この永久磁石３を積層鉄心２の一端部２ａ側に引き寄せ、永久磁石３の一端部３ａを直接的又は間接的に金型面７ｂに当接させて位置決め保持するように構成されている。

あるいは、本参考例の磁石位置決め保持機構１１は、積層鉄心２を第１金型７の嵌合凹部７ａに嵌合させた状態で、積層鉄心２の他端部２ｂ側から磁石挿入孔２ｃに挿入され、永久磁石３の他端部３ｂに力を作用させ、永久磁石３を金型面７ｂに一端部３ａが当接するまで磁石挿入孔２ｃの奥に押し込んで、位置決め保持するように構成してもよい。

このような磁石位置決め保持機構１１としては、例えば、押しピン（機械的磁石押圧機構１１ｃ）を磁石挿入孔２ｃに挿入して永久磁石３を押し込んで保持するように構成したものが挙げられる。あるいは、電磁石、永久磁石、エア押圧機構などを備え、磁石挿入孔２ｃの内部に、エアを吹き込んで永久磁石３を押し込んだり、磁力の反発力を作用させて永久磁石３を押し込むように構成してもよい。

上記構成からなる本参考例のロータコア１の製造装置Ａを用いてロータコア１を製造する方法（樹脂材４を注入して永久磁石３を積層鉄心２に一体に埋設固定する方法）について説明する。

ここで、磁石位置決め保持機構１１として、電磁石１１ａ、永久磁石、エア吸引機構を適用した場合には、電磁石１１ａの磁力、永久磁石の磁力、又はエア吸引機構の吸引力が永久磁石３に作用し、永久磁石３が金型面７ｂ側に引き寄せられ、その一端部３ａが金型面７ｂに当接した状態で位置決め保持される（磁石位置決め保持工程）。

一方、磁石位置決め保持機構１１として、押しピンなどの機械的磁石押圧機構１１ｃ、エア押圧機構を適用した場合には、磁石挿入孔２ｃに積層鉄心２の他端部２ｂ側から押しピンを押し込んだり、エアを吹き入れ、永久磁石３を磁石挿入孔２ｃの奥に押し込む。そして、永久磁石３はその一端部３ａが金型面７ｂに当接した状態で位置決め保持される（磁石位置決め保持工程）。

このとき、磁石位置決め保持機構によって磁石挿入孔２ｃ内の永久磁石３がその一端部３ａを第１金型７の金型面７ｂに当接させて位置決め保持されているため、樹脂材４の射出圧（注入圧）によって第１金型７の金型面７ｂ側に動くことがない。

次に、適宜タイミングで金型７、８を型開きし、ロータコア１を脱型する。

したがって、本参考例のロータコア１の製造装置Ａ及びロータコア１の製造方法においては、磁石位置決め保持機構によって、積層鉄心２の磁石挿入孔２ｃに挿入された永久磁石３が積層鉄心２の一端部２ａ側の金型面７ｂ側に引き寄せられて、あるいは押し込まれて位置決め保持されているため、樹脂材４の射出圧（注入圧）によって第１金型７の金型面７ｂ側に永久磁石３が動くことがない。

よって、本参考例のロータコア１の製造装置Ａ及びロータコア１の製造方法によれば、従来のように樹脂材４の注入／射出時に、射出圧で永久磁石３が磁石挿入孔２ｃ内で動き、永久磁石３の端部３ａが金型面７ｂに衝突して永久磁石３に損傷が生じることを確実に防止できる。これにより、高品質で信頼性の高いロータコア１を製造することが可能になる。また、ロータコア１の製造歩掛りの向上を図ることも可能になる。

以上、ロータコアの製造装置及びロータコアの製造方法の参考例について説明した。

１ＩＰＭ型ロータコア（ロータコア）
２積層鉄心
２ａ一端部
２ｂ他端部
２ｃ磁石挿入孔
２ｄ中心孔（シャフト孔）
３永久磁石（磁石）
４樹脂材
５ＳＰＭ型ロータコア（ロータコア）
６外装部材
７第１金型
７ａ嵌合凹部
７ｂ金型面
８第２金型
９樹脂注入部
１０芯棒
１１磁石位置決め保持機構
１１ａ電磁石
１１ｂ製造用治具
１１ｃ押しピン（機械的磁石押圧機構）
Ａロータコアの製造装置
Ｏ１軸線

Claims

磁石挿入孔に磁石を挿入した積層鉄心、又は外周側に磁石と外装部材を取り付けた積層鉄心を嵌合させて保持する嵌合凹部を有する第１金型と、
前記第１金型に係合し、前記第１金型とともに前記積層鉄心を型締めして封止する第２金型と、
前記第２金型に設けられ、成形機を用いて前記磁石挿入孔、又は前記外装部材と前記積層鉄心の間に樹脂材を注入する樹脂注入部と、
前記積層鉄心が前記第１金型の嵌合凹部に嵌合した状態で、前記磁石挿入孔に挿入した前記磁石を位置決め保持する磁石位置決め保持機構とを備え、
前記磁石位置決め保持機構が、前記磁石を、前記樹脂注入部側に引き寄せて、前記第１金型の前記嵌合凹部を形成する金型面から前記磁石の端部を離間した状態で、位置決め保持するように構成されている、ロータコアの製造装置。
前記磁石位置決め保持機構が、電磁石、永久磁石、エア吸引機構のいずれかを備える、請求項１に記載のロータコアの製造装置。
請求項１又は請求項２に記載のロータコアの製造装置を用い、前記磁石を前記磁石位置決め保持機構で位置決め保持した状態で、前記磁石挿入孔、又は前記外装部材と前記積層鉄心の間に樹脂材を注入する、ロータコアの製造方法。