JP7543985B2

JP7543985B2 - 磁石組付装置

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Publication number: JP7543985B2
Application number: JP2021096603A
Authority: JP
Inventors: 孝至永守
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2021-06-09
Filing date: 2021-06-09
Publication date: 2024-09-03
Anticipated expiration: 2041-06-09
Also published as: JP2022188510A

Description

本発明は、磁石組付装置に関する。

従来、例えばモータを製造する際、ロータコアに磁石を挿入する装置が知られている。

例えば特許文献１には、磁石をコア部に軸直交方向から組み付ける磁石組付工程が記載されている。これはコア部の圧入溝にそれぞれ磁石を圧入して保持させるものである。

特開２００６－２９６０４５号公報

一般に、磁石挿入を行うには、磁石の欠損による減磁を避けるため、過度の衝撃が加わらないようにする必要がある。しかし、磁石を直接コアのスロットに挿入する場合、磁石・コア間の隙間を小さく設定することになり、芯出しを慎重に行っても磁石がスロット入り口周辺やスロット側面などに衝突するおそれがある。

そこで、コアに比べて磁石との隙間が大きいラフガイド孔を有する仮治具を用い、いったん仮治具に磁石を挿入し、さらにコアへの挿入を行うという２段階方式が考えられる。また、磁石をコアに移動させる場合にシビアガイドで磁石の姿勢及び位置を矯正するようにすれば、衝突のおそれも少なくできる。

しかし、仮治具方式であっても仮治具とコアの芯出しを精密に行う必要性は変わらないため、位置調整機構の導入などにより設備コストが高くなる懸念があるほか、位置調整作業に要する工数も不可避的に生じる。

本発明はこの点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、仮治具と被挿入ワークとの芯出し作業の手間を軽減する磁石組付装置及び磁石組付方法を提供することにある。

（第一の態様）
本発明の第一の態様は、被挿入ワーク（Ｗ）に形成された挿入孔（ｈＷ）に直方体状の磁石（Ｔ）を挿入して組み付ける磁石組付装置（Ｘ）である。磁石組付装置は、仮治具（１）と、芯出し装置（７）と、を備える。

仮治具には、挿入孔の直上の位置において、挿入孔における磁石との嵌合隙間よりも大きな嵌合隙間を有するラフガイド孔（ｈ１１）が形成されており、被挿入ワークの挿入孔に挿入される前段階で、磁石対が一旦挿入される。

芯出し装置（７）は、被挿入ワークの軸方向をＺ方向とし、Ｚ方向に直交する平面をＸＹ平面とする三次元座標を定義し、被挿入ワークの軸を中心とする回転方向をθ方向とすると、Ｘ方向、Ｙ方向およびθ方向に移動可能に被挿入ワークを支持する。

芯出し装置は、被挿入ワークを仮治具に押し当てることで、仮治具の位置に倣う状態となるようにＸ方向、Ｙ方向およびθ方向にフローティング可能な状態で被挿入ワークを支持する。
芯出し装置の動作により、被挿入ワークの位置を仮治具の位置に倣わせた状態で、仮治具から被挿入ワークの挿入孔に磁石が挿入される。

（第一の態様の効果）
本発明の第一の態様では、芯出し装置を用いて被挿入ワークの位置を仮治具の位置に倣わせることで、仮治具を用いた被挿入ワークへの磁石挿入作業において、被挿入ワークと仮治具との芯出し作業の手間を軽減することができる。

（第二の態様）

本発明の第二の態様は、被挿入ワーク（Ｗ）に形成された挿入孔（ｈＷ）に直方体状の磁石（Ｔ）を挿入して組み付ける磁石組付方法（３００）である。

磁石組付方法は、仮組付ステップ（３０１）と、支持ステップ（３０２）と、芯出しステップ（３０３）と、本組付ステップ（３０４）とを含む。仮組付ステップでは、被挿入ワークの挿入孔に挿入される前段階で、挿入孔の直上の位置において、挿入孔における磁石との嵌合隙間よりも大きな嵌合隙間を有するラフガイド孔（ｈ１１）が形成された仮治具（１）のラフガイド孔に、磁石が一旦挿入される。

支持ステップ（３０２）では、被挿入ワークの軸方向をＺ方向とし、Ｚ方向に直交する平面をＸＹ平面とする三次元座標を定義し、被挿入ワークの軸を中心とする回転方向をθ方向とすると、Ｘ方向、Ｙ方向およびθ方向に移動可能に被挿入ワークを支持する。芯出しステップ（３０３）では、被挿入ワークを仮治具に押し当てることで、仮治具の位置に倣う状態となるようにＸ方向、Ｙ方向およびθ方向にフローティングさせる。本組付ステップ（３０４）では、仮治具のラフガイド孔から被挿入ワークの挿入孔に磁石が挿入される。

（第二の態様の効果）
本発明の第二の態様により、第一の態様と同じ効果が得られる。

被挿入ワークを示す平面図。磁石組付装置を示す平面図。仮治具の平面図。図３のＩＶ方向から見た矢視図（正面図）。仮治具及び被挿入ワークの関係を示す概略断面図。図３の位置調整機構の拡大図。図３のシャッタの動作を示す拡大図。仮組付装置を示す正面図。図８のＩＸ方向からみた矢視図（平面図）。図８のＸ方向からみた矢視図（左側面図）。仮組付装置の動作を示す概略斜視図。芯出し装置、被挿入ワーク、仮治具を示す斜視図。芯出し装置の動作を示す概略断面図。鋼球保持プレートの斜視図。本組付装置の正面図。磁石組付方法（第２実施形態）のフロー図。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、磁石が挿入される「被挿入ワーク」は、埋込磁石型モータのロータコアである。埋込磁石型モータは、例えば車両に搭載される３相ブラシレスモータ等に適用される。

（第１実施形態）
第１実施形態は、「被挿入ワークＷ」の「軸方向Ｚ」に平行に形成された「挿入孔ｈＷ」に対し、複数の「磁石Ｔ」を、正確かつ効率的に挿入して組み付ける「磁石組付装置Ｘ」である。

図１に本発明において対象となる被挿入ワークＷの平面図を示す。挿入孔ｈＷが１６箇所に設けられている。平面図において、周方向に隣接した二つの挿入孔ｈＷが対をなし、この挿入孔ｈＷが八対、放射状に配置されている。これら二つの挿入孔ｈＷに挿入される二つの磁石は、一対の磁石対をなす。

［磁石組付装置］
図２に磁石組付装置Ｘの平面図を示す。磁石組付装置Ｘは「仮治具１」と、仮治具１を載置する「仮治具テーブル３」と、「仮組付装置５」と、被挿入ワークＷを載置する「芯出し装置７」と、「本組付装置９」とを備える。

［磁石組付］
なお、本発明による磁石組付では、以下の各段階に分けて作業を行う。
（１）仮組付装置５により仮治具１に磁石を組付ける（以下「仮組付」）。
（２）組付けられた磁石の位置を最適化する（以下「位置合わせ」）。
（３）仮治具テーブル３により仮組付後の仮治具１を芯出し装置７の直上に移動させる。
（４）本組付装置９により仮治具１に組付けられた磁石を被挿入ワークＷに移動させる（以下「本組付」）。

＜仮治具＞
仮治具１について、図３に平面図を、図４に正面図を示す。仮治具１は被挿入ワークＷを模した「本体１１」と、本体１１から延出して仮治具テーブル３上に係合する複数の「係合アーム１３」と、８基の「位置合わせ機構１５」と、本体１１の直下に接続される「シビアガイド１７」と、「シャッタ１９」及びシャッタ１９を開閉するための「カムフォロア１９１」とを有し、係合アーム１２を介して仮治具テーブル３上に載置される。位置合わせ機構５、シビアガイド１７、シャッタ１９、カムフォロア１９１については後述する。

図５に仮治具１の概略断面図を示す。なお、図５ではシャッタ１９及びカムフォロア１９１については図示を省略する。仮治具１は、本体１１の下に円盤状のプレートであるシビアガイド１７が接続されてなるものであり、本体１１の厚みは被挿入ワークＷの厚みとほぼ同じである。シビアガイド１７は、本体１１に仮組付された磁石Ｔが、被挿入ワークＷの挿入孔ｈＷに進入する前に通過する磁石Ｔの位置を最適化するようにガイドするものであって、「シビアガイド孔ｈ１７」と「バンプｂ１７」とを有し、本体１１直下に接続される。シビアガイド孔ｈ１７の磁石とのクリアランス（隙間）は比較的小さい。

仮治具１は被挿入ワークＷに積み重ねると、孔の位置が一致するようになっている。仮治具１の被挿入ワークＷの挿入孔ｈＷに対応する位置には、ラフガイド孔ｈ１１が位置する。その幅は、仮組付時に磁石Ｔが進入しやすいように、挿入孔ｈＷの幅より広くされている。ラフガイド孔ｈ１１への入り口周辺は、上方から進入した磁石Ｔがその孔端部に衝突しにくいように、緩やかな「勾配ｇ１」が付けられている。なお、ラフガイド孔ｈ１１は、磁石とのクリアランスが比較的大きい。

ラフガイド孔ｈ１１の直下には、シャッタ１９及びカムフォロア１９１が一体となった機構（以下「シャッタ機構」）を挟んで、「シビアガイド孔ｈ１７」が設けられる。シビアガイド孔ｈ１７の四方の内壁からは「バンプｂ１７」がせり出し、被挿入ワークＷの挿入孔ｈＷに通じる空間の幅を狭めている。これにより、バンプｂ１７は上方から押されて進入した磁石Ｔが正確に挿入孔ｈＷの所定位置に押し込まれるようにガイドする。

ラフガイド孔ｈ１１に磁石Ｔが挿入されたとき、仮治具１は「嵌合隙間ｔ１」を有する。一方、挿入孔ｈＷに磁石Ｔが挿入されたとき、被挿入ワークＷは「嵌合隙間ｔＷ」を有する。このとき両者の間には「嵌合隙間ｔ１＞嵌合隙間ｔＷ」の関係が成り立つ。

《位置合わせ機構》
図６に位置合わせ機構１５の拡大平面図を示す。位置合わせ機構５は、仮治具１に挿入された磁石対を、ラフガイド孔ｈ１１の所定の辺の内壁に当接させて位置決めを行うためのものであり、「可動ガイド１５１」と、「バネ１５３」と、「ガイドプッシャ１５５」と、「調整ボルト１５７」とを有する。可動ガイド１５１は仮治具１の径方向に移動可能に設けられ、径方向外側の端部が磁石対に当接可能に且つ周方向に広がっている。

バネ１５３は可動ガイド１５１を径外方向に付勢する。ガイドプッシャ１５５は磁石対の径外方向への限界位置を調整する。調整ボルト１５７はガイドプッシャ１５５の位置を微調整する。これにより、磁石対の位置が、挿入孔ｈＷの所定の位置の直上に正確に合わされ、スムーズに本組付に移行可能な状態となる。

《シャッタ及びカムフォロア》
図３を再び参照する。図７には「閉状態」（上の図）から「開状態」（下の図）へ切り替わったときのシャッタ１９の動きを平面図に示す。シャッタ１９とカムフォロア１９１はリンク機構で連動し（シャッタ機構）、本組付に際し、カムフォロア１９１が図３に示した矢印方向に回転すると同時にシャッタ１９が開状態に変化する。

＜仮治具テーブル＞
仮治具テーブル３は、複数の仮治具１を載置したまま回転軸ｒ３を中心に回転可能な円卓であって、仮治具１を仮組付装置５直下から本組付装置９直下まで移動させる（図２）。本実施形態では４基の仮治具１を載置可能である。仮治具テーブル３の仮治具１の載置位置の直下は穴が空いた構造になっている。仮治具１は、仮治具テーブル３上に直接載置されるわけではなく、複数の係合アームが仮治具テーブル３に係合することで仮治具テーブル３上に載置される（図３）。よって下方からみると仮治具１の底面（シビアガイド１７及びシャッタ機構）が見える。

＜仮組付装置＞
仮組付装置５について、図８に平面図を、図９に側面図を、図１０に正面図を、図１１に動作を示す斜視図を示す。仮組付装置５は、「磁石プッシャ５１」と、「磁石切り出し矢５３」と、「組付シャッタ５５」と、「挿入矢５７」と、「駆動モータ５９」とを備える。

磁石プッシャ５１は、複数並べられた磁石群を一枚ずつ前方に押し出す。磁石切り出し矢５３は、押し出された磁石群の最前列にある一枚の磁石を挿入準備位置（ラフガイド孔ｈ１１の直上）にスライドさせる。組付シャッタ５５は、挿入準備位置の底側に開閉可能に設けられる。

挿入矢５７は、挿入準備位置の上方から下降可能に設けられ、組付シャッタ５５が開くと下降し、挿入準備位置に配置された一列の磁石Ｔをまとめて押し下げる。なお組付シャッタ５５と挿入矢５７とは、リンク機構で連動して動作する。

［仮組付］
駆動モータ５９は複数のモータを有し、各モータはそれぞれ磁石プッシャ５１、磁石切り出し矢５３、組付シャッタ５５及び挿入矢５７を駆動する。これにより、仮治具１のラフガイド孔ｈ１１に磁石Ｔを挿入して、仮治具１へ仮組付することができる。

＜芯出し装置＞
図１２に芯出し装置７の外観斜視図を示す。芯出し装置７は、被挿入ワークＷの軸方向Ｚに対して直交する平面をＸＹ平面とする三次元座標を定義したとき、被挿入ワークＷを、Ｘ方向及びＹ方向に平行に移動可能に支持し、且つ軸方向Ｚを中心として回転可能に（以下これを「θ方向に移動可能に」という）支持する。これにより、被挿入ワークＷをＸＹθ方向にフローティング（以下「ＸＹθフローティング」）させ、仮治具１と被挿入ワークＷの「芯出し」（仮治具１と被挿入ワークＷの軸を一致させる位置合わせ）を、容易に行わせるものである。

図１３に芯出し装置７の動作を示す正面断面図を示す。芯出し装置７は、「台座テーブル７１」、「センターガイド７２」、「センター受け７３」、「連結シャフト７４」、「フローティングテーブル７５」、「ガイドシャフト７６」、「鋼球７７」、「鋼球保持プレート７８」及び「連結ピン７９」を備える。

芯出し装置７の台座テーブル７１にはセンターガイド７２が嵌設される。センターガイド７２にはセンター受け７３が嵌合する。このとき自然にセンターガイド７２の中心とセンター受け７３の中心が合うようになっている。また、センターガイド７２には連結シャフト７４が接続され、一体化している。

センター受け７３の上面には複数の鋼球７７を保持可能にされた鋼球保持プレート７８が載置され、鋼球保持プレート７８の上にはフローティングテーブル７５が載置され、フローティングテーブル７５の上には被挿入ワークＷが載置される。フローティングテーブル７５は、隙間のある連結ピン７９でセンター受け７３と緩やかに位置決めされているので、滑らかに動くことができる。

図１４に鋼球保持プレート７８の斜視図を示す。鋼球保持プレート７８は、鋼球７７を内部に保持可能な丸穴を複数有する円盤状のプレートで、例えばプレートの中心点から６０度ごとに５つずつ放射状に鋼球７７を保持している。これにより、センター受け７３とフローティングテーブル７５の間に挟まれて両者の摺動抵抗を低下させ、フローティングテーブル７５が被挿入ワークＷを載置したままで、センター受け７３上を自由にフローティング可能にする。よって仮治具１との位置合わせが容易になる。

フローティングテーブル７５には複数のガイドシャフト７６が取り付けられている。台座テーブル７１にはガイドシャフト７６を通すための貫通孔が複数設けられ、このガイドシャフト７６を当該複数の貫通孔に通すことにより、フローティングテーブル７５が台座テーブル７１に嵌め込まれた入れ子のようになっているが両者が直接接することはない。下から順に、台座テーブル７１、センター受け７３、鋼球保持プレート７８、フローティングテーブル７５の順に積み重ねられている。

［芯出し］
再度、図１３を参照する。最初、仮治具１は芯出し装置７上で、被挿入ワークＷは仮治具テーブル３の上で、それぞれ位置決めされている。その状態から、連結シャフト７４をセンター受け７３ごと持ち上げると、ガイドシャフト７６は径が漸減するテーパー状であるため、貫通孔よりも径が小さい箇所でガイドシャフト７６が貫通孔の内部に位置することになる。これにより、この持ち上げられたフローティングテーブル７５はＸＹθ方向に自由に移動可能となる。

この状態で被挿入ワークＷを仮治具１に押し当てると、被挿入ワークＷは仮治具１の水平位置にならってＸＹθ方向に移動する。これにより、芯出し作業が容易になり、本組付時に正確かつスムーズに磁石を組付けることができる。なお、被挿入ワークＷが仮治具１にならうときに、センター受け７３が元の位置からＸＹ方向にずれを生じる可能性もあるものの、磁石挿入後、センターガイド７２にセンター受け７３が着座することで自ずと修正される。

＜本組付装置＞
図１５に本組付装置９の正面図を示す。本組付装置９は、「仮治具抑え９１」と、「一括挿入矢９３」と、「駆動モータ９５」と、「シャッタ開閉モータ９７」とを備える。仮治具抑え９１は、仮治具１を仮治具テーブル３上に固定する。一括挿入矢９３は駆動モータ９５に上下駆動され、下降したときに仮治具１に仮組付された磁石Ｔを被挿入ワークＷの挿入孔ｈＷに押し込んで本組付を行う。シャッタ開閉モータ９７は、仮治具１のカムフォロア１９１を把持して回転させる。

［本組付］
最初に、仮治具テーブル３によって運ばれてきた、仮組付後の仮治具抑え９１により、仮治具１を固定し、芯出しを行って、仮治具１と被挿入ワークＷの位置合わせを行う。次に、駆動モータ９５が一括挿入矢９３を下降させ、これ同時にシャッタ開閉モータ９５が仮治具１のカムフォロア１９１を回転させてシャッタ１９を開状態にする。これにより、仮治具１に仮組付された磁石Ｔが一括して被挿入ワークＷの挿入孔ｈＷに押し込まれる。このとき磁石Ｔは仮治具１のシビアガイド孔ｈ１７を通過し、自ずと位置が修正されながら挿入孔ｈＷ内部に収まる。

［第１実施形態の効果］
一般に、磁石挿入を行うには磁石の欠損による減磁を避けるため、過度の衝撃が加わらないようにする必要がある。またロータ回転時の渦損や発熱を抑制するため、磁石を挿入方向に分割して数を増やす場合、大量の磁石を効率的に被挿入ワークＷに組付けていくことが必要になる。

このような従来技術の課題に対し、第１実施形態の仮治具を用いて磁石対を位置決めすることで、位置合わせ機構を用いて一対の磁石対を一度にラフガイド孔の所定の辺の内壁に当接させることができる。したがって、磁石配列が密な被挿入ワークに対しても、小型の仮治具を適用することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態は第１実施形態による磁石組付装置を用いて磁石組付を行う方法である。図１６に、磁石組付方法（第２実施形態）のフロー図を示す。この磁石組付方法３００では、被挿入ワークＷに形成された挿入孔ｈＷに直方体状の磁石Ｔを挿入して組み付ける。

磁石組付方法３００は、仮組付ステップ３０１と、支持ステップ３０２と、芯出しステップ３０３と、本組付ステップ３０４とを含む。仮組付ステップ３０１では、被挿入ワークの挿入孔の直上の位置において、被挿入ワークの挿入孔における磁石との嵌合隙間よりも大きな嵌合隙間を有するラフガイド孔（ｈ１１）が形成された仮治具（１）に、被挿入ワークの挿入孔に挿入される前段階で磁石が一旦挿入される。

支持ステップ３０２では、被挿入ワークの軸方向をＺ方向とし、Ｚ方向に直交する平面をＸＹ平面とする三次元座標を定義すると、被挿入ワークをＸ方向及びＹ方向に平行移動可能且つ軸を中心として回転可能に支持する。芯出しステップ３０３では、被挿入ワークの位置を仮治具の位置に倣わせる。本組付ステップ３０４では、仮治具のラフガイド孔から被挿入ワークの挿入孔に磁石が再挿入される。

［第２実施形態の効果］
第１実施形態と同様の構成により、第１実施形態と同様の効果を得る。

（その他の実施形態）
以上の実施形態は、埋込磁石型モータのロータコアを想定した仕様となっているが、被挿入ワークは埋込磁石型モータのロータコアに限らず、直方体状の磁石が挿入されるどのような形状のワークであってもよい。

また、ロータコアの開発に際し、ロータ回転時の渦損や発熱を抑制するため磁石を挿入方向に分割して数を増やすことも考えられるが、本発明はそのような場面にも対応可能である。すなわち、挿入される磁石は直方体状の一枚ものに限らず、例えばいくつかに分割された磁石が予め多段に積まれた形態であってもよい。図５には多段状態の図を示す。

以上、本発明は上記の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において、さまざまな形態で実施することができる。

１仮治具
ｈ１１ラフガイド孔
７芯出し装置
Ｔ磁石
Ｗ被挿入ワーク
ｈＷ挿入孔
Ｘ磁石組付装置

Claims

被挿入ワーク（Ｗ）の軸に平行に形成された挿入孔（ｈＷ）に直方体状の磁石（Ｔ）を挿入して組み付ける磁石組付装置（Ｘ）であって、
前記被挿入ワークの前記挿入孔の直上の位置において、前記被挿入ワークの前記挿入孔における磁石との嵌合隙間よりも大きな嵌合隙間を有するラフガイド孔（ｈ１１）が形成され、前記被挿入ワークの前記挿入孔に挿入される前段階で磁石が一旦挿入される仮治具（１）と、
前記被挿入ワークの軸方向をＺ方向とし、前記Ｚ方向に直交する平面をＸＹ平面とする三次元座標を定義し、前記被挿入ワークの軸を中心とする回転方向をθ方向とすると、Ｘ方向、Ｙ方向およびθ方向に移動可能に前記被挿入ワークを支持する芯出し装置（７）と、
を備え、
前記芯出し装置は、前記被挿入ワークを前記仮治具に押し当てることで、前記仮治具の位置に倣う状態となるようにＸ方向、Ｙ方向およびθ方向にフローティング可能な状態で前記被挿入ワークを支持し、
前記芯出し装置の動作により、前記被挿入ワークの位置を前記仮治具の位置に倣わせた状態で、前記仮治具から前記被挿入ワークの前記挿入孔に磁石が挿入される磁石組付装置。
前記芯出し装置は、
磁石挿入後の前記芯出し装置の中心軸の位置を基準センター位置に戻すようにガイドするセンターガイド（７２）をさらに備える請求項１に記載の磁石組付装置。
前記被挿入ワークは、埋込磁石型モータのロータコアである請求項１または２に記載の磁石組付装置。
被挿入ワーク（Ｗ）の軸に平行に形成された挿入孔（ｈＷ）に直方体状の磁石（Ｔ）を挿入して組み付ける磁石組付方法（３００）であって、
前記被挿入ワークの前記挿入孔の直上の位置において、前記被挿入ワークの前記挿入孔における磁石との嵌合隙間よりも大きな嵌合隙間を有するラフガイド孔（ｈ１１）が形成された仮治具（１）に、前記被挿入ワークの前記挿入孔に挿入される前段階で磁石が一旦挿入される仮組付ステップ（３０１）と、
前記被挿入ワークの軸方向をＺ方向とし、前記Ｚ方向に直交する平面をＸＹ平面とする三次元座標を定義し、前記被挿入ワークの軸を中心とする回転方向をθ方向とすると、Ｘ方向、Ｙ方向およびθ方向に移動可能に前記被挿入ワークを支持する支持ステップ（３０２）と、
前記被挿入ワークを前記仮治具に押し当てることで、前記仮治具の位置に倣う状態となるようにＸ方向、Ｙ方向およびθ方向にフローティングさせる芯出しステップ（３０３）と、
前記仮治具の前記ラフガイド孔から前記被挿入ワークの前記挿入孔に磁石が挿入される本組付ステップ（３０４）と、
を含む磁石組付方法。