JPWO2007123171A1 - 磁石式発電機の回転子及び磁石式発電機並びに磁石式発電機の回転子の製造方法及び磁石式発電機の回転子の製造装置 - Google Patents

Abstract

この回転子の製造装置５１では、固定治具５２に磁石保護環１４と磁石１３を配置した状態で、ヨーク１０を可動治具５４と共に降下させる。可動治具５４は、磁石１３を径方向内側に押圧するようなテーパ面７３を有する。テーパ面７３の上端は、ヨーク１０の内周に略一致する外径を有するので、テーパ面７３によって内側に押し込まれた磁石１３がヨーク１０に圧入される。この後、磁石保護環１４の一部を径方向外側に押し出すと、磁石１３がヨーク１０と磁石保護環１４とによって位置決めして固定される。その結果、磁石式発電機を簡単に製造できる。

Description

本発明は、磁石を回転させることで電気エネルギを発生させる磁石式発電機、磁石式発電機の回転子、磁石式発電機の回転子を製造する方法、磁石式発電機の回転子を製造する装置に関する。
本願は、２００６年４月１９日に、日本に出願された特願２００６−１１５４０５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

磁石式発電機は、磁石が複数配置された回転子を発電子のコイルの周囲で回転させてコイルに誘導起電力を発生させるように構成されている。このような磁石式発電機は、例えば、車両のエンジンの回転軸に回転子を嵌着させ、発電子をエンジンの外郭に固定して用いられ、エンジンの回転運動を電気エネルギに変換する。

従来の磁石式発電機の回転子では、有底筒状のヨークの内周に複数の磁石が接着材で固定されている。さらに、磁石の内周には、磁石を保護する磁石保護環が接着材で固定されている。回転子の製造装置としては、磁石と磁石保護環を保持する圧入治具と、圧入治具に対して移動自在に設けられ、磁石の外周に嵌合する可動治具と、磁石にヨークを込む加圧治具を備えるものが知られている。磁石保護環の内面を圧入治具の保持具に保持し、加圧治具を降下させると、磁石の外周側の角部がヨークの面取り部分に沿って内側に押し付けられ、磁石と磁石保護環とが同時にヨーク内に圧入される。磁石と磁石保護環がヨークに圧入されたら、製造装置から取り出して、予熱を加えた後、ヨークと磁石の合わせ面に接着剤を滴下する。接着剤は、ヨークと磁石との間、磁石と磁石保護環との間に浸透し、それぞれの部品が接着固定される（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−３７０５４号公報

ここで、ヨークに磁石を圧入するためのガイドとしてヨークの開口端部を面取りすると、ヨークの開口端部と磁石との間に隙間が大きくなるので、磁石の保持強度を確保するためには多くの接着剤が必要になる。しかしながら、このような接着工程は、作業工数を増加させるものであり、生産性を低下させる原因となる。また、ヨークを圧入するまでは、可動治具の内周に突起を設ければ磁石及び磁石保護環を位置決めすることができるが、磁石の保持強度が小さいと、磁石を接着するまでの間に、ヨークに対して磁石が位置ずれしたり、磁石保護環が位置ずれしたりすることがある。このため、ヨークの底部に窓穴を形成し、この窓穴から位置決めピンを通して磁石とヨークとを位置決めしつつ保持する必要があり、回転子製造時の作業工数や回転子の部品点数を増加させている。
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、磁石式発電機を簡単に製造できる方法の提供、簡単に製造できる磁石式発電機及び磁石式発電機の回転子の提供を主な目的とする。

本発明に係る第１の発明は、円筒の一端をエンド部で閉じた有底形状のヨークと、前記ヨークの内周に配置される磁石と、前記磁石の内周を覆う筒部を有する磁石保護環とを備える磁石式発電機の回転子に関する。この回転子において、前記磁石保護環は、一端部が前記ヨークの開口端側で前記磁石の端部に当接し、他端部が前記ヨークに固定されており、前記筒部は、前記磁石を径方向内側に押圧しながら前記磁石の外周に前記ヨークを打ち込んだ際に形成された第１の支持部と、前記第１の支持部よりも前記エンド部側を径方向外向きに押し出して形成した第２の支持部とを有し、前記第１の支持部が前記ヨークの径方向及び周方向で前記磁石を位置決め保持すると共に、前記第２の支持部が前記ヨークの軸線方向で前記磁石を位置決め支持する。
この磁石式発電機の回転子では、磁石保護環を縮径させながら磁石をヨークに圧入させた状態で第１の支持部を形成し、磁石の内周を覆う磁石保護環の筒部の一部を径方向外側に押し出させて第２の支持部を形成することで、磁石を支持する支持構造が形成される。磁石保護環を利用した支持構造によって磁石の移動が防止される。

本発明に係る第２の発明では、上記の磁石式発電機の回転子において、前記磁石は、周方向に分割して配置されており、隣り合う２つの前記磁石の間に前記磁石保護環の一部が突出している。
この磁石式発電機の回転子では、周方向に離間して配置された磁石の間に磁石保護環の一部が膨出することで磁石の周方向の移動が規制される。

本発明に係る第３の発明は、上記の磁石式発電機の回転子と、前記回転子の前記磁石の内周側に配置され、コイルを有する発電子とを有する磁石式発電機である。
この磁石式発電機では、回転子が回転することでコイルに誘導起電力が発生し、回転子の回転が電気エネルギに変換される。

本発明に係る第４の発明は、円筒の一端をエンド部で閉じた有底形状のヨークの内周に磁石を配置し、前記磁石の内周を覆うように磁石保護環を取り付ける磁石式発電機の回転子の製造方法に関する。この製造方法は、固定治具に配置した位置決めピンで前記磁石保護環を位置決めしつつ前記固定治具に載置する工程と、前記位置決めピンを基準にして前記磁石を前記磁石保護環の筒部の外周に並べる工程と、前記ヨークと共に移動する可動治具で前記磁石を径方向内側に押圧して前記磁石保護環の前記筒部の内径を縮小させながら前記ヨークを前記磁石の外周に打ち込む工程と、前記磁石から前記ヨークの前記エンド部に至るまでの間の空間内で前記磁石保護環を径方向外側に押し拡げる工程と、を有する。
この磁石式発電機の回転子の製造方法では、磁石保護環を縮径させて磁石の内周面を保護すると共に、磁石が周方向に移動しないように磁石の間に突出させる。ヨークを打ち込むときは、可動治具で磁石を縮径方向に押圧しながら行う。さらに、磁石保護環の一部を押し拡げることで、磁石保護環を用いて磁石の軸線方向の端部を支持させる。

本発明に係る第５の発明は、円筒の一端をエンド部で閉じた有底形状のヨークの内周に磁石を配置し、前記磁石の内周を覆うように磁石保護環を取り付ける磁石式発電機の回転子の製造装置に関する。この製造装置は、前記磁石保護環と前記磁石を配置可能な環状の収容部を有し、前記収容部に前記磁石保護環及び前記磁石を位置決め可能な位置決めピンが挿入可能に構成された固定治具と、前記ヨークを保持して固定治具に対して移動自在に設けられ、前記固定治具に向かう一端部から前記ヨークに連なる他端部にかけて前記磁石を径方向内側に押圧するようなテーパ面が形成された可動治具と、を有する。
この磁石式発電機の回転子の製造装置では、位置決めピンで磁石及び磁石保護環の位置決めをした状態で、ヨークを磁石に打ち込んで圧入させる。この際に、可動治具のテーパ面で磁石を徐々に押圧しながらヨークを打ち込む。

本発明によれば、磁石保護環を塑性変形させることでヨークの内周に圧入された磁石を位置決めして支持できるので、従来のように接着剤を使用したり、磁石を支持する部材を別に設けたりする必要がなくなる。したがって、回転子の部品点数を少なくできると共に、回転子製造時の作業効率や歩留まりを向上させることができる。

本発明の実施の形態に係る回転子を備える磁石式発電機の構成を示す断面図である。 回転子をヨークの開口端側から見た図である。 回転子の製造工程を説明するための分解図である。 回転子の構成要素を製造装置に取り付けた断面図である。 可動治具を降下させてヨークに磁石を圧入した断面図である。 磁石保護環を径方向外側に押し出す工程を説明する図である。

符号の説明

１ 磁石式発電機 ２ 回転子 ３ 発電子 ６ コイル １０ ヨーク １０Ａ 開口端 １２ エンド部 １３ 磁石 １３Ａ 端部（開口側の端部） １３Ｂ 端部（エンド部側の磁石の端部） １４ 磁石保護環 ３０ 隙間 ３１ 筒部 ３２ ツバ部（他端部） ３４ 環状部（一端部） ３７ 突出部（第１の支持部） ３８Ａ 第１の支持部 ３８Ｂ 第２の支持部 ５１ 製造装置 ５２ 固定治具 ５４ 可動治具 ６７ 収容溝（収容部） ６８ 位置決めピン ７３ テーパ面

発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１に示すように、磁石式発電機１では、回転子２の内側に発電子３が配置されている。
発電子３は、鉄製の板を積層したコア４にインシュレータ５を装着してからコイル６を巻装した構成を有する。

図１及び図２に示すように、回転子２は、有底筒状のヨーク１０を有する。ヨーク１０の円筒部１１の一端はエンド部１２で閉塞されており、ヨーク１０の円筒部１１の内周に磁石１３（永久磁石）と、磁石保護環１４とが配置されている。
ヨーク１０のエンド部１２は、中央部分が内側に凹設されており、その中央には孔２１が形成されている。さらに、孔２１を中心にして、複数の位置決め用孔２２が同一円周上に等間隔に配置されている。エンド部１２の内面には、磁石保護環１４を固定するためのボス２３が複数突設されている。中央の孔２１には、ボス部材２５がエンド部１２の外面側から挿入されている。ボス部材２５は、フランジ２６をエンド部１２の外面に当接させると共に、内面側でかしめ加工することで、ヨーク１０に強固に固定されている。ボス部材２５は、ヨーク１０の軸線に沿って延び、中央にはテーパ付きの孔２７がエンジンの回転軸などを受け入れ可能に形成されている。なお、円筒部１１の内周側には、イナーシャーを調整するために形成される段差２８を有する。磁石１３は、段差２８に係止されずに段差２９よりも開口端１０Ａ側に配置されている。

磁石１３は、周方向に隙間３０を置いて配置され、隣り合う２つの磁石１３が異なる磁極を有するように着磁されている。なお、図２は、磁石保護環１４の一部を破断して表しているので、磁石１３が一部露出しているが、実際には磁石１３は磁石保護環１４に覆われている。

磁石保護環１４は、磁石１３に略沿って延びる略円筒状の筒部３１を有し、軸線方向の端部であってヨーク１０の開口端１０Ａ側の一端部が径方向外側に屈曲させられてツバ部３２を形成している。ツバ部３２は、磁石１３の開口端側の端部１３Ａに面接触しており、ツバ部３２の外周端はヨーク１０の内周に当接している。さらに、ツバ部３２には、外周側から内周側に向かう切り欠き３３が磁石１３の隙間３０に対応する位置に複数形成されている。
筒部３１の軸線方向の端部であって、ヨーク１０のエンド部１２に臨む他端部は、径方向内側に、かつ略環状に一体に延設された環状部３４になっている。環状部３４は、エンド部１２の位置決め用孔２２を避けるように切り欠き３５が複数形成されている。さらに、切り欠き３５を周方向で挟むように、ナット孔３６が複数形成されている。ナット孔３６は、エンド部１２のボス２３の形成位置に合わせて形成されており、ボス２３を挿入可能な径を有する。なお、図１に示すように、環状部３４の内周縁３４Ａは、屈曲されることで剛性が高められている。

筒部３１は、磁石１３の内周面に沿って延びる第１の支持部３８Ａと、磁石１３の他端部１３Ｂで径方向外側に突出する第２の支持部３８Ｂとを形成している。第１の支持部３８Ａは、ヨーク１０と共に磁石１３を挟持して磁石１３が径方向に移動することを防止する。また、図２に示すように、第１の支持部３８Ａは、周方向の一部が磁石１３の隙間３０に突き出すように突出した突出部３７を有する。この突出部３７は、磁石１３の周方向の端部に当接し、磁石１３の移動を防止する。第２の支持部３８Ｂは、磁石１３の面取り部１３Ｃに沿って延び、面取り部１３Ｃと他端部１３Ｂとが形成する角部に突き当たり、そこからほぼ軸線方向に沿って伸びている。

次に、回転子２の製造装置及び製造方法について説明する。
図３及び図４に示すように、製造装置５１は、固定治具５２と、ヨーク１０の開口端１０Ａを下向きにして保持するスライダ５３と、ヨーク１０の開口端１０Ａを覆うように配置され、スライダ５３と共に固定治具５２に対して昇降（近接、離隔）する可動治具５４とを有する。固定治具５２は、ベース６１上に下型となる円筒部６２がボルトで固定されている。円筒部６２の中央孔６３には、ガイド部６４が、上下に摺動自在に挿入されている。ガイド部６４は、コイルバネ６５で上向きに付勢されており、無負荷状態でガイド部６４の先端が円筒部６２の上面６２Ａから突出している。なお、円筒部６２に形成されたツバ６２Ｂと、ガイド部６４のツバ６４Ａとが係合するので、ガイド部６４が円筒部６２から抜け出ることはない。

円筒部６２の上面６２Ａには、複数のガイドポスト６６が立設されている。円筒部６２の外周で上面６２Ａ側には、収容部である収容溝６７が環状に形成されている。収容溝６７の径方向の幅は、磁石１３及び磁石保護環１４を載置可能な大きさを有し、下面６７Ａには、位置決めピン６８が周方向に所定の間隔で複数挿入されている。さらに、円筒部６２の外側には、環状の保持部６９が配置されている。保持部６９と円筒部６２の間には、環状の隙間７０が形成されている。

可動治具５４は、固定治具５２の円筒部６２と保持部６９の間の隙間７０に挿入可能な円筒形状を有し、上端の外周にはツバ部７１が突設された打ち込み用の金型である。可動治具５４のツバ部１７は、可動治具５４が降下したときに、保持部６９の上面に当接してストッパとして機能する。
可動治具５４の外周面７２は、保持部６９の内周面に摺接する。可動治具５４の内周面は、ヨーク１０に連なる上端部（他端部）から下端部（一端部）に向けて拡径するテーパ面７３になっている。テーパ面７３は、下端が固定治具５２に配置された磁石１３の外径と同程度の内径を有し、上端はヨーク１０の内周に略等しい内径を有する。なお、テーパ面７３の上端における内径は、ヨーク１０の開口端１０Ａの内径以下であれば良い。

回転子２を製造するときには、最初に型開きした状態で、収容溝６７に磁石保護環１４を載置する。磁石保護環１４は、ツバ部３２を下向きにして配置され、切り欠き３３に位置決めピン６８に通すことで周方向での位置決めがなされる。さらに、磁石保護環１４の筒部３１の外周に磁石１３を挿入し、位置決めピン６８に沿って磁石１３を並べる。なお、初期状態で磁石保護環１４の外径は、組み立て後の外径よりも大きい。このため、磁石１３の外周はヨーク１０の内周よりも大きくなっている。
一方、ヨーク１０は、エンド部１２の位置決め用孔２２にガイドポスト６６を通した後でスライダ５３に固定される。ガイドポスト６６は、スライダ５３の挿入孔７５にも挿入される。可動治具５４は、ヨーク１０の開口端１０Ａ側に取り付けられる。

スライダ５３を下降させると、ヨーク１０及び可動治具５４が固定治具５２に向けて移動する。可動治具５４は、テーパ面７３で磁石１３を内側に押圧しつつ保持部６９と円筒部６２の間に入り込む。磁石１３によって磁石保護環１４が円筒部６２に押し付けられて徐々に縮径する。このとき、磁石１３の間の隙間３０に磁石保護環１４の余剰部分が逃げ込むように突出して突出部３７が形成される。スライダ５３をさらに下降させると、可動治具５４のテーパ面７３の上端に続いてヨーク１０の開口端１０Ａが磁石１３に導かれ、磁石１３に打ち込まれる。磁石保護環１４の縮径された筒部３１がヨーク１０と共に磁石１３を挟持して第１の支持部３８Ａになる。そして、図５に示すように、磁石１３がヨーク１０に完全に圧入されたら、スライダ５３を上昇させて回転子２の組み立て体を取り出す。

次に、磁石保護環１４を塑性変形させて磁石１３を係止する工程を実施する。
図６に示すように、回転子２の組み立て体の内部に導入した押し出し具８０を径方向外側に突出させる。押し出し具８０は、例えば、周方向に複数のセグメントに分割された金型から構成すると良い。押し出し具８０には、突部８１が周方向外側に向けて設けられている。突部８１は、磁石１３の面取り部１３Ｃの形状に合わせた傾斜面８２を有し、突部８１の外周面８３は、軸線に平行な円弧形状を有する。突部８１の軸線方向における長さは、磁石１３からヨーク１０のエンド部１２の内面までの距離よりも短い。

押し出し具８０をスライドさせ、突部８１の傾斜面８２を磁石１３の面取り部１３Ｃに当接させると、磁石保護環１４が外側に押し出されつつ、塑性変形する。その結果、磁石保護環１４に第２の支持部３８Ｂが形成されて磁石１３が端部１３Ｂ側からも磁石保護環１４に支持される。ここで、第２の支持部３８は、面取り部１３Ｃに沿う屈曲形状からなり、この屈曲形状が押し出し具８０の突部８１の外周面８３で形成される屈曲形状でサポートされることで、磁石１３を支持するのに十分な強度が確保される。
そして、磁石保護環１４のナット孔３６から突出するボス２３をエンボス加工で潰すと、磁石保護環１４がヨーク１０のエンド部１２に強固に固定され、回転子２の組み立てが完了する。

なお、磁石式発電機１を使用するときには、回転子２を例えばエンジンの回転軸に取り付け、発電子３が回転子２内に配置されるようにエンジンケースなどに固定する。エンジンが回転すると、回転軸と共に回転子２が回転し、磁石１３が発電子３のコイル６の回りを回転する。これによって、コイル６に誘導起電力が発生するので、コイル６を形成する巻線をバッテリ等に接続すると電気エネルギを取り出すことができる。

この実施の形態によれば、ヨーク１０に圧入された磁石１３を磁石保護環１４で支持するので、接着剤などを使用する必要がなくなり、回転子製造時の作業工数を削減でき、歩留まりを向上できる。
ヨーク１０を圧入する工程において、磁石１３はヨーク１０を打ち込む際に磁石保護環１４とヨーク１０とで径方向に挟まれて支持される。これと同時に、磁石保護環１４が磁石１３の隙間３０に突出することで第１の支持部３８Ａが形成されて周方向の移動が規制される。例えば、従来のように磁石を位置決めピンでエンド部側から持ち上げた状態で磁石保護環を磁石の内側に圧入すると、位置決めピンを挿入する孔をエンド部に追加的に設ける必要があるが、この実施の形態では、ヨーク１０側に位置決めピン用の孔を設ける必要がないので、回転子製造時の加工工数や回転子の部品点数を削減できる。

さらに、軸線方向には、磁石保護環１４を塑性変形させて第２の支持部３８を形成し、第２の支持部３８とツバ部３２で磁石１３を挟むように支持したので、磁石１３を支持するための別の部材をヨーク１０に挿入等する必要がなくなり、部品点数を削減できる。また、このように形成した支持部３８Ａ，３８Ｂでは、ヨーク１０側の段差２８に磁石１３を係止させる必要がなくなる。
回転子２の製造装置５１は、可動治具５４のテーパ面７３で磁石１３及び磁石保護環１４を縮径方向に徐々に押すように構成したので、ヨーク１０を磁石１３に直接に打ち込む場合に比べてテーパ面７３で磁石保護環１４をある程度縮径させた状態でヨーク１０を打ち込むことが可能になる。したがって、可動治具５４に連結されたヨーク１０を磁石１３の外周に簡単に、かつ確実に打ち込んで圧入させることができる。また、位置決めピン６８に磁石保護環１４の切り欠き３３を通したり、位置決めピン６８の間に磁石１３を配置したりすることで、磁石保護環１４及び磁石１３の位置決めが容易になり、圧入時の位置ずれを防止できる。

なお、本発明は、前記した実施の形態に限定されずに広く応用することができる。
例えば、磁石保護環１４の一部を径方向外側に押し広げる方向は、実施の形態に限定されずにその他の公知の加工方向を使用することができる。また、磁石保護環１４をエンド部１２に固定する方法は、接着、カールかしめ、磁石保護環１４を張り出してエンド部１２に突き当てるなど、種々の方法を使用できる。また、実施の形態の上下方向は、左右方向など任意の方向に変更することができる。

本発明によれば、磁石式発電機の回転子の製造に際し、磁石保護環を塑性変形させることでヨークの内周に圧入された磁石を位置決めして支持できる。その結果、回転子の部品点数を少なくできると共に、回転子製造時の作業効率や歩留まりが向上する。

Claims (5)

1. 円筒の一端をエンド部で閉じた有底形状のヨークと、前記ヨークの内周に配置される磁石と、前記磁石の内周を覆う筒部を有する磁石保護環とを備える磁石式発電機の回転子において、
   前記磁石保護環は、一端部が前記ヨークの開口端側で前記磁石の端部に当接し、他端部が前記ヨークに固定されており、
   前記筒部は、前記磁石を径方向内側に押圧しながら前記磁石の外周に前記ヨークを打ち込んだ際に形成された第１の支持部と、前記第１の支持部よりも前記エンド部側を径方向外向きに押し出して形成した第２の支持部とを有し、
   前記第１の支持部が前記ヨークの径方向及び周方向で前記磁石を位置決め保持すると共に、前記第２の支持部が前記ヨークの軸線方向で前記磁石を位置決め支持する磁石式発電機の回転子。
2. 前記磁石は、周方向に分割して配置されており、隣り合う２つの前記磁石の間に前記磁石保護環の一部が突出している請求項１に記載の磁石式発電機の回転子。
3. 請求項１又は請求項２に記載の磁石式発電機の回転子と、前記回転子の前記磁石の内周側に配置され、コイルを有する発電子とを有する磁石式発電機。
4. 円筒の一端をエンド部で閉じた有底形状のヨークの内周に磁石を配置し、前記磁石の内周を覆うように磁石保護環を取り付ける磁石式発電機の回転子の製造方法において、
   固定治具に配置した位置決めピンで前記磁石保護環を位置決めしつつ前記固定治具に載置する工程と、
   前記位置決めピンを基準にして前記磁石を前記磁石保護環の筒部の外周に並べる工程と、
   前記ヨークと共に移動する可動治具で前記磁石を径方向内側に押圧して前記磁石保護環の前記筒部の内径を縮小させながら前記ヨークを前記磁石の外周に打ち込む工程と、
   前記磁石から前記ヨークの前記エンド部に至るまでの間の空間内で前記磁石保護環を径方向外側に押し拡げる工程と、
   を有する磁石式発電機の回転子の製造方法。
5. 円筒の一端をエンド部で閉じた有底形状のヨークの内周に磁石を配置し、前記磁石の内周を覆うように磁石保護環を取り付ける磁石式発電機の回転子の製造装置であって、
   前記磁石保護環と前記磁石を配置可能な環状の収容部を有し、前記収容部に前記磁石保護環及び前記磁石を位置決め可能な位置決めピンが挿入可能に構成された固定治具と、
   前記ヨークを保持して固定治具に対して移動自在に設けられ、前記固定治具に向かう一端部から前記ヨークに連なる他端部にかけて前記磁石を径方向内側に押圧するようなテーパ面が形成された可動治具と、
   を有する磁石式発電機の回転子の製造装置。

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