JPWO2014167951A1 - 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

Abstract

モータ（ＡＡ）のロータコア（２１）に設けられた磁石挿入孔（２２）に複数の磁石片（３１）を挿入するロータコア磁石挿入孔（２２）への磁石挿入装置は、磁石投入口および磁石出口を有し、磁石投入口に投入された複数の磁石片（３１）が磁石出口を出るまでの間に整列させて、整列された複数の磁石片が磁石出口を経て磁石挿入孔に挿入されるように導くガイド手段（４３）を備える。ガイド手段（４３）の磁石投入口の大きさは、磁石挿入孔の大きさよりも大きく、且つ、磁石出口の大きさは、磁石挿入孔（２２）の大きさ以下であって、磁石投入口から磁石出口に向かう途中までの形状がテーパ形状となっている。

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、ロータコアの磁石挿入孔と磁石片との間の隙間が非常に小さいため、磁石片を磁石挿入孔の真上に高精度で位置決めしないと挿入できないという問題がある。

本発明は、高精度の位置決めを必要とせずに、ロータコアの磁石挿入孔に磁石片を挿入することができ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、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は、磁石投入口および磁石出口を有し、磁石投入口に投入された複数の磁石片が磁石出口を出るまでの間に整列させて、整列された複数の磁石片が磁石出口を経て磁石挿入孔に挿入されるように導くガイド手段を備える。ガイド手段の磁石投入口の大きさは、磁石挿入孔の大きさよりも大きく、且つ、磁石出口の大きさは、磁石挿入孔の大きさ以下であって、磁石投入口から磁石出口に向かう途中までの形状がテーパ形状となっている。

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、磁石下端位置決め治具の上にロータコアをセットし、磁石挿入孔の位置を検出する工程について説明するための図である。 図４は、ロータコアの上にガイド治具をセットする工程について説明するための図である。 図５は、ロータコアの下方から、ロータコアの磁石挿入孔内に下側プッシュロッドを挿入し、ガイド治具の下端の位置で停止させる工程について説明するための図である。 図６は、ガイド治具の上方から磁石片を１つずつ投入する工程について説明するための図である。 図７は、上側プッシュロッドと下側プッシュロッドで複数の磁石片を挟み込む工程について説明するための図である。 図８は、複数の磁石片を挟み込んだ上側プッシュロッドと下側プッシュロッドを下降させる工程について説明するための図である。 図９は、ガイド治具、下側プッシュロッド、上側プッシュロッドを初期位置に戻す工程について説明するための図である。 複数の磁石片をロータコアの下方から磁石挿入孔に挿入する方法について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への挿入時には、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１０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４１ａが設けられている。

磁石挿入孔位置検出装置４２は、ロータコア２１の磁石挿入孔２２の位置を高精度に検出する装置であって、例えば、非接触レーザ検出器、タッチプローブ式座標測定器、画像処理により位置を検出する装置である。

次に、磁石挿入孔位置検出装置４２で検出された磁石挿入孔２２の位置に基づいて、ロータコア２１の上にガイド治具４３をセットする（図４参照）。ガイド治具４３のセットは、例えば、簡易ロボットを用いて行うことができる。

ガイド治具４３には、磁石片３１を整列させてロータコア２１の磁石挿入孔２２に導くための磁石整列孔４３ａが設けられている。磁石整列孔４３ａの上部は、磁石片３１を挿入しやすくするためにテーパ形状となっている。すなわち、磁石片３１の投入口であるガイド治具４３の上端の孔の大きさは、磁石片３１の出口であるガイド治具４３の下端の孔（磁石整列孔４３ａ）の大きさよりも大きく、かつ、ロータコア２１の磁石挿入孔２２の大きさよりも大きい。また、ガイド治具４３の磁石整列孔４３ａを通過した磁石片３１がロータコア２１の磁石挿入孔２２に入る際に、磁石挿入孔２２の入り口で引っかからないように、ガイド治具４３の下端の孔（磁石整列孔４３ａ）の大きさは、ロータコア２１の磁石挿入孔２２の大きさ以下となっている。

ガイド治具４３は、磁石整列孔４３ａがロータコア２１の磁石挿入孔２２と同じ大きさなら、磁石整列孔４３ａとロータコア２１の磁石挿入孔２２の側壁の位置が一致するようにセットする。また、磁石整列孔４３ａがロータコア２１の磁石挿入孔２２よりも小さい場合には、磁石整列孔４３ａの側壁が磁石挿入孔２２の側壁よりも内側に位置するように、ガイド治具４３をセットする。

ガイド治具４３の内側、すなわち、磁石整列孔４３ａを形成している側壁４３ｂには、摩擦力の低減と耐摩耗性向上を目的として、ＤＬＣコーティング（ダイヤモンドライクコーティング）やＣｒＮコーティング（窒化クロムコーティング）などの表面コーティングが施されている。

続いて、ロータコア支持盤４１およびロータコア２１の下方から、ロータコア２１の磁石挿入孔２２内に下側プッシュロッド４４を挿入し、ガイド治具４３の下端の位置で停止させる（図５参照）。なお、下側プッシュロッド４４の作動は、図示しないアクチュエータを用いて行うことができる。

次に、ガイド治具４３の上方から、磁石片３１を１つずつ投入する（図６参照）。ガイド治具４３の上部（磁石投入口）は、ロータコア２１の磁石挿入孔２２よりも大きく、かつ、テーパ形状となっているので、磁石片を投入する際に高精度の位置決めは必要とされない。最初に投入された磁石片３１は、ガイド治具４３の磁石整列孔４３ａ内を落下し、下側プッシュロッド４４の上に乗って停止する。その後に投入された磁石片３１は、それまでに投入されて積み重なった磁石片３１の上に積み重なっていく。これにより、投入された複数の磁石片３１は、ガイド治具４３の磁石整列孔４３ａ内で、横ずれ無く高精度に整列される。

続いて、ガイド治具４３の上方から、ガイド治具４３の磁石整列孔４３ａに向けて上側プッシュロッド４５を挿入し、上側プッシュロッド４５と下側プッシュロッド４４で複数の磁石片３１を挟み込むようにする（図７参照）。これにより、複数の磁石片３１は、上側プッシュロッド４５と下側プッシュロッド４４で上下を挟み込まれて、横ずれしない状態となる。なお、上側プッシュロッド４５の作動は、図示しないアクチュエータを用いて行うことができる。

続いて、複数の磁石片３１を挟み込んだ状態で、最も下に位置している磁石片３１がロータコア支持盤４１の上端と当接するまで、上側プッシュロッド４５と下側プッシュロッド４４を下降させる。これにより、複数の磁石片３１は、横ずれしない状態でロータコア２１の磁石挿入孔２２内に挿入される（図８参照）。

最後に、ガイド治具４３、下側プッシュロッド４４、上側プッシュロッド４５を初期位置に戻す（図９参照）。すなわち、ガイド治具４３をロータコア２１から取り外すとともに、下側プッシュロッド４４を下方に、上側プッシュロッド４５を上方に移動させる。

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、複数の磁石片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。

＜変形例＞
上述した説明では、複数の磁石片３１をロータコア２１の上方から磁石挿入孔２２に挿入したが、ロータコア２１の下方から磁石挿入孔２２に挿入することもできる。

図１０は、複数の磁石片３１をロータコア２１の下方から磁石挿入孔２２に挿入する方法について説明するための図である。

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。ロータコア支持盤４１には、後述するように、ロータコア支持盤４１の内側にガイド治具４３をセットするための孔が設けられている。また、図示しない磁石挿入孔位置検出装置によって、磁石挿入孔２２の位置を検出する。

次に、磁石挿入孔位置検出装置で検出された磁石挿入孔２２の位置に基づいて、ロータコア２１の下であって、かつ、ロータコア支持盤４１の内側にガイド治具４３をセットする（図１０参照）。

続いて、下側プッシュロッド４４の上に、直接、複数の磁石片３１を仮積みする。ここでは、複数の磁石片３１の横位置がずれないように高精度に積み重ねる必要はない。

次に、ロータコア２１の上部から磁石挿入孔２２内を通過するように上側プッシュロッド４５を下降させて、上側プッシュロッド４５と下側プッシュロッド４４で仮積みされた複数の磁石片３１を挟み込む。複数の磁石片３１を挟み込んで倒れないようにした状態で、上側プッシュロッド４５および下側プッシュロッド４４を上昇させて、複数の磁石片３１をガイド治具４３の磁石整列孔４３ａに挿入する。この時、磁石片３１が磁石整列孔４３ａに挿入され始めると、磁石片３１が倒れる恐れはなくなるため、上側プッシュロッド４５を少し上昇させて挟み込む力を緩める。これにより、複数の磁石片３１は、ガイド治具４３の磁石整列孔４３ａ内で、横ずれ無く高精度に整列される。

全ての磁石片３１が磁石整列孔４３ａ内で整列されると、上側プッシュロッド４５および下側プッシュロッド４４で複数の磁石片３１を再度挟み込んで横ずれしない状態とし、その状態で、上側プッシュロッド４５と下側プッシュロッド４４を上昇させて、複数の磁石片３１をロータコア２１の磁石挿入孔２２内に挿入する。なお、磁石挿入孔２２内における磁石片の上端を位置決めするための上端位置決め部材を設けて、複数の磁石片３１のうちの最上位の磁石片３１が上端位置決め部材に当接するまで上側プッシュロッド４５と下側プッシュロッド４４を上昇させるようにすれば、磁石挿入孔２２内における複数の磁石片３１の位置決めを容易に行うことができる。

複数の磁石片３１がロータコア２１の磁石挿入孔２２内に挿入されると、ガイド治具４３、下側プッシュロッド４４、上側プッシュロッド４５を初期位置に戻す。ただし、この変形例では、下側プッシュロッド４４を初期位置に戻す前に、複数の磁石片３１の落下防止のために、ロータコア支持盤４１とは別の部材である磁石片支持部材を取り付ける必要がある。

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、磁石投入口および磁石出口を有し、磁石投入口に投入された複数の磁石片３１が磁石出口を出るまでの間に整列させて、整列された複数の磁石片３１が磁石出口を経て磁石挿入孔２２に挿入されるように導くガイド治具４３を備える。ガイド治具４３の磁石投入口の大きさは、磁石挿入孔２２の大きさよりも大きく、且つ、磁石出口の大きさは、磁石挿入孔２２の大きさ以下であって、磁石投入口から磁石出口に向かう途中までの形状がテーパ形状となっている。磁石片３１を磁石挿入孔２２に挿入するために、テーパ形状となっているガイド治具４３の磁石投入口に磁石片３１を投入すればよいので、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。

また、ガイド治具４３で複数の磁石片３１を整列させてからスムーズに磁石挿入孔２２に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。

さらに、磁石片３１をそのままロータコアの磁石挿入孔２２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３１が磁石挿入孔２２の側壁に接触すると、その摩擦抵抗により、磁石片３１の姿勢が傾き、磁石挿入孔２２の途中で磁石片３１が引っかかりやすくなるという問題が生じる。しかし、本実施形態によれば、ガイド治具４３で複数の磁石片３１を整列させてから磁石挿入孔２２に挿入するので、磁石片３１が磁石挿入孔２２の側壁に接触することによって姿勢が傾いて磁石挿入孔２２の途中で引っかかるという問題が生じるのを防ぐことができる。

また、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、ガイド治具４３の上側に位置する磁石投入口に投入された複数の磁石片３１がガイド治具４３の下側に位置する磁石出口から落ちないように、下側プッシュロッド４４によって下から支える。そして、複数の磁石片が下側プッシュロッド４４によって支持された状態で下側プッシュロッド４４を下降させることによって、複数の磁石片３１を磁石挿入孔２２に挿入させる。これにより、複数の磁石片３１は、ガイド治具４３の磁石整列孔４３ａ内で横ずれ無く高精度に整列されるので、複数の磁石片３１を精度良く磁石挿入孔２２に挿入することができる。

さらに、磁石挿入孔の位置を検出し、検出した磁石挿入孔の位置に基づいて、ガイド治具４３をロータコア２１の上に設置するので、複数の磁石片３１を精度良く磁石挿入孔２２に挿入することができる。

また、複数の磁石片３１を下側プッシュロッド４４および上側プッシュロッド４５によって挟み込んだ状態で、下側プッシュロッド４４および上側プッシュロッド４５を下降させることによって、複数の磁石片３１を磁石挿入孔２２に挿入させる。これにより、ガイド治具４３から磁石挿入孔２２に複数の磁石片３１を挿入する際に、磁石片の倒れや横ずれが発生するのを防ぐことができる。

また、積み重ねた複数の磁石片３１を下側プッシュロッド４４によって下から支え、複数の磁石片３１が下側プッシュロッド４４によって支持された状態で下側プッシュロッド４４を上昇させることによって、ガイド治具４３の下側に位置する磁石投入口から複数の磁石片３１を挿入し、複数の磁石片３１がガイド治具４３によって整列された状態で下側プッシュロッド４４をさらに上昇させることによって、ガイド治具４３の上側に位置する磁石出口を経て磁石挿入孔２２に複数の磁石片３１を挿入させることも可能である。この方法によれば、下側プッシュロッド４４の上に複数の磁石片３１を仮積層してから、ガイド治具４３内に挿入するので、ガイド治具４３内で複数の磁石片３１が積層されるまで待つ必要がなく、より早く複数の磁石片３１を磁石挿入孔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２０１３−０８２２２４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、
   磁石投入口および磁石出口を有し、前記磁石投入口に投入された複数の磁石片が前記磁石出口を出るまでの間に整列させて、整列された複数の磁石片が前記磁石出口を経て前記磁石挿入孔に挿入されるように導くガイド手段を備え、
   前記ガイド手段の磁石投入口の大きさは、前記磁石挿入孔の大きさよりも大きく、且つ、前記磁石出口の大きさは、前記磁石挿入孔の大きさ以下であって、前記磁石投入口から前記磁石出口に向かう途中までの形状がテーパ形状となっている、
   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、
   前記ガイド手段の上側に位置する前記磁石投入口に投入された複数の磁石片が前記ガイド手段の下側に位置する前記磁石出口から落ちないように下から支える支持手段と、
   複数の磁石片が前記支持手段によって支持された状態で前記支持手段を下降させることによって、複数の磁石片を前記磁石挿入孔に挿入させる下降手段と、
   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。
3. 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、
   前記支持手段によって支持された複数の磁石片を前記支持手段との間で挟み込むために、上方から押さえ込む押さえ込み手段をさらに備え、
   前記下降手段は、前記支持手段および前記押さえ込み手段によって複数の磁石片を挟み込んだ状態で前記支持手段および前記押さえ込み手段を下降させることによって、複数の磁石片を前記磁石挿入孔に挿入させる、
   ロータコア磁石挿入孔への磁石挿入装置。
4. 請求項１から請求項３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、
   前記磁石挿入孔の位置を検出する磁石挿入孔位置検出手段と、
   前記磁石挿入孔位置検出手段によって検出された前記磁石挿入孔の位置に基づいて、前記ガイド手段をロータコアの上に設置する設置手段と、
   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、
   積み重ねた複数の磁石片を下から支える支持手段と、
   複数の磁石片が前記支持手段によって支持された状態で前記支持手段を上昇させることによって、前記ガイド手段の下側に位置する前記磁石投入口から複数の磁石片を挿入し、複数の磁石片が前記ガイド手段によって整列された状態で前記支持手段をさらに上昇させることによって、前記ガイド手段の上側に位置する前記磁石出口を経て前記磁石挿入孔に複数の磁石片を挿入させる上昇手段と、
   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。
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、
   磁石投入口および磁石出口を有し、前記磁石投入口の大きさは、前記磁石挿入孔の大きさよりも大きく、且つ、前記磁石出口の大きさは、前記磁石挿入孔の大きさ以下であって、前記磁石投入口から前記磁石出口に向かう途中までの形状がテーパ形状となっているガイド手段の前記磁石投入口に複数の磁石片を投入して前記磁石出口を出るまでの間に整列させ、
   整列された複数の磁石片を、前記磁石出口を経て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方法。

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