(57)【要約】【課題】分割した磁石片を個別にロータコアの磁石挿入孔へ挿入する際に、磁石挿入孔の途中で引っ掛かることなく挿入し得る挿入装置を提供する。【解決手段】フラックスバリア部２１を有する磁石挿入孔６に磁石片３を挿入するロータコア磁石挿入孔への磁石挿入装置において、磁石片３のフラックスバリア部２１に対面する端面を保持し、磁石挿入孔６の軸線に沿ってフラックスバリア部２１を移動するクランプアーム１４、１５を含んで構成されるクランプ装置７を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フラックスバリア部と連通する磁石挿入孔に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において、
前記磁石片の前記フラックスバリア部に対面する端面を保持し、前記磁石挿入孔の軸線に沿って前記フラックスバリア部を移動するクランプアームを含んで構成されるクランプ装置を備えることを特徴とするロータコア磁石挿入孔への磁石挿入装置。
【請求項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、
前記クランプアームは、前記磁石片を保持したときに、磁石挿入方向先端側の端部が前記磁石片の磁石挿入方向先端面よりも磁石片挿入方向へ突出するように形成され、かつ、前記クランプアームの、前記挿入孔の軸線に沿って移動する際に前記フラックスバリア部を移動する部分の前記磁石挿入方向先端を含む磁石片挿入方向先端側の所定範囲は、前記フラックスバリア部に対面する部位が磁石片挿入孔の軸線に対して傾斜したテーパー状に形成されていることを特徴とするロータコア磁石挿入孔への磁石挿入装置。
【請求項３】
請求項１または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、
前記クランプアームは、前記磁石片を保持する保持面に、前記磁石片と当接することで前記磁石片を調芯する機能を発揮するテーパー状の調芯面を有することを特徴とするロータコア磁石挿入孔への磁石挿入装置。
【請求項４】
請求項３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、
前記調芯面は、前記クランプアームが前記磁石片を保持したときに、対向する前記磁石片の面と平行になることを特徴とするロータコア磁石挿入孔への磁石挿入装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか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、
前記クランプ装置の磁石挿入方向後端に、
前記クランプアームの先端部が前記磁石挿入孔の磁石挿入方向側の端部に到達したとき、又は前記クランプアームに保持された前記磁石片が前記磁石挿入孔に挿入済みの磁石片に接したときに発生する反力を吸収する磁石挿入時先端反力吸収機構と、
前記反力が発生したことを検知する反力検知手段と、
を備え、
前記クランプ装置は、磁石挿入方向への移動中に前記反力検知手段が反力を検知したら移動を停止し、前記磁石片の保持を解除することを特徴とするロータコア磁石挿入孔への磁石挿入装置。
【請求項６】
フラックスバリア部を有する磁石挿入孔に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において、
前記磁石片の前記フラックスバリア部に面する端面をクランプアームにより保持し、
前記クランプアームを、前記磁石挿入孔の軸線に沿って移動させることにより前記磁石片を前記磁石挿入孔に挿入することを特徴とするロータコア磁石挿入孔への磁石挿入方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動モータのロータコアに磁石を挿入する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車等に用いられる電動モータとして、ロータに永久磁石を埋め込んだ永久磁石式同期モータ（以下、「ＰＭモータ」という。）が知られている。そして、ＰＭモータの効率を向上させる方法として、埋め込む磁石を分割して渦電流損を低減する方法が知られている。例えば、特許文献１では、複数に分割した磁石小片を接着して１枚の長板状磁石にし、その長板状磁石をロータコアの磁石挿入孔へ挿入している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】ＷＯ２００１／０９５４６０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、長板状磁石を成形するために、有機樹脂からなる外枠に磁石片を整列させた状態で外部から加圧加熱する等して、磁石片同士を接着させている。このため、長板状磁石を成形するために大きな製造コストを要することとなる。
【０００５】
しかし、長板状磁石を成形せずに、磁石片を個別にロータコアの磁石挿入孔へ挿入しようとすると、磁石片毎の重量は長板状磁石に比べて小さくなる分落下エネルギも小さくなる。このため、磁石片が磁石挿入孔の壁面に接触した場合に、摩擦抵抗によって磁石片が傾き易くなる。その結果、磁石片が磁石挿入孔の途中に引っ掛かり易くなる。
【０００６】
そこで、本発明では、分割した磁石片を個別に磁石挿入孔へ挿入する際に、磁石挿入孔の途中で引っ掛かることなく挿入し得る装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある態様によれば、フラックスバリア部と連通する磁石挿入孔に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が提供される。磁石挿入装置は、磁石片のフラックスバリア部に対面する端面を保持し、磁石挿入孔の軸線に沿ってフラックスバリア部を移動するクランプアームを含んで構成されるクランプ装置を備える。
【発明の効果】
【０００８】
上記態様によれば、磁石片を保持した状態でクランプアームが磁石挿入孔内に入ることができるので、磁石片を個別に磁石挿入孔へ挿入する際に、磁石挿入孔６の挿入方向端部まで挿入することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る磁石挿入装置の構成図である。
【図２】図２は、図１のII−II線に沿った断面図である。
【図３】図３は、図１のIII−III線に沿った断面図である。
【図４】図４は、図１のIV方向からのクランプアーム先端部を見た図である。
【図５】図５は、図１のV方向から見た場合の、磁石片を保持したクランプアームと磁石挿入孔との関係を示す図である。
【図６】図６は、クランプ装置が磁石片を保持した状態を示す図である。
【図７】図７は、クランプ装置が磁石挿入孔内で磁石片の保持を解除した状態を示す図である。
【図８】図８は、クランプ装置が初期位置に戻った状態を示す図である。
【図９】図９は、クランプ装置が２つめの磁石片を挿入した状態を示す図である。
【図１０】図１０は、クランプ装置の他の例を示す図である。
【図１１】図１１は、他の例のクランプ装置が磁石片の保持を解除した状態を示す図である。
【図１２】図１２は、クランプ装置のさらに他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００１１】
図１は、本実施形態に係る磁石挿入装置１の構成図である。
【００１２】
磁石挿入装置１は、ロータコア支持盤５に固定支持されたロータコア４の磁石挿入孔６に磁石片３を挿入するための装置である。なお、磁石片３は長板状の磁石を複数に分割したものである。また、ロータコア４は薄板を積層した積層体であって、磁石挿入孔６の軸線が鉛直方向と一致するようにロータコア支持盤５に固定支持されている。また、磁石挿入孔６の上方から磁石片３を挿入するものとする。
【００１３】
磁石挿入装置１は、磁石片３を保持するクランプ装置７と、クランプ装置７を磁石挿入孔６の軸線にそって移動させるクランプ装置昇降ユニット２と、を含んで構成される。
【００１４】
クランプ装置７は、固定側クランプアーム１４と可動側クランプアーム１５とを含んで構成される。本実施形態では、固定側クランプアーム１４を磁石片３に当接させた状態で、可動側クランプアーム１５を固定側クランプアーム１４方向へ平行に移動させて、磁石片３を保持する。
【００１５】
なお、以下の説明において、固定側と可動側とを区別せずにクランプアーム１４、１５と称する場合もある。
【００１６】
可動側クランプアーム１５は、可動側クランプアーム駆動ユニット１７によって駆動され、固定側クランプアーム１４との間隔を狭める方向及び広げる方向のいずれにも移動可能である。固定側クランプアーム１４及び可動側クランプアーム１５の詳細については後述する。
【００１７】
クランプ装置７の磁石挿入方向後端には、反力吸収機構２２を介して磁石挿入位置検出用近接スイッチ１０が配置されており、そのさらに後方（図中上方）に、クランプ装置昇降ユニット２及びリンク機構１６が配置されている。
【００１８】
反力吸収機構２２は、後述する磁石挿入動作中に、クランプアーム１４、１５のいずれかの先端がロータコア支持盤５に接触した場合、または保持している磁石片３が既に磁石挿入孔６に挿入されている磁石片３に接触した場合に発生する反力を吸収する機能を有する。反力吸収機構２２としては、例えばバネ部材のような弾性部材を用いる。磁石挿入位置検出用近接スイッチ１０は、反力吸収機構２２が反力を吸収したら信号が切り替わる構成になっている。
【００１９】
リンク機構１６は、例えば、複数のリンクとユニバーサルジョイント等で構成されており、磁石挿入装置１にいずれかの方向からの入力があった場合に、磁石挿入装置１が傾くことを防止する機能を有する。なお、リンク機構１６に限らず、磁石挿入装置１の傾きを防止する機能を有するものであれば適用可能である。例えば、リニアモーションガイド（登録商標）のような案内機構を備える直動装置を用いることもできる。
【００２０】
ロータコア４には、磁石挿入孔６に挿入された磁石片３の一対の対向する端面が空気層と対面するように、一対のフラックスバリア部２１が設けられている。すなわち、磁石挿入孔６と一対のフラックスバリア部２１は、磁石片３が挿入されていない状態では、一つの孔である。
【００２１】
次に、クランプアーム１４、１５について図１−図５を参照して説明する。
【００２２】
図２は図１のII−II線に沿った断面図、図３は図１のIII−III線に沿った断面図、図４は図１のIV方向からのクランプアーム先端部２０を見た図である。図５は図１のV方向から見た場合の、磁石片３を保持したクランプアーム１４、１５と磁石挿入孔６との関係を示す図である。
【００２３】
クランプアーム１４、１５は、磁石片３を保持したときに、磁石挿入方向先端側（紙面下側）の端部（以下、先端部又は先端とも称する）が磁石片３の磁石挿入方向先端面よりも磁石挿入方向に突き出ている。以下、この突き出ている部分を突き出し部９と称する。また、クランプアーム１４、１５の、クランプ装置７が昇降する際にフラックスバリア部２１を通過する部分のフラックスバリア部２１に対面する部位は、突き出し部９を含む先端側の所定範囲にわたって磁石挿入孔６の軸線に対して傾斜したテーパー形状になっている。すなわち、クランプアーム１４、１５は先端側になるほど細くなっている。テーパー形状になっている部分（テーパー部ともいう）は、例えば、ロータコア４の積層面に対して４５度以上の勾配を設けることが望ましい。
【００２４】
これにより、クランプ装置７を下降させる際に、突き出し部９がフラックスバリア部２１または磁石挿入孔６に入る程度の精度で位置決めをすれば、仮に磁石片３と磁石挿入孔６とがずれていても、テーパー部がフラックスバリア部２１の壁面と接触することでガイド機能を発揮し、磁石片３を磁石挿入孔６へと導く。なお、テーパー部がフラックスバリア部２１と接触しても、リンク機構１６の作用によってクランプ装置７が傾くことはない。したがって、磁石片３は磁石挿入孔６の壁面に引っ掛かることなく挿入される。
【００２５】
クランプアーム１４、１５の磁石片３を保持する面（以下、保持面という）は、磁石片３と当接することで磁石片３を調芯する機能を発揮するテーパー状の調芯面１２を有する。可動側クランプアーム１５の調芯面１２は、II−II線に沿った断面内で上下対称であり、磁石挿入孔６の軸線に近づくほど調芯面１２同士の間隔が広がるよう形成されている。固定側クランプアーム１４の調芯面１２も同様に、III−III線に沿った断面内で上下対称であり、磁石挿入孔６の軸線に近づくほど調芯面１２同士の間隔が広がるよう形成されている。
【００２６】
これにより、磁石片３の端面が調芯面１２内に入る程度の精度で位置決めをすれば、可動側クランプアーム１５が固定側クランプアーム１４に近づくことで調芯面１２の調芯機能が発揮され、磁石片３の位置決めがなされる。その結果、磁石片３は、エッジ部分がクランプアーム１４、１５の外郭線から突出しない状態でクランプアーム１４、１５に保持される。したがって、磁石片３は磁石挿入孔６の壁面に引っ掛かることなく挿入される。
【００２７】
特に、図２、図３に示すように、磁石片３の稜線が面取りされて、保持状態で調芯面１２と平行になる面になっていると、調芯面１２による位置決め精度がより高くなる。
【００２８】
次に、磁石挿入装置１の動作について、図６−図９を参照して説明する。なお、図６-図９では、リンク機構１６を省略している。
【００２９】
図６は、クランプ装置７が磁石片３を保持した状態を示している。上述したように、固定側クランプアーム１４と磁石片３を当接させた状態で、可動側クランプアーム１５を固定側クランプアーム１４方向へ移動させ、固定側クランプアーム１４と可動側クランプアーム１５で磁石片３を両端から挟み込んで保持する。
【００３０】
磁石片３を保持したら、磁石挿入装置１は下降し、クランプアーム１４、１５が磁石挿入孔６に挿入される。
【００３１】
クランプアーム１４、１５は、先端がロータコア支持盤５に到達するまで挿入される。クランプアーム１４、１５の先端がロータコア支持盤５に接触すると、クランプ装置７には反力が生じる。上述したように、この反力は反力吸収機構２２により吸収され、反力吸収機構２２が反力を吸収すると、磁石挿入位置検出用近接スイッチ１０の信号が切り替わる。
【００３２】
磁石挿入位置検出用近接スイッチ１０の信号が切り替わったら、磁石挿入装置１は下降を停止し、可動側クランプアーム１５が固定側クランプアーム１４から離れる方向へ移動して、磁石片３の保持は解除される。このため、クランプアーム１４、１５は、磁石挿入孔６内で磁石片３の保持を解除するために必要な移動量を確保できる寸法、形状であることが必要である。
【００３３】
保持が解除された磁石片３は、重力によって図７に示すようにロータコア支持盤５に当接するまで、つまり磁石挿入孔６の端部まで落下する。このとき、磁石片３はクランプアーム１４、１５の調芯面１２により調芯された状態で落下するので、磁石挿入孔６の壁面に引っ掛かることはない。
【００３４】
磁石片３が磁石挿入孔６の端部まで落下したら、磁石挿入装置１は図８に示すように上昇して初期位置、つまり磁石片３を保持する位置へと戻る。以降、これらの動作を挿入する磁石片３の数だけ繰り返して、複数の磁石片３を磁石挿入孔６に挿入する。
【００３５】
ただし、２回目以降は、図９に示すように、クランプアーム１４、１５の先端がロータコア支持盤５に到達する前に、磁石片３の下端面が先に挿入された磁石片３の上端面に接触する。この場合も、磁石挿入位置検出用近接スイッチ１０の信号が切り替わり、磁石挿入装置１は、下降を停止して磁石片３の保持を解除する。
【００３６】
これにより、複数の磁石片３は、途中で磁石挿入孔６の壁面に引っ掛かることなく、磁石挿入孔６内に積層される。
【００３７】
なお、クランプ装置７は上述した構成に限られず、磁石片３を保持し、磁石挿入孔６内で保持を解除できるものであればよい。以下、クランプ装置７の他の例について説明する。
【００３８】
図１０は、クランプ装置７の他の例を示す図である。上述した図１等のクランプ装置７との違いは、可動側クランプアーム１５が回転することによって磁石片３を保持、解除する点である。なお、可動側クランプアーム１５の回転動力には、小型のダイレクトドライブモータ等を用いる。
【００３９】
図１０の可動側クランプアーム１５は、クランプ装置７にクランプアーム回転支点１１を回転軸として回転可能に支持されている。固定側クランプアーム１４を磁石片３に当接させた状態で可動側クランプアーム１５が図中反時計回りに回転して磁石片３を保持し、保持した状態から可動側クランプアーム１５が図１１に示すように図中時計回りに回転することで保持を解除する。
【００４０】
図１２は、クランプ装置７のさらに他の例を示す図である。クランプ装置７は、上述した図１や図１０のように２つのアームで挟持することで磁石片３を保持する構成に限られず、例えば、磁石片３を吸引することで保持する真空チャック１８を用いることもできる。
【００４１】
真空チャック１８は、一対のアーム部１８Ａとチャック面１９とを含んで構成される。各アーム部１８Ａは、クランプアーム１４、１５の先端部２０と同様に突き出し部９及び調芯面１２を有し、突き出し部９を含む先端部分はガイド機能を果たすようにテーパー形状になっている。ただし、アーム部１８Ａ同士の間隔は、磁石片３を保持している状態におけるクランプアーム１４、１５の間隔より僅かに広い。
【００４２】
チャック面１９は、一対のアーム部１８Ａに挟まれた位置、つまり磁石片３の挿入時に上向きになる面（上面）と対向する位置に形成される。
【００４３】
上記のような構成の真空チャック１８を、磁石片３の上方から下降させ、チャック面１９が磁石片３の上面に接近したら真空引きを開始することによって磁石片３を保持する。なお、真空引きしつつ下降させてもよい。
【００４４】
このとき、磁石片３に対する真空チャック１８の位置決めは、磁石片３の上方で磁石片３が２つのアーム部１８Ａの間に収まる程度の精度でかまわない。ずれがあっても調芯面１２の作用により調芯されるからである。
【００４５】
磁石片３を保持してからの動作は、図１、図１０等に示したクランプ装置７と同様である。つまり、磁石片３を保持した状態で磁石挿入孔６内を下降し、アーム部１８Ａの先端がロータコア支持盤５まで到達するか、磁石片３の挿入方向の端面が既に挿入された磁石片３に接触したら下降を停止する。下降を停止したら真空引きを停止して磁石片３の保持を解除する。磁石片３の保持を解除したら元の位置に戻り、次に挿入する磁石片３を保持する。以上の動作を挿入する枚数分繰り返す。
【００４６】
なお、真空チャック１８に代えて電磁チャックを用いることもできる。
【００４７】
次に、本実施形態に係る磁石挿入装置１による効果について説明する。
【００４８】
磁石挿入装置１は、磁石片３のフラックスバリア部２１に対面する端面を保持して磁石挿入孔６の軸線に沿ってフラックスバリア部２１を移動するクランプアーム１４、１５を備える。これにより、磁石片３を磁石挿入孔６の壁面に接触させないようにクランプアーム１４、１５を移動させることで、磁石挿入孔６の挿入方向端部まで磁石片３を挿入することができる。
【００４９】
なお、磁石片３の角部を面取りすることで、磁石挿入孔６の壁面に引っ掛かり難くすることも考えられる。しかし、磁石片３の数は磁石分割数に比例して多くなるため、全ての磁石片３について、磁石挿入孔６の壁面と接触する可能性のあるすべての角部を面取りすることは大幅なコストアップを招くこととなる。また、面取りによって磁石体積が減少することで、磁石性能の低下を招くことにもなる。しかし、本実施形態によれば、磁石片３に面取りを施さなくても、上記のように磁石挿入孔６に挿入することが可能である。
【００５０】
クランプアーム１４、１５は、磁石片３を保持したときに、磁石挿入方向先端側の端部が磁石片３の磁石挿入方向先端面よりも磁石片挿入方向へ突出する突き出し部９を備える。そして、クランプアーム１４、１５の、挿入孔６の軸線に沿って移動する際にフラックスバリア部２１を通過する部分は、突き出し部９を含む磁石片挿入方向先端側の所定範囲にわたってテーパー形状になっている。これにより、クランプ装置７の磁石挿入孔６に対する位置決めを、突き出し部９が磁石挿入孔６に入る程度の精度で行っても、テーパー部がガイド機能を発揮することで、磁石片３は磁石挿入孔６へと導かれる。
【００５１】
磁石挿入孔６と磁石片６との間のクリアランスは小さいため、磁石挿入孔６の上空から磁石片３を自由落下させる場合には、磁石片３の磁石挿入孔６に対する位置決めをミクロン単位の精度で行う必要がある。高精度な位置決めを実現するためには高額な位置決め装置が必要となり、結果的に製造コストの増大を招くこととなる。しかし、本実施形態によれば、上記のように高精度な位置決め装置が不要となるため、製造コストの低減が図れる。
【００５２】
クランプアーム１４、１５は、磁石片３を保持する保持面に、磁石片３と当接することで磁石片３を調芯する機能を発揮するテーパー状の調芯面１２を有する。これにより、磁石片３の端面が調芯面１２内に入る程度の精度で位置決めをすれば、可動側クランプアーム１５が固定側クランプアーム１４に近づくことで調芯面１２の調芯機能が発揮され、磁石片３の位置決めがなされる。その結果、磁石片３は、エッジ部分がクランプアーム１４、１５の外郭線から突出しない状態でクランプアーム１４、１５に保持されるので、磁石片３は磁石挿入孔６の壁面に引っ掛かることなく挿入される。また、高精度な磁石クランプ装置が不要となり、製造コストの低減が図れる。
【００５３】
調芯面１２は、磁石片３を保持した状態で、対向する磁石片３の面と平行になる。したがって、クランプアーム１４、１５と磁石片３との位置決め精度がより高くなる。なお、磁石片３の調芯面１２と接する稜線の面取りは、磁石片３に分割する前の板状磁石を作成する段階で行えばコスト増大を抑制することができる。
【００５４】
クランプ装置７の磁石挿入方向後端に、反力吸収機構２２と磁石挿入位置検出用近接スイッチ１０とを備え、クランプ装置７は、磁石挿入方向への移動中に磁石挿入位置検出用近接スイッチ１０が反力を検知したら移動を停止し、磁石片３の保持を解除する。これにより、高度な数値制御による位置決め装置を用いることなく、磁石片３を磁石挿入孔６内に積層することができる。
【００５５】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５６】
１    磁石挿入装置
２    クランプ装置昇降ユニット
３    磁石片
４    ロータコア
５    ロータコア支持盤
６    磁石挿入孔
７    クランプ装置
８    クランプ基準面
９    突き出し部
１０  磁石挿入位置検出用近接スイッチ（反力検知手段）
１１  クランプアーム回転支点
１２  クランプアーム調芯面
１３  クランプ装置ガイド部
１４  固定側クランプアーム
１５  可動側クランプアーム
１６  リンク機構
１７  可動側クランプアーム駆動ユニット
１８  真空チャック
１９  チャック面
２０  クランプアーム先端部
２１  フラックスバリア部
２２  反力吸収機構（磁石挿入時先端反力吸収機構）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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