(57)【要約】【課題】回転子内に永久磁石を効率的に装着する。【解決手段】着磁コア１には、回転子５のスリット６に挿入する永久磁石の断面形状と同形状の穴２があいている。この穴２は回転子５内の永久磁石が挿入されるスリット６と同じ位置にある。また、着磁コア１の一部分には着磁用の巻線３が巻回され、着磁用コア１において着磁された永久磁石を回転子５内のスリット６にスリットと同形状の断面をした、非磁性材料で形成された磁石挿入用爪８により挿入する。【選択図】  図１
2006230061.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に複数のスリットを配置することによって複数の磁路を形成し、該スリットのうち一つまたは複数内に永久磁石を内蔵する多層フラックスバリア型リラクタンスモータの回転子を製造する電動機回転子の製造装置において、
回転子内に挿入される永久磁石の断面形状と同形状の穴を、回転子内の永久磁石が挿入されるスリットと永久磁石の挿入方向において同じ位置に有し、積層した珪素鋼板からなる着磁用コアと、
前記着磁用コアの一部分に巻回された着磁用の巻線と、
前記永久磁石と同形状の断面を有し、前記着磁用コアで着磁された永久磁石を回転子内のスリットに挿入するため使用される、非磁性材料で形成された磁石挿入用爪と、
を備えることを特徴とした電動機における回転子の製造装置。
【請求項２】
内部に複数のスリットを配置することによって複数の磁路を形成し、該スリットのうち一つまたは複数内に永久磁石を内蔵する多層フラックスバリア型リラクタンスモータの回転子を製造する電動機回転子の製造方法において、
回転子内に挿入される永久磁石の断面形状と同形状の穴を、回転子内の永久磁石が挿入されるスリットと永久磁石の挿入方向において同じ位置に有し、積層した珪素鋼板からなる着磁用コアに、着磁前の永久磁石を挿入し、
前記着磁用コアの一部分に巻回された着磁用の巻線に通電して、前記永久磁石を着磁し、
前記永久磁石と同形状の断面を有し、前記着磁用コアで着磁された永久磁石を回転子内のスリットに挿入するため使用される、非磁性材料で形成された磁石挿入用爪によって、前記着磁用コア中の着磁後の永久磁石を回転子の永久磁石が挿入される穴に挿入する電動機における回転子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機における回転子の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機の回転子の構造には様々なものがあるが、その中で内部に複数のスリットを配置することによって複数の磁路を形成しており、そのうちいくつかのスリット内に永久磁石が埋め込んである電動機の回転子がある。
【０００３】
このような回転子内に磁石を埋め込むタイプの電動機では、回転子を製造する場合に永久磁石を着磁する工程と永久磁石を回転子内に挿入する工程が発生するが、それらを実施する方法には大きく分けて二通りの方法が考えられる。すなわち、あらかじめ着磁された永久磁石を回転子内に挿入する方法と、着磁前の永久磁石を回転子内に挿入した後、着磁装置等により回転子内に磁場を一定方向にかけて永久磁石に着磁する方法の二通りである。
【０００４】
これらの従来の回転子内に磁石を埋め込む電動機における回転子の製造方法のうち、着磁された永久磁石を回転子内に挿入する方法の一例を図３に示す。図３は、回転子５を上面から見た図と側面から見た図の二面図である。二面図中、下側の側面図からもわかるように回転子５は薄い珪素鋼板を何枚も積層した形になっている。また、回転子５の下側には回転子５の保護及び永久磁石の飛び出し防止を目的としたカラー７が取り付けられている。回転子５は、上面図に示されるような断面形状をしており、いくつもあるスリット６のうち斜線で示されたスリット内に永久磁石を挿入すると仮定する。この場合、側面図の矢印に示される方向に挿入することになる。また、その際、永久磁石を回転子５内にしっかり固定できるよう接着剤等で固定する。永久磁石を挿入した後、回転子５の上側にもカラー７を取り付ける。
【０００５】
次に、着磁前の永久磁石を回転子内に挿入した後、着磁装置等により回転子内に磁場を一定方向にかけて永久磁石に着磁する方法の一例を図４に示す。図４においては、回転子５内に破線の矢印Ｄで示される方向に磁束を形成することによって、回転子５内の永久磁石を矢印Ｄと同方向に着磁しようとしている。ただし、図中６極ある回転子５の極のうち、一度に着磁するのは２極のみであり、この方法では順に２極ずつ着磁していって最終的に６極全てが着磁できる。図中、矢印Ｄが通過している回転子５の外側及び内側には着磁用コアが存在する。これらの着磁用コアは、いずれも回転子と同じく薄い珪素鋼板を積層したもので形成されている。外側の着磁用コア１は、一部に巻線３が一定方向で巻回されており、図に示されているとおり、着磁用コア１内のヨーク部１ｙの右側で手前から向こう側に、ヨーク部１ｙの左側で向こう側から手前側にという方向で巻線３が巻回されて、巻線の巻回方向に電流を通電すると右ネジの法則により破線の矢印Ｄで示される方向に磁束が発生する。したがって、回転子５の両側で巻線３の巻回方向は同一でなければならない。内側の着磁用コア１１は、外側の着磁用コア１で発生した磁束を回転子５内で真っ直ぐ通過させるために置かれているものである。仮に、内側の着磁用コア１１が無いと、磁束は回転子５の内径の外側を曲がって進むことになり、これによって永久磁石を通過する磁束密度が低下し、また、磁束の方向が曲がっているため、永久磁石が所望の方向に着磁できない可能性が高い。以上のことより、内側の着磁用コア１１は着磁の際に非常に重要な役割を果たしている。また、内側の着磁用コア１１にできるだけ多くの磁束を通過させて、回転子内５で曲がった磁束をなるべく発生させないために、内側の着磁用コア１１にも外側の着磁用コア１と同一方向に巻線を巻回する場合もある。
【０００６】
なお、ロータへの永久磁石の組み付けについては特許文献１，２などに示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平０９−１３５５４９号
【特許文献２】特開２００４−２２９４６７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
電動機の回転子を製造する際における永久磁石の着磁と回転子への挿入の工程について、前述した二通りの方法については、以下に述べるような問題点が発生する。
【０００９】
まず、あらかじめ着磁した永久磁石を回転子へ挿入する方法においては、着磁された永久磁石を手で扱うために非常に危険を伴う。すなわち、着磁された永久磁石は磁石同士や金属と引き合うため、永久磁石を回転子に挿入する際に回転子や他の部分に永久磁石をぶつけて永久磁石が割れたり、永久磁石同士または永久磁石と金属の間に指等を挟まれたりといったことが考えられる。また、永久磁石を挿入するスリットの場所や永久磁石の方向を間違えたりする可能性も考えられる。以上のようなことから、あらかじめ着磁した永久磁石を回転子内に挿入する方法は、量産には非常に不向きな方法ということができる。
【００１０】
一方、着磁前の永久磁石を回転子内に挿入した後、着磁装置等により回転子内に磁場を一定方向にかけて永久磁石に着磁する方法については、着磁前の永久磁石を回転子内に挿入するため、非常に取り扱いがしやすいのが利点ではある。しかし、図に示すような回転子の断面形状であるために着磁が不完全になってしまうという問題が発生する。すなわち、図４において破線の矢印Ｄで示される方向に磁束をかけて永久磁石を同方向に着磁しようとする。しかし、回転子５は図示されている通りスリットが多く入った形状であるため、着磁するための磁束はスリットとスリットの間にあるつなぎ部分を通るか、スリットを乗り越えて行くかしなければならなくなる。公知の通り、スリット部分である空気というのは非常に磁気抵抗が高く磁束が通りにくい部分であるため、結果的に磁束はつなぎ部分に集中する。しかし、つなぎ部分は非常に細くなっているため、一定の磁束が通過するとつなぎ部分で磁束密度が飽和し、それ以上の磁束は通過できなくなってしまう。
【００１１】
このように、図に示されるような断面形状の回転子においては、永久磁石を着磁するための方向に磁束をかけることは、難しくなっているということができる。そのため、実際に着磁する際には、スリット内も磁束が通過できるぐらいの磁束を着磁装置によって発生させる。すなわち、着磁用コアに巻回された巻線に数十ｍｓｅｃという短時間ではあるが、数万アンペアという大電流を通電して、着磁用コア内の磁束密度を通常電動機の運転で使うよりも数倍程度まで上げる。このようにして永久磁石を着磁するわけであるが、図に示されるような断面形状の回転子では、それでも実際には着磁が不完全になってしまう。そのことについて、以下に述べる。
【００１２】
図４に示されるように回転子の内側にも着磁用のヨークを設置して磁束を内側の着磁用コアに通して、真っ直ぐな方向に磁束を形成しようとしているが、現実には内側着磁用コアと回転子の間にはコンマ数ミリの隙間が存在する。これをギャップと呼ぶことにする。このギャップは空気層であるので、磁気抵抗は高い。磁束は基本的に磁気抵抗が低い部分へと流れる傾向があるので、外側の着磁用コアで発生した磁束は全て内側の着磁用コア内に流れていかない。このことを図５を用いて説明する。
【００１３】
図５は、図４の回転子５の一部分を拡大した図である。前述したように、永久磁石を所望の方向に着磁するために、破線の矢印Ｄで示される方向に磁束を形成したい。しかし、磁束は内側の着磁用コア１１だけでなく一部は、距離が長くなるものの磁気抵抗が低い破線の矢印Ｅで示される方向に流れていってしまう。さらに、つなぎ部分はいずれも磁束を形成したい方向に対して傾いているため、これらのことにより中心線から離れるにしたがって、破線の矢印Ｆで示される方向に磁束の方向が傾いていってしまう。さらに、つなぎ部分のうちＧで示されるつなぎに関しては、他のつなぎ部分に比べて特に太くなっているため、ここに近い永久磁石では通過する磁束が減少してしまう。以上のように、特に中心線から離れるにしたがって、永久磁石の着磁は着磁の方向が所望の方向ではなくなり、さらに着磁される際の磁束密度が低い故に、着磁後の磁力が部分的に非常に弱くなってしまうということができる。
【００１４】
このように、回転子内に永久磁石を内蔵する電動機において、回転子を製造する場合には、発生する永久磁石を着磁する工程と永久磁石を回転子内に挿入する工程で、あらかじめ着磁した永久磁石を回転子内に挿入する方法では扱いがしにくく、量産に不向きであるという問題点があり、また、着磁前の永久磁石を回転子内に挿入した後、着磁する方法では着磁が不完全になってしまうという問題点がある。
【００１５】
本発明の目的は、回転子内に永久磁石を内蔵する電動機の製造を容易にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、内部に複数のスリットを配置することによって複数の磁路を形成し、該スリットのうち一つまたは複数内に永久磁石を内蔵する多層フラックスバリア型リラクタンスモータの回転子を製造する電動機回転子の製造装置において、回転子内に挿入される永久磁石の断面形状と同形状の穴を、回転子内の永久磁石が挿入されるスリットと永久磁石の挿入方向において同じ位置に有し、積層した珪素鋼板からなる着磁用コアと、前記着磁用コアの一部分に巻回された着磁用の巻線と、前記永久磁石と同形状の断面を有し、前記着磁用コアで着磁された永久磁石を回転子内のスリットに挿入するため使用される、非磁性材料で形成された磁石挿入用爪と、を備えることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、内部に複数のスリットを配置することによって複数の磁路を形成し、該スリットのうち一つまたは複数内に永久磁石を内蔵する多層フラックスバリア型リラクタンスモータの回転子を製造する電動機回転子の製造方法において、回転子内に挿入される永久磁石の断面形状と同形状の穴を、回転子内の永久磁石が挿入されるスリットと永久磁石の挿入方向において同じ位置に有し、積層した珪素鋼板からなる着磁用コアに、着磁前の永久磁石を挿入し、前記着磁用コアの一部分に巻回された着磁用の巻線に通電して、前記永久磁石を着磁し、前記永久磁石と同形状の断面を有し、前記着磁用コアで着磁された永久磁石を回転子内のスリットに挿入するため使用される、非磁性材料で形成された磁石挿入用爪によって、前記着磁用コア中の着磁後の永久磁石を回転子の永久磁石が挿入される穴に挿入することを特徴とする。
【００１８】
本発明における回転子の製造装置においては、挿入する永久磁石の断面形状と同形状の穴があいており、前記穴は回転子内の永久磁石が挿入されるスリットと同じ位置にあって、積層した珪素鋼板からなる着磁用コアを備え、前記着磁用コアの一部分には着磁用の巻線が巻回され、さらに前記着磁用コアで着磁された永久磁石を回転子内のスリットに挿入するための、永久磁石と同形状の断面をした、非磁性材料で形成された磁石挿入用爪を備えている。
【００１９】
従って、磁石挿入用爪によって、着磁後の永久磁石を回転子の対応スロットに容易に挿入することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、永久磁石を所望の方向かつ磁力に確実に着磁することができ、さらに、正しい場所に正しい方向で回転子内に永久磁石を挿入できるため、安全かつ迅速に回転子の製造を行うことができ、該回転子を用いた電動機の特性も低下することがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は、本発明の一実施形態に係る回転子の製造装置の構成を示す図である。なお、従来技術を示す図３、図４及び図５と対応する部分については同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００２２】
図１において上側は本発明における回転子の製造装置を上から見た図で、下側は横から見た図であり、これらは二面図になっている。図中、着磁用コア１は、磁石の長さと同じだけ珪素鋼板を積層したものであり、少なくとも一方向が回転子５より大きな枠状の周辺部材と、対向両辺（短辺）の中央部分を結ぶ細長のヨーク部からなっている。そして、着磁用コア１のヨーク部には、穴２が複数あいている。穴２は、着磁用コア１を回転子５上に位置させた場合に、回転子５の向かい合う２極のうち、永久磁石を挿入するスリット６と同じ形状であり、その位置もスリット６の位置と同じになっている。また、着磁用コア１のヨーク部の回転子５の外側の位置には、一対の巻線３が巻回されている。この一対の巻線３は、ある一定の巻数だけ巻かれており、同一方向、同一巻数となっている。
【００２３】
本実施形態における製造装置では、まず最初に着磁用コア１は図中右側に示すように、ベース４の上に乗った状態にある。ベース４はステンレス又はアルミといった非磁性材料でできた一つの部品であり、その外径が穴２よりも外側に来るような形状であればよい。このように、着磁用コア１がベース４の上にある状態の時に、まず、矢印Ａの方向に着磁用コア１内の穴２に着磁前の永久磁石を挿入する。この時、永久磁石はベース４に支えられて落下することはない。
【００２４】
磁石を挿入し終わったら、巻線３に電流を通電して磁石の着磁を行う。この場合、基本的に着磁用コア１は、１つの部材であって、そこに穴２が設けられている構成である。従って、十分な磁束が穴２に挿入された着磁前の永久磁石に作用して、効果的な着磁が行われる。穴２は、回転子５の２極分であり、２極分の永久磁石の着磁が行われる。
【００２５】
その後、巻線３への通電を停止し、ベース４を外すが、着磁した永久磁石はそのままの位置を保つ。その状態で、矢印Ｂの方向に着磁用コア１が横移動して行き、回転子５の上に来て止まる。なお、着磁用コア１を回転子５に向けて移動させたり、回転子５を着磁用コア１に向けて移動させて、両者の距離を小さく（接触）して位置決めすることが好適である。この際、着磁した永久磁石が、回転子のスリット６に挿入できるように、穴２とスリット６の位置が正確に一致するように位置決めする。
【００２６】
回転子５に対して着磁用コア１の位置が決まったら、上方から非磁性体からなる磁石挿入用爪８が下りて来て、着磁用コア１の穴２内の永久磁石の端面を押して、永久磁石が回転子５内に挿入される。磁石挿入用爪８は先端の断面形状が永久磁石の形状と同一であり、細長くなっている磁石挿入用爪８の爪の部分は回転子５の積層幅よりも長い必要がある。また、磁石挿入用爪８は、非磁性材料で構成されている。永久磁石の回転子５への挿入が終わると、磁石挿入用爪８は上方へ逃げて、着磁用コア１は最初の位置まで横移動して戻る。その後、回転子５を１極の角度分回転させた後、回転子５内に永久磁石が全て挿入されるまで同じ操作を繰り返す。
【００２７】
このように、各極の永久磁石が着磁され、回転子の所定のスロットに挿入される動作が繰り返され、回転子の各スロットに、着磁された永久磁石が挿入される。
【００２８】
ここまでの説明では、向かい合う２極ずつを順に着磁していく方法であったが、１極ずつ順に着磁してもよい。この場合には、回転子５の１極分のスロットの前後の着磁用コア１に巻線３を配置すればよい。
【００２９】
さらに、全ての極を同時に着磁する図２のような方法も考えられる。この実施形態では、全極着磁用の着磁用コア１ａを設ける。回転子５が６極であるので、全極着磁用の着磁用コア１ａは、図のように６極分のヨーク部分と穴２を備えた形状となっている。すなわち、着磁用コア１ａは、環状部材と、半径方向に伸びる３本のヨーク部（中央部分は共通）とからなっている。そして、各ヨーク部の回転子５のスリット６に対応して穴２が設けられている。
【００３０】
また、図の矢印Ｄで示されるスリット６を通過する方向に磁束を発生するよう、３対の巻線３が３つのヨーク部の両端部に巻回されている。ただし、実際に磁束を発生させた際には矢印Ｄのように中心部で磁束が交差することはなく、隣り合うヨーク部分との間で磁束を形成する。また、全極着磁用の着磁用コア１ａでは、巻線と干渉するため、横方向の移動ではなく上下方向に移動する形になる。
【００３１】
すなわち、まず最初は着磁用コア１ａは、回転子５よりも下方にある。着磁用コア１ａ内の穴２全てに図中矢印Ａで示される方向に永久磁石を挿入して、巻線３に電流を通電して永久磁石を着磁する。それから、着磁用コア１ａが回転子５の下端に接する位置まで矢印Ｂで示される上方に移動したあと、全永久磁石に対応した形状の全極着磁用の磁石挿入用爪８ａが下方から矢印Ｃで示される方向に移動する。これによって、着磁用コア１ａ内の永久磁石は、全てを下方から回転子５内に移動されスリット６内に挿入される。磁石挿入用爪８ａは、２極用の磁石挿入用爪８と各先端の形状は同一で、それが６極分ついている形状となっているものである。
【００３２】
以上が、本発明における回転子の製造装置における実施の一例である。なお、本実施例では回転子を６極として説明したが、回転子の極数は６極に限らずその他の極数においても、同様の実施形態を実現することができる。また、永久磁石及び穴の形状、個数についても本説明で示した限りではない。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明における回転子の製造装置の一例を示す図である。
【図２】本発明における回転子の製造装置の一例を示す図である。
【図３】従来における回転子の製造装置の一例を示す図である。
【図４】従来における回転子の製造装置の一例を示す図である。
【図５】図４の拡大図であり、回転子付近の磁束の流れを説明するための図である。
【符号の説明】
【００３４】
１，１ａ，１１  着磁用コア、１ｙ  ヨーク部、２  穴、３  巻線、４  ベース、５  回転子、６  スリット、７  カラー、８，８ａ  磁石挿入用爪。
【図１】
2006230061.tif 000003
【図２】
2006230061.tif 000004
【図３】
2006230061.tif 000005
【図４】
2006230061.tif 000006
【図５】
2006230061.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成17年2月16日(2005.2.16)
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、電動機における回転子の製造装置及び回転子の製造方法に関する。