转子制造装置的制作方法

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转子制造装置
1.本技术要求在2021年5月25日提交的日本专利申请号2021-087548的优先权，其包括说明书、权利要求书、说明书附图以及说明书摘要的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
2.在本说明书中，公开一种用于旋转电机的转子的制造的装置。

背景技术：

3.在永久磁铁励磁型的旋转电机中，在转子芯设有永久磁铁。例如在埋入磁铁型(ipm：interior permanent magnet)的旋转电机中，在转子芯的轴向穿孔有被称为槽的贯通孔，在该槽插入有永久磁铁。
4.例如在日本特开2017-38459号公报、日本专利第5983869号公报中，作为用于将永久磁铁插入槽的装置(治具)，使用具备引导孔的引导装置。在插入永久磁铁时，引导孔与槽孔被对位。引导孔的入口开口成为截面锥形而被扩径。与该被扩径的锥面抵接的同时永久磁铁被与引导孔对位。进而被对位后的永久磁铁被插入引导孔，进而被推入到该引导孔的深处的槽。
5.被插入到槽的永久磁铁被固定于转子芯。例如在日本特开2013-31805号公报中，在槽内壁面与永久磁铁之间填充有作为粘接剂的树脂，由此永久磁铁被固定于转子芯。
6.此外，在日本特开平9-163649号公报中，代替树脂的填充，浸含有粘接剂的片材构件被插入永久磁铁与槽内壁面之间。例如，槽被形成为具有对置的一对内壁面的长孔形状，一对片材构件沿着该一对内壁面配置。永久磁铁夹在该一对片材构件之间。在该状态下将片材构件加热固化，由此永久磁铁经由片材构件被固定于转子芯。
7.再者，在将片材构件和永久磁铁插入槽时，若想要先将永久磁铁插入槽，后插入片材构件，则需要将挠性的片材构件插入已插入的永久磁铁与槽内壁面的微小的间隙，操作变得困难。因此，考虑先将片材构件插入槽而之后插入永久磁铁的工序。若想要使用引导装置来进行该工序，则需要在片材构件被插入引导装置的引导孔和转子芯的槽之后，永久磁铁被插入引导孔和槽。
8.在此，如上所述，在将永久磁铁插入引导孔时，永久磁铁的下端与设于引导孔的入口开口的锥面抵接的同时，永久磁铁被与引导孔的中心轴对位。在该过程中，预先配置于锥面上的片材构件恐怕会被永久磁铁的下端刮到而损伤。

技术实现要素：

9.因此，在本说明书中，公开一种能避免对片材构件的损伤并且能将粘接片材和永久磁铁适当地插入转子芯的槽的转子制造装置。
10.在本说明书中公开的转子制造装置将片材构件和永久磁铁插入转子芯的在轴向穿孔的槽。需要说明的是，槽成为具有对置的一对内壁面的长孔形状。在该插入过程中，在以转子芯的轴朝向竖直方向的方式配置了该转子芯的状态下，插入片材构件和永久磁铁。
转子制造装置具备片材引导件和保持器。片材引导件是一对并被对置配置。该一对片材引导件配置于槽的一对内壁面的各自上方，将片材构件送入槽。保持器设于一对片材引导件之间，具备将永久磁铁从槽的上方向该槽送出的磁铁送出口。一对片材引导件在以该片材引导件的侧面为主面的主视观察下呈线对称。而且，一对片材引导件的对称轴与磁铁送出口的中心轴在主视观察下一致。
11.根据上述构成，在转子制造装置单独地设有片材构件插入单元(片材引导件)和磁铁插入单元(保持器)，因此能避免引导永久磁铁时对片材构件的损伤。而且，采用一对片材引导件的对称轴与磁铁送出口的中心轴在主视观察下一致这样的构造，由此，例如仅通过将磁铁送出口的中心轴与槽的中心轴对位，就能将片材构件和永久磁铁适当地插入槽。
12.此外，在上述构成中，也可以是，在磁铁送出口设有抵抗永久磁铁的重量而夹持永久磁铁的一对保持板。在该情况下，一对保持板在永久磁铁向槽插入时以远离对称轴的方式挠曲。在此，一对保持板的弹簧常数被规定为相等。
13.在抵抗保持板的夹持力而下压了永久磁铁时，保持板在磁铁送出时向外侧挠曲，就是说以远离对称轴的方式挠曲，产生抵抗该挠曲的弹性力(恢复力)。在此，一对保持板的弹簧常数相等，因此，通过该一对保持板，永久磁铁被与对称轴对位(定心)的同时能插入槽。
14.此外，在上述构成中，也可以是，在保持器设有施力器。该施力器在片材构件被插入槽内之后抵抗一对保持板的夹持力而向下方对永久磁铁施力。
15.根据上述构成，能等到片材构件向槽的插入完成后再将永久磁铁插入槽内。
16.本说明书所公开的转子制造装置能避免对片材构件的损伤并且能将粘接片材和永久磁铁适当地插入转子芯的槽。
附图说明
17.图1是举例示出由作为本实施方式的转子制造装置的引导装置进行的片材构件和永久磁铁向转子芯的插入工序的立体图。
18.图2是用于对磁铁引导孔和槽的中心轴c2、c3进行说明的立体图。
19.图3是举例示出引导装置的单体立体图。
20.图4是举例示出引导装置的主视图。
21.图5是举例示出图3的a-a截面的引导装置的立体剖视图。
22.图6是举例示出图3的a-a截面的引导装置的主视剖视图。
23.图7是对使用了引导装置的片材构件和永久磁铁向转子芯的插入工序进行说明的主视剖视图(1/2)。
24.图8是对使用了引导装置的片材构件和永久磁铁向转子芯的插入工序进行说明的主视剖视图(2/2)。
具体实施方式
25.在图1中举例示出旋转电机的转子100和在该转子100的组装时使用的作为本实施方式的转子制造装置的引导装置10。旋转电机例如被用作电动汽车(battery electric vehicle，bev)、混合动力车辆(hybrid electric vehicle，hev)的驱动源。
26.＜转子的构成＞
27.转子100被配置为包括转子芯110、永久磁铁85以及片材构件80a、80b。转子芯110是圆筒形状的构件，在中空处插入有旋转轴(未图示)。转子芯110例如由电磁钢板的层叠体构成。
28.旋转电机例如是埋入磁铁型(ipm)的旋转电机，在转子芯110埋入有永久磁铁85。在转子芯110沿着周向形成有多个槽112，该槽112是沿着中心轴c1方向穿孔的磁铁插入孔。
29.槽112例如被形成为以转子芯110的径向为短尺寸方向、以转子芯110的周向为长尺寸方向的长孔形状。更详细而言，参照图2，槽112被配置为包括：矩形部114，该矩形部114是在周向长的矩形的开口部；以及突出凹槽部116a、116b，从矩形部114的周向两侧突出。
30.如后所述，在引导装置10与槽112的对位时，槽112的中心轴c3与引导装置10的中心轴c2被对位。槽112的中心轴c3是指从矩形部114的对角线相交的点沿着转子芯110的轴向延伸的线。此外，如后所述，引导装置10的中心轴c2是指从作为截面矩形的开口的磁铁引导孔33的对角线相交的点沿着磁铁引导孔33的延伸方向延伸的线。
31.在长孔形状的槽112形成有在长尺寸方向延伸并相互对置的一对内壁面112a、112b。一对片材构件80a、80b以沿着该内壁面112a、112b的方式被插入槽112内。
32.片材构件80a、80b由绝缘性材料构成。片材构件80a、80b例如被卷绕成卷筒状，并通过未图示的进给马达等输出至片材引导件40a、40b。
33.片材构件80a、80b具备与内壁面112a、112b同等的宽度，夹在永久磁铁85与转子芯110之间，由此抑制两者的接触和电导通。永久磁铁85与转子芯110变得不接触，由此抑制从永久磁铁85产生的涡流回流到转子芯110。
34.而且，片材构件80a、80b除了具备使永久磁铁85与转子芯110绝缘的功能之外，还具备作为使永久磁铁85固定于转子芯110的粘接剂的功能和进一步对永久磁铁85进行冷却的功能。
35.例如，片材构件80a、80b由发泡性材料构成。例如，对在槽112内插入有永久磁铁85和片材构件80a、80b的状态的转子芯110进行加热处理。例如，将转子芯110放入加热炉来进行加热。通过该加热处理，片材构件80a、80b发泡和膨胀。通过片材构件80a、80b的膨胀，永久磁铁85被固定于转子芯110。
36.而且，在片材构件80a、80b发泡时各个气泡相连而成为连续气泡，由此在片材构件80a、80b形成流路。空气、冷却液在该流路流动，由此永久磁铁85被冷却。
37.参照图1，永久磁铁85例如由钕等稀土磁铁构成。永久磁铁85例如为平板片形状，永久磁铁85被形成为比槽112小一圈的形状。通过这样做，在永久磁铁85与槽112之间形成能供片材构件80a、80b插入的间隙。
38.＜引导装置的构成＞
39.引导装置10(转子制造装置)是将一对片材构件80a、80b和永久磁铁85插入槽112的治具(辅助工具)。在图3中举例示出本实施方式的引导装置10的单体立体图，在图4中举例示出引导装置10的主视图(y轴视图)。而且，在图5中举例示出示出了图3的a-a截面的立体剖视图，在图6中举例示出a-a剖视图(主视剖视图)。
40.需要说明的是，在图3－图6中示出相互正交的x轴、y轴、z轴。z轴是引导装置10的长尺寸方向轴，成为与引导装置10的中心轴c2平行的轴。z轴的正方向成为上侧，负方向成
为下侧。
41.y轴是以片材引导件40a、40b的侧面为主面的主视轴，是例如与保持器板22a、22b的宽度方向平行的轴。x轴是与y轴和z轴垂直地相交的轴，是例如与保持器板22a、22b的厚度方向平行的轴。
42.引导装置10具备将片材构件80a、80b送入槽112的一对片材引导件40a、40b。此外，引导装置10具备将永久磁铁85向槽112送出的保持器20。就是说，引导装置10单独地具备片材构件80a、80b的送出单元和永久磁铁85的送出单元。
43.而且，引导装置10具备支承片材引导件40a、40b和保持器20的臂12(参照图3)。臂12连接于未图示的三轴工作台(three-axis stage)、致动器等驱动机构。由此，引导装置10能相对于转子芯110三维地移动。
44.片材引导件40a、40b在主视观察(y轴观察)下成为线对称构造，片材引导件40a、40b的对称轴与磁铁引导孔33和磁铁送出口35(参照图6)的中心轴c2至少在主视观察(y轴观察)下一致。需要说明的是，即使在对称轴与中心轴c2产生微小的位置偏离，只要该偏离量在落在规定的公差内的范围内，就被视为实质上的一致。
45.此外，以下对片材引导件40a的构造进行说明，但由于该构造的对称性，通过将附图标记的末尾的后缀“a”变为“b”，下述说明会成为片材引导件40b的构造说明。
46.参照图3，片材引导件40a具备引导臂42a、引导板52a以及片材保护板50a。引导臂42a是在主视观察(y轴观察)下为大致l字形的构件，在引导臂42a的上端设有凸缘43a。凸缘43a通过螺栓/螺母紧固、焊接等被固定于保持器板22a。
47.从凸缘43a的下端以相对于凸缘43a倾斜的方式延伸设置有臂上部44a。臂上部44a例如从该臂上部44a的上端朝向下端以远离中心轴c2的方式向斜外侧延伸设置。而且，从臂上部44a的下端延伸设置有臂下部45a。臂下部45a从该臂下部45a的上端朝向下端以趋向中心轴c2的方式向斜内侧延伸设置。
48.参照图3、图5，在臂上部44a的下侧且宽度方向中央部分形成有在厚度方向穿孔的片材出入口46a。如后述的图7那样，片材构件80a被送入该片材出入口46a。
49.在臂上部44a和臂下部45a的折回部分附近设有引导板52a。若沿着片材构件80a的进给方向，则引导板52a的下游端通过螺栓/螺母紧固、焊接等被固定于引导臂42a。
50.此外，在臂下部45a的下端部载置有片材保护板50a。例如，片材保护板50a被固定于臂下部45a的上表面。例如，片材保护板50a的宽度方向(y轴方向)两端通过螺栓/螺母紧固、焊接等被固定于臂下部45a。
51.如图5、图6所举例示出的那样，片材保护板50a的宽度方向中央部分比片材保护板50a的两端部分薄。通过这样的构造，在臂下部45a与片材保护板50a的下表面之间产生间隙。该间隙成为片材引导孔54a。
52.就是说，如图7所举例示出的那样，片材构件80a从引导板52a被进给至臂下部45a，进而从片材引导孔54a通过而被送入转子芯110的槽112内。
53.在片材引导件40a的下游端设置片材引导孔54a，并用片材保护板50a覆盖该片材引导孔54a的上方，由此会抑制配置于片材保护板50a的正上方的保持板30a与片材构件80a的接触。如后所述，在永久磁铁85被插入槽112内时，保持板30a以远离中心轴c2的方式向外侧挠曲。此时，即使在该挠曲量大时，由于片材保护板50a阻挡保持板30a，因此也会抑制保
持板30a与片材构件80a的接触。
54.参照图1，保持器20暂时保持永久磁铁85，并且将该永久磁铁85从上方向槽112内送出。保持器20设于一对片材引导件40a、40b之间。参照图2、图3，保持器20具备保持器板22a、22b、间隔件24a、24b(参照图2)、保持板30a、30b以及作为施力器的推动器60(参照图1)。
55.参照图2、图4，保持器板22a、22b是平板构件，并且隔着间隔件24a、24b在厚度方向(x轴方向)相互分离。间隔件24a、24b设于保持器板22a、22b的宽度方向两端。
56.通过保持器板22a、22b和间隔件24a、24b形成截面矩形的开口。该开口成为磁铁引导孔33。磁铁引导孔33例如是与槽112的矩形部114相同的形状，或者被规定为小一圈的尺寸。例如，磁铁引导孔33被形成为比矩形部114向中心侧偏移了0.5mm左右的截面形状。
57.磁铁引导孔33的中心轴c2成为从截面矩形的磁铁引导孔33的对角线相交的点沿着磁铁引导孔33的延伸方向延伸的轴线。该中心轴c2与一对片材引导件40a、40b的对称轴在主视观察(y轴观察)下一致。
58.此外，参照图6，在保持器板22a、22b的内表面上端形成有锥面23a、23b。锥面23a、23b是设于磁铁引导孔33的入口端的扩径部，被形成为磁铁引导孔33的截面开口从下方朝向上方变宽。在永久磁铁85被插入磁铁引导孔33时，永久磁铁85被锥面23a、23b引导的同时被对位。
59.参照图3，推动器60(施力器)在片材构件80a、80b被插入槽112内之后抵抗保持板30a、30b的夹持力而向下方对永久磁铁85施力。推动器60(施力器)具备推板62和致动器64。推板62的截面形状与永久磁铁85的截面形状大致相同，推板62能插入磁铁引导孔33内。
60.致动器64设于磁铁引导孔33(参照图2)的上方，使推板62在磁铁引导孔33内沿着中心轴c2进退(上下)移动。
61.此外，例如，也可以在推动器60设有使推动器60从中心轴c2向x轴方向或y轴方向移动的移动机构，使得在向磁铁引导孔33装填永久磁铁85时，推动器60不会挡住该装填时的动作路线。
62.在保持器板22a、22b的下端设有一对保持板30a、30b。保持板30a、30b向比保持器板22a、22b的下端更靠下方延伸设置。更具体而言，保持板30a、30b从保持器板22a、22b的下端朝向下方以趋向中心轴c2的方式向内侧倾斜。
63.此外，如图7所举例示出的那样，一对保持板30a、30b的下端之间的间隙成为供永久磁铁85送出的磁铁送出口35。参照图4、图7，保持板30a、30b的倾斜角、长度等被规定为未对保持板30a、30b施加负荷的无负荷状态下的磁铁送出口35的分离距离w2小于永久磁铁85的厚度w1。如此，磁铁送出口35的分离距离比永久磁铁85的厚度小，由此能实现由保持板30a、30b进行的永久磁铁85的保持。
64.保持板30a、30b例如是由铝等金属材料构成的薄板片，具备弹簧板的功能。如后所述，一对保持板30a、30b在永久磁铁85被插入磁铁引导孔33并下降了时接住该永久磁铁85。就是说，保持板30a、30b具备能抵抗永久磁铁85的重量而夹持(保持)永久磁铁85的弹性力。
65.而且，如图8所举例示出的那样，当推板62抵抗保持板30a、30b的夹持力而向下方对永久磁铁85施力时，保持板30a、30b以远离中心轴c2的方式挠曲。由此，永久磁铁85从磁铁送出口35(参照图7)下降而被插入转子芯110的槽112内。
66.需要说明的是，保持板30a、30b的弹簧常数被配置为相等，使得在永久磁铁85向槽112内插入时，能实现使该永久磁铁85与中心轴c2对位的定心。例如，保持板30a、30b的宽度和厚度被设为相同。此外，参照图4，保持板30a、30b的从保持器板22a、22b起的延伸设置长度l1、l2被配置为相同长度。需要说明的是，就这些尺寸而言，如果是落在规定的公差内的差异，则认为包含在同一范围内。
67.＜片材构件和永久磁铁的插入工序＞
68.在图7、图8中举例示出使用了本实施方式的引导装置10的片材构件80a、80b和永久磁铁85向转子芯110的槽112的插入工序。
69.在插入工序中，在以转子芯110的中心轴c1(参照图1)朝向竖直方向的方式配置了转子芯110的状态下，向槽112插入片材构件80a、80b和永久磁铁85。此外，转子芯110由未图示的固定板固定。
70.引导装置10将片材构件80a、80b和永久磁铁85从转子芯110的上方插入槽112内。在此，通过未图示的摄像机、传感器机构对引导装置10进行位置控制，使得磁铁引导孔33的中心轴c2(参照图2)与槽112的中心轴c3一致。
71.如上所述，由于片材引导件40a、40b的对称轴与磁铁引导孔33的中心轴c2一致，因此，通过进行磁铁引导孔33与槽112的对位，片材引导件40a、40b也被与槽112对位。就是说，当磁铁引导孔33的中心轴c2与槽112的中心轴c3一致时，与之相伴地，片材引导件40a、40b被配置于槽112的内壁面112a、112b的上方。
72.在上述的定位之后，通过未图示的马达机构等从未图示的卷筒将片材构件80a、80b进给至片材引导件40a、40b。此外，通过手动操作、机器人等将永久磁铁85插入磁铁引导孔33。被插入磁铁引导孔33的永久磁铁85被保持板30a、30b夹持，向槽112的下降被停止。
73.通过未图示的马达机构等进一步进给片材构件80a、80b，从而送入槽112内。当通过摄像机等传感器感测到片材构件80a、80b的下端到达了槽112的下端时，推动器60(参照图1)的致动器64进行驱动而向下方送出推板62。
74.当被向下方送出的推板62与永久磁铁85的上端抵接时，如图8那样，推板62直接向下方对永久磁铁85施力。其结果是，如图8那样，保持板30a、30b向远离中心轴c2的方向挠曲(扩展)。在此，保持板30a、30b通过其恢复力从侧方按压永久磁铁85。通过这样的从侧方的按压(夹入)，永久磁铁85的下降速度被抑制，能使永久磁铁85随着推板62的下降速度一起下降。
75.此外，永久磁铁85通过保持板30a、30b来对位(定心)。如上所述，保持板30a、30b的弹簧常数被配置为相等，因此永久磁铁85的中心轴被维持在磁铁引导孔33和磁铁送出口35(参照图6)的中心轴c2。通过这样的定心，永久磁铁85相对于槽112的位置的偏移被抑制。
76.而且，当永久磁铁85完全容纳于槽112内时，片材构件80a、80b的从槽伸出的部分被未图示的切割器切断。之后，引导装置10被移动至片材构件80a、80b和永久磁铁85未插入的空的槽112。
77.本公开不限于上述的本实施方式，并且包括在不脱离由权利要求书限定的本公开的技术范围或本质的情况下的所有变化和修改。

技术特征：

1.一种转子制造装置，将片材构件和永久磁铁插入转子芯的在轴向穿孔的、具有对置的一对内壁面的长孔形状的槽，其中，在以所述转子芯的轴朝向竖直方向的方式配置了该转子芯的状态下，插入所述片材构件和所述永久磁铁，所述转子制造装置具备：被对置配置的一对片材引导件，配置于所述槽的一对所述内壁面的各自上方，将所述片材构件送入所述槽；以及保持器，设于一对所述片材引导件之间，具备将所述永久磁铁从所述槽的上方向该槽送出的磁铁送出口，一对所述片材引导件在以该片材引导件的侧面为主面的主视观察下呈线对称，一对所述片材引导件的对称轴与所述磁铁送出口的中心轴在所述主视观察下一致。2.根据权利要求1所述的转子制造装置，其中，在所述磁铁送出口设有抵抗所述永久磁铁的重量而夹持所述永久磁铁的一对保持板，一对所述保持板在所述永久磁铁向所述槽插入时以远离所述对称轴的方式挠曲，一对所述保持板的弹簧常数相等。3.根据权利要求2所述的转子制造装置，其中，在所述保持器设有施力器，该施力器在所述片材构件被插入所述槽内之后抵抗一对所述保持板的夹持力而向下方对所述永久磁铁施力。

技术总结

本公开涉及转子制造装置。作为转子制造装置的引导装置(10)具备片材引导件(40A、40B)和保持器(20)。一对片材引导件(40A、40B)被对置配置。该一对片材引导件(40A、40B)配置于槽(112)的一对内壁面(112A、112B)的各自上方，将片材构件(80A、80B)送入槽(112)。保持器(20)设于一对片材引导件(40A、40B)之间，具备将永久磁铁(85)从槽(112)的上方向该槽送出的磁铁送出口(35)。一对片材引导件(40A、40B)在以该片材引导件(40A、40B)的侧面为主面的主视观察下呈线对称。而且，一对片材引导件(40A、40B)的对称轴与磁铁送出口(35)的中心轴(C2)在主视观察下一致。察下一致。察下一致。