特許 7505638 磁石配列方法及びロータの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-17

(45)【発行日】2024-06-25

(54)【発明の名称】磁石配列方法及びロータの製造方法

(51)【国際特許分類】

   H02K 15/02 20060101AFI20240618BHJP

   H02K 1/2783 20220101ALI20240618BHJP

【ＦＩ】

H02K15/02 K

H02K1/2783

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2023506839

(86)(22)【出願日】2022-02-02

(86)【国際出願番号】 JP2022003942

(87)【国際公開番号】W WO2022196149

(87)【国際公開日】2022-09-22

【審査請求日】2023-08-16

(31)【優先権主張番号】P 2021044582

(32)【優先日】2021-03-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】竹内 雄志

【審査官】津久井 道夫

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１３／００８２８４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－３３５７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平８－８８９５７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ １５／０２

Ｈ０２Ｋ １／２７８３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ハルバッハ配列される複数の着磁磁石を配列する方法であって、
磁性体から成る配列治具に前記複数の着磁磁石を配列する配列工程を備え、
前記配列工程では、前記配列治具と予め設定された着磁磁石との接触面積を、前記配列治具と他の着磁磁石との接触面積に比べて異ならせる、磁石配列方法。

【請求項2】

前記配列治具における前記着磁磁石との接触面に凹部が形成されている、請求項１に記載の磁石配列方法。

【請求項3】

前記着磁磁石における前記配列治具との接触面に凹部が形成されている、請求項１又は２に記載の磁石配列方法。

【請求項4】

前記凹部である溝を跨ぐように、異なる磁極を配置する、請求項２又は３に記載の磁石配列方法。

【請求項5】

前記複数の着磁磁石を配列した際に磁束ループを形成する両側の着磁磁石における一方の着磁磁石の前記配列治具への吸着力と他方の着磁磁石の前記配列治具への吸着力との差が減少するように、前記一方の着磁磁石と前記配列治具との接触面積を、前記他方の着磁磁石と前記配列治具との接触面積に比べて小さくする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の磁石配列方法。

【請求項6】

請求項１乃至５のいずれか１項に記載の磁石配列方法を備える、ロータの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、磁石配列方法及びロータの製造方法に関し、例えば、ハルバッハ配列される複数の着磁磁石の配列方法及び当該複数の着磁磁石を有するロータの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、ハルバッハ配列された磁石を有するロータなどが実用化されている。このようなロータは、例えば、特許文献１に開示されているように、鉄製の帯状薄板から成るプレートに複数の磁石をハルバッハ配列してエポキシ樹脂で固定した磁石ユニットを、ロータコアに巻き付けることで製造したり、特許文献２に開示されているように、バックヨークの凹凸を利用して主磁極永久磁石と副磁極永久磁石とをハルバッハ配列して製造したり、している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１８－１０７９２９号公報

【文献】特開２００７－１１０８２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本出願人は、以下の課題を見出した。ハルバッハ配列される磁石は、予め着磁されている必要があるが、それ故に、当該磁石を精度良く定められた位置に配列することが困難である。

【0005】

本開示は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、ハルバッハ配列される着磁磁石を精度良く定められた位置に配列することが可能な、磁石配列方法及びロータの製造方法を実現する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様に係る磁石配列方法は、ハルバッハ配列される複数の着磁磁石を配列する方法であって、
磁性体から成る配列治具に前記複数の着磁磁石を配列する配列工程を備え、
前記配列工程では、前記配列治具と予め設定された着磁磁石との接触面積を、前記配列治具と他の着磁磁石との接触面積に比べて異ならせる。

【0007】

上述の磁石配列方法において、前記配列治具における前記着磁磁石との接触面に凹部が形成されていることが好ましい。

【0008】

上述の磁石配列方法において、前記着磁磁石における前記配列治具との接触面に凹部が形成されていることが好ましい。

【0009】

上述の磁石配列方法において、前記凹部である溝を跨ぐように、異なる磁極を配置することが好ましい。

【0010】

上述の磁石配列方法において、前記複数の着磁磁石を配列した際に磁束ループを形成する両側の着磁磁石における一方の着磁磁石の前記配列治具への吸着力と他方の着磁磁石の前記配列治具への吸着力との差が減少するように、前記一方の着磁磁石と前記配列治具との接触面積を、前記他方の着磁磁石と前記配列治具との接触面積に比べて小さくすることが好ましい。

【0011】

本開示の一態様に係るロータの製造方法は、上述の磁石配列方法を備える。

【発明の効果】

【0012】

本開示によれば、ハルバッハ配列される着磁磁石を精度良く定められた位置に配列することが可能な、磁石配列方法及びロータの製造方法を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施の形態の磁石配列方法において、配列治具のＺ軸＋側の面に複数の着磁磁石が配列された様子を示す図である。

【図2】図１のII部分を示す拡大図である。

【図3】配列治具のＺ軸＋側の面に複数の着磁磁石が配列された様子を示す拡大断面図である。

【図4】磁束ループを説明するための図である。

【図5】配列治具の外周面に複数の着磁磁石が配列された様子を示す斜視図である。

【図6】製造されたアウターロータを示す図である。

【図7】凹部が形成された着磁磁石を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本開示を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。但し、本開示が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

【0015】

先ず、本実施の形態の磁石配列方法を説明する。なお、以下の説明では、説明を明確にするために、三次元（ＸＹＺ）座標系を用いて説明する。本実施の形態の磁石配列方法は、着磁磁石をハルバッハ配列する際に好適である。

【0016】

図１は、本実施の形態の磁石配列方法において、配列治具のＺ軸＋側の面に複数の着磁磁石が配列された様子を示す図である。図２は、図１のII部分を示す拡大図である。図３は、配列治具のＺ軸＋側の面に複数の着磁磁石が配列された様子を示す拡大断面図である。

【0017】

本実施の形態では、例えば、図１乃至図３に示すように、着磁磁石１を配列治具２のＺ軸＋側の面にハルバッハ配列する。着磁磁石１は、例えば、Ｘ軸方向に長い四角柱形状であり、所定の磁束が発生するようにＮ極部分とＳ極部分とが配置されている。但し、着磁磁石１は、四角柱形状に限定されず、円柱形状や他の多角柱形状でもよく、着磁磁石１の形状は、限定されない。

【0018】

配列治具２は、磁性体から成り、例えば、図１乃至図３に示すように、板形状を基本形態としている。ここで、本実施の形態で用いる配列治具２は、着磁磁石１を配列する際の以下の課題を解決するために想到した。

【0019】

図４は、磁束ループを説明するための図である。例えば、図４に示すように、３個の着磁磁石１を１組の磁石群１１として用いて１つの磁束ループＲが形成されるように、当該３個の着磁磁石１を配列するものとする。

【0020】

つまり、１組の磁石群１１は、３個の着磁磁石１として、Ｙ軸－側に配置される第１の着磁磁石１ａ、Ｙ軸＋側に配置される第２の着磁磁石１ｂ、及び中央に配置される第３の着磁磁石１ｃを備えている。そして、隣接する磁石群１１の間には、隣接する磁石群１１の間の磁束を減少させるための着磁磁石１として、第４の着磁磁石１ｄを配置するものとする。

【0021】

このように配列される着磁磁石１を、例えば、磁性体１００のＺ軸＋側の平坦面にＹ軸＋側に向かって配列する場合、図４に示すように、１組の磁石群１１が形成する磁束ループＲにおいて、第２の着磁磁石１ｂの側の磁束が第１の着磁磁石１ａの側の磁束に対して大きくなる。

【0022】

そのため、第２の着磁磁石１ｂの磁性体１００への吸着力Ａ２が第１の着磁磁石１ａの磁性体１００への吸着力Ａ１に対して大きくなり、第１の着磁磁石１ａを配列する場合に比べて、第２の着磁磁石１ｂを配列する際に当該第２の着磁磁石１ｂの位置制御が困難になる。また、第２の着磁磁石１ｂを配列する際に、第２の着磁磁石１ｂのＺ軸－側の面が磁性体１００のＺ軸＋側の平坦面に強く擦れて、第２の着磁磁石１ｂのＺ軸－側の面が損傷する可能性がある。

【0023】

しかも、着磁磁石１を配列する際にＹ軸方向で隣接する磁極が異なる場合、異なる磁極の間で磁束が発生する。そのため、Ｙ軸＋側に新たに配置される着磁磁石１がＹ軸－側で隣接する着磁磁石１の影響を受け、Ｙ軸＋側に新たに配置される着磁磁石１の位置制御が困難になる。

【0024】

また、着磁磁石１を配列する際にＹ軸方向で隣接する着磁磁石１における対向する部分が異なる磁極である場合、隣接する着磁磁石１同士に吸着力が発生したり、隣接する着磁磁石１における対向する部分が等しい磁極である場合、隣接する着磁磁石１同士に反発力が発生したり、する。そのため、着磁磁石１の位置制御が困難になる。

【0025】

そこで、これらの課題を解消するために、本実施の形態の配列治具２は、図１乃至図３に示すように、配列治具２における着磁磁石１が配列される面であるＺ軸＋側の面に凹部２１が形成されている。本実施の形態では、凹部２１として、第１の凹部２１ａ及び第２の凹部２１ｂを備えている。

【0026】

第１の凹部２１ａは、配列治具２における第２の着磁磁石１ｂが配置される位置に形成されている。第１の凹部２１ａは、例えば、図１乃至図３に示すように、Ｚ軸方向から見て、略円形状のディンプルであり、Ｘ軸方向に間隔を開けてＳ字状に並べられている。

【0027】

但し、第１の凹部２１ａは、Ｘ軸方向に間隔を開けて直線状に並べられたり、Ｘ軸方向にランダムに並べられたり、してもよい。また。第１の凹部２１ａは、略円形状のディンプルに限らず、多角形状若しくは楕円形状のディンプルでもよく、又は、溝形状でもよい。

【0028】

要するに、第１の凹部２１ａは、第２の着磁磁石１ｂの配列治具２への吸着力が、第２の着磁磁石１ｂの磁性体１００への吸着力に対して減少する形状及び配置であればよい。このとき、第２の着磁磁石１ｂの配列治具２への吸着力と第１の着磁磁石１ａの配列治具２への吸着力との差が減少するように、第２の着磁磁石１ｂと配列治具２との接触面積を、第１の着磁磁石１ａと配列治具２との接触面積に比べて小さくするとよい。

【0029】

第２の凹部２１ｂは、配列治具２に着磁磁石１が配列された際に、隣接する磁極が第２の凹部２１ｂを跨ぐ位置に形成されている。このとき、第２の凹部２１ｂは、例えば、着磁磁石１のＮ極部分とＳ極部分との境界部分に配置されるだけではなく、Ｙ軸方向で隣接する着磁磁石１の境界部分にも配置されるとよい。なお、図１などで示す第２の凹部２１ｂの配置は、一例であり、着磁磁石１のＮ極部分とＳ極部分との配置などに応じて、適宜、変更することができる。

【0030】

第２の凹部２１ｂは、Ｘ軸方向に延在する溝部であり、着磁磁石１のＸ軸方向の長さ以上の長さを有する。これにより、異なる磁極の間に発生する磁束を減少させることができる。このとき、第２の凹部２１ｂは、配列治具２に着磁磁石１が配列された際に、隣接する着磁磁石１同士の吸着力又は反発力に対して、着磁磁石１の配列治具２への吸着力が大きくなるように、第２の凹部２１ｂのＹ軸方向の幅寸法及びＺ軸方向の深さが設定されている。

【0031】

このような配列治具２のＺ軸＋側の面に、上述のようにＹ軸＋側に向かって第１の着磁磁石１ａ→第３の着磁磁石１ｃ→第２の着磁磁石１ｂ→第４の着磁磁石１ｄの順で、配列治具２の第１の凹部２１ａ及び第２の凹部２１ｂを目印にして、これらの着磁磁石１ａ、１ｃ、１ｂ、１ｄを配列する工程を繰り返すと、着磁磁石１をハルバッハ配列することができる。

【0032】

このとき、第２の着磁磁石１ｂと配列治具２との接触面積が、第１の着磁磁石１ａと配列治具２との接触面積に比べて異なる。そして、第１の凹部２１ａは、第２の着磁磁石１ｂの配列治具２への吸着力が当該第２の着磁磁石１ｂの磁性体１００への吸着力に対して減少するように形成されている。

【0033】

そのため、第２の着磁磁石１ｂを配列する際に当該第２の着磁磁石１ｂの位置制御が容易になる。しかも、第１の凹部２１ａがディンプル形状の場合、第２の凹部２１ｂと形状が異なるため、第２の着磁磁石１ｂを配置する位置を目視により確認し易い。

【0034】

ここで、第２の着磁磁石１ｂの配列治具２への吸着力と第１の着磁磁石１ａの配列治具２への吸着力との差が減少するように、第２の着磁磁石１ｂと配列治具２との接触面積を、第１の着磁磁石１ａと配列治具２との接触面積に比べて小さくすると、全ての着磁磁石１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄの配列治具２への吸着力を略平準化することができる。そのため、各々の着磁磁石１の位置制御を安定させることができる。

【0035】

また、第２の凹部２１ｂは、配列治具２に着磁磁石１が配列された際に、異なる磁極の境界部分に配置されるので、異なる磁極の間で発生する磁束を減少させることができる。そのため、Ｙ軸＋側に新たに配置される着磁磁石１の位置制御が容易になる。

【0036】

さらに、第２の凹部２１ｂは、配列治具２に着磁磁石１が配列された際に、隣接する着磁磁石１同士の吸着力又は反発力に対して、着磁磁石１の配列治具２への吸着力が大きくなるように形成されている。そのため、隣接する着磁磁石１同士の吸着力又は反発力に打ち勝つように、Ｙ軸＋側に新たに着磁磁石１を配置することができる。

【0037】

以上より、本実施の形態の磁石配列方法は、着磁磁石１を定められた位置に精度良く配列することができる。しかも、第２の着磁磁石１ｂの配列治具２への吸着力を減少させることができるので、第２の着磁磁石１ｂのＺ軸－側の面と配列治具２とが強く擦れることを抑制でき、第２の着磁磁石１ｂのＺ軸－側の面の損傷を抑制することができる。

【0038】

このとき、第２の凹部２１ｂは、隣接する着磁磁石１の境界部分に配置されるように配列治具２に形成されているので、着磁磁石１を配列する際に第２の凹部２１ｂを目印にして着磁磁石１を配列すればよい。これにより、着磁磁石１を定められた位置に簡単に配列することができる。

【0039】

次に、ロータの製造方法を説明する。図５は、配列治具の外周面に複数の着磁磁石が配列された様子を示す斜視図である。図６は、製造されたアウターロータを示す図である。なお、図５では、配列治具２の外周面に形成された凹部２１を省略して当該配列治具２を簡略化して示している。上述の配列治具２を、例えば、図５に示すように、円筒形状とし、当該配列治具２の外周面に着磁磁石１を配列して相互を接合すると、着磁磁石１を円筒形状に配列することができる。

【0040】

そして、図６に示すように、例えば、円筒形状のロータコア３の内部に円筒形状に配列された着磁磁石１を挿入して、ロータコア３の内周面と着磁磁石１の外周面とを接合し、図示を省略した回転軸を取り付けると、アウターロータ４を製造することができる。但し、ロータコアの外周面に円筒形状に配列された着磁磁石１を固定してインナーロータを製造してもよい。

【0041】

本開示は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

【0042】

例えば、上記実施の形態では、３個の着磁磁石１で１つの磁束ループＲを形成しているが、磁束ループＲを形成するための着磁磁石１の個数や磁極の配置などは限定されない。

【0043】

例えば、上記実施の形態では、配列治具２に凹部２１を形成しているが、図７に示すように、着磁磁石１に凹部１ｅを形成してもよい。要するに、磁束ループを形成する一方の着磁磁石１の吸着力を減少させることができ、又は、隣接する異なる磁極の間で発生する磁束を減少させることができるように、着磁磁石１又は配列治具２の少なくとも一方に凹部が形成されていればよい。

【0044】

この出願は、２０２１年３月１８日に出願された日本出願特願２０２１－４４５８２を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

【符号の説明】

【0045】

１ 着磁磁石、１ａ 第１の着磁磁石、１ｂ 第２の着磁磁石、１ｃ 第３の着磁磁石、１ｄ 第４の着磁磁石、１ｅ 凹部
２ 配列治具
３ ロータコア
４ アウターロータ
１１ 磁石群
２１ 凹部、２１ａ 第１の凹部、２１ｂ 第２の凹部
１００ 磁性体
Ａ１、Ａ２ 吸着力
Ｒ 磁束ループ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】