JP2015027150A - ロータコア製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータコアの製造において、磁性体薄板に加工硬化処理を行うときに生じ得る盛り上がり部の高さを抑制することである。【解決手段】ロータコア製造方法の手順は、まず、ロータコアを構成する磁性体薄板に複数の磁石挿入穴を形成したものを準備し（Ｓ１０）、隣接する磁石挿入穴の間の磁性体材料のブリッジ部の延びる方向に所定の配置で材料逃げ穴を形成し（Ｓ１２）、ブリッジ部に対し、材料が材料逃げ穴の方向に流動するように押圧加工を行ってブリッジ部を加工硬化させ（Ｓ１４）、これを積層して（Ｓ１６）、ロータコアを得る（Ｓ１８）。【選択図】図１

Description

本発明は、ロータコア製造方法に係り、特に磁性体薄板を積層するロータコアの製造方法に関する。

回転電機に用いられるロータコアは、所定の形状に成形された磁性体薄板を積層して得ることができる。また、回転電機の性能を向上させるために、磁性体薄板に永久磁石を配置するための磁石挿入穴を設け、さらに、高速回転性能を向上させるために、磁石挿入穴の間の磁性体ブリッジ部分を加工硬化させてその部分の強度を上げることが行われる。

例えば、特許文献１には、ロータコア鋼板として、コア外周端と磁石挿入孔との間のアウターブリッジ部と、隣接する磁石挿入孔の間のセンターブリッジ部に対し、周辺より窪ませる段差加工を行うことによって加工硬化させ、高速回転化を可能にすることが述べられている。そして、その段差加工によって生じる盛り上がりがあると、複数の鋼板を積層したときに軸方向の厚さを厚くなるので、盛り上がりを平坦化する必要を指摘している。

本発明に関連する技術として、特許文献２，３には、磁石挿入穴の近くに磁路補正用の穴を設けることを述べている。また、特許文献４には、２つに分割した磁石を１つの磁石挿入穴に挿入するときに２つの磁石同士を離すように、磁石挿入穴の近くに適当な穴を設け、その穴に加工操作棒を挿入して磁石挿入穴に向けてその穴を変形させることで磁石挿入穴の中間部が狭くなるように電磁鋼板を変形させることを述べている。

特開２００５−０５７９５９号公報 特開２０１３−１０２６０５号公報 特開２００２−１１２５１３号公報 特開２０１２−０５０３３１号公報

永久磁石挿入穴の間の磁性体ブリッジ部の強度向上のために磁性体薄板に加工硬化処理を行うと、加工硬化処理によって盛り上がり部が発生する。盛り上がり部が発生すると磁性体薄板を積層したときの全体の高さが高くなり、ロータコアの小型化を妨げる。

本発明の目的は、磁性体薄板に加工硬化処理を行うときに生じ得る盛り上がり部の高さを抑制できるロータコアの製造方法を提供することである。

本発明に係るロータコア製造方法は、ロータコアを構成する磁性体薄板に複数の磁石挿入穴を形成し、隣接する磁石挿入穴の間の磁性体材料のブリッジ部の延びる方向に所定の配置で材料逃げ穴を形成し、ブリッジ部に対し、材料が材料逃げ穴の方向に流動するように押圧加工を行ってブリッジ部を加工硬化させることを特徴とする。

上記方法によれば、材料逃げ穴を設けることで、加工硬化のための押圧加工による材料の流動を材料逃げ穴で吸収できる。これにより、磁性体薄板に加工硬化処理を行うときに生じ得る盛り上がり部の高さを抑制できる。

本発明の実施の形態におけるロータコアの製造方法の手順を示すフローチャートである。 図１の各手順を示す図である。 本発明の実施の形態において、材料逃げ穴の他の例を示す図である。 比較のために、材料逃げ穴を設けないときに盛り上がり部が生じることを示す図である。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下で述べる寸法、形状、材質等は説明のための例示であって、ロータコアの仕様に応じ適宜変更が可能である。以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、回転電機に用いられるロータコアの製造方法の手順を示すフローチャートである。図２は、図１の各手順の内容を示す図である。ロータコアを製造する最初の手順は、回転電機の仕様に適合するように所定の形状に成形された磁性体薄板を準備することである。ここでは、所定の形状の磁石挿入穴を形成した磁性体薄板を準備する（Ｓ１０）。

図２（ａ）には、準備された磁性体薄板１０が示される。磁性体薄板１０は、これを複数枚積層して、所定のロータコアとするもので、プレス加工等によって予め所定の形状に打ち抜かれる。磁性体薄板１０の素材としては、表面に適当な絶縁処理が施された電磁鋼板を用いることができる。所定の形状に打ち抜いたのちに絶縁処理をしてもよい。所定の形状として、図２（ａ）の例では、ロータ軸に固定される中心穴１２と、外周側の周方向に沿って配置される複数の磁石挿入穴を含む円形形状の外形が示される。複数の磁石挿入穴は、互いに向かい合ってＶ字型に配置される一組の磁石挿入穴１４，１６を一組とし、この一組をロータの１つの磁極に対応させて、磁極の数と同じ組数の磁石挿入穴１４，１６が形成される。図２（ａ）の例では、ロータの磁極数が８であり、磁石挿入穴１４，１６を一組として、８組の磁石挿入穴が配置される。

再び図１に戻り、次に、材料逃げ穴が形成される（Ｓ１２）。この処理工程は、プレス加工等で行われるので、Ｓ１０と別工程とせずに、磁石挿入穴１４，１６等の形成と同時に材料逃げ穴を形成することがよい。

図２（ｂ），（ｃ）に材料逃げ穴１８を形成した状態の磁性体薄板１０を示す。図２（ｂ）は、図２（ａ）に材料逃げ穴１８を追加した図で、図２（ｃ）は、図２（ｂ）の一組の磁石挿入穴１４，１６が配置される部分、すなわち、磁性体薄板１０を８等分した１つを拡大した図である。材料逃げ穴１８は、次の処理工程である加工硬化処理で磁性体薄板１０が流動してくるのを吸収するために設けられるもので、一組の磁石挿入穴１４，１６の間の磁性体材料のブリッジ部２０の延びる方向に所定の配置位置で配置される穴である。図２（ｂ），（ｃ）の例では、材料逃げ穴１８は、ブリッジ部２０の延びる径方向に沿って、ブリッジ部２０の位置よりも内径側の位置に配置される。図２（ｃ）に、周方向、径方向を示した。

材料逃げ穴１８の形状とその大きさは、加工硬化処理において流動する材料の量に応じて設定される。図２（ｂ），（ｃ）の例では、形状は円形で、その直径は、ブリッジ部２０の幅よりも大きめに設定される。例えば、ブリッジ部２０が加工硬化処理によって厚さが５０％まで薄くなる場合には、ブリッジ部２０の（幅×径方向の長さ×厚さの半分）の体積ΔＶの材料が材料逃げ穴１８に向かって流動するので、材料逃げ穴１８の直径Ｄは、ΔＶ＝｛（πＤ²／４）×安全係数｝から求められる値に設定される。安全係数は、実験的に求めることができる。

再び図１に戻り、次に、ブリッジ部２０に対する加工硬化処理が行われる。加工硬化処理は、磁性体材料の細い部分であるブリッジ部２０の機械的強度を向上させて、このロータコアを用いる回転電機の高速回転化を可能とするために行われる。加工硬化処理は、ブリッジ部２０を押圧加工することで行われる。この押圧加工によってブリッジ部２０の厚さが薄くなり、その分の磁性体材料がブリッジ部２０の外側に流動し、加工硬化処理領域の外側の部分の厚さが盛り上がることが生じる。この流動する磁性体材料を材料逃げ穴１８で吸収するため、加工硬化処理は、材料逃げ穴１８の方向にブリッジ部２０の磁性体材料が流動するように方向付けされて押圧加工される（Ｓ１４）。

図２（ｄ）は、磁性体薄板１０を、ブリッジ部２０の中心線で切断した断面図である。加工硬化処理が行なわれる領域２２は、ブリッジ部２０に対応する部分である。この領域２２に対し、押圧加工で印加される加圧力Ｐの方向は、斜め方向で、材料逃げ穴１８の方向に方向付けされる。これによって、磁性体材料の流動２４は、径方向に沿って外径側から内径側に向かい、材料逃げ穴１８で吸収される。材料逃げ穴１８の配置位置とその形状とその大きさを適切に設定することで、磁性体材料の流動により生じ得る盛り上がり部の高さが、最大でも、元々の厚さｔを超えないようにすることができる。

再び図１に戻り、加工硬化処理が行われた磁性体薄板１０の積層が行われる（Ｓ１６）。図２（ｅ）は、加工硬化処理されたブリッジ部３０を有し、流動してきた磁性体材料で穴径が小さくなった材料逃げ穴２８が残った磁性体薄板１０を、ｎ枚積層した状態を示す図である。各磁性体薄板１０の厚さは、元々の厚さｔであるので、積層したときの厚さＨ＝ｎ×ｔとなる。このように、材料逃げ穴１８を設けることで、磁性体薄板１０に加工硬化処理を行うときに生じ得る盛り上がり部の高さを効果的に抑制し、積層したときの厚さＨを、元々の厚さｔに基づくものと同じにできる。この積層によってロータコアを得ることができる。

上記では、材料逃げ穴１８を円形の穴として、ブリッジ部２０の延びる方向で内径側に１カ所設けるものとした。材料逃げ穴の形状は、円形の他に、楕円形、矩形、三角形等としてもよい。また、材料逃げ穴の数を複数としてもよい。

図３は、それ以外の材料逃げ穴の例を示す図である。図３（ａ）は、矩形形状の材料逃げ穴３２を、ブリッジ部２０の延びる方向で内径側に１カ所設ける例を示す図である。図３（ｂ）は、材料逃げ穴１８の他に、円形の材料逃げ穴３４をブリッジ部２０の延びる方向で外径側に設ける例を示す図である。図３（ｂ）の例では、加工硬化処理で流動する磁性体材料をブリッジ部２０の延びる方向の内径側に設けられる材料逃げ穴１８と、外径側に設けられる材料逃げ穴３４で吸収できるので、加工硬化処理の加圧力の方向を磁性体薄板１０の表面に垂直方向とすることが可能になる。

図４は、比較のために、材料逃げ穴を設けずに加工硬化処理を行ったときの様子を示す図である。図４（ａ）は、図２（ａ）と同じで、中心穴１２と磁石挿入穴１４，１６が形成された磁性体薄板１０を示し、図４（ｂ）は、その拡大図である。ここでは、材料逃げ穴が設けられない。図４（ｃ）は、ブリッジ部２０に加工硬化処理が行われる様子を示す図である。加工硬化処理のための押圧加工の加圧力Ｐは、磁性体薄板１０の表面に垂直な方向に印加される。そこで、加工硬化処理が行われる領域２２の厚さが薄くなる分の磁性体材料は、加工硬化処理領域が行われる領域２２の外側に流動し、盛り上がり部４０，４２が生じる。盛り上がり部４０，４２を含めた磁性体薄板１１の厚さＴは、元々の厚さｔよりも厚くなる。

したがって、加工硬化処理が行われて盛り上がり部４０，４２が生じた磁性体薄板１１をｎ枚積層すると、図４（ｄ）に示すように、全体の高さＨ＝ｎ×Ｔとなって、図２（ｅ）で説明した全体の高さＨ＝ｎ×ｔよりも厚くなり、ロータコアが大型化する。あるいは、所定の高さ内に収容できる磁性体薄板１１の枚数が少なくなり、ロータコアの性能が低下する。

このように、材料逃げ穴を適切に設けることで、磁性体薄板に加工硬化処理を行うときに生じ得る盛り上がり部の高さを抑制できる。

１０，１１ 磁性体薄板、１２ 中心穴、１４，１６ 磁石挿入穴、１８，２８，３２，３４ 材料逃げ穴、２０，３０ ブリッジ部、２２ （加工硬化処理が行われる）領域、２４ （磁性体材料の）流動、４０，４２ 盛り上がり部。

Claims (1)

1. ロータコアを構成する磁性体薄板に複数の磁石挿入穴を形成し、
   隣接する磁石挿入穴の間の磁性体材料のブリッジ部の延びる方向に所定の配置で材料逃げ穴を形成し、
   ブリッジ部に対し、材料が材料逃げ穴の方向に流動するように押圧加工を行ってブリッジ部を加工硬化させることを特徴とするロータコア製造方法。

Images