JP2017034854A - ロータコア用円盤の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータコア円盤の母材である磁性鋼板に設けられた位置決め用のピン孔に位置ずれや変形が生じることを防止することができるロータコア円盤の製造方法を提供する。
【解決手段】ロータコア用円盤の製造方法は、四隅にピン孔３０１が設けられた正方形状の鋼板３００に磁束漏れ抑制孔１１５ａ，１１５ｂとブリッジ部１４０とを打ち抜き加工で形成する工程と、ブリッジ部１４０に、半径方向に延在する段差部１４０ａをプレス加工で形成する工程と、段差部１４０ａの形成後に鋼板３００から打ち抜き加工でロータコア用円盤１００を成形する工程と、を備える。段差部１４０ａの形成前に、各ピン孔３０１と打ち抜きされ得るロータコア用円盤１００の外縁部との間にあり、各ピン孔３０１の中心と打ち抜きされ得るロータコア用円盤１００の中心とを結ぶ線が通る位置にそれぞれ開口部３０２を鋼板３００に形成する。
【選択図】図６Ａ

Description

本発明はロータコア用円盤の製造方法に関する。

積層型ロータコアは、電気自動車やハイブリッド自動車などの電動モータに用いられている。積層型ロータコアは、円盤状にプレス打ち抜き加工された磁性鋼板（ロータコア用円盤）が複数枚積層された積層鋼板の磁石挿入孔（磁石孔）に永久磁石等の磁石体を挿入したものである。積層型ロータコアを用いた電動モータにおいて高速回転性能を向上させるためには、ロータコア用円盤の強度を高める必要がある。

特許文献１には、ロータコア用円盤における磁石挿入孔の周縁部の厚さを薄くし、段差部を設けて強度を向上させるロータコア用円盤の製造方法が開示されている。

特開２００５−１８５０８１号公報

開発中のロータコア用円盤１００の概略構成について以下で説明する。なお、以下の説明で、ロータコア用円盤１００の半径方向及び円周方向を、それぞれ単に「半径方向」及び「円周方向」という。

図１０は、開発中のロータコア用円盤１００の概略構成を示す図である。図１０に示すように、ロータコア用円盤１００には、ロータの回転軸を嵌合するための軸孔１１３と、永久磁石を挿入するための磁石孔１１１，１１２ａ，１１２ｂが形成されている。軸孔１１３はロータコア用円盤１００の中心の位置に形成されている。磁石孔１１１は、ロータコア用円盤１００の外縁部付近において円周方向に延在するように形成されている。また、一対の磁石孔１１２ａ，１１２ｂは、それぞれ磁石孔１１１の両側において半径方向に延在するように形成されている。

さらに、ロータコア用円盤１００には、永久磁石からの漏れ磁束を抑制するための磁束漏れ抑制孔１１４，１１５ａ，１１５ｂが形成されている。磁束漏れ抑制孔１１４は、磁石孔１１２ａの半径方向内側（半径方向中心側）の端部と磁石孔１１２ｂの半径方向内側の端部との間に形成されている。また、磁束漏れ抑制孔１１５ａ，１１５ｂは、磁石孔１１１の両端の近傍にそれぞれ形成されている。

磁石漏れ抑制孔１１４の両端において、半径方向に延在するブリッジ部１４０がそれぞれ設けられている。つまり、磁石漏れ抑制孔１１４の一端と磁石孔１１２ａの半径方向内側の端部との間、及び、磁石漏れ抑制孔１１４の他端と磁石孔１１２ｂの半径方向内側の端部との間には、半径方向に延在するブリッジ部１４０がそれぞれ設けられている。

ロータコア用円盤１００は、図１０中の一点鎖線の扇形で囲った領域に示されたパターンが、円周方向に沿って４５°ピッチで８回繰り返されている。このため、図１０及び図１４中において、一点鎖線の扇形で囲った領域にのみ符号を付し、一点鎖線の扇形で囲った領域以外の領域については符号を省略する。

図１１は、ロータコア用円盤１００を積層させた積層鋼板を用いて構成した積層型ロータにおいて、永久磁石が形成する磁束について説明する図である。図１１に示すように、永久磁石１２１，１２２ａ，１２２ｂは、それぞれ磁石孔１１１，１１２ａ，１１２ｂに挿入され樹脂封止されている。永久磁石１２１において、半径方向外側の面がＮ極、半径方向内側の面がＳ極である。永久磁石１２２ａ，１２２ｂにおいて、永久磁石１２１に近い側の面がＮ極、遠い側の面がＳ極である。また、磁力線を太い破線矢印で示す。

永久磁石１２２ａ，１２２ｂによって形成される磁束の一部はブリッジ部１４０を通過する。これらの磁束は積層型ロータの回転運動には寄与しない、いわゆる“漏れ磁束”である。永久磁石１２２ａ，１２２ｂからの漏れ磁束の抑制のみを考慮すれば、ブリッジ部１４０を設けない方がよい。つまり、磁石漏れ抑制孔１１４の一端と磁石孔１１２ａの半径方向内側の端部とを連通させるとともに、磁石漏れ抑制孔１１４の他端と磁石孔１１２ｂの半径方向内側の端部とを連通させる方がよい。しかし、このようにすると、ロータコア用円盤１００の強度が低下する。電動モータを高速回転させたときの遠心力にも耐え得るロータコア用円盤１００の強度を確保するためには、ロータコア用円盤１００にブリッジ部１４０を設ける必要がある。

ブリッジ部１４０を通過する漏れ磁束を抑制するためには、ブリッジ部１４０の断面積をできるだけ小さくする必要がある。ロータコア用円盤１００の半径方向の強度を落とさずにブリッジ部１４０の断面積を減らすため、ブリッジ部１４０の上面はプレス加工などによって圧下される。図１２は、図１０中の破線で囲った領域Ａを拡大した図である。図１３は、図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿う断面図である。図１２及び図１３に示すように、ブリッジ部１４０は、上面において、短手方向の両端部がそれぞれプレス加工などで圧下される。これにより、ブリッジ部１４０には長手方向に延びる段差部１４０ａが形成される。ブリッジ部１４０の断面形状は凸形状になる（図１３参照）。ブリッジ部１４０の上面を圧下すると、ブリッジ部１４０の断面積が減少するとともに、加工硬化によりブリッジ部１４０の強度を高めることができる。これにより、ロータコア用円盤１００の半径方向の強度を落とさずにブリッジ部を通過する漏れ磁束量を低減させることができる。

ところで、ロータコア用円盤１００の製造過程において、母材である正方形状の鋼板３００に対し打ち抜き加工やプレス加工を繰り返す。具体的には、鋼板３００に、磁石孔１１１，１１２ａ，１１２ｂや磁束漏れ抑制孔１１４，１１５ａ，１１５ｂ、軸孔１１３の打ち抜き加工、段差部１４０ａを形成するためのプレス加工、全体を円盤状に成形する打ち抜き加工を順次行う。鋼板３００の四隅には、各加工において位置決めをするためのパイロットピンを挿入するピン孔３０１が設けられている。

しかしながら、鋼板３００のブリッジ部１４０に対して、上述した段差部１４０ａを形成するためのプレス加工を行うと、鋼板３００には打ち抜きされ得るロータコア用円盤の半径方向外側向きに歪みが生じる。鋼板３００に半径方向外側向きに歪みが生じると、図１４に示すように、ピン孔３０１の位置が所定の位置からずれたり、ピン孔３０１に変形が生じたりする。このため、ピン孔３０１にパイロットピンが挿入できなくなる場合があった。

本発明は、以上の背景に鑑みなされたものであって、ロータコア円盤の母材である磁性鋼板に設けられた位置決め用のピン孔に位置ずれや変形が生じることを防止することができるロータコア円盤の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、半径方向に延在する一対の磁石孔と、前記一対の磁石孔の半径方向中心側の端部の間に円周方向に延在する磁束漏れ抑制孔と、前記磁束漏れ抑制孔の両端において半径方向に延在するブリッジ部が形成されたロータコア用円盤の製造方法であって、四隅に位置決め用のピン孔が設けられた正方形状の鋼板に前記磁束漏れ抑制孔と前記ブリッジ部とを打ち抜き加工によって形成する工程と、形成された前記ブリッジ部に、半径方向に延在する段差部をプレス加工によって形成する工程と、前記ブリッジ部に前記段差部が形成された前記正方形状の鋼板から、打ち抜き加工によって前記ロータコア用円盤を成形する工程と、を備え、前記ブリッジ部に前記段差部を形成する以前に、前記正方形状の鋼板において、各前記ピン孔と打ち抜きされ得る前記ロータコア用円盤の外縁部との間にあり、かつ、各前記ピン孔の中心と打ち抜きされ得る前記ロータコア用円盤の中心とを結ぶ線が通る位置にそれぞれ開口部を形成するものである。

本発明によれば、ロータコア円盤の母材である鋼板に設けられた位置決め用のピン孔に位置ずれや変形が生じることを防止することができる。

実施の形態１にかかるロータコア用円盤の製造方法に用いる母材としての鋼板を模式的に示す図である。 実施の形態１にかかるロータコア用円盤の製造方法にかかる加工工程１について説明する図である。 実施の形態１にかかるロータコア用円盤の製造方法にかかる加工工程２について説明する図である。 実施の形態１にかかるロータコア用円盤の製造方法にかかる加工工程３について説明する図である。 実施の形態１にかかるロータコア用円盤の製造方法にかかる加工工程３について説明する図である。 実施の形態１にかかるロータコア用円盤の製造方法にかかる加工工程３について説明する図である。 実施の形態１にかかるロータコア用円盤の製造方法にかかる加工工程４について説明する図である。 実施の形態１にかかるロータコア用円盤の製造方法にかかる加工工程４について説明する図である。 実施の形態１にかかるロータコア用円盤の製造方法において、開口部を形成する加工工程を設けたことによる効果について説明する図である。 実施の形態１にかかるロータコア用円盤の製造方法において、開口部を形成する加工工程を設けたことによる効果について説明する図である。 ロータコア用円盤のブリッジ部に段差部を形成する場合におけるひずみ解析結果について説明する図である。 参考形態１にかかるロータコア用円盤の製造方法について説明する図である。 参考形態２にかかるロータコア用円盤の製造方法について説明する図である。 開発中のロータコア用円盤の概略構成を示す図である。 開発中のロータコア用円盤を積層させた積層鋼板を用いて構成した積層型ロータにおいて、永久磁石が形成する磁束について説明する図である。 図１０中の破線で囲った領域Ａを拡大した図である。 図１１のＩＸ−ＩＸ線に沿う断面図である。 開発中のロータコア用円盤を製造する際に起こり得る問題点について説明する図である。

[実施の形態１]
以下、図面を参照して本発明の実施の形態１にかかるロータコア用円盤の製造方法ついて説明する。

本実施の形態にかかる製造方法によって製造するロータコア用円盤の概略構成の一例は、図１０を用いて説明したロータコア用円盤１００と同じである。例えば、図１０に示したロータコア用円盤１００において、磁石漏れ抑制孔１１４の一端と磁石孔１１２ａの半径方向内側（半径方向中心側）の端部とが連通するとともに、磁石漏れ抑制孔１１４の他端と磁石孔１１２ｂの半径方向内側の端部とを連通し、磁束漏れ抑制孔１１４を区切るように半径方向に延在するブリッジ部１４０が設けられていてもよい。なお、本実施の形態にかかる製造方法によって製造するロータコア用円盤は、ブリッジ部が磁石漏れ抑制孔１１４の両端に形成されたものに限らない。磁石漏れ抑制孔１１４の両端に加え、ブリッジ部が磁石漏れ抑制孔１１４を区切るように半径方向に延在していてもよい。

図１は、本実施の形態にかかるロータコア用円盤の製造方法に用いる母材を模式的に示す図である。図１に示すように、ロータコア用円盤１００の製造に用いる母材は、厚さが、例えば０．１〜０．３ｍｍ程度の正方形状の鋼板３００で、四隅に位置決め用のパイロットピンを挿入するピン孔３０１が設けられている。

次に、本実施の形態にかかるロータコア用円盤の製造方法の各加工工程（加工工程１〜４）を、図２、図３、図４及び図５を用いて順に説明する。なお、図２、図３、図４及び図５において、一点鎖線の扇形で囲った領域にのみ符号を付し、一点鎖線の扇形で囲った領域以外の領域については符号を省略する。

図２は、本実施の形態にかかるロータコア用円盤の製造方法にかかる加工工程１について説明する図である。図２に示すように、加工工程１では、鋼板３００に対し、破線で示す、打ち抜きされ得るロータコア用円盤１００の外縁部内の所定の位置において、磁石孔１１１，１１２ａ，１１２ｂと、磁束漏れ抑制孔１１４，１１５ａ，１１５ｂと、回転軸を嵌合するための軸孔１１３と、を形成する打ち抜き加工を行う。つまり、破線で示したロータコア用円盤１００の外縁部内において、中心の位置に軸孔１１３を、外縁部付近において円周方向に延在するように磁石孔１１１を、磁石孔１１１の両側に半径方向に延在するように一対の磁石孔１１２ａ，１１２ｂを、それぞれ打ち抜き加工によって形成する。さらに、一対の磁石孔１１２ａ，１１２ｂの間に磁束漏れ抑制孔１１４を、磁石孔１１１の両端に隣接して磁束漏れ抑制孔１１５ａ，１１５ｂを、それぞれ打ち抜き加工により形成する。打ち抜き加工によってロータコア用円盤１００を成形する。ブリッジ部１４０は、磁束漏れ抑制孔１１４の両端の位置において半径方向に延在する。

図３は、本実施の形態にかかるロータコア用円盤の製造方法にかかる加工工程２について説明する図である。図３に示すように、加工工程２では、鋼板３００において、４つのピン孔３０１と破線で示す打ち抜きされ得るロータコア用円盤１００の外縁部との間にあり、かつ、各ピン孔３０１の中心と打ち抜きされ得るロータコア用円盤１００の中心とを結ぶ線が通る位置にそれぞれ開口部３０２を打ち抜き加工により形成する。開口部３０２は円形で、その中心は各ピン孔３０１の中心と打ち抜きされ得るロータコア用円盤１００の中心とを結ぶ線上にある。なお、開口部３０２は、円形に限るものではなく、例えば楕円であってもよい。

図４は、本実施の形態にかかるロータコア用円盤の製造方法にかかる加工工程３について説明する図である。図４Ｂは、図４Ａ中において破線で囲った領域Ｂを拡大した図である。また、図４Ｃは、図４ＢのＩＶＣ−ＩＶＣ線に沿う断面図である。図４Ａ及び図４Ｂに示すように、加工工程３では、プレス加工によりブリッジ部１４０の上面を圧下し、ブリッジ部１４０の長手方向に延びる段差部１４０ａを形成する。図１４Ｃに示すように、プレス加工によってブリッジ部１４０の断面形状は凸形状になる。

図５は、本実施の形態にかかるロータコア用円盤の製造方法にかかる加工工程４について説明する図である。加工工程４では、打ち抜き加工により図４Ａに示す状態の鋼板３００からロータコア用円盤１００を打ち抜いてロータコア用円盤１００を成型する。これにより、図５Ａに示すロータコア用円盤１００が完成する。ロータコア用円盤１００を打ち抜きした後の鋼板３００を図５Ｂに示す。

なお、鋼板３００に開口部３０２を形成する加工工程２は、加工工程３よりも以前に行えばよく、加工工程１の前に行ってもよい。

図６は、本実施の形態にかかるロータコア用円盤の製造方法において、開口部３０２を形成する加工工程を設けたことによる効果について説明する図である。図４を用いて説明した、プレス加工によりブリッジ部１４０の上面を圧下する加工工程３を行うと、ブリッジ部１４０は長手方向、短手方向のいずれにも歪みが生じる。図６Ａに示すように、ブリッジ部１４０が長手方向に歪むことで、鋼板３００が、打ち抜きされ得るロータコア用円盤の中心から半径方向に歪む。

しかし、鋼板３００が、打ち抜きされ得るロータコア用円盤の中心から半径方向に歪んでも、図６Ｂに示すように、この歪みは開口部３０２が変形することによって吸収されるのでピン孔３０１には歪みは伝播しない。これにより、ロータコア円盤の母材である磁性鋼板に設けられた位置決め用のピン孔に位置ずれや変形が生じることを防止することができる。

なお、本発明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。

[参考形態１]
以下、図面を参照して本発明に関連する参考形態１にかかるロータコア用円盤の製造方法ついて説明する。
図１０に示したロータコア用円盤１００の製造過程においてプレス加工によりブリッジ部１４０の上面を圧下する場合に、ロータコア用円盤１００がどのように歪むかについて歪み解析を行った。なお、ロータコア用円盤１００は、図１０中の一点鎖線の扇形で囲った領域に示されたパターンが、円周方向に沿って４５°ピッチで８回繰り返されている。よって、歪み解析は図１０中の一点鎖線の扇形で囲った領域についてのみ行った。

図７は、歪み解析結果について説明する図である。図７に示すように、ロータコア用円盤１００の中心から半径方向に沿う線上において、磁石孔１１１，１１２ａ，１１２ｂや磁束漏れ抑制孔１１４，１１５ａ，１１５ｂが存在しない領域（例えば、図中の破線で囲った領域Ｃ、Ｄ）では、磁石孔１１１，１１２ａ，１１２ｂや磁束漏れ抑制孔１１４，１１５ａ，１１５ｂが存在する領域（例えば、図中の破線で囲った領域Ｅ）に対して、剛性が高く半径方向への歪みが相対的に小さい。

図８は、参考形態１にかかるロータコア用円盤の製造方法ついて説明する図である。図８に示すように、ピン孔３０１と打ち抜きされ得るロータコア用円盤１００の中心とを無図んだ線上には歪みが相対的に小さい領域がくるよう、打ち抜きされ得るロータコア用円盤１００の鋼板３００における位置を決める（「加工工程０」とする）。図８では、このようにして打ち抜きされ得るロータコア用円盤１００の鋼板３００における位置を決めた後、図２、図４及び図５を用いてそれぞれ説明した加工工程１、加工工程３及び加工工程４を順に行う。

これにより、ロータコア円盤の母材である磁性鋼板に設けられた位置決め用のピン孔に位置ずれや変形が生じることを防止することができる。なお、参考形態１にかかるロータコア用円盤の製造方法は、実施の形態１にかかるロータコア用円盤の製造方法に組み合わせることも可能である。つまり、加工工程０の後、図２、図４及び図５を用いてそれぞれ説明した加工工程１、加工工程３及び加工工程４を順に行い、図３を用いて説明した加工工程２は加工工程３よりも前に行う。

[参考形態２]
以下、図面を参照して本発明に関連する参考形態２にかかるロータコア用円盤の製造方法ついて説明する。
図２を用いて説明した加工工程１の後、図４を用いて説明した、プレス加工によりブリッジ部１４０の上面を圧下する加工工程３を行うと、ブリッジ部１４０は長手方向、短手方向のいずれにも歪みが生じる。ブリッジ部１４０が長手方向に歪むことで、鋼板３００が、打ち抜きされ得るロータコア用円盤の中心から半径方向に歪み、ピン孔３０１が変形したり位置ずれしたりする。

図９は、参考形態２にかかるロータコア用円盤の製造方法ついて説明する図である。加工工程１の後、図９に示すように、ブリッジ部１４０の長手方向の両端部付近に固定用ロータ４００を押し付けしながらプレス加工によりブリッジ部１４０の上面を圧下する加工工程３を行う（「加工工程３‘」とする）。このようにすると、ブリッジ部１４０は長手方向には歪まず、短手方向にのみ歪む。その後、図５を用いてそれぞれ説明した加工工程４を行う。

これにより、ロータコア円盤の母材である磁性鋼板に設けられた位置決め用のピン孔に位置ずれや変形が生じることを防止することができる。なお、参考形態１にかかるロータコア用円盤の製造方法は、実施の形態１にかかるロータコア用円盤の製造方法に組み合わせることも可能である。つまり、図３を用いて説明した加工工程２を加工工程３‘よりも前に行う。

１００ ロータコア用円盤
１１１，１１２ａ，１１２ｂ 磁石孔
１１３ 軸孔
１１４，１１５ａ，１１５ｂ 磁束漏れ抑制孔
３００ 鋼板
３０１ ピン孔
３０２ 開口部

Claims (1)

1. 半径方向に延在する一対の磁石孔と、
   前記一対の磁石孔の半径方向中心側の端部の間に円周方向に延在する磁束漏れ抑制孔と、
   前記磁束漏れ抑制孔の両端において半径方向に延在するブリッジ部が形成されたロータコア用円盤の製造方法であって、
   四隅に位置決め用のピン孔が設けられた正方形状の鋼板に前記磁束漏れ抑制孔と前記ブリッジ部とを打ち抜き加工によって形成する工程と、
   形成された前記ブリッジ部に、半径方向に延在する段差部をプレス加工によって形成する工程と、
   前記ブリッジ部に前記段差部が形成された前記正方形状の鋼板から、打ち抜き加工によって前記ロータコア用円盤を成形する工程と、を備え、
   前記ブリッジ部に前記段差部を形成する以前に、前記正方形状の鋼板において、各前記ピン孔と打ち抜きされ得る前記ロータコア用円盤の外縁部との間にあり、かつ、各前記ピン孔の中心と打ち抜きされ得る前記ロータコア用円盤の中心とを結ぶ線が通る位置にそれぞれ開口部を形成する、
   ロータコア用円盤の製造方法。

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