JP4407196B2 - ロータコア鋼板、およびロータ - Google Patents

Description

本発明は、ロータコア鋼板、およびロータに関する。

内部磁石埋込型同期モータ（ＩＰＭモータ：Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ Ｍｏｔｅｒ）は、電気自動車やハイブリッド電気自動車、また、燃料電池自動車などの駆動用モータとして用いられている。

図８および９は、このようなＩＰＭモータの従来のロータコア形状の例を示す平面図である。

図示するロータコア１００は、いずれも８極ロータである。また、このロータコア１００は、磁石１極に対する磁石穴１０１が１個である。

なお、図８および９において、磁石穴１０１からロータコア１００の外周部までの間の部分をアウターブリッジ部１５と称する。

モータは高出力、小型化を狙いに高速回転化が図られているが、モータの最高回転数はロータコアに使われている電磁鋼板の強度に制限される。具体的には、ブリッジ部の強度に依存する。特に、ロータが回転することにより内蔵される磁石に遠心力が働くため、前記のアウターブリッジ部１５に大きな応力が働くことになる。

高速回転化を達成するためのごく単純な発想としては、ロータコアに使用する電磁鋼板の強度を上げることが考えられる。しかし機械的強度の高い電磁鋼板は鉄損が大きいので高回転時における鉄損による発熱のため、モータの冷却、特にロータやロータ軸の冷却が必要になるなどの課題がある。

そこで、高速回転時に発熱量が少なくなるように、鉄損の低い電磁鋼板、すなわち機械的強度はそれほど高くない汎用の電磁鋼板を用いて高速回転化を達成できるロータとして、より高速な回転を実現するために、磁石穴開口部の最も応力が集中すると考えられる部分を、図１０および１１に示すように円弧形状１０５に形状を変更し、最も応力が集中しやすいアウターブリッジ部での応力集中を拡散させた技術がある（特許文献１参照）。なお、図１０および１１は、１極部分の半分の拡大図である。

また、高回転化を可能にするための他の従来技術として、図１２に示すように、１極当たりの磁石が２個に分割されるように、１極当たりの磁石穴（磁石穴１０２および１０３）を分割して、磁石穴の間にセンターブリッジ部１６を設けた技術がある（特許文献２参照）。この技術では、２つの磁石穴の間にセンターブリッジ部１６があるので遠心耐力がさらに増して高速高回転化が可能になる。なお、図１２（ａ）は平面図、図１２（ｂ）は１極部分の拡大図である。
特開２００１−１６８０９号公報 特開２００２−１１２４８１号公報

従来のように、磁石穴の形状を変更したり、センターブリッジ部を設けたりしたものは、それぞれある程度の高速回転化が可能とはなるものの、用いている電磁鋼板そのものの強度によって回転数の向上代に限界が生じる。

このため高速回転時の発熱量が少なくなるように鉄損の低い電磁鋼板を用いたままで、一層の高速回転化を可能とするための技術が求められている。

そこで、本発明の目的は、鉄損の低い電磁鋼板を用いて、高速回転化を可能にするロータコア鋼板の製造方法を提供することである。

また、本発明の他の目的は、鉄損の低い電磁鋼板を用いて、高速回転化を可能にするロータコア鋼板を提供することである。

上記目的を達成するための本発明は、１極当たり複数の磁石を挿入するための複数の磁石穴と、前記複数の磁石穴のそれぞれの外周側に位置するアウターブリッジ部と、前記複数の磁石穴の間に位置する帯状のセンターブリッジ部を有して、前記磁石を内蔵するロータを形成するための１枚のロータコア鋼板の製造方法であって、前記ロータコア鋼板における前記アウターブリッジ部の前記磁石穴側端縁および前記センターブリッジ部の前記磁石穴側端縁であって前記ロータコア鋼板に遠心力が加わって当該遠心力に起因する応力が集中する部分に基材の一表面よりくぼんだ領域からなる段差部を形成する段階と、前記段差部を形成することによって生じた盛り上がりを矯正する平坦化処理を行う段階と、を有することを特徴とするロータコア鋼板の製造方法である。

また、上記目的を達成するための本発明は、１極当たり複数の磁石を挿入するための複数の磁石穴と、前記複数の磁石穴のそれぞれの外周側に位置するアウターブリッジ部と、前記複数の磁石穴の間に位置する帯状のセンターブリッジ部を有して、前記磁石を内蔵するロータを形成するための１枚のロータコア鋼板であって、前記ロータコア鋼板における前記アウターブリッジ部の前記磁石穴側端縁および前記センターブリッジ部の前記磁石穴側端縁であって、前記ロータコア鋼板に遠心力が加わって、当該遠心力に起因する応力が集中する部分に、プレス加工によって他の部分より硬化されていて、基材の一表面よりくぼんだ領域からなる段差部を有し、前記段差部を除く全体の平坦度が３μｍ以下であることを特徴とするロータコア鋼板である。

また、本発明は、上記ロータコア鋼板を複数枚積層してなるロータコアと、前記ロータコア内の磁石穴に挿入されている永久磁石と、を有することを特徴とするロータである。

本発明によれば、ブリッジ部に段差を設けることで、低鉄損の電磁鋼板を用いて高回転数化を可能にすることができる。しかも、段差形成後に平坦化処理を行うため、１枚のロータコア鋼板の平坦度が向上し、ロータコア鋼板を積層してロータコアを形成した場合には、従来とまったく同じ寸法で同じ積層枚数とすることができる。

したがって、従来よりも鉄損を増加させずに高速回転化を可能にすることができる。このため、このロータコア鋼板によりロータを形成してモータに使用することで、モータ性能（トルク、効率）の改善を図ることができる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明を適用した第１の実施の形態のロータコア鋼板を示す図面であり、図２は、１極の磁石穴部分の拡大図であり、図３（ａ）は図２中におけるＡ１−Ａ２線に沿う断面図、図３（ｂ）は図２中におけるＢ１−Ｂ２線に沿う断面図である。

このロータコア鋼板１は、ロータコアを積層して形成するための１枚のロータコア鋼板である。

このロータコア鋼板１は、ロータとして形成した際に、１極当たり２個の磁石を挿入するために２つの磁石穴２、３が設けられている。このため２つの磁石穴２および３のそれぞれの外周側部分には、アウターブリッジ部１５があり、１極の中の磁石穴２および３同士の相対する部分には、径方向に延びる帯状のセンターブリッジ部１６がある。

そして、この２つの磁石穴２および３には、それぞれの外周側部分であるアウターブリッジ部１５と、１極の中の磁石穴開口部同士の間の部分であるセンターブリッジ部１６に、段差部（外周側段差部１１および開口部間段差部１２）を有する。

アウターブリッジ部１５の段差部１１は、周辺よりくぼんだ領域（図示ハッシングの部分、以下同様）が、磁石穴２、３の外周側（外周側開口端）からロータコアの外周部４に至らない範囲に形成されている。また、開口端が相対しているセンターブリッジ部１６の開口部間段差部１２は、周辺よりくぼんだ領域がそれぞれの開口端から両開口端の中心Ｃに至らない範囲に形成されている。

ここで段差を有するブリッジ部は、アウターブリッジ部１５、センターブリッジ部１６のいずれでもよく、１極に対して磁石穴が一つの場合は、アウターブリッジ部１５のみとなり、本実施の形態のように、１極に対して２つの磁石穴がある場合には、アウターブリッジ部１５とセンターブリッジ部１６の両方に段差部を設けることが好ましい。

磁石に働く遠心力に基づいて高い応力が働く部位は、磁石穴の外周側部分と、開口端が相対している部分である。

したがって、この遠心力に基づいて高い応力が働く部分に、外周側段差部１１と開口部間段差部１２を設けたことで、後述する実施例からわかるとおり、低鉄損の電磁鋼板のまま、回転中に応力の最も集中する部分を強化することができるので、高速回転化を可能にすることができる。

そして、この段差部を効果的に形成させる方法が本発明である。すなわち、段差部１１および１２は、単に段差を設けただけではなく、段差部の段差形状は維持したまま、ロータコア鋼板全体として平坦になるように平坦化処理が行われているものである。

本発明を適用した本実施の形態におけるロータコア電磁鋼板の製造方法は、プレスによって形成されている。

まず、ロータコアを形成するための電磁鋼板に、実際に使用する磁石穴の大きさより小さな穴をプレスにより打ち抜いて形成する。プレス金型の磁石穴形状部分の大きさは実際に使用する磁石穴形状よりも小さく開いている（磁石穴仮形成工程）。

続いて、段差部をさらにプレスによって形成する（段差部形成工程）。

続いて、段差部の平坦化処理を行う（平坦化工程）。

そして、最後に、実際に使用する大きさの磁石穴、ロータコアの内径（シャフト挿入穴）、および外径を、さらにプレスによって打ち抜く（ロータコア形状の最終打ち抜き工程）。

ここで平坦化工程を最終のロータコア形状の最終打ち抜き工程の前に行うのは、平坦化処理を最終打ち抜きの後に行うと、この平坦化処理の際に、ロータの投影面（積厚方向に垂直な面）において変形することがあり、最終形状の確保が難しくなるため、最終打ち抜きの前に行うこととしている。

これにより、磁石穴、ロータコア内外径が公差とおりに形成できる。

この製造方法によって、ブリッジ部に段差を有し、かつ、ロータコア鋼板全体としては凸部などが無く、段差部を除いて平坦化されたロータコア鋼板ができあがる。

ここで平坦化処理を行う理由について説明する。

図４は、図２におけるＤ１−Ｄ２に沿う断面図である。

プレスにより段差を設けると、図示するように、段差のくぼみ部分の領域の端で盛り上がりが生じる。図４は、アウターブリッジ部１５の段差部１１について示したが、これは、図示を省略するがセンターブリッジ部１６に設けた段差部１２でも同じである。

たとえば、段差として２０μｍ付けるとすると、約２０μｍの盛り上がり（平坦度）となってしまう。ここでいう平坦度ΔＴの定義は、基材である電磁鋼板の厚さＴ０に対して、段差を付けた部分の厚さＴがどのくらいかというものであり、ΔＴ＝Ｔ−Ｔ０のことである。

このように盛り上がりが生じてしまうと、モータのロータコアを形成するために、段差を付けただけのロータコア鋼板を積層した場合、どうしてもこの盛り上がりの分だけ積層構造に隙間ができ、その分、決められた寸法の中で積層するロータコア鋼板の枚数が少なくなってしまう。

この決められた寸法内での積層枚数を従来（段差を付けないもの）と同じくするためには、許容される盛り上がりとしては３μｍ程度となる。

さて、従来からの電磁鋼板のプレス技術としては、たとえば下記の文献等が挙げられる。安田正博、“積層コア自動カシメ回転金型”、プレス技術、ｐ．３８−４３、第２１巻、第１０号。

ところがこの従来のプレス技術は電磁鋼板面内での形状を打ち抜きにより確保する技術が主であり、基材である電磁鋼板の断面方向（積厚方向）での形状については、検討されておらず、カシメについて教示しているが、本実施の形態のような段差に関する技術はなんら教示していない。

また、塑性加工における従来の類似技術としては圧印加工が挙げられる。たとえば、文献：葉山益次郎著、大学課程、塑性学と塑性加工（第２版）、オーム社、１９８２、ｐ．１３３。ここでいう圧印加工（ｃｏｉｎｉｎｇ）は金属素材にポンチやダイス面のおうとつ模様をうつしだす加工で、貨幣、メダル、金属装飾品の刻印に使われるが、一般の機械部品でも表面におうとつを付けたり、形状の補正を行ったりするのに広く利用される。

しかし、この文献の技術では、電磁鋼板といったシート状の薄板を対象とはしていない。凹凸のレベル、形状補正のレベルが本実施の形態における段差と比べると１桁以上大きいものが対象であるから、直接的な教示はなにも与えてくれない。

本実施の形態では、この段差を設けた際にできる盛り上がりを、平坦化処理を行うことで上述した盛り上がりの許容範囲である３μｍ以下にしたものである。

平坦化処理の具体的な方法としては、第１例として、上型、下型共に、段差を形成したロータコア鋼板全面を覆う大きさで、その全面が平面なプレス金型を用いて、０．２〜０．４トン／ｃｍ^２の圧力でプレスすることにより平坦化する。圧力は、後述する実施例の結果から、０．２トン／ｃｍ^２未満では、十分な平坦化が行われないため好ましくない。一方、０．４トン／ｃｍ^２を超えてプレスしても、平坦度がこれ以上改善することはなく、不必要に強い圧力をかける必要はない。

第２例としては、ロータコア鋼板に盛り上がりが生じている側に当たる方の金型において（たとえば、盛り上がりを下に向けてプレスする場合は下型となる）、ブリッジ部を覆う部分のみがわずかに出っ張った平坦部をもつプレス金型を用いて、１〜４トン／ｃｍ^２の圧力でプレスすることにより平坦化する。なお、出っ張った平坦部以外は、ロータコア鋼板全体を覆う大きさで平坦面である。また、この出っ張った平坦部を持つ金型に相対する金型は全面が平坦な金型とする。

金型のブリッジ部を覆う部分のみがわずかに出っ張った平坦部の突出量は、１０〜２０μｍが望ましい。１０μｍ未満であると、プレス金型自体にこのような出っ張り部分を形成すること自体が難しく、また出っ張りプレスの効果が薄れてしますからである（全面が平坦な金型を用いた場合と似たものになってしまう）。一方、２０μｍより大きいと、（出っ張った平坦部をもつプレス金型の形が転写されたへこみがロータコア鋼板にできたり、出っ張った平坦部におけるプレス領域の外側にふくらみが生じたりするようになって好ましくない。

また、圧力については、１トン／ｃｍ^２未満の圧力であると不十分であり、平坦化できない。一方、４トン／ｃｍ^２を超えたばあいには、逆にへこみが生ずることになり好ましくない。

このロータコア鋼板は、段差部１１および１２のくぼんだ領域の板厚Ｔ１が基材の板厚Ｔ０に対して８０〜９８％程度となるようにする。

段差部１１および１２のくぼんだ領域における板厚Ｔ１を基材の板厚Ｔ０の８０〜９８％程度とするのは、プレスによる圧延率が２％未満であると、降伏応力の増加効果が少なくなる一方、圧延率が２０％を超えると、電磁鋼板の伸びがなくなる。したがって、加工硬化による降伏応力の増加の効果を積極的に利用する見地からは、圧延率が２％以上であることが望ましいが、伸びがなくなることを防止して信頼性を向上させる見地からは、圧延率が２０％以下であることが望ましいものである。

また、段差部１１および１２におけるくぼんだ領域の大きさは、くぼんだ領域の幅ｗ１（図３参照）が基材の板厚Ｔ０に対して０．５〜１．５倍の範囲となるようにする。これは、段差部におけるくぼんだ領域の幅ｗ１が、電磁鋼版の板厚Ｔ０の０．５倍未満であると、プレス加工によって加工硬化される領域が狭すぎて、十分な強度の向上が望めなくなるためである。一方、１．５倍を超えると、ブリッジ部（アウターブリッジ部１５およびセンターブリッジ部１６）の断面積の減少量が多くなり、強度の向上上望ましくなくなるからである。

そして、平坦化処理が行われることで、ロータコア鋼板全体の平坦度は３μｍ以下となるようにしている。

このようにして製造されたロータコア鋼板は、段差部１１および１２によって回転中に応力の集中する部分が強化されているため、強度が高くなり、かつ、段差形成によって生じた盛り上がりも平坦化処理によって無くなっているため、ロータコア形成時には、従来と同じ積層枚数、積層寸法とすることができる。したがって、このロータコア鋼板を複数枚積層してロータを形成すれば、電磁鋼板としては低鉄損のものを用いたまま、ＩＭＰモータの高回転数化を可能にすることができる。

そして、このロータコア鋼板を用いて製作されたＩＰＭモータを車両、たとえば電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車などの駆動用モータとして用いれば、従来と同じサイズのモータによって、より高回転数化が可能となることから、（減速機のギヤ比も同じままで）高速化を図ることができる。また、回転数が上げられるのでトルクが下げられることになるから、同じ出力のモータのままで、小型化することもできる。その場合には、モータが軽量化されるため車両の燃費という見地から、車両の高効率化につながることになる。また、小型すると材料費が削減できることになるので低コスト化が図れ経済的にも有利となる。

以下、本発明について実施例を挙げてさらに具体的に説明する。

まず、本発明の効果を確認するために以下の解析を行った。

図１２に示した従来のロータコア鋼板をＦＥＭ弾性解析にて、回転状態における磁石に働く遠心力に基づく応力分布を求めた。その解析の結果、アウターブリッジ部の磁石側、および、センターブリッジ部の付け根部に応力集中部があることがわかった。

また、ロータコア鋼板よりなるダミーロータを試作し、単板によるロータスピンテストを行って、どのようにロータにおいて塑性変形が開始し進行するのかを検討した。

ここでダミーロータとは、ロータコア鋼板１枚からなり、磁石の挿入口には電磁鋼板１枚分に相当するダミー磁石を入れた。またワイヤカットにてロータ形状を得た。

このロータスピンテストにおいては、予め、どの回転数で塑性変形が始まり、進行するかを、上記応力解析より予測し、テストを止める回転数を決め、何水準かの回転数におけるロータサンプルを得た。塑性変形の度合いはエッチピット法により、エッチピットの発生している領域の面積の大きさにより見積もった。その結果、塑性変形はフォンミーゼスストレスの分布における、アウターブリッジ部、センターブリッジ部の応力集中部より開始することがわかった。しかも、塑性変形が開始するのは、最大応力（フォンミーゼスストレス）が、その材料（電磁鋼板）の引張試験より求めた降伏応力の値に達するとき（回転数）であることがわかった。

もちろん、回転数が塑性変形開始回転数より増すにつれて、塑性変形は進行する。なお、外径において寸法変化が明らかに認められる状態は、塑性変形が進行し、ブリッジ部を貫通してからである（エッチピット発生領域の観察等より確認することができた）。

なお、ロータスピンテストは、大気との摩擦熱の影響を排除するため、排気減圧されたチャンバー内において室温にて実施した。

また、磁石ブリッジ部の静的な強度を測定した。図５は、この静的な強度を測定するための測定方法およびそのための冶具を説明するための説明図である。

静的強度の測定は、１枚のロータコア鋼板を、図示するように、磁石１極分（この場合は６０度分）の部分が移動しないように、図示符号２５で示す部分を径方向で拘束する。そして、磁石穴には磁石形状をした治具２１、２２を入れる。治具２１、２２のセンター（重心位置）にはピン穴がありピン２３、２４が入れてある。治具２１、２２は、ピン２３、２４に対して回転自在である。また、治具２１、２２は、磁石穴２、３のロータ径方向外側の辺の直線部のみで図示のように接触している。

そして、このピン２３、２４を上方（図中矢印Ｆ方向）に引っ張ったときのＡ点の変位と力（荷重）の関係を実測した（これをロータコア鋼板の静的な引張強度試験と称する）。

測定実験に用いたロータコア鋼板は、１極当たり２個の磁石を使用する、６極のもので、外径１００ｍｍであり、厚さ０．３５ｍｍの電磁鋼板（新日鉄製３５Ｈ３００）を打ち抜いて試作した段差部を設けていないサンプルである（図１２参照。なお、図１２は８極のものを示しているが、試験には上記のとおり６極のものを用いている）。したがって、このサンプルは、平坦化処理も行っていない打ち抜きのみものである。

図６は、この段差部を設けていないサンプルの静的な引張強度試験結果を示すグラフである。

図６から、その変位と荷重の関係は、応力−歪曲線と似た関係になっていることがわかる。

すなわち、変位−荷重曲線は直線的に立ち上がるが、やがて直線から外れてくる。これは応力集中部において降伏が起こり始める（塑性変形が始まる）からである。さらに変位が増すと加工硬化しながら塑性変形する。ここで図６において、打ち抜きのままのサンプルでは、直線から１０μｍずれたところでの力は２１０Ｎとなっている。以下においては１０μｍ変位での力を降伏力（あるいは強度）と定義して用いる。したがって、打ち抜きのままのサンプルでは、ブリッジ部強度は２１０Ｎとなる。

また、ロータコア鋼板におけるロータスピンテストにおける強度と上記静的強度の関係も把握できている。ロータスピンテストにおいては、回転数を増すにつれて、径は指数関数的に増加する（永久変形が残る）。径が規定した量だけ（たとえば２０μｍ）永久変形により増加する回転数を使用限界回転数と定義することにすると、上記打ち抜きのみのロータコア鋼板の場合は２０．８ｋｒｐｍになる。

さらに、ロータコア鋼板について上記した静的引張のＦＥＭ弾性解析も実施した。その応力分布は回転状態における応力分布と類似の応力分布となっている。特に、応力集中部の位置は同じになっている。

一方、段差部１１および１２のくぼみ部分の板厚を９０％とし、段差部の長さを板厚と等しくしたロータコア鋼板をプレスにて試作作製して（用いた電磁鋼板は前記と同じ）、ロータコア鋼板の静的引張強度試験を行った。

その結果、２８０Ｎとなっていて、段差部を設けない場合（２１０Ｎ）と比較して３３％増加した。

ロータコア鋼板の磁石穴形状は同じ（投影面積も同じ）であるから、段差部を設けたものはブリッジ部の板断面積は段差なしの場合より小さくなっている。それにもかかわらず強度が増しているわけである。

また、ロータ単板スピンテストも実施した。打ち抜きのままのロータコア鋼板が２０．８ｋｒｐｍであったのに対して、段差部を設けたロータコア鋼板では使用限界回転数が２４．０ｋｒｐｍと、１５％強増加していた。

次に、上記の段差部を設けたロータコア鋼板に、盛り上がりを解消するために平坦化処理をプレスにより行った実施例を説明する。

（実施例１）
上記の段差部を設けたロータコア鋼板に、ロータコア鋼板の全体を覆う大きさで、上型、下型共に表面全体が平坦なプレス金型を用いてプレスすることにより平坦化処理を行った。

その結果、０．２トン／ｃｍ^２から０．４トン／ｃｍ^２の圧力で平坦化すると、平坦度（ΔＴ）は２〜３μｍになることが確認できた。

これは、実験の結果、０．２トン／ｃｍ^２よりも小さいときには平坦度が十分得られず、一方、０．４トン／ｃｍ^２より大きくしても平坦度がこれ以上改善されることはなかった。

この結果をふまえて、上述した実施の形態において説明した製造方法により実際のロータコア鋼板の試作を試みた。すなわち、段差形成後、ロータコア形状の最終打ち抜き前に０．３トン／ｃｍ^２の平坦化プレス工程を入れた。

試作したロータコア鋼板の平坦度を確認した結果、平坦度は３μｍ以下であった。

また、この試作したロータコア鋼板、すなわち、段差部が設けられると共に、平坦化処理が行われたロータコア鋼板のサンプルを用いて、静的な引張強度試験（図５参照）を行った結果、その強度は、２８０Ｎであった。

したがって、平坦化処理を行っていない段差部を設けたのみサンプルと同じであった。すなわち、平坦化プレスによる強度の低下は認められず、段差部を設けたことによる強度上昇がそのまま維持されていることがわかった。

（実施例２）
段差部を設けたロータコア鋼板に、アウターブリッジ部１５およびセンターブリッジ部１６をそれぞれ覆う部分のみが２０μｍ出っ張った平坦部をもつプレス金型を用いて平坦化処理を行った。なお、この出っ張りは、上型または下型のいずれか一方に有り、他方は全面が平坦で、ロータコア鋼板全体を覆う大きさの型を用いた。

図７は、この実験におけるプレス圧力と平坦度（ΔＴ）の関係を示すグラフである。

図から、１〜４トン／ｃｍ^２で、３μｍ以下の十分な平坦度となることがわかる。また、１トン／ｃｍ^２よりも圧力が小さいと、平坦度が十分ではなく、一方、圧力が４トン／ｃｍ^２を超えた場合には、逆にへこみが生ずることになり好ましくない。

したがって、この場合、１〜４トン／ｃｍ^２のプレス圧力が好適である。

なお、プレス金型の出っ張りは、その出っ張った部分の平坦面の大きさが、各ブリッジ部の幅方向ではこれを覆る幅となるように、また、垂直方向の長さも段差領域を覆るように、幅および長さ共に、１．５倍から２倍が好適である。１．５倍よりも小さいと平坦化が不完全となる可能性があり、また、２倍よりも大きいと、不必要に鉄損を増加させることになるからである。電磁鋼板の鉄損は、（圧縮）歪が加わった場合には増加するため、余分な領域には加工を加えない方が好ましい。

また、プレス金型の出っ張りの（突出量）大きさは、１０〜２０μｍが望ましい。これは、１０μｍ未満であると金型面に、このような出っ張りを形成することが難しいし、また、出っ張りを設けてプレスした効果が薄れてしまう。また、２０μｍより大きいと、へこむや、プレス領域の外側に、逆にふくらみを生じさせてしまう虞があり好ましくない。

プレス圧力３トン／ｃｍ^２によって試作したサンプルを用いて引張強度試験を行った結果、その強度は、平坦化プレスを行っていない段差部を設けたのみのサンプルと同じであった。したがって、平坦化プレスによる強度の低下は認められず、段差部を設けたことによる強度上昇がそのまま維持されていることがわかった。

（実施例３）
前記実施例２によって、プレス圧力３トン／ｃｍ^２の平坦化プレス工程を入れてロータコア鋼板を試作し、これを３５０枚積層してロータコアを試作した。ロータコア形成するために複数のロータコア鋼板を積層するときの押し圧力は５ｋｇｆ／ｃｍ^２とした。なお、試作したロータコア鋼板の平坦度（ΔＴ）はわずかにマイナスであった（図７参照）。

（比較例１）
比較のために、段差を形成し、平坦化処理を行っていないサンプルも試作して、上記実施例３と同様に、３５０枚積層してロータコアを試作した。ロータコア形成時の押し圧力は５ｋｇｆ／ｃｍ^２とした。

（比較例２）
比較のために、ロータコア形状の最終打ち抜きのみのロータコア鋼板のサンプル（すなわち段差部を形成していないサンプル）を試作し、これを上記実施例３と同様に、３５０枚積層してロータコアを試作した。ロータコア形成時の押し圧力は５ｋｇｆ／ｃｍ^２とした。

なお、実施例３、比較例１および比較例２はいずれも同じ電磁鋼板（上述した板厚０．３５ｍｍの３５Ｈ３００）を用いて試作したものである。

これら実施例３、比較例１および比較例２のロータコアの積層方向の長さを測定した。

その結果、実施例３におけるロータコアの積層方向の長さは１２２．５ｍｍ、比較例１におけるロータコアの積層方向の長さは１２９．５ｍｍ、比較例２におけるロータコアの積層方向の長さは１２２．５ｍｍであった。

これらの結果から、平坦化処理を行ったサンプルでは、段差を設けない場合とまったく同じ枚数だけのロータコア鋼板を積層しても、同じ大きさのロータコアを形成できることがわかる。一方、段差を設けたものの平坦化処理を行っていない比較例１では、積層枚数を同じにすると積層方向の大きさが大きくなっている。したがって、ロータコアの寸法を同じにしようとする場合には、積層枚数を少なくせざるを得ないことがわかる。

（実施例４）
実施例３で試作したロータコアを用いて、ロータを試作し、その外周側にステータを配置して、出力６０ｋＷ狙いのＩＭＰモータを仕立て評価した。比較のため、比較例２のロータコアを用いて同じようにモータを仕立てた。

なお、このモータ評価では、ロータのみを組み替えて試験を行った。

回転数１８０００ｒｐｍ、６０ｋＷでの効率を比較したところ、実施例３のロータを用いたモータの方が、効率が上回っていた。主な要因はトルクが増大していることによると考えられる。

したがって、ブリッジ部に段差部を設け、かつ、平坦化処理を行ったことによるロータコア鉄損の増加は僅少であり、問題ないという結論が導けた。

以上本発明の実施の形態および実施例を説明したが、本発明は、これら実施の形態および実施例に限定されるものではない。たとえば、上述した実施例では、電磁鋼板として板厚０．３５ｍｍの場合について試験した例であるが、他の板厚たとえば０．２０ｍｍのものや、さらにその他の板厚のものについても実施可能であり、同様の効果が期待できる。

また、上述した実施の形態および実施例では、段差を片面側にのみ設けたが、両面に設けても良い。

また、本発明の実施の形態として図１においては８極の例を、また実施例においては６極のものを示したが、本発明は、当然に、さらに極数の多いものや少ないものであっても同じように適用することができる。

さらに上述した各実施の形態および実施例は、あくまでも本発明の例示に過ぎず、当業者により本発明の技術思想の範囲内においてさまざまな変形形態が可能であり、このような変形形態も本発明に含まれるものである。

本発明を適用した第１の実施の形態のロータコア鋼板を示す図面である。 上記ロータコア鋼板の１極の磁石穴部分の拡大図である。 （ａ）は図２中におけるＡ１−Ａ２線に沿う断面図、（ｂ）は図２中におけるＢ１−Ｂ２線に沿う断面図である。 図２におけるＤ１−Ｄ２に沿う断面図である。 ロータコア鋼板の静的な引張強度を測定するための測定方法およびそのための冶具を説明するための説明図である。 段差部を設けていない打ち抜きのみのサンプルの静的な引張強度試験結果を示すグラフである。 実施例２におけるプレス圧力と平坦度（ΔＴ）の関係を示すグラフである。 従来のロータコア形状の例を示す平面図である。 従来のロータコア形状の他の例を示す平面図である。 磁石穴形状を変更した従来の例を示す部分拡大図である。 磁石穴形状を変更した従来の他の例を示す部分拡大図である。 １極に対する磁石が２個に分割されるように磁石穴が設けられている従来の例を説明するための部分拡大平面図である。

符号の説明

１…ロータコア鋼板、
２、３…磁石穴、
１１、１２…段差部、
１５…アウターブリッジ部、
１６…センターブリッジ部。

Claims (15)

1. １極当たり複数の磁石を挿入するための複数の磁石穴と、前記複数の磁石穴のそれぞれの外周側に位置するアウターブリッジ部と、前記複数の磁石穴の間に位置する帯状のセンターブリッジ部を有して、前記磁石を内蔵するロータを形成するための１枚のロータコア鋼板の製造方法であって、
   前記ロータコア鋼板における前記アウターブリッジ部の前記磁石穴側端縁および前記センターブリッジ部の前記磁石穴側端縁であって前記ロータコア鋼板に遠心力が加わって当該遠心力に起因する応力が集中する部分に基材の一表面よりくぼんだ領域からなる段差部を形成する段階と、
   前記段差部を形成することによって生じた盛り上がりを矯正する平坦化処理を行う段階と、
   を有することを特徴とするロータコア鋼板の製造方法。
2. 前記段差部は、少なくとも片面側に設けられていることを特徴とする請求項１記載のロータコア鋼板の製造方法。
3. 前記段差部を形成する段階は、前記くぼんだ領域の板厚が、前記基材の板厚に対して８０〜９８％となるようにすることを特徴とする請求項１または２記載のロータコア鋼板の製造方法。
4. 前記段差部を形成する段階は、前記くぼんだ領域の大きさを、前記ブリッジ部の長手方向に対して垂直な断面において、前記くぼんだ領域の幅が前記基材の板厚の０．５〜１．５倍の範囲となるようにすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のロータコア鋼板の製造方法。
5. 前記段差部を形成する段階は、プレスにより行われることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のロータコア鋼板の製造方法。
6. 前記平坦化処理は、プレスにより行われることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のロータコア鋼板の製造方法。
7. 前記平坦化処理は、全面が平坦なプレス金型を用いて、プレス圧力０．２〜０．４トン／ｃｍ^２で行われることを特徴とする請求項６記載のロータコア鋼板の製造方法。
8. 前記平坦化処理は、前記アウターブリッジ部およびセンターブリッジ部を覆う平坦な出っ張りを有するプレス金型を用いて、プレス圧力２〜４トン／ｃｍ^２で行われることを特徴とする請求項６記載のロータコア鋼板の製造方法。
9. 前記出っ張りは、その幅および長さが、前記ブリッジ部の幅および長さのそれぞれ１．５〜２．０倍の範囲とすることを特徴とする請求項８記載のロータコア鋼板の製造方法。
10. 前記出っ張りは、１０〜２０μｍ突出していることを特徴とする請求項８または９記載のロータコア鋼板の製造方法。
11. １極当たり複数の磁石を挿入するための複数の磁石穴と、前記複数の磁石穴のそれぞれの外周側に位置するアウターブリッジ部と、前記複数の磁石穴の間に位置する帯状のセンターブリッジ部を有して、前記磁石を内蔵するロータを形成するための１枚のロータコア鋼板であって、
    前記ロータコア鋼板における前記アウターブリッジ部の前記磁石穴側端縁および前記センターブリッジ部の前記磁石穴側端縁であって、前記ロータコア鋼板に遠心力が加わって、当該遠心力に起因する応力が集中する部分に、プレス加工によって他の部分より硬化されていて、基材の一表面よりくぼんだ領域からなる段差部を有し、
    前記段差部を除く全体の平坦度が３μｍ以下であることを特徴とするロータコア鋼板。
12. 前記段差部は、少なくとも片面側に設けられていることを特徴とする請求項１１記載のロータコア鋼板。
13. 前記くぼんだ領域は、その板厚が前記基材の板厚に対して８０〜９８％であることを特徴とする請求項１１または１２記載のロータコア鋼板。
14. 前記くぼんだ領域は、前記アウターブリッジ部およびセンターブリッジ部のそれぞれについて、それらの長手方向に対して垂直な断面において、前記くぼんだ領域の幅が前記基材の板厚に対して０．５〜１．５倍の範囲となるようにすることを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか一つに記載のロータコア鋼板。
15. 請求項１１〜１４のいずれか一つに記載のロータコア鋼板を複数枚積層してなるロータコアと、
    前記ロータコア内の磁石穴に挿入されている永久磁石と、
    を有することを特徴とするロータ。

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