JP4977576B2 - 永久磁石付き回転子における鉄心の製造方法および鉄心 - Google Patents

Description

本発明は、永久磁石付き回転子における鉄心の製造方法および鉄心に関するものである。

永久磁石付き回転子の一例を図７，８を用いて説明する。図７は永久磁石付き回転子１００の断面を示し、図８は永久磁石１２０の配置箇所を示す。図７，８において積層鉄心における鋼板１１０には、六角形の各辺に対応する部位に各辺に沿って延びるスロット１１５が形成され、各スロット１１５に永久磁石１２０がそれぞれ挿入されている。

ここで、積層鉄心を構成する鋼板１１０の形成の際には、図９に示すように、鋼板ＰＳに対し、６つのスロット１１５を１回の打ち抜きにて形成する（例えば特許文献１）。
あるいは、鋼板ＰＳに対し、図１０に示すように６つのスロットのうちの１個おきに配するスロット１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃを第１工程で同時に打ち抜き、図１１に示すように残りの３つのスロット１１５ｄ，１１５ｅ，１１５ｆを第２工程で同時に打ち抜く（例えば特許文献２）。このように、各３つのスロット１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃおよび１１５ｄ，１１５ｅ，１１５ｆを２工程にわたり打ち抜く。
特開２００２−８４７２２号公報 特開２００６−１１５６１３号公報

スロット１１５の端部と鋼板１１０の外周面との間隔について言及すると、図１２に示すように回転子およびステータによる磁気回路としての第１の永久磁石→第２の永久磁石→ステータ（ステータティース）→第１の永久磁石を通る磁束に対し、各永久磁石における漏れ磁束を少なくする必要から、図７のスロット１１５の端部と鋼板１１０の外周面との間隔Ｌ１００を高精度に小さくする必要がある。

ところが、図９で説明したように６つのスロット１１５を同時に打ち抜くと、６つのスロット１１５の位置精度は高いが、金型強度が維持できず金型破損を招く可能性がある。詳しくは、図１３，１４に示すように、スロットの端部と鋼板の外周面とは位置精度を必要とする箇所であり、６つのスロットを同時に打ち抜けば位置精度は確保できるがパンチによるプレス荷重を支持するため金型強度が不足してしまう。

一方、図１０，１１で説明したように各３つのスロット１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃおよび１１５ｄ，１１５ｅ，１１５ｆを２工程にわたり打ち抜くと、金型強度を確保することができるが、位置精度が悪く第１工程と第２工程でスロット位置のずれが発生してモータ特性の悪化を招いてしまう。

本発明は、このような背景の下になされたものであり、その目的は、金型強度保持とスロット位置精度を両立することができる永久磁石付き回転子における鉄心の製造方法および鉄心を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、鋼板を積層して構成した積層鉄心における前記鋼板には、複数の細長いスロットが形成され、前記スロットの端部が前記鋼板の外周面に接近して形成され、当該各スロットに細長い断面形状の永久磁石がそれぞれ挿入される永久磁石付き回転子における鉄心の製造方法であって、鋼板における各スロット形成予定領域のうちの永久磁石の中央部分に対応する部分を、全てのスロット形成予定領域について同時に打ち抜く中央部分打抜工程と、前記鋼板における各スロット形成予定領域のうちの永久磁石の両端部分に対応する部分を、全てのスロット形成予定領域について同時に打ち抜く両端部分打抜工程と、を有し、前記中央部分打抜工程で打ち抜く部分は、前記両端部分打抜工程で打ち抜く部分と一部が重なるとともに、前記両端部分打抜工程で打ち抜く部分よりもスロットの延設方向に直交する方向での幅が広いことを要旨とする。

これにより、スロットの端部は精度が必要な部分であり、この精度が必要な部分のみを同時に打ち抜くことによりスロット位置精度を確保できる。また、両端部分打抜工程では永久磁石の中央部分に対応する部分でも金型プレス荷重を支持しており、金型の強度を保持することができる。また、中央部分打抜工程で打ち抜く部分は両端部分打抜工程で打ち抜く部分と一部が重なることにより、２つの工程の位置ずれを吸収することができる。さらに、中央部分打抜工程で打ち抜く部分は両端部分打抜工程で打ち抜く部分よりもスロットの延設方向に直交する方向での幅が広いので、２つの工程の位置ずれを吸収することができる。

請求項２に記載のように、請求項１に記載の永久磁石付き回転子における鉄心の製造方法において中央部分打抜工程の後に両端部分打抜工程を行うようにしてもよい。
請求項３に記載のように、請求項１または２に記載の永久磁石付き回転子における鉄心の製造方法において前記各スロットには前記永久磁石が、前記スロットにおける両端をフラックスバリアとして残した状態でそれぞれ挿入される永久磁石付き回転子における鉄心の製造方法であって、前記両端部分打抜工程において、前記鋼板における各スロット形成予定領域のうちの永久磁石の両端部分およびフラックスバリアに対応する部分を、全てのスロット形成予定領域について同時に打ち抜くようにしてもよい。

請求項４に記載の発明は、鋼板を積層して構成した積層鉄心における前記鋼板には、複数の細長いスロットが形成され、前記スロットの端部が前記鋼板の外周面に接近して形成され、当該各スロットに細長い断面形状の永久磁石がそれぞれ挿入される永久磁石付き回転子における鉄心であって、前記鋼板におけるスロットは、永久磁石の中央部分に対応する第１部分と、永久磁石の両端部分に対応する第２部分を有し、各スロット同時に打ち抜かれる第１部分は、第１部分とは異なるタイミングで各スロット同時に打ち抜かれる第２部分よりもスロットの延設方向に直交する方向での幅が広いことを要旨とする。

これにより、スロットの端部は精度が必要な部分であり、この精度が必要な部分のみを同時に打ち抜くことによりスロット位置精度を確保できる。また、永久磁石の両端部分に対応する第２部分を打ち抜く際には永久磁石の中央部分に対応する第１部分でも金型プレス荷重を支持しており、金型の強度を保持することができる。また、第１部分は第２部分よりもスロットの延設方向に直交する方向での幅が広いので、第１部分の打ち抜きと第２部分の打ち抜きの際の位置ずれを吸収することができる。

本発明によれば、金型強度保持とスロット位置精度を両立することができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１には、本実施形態における永久磁石付き回転子１の縦断面を示す。図１でのＡ−Ａ線での断面を図２に示す。

図１において、積層鉄心１０は、図２に示すように鋼板１０ａを積層して構成されている。図１の積層鉄心１０における鋼板１０ａには、かしめ部（窪み）１１が６箇所に形成され、図２に示すように、鋼板１０ａを重ねたときに鋼板１０ａのかしめ部１１が係合して鋼板１０ａを結束させている。さらに、図１の積層鉄心１０における鋼板１０ａにはリベット穴１２が６箇所に形成され、このリベット穴１２にはリベット１３が嵌挿されている。つまり、図２に示すように積層鉄心１０の両面に端板Ｐ１，Ｐ２を配置し、積層鉄心１０および端板Ｐ１，Ｐ２を貫通するリベット１３にて固定して積層鉄心１０を結束させている。

さらに、図１の積層鉄心１０の中心部にはシャフト用貫通孔１４が形成され、この貫通孔１４には回転軸（シャフト）１５が嵌挿されている。
図１において、積層鉄心１０における鋼板１０ａには、複数の細長いスロット２０が形成されている。詳しくは、スロット２０は正六角形の各辺に対応する部位において各辺に沿って延びている。各スロット２０には、断面が長方形の永久磁石３０が挿入されている。スロット２０の端部が鋼板１０ａの外周面に近接して形成されている。図１においてスロット２０の端部と鋼板１０ａの外周面との距離Ｌ１は０．６ｍｍ程度である。

図３は、スロット付近の拡大図である。各スロット２０に関して、図３に示すように、スロット２０は、永久磁石３０の両端部分に対応する部分２１と、この部分２１（永久磁石３０における両端）から延びるフラックスバリア２２と、永久磁石３０の中央部分に対応する部分２３からなる。スロット２０の延設方向Ｘに直交する方向Ｙでの幅Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３について、スロット２０における永久磁石の両端部分に対応する部分２１での幅Ｗ１は永久磁石３０の幅よりも若干大きくなっている。また、スロット２０における永久磁石の両端部分に対応する部分２１での幅Ｗ１よりも永久磁石における両端から延びるフラックスバリア２２での幅Ｗ２の方が狭くなっており（Ｗ１＞Ｗ２）、この段差により、断面が長方形の永久磁石３０が移動不能に支持されている。このように、各スロット２０には、細長い断面形状の永久磁石３０が、スロット２０における両端をフラックスバリアとして残した状態でそれぞれ挿入されている。

また、永久磁石の両端部分に対応する部分２１の幅Ｗ１よりも、永久磁石の中央部分に対応する部分２３の幅Ｗ３の方が広くなっている（Ｗ１＜Ｗ３）。これにより、スロット２０における永久磁石の両端部分に対応する部分２１において永久磁石３０が位置決めされている。

具体的には、例えば、永久磁石の中央部分に対応する部分２３の長さＬ１０は８ｍｍ程度であり、この部分２３および永久磁石の両端部分に対応する部分２１の全長Ｌ１１は２０ｍｍ程度である。長さＬ１０は金型強度が許す限り小さくするのがよい。

次に、永久磁石付き回転子における鉄心の製造方法について説明する。
図４に示すように、鋼板ＰＳを用意し、第１工程として１回目のプレス加工にて、各スロット形成予定領域のうちの永久磁石の中央部分に対応する部分４０を、全てのスロット形成予定領域について同時に打ち抜く。また、この中央部分打抜工程においてかしめ部１１も同時に形成する。スロットについて図６で説明すると、各スロット形成予定領域のうちの永久磁石の中央部分に対応する部分４０を、全てのスロット形成予定領域について同時に打ち抜く。この中央部分打抜工程においてはスロットの位置精度は必要ない。

さらに、図５に示すように、第２工程として２回目のプレス加工にて、鋼板ＰＳにおける各スロット形成予定領域のうちの永久磁石の両端部分に対応する部分５０およびフラックスバリアに対応する部分６０を、全てのスロット形成予定領域について同時に打ち抜く。この両端部分打抜工程で打ち抜く部分５０，６０と、中央部分打抜工程で打ち抜く部分４０について、図６に示すように、中央部分打抜工程で打ち抜く部分４０と両端部分打抜工程で打ち抜く部分５０とは一部が重なり、かつ、中央部分打抜工程で打ち抜く部分４０は両端部分打抜工程で打ち抜く部分５０（６０）よりもスロットの延設方向Ｘに直交する方向Ｙでの幅が広い。例えば、永久磁石の中央部分に対応する部分４０（２３）の幅Ｗ３は、永久磁石の両端部分に対応する部分５０（２１）の幅Ｗ１に比べて０．４ｍｍ程度大きくなっている。また、この両端部分打抜工程において、図５に示すように、リベット穴１２も同時に形成する。

その結果、スロットの端部は精度が必要な部分であり、この精度が必要な部分のみを第２工程としての両端部分打抜工程において同時に打ち抜くことによりスロット位置精度を確保できる。また、図５に示すように、金型プレス荷重を、スロット間の６箇所と、永久磁石の中央部分に対応する部分（６箇所）の計１２箇所で支持している。つまり、両端部分打抜工程では永久磁石の中央部分に対応する部分でも金型プレス荷重を支持している。よって、金型強度を確保することができる。さらに、図６に示すように、中央部分打抜工程で打ち抜く部分４０は両端部分打抜工程で打ち抜く部分５０と一部が重なることにより、打ち抜き箇所の端部同士をオーバーラップすることによって第１工程としての中央部分打抜工程と第２工程としての両端部分打抜工程の２つの工程の位置ずれ（型ずれ）を吸収することができる。さらには、中央部分打抜工程で打ち抜く部分４０は両端部分打抜工程で打ち抜く部分５０（６０）よりもスロットの延設方向Ｘに直交する方向Ｙでの幅が広いので、２つの工程の位置ずれ（型ずれ）を吸収することができる。

このようにして、６つのスロットを分割抜きにて製造することにより金型強度と位置精度を両立させることができる。つまり、永久磁石を挿入するスロットを永久磁石の中央部と両端部に分割して打ち抜くこととし、第１工程では永久磁石の中央部での打ち抜きを同時に行い、第２工程では永久磁石の両端部での打ち抜きを同時に行い、金型強度を保持しつつスロット位置精度が向上する効果を得る（モータ特性への影響を抑えることができる）。

図５の状態から、さらに、次工程でシャフト用貫通孔１４を形成するプレス加工を行うとともに、鉄心の外形形状を作るプレス加工を行う（図５でＫ１で示すラインで打ち抜く）。

そして、鋼板を積層して配置するとともに永久磁石３０をスロット２０に挿入する。さらに、鉄心の両側に端板Ｐ１，Ｐ２（図２参照）を配し、この端板Ｐ１，Ｐ２を含めて積層した鉄心を貫通するリベット１３により支持する。

さらに、鉄心１０に回転軸１５を焼き嵌めにて固定する。
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）永久磁石付き回転子における鉄心の製造方法として、図４に示すごとく中央部分打抜工程と、図５に示すごとく両端部分打抜工程の６スロット分割抜きとし、かつ、図６に示すごとく中央部分打抜工程で打ち抜く部分４０は、両端部分打抜工程で打ち抜く部分５０と一部が重なるとともに、両端部分打抜工程で打ち抜く部分５０よりもスロットの延設方向Ｘに直交する方向Ｙでの幅が広い。よって、金型強度保持とスロット位置精度を両立することができる。

（２）両端部分打抜工程において、永久磁石の両端部分に対応する部分５０に加えてフラックスバリアに対応する部分６０を、全てのスロット形成予定領域について同時に打ち抜くことにより、フラックスバリアも容易に形成できる。

（３）永久磁石付き回転子における鉄心として、図３に示すごとく鋼板１０ａにおけるスロット２０は、永久磁石の中央部分に対応する第１部分２３と、永久磁石の両端部分に対応する第２部分２１を有し、各スロット同時に打ち抜かれる第１部分２３は、第１部分２３とは異なるタイミングで各スロット同時に打ち抜かれる第２部分２１よりもスロットの延設方向Ｘに直交する方向Ｙでの幅が広い（Ｗ３＞Ｗ１）。そして、スロット２０における永久磁石の両端部分に対応する第２部分２１において永久磁石３０を位置決めしている。よって、スロット２０の端部は精度が必要な部分であり、この精度が必要な部分のみを同時に打ち抜くことによりスロット位置精度を確保でき、また、永久磁石の両端部分に対応する第２部分２１を打ち抜く際には永久磁石の中央部分に対応する第１部分２３でも金型プレス荷重を支持しており、金型の強度を保持することができる。また、第１部分２３は第２部分２１よりもスロット２０の延設方向Ｘに直交する方向Ｙでの幅が広いので、第１部分２３の打ち抜きと第２部分２１の打ち抜きの際の位置ずれを吸収することができる。さらに、両側で永久磁石３０を支持し中央部分が永久磁石３０よりも幅広となっており、永久磁石３０とは接していない。これにより、以下に説明する効果を奏する。回転軸（シャフト）１５は積層鉄心１０の貫通孔１４に焼き嵌めにて嵌入固定するが、このとき、鉄心１０が変形してスロット２０が曲がり（弓なりになり）、永久磁石３０が破損するおそれがある。あるいは、焼き嵌め後に永久磁石３０をスロット２０に挿入する場合において、焼き嵌め時に鉄心１０が変形してスロット２０が曲がり（弓なりになり）、焼き嵌め後に永久磁石３０をスロット２０に挿入できなくなるおそれがある。これに対し、本実施形態においてはスロット２０の中央部が幅広となっているので、焼き嵌め時の変形を吸収することができる。即ち、径方向に応力が加わった際に第１部分２３において変形を吸収して応力を緩和することができる。これにより、鉄心１０の変形を抑制して（スロット２０の曲がりを抑制して）、永久磁石３０の破損を防止することができる。あるいは、焼き嵌め後に永久磁石３０をスロット２０に挿入する場合において、焼き嵌め時の鉄心１０の変形（スロット２０が曲がり）を抑制して、焼き嵌め後に永久磁石３０をスロット２０に挿入することができる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
図４の中央部分打抜工程の後に図５の両端部分打抜工程を行うようにしたが、両端部分打抜工程の後に中央部分打抜工程を行ってもよい。

図１では正六角形の各辺に対応する部位に、各辺に沿って延びるスロット２０が形成されているが、これに代わり、他の正多角形、例えば、正四角形の各辺に対応する部位に、各辺に沿って延びるスロットが形成されていてもよいし、他にも、同心円上に所定角度ごとに円周上に延びるスロットが形成されていてもよい。要は、細長いスロットの端部が鋼板の外周面に近接して形成された鉄心に適用することができる。

また、各スロット２０に永久磁石３０が挿入された状態においてスロット２０における両端に空隙（フラックスバリア）が残ったが、スロット２０における両端に空隙（フラックスバリア）が残らない鉄心に適用してもよい。

本実施形態における永久磁石付き回転子の縦断面図。 図１でのＡ−Ａ線での断面図。 磁石配置箇所での永久磁石付き回転子の拡大図。 製造方法を説明するための平面図。 製造方法を説明するための平面図。 製造方法を説明するための拡大図。 背景技術を説明するための永久磁石付き回転子の断面図。 磁石配置箇所での永久磁石付き回転子の拡大図。 製造方法を説明するための平面図。 製造方法を説明するための平面図。 製造方法を説明するための平面図。 磁束の流れを示す説明図。 プレス加工時の平面図。 図１３のＡ−Ａ線での断面図。

符号の説明

１０…積層鉄心、１０ａ…鋼板、２０…スロット、２１…永久磁石の両端部分に対応する部分（第２部分）、２２…フラックスバリア、２３…永久磁石の中央部分に対応する部分（第１部分）、３０…永久磁石、４０…永久磁石の中央部分に対応する部分、５０…永久磁石の両端部分に対応する部分、６０…フラックスバリアに対応する部分。

Claims (4)

1. 鋼板を積層して構成した積層鉄心における前記鋼板には、複数の細長いスロットが形成され、前記スロットの端部が前記鋼板の外周面に接近して形成され、当該各スロットに細長い断面形状の永久磁石がそれぞれ挿入される永久磁石付き回転子における鉄心の製造方法であって、
   鋼板における各スロット形成予定領域のうちの永久磁石の中央部分に対応する部分を、全てのスロット形成予定領域について同時に打ち抜く中央部分打抜工程と、
   前記鋼板における各スロット形成予定領域のうちの永久磁石の両端部分に対応する部分を、全てのスロット形成予定領域について同時に打ち抜く両端部分打抜工程と、
   を有し、前記中央部分打抜工程で打ち抜く部分は、前記両端部分打抜工程で打ち抜く部分と一部が重なるとともに、前記両端部分打抜工程で打ち抜く部分よりもスロットの延設方向に直交する方向での幅が広いことを特徴とする永久磁石付き回転子における鉄心の製造方法。
2. 前記中央部分打抜工程の後に前記両端部分打抜工程を行うことを特徴とする請求項１に記載の永久磁石付き回転子における鉄心の製造方法。
3. 前記各スロットには永久磁石が、前記スロットにおける両端をフラックスバリアとして残した状態でそれぞれ挿入される永久磁石付き回転子における鉄心の製造方法であって、
   前記両端部分打抜工程において、前記鋼板における各スロット形成予定領域のうちの永久磁石の両端部分およびフラックスバリアに対応する部分を、全てのスロット形成予定領域について同時に打ち抜くことを特徴とする請求項１または２に記載の永久磁石付き回転子における鉄心の製造方法。
4. 鋼板を積層して構成した積層鉄心における前記鋼板には、複数の細長いスロットが形成され、前記スロットの端部が前記鋼板の外周面に接近して形成され、当該各スロットに細長い断面形状の永久磁石がそれぞれ挿入される永久磁石付き回転子における鉄心であって、
   前記鋼板におけるスロットは、永久磁石の中央部分に対応する第１部分と、永久磁石の両端部分に対応する第２部分を有し、各スロット同時に打ち抜かれる第１部分は、第１部分とは異なるタイミングで各スロット同時に打ち抜かれる第２部分よりもスロットの延設方向に直交する方向での幅が広いことを特徴とする永久磁石付き回転子における鉄心。

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