JP5072989B2 - 回転電機の回転子鉄心及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼板を打抜いた鉄心用抜き板を複数枚積層することにより構成される回転電機の回転子鉄心及びその製造方法に関する。

回転電機としては、例えば外転型（アウターロータタイプ）の永久磁石式電動機（永久磁石型モータ）がある。このものは、スロットにコイルが収納されて略円筒状に形成された固定子と、この固定子の周囲にギャップ（隙間）を介して対向するように位置した回転子とから構成される。そして、回転子の内周面には当該前記内周面に沿うように円弧状に成形された複数の磁極用永久磁石が、例えば接着で固定され、以って固定子に対して磁極を形成するようになっている（例えば、特許文献１参照）。

特開平８−１８２２８２号公報（図４、５等）

しかしながら、上記構成のものでは、磁極を形成する磁極用永久磁石の種類によっては次のような問題が発生する。即ち、例えばＮｄ磁石（ネオジム磁石）、ＳｍＦｅ磁石（サマリウム鉄磁石）等は磁気特性が極めて良好であるため、回転電機の磁極用永久磁石として使用するには非常に優位である。しかしながら、このＮｄ磁石等は円弧状に成形することが製造コスト上非常に不利であるので、一般的には直方体に成形される。

ここで、永久磁石を回転子の磁極として用いる場合、この永久磁石を回転子における円弧状のヨーク部に対して固定する必要があるが、前記Ｎｄ磁石等は前記の通り一般的に直方体に形成されているため、その形状が前記ヨーク部に対して合わず、接着等の方法は取れない。このため、従来、鋼板を打抜いて鉄心用抜き板を形成しこれを複数枚積層することにより構成される回転子鉄心においては、図１０のように、前記鉄心用抜き板１００の打抜きの際に予め磁石挿入穴１０１を（打抜きにより）形成し、磁石挿入穴１０１にＮｄ磁石１０２を挿入（図中、例えば矢印Ａ方向から）し嵌め込むことにより、ヨーク部１０３に対するＮｄ磁石１０２の固定を行っている。

ところが、ここで前記磁石挿入穴１０１は、ヨーク部１０３と、当該ヨーク部１０３に対向するように位置して形成された磁極部１０４と、これらヨーク部１０３と磁極部１０４とを繋ぐ一対のブリッジ部１０５とによって構成されている。従って、この磁石挿入穴１０１にＮｄ磁石１０２を挿入して嵌め込んで固定し、これにより回転子を構成した場合、磁極部１０４側に流れるはずの磁束の一部が前記ブリッジ部１０５を介してヨーク部１０３側（異極側）に漏洩してロスとなってしまい、回転電機のトルク減少、効率低下の原因になる。

以上のような不具合をなくすためには、ブリッジ部１０５を磁気飽和可能な程度に幅狭な寸法に設定することが考えられる。しかしながら、このようにすると、ヨーク部１０３と磁極部１０４とを打抜く際、打抜き刃（図示せず）によって、磁極部１０４に対してヨーク部１０２方向への圧力が加わったときに、幅狭なブリッジ部１０５では前記圧力に耐え切れずに屈曲し、前記ヨーク部１０３と磁極部１０４との相対距離がずれてしまい、積層に適した精度を有する鉄心用抜き板が得られないという新たな問題が生ずる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、磁極用永久磁石の磁束の漏洩を極力低減でき、且つヨーク部と磁極部とを正確に位置決めできる回転電機の回転子鉄心及びその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の回転電機の回転子鉄心は、鋼板を打ち抜くことにより、ヨーク部と、このヨーク部に対して対向するように位置する磁極部と、前記ヨーク部と磁極部との間に位置する磁石挿入穴とを有する鉄心用抜き板を形成し、この抜き板を複数枚積層して回転子鉄心を形成した構成にあって、前記鋼板を打ち抜く打抜き刃であって前記磁極部の周囲を抱え込むような曲線状をなす抱持部により打ち抜くことで、前記磁極部の両側部は、幅方向に張り出した曲線状をなす張出部として形成され、最初と最後に積層される前記鉄心用抜き板は、前記ヨーク部と前記磁極部とを繋ぐブリッジ部を有することを特徴とする（請求項１の発明）。

また、本発明の回転電機における回転子鉄心の製造方法は、鋼板のヨーク相当部と磁極相当部とを繋ぐ如きブリッジ相当部を切断すると共に前記磁極相当部にかしめ部を形成する切断かしめ工程、前記ヨーク相当部と磁極相当部との間を打抜いて磁石挿入穴を形成する挿入穴打抜き工程、及び、ヨーク部と張出部を含む磁極部とを打抜き形成する最終打抜き工程を経て鉄心用抜き板を形成し、この鉄心用抜き板を複数枚積層して回転子鉄心を構成し、前記最終打抜き工程では、前記鋼板を打ち抜く打抜き刃であって前記磁極部の周囲を抱え込むような曲線状をなす抱持部により打ち抜くことで、前記磁極部の両側部は、幅方向に張り出した曲線状をなす前記張出部として形成され、最初と最後に積層される前記鉄心用抜き板は、前記ヨーク部と前記磁極部とを繋ぐブリッジ部を有することを特徴とする（請求項２の発明）。

この構成によれば、鋼板の最終打抜き工程にてヨーク部と磁極部とを形成する際に、磁極部の両側部の張出部により当該張出部が打抜き刃に前後左右方向から抱えられ（抱持され）、移動が拘束されるよう打抜かれるため、この磁極部がヨーク部方向に移動したりすることがなく、ヨーク部と磁極部とが常に正確に位置決めされるようになる。更に、ブリッジ部は、ヨーク部と磁極部とを互いに一体的に繋ぐものであるため、このようなブリッジ部を有する鉄心用抜き板を少なくとも１枚含ませて鉄心用抜き板を積層すれば、回転子鉄心全体の強度を向上させることができると共に、前記ブリッジ部を有する鉄心用抜き板を基準にして回転子鉄心を形成することにより、その作業も容易となる。

また、本発明の回転電機における回転子鉄心の製造方法は、鋼板の磁極相当部にかしめ部を形成するかしめ工程、ヨーク相当部と前記磁極相当部との間を打抜いて磁石挿入穴を形成する挿入穴打抜き工程、及び、ヨーク部と張出部を含む磁極部とこれらを繋ぐブリッジ部とを打抜き形成する最終打抜き工程を経て鉄心用抜き板を形成し、この鉄心用抜き板を複数枚積層して回転子鉄心を構成してもよい。

この構成によれば、回転子鉄心全体の強度を一層向上させることができる。

以上のように、本発明の回転電機の回転子鉄心及びその製造方法によれば、回転電機のトルク減少に繋がるようなロスとなる磁束の漏洩を極力低減でき、且つヨーク部と磁極部とを正確に位置決めできるという優れた効果を得ることができる。

本発明の一実施例を示す鉄心用抜き板を積層した状態の一部及び磁極用永久磁石の挿入方法を示す断面斜視図 電動機の破断斜視図 鉄心用抜き板の製造方法の流れを示すもので、上段の図において（ａ）は切断かしめ工程、（ｂ）は挿入穴打抜き工程、（ｃ）は前記挿入穴打抜き工程と最終打抜き工程との間における鋼板の形状、（ｄ）は最終抜き打ち工程を示す平面図であり、下段の図はそれぞれ前記（ａ）〜（ｄ）に対応する鋼板の断面側面図 鉄心用抜き板の一部を示すもので、（ａ）はヨーク部及び磁極部の間にブリッジ部を有さない形状、（ｂ）はヨーク部及び磁極部の間がブリッジ部で繋がれた形状を示す平面図 最終工程を説明するための図 図５相当図 電動機の一部を拡大して示す破断斜視図 発明品と従来品とを比較した図 本発明の他の実施例を示す図５相当図 従来例を示すもので、図１相当図

以下、本発明を、外転型の永久磁石式電動機に適用した一実施例について図１〜図８を参照して説明する。
図２において、固定子１は、多数個のティース２を放射状に有する固定子鉄心３と、この固定子鉄心３を覆うように成形により設けられた樹脂４と、各ティース２に巻回された固定子巻線５とから構成されている。回転子６は、円形容器状をなす磁性体製のフレーム７と、このフレーム７の外周部の開口部側に設けられた環状壁７ａの内周部に配置された回転子鉄心８とを有している。この回転子鉄心８は、その製造方法の詳細は後述するが、鋼板（電磁鋼板）Ｚ（図３参照）を打抜くことにより鉄心用抜き板９を形成し、この鉄心用抜き板９を複数枚積層して構成されるものである。

図１に示すように、打抜きされた鉄心用抜き板９は、ヨーク部１０と磁極部１１とを有し、当該ヨーク部１０と磁極部１１との間には矩形状の磁石挿入穴１２が形成されると共に、積層される鉄心用抜き板９のうち、最初と最後の鉄心用抜き板９ａ、９ａには、前記ヨーク部１０と磁極部１１とを繋ぐがごときブリッジ部１３が形成されている。従って、鉄心用抜き板９のうちの上下（最初と最後）の鉄心用抜き板９ａ、９ａ間にはブリッジ部１３の存在しない空間部１３ａが生ずる。

ここで、このような回転子鉄心３（鉄心用抜き板９）の製造方法を、図３を主に用いて説明する。なお、図３（ａ）〜（ｄ）において、上段に位置する図が鋼板Ｚの平面図で、斜線はポンチ１４及び各打抜き刃１５ａ〜１５ｃの概略形状を表すものであり、下段に位置する図が前記鋼板Ｚの側断面図であるの。まず、ブリッジ部１３を有さない鉄心用抜き板９においては、図３（ａ）に示すように、ロール状の鋼板（電磁鋼板）Ｚの巻回を解き、鋼板Ｚに対して打抜き刃１５ａにてブリッジ相当部１３´（ブリッジ部１３）を予め切断すると共に、前記鋼板Ｚの幅方向中央部分の磁極相当部１１´（磁極部１１）に対してポンチ１４にてかしめ部１６を形成する切断かしめ工程を施す。なお、ブリッジ相当部１３´は、本来、ヨーク相当部１０´（ヨーク部１０）と磁極相当部１１´（磁極部１１）とを繋ぐものである。

次に上記切断かしめ工程を経た鋼板Ｚに対して、図３（ｂ）に示すように、当該鋼板Ｚを打抜き刃１５ｂにて、前記ヨーク相当部１０´と磁極相当部１１´との間に位置する磁極穴相当部１２´（図３（ａ）上段参照）を打抜くことにより磁石挿入穴１２を形成する挿入穴打抜き工程を施す。このように切断かしめ工程及び挿入穴打抜き工程を経た鋼板Ｚは、図３（ｃ）に示すように、磁石挿入穴１２及びかしめ部１６を有することとなる。

そしてその後、図３（ｄ）に示すように、この鋼板Ｚのヨーク相当部１０´（ヨーク部１０）と磁極相当部１１´（磁極部１１）とを円環状の打抜き刃（図３では、説明の便宜上、ヨーク相当部１０´及び磁極相当部１１´との近傍のみを打抜く打抜き刃のように示している。）１５ｃにて打抜く最終打抜き工程を経る。これにより、図４（ａ）及び図５にも示すように、ヨーク部１０及びこのヨーク部１０に対して対向する位置に磁極部１１が形成されると共に、当該ヨーク部１０及び磁極部１１との間にブリッジ部１３を有さない形状をなす鉄心用抜き板９（図１も参照）を得るものである。

ところで、最初と最後に積層されるヨーク部１０及び磁極部１１との間にブリッジ部１３にブリッジ部１３を有する鉄心用抜き板９ａ、９ａ（図１も参照）は、本実施例における回転子鉄心３の製造に際し、最初の工程（いわゆる、切断かしめ工程）でブリッジ相当部１３´を切断せず、かしめ部１６だけを形成するようにするものであり、これにより前記鉄心用抜き板９ａ、９ａは、最終打抜き工程において、図４（ｂ）及び図６に示すように、ヨーク部１０及び張出部１１ａを含む磁極部１１との間がブリッジ部１３にて繋がれている形状となるものである。

また、本実施例では、前記最終打抜き工程において、前記ヨーク部１０と磁極部１１とを打抜く打抜き刃１５ｃは、図５及び図６に示すように、磁極部１１及びブリッジ部１３（図５では残存部分の１３ｂのみ示す）を打抜き形成する部分に抱持部１５ｃａが設けられており、これにより、磁極部１１の両側部には当該磁極部１１の幅方向へ張り出した（突出した）張出部１１ａが一体的に形成されるものである。

以上のように形成された各鉄心用抜き板９（９ａ）は、図１にも示すように、複数枚が積層されて、各磁石挿入穴１２に対して磁極用永久磁石として、例えばＮｄ磁石１７が、同図１の、例えば矢印Ｂ方向より挿入され、更にこの状態で、図７に示すように、前記張出部１１ａを含む磁極部１１間が樹脂１８にてモールドされることにより回転子６が構成されるものである。

このように構成された回転子６を有する電動機において、まず前記回転子鉄心３は、積層された鉄心用抜き板９のうち、最初と最後だけの鉄心用抜き板９ａ、９ａがヨーク部１０と張出部１１ａを含む磁極部１１との間を繋ぐブリッジ部１３を有しており、これら上下２枚の鉄心用抜き板９ａ、９ａに挟まれてかしめられることにより固定された他の鉄心用抜き板９にはブリッジ部１３が形成されずに、この部分は空間部１３ａ（図１参照）となっている。このため、磁石挿入穴１２に挿入されたＮｄ磁石１７からの磁束がブリッジ部１３を介してヨーク部１０へと漏洩することが殆どないので、磁束の漏洩による回転電機のトルク減少、効率の低下を極力防止することができる。

ここで、図８は、本実施例の電動機（発明品）Ｌと従来構成の回転電機（従来品）Ｍとを比較した実験結果を示す電流―トルク特性図であり、いずれの電流においても発明品Ｌは従来品Ｍより高いトルクを有するようになっているのが分かる。

ところで、本実施例においては、最初の工程（切断かしめ工程）でブリッジ相当部１３´を予め切断してしまう（最初と最後の鉄心用抜き板９ａ、９ａ以外）。従って、本来ならば最終の工程（最終打抜き工程）にて打抜き刃１５ｃにより磁極部１１を打抜くときに、その磁極部１１にヨーク部１０方向への圧力が加わると当該磁極部１１は何らの拘束力を受けずにヨーク部１０方向へ移動する可能性が大である。

しかし、本実施例では、磁極部１１に張出部１１ａを形成している。従って、最終の工程においては、図５に示すように、打抜き刃１５ｃの抱持部１５ｃａが、鋼板Ｚにおける磁極部１１の周囲を前後左右方向から抱え込む（抱持する）ようにして前記磁極部１１における移動に拘束力を発揮し不動状態として打抜くようになる。このため、ブリッジ部１３を有しない鉄心用抜き板９ａであっても、磁極部１１がヨーク部１０方向に移動することがないので、常に位置決めが正確に且つ精度よくなされた鉄心用抜き板９を得ることができる。

なお、磁極部１１における（一対の）張出部１１ａの幅（長さ）は、前記磁極部１１の全幅に対して２〜１０％とするように設定するのがよく、２％未満だと、前述のように打抜き刃１５ｃによって磁極部１１を抱え込み位置決めをする精度が若干低下してしまい、１０％を超えてしまうと、互いの磁極部１１間で磁束の漏洩が起こってしまう可能性がある。

また、本実施例では、上下２枚の鉄心用抜き板９ａ、９ａにブリッジ部１３を形成し、これら強度を有する鉄心用抜き板９ａ、９ａによりブリッジ部１３を有しない鉄心用抜き板９を挟んでかしめて固定している。このため、ブリッジ部１３を有しない鉄心用抜き板９がばらけたりすることが防止できると共に、回転子鉄心３全体の強度をも向上させることができる。

図９は、本発明の他の実施例であり、上記実施例と同一部分には同一の符号を付して示す。
この実施例では、最初の工程（上記実施例では、切断かしめ工程に相当）において、ブリッジ部１３（ブリッジ相当部１３´）の切断を実行しないようにし、最終の工程（上記実施例では、最終打抜き工程に相当）で、図９に示すように、打抜き刃１５ｃの張出部分１５ｃｂによりブリッジ部２０を形成し、鉄心用抜き板９ｂを得る。

このブリッジ部２０は、図６との比較から明らかなように、ブリッジ部１３とは異なり、磁気飽和可能な幅狭な寸法となっている。従って、この実施例において、回転子鉄心３は、前記鉄心用抜き板９ｂのみを積層して構成される。

この構成によれば、鉄心用抜き板９ｂにおけるヨーク部１０と磁極部１１との相対距離を正確に位置決めできると共に、ブリッジ部２０からの磁束の漏洩を磁気飽和により低減させることが可能となるので、回転子鉄心３の強度をある程度保ちながらも、電動機のトルク減少、効率の低下を極力防止することができる。

また、本発明は、上記し且つ図面に示す実施例にのみ限定されるものではなく、次のような変形、拡張が可能である。
即ち、積層される鉄心用抜き板９のうち、少なくとも１枚を、ヨーク部１０及び張出部１１ａを含む磁極部１１を繋ぐブリッジ部１３を有する鉄心用抜き板９ａとするように構成してもよい。この構成の場合、例えばヨーク部１０及び張出部１１ａを含む磁極部１１を繋ぐブリッジ部１３を有する鉄心用抜き板９ａを積層方向の略中央に含ませれば、この強度を有する鉄心用抜き板９ａを基準に他の鉄心用抜き板９をかしめて固定すれば、全体として強度のある回転子鉄心３を得られるばかりか、ブリッジ部１３の減少に起因して、磁束の漏洩を一層少なくすることができるので、電動機のトルク減少、効率の低下を防止することもできる。なお、ブリッジ部１３を有する鉄心用抜き板９ａは、積層方向に置いてどこに介在させても同様な効果が得られる。

図面中、８は回転子鉄心、９は鉄心用抜き板、９ａは最初と最後の鉄心用抜き板、１０はヨーク部、１０´はヨーク相当部、１１は磁極部、１１´は磁極相当部、１１ａは張出部、１２は磁石挿入穴、１３はブリッジ部、１３´はブリッジ相当部、１６はかしめ部、Ｚは鋼板である。

Claims (2)

1. 鋼板を打ち抜くことにより、ヨーク部と、このヨーク部に対して対向するように位置する磁極部と、前記ヨーク部と磁極部との間に位置する磁石挿入穴とを有する鉄心用抜き板を形成し、
   この抜き板を複数枚積層して回転子鉄心を形成した構成にあって、
   前記鋼板を打ち抜く打抜き刃であって前記磁極部の周囲を抱え込むような曲線状をなす抱持部により打ち抜くことで、前記磁極部の両側部は、幅方向に張り出した曲線状をなす張出部として形成され、
   最初と最後に積層される前記鉄心用抜き板は、前記ヨーク部と前記磁極部とを繋ぐブリッジ部を有することを特徴とする回転電機の回転子鉄心。
2. 鋼板のヨーク相当部と磁極相当部とを繋ぐ如きブリッジ相当部を切断すると共に前記磁極相当部にかしめ部を形成する切断かしめ工程、前記ヨーク相当部と磁極相当部との間を打抜いて磁石挿入穴を形成する挿入穴打抜き工程、及び、ヨーク部と張出部を含む磁極部とを打抜き形成する最終打抜き工程を経て鉄心用抜き板を形成し、
   この鉄心用抜き板を複数枚積層して回転子鉄心を構成し、
   前記最終打抜き工程では、前記鋼板を打ち抜く打抜き刃であって前記磁極部の周囲を抱え込むような曲線状をなす抱持部により打ち抜くことで、前記磁極部の両側部は、幅方向に張り出した曲線状をなす前記張出部として形成され、
   最初と最後に積層される前記鉄心用抜き板は、前記ヨーク部と前記磁極部とを繋ぐブリッジ部を有することを特徴とする回転電機の回転子鉄心の製造方法。

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