JP5276303B2 - 回転電機の回転子積層鉄心の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、モータ及び発電機等の回転電機に使用する回転電機の回転子積層鉄心の製造方法に関する。

回転電機は可変速回転、或いは高速回転用等に多々使用される。回転電機の回転子鉄心は大きな遠心力やその繰り返し変動がかかるのに耐えるように一体の鉄心片を積層して形成されている。
回転子鉄心（以下、回転子積層鉄心という）は円形の回転子鉄心片を多数、かしめ積層して形成されるのが一般的である。しかし、回転子鉄心片は環状であるので、板材の材料歩留りが低く、これに板材、例えば磁性鋼板等の高騰が重なり、コスト高になる。そこで、かかる問題を解決するために、例えば、特許文献１に記載の回転電機のコア構造が提案されている。

この特許文献１記載の回転電機のコア構造の概略構造を図４（Ａ）、（Ｂ）に示すが、図４（Ａ）には環状の回転子鉄心片を複数の扇形の分割回転子鉄心片５１に分割し、この各分割回転子鉄心片５１の周方向の両端部に凹部５２と凸部５３とを設け、隣接する分割回転子鉄心片５１の凹部５２と凸部５３とを嵌合させて、環状の回転子鉄心片５４を形成し、該回転子鉄心片５４を所定枚数積み重ねて円筒状とした回転子積層鉄心５５が提案されている。
また、図４（Ｂ）には、回転子積層鉄心５５の構造を更に強固なものとするため、隣接する分割回転子鉄心片５１の凹部５２と凸部５３とを嵌合させて、環状の回転子鉄心片５４を形成し、この回転子鉄心片５４を所定枚数ずつ積み重ねた小ブロックの回転子積層鉄心５６を、凹部５２と凸部５３の位置を各分割回転子鉄心片５１の円弧角の半分までずらしてレンガ積み状に構成した回転子積層鉄心５７が記載されている。なお、図４（Ａ）、（Ｂ）において、５８は磁石挿入孔、５９は重ね合わせる際に位置合わせとなるダボである。

特開２００２−２６２４９６号公報

この特許文献１によれは、小ブロックの回転子積層鉄心５６を凹部５２と凸部５３からなる嵌合部の位置をずらして、各分割回転子鉄心片５１の積層体６０をレンガ積み状にしたことにより、回転子積層鉄心５７に加わる遠心力を分散させ、大きな遠心力に耐えることができる効果がある。
しかしながら、この回転子積層鉄心５７では、所定枚数積み重ねて円筒状とした小ブロックの回転子積層鉄心５６の積層構造を、凹部５２と凸部５３からなる嵌合部が周方向にずれるようにずらさねばならず、プレス打ち抜き金型装置外での面倒な作業を要し、生産性が低下する。また、ブロック同士は相互にかしめられていないので、回転子積層鉄心５７の形状が劣化するおそれがある。

本発明は分割回転子鉄心片を積層して回転子積層鉄心を製造するにあたり、分割回転子鉄心片の分割端面が積層方向でずれるレンガ積み積層を生産性よくでき、併せて形状精度のよい回転電機の回転子積層鉄心の製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る回転電機の回転子積層鉄心の製造方法は、環状の回転子鉄心片を所望角度にて扇状に分割した分割回転子鉄心片を、かしめ部を形成して板材から打ち抜き、該分割回転子鉄心片をかしめ積層して分割回転子積層鉄心を形成し、該分割回転子積層鉄心の周方向両側に形成された凹凸部を介して複数の前記分割回転子積層鉄心を環状に連結する回転電機の回転子積層鉄心の製造方法において、
前記板材から前記かしめ部が形成された前記扇状の分割回転子鉄心片を打ち抜き形成する工程と、
前記分割回転子鉄心片をプッシュバックして前記板材に戻す工程と、
前記分割回転子鉄心片を前記板材から抜き離してブランクダイに抜き落とす工程とを有し、
更に、前記ブランクダイは１枚又は複数枚の前記分割回転子鉄心片の抜き落とし毎に、前記分割回転子鉄心片の周方向に一定角度の一方向回転と、回転前の元位置への回転戻しを繰り返すことで、前記分割回転子積層鉄心を形成する。

本発明に係る回転電機の回転子積層鉄心の製造方法においては、回転子鉄心片を所望角度にて分割した扇状の分割回転子鉄心片を板材から打ち抜き形成すると共にかしめ部を形成し、分割回転子鉄心片をプッシュバックして板材に戻し、分割回転子鉄心片を板材から抜き離してブランクダイに抜き落として積層し、更に、ブランクダイは１枚又は複数枚の分割回転子鉄心片の抜き落とし毎に、分割回転子鉄心片の周方向に一定角度一方向への回転と回転戻しを繰り返すことによって、分割回転子鉄心片の積層を行うので、板材から分割回転子鉄心片を打ち抜く金型装置の中で、分割回転子積層鉄心を形成でき、生産性が向上する。

特に、ブランクダイの周方向への移動角度を、分割回転子鉄心片の円弧角の所定角度とすることによって、凹凸部からなる連結部分と、分割回転子積層鉄心から連結部分を除いた部分の長さが同一となり、連結部分の中央に磁石挿入孔を形成することが容易となる。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図１は本発明の一実施の形態に係る方法で製造した回転電機の回転子積層鉄心の斜視図、図２は同回転電機の回転子積層鉄心に使用する分割回転子積層鉄心の斜視図、図３は同回転電機の回転子積層鉄心の製造方法を示す説明図である。

図１、図２に示すように、本発明の一実施の形態に係る方法で製造した回転電機の回転子積層鉄心１０は、周方向端部（即ち、円周方向両側）に凹凸部１１、１２が形成された複数の分割回転子積層鉄心１３を、凹凸部１１、１２を噛み合わせて円周方向に連結して環状に形成されている。各分割回転子積層鉄心１３の円周方向中央部１４で半径方向外側、及び左右の凹凸部１１、１２の円周方向中央で半径方向外側には、同一大きさの磁石挿入孔（貫通孔の一例）１５が形成されている。それぞれの磁石挿入孔１５の半径方向内側には、ピン孔（貫通孔の一例）１８が形成されている。

分割回転子積層鉄心１３は、図２に示すように、この実施の形態ではそれぞれ上下２枚（１枚又は３枚以上も可）の分割回転子鉄心片２１、２２を円周方向に分割回転子鉄心片２１の円周角（円弧角）αの１／２ずつ周方向に交互にずらして、即ち、周方向に一定角度（この実施の形態では３６０／１４度）回転、そして次に回転戻しして、かしめ積層されている。この実施の形態では各分割回転子鉄心片２１の円周角αは３６０／７度であるが、ｎを整数として、（３６０／ｎ）度の任意の角度で分割可能である。なお、分割回転子鉄心片２１、２２は環状の回転子鉄心片を円弧角αで扇状に分割したものである。

円周方向中央部１４に位置する分割回転子鉄心片２１、２２には２つのかしめ部２３、２４が形成されている。このかしめ部２３、２４は、円周方向中央部１４の周方向中央線２５を中心にして、即ち、分割回転子鉄心片２１の時計方向α／４角度位置、分割回転子鉄心片２２の反時計方向α／４角度位置を中心にして、左右対称に形成されている。なお、各分割回転子鉄心片２１、２２に形成される磁石挿入孔１５及びピン孔１８も、各分割回転子鉄心片２１、２２のα／４角度位置と３α／４角度位置の同一半径位置に形成されている。

このように、磁石挿入孔１５及びピン孔１８をそれぞれ合わせることによって、図１に示すように、複数（この実施の形態では７）の分割回転子積層鉄心１３を、凹凸部１１、１２を介して連結した場合、積層方向上下に、それぞれの凹凸部１１、１２に形成される磁石挿入孔１５及びピン孔１８を貫通させることができる。

この実施の形態においては、各分割回転子積層鉄心１３は複数枚の分割回転子鉄心片２１、２２をかしめ積層して構成されている。この積層する分割回転子鉄心片２１、２２の枚数は言うまでもなく任意に採用できる。また、最下部に位置する分割回転子鉄心片２２のかしめ部２３、２４は円孔であり、その上部に位置する分割回転子鉄心片２２、２１のかしめ部２３、２４は半抜きかしめであって、各分割回転子積層鉄心１３の底部からかしめ突起が突出しないようにしている。なお、かしめ部２３、２４の形状についてもＶ形、逆台形等任意に採用できる。

このように構成することによって、組み立てられて回転電機の回転子積層鉄心１０となった各分割回転子積層鉄心１３は、周方向端部に形成された凹凸部１１、１２の噛み合せにより強く連結され、遠心力に耐えるが、凹凸部１１、１２の磁石挿入孔１５を貫通する磁石、及びピン孔１８を貫通するピンによってロックされるので、遠心力に対して更に強い回転子積層鉄心１０となる。なお、各分割回転子積層鉄心１３の組立は自動で行ってもよいし、手動で行ってもよい。

続いて、この回転電機の回転子積層鉄心１０を構成する分割回転子積層鉄心１３の製造方法について図３を参照しながら説明する。
分割回転子積層鉄心１３を製造する金型装置は、例えば第１〜第６のステーションを有し、それぞれ、磁性材料からなる板材２８から第１〜第５の工程を経て、分割回転子鉄心片２１、２２を形成し、第６のステーションでブランクダイ（下部の金型）３５内に抜き込み分割回転子積層鉄心１３を組み立てる。

前工程で所定ピッチで位置決め用のパイロット孔２９、３０が形成された板材２８を第１のステーションで、各分割回転子鉄心片２１、２２に形成される対となるピン孔１８を形成する。ピン孔１８の周方向位置は、各分割回転子鉄心片２１、２２の円弧角をαとした場合、周方向両端からα／４であるから、隣り合うピン孔１８の角度はα／２となり、各分割回転子鉄心片２１、２２の円弧中心に対して同一位置にある。

第２のステーションでは、左右対となる磁石挿入孔１５を形成する。この磁石挿入孔１５の中心位置も各分割回転子鉄心片２１、２２に対して両端からα／４の位置にあり、各分割回転子鉄心片２１、２２の円弧中心から一定の位置にある。

第３のステーションでは、分割回転子鉄心片２２に対して一方側（図２において反時計方向）のピン孔１８に対してその両側にかしめ部２３、２４を形成する。なお、最下部の分割回転子鉄心片２２のかしめ部２３、２４に対してはかしめ孔（貫通孔）とし、それ以外のかしめ部２３、２４に対して半抜きかしめとする。かしめ部２３、２４をかしめ孔とするか、半抜きかしめとするかは、かしめ部２３、２４を形成するパンチの突出長さを制御することによって行う周知技術である。なお、この第３のステーションは、分割回転子鉄心片２１に対してはアイドルステーションとなる。

第４のステーションでは、分割回転子鉄心片２１に対してかしめ部２３、２４を形成し、分割回転子鉄心片２２に対してはアイドルステーションとなる。
分割回転子鉄心片２１においては、他方側（図２において時計方向）のピン孔１８の両側にかしめ部２３、２４を形成する。このかしめ部２３、２４は半抜きかしめとなる。

第５のステーションでは、分割回転子鉄心片２１、２２の外形抜きを行い、そのままプッシュバックして板材２８の抜き孔の中に戻す。この技術は周知であり、分割回転子鉄心片２１、２２を板材２８から完全に抜き落として再度板材２８に嵌め戻す場合と、分割回転子鉄心片２１、２２を部分的に抜き落として板材２８に押し戻す場合があり、いずれの場合も本発明は適用される。

第６のステーションでは、ブランクダイ３５中にこの分割回転子鉄心片２１、２２を抜き落とす。ブランクダイ３５は各分割回転子鉄心片２１、２２の円弧角αに対して１．５α角度の円弧角を有し、第１位置（元位置）３６から第２位置（移動位置）３７に回転し、更に第２位置３７から第１位置３６に回転戻しするように駆動機構が構成されている。

従って、この実施の形態では、ブランクダイ３５を第１位置３６（斜線で示す）に配置して、２枚の分割回転子鉄心片２２を連続して抜き落とす。そして、ブランクダイ３５を第２位置３７に回転して２枚の分割回転子鉄心片２１をブランクダイ３５中に抜き落とす。以下、ブランクダイ３５を移動（回転戻しと回転）し、分割回転子鉄心片２２、２１を積層順にかしめ積層して、分割回転子積層鉄心１３が完成する。なお、第１〜第５のステーションでは分割回転子鉄心片２２、２１が積層される順番に形成されている。なお、符号３８はパンチを示す。

このようにして製造された複数の分割回転子積層鉄心１３を組合わせて図１に示すように回転電機の回転子積層鉄心１０とする。この回転電機の回転子積層鉄心１０においては、各分割回転子積層鉄心１３の磁石挿入孔１５及びピン孔１８は上下に連通する。

前記実施の形態においては、凹凸部１１、１２の円周方向角度を各分割回転子鉄心片２１、２２の円弧角の半分としたが、その他の場合、例えば各分割回転子鉄心片に磁石挿入孔を３個等間隔で設けたものでは、分割回転子鉄心片の円弧角の１／３を回転又は回転戻し角度とする。また分割回転子鉄心片にスロットを等間隔にて複数設けたものは、分割回転子鉄心片の円弧角を前記スロットを分割しない任意の角度で分割した角度で、当該分割回転子鉄心片を回転又は回転戻して積層する。このように所定角度で回転又は回転戻しする。また、回転子の構造によっては、磁石挿入孔やピン孔は必ずしも必要ではない。

本発明の一実施の形態に係る方法で製造した回転電機の回転子積層鉄心の斜視図である。 同回転電機の回転子積層鉄心に使用する分割回転子積層鉄心の斜視図である。 同回転電機の回転子積層鉄心の製造方法を示す説明図である。 （Ａ）、（Ｂ）は従来例に係る回転子積層鉄心の説明図である。

１０：回転電機の回転子積層鉄心、１１、１２：凹凸部、１３：分割回転子積層鉄心、１４：円周方向中央部、１５：磁石挿入孔、１８：ピン孔、２１、２２：分割回転子鉄心片、２３、２４：かしめ部、２５：周方向中央線、２８：板材、２９、３０：パイロット孔、３５：ブランクダイ、３６：第１位置、３７：第２位置、３８：パンチ

Claims (2)

1. 環状の回転子鉄心片を所望角度にて扇状に分割した分割回転子鉄心片を、かしめ部を形成して板材から打ち抜き、該分割回転子鉄心片をかしめ積層して分割回転子積層鉄心を形成し、該分割回転子積層鉄心の周方向両側に形成された凹凸部を介して複数の前記分割回転子積層鉄心を環状に連結する回転電機の回転子積層鉄心の製造方法において、
   前記板材から前記かしめ部が形成された前記扇状の分割回転子鉄心片を打ち抜き形成する工程と、
   前記分割回転子鉄心片をプッシュバックして前記板材に戻す工程と、
   前記分割回転子鉄心片を前記板材から抜き離してブランクダイに抜き落とす工程とを有し、
   更に、前記ブランクダイは１枚又は複数枚の前記分割回転子鉄心片の抜き落とし毎に、前記分割回転子鉄心片の周方向に一定角度の一方向回転と、回転前の元位置への回転戻しを繰り返すことで、前記分割回転子積層鉄心を形成することを特徴とする回転電機の回転子積層鉄心の製造方法。
2. 請求項１記載の回転電機の回転子積層鉄心の製造方法において、前記一定角度は、１）前記扇状の分割回転子鉄心片の円弧角αに対して前記凹凸部の角度がα／２である場合には、α／２であり、２）前記扇状の分割回転子鉄心片の円弧角αに対して前記凹凸部の角度がα／３である場合には、α／３であることを特徴とする回転電機の回転子積層鉄心の製造方法。

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