JP6169505B2 - 回転子積層鉄心の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は磁石挿入孔に永久磁石を入れた回転子の製造方法に係り、特に、磁束ロスを少なくした回転子積層鉄心の製造方法に関する。
近年、ハイブリッドカー、電気自動車、冷暖房機等において、回転子に永久磁石を用いる電動機が使用されている。永久磁石は回転子積層鉄心の円周上に形成された複数の磁石挿入孔に収納されている。ところが、磁石挿入孔は通常、挿入する永久磁石の外形より少しの範囲で大きい程度であるので、永久磁石のＮ極からＳ極に向かう磁束に積層鉄心をバイパスする漏洩磁束（漏れ磁束）が発生する。
そこで、特許文献１に記載のように、永久磁石の側方に永久磁石のＮ極からＳ極に漏洩する磁束を流す渡り部に圧縮変形による溝形状の加工硬化部を設けることが提案されている。これによって、漏洩磁束が減少し、更に加工硬化部を設けることによって積層鉄心の強度が向上することが記載されている。この様子を図８（Ａ）の平面図、図８（Ｂ）の側面図に示すが、７１は磁石挿入孔を、７２は加工硬化部（薄肉部）を、７３は渡り部（漏れ磁束が通過する領域Ａ）を示す。
この場合の回転子積層鉄心の製造方法について、図９を参照しながら説明すると、回転子積層鉄心を構成する鉄心片６０に、図９（Ａ）に示すように、鉄心片６０の半径方向外側位置に円周方向に並ぶ複数の磁石挿入孔６１を形成する。そして、図９（Ｂ）に示すように、コイニング加工を行って薄肉部６２を形成し、図９（Ｃ）に示すように、鉄心片６０の外形を打ち抜くという手順で製造される。なお、６３は渡り部を示す。
特開平９−２８９７４５号公報
しかしながら、図９（Ｄ）の拡大図に示すように、図９（Ｂ）の工程で鉄心片６０の外形側及び鉄心片６０の磁石挿入孔６１側にコイニングした分の肉（金属素材）が押し出される。外形側に押し出された肉は、外形抜きによって除去されるので鉄心片６０の形状への影響はないが、磁石挿入孔６１側に押し出された肉は膨出部６４として、磁石挿入孔６１内に残ってしまい、これによって、磁石挿入孔６１の形状精度が低下し、場合によっては漏洩磁束があって磁気的特性が悪くなるという問題があった。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、コイニング加工を行って薄肉部を設けても、磁石挿入孔への金属の流れ込みがなく、磁石挿入孔の形状精度及び磁気的特性が悪くならない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。
前記目的に沿う第１の発明に係る回転子積層鉄心の製造方法は、鉄心片を積層して形成され、円周方向にそれぞれ永久磁石が挿入される複数の磁石挿入孔を有し、前記鉄心片の、前記永久磁石の漏れ磁束が通過する領域Ａに薄肉部が形成された回転子積層鉄心の製造方法において、
前記鉄心片の前記磁石挿入孔の打ち抜き領域Ｂ内に該打ち抜き領域Ｂの側端部から隙間を設けて予め下抜き孔を形成する第１工程と、
前記下抜き孔から前記鉄心片の空間領域Ｃに亘って、前記薄肉部を形成する第２工程と、
前記磁石挿入孔及び前記空間領域Ｃを打ち抜き形成する第３工程とを有する。
第２の発明に係る回転子積層鉄心の製造方法は、第１の発明に係る回転子積層鉄心の製造方法において、前記薄肉部は対となる前記磁石挿入孔にそれぞれ形成された前記下抜き孔に跨がって形成されている。
第３の発明に係る回転子積層鉄心の製造方法は、鉄心片を積層して形成され、円周方向にそれぞれ永久磁石が挿入される複数の磁石挿入孔を有し、前記鉄心片に、前記永久磁石の漏れ磁束が通過する領域Ａに交差する薄肉部が形成された回転子積層鉄心の製造方法において、
前記鉄心片の前記磁石挿入孔の打ち抜き領域Ｂ内に該打ち抜き領域Ｂの側端部から隙間を設けて予め下抜き孔を形成する第１工程と、前記下抜き孔に一端を、前記鉄心片の空間領域Ｃに他端を有し、前記領域Ａを通過する漏れ磁束に交差する溝状の前記薄肉部を形成する第２工程と、前記磁石挿入孔及び前記空間領域Ｃを打ち抜き形成する第３工程とを有する。
第４の発明に係る回転子積層鉄心の製造方法は、第３の発明に係る回転子積層鉄心の製造方法において、前記下抜き孔は前記薄肉部の延長上にあり、前記下抜き孔の幅は前記薄肉部の幅より広い。
第５の発明に係る回転子積層鉄心の製造方法は、第１〜第４の発明に係る回転子積層鉄心の製造方法において、前記下抜き孔を前記薄肉部に接する前記磁石挿入孔の側端部から０．０５〜０．５ｍｍ離している。
第６の発明に係る回転子積層鉄心の製造方法は、第１〜第５の発明に係る回転子積層鉄心の製造方法において、前記下抜き孔には、全周の長さを延長する凸部が設けられている。
第７の発明に係る回転子積層鉄心の製造方法は、第１〜第６の発明に係る回転子積層鉄心の製造方法において、前記空間領域Ｃは前記鉄心片の外形より外側領域、他の前記磁石挿入孔の打ち抜き領域、又は重量軽減用の抜き孔の形成領域である。
そして、第８の発明に係る回転子積層鉄心の製造方法は、第１〜第７の発明に係る回転子積層鉄心の製造方法において、前記薄肉部の肉厚は前記鉄心片の板厚の０．３〜０．９８倍の範囲にある。
第１〜第８の発明に係る回転子積層鉄心の製造方法は、磁石挿入孔の形状を正規の状態に保って、永久磁石の漏れ磁束が通過する領域Ａ（渡り部）に薄肉部を形成できる。
これによって、領域Ａに加工硬化を発生させることができると共に、その部分の漏れ磁束の減少を行うことができる。
特に、第２の発明に係る回転子積層鉄心の製造方法は、薄肉部が対となる磁石挿入孔にそれぞれ形成された下抜き孔に跨がって形成されているので、薄肉部の形成領域により広いエリアを確保してより効果的に漏れ磁束を減らすことができる。
第４の発明に係る回転子積層鉄心の製造方法においては、下抜き孔が薄肉部の延長上にあり、下抜き孔の幅を薄肉部の幅より広くすることによって、コイニングによって発生する片側の膨出部を下抜き孔に吸収させることができる。
第５の発明に係る回転子積層鉄心の製造方法は、下抜き孔を薄肉部に接する磁石挿入孔の側端部から０．０５〜０．５ｍｍ離しているので、磁石挿入孔の形成が容易である。即ち、下抜き孔と磁石挿入孔との隙間が０．０５ｍｍ未満であると、磁石挿入孔の抜き滓の繋ぎ部が変形、破断することで、滓上がりが発生する場合がある。また、下抜き孔と磁石挿入孔との隙間が０．５ｍｍを超えるとコイニング加工長さが必要以上に長くなる。
第６の発明に係る回転子積層鉄心の製造方法は、下抜き孔に、全周の長さを延長する凸部が設けられているので、下抜き孔の形成時に滓上がりを防止でき、更に刃物の断面積が大きくなるので、刃物の寿命を長くすることができる。
第７の発明に係る回転子積層鉄心の製造方法は、空間領域Ｃが鉄心片の外形より外側領域、他の磁石挿入孔の打ち抜き領域、又は重量軽減用の抜き孔の形成領域であるので、薄肉部の長手方向両端の形状精度を高めることができる。
本発明の第１の実施の形態に係る回転子積層鉄心の製造方法によって製造された回転子積層鉄心の平面図である。 （Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同回転子積層鉄心の製造方法の一部を示す平面図である。 （Ａ）は同回転子積層鉄心の製造方法の一部を示す平面図、（Ｂ）は薄肉部の断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る回転子積層鉄心の製造方法の説明図である。 本発明の第３の実施の形態に係る回転子積層鉄心の製造方法の説明図である。 本発明の第４の実施の形態に係る回転子積層鉄心の製造方法の説明図である。 本発明の第５の実施の形態に係る回転子積層鉄心の製造方法の説明図である。 （Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ従来例に係る回転子積層鉄心の薄肉部の構造を示す説明図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は従来例に係る回転子積層鉄心の薄肉部の構造を示す説明図である。
続いて、添付した図面を参照しながら、本発明を具体化した実施の形態について説明する。
図１〜図３に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る回転子積層鉄心の製造方法は、鉄心片１０を積層して形成され、円周方向にそれぞれ永久磁石１１が挿入される複数の磁石挿入孔１２を有する回転子積層鉄心１３に関するもので、永久磁石１１の漏れ磁束が通過する領域Ａに交差する薄肉部１４を鉄心片１０に形成するものである。なお、回転子積層鉄心１３には中央に軸孔１５が形成され、その他、図示しない重量軽減用の抜き孔が複数個形成されている場合もある。
鉄心片１０を打ち抜き形成する磁性鋼板からなる帯状板材１６を用意する。この帯状板材１６には、所定ピッチで回転子積層鉄心１３を形成する鉄心片（回転子鉄心片）１０が形成され、この鉄心片１０には、図１に示すような軸孔１５が中央に予め又は爾後に形成され、図２に示すように、複数の磁石挿入孔１２の打ち抜き領域Ｂと、挿入された永久磁石１１の漏れ磁束が通過する領域Ａが存在する。
そして、図２（Ａ）に示すように、磁石挿入孔１２の打ち抜き領域Ｂ内に打ち抜き領域Ｂの半径方向側端部１６ａから隙間ｇ１を設けて予め下抜き孔１７を形成する。ここで、下抜き孔１７は薄肉部１４の軸心の延長線上にあり、平面視して略長方形からなっている。下抜き孔１７は、磁石挿入孔１２の幅方向の側端部２０、２１からそれぞれ一定の隙間ｇ２を設けて形成されている。ここで、隙間ｇ１、ｇ２は例えば、０．０５〜０．５ｍｍの間にある。隙間ｇ２は０．５ｍｍを超えてもよいが薄肉部の幅が狭くなる。ここで、隙間ｇ１、ｇ２を０．０５ｍｍ未満にすると、磁石挿入孔１２を打ち抜く際に、薄肉部１４が変形し、プレス加工された側端部２０、２１から抜き滓が発生し易い。
この状態で、図２（Ｂ）に示すように、永久磁石１１の漏れ磁束が通過する領域Ａのコイニング加工を行う。これによって、図２（Ｂ）に示すように、領域Ａを通過する漏れ磁束に交差する溝状の薄肉部１４が鉄心片１０の表側に形成される。この薄肉部１４は周囲に、例えば傾斜角θが、図３（Ｂ）に示すような３０〜６０度の傾斜面２４を有し、溝底２３は平面となって、その厚みｔ１は鉄心片１０の板厚ｔの例えば０．３〜０．９８倍程度となっている。
薄肉部１４の内側端部（一端）は、下抜き孔１７内にあり、薄肉部１４の溝底２３の幅Ｗ１は下抜き孔１７の幅Ｗ２より狭い。例えば、幅Ｗ１＝（０．５〜０．８）×幅Ｗ２となっている。この実施の形態では、薄肉部１４の軸心と下抜き孔１７の中央線とを一致させている。この状態では、コイニングによって発生した鉄心片１０の一部の肉が薄肉部１４の周囲に拡散し、下抜き孔１７内にも膨出部（肉）２５が形成される。この実施の形態においては、薄肉部１４の他端は帯状板材１６又は鉄心片１０の外形より外側領域（即ち、空間領域Ｃ）にある。
次に、図３（Ａ）に示すように、下抜き孔１７を完全に囲む磁石挿入孔１２及び鉄心片１０の外形を順次又は同時に打ち抜き形成する。これによって、下抜き孔１７は消失するが、下抜き孔１７内にある膨出部２５も消失し、正確な形状の磁石挿入孔１２が形成される。
薄肉部１４の形状は変わらないので、コイニングによってその部分の強度が増し、更には磁気抵抗も増加して漏れ磁束が減少する。この実施の形態においては、鉄心片１０の外側領域が、本発明の空間領域Ｃを形成する。なお、薄肉部１４の外側領域は鉄心片１０の外側領域であれば、下抜き孔を設ける必要はない。この場合、鉄心片１０の外側領域が多少変形するが、最終的には外形抜きをするので、特に支障はない。
続いて、図４に示す本発明の第２の実施の形態に係る回転子積層鉄心の製造方法について、第１の実施の形態に係る回転子積層鉄心の製造方法と異なる点について説明する（以下の実施の形態においても同じ）。
この実施の形態においては、下抜き孔２７の一部に全周の長さを延長（増加）する凸部２８（輪郭長さ増加領域）が設けられている。下抜き孔２７が矩形等の単純な形状の場合、下抜き孔２７をパンチでダイ内に抜き落とした際、抜き滓は真空力によってパンチの底に吸引され、滓上がりが発生する恐れが高まる。しかし、凸部２８を設けることによって、抜き滓とダイとの接触抵抗が増してそのままダイ内に保持され、抜き滓がパンチの上昇に伴って浮上する滓上がりが発生することを防止する。更に、凸部２８により刃物の断面積が大きくなるので、刃物の寿命を長くすることができる。
次に、図５に示す本発明の第３の実施の形態に係る回転子積層鉄心の製造方法について説明する。本実施の形態においては、磁石挿入孔１２の打ち抜き領域Ｂ内に下抜き孔１７を形成すると共に、鉄心片１０以外の周囲の帯状板材１６に下抜き孔３０を形成する。この下抜き孔３０は溝状の薄肉部１４の延長上にある。薄肉部１４のコイニングによって膨出部が下抜き孔３０、１７内に発生するが、磁石挿入孔１２の抜き落とし、及び鉄心片１０の外形抜きによって、下抜き孔１７、３０が抜き落とされ、精密な鉄心片１０の外形、及び磁石挿入孔１２の輪郭が形成される。
続いて、図６に示す本発明の第４の実施の形態に係る回転子積層鉄心の製造方法について説明する。
この実施の形態では、隣り合う磁石挿入孔３２、３３の間に永久磁石からの漏れ磁束が通過する領域Ａが存在する。そこで、磁石挿入孔３２、３３の近接側端部に近い部分に下抜き孔３４、３５をそれぞれ形成し、これらを結ぶ溝状の薄肉部３６を形成する。なお、薄肉部３６の断面形状は、薄肉部１４と同じである。
これによって、領域Ａに加工硬化が生じて補強され、漏れ磁束に対する磁気抵抗が大きくなって、結果として漏れ磁束は減少する。かつ、磁石挿入孔３２、３３の形状は所定の形状に維持されるので、永久磁石の挿入位置もより正確となる。
なお、この実施の形態においては、磁石挿入孔３２が基本となる磁石挿入孔となり、他方の磁石挿入孔３３の打ち抜き領域が空間領域Ｃを構成する。
図７に本発明の第５の実施の形態に係る回転子積層鉄心の製造方法を示すが、回転子積層鉄心は、鉄心片３８を積層して形成される。各鉄心片３８の円周方向に設けられそれぞれ永久磁石が挿入される複数の対となる磁石挿入孔３９、４０の打ち抜き領域Ｂ内に、磁石挿入孔３９、４０（打ち抜き領域Ｂ）の対向する側端部４２、４３から隙間を設けてそれぞれ四角形の下抜き孔４４、４５が形成される。なお、この時点では磁石挿入孔３９、４０は形成されていない。
次に、この下抜き孔４４、４５と、鉄心片３８の空間領域Ｃ（即ち、鉄心片３８が存在しない帯状板材１６）とに跨がって（永久磁石の漏れ磁束が通過する領域Ａに）台形又は扇形の薄肉部４６を形成する。この後、磁石挿入孔３９、４０を打ち抜き形成し、鉄心片３８の外形抜き（空間領域Ｃの打ち抜き）を行って周知の方法でダイ内に積層する。
薄肉部４６は他の実施の形態に示すように、直線状の溝に限定されず、２の下抜き孔と鉄心片の輪郭（即ち、空間領域Ｃ）を結ぶ台形、扇形、その他不定形状の領域に形成することもでき、より漏洩磁束の減少を促すことができる。
本発明は前記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で、以上の実施の形態に係る発明の構成を組み合わせる、又はその構成を変更することもできる。
例えば、本発明の第１の実施の形態に係る回転子積層鉄心の製造方法と他の実施の形態に係る回転子積層鉄心の製造方法の一部の工程を組み合わせて新しい工程を有する回転子積層鉄心の製造方法も本発明が適用される。例えば、第２の実施の形態に係る凸部を他の実施の形態にも適用できる。
また、回転子積層鉄心に設けられる重量軽減用の抜き孔の形成領域を空間領域Ｃとすることもできる。
１０：鉄心片、１１：永久磁石、１２：磁石挿入孔、１３：回転子積層鉄心、１４：薄肉部、１５：軸孔、１６：帯状板材、１６ａ：側端部、１７：下抜き孔、２０、２１：側端部、２３：溝底、２４：傾斜面、２５：膨出部、２７：下抜き孔、２８：凸部、３０：下抜き孔、３２、３３：磁石挿入孔、３４、３５：下抜き孔、３６：薄肉部、３８：鉄心片、３９、４０：磁石挿入孔、４２、４３：側端部、４４、４５：下抜き孔、４６：薄肉部

Claims (8)

  1. 鉄心片を積層して形成され、円周方向にそれぞれ永久磁石が挿入される複数の磁石挿入孔を有し、前記鉄心片の、前記永久磁石の漏れ磁束が通過する領域Ａに薄肉部が形成された回転子積層鉄心の製造方法において、
    前記鉄心片の前記磁石挿入孔の打ち抜き領域Ｂ内に該打ち抜き領域Ｂの側端部から隙間を設けて予め下抜き孔を形成する第１工程と、
    前記下抜き孔から前記鉄心片の空間領域Ｃに亘って、前記薄肉部を形成する第２工程と、
    前記磁石挿入孔及び前記空間領域Ｃを打ち抜き形成する第３工程とを有することを特徴とする回転子積層鉄心の製造方法。
  2. 請求項１記載の回転子積層鉄心の製造方法において、前記薄肉部は対となる前記磁石挿入孔にそれぞれ形成された前記下抜き孔に跨がって形成されていることを特徴とする回転子積層鉄心の製造方法。
  3. 鉄心片を積層して形成され、円周方向にそれぞれ永久磁石が挿入される複数の磁石挿入孔を有し、前記鉄心片に、前記永久磁石の漏れ磁束が通過する領域Ａに交差する薄肉部が形成された回転子積層鉄心の製造方法において、
    前記鉄心片の前記磁石挿入孔の打ち抜き領域Ｂ内に該打ち抜き領域Ｂの側端部から隙間を設けて予め下抜き孔を形成する第１工程と、
    前記下抜き孔に一端を、前記鉄心片の空間領域Ｃに他端を有し、前記領域Ａを通過する漏れ磁束に交差する溝状の前記薄肉部を形成する第２工程と、
    前記磁石挿入孔及び前記空間領域Ｃを打ち抜き形成する第３工程とを有することを特徴とする回転子積層鉄心の製造方法。
  4. 請求項３記載の回転子積層鉄心の製造方法において、前記下抜き孔は前記薄肉部の延長上にあり、前記下抜き孔の幅は前記薄肉部の幅より広いことを特徴とする回転子積層鉄心の製造方法。
  5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転子積層鉄心の製造方法において、前記下抜き孔は前記薄肉部に接する前記磁石挿入孔の側端部から０．０５〜０．５ｍｍ離していることを特徴とする回転子積層鉄心の製造方法。
  6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転子積層鉄心の製造方法において、前記下抜き孔には、全周の長さを延長する凸部が設けられていることを特徴とする回転子積層鉄心の製造方法。
  7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の回転子積層鉄心の製造方法において、前記空間領域Ｃは前記鉄心片の外形より外側領域、他の前記磁石挿入孔の打ち抜き領域、又は重量軽減用の抜き孔の形成領域であることを特徴とする回転子積層鉄心の製造方法。
  8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の回転子積層鉄心の製造方法において、前記薄肉部の肉厚は前記鉄心片の板厚の０．３〜０．９８倍の範囲にあることを特徴とする回転子積層鉄心の製造方法。
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