JP6568969B2 - 積層鉄心 - Google Patents

Description

本発明は、埋め込み磁石型モータの回転子鉄心を構成する鉄心片を積層した積層鉄心に関する。

埋め込み磁石型モータは、モータ特性を向上するため、回転子鉄心の磁石挿入孔と外周との間に形成されるブリッジの幅を細く設計する傾向にある（特許文献１参照）。
図８（Ａ）に従来例に係る回転子鉄心７０の一部を示すが、対となる磁石挿入孔７１、７２と外周７３との間に形成されるブリッジ７４、７５がより細くなっている。このような回転子鉄心７０は、図８（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、各鉄心片７７が複数の工程を有するプレス加工によって形成される。なお、７１ａ、７２ａは永久磁石を示す。

このような鉄心片７７を製造する場合には、図８（Ｂ）に示すように、磁性鋼板７８をストリッパ７９でダイ８０上に保持し、パンチ８１で磁石挿入孔７１（７２）を打ち抜き形成する。次に、図８（Ｃ）に示すように、下流側ステーションでストリッパ８２で磁性鋼板７８をダイ８３上に保持して、パンチ８４で鉄心片７７をダイ８３内に抜き落とし、積層する。図８（Ｂ）、（Ｃ）において、８５がブリッジ（図８（Ａ）でブリッジ７４、７５に相当）を示す。

特開２０１３−６６３３９号公報

しかしながら、以上の鉄心片の製造方法において、図８（Ｂ）の工程で、ブリッジ８５に時計方向のモーメントＭ１がかかり、更に図８（Ｃ）の工程においても、ブリッジ８５に時計方向のモーメントＭ２がかかるので、ブリッジ８５に大きな捩れが発生する。そして、この捩れはブリッジ８５の幅が細くなる程顕著となる。
このような鉄心片を用いて回転子鉄心を組み立てると、回転子鉄心の形状が悪くなり、強度不足やモータ特性が悪化する原因となっている。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、ブリッジの捩れを減少した、形状寸法、モータ特性のよい鉄心片を積層した積層鉄心を提供することを目的とする。

前記目的に沿う第１の発明に係る積層鉄心は、複数の磁石挿入孔を有し、該磁石挿入孔の半径方向外側端と外側領域との間にブリッジを有する鉄心片を積層して形成された積層鉄心において、
前記ブリッジの半径方向外側領域と半径方向内側領域は剪断方向が同一であり、
前記ブリッジの半径方向外側領域が、前記鉄心片の外形線に形成された窪みにより、前記鉄心片の外形線に対して半径方向内側にある。

第２の発明に係る積層鉄心は、第１の発明に係る積層鉄心において、前記ブリッジはコイニング加工によって薄肉に形成されている。

第３の発明に係る積層鉄心は、第１、第２の発明に係る積層鉄心において、前記磁石挿入孔の半径方向外側の長辺と、前記鉄心片の外側領域との間に無鉄心領域が形成されており、
前記無鉄心領域の半径方向外側端と前記鉄心片の外側領域との間に他のブリッジを有し、
前記他のブリッジの半径方向外側領域と半径方向内側領域は剪断方向が同一であり、
前記他のブリッジの半径方向外側領域が、前記鉄心片の外形線に形成された窪みにより、前記鉄心片の外形線に対して半径方向内側にある。

第１の発明に係る積層鉄心は、複数の磁石挿入孔を有し、磁石挿入孔の半径方向外側端と外側領域との間にブリッジを有する鉄心片を積層して形成された積層鉄心において、ブリッジの半径方向外側領域と半径方向内側領域は剪断方向を同一としているので、ブリッジの捩れが減少し、より効率のよい回転子鉄心となる。

第２の発明に係る積層鉄心は、ブリッジにコイニング加工が行われているので、その部分が硬化して捩れが発生しにくく、ブリッジの磁気的特性も悪くなって、モータ効率が上がる。

第３の発明に係る積層鉄心は、磁石挿入孔の半径方向外側の長辺と、鉄心片の外側領域との間に無鉄心領域が形成されているので、漏洩磁束が減少する。

（Ａ）は第１の実施の形態に係る鉄心片の打ち抜き方法を示す部分平面図、（Ｂ）は同方法を示す部分断面図である。 （Ａ）は第１の実施の形態に係る鉄心片の打ち抜き方法を示す部分平面図、（Ｂ）は同方法を示す部分断面図である。 （Ａ）は第１の実施の形態に係る鉄心片の打ち抜き方法を示す部分平面図、（Ｂ）は同方法を示す部分断面図である。 第２の実施の形態に係る鉄心片の打ち抜き方法の説明図である。 第３の実施の形態に係る鉄心片の打ち抜き方法の説明図である。 （Ａ）〜（Ｅ）は第４の実施の形態に係る鉄心片の打ち抜き方法の説明図である。 第５の実施の形態に係る鉄心片の打ち抜き方法の説明図である。 （Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ従来例に係る鉄心片の打ち抜き方法の説明図である。

続いて、添付した図面を参照して、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。
本発明の一実施の形態に係る積層鉄心に用いる鉄心片の打ち抜き方法について具体的に説明する。
図１〜図３に示すように、第１の実施の形態に係る鉄心片の打ち抜き方法によって形成された鉄心片１１は、外周が円形状となって、中央に図示しない軸孔を、周囲には複数の磁石挿入孔１０を備え、磁石挿入孔１０の半径方向外側端１２ａと、鉄心片１１の外側領域（外周部）１２との間にブリッジ１３を有している。即ち、磁石挿入孔１０の外側端部はブリッジ１３によって閉塞している。この実施の形態では、この磁石挿入孔１０には永久磁石が嵌入する永久磁石挿入部１５と永久磁石を固定する樹脂が充填される空隙部１４、１６とを有している。ここで、中央の永久磁石挿入部１５は形成しない（即ち、両側の空隙部１４、１６を永久磁石挿入部とする）場合もある。

第１の実施の形態に係る鉄心片の打ち抜き方法において、軸孔を周知の方法で形成した後又は前に、図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、鉄心片１１となる厚みが０．１５〜０．５ｍｍの磁性鋼板（条材）１８をダイ１９の上に載せ、ストリッパ２０で磁性鋼板１８をダイ１９上に保持した状態で、パンチ２１を用いて、磁石挿入孔１０を打ち抜き形成する。

この作業によって、磁石挿入孔１０の半径方向外側端１２ａにブリッジ１３の半径方向内側端となる部分が形成される。また、このブリッジ１３は磁石挿入孔１０の強度を確保するために必要であるが、ブリッジ１３の幅が広くなると、漏洩磁束が大きくなって、回転子鉄心の磁気効率が下がる。従って、０．２〜１．０ｍｍ（板厚の２〜３倍程度）の幅に設定する。なお、１０ａは抜き滓である。

以上の磁石挿入孔１０を形成する作業においては、ブリッジ１３に図１（Ｂ）において、時計方向のモーメントＡがかかる。
次に、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、別のステーションで、磁性鋼板１８を所定のダイ２４の上に載せ、ストリッパ２５が磁性鋼板１８を押圧保持した状態で、貫通孔２２をパンチ２６によって打ち抜くと、ブリッジ１３が形成される。このとき、図２（Ｂ）に示すように、ブリッジ１３には反時計方向にモーメントＢがかかる。モーメントＡとモーメントＢは逆方向となるので互いに打ち消しあってブリッジ１３にモーメントがかからない。２２ａは抜き滓を示す。また、この貫通孔２２の半径方向内側がブリッジ１３の半径方向外側輪郭１３ｄを形成する。

ブリッジ１３にかかるモーメントＡ、Ｂが逆方向となって相殺するので、鉄心片１１の打ち抜き時に発生するブリッジ１３の捩れが最小となって、設計通りの鉄心片１１となり、これを積層した回転子鉄心（積層鉄心）の精度及び磁気効率も向上する。
この後、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ダイ２８の上に磁性鋼板１８を位置決めして配置し、ストリッパ２９で押さえて、パンチ３０によって外形抜きを行い、ダイ２８内に鉄心片１１を（かしめ）積層する。この場合、貫通孔２２の中心に外形線３２を位置させるのが好ましいが、貫通孔１１は外形線３２に対して半径方向に多少ずれてもよい（即ち、ブリッジ１３の半径方向外側輪郭１３ｄを避けて、鉄心片１１の外形抜きを行う）。
この外形抜きは、ブリッジ１３の半径方向外側輪郭１３ｄが鉄心片１１の外形線３２の内側になるようにして行う。これによって、パンチによる二重切りを防止できる。

また、以上の鉄心片の打ち抜き方法においては、ブリッジ１３の半径方向外側領域と半径方向内側領域は剪断方向が下向きで同一方向となり、これによって、ブリッジ１３の捩れが抑制された鉄心片１１が得られ、結果として寸法精度及び磁気的性質のよい積層鉄心が得られる（以下の実施の形態においても同じ）。

続いて、図４を参照しながら、第２の実施の形態に係る鉄心片の打ち抜き方法について説明する。
第１の実施の形態に係る鉄心片の打ち抜き方法において、ブリッジ１３の形成にあってはブリッジ１３の幅方向一端を形成した後、ブリッジ１３の幅方向他端を形成するので、打ち抜き加工が同時ではなく順次行われることによって、ブリッジ１３に少しの捩れが発生する。

そこで、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ブリッジ１３を形成する（即ち、貫通孔２２を形成する）工程で、底部が同一レベルにある平坦なストリッパ２５の代わりに、図４に示すように、ブリッジ１３の部分のみ底部３３が例えば０．００２〜０．２ｍｍ程度突出したストリッパ３４を使用する。これによって、ブリッジ１３の部分の矯正を行いながら、ブリッジ１３を他の部分より大きな荷重で押圧することができる。なお、その他の工程は、第１の実施の形態に係る鉄心片の打ち抜き方法と同じである。

次に、図５に第３の実施の形態に係る鉄心片の打ち抜き方法を示すが、鉄心片３６にはそれぞれ３つ（複数）に分割された磁石挿入孔３７〜３９を有する磁石挿入孔群４０が設けられている。磁石挿入孔３７と磁石挿入孔３８、及び磁石挿入孔３８と磁石挿入孔３９との間には細幅（約０．５〜１ｍｍ）のブリッジ４１、４２（桟の一例）が形成されている。

このブリッジ４１、４２はその両側にある磁石挿入孔３７〜３９の打ち抜きによって形成されるので、打ち抜きのモーメントが同一になることはないが、細幅であるので捩りが生じ易い。そこで、以上に説明した第２の実施の形態に係る鉄心片の打ち抜き方法を適用して、ブリッジ４１、４２を形成することができる。この場合、底部が突出したストリッパを用いるので、ブリッジ４１、４２がダイ上に、ストリッパの荷重を増加させて、ストリッパによって拘束され、より平坦な状態を保持できる。

第１、第３の磁石挿入孔３７、３９の半径方向外側端と外側領域１２との間には、ブリッジ１３が形成されるが、このブリッジ１３の形成にあっては、第１の実施の形態に係る鉄心片の打ち抜き方法又は第２の実施の形態に係る鉄心片の打ち抜き方法が適用される。なお、磁石挿入孔３７〜３９を形成するパンチは同時に作動させてもよいし、順次作動させてもよい。

続いて、図６（Ａ）〜（Ｅ）を参照しながら、第４の実施の形態に係る鉄心片の打ち抜き方法を説明する。
この実施の形態に係る鉄心片の打ち抜き方法は、以上に説明した第１〜第３の実施の形態に係る鉄心片の打ち抜き方法を更に発展させたものであるので、第１の実施の形態に係る鉄心片の打ち抜き方法と同一の構成要素には同一の符号を記して説明する。

まず、図６（Ｂ）に示すように、鉄心片１１のブリッジ１３ａを含む領域４４をコイニングして薄肉にする。コイニングは平坦なダイ４５の上に磁性鋼板１８を載せ周囲をストリッパ４６で押圧した状態で、コイニングパンチ４７により、ブリッジ１３ａを含む領域４４を押圧し、組織を変形させる。この状態では、磁性鋼板１８にパイロット孔等は形成されているが、磁石挿入孔１０は形成されていない。

次に、図６（Ｃ）に示すようにダイ１９の所定位置に磁性鋼板１８を載せてストリッパ２０で押さえ付けた状態で、パンチ２１によって磁石挿入孔１０を形成する。このとき、ブリッジ１３ａの半径方向内側端５１（磁石挿入孔１０の半径方向外側端１２ａに相当）が形成される。この後、図６（Ｄ）に示すように、ストリッパ２５で磁性鋼板１８を押圧した状態で、ブリッジ１３ａの半径方向外側端（外側輪郭）５０をダイ２４及びパンチ２６によって形成する（貫通孔２２の形成）。なお、半径方向外側端５０の形成と半径方向内側端５１の形成はいずれを先に行ってもよい。

この後、図６（Ｅ）に示すように、ダイ２８の上に磁性鋼板１８（外枠の付いた鉄心片１１）を載せ、周囲をストリッパ２９で押さえて、パンチ３０を押下げ、製品となる鉄心片１１の外形抜きを行う。ブリッジ１３ａの半径方向内側端５１及び半径方向外側端５０はそれぞれ、パンチ２１とダイ１９、及びパンチ２６とダイ２４によって形成され、かつプレス加工時の剪断方向が同一であるので、ブリッジ１３ａに捩れ等が発生しにくい。

第４の実施の形態に係る鉄心片の打ち抜き方法によって製造された鉄心片１１の詳細を図６（Ａ）に示すが、磁石挿入孔１０の両側には、鉄心片１１の外形線３２に交わって形成された貫通孔２２と磁石挿入孔１０とによって形成されたブリッジ１３ａが設けられている。そして、このブリッジ１３ａは、プレス加工前にコイニング加工がなされて、元の厚みの５０〜９０％の厚みに薄肉化している。これによって、ブリッジ１３ａの断面積が減少すると共に、鉄心形状が変化して磁気抵抗が増加し、永久磁石からの磁束漏れが減少し、積層鉄心の磁気効率が向上する。

続いて、図７を参照しながら、第５の実施の形態に係る鉄心片の打ち抜き方法について説明する。図６（Ａ）〜（Ｅ）で説明した第４の実施の形態に係る鉄心片の打ち抜き方法においては、ブリッジ１３ａに対応する磁性鋼板１８の一部領域をコイニングするので、磁性鋼板１８に歪や残留応力が発生し、貫通孔２２と磁石挿入孔１０のプレス加工後に、コイニングされた領域及びその周囲に歪が発生する。

そこで、磁石挿入孔１０の打ち抜きを行う工程、及び貫通孔２２を形成する工程の前に、コイニングする領域に沿って、即ちブリッジ１３ａの両側（半径方向外側及び半径方向内側）に予め長孔（逃がし孔の一例）５５、５６を形成する。これによってコイニング時の鉄心片１１の伸びを吸収し、応力が解放されて大きな残留応力は発生しない。この後、貫通孔２２及び磁石挿入孔１０を順次形成して、ブリッジ１３ａの半径方向外側端５０と半径方向内側端５１を形成する。貫通孔２２の形成によって長孔５５は除去され、磁石挿入孔１０の形成によって長孔５６は除去される。

なお、永久磁石を２個又は３個並べて配置する磁石挿入孔の半径方向外側の長辺と鉄心片の外形線（外側領域）との間に無鉄心領域を形成する貫通孔（図８（Ａ）において、８８）を形成することもでき、貫通孔８８と外形線によって形成されるブリッジ８９の形成にも第１〜第５の実施の形態に係る方法が適用される。これによって、磁石挿入孔に挿入される永久磁石の効率が向上する。

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の改良、変更を行う場合があってもよい。例えば、前記実施の形態においては、具体的数字を用いて説明したが、支障のない範囲で変更可能である。例えば、貫通孔２２によって形成されるブリッジの半径方向外側輪郭は、磁石挿入孔１０の半径方向外側端１２ａの辺長より長く形成しているが、同じ又は短く形成してもよい。
また、第４の実施の形態及び第５の実施の形態におけるコイニングを形成する領域は、磁性鋼板の上面側、下面側のいずれであってもよい。

１０：磁石挿入孔、１０ａ：抜き滓、１１：鉄心片、１２：外側領域、１２ａ：半径方向外側端、１３、１３ａ：ブリッジ、１３ｄ：半径方向外側輪郭、１４：空隙部、１５：永久磁石挿入部、１６：空隙部、１８：磁性鋼板、１９：ダイ、２０：ストリッパ、２１：パンチ、２２：貫通孔、２２ａ：抜き滓、２４：ダイ、２５：ストリッパ、２６：パンチ、２８：ダイ、２９：ストリッパ、３０：パンチ、３２：外形線、３３：底部、３４：ストリッパ、３６：鉄心片、３７〜３９：磁石挿入孔、４０：磁石挿入孔群、４１、４２：ブリッジ、４４：領域、４５：ダイ、４６：ストリッパ、４７：コイニングパンチ、５０：半径方向外側端、５１：半径方向内側端、５５、５６：長孔、８８：貫通孔、８９：ブリッジ

Claims (3)

1. 複数の磁石挿入孔を有し、該磁石挿入孔の半径方向外側端と外側領域との間にブリッジを有する鉄心片を積層して形成された積層鉄心において、
   前記ブリッジの半径方向外側領域と半径方向内側領域は剪断方向が同一であり、
   前記ブリッジの半径方向外側領域が、前記鉄心片の外形線に形成された窪みにより、前記鉄心片の外形線に対して半径方向内側にあることを特徴とする積層鉄心。
2. 請求項１記載の積層鉄心において、前記ブリッジはコイニング加工によって薄肉に形成されていることを特徴とする積層鉄心。
3. 請求項１又は２記載の積層鉄心において、前記磁石挿入孔の半径方向外側の長辺と、前記鉄心片の外側領域との間に無鉄心領域が形成されており、
   前記無鉄心領域の半径方向外側端と前記鉄心片の外側領域との間に他のブリッジを有し、
   前記他のブリッジの半径方向外側領域と半径方向内側領域は剪断方向が同一であり、
   前記他のブリッジの半径方向外側領域が、前記鉄心片の外形線に形成された窪みにより、前記鉄心片の外形線に対して半径方向内側にあることを特徴とする積層鉄心。

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