KR102215858B1 - 전자 강판의 펀칭 가공 방법 및 적층 철심의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 전자 강판의 펀칭 가공 방법은, 복수매의 전자 강판을 서로 겹친 상태에서 동시에 펀칭함으로써 철심 소편을 제조하는 전자 강판의 펀칭 가공 방법으로서, 백 요크부에 있어서의 최대 자속 밀도보다도 티스부에 있어서의 최대 자속 밀도가 높아지는 고정자 철심에 철심 소편을 적용하는 경우, 서로 겹쳐진 상태에 있어서 하측으로부터 2매째의 전자 강판 및 당해 전자 강판보다 상측에 위치하는 전자 강판의 비커스 경도를, 180HV 이상, 또한, 서로 겹쳐진 상태에 있어서 가장 하측의 전자 강판의 비커스 경도보다 10HV 이상 높게 하는 것을 특징으로 한다.

Description

전자 강판의 펀칭 가공 방법 및 적층 철심의 제조 방법{PUNCH PROCESSING METHOD FOR ELECTRICAL STEEL SHEETS AND METHOD FOR MANUFACTURING LAMINATED CORE}

본 발명은, 전자 강판의 펀칭 가공 방법 및 적층 철심의 제조 방법에 관한 것이다.

최근, 전기 자동차나 하이브리드 전기 자동차를 중심으로 모터나 발전기의 경량화를 목적으로 하여, 철심의 소형화가 지향되고 있고, 출력 확보를 위해 고(高)회전화(고주파화)가 진행되고 있다. 이 때문에, 철심의 철손(core loss) 억제의 관점에서, 판두께 0.30㎜ 이하와 같은 이전보다도 판두께가 얇은 전자 강판에 대한 요청이 높아지고 있다.

그런데, 모터나 발전기용의 철심은, 철손 억제를 위해 판두께를 얇게 한 전자 강판을 모재(base material)로 하고, 이를 펀칭 가공함으로써 제조된다. 펀칭 가공에서는, 가공용의 금형을 프레스기에 설치하고, 코일 이송 장치에 의해 소정 폭으로 슬릿한 모재를 송출하면서 철심 각 부를 펀칭하고, 금형의 안에서 코킹을 실시하여 일체화시키거나, 혹은 펀칭 가공 후의 철심 소편(core segments)(일체화하여 철심으로 하기 전의 상태에 있어서의 펀칭 가공 후의 전자 강판)을 금형으로부터 취출한 후, 용접이나 볼트 고정으로 일체화시킴으로써 철심을 제조한다. 이러한 판두께를 얇게 한 전자 강판을 적층, 일체화시켜 제조되는 철심을 「적층 철심」이라고 칭하는 것으로 한다.

적층 철심의 공업적인 제조 공정에서는, 상기 금형이 상이한 복수의 공정과 이에 상당하는 펀치를 갖고, 모재를 금형 내에서 순차적으로, 다음의 프레스 공정으로 이송하면서 철심의 형상을 형성하고, 최종 프레스 공정에서 철심 외주(外周)를 펀칭함으로써 철심 소편을 모재로부터 이탈시키는 방법이 일반적으로 취해진다. 또한, 최종 프레스 공정에 있어서 철심재가 모재로부터 이탈한 후, 펀치의 하강 동작을 이용하여 코킹 돌기끼리를 끼워맞춤시켜 적층 철심을 일체화시키는 방법도 코킹을 이용한 철심의 공업 생산에서 채용되고 있다. 이러한 펀칭 가공의 일 예를 도 3에 나타낸다. 도 3은, 순송(順送) 금형을 이용한 펀칭 가공의 일 예를 나타내는 개략도이다. 도 3에 나타내는 예에서는, 우선, 철심의 티스부(teeth portion; 11)에 상당하는 부분을 남기고 슬롯부(12)를 모재(S)로부터 펀칭한 후, 철심의 중심부(13)를 펀칭한다. 그리고, 철심의 백 요크부(back yoke portion; 14)의 외주부를 펀칭함으로써 복수매의 철심 소편(15)을 형성하고, 복수매의 철심 소편(15)을 일체화시킴으로써 적층 철심(16)을 제조한다. 또한, 도 3 중, 부호 17은 펀칭 가공에 있어서 발생한 모재(S)의 스크랩을 나타내고 있다.

상기와 같은 프레스 가공이 일반적으로 이용되는 이유는 생산성이 우수하기 때문이지만, 통상의 펀칭 가공에서는 철심 소편을 1매씩 펀칭할 필요가 있기 때문에, 모재의 판두께가 얇아지면 효율이 급격하게 저하한다. 그래서, 이러한 문제를 해결하기 위한 수단으로서, 복수매의 모재를 서로 겹친 상태에서 펀칭하는 기술이 제안되고, 추가로 부수되는 문제점에 대한 해결책이 제안되어 있다. 예를 들면 복수매의 모재를 동시에 서로 겹쳐 금형 내에 이송하는 경우의 모재 간의 어긋남의 문제에 대해서는, 금형 내의 프레스 공정 초기의 펀칭 가공이 행해지기 이전의 공정에서 코킹 등을 이용하여 모재끼리를 고정하는 방법이 제안되어 있다(특허문헌 1, 2 참조).

또한, 모재끼리를 고정하기 위해 합체 걸어고정부(combination locking portion)를 형성하고, 추가로 적층 공정에서 합체 걸어고정부의 볼록 형상이 장해가 되지 않도록 푸시백(push back)을 이용하여 볼록부를 평탄화 가공하는 방법도 제안되어 있다(특허문헌 3 참조). 이들 종래 기술은 모두 복수매의 모재를 동시에 펀칭할 때의 치수 정밀도의 열화의 문제로의 대책을 제안하고 있다. 또한, 펀치와 다이에 상당하는 부분을 내부에 복수 갖는 금형에 의해, 처짐(droop)이나 버어(burr)의 증가를 방지하면서, 복수매의 모재의 펀칭 가공을 1프레스 공정에서 동시에 실시 가능한 방법도 제안되어 있다(특허문헌 4, 5 참조).

일본공개특허공보 소55-156623호 일본공개특허공보 2003-153503호 일본공개특허공보 2005-261038호 일본공개특허공보 2012-115893호 일본공개특허공보 2012-115894호 일본공개특허공보 2005-348456호

복수매의 모재를 서로 겹쳐 동시에 펀칭할 때의 문제점으로서, 철심의 자기적 특성의 열화 및 버어의 증가의 문제가 있다. 일반적으로, 펀칭 가공에서는 펀칭 가공 단부가 강한 소성 변형을 받기 때문에, 펀칭 가공 단부 부근에는 소성 변형이 잔류하고, 자기 특성이 열화하는 것이 알려져 있다. 또한, 자기 특성의 열화량을 정량적으로 평가하면 소성 변형만으로는 설명할 수 없는 점에서, 소성 변형에 부수하여 잔류하는 탄성 변형도 자기 특성의 열화에 영향을 미치고 있다고 생각되고 있다. 이와 같이, 펀칭 가공은, 생산성이 우수한 반면, 철심의 자기 특성을 열화시킨다는 문제점을 갖고 있다. 복수매 서로 겹친 모재에 대하여 펀칭 가공을 행한 경우, 서로 겹친 모재의 사이의 구속력이 약하기 때문에, 소성 변형부가 크게 확대되고, 1매씩 펀칭 가공을 행한 경우에 비해 자기 특성이 열화하고, 모터 특성(효율)이 열위(劣位)가 된다.

그런데, 상기에서 서술한 종래의 복수매의 모재의 겹침에 의한 펀칭 가공 방법의 기술에서는, 펀칭 가공에 의한 철심 치수 정밀도의 열화 및 버어의 증가에 주목하고 있을 뿐이고, 철심의 자기적 특성의 열화에 관한 개선 방책은 제안되어 있지 않다. 또한, 버어의 증가의 대책으로서, 간편, 또한, 유효한 방책이 제안되어 있다고는 할 수 없다. 특허문헌 3에는, 복수매의 모재를 서로 겹쳐 동시에 펀칭 가공을 행함에 있어서, 펀칭 가공 이전의 모재에 합체 걸어고정부를 형성하고, 이것이 모재 적층 시에 점적률(lamination factor)의 저하를 발생시키지 않도록 푸시백 기구로 눌러찌부러트리는 방법이 제안되어 있다. 이 방법에서는, 본 발명에서 착안한 적층 상태에서의 펀칭 가공에 수반하는 철심 자기 특성의 열화의 문제가 고려되어 있지 않을 뿐만 아니라, 푸시백이라는 여분의 가공을 필요로 하기 때문에, 금형 구조가 복잡해져, 비용이나 메인터넌스의 점에서 불리해진다. 또한, 모재끼리를 상호 고정하려면 합체 걸어고정부 이외에 코킹을 실시할 필요가 있기 때문에, 합체 걸어고정부와 코킹의 양쪽의 가공의 영향으로 철심의 자기 특성 열화를 피할 수 없다.

또한, 특허문헌 4, 5 기재의 기술에서는, 복수매의 모재를 직접 서로 겹친 상태에서 펀칭을 행하고 있는 것은 아니기 때문에, 자기 특성의 열화나 버어의 증가에 관해서는 유리하기는 하지만, 금형 구조가 복잡하기 때문에 금형 비용이 대폭으로 증가한다는 단점이 있다. 또한, 복수의 펀치와 다이로 펀칭한 복수의 철심 소편을 효율적으로 적층, 일체화시키기 위한 방법은 제시되어 있지 않다. 또한, 특허문헌 6에는, 복수매의 모재를 서로 겹쳐 펀칭 가공을 행함에 있어서, 길이 방향의 단면을 용접하거나, 반(半)경화 수지를 이용하여 모재의 80％ 이상을 3㎛ 이상의 두께의 접착층으로 접합하고 나서 펀칭 가공과 코킹을 동시에 행하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 이 방법은, 모재의 길이 방향의 단면이나 모재 표면의 80％ 이상과 같은 넓은 영역을 처리할 필요가 있기 때문에, 생산성이나 제조 비용의 점에서의 문제를 갖고 있다.

복수매 서로 겹쳐진 모재의 펀칭 가공에 있어서는, 모재끼리가 서로 겹쳐져 있는 부분에 있어서, 버어가 커지는 경향이 있다. 버어의 증가는 모재의 단부의 변형량이 큰 것을 나타내고 있고, 철심의 자기 특성의 열화로 이어진다. 따라서, 상기의 여러 가지의 관점에서, 서로 겹친 상태의 펀칭 가공에 있어서, 적층했을 때의 내측 부분에서 생기는 버어 높이의 증가를 억제하는 것은 중요한 과제라고 할 수 있다.

본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로서, 그의 목적은, 자기 특성의 열화로 이어지는 버어의 증가를 억제 가능한 전자 강판의 펀칭 가공 방법 및 적층 철심의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 제1 실시 형태에 따른 전자 강판의 펀칭 가공 방법은, 복수매의 전자 강판을 서로 겹친 상태에서 동시에 펀칭함으로써 철심 소편을 제조하는 전자 강판의 펀칭 가공 방법으로서, 백 요크부에 있어서의 최대 자속 밀도보다도 티스부에 있어서의 최대 자속 밀도가 높아지는 고정자 철심에 상기 철심 소편을 적용하는 경우, 서로 겹쳐진 상태에 있어서 하측으로부터 2매째의 전자 강판 및 당해 전자 강판보다 상측에 위치하는 전자 강판의 비커스 경도를, 180HV 이상, 또한, 서로 겹쳐진 상태에 있어서 가장 하측의 전자 강판의 비커스 경도보다 10HV 이상 높게 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제2 실시 형태에 따른 전자 강판의 펀칭 가공 방법은, 복수매의 전자 강판을 서로 겹친 상태에서 동시에 펀칭함으로써 철심 소편을 제조하는 전자 강판의 펀칭 가공 방법으로서, 티스부에 있어서의 최대 자속 밀도보다도 백 요크부에 있어서의 최대 자속 밀도가 높아지는 고정자 철심에 상기 철심 소편을 적용하는 경우, 서로 겹쳐진 상태에 있어서 상측으로부터 2매째의 전자 강판 및 당해 전자 강판보다 하측에 위치하는 전자 강판의 비커스 경도를, 180HV 이상, 또한, 서로 겹쳐진 상태에 있어서 가장 상측의 전자 강판의 비커스 경도보다 10HV 이상 높게 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 적층 철심의 제조 방법은, 본 발명에 따른 전자 강판의 펀칭 가공 방법에 의해 제조된 철심 소편을 적층, 일체화함으로써 적층 철심을 제조하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 전자 강판의 펀칭 가공 방법 및 적층 철심의 제조 방법에 의하면, 자기 특성의 열화로 이어지는 버어의 증가를 억제할 수 있다.

도 1은, 철심 소편이 다이 상에 남는 경우에 있어서의 복수매의 전자 강판을 서로 겹친 상태에서의 펀칭 가공을 나타내는 개략도이다.
도 2는, 철심 소편이 펀치에 의해 펀칭되는 경우에 있어서의 복수매의 전자 강판을 서로 겹친 상태에서의 펀칭 가공을 나타내는 개략도이다.
도 3은, 순송 금형을 이용한 펀칭 가공의 일 예를 나타내는 개략도이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

본 발명의 발명자들은, 예의 연구를 거듭한 결과, 서로 겹친 전자 강판의 경도를 동일하게 하는 것이 아니라, 자기 특성의 열화나 버어의 증가를 억제하는 관점에서, 사용하는 전자 강판으로서 경도가 상이한 재료를 이용하고, 또한 철심의 가공 형태나 모터에서의 철심의 자화 상태를 고려하여 펀칭 가공에 있어서의 재료의 배치를 최적으로 함으로써, 자기 특성이 우수하고, 또한, 버어가 작은 철심을 제조하는 것을 발안했다. 이하, 본 발명의 발안에 이른 경위에 대해서 서술한다.

펀칭 가공의 프로세스에서는, 클리어런스(펀치가 하강했을 때의 다이와의 극간) 내부에 재료가 인입되면서 재료의 파단이 발생하고, 펀칭 가공(전단 가공)이 종료된다. 이러한 경우, 펀칭 가공 단부에는 소성 변형 및 매크로인 소성 유동에 수반하는 탄성 변형이 잔류하여 철심의 자기 특성을 열화시키는 원인이 된다. 특히 복수매의 전자 강판을 서로 겹쳐 펀칭 가공을 행하는 경우에는, 구속력이 약한 적층 내부의 부분에서는 변형의 잔류량이 커지고, 결과적으로 철심 전체의 철손 열화를 초래한다. 또한, 전단 가공을 받는 방향의 측이 다이 또는 펀치와 접촉하고 있지 않는 부분에서는, 버어가 증가한다. 이러한 상황을 도 1 및 도 2에 나타낸다.

도 1은, 전자 강판을 서로 겹친 상태에서의 펀칭 가공에 있어서, 최종적으로 철심이 되는 부분(사선부)이 다이 상에 남는 바와 같은 가공을 나타내는 개략도이고, 도 3에 나타내는 슬롯부(12)의 펀칭 가공에 상당한다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 이러한 펀칭 가공에서는, 우선 하강한 펀치(3)가 상측(하측으로부터 2번째의 전자 강판(1a)보다 위)의 전자 강판에 접촉하고, 상측의 전자 강판의 상면에 처짐을 형성하면서 변형이 진행되지만, 상측의 전자 강판과 하측의 전자 강판의 사이가 구속되어 있지 않기 때문에, 상측의 전자 강판의 하측에는 큰 버어가 생기고, 이에 따라 하측의 전자 강판의 처짐이 커진다. 또한, 서로 겹치게 한 전자 강판 중, 가장 하측의 전자 강판(1b)은 다이(2)에 접촉하고 있기 때문에 버어의 생성량은 작다. 한편, 도 2는 서로 겹친 상태에서의 펀칭 가공에 있어서의, 최종적으로 철심이 되는 부분(사선부)이 펀치로 펀칭되어 다이의 안에 밀어넣어지는 가공을 나타내는 개략도이고, 도 3에 나타내는 백 요크부(14)의 외주부의 펀칭 가공에 상당한다. 이러한 펀칭 가공에서는, 2매 겹침의 전자 강판(1a, 1b)으로 이루어지는 철심 소편 중, 하측의 전자 강판(1b)의 쪽에서 버어가 커지고, 이 버어의 생성과 호응하여 상측의 전자 강판(1a)의 처짐이 커진다.

상기와 같이, 복수매 서로 겹쳐진 전자 강판의 펀칭 가공에 있어서는, 철심 소편 중에서 금형(펀치 또는 다이)에 직접 접촉하고 있는 전자 강판의 버어는 작고, 전자 강판끼리가 접촉하고 있는 부분 중, 금형(펀치 또는 다이)과의 접촉부로부터 먼 쪽의 전자 강판에서 버어가 커진다. 버어 및 처짐의 증가는 전자 강판 단부의 변형량의 증가에 대응하고 있는 점에서, 버어의 증가에 수반하여 철심 소편의 자기 특성이 열화한다. 한편, 전자 강판의 펀칭 가공에 있어서는, 경도가 높은 재료의 쪽이 버어의 생성량이 작은 것이 알려져 있다. 본 발명은, 이 성질을 서로 겹친 상태에서의 펀칭 가공에 적용함으로써, 버어 및 처짐의 증가를 억제 가능하다는 인식에 기초하여 발안되었다. 즉, 버어가 증가하기 쉬운 측의 전자 강판으로서 경도가 높은 재료를 사용함으로써, 이 전자 강판에서의 버어의 증가를 억제함과 함께, 인접한 전자 강판에서 처짐이 증가하는 것을 억제한다. 이들 효과에 의해, 펀칭 가공 단부의 변형 영역의 증가를 방지하고, 자기 특성의 열화를 방지할 수 있다.

여기에서, 서로 겹치는 전자 강판의 모두를 경도가 높은 재료로 한 경우, 고경도 재료는 가공 시의 변형 저항이 크기 때문에, 복수매의 전자 강판을 서로 겹쳐 동시에 펀칭 가공을 행하고자 하면, 합계의 변형 저항이 프레스기의 능력을 초과해 버려, 가공 자체가 불가능해지는 경우가 생긴다. 또한, 고경도의 재료는 첨가 원소를 다량으로 포함함과 함께 여러 가지의 제조상의 곤란성을 갖기 때문에, 고가격이므로, 철심 전체량을 고경도 재료로 하면 필요 이상의 소재 가격의 증가를 초래한다. 따라서, 철심의 자기적 특성, 펀칭 가공을 행하는 프레스기의 능력 및, 철심 재료의 가격의 모두를 동시에 만족시키고자 하는 경우에, 모든 재료를 고경도재로 하는 것보다도, 경도가 상이한 재료를 본 발명에 기초하여 최적으로 배치하여 펀칭 가공을 행하는 것이 좋다.

본 발명은, 프레스기에 설치한 펀칭 가공용의 금형에 전자 강판을 보내고, 펀칭 가공에 의해 철심을 제조하는 방법에 적용함으로써, 철손 특성이 우수한 철심을 고효율로 생산하는 것이 가능하다. 특히, 도 3에 나타낸 순송 금형을 이용한 펀칭 가공에 적용함으로써, 높은 생산 효율의 달성에 유효하게 기여한다.

또한, 본 발명은, 판두께가 0.05∼0.50㎜ 정도의 범위 내에 있는 전자 강판에 적용하는 것이 가능하고, 복수매의 전자 강판을 서로 겹쳐 동시에 펀칭 가공을 행함으로써 생산성의 향상을 도모하는 것이 가능하다. 본 발명에서는 서로 겹쳐 펀칭 가공을 행하는 복수매의 전자 강판의 재질(경도)에 차이를 갖게 하지만, 판두께에 대해서도 동일할 필요는 없고, 판두께가 상이한 복수종의 전자 강판을 이용하는 것이 가능하다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 철심의 제조에서는, 펀칭 가공 금형에 있어서, 우선은 최종적으로 철심이 되는 부분이 다이 상에 남도록 가공하고, 마지막에 모재로부터 떼어놓도록 철심의 외주부의 펀칭 가공을 행하여 철심을 제조한다. 따라서, 철심의 내부에는 도 1 및 도 2 각각의 사선부에 상당하는 가공부가 존재한다.

여기에서, 철심 내부의 부분에서, 모터로서 사용될 때에 자속 밀도가 가장 높은 부분에 있어서, 펀칭 가공 단부의 자기 특성의 열화를 방지할 필요가 있다. 펀칭 가공에 의해 변형이 잔류한 부분에서는, (저자속 밀도역에서의) 투자율(magnetic permeability)의 저하 및 철손의 증가가 생긴다. 철심 내부의 부분에서 평균의 자속 밀도가 낮은 부분에서는, 펀칭 가공에 의한 변형에 의해 투자율이 저하하고, 이러한 부분의 펀칭 가공 단부에서는 자속 밀도가 저하하기 때문에, 자속 밀도가 균등하게 분포하고 있는 경우에 비해 철손의 증가가 억제된다. 한편, 철심 내부에서 평균의 자속 밀도가 높은 부분에서는, 펀칭 가공에 의해 변형이 잔류한 단부 부근도 자속 밀도가 높아지기 때문에, 이러한 부분의 펀칭 가공 단부에서는 현저한 철손의 증가가 발생한다. 이러한 부분으로서, 구체적으로는 고정자 철심의 티스부를 들 수 있다. 특히 브러시리스(brushless) DC 모터의 티스부에서는 최대 자속 밀도가 높아지기 때문에, 펀칭 가공에 의한 철손의 증가가 현저해진다.

도 3에 나타낸 가공에서는 티스부(11)는 가공 시에 다이 상에 남고, 티스부(11)의 가로측 부분은, 도 1에 나타낸 펀칭 가공에 의해 형성된다. 그렇기 때문에, 서로 겹친 상태에서의 펀칭 가공에 있어서, 상측의 전자 강판의 경도를 증가시키면, 티스부 형성을 위한 슬롯부(12)의 펀칭 가공에 있어서, 티스부(11)의 가로측 부분에서 상측의 전자 강판의 버어의 증가가 억제되고, 이 결과로서 하측의 전자 강판의 처짐의 증가가 억제된다. 이 때문에, 서로 겹치는 펀칭에 있어서 자기 특성의 열화를 방지할 수 있다.

상기와 같이 많은 모터에 있어서 자속 밀도가 최대이고, 펀칭 가공에 의한 철손 열화의 영향을 받기 쉬운 티스부에서의 철손 열화를 억제하기 위해서는, 가장 하측의 전자 강판으로부터 2매째 및 그보다도 위의 전자 강판에 경도가 높은 재료를 이용하는 것이 좋다. 또한, 모터나 발전기에 따라서는, 고정자 철심의 백 요크부에서 자속 밀도가 최대가 되는 바와 같은 경우도 있다. 이러한 경우, 최외주의 백 요크부는 가공 시에 펀치에 접촉하는 도 2에 나타낸 형태에서의 펀칭 가공이 되기 때문에, 상측으로부터 세어 2매째 및 그보다도 아래의 전자 강판에 경도가 높은 재료를 이용함으로써 소망하는 효과가 얻어진다. 이와 같이, 철심으로서 사용된 조건에서의 자속 밀도 분포를 고려하여 경도가 상이한 재료의 배치를 결정하는 것이 좋다고 할 수 있다.

또한, 본 발명은, 동시에 펀칭 가공을 행하는 전자 강판의 수가 3매 이상인 경우라도 적용 가능하다. 본 발명의 효과를 얻기 위해서는, 펀칭 가공시에 금형에 접촉하는 전자 강판에 대하여, 그 이외의 전자 강판의 경도의 최솟값과의 차를 구하고, 이것이 본 발명에서 규정하는 범위가 되면 좋다. 또한, 본 발명에서는, 재료 간의 비커스 경도차를 10HV 이상으로 했다. 이는, 철심의 안에서, 다이 또는 펀치와 접촉하면서 펀칭 가공되는 전자 강판 (a)와 접촉하지 않는 전자 강판 (b)의 사이의 비커스 경도차를 충분히 크게 함으로써, 전자 강판 (b)의 버어의 생성량을 작게 하고, 전자 강판 (a), (b)에서의 자기 특성의 열화가 방지되기 때문이다. 또한, 또 다른 관점에서는, 전자 강판 (b)의 버어의 발생량을 소정량 이하로 하면서, 프레스 가공에서의 하중의 과도한 증가나 금형의 마모를 방지하기 때문에 전자 강판 (a)의 비커스 경도를 저하시키기 위해서는, 전자 강판 (b)에 대하여 전자 강판 (a)의 비커스 경도를 10HV 이상 작게 하면 좋다. 이러한 조건으로 함으로써, 프레스 하중과 비용을 억제하면서 목표로 하는 자기 특성을 갖는 철심을 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에서는, 철심 안에서 다이 또는 펀치와 접촉하고 있지 않는 전자 강판의 비커스 경도를 180HV 이상으로 했다. 이 조건을 선택함으로써, 펀칭 가공 중에 다이 또는 펀치에 의한 보존유지에 의해 버어의 생성이 충분히 억제되어 있지 않은 전자 강판에 있어서도, 버어의 생성이 억제되어 버어 높이의 증가가 억제됨과 함께, 펀칭 가공 단부의 변형이 억제되어 철심의 자기 특성의 열화를 방지할 수 있다.

실시예

〔실시예 1〕

코어 외경 160㎜, 티스폭 9㎜, 백 요크폭 9㎜, 코어 높이 45㎜의 스테이터 코어에 대해서, 이하의 표 1에 나타내는 2개의 강대 코일(강판 1(상측), 강판 2(하측): 폭 165㎜)의 배출 후, 프레스기 입측(入側) 앞에서 서로 겹치고 나서, 순송 금형 내로 보내고, 연속적인 펀칭 가공을 행하여, 집중 감기 브러시리스 DC 모터용의 고정자 철심을 제조했다. 이 고정자 철심에 권선을 실시하여, 로터와 함께 모터 케이스에 조입하여 모터로 했다. 얻어진 모터에 대하여 3.0Nm의 부하를 걸면서 1500rpm으로 구동하여 모터의 입력 및 출력을 측정하고, 모터 효율(％)을 평가했다. 여기에서, 모터 효율은 모터의 입력 전력에 대한 모터의 출력의 비율로 했다.

모터의 구동 조건에서의 철심 각 부의 자속 밀도를 측정한 결과, 티스부의 최대 자속 밀도(전체 폭 평균값)는 1.62T, 백 요크부의 최대 자속 밀도(전체 폭 평균값)는 1.0T였다. 이하의 표 1에 여러 가지의 강대 코일의 조합으로 제작한 철심을 이용한 모터의 효율의 비교 결과를 나타낸다. 표 1에 있어서, 재료의 경도는 하중 1㎏에서 10초 보존유지하는 조건에서 측정한 비커스 경도(HV)로 했다. 또한, 재료(철심재)의 평균 철손 W_15/50(W/㎏)은, 판두께로 가중치 부여하여 구한 철손값으로 했다. 표 1에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 조건(실시예)으로 제조된 철심을 이용한 모터에서는 철심재의 평균의 철손에 대하여 높은 모터 효율이 얻어진다.

〔실시예 2〕

코어 외경 160㎜, 티스폭 9㎜, 백 요크폭 5㎜, 코어 높이 45㎜의 스테이터 코어에 대해서, 이하의 표 2에 나타내는 2개의 강대 코일(강판 1(상측), 강판 2(하측): 폭 165㎜)의 배출 후, 프레스기 입측 앞에서 서로 겹치고 나서, 순송 금형 내로 보내고, 연속적인 펀칭 가공을 행하여, 집중 감기 브러시리스 DC 모터용의 고정자 철심을 제조했다. 이 고정자 철심에 권선을 실시하여, 로터와 함께 모터 케이스에 조입하여 모터로 했다. 얻어진 모터에 대하여 3.0Nm의 부하를 걸면서 1500rpm으로 구동하여 모터의 입력 및 출력을 측정하고, 모터 효율(％)을 평가했다. 여기에서, 모터 효율은 모터의 입력 전력에 대한 모터의 출력의 비율로 했다.

모터의 구동 조건에서의 철심 각 부의 최대 자속 밀도를 측정한 결과, 티스부의 최대 자속 밀도(전체 폭 평균값)는 1.62T, 백 요크부의 최대 자속 밀도(전체 폭 평균값)는 1.8T였다. 이하의 표 2에 여러 가지의 강대 코일의 조합으로 제작한 철심을 이용한 모터의 효율의 비교 결과를 나타낸다. 표 2에 있어서, 재료의 경도는 하중 1㎏에서 10초 보존유지하는 조건에 의한 비커스 경도(HV)로 했다. 또한, 재료(철심재)의 평균 철손 W_15/50(W/㎏)은, 판두께로 가중치 부여하여 구한 철손값으로 했다. 표 2에 나타내는 바와 같이, 백 요크부의 자속 밀도가 높아지는 바와 같은 모터(실시예)에서는, 하측의 강판의 경도를 높게 함으로써 모터 효율이 향상되는 것이 확인되었다.

〔실시예 3〕

코어 외경 160㎜, 티스폭 9㎜, 백 요크폭 9㎜, 코어 높이 45㎜의 스테이터 코어에 대해서, 이하의 표 3에 나타내는 3개의 강대 코일(강판 1∼3(상측, 중측, 하측): 폭 165㎜)의 배출 후, 프레스기 입측 앞에서 서로 겹치고 나서, 순송 금형 내로 보내고, 연속적인 펀칭 가공을 행하여, 집중 감기 브러시리스 DC 모터용의 고정자 철심을 제조했다. 이 고정자 철심에 권선을 실시하여, 로터와 함께 모터 케이스에 조입하여 모터로 했다. 얻어진 모터에 대하여 3.0Nm의 부하를 걸면서 1500rpm으로 PWM(Pulse Width Modulated) 정현파 전압 파형으로 구동하여, 모터의 입력 및 출력을 측정하고, 모터 효율(％)을 평가했다. 여기에서, 모터 효율은 모터의 입력 전력에 대한 모터의 출력의 비율로 했다.

모터의 구동 조건에서의 철심 각 부의 최대 자속 밀도를 측정한 결과, 티스부의 최대 자속 밀도(전체 폭 평균값)는 1.62T, 요크부의 최대 자속 밀도(전체 폭 평균값)는 1.0T였다. 표 3에 여러 가지의 강대 코일의 조합으로 제작한 철심을 이용한 모터의 효율의 비교 결과를 나타낸다. 이하의 표 3에 있어서, 재료의 경도는 하중 1㎏에서 10초 보존유지하는 조건에 의한 비커스 경도(HV)로 했다. 또한, 재료(철심재)의 평균 철손 W_15/50(W/㎏)은, 판두께로 가중치 부여하여 구한 철손값으로 했다. 표 3에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 조건(실시예)으로 제조된 철심을 이용한 모터에서는 철심재의 평균의 철손에 대하여 높은 모터 효율이 얻어지는 것이 확인되었다.

[산업상 이용가능성]

본 발명에 의하면, 자기 특성의 열화로 이어지는 버어의 증가를 억제 가능한 전자 강판의 펀칭 가공 방법 및 적층 철심의 제조 방법을 제공할 수 있다.

1a，1b : 전자 강판
2 : 다이
3 : 펀치
11 : 티스부
12 : 슬롯부
13 : 중심부
14 : 백 요크부
15 : 철심 소편
16 : 적층 철심
17 : 스크랩
S : 모재

Claims (3)

1. 복수매의 전자 강판을 다이 상에 서로 겹친 상태에서 펀치로 동시에 펀칭함으로써 철심 소편(core segments)을 제조하는 전자 강판의 펀칭 가공 방법으로서,
   백 요크부(back yoke portion)에 있어서의 최대 자속 밀도보다도 티스부(teeth portion)에 있어서의 최대 자속 밀도가 높아지는 고정자 철심에 상기 철심 소편을 적용하는 경우,
   상기 철심 소편의 상기 티스부가 되는 부분이 상기 다이 상에 남도록 상기 전자 강판을 펀칭 가공할 때, 서로 겹쳐진 상태에 있어서 하측으로부터 2매째의 전자 강판 및 당해 전자 강판보다 상측에 위치하는 전자 강판의 비커스 경도를, 180HV 이상, 또한, 서로 겹쳐진 상태에 있어서 가장 하측의 전자 강판의 비커스 경도보다 10HV 이상 높게 하는 것을 특징으로 하는 전자 강판의 펀칭 가공 방법.
2. 복수매의 전자 강판을 다이 상에 서로 겹친 상태에서 펀치로 동시에 펀칭함으로써 철심 소편을 제조하는 전자 강판의 펀칭 가공 방법으로서,
   티스부에 있어서의 최대 자속 밀도보다도 백 요크부에 있어서의 최대 자속 밀도가 높아지는 고정자 철심에 상기 철심 소편을 적용하는 경우,
   상기 철심 소편의 상기 백 요크부가 되는 부분이 상기 펀치에 의해 펀칭되도록 상기 전자 강판을 펀칭 가공할 때, 서로 겹쳐진 상태에 있어서 상측으로부터 2매째의 전자 강판 및 당해 전자 강판보다 하측에 위치하는 전자 강판의 비커스 경도를, 180HV 이상, 또한, 서로 겹쳐진 상태에 있어서 가장 상측의 전자 강판의 비커스 경도보다 10HV 이상 높게 하는 것을 특징으로 하는 전자 강판의 펀칭 가공 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 기재된 전자 강판의 펀칭 가공 방법에 의해 제조된 철심 소편을 적층, 일체화함으로써 적층 철심을 제조하는 것을 특징으로 하는 적층 철심의 제조 방법.

Images