WO2005112227A1 - 回転電機の回転子鉄心およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

　本発明は、鉄心用鋼板（Ｚ）を打ち抜くことにより得られる打抜き板（９、９ａ）を複数枚積層して形成される回転電機の回転子鉄心（８）であって、前記打抜き板（９、９ａ）は、ヨーク部（１０）と、このヨーク部（１０）に対向して位置する磁極部（１１）と、前記ヨーク部（１０）と前記磁極部（１１）との間に位置する磁石挿入穴（１２）とを備え、前記磁極部（１１）の周方向の両側部に周方向に張り出した張出部（１１ａ）が形成された回転電機の回転子鉄心（８）である。

Description

明 細 書

回転電機の回転子鉄心およびその製造方法

技術分野

[0001] 本発明は、鉄心用鋼板を打ち抜くことにより得られる打抜き板を複数枚積層して形 成される回転電機の回転子鉄心およびその製造方法に関する。

背景技術

[0002] 回転電機例えば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）は 、 日本国公開特許公報平成 8年第 182282号に開示されているように、スロットにコィ ルが収納されてほぼ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ている。回転子の内周面には、 該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、例えば接着に より固定されている。これにより、回転子に磁極が形成される。

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0003] 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用いられている。しかし、この Nd 磁石等を円弧状に成形することは、製造コストの面力 非常に不利となる。このため、 一般的に直方体に成形されている。

[0004] 永久磁石を回転子の磁極として用いる場合、回転子における円弧状のヨーク部に 永久磁石を固定する必要がある。上記 Nd磁石等は、上記の通り一般に直方体に形 成されているので、その形状が前記ヨーク部の円弧状の形状に対して合わず接着等 の方法を取れない。そこで、図 10に示す方法により固定している。すなわち、鉄心用 鋼板を打ち抜いて打抜き板 100を形成する際に磁石挿入穴 101を形成し、この打抜 き板 100を複数枚積層することにより回転子鉄心を構成する。そして、回転子鉄心の 磁石挿入穴 101に、矢印 A方向カゝら Nd磁石 102を挿入し嵌め込むことにより、ヨーク 部 103に対して Nd磁石 102を固定する。

[0005] 矩形状の磁石挿入穴 101は、周方向に延びるヨーク部 103と磁極部 104との間に 形成されており、磁石挿入穴 101の短辺側にはヨーク部 103と磁極部 104とを繋ぐブ リッジ部 105が形成されている。磁石挿入穴 101に Nd磁石 102を挿入した場合、磁 極部 104力もギャップへと通過するはずの磁束の一部がブリッジ部 105を介してョー ク部 103側（異極側）に漏洩し、回転電機のトルク減少、効率低下の原因になる。

[0006] こうした特性の低下を防ぐには、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。し力しながら、このように設定すると、ヨーク部 103と 磁極部 104とを打ち抜く際に打抜き刃（図示せず）によって磁極部 104にヨーク部 10 3方向への圧力が加わると、ブリッジ部 105は圧力に耐え切れずに屈曲してしまう。そ の結果、ヨーク部 103と磁極部 104との相対的距離がずれてしまい、積層に必要な 精度を有する打抜き板 100が得られないという新たな問題が生ずる。

[0007] 本発明の目的は、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およびその製造方法を提供すること にある。

課題を解決するための手段

[0008] 本発明は、鉄心用鋼板を打ち抜くことにより得られる打抜き板を複数枚積層して形 成される回転電機の回転子鉄心において、前記打抜き板は、ヨーク部と、このヨーク 部に対向して位置する磁極部と、前記ヨーク部と前記磁極部との間に位置する磁石 挿入穴とを備え、前記磁極部の周方向の両側部には周方向に張り出した張出部が 形成されて 、ることを特徴とする。

[0009] また、本発明は、上記回転電機の回転子鉄心の製造方法において、鉄心用鋼板 に対し前記磁極部に相当する磁極相当部にカゝしめ部を形成するカゝしめ工程と、前記 鉄心用鋼板に対し前記ヨーク部に相当するヨーク相当部と前記磁極相当部との間を 打ち抜 ヽて磁石挿入穴を形成する挿入穴打抜き工程と、前記鉄心用鋼板から前記 ヨーク相当部、前記磁極相当部、および前記ヨーク相当部と前記磁極相当部とを繋 ぐブリッジ相当部を打ち抜いて打抜き板を形成する最終打抜き工程と、前記打抜き 板を複数枚積層して前記回転子鉄心を形成する積層工程とからなることを特徴とす る。

発明の効果 [0010] 本発明によれば、打抜き板は、磁極部の張出部が打抜き刃に前後左右方向から抱 えられて移動が阻止された状態で打ち抜かれる。このため、磁極部がヨーク部方向に 移動することがなぐヨーク部と磁極部とが正確に位置決めされる。また、ヨーク部と磁 極部とを繋ぐブリッジ部を磁気飽和可能な程度に幅狭な寸法に設定することができ、 磁石の磁束の漏洩を極力低減できる。

図面の簡単な説明

[0011] [図 1]図 1は本発明の第 1実施例であり、回転子鉄心の構成および磁極用永久磁石 の挿入方法を示す図である。

[図 2]図 2は電動機の一部を破断して示す斜視図である。

[図 3]図 3は打抜き板の製造工程を示す図である。

[図 4A]図 4Aはヨーク部と磁極部との間にブリッジ部を有さない打抜き板の一部の形 状を示す図である。

[図 4B]図 4Bはヨーク部と磁極部との間がブリッジ部で繋がれた打抜き板の一部の形 状を示す図である。

[図 5]図 5は最終打抜き工程において図 4Aに示す打抜き板と打抜き刃との平面的な 位置関係を示す図である。

[図 6]図 6は最終打抜き工程において図 4Bに示す打抜き板と打抜き刃との平面的な 位置関係を示す図である。

[図 7]図 7は回転子の一部を拡大して示す破断斜視図である。

[図 8]図 8は本実施例の電動機 Lと従来構成の電動機 Mの電流 トルク特性を示す 図である。

[図 9]図 9は第 2実施例を示す図 6相当図である。

[図 10]図 10は従来例を示す図 1相当図である。

符号の説明

[0012] 8は回転子鉄心、 9、 9a、 9bは打抜き板、 10はヨーク部、 11は磁極部、 11aは張出 部、 12は磁石挿入穴、 13はブリッジ部、 16は力しめ部、 17は永久磁石、 18は榭脂 である。

発明を実施するための最良の形態 [0013] 以下、本発明を外転型の永久磁石式電動機に適用した第 1実施例について図 1〜 図 8を参照しながら説明する。

図 2は、電動機の一部を破断して示す斜視図である。この図 2において、固定子 1 は、多数のティース 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榭脂 4と、各ティース 2に卷回された固定子卷線 5とから構成 されている。

[0014] 回転子 6は、上面が開口した円形容器状をなす磁性体製のフレーム 7を有している 。このフレーム 7の外周部の開口側には環状壁 7aが設けられており、その環状壁 7a の内周に沿って回転子鉄心 8が配置されている。この回転子鉄心 8は、鋼板 (電磁鋼 板) Z (図 3参照)を打ち抜くことにより打抜き板 9を形成し、この打抜き板 9を複数枚積 層することにより構成されて 、る。この回転子鉄心 8の製造方法の詳細は後述する。

[0015] 図 1は、回転子鉄心 8の構成および磁極用の永久磁石 17の挿入方法を示している 。打抜き板 9は、円環状のヨーク部 10とその内周側に位置する磁極部 11とを有し、こ れらヨーク部 10と磁極部 11との間には矩形状の磁石挿入穴 12が形成されて ヽる。 積層される打抜き板 9のうち、最初に積層される最下層の打抜き板 9aと最後に積層さ れる最上層の打抜き板 9aには、ヨーク部 10と磁極部 11とを繋ぐブリッジ部 13が形成 されている。一方、最下層の打抜き板 9aと最上層の打抜き板 9aとに挟まれたその他 の打抜き板 9では、上記ブリッジ部 13が抜き落とされている。従って、積層された打抜 き板 9のうち最下層の打抜き板 9aと最上層の打抜き板 9aとの間には、ブリッジ部 13 の存在しない空間部 13aが生ずる。

[0016] 次に、打抜き板 9および回転子鉄心 8の製造方法を図 3〜図 8を用いて説明する。

図 3は、打抜き板 9の製造工程を示している。図 3の上段に横方向に並べて示すの が打抜き板 9の各製造ステップにおける鋼板 Zの平面図で、その下段に上記平面図 と対応させて示すのが前記鋼板 Zの側断面図である。鋼板 Zの平面図において、斜 線はポンチ 14および打抜き刃 15a〜 15cの概略形状を示して 、る。

[0017] ブリッジ部 13を有さない打抜き板 9においては、最初にステップ S1の切断かしめェ 程で、ロール状の鋼板 (電磁鋼板) Zの卷回を解き、鋼板 Zに対して打抜き刃 15aによ りブリッジ相当部 13, (ブリッジ部 13)を抜き落とす。これと同時に、磁極相当部 1 Γ ( 磁極部 11)に、ポンチ 14によりかしめ部 16を形成する。ブリッジ相当部 13Ίま、ヨーク 相当部 1(Τ (ヨーク部 10)と磁極相当部 1 Γ (磁極部 11)とを繋ぐ部分である。

[0018] 次に、ステップ S2の挿入穴打抜き工程において、上記切断かしめ工程を経た鋼板 ζに対し、打抜き刃 i5bにより、ヨーク相当部 lcrと磁極相当部 ιΓとの間に位置する 磁極穴相当部 12,を打ち抜 ヽて矩形状の磁石挿入穴 12を形成する。切断かしめェ 程と挿入穴打抜き工程を経た鋼板 Zは、磁石挿入穴 12とかしめ部 16を有する。

[0019] その後、ステップ S3の最終打抜き工程において、この鋼板 Zのヨーク相当部 1(Τ (ョ ーク部 10)と磁極相当部 1 Γ (磁極部 11)とを円環状の打抜き刃 15cにて打ち抜く。 ただし、図 3では、表示の便宜上、円環状のヨーク相当部 1(Τの一部分と該部分に対 向する磁極相当部 1 Γのみを打ち抜く打抜き刃のように示している。図 4Αは、打ち 抜かれた打抜き板 9の形状を示している。円環状のヨーク部 10が形成されるとともに 、このヨーク部 10に対し磁石挿入穴 12を隔てて対向する位置に磁極部 11が形成さ れて 、る。ヨーク部 10と磁極部 11との間のブリッジ部 13は存在しな!、。

[0020] 上記打抜き板 9に対し、最下層と最上層の打抜き板 9aは、ヨーク部 10と磁極部 11 との間にブリッジ部 13を有している。この打抜き板 9aは、ステップ 1の切断かしめ工程 を力しめ工程に変更することにより形成される。すなわち、ステップ S1において、プリ ッジ相当部 13,を切断せずにカゝしめ部 16だけを形成し、その後上記ステップ S2と S3 を行う。図 4Bは、打ち抜かれた打抜き板 9aの形状を示している。ヨーク部 10と磁極 部 11とがブリッジ部 13により繋がれて 、る。

[0021] 図 5、図 6は、それぞれ最終打抜き工程における打抜き板 9、 9aと打抜き刃 15cとの 平面的な位置関係を示している。斜線で示す打抜き刃 15cには、磁極部 11およびブ リッジ部 13 (図 5では残存部分 13bのみを示す)を打ち抜き形成する部分に抱持部 1 5caが設けられている。これにより、磁極部 11の周方向の両側部には、当該磁極部 1 1の周方向に張り出した張出部 1 laがー体的に形成される。

[0022] 以上のようにして打抜き板 9、 9aを製造した後、ステップ S4の積層工程において、 形成した打抜き板 9と 9aを図 1に示すように積層して回転子鉄心 8を形成する。上述 したように、最初に打抜き板 9aを置き、その上の中間層に打抜き板 9を積層し、最後 に打抜き板 9aを積層する。その後、磁極用の永久磁石 17例えば Nd磁石を各磁石 挿入穴 12に矢印 B方向より挿入し、この状態で、図 7に示すように磁極部 11相互間 を榭脂 18によりモールドする。これにより回転子 6が形成される。

[0023] このように、打抜き板 9、 9aが積層されて構成される回転子鉄心 8において、最下層 と最上層の打抜き板 9a、 9aはヨーク部 10と磁極部 11とを繋ぐブリッジ部 13を有して おり、中間層の打抜き板 9はブリッジ部 13を有していない。その結果、複数の打抜き 板 9が上下 2枚の打抜き板 9a、 9aに挟まれて力しめられた状態で、中間層のブリッジ 部 13に相当する部分に空間部 13a (図 1参照）が生ずる。この空間部 13aは、磁石挿 入穴 12に挿入された永久磁石 17による磁極部 11からョーク部 10への磁束を遮断 するので、ブリッジ部 13を介した磁極部 11からヨーク部 10への漏洩磁束を大幅に低 減することができる。これにより、磁束の漏洩による電動機のトルクの減少、効率の低 下を極力防止することができる。

[0024] 図 8は、本実施例の電動機 Lと従来構成の電動機 Mの電流 トルク特性を示して 、 る。 V、ずれの電流値にお 、ても本実施例の電動機 Lは従来の電動機 Mよりも高 、ト ルクを有しており、トルク特性ひいては電動機効率が向上していることが分かる。

[0025] 本実施例においては、打抜き板 9を製造する際に、ステップ S 1の切断かしめ工程 でブリッジ相当部 13'を予め切断している。従って、本来ならば、ステップ S3の最終 打抜き工程で打抜き刃 15cにより磁極部 11を打ち抜くときに、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は何らの拘束力も受けずにヨーク部 10 方向へ移動することが考えられる。

[0026] これに対処するため、本実施例では磁極部 11に張出部 11aが形成されている。従 つて、図 5に示すように、最終打抜き工程において、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。その結果、磁極部 1 1が拘束され、磁極部 11は不動状態のまま打ち抜かれる。これにより、ブリッジ部 13 を有しない打抜き板 9aであっても、打ち抜き時に磁極部 11がヨーク部 10方向に移動 することがなぐ磁極部 11とヨーク部 10の位置決めが正確になされ、高精度の打抜き 板 9が得られる。

[0027] なお、磁極部 11における張出部 11aの長さ（張出長）は、各磁極部 11の周方向の 幅に対して 2〜10%となるように設定するのがよい。 2%未満だと、打抜き刃 15cによ つて磁極部 11を抱え込む際の位置決め精度が若干低下してしまい、 10%を超える と、互いの磁極部 11間で磁束の漏洩が生じる可能性があるからである。

[0028] また、本実施例では、最下層と最上層の打抜き板 9aにブリッジ部 13を残し、これら 高い強度を持つ打抜き板 9a、 9aによりブリッジ部 13を有しない打抜き板 9を挟んでか しめることにより固定している。このため、積層されたブリッジ部 13を有しない打抜き 板 9がばらけることを防止できるとともに、回転子鉄心 8全体の強度も向上させることが できる。

[0029] 次に、本発明の第 2実施例について図 9を参照しながら説明する。

図 9は、最終打抜き工程における打抜き板 9bと打抜き刃 15cとの平面的な位置関 係を示すもので、図 6と同一部分には同一符号を付している。

[0030] 本実施例の打抜き板 9bの製造工程では、最初にステップ S 1のかしめ工程でかし め部 16を形成する。このとき、ブリッジ部 13 (図 6参照）の切断は行わない。その後、 ステップ S2の挿入穴打抜き工程を経て、ステップ S3の最終打抜き工程に進み、打抜 き刃 15cの張出部分 15cbによりブリッジ部 20を形成しつつ打抜き板 9bを打ち抜く。 このブリッジ部 20は、図 6に示すブリッジ部 13とは異なり、磁気飽和可能なように幅狭 な寸法となっている。従って、本実施例では、ステップ S4の積層工程において上記 打抜き板 9bのみを積層して回転子鉄心 8を構成する。

[0031] 本実施例によれば、打抜き刃 15cの抱持部 15caが鋼板 Zにおける磁極部 11の周 囲を前後左右方向力 抱え込むため、磁極部 11が不動状態のまま打ち抜かれる。こ のため、打抜き板 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。また、ブリッジ部 20の磁気飽和により当該ブリッジ部 20を介した磁束の漏 洩を抑制することができる。これにより、回転子鉄心 8の強度をある程度保ちながら、 電動機のトルクの減少、効率の低下を極力防止することができる。

[0032] なお、本発明は、上記した各実施例に限定されるものではなぐ例えば次のような 変形が可能である。

積層工程においては、ヨーク部 10と磁極部 11とを繋ぐブリッジ部 13を有する打抜 き板 9aを少なくとも 1枚積層すればよい。 1枚の打抜き板 9aを用いる場合、打抜き板 9aを積層方向のほぼ中央に含ませ、この打抜き板 9aを基準にして他の打抜き板 9を 力しめて固定するとよい。この構成によれば、全体として強度のある回転子鉄心 8を 得られる。また、ブリッジ部 13の断面積が一層減少するので、漏洩磁束を一層低減 することができる。その結果、電動機のトルクの減少、効率の低下をより確実に防止 することができる。なお、ブリッジ部 13を有する打抜き板 9aは、積層方向においてど こに介在させても同様な効果が得られる。

[0033] 磁極用の永久磁石 17は、 SmFe磁石（サマリウム鉄磁石）等であってもよい。

産業上の利用可能性

[0034] 以上のように、本発明に係る回転電機の回転子鉄心およびその製造方法は、外転 型または内転型の永久磁石式電動機に有用である。

Claims

請求の範囲

[1] 鉄心用鋼板 (Z)を打ち抜くことにより得られる打抜き板 (9、 9a、 9b)を複数枚積層し て形成される回転電機の回転子鉄心（8)において、

前記打抜き板（9、 9a、 9b)は、ヨーク部（10)と、このヨーク部（10)に対向して位置 する磁極部（11)と、前記ヨーク部（10)と前記磁極部（11)との間に位置する磁石挿 入穴（12)とを備え、

前記磁極部（11)の周方向の両側部には周方向に張り出した張出部（11a)が形成 されていることを特徴とする回転電機の回転子鉄心。

[2] 請求項 1の回転電機の回転子鉄心において、

前記ヨーク部（10)と前記磁極部（11)とを繋ぐブリッジ部（ 13)を有する少なくとも 1 枚の打抜き板 (9a)と、前記ブリッジ部（13)が抜き落とされた打抜き板 (9)とが積層さ れている。

[3] 請求項 2の回転電機の回転子鉄心において、

最下層と最上層に積層される打抜き板 (9a)は、前記ブリッジ部（13)を有する。

[4] 請求項 1の回転電機の回転子鉄心において、

前記張出部（1 la)の張出長は、前記各磁極部（11)の周方向の長さに対して 2% 〜 10%の範囲である。

[5] 請求項 1の回転電機の回転子鉄心において、

前記磁石挿入穴（12)に磁石（17)が挿入された状態で前記磁極部（11)の相互間 が榭脂（18)によりモールドされている。

[6] ヨーク部（10)、このヨーク部（10)に対向して位置する磁極部（11)、および前記ョ ーク部（10)と前記磁極部（11)との間に位置する磁石挿入穴（12)を備え、前記磁 極部（11)の周方向の両側部に周方向に張り出した張出部（11a)が形成された回転 電機の回転子鉄心 (8)の製造方法にお 、て、

鉄心用鋼板 (Z)に対し前記磁極部（11)に相当する磁極相当部（1 Γ)に力 め部（ 16)を形成する力しめ工程と、

前記鉄心用鋼板 (Z)に対し前記ヨーク部（10)に相当するヨーク相当部（1(Τ)と前 記磁極相当部（11Ίとの間を打ち抜いて磁石挿入穴（12)を形成する挿入穴打抜き 工程と、

前記鉄心用鋼板 (Z)から前記ヨーク相当部（1(T)、前記磁極相当部（1Γ)、およ び前記ョーク相当部（ 1(Τ )と前記磁極相当部（ 1 Γ )とを繋ぐブリッジ相当部（ 13Ίを 打ち抜 ヽて打抜き板 (9a、 9b)を形成する最終打抜き工程と、

前記打抜き板 (9a、 9b)を複数枚積層して前記回転子鉄心 (8)を形成する積層ェ 程とからなることを特徴とする回転電機の回転子鉄心の製造方法。

[7] ヨーク部（10)、このヨーク部（10)に対向して位置する磁極部（11)、および前記ョ ーク部（10)と前記磁極部（11)との間に位置する磁石挿入穴（12)を備え、前記磁 極部（11)の周方向の両側部に周方向に張り出した張出部（11a)が形成された回転 電機の回転子鉄心 (8)の製造方法にお 、て、

鉄心用鋼板 (Z)に対し前記ヨーク部（10)に相当するヨーク相当部（1(Τ)と前記磁 極部（ 11 )に相当する磁極相当部（ 1 Γ )とを繋ぐプリッジ相当部（ 13Ίを切断すると ともに前記磁極相当部（1Γ)にカゝしめ部（16)を形成する切断かしめ工程と、 前記鉄心用鋼板 (Ζ)に対し前記ヨーク相当部（1(Τ)と前記磁極相当部（1Γ)との 間を打ち抜!/ヽて前記磁石挿入穴（12)を形成する挿入穴打抜き工程と、

前記鉄心用鋼板 (Ζ)から前記ヨーク部（10)と前記磁極部（11)とを打ち抜 、て打 抜き板 (9)を形成する最終打抜き工程と、

前記打抜き板 (9)を複数枚積層して前記回転子鉄心 (8)を形成する積層工程とか らなり、

前記積層工程にお!、て、前記ヨーク部（10)と前記磁極部（11)とを繋ぐブリッジ部（ 13)を有する打抜き板 (9a)を少なくとも 1枚含ませることを特徴とする回転電機の回 転子鉄心の製造方法。

[8] 請求項 7の回転電機の回転子鉄心の製造方法において、

前記積層工程において、最初と最後に積層する打抜き板 (9a)は、前記ヨーク部（1 0)と前記磁極部（11)とを繋ぐブリッジ部（13)を有する。

[9] 請求項 6の回転電機の回転子鉄心の製造方法において、

前記張出部（1 la)の張出長は、前記各磁極部（11)の周方向の長さに対して 2% 〜 10%の範囲である。

[10] 請求項 7の回転電機の回転子鉄心の製造方法において、

前記張出部（1 la)の張出長は、前記各磁極部（11)の周方向の長さに対して 2% 〜 10%の範囲である。

[11] 請求項 6の回転電機の回転子鉄心の製造方法において、

前記回転子鉄心 (8)は、前記磁石挿入穴（12)に磁石（17)が挿入された状態で前 記磁極部（11)の相互間が榭脂（18)によりモールドされる。

[12] 請求項 7の回転電機の回転子鉄心の製造方法において、

前記回転子鉄心 (8)は、前記磁石挿入穴（12)に磁石（17)が挿入された状態で前 記磁極部（11)の相互間が榭脂（18)によりモールドされる。