JP6045638B2 - 積層鉄心の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、回転電機の積層鉄心の製造方法に係り、特にコア片が連結された積層鉄心における生産性の改善、材料歩留りの向上に加え、積層鉄心の特性向上を図るものに関するものである。

従来の積層鉄心としては、バックヨーク部と、バックヨーク部から突出した磁極ティース部と、バックヨーク部端部の一端部に設けられた円弧状の凸状部と、バックヨーク部端部の他端部に設けられた円弧状の凹状部と、円弧状の凸状部に設けられた回転軸部とを備えたコア片を、隣接するコア片の円弧状の凸状部と円弧状の凹状部が嵌合当接するように順次配列してなる第１のコア部材と、コア片を第１のコア部材とは配列方向が異なるように円弧状の凸状部と円弧状の凹状部が嵌合当接して順次配列された第２のコア部材が交互に積層連結されており、コア片が積層された積層鉄心が互いに回転軸部を中心として回転可能に連結されているものが特開２０００−１１６０７４号公報に開示されている。

この隣接するコア片の円弧状の凸状部と円弧状の凹状部の嵌合当接部は、特開２００２−１７１７２５号公報に開示されている様に金型内で打ち抜きと切り曲げ加工によって形成されている。

特開２０００−１１６０７４号公報 特開２００２−１７１７２５号公報

上述した従来の積層鉄心においては、隣接するコア片の嵌合当接部を切り曲げ加工によって形成しているので、切り曲げ加工の曲げ支点に相当する部位に歪みが発生するため、積層鉄心の形状精度の悪化や積層鉄心の部分的な磁気歪により、回転電機の効率低下やトルク脈動が大きくなる等の問題があった。

また、特許文献１の図１には、コア片を直線状に配置してプレス加工することによって、積層鉄心の材料歩留まりを向上させる方法が開示されているが、特許文献１の工程Ａまたは工程Ｂのような隣接するコア片のバックヨーク部端部を形成する隙間とその付近のバックヨーク部の内外周辺部を一体で打抜くパンチを精度良く製作するのは困難であり、また当該パンチは前記隙間と内外周辺部を打抜く箇所が不連続に連結された形状であるため、当該連結部に応力集中が生じパンチの耐久性が低下し、積層鉄心の量産が困難な金型となる。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、量産性に優れかつ材料歩留りの高いプレス加工方法を提供するとともに、コア片の加工歪みを低減して効率やトルク脈動などの特性向上を図ることができる積層鉄心の製造方法を提供するものである。

この発明に係わる積層鉄心の製造方法は、バックヨーク部と前記バックヨーク部から突出した磁極ティース部で構成される分割された複数のコア片のバックヨーク部の隣接する端部は、一端部側に円弧を有した略凸状部が設けられ、他端部側に円弧を有した略凹状部が設けられ、前記コア片の一端部側の略凸状部と前記コア片の他端部側の前記略凹状部がコア片間隙間を挟んで突き合わさるように形成され、一端部側に前記略凸状部と他端部側に前記略凹状部を有するバックヨーク部を持つコア片を順次配列してなる第１のコア部材を形成し、前記第１のコア部材の前記コア片の前記略凸状部の位置に相当する位置に略凹状部とし、前記第１のコア部材の前記コア片の前記略凹状部の位置に相当する位置に略凸状部としたバックヨーク部を持つコア片を順次配列してなる第２のコア部材を形成し、前記第１のコア部材と前記第２のコア部材とが交互に抜きかしめ積層してなる積層鉄心を製造する方法であって、前記複数のコア片を直線状に配置して打ち抜くプレス工程と、前記複数のコア片を積層する積層工程とを備え、前記プレス工程は、前記略凸状部の位置に回転軸部を形成する工程と、前記コア片間隙間を打ち抜く工程と、前記コア片間隙間に隣接する外周側切り欠き部を打ち抜く工程と、前記磁極ティース部を形成する工程とを含み、前記外周側切り欠き部は、前記回転軸部を通り前記磁極ティース部に平行な直線に対して対称形状をしており、前記コア片間隙間の打ち抜き幅が前記コア片の板厚以上であるものである。

この発明に係る積層鉄心の製造方法によれば、前記コア片の隣接する端部間の打ち抜き幅が前記コア片の板厚以上であるものとしたことにより、パンチの製作が容易であり、パンチの耐久性が向上するとともに、加工歪が低減し、効率やトルク脈動などの特性向上を図ることができる。

また、バックヨーク部の隣接する端部を打ち抜く工程を、前記コア片のバックヨーク部の隣接する端部間の反磁極ティース部側に位置する第１部位を打ち抜く第１工程と、前記コア片のバックヨーク部の隣接する端部間の前記磁極ティース部側に位置する第２部位を打ち抜く第２工程と、前記第１工程により打ち抜かれる前記第１部位と前記第２工程により打ち抜かれる前記第２部位とを連通する部位を打ち抜く第３工程とに分割しているため、パンチの製作が容易となると共に、パンチの耐久性が向上し量産性を向上できる。

さらに、コア片を金属シートに直線状に配列した状態でプレス加工が可能となるため、材料歩留まりを向上することができる。

この発明の実施の形態１に係わる回転電機を示す平面図である。 この発明の実施の形態１に係わる積層鉄心を示す平面図である。 この発明の実施の形態１に係わる積層鉄心を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１に係わる図２の部分拡大図である。 この発明の実施の形態１に係わる積層鉄心のプレス加工後の状態を示す平面図である。 この発明の実施の形態１に係わる図５の部分拡大図である。 この発明の実施の形態１に係わる図６の部分拡大図である。 この発明の実施の形態１に係わる積層鉄心のプレス加工工程図を示す平面図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図１ないし図７に基づいて説明するが、各図において、同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。図１はこの発明の実施の形態１に係わる回転電機を示す平面図である。図２はこの発明の実施の形態１に係わる積層鉄心を示す平面図である。図３はこの発明の実施の形態１に係わる積層鉄心を示す斜視図である。図４はこの発明の実施の形態１に係わる図２の部分拡大図である。図５はこの発明の実施の形態１に係わる積層鉄心のプレス加工後の状態を示す平面図である。図６はこの発明の実施の形態１に係わる図５の部分拡大図である。図７はこの発明の実施の形態１に係わる図６の部分拡大図である。図８はこの発明の実施の形態１に係わる積層鉄心のプレス加工工程図を示す平面図である。

これら各図において、１は回転電機であり、積層鉄心３にインシュレータ４を介して駆動コイル５が巻回されたステータ２と、ステータ２の内周側に配置され永久磁石７を有するロータ６と、ステータ２とロータ６を保持するハウジング８を備えている。

積層鉄心３は、図２に示すように例えば９個のコアブロック１２から構成されている。コアブロック１２は、図４に示すように積層鉄心３の円環状の継鉄部を形成するバックヨーク部１３と、バックヨーク部１３から内周側に突出した駆動コイル５が巻回される磁極ティース部１４と、隣接するコアブロック１２を連結するバックヨーク部１３の端部の一端部に設けられた回転軸部１５と、外周側切り欠き部１９から構成され、隣接するコアブロック１２が互いに回転軸部１５を中心として回転可能に連結されている。

積層鉄心３は、図５に示すように各磁極ティース部１４が略平行になるように直線状に展開された状態で電磁鋼板をプレス加工して製造されるものであり、図６に示すように、バックヨーク部１３の一端に略凸状部１７、他端に略凹状部１８、略凸状部１７および略凹状部１８の外周側に設けられた外周側切り欠き部１９を有するコア片１６を、図５（Ａ）、図５（Ｂ）に示すように所定ピッチで略凸状部１７と略凹状部１８が対向するように順次配列された第１のコア部材２０と、第1のコア部材２０とは略凸状部１７と略凹状部１８の方向が逆向きとなるように所定ピッチで略凸状部１７と略凹状部１８が対向するように順次配列された第２のコア部材２１とが、例えば図３に示すように各々３層毎に積層されて抜きカシメ２２によって固定されている。

なお、回転軸部１５はコア片１６の略凸状部１７に設けられている。ここで、外周側切り欠き部１９は、回転軸部１５を通り磁極ティース１４に平行な直線に対して対称形状をしており、第１のコア部材２０と第２のコア部材２１とで磁気的なバランスがとれるためにトルク脈動を低減できるとともに、後述する当該積層鉄心のプレス加工工程において、外周側切り欠き部１９を形成するパンチを１種類とすることができ、金型の簡素化や小型化を図ることができる。

コア片１６は、図２、図４に示すように、回転軸部１５を中心として回転させて円弧状に積層鉄心３を閉じた時に略凸状部１７と略凹状部１８が突き合わさるように構成されている。ここで、回転軸部１５の軸心Ｐ１は図７に示すように略凸状部１７の円弧部の中心Ｐ２よりも外周側に位置するように設けられているので、図５、図６に示すように各磁極ティース部１４が略平行になるように直線状に積層鉄心３を展開した状態において、隣接するコア片１６の略凸状部１７と略凹状部１８間に外周側切り欠き部１９から内周側に繋がるコア片間隙間２３が形成される。

また、図７の二点鎖線で示すようにコア片１６を閉じて円環状の積層鉄心３としたとき、略凹状部１８と略凸状部１７が付き合わさってバックヨーク部１３の磁気抵抗を小さくすることができ、回転電機１の効率のロスを抑制することができる。

続いて、図８の（Ａ）〜（Ｈ）を用いて、積層鉄心３を製造するプレス加工工程を説明する。まず、プレスにセットされた帯状の電磁鋼板に対し、工程（Ａ）において、金型との位置決めを行うパイロット穴３０を打抜く。続いて、電磁鋼板が等ピッチで材料送り方向へ移動し、各工程の加工を連続的に行なう。

工程（Ｂ）は、コア片１６のバックヨーク部１３の隣接する端部間の反磁極ティース部側に位置する第１部位を打ち抜く第１工程であり、第１部位である外周側切り欠き部１９を形成するためのスリット３１を打ち抜く。

工程（Ｃ）は、コア片１６のバックヨーク部１３の隣接する端部間の磁極ティース部側に位置する第２部位を打ち抜く第２工程であり、図は一例として、磁極ティース部１４を形成するよう打ち抜く第４工程とが一体的に動作され、第２部位と磁極ティース１４を形成するスリット３２を打ち抜く。

工程（Ｄ），（Ｅ）は、第１工程により打ち抜かれる第１部位と第２工程により打ち抜かれる第２部位とを連通する部位を打ち抜く第３工程であり、コア片１６のバックヨーク部１３の端部の略凸状部１７と略凹状部１８を形成するためのコア片間隙間２３であるスリット３３，３４を打ち抜く。

これらスリット３３，３４を打ち抜くパンチは、図５(Ａ)、図５(Ｂ)に示す２種の第１のコア部材２０、第２のコア部材２１を形成するために、プレスの動作と同期して自動的に切り替えられ、スリット３３，３４が重複して打ち抜かれることはない。例えば、所定の積層鉄心３の積層枚数、例えば３枚毎にスリット３３とスリット３４が自動的に切り替えられて打ち抜かれる。

ここで、スリット３１，３２，３３，３４はそれぞれ独立したパンチで打ち抜くため、各々のパンチの製作が容易であると共に、予めスリット３１，３２を打抜いた後にスリット３３，３４を打抜くため、パンチの剛性が比較的小さいスリット３３，３４のパンチに加わる負荷を軽減できる。

なお、スリット３３，３４のパンチの耐久性をさらに向上するためには、コア片間隙間２３にあたるスリット３３，３４のパンチの幅をコア片１６（電磁鋼板）の板厚以上に設定することが好ましい。

ここで、前述のように外周側切り欠き部１９を形成するスリット３１が、回転軸部１５を通り磁極ティース１４に平行な直線に対して対称形状、つまりスリット３３，３４に対して対称形状であるため、１種類のパンチで外周側切り欠き部１９を形成することができ、工程（Ｂ）に集約できることから、金型の簡素化や小型化を図ることができる。

続いて、工程（Ｆ）では、抜きカシメ２２が嵌りこむスリット３５と、回転軸部１５が嵌りこむ穴３６を打ち抜き、工程（Ｇ）では、抜きカシメ２２と回転軸部１５のダボを成形する。これら工程（Ｆ）、工程（Ｇ）は選択的に切り替えられて形成される。例えば、工程（Ｆ）は所定の積層鉄心３の積層枚数、例えば３枚毎にスリット３５と穴３６が自動的に切り替えられて打ち抜かれる。このスリット３５に抜きカシメ２２が嵌りこみ、穴３６に回転軸部１５が嵌りこむように積層される。

また、第１のコア部材２０と第２のコア部材２１とで磁気的なバランスがとれるためにトルク脈動を低減できる。最後に、工程（Ｈ）でコア片１６の外周を打ち抜き、連続的に金型内部へコア片１６を積層するが、自動切り替えパンチで構成される工程（Ｆ）が所定の積層鉄心３の積層枚数に達する時点で有効となることで、複数個の積層鉄心３が抜きカシメによって連結されるのを防止している。

なお、工程（Ｆ）、工程（Ｇ）は、工程（Ｄ）が選択された第1のコア部材２０を対象とした場合について述べたが、図示はしないが工程（Ｅ）を選択して同様の工程（Ｆ）、工程（Ｇ）を実施した後、工程（Ｈ）でコア片１６の外周を打ち抜き、連続的に金型内部へコア片１６を積層される。

この発明の実施の形態における回転電機の積層鉄心は、隣接するコア片１６のバックヨーク部１３の端部に略凸状部１７と略凹状部１８を形成する際、バックヨーク部１３の隣接する端部間の反磁極ティース部側に位置する第１部位を打ち抜く第１工程と、バックヨーク部１３の隣接する端部間の磁極ティース部側に位置する第２部位を打ち抜く第２工程と、第１工程により打ち抜かれる第１部位と第２工程により打ち抜かれる第２部位とを連通する部位を打ち抜く第３工程に分割しているため、パンチの製作が容易となると共に、パンチの耐久性が向上し、コア片１６を直線状に配列した状態でのプレス加工の量産性を向上できる。

また、この実施の形態１で製造した積層鉄心は、加工歪を抑制でき、効率やトルク脈動などの特性向上を図ることができるとともに、材料歩留りを向上することができる。さらに、円弧状や環状の状態でプレス加工した場合に比べて電磁鋼板の磁気異方性の影響を低減でき、トルク脈動を低減することができる。

また、コア片１６のバックヨーク部１３の隣接する端部間の磁極ティース部側に位置する第２部位を打ち抜く第２工程と、磁極ティース部１４を形成するよう打ち抜く第４工程とが一体的に動作される場合について述べたが、これに限定されるものではなく、第２部位を打ち抜く第２工程と、磁極ティース１４を形成する打ち抜き工程とは分離して打ち抜くようにしてもよいことは勿論のことである。さらに、磁極ティース１４を形成する打ち抜き工程とコア１６片の外周を打ち抜く工程（Ｈ）とを一体的に打ち抜くようにしてもよく、工程数を縮小して金型の小型化を図ることもできる。

ところで、上述した実施の形態においては、バックヨーク部１３の隣接する端部間の反磁極ティース部側に位置する第１部位を打ち抜く第１工程と、バックヨーク部１３の隣接する端部間の磁極ティース部側に位置する第２部位を打ち抜く第２工程と、第１工程により打ち抜かれる第１部位と第２工程により打ち抜かれる第２部位とを連通する部位を打ち抜く第３工程に分割した場合について述べたが、第１部位を打ち抜く第１工程と、第１部位と第２部位とを連通する部位を打ち抜く第３工程と共通、すなわち、同時に打ち抜くようにしてもよく、上述した従来のものと比し、パンチの製作が容易となると共に、パンチの耐久性が向上し、コア片１６を直線状に配列した状態でのプレス加工の量産性を向上できる。

また、上述した実施の形態においては、バックヨーク部１３の隣接する端部間の反磁極ティース部側に位置する第１部位を打ち抜く第１工程と、バックヨーク部１３の隣接する端部間の磁極ティース部側に位置する第２部位を打ち抜く第２工程と、第１工程により打ち抜かれる第１部位と第２工程により打ち抜かれる第２部位とを連通する部位を打ち抜く第３工程に分割した場合について述べたが、第２部位を打ち抜く第２工程と、第１部位と第２部位とを連通する部位を打ち抜く第３工程と共通、すなわち、同時に打ち抜くようにしてもよく、上述した従来のものと比し、パンチの製作が容易となると共に、パンチの耐久性が向上し、コア片１６を直線状に配列した状態でのプレス加工の量産性を向上できる。

なお、上記実施の形態では、外周側切り欠き部１９を工程（Ｂ）にて形成していたが、コア１６片の外周を打ち抜く工程（Ｈ）に集約して一体的に打ち抜くことで、工程数を縮小して金型の小型化を図ることもできる。

また、上記実施の形態では、回転軸部１５によって隣接するコアブロック１２が連結された積層鉄心を製造する方法であるが、この回転軸部１５の加工を省略し、コアブロック１２が各々分割されている積層鉄心の製造方法にも適用できる。この場合、分割型積層鉄心の材料歩留りを向上するとともに、生産性を向上する効果が得られる。

なお、この発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

この発明は、コア片の加工歪みを低減して効率やトルク脈動などの特性向上を図ることができる積層鉄心の製造方法の実現に好適である。

Claims (2)

1. バックヨーク部と前記バックヨーク部から突出した磁極ティース部で構成される分割された複数のコア片のバックヨーク部の隣接する端部は、一端部側に円弧を有した略凸状部が設けられ、他端部側に円弧を有した略凹状部が設けられ、前記コア片の一端部側の略凸状部と前記コア片の他端部側の前記略凹状部がコア片間隙間を挟んで突き合わさるように形成され、一端部側に前記略凸状部と他端部側に前記略凹状部を有するバックヨーク部を持つコア片を順次配列してなる第１のコア部材を形成し、前記第１のコア部材の前記コア片の前記略凸状部の位置に相当する位置に略凹状部とし、前記第１のコア部材の前記コア片の前記略凹状部の位置に相当する位置に略凸状部としたバックヨーク部を持つコア片を順次配列してなる第２のコア部材を形成し、前記第１のコア部材と前記第２のコア部材とが交互に抜きかしめ積層してなる積層鉄心を製造する方法であって、
   前記複数のコア片を直線状に配置して打ち抜くプレス工程と、前記複数のコア片を積層する積層工程とを備え、
   前記プレス工程は、前記略凸状部の位置に回転軸部を形成する工程と、前記コア片間隙間を打ち抜く工程と、前記コア片間隙間に隣接する外周側切り欠き部を打ち抜く工程と、前記磁極ティース部を形成する工程とを含み、
   前記外周側切り欠き部は、前記回転軸部を通り前記磁極ティース部に平行な直線に対して対称形状をしており、前記コア片間隙間の打ち抜き幅が前記コア片の板厚以上であることを特徴とする積層鉄心の製造方法。
2. 前記複数のコア片の積層方向に相隣なる縁部同士を連結する前記回転軸部が前記略凸状部に設けられ、前記回転軸部の回転中心は前記略凸状部の回転中心より外周側に位置するように設けられたことを特徴とする請求項１に記載の積層鉄心の製造方法。

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