(57)【要約】【課題】  高性能の回転機用方向性電磁鋼板螺旋鉄心の製造方法を提供する。【解決手段】  Ｔ型歯を有するインナー螺旋回転機鉄心において、鉄心素材が一方向性電磁鋼板で、歯方向が一方向性電磁鋼板圧延方向であり、鉄心継鉄部を螺旋加工すると同時に、歯先Ｔ型部の側端部を螺旋加工されたインナー回転機鉄心の製造方法。隣合う歯先のＴ型部側端部が連なっている連結Ｔ型部側端部を有する帯状鉄心素材を継鉄部と同時に連結歯先Ｔ型部側端部を螺旋加工する。螺旋加工後、歯先Ｔ型部側端部を切断加工する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｔ型歯を有するインナー螺旋回転機鉄心の製造方法において、鉄心素材として一方向性電磁鋼板を用い、歯方向を一方向性電磁鋼板の圧延方向に合わせて所定形状に採片し、鉄心継鉄部と歯先Ｔ型部の側端部を同時に螺旋加工することを特徴とするインナー螺旋回転機鉄心の製造方法。
【請求項２】
隣合う歯先のＴ型部側端部が連なっている連結Ｔ型部側端部を有する帯状鉄心素材を採片することを特徴とする請求項１記載のインナー螺旋回転機鉄心の製造方法。
【請求項３】
螺旋加工後、歯先Ｔ型部側端部を切断加工する請求項２記載のインナー螺旋回転機鉄心の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータや発電機などの回転機の鉄心に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
モータや発電機などの回転機は、小形高出力と低損失高効率が求められている。これに伴い、モータや発電機に高エネルギー積の永久磁石を使用し、鉄心には高透磁率低鉄損材を使用することが進められている。また、巻線のスロット内高占積率化と、低コスト化のための鉄心素材の高歩留まり打抜き加工方法のため、分割鉄心や曲げ鉄心の採用が進んできている。
【０００３】
このような背景において、高透磁率で低鉄損である方向性電磁鋼板を分割鉄心や螺旋加工鉄心に用いることが検討されている。特に多極回転機では、鉄心継鉄部より鉄心歯部の磁束密度が高くなるため、歯方向を方向性電磁鋼板の磁化容易方向である圧延方向にすることが好ましい。
また、インナー鉄心の磁束密度は、界磁源の永久磁石が外側にあるためアウター鉄心より高くなるので、歯方向を方向性電磁鋼板の磁化容易方向である圧延方向にすることが求められている。歯方向を方向性電磁鋼板の磁化容易方向にすることで、高磁束密度で使用できると共に低鉄損化できるので、回転機は小形高出力かつ低損失高効率にできる。
【０００４】
特許文献１に、歯方向を方向性電磁鋼板の磁化容易方向に合わせた螺旋鉄心が開示されている。また特許文献２には、長手方向のｒ値が４以上の帯状金属板の板面内曲げ加工方法が提案されており、具体的には方向性電磁鋼板の圧延直角方向を長手方向とする試料１，試料１１などが発明例として示されている。
【０００５】
一方、モータにおいてはトルク性能が重要であり、前述の高性能磁石、高占積率巻線技術や高透磁率の鉄心素材の活用がなされているが、コギングトルクも重要である。また、モータの低鉄損化のためには、界磁子表面に発生する損失の低減が重要であり、回転子と固定子の間の空隙に発生する磁束の空間高調波の抑制が必要である。
これらの対応のためには、鉄心歯間のスロット開口部を狭くすることがなされている。この場合、前記の方向性電磁鋼板の螺旋鉄心を回転機鉄心に用いると、特許文献１，２のようなアウター鉄心では、螺旋加工でスロット開口部を狭く調整できるが、インナー鉄心では、螺旋加工により歯先が開くためスロット開口部を狭くできない。従って、インナー鉄心に螺旋コアを用いることに問題があった。
【０００６】
螺旋加工鉄心は、分割鉄心と共に、鉄心素材を効率よく使用できる鉄心であり、インナー鉄心に活用することが望まれている。
【特許文献１】特開平７−２９８５７０号公報
【特許文献２】特開平８−２７６２１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記に鑑み本発明は、高性能の回転機用方向性電磁鋼板螺旋鉄心の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の特徴とするところは以下の通りである。
（１）Ｔ型歯を有するインナー螺旋回転機鉄心の製造方法において、鉄心素材として一方向性電磁鋼板を用い、歯方向を一方向性電磁鋼板の圧延方向に合わせて所定形状に採片し、鉄心継鉄部と歯先Ｔ型部の側端部を同時に螺旋加工することを特徴とするインナー螺旋回転機鉄心の製造方法。
（２）隣合う歯先のＴ型部側端部が連なっている連結Ｔ型部側端部を有する帯状鉄心素材を採片することを特徴とする前記（１）記載のインナー螺旋回転機鉄心の製造方法。
（３）螺旋加工後、歯先Ｔ型部側端部を切断加工する前記（２）記載のインナー螺旋回転機鉄心の製造方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のインナー回転機鉄心は、高透磁率で低鉄損である方向性電磁鋼板の圧延方向を全ての歯先方向に向けることができるため、多極回転機用インナー鉄心として、高透磁率、低鉄損であると共に、スロット開口部を調整でき狭くできるので、騒音・振動や回転むらなどにつながるコギングトルクや、表面損の発生につながる空間高調波を低減できる。  
【００１０】
また、方向性電磁鋼板の螺旋加工鉄心では方向性電磁鋼板の圧延直角方に加工されるため、特許文献２に示されているように板厚が殆ど変化しないので、鉄心に占める鉄心素材の占積率が低減せず、界磁磁束を減らすことなく高出力化が維持でき、また鉄心の機械剛性も低下せず、騒音振動も増大しない。また、一般の一体打抜き鉄心に比べて、分割鉄心と同様に使用素材量を少なくできる。分割鉄心と比べると鉄心自身は一体化しているので、鉄心の機械強度は高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明を適用する回転機鉄心はモータ、発電機や磁気歯車などの回転機鉄心で、電機子鉄心や界磁鉄心であり、界磁継鉄も含み、Ｔ型歯を有するインナー螺旋回転機鉄心である。鉄心の素材は一方向性電磁鋼板で、鉄心の歯方向が一方向性電磁鋼板圧延方向になるように用いる。
【００１２】
本発明では、鉄心素材に一方向性電磁鋼板を用いる。一方向性電磁鋼板は、鋼板面の主方位が（０１１）で、鋼板面内圧延方向の主方向が磁化容易方向＜１００＞であるもので、板厚、結晶粒径の大きさ、皮膜の有無、種類は問わない。方位、方向は出来るだけ（０１１）＜１００＞に揃っていると、＜０１１＞方向即ち圧延直角方向の伸びが大きく、かつｒ値（加工による板幅方向変化／板厚変化の比）が大きく出来るので、好ましい。
現状の市販方向性電磁鋼板では６°以下で、オリエントコアハイビー（登録商標）などでは３°以下であり、少なくとも方位方向誤差が６°以下、好ましくは３°以下が良い。  本発明ではこの電磁鋼板を板状のもの、スリットしたものとして、その長さ方向を＜０１１＞方向になるようにして用い、溶接などで連結したコイルとしても良い。
【００１３】
この一方向性電磁鋼板をＴ型歯を有するインナー螺旋回転機鉄心に螺旋加工するにあたり、先ず後述する実施例１のように、一方向性電磁鋼板から、隣り合う歯が連結している帯状鉄心片形状に加工する。このとき、鉄心の歯方向（回転子鉄心の半径方向）が一方向性電磁鋼板の圧延方向になるようにして、鉄心の継鉄部の周方向と、Ｔ型歯の側端部の尖端方向（隣接歯先方向）を一方向性電磁鋼板の圧延直角方向にする必要がある。このときの方位精度は、加工方向を出来るだけ＜０１１＞方向とするために、一方向性電磁鋼板の方位分布角度程度以下にすると良く、６°以下、好ましくは３°以下が良い。
【００１４】
帯状鉄心片形状の長さは、全鉄心を連続した鉄心片で螺旋加工出来るもの、或いは一周分、数分の１周分などが好ましいが、最終的な鉄心形状が得られるならばいくらの長さでも良い。所定の帯状鉄心片形状を得るための加工方法は特に手段は問わないが、帯状鉄心片幅にスリットされた一方向性電磁鋼板コイルをノッチングで加工する方法や、板材やコイル材より一体打抜、レーザカット、放電加工などで加工する方法などが考えられる。
この加工時に、必要があればかしめの爪や爪穴の加工を同時に、或いは連続して行っても良い。
【００１５】
次に、このようにして得られた帯状鉄心片に螺旋加工を施す。この場合、鉄心継鉄部を螺旋加工すると同時に、歯部先端のＴ型部の側端部を延ばす加工をする。その側端部を効率よく加工するため、隣合う歯先のＴ型部側端部が連なっている状態で、継鉄部と同時に螺旋加工すると良い。螺旋加工の最大の伸びは、鉄心素材の伸び(elongation)で決まり、一方向性電磁鋼板の鋼帯幅方向すなわち＜０１１＞方向の伸びは３０％程度であるので、３０％程度かそれ以下に設計する必要がある。
【００１６】
その後、必要があれば連結部を切り離して最終鉄心形状にするが、更に継鉄部のみを螺旋加工して、実施例１のようにスロット開口部を成型しても良い。螺旋加工においては、帯状鉄心片長さ方向に張力或いは圧縮力を付加して、周方向長さを調整しても良い。
【００１７】
Ｔ型部側端部を螺旋加工する場合に、最終形状を得るために、特許文献２に示されているような成形冶具で成形しながら螺旋加工しても良い。隣り合うＴ型部側端部が連なっている連結Ｔ型部側端部は、その後、切断加工して所定の鉄心にするが、切断方法はレーザカット、打ち抜き、ノッチングなどどのような方法でも良い。必要があれば更に、最終形状を得るために歯先Ｔ型部側端部を更に成形加工しても良い。
【００１８】
螺旋加工後の鉄心片は連なっているものの、積層方向は結束されていないので、鉄心を積層鉄心とする場合は、その後、螺旋加工された鉄心を溶接、接着やかしめ等で層間結束して結束すると良い。カシメがある場合は冶具を用いて、積層方向に、カシメ部が同じ位置になるようにして、プレスしてカシメ結束を行うと良い。
このようにして得られた鉄心はその後、加工歪みを除くため焼鈍しても良い。
【実施例１】
【００１９】
ブラシ付きＤＣモータの回転子鉄心に本発明を適用した。回転子鉄心は１８スロットの電機子鉄心である。鉄心は図１（ａ）、（ｂ）に示すように、先ず（ａ）図の方向性電磁鋼板１を（ｂ）図のような帯状鉄心片３に打ち抜く。このとき、鉄心の歯４の方向が方向性電磁鋼板の圧延方向２になるようにする。鉄心継鉄部５の歯部付け根部分に丸平カシメ用の爪７がある。
【００２０】
その後、図２に示すように、軸を通す穴とスロット形状を形成させる冶具８と９，９′を用いて、継鉄部５と同時に、側端部となる歯先連結部６も１０の方向に第一回目の螺旋加工をする。冶具８は鉄心の軸穴を成型するためのもので、冶具９，９′は歯部を固定し、鉄心片３を矢印１０の方向に曲げるためのものである。
【００２１】
ここで、第一回目の螺旋加工では、螺旋加工された歯先連結部が最終的な歯先連結部の長さになるまで螺旋加工する。図２における５′，６′が螺旋加工変形した部分である。  この部分の変形率は、方向性電磁鋼板の鋼板幅方向の伸び３３％以下の２５％となるように設計した。その後、図２の連結した側端部６の中央１１をレーザカットした後、第一回目の螺旋加工された継鉄部５と歯先連結部６を、冶具９′，９″を用いて更に螺旋加工し、図３に示す最終形状にする。
【００２２】
レーザカットした歯先側部６″は、螺旋加工のままではスロット内側に向いているので、図２の矢印１０′の方向に成型する。次に図４に示すように、内径が最終鉄心外径である筒１２に入れ、ポンチ１３で積層方向１４からプレスして、カシメを填め込んで積層結束を行う。図３及び図４において、ｆ−ｆ′は加工後のラジアル方向の断面を示す。
歪み取り焼鈍を施した後、図５に示すように、積層結束された螺旋鉄心１５の軸穴にモータ回転軸１６を圧入し、回転子を完成させる。
【００２３】
完成した鉄心は、歯部が磁気特性が優れている方向性電磁鋼板の圧延方向の特性になるので、低鉄損かつ高磁束密度で使用でき、歯先側端部６″の長さは側端部を螺旋加工しない場合の１．２５倍にできるので、固定子磁石の磁束を鉄心に多く流すことができる。
【実施例２】
【００２４】
ＭＤスピンドルモータの鉄心に本発明を適用した。モータはアウターロータ型１２極ブラシレスＤＣモータであり、鉄心は外径２０ｍｍφ、内径（軸）９ｍｍφの９スロットのインナー鉄心である。従来の方向性電磁鋼板を用いた螺旋コアで、側端部が螺旋加工で延ばされない場合は、側端部１．１４ｍｍまでしかできないが、本発明では１．４５ｍｍまで長くできた。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】ブラシ付きＤＣモータの回転子鉄心への本発明の実施例を示す図であり、（ａ）は方向性電磁鋼板を帯状鉄心片に打ち抜く前、（ｂ）は打ち抜き後の形状を示す。
【図２】本発明により帯状鉄心片に打ち抜き後、鉄心継鉄部と歯先連結部を螺旋加工により変形させた状態を示す図。
【図３】前記螺旋加工後、更に螺旋加工して最終形状に成型した状態を示す図。
【図４】成型後の鉄心を積層結束する状態を示す図。
【図５】モータ回転軸を圧入して積層鉄心を完成させる状態を示す図。
【符号の説明】
【００２６】
１：方向性電磁鋼板
２：圧延方向
３：帯状鉄心片
４：歯
５：継鉄部
６：側端部となる歯先連結部
５′、６′：螺旋加工変形した部分
６″：螺旋加工された歯先側端部
７：丸平カシメ用の爪
８：軸を通す穴を形成させる冶具
９、９′、９″：スロット形状を形成させる冶具
１０：螺旋加工方向
１０′：螺旋加工された歯先側端部の成型方向
１１：側端部６の中央
１２：内径が最終鉄心外径である筒
１３：プレス
１４：プレス方向（積層方向）
１５：積層結束された螺旋鉄心
１６：モータ回転軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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