JP5190318B2 - 永久磁石型積層鉄心及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、周囲に複数設けられた磁石装着孔に永久磁石を挿入した永久磁石型積層鉄心及びその製造方法に関する。

高出力のモータには、永久磁石が複数設けられた積層鉄心、例えば、永久磁石型回転子積層鉄心（以下、単に永久磁石型積層鉄心ともいう）を、固定子積層鉄心の内方に配置したものがある。
この永久磁石型積層鉄心には、磁極に相当する部分に複数の磁石装着孔が形成され、各磁石装着孔に永久磁石が挿入されている。この磁石装着孔に挿入された永久磁石は、永久磁石型積層鉄心の回転時に発生する遠心力や、加減速時の慣性力等によって、磁石装着孔内でガタついたり動かないようにするため、固定する必要があった。

永久磁石を磁石装着孔内に固定する技術としては、従来以下に示す方法がある。
例えば、溶融樹脂を磁石装着孔に充填して固化させ、永久磁石を磁石装着孔に固定する方法がある。また、図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、磁石装着孔９０に永久磁石９１を挿入した積層鉄心９２の軸孔９３に、軸孔９３の内径よりも大径で、複数の凹凸９４が周囲に形成された回転軸９５を圧入し、軸孔９３の壁を変形させて各磁石装着孔９０を変形させ、これにより永久磁石９１を押さえて固定する方法がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−３７０５３号公報

しかしながら、前記従来の方法には、未だ解決すべき以下のような問題があった。
溶融樹脂を用いる方法は、永久磁石が磁石装着孔内に信頼性よく固定され有用であるが、永久磁石型積層鉄心をモータとして長年使用した後、これをリサイクルする際には、磁石装着孔部分の分解が難しくなる。このため、資源的に貴重で、かつ高価な永久磁石を、永久磁石型積層鉄心から回収し難い問題がある。特に、近年、モータ効率をより向上させるため、希土類元素で構成された永久磁石が使用されるようになってきており、リサイクルが難しいのは大きな問題である。

一方、軸孔を変形させる方法は、磁石装着孔からの永久磁石の抜止めができ、また永久磁石型積層鉄心をリサイクルする際の永久磁石の回収も容易にできる。しかし、この方法では、外周に凹凸を形成した回転軸を積層鉄心の軸孔に挿入することから、軸孔の内面側周囲が全体に渡って疵つき、しかも変形するため、永久磁石型積層鉄心を長年使用していると、回転伝達の変動や、回転スリップ等の回転異常が発生する恐れがある。更に、永久磁石型積層鉄心の真円度の精度低下が懸念される問題もある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、リサイクルの際に永久磁石を容易に回収でき、しかも磁石装着孔に挿入した永久磁石を、永久磁石型積層鉄心の真円度の精度を低下させることなく、一定の位置に固定できる永久磁石型積層鉄心及びその製造方法を提供することを目的とする。

前記目的に沿う第１の発明に係る永久磁石型積層鉄心は、複数の鉄心片を積層して構成され、中央に形成された軸孔と、周囲に形成され永久磁石が挿入された複数の磁石装着孔とを備え、前記軸孔には回転軸を装着した永久磁石型積層鉄心において、
積層された前記鉄心片の一部に、前記軸孔から前記各磁石装着孔側へ向け、前記鉄心片の周方向に切欠きが間隔をおいて形成され、しかも該隣り合う切欠きの間に前記軸孔側へその基部が突出する押圧部が設けられ、前記軸孔に前記回転軸を装着することで前記押圧部を前記磁石装着孔側へ押圧し、前記永久磁石を前記磁石装着孔に固定している。

第１の発明に係る永久磁石型積層鉄心において、積層された前記鉄心片のうち、前記切欠きと前記押圧部が形成された鉄心片は、その積層方向一側、両側、又は中間部に配置されていることが好ましい。
第１の発明に係る永久磁石型積層鉄心において、前記磁石装着孔と前記切欠きの先部との距離は、前記鉄心片の板厚の１倍以上５倍以下であることが好ましい。

第１の発明に係る永久磁石型積層鉄心において、前記切欠きは、前記軸孔から前記各磁石装着孔側へ向けて形成される切れ目と、該切れ目の先側に形成されるスリットで構成されていることが好ましい。
第１の発明に係る永久磁石型積層鉄心において、前記切欠きの側部には、前記押圧部側へ突出して形成される該押圧部の応力除去用スリットが形成されていることが好ましい。

前記目的に沿う第２の発明に係る永久磁石型積層鉄心の製造方法は、複数の鉄心片の一部に、中央の軸孔片部から周囲に形成された各磁石装着用長孔に向けて、周方向に切欠きを間隔をおいて形成し、隣り合う前記切欠きの間に前記軸孔片部側へその基部が突出する押圧部を形成する工程と、
前記複数の鉄心片をかしめ積層して積層鉄心本体を形成する工程と、
前記鉄心片の磁石装着用長孔が連通して形成された前記積層鉄心本体の各磁石装着孔に永久磁石を挿入する工程と、
前記軸孔片部が連通して形成された前記積層鉄心本体の軸孔に回転軸を装着し、前記押圧部を半径方向外側に押圧して、前記各磁石装着孔に配置された前記永久磁石を固定保持する工程とを有する。

第２の発明に係る永久磁石型積層鉄心において、前記回転軸は、その軸心を中心として回転させながら前記軸孔に挿入することが好ましい。

本発明に係る永久磁石型積層鉄心及びその製造方法は、積層された鉄心片の一部に、軸孔から各磁石装着孔側へ向けて鉄心片の周方向に切欠きを間隔をおいて形成し、隣り合う切欠きの間に軸孔側へその基部が突出する押圧部を設けるので、軸孔に回転軸を挿入する際に、押圧部を磁石装着孔側へ押圧する力を、切欠きが形成されていない場合と比較して小さくできる。これにより、軸孔に回転軸を挿入する際に、各押圧部を鉄心片の磁石装着孔側へ容易に押出すことができ、その結果、軸孔の内面側周囲を傷つけることなく、永久磁石が各磁石装着孔内の外周側（半径方向外側）に押圧され、一定位置に固定できる。従って、永久磁石の固定位置がばらつかず、永久磁石型積層鉄心の重量バランスが向上する。
また、積層された鉄心片の一部に、切欠きを形成して押圧部を設けるので、また、この鉄心片は積層鉄心本体中の極一部であるので、永久磁石型積層鉄心の真円度の精度が低下するということもなく、形状精度に優れる。
更に、永久磁石型積層鉄心は、永久磁石を磁石装着孔内に樹脂で固定しないため、永久磁石型積層鉄心からの永久磁石の回収が容易であり、リサイクルにも適している。

また、切欠きを、軸孔から各磁石装着孔側へ向けて形成される切れ目と、切れ目の先側に形成されるスリットで構成する場合、切欠きによる磁束の流れの障害を少なくできる。
そして、切欠きの側部に、押圧部側へ突出して形成される押圧部の応力除去用スリットを形成する場合、押圧部を回転軸により押圧した際に発生する押圧力に基づく押圧部内の応力が解放され、鉄損特性の劣化を防止できる。

更に、回転軸を、その軸心を中心として回転させながら軸孔に挿入する場合、押圧部の基部が折り曲げられることなく、回転軸を軸孔に挿入できる。これにより、押圧部の押圧による永久磁石の固定を確実にできる。

続いて、添付した図面を参照しつつ、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。
ここで、図１は本発明の一実施の形態に係る永久磁石型積層鉄心の斜視図、図２は同永久磁石型積層鉄心を構成する第１の鉄心片の平面図、図３は同永久磁石型積層鉄心を構成する第２の鉄心片の平面図、図４（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ第１、第２の変形例に係る第２の鉄心片の部分平面図、図５は第３の変形例に係る第２の鉄心片の平面図である。

図１〜図３に示すように、本発明の一実施の形態に係る永久磁石型積層鉄心（以下、単に積層鉄心ともいう）１０は、複数の鉄心片（第１の鉄心片１１、第２の鉄心片１２を含む）を積層して構成され、中央に形成された軸孔１３と、周囲に形成されそれぞれ永久磁石１４が挿入された複数の磁石装着孔１５とを備え、軸孔１３に二点鎖線で示す回転軸１６を装着したものであり、鉄心片１２に、軸孔１３から各磁石装着孔側へ向けて切欠き１７、１８が形成され、しかも隣り合う切欠き１７、１８の間に押圧部１９が設けられ、軸孔１３に回転軸１６を装着することで押圧部１９を磁石装着孔１５側へ押圧し、永久磁石１４を磁石装着孔１５に固定したものである。以下、詳しく説明する。

積層鉄心１０は、板厚が、例えば、０．１５〜０．５ｍｍ程度の電磁鋼板（図示しない）を環状に打抜き、打抜かれた複数の鉄心片１１、１２を積層して構成されるものである。なお、複数の鉄心片１１、１２の積層方法としては、かしめ、溶接、及び接着のいずれか１又は２以上を組み合わせて使用できるが、単に平積みするだけでもよい。
図１に示すように、積層鉄心１０は、積層方向両側に、切欠き１７、１８と押圧部１９を有する鉄心片１２が複数枚ずつ（ここでは、２枚ずつ）配置され、その他が切欠きと押圧部が形成されていない鉄心片１１で構成されている。ここで、積層鉄心１０の積層方向両側とは、挿入された永久磁石１４の上下両端から、それぞれ永久磁石１４の長さの２０％以下（好ましくは、１０％以下）の範囲内に相当する部分を意味する。なお、鉄心片１１と鉄心片１２は、その外側輪郭形状が同一である。

各鉄心片１１、１２は、図２、図３に示すように、それぞれ中央部に貫通した軸孔片部２０、２１が形成され、周囲に複数個（ここでは、８個）の磁石装着用長孔２２、２３が等間隔に形成されている。積層された鉄心片１１、１２の軸孔片部２０、２１が連通して軸孔１３が形成され、また磁石装着用長孔２２、２３が連通して磁石装着孔１５が形成される。
また、鉄心片１２は、図３に示すように、磁石装着用長孔２３の内側領域（鉄心片１２の半径方向内側領域）に、軸孔片部２１から各磁石装着用長孔２３側へ向け（即ち、積層鉄心１０の軸孔１３から各磁石装着孔１５側へ向け）、鉄心片１２の周方向に間隔Ｄを有する２つの切欠き１７、１８が形成されている。

この各切欠き１７、１８は、僅少幅のスリットで形成しているが、図４（Ａ）に示すように、各切欠き１７ａ、１８ａを、軸孔片部２１から各磁石装着用長孔２３側へ向けて形成される切れ目２６と、切れ目の先側に形成されるスリット２７で構成してもよい。なお、
切欠き１７ａと切欠き１８ａの全長は、同一長さとなっているが、異なる長さでもよい。また、スリット２７は、前記した各切欠き１７、１８と同様、僅少幅に形成されている。
切れ目２６は、例えば、特開２００５−３１８７６３号公報に記載された切り曲げとプッシュバックにより形成されるものであり、これにより、切欠きの形成によって生じる磁束の流れの障害を低減、更には防止できる。このため、切れ目２６の長さを、切欠き１７ａ、１８ａの全長の５０％以上、更には７０％以上（上限は９０％）とするのが好ましい。

また、各切欠き１７、１８は、磁石装着用長孔２３と切欠き１７、１８の先部（軸孔片部２１側を基部とする）との最短距離（切欠き１７、１８の延長線上の距離）Ｌ１、Ｌ２が、鉄心片１２の板厚の１倍以上５倍以下（好ましくは、下限を１．５倍、上限を３倍）となるように形成することが好ましい。
ここで、最短距離Ｌ１、Ｌ２が、鉄心片の板厚の１倍未満の場合、最短距離Ｌ１、Ｌ２が短か過ぎて、押圧部を回転軸で押圧する際に、押圧部が鉄心片から取れる恐れがある。一方、最短距離Ｌ１、Ｌ２が、鉄心片の板厚の５倍を超える場合、最短距離Ｌ１、Ｌ２が長過ぎて、押圧部を回転軸で押圧する際に大きな力が必要になると共に、永久磁石への押圧力が小さくなってその固定力が弱くなる。

そして、隣り合う切欠き１７と切欠き１８の間隔Ｄは、永久磁石１４の幅の例えば、０．２倍以上１倍以下（好ましくは、下限を０．４倍、上限を０．８倍）とするのがよい。これにより、押圧部を回転軸で押圧した際に、磁石装着孔１５内の永久磁石１４の位置決めを確実にできる。
各切欠き１７、１８は、その切り込み方向を、磁石装着用長孔２３と直交させ、しかも切欠き１７、１８を平行に形成しているが、磁石装着用長孔２３に対し傾斜させて形成してもよい。例えば、磁石装着用長孔２３側へ向けて間隔Ｄが広がるように、各切欠きを形成することで、隣り合う切欠き間に形成される押圧部と回転軸１６との接触箇所を小さくしながら、永久磁石１４の側面を広い範囲で押圧できる。

また、図４（Ｂ）に示すように、一方側の切欠き１７の側部に、押圧部２８側へ突出して形成される押圧部２８の応力除去用スリット２９を形成してもよい。
この応力除去用スリット２９は、隣り合う切欠き１７、１８間に設けられた押圧部２８内に、押圧部２８の押圧方向とは略直交（例えば、±５度の範囲内で傾斜してもよい）する方向（鉄心片の周方向）に形成されるものである。なお、応力除去用スリットは、他方側の切欠き１８の側部に形成してもよい。
この応力除去用スリット２９は、その基端位置を、切欠き１７の基端（軸孔片部）側から、切欠き１７の全長の２０％以上８０％以下の範囲内に形成することが好ましい。また、応力除去用スリット２９は、切欠き１７を基端として、隣り合う切欠き１７と切欠き１８の間隔Ｄの０．２倍以上０．８倍以下の範囲内まで形成することが好ましい。
これにより、押圧部２８の押圧力に基づいて生じる押圧部２８内の応力を解放し、鉄損特性の劣化を防止できる。

本実施の形態において、隣り合う切欠き１７と切欠き１８の間に設けられた押圧部１９は、その基部２４が、軸孔片部２１側へ突出している（図４（Ａ）、（Ｂ）、図５に示す変形例においても同様）。なお、押圧部１９の先部２５は、永久磁石１４の側面を押圧する部分となる。
軸孔１３に装着された回転軸１６の外周位置（図３の一点鎖線の位置）を基準として、押圧部１９の基部２４の軸孔片部２１側への突出長さＳ１は、永久磁石１４を挿入した際に磁石装着孔１５内に形成される鉄心片１２の半径方向の隙間Ｓ２の例えば、１．２倍以上２倍以下（好ましくは、下限を１．３倍、上限を１．５倍）である。なお、隙間Ｓ２は、例えば、板厚の０．０５倍以上０．５倍以下（好ましくは、下限を０．１倍、上限を０．３倍）である。
この押圧部１９の回転軸１６との接触側輪郭形状は、回転軸１６の周面に沿った円弧状となっているが、直線状でもよい。

なお、鉄心片に形成する切欠きと押圧部は、図５に示す構成にすることもできる。
図５に示す鉄心片（第２の鉄心片）３０は、中央部に軸孔片部３１が形成され、周囲に平面視してハ字状となった対となる磁石装着用長孔３２、３３が、等間隔に複数組（ここでは、４組）配置されている。
鉄心片３０に形成された各磁石装着用長孔３２、３３の内側領域（鉄心片３０の半径方向内側領域）には、軸孔片部３１から各磁石装着用長孔３２、３３側へ向け、鉄心片３０の周方向に間隔を有する２つの切欠き３４、３５が形成されている。なお、各切欠き３４、３５の先端から磁石装着用長孔３２、３３までの距離（各切欠き３４、３５の延長線上の距離）は、同じとなっているが、異なってもよい。ここで、異なる距離とすることで、隣り合う切欠き３４、３５間に形成される各押圧部３６、３７を押圧する際に、磁石装着用長孔３２、３３の変形の仕方を調整できる。

以上に示したように、各切欠き１７、１８と押圧部１９を、永久磁石型積層鉄心１０の積層方向両側に配置される鉄心片１２に設け、積層された鉄心片１１、１２からなる積層鉄心本体の各磁石装着孔１５に永久磁石１４を挿入した後、軸孔１３に回転軸１６を挿入することで、各押圧部１９の基部２４に回転軸１６が接触し、押圧部１９が磁石装着孔１５側へ変位する。これにより、押圧部１９の先部２５が、永久磁石１４を側面から半径方向外側に押圧して、磁石装着孔１５内に永久磁石１４を固定し保持できる。

続いて、本発明の一実施の形態に係る永久磁石型積層鉄心の製造方法について説明する。
まず、ダイとパンチを有する金型を使用して、電磁鋼板（図示しない）から、軸孔片部２０、２１及び磁石装着用長孔２２、２３が形成された環状の鉄心片１１、１２をそれぞれ打抜く。このとき、鉄心片１２には、軸孔片部２１から各磁石装着用長孔２３側へ向け、鉄心片１２の周方向に間隔Ｄを有する２つの切欠き１７、１８を形成することによって、隣り合う切欠き１７、１８の間に軸孔片部２１側へ基部２４が突出する押圧部１９を形成する（以上、鉄心片成形工程）。
そして、各切欠き１７、１８と押圧部１９が形成された鉄心片１２が、永久磁石型積層鉄心１０の積層方向両側に配置されるように、打抜かれた複数の鉄心片１１、１２をかしめ積層して、積層鉄心本体を形成する（以上、積層工程）。

このように、複数の鉄心片１１、１２を積層することで、磁石装着用長孔２２、２３が連通して形成された積層鉄心本体の各磁石装着孔１５内に、永久磁石１４をそれぞれ挿入する（以上、永久磁石挿入工程）。
そして、軸孔片部２０、２１が連通して形成された積層鉄心本体の軸孔１３に回転軸１６を挿入する。このとき、鉄心片１２に設けられた各押圧部１９は、回転軸１６により磁石装着孔１５側（半径方向外側）へ押圧される。
これにより、押圧部１９の先部２５が、永久磁石１４を側面から押圧するので、各磁石装着孔１５内に配置された永久磁石１４を固定し保持できる（以上、永久磁石装着工程）。

なお、押圧部１９の軸孔１３側への突出量によっては、軸孔１３内に回転軸１６を挿入する際に、回転軸１６の先端面が、押圧部１９の基部２４の表面に接触し、押圧部１９の基部２４を折り曲げてしまう恐れがある。
これ防止するため、回転軸１６を、その軸心を中心として回転させながら、軸孔１３に挿入することが好ましい。このとき、押圧部の基部の角、即ち、回転しながら軸孔１３内に挿入される回転軸１６と最初に接触する側の角に、例えば、丸みを形成したり、また面取りを行うことで、更にスムーズに押圧部の押圧を実施できる。
また、回転軸を回転させない場合は、先端部を傾斜させて先細り形状とした回転軸を使用することで、押圧部の基部がその表面を滑り易くなるため、押圧部を磁石装着孔１５側へスムーズに押圧できる。
このように、軸孔１３に回転軸１６を装着することで、永久磁石型積層鉄心１０を製造できる。

以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の永久磁石型積層鉄心及びその製造方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
また、前記実施の形態においては、積層された鉄心片のうち、切欠きと押圧部が形成された鉄心片を、その積層方向両側に２枚ずつ配置した場合について説明したが、挿入する永久磁石の長さによっては、積層方向中間部に配置してもよく、また積層方向の一側（片側）に配置しもよい。また、配置する枚数は、１枚ずつでもよい。

そして、前記実施の形態においては、永久磁石型積層鉄心を構成する複数の鉄心片として、環状に打抜かれた鉄心片を使用した場合について説明したが、連結部で結合された円弧状の複数のセグメント鉄心片で構成してもよい。
更に、磁石装着孔を構成する磁石装着用長孔の配置位置及び形状、また鉄心片に形成する切欠きの形状、長さ、及び個数、そして押圧部の形状及び個数は、上記した実施の形態に限定されるものではない。

本発明の一実施の形態に係る永久磁石型積層鉄心の斜視図である。 同永久磁石型積層鉄心を構成する第１の鉄心片の平面図である。 同永久磁石型積層鉄心を構成する第２の鉄心片の平面図である。 （Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ第１、第２の変形例に係る第２の鉄心片の部分平面図である。 第３の変形例に係る第２の鉄心片の平面図である。 （Ａ）は従来例に係る永久磁石型積層鉄心の平面図、（Ｂ）は同永久磁石型積層鉄心の軸孔に装着する回転軸の正面図である。

符号の説明

１０：永久磁石型積層鉄心、１１、１２：鉄心片、１３：軸孔、１４：永久磁石、１５：磁石装着孔、１６：回転軸、１７、１７ａ、１８、１８ａ：切欠き、１９：押圧部、２０、２１：軸孔片部、２２、２３：磁石装着用長孔、２４：基部、２５：先部、２６：切れ目、２７：スリット、２８：押圧部、２９：応力除去用スリット、３０：鉄心片、３１：軸孔片部、３２、３３：磁石装着用長孔、３４、３５：切欠き、３６、３７：押圧部

Claims (7)

1. 複数の鉄心片を積層して構成され、中央に形成された軸孔と、周囲に形成され永久磁石が挿入された複数の磁石装着孔とを備え、前記軸孔には回転軸を装着した永久磁石型積層鉄心において、
   積層された前記鉄心片の一部に、前記軸孔から前記各磁石装着孔側へ向け、前記鉄心片の周方向に切欠きが間隔をおいて形成され、しかも該隣り合う切欠きの間に前記軸孔側へその基部が突出する押圧部が設けられ、前記軸孔に前記回転軸を装着することで前記押圧部を前記磁石装着孔側へ押圧し、前記永久磁石を前記磁石装着孔に固定していることを特徴とする永久磁石型積層鉄心。
2. 請求項１記載の永久磁石型積層鉄心において、積層された前記鉄心片のうち、前記切欠きと前記押圧部が形成された鉄心片は、その積層方向一側、両側、又は中間部に配置されていることを特徴とする永久磁石型積層鉄心。
3. 請求項１及び２のいずれか１項に記載の永久磁石型積層鉄心において、前記磁石装着孔と前記切欠きの先部との距離は、前記鉄心片の板厚の１倍以上５倍以下であることを特徴とする永久磁石型積層鉄心。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の永久磁石型積層鉄心において、前記切欠きは、前記軸孔から前記各磁石装着孔側へ向けて形成される切れ目と、該切れ目の先側に形成されるスリットで構成されていることを特徴とする永久磁石型積層鉄心。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の永久磁石型積層鉄心において、前記切欠きの側部には、前記押圧部側へ突出して形成される該押圧部の応力除去用スリットが形成されていることを特徴とする永久磁石型積層鉄心。
6. 複数の鉄心片の一部に、中央の軸孔片部から周囲に形成された各磁石装着用長孔に向けて、周方向に切欠きを間隔をおいて形成し、隣り合う前記切欠きの間に前記軸孔片部側へその基部が突出する押圧部を形成する工程と、
   前記複数の鉄心片をかしめ積層して積層鉄心本体を形成する工程と、
   前記鉄心片の磁石装着用長孔が連通して形成された前記積層鉄心本体の各磁石装着孔に永久磁石を挿入する工程と、
   前記軸孔片部が連通して形成された前記積層鉄心本体の軸孔に回転軸を装着し、前記押圧部を半径方向外側に押圧して、前記各磁石装着孔に配置された前記永久磁石を固定保持する工程とを有することを特徴とする永久磁石型積層鉄心の製造方法。
7. 請求項６記載の永久磁石型積層鉄心の製造方法において、前記回転軸は、その軸心を中心として回転させながら前記軸孔に挿入することを特徴とする永久磁石型積層鉄心の製造方法。

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