JP5875746B2 - 固定子鉄心の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、板状材料（例えば、磁性金属板）から歩留りよく板取りすることができ、かつ生産性にも優れた例えばステッピングモータに使用される固定子鉄心の製造方法に関する。
従来、ステッピングモータ用の積層鉄心は、回転子鉄心と固定子鉄心のエアギャップが非常に小さいため、両鉄心片間の打ち抜きカスが幅狭となって、抜き途中で破断し、金型のダイ下方に落下せずに２度抜きすることがある。また、スクラップの引っ掛かりに起因して金型が破損する恐れもある。また、回転子鉄心片の外側に形成される歯と、固定子鉄心片の内側に形成される小歯が一枚の板状材料に所望の多数形状で打ち抜きできない場合には、回転子鉄心片と固定子鉄心片を別々の金型で打ち抜かねばならず、材料歩留りが低下し、非常にコストがかかるという問題があった。
上記した問題を解決するための従来技術として、例えば、特許文献１に記載のように、回転子鉄心片及び固定子鉄心片の少なくとも一方の表面に、板厚方向に押圧して平たく伸ばした薄肉箇所を設け、一つの金型で回転子鉄心片と固定子鉄心片の共取りを可能にしたものが提案されていた。
特許第２９５５８０４号公報
しかしながら、特許文献１に記載の技術は、薄肉箇所を形成する際に、特に磁極先端部を半径方向内側に延伸する場合に、板厚方向片側から押圧しているので、磁極片部に反りが出てしまい、その後のかしめ形成で強制的に反りを戻す必要があり、かしめ精度及びコアの内径精度が安定しないという問題があった。また、この問題は延伸量を増やそうと押圧を深くいれた場合は反りも大きくなってしまい、製品品質に悪影響を与えていた。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、薄肉箇所を形成して磁極片部を延伸するに際して、磁極片部の反りをなくすことが可能となり、かしめ精度及び回転子鉄心片と固定子鉄心片の共取り時の積層鉄心の寸法精度を向上する固定子鉄心の製造方法を提供することを目的とする。
前記目的に沿う本発明に係る固定子鉄心の製造方法は、中央部に位置する回転子鉄心片が抜き落された磁性金属板から打ち抜き形成された固定子鉄心片を積層する固定子鉄心の製造方法であって、
前記固定子鉄心片の各磁極片部の巻線部を構成するストレート片部に厚み方向両側から同一箇所を押圧して薄肉部を形成し、しかも、前記薄肉部の厚み方向両側に形成された溝の断面形状は同一かつ矩形として、前記磁極片部を半径方向内側に所定長さだけ延伸する。この厚み方向両側からの押圧は一回であってもよいし、複数回であってもよい。
ここで、矩形には正四角形の他、角部が丸くなった四角形も含まれる。
本発明に係る固定子鉄心の製造方法において、前記薄肉部は前記磁極片部の同一箇所を厚み方向両側から複数回に分けて押圧されて形成されている場合であっても本発明は適用される。
本発明に係る固定子鉄心の製造方法においては、固定子鉄心片の磁極片部に厚み方向両側から同一箇所を押圧して薄肉部を形成して、磁極片部を半径方向内側に延伸し、従来のように片側表面からパンチを深く押圧する必要がないので、磁極片部の湾曲（反り）を防止し、かしめ精度及び共取り時の固定子鉄心の内径精度が向上する。
更に、厚み方向両側を押圧して薄肉部を形成することによって、厚み方向片側のみを押圧して薄肉部を形成した場合より磁気的特性を変えずに半径方向内側により長く延伸させることができる。また、厚み方向片側のみを押圧して磁極片部を延伸させた場合と同様の延伸量を得ながらも、磁気的特性は更に向上する。
本発明の一実施の形態に係る固定子鉄心と該固定子鉄心と対となる回転子鉄心の斜視図である。 （Ａ）は同固定子鉄心に用いる固定子鉄心片の平面図、（Ｂ）はＡ−Ａ矢視断面図である。 本発明の一実施の形態に係る固定子鉄心の製造方法を示す工程図である。 （Ａ）は同固定子鉄心の製造方法の一工程の説明図であり、（Ｂ）〜（Ｄ）は他の変形例に係る溝の断面形状を示す説明図である。 （Ａ）、（Ｂ）は本発明に係る固定子鉄心の作用及び効果を確認するために行った試験片の説明図である。 従来例と実施例に係る鉄心片における磁束の流れを示す説明図である。
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る固定子鉄心１０は、ステッピングモータに使用されるもので、環状のヨーク部１１の内側に複数の磁極部１２が設けられている。磁極部１２は捲線部１３と、捲線部１３の半径方向内側に設けられた極歯１４とを有し、各極歯１４の半径方向内側には複数の小歯１５が設けられている。
固定子鉄心１０は複数枚の固定子鉄心片１７（図２参照）をかしめ部１６を介してかしめ積層して形成されたもので、固定子鉄心片１７の形状は平面視した固定子鉄心１０の形状と同一であり、周囲にヨーク片部１８、その内側に複数の磁極片部１９を備えている。磁極片部１９は積層されて捲線部１３を構成するストレート片部２０と、ストレート片部２０の半径方向内側に形成される極歯片部２１とを有し、極歯片部２１の内側には小歯２２が形成されている。
図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、磁極片部１９のストレート片部２０には、厚み方向両側から同一箇所に押圧して形成された薄肉部２４がそれぞれ設けられている。薄肉部２４の表裏には、断面矩形の溝２５、２６が形成されている。溝２５、２６は同一形状となって、その溝深さｂは板厚（例えば、板厚を０．５ｍｍとした場合）の、２〜２０％となって、溝幅ａは例えば１〜６倍程度となっている。
かしめ部１６は半抜きかしめであってもよいし、Ｖ字かしめであってもよい。この実施の形態においては、薄肉部２４をストレート片部２０の半径方向内側に形成したが、ストレート片部２０の中央部又は半径方向外側に配置することもできる。
図１にこの固定子鉄心１０と対となる回転子鉄心２８が示されているが、回転子鉄心２８は中央に軸孔２９が、周囲に多数の歯３０が形成されている。この歯３０の先端部は、固定子鉄心１０の小歯１５の先端とは僅少の隙間を有して回転子鉄心２８が固定子鉄心１０内を回転できる構造となっている。
続いて、図３を参照しながら、本発明の一実施の形態に係る固定子鉄心の製造方法について説明する。
図３に示すように、本発明の一実施の形態に係る固定子鉄心の製造方法を適用する固定子鉄心の製造装置は、ステーションＡ〜Ｉを有し、ステーションＡでは、厚みが例えば０．３〜１ｍｍ程度の長尺の磁性金属板３２にパイロット孔３３を形成する。ステーションＢでは、４つのパイロット孔３３で位置決めされた磁性金属板３２に軸孔２９を形成する。
ステーションＣでは、軸孔２９の周囲にかしめ部３５を形成し、ステーションＤでは回転子鉄心片３６を外形抜きし、金型内で積層し、回転子鉄心２８を製造する。ステーションＥでは、固定子鉄心片１７の各磁極片部１９の輪郭を形成するスロット３７を打ち抜く。そして、ステーションＦでは、各磁極片部１９を構成するストレート片部２０に一部に押圧（コイニング）を行い、薄肉部２４を形成する。この実施の形態では薄肉部２４はそれぞれ円弧状となって、全体として同一円上にあるが、薄肉部を直線状としてもよい。なお、回転子鉄心片３６と固定子鉄心片１７は同心上に形成される。
この様子を、図４（Ａ）に示すが、ストレート片部２０を上下からパンチ（凸形金型）３８、３９で押圧し、所定幅で所定深さの溝２５、２６を形成している。これによって、ストレート片部２０の半径方向外側はヨーク片部１８で拘束されているので、ストレート片部２０は半径方向内側に伸びることになる。また、材料の延性を高めるため、ファインブランキングの加工のように、例えば、図４（Ａ）に示すように、楔状のＶリング２０ａで材料をダイの上に圧接固定して押圧してもよい。なお、Ｖリング２０ａを省略することは当然可能である。
なお、ストレート片部２０を上下から同一箇所に押圧（コイニング）するパンチによって、図４（Ｂ）に示すように幅広の溝４０、４１を形成することもできるし、図４（Ｃ）に示すように、幅狭の溝４２、４３を形成することもできる。また、図４（Ｄ）に示すように溝底面４４、４５の断面が円弧状の溝４６、４７とすることもできる。また、金型のレイアウトから溝が幅広なパンチによる押圧が可能となる場合は、小型のパンチ（例えば、幅狭のパンチ）で複数回押圧することで幅広の溝を形成することもできる。
磁極片部１９の延伸する長さＬは、上下の溝の合計体積に略比例する。つまり、（上下の溝の合計断面積）×（溝の幅）に略一致する。溝の深さを深くして薄肉部の厚みを薄くすると、磁気抵抗が増し固定子鉄心１０の磁気的特性が悪くなるので、上下の溝の合計断面積と薄肉部の厚みを十分考慮して上下の溝の形状を設計する。
次のステーションＧでは、ストレート片部２０及び極歯片部１９に必要なかしめ部１６を形成する。なお、ヨーク片部１８にかしめ部を形成することもできる。
ステーションＨでは、磁極片部１９の内側に極歯片部２１を打ち抜き形成する。この場合、磁極片部１９は半径方向内側に延伸しているので、より半径方向内側に小歯２２を有する極歯片部２１を形成できる。ステーションＩで外形抜きを行って、固定子鉄心片１７を金型内でかしめ積層し、固定子鉄心１０が製造される。
続いて、図５、図６を参照しながら、本発明の固定子鉄心の製造方法の作用効果の補足説明を行う。
図５（Ａ）に、長さが１２０ｍｍ、幅が３０ｍｍ、厚みが０．５ｍｍの鉄心片（電磁鋼板）５０の中央に、幅が１ｍｍで深さが０．２２５ｍｍの溝５１を片側から形成した試験片を示し、図5（Ｂ）に長さが１２０ｍｍ、幅が３０ｍｍ、厚みが０．５ｍｍの鉄心片５０と同一材料の鉄心片５２の中央に、幅が１ｍｍで深さが０．１１２５ｍｍの溝５３、５４を両側から形成した試験片を示す。
なお、図６は、溝５１と溝５３、５４の角部５１ａと角部５３ａ、５４ａをそれぞれ示す。
図６に示すように、この鉄心片５０、５２に５０Ｈｚ、２２４Ａ／ｍの磁界を与えた時の磁束の流れを磁界解析により確認したところ、鉄心片５０の場合は、溝５１の角部５１ａで急激に磁束が曲がらなければならなくなるため、磁束の漏れが発生し、結果的に流れる磁束が少なくなってしまうが、鉄心片５２の場合は、溝５３、５４の角部５３ａ、５４ａでは磁束の漏れが発生せず、鉄心片５０は鉄心片５２よりも０．２Ｔ少ない磁束量になっていることを確認した。このことから、両側から溝５３、５４を設けた鉄心片５２の方が磁気的特性が改善されることが判る。
本発明は前記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で、磁極の数、極歯の形状を変更したものであっても本発明は適用される。
１０：固定子鉄心、１１：ヨーク部、１２：磁極部、１３：捲線部、１４：極歯、１５：小歯、１６：かしめ部、１７：固定子鉄心片、１８：ヨーク片部、１９：磁極片部、２０：ストレート片部、２０ａ：Ｖリング、２１：極歯片部、２２：小歯、２４：薄肉部、２５、２６：溝、２８：回転子鉄心、２９：軸孔、３０：歯、３２：磁性金属板、３３：パイロット孔、３５：かしめ部、３６：回転子鉄心片、３７：スロット、３８、３９：パンチ、４０〜４３：溝、４４、４５：溝底面、４６、４７：溝、５０：鉄心片、５１：溝、５１ａ：角部、５２：鉄心片、５３、５４：溝、５３ａ、５４ａ：角部

Claims (3)

  1. 中央部に位置する回転子鉄心片が抜き落された磁性金属板から打ち抜き形成された固定子鉄心片を積層する固定子鉄心の製造方法であって、
    前記固定子鉄心片の各磁極片部の巻線部を構成するストレート片部に厚み方向両側から同一箇所を押圧して薄肉部を形成し、しかも、前記薄肉部の厚み方向両側に形成された溝の断面形状は同一かつ矩形として、前記磁極片部を半径方向内側に所定長さだけ延伸することを特徴とする固定子鉄心の製造方法。
  2. 請求項１記載の固定子鉄心の製造方法において、前記薄肉部は厚み方向両側から複数回に分けて押圧されて形成されていることを特徴とする固定子鉄心の製造方法。
  3. 請求項１記載の固定子鉄心の製造方法において、前記溝の深さは前記磁極片部の厚みの２〜２０％の範囲にあることを特徴とする固定子鉄心の製造方法。
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