JP2014079068A - ロータコア及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回転軸方向に積層された各コアシート間の短絡を抑制しつつ、熱処理によりブリッジを非磁性化することが可能なロータコア及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】電磁鋼板を所定形状に形成した複数のコアシートＳ１を回転軸方向に積層して成り、コアシートＳ１に設けられた複数の磁石孔Ｓ１１が回転軸方向に連通するように配置された円筒状のロータコア１０において、コアシートＳ１は、磁石孔Ｓ１１の端部がコアシートＳ１の外周部で開口した開口部Ａと、磁石孔Ｓ１１の端部とコアシートＳ１の外周部との間に設けられたブリッジＢと、を備える。開口部ＡをブリッジＢと回転軸方向に隣接する位置に少なくとも一つ配設して、ブリッジＢを熱処理により非磁性化する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ラジアルギャップ型回転電機に用いられるロータコア及びその製造方法に関するものである。

ラジアルギャップ型回転電機は、回転軸を中心として回転可能に配設されたロータと、このロータの径方向にギャップを隔てて配設されたステータとを備える回転電機である。かかる回転電機の一つとして、埋込磁石（ＩＰＭ：Interior Permanent Magnet）型と呼ばれる回転電機が知られている。ＩＰＭ型回転電機用のロータは、図１１に示すように、電磁鋼板を所定形状に形成した多数枚のコアシートＳを回転軸の軸心Ｏに平行方向（以下、回転軸方向とする）に積層して成る円筒状のロータコア４０を備えている。このロータコア４０には複数の磁石孔部４１が設けられている。各磁石孔部４１に複数の磁石（図示省略）を埋設することでロータコア４０が磁化され、その外周部に異なる極性（Ｎ極、Ｓ極）の磁極Ｐが回転方向に交互に形成される。

従来のロータコア４０は、図１２に示すように、コアシートＳに設けられた各磁石孔Ｓ４１よりも径方向の内側に位置する部分（内側部Ｓｉ）と、外側に位置する部分（外側部Ｓｏ）とが、各磁石孔Ｓ４１の端部とコアシートＳの外周部との間に設けられたブリッジＢによって連結されている。このため、ブリッジＢにおいて磁束が短絡し、漏れ磁束が発生していた。漏れ磁束は、磁石の磁気特性の有効活用を阻害すると同時にリラクタンストルクを低下させる要因となるため、回転電機の性能上好ましくない。

そこで、ブリッジＢを所定の熱処理により非磁性化することによって、ブリッジＢにおいて発生する漏れ磁束を低減する技術が下記特許文献に開示されている。所定の熱処理として、例えば、レーザ照射による加熱後に水中で急冷する処理（特許文献１参照）、特定の金属元素を供給しながらレーザ照射を行い、磁性材料を非磁性成分に改質する処理（特許文献２参照）、非磁性物質を含有する塗料を塗布した領域に対し加熱を行う拡散浸透処理（特許文献３参照）などが挙げられる。

しかしながら、これらの熱処理は、例えば８００〜１２００℃程度の高温で行う必要があるため、各コアシートＳの表面に形成された不図示の絶縁被膜が熱処理の際に溶けてしまう。その結果、回転軸方向に隣接するコアシートＳ同士の絶縁が破壊され、各コアシートＳの積層間で短絡が生じる。短絡した各コアシートＳ間にはロータコア４０の鉄損増大の要因となる渦電流が発生するため、回転電機の効率向上がこの渦電流により阻害されると同時に、ブリッジＢの非磁性化により漏れ磁束を低減する実益が乏しくなる。

特開２０１０−９３９７２号公報 特開平９−３０６７１４号公報 特開２００３−３０４６７０号公報

本発明は、かかる事情に鑑みて為されたものであり、回転軸方向に積層された各コアシート間の短絡を抑制しつつ、熱処理によりブリッジを非磁性化することが可能なロータコア及びその製造方法を提供することを目的としている。

本発明は、電磁鋼板を所定形状に形成した複数のコアシートを回転軸方向に積層して成り、該コアシートに設けられた複数の磁石孔が回転軸方向に連通するように配置された円筒状のロータコアであって、前記磁石孔の端部が前記コアシートの外周部で開口した開口部と、前記磁石孔の端部と前記コアシートの外周部との間に設けられたブリッジと、を備え、前記開口部が、前記ブリッジと回転軸方向に隣接する位置に少なくとも一つ配設され、前記ブリッジが、熱処理により非磁性化されていることを特徴とする。

前記ブリッジと前記開口部とが、一の前記コアシート毎に回転軸方向に交互に配設されていることを特徴とする。

前記コアシートにおいて、前記磁石孔の両端のうち、いずれか一方の端部に前記ブリッジが設けられ、他方の端部に前記開口部が設けられていることを特徴とする。

前記コアシートが、前記各磁石孔の両端に前記ブリッジが設けられた第一コアシートと、前記各磁石孔の両端に前記開口部が設けられた第二コアシートと、を含むことを特徴とする。

前記第一コアシートが、回転軸方向の両端に配置されていることを特徴とする。

前記コアシートの前記磁石孔よりも径方向の外側部又は内側部の何れか一方、若しくは両方に、前記コアシートの積層間を固定するコアカシメが設けられていることを特徴とする。

前記コアシートが、接着層を介して積層されていることを特徴とする。

前記コアシートが、前記磁石孔の端部とは異なる位置に設けられた第二ブリッジを備えることを特徴とする。

また、本発明は、電磁鋼板を所定形状に形成した複数のコアシートを回転軸方向に積層して成り、該コアシートに設けられた複数の磁石孔が回転軸方向に連通するように配置された円筒状のロータコアの製造方法であって、前記電磁鋼板を準備する工程Ａと、一又は複数の金型により前記電磁鋼板を所定形状に打ち抜いて複数の前記コアシートを形成する工程Ｂと、複数の前記コアシートを回転軸方向に積層して、前記磁石孔の端部が前記コアシートの外周部で開口した開口部と、前記磁石孔の端部と前記コアシートの外周部との間に設けられたブリッジと、を備え、前記開口部が、前記ブリッジと回転軸方向に隣接する位置に少なくとも一つ配設された円筒状の積層体を形成する工程Ｃと、前記積層体の外周面のうち前記ブリッジに相当する部分に対して熱処理を行い、該ブリッジを非磁性化する工程Ｄと、を含むことを特徴とする。

前記工程Ｃにおいて、前記ブリッジと前記開口部とが、一の前記コアシート毎に回転軸方向に交互に配置されるように前記各コアシートを積層することを特徴とする。

前記工程Ｂにおいて、前記磁石孔の両端のうち、いずれか一方の端部に前記ブリッジが設けられ、他方の端部に前記開口部が設けられた前記コアシートを形成することを特徴とする。

前記工程Ｂにおいて、前記磁石孔に対する前記ブリッジの位置が各磁極で同一である前記コアシートを形成し、前記工程Ｃにおいて、一又は複数の前記コアシート毎に前記コアシートの一面同士および他面同士が接するように前記各コアシートを積層することを特徴とする。

前記工程Ｂにおいて、前記磁石孔に対する前記ブリッジの位置が磁極毎に交互に異なる前記コアシートを形成し、前記工程Ｃにおいて、一又は複数の前記コアシート毎に前記コアシートを磁極ピッチで相対的に回転させながら積層することを特徴とする。

前記工程Ｂにおいて、前記磁石孔の両端に前記ブリッジが設けられた第一コアシートと、前記磁石孔の両端に前記開口部が設けられた第二コアシートと、を形成することを特徴とする。

前記工程Ｄにおいて行う前記熱処理が、レーザ照射による熱処理であることを特徴とする。

本発明のロータコア及びその製造方法によれば、開口部をブリッジと回転軸方向に隣接する位置に配設することで、各コアシートの積層間が各ブリッジに対する熱処理によって連続的に短絡するのを抑制することができる。これにより、渦電流による影響が効果的に低減され、ロータコアの鉄損増大を抑えることができる。また、各コアシートの積層間の短絡を抑制しつつ、各ブリッジを非磁性化することができるため、ロータコアの鉄損増大と併せて各ブリッジにおける漏れ磁束の発生を抑制することもできる。よって、従来のように、熱処理によるブリッジの非磁性化によって漏れ磁束を低減する実益が、コアシートの積層間短絡に起因する渦電流の影響により損なわれることもない。したがって、従来のロータコアと比較して、回転電機の効率を大幅に向上させることが可能となる。

また、ブリッジと開口部とを、一のコアシート毎に回転軸方向に交互に配設すれば、全てのコアシートの積層間の絶縁を保持しつつ各ブリッジを非磁性化することができるため、コアシートの積層間短絡に起因する渦電流の発生を確実に防止することができる。これにより、コアの鉄損をさらに低減することが可能となり、回転電機の効率をより大幅に向上させることができる。

磁石孔の両端のうち、いずれか一方の端部にブリッジが設けられ、他方の端部に開口部が設けられたコアシートを用いれば、同一形状のコアシートによりロータコアを形成することができるため、金型等の設備コストを低減することができる。また、レーザ照射による熱処理（工程Ｄ）についても回転軸方向に一直線状に行えばよいため、特に精密な位置決め作業等が要求されることもない。よって、ロータコアの生産効率向上と製品コスト低減を同時に実現することができる。

コアシートとして、各磁石孔の両端にブリッジが設けられた第一コアシートと、各磁石孔の両端に開口部が設けられた第二コアシートと、を用いれば、コアシートを形成する工程Ｂ、および、各コアシートを回転軸方向に積層する工程Ｃを簡素化できるため、ロータコアの生産効率をさらに向上させることができる。

前記第一コアシートを、回転軸方向の両端に配置すれば、第二コアシートを第一コアシートで挟んで保持することができる。このため、ロータコアの機械的強度が増す。

コアシートの磁石孔よりも径方向の外側部又は内側部の何れか一方、若しくは両方に、コアシートの積層間を固定するコアカシメを設ければ、各コアカシメにより容易に位置決めを行いつつ各コアシートの積層間を順次固定しながら所望の積層体を形成することができるとともに、各コアシートの積層間をより強固に固定することができる。

各コアシートを、接着層を介して積層すれば、ロータコアの機械的強度を十分に確保できる限り、例えば、カシメピン等の固定部材を取り付けるための孔やコアカシメ等を各コアシートに形成する必要がなくなる。これにより、磁束の流れが阻害されるのを防止するとともに、ロータコアの磁気抵抗を低減することができる。

磁石孔の端部とは異なる位置に設けられた第二ブリッジを備えたコアシートを用いれば、ロータコアの機械的強度を向上させることができる。これにより、完成品の寸法精度を高めると同時に、生産中における又は回転電機の使用によるロータコアの変形を抑制することができる。

上記熱処理として、レーザ照射による熱処理を採用すれば、部分的な熱処理に適しているため、所望の部分のみをピンポイントで加熱することができる。このため、ロータコアの外周部のうち各コアシートのブリッジに相当する部分のみを非磁性化することができ、必要以上の範囲でロータコアが非磁性化されるのを防止することができる。

第一実施形態に係るロータコアを示す斜視図である。 第一実施形態に係るコアシートを示す平面図である。 第一実施形態に係るロータコアに対する熱処理を示す概略説明図である。 第二施形態に係るロータコアを示す斜視図である。 第二実施形態に係るコアシートを示す平面図である。 第二実施形態に係るロータコアに対する熱処理を示す概略説明図である。 第三実施形態に係るロータコアを示す斜視図である。 第三実施形態に係るロータコアを構成する第二コアシートの平面図である。 第三実施形態に係るロータコアを構成する第一コアシートの変形例を示す平面図である。 第三実施形態に係るロータコアを構成する第二コアシートの変形例を示す平面図である。 従来のロータコアを示す斜視図である。 従来のコアシートを示す平面図である。

以下、本発明に係るロータコアの実施形態について図面を用いて説明する。以下の説明において、「回転軸方向」とは、回転軸の軸心Ｏの方向を指すものとし、「回転方向」とは、回転軸の軸心Ｏを中心とする時計回り方向又は反時計回り方向のうち、いずれか一方を指すものとする。また、「磁極ピッチ」とは、ロータコア（又はコアシート）の全周３６０°を磁極の極数で除した角度である。

図１に示すように、第一実施形態に係るロータコア１０は、電磁鋼板を所定形状に形成した複数枚のコアシートＳ１（図２参照）を回転軸方向に積層して成る円筒状の積層体である。図２に示すように、コアシートＳ１には複数の磁石孔Ｓ１１が設けられており、各磁石孔Ｓ１１が回転軸方向に連通するように配置されることで、ロータコア１０には複数の磁石孔部１１が形成される。本実施形態のロータコア１０は、４個の磁石孔部１１を備えつつ磁極Ｐが外周側に形成されるため、磁極Ｐの極数が４極であるインナロータを構成する。なお、磁石孔部１１の数および磁極Ｐの極数は偶数である限り特に限定されず、例えば、ステータのスロット数や磁石の磁力、回転電機の用途等に応じて適宜設計変更が可能である。

本実施形態のロータコア１０において、各磁石孔部１１に磁石を埋設するか否かについては任意に選択することができる。磁石孔部１１に磁石を埋設する場合、ロータコア１０は、磁石のマグネットトルクを利用するＩＰＭ型回転電機用ロータの構成部材となる。磁石孔部１１に埋設される磁石は、例えば、焼結磁石やボンド磁石など適宜選択が可能である。一方、磁石孔部１１に磁石を埋設しない場合、ロータコア１０は、ステータからの磁力により磁化されるコアのリラクタンストルクのみを利用するリラクタンス型回転電機用ロータの構成部材として用いることができる。

また、本実施形態では、各コアシートＳ１の中央部に第一円形孔Ｈ１が、外周側に複数の第二円形孔Ｈ２がそれぞれ設けられており、磁石孔Ｓ１１と同様に、これらが回転軸方向に連通するように配置されている。このため、ロータコア１０には、径寸法が異なる２種類の貫通孔（第一貫通孔ＴＨ１，第二貫通孔ＴＨ２）が形成されている。このうち中央部に形成された第一貫通孔ＴＨ１には回転軸が、外周側に形成された各第二貫通孔ＴＨ２には積層された各コアシートＳ１の積層間を固定する周知の固定部材（例えば、カシメピンなど）の軸部が、それぞれ挿通される。

コアシートＳ１は、表面を絶縁処理された厚さ０．３〜０．５ｍｍ程度の電磁鋼板を所定形状に形成した、軟磁性体から成る薄板体である。コアシートＳ１は、中心に第一円形孔Ｈ１を有する環状の本体に等ピッチで形成された複数の磁石孔Ｓ１１を備えている。本実施形態の磁石孔Ｓ１１は、第一円形孔Ｈ１側に凸な円弧状に形成された所定幅を有するスリットで構成されており、磁石孔Ｓ１１の長手方向（周方向）両端のうち一方の端部にはコアシートＳ１の外周部で開口した開口部Ａが形成されている。また、他方の端部とコアシートＳ１の外周部との間には薄肉（例えば、コアシートＳ１の厚みと同程度）のブリッジＢが設けられており、コアシートＳ１の磁石孔Ｓ１１よりも径方向の内側部Ｓ１ｉと外側部Ｓ１ｏとがブリッジＢによって片持ち支持された状態で互いに連結されている。

本実施形態のコアシートＳ１において、各磁石孔Ｓ１１は、磁極ピッチ（本実施形態では、コアシートＳ１の全周３６０°／４極＝９０°）での回転対称となるように形成されている。したがって、図２に示すように、コアシートＳ１を平面視したとき、磁石孔Ｓ１１に対する開口部Ａ及びブリッジＢの相対的な位置関係が、全ての磁石孔Ｓ１１において同一である。具体的には、開口部Ａが、すべての磁石孔Ｓ１１において同じ側（向かって左側）の端部に形成されている。ブリッジＢについても、開口部Ａと同様である。

本実施形態のロータコア１０の主な特徴点は、開口部ＡがブリッジＢと回転軸方向に隣接する位置に少なくとも一つ配設されているとともに、ブリッジＢが所定の熱処理により非磁性化されている点にある。

図１および図３に示すように、ロータコア１０は、複数枚（本実施形態では４枚）のコアシートＳ１にわたって回転軸方向に連続して配置された一群の開口部Ａと、複数枚（本実施形態では４枚）のコアシートＳ１にわたって回転軸方向に積層された一群のブリッジＢとが、回転軸方向に交互に配置されるように、各コアシートＳ１が積層されている。つまり、本実施形態では、全ての磁石孔部１１の長手方向両端部に相当するロータコア１０の外周部において、回転軸方向に隣り合う一群のブリッジＢの間に一群の開口部Ａが配置されており、これら一群の開口部Ａは、一群のブリッジＢのうち回転軸方向の端部に配置された一のブリッジＢに隣接している。

なお、本実施形態において、（一群の）ブリッジＢと回転軸方向に隣接する位置に配置される開口部Ａは、上述のように複数枚のコアシートＳ１にわたった一群のものである必要はなく、コアシートＳ１一枚分の開口部Ａのみであってもよい。例えば、ロータコア１０の一端から他端に至るまでの回転軸方向における任意の位置に、コアシートＳ１一枚分の開口部ＡをブリッジＢと回転軸方向に隣接させて配置した形態であってもよい。即ち、一群のブリッジＢがどの程度の枚数のコアシートＳ１で構成されているかは、適宜選択、設計変更することができる。

また、本実施形態のロータコア１０は、各ブリッジＢに対して所定の熱処理が行われており、すべてのブリッジＢが非磁性化されている。本実施形態では、レーザ照射による熱処理によって各ブリッジＢが非磁性化されている。なお、レーザ照射による熱処理については、以下に示すロータコア１０の製造方法に関する説明において詳述するため、ここでは説明を省略する。

次に、本実施形態のロータコア１０の製造方法について説明する。ロータコア１０は、少なくとも以下に示す工程Ａ、工程Ｂ、工程Ｃ、および工程Ｄを経て製造される。

工程Ａは、コアシートＳ１の原材料となる電磁鋼板を準備する工程である。本工程において準備される電磁鋼板として、例えば、鉄にケイ素やシリコーン等を含有させた軟磁性
体材料を、一定幅を有する厚さ０．２〜０．６ｍｍ、好ましくは、０．３〜０．５ｍｍ程度の薄板状に圧延し、これを巻き取ってロール状に形成したものが挙げられる。電磁鋼板は、圧延方向に磁化容易軸を有する方向性電磁鋼板であってもよく、あるいは、磁化容易軸がランダムな方向に配置された、いわゆる無方向性電磁鋼板であってもよい。なお、電磁鋼板の表面には絶縁被膜をコーティングするための表面処理が施される。

工程Ｂは、コアシートＳ１を形成する工程である。本実施形態では、例えば、一又は複数の金型を用いて工程Ａで準備された電磁鋼板を所定形状に打ち抜く順送プレス成形により、多数枚のコアシートＳ１が形成される。本工程においてコアシートＳ１は、その平面形状を一回の打抜きで成形することが可能な一の金型を用いて一体的に形成してもよく、あるいは、コアシートＳ１の各構成（例えば、第一円形孔Ｈ１、磁石孔Ｓ１１、第二円形孔Ｈ２など）に対応する複数の金型を用いて、長手方向に搬送される電磁鋼板を構成毎に順次打ち抜いて段階的に形成してもよい。

工程Ｃは、工程Ｂにおいて形成されたコアシートＳ１を積層して円筒状の積層体を形成する工程である。工程Ｂが終了した段階で、すべてのコアシートＳ１の一面が上面側にある状態で本工程へ搬送されると仮定すると、本実施形態では、初めに、複数枚（本実施形態では４枚）のコアシートＳ１を、磁石孔Ｓ１１が回転軸方向に連通するように配置して積層する。次に、複数枚（本実施形態では４枚）のコアシートＳ１を裏返しつつ、同様に磁石孔Ｓ１１が回転軸方向に連通するように配置して積層する。これを交互に繰り返しながら各コアシートＳ１を積層することにより、複数枚のコアシートＳ１毎にコアシートＳ１の一面同士および他面同士が接するように積層される。こうして、複数のコアシートＳ１から成る円筒状の積層体（図１参照）が形成される。

なお、本工程では、上述のようにコアシートＳ１を裏返す工程を省略することも可能である。例えば、磁石孔Ｓ１１と開口部Ａを別々の金型で打ち抜くように構成し、磁石孔Ｓ１１に対する開口部Ａの打抜き位置が複数枚毎に異なる側の端部になるように打抜き形成してもよい。あるいは、一の磁石孔Ｓ１１および開口部Ａを一の金型で打ち抜くように構成し、各磁石孔Ｓ１１を形成する各金型を磁石孔Ｓ１１の外周に沿って時計回り方向又は反時計回り方向に微小角度だけ複数枚毎に交互に回転させながら打抜き形成してもよい。このようにして形成された各コアシートＳ１を複数枚ごとに裏返すことなく順次積層したとしても、複数枚のコアシートＳ１毎にコアシートＳ１の一面同士および他面同士が接するように積層したのと実質的に同一である。

工程Ｄは、積層体の外周面のうちブリッジＢに相当する部分に対して熱処理を行い、ブリッジＢを非磁性化する工程である。本実施形態では、レーザ照射による熱処理によって各ブリッジＢを非磁性化している。具体的には、図３に示すように、積層体（図１に示すロータコア１０を参照）の外周面に焦点を合わせたレーザＬを、この積層体の一端から他端にわたって回転軸方向に一直線状に照射する。これを、各ブリッジＢおよび各開口部Ａが配置された積層体の外周面に対して行う。このとき、各ブリッジＢのみがレーザ照射によって８００〜１２００℃程度まで加熱されることにより、その熱の影響でブリッジＢのほぼ全域にわたる電磁鋼板の材質が改質され、非磁性化される。

本工程において、レーザＬは、積層体の一端から他端にわたって回転軸方向に一直線状に一回だけ照射しているが、レーザＬの照射回数、照射位置等については、非磁性化させたい領域の大きさ（各ブリッジＢの幅や肉厚）やレーザＬの照射強度などに応じて適宜変更可能である。例えば、ブリッジＢの幅が大きい場合は、レーザＬの照射位置をブリッジＢの幅方向（積層体の周方向）に僅かにずらしてレーザ照射を複数回行えばよい。あるいは、ブリッジＢが径方向に肉厚であって且つレーザＬの照射強度を抑制している場合は、レーザＬを同じ照射位置に対して複数回照射するようにしてもよい。

また、本工程において、レーザＬは、通常、積層体の積層方向（即ち、回転軸方向）に対し直交方向に照射されるが、例えば、当該直交方向に対して回転軸方向に所定角度だけ傾斜させた方向にレーザＬを照射してもよい。レーザＬの照射方向をこのように傾斜させることによって、レーザＬが開口部Ａを通過して積層体のブリッジＢ以外の部分に到達するまでの距離が増えるとともに熱エネルギーの減衰が増大し、ブリッジＢ以外の部分がレーザＬの照射によって加熱され難くすることができる。

なお、本実施形態のロータコア１０の製造方法では、上述した工程Ａ〜工程Ｄ以外の他の工程が含まれていてもよい。例えば、工程Ｃと工程Ｄの間に、第二貫通孔ＴＨ２を利用したカシメピンによる各コアシートＳ１の積層間固定を行う工程が含まれていてもよい。あるいは、工程Ｄの前に、回転軸を第一貫通孔ＴＨ１へ挿入して焼嵌め等により固定する工程が行われてもよい。以上説明した各工程により、上述したロータコア１０を製造することができる。

上述のようにロータコア１０の各ブリッジＢを非磁性化する目的は、主として、各ブリッジＢにおける漏れ磁束を低減することにある。これにより、例えば、ロータコア１０の各磁石孔部１１に磁石を埋設する場合には各磁石の磁気特性を有効活用できると同時に、たとえ磁石が埋設されない場合であってもリラクタンストルクを高めることができるという利点が得られるからである。

しかしながら、ロータコア１０において各ブリッジＢのみを部分的に非磁性化するために上述のようなレーザ照射による熱処理を行う場合においても、従来と同様に、各ブリッジＢを８００〜１２００℃程度まで加熱する必要がある。そのため、各コアシートＳ１の表面に形成された絶縁被膜は、かかる熱処理が行われる各ブリッジＢの近傍において溶けてしまう。

図１１に示す従来のロータコア４０のように、各ブリッジＢが回転軸方向の一端から他端まで連続して積層されている場合、非磁性化された各ブリッジＢ近傍の絶縁被膜が溶けることによって回転軸方向に隣接するコアシートＳ１同士の絶縁が破壊され、各コアシートＳ１の積層間で短絡が生じる。積層間が短絡した各コアシートＳ１間には渦電流が発生する。この渦電流によってロータコア４０の鉄損が増大し、回転電機の効率低下の要因となる。特に、積層間が連続的に短絡したコアシートＳ１（以下、一群のコアシートＳ１とする）の構成枚数が多いほど渦電流の影響も大きい。例えば、ロータコア４０では、積層された全てのコアシートＳ１によって一群のコアシートＳ１が構成されているといえる。

これに対して、本実施形態では、一群のブリッジＢと回転軸方向に隣接する位置に一群の開口部Ａが配設されているため、一群のブリッジＢを構成する各コアシートＳ１同士では、従来と同様に、絶縁被膜が溶けることによる積層間の連続的な短絡が生じるが、この一群のブリッジＢと回転軸方向に隣接する開口部Ａを備えたコアシートＳ１との間には、上記熱処理による積層間の短絡は生じない。

また、一群のブリッジＢと回転軸方向に隣接する一の開口部Ａを含む一群の開口部Ａを形成する各コアシートＳ１においても各ブリッジＢに対する上記熱処理が行われる。このため、当該一群の開口部Ａを形成する各コアシートＳ１同士では積層間の連続的な短絡が生じるが、この一群の開口部Ａと回転軸方向に隣接する他のブリッジＢを備えた他のコアシートＳ１との間には、上記熱処理による積層間の短絡は生じない。

つまり、一群の開口部Ａと一群のブリッジＢとを回転軸方向に交互に配置することによって、積層間に連続的な短絡が生じた一群のコアシートＳ１の構成枚数が低減されると同時に、回転軸方向に隣接する一群のコアシートＳ１同士での積層間における絶縁が保持される。したがって、本実施形態では、全てのコアシートＳ１が回転軸方向に隣接するいずれか一方のコアシートＳ１との積層間に短絡が生じるが、これらの短絡が一群のコアシートＳ１毎に断続的に分断されるため、ロータコア１０全体としての渦電流による影響が低減される。

このように、本実施形態のロータコア１０及びその製造方法によれば、（一群の）開口部Ａを（一群の）ブリッジＢと回転軸方向に隣接する位置に配設することで、各コアシートＳ１の積層間が各ブリッジＢに対する熱処理によって連続的に短絡するのを抑制することができる。これにより、渦電流による影響が効果的に低減され、ロータコア１０の鉄損増大を抑えることができる。

また、各コアシートＳ１の積層間の短絡を抑制しつつ、各ブリッジＢを非磁性化することができるため、ロータコア１０の鉄損増大と併せて各ブリッジＢにおける漏れ磁束の発生を抑制できる。よって、従来のように、熱処理によるブリッジＢの非磁性化によって漏れ磁束を低減する実益が、コアシートＳ１の積層間短絡に起因する渦電流の影響により損なわれることもない。したがって、従来のロータコア４０と比較して、回転電機の効率を大幅に向上させることが可能となる。

さらに、本実施形態のロータコア１０及びその製造方法によれば、同一形状のコアシートＳ１を用いてロータコア１０を構成する積層体を形成することができるため、金型等の設備コストを低減することができる。レーザ照射による熱処理（工程Ｄ）についても回転軸方向に一直線状に行えばよいため、特に精密な位置決め作業等が要求されることもない。よって、ロータコア１０の生産効率向上と製品コスト低減を同時に実現することができる。

以上、本発明の第一実施形態に係るロータコア１０及びその製造方法について説明したが、本発明に係るロータコアは、その他の形態で実施および製造することができる。なお、以下の説明では、主に第一実施形態に係るロータコア１０及びその製造方法と相違する事項について説明するものとし、共通する事項に関する詳細な説明は省略する。

例えば、図４に示すロータコア２０のような形態で実施してもよい。第二実施形態に係るロータコア２０は、各磁石孔部２１の長手方向両端部における開口部ＡとブリッジＢの配置が、上述のロータコア１０と異なっている。具体的には、本実施形態のロータコア２０は、主として、コアシートＳ２（図５参照）に設けられたブリッジＢと開口部Ａとが、一枚のコアシートＳ２毎に回転軸方向に交互に隣接して配設されていることを特徴としている。

図５に示すように、コアシートＳ２は、各磁石孔Ｓ２１の長手方向両端のうち、いずれか一方の端部にブリッジＢが設けられ、他方の端部に開口部Ａが設けられている点で上述のコアシートＳ１と共通しているが、コアシートＳ２の各磁石孔Ｓ２１が、周方向に隣り合う磁極Ｐ間の中点と軸心Ｏを通る仮想線を対称軸とする線対称となるように形成されている点でコアシートＳ１と異なっている。つまり、コアシートＳ２を平面視したときの磁石孔Ｓ２１に対する開口部Ａ及びブリッジＢの相対的な位置関係が、周方向に隣り合う磁石孔Ｓ２１同士で互いに異なっている。具体的には、コアシートＳ２の周方向に隣り合う磁石孔Ｓ２１において、開口部Ａが互いに異なる側の端部（向かって右側または左側）に設けられている。ブリッジＢについても、開口部Ａと同様である。

また、ロータコア２０を構成するコアシートＳ２には、各コアシートＳ２の積層間を固定するコアカシメＫが複数設けられている。各コアカシメＫは、磁極ピッチでの回転対称となる位置に配置されている。本実施形態では、コアシートＳ２の内側部Ｓ２ｉおよび外側部Ｓ２ｏそれぞれにコアカシメＫが設けられているが、いずれか一方にのみコアカシメＫが設けられていてもよい。また、本実施形態のコアカシメＫは、回転軸方向断面がＶ字状に突起した、いわゆるＶ突起カシメを採用しているが、例えば、ダボカシメなど他の形態であってもよい。

本実施形態のロータコア２０は、以下の点を除き、上述のロータコア１０と同様の製造方法により製造することができる。具体的には以下の通りである。

本実施形態では、上記工程Ｂと同様に、コアシートＳ１に替えて、多数枚のコアシートＳ２を打抜き形成する。ここで、本実施形態のコアシートＳ２は、上述のとおり、コアシートＳ２の各磁石孔Ｓ２１が、周方向に隣り合う磁極Ｐ間の中点と軸心Ｏを通る仮想線を対称軸とする線対称となるように形成されている点でコアシートＳ１と異なっている。しかしながら、例えば、電磁鋼板に対する金型の打抜き位置や打抜くタイミングを適宜変更すれば、磁石孔Ｓ２１に対する開口部Ａの形成位置を容易に変更できるため、上述の工程Ｂと同様にしてコアシートＳ２を形成することができる。併せて、各コアカシメＫを所定位置に形成する。

また、上記工程Ｃと同様に、コアシートＳ２に設けられたブリッジＢと開口部Ａとが、一枚のコアシートＳ２毎に回転軸方向に交互に隣接して配設された、複数のコアシートＳ２から成る円筒状の積層体（図４参照）を形成する。本実施形態では、新たに積層するコアシートＳ２を既に積層されたコアシートＳ２に対して一枚ずつ磁極ピッチで相対的に回転させながら積層する。このように各コアシートＳ２を積層することで、各磁石孔Ｓ２１は回転軸方向に連通するように配置されつつ、開口部ＡとブリッジＢとは一枚のコアシートＳ２毎に回転軸方向に交互に隣接して配置されることになる。

一方、各コアシートＳ２には複数のコアカシメＫが磁極ピッチでの回転対称となる位置に設けられているため、既に積層されたコアシートＳ２の一面側に形成された各コアカシメＫの凹部と、新たに積層されるコアシートＳ２の他面側に形成された各コアカシメＫの突起部とが互いに噛み合いながら各コアシートＳ２が順次積層される。したがって、本実施形態では、各コアカシメＫにより容易に位置決めを行いつつ各コアシートＳ２の積層間を順次固定しながら所望の積層体を形成することができるとともに、各コアシートＳ２の積層間をより強固に固定することができる。

なお、新たに積層するコアシートＳ２を既に積層されたコアシートＳ２に対して相対的に回転させる方法としては、例えば、新たに積層するコアシートＳ２を直接回転させる方法や、既に積層されたコアシートＳ２が載置されるホルダー等の受け側を回転させる方法などが挙げられる。あるいは、工程ＢにおいてコアシートＳ２を打抜き形成する際に金型の打抜き位置を異ならせて、新たに積層されるコアシートＳ２の各磁石孔Ｓ２１を、既に積層されたコアシートＳ２に対して相対的に回転させられたのと実質的に同一の位置関係になるように打抜き形成してもよい。

さらに、図６に示すように、上記工程Ｄと同様に、複数のコアシートＳ２から成る積層体の外周部における各ブリッジＢに相当する部分に対してレーザＬを照射することにより、各ブリッジＢを非磁性化するための熱処理を行う。ここで、本実施形態において着目すべき点は、かかる熱処理を各ブリッジＢに対して行った場合であっても、コアシートＳ２の積層間での短絡が一切生じないという点にある。

すなわち、本実施形態では、全てのブリッジＢの回転軸方向両端側に必ず開口部Ａが隣接しているため、たとえ熱処理の際に各ブリッジＢの近傍において絶縁被膜が溶けてしまったとしても各コアシートＳ２の積層間に連続的な短絡が生じることはなく、全てのコアシートＳ２の積層間において絶縁が保持される。したがって、ロータコア２０を構成する各コアシートＳ２には、上述した一群のコアシートＳ１のように各ブリッジＢ近傍において積層間に連続的な短絡が生じた部分が形成されることはない。

本実施形態のロータコア２０及びその製造方法によれば、全てのコアシートＳ２の積層間の絶縁を保持しつつ各ブリッジＢを非磁性化することができるため、コアシートＳ２の積層間短絡に起因する渦電流の発生を確実に防止することができる。これにより、上述したロータコア１０と比較してもコアの鉄損をさらに低減することが可能となり、回転電機の効率をより大幅に向上させることができる。

また、図７に示すロータコア３０のような形態で実施してもよい。第三実施形態に係るロータコア３０は、すべて同一形状のコアシート（Ｓ１、Ｓ２）で構成されておらず、互いに形状の異なる複数種類のコアシートを含んで構成されている点で、上述したロータコア（１０、２０）と異なっている。具体的には、本実施形態のロータコア３０は、主として、第一コアシート（本実施形態では、図１２に示す従来のコアシートＳ）と第二コアシートＳ３（図８参照）とを含むことを特徴としている。

第一コアシートＳは、各磁石孔Ｓ４１の長手方向両端にブリッジＢが設けられている。これに対し、第二コアシートＳ３は、図８に示すように、各磁石孔Ｓ３１の長手方向両端に開口部Ａが設けられている。本実施形態のロータコア３０は、これら第一コアシートＳおよび第二コアシートＳ３が回転軸方向に一枚ずつ交互に積層されている。したがって、各磁石孔部３１の長手方向両端部における開口部ＡとブリッジＢの配置は、上述したロータコア２０と実質的に同一となる。

本実施形態のロータコア３０において、回転軸方向の両端には第一コアシートＳが配置されていることが好ましい。これにより、第二コアシートＳ３を第一コアシートＳで挟んで保持することができるため、ロータコア３０の機械的強度が増す。

また、本実施形態のロータコア３０は、第一コアシートＳと第二コアシートＳ３とが、それぞれ不図示の接着層（例えば、コアワニス等）を介して積層されている。接着層を介して回転軸方向に隣接するコアシートの積層間を固定すれば、ロータコア３０の機械的強度を十分に確保できる限り、例えば、上述した第二円形孔Ｈ２（図２、図５参照）やコアカシメＫ（図５参照）を各コアシート（Ｓ、Ｓ３）に形成する必要がなくなる。これにより、磁束の流れが阻害されるのを防止するとともに、コアの磁気抵抗を低減することができる。

本実施形態のロータコア３０は、以下の点を除き、上述のロータコア１０、２０と同様の製造方法により製造することができる。具体的には以下の通りである。

本実施形態では、上記工程Ｂと同様に、所定の金型を用いて、互いに形状が異なる第一コアシートＳ及び第二コアシートＳ３を打抜き形成する。第一コアシートＳと第二コアシートＳ３の形状の違いは、磁石孔（Ｓ４１、Ｓ３１）の長手方向両端にブリッジＢを備えるか、あるいは開口部Ａを備えるかという点にある。よって、例えば、第一コアシートＳの各磁石孔Ｓ４１を打ち抜く金型と、第二コアシートＳ３の各磁石孔Ｓ３１を打ち抜く金型をそれぞれ準備し、これらを交互に動作させれば、第一コアシートＳ及び第二コアシートＳ３が交互に形成される。あるいは、第一コアシートＳの各磁石孔Ｓ４１を打ち抜く金型と、第二コアシートＳ３の各開口部Ａのみを打ち抜く金型をそれぞれ準備し、磁石孔Ｓ４１を打ち抜く金型を常時動作させつつ各開口部Ａのみを打ち抜く金型を間欠的に動作させるように構成してもよい。

ここで、本実施形態では、第一コアシートＳ及び第二コアシートＳ３の表面にコアワニスを塗布して接着層を形成してこれらを単に交互に積層していけば、各磁石孔部３１の長手方向両端部における開口部ＡとブリッジＢの配置が上述のロータコア２０と実質的に同一の積層体を形成することができる。したがって、本実施形態のロータコア３０及びその製造方法によれば、上述のロータコア２０と同様の効果を得ることが可能でありながら上記工程Ｂおよび工程Ｃを簡素化できるため、生産効率を向上させることができる。

なお、本実施形態において、第二コアシートＳ３は、ロータコア３０の各磁極間に位置する内側部Ｓ３ｉの各先端部（図８の斜線部分）がカットされていてもよい。その場合、第二コアシートＳ３の外周部から径方向に所定距離だけ後退した凹部が周方向に隣り合う開口部Ａの間に形成されることとなり、ロータコア３０の外周部には、周方向に開口部Ａよりも幅広の実質的な開口部が、周方向に等ピッチで各磁極Ｐの極間部に設けられるとともに、一のコアシート毎に回転軸方向に交互に配設される。

また、本実施形態のロータコア３０は、上述の第一コアシートＳおよび第二コアシートＳ３に替えて、第一コアシートＳ'（図９参照）および第二コアシートＳ３'（図１０参照）から構成されていてもよい。第一コアシートＳ'および第二コアシートＳ３'は、磁石孔（Ｓ４１、Ｓ３１）の長手方向端部とは異なる位置に、それぞれ第二ブリッジＢ'を備えている。第二ブリッジＢ'は、各磁石孔（Ｓ４１、Ｓ３１）の長手方向中央部に配設されているが、長手方向端部とは異なる位置である限り任意の位置に形成されていてもよい。各磁石孔（Ｓ４１、Ｓ３１）に第二ブリッジＢ'を設けることで、ロータコアの機械的強度を向上させることができる。これにより、完成品の寸法精度を高めると同時に、生産中における又は回転電機の使用によるロータコアの変形を抑制することができる。

本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づいて種々なる改良、修正、又は変形を加えた態様でも実施できる。また、同一の作用又は効果が生じる範囲内で、何れかの発明特定事項を他の技術に置換した形態で実施しても良い。

例えば、本発明において、ロータコアを構成する各コアシートのブリッジに対する熱処理はレーザ照射に限定されるものではなく、各ブリッジのみを部分的に非磁性化することが可能である限り任意の方法を採用することができる。具体的には、ＴＩＧ溶接やプラズマアーク溶接などによる加熱、電子ビーム照射、高周波加熱など、種々の方法による熱処理を適用することも可能である。特に、熱源からの距離または焦点からの距離によって熱量が減衰する熱処理であれば好適である。

また、上述した各実施形態に係るロータコア（１０、２０、３０）は、いずれも各コアシートの磁石孔が円弧状に形成されているが、磁石孔の形状は特に限定されず適宜設計変更してもよい。例えば、方形状のスリットの長手方向両端にフラックスバリアが形成された略凹状の磁石孔や、方形状のスリットをコアシートの径方向に沿って放射状に形成した磁石孔を周方向に等ピッチで複数設けたコアシートを採用してもよい。

さらに、上述した各実施形態に係るロータコア（１０、２０、３０）は、いずれもインナロータであるが、本発明はアウタロータにも適用することが可能である。

１０、２０、３０、４０ ロータコア
１１、２１、３１、４１ 磁石孔部
ＴＨ１ 第一貫通孔
ＴＨ２ 第二貫通孔
Ｐ 磁極
Ｓ１、Ｓ２ コアシート
Ｓ、Ｓ' 第一コアシート
Ｓ３、Ｓ３' 第二コアシート
Ａ 開口部
Ｂ ブリッジ
Ｂ' 第二ブリッジ
Ｓｉ、Ｓ１ｉ、Ｓ２ｉ、Ｓ３ｉ 内側部
Ｓｏ、Ｓ１ｏ、Ｓ２ｏ、Ｓ３ｏ 外側部
Ｋ コアカシメ
Ｌ レーザ
Ｏ 回転軸の軸心

Claims (15)

1. 電磁鋼板を所定形状に形成した複数のコアシートを回転軸方向に積層して成り、該コアシートに設けられた複数の磁石孔が回転軸方向に連通するように配置された円筒状のロータコアであって、
   前記磁石孔の端部が前記コアシートの外周部で開口した開口部と、
   前記磁石孔の端部と前記コアシートの外周部との間に設けられたブリッジと、を備え、
   前記開口部が、前記ブリッジと回転軸方向に隣接する位置に少なくとも一つ配設され、
   前記ブリッジが、熱処理により非磁性化されていることを特徴とするロータコア。
2. 前記ブリッジと前記開口部とが、一の前記コアシート毎に回転軸方向に交互に配設されていることを特徴とする請求項１に記載のロータコア。
3. 前記コアシートにおいて、
   前記磁石孔の両端のうち、いずれか一方の端部に前記ブリッジが設けられ、他方の端部に前記開口部が設けられていることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のロータコア。
4. 前記コアシートが、
   前記各磁石孔の両端に前記ブリッジが設けられた第一コアシートと、
   前記各磁石孔の両端に前記開口部が設けられた第二コアシートと、を含むことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のロータコア。
5. 前記第一コアシートが、回転軸方向の両端に配置されていることを特徴とする、請求項４に記載のロータコア。
6. 前記コアシートの前記磁石孔よりも径方向の外側部又は内側部の何れか一方、若しくは両方に、前記コアシートの積層間を固定するコアカシメが設けられていることを特徴とする、請求項１から請求項５の何れか一つに記載のロータコア。
7. 前記コアシートが、接着層を介して積層されていることを特徴とする、請求項１から５の何れか一つに記載のロータコア。
8. 前記コアシートが、前記磁石孔の端部とは異なる位置に設けられた第二ブリッジを備えることを特徴とする、請求項１から請求項７の何れか一つに記載のロータコア。
9. 電磁鋼板を所定形状に形成した複数のコアシートを回転軸方向に積層して成り、該コアシートに設けられた複数の磁石孔が回転軸方向に連通するように配置された円筒状のロータコアの製造方法であって、
   前記電磁鋼板を準備する工程Ａと、
   一又は複数の金型により前記電磁鋼板を所定形状に打ち抜いて複数の前記コアシートを形成する工程Ｂと、
   複数の前記コアシートを回転軸方向に積層して、前記磁石孔の端部が前記コアシートの外周部で開口した開口部と、前記磁石孔の端部と前記コアシートの外周部との間に設けられたブリッジと、を備え、前記開口部が、前記ブリッジと回転軸方向に隣接する位置に少なくとも一つ配設された円筒状の積層体を形成する工程Ｃと、
   前記積層体の外周面のうち前記ブリッジに相当する部分に対して熱処理を行い、該ブリッジを非磁性化する工程Ｄと、
   を含むことを特徴とするロータコアの製造方法。
10. 前記工程Ｃにおいて、
    前記ブリッジと前記開口部とが、一の前記コアシート毎に回転軸方向に交互に配置されるように前記各コアシートを積層することを特徴とする、請求項９に記載のロータコアの製造方法。
11. 前記工程Ｂにおいて、
    前記磁石孔の両端のうち、いずれか一方の端部に前記ブリッジが設けられ、他方の端部に前記開口部が設けられた前記コアシートを形成することを特徴とする、請求項９又は１０に記載のロータコアの製造方法。
12. 前記工程Ｂにおいて、
    前記磁石孔に対する前記ブリッジの位置が各磁極で同一である前記コアシートを形成し、
    前記工程Ｃにおいて、
    一又は複数の前記コアシート毎に前記コアシートの一面同士および他面同士が接するように前記各コアシートを積層することを特徴とする、請求項１１に記載のロータコアの製造方法。
13. 前記工程Ｂにおいて、
    前記磁石孔に対する前記ブリッジの位置が磁極毎に交互に異なる前記コアシートを形成し、
    前記工程Ｃにおいて、
    一又は複数の前記コアシート毎に前記コアシートを磁極ピッチで相対的に回転させながら積層することを特徴とする、請求項１１に記載のロータコアの製造方法。
14. 前記工程Ｂにおいて、
    前記磁石孔の両端に前記ブリッジが設けられた第一コアシートと、
    前記磁石孔の両端に前記開口部が設けられた第二コアシートと、を形成することを特徴とする、請求項９又は請求項１０に記載のロータコアの製造方法。
15. 前記工程Ｄにおいて行う前記熱処理が、レーザによる熱処理であることを特徴とする、請求項９から請求項１４のいずれか一つに記載のロータコアの製造方法。

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