JP2010252560A - 回転電機用ランデル型鉄心の成形方法および一対のランデル型鉄心 - Google Patents

Abstract

【課題】永久磁石係止部を単純な加工で精度良くして成形でき、磁石を軸方向端部から挿入可能とした。
【解決手段】一対のランデル型鉄心が一方を倒置して爪磁極部が交互に噛み合わされたときに、隣接する爪磁極部が一方の磁石載置面とつば部が他方の磁石載置面とつば部に対向配置されて、磁石が軸方向のいずれかの端からも挿入することを可能にした磁石挿入空間部を形成する磁石係止部を備え、該磁石挿入空間部の磁石係止部に軸方向端側から挿入された磁石が係止される。
【選択図】図１０

Description

本発明は、周方向に隣り合う爪磁極間に挿入された永久磁石を係止するための手段を備えた回転電機用ランデル型鉄心の成形方法およびこの方法によって形成されたランデル型鉄心を組み合わせた一対のランデル型鉄心に関する。

車両用交流発電機では、一対のランデル型鉄心の爪磁極間に永久磁石を装着して、その爪磁極間の漏洩磁束を減らすことによって発電に寄与する有効磁束を増加させることが一般に広く採用されている。

そして、その永久磁石がランデル型鉄心の回転に伴って爪磁極から飛び出さないように爪磁極の周方向両側面外周部に磁石係止部を形成するのが一般的で、その係止部(つば部)は爪磁極の長手方向全体にわたって設けられることが特許文献１に記載されている。

一方、この種ランデル型鉄心の爪磁極の周方向両側面外周部に係止部を形成する手法としては機械切削することも考えられるが、本件出願人は、先に特許文献２に記載されているように鍛造技術を利用した製造技術を提案している。この鍛造技術は製造工程中に性格の異なる機械切削加工を施さなくとも精度の高い製品が得られる工夫がされており、その図９に示すように爪磁極の周縁部につば部を形成するものとしている。

特許第３７７４９８７号公報 特許第３６０９７４５号公報

一対のランデル型鉄心の隣り合う爪磁極間に永久磁石を容易に挿入でき、組み立て作業を容易にすることが求められるに至った。特許文献２に示す製造技術によれば、機械切削加工を施さなくとも精度の高い磁石係止部を持つ製品を提供することができるが、一対のランデル型鉄心の隣り合う爪磁極間に永久磁石を軸方向から挿入配置しようとしても爪磁極と中央部にある中央ボス部との連結部に形成される屈曲部が障害となって永久磁石の軸方向挿入ができない。この例の場合、予め磁石を設置しておいて、後に一対のランデル型鉄心を側方から磁石に嵌め込んでいくことになる。

本発明の目的は、かかる点に鑑みて鍛造による磁石係止部を可能にして単純な加工で精度良くして成形でき、磁石を軸方向端部から挿入可能として組み立て作業を容易にした回転電機用ランデル型鉄心の成形方法および一対のランデル提供しようとするものである。

本発明は、爪磁極部の周方向両側面内周部に挿入された磁石を係止する磁石係止部を備えたランデル型鉄心の成形方法であって、
前記ランデル型鉄心は、ブランクを熱間鍛造にて荒打ちし、垂直に延伸する複数個の爪磁極部と中央ボス部を同一方向に向けて、かつ中央ボス部の外周円で爪磁極部を一体とした形状で一次爪磁極成形品を成形する工程と、該一次爪磁極成形品について中央ボス部の中心部にポンチングにて中心穴を形成すると共に、外周部をサイジングして二次爪磁極成形品を成形する工程と、該二次爪磁極成形品についての爪磁極部の内外周部及び中央ボス部を覆い、爪磁極部の内周縁部との間に爪磁極部の上下端に至る成形空間を形成して二次爪磁極成形品を保持する下金型に上金型を装着して、押圧し、冷間鍛造にて爪磁極側面に、爪極部の軸方向上下端に至る平滑な磁石載置面、および爪磁極内周縁部に、該爪磁極内周縁部の周縁部から円周方向に延び、かつ爪磁極部の軸方向上下端に至り、前記平滑な磁石載置面に連なるつば部を有する三次爪磁極成形品を成形する工程と、前記工程実施の際に型割位置に生じるバリを除去して爪磁極完成品とする工程を経て形成されることを特徴としたランデル型鉄心の成形方法を提供する。

本発明は、また、前記中央ボス部を中央ボス本体部と板状の連結部とで構成して、一次爪磁極成形品を形成し、前記型割位置Ｘを板状の連結部の板厚の外側面を基準にして、１／２以下に設定したことを特徴とするランデル型鉄心の成形方法を提供する。

本発明は、また、爪磁極部の根本端部に内側に傾斜した、稜線部位を有する回転バランス取り用切削面を形成し、前記型割位置Ｘを回転バランス取り用切削面の稜線部位より内側に設定したことを特徴とするランデル型鉄心の成形方法を提供する。

本発明は、外周から軸方向に延びて交互に噛み合うようにされた爪磁極部および爪磁極部に一体化された中央ボス部をそれぞれ備えたランデル型鉄心を組み合わせた一対のランデル型鉄心において、
各ランデル型鉄心が、爪磁極側面に、爪極部軸方向上下端に至る平滑な磁石載置面、および爪磁極内周縁部に、該爪磁極内縁部の内周縁部から内周方向に伸び、かつ爪磁極部の軸方向上下端に至り、前記平滑な磁石載置面に連なるつば部を備えた磁石係止部を有し、
一対のランデル型鉄心が一方を倒置して爪磁極部が交互に噛み合わされたときに、隣接する爪磁極部が一方の磁石載置面とつば部が他方の磁石載置面とつば部に対向配置されることによって、双方の磁石係止部が対向配置されて、磁石が軸方向のいずれかの端からも挿入することを可能にした磁石挿入空間部が形成され、該磁石挿入空間部に挿入された磁石が対向配置の磁石係止部に係止されること
を特徴とする一対のランデル型鉄心を提供する。

本発明は、また、前記一対のランデル型鉄心を備えることを特徴とする車両用交流発電機の回転子を提供する。

本発明によれば、爪磁極部の軸方向上下端を貫通する磁石挿入空間部が形成され、磁石を軸方向のいずれの方向からも挿入可能となって一対のランデル型鉄心の爪磁極を交互に噛み合わせ組み立てた時に、磁石を軸方向から容易に挿入することのできる回転電機用回転子に用いるランデル型鉄心の成形方法並びにこの方法によって成形されたランデム鉄心を組み立てた時に磁石を軸方向から磁石係止部に容易に装着することができる一対のランデム鉄心を提供することができる。

また、本発明によれば、成型金型の型割位置を適正な位置に設定することにより永久磁石係止部を単純な加工にて、精度良く成形できる回転電機用ランデル型鉄心の成形方法が提供される。

本発明の実施例で用いるブランク材の正面図。 本発明の実施例における一次成形品の一部縦断面を含む構造図。 本発明の実施例における二次成形品の一部縦断面を含む構造図。 本発明の実施例における冷間鍛造成形工程の実施を示す図。 図４において上金型を取り除いた状態で、上方から見た平面図。 冷間鍛造工程の実施で、型割り位置に応じてバリが生成される状態を示す正面図。 図６における側面図。 本発明の実施例における三次成形品の縦断面図。 図８の三次成形品を上方から見た平面図。 組み立て状態を立体的に示す斜視図。 三次成形品を組み合わせ、これらの間に磁石を挿入することを示す図。

以下本発明の実施例を図面に基づき説明する。

図１において、ブランク材１は通常丸鋼である機械構造用炭素鋼を設計仕様に基づいた寸法に切断したものである。このブランク材１を図２に示す熱間鍛造(金型成形)にて荒打ちし、一軸方向(図面上方)に複数個の爪磁極部２と爪磁極部２より背の低い中央ボス部３を後方押し出しによりそれぞれ外径部をほぼ垂直になる様に形成した概略円盤状の一次爪磁極成形品４（以下、一次成形品という）を得る。中央ボス部３は中央ボス本体部３Ａと中央ボス本体部３Ａの側方の一体化された連結部５とからなる。該一次成形品４の爪磁極部２は先行技術文献特許第３７７４９８７号（特許文献２）の図２と同様に複数個の爪磁極部が等間隔に配置され、かつ該爪磁極部２と中央ボス部３間は連結形状の連結部５によって連結されていて、爪磁極部２はその根本部から先端に向けて先細りの板状の概略断面台形状となっている。爪磁極部２の根本外周部に、内側に傾斜した傾斜面２Ｃが形成される。

本実施例の特許文献２に記載された構造に対する特徴は、特許文献２に記載された磁石挿入空間部が爪磁極部が中央ボス部の連結部に載置された形状とされ、上下端に軸方向に貫通された空間部が形成されていないのに対して、最終的な組み立て時に軸方向に貫通する磁石挿入空間部を形成することを意図して中央ボス部２の外周円で、すなわち連結部５の外周円で介磁極部２を一体化した形状としたことにある。従って、爪磁極部２は連結部５の上方に載置される構造ではなく、連結部５の側方に取り付けられた形状に鍛造され、上下端貫通の磁石挿入空間部（図１０）を形成しやすいものとしている。この図において、爪磁極部の下方部を根本部２Ａ、先端部２Ｂを細長な先端部と称する。なお、図において爪磁部の外方側方にある外周面２Ｄを外縁側とし、内方側方を内縁側と称し、外縁側の側方を側方外縁側（外周外縁部）と称する。内縁側、外縁側および側方外縁共円周方向に延在する。このような形状において、根本部の端部外側には内方に傾斜した傾斜面２Ｃが形成される。

次に、一次成形品４はショットブラストを施した上に冷間鍛造成形加工時の成形品と金型の摩擦抵抗をなくすためのボンデ処理が施され、その後、図３に示すように上，下反転されて金型(図示せず)に配置され、前記ボス部３の中心に連結部５の反対の爪磁極側からポンチングによって回転軸装着孔となる貫通孔６を形成した二次爪磁極成形品８（以下、二次成形品という）を得る。この図において組み立てられた時の状態から２Ｄは外周面であり、２Ｅは内周面であり、２Ｄおよび２Ｅ間の平面は上下端を亘る平面２Ｌとなる。

そして、前記工程では、前記ポンチングと同時に成形品の表面状態の改善と寸法の矯正を目的とした外径サイジングが施される。

そして、この二次成形品８は、図４，図５に示すように爪磁極部２の外周面２Dと内周面２Ｅ及び中央ボス部３の内側面５Ａが下金型Ｋ１で囲まれるようにして下金型Ｋ１内に載置される。ここで後述するように対向して組み合わされる成形品との関係で、下金型Ｋ１には爪磁極部２に後述する磁石係止部２０を構成するつば部２Ｆを形成するために、段差成形空間（図示せず、ただし、つば部２Fに対応する。）が形成してある。この段差成形空間は爪磁極部２の側方外縁側の両側に位置するように、そして爪磁極部２に上から下まで貫通する形状の空間部を形成するようにされる。このようにした配置状態で、爪磁極部２は下金型Ｋ１に保持される。この状態で上金型Ｋ２を同軸に配置下降させて中央ボス部３および爪磁極部２の外側面５Ｂを塞ぎ、爪磁極部２に加圧を加えることによって、段差成形空間に爪磁極部２の材料の一部が塑性流動されて充満し、爪磁極部２の側方外縁側の両側に円周方向にかつ上端から下端まで延在し、円周方向に伸びるつば部２Ｆ、その内側で、上述の平面２Ｌから形成された、つば部２Ｆに連なって全平面とされた磁石載置面２Ｈが形成され、その結果磁石係止部２０が形成される。このようにして、磁石係止部２０付きの三次爪磁極成型品９（以下、三次成形品という）を得る。

前述したように磁石係止部２０は、冷間鍛造によって、爪磁極部２の側方外縁側の両側に、爪極部の軸方向上下端に至る平滑な磁石載置面２Ｈ、および爪磁極内縁部にこの爪磁極部の軸方向上下端に至り、平滑な磁石載置面２Ｈに連なるつば部２Ｆによって形成される。従って、つば部２Ｆ、磁石載置面２Ｈと記載した時に、爪磁極部２の両側に形成されたつば部および磁石載置面を意味することになる。ここで、前述の傾斜面２Ｃに対応して形成された傾斜面を２Ｒで表す。このようにして形成した三次成形品８の型割位置Ｘには、バリ７が上側金型側に生じる。このバリ７の処理方向について説明する。

このようにして得られた三次成型品９は詳細を図６，図７に示すように上，下金型の型割位置Ｘが、それぞれの爪磁極部２の根本部の内周面２Ｄに形成した傾斜面２Ｒの面上（傾斜面開始点を含めて）である。

形成されたプレス成型面（端部は曲面）２Ｒの稜線部位２Ｋよりも内側に来るように設定されている。型割位置Ｘの上金型側にバリ７が生じる。前述の傾斜面２Ｒは、プレス成型面とされる。稜線部２Ｋは、連結部５の外周端面が内側に向けて傾斜するその傾斜点の開始点である。このバリ７の発生位置は本発明者等が経験に基いて試作を重ね導き出したもので、上金型Ｋ２を浅くしたことによりプレス成型した加工製品である三次成形品を金型から抜き出す場合の、所謂抜き力を改善すると共に、成型時の加工圧を下げることを成功させ、型寿命延長或いは作業効率にも大きく貢献できることを確信した。

次に三次成型品９は、次工程の図８，図９において、冷間加工にてバリ７抜き仕上げが行われ完成品１０となる。

前記した型割位置Ｘは、好ましくは連結部５を構成する連結板の板厚Ｔ０の外側面５Ｂを基準にして１／２以下の範囲ｔにあって、プレス成型面２Ｒ（プレス成型曲面２Ｒの稜線部位２Ｋと同位置）の稜線部位２Ｋより僅かに内側位置している。プレス成型面２Ｒは切削加工されてバランス取り用切削面となる。この回転バランス取り用切削面は一般に連結板材５の外側面５Ｂを基準にしてほぼ３０度の傾斜を持って全周が切削加工されて形成される。

三次成型品９は、図８、図９に示す次工程において冷間加工にてバリ７抜き仕上げが行われるが、前記したように型割位置Ｘが爪磁極部２の根本部の外周面２Ｄに形成されたプレス成型面２Ｒ、すなわち回転バランス取り用切削面の稜線部位２Ｋより内側に位置しているため、三次成型品９を得るための冷間鍛造時に生じるバリ７は回転バランス取り用切削面の成形時にほとんど除去される。このように、爪磁極部２の外周面２Ｄにバリ７はない。

この様にして成形されたランデル型鉄心は、ランデル鉄心の組み立て方法として一般に採用される、先行技術文献に挙げた特許第３７７４９８７号の図２の様に界磁巻線を挟んで回転軸の両側から組み合わされる三次成型品８の爪磁極同士が対峙するように一方が倒置されて車両用高流発電機の回転子の回転軸（図示せず）に装着される。図１０，図１１に示すように交互に配置された爪磁極２間に左右両側に形成された一対の磁石係止部２０が位置する。この磁石係止部２０には左右いずれかの方向から予め着磁され、もしくは装着後に着磁される磁石体１１が挿入され界磁極を構成する。

磁石１１の挿入について説明する。
図１０および図１１は以上のように構成した完成品１０を上下に対向させて組み立てる方法を示す図である。これらの図に示すように、一方の完成品１０（下側）は爪磁極部２が上側を向いて配置され、他方の完成品１０（上側）の爪磁極部２が下側を向いて配置され、一方の完成品の両隣りの爪磁極部間に他方の完成品１０の１つの爪磁極部２が位置するように配設される。この配設によって磁石係止部２０が対向設定され、この間に磁石挿入空間３０が形成される。なお、図１１において磁石１１が挿入状態を明確にするために実線で示してあるが、配置状態では内側になるので実際は点線表示となる。

この場合に、前述したように磁石係止部２０は爪磁極部２の内周部の内周縁部両側に上端から下端まで延在し、円周方向に伸びるつば部２Ｆおよび、このつば部２Ｆの内側に連なる磁石載置面２Ｈを有するように形成され、つば部２Ｆ内面の磁石押さえ面および磁石載置面２Ｈは双方の隣接するつば最上端から最下位置までそれぞれ全平面とされ、その途中に突起物などの挿入の際に挿入障害となる障害物が形成されていない。なお、つば２Ｆは回転バランス切削面２Ｒが形成してあるためにこの部分では薄厚となる。この回転バランス切削面２Ｒがない場合には、最終端部も同厚の平面となる。

従って、上下に２つの完成品１０を組み合わせると、双方の隣接するつば部２Ｆはそれぞれの爪磁極部２の上から下までの間で、また磁石載置面２Ｈはそれぞれの爪磁極部の上から下までの間で平面状に対向する。この結果、２つの磁石係止部２０間には上からもしくは下からの方向から一定の厚さの板状の磁石１１を挿入し得る磁石挿入空間部３０が形成されることになる。この磁石挿入空間部３０の挿入方向に対する直角方向の幅は望ましくは等幅である。

すなわち、磁石係止部２０は、磁石１１が一方の端部（例えば上側端部）から挿入されて他方の端部（例えば下側端部）から挿出されることが可能とする磁石挿入空間部３０を備え、この磁石挿入空間部１２に軸方向端側から挿入された磁石１１が係止される。

このようにして構成した一対のランデル型鉄心は、車両用交流発電機の回転子に望ましく適用される。

２…爪磁極部、３…中央ボス部、４…一次成形品、５…連結部、２Ａ…爪磁極部２の根本部、２Ｂ…爪磁極部２の先端部、２Ｃ…傾斜面、２Ｄ…外周面、２Ｅ…内周面、２Ｋ…プレス成型面２Ｒの稜線部位、２Ｆ…つば部、２Ｈ…磁石載置面、２Ｌ…外周部、２Ｒ…プレス成形面，回転バランス取り用切削面、５Ａ…中央ボス部３の内側面、７…バリ、８…二次爪磁極成形品（二次成形品）、９…三次爪磁極成形品（三次成形品）、１０…完成品、１１…磁石、２０…磁石係止部、３０…磁石挿入空間部、Ｋ１…下金型、Ｋ２…上金型、Ｘ…上，下金型の型割位置。

Claims (5)

1. 爪磁極部の周方向両側面内周部に挿入された磁石を係止する磁石係止部を備えたランデル型鉄心の成形方法であって、
   前記ランデル型鉄心は、ブランクを熱間鍛造にて荒打ちし、垂直に延伸する複数個の爪磁極部と中央ボス部を同一方向に向けて、かつ中央ボス部の外周円で爪磁極部を一体とした形状で一次爪磁極成形品を成形する工程と、該一次爪磁極成形品について中央ボス部の中心部にポンチングにて中心穴を形成すると共に、外周部をサイジングして二次爪磁極成形品を成形する工程と、該二次爪磁極成形品についての爪磁極部の内外周部及び中央ボス部を覆い、爪磁極部の内周縁部との間に爪磁極部の上下端に至る成形空間を形成して二次爪磁極成形品を保持する下金型に上金型を装着して、押圧し、冷間鍛造にて爪磁極側面に、爪極部の軸方向上下端に至る平滑な磁石載置面、および爪磁極内周縁部に、該爪磁極内周縁部の周縁部から円周方向に延び、かつ爪磁極部の軸方向上下端に至り、前記平滑な磁石載置面に連なるつば部を有する三次爪磁極成形品を成形する工程と、前記工程実施の際に型割位置に生じるバリを除去して爪磁極完成品とする工程を経て形成されることを特徴としたランデル型鉄心の成形方法。
2. 請求項１記載において、前記中央ボス部を中央ボス本体部と板状の連結部とで構成して、一次爪磁極成形品を形成し、前記型割位置Ｘを板状の連結部の板厚の外側面を基準にして、１／２以下に設定したことを特徴とするランデル型鉄心の成形方法。
3. 請求項２記載において、爪磁極部の根本端部に内側に傾斜した、稜線部位を有する回転バランス取り用切削面を形成し、前記型割位置Ｘを回転バランス取り用切削面の稜線部位より内側に設定したことを特徴とするランデル型鉄心の成形方法。
4. 外周から軸方向に延びて交互に噛み合うようにされた爪磁極部および爪磁極部に一体化された中央ボス部をそれぞれ備えたランデル型鉄心を組み合わせた一対のランデル型鉄心において、
   各ランデル型鉄心が、爪磁極側面に、爪極部軸方向上下端に至る平滑な磁石載置面、および爪磁極内周縁部に、該爪磁極内縁部の内周縁部から内周方向に伸び、かつ爪磁極部の軸方向上下端に至り、前記平滑な磁石載置面に連なるつば部を備えた磁石係止部を有し、
   一対のランデル型鉄心が一方を倒置して爪磁極部が交互に噛み合わされたときに、隣接する爪磁極部が一方の磁石載置面とつば部が他方の磁石載置面とつば部に対向配置されることによって、双方の磁石係止部が対向配置されて、磁石が軸方向のいずれかの端からも挿入することを可能にした磁石挿入空間部が形成され、該磁石挿入空間部に挿入された磁石が対向配置の磁石係止部に係止されること
   を特徴とする一対のランデル型鉄心。
5. 請求項４に記載した一対のランデル型鉄心を備えることを特徴とする車両用交流発電機の回転子。

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