JP6658471B2 - ロータコアの製造方法およびモータコアの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、モータを構成するロータコアの製造方法と、モータを構成するロータコアおよびステータコアからなるモータコアの製造方法に関するものである。

自動車産業においては、ハイブリッド自動車や電気自動車のさらなる走行性能の向上を目指して、駆動用モータの高出力化、軽量化、小型化への開発が日々進められている。また、家電製品メーカーにおいても、各種家電製品に内蔵されるモータのさらなる小型化、高性能化への開発に余念がない。

モータの性能を向上させるには、モータ内部で発生する各種損失を如何に低減できるかが課題である。例えば、電気入力後においては、モータを構成するコイルにおいて導体抵抗損失に起因する銅損が生じ、ロータやステータには渦電流損失やヒステリシス損失に起因する鉄損（または高周波鉄損）が生じ、これらの損失に応じてモータ効率やトルク性能が低下することとなる。

ステータコアとロータコアの製造に当たっては、電磁鋼板からロータコア用板材とステータコア用板材を打ち抜き加工し、複数のロータコア用板材を積層し、加締めや溶接にてロータコアが製造され、複数のステータコア用板材を積層し、加締めや溶接にてステータコアが製造されている。

ステータコアやロータコアから上記鉄損を低減して磁気特性を向上させるべく、ステータコアとロータコアの双方を所定温度にて焼鈍し、プレス等の加工歪の除去をおこなったり、またセミプロセス材など焼鈍を前提とした材料のように双方のコアを形成する結晶を粒成長させる方策が適用できる。

しかしながら、焼鈍にてステータコアとロータコアの双方の結晶を粒成長させることで磁気特性が向上する一方で、結晶が粒成長することでコアの強度（引張強度）が低下するといった背反があることが知られている。

ステータコアの鉄損が低いことにより、モータの小型化と省エネルギー化が図られる。一方、ロータコアは高速にて回転し、回転時に強い遠心力が作用する部材であることから、この強い外力に抗し得る高い強度が要求される。したがって、ロータコアに焼鈍を施すことは強度低下の要因となることから好ましい方策とは言い難く、したがって、ステータコアのみに焼鈍を施し、ロータコアには焼鈍を施さない製造方法が適用されることもある。ただし、この製造方法にて製造されたロータコアには、既述する磁気特性の向上が期待できない。

ここで、特許文献１には、同一の鋼板からロータ材およびステータ材を同時採取しながら、ロータ材においては高い磁束密度および高強度を、ステータ材においては高い磁束密度及び低鉄損を達成し得る高磁束密度無方向性電磁鋼板の製造方法が開示されている。具体的には、鋼板組成が所定の質量比で規定された高磁束密度無方向性電磁鋼板の製造に当たり、結晶粒径が５０μｍ以上５００μｍ以下となるように熱延板焼鈍を実行する方法である。

特開２００４−２７００１１号公報

特許文献１に開示の製造方法では、高磁束密度無方向性電磁鋼板に対して熱延板焼鈍をおこなうことから、ステータコア用の鋼板とロータコア用の鋼板の双方に焼鈍がおこなわれることになる。そのため、ロータコア用の鋼板においては、上記するように磁気特性の向上が期待できる一方で強度の低下が懸念される。

本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、磁気特性に優れ、かつ強度の高いロータコアを製造することのできるロータコアの製造方法と、かかるロータコアに加えて磁気特性に優れたステータコアを製造することのできるモータコアの製造方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成すべく、本発明によるロータコアの製造方法は、モータのロータを構成するロータコアの製造方法であって、電磁鋼板からロータコア用板材を打ち抜き加工し、複数の該ロータコア用板材を積層してロータコア前駆体を製造する第一のステップ、前記ロータコア前駆体の外周側領域と内周側領域で焼鈍時の温度差を設け、該外周側領域は電磁鋼板の結晶が粒成長する温度で焼鈍し、該内周側領域は電磁鋼板の結晶が粒成長しない温度で焼鈍してロータコアを製造する第二のステップからなるものである。

本発明のロータコアの製造方法は、電磁鋼板からなる複数のロータコア用板材が積層されたロータコア前駆体に対し、ロータコア前駆体の外周側領域と内周側領域で焼鈍時の温度差を設けて焼鈍してロータコアを製造することに特徴を有している。具体的には、外周側領域は電磁鋼板の結晶が粒成長する温度で焼鈍し、内周側領域は電磁鋼板の結晶が粒成長しない温度で焼鈍するものである。

ここで、「外周側領域」とは、たとえば、平面視円形のロータコアにおいて、円形の外周輪郭線から所定長さ内側までの範囲の外周の環状領域等を意味し、「内周側領域」とは、外周側領域以外のロータコアの中央側の領域等を意味する。

外周側領域は、鉄損が比較的大きな、たとえばステータコアの円形の外周輪郭線から５ｍｍ程度までの範囲を規定することができる。そこで、この外周側領域の結晶を粒成長させ、磁気特性を向上させることで、ロータコアの鉄損を効果的に低減することができる。

一方、ロータコアの内周側領域は、結晶が粒成長していないことから、強度（引張強度）の高い領域となり、この内周側領域を備えていることでロータコアの高い強度を保証することができる。

また、本発明によるロータコアの製造方法の他の実施の形態において、前記第二のステップでは、前記内周側領域を電磁鋼板の結晶が粒成長しない温度であって、かつ前記打ち抜き加工時の加工歪を除去する温度で焼鈍する。

電磁鋼板の打ち抜き加工時には加工されるロータコア用板材に加工歪が導入されることから、内周側領域においては、電磁鋼板の結晶が粒成長しない温度であって、かつ打ち抜き加工時の加工歪を除去する温度で焼鈍することにより、打ち抜き加工による内周側領域の磁気特性の低下を解消することができる。

また、本発明によるロータコアの製造方法の他の実施の形態において、前記第二のステップでは、少なくとも前記ロータコア前駆体の上面と下面に断熱材を配設し、該ロータコア前駆体の円周方向に延びる側面を露出させた状態で該ロータコア前駆体を焼鈍炉に載置して焼鈍をおこなうものである。

ロータコア前駆体の上面と下面に断熱材を配設し、ロータコア前駆体の円周方向に延びる側面を露出させた状態では、たとえばこのロータコアの側面のみが外部に露出する。この状態で焼鈍をおこなうと、ロータコアの上下面は断熱材で防護されていることから、ロータコアの側面のみが直接加熱されて昇温し、側面から徐々にロータコアの内側に伝熱されていく。

ロータコア前駆体の外周側領域が所定温度まで昇温して焼鈍された段階で焼鈍を終了することにより、外周側領域の電磁鋼板の結晶を所望に粒成長させることができるとともに、ロータコア前駆体の内周側領域の電磁鋼板の結晶の粒成長を抑制することができる。

なお、ロータコア前駆体の上下面における断熱材によるカバー範囲は、ロータコア前駆体の上下面の全面を断熱材でカバーすることの他にも、ロータコア前駆体の内周側領域に相当する上下面のみを断熱材にてカバーする形態であってもよい。

また、本発明によるロータコアの製造方法の他の実施の形態において、前記第二のステップでは、前記ロータコア前駆体が転がり移動する移動空間を備え、該移動空間の周囲に加熱装置が配設された内部移動型焼鈍炉を使用し、該加熱装置の作動下で前記移動空間を前記ロータコア前駆体が転がり移動する過程で該ロータコア前駆体の前記側面から加熱が実行されて焼鈍をおこなうものである。

円柱状のロータコア前駆体が転がり移動する移動空間を備えた内部移動型焼鈍炉を使用し、ロータコア前駆体を転がり移動させながら側面から加熱装置にて加熱して焼鈍することで、ロータコア前駆体の外周側領域の焼鈍を効率的におこなうことが可能になる。ロータコア前駆体を転がり移動させる方法としては、たとえば、ロータコア前駆体に環状のギアを取り付け、移動空間内において該移動空間の長手方向に延びて該移動空間内をスライドする長尺のギアをロータコア前駆体に取り付けられた環状のギアに噛み合わせ、長尺のギアをスライドさせることでロータコア前駆体を移動空間内に転がり移動させることができる。

なお、内部移動型焼鈍炉に、予熱ゾーン、高温加熱ゾーンを連続的に設け、比較的低温に保持された予熱ゾーンをロータコア前駆体が転がり移動する過程で当該ロータコア前駆体の全体を所定温度まで予熱し、次いで、高温加熱ゾーンをロータコア前駆体が転がり移動する過程でロータコア前駆体の側面から焼鈍を積極的におこない、外周側領域の結晶の粒成長を促進させる製造方法であってもよい。

また、本発明はモータのロータを構成するロータコアとステータを構成するステータコアからなるモータコアの製造方法にも及ぶものであり、この製造方法は、電磁鋼板からロータコア用板材とステータコア用板材を打ち抜き加工し、複数の該ロータコア用板材を積層してロータコア前駆体を製造し、複数の該ステータコア用板材を積層してステータコア前駆体を製造する第一のステップ、前記ロータコア前駆体の外周側領域と内周側領域で焼鈍時の温度差を設け、該外周側領域は電磁鋼板の結晶が粒成長する温度で焼鈍し、該内周側領域は電磁鋼板の結晶が粒成長しない温度で焼鈍してロータコアを製造し、前記ステータコア用前駆体を焼鈍してステータコアを製造する第二のステップからなるものである。

本発明のモータコアの製造方法は、モータを構成するロータコアとステータコアの双方（双方をまとめてモータコアと称する）を製造する方法であり、上記するロータコアの製造方法と共通する方法にてロータコアを製造する点に特徴がある。

共通する電磁鋼板からロータコア用板材とステータコア用板材を打ち抜き加工することで電磁鋼板の廃棄部分を可及的に低減することができ、材料歩留りを高めることができる。

第二のステップにおいて、ステータコア前駆体はその全体を結晶が粒成長する温度にて焼鈍して磁気特性の向上を図る。

本発明の製造方法によって製造されたロータコアは優れた磁気特性と高い強度を有しており、製造されたステータコアも優れた磁気特性を有していることから、これらのモータコアは性能に優れたモータの製造に供される。

また、本発明によるモータコアの製造方法においても、製造方法の他の実施の形態として、前記第二のステップでは、前記ロータコア前駆体の前記内周側領域を電磁鋼板の結晶が粒成長しない温度であって、かつ前記打ち抜き加工時の加工歪を除去する温度で焼鈍する形態がある。

また、本発明によるモータコアの製造方法の他の実施の形態において、前記第二のステップでは、少なくとも前記ロータコア前駆体の上面と下面に断熱材を配設し、該ロータコア前駆体の円周方向に延びる側面を露出させた状態で該ロータコア前駆体を焼鈍炉に載置し、前記ステータコア前駆体も該焼鈍炉に載置し、双方の前駆体の焼鈍をおこなうものである。

たとえば、ステータコア前駆体の内部にロータコア前駆体を配設して共通する焼鈍炉に双方のコア前駆体を載置し、双方のコア前駆体の焼鈍を同時におこなうことにより、可及的に小さな焼鈍炉を使用しながら効率的に焼鈍をおこなうことができる。

また、本発明によるモータコアの製造方法の他の実施の形態において、前記第二のステップでは、前記ロータコア前駆体が転がり移動する移動空間を備え、該移動空間の周囲に加熱装置が配設された内部移動型焼鈍炉を使用し、該加熱装置の作動下で前記移動空間を前記ロータコア前駆体が転がり移動する過程で該ロータコア前駆体の前記側面から加熱が実行されて焼鈍をおこない、前記ステータコア前駆体は別途の焼鈍炉に載置して焼鈍をおこなうものである。

内部移動型焼鈍炉の移動空間にロータコア前駆体を転がり移動させながら移動空間の周囲にある加熱装置にて連続的にロータコア前駆体の側面を直接加熱することで、ロータコア前駆体の側面（外周側領域）からの焼鈍を効率的におこなうことができる。一方、ステータコア前駆体は、別途の焼鈍炉に載置して全体的に結晶が粒成長するように焼鈍することで、磁気特性に優れたステータコアが製造される。

以上の説明から理解できるように、本発明のロータコアの製造方法およびモータコアの製造方法によれば、ロータコア前駆体の外周側領域と内周側領域で焼鈍時の温度差を設け、外周側領域は電磁鋼板の結晶が粒成長する温度で焼鈍し、内周側領域は電磁鋼板の結晶が粒成長しない温度で焼鈍することにより、磁気特性に優れ、かつ強度の高いロータコアを製造することができ、さらには、このようなロータコアを備えたモータコアを製造することができる。

本発明のロータコアの製造方法の第一のステップを説明した模式図である。 図１に続いて製造方法の第一のステップを説明した模式図である。 ロータコアの製造方法の第二のステップの実施の形態１を説明した模式図である。 焼鈍時における、ロータコア前駆体の外周側領域と内周側領域の加熱制御フローを説明した図である。 ロータコアの製造方法の第二のステップの実施の形態２を説明した模式図である。 製造されたロータコアの斜視図である。 本発明のモータコアの製造方法の第一のステップを説明した模式図である。 図７に続いて製造方法の第一のステップを説明した模式図である。 モータコアの製造方法の第二のステップを説明した模式図である。 焼鈍時における、ステータコア前駆体、ロータコア前駆体の外周側領域および内周側領域の加熱制御フローを説明した図である。 製造されたモータコアの斜視図である。 焼鈍温度と焼鈍後のロータコアの強度の関係を特定する実験結果を示した図である。 焼鈍温度と焼鈍後のロータコアの鉄損の関係を特定する実験結果を示した図である。 実施例および比較例の鉄損と強度に関する実験結果を示した図である。

以下、図面を参照して本発明のロータコアの製造方法およびモータコアの製造方法の実施の形態を説明する。

（ロータコアの製造方法の実施の形態）
図１，２は順に本発明のロータコアの製造方法の第一のステップを説明した模式図であり、図３はロータコアの製造方法の第二のステップの実施の形態１を説明した模式図であり、図４は焼鈍時における、ロータコア前駆体の外周側領域と内周側領域の加熱制御フローを説明した図である。また、図５はロータコアの製造方法の第二のステップの実施の形態２を説明した模式図である。

まず、図１で示すように、広範な電磁鋼板Ｓを不図示のプレス機等で所定径の円盤状に打ち抜き加工することにより、複数のロータコア用板材１を製造する。なお、この電磁鋼板Ｓとしては、該電磁鋼板を形成する結晶の平均粒径が２０〜３０μｍ程度の範囲である、いわゆる細粒材と称される電磁鋼板の他、結晶の平均粒径が５０μｍ以上である、いわゆる通常粒径材が適用できる。

次に、図２で示すように、製造された複数のロータコア用板材１を積層し、加締めや溶接等によってロータコア前駆体１０’を製造する。

ここで、ロータコア前駆体１０’は円柱状を呈しており、周方向に延びる側面１０’ｄ、上面１０’ｅ、下面１０’ｆを有している。さらに、磁極数に応じた磁石用スロットを備えており、図示例は不図示の三つの永久磁石で一つの磁極が形成される形態であり、平面視でハの字状の二つの磁石用スロット１０’ａと、それらの間で周方向に長手方向が配設された一つの磁石用スロット１０’ｂが開設されている。尤も、磁石用スロットの形態は多様であり、一つの磁極が一つの磁石用スロット１０’ｂに配設された永久磁石から構成される形態や、一つの磁極がハの字状の二つの磁石用スロット１０’ａに配設された永久磁石から構成される形態などであってもよい。また、ロータコア前駆体１０’の中央位置にはシャフト用スロット１０’ｃが開設されている。なお、これらの磁石用スロット１０’ａ、１０’ｂやシャフト用スロット１０’ｃは、積層前の各ロータコア用板材１に対して開設されてもよいし、各ロータコア用板材１が積層された後に上面１０’ｅから下面１０’ｆに亘って開設されてもよい（以上、第一のステップ）。

第一のステップで製造されたロータコア前駆体１０’に対し、第二のステップではロータコア前駆体１０’の外周側領域と内周側領域で焼鈍時の温度差を設けて焼鈍し、ロータコアを製造する。この第二のステップを図３、４、５を参照して説明する。

まず、第二のステップの実施の形態１を図３，４を参照して説明する。図３で示すように、ロータコア前駆体１０’の上面１０’ｅと下面１０’ｆに断熱材Ｉを配設し、ロータコア前駆体１０’の円周方向に延びる側面１０’ｄを外部に露出させた状態とし、これを加熱装置Ｈが内蔵された焼鈍炉Ｋ１に載置する。

加熱装置Ｈを作動させることにより、焼鈍炉Ｋ１内において、ロータコア前駆体１０’の側面１０’ｄから加熱をおこなう（Ｘ方向）。

すなわち、焼鈍炉Ｋ１内においては、ロータコア前駆体１０’の上面１０’ｅと下面１０’ｆからの入熱は断熱材Ｉによって抑制される一方、外部に露出した側面１０’ｄからの入熱は盛んにおこなわれる。そのため、ロータコア前駆体１０’においては、側面１０’ｄからの焼鈍が進行することになる。

この焼鈍加工では、図４で示すロータコア前駆体の外周側領域と内周側領域の加熱制御フローを実行する。

図４において、温度Ｔ１は電磁鋼板を形成する結晶が粒成長する温度範囲の上限値を示しており、温度Ｔ２は結晶が粒成長しない温度範囲の上限値を示しており、温度Ｔ３は電磁鋼板Ｓからの打ち抜き加工時にロータコア用板材１に導入される加工歪を除去可能な温度範囲の下限値を示している。

焼鈍加工では、ロータコア前駆体１０’の外周側領域は、時刻ｔ１で温度Ｔ１まで昇温し、温度Ｔ１で時刻ｔ２までの所定時間焼鈍する加熱制御を実行する。一方、ロータコア前駆体１０’の内周側領域は、時刻ｔ２で温度Ｔ２となるように温度を漸増させながら焼鈍する加熱制御を実行する。そして、時刻ｔ２の段階で加熱を終了し、焼鈍炉Ｋ１を冷却する制御を実行する（以上、第二のステップの実施の形態１）。

ここで、ロータコア前駆体１０’の外周側領域とは、最終的に製造されるロータコアにおいて鉄損による磁気特性の低下が顕著な範囲であり、たとえば側面１０’ｄから５ｍｍ内側に入った環状範囲を外周側領域に規定できる。一方、ロータコア前駆体１０’の内周側領域は、ロータコア前駆体１０’における外周側領域を除く内側の領域となる。

次に、第二のステップの実施の形態２を図５を参照して説明する。この実施の形態では、図５で示すように、ロータコア前駆体１０’が転がり移動する移動空間ＭＳを備え、移動空間ＭＳの左右に加熱装置Ｈが配設された内部移動型焼鈍炉Ｋ２を使用する。

内部移動型焼鈍炉Ｋ２では、予熱ゾーンＹＺ、高温加熱ゾーンＨＺ、冷却ゾーンＣＺが連続的に設けられており、さらに、移動空間ＭＳ内でスライドする長尺のギアＧ２が配設されている。ロータコア前駆体１０’の上下面に断熱材Ｉを取り付け、さらに一方の断熱材Ｉには環状のギアＧ１を取り付け、ギアＧ１、Ｇ２を相互に噛み合わせる。不図示の駆動部にて長尺のギアＧ２をスライドさせることにより（Ｚ方向）、ギアＧ１を介してロータコア前駆体１０’は回転しながら（Ｙ１方向）移動空間ＭＳ内を予熱ゾーンＹＺから高温加熱ゾーンＨＺ、さらには冷却ゾーンＣＺへと前進することができる（Ｙ２方向）。まず、比較的低温に保持された予熱ゾーンＹＺをロータコア前駆体１０’が転がりながら（Ｙ１方向）移動する（Ｙ２方向）過程で、ロータコア前駆体１０’の全体を所定温度まで予熱する。ロータコア前駆体１０’は円柱状を呈しており、その側面１０’ｄのみが加熱装置Ｈに対して露出していることから、ロータコア前駆体１０’の側面１０’ｄが直接加熱され（Ｘ方向）、したがってロータコア前駆体１０’の側面１０’ｄから入熱が進行する。

次に、予熱されたロータコア前駆体１０’が高温加熱ゾーンＨＺに入る。この高温加熱ゾーンＨＺにある加熱装置Ｈにはたとえばハロゲンヒータが適用でき、予熱ゾーンＹＺよりも高温加熱が実行される。高温加熱ゾーンＨＺでは予熱ゾーンＹＺよりも高温の熱が回転するロータコア前駆体１０’の側面１０’ｄから入熱されることにより、ロータコア前駆体１０’の外周側領域の焼鈍が進行する。ロータコア前駆体１０’が高温加熱ゾーンＨＺで焼鈍された後、ロータコア前駆体１０’は冷却ゾーンＣＺに移動し、ここで冷却がおこなわれる。なお、図５で示す第二のステップにおいても、図４で示す加熱制御が実行される（以上、第二のステップの実施の形態２）。

以上、第一のステップと第二のステップの実施の形態１もしくは実施の形態２による製造方法により、図６で示すロータコア１０が製造される。ここで、ロータコア１０は、磁石用スロット１０ａ、１０ｂとシャフト用スロット１０ｃを備え、側面１０ｄから所定幅ｗ範囲で結晶が粒成長している外周側領域１０Ａとその内側で結晶が粒成長していない内周側領域１０Ｂを備えている。

外周側領域１０Ａにおいては、結晶が粒成長していることに起因して磁気特性が高くなっており、鉄損を効果的に低減することが可能になる。さらに、内周側領域１０Ｂにおいては、結晶が粒成長していないことから強度（引張強度）の高い領域となる。したがって、ロータコア１０は、磁気特性に優れ、かつ強度の高いコアとなる。

（モータコアの製造方法の実施の形態）
図７，８は順に本発明のモータコアの製造方法の第一のステップを説明した模式図であり、図９はモータコアの製造方法の第二のステップを説明した模式図であり、図１０は焼鈍時における、ステータコア前駆体、ロータコア前駆体の外周側領域および内周側領域の加熱制御フローを説明した図である。

まず、図７で示すように、電磁鋼板Ｓからステータコア用板材２とその内側の領域からロータコア用板材１を一組として複数組打ち抜き加工することにより、所定組のステータコア用板材２とロータコア用板材１を製造する。このように、ステータコア用板材２とその内側の領域からロータコア用板材１を打ち抜き加工することで、電磁鋼板Ｓの廃棄部分を可及的に低減することができ、材料歩留りを高めることができる。

次に、図８で示すように、製造された複数のロータコア用板材１を積層し、加締めや溶接等によってロータコア前駆体１０’を製造し、同様に、製造された複数のステータコア用板材２を積層し、加締めや溶接等によってステータコア前駆体２０’を製造する（以上、第一のステップ）。

次に、図９で示すように、ロータコア前駆体１０’に関しては、図３と同様に、ロータコア前駆体１０’の上面１０’ｅと下面１０’ｆに断熱材Ｉを配設し、これをステータコア前駆体２０’の内側に配設した状態で加熱装置Ｈが内蔵された焼鈍炉Ｋ１に載置する。このように、ステータコア前駆体２０’の内側にロータコア前駆体１０’を配設して双方を同時に焼鈍することから、焼鈍炉Ｋ１を可及的に小さくすることができ、かつ、効率的に焼鈍をおこなうことができる。

ここで、ステータコア前駆体２０’にはその全体の焼鈍を促進させるべく、断熱材を配設しない。ロータコア前駆体１０’とステータコア前駆体２０’の高さを調節するべく、ステータコア前駆体２０’は台座Ｄの上に載置する。

加熱装置Ｈを作動させることにより、焼鈍炉Ｋ１内において、ステータコア前駆体２０’はその上面および側面から加熱され（Ｘ方向）、ロータコア前駆体１０’はステータコア前駆体２０’との間の空間を介して側面１０’ｄから加熱される（Ｘ方向）。

したがって、焼鈍炉Ｋ１内においては、ロータコア前駆体１０’の上面１０’ｅと下面１０’ｆからの入熱は断熱材Ｉによって抑制される一方、外部に露出した側面１０’ｄからの入熱が盛んにおこなわれ、ステータコア前駆体２０’は外部に露出した側面および上面からの入熱が盛んにおこなわれ、それぞれ焼鈍が進行することになる。

この焼鈍加工では、図１０で示すステータコア前駆体、ロータコア前駆体の外周側領域および内周側領域の加熱制御フローを実行する。

図１０において、温度Ｔ１は電磁鋼板を形成する結晶が粒成長する温度範囲の上限値を示しており、温度Ｔ２は結晶が粒成長しない温度範囲の上限値を示しており、温度Ｔ３は電磁鋼板Ｓからの打ち抜き加工時にロータコア用板材１に導入される加工歪を除去可能な温度範囲の下限値を示している。

焼鈍加工では、ロータコア前駆体１０’の外周側領域は、時刻ｔ１で温度Ｔ１まで昇温し、温度Ｔ１で時刻ｔ２までの所定時間焼鈍する加熱制御を実行し、ロータコア前駆体１０’の内周側領域は、時刻ｔ２で温度Ｔ２となるように温度を漸増させながら焼鈍する加熱制御を実行する。また、ステータコア前駆体２０’は時刻ｔ１よりも早い時刻ｔ３で温度Ｔ１まで昇温し、温度Ｔ１で時刻ｔ２までの所定時間焼鈍する加熱制御を実行する。そして、時刻ｔ２の段階で加熱を終了し、焼鈍炉Ｋ１を冷却する制御を実行する（以上、第二のステップ）。

以上、第一のステップと第二のステップによる製造方法により、図１１で示すように、ロータコア１０とステータコア２０からなるモータコア３０が製造される。

ここで、ロータコア１０は、図６に示すように磁石用スロット１０ａ、１０ｂとシャフト用スロット１０ｃを備え、側面１０ｄから所定幅ｗ範囲で結晶が粒成長している外周側領域１０Ａとその内側で結晶が粒成長していない内周側領域１０Ｂを備えている。この外周側領域１０Ａによって高い磁気特性が付与され、内周側領域１０Ｂによって高い強度が保証される。

一方、ステータコア２０はその全体の結晶が粒成長していることに起因して磁気特性が高くなっており、鉄損が低減されたコアとなる。

したがって、磁気特性に優れ、かつ強度の高いロータコア１０を製造することができ、さらには、磁気特性に優れたステータコア２０を製造することができる。

なお、このモータコアの製造方法の第二のステップにおいても、ロータコア前駆体１０’の焼鈍においては図５で示す内部移動型焼鈍炉Ｋ２を使用し、ステータコア前駆体２０’の焼鈍においては図９で示す焼鈍炉Ｋ１を使用する方法もある。

（ロータコアの強度および鉄損を検証した実験とその結果）
本発明者等は、ロータコアを本発明の製造方法によって製造した試験体（実施例）、焼鈍をしないロータコアの試験体（比較例１）、ロータコアの全体に７５０℃で焼鈍した試験体（比較例２）およびロータコアの全体を８５０℃で焼鈍した試験体（比較例３）の特性を推定するため、素材の鋼板から試験片を切り出し、ロータコアと同様の熱処理を加えて試験を行った。実施例の試験体は、平面視の直径が１５０ｍｍのロータコアにおいて、その外周から５ｍｍの環状範囲を外周側領域、その内側を内周側領域とし、外周側領域は８００〜８５０℃で焼鈍し、内周側領域は６５０〜７５０℃で焼鈍したものを模擬した。なお、いずれの試験体とも、電磁鋼板を打ち抜き加工したロータコア用板材であり、平均粒径が５０μｍ未満の細粒材を使用している。ここで、７５０℃以下の温度範囲では電磁鋼板の結晶の粒成長がなされないこと、６５０℃以上の温度範囲において打ち抜き加工時の加工歪が除去されることが分かっている。本実験において、試験体の強度に関しては、焼鈍温度が異なる細粒材から引張試験片を作製し、引張試験機による引張試験を実施した際の降伏強度を測定している。また、鉄損の試験は、同様に焼鈍温度が異なる細粒材から切り出した測定用試験片で測定している。

本実験では、上記実施例および比較例１〜３の強度と鉄損の検証をおこなうとともに、ロータコア前駆体を製作し、このロータコア前駆体に焼鈍をおこなうに当たり、焼鈍温度を種々変化させ、各焼鈍温度における焼鈍後の材料の降伏強度と鉄損を測定する実験をおこなった。焼鈍温度と材料の降伏強度（Ｙｐ）に関する実験結果を図１２に示し、焼鈍温度とロータコアの鉄損に関する実験結果を図１３に示す。なお、図１２の縦軸の数値は、細粒材による焼鈍前のロータコアの降伏強度から、焼鈍後の降伏強度の低下量を示している。図１２中の点線で示された強度は、通常粒径材の降伏強度を示している。また、図１３の縦軸の数値は、細粒材によるロータコアの焼鈍前の鉄損の結果を１００とし、細粒材によるロータコアの焼鈍後の鉄損をこの１００に対する比率で示している。

図１２より、焼鈍温度７５０℃を境界として焼鈍後の強度が大きく変化すること、より具体的には、焼鈍温度７５０℃以上の範囲でロータコアの強度が大きく低下することが実証されている。したがって、ロータコアの強度のみに着目した場合には、焼鈍温度を７５０℃より低い温度に調整するのがよい。

ここで、図中には実施例の適用される範囲を示している。実施例にかかるロータコアは、外周側領域が８００〜８５０℃で焼鈍され、内周側領域は６５０〜７５０℃で焼鈍される。実施例にかかるロータコアは、外周側領域と内周側領域で温度差を設け、内周側領域を７５０℃より低い温度で焼鈍したことにより、ロータコアの高い強度を保証することができる。

また、図１３より、焼鈍後の鉄損も、焼鈍温度７５０℃を境界として焼鈍後の鉄損が大きく変化すること、より具体的には、焼鈍温度７５０℃以上の範囲でロータコアの鉄損が大きく低下することが実証されている。したがって、ロータコアの鉄損のみに着目した場合には、焼鈍温度を７５０℃より高い温度に調整するのがよい。

実施例にかかるロータコアは、外周側領域と内周側領域で温度差を設け、外周側領域を７５０℃よりも高い温度で焼鈍したことにより、鉄損低減効果の高い、優れた磁気特性を保証することができる。

図１４は、実施例、比較例１〜３のロータ鉄損と強度に関する実験結果を示した図である。図中、強度◎は図１２の焼鈍前からの降伏強度の低下量が０ＭＰａ〜２０ＭＰａ程度であることを示しており、強度○は２０ＭＰａ〜４０ＭＰａ程度を示しており、強度△は４０ＭＰａを超える降伏強度低下量を示している。

図１４より、比較例１を１００とした場合に全体を８５０℃で焼鈍した比較例３と実施例は同程度（８７程度）と鉄損が格段に低下していることが実証されており、さらに、強度に関しては、実施例は焼鈍なしの比較例１と同程度の強度を有していることが分かる。すなわち、外周側領域と内周側領域で温度差を設けて焼鈍をおこなう本発明の製造方法により、磁気特性に優れ、強度の高いロータコアが得られることが実証されている。

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

１…ロータコア用板材、２…ステータコア用板材、１０…ロータコア、１０’…ロータコア前駆体、１０Ａ…外周側領域、１０Ｂ…内周側領域、１０ａ、１０’ａ、１０ｂ、１０’ｂ…磁石用スロット、１０ｃ、１０’ｃ…シャフト用スロット、１０’ｄ…側面、１０’ｅ…上面、１０’ｆ…下面、２０…ステータコア、２０’…ステータコア前駆体、３０…モータコア、Ｓ…電磁鋼板、Ｋ１…焼鈍炉、Ｋ２…内部移動型焼鈍炉、ＭＳ…移動空間、Ｈ…加熱装置、Ｉ…断熱材、Ｇ１、Ｇ２…ギア

Claims (10)

1. モータのロータを構成するロータコアの製造方法であって、
   電磁鋼板からロータコア用板材を打ち抜き加工し、複数の該ロータコア用板材を積層して、前記ロータコアの外周側に位置する外周側領域と、前記ロータコアの内周側に位置する内周側領域と、前記外周側領域及び前記内周側領域の間に位置する中間領域とを有し、前記外周側に磁石用スロットが設けられたロータコア前駆体を製造する第一のステップ、
   前記ロータコア前駆体の前記外周側領域と前記内周側領域で焼鈍時の温度差を設け、前記外周側領域は電磁鋼板の結晶が粒成長する第１の所定温度で焼鈍し、前記内周側領域は電磁鋼板の結晶が粒成長しない、前記第１の所定温度より低い第２の所定温度で焼鈍してロータコアを製造する第二のステップからなり、
   前記外周側領域は、前記ロータコア前駆体の外周輪郭線から、少なくとも前記外周輪郭線の５ｍｍ前記内周側の位置まで、最大で前記磁石用スロットの径方向の中央まで径方向に延在する環状範囲である、ロータコアの製造方法。
2. 前記第二のステップでは、前記内周側領域を電磁鋼板の結晶が粒成長しない温度であって、かつ前記打ち抜き加工時の加工歪を除去する前記第２の所定温度で焼鈍する、請求項１に記載のロータコアの製造方法。
3. 前記第二のステップでは、前記外周側領域を８００℃〜８５０℃の範囲内の第１の所定温度で焼鈍し、前記内周側領域を６５０℃〜７５０℃の範囲内の前記第２の所定温度で焼鈍する、請求項１または２に記載のロータコアの製造方法。
4. 前記第二のステップでは、少なくとも前記ロータコア前駆体の上面と下面に断熱材を配設し、該ロータコア前駆体の円周方向に延びる側面を露出させた状態で該ロータコア前駆体を焼鈍炉に載置して焼鈍をおこなう、請求項１から３のいずれか一項に記載のロータコアの製造方法。
5. 前記第二のステップでは、前記ロータコア前駆体が転がり移動する移動空間を備え、該移動空間の周囲に加熱装置が配設された内部移動型焼鈍炉を使用し、該加熱装置の作動下で前記移動空間を前記ロータコア前駆体が転がり移動する過程で該ロータコア前駆体の前記側面から加熱が実行されて焼鈍をおこなう、請求項１から３のいずれか一項に記載のロータコアの製造方法。
6. モータのロータを構成するロータコアとステータを構成するステータコアからなるモータコアの製造方法であって、
   電磁鋼板からロータコア用板材とステータコア用板材を打ち抜き加工し、複数の該ロータコア用板材を積層して、前記ロータコアの外周側に位置する外周側領域と、前記ロータコアの内周側に位置する内周側領域と、前記外周側領域及び前記内周側領域の間に位置する中間領域とを有し、前記外周側に磁石用スロットが設けられたロータコア前駆体を製造し、複数の該ステータコア用板材を積層してステータコア前駆体を製造する第一のステップ、
   前記ロータコア前駆体の前記外周側領域と前記内周側領域で焼鈍時の温度差を設け、前記外周側領域は電磁鋼板の結晶が粒成長する第１の所定温度で焼鈍し、前記内周側領域は電磁鋼板の結晶が粒成長しない、前記第１の所定温度より低い第２の所定温度で焼鈍してロータコアを製造し、前記ステータコア用前駆体を焼鈍してステータコアを製造する第二のステップからなり、
   前記外周側領域は、前記ロータコア前駆体の外周輪郭線から、少なくとも前記外周輪郭線の５ｍｍ前記内周側の位置まで、最大で前記磁石用スロットの径方向の中央まで径方向に延在する環状範囲である、モータコアの製造方法。
7. 前記第二のステップでは、前記ロータコア前駆体の前記内周側領域を電磁鋼板の結晶が粒成長しない温度であって、かつ前記打ち抜き加工時の加工歪を除去する前記第２の所定温度で焼鈍する、請求項６に記載のモータコアの製造方法。
8. 前記第二のステップでは、前記外周側領域を８００℃〜８５０℃の範囲内の第１の所定温度で焼鈍し、前記ロータコア前駆体の前記内周側領域を６５０℃〜７５０℃の範囲内の前記第２の所定温度で焼鈍する、請求項６または７に記載のモータコアの製造方法。
9. 前記第二のステップでは、少なくとも前記ロータコア前駆体の上面と下面に断熱材を配設し、該ロータコア前駆体の円周方向に延びる側面を露出させた状態で該ロータコア前駆体を焼鈍炉に載置し、前記ステータコア前駆体も該焼鈍炉に載置し、双方の前駆体の焼鈍をおこなう、請求項６から８のいずれか一項に記載のモータコアの製造方法。
10. 前記第二のステップでは、前記ロータコア前駆体が転がり移動する移動空間を備え、該移動空間の周囲に加熱装置が配設された内部移動型焼鈍炉を使用し、該加熱装置の作動下で前記移動空間を前記ロータコア前駆体が転がり移動する過程で該ロータコア前駆体の前記側面から加熱が実行されて焼鈍をおこない、前記ステータコア前駆体は別途の焼鈍炉に載置して焼鈍をおこなう、請求項６から８のいずれか一項に記載のモータコアの製造方法。

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