モ山タコアのワイヤ放電加工による無歪み加工に関する研究
仙モ山タの高効率砂高エネルギー密度化技術の構築山
城門由人q小幡睦憲
生確技術部
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要旨
環境閏題に対応できる小型高効率モーータ〃）開発を目的に，県内外6機関による研究開発小二業を′ 実施Lている．
当センターは，モー タコアのワイヤ放電加丁；ニ上る無温み加丁を担当Lており，今年度は，試作モータコアげ〕加
t 二を行／〕た．ノ安定した加丁条件を検討するために，予備実験を行い安定した加1二条件とし∴ ワイヤ放電′ 電流を
小さく設定し，放電回数の頻度を少なくした．去た，ワイヤ電極と被加l 二物とのギヤップを大きくするために
加⊥電圧を高く設定した．去た，試作モータでは，直径18伽Ⅵi 了1ぴ〕モ｝タコアを作成する必要があったため，積 層する電磁鋼板の射告〕が均一となるように，ボルトによろ固定を採用した．去た，ワイヤ放電加「▲ の切断に上る 被加丁物の落卜を防止するために，落下心付牒沌作製した．二び）結果，絶縁皮膜を肯した薄板（厚さ0．35mm）電
磁鋼板の積層加1二が安定に実施できるようになった．
1 はじ♂）に
1センターで；ま，平成1針諷度から2カ年げ）】′ ′ 定でチ 小
型高効率モー爪タの開発を目的に，大分人手を「ト心とすろ
県内外6機関による地域新生コンソーシアム研究開発事
業（経済寝業省公募事業）を行っている．
1センターーは，電磁銅板モータコアのワイヤ放電加⊥二
に上る無歪み加1二法の確立と試作コアの開発に取り組ん
でいる．
本報告では，研究の概要および，今年度センターーご行 ったモータコアのワイヤ放電加丁に／〕いぃご報告する．
2．研究の概要
環境問題等から，ノ電気機器の小型化‥軽量化，省エネ
ルギ←化が重要視されるょうになっている，
本研究開発事業で￡ま，人分大学榎閲研究峯〃）有すろ電
磁場解析技術を基に，小型高効率モータの開発を目指し
ている．
具体的には従来機種と川等重量で川力がl ．5倍（う．5k＼㌔ 汲を5．5k∼も′ 鞭へ）以上の産業用モータを開発し，それに 関わる製造・組み立て技術を構築する計画である．
モータの高効率中高エネルギー密度化を′ 美現するため 高性能希土類永久磁石を配した回転子と高性能電磁鋼板 を固定戸に持つ新たな構造によ／）て，モータの用力に比
倒する空隙（ェアギャップ）げ）磁束密度を従来げ）L5倍
以上とL ニゾ）高磁束密度化に上ろ損失げ）増加を防ぎ高
効率化するため，新たな構造をモ、／1固定子ヘリ）高惟能電 滋鋼板の有効活用技術を確立r う一ることを目的とLてい
る．
去た，開発設計されたモータの材料磁気特性を損なう
ことなく製造・組み立てを行うためげ〕技術開発を行い， そげ）支援技術として如上■製造過程に発生いた二応力によ ／って磁気特性が劣化した材料の局所誘導加熱法に上る磁 気特性の回復技術を確1【工すろ。
センターでは，′ 電磁鋼板ゾ）材料特作を試作機モータコ アのワイヤ放電加1二を担当し，試作モータコアの加【二を
行った．
3血 モ叫タコアのワイヤ放電加エによる無歪み加エ
こ11モータコアの加エ
モータの鉄心材料として使用されろ′ 温碇銅板は＼f 毒気 エネルギーを伝達する機能材料としてモータ効率を左イJ ▲
する．モータぎー土電磁誘導によるエネ′ レキーノ・を機械的なエ
ネルギーに変換するたれ 鉄心材料とLて使用される電
磁銅板ごは，′ 電磁誘導に上る電流が発生するた裾こ起き
た薄い鉄板′ 珂吏用されろ．
コア材料≠項＝二ごご王、加Lニヒろに力や更隼ノ）… 宗三響て
コア材料の巌気相性〔ノ）′ 万化が昭満室となて．モータコー）アニ土、 金型によろ打ち扶き伽＝二によ／コこ作成されろ二±′ い多い
が，打ち抜き加「で発′ 土十るL己てノノ歪がコア材料（ノ）磁気特， 性を劣化させることが知られている．巨た，試作矧現ご 金型を作成すると，コスト増や「封＝芭期間が長くノノごろメェヒ
〃）豊明題がある．一方，ワイヤ放電カ＝二さ土，任意〝）形状を
作製すろことができ，金型によろモータコア作製±比較
Lて，短時間で試作機用モーータニご了を作こ毀すろことがご、
きる．去た，ワイヤ放電カ＝二ごf ま，微小須戒を竃ぷ且琉 エネ′ レギーーに⊥／）て加「二を行うため，舟＝二に上っご号さ′ 卜
すろ電磁銅板〔／）磁気的な特′ 性劣化し少互いことが予測さ
れる．二のため，本研究開発事業でH∴，モー一夕コア：ハ作 製にワイヤ放電加工を採牒Lている．
3．2 モータコアのワイヤ放電加工における課題
ワイヤ放電加⊥二は，導電性の被加1二物である金属と黄
銅やタングステンなどの細いワイヤ電極とを絶縁すろ加
L液L巨ご，被加1二物ヒワイヤ電極間に電気エネルギーを
加え（′ 電圧を印加），そ〃〕時に発生する火花エネ′ レギー∴二 上／〕て加⊥を行う】ニリ）ため，モーーダニ了アに才朴イ、ろ絶縁 皮膜層を有した薄板し′ ）電磁銅板をワイヤ放′ 竜伽1二㌣行う
場合，次のような課題がある．
放電雄一二は，導電性材料を力＝1二▼j る技術ごあり，非導 電性材料の伽丁二は本来できないため，′ 電磁鋼板ゾ）絶縁皮
帳は ワイヤ電極によって直接被壊しながら或いは，電 磁銅板とワイヤ電極間に生ずる火花エネルギ」に上る間
接的な加丁となる．
圭た，ワイヤ放電加工を用いて，金属材料の薄板を積 層して加⊥する場合，材料製造時の残留応力グ）ため，大
きなひずみを生じ，電極ワイヤの断線び）要因になる、（1）
このため，薄板を重ねて加工する場合，隙間が無い［ うに重ね，摩Hの錘板で上下面から挟み加L十る戸法を
とる必要がある．
3．3 加工条件の検討
積層した電磁鋼板のワイヤ放電加！二を安定に＝動運転
を可能にする加丁条件を検討すろために、r ′ 情実験を行 った．二二でいう加工条件とは，ワイヤ放電勃＝一時の加
工電気条件おょび被加1二物の固定方法である。 電磁銅板は，市販モータに使用されている電磁鋼板（ハ
中ごも最上級とされる鋼板（S9）を使用し，サイズ十L
縦200× 横200メニ厚さ0．35（mm）とした．
材料の上下面に4．5nl mの鋼板（SS400）を当こ，そゾ） 間に，積層厚が約411¶ m〔7）‘ 竜磁鋼板（l 17校）を隙間無 く重ねた．通常，この塊げ）外周数箇所を溶接Lて固定す
るが，予備実験では固定用クリップを独自に製作しノ固定
L′ ′ ∴ 木冊′ ウ一己ご試作十う十、、′ ソ ∴他川j ノ〕ぺノ1−一く∫コア ノ1 直行＝≠加111日ノ）′ 芯㌫銅板÷桂川巨ろ′ ㌧勅∴浴ほ∴［斗
制定↓た場や∴酌膏扱い′ 川畑錐に／■ し｝：ろ二 ≒二′ 1ミJ r ′ 想された
去′ 二二 溶接∴上る佃怖ハ7二Lハ国定ご：上納裾1一丸部け出陣
間を抑え1ニヒができなく′ ′ ごり，■ 定に加l 二∴影二響／を′ 放：デ 【j 二ごが）′ 誹りされた．そエ コ，ノ．各掠釦卜板J り∴バ丹さえ錘 板（SSヰ0（））を待嘱した材杵ノ佃トビ∴二言、ホノントを使川し〟，
切断に上りフリー〆ト／〕ノ 存「；）トリ甘ノ上∴さ士，岡′ ′ ピッリ ソ フを採旧しノた．
、1㍑岬）㌢備‘ 実験で三上，料南材料キり＝仁「る州＝￣．条什で 積層電磁銅板塊を加上しノ√ユニ場た，加＝二状態が′ 和めて不′ 麦 ；主とノ‘ ごり，′ 各極ワイトノ）断線が標発しノ′ ′ 二．吏た，被力J け 物ヒ電極ワイヤソ）接触頻度が多く，安定Lた放電現象を
誘発できなかノ〕トー 上＿
二のため、電腐りイヤの断線対策とし／て以下々調整しノた 調整上 中発放電エネ′ レキーが′ 卜さくなろ」二うに−「る （調整項目 放電で流れる竃謡か）大きさを′ 卜封畑二設1王） 調整2，放電回数肌頻度を少なくする
（調整J f ＝］ 放電が終イLトトら再び電圧をかける三
ごゾ川音間∃を良㍍）に設定〕
次に，彼加1二物㌢電輝ワイヤの接触対策とLて、接触
の要因がスラッン（放電加Ⅰ二衡ノ〕加1二層）ぴ）排．州、′ L二あ
ろと考え，以下椚調整を行った
調整こう。電極ワイヤ十彼加i 二物ヒのキャップ （附問）
を大きくする（調整哨トj ）r ろ均加丁牒紺三を高めに設定）
上記ゾ）調整を行うことご， 加J 二〝〕途中でノ電極ワイヤゾ） 断線を発牛Lない か／），電極ワイヤと被加丁二物（ハ接触 を起こさない積層電磁錘卜仮の安定加1二条件を得た．ニの
咋〃）力Lけ速度は金属材料加⊥時の約封期（且．6mm／mi l l ）で あった
4、試作機モータコアのワイヤ放電加工による加エ 4．1試作機モ叩タコアにおける加工条件の検討
加丁Ⅷ須木を藍巧打、2」∵小言「（ト1i g三ほ，加丁二しノ〔−お磁 鋼板をホLている）ノ㌣牛痩∴ 云集計したモータ拇ステー1夕
ほ，直径」8仇m町内径1ほm町高さ！00nl 【mであ畑Fi き．2
∴ホす厚さ0，35mI l l 〃）電磁鋼板をi O〔）mmに積層すろこと
で，モータコアが完成十ることになる
予備実験〃）結果から，100m† 11に積層した電磁錘板（28わ
枚）を1回のワイヤ放電減‖二で加トトろと、卜分な加【
′ 安定性やノ川1二速度が得J 〕j l ノないニ±が予測されたた扉）， 積層した電磁鋼板明摩さを予備実験で実施した積層厚と
ぎ■ r J 程度にした、つ去り 積層厚さ5nm呈11程度ヒして，2
L司に分けてシ 加I 二すろニヒで，モータト機分を作凍した
′ 実際には 電磁飾卜板び）上卜面に4，5汀汀n〔り押さえ板を配置
し／，仝丁字65mm（電磁鋼板160枚）の銅板塊として加1二
Lた．
圭た、実際（／川口f 二では．予備実験で使用しイニ電磁銅板
〃）挿類，素材サイズ（予備実験2（）（）× 2001¶ nl こ二対t ノ美加
工40（）×250m† ¶ ＆ヰ00×38（）l ¶ m）や積層厚さの相違（j ㌧備
′ 実験50mn一に対し実加l 二65nl m）から予備実験で得た加
J 二条件ゾ〕去去では，加「状態が不安定であった この要
因とLて，鋼板塊のサイズが大きくなることで自重が増 し，剛性が低卜Lたため，たわみ量が増大L，内部応力 が大きくな／つたた琉と考えL、J れる．加L状態を詳しく観 察Lたところ，銅板塊が大きくたわみ、ワイヤ放電加J 二 機〝）下部ガイドと強く接触したことで，下部ガイドの鋼
板塊底面に傷が入っていた．
そこで，たわみによる，鉢板や加⊥機への損傷を防ぐ
たが）に，加⊥二する銅板塊と山口丁ニテー∴ブルの間隔を12mm として固定した．これに［り，鋼板塊をボルトで固定す ることで鋼板塊† 二面に生じるボルトヘッドやナットの突
起とワイヤ放電加」二げ）ド部ガイドが接触しない上うにな った．
さらに，安定した加L二を′ 実施すろために，予備‘ 実験で 調整Lたj 真目について再度見直Lを子J 二った。封本的には
放‘ 【＝加一丁数の頻度をさらに少なくし∴隼均電圧を高くLた．
ニれに上り，力【l 1二速度「L r ′ 備′ 実験で得た値即20∼j （）サb 緯度に億卜し 0．j ∼0．5m王¶ ′ ′ ′ ！扁nとなった
4．2 加工手順の検討
「’ i g．2で示すように，モータコアはフ 内周封はり外周部
分の2箇所をワイヤ放電加Tする必要があろ
加1二は，まず州司吾「；分の加丁を行い，内側ノ）不要な部 分〃）切り落とし加丁を実施Lて，次に外周部分び）加「を
行い，モータコアを作製しノた．
内周部分，外同部分の加1二において，そぴ）安まワイヤ
放電加＝二を実施すると， 切り離される部分ゾ）支えがなく
なって，落下してしノまう．ニのため，最初に，ニー筒所を 切り残Lこ加Lを行い，次に落下防j 上板げ）取り付け7 最
後に，切り残した部分ノ）加「を行うことご，切り離され
る部分が落下Lない上うにLた．
43 内周部分の加工
圭ず；訂量g主3」′ 示すように∴畳鼠酢板と上下押づえ板で， 65mFl l に積層Lた電磁鋼板を扶与，固定ボ′ レトと固定用
クリナプで固定しノた．ワイヤ放電加t にかかろ前に形彫 放電加L二機に上畑 イニシャルホーノ“ ル及びボ′ し卜【古l 定何
の貫通穴慣廟 L二を子J ・／J 7二．
※ イニシャルホー【ル… ワイヤ放電伽丁時∴電極ワイヤ を通すにダ〕の八
薄板の積層物をワイヤ放電加工寸ろ場計，積層板間∵ 隙間を生じないとうにして，加「を安定させる必要があ る・そこで，積層板に隙間をノ上じさせない［うに）ステ
一夕形岨二「渉Lない位置に，敬箇所固定できる⊥うに
した．
次に，港1て防‖ 二極丹）取り付けを実施した．具体的にけ
内側C′ ）加丁終了後に鋼板塊が落卜Lなし、［うに，：う個所 （120、毎2・5n−m程度＝刀り残L加丁を行い（Fi g．4参照り その後，溝卜防止板を取付十，切り満としノ（3箇所残し た部分）加⊥を行った．切り落とし加⊥では 落卜防止
仮による固定∵烏口え，切断の際力【！し二液圧などに上り釦傲 塊が動かない上うに弓射ノなマグネソトで保持しノた・（Fi g．5
参照）
Fi g・6は，内部の不要な部分の切川落とし加てこが完「し た状態をホLている．
∼／／ノ
ノ
／
／
ト、i g．1如上形状
Fl g．2 加工形状（加L二L′ た電磁銅板）
亘■ 、盲巳．ヰ こう笛j 叶り川代い」＝二億レ㌻〕状態 ：∵・
n厄．5 滞† ∵防‥二板キ取り付けた状億 ㌣ニ盲巳，8 ニう筒r ・ノ「リ」り賎し／加重二後ノ）」′畑態
言∴1g．6ト人相；ノ）イニ質ノ‘ パ以上引罰畑落とL加t ㌦ 卜i E．り 落「ドカL卜板キj kりけこナ′ ∫二扶態
外周畠け恒）加丁ニ
ヰ．5 ぴ津頼拍㍑恒）加11で切り藩士された部分≠吋溝川l ナ H∴ ′ 址＝二液〃）循環等∴上り，各鋼板が振れ、加！二が′ 安定
Lない．ニれを防1ト「ろた裾∴ 新たに作製し∴7ニクリッ
プを胎り付けろニヒご，加丁液の循環等に上ろ影響戊少
なくし∴上．さらに，「郎工川ゾ）クリップごは 挟み込ゲ）ろ
部分が切断部近傍に限しれるために 外周切断邪道傍吏
告司定てきか押さえ板を1盲ょり什ナ′ J ：∴ 二れ∴上り。断線
が発′ ‡∵J ろニヒなく，ノ安′ 走／⊥ごワイヤ放電加工ができろよ
／ノト
ノ′ ）
Fi g．7、8，9，且0ご土，外周部分m加⊥イ川郎∵ホし′ ている． 農本的な干法は 内川部分し7）加Lと同じて㍉わる．
Fi g，10 試作機L′ 〕モータコア加＝二が完成した状態
5．まとめ
小型高効率モーータ〝）開発を日直パ∴ モー1タコアのワイ
ヤ放電加Tに上ろ無査み加Lを・行い，′ ㌻年度は 試作モ
ー一夕コアの加Lを行った
安定な加仁を行うたぜ〕に，ワイヤ放電電流を小さく設
定し，放電回数の頻渡を少なくした．去た，ワイヤ電極
と被加‡ T二物と♂）ギヤップを大きくするために，加丁二電圧 を高く設定した．
去た，試作モータで「L 直径180mI ¶ のモータコアを作 製すろ必要があったため，積層すろ電磁銅板の附帯が均
一となるょうに，ボルトに上る固定を採井した− また， ワイヤ放電加⊥の切断による披力【＝二物の落下を防1上する
ために，落下防止板を作製L／た．
この結果，ワイヤ放電加工による，絶縁皮膜を有した
薄板（厚さ0．35m扉詫錆勘鋼板の積層力r 】工が安定に実施で
きるようにな／つた．
参考文献
（l ） 三菱電機株式会社 加⊥技術ノウハウシートSⅢ
