JP2006254637A - 固定鉄心の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
積層された固定鉄心を溶接により固定する際、溶接の熱変形により内径の寸法の悪化と、スロットの位置ずれ，溶接ビードが切れてしまうという問題がある。
【解決手段】
積層された固定鉄心の外周側面を溶接する場合、ティースとティースの間のスロット部に周方向を拘束するためのガイドを挿入し、内周側面を押し広げた後、固定鉄心の積層方向から挟み込むように押圧する。ここで押圧する部材に突起を設けて、その突起部で溶接する個所のみを押圧し、固定鉄心の外周側面を溶接する。
【選択図】図２

Description

本発明は、内径に回転子を持つ回転電機に用いられる鉄心に係り、特に、らせん状に積層されるスパイラルコアの製造方法に関する。

内径に回転子を持つ固定鉄心の製造方法は、（１）帯状鋼板の一側縁にそって鉄心歯を打抜き、この帯状板を巻回積層し、スロットの位置を合わせて積層方向からに押圧した状態で鉄心外周部を数箇所溶接して固定する方法と、（２）帯状鋼板からリング状でヨークから突出した多数のティース間に多数のスロットが形成された形状で１枚１枚抜き落とした後、積層し、外周の数箇所を溶接しているものやリング状のものを円周方向に分割し、その形状を帯状鋼板から打抜き、リング状になるように積層する分割コアの外周を数箇所溶接する製造方法がある。

また、円筒状のヨーク部コアとティース部コアに分割されたコアで構成される固定鉄心でヨーク部とティース部の嵌合部のギャップを縮小化する方向に内径から拡張治具により拡張し組み立てる製造方法がある。

特開昭５３−８５３０６号公報 特開２００２−１９９６２８号公報 特開２００２−１９９６６６号公報

しかしながら、固定鉄心を固定する際、溶接の熱変形により内径の寸法が悪化し、回転子とのギャップがばらつき生じ、出力特性が低下と磁気音が大きくなる問題がある。

また、分割コアの内径を拡張しながら、外周溶接を行う際、固定鉄心を積層方向に押圧しないため、積層により発生した隙間により、溶接ビードが切れてしまい固定鉄心を固定できないものが発生する問題がある。

また、固定鉄心のスロットの開口部を内径心金についたブレードにより、スロットの位置を揃えているが、スパイラルコアにおいては、ティースが等間隔で階段状にずれるスキューが発生する。ティースの先端を押さえた場合でも、外径側のティースの位置ズレが残り、巻線の挿入性を悪化させ、巻線の占有面積が小さくなり、巻き線の数が少なくなり、出力が低下する問題がある。

本発明による固定鉄心の製造方法は、帯状鋼板を巻回積層して積層巻回鋼を形成する工程と、積層巻回鋼の内周部を外周部へ向かって押し広げ、積層巻回鋼の外周部の少なくとも一部を溶接する工程とを有する。

好ましくは、本発明は、溶接する工程が、積層巻回鋼の積層上面と積層下面との間を押圧しながら行われる。

さらに好ましくは、積層巻回鋼の積層上面と積層下面との間における押圧は、溶接される部分の周囲で行われる。

本発明によれば、固定するための外周溶接により、内径の寸法の悪化と溶接のビード切れを抑制し、スロットの位置ずれを低減することができるため、回転子とのギャップを一定にした固定鉄心を提供することが可能になる。

外周溶接による内径寸法の変形もなく、ビード切れの発生を抑制し、スロット位置ずれを低減した、回転電機の固定鉄心を実現した。以下、図に基づき本発明の実施例を説明する。

図１に回転電機の固定鉄心１を示す。円筒状のコアバック１ａと、ティース１ｂ、から構成されており、スロット１ｃは巻線が入る部分である。図２及び図３を用いて、本実施例の製造方法の工程を説明する。

図２は、本発明に用いられる溶接装置の一実施例である。図２に示すとおり、固定鉄心１は拡張マンドレル２とギャップを保ちながら挿入され、整列ピン３をスロット１ｃに入れ、ティース１ｂは整列する。

図３は、外周側面の溶接工程を示したものである。図３の（Ｉ）の状態から、上型７が下降すると、図３の（II）のようにテーパ状のマンドレル４が拡張マンドレル２の内径テーパ部に接し、次に拡張マンドレル２を押し広げ、固定鉄心１の径が拡張する。ここで、マンドレル４と拡張マンドレル２が接する部分がテーパであるため、固定鉄心１の内径寸法がばらついても押し広げる荷重は同じにすることができる。マンドレル４の後には油圧シリンダ１０が付いており、マンドレル４を一定の荷重で押し出している（この油圧シリンダの部分は、荷重が合えば、スプリングを使用することもできる。）。マンドレル４が押し戻された際には、内部圧力が上昇しないように、図示していないリリーフ弁により内部圧力の変動を防ぎ、固定鉄心の拡張力を一定にし、固定鉄心１の径寸法が一定となる構造としている。

次に、図３の(III) に示すように、固定鉄心上面１ｄに、上押圧治具６が接し、固定鉄心１は下押圧治具５と上押圧治具６で積層方向に押圧される。このとき固定鉄心１は押圧荷重により、１枚１枚が密着する。次に溶接トーチ８により固定鉄心外周部１ｅを溶接し、固定鉄心１を固定する。上型が上昇し、マンドレル４が拡張マンドレル２から抜け、拡張マンドレル４は径が窄み、固定鉄心１とギャップが生じる。最後に固定鉄心１が取り出され工程は完了する。

このように、固定鉄心の外周部１ｅを溶接する際には、固定鉄心の内周部１ｆを一定の力で拡張した後、積層方向に密着させるため、固定鉄心１は溶接の熱での変形が抑えられるため、所定の内径寸法が確保できる。そして、マンドレル４の外径部と拡張マンドレル２の内径部２ａはテーパであるため、固定鉄心１の内径がばらついても、拡張力は一定であるため、内径寸法が安定する。また、積層方向に固定鉄心１を押圧しているため、密着により溶接ビード９は切れることがなく、さらに、スロット内部に整列ピン３を挿入しているため、ティース１ｂの位置ずれを防止することができる。

次に、図４と図５を用いて本発明の実施例２を説明する。図４は、固定鉄心１がスキューした状態の部分図を示したものである。図５は、固定鉄心１を下型溶接雇に挿入した状態の部分図を示す。

スキューとは、ティース１ｂが周方向にほぼ等間隔にずれた状態を意味している。図４に示すように、スキューは、固定鉄心１が特にスパイラルコアである場合に発生する。

固定鉄心１は、図示していない巻線が入り完成するものであるから、ティース１ｂが位置ずれするとスロット１ｃの間隔が小さくなる。このため、巻線のターン数が少なくなり、出力が低下してしまう。従って、図５に示すように、整列ピン３はスロット１ｃに挿入され、ティース１ｂの径方向をガイドしている。そして、整列ピン３は径方向に対してはギャップＳがあり、固定鉄心１が拡張マンドレル２に押し広げられた際、ティース１ｂに整列ピン３が干渉しないような構成となっている。このように、ティース１ｂの位置ずれが防止できるため、従来技術に比べて巻線のターン数が増え、高出力化を図ることができる。

次に、図６と図７を用いて本発明の実施例３を説明する。図６は、固定鉄心１の部分図を示したものである。図７には、固定鉄心１を積層方向に押圧する状態の部分図を示す。

図６の（Ｉ）は固定鉄心１の部分図で、この断面図が図６の（II）である。固定鉄心１は、プレス等により打ち抜かれるため、側面はだれ１ｇ、破断面１ｊ、かえり１ｋから構成される。固定鉄心１が積層されると、側面はだれ１ｇとせん断面１ｈ、破断面１ｊとで、高さはまちまちになる。また、かえり１ｋにより隙間Ｌ１が生じてしまう。このため、図７の（III）に示す溶接のビード切れ９ａが発生する原因となる。

本実施例では、固定鉄心１を密着させるとビード切れ防止になるため、積層方向から押圧し、隙間Ｌ１をなくしてから溶接を行う。さらに、図７の（Ｉ）に示すように、上押圧治具突起６ａと下押圧治具突起５ａにより、溶接部分のみを押圧することで、密着度をより向上することができ、ビード切れ９ａを抑えることができるため、良好な溶接ビード９が得られる。

次に、図７と図８を用いて本発明の実施例４を説明する。図８には、２つのテーパローラ１１を用いて加工されたらせん状の固定鉄心１と加工装置を示す。

図８の（Ｉ）に示す装置を用いて、図示していないプレス等で直線状に打抜かれた固定鉄心１を２つのテーパローラ１１が回転しながら押圧する。そして、固定鉄心１を曲げることにより、一定の曲率を持つスパイラルコアの固定鉄心１を製造する。

図８の（II）は、２つのテーパローラ１１により固定鉄心１のコアバック１ａを部分的に押圧している部分図である。このように、コアバック１ａは押圧されるため、部分的にテーパ１ｍになる。図８の（III）は、図８の（Ｉ）に示す装置を用いて加工された固定鉄心１の部分断面図である。このように、コアバック１ａのところにテーパ１ｍがあるため、積層された場合に隙間Ｌ２ができる。この隙間Ｌ２が存在すると、ビード切れ９ａの原因となるため、ビード切れ９ａが多発するという問題が生じる。

本実施例では、この隙間Ｌ２を持つ固定鉄心１を溶接する際に、図７に示すような上押圧治具突起６ａと下押圧治具突起５ａにより、積層方向に部分的に押圧することで隙間
Ｌ２を最小限にすることができるため、ビード切れ９ａを防止することが可能になる。

次に、図９を用いて本発明の実施例５を説明する。図９は、拡張力と固定鉄心１の内径真円度の関係を示したものである。

拡張力を大きくすると真円度が良くなるが、ある程度まで行くと、ほとんど変わらなくなる。拡張力をかけない場合の真円度は０.２〜０.３であり、拡張力をかけた場合の真円度は０.０５ となる。このため、拡張力をかけた場合の真円度は、拡張力をかけない場合の１／４〜１／６となり、真円度の変形を防止することができる。

回転電機の固定鉄心１を示す図である。 本発明の溶接装置を示す図である。 （Ｉ）から（III）は外周側面の溶接工程を示す図である。 （Ｉ）から（II）は固定鉄心１がスキューした状態の部分図である。 （Ｉ）から（II）は固定鉄心１を下型溶接雇に挿入した状態の部分図を示す図である。 （Ｉ）から(III) は固定鉄心１の部分図を示す図である。 （Ｉ）から（IV）は固定鉄心１を積層方向に押圧する状態の部分図を示す図である。 （Ｉ）は２つのテーパローラにより、加工されたらせん状の固定鉄心１と加工装置を示す図である。（II）は加工装置の拡大図である。(III) は加工装置により加工された固定鉄心の図である。 拡張力と固定鉄心１の内径真円度の関係を示す図である。

符号の説明

１…固定鉄心、１ａ…固定鉄心のコアバック、１ｂ…固定鉄心のティース、１ｃ…固定鉄心のスロット、１ｄ…固定鉄心の上面、１ｅ…固定鉄心の外周部、１ｆ…固定鉄心の内周部、１ｇ…固定鉄心のだれ部、１ｈ…固定鉄心のせん断面、１ｊ…固定鉄心の破断面、１ｋ…固定鉄心のかえり、１ｍ…固定鉄心のコアバックテーパ、２…拡張マンドレル、
２ａ…拡張マンドレルの内径、３…整列ピン、４…マンドレル、５…下押圧治具、５ａ…下押圧治具突起、６…上押圧治具、６ａ…上押圧治具突起、７…上型、８…溶接トーチ、９…溶接ビード、９ａ…溶接ビード切れ、１０…油圧シリンダ、１１…テーパローラ、Ｓ…固定鉄心と整列ピンのギャップ、Ｌ１…固定鉄心のかえりによる隙間、Ｌ２…固定鉄心のテーパローラによる隙間。

Claims (7)

1. 帯状鋼板を巻回積層して積層巻回鋼を形成する工程と、
   前記積層巻回鋼の内周部を外周部へ向かって押し広げ、該積層巻回鋼の外周部の少なくとも一部を溶接する工程とを有することを特徴とする固定鉄心の製造方法。
2. 請求項１記載の固定鉄心の製造方法において、
   前記溶接する工程は、前記積層巻回鋼の積層上面と積層下面との間を押圧しながら行われることを特徴とする固定鉄心の製造方法。
3. 請求項２記載の固定鉄心の製造方法において、
   前記積層巻回鋼の前記積層上面と前記積層下面との間における押圧は、前記溶接される部分の周囲で行われることを特徴とする固定鉄心の製造方法。
4. 請求項１乃至３のいずれか一に記載の固定鉄心の製造方法において、
   前記溶接する工程は、前記積層巻回鋼が前記積層上部から前記積層下部にかけて有する孔部に固定部材を挿入しながら行われることを特徴とする固定鉄心の製造方法。
5. 請求項１乃至４のいずれか一に記載の固定鉄心の製造方法において、
   円錐状の内径を有するマンドレルを用いて前記積層巻回鋼の前記内周部を前記外周部へ向かって押し広げることを特徴とする固定鉄心の製造方法。
6. 請求項１乃至５のいずれか一に記載の固定鉄心の製造方法において、
   前記積層巻回鋼は、巻回積層されたスパイラルコアであることを特徴とする固定鉄心の製造方法。
7. 請求項６記載の固定鉄心の製造方法において、
   前記板状鋼板は、２つのテーパローラを用いて押圧し、曲げることにより、所定の曲率を有するスパイラルコアを形成することを特徴とする固定鉄心の製造方法。
   
   

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