JP2007089326A - 固定子積層鉄心及びその製造方法並びにその製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 磁極鉄心部を通過する磁束をより均等にロータに与え、巻線も安定に行える固定子積層鉄心及びその製造方法並びにその製造装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 内側端部に幅広の磁極形成部１４を備えた磁極鉄心部１２毎に分割した積層分割鉄心１３を組み合わせてなる固定子積層鉄心１０において、各積層分割鉄心１３の分割ヨーク部の両側に形成される第１、第２の連結部１５、１６は積層方向にストレートであって、各積層分割鉄心１３の磁極鉄心部１２は積層方向に一定のスキュー角を備えている。そして、これの製造装置は分割鉄心片１９の磁極片部２２の両側を形成するスロット抜き金型を、分割鉄心片１９毎に所定ピッチで回転させている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、主として電動機に使用し、半径方向に内側に突出する磁極鉄心部にスキューが形成された固定子積層鉄心及びその製造方法並びにその製造装置に関する。

電動機等の回転機器において、始動時におけるトルクリップル又は運転中におけるコギングを防止するため、ドーナツ状のヨーク鉄心部の内側に形成される磁極鉄心部にスキューを与えることが行われている。
そして、固定子積層鉄心が大型の場合には、一枚の鉄心材（薄板条材）から一枚の固定子鉄心片を形成すると材料歩留りが悪いことと、磁極巻線が不便であることから、固定子鉄心片を磁極毎に分割した分割鉄心片として打ち抜いて積層して積層分割鉄心を形成し、その磁極鉄心部に巻線を施した後に各積層分割鉄心を組み立てることが一般に行われている（例えば、特許文献１、２参照）。

特開平１−２７０７５７号公報 特開２００３−１８７７１号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載された固定子積層鉄心においては、磁極鉄心部の先端に幅広に形成された磁極形成部を磁極鉄心部本体の軸心に対して徐々にずらして磁極にスキューを与えている。

従って、磁極鉄心部本体を通過する磁束は、幅広となった磁極形成部に対して偏って分散し、磁極鉄心部本体に近い側の磁極形成部に対してはより磁束密度が高くなるが、磁極鉄心部本体に遠い側の磁極形成部に対しては磁束密度が下がり、結果として、磁極形成部の形成位置をずらしても、回転や発生トルクを滑らかにするというスキュー効果を十分に発揮しないという問題があった。

また、幅広の磁極形成部は、巻線に対してガイドとしての役目も果しており、磁極形成部が磁極鉄心部本体に対して偏心した場合には、磁極形成部が巻線のガイドとしての役目を果たさず、巻線時に特別なガイドを必要とする等の問題があった。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、磁極鉄心部本体に対してその先部に形成される磁極形成部をより均等に、即ち、磁極鉄心部本体の軸心に対して対称に形成し、固定子積層鉄心の磁極鉄心部に対して確実なスキュー効果を発揮させ、かつ巻線時に磁極形成部の巻線のガイドとしての役目も確保する固定子積層鉄心及びその製造方法並びにその製造装置を提供することを目的とする。

前記目的に沿う第１の発明に係る固定子積層鉄心は、内側端部に幅広の磁極形成部を備えた磁極鉄心部毎に分割した積層分割鉄心を組み合わせてなる固定子積層鉄心において、
前記各積層分割鉄心の分割ヨーク部の両側に形成される第１、第２の連結部は積層方向にストレートであって、前記各積層分割鉄心の磁極鉄心部は積層方向に一定のスキュー角を備えている。これによって、磁極形成部を磁極鉄心部の軸心に対して左右均等に形成することができ、固定子積層鉄心に確実にスキューを与えることが可能となり、更に磁極形成部が巻線ガイドとしての役目も果たす。

第１の発明に係る固定子積層鉄心において、前記第１の連結部には凸部を、前記第２の連結部には、前記凸部に係合可能な凹部を形成するのが好ましい。これによって、各積層分割鉄心の結合がより密になると共に、結合された状態の固定子積層鉄心の真円度を確実に保てる。

また、第１の発明に係る固定子積層鉄心において、前記各積層分割鉄心の最下部に位置する分割鉄心片の磁極片部の位置と、最上部にある分割鉄心片の磁極片部の位置は実質的に対称にあるのが好ましい。これによって、磁極鉄心部が各積層分割鉄心の分割ヨーク部からはみ出すことがなくなる。

第２の発明に係る固定子積層鉄心の製造方法は、前記した第１の発明に係る固定子積層鉄心の製造方法であって、前記積層分割鉄心を形成する分割鉄心片の打ち抜き時に、前記分割鉄心片が収まる幅の磁性板からなる薄板条材に前記分割鉄心片の磁極片部の両側を形成するスロット抜きを行うスロット抜き金型を、積層する前記分割鉄心片毎に前記スキュー角に対応する角度分だけ回転させて該各分割鉄心片の磁極片部を分割ヨーク片部に対してスキューを与え、前記分割鉄心片の外形及びかしめ部の形成を行う外形抜き金型及びかしめ部形成金型は、一定の位置に保持して、それぞれ前記分割鉄心片の磁極片部を除く外形、及び前記かしめ部を形成している。

第２の発明に係る固定子積層鉄心の製造方法において、前記薄板条材の幅方向両側に最初にパイロット孔を形成する第１工程と、前記パイロット孔が形成された前記薄板条材に前記分割ヨーク片部の両側に形成される前記第１、第２の連結部を形成する第２工程と、該分割鉄心片の磁極片部を前記スロット抜き金型によって形成する第３工程と、該分割鉄心片に前記かしめ部形成金型によって前記かしめ部を形成する第４工程と、該分割鉄心片の外側縁及び内側縁を前記外形抜き金型によって形成すると共に、該分割鉄心片を前記薄板条材から金型内に抜き落としてかしめ積層する第５工程とを有して構成するのが好ましい。

また、第３の発明に係る固定子積層鉄心の製造装置は、第２の発明に係る固定子積層鉄心の製造方法に使用する製造装置であって、前記分割鉄心片が収まる幅の前記薄板条材に前記磁極片部の両側を形成するスロット抜きを行う前記スロット抜き金型は、パンチと該パンチと対となるダイからなって、前記スキュー角をα度とし、前記薄板条材の厚みをｔ、前記固定子積層鉄心の内径をｄとした場合、前記パンチとダイが、前記分割鉄心片によって形成される前記固定子積層鉄心の中心位置を中心にして、１プレス加工毎に（（３６０ｔ／πｄ）・ｔａｎα）度だけ同一方向に回転する構成としている。

本発明に係る固定子積層鉄心及びその製造方法並びにその製造装置によって、磁極鉄心部の先部に形成される磁極形成部の磁束分布のバラツキを無くすことができ、より確実なスキュー効果（即ち、トルクリップル及びコギングの減少）を発揮することができる。
また、磁極形成部が磁極鉄心部の軸心に対してより均等に形成されるので、巻線を確実に行うことができると共に、同一巻数に対して巻線の全長が長くなるので、これによって、モータのトルク向上を期待できる。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図１は本発明の一実施の形態に係る固定子積層鉄心の斜視図（なお、巻線は図示せず）、図２（Ａ）〜（Ｅ）は同固定子積層鉄心の説明図、図３は同固定子積層鉄心の製造方法を示す工程図、図４は同固定子積層鉄心の製造装置の説明図である。

図１、図２（Ａ）〜（Ｅ）に示すように本発明の一実施の形態に係る固定子積層鉄心１０は、環状（ドーナツ状）のヨーク部１１を各磁極鉄心部１２毎に８つに分割された積層分割鉄心１３を組み合わせて構成されている。各磁極鉄心部１２は、その内側端部に形成されて内側が円弧面となった幅広の磁極形成部１４と、残りの磁極鉄心部本体１２ａによって形成されているが、この磁極形成部１４は磁極鉄心部本体１２ａの半径方向軸心に対して周方向に左右対称に形成されている。これによって磁極鉄心部本体１２ａを通過する磁束がより均等に広がって磁極形成部１４を通過すると共に、磁極鉄心部１２の巻線ガイドを構成している。

図２（Ｂ）に示すように、各積層分割鉄心１３の分割ヨーク部の両側にはそれぞれ第１、第２の連結部１５、１６が設けられ、第１の連結部１５には凸部１７が、第２の連結部１６には凸部１７に係合する凹部１８が形成されて、環状に配置された積層分割鉄心１３が一体的に連結される構造となっている。
そして、第１、第２の連結部１５、１６は固定子積層鉄心１０の軸心に平行、即ち、各積層分割鉄心１３の表面に対して直角に形成されている。従って、この積層分割鉄心１３の分割ヨーク部の両側、即ち、第１、第２の連結部１５、１６は積層方向にストレートになっている。

一方、ヨーク部１１の内側に突出する各磁極鉄心部１２は積層方向に斜め（正確には螺旋状）になって、図３（Ｅ）に示すように、一定のスキュー角がα度のスキューが形成されている。これによって、ロータに伝わる磁束に切れ目が無くなってロータが円滑に回転する。
各積層分割鉄心１３は複数の分割鉄心片１９をかしめ部２０を介してかしめ積層して形成されている。従って、各分割鉄心片１９の分割ヨーク片部２１の両側に、第１、第２の連結部１５、１６が形成されていることになる。
この実施の形態では、磁極鉄心部１２がスキューしているので、ヨーク部１１（正確には一枚毎の分割ヨーク片部２１）にかしめ部が形成されている。かしめ部はこの実施の形態では周知の半抜きかしめとなっているが、周知のＶ字かしめであってもよい。

積層された分割鉄心片１９は、積層方向の同一高さ位置にある各分割鉄心片１９の形状が全く同一である。そして、積層方向に異なる位置にある各分割鉄心片１９においては、分割ヨーク片部２１の形状は同一であるが、分割ヨーク片部２１の内側に連結する磁極片部２２の形成位置は積層方向に対して徐々に異なっている。

即ち、図２（Ｃ）に示すように、最上部にある分割鉄心片１９は時計方向に磁極片部２２が偏っているが、最下部になる分割鉄心片１９は半時計方向に磁極片部２２が偏っている。そして、最上部にある分割鉄心片１９においては、第２の連結部１６から磁極片部２２の半径方向軸心までの角度は、最下部にある分割鉄心片１９において、第１の連結部１５から磁極片部２２の半径方向軸心までの角度に一致している。これによって、最上部及び最下部の分割鉄心片１９は分割ヨーク片部２１に対して磁極片部２２が実質的に左右対称に形成されている。

最上部及び最下部にある分割鉄心片１９において、各磁極片部２２は、分割ヨーク片部２１の内側にあって磁極片部２２の外側の半径方向両側にある分割ヨーク片部２１が巻線ガイドを形成している。
図２（Ｂ）〜（Ｄ）に示すように最下部の分割鉄心片１９から最上部の分割鉄心片１９に向けて、積層方向に磁極片部２２の形成位置が異なって、図２（Ｅ）に示すようにスキュー角α度の磁極鉄心部１２を形成している。なお、図２（Ｅ）は図２（Ｂ）におけるＸ−Ｘ断面図である。

続いて、図３、図４を参照して、この固定子積層鉄心１０の製造方法及びこの製造方法に使用する製造装置について説明する。
この固定子積層鉄心１０を構成する各積層分割鉄心１３は、積層分割鉄心１３の各分割鉄心片１９が磁性板からなる薄板条材２４をステーションＡ〜ステーションＩを有するプレス加工によって順次移動しながら打ち抜き形成され、最終工程（ステーションＩ）でダイ（金型）内に抜き落とされ、ダイ中でかしめ積層される。

ステーションＡでは、薄板条材２４が供給され、その幅方向両側に位置決め用の円形のパイロット孔２５、２６を形成する。薄板条材２４の幅は一つの分割鉄心片１９が打ち抜き形成される幅を有すれば十分であり、その余白スペースにパイロット孔２５、２６を形成する。従って、パイロット孔２５、２６は薄板条材２４の進行方向の同一位置に並べて形成されている必要はない。

ステーションＢでは、分割ヨーク片部２１の両側に形成される第１、第２の連結部１５、１６を形成する。この第１、第２の連結部１５、１６は分割ヨーク片部２１を円周方向両側に延長した切り抜き部（スロットの一例）２７、２８を形成することによって行う。
ステーションＣ及びステーションＤはアイドルステーションである。

ステーションＥでは、磁極片部２２の両側の輪郭形成を行うが、この輪郭形成にあたっては、磁極片部２２の両側にスロット２９、３０を形成することによって行う。このスロット２９、３０によって、先部に形成される磁極形成片部１４ａを含む磁極片部２２の円周方向側部が形成される。ところが、磁極片部２２は打ち抜き形成される分割鉄心片１９毎にその位置が異なるので、スロット２９、３０を形成するパンチ及びダイを有するスロット抜き金型を、積層分割鉄心１３の円弧の中心を基準にして積層する分割鉄心片１９の厚みに対応する回転角度φだけ同一方向に回転させることによって行う。ここで、固定子積層鉄心１０の内径をｄ、分割鉄心片１９の厚み（即ち、薄板条材２４の厚み）をｔとすると、回転角度φは（（３６０ｔ／πｄ）・ｔａｎα）となる。

ここで、このステーションＥの製造装置の要部を、図４に示すが、スロット２９、３０を形成するパンチ及びダイ（図示せず）を同期回転可能な上下のターンテーブル３１、３２に取付けておき、このターンテーブル３１、３２をサーボモータ（又はステッピングモータ）３３によって回転駆動する。分割鉄心片１９の一枚当たりの回転角度φは（（３６０ｔ／πｄ）・ｔａｎα）となる。この実施の形態においては、サーボモータ３３とターンテーブル３１、３２との回転力伝達手段はタイミングベルト（歯付きベルト）３４によっているが、歯車機構等であってもよい。
なお、このステーションＥ以外のステーションは、パンチとダイを使用する周知の金型装置（即ち、分割鉄心片１９の磁極片部２２を除く外形及びかしめ部２０の形成を行う外形抜き金型及びかしめ部形成金型）が一定の位置に固定して設けられている。

次に、アイドルのステーションＦを通過してステーションＧに搬送される。ステーションＧは、最下部の分割鉄心片１９のかしめ孔３５を形成する。このかしめ孔３５は上層の分割鉄心片１９のかしめ部２０が半抜き突起の場合には、同一直径の貫通孔となり、かしめ部２０がＶ字かしめの場合にはＶ字かしめが嵌入し、このＶ字かしめの横幅と同一幅の矩形貫通孔となる。ステーションＧは最下部の分割鉄心片１９にのみ作動し、他の分割鉄心片１９に対してアイドルステーションとなる。

ステーションＨは、最下部を除く分割鉄心片１９に対して、かしめ部２０を形成する。なお、最下部の分割鉄心片１９のかしめ孔３５、その他の分割鉄心片１９のかしめ部２０は、分割ヨーク片部２１の円周方向及び半径方向に対して同一位置にある。これによって、積層された分割鉄心片１９によって構成される積層分割鉄心１３の第１、第２の連結部１５、１６がストレート（即ち、垂直）になる。

ステーションＩでは、分割鉄心片１９の半径方向外側の輪郭（外側縁）３６と半径方向内側の輪郭（内側縁）３７を切断して、ダイ内に分割鉄心片１９を落とし込むことになる。パンチ及びダイの断面形状は、図３にハッチングをして示すように、順次磁極片部２２の位置を変えて形成される全ての分割鉄心片１９を覆う最小限の面積を有する形状となっている。
このステーションＩのダイ内に分割鉄心片１９は打ち抜きされ、ダイ内でかしめ積層される。

これによって、磁極鉄心部１２のみがスキュー角α度で螺旋状にスキューした積層分割鉄心１３が得られる。この後、ダイから取り出して巻線を行い、組み立てて固定子積層鉄心１０を形成することになる。積層分割鉄心１３の磁極鉄心部１２の半径方向両側には、分割ヨーク部と磁極形成部１４が突出するので、これが巻線ガイドとなって、巻線をより密に施すことができる。

前記実施の形態においては、８の磁極鉄心部１２を有する固定子積層鉄心１０について説明したが、その他の数（例えば、６、１２、１８等）の磁極鉄心部を有する場合にも本発明は適用される。

本発明の一実施の形態に係る固定子積層鉄心の斜視図である。 （Ａ）〜（Ｅ）は同固定子積層鉄心の説明図である。 同固定子積層鉄心の製造方法を示す工程図である。 同固定子積層鉄心の製造装置の説明図である。

符号の説明

１０：固定子積層鉄心、１１：ヨーク部、１２：磁極鉄心部、１２ａ：磁極鉄心部本体、１３：積層分割鉄心、１４：磁極形成部、１４ａ：磁極形成片部、１５：第１の連結部、１６：第２の連結部、１７：凸部、１８：凹部、１９：分割鉄心片、２０：かしめ部、２１：分割ヨーク片部、２２：磁極片部、２４：薄板条材、２５、２６：パイロット孔、２７、２８：切り抜き部、２９、３０：スロット、３１、３２：ターンテーブル、３３：サーボモータ、３４：タイミングベルト、３５：かしめ孔、３６、３７：輪郭

Claims (6)

1. 内側端部に幅広の磁極形成部を備えた磁極鉄心部毎に分割した積層分割鉄心を組み合わせてなる固定子積層鉄心において、
   前記各積層分割鉄心の分割ヨーク部の両側に形成される第１、第２の連結部は積層方向にストレートであって、前記各積層分割鉄心の磁極鉄心部は積層方向に一定のスキュー角を備えていることを特徴とする固定子積層鉄心。
2. 請求項１記載の固定子積層鉄心において、前記第１の連結部には凸部が、前記第２の連結部には、前記凸部に係合可能な凹部が形成されていることを特徴とする固定子積層鉄心。
3. 請求項１及び２のいずれか１項に記載の固定子積層鉄心において、前記各積層分割鉄心の最下部に位置する分割鉄心片の磁極片部の位置と、最上部にある分割鉄心片の磁極片部の位置は実質的に対称にあることを特徴とする固定子積層鉄心。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の固定子積層鉄心の製造方法であって、前記積層分割鉄心を形成する分割鉄心片の打ち抜き時に、前記分割鉄心片が収まる幅の磁性板からなる薄板条材に前記分割鉄心片の磁極片部の両側を形成するスロット抜きを行うスロット抜き金型を、積層する前記分割鉄心片毎に前記スキュー角に対応する角度分だけ回転させて該各分割鉄心片の磁極片部を分割ヨーク片部に対してスキューを与え、前記分割鉄心片の外形及びかしめ部の形成を行う外形抜き金型及びかしめ部形成金型は、一定の位置に保持して、それぞれ前記分割鉄心片の磁極片部を除く外形、及び前記かしめ部を形成することを特徴とする固定子積層鉄心の製造方法。
5. 請求項４記載の固定子積層鉄心の製造方法において、前記薄板条材の幅方向両側に最初にパイロット孔を形成する第１工程と、前記パイロット孔が形成された前記薄板条材に前記分割ヨーク片部の両側に形成される前記第１、第２の連結部を形成する第２工程と、該分割鉄心片の磁極片部を前記スロット抜き金型によって形成する第３工程と、該分割鉄心片に前記かしめ部形成金型によって前記かしめ部を形成する第４工程と、該分割鉄心片の外側縁及び内側縁を前記外形抜き金型によって形成すると共に、該分割鉄心片を前記薄板条材から金型内に抜き落としてかしめ積層する第５工程とを有することを特徴とする固定子積層鉄心の製造方法。
6. 請求項４及び５のいずれか１項に記載の固定子積層鉄心の製造方法に使用する製造装置であって、前記分割鉄心片が収まる幅の前記薄板条材に前記磁極片部の両側を形成するスロット抜きを行う前記スロット抜き金型は、パンチと該パンチと対となるダイからなって、前記スキュー角をα度とし、前記薄板条材の厚みをｔ、前記固定子積層鉄心の内径をｄとした場合、前記パンチとダイが、前記分割鉄心片によって形成される前記固定子積層鉄心の中心位置を中心にして、１プレス加工毎に（（３６０ｔ／πｄ）・ｔａｎα）度だけ同一方向に回転することを特徴とする固定子積層鉄心の製造装置。

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