JP2007124791A - 積層鉄心及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄心片の鉄損や電磁気特性の損失を低下して各鉄心片の接合効率を高める積層鉄心及びその製造方法を提供する。
【解決手段】積層された鉄心片１１に積層方向に形成された貫通溝２５及び貫通孔２４の少なくとも１からなる連結部が形成され、形成された連結部に樹脂が充填されて、積層した鉄心片１１を結合一体化している積層鉄心１０であって、打ち抜き加工した所望形状の鉄心片１１の外形抜きを行って順次積層した後、積層した鉄心片１１の連結部に樹脂を充填して全体を一体化して積層鉄心１０を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、プレス加工した鉄心片を積層した積層鉄心（電動機又は発電機の固定子あるいは回転子、トランスコアを含む）に係り、鉄心片の積層体に貫通孔及び貫通溝の少なくとも１からなる連結部を設け、この連結部に樹脂を充填して各鉄心片を連結した積層鉄心及びその製造方法に関する。

モータ、発電機及びトランス等の積層鉄心は、各鉄心片をプレスによって打ち抜き形成し、この鉄心片を連結状態で積層して形成されている。この各鉄心片の連結にあっては、例えば、特許文献１に記載のように、各鉄心片にプレス加工でＶ型かしめ部や半抜きかしめ部を形成し、鉄心片の外形抜きを行った際に金型内にてかしめ積層している。
また、特許文献２に記載のように、積層される各鉄心片の間に接着剤を入れて、積層した各鉄心片を一体化することも行われている。

特開平８−１９６０６１号公報 特開２００２−３３５６５５号公報

しかしながら、特許文献１記載の技術においては各鉄心片がかしめ部を介して電気的に接合されているので、積層された鉄心片間に渦電流が流れ、磁気的特性が悪くなるという問題があった。これらの損失は一般的な誘導型のモータでも起こりうるが、更に高周波の電流をコイルに流す同期電動機においては無視できない値となる。
また、鉄心片の厚みが薄くなると、かしめ部のみでの鉄心片の連結は困難になるという問題があった。また、このような鉄心片に多数のかしめ部を形成すると渦電流損も増えるが、更に磁気的特性も悪くなるという問題があった。
一方、特許文献２に記載のように、各鉄心片を接着剤で固定する場合には、各鉄心片の間に接着剤を充填する隙間が必要となり、結果として鉄心の占有率が下がるという問題があった。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、鉄心片の鉄損や電磁気特性の損失を低下して各鉄心片の接合効率を高める積層鉄心及びその製造方法を提供することを目的とする。

前記目的に沿う第１の発明に係る積層鉄心は、所望形状の鉄心片の積層体に形成された貫通溝及び貫通孔の少なくとも１からなる連結部に樹脂が充填されて、前記積層体の前記各鉄心片が結合一体化している。
なお、この第１の発明に係る積層鉄心において、鉄心片の積層体に貫通孔と貫通溝との両方を形成し、その片側のみに樹脂を充填する場合も本発明は適用される。また、前記連結部を構成する貫通溝は、例えば、固定子積層鉄心の外側に設けられている切欠き溝であってもよいし、磁極部先端の貫通小歯溝であってもよい。

また、第２の発明に係る積層鉄心の製造方法は、積層時にそれぞれ貫通溝及び貫通孔となる溝及び小孔の少なくとも一方からなる連結片部が形成された所望形状の鉄心片を打ち抜き加工する第１工程と、
前記第１工程で製造された前記鉄心片の外形抜きを行って順次積層する第２工程と、
前記第２工程で積層形成された前記鉄心片の連結片部が積層して形成された連結部に樹脂を充填して全体を一体化して積層鉄心を形成する第３工程とを有する。

第３の発明に係る積層鉄心の製造方法は、第２の発明に係る積層鉄心の製造方法において、前記第１工程で前記鉄心片には予め仮かしめ部が形成され、前記積層された鉄心片は前記仮かしめ部によって仮結合されている。この場合、仮かしめ部は仮固定するためのものであるので、仮かしめ部は通常のかしめ部のみによって全ての鉄心片を連結する場合に比較して、その数を減らすことや、その形状を小さくすることができ、発生する損失を通常のかしめ部を介して鉄心片を接合するタイプのものより小さくできる。

本発明に係る積層鉄心及びその製造方法においては、実質的に個別の上下の鉄心片同士が電気的に接続されないので、各鉄心片を溶接によって接合した場合や各鉄心片をかしめ接合によってのみ接合した場合に比較して、渦電流損失が減少し、より高効率な積層鉄心を提供できる。
また、各鉄心片を樹脂固定する際に、鉄心片を徐々に回転させながら積層すれば、スキューコアにも対応できる。
現在、各鉄心片は外形基準で位置合わせを行って積層されているが、ステッピングモータのように固定子に内径精度を求められているものについては、小歯内周面を基準とする内径基準で位置合わせを行って、各鉄心片を積層して、小歯間に形成される貫通溝に樹脂を充填して各鉄心片を積層固定して、より精度の高い積層鉄心を提供できる。
また、小歯間の貫通溝に樹脂を充填して各鉄心片を積層固定すると、その積層鉄心がモータに組み込まれて稼動する時、磁極部振動による騒音（所謂、コア鳴き）がなくなる。
更には、積層鉄心で発生した損失はその殆どが熱となって、積層鉄心自体の温度上昇を招く故障の原因となるが、本発明によってこれらを解消できる。

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は本発明の第１の実施の形態に係る積層鉄心の平面図、図２は同積層鉄心の製造方法を示す断面図、図３は本発明の第２の実施の形態に係る積層鉄心の平面図、図４は本発明の第３の実施の形態に係る積層鉄心の平面図である。

図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る積層鉄心は固定子積層鉄心１０からなって、図示しないプレス装置によって打ち抜き形成された複数枚の鉄心片１１を積層して形成されている。各鉄心片１１には環状のヨーク片部１２の内側に複数（この実施の形態では８）の磁極片部１３が突出している。磁極片部１３の半径方向内側端部には拡幅部１４が設けられ、この拡幅部１４には複数の小歯１５が形成され、各小歯１５の間には小歯溝１６（溝の一例）が形成されている。また、ヨーク片部１２の各磁極片部１３の中央位置には小孔１７と仮かしめ部１８とが交互に形成されている。なお、これら小孔１７と小歯溝１６はそれぞれ連結片部を構成する。

この仮かしめ部１８は、半抜きかしめからなって、通常のかしめ部より直径が小さくその数は少なく、この実施の形態では４個となっているが更に少数にしてもよい。なお、通常のかしめ部の強度は積層した鉄心片の最上部の鉄心片を（例えば、磁石等で）支持して吊り上げて、鉄心片が分解しないかしめ力の強度（Ｆ）以上となっているが、この仮かしめ部１８による各鉄心片１１のかしめ力はこの強度（Ｆ）の例えば１／１０〜１／２（好ましくは上限は１／４）となっている。仮かしめ部１８は積層した鉄心片１１を単に一時的に固定していればよく、上下隣り合う鉄心片１１の結合度合いを減らして、渦電流損を減少させている。また、仮かしめ部１８は前述のように仮固定することで小歯１５の位置精度をよくする作用も有する。

小孔１７の直径Ｄは十分に大きく、充填するエポキシ樹脂（熱硬化性樹脂の一例）の単位面積当たりの引っ張り強度をＳとし、小孔１７の数をｎ、完成した積層鉄心１０の重量をＭとすると、小孔１７の全部に充填したエポキシ樹脂の強度（Ｄ・Ｄ・π・Ｓ・ｎ／４）が、鉄心の重量Ｍの例えば０．５〜３倍の範囲となるように、小孔１７の直径Ｄ及び小孔１７の数ｎ（但し、４以上）が決められている。この理由は、この実施の形態においては、小歯溝１６にもエポキシ樹脂を充填するので、各鉄心片１１の内側は小歯溝１６に充填されたエポキシ樹脂で連結され、各鉄心片１１の外側はこの小孔１７に充填される樹脂で結合され、小孔１７に充填される樹脂の強度は、積層鉄心１０の全体の重量Ｍの１／２以上を負担すれば十分であるからである。なお、必要以上の強度を有することは、小孔１７の大きさ及び数を増加させることになるので、好ましくない。

この鉄心片１１は周知のプレス装置によって磁性鉄板から打ち抜き形成されるが、最終工程では鉄心片１１の外形抜きが行われ、金型（ダイ）内で仮かしめ部１８によって積層仮固定される。このようにして仮結合された鉄心片１１の積層体は、モールド装置に搬送される。
図２にこのモールド装置に使用されるモールド金型２０を示すが、下部にベース型２１を、その上に外型２２を、中央に内型２３を備え、内部の鉄心片１１の積層体の全体を覆う構造となっている。積層された鉄心片１１の各小孔１７によって形成される貫通孔２４及び小歯溝１６と内型２３によって形成される貫通小歯溝によって形成される貫通溝２５に樹脂（エポキシ樹脂）をそれぞれ注入する樹脂注入口２６、２７が外型２２に形成されている。また、ベース型２１の表面には、最下部の鉄心片１１の小孔１７及び小歯溝１６に連通する図示しないベントが設けられている。

このモールド金型２０はプレス装置内又はプレス装置に隣接して設けられるのが好ましく、プレス装置で鉄心片１１の外形抜きが行われ、金型（下型）内に積層された鉄心片１１をそのまま、又は搬送して、モールド金型２０内に入れることになる。
モールド金型２０に樹脂を注入した後、ヒータによって所定温度にモールド金型２０を加熱して、エポキシ樹脂を硬化させる。これによって、樹脂が硬化するので、モールド金型２０を分解して、各貫通孔２４及び貫通溝２５からなる連結部に樹脂が充填されて結合一体化した固定子積層鉄心１０が完成する。

続いて、図３に示す本発明の第２の実施の形態に係る積層鉄心の一例である固定子積層鉄心３０について説明するが、固定子積層鉄心１０と同一の構成要素については同一の番号を付して詳しい説明を省略する。この積層鉄心３０においては、仮かしめ部が設けられておらず、全て樹脂によってかしめるので、上下の鉄心片３１は全くフリーの状態となる。従って、プレス装置内にベース型２１を組み込み、プレス装置で外形抜きされた各鉄心片３１をこのベース型２１上で積層し、積層が完了した後に、プレス装置内で又はそのまま別場所に搬送して、外型２２を被せて内型２３を入れ込み、樹脂注入口２６、２７から樹脂を小孔３２によって形成される貫通孔３３と、小歯溝１６が積層されて磁極部先端に形成される貫通溝２５に注入し、加熱固化させてもよい。
また、プレス装置内で、積層した鉄心片３１に外型２２及び内型２３を装着して、別場所で樹脂注入を行うようにしてもよい。

更に、ベース型Ａ上に載せた鉄心片３１の移動を防止する場合には、内型Ｂの周囲に隣り合う拡幅部１４間に形成される隙間３４に嵌入する歯車状突起治具を一時的に挿入すればよい。この場合、この内型Ｂは積層された鉄心片３１と同一の高さとなって、プレス装置ではなくモールド装置内で被せられる外型Ｃは積層された鉄心片３１及び内型Ｂを覆うようにするのがよい。更に、ベース型Ａの中央に内型Ｂが挿通する孔を設け、プレス装置でベース型Ａ上に積層された鉄心片３１に、下部から内型Ｂを入れて、鉄心片３１全体の位置決めを行い、モールド装置に搬送して外型Ｃを被せ、樹脂注入を行ってもよい。なお、外型Ｃを被せる際に、外型Ｃに積層された鉄心片３１の締め付け代を設けて、鉄心片３１を圧縮した状態で積層するのがよい。

また、プレス装置内で積層された鉄心片３１を固定する別の手段として、貫通孔３３内に樹脂等の絶縁性材料で作った棒状物を挿入するのがよい。この場合、棒状物は断面歯車状となって、貫通孔３３の内壁に接する突起と樹脂を充填できる空間を備えているのが好ましい。この棒状物の挿入は、鉄心片３１の積層時に行ってもよいし、組立後に行ってもよい。なお、この棒状物を金属で構成する場合には高抵抗の材料を使用するのがよい。

次に図４に示す本発明の第３の実施の形態に係る積層鉄心の一例である固定子積層鉄心３６について説明するが、貫通孔が設けられていない代わりに、鉄心片３７の積層体の周囲に貫通溝（切欠き溝）３８が形成され、この部分にエポキシ樹脂が充填されている。
これによって、固定子積層鉄心３６の内側及び外側が樹脂で連結されており、各鉄心片３７は絶縁されているので、渦電流の発生が極めて少なく効率のよいモータを提供できる。

本発明は前記実施の形態に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲での変更は可能である。例えば、前記実施の形態において、各鉄心片の位置決めとして、各磁極部間に形成される空間部の一部又は全部に、上部又は下部からガイド部材を挿入して、各鉄心片の位置決めをすることもできる。
また、前記各実施の形態に係る積層鉄心を組み合わせて形成した積層鉄心にも本発明は適用される。
更には、小歯のない固定子積層鉄心、又は回転子積層鉄心にも当然本発明は適用される。

本発明の第１の実施の形態に係る積層鉄心の平面図である。 同積層鉄心の製造方法を示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る積層鉄心の平面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る積層鉄心の平面図である。

符号の説明

１０：固定子積層鉄心、１１：鉄心片、１２：ヨーク片部、１３：磁極片部、１４：拡幅部、１５：小歯、１６：小歯溝、１７：小孔、１８：仮かしめ部、２０：モールド金型、２１：ベース型、２２：外型、２３：内型、２４：貫通孔、２５：貫通溝、２６、２７：樹脂注入口、３０：固定子積層鉄心、３１：鉄心片、３２：小孔、３３：貫通孔、３４：隙間、３６：固定子積層鉄心、３７：鉄心片、３８：貫通溝

Claims (4)

1. 所望形状の鉄心片の積層体に形成された貫通溝及び貫通孔の少なくとも１からなる連結部に樹脂が充填されて、前記積層体の前記各鉄心片が結合一体化していることを特徴とする積層鉄心。
2. 請求項１記載の積層鉄心において、前記連結部は磁極部先端の貫通小歯溝を含むことを特徴とする積層鉄心。
3. 積層時にそれぞれ貫通溝及び貫通孔となる溝及び小孔の少なくとも一方からなる連結片部が形成された所望形状の鉄心片を打ち抜き加工する第１工程と、
   前記第１工程で製造された前記鉄心片の外形抜きを行って順次積層する第２工程と、
   前記第２工程で積層形成された前記鉄心片の連結片部が積層して形成された連結部に樹脂を充填して全体を一体化して積層鉄心を形成する第３工程とを有することを特徴とする積層鉄心の製造方法。
4. 請求項３記載の積層鉄心の製造方法において、前記第１工程で前記鉄心片には予め仮かしめ部が形成され、前記積層された鉄心片は前記仮かしめ部によって仮結合されていることを特徴とする積層鉄心の製造方法。

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