JP2008199817A

JP2008199817A - コアバック鉄心用磁性金属帯とその製造方法

Info

Publication number: JP2008199817A
Application number: JP2007033448A
Authority: JP
Inventors: Takeaki Wakizaka; 岳顕脇坂; Norito Abe; 憲人阿部
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2007-02-14
Filing date: 2007-02-14
Publication date: 2008-08-28

Abstract

【課題】大型のコアバック鉄心を製造できるコアバック鉄心用磁性金属帯を提供する。
【解決手段】巻回して回転機のコアバック鉄心を形成する磁性金属帯において、該金属帯の長手方向に一巻回分の長さで区画した帯域内に、巻回時、鉄心の中心に向く複数個のティース鉄心嵌合溝を形成する開口が、（ａ）次の帯域に向うに従い漸減又は漸増する長手方向開口幅、及び／又は、（ｂ）上記開口幅と関連して漸増又は漸減する長手方向間隔をもって形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、コアバック鉄心用磁性金属帯とその製造方法に関するものである。

従来、中型又は大型の回転機を製造する場合、必要とする所要大きさの固定子鉄心は、鋼板から打抜いた所定形状の鉄心片を積層して製造する。特に、大型の固定子鉄心を製造する場合、鉄心片を組合せて積層するが、鉄心片を組合せるが故、通常、鉄心材料の利用率は向上するが、部品数の増加に伴い、完成に至るまでの工程が増加し複雑になる。

特許文献１には、上記利用率を高めたコアバック部と複数のティース部からなる回転機用コアが開示されているが、コアバック部の構造は、複数枚の鉄心片を連ねて環状に配置し、複数層積層した構造であるので、鉄心材料の利用率の向上には限界がある。

また、特許文献２には、磁極ティースを有するコア部材を、磁極ティースを外側にして巻枠に巻回・積層し、最終的に、磁極ティースが内側に向いた巻回・積層コアを製造する方法が開示されている。

しかし、この製造方法においては、所定幅のコア部材を巻枠に巻回・積層するために面内曲げ加工をしなければならず、また、最終的に、巻回・積層コアを複数に分割して逆方向に折曲（面内曲げ加工）して環状に成形しなければならないので、自ずとコア部材の幅に限度があり、大径の巻回・積層コアを製造できても、それに伴いコア厚みを厚くすることができない。

したがって、回転機の分野においては、鉄心材料の利用率の高い大型コアバック鉄心が求められている。

特開２０００−３４１８８９号公報特開平１１−９８７７４号公報

本発明は、上記要望を踏まえ、大型のコアバック鉄心を製造できるコアバック鉄心用磁性金属帯とその製造方法を提供することを目的とする。これにより、上記コアバック鉄心用磁性金属帯を巻回して作製した磁気特性に優れたコアバック鉄心と、上記コアバック鉄心にティース鉄心を嵌合して作製した磁気特性に優れた固定子鉄心、更に、上記固定子鉄心を用いて構成した磁気特性に優れた回転機を提供することが可能となる。

本発明者は、大型の固定子鉄心を製造するため、まず、巻鉄心の内周に、ティース部を嵌合する嵌合溝を形成することを発想し、実際に試みた。この嵌合溝にティース鉄心を嵌合した鉄心は、鉄心材料（電磁鋼帯）の利用率が高く、回転機の固定子として充分に機能するものであることが判明したが、一方で、所定の厚さを有する巻鉄心を形成後、所定形状の嵌合溝を形成することは、溝形成に長時間を要し、生産性が悪いことも判明した。

そこで、本発明者は、鉄心材料（電磁鋼帯）にティース鉄心嵌合溝を形成する矩形状の開口を形成（例えば、プレス成形で打抜く）してから巻回することを発想した。

そして、本発明者は、上記発想の下に繰り返し実験、評価を行った結果、次の知見を得るに至った。

（ａ）バックコア鉄心は巻鉄心であるので、バックコア鉄心及び固定子における鉄心材料の利用率が飛躍的に向上する。

（ｂ）プレス成形で開口を打抜いた後、巻回するので、コアバック鉄心の製造能率が著しく高く、その結果、固定子の生産性が向上する。

本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は以下のとおりである。

（１）巻回して回転機のコアバック鉄心を形成する磁性金属帯において、該金属帯の長手方向に一巻回分の長さで区画した帯域内に、巻回時、鉄心の中心に向く複数個のティース鉄心嵌合溝を形成する開口が、
（ａ）次の帯域に向うに従い漸減又は漸増する長手方向開口幅、及び／又は、
（ｂ）上記開口幅と関連して漸増又は漸減する長手方向間隔
をもって形成されている
ことを特徴とするコアバック鉄心用磁性金属帯。

（２）前記開口の形状が矩形であることを特徴とする前記（１）に記載のコアバック鉄心用磁性金属帯。

（３）前記矩形が一端開放の矩形であることを特徴とする前記（２）に記載のコアバック鉄心用磁性金属帯。

（４）前記開口が帯幅方向に複数個一列に形成されていることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載のコアバック鉄心用磁性金属帯。

（５）前記ティース鉄心嵌合溝の断面が、円弧状、三角形状、四角形状、多角形状、階段状凸状、及び、台形状のいずれかであることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載のコアバック鉄心用磁性金属帯。

（６）前記磁性金属帯が方向性電磁鋼帯であることを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれかに記載のコアバック鉄心用磁性金属帯。

（７）巻回して回転機のコアバック鉄心を形成する磁性金属帯を製造する方法において、
（ｉ）上記金属帯の長手方向に、一巻回分の長さの帯域を区画し、
（ii）上記帯域内に、巻回時、鉄心の中心に向く複数個のティース鉄心嵌合溝を形成する開口を、
（ii−ａ）次の帯域に向うに従い漸減又は漸増する長手方向開口幅、及び／又は、
（ii−ｂ）上記開口幅と関連して漸増又は漸減する長手方向間隔
をもって成形する
ことを特徴とするコアバック鉄心用磁性金属帯の製造方法。

（８）前記成形がプレス成形又は打抜き成形であることを特徴とする前記（７）に記載のコアバック鉄心用磁性金属帯の製造方法。

（９）前記長手方向開口幅を、磁性金属帯の厚さ、巻鉄心の内径・外径、ティース鉄心の形状・寸法を考慮して設定することを特徴とする前記（７）又は（８）に記載のコアバック鉄心用磁性金属帯の製造方法。

（１０）前記長手方向間隔を、長手方向開口幅、磁性金属帯の厚さ、巻鉄心の内径・外径、ティース鉄心の形状・寸法を考慮して設定することを特徴とする前記（７）〜（９）のいずれかに記載のコアバック鉄心用磁性金属帯の製造方法。

（１１）前記開口の形状が矩形あることを特徴とする前記（７）〜（１０）のいずれかに記載のコアバック鉄心用磁性金属帯の製造方法。

（１２）前記矩形が一端開放の矩形であることを特徴とする前記（１１）に記載のコアバック鉄心用磁性金属帯の製造方法。

（１３）前記開口を帯幅方向に複数個一列に成形することを特徴とする前記（７）〜（１２）のいずれかに記載のコアバック鉄心用磁性金属帯。

（１４）前記ティース鉄心嵌合溝の断面が、円弧状、三角形状、四角形状、多角形状、階段状凸状、及び、台形状のいずれかであることを特徴とする前記（７）〜（１３）のいずれかに記載のコアバック鉄心用磁性金属帯の製造方法。

（１５）前記磁性金属帯が方向性電磁鋼帯であることを特徴とする前記（７）〜（１４）のいずれかに記載のコアバック鉄心用磁性金属帯の製造方法。

本発明によれば、鉄心材料の利用率が高い回転機の固定子を、生産性良く製造することができる。また、鉄心材料の利用率が高いことに加え、コアバック鉄心及びティース鉄心それぞれに、固定子に要求される磁気特性に応じた最適な鉄心材料を用いることができるので、回転機の性能を高めることができる。

図面に基づいて、本発明の実施形態を詳細に説明する。

図１に、本発明のコアバック鉄心用磁性金属帯（本発明磁性金属帯）の一態様を示す。図１に示すように、磁性金属帯１の長手方向には、巻回時、鉄心の中心に向く複数個のティース鉄心嵌合溝を形成する矩形状の開口２が形成されているが、具体的には、磁性金属帯１の長手方向に一巻回分の長さで区画した帯域Ｌ₁（鉄心の最内周を形成する）、Ｌ₂…Ｌ_n-1、Ｌ_nにわたって、開口２が、
（ａ）帯域Ｌ₁から帯域Ｌ_nに向うに従い漸減する長手方向開口幅ｗ₁〜ｗ_n、及び、
（ｂ）上記開口幅と関連して漸増する長手方向間隔ｄ₁〜ｄ_n
をもって形成されている。

なお、開口２を有する磁性金属帯１の製造方法については、後述する。

図１に示す磁性金属帯１において、帯域Ｌ₂は、帯域Ｌ₁で形成した最内周の外側に巻回される帯域であるので、少なくとも、
Ｌ₂＝Ｌ₁＋２πｔ（ｔ：磁性金属帯の厚さ）
であり、同様に、
Ｌ_n＝Ｌ_n-1＋２πｔ＝Ｌ₁＋２πｔ・（ｎ−１）
である。

一般に、帯域Ｌ_iは
Ｌ_i＝Ｌ₁＋２πｔ・（ｉ−１）、ｉ＝１…ｎ
Ｌ₁＝２πｒ（２ｒ：鉄心の内径）
で区画される。

例として、図１に示す磁性金属帯１おいては、一帯域の中に１２個の開口２を形成しているので、ｗ_i（ｗ₁…ｗ_n）及びｄ_i（ｄ₁…ｄ_n）は、
Ｌ₁＝１２・（ｗ₁＋ｄ₁）…Ｌ_i＝１２・（ｗ_i＋ｄ_i）…Ｌ_n＝１２・（ｗ_n＋ｄ_n）
を満たし、かつ、ｗ₁＞…＞ｗ_n、ｄ₁＜…＜ｄ_nである。

基本的に、ｗ_i（ｗ₁…ｗ_n）、ｄ_i（ｄ₁…ｄ_n）は、
Ｌ_i＝ｍ・（ｗ_i＋ｄ_i）（ｍ：ティース鉄心嵌合溝の数）
を満たす限り、任意の値に設定できるので、磁性金属帯を巻回した鉄心において、図２に示すように、コアバック鉄心４に、ティース鉄心５が嵌合する所望断面のティース鉄心嵌合溝３を形成することができる。

ティース鉄心嵌合溝の断面は、図２に示す他、円弧状、多角形状、及び、台形状のいずれでもよい。要は、ティース鉄心を嵌合し得る断面形状であればよい。

図３に、図１に示す磁性金属帯（ｍ＝１２）において、三角形状のティース鉄心嵌合溝が形成されるように、ｗ_i（ｗ₁…ｗ_n）、及び、ｄ_i（ｄ₁…ｄ_n）を設定して開口２を形成し、巻回して作製したコアバック鉄心４のティース鉄心嵌合溝に、ティース鉄心５を嵌合せしめて製造した固定子を示す。

前述したように、本発明金属帯においては、鉄心の内径ｒ、ティース鉄心嵌合溝の数ｍ、及び、開口幅ｗ_i（ｗ₁…ｗ_n）又は開口間隔ｄ_i（ｄ₁…ｄ_n）を、独立して任意に設定できるので、技術的要請に合致する所要の大きさの固定子を製造することができる。

そして、固定子の製造は、基本的には、（ｉ）磁性金属帯の巻回、及び、（ii）ティース鉄心の嵌合の２工程を経るだけなので、所要の大きさの固定子を、生産性よく製造できる。

図１には、矩形状の開口２を形成した磁性金属帯を示したが、開口２の形状は、図４に示すように、一端が開放された矩形状でもよい。この場合、ティース鉄心嵌合溝も一端開放の溝となり、開放端から、ティース鉄心を挿入して装着できるので、組立作業が容易である。

この場合、開口の開口幅ｗ_i（ｗ₁…ｗ_n）又は開口間隔ｄ_i（ｄ₁…ｄ_n）を調整して、ティース鉄心嵌合溝の断面形状を、ティース鉄心の固定に適する形状に形成することが好ましい。

また、図１及び図２には、開口２が一列で長手方向に形成された磁性金属帯を示したが、固定子の設計上、必要であれば、開口列は、例えば、図５及び図６に示すように、２列でもよいし、また、必要であれば、３列以上でもよい。

本発明において、磁性金属帯は、回転機の固定子としての磁性を担うに足る磁性を有する金属帯であればよく、特定の金属帯に限定されないが、磁性金属帯としては、方向性電磁鋼帯、無方向性電磁鋼板等の高透磁率低鉄損材料が好ましい。

次に、本発明金属帯の製造方法について説明する。

図７に、上記製造方法の一態様を示す。磁性金属帯を、ポンチ７とダイス６からなるプレス打抜き機に送り込み、一巻回分の長さの帯域内に、巻回時、鉄心の中心に向く複数個のティース鉄心嵌合溝を形成する開口２を打抜く。

この場合、長手方向開口幅、及び／又は、長手方向開口間隔は、前述したように、所望のティース鉄心嵌合溝が形成できるように設定する。

一帯域における成形が終了し、次の帯域における成形に移る場合、ポンチ７のポンチ幅を、設定した開口幅ｗ_iに合致するように調整し、また、成形と成形との間の送り距離を、設定した開口間隔ｄ_iに合致するように調整すればよいので、成形作業を効率よく行うことができる。

そして、所定の開口幅ｗ_i及び開口間隔ｄ_iをもって形成した開口２を有する磁性金属帯を成形後、巻き取ることにより、所要断面形状を有する所要個数のティース鉄心嵌合溝を備えるコアバック鉄心４を得ることができる。

コアバック鉄心のティース鉄心嵌合溝にティース鉄心を嵌合して製造した固定子鉄心の一例を、図３に示したが、ティース鉄心の材質は、回転機の設計において、固定子鉄心に必要とする磁気特性を付与するに足る磁気特性を有する材質であればよく、特定の材質に限定されるものではない。ティース鉄心の材質は、コアバック鉄心の材質と異なっていてもよい。

通常、ティース鉄心は、磁性金属帯を積層したものを使用するが、ティース鉄心として機能する限りで、積層体に限定されるものではない。ティース鉄心は、例えば、磁性粉末焼結体でもよい。

本発明の固定子鉄心を用いれば、小型から大型まで、大きさの制限を受けることなく所望の大きさの回転機を製造することができる。

次に、本発明の実施例について説明するが、実施例の条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。

（実施例）
板幅４５ｍｍ、板厚０．２３ｍｍの方向性電磁鋼板帯（磁性金属帯）を、スリットし、Ｗ₁：３７．０ｍｍ、ｄ₁：１５．５ｍｍで７４層巻とし、Ｗ_ｎ：１．０ｍｍまでの、図１に示すような金属帯を打ち抜いた。その結果、内径：２００．５ｍｍ、外径：２３４．６ｍｍで、図２の（ａ）に示すような嵌合部を有するコアバックを製造することができた。

この嵌合部に、板厚：０．３５ｍｍの無方向性電磁鋼板からなる１２本のティースを組み込んでモータ固定子鉄芯を製造した。その結果、鉄損は１５５Ｗ、回転機の効率は９７．５％を得ることができた。

これに対し、通常の板厚：０．３５ｍｍの無方向性電磁鋼板からなる積層コアで製造した回転機の場合、鉄損は２４０Ｗ、回転機の効率は９６．０％であり、本発明により、磁気特性に優れた回転機の固定子鉄芯を製造することができた。

前述したように、本発明によれば、鉄心材料の利用率が高い回転機の固定子を、生産性良く製造することができ、また、回転機の性能を高めることができる。したがって、本発明は、回転機の製造分野において、利用可能性の高い発明である。

本発明のコアバック鉄心用磁性金属帯の一態様を示す図である。ティース鉄心嵌合溝の断面を示す図である。（ａ）は三角形状の断面を示し、（ｂ）は、階段状凸状の断面を示し、（ｃ）は、四角形状の断面を示す。本発明の固定子の一態様を示す図である。一端が開放された矩形状の開口を形成した磁性金属帯を示す図である。本発明のコアバック鉄心用磁性金属帯の別の態様を示す図である。本発明のコアバック鉄心用磁性金属帯の別の態様を示す図である。本発明のコアバック鉄心用磁性金属帯の製造方法の一態様を示す図である。

符号の説明

１磁性金属帯
２開口
３ティース鉄心嵌合溝
４コアバック鉄心
５ティース鉄心
６ダイス
７ポンチ
Ｌ₁、Ｌ₂、Ｌ_i、Ｌ_n-1、Ｌ_n 帯域
ｗ₁、ｗ_n-1、ｗ_n 開口幅
ｄ₁、ｄ_n-1、ｄ_n 開口間隔

Claims

巻回して回転機のコアバック鉄心を形成する磁性金属帯において、該金属帯の長手方向に一巻回分の長さで区画した帯域内に、巻回時、鉄心の中心に向く複数個のティース鉄心嵌合溝を形成する開口が、
（ａ）次の帯域に向うに従い漸減又は漸増する長手方向開口幅、及び／又は、
（ｂ）上記開口幅と関連して漸増又は漸減する長手方向間隔
をもって形成されている
ことを特徴とするコアバック鉄心用磁性金属帯。
前記開口の形状が矩形であることを特徴とする請求項１に記載のコアバック鉄心用磁性金属帯。
前記矩形が一端開放の矩形であることを特徴とする請求項２に記載のコアバック鉄心用磁性金属帯。
前記開口が帯幅方向に複数個一列に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のコアバック鉄心用磁性金属帯。
前記ティース鉄心嵌合溝の断面が、円弧状、三角形状、四角形状、多角形状、階段状凸状、及び、台形状のいずれかであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のコアバック鉄心用磁性金属帯。
前記磁性金属帯が方向性電磁鋼帯であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のコアバック鉄心用磁性金属帯。
巻回して回転機のコアバック鉄心を形成する磁性金属帯を製造する方法において、
（ｉ）上記金属帯の長手方向に、一巻回分の長さの帯域を区画し、
（ii）上記帯域内に、巻回時、鉄心の中心に向く複数個のティース鉄心嵌合溝を形成する開口を、
（ii−ａ）次の帯域に向うに従い漸減又は漸増する長手方向開口幅、及び／又は、
（ii−ｂ）上記開口幅と関連して漸増又は漸減する長手方向間隔
をもって成形する
ことを特徴とするコアバック鉄心用磁性金属帯の製造方法。
前記成形がプレス成形又は打抜き成形であることを特徴とする請求項７に記載のコアバック鉄心用磁性金属帯の製造方法。
前記長手方向開口幅を、磁性金属帯の厚さ、巻鉄心の内径・外径、ティース鉄心の形状・寸法を考慮して設定することを特徴とする請求項７又は８に記載のコアバック鉄心用磁性金属帯の製造方法。
前記長手方向間隔を、長手方向開口幅、磁性金属帯の厚さ、巻鉄心の内径・外径、ティース鉄心の形状・寸法を考慮して設定することを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載のコアバック鉄心用磁性金属帯の製造方法。
前記開口の形状が矩形あることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１項に記載のコアバック鉄心用磁性金属帯の製造方法。
前記矩形が一端開放の矩形であることを特徴とする請求項１１に記載のコアバック鉄心用磁性金属帯の製造方法。
前記開口を帯幅方向に複数個一列に成形することを特徴とする請求項７〜１２のいずれか１項に記載のコアバック鉄心用磁性金属帯。
前記ティース鉄心嵌合溝の断面が、円弧状、三角形状、四角形状、多角形状、階段状凸状、及び、台形状のいずれかであることを特徴とする請求項７〜１３のいずれか１項に記載のコアバック鉄心用磁性金属帯の製造方法。
前記磁性金属帯が方向性電磁鋼帯であることを特徴とする請求項７〜１４のいずれか１項に記載のコアバック鉄心用磁性金属帯の製造方法。