JP2009065834A - 積層型鉄心及びその製造方法、積層型固定子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】隣接する分割積層鉄心の間の隙間を最小限に抑え、磁気特性を良好に保つとともに、隣り合うバックヨーク部の接続面の位置ずれを解消して固定子の形状精度を向上する。
【解決手段】鉄心シートを積層してなる分割積層鉄心を環状に配列して構成する積層型鉄心であって、分割積層鉄心１０は、バックヨーク部１２と、このバックヨーク部１２から径方向に延びるティース部１３とを備え、バックヨーク部１２は、周方向に隣接する分割積層鉄心のバックヨーク部１２と積層方向で重なり合い部分１５ａ、１６ａを有し、当該重なり合い部分１５ａ、１６ａの周方向縁部の最先端部分が、鉄心シートの板厚より薄く形成されたものである。
【選択図】図１

Description

この発明は、鉄心シートを積層してなる分割積層鉄心を環状に連結して構成する積層型鉄心に関し、特に分割積層鉄心同士を連結する際の作業を容易にする技術である。

集中巻の固定子鉄心において、ティース毎に分割された分割鉄心に巻線を施した後、隣接する分割鉄心を接続して環状にする構造がある。この構造を採用することで、巻線作業が容易となり、巻回するコイルの密度を高くすることができる。しかし、隣接する分割鉄心の分割面には十数ミクロンの隙間が存在したり、ティース同士の接続面が積層方向にずれた場合に電気的に連結してしまい、渦電流が流れ鉄損が増加するという問題がある。

また、隣接する分割鉄心を接続する際の位置決めが悪いと、固定子としての形状精度が悪化する。固定子の形状精度が悪化すると、回転子との接触を避けるために、固定子と回転子の間のエアギャップを広くする必要があり、その結果、磁気抵抗が増加するという問題があった。したがって、固定子の形状精度を得るためには、分割鉄心の接続面での位置ずれを防止する必要がある。

従来、分割積層鉄心の製造方法として、分割積層鉄心の各鉄心片のヨーク部の一端部のみに非直角部であるテーパ部又は曲面部を形成することにより、各端部と各凹部が互いに若干対応の状態であっても、各非直角部が凹部内にスムーズに案内され、各端部と各凹部との容易かつ確実な嵌合を得ることができるものが開示されていた（例えば、特許文献１参照）。

特許第３４６１５５２号（作用、発明の効果、図３）

しかしながら、上記特許文献１では、隣接する分割積層鉄心を接合する際、ヨーク部のテーパ部又は曲面部を形成した部分に隙間が発生するので、その隙間の分、鉄心の占積率（稠密度）が低下し、磁気特性が悪化するという問題がある。また、隣り合うヨーク部の接続面が鉄心の半径方向に平行であるので位置ずれしやすく、ステータの精度が悪化するという問題がある。

この発明は上記のような従来の課題を解消するためになされたものであり、隣接する分割積層鉄心の間の隙間を最小限に抑え、磁気特性を良好に保つ積層型鉄心を提供する。

また、隣り合うヨーク部の接続面の位置ずれを解消して、固定子の形状精度を向上することを目的とする。

この発明に係る積層型鉄心は、鉄心シートを積層してなる分割積層鉄心を環状に配列して構成する積層型鉄心であって、分割積層鉄心は、バックヨーク部と、このバックヨーク部から径方向に延びるティース部とを備え、バックヨーク部は、周方向に隣接する分割積層鉄心のバックヨーク部と、積層方向で重なり合い部分を有し、当該重なり合い部分の周方向縁部の最先端部分が、上記鉄心シートの板厚より薄く形成された鉄心シートを有するものである。

また、この発明に係る積層型鉄心の製造方法は、分割積層鉄心を環状に配列して積層型鉄心を形成する積層型鉄心の製造方法であって、
環状のバックヨーク部の外周の一部を含む、次工程のための逃し穴であるマッチング穴と、上記バックヨーク部の内周部及び上記バックヨーク部から径方向内側に延びる複数のティース部とを鉄心シート上に打ち抜きにより形成する初期形成工程と、
上記マッチング穴の形成箇所と、隣接する上記ティース部及び上記バックヨーク部の内周部で囲まれた上記打ち抜きにより形成された空間との間で、上記鉄心シートごとに、上記バックヨーク部の周方向に１ティース単位で第１分割面を形成する第１分割面形成工程、及び上記第１分割面とは異なる形状の第２分割面を形成する第２分割面形成工程の工程を実施する分割面形成工程と、
上記分割面で分離されたバックヨーク部外周を打ち抜き、上記バックヨーク部とこれに延在するティース部とを単位として、上記第１分割面で相互に分離して環状に配列された第１の鉄心シート、及び上記第２分割面で相互に分離して環状に配列された第２の鉄心シートを形成する分割鉄心シート形成工程と、
上記第１の鉄心シート及び上記第２の鉄心シートを、各バックヨーク部端部で積層方向に重なり合い部分を設けて、複数枚、当該配列を保ったまま積層して環状に配列された分割積層鉄心を形成する積層工程とを有し、
上記分割面形成工程又は上記分割鉄心シート形成工程のいずれか一方が、上記各バックヨーク部の第１分割面又は第２分割面に該当する周方向端部のいずれか一方の周方向最先端部分に当該鉄心シートの板厚より薄い薄板部分を設ける工程を含んだものである。

この発明に係る積層型鉄心及びその製造方法によれば、バックヨーク部の積層方向に隣接する鉄心シートのそれぞれに重なり合い部分を設け、当該重なり合い部分の周方向縁部の最先端部分が、鉄心シートの板厚より薄く形成されているので、隣接する分割積層鉄心同士を容易に接続することができる。

また、隣接する分割積層鉄心の間の隙間を最小限に抑え、磁気特性を良好に保つことができる。

さらに、隣り合うバックヨーク部の接続面の位置ずれを解消して、環状鉄心としての形状精度を向上することができる。

以下、この発明を実施するための最良の形態を図に基づいて詳細に説明する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による分割積層鉄心を示す斜視図である。

図１において、分割積層鉄心１０はティース（磁極歯）単位ごとに分割されたものであり、複数枚の鉄心シートを積層して構成して成る積層体である。この分割積層鉄心１０は、それぞれバックヨーク部１２と、バックヨーク部１２から径方向に延びるティース部１３を有している。

そして、隣接する分割積層鉄心１０同士が当接する側において、交互に積層されている鉄心シート１５、１６のそれぞれに、隣接する分割積層鉄心の鉄心シートと重なり合う重なり合い部分１５ａ、１６ａを設けている。

さらに、鉄心シートの重なり合い部分１５ａ、１６ａの縁部のうち角部又はＲ部にあたる個所に、その先端が鉄心シートの板厚より薄く形成される薄板部分２０を設ける。具体的には、三角すい状の面取り部２０が形成されている。

図２は上記三角すい状の面取り部２０の形成工程を説明する拡大図であり、図２（ａ）はプレス前の状態、図２（ｂ）はプレス後の状態を示す。

上記面取り部２０の形成はプレス工程により作成することができるが、その場合、板厚を薄くした分だけ鉄心シートが延ばされる。本実施の形態では、面取り部２０を形成する近傍に、鉄心シート１５、１６の外形より縮小した形の溝部３０を設けている。この溝部３０の存在により、プレス成形の際に面取り部２０の鉄心シートが延ばされたとしても、鉄心シート１５、１６の外形より拡がらず、隣接する鉄心シートとの当接を避けることができる。また、外周方向にも溝部３０を設けることにより、プレス成形の面取り部２０の延びがあったとしても、外周からはみでることがない。分割積層鉄心は、その外周をフレームに圧入して位置決めすることがあるが、その場合でも外周に凹凸ができないので互いに干渉することなく圧入ができる。

図３は実施の形態１による分割積層鉄心同士を連結するところを示す拡大斜視図であり、図４（ａ）〜（ｂ）は分割積層鉄心同士を連結する工程を示す平面図及び部分断面図である。

図３及び図４に示すように、隣接する分割積層鉄心１０同士を、それぞれのバックヨーク部１２の積層した鉄心シートの重なり合い部分１７ａと１８ａとを近づけることにより、挿入する。このとき、重なり合い部分１７ａ、１８ａの角又はＲ部の縁部に形成された薄板部分２０がそれぞれ隣接する鉄心シート間にスムーズに挿入される。

以上のように、隣接する分割積層鉄心１０を、板厚よりも薄く形成された薄板部分２０側から挿入することにより、鉄心シートが積層方向にわずかに位置ずれがあったとしても、位置をずらすことなく挿入が可能である。また、薄板部分２０が一部だけなので鉄心の占積率の悪化を防止することができる。さらに、薄板部分２０を鉄心の外周側に配置することにより、鉄心としての磁気特性を損なうことがない効果がある。

また、図３に示すように、分割積層鉄心１０の重なり合い部分１７ａ、１８ａと接続する隣接する鉄心シートにおいて、薄板部分２０と相対する位置には溝又は穴３１が設けられている。

図５（ａ）、（ｂ）は本実施の形態１による分割積層鉄心を構成する２種類の鉄心シート１７、１８を示す平面図であり、図６は上記２種類の鉄心シート１７、１８を積層した状態を示す平面図である。なお、図５および図６ともに、鉄心シートを環状に配置した状態を示す。

図５（ａ）、（ｂ）に示すように、隣接する鉄心シート１７、１８の当接面は直線１９ａ、１９ｂにより分割されている。分割する直線１９ａ、１９ｂの位置は（ａ）及び（ｂ）の２種類で異なり、それぞれ鉄心の中心から径方向（法線方向）に延びる線と平行でなく外れている。これらの鉄心シート１７，１８が交互に積層されると、図６の実線と破線で示すように、分割している直線１９ａ、１９ｂの位置がずれることにより、積層方向に重なり合う重なり合い部分１７ａ、１８ａが発生する。このように、積層方向に複数種類ある鉄心シートの接続縁部の形状が互いに平行でないので、鉄心の径方向にずれることができず、精度良い鉄心形状が得られる。

実施の形態２．
図７（ａ）、（ｂ）はこの発明の実施の形態２による分割積層鉄心を構成する２種類の鉄心シート４０、５０を示す平面図であり、図８は上記２種類の鉄心シート４０、５０を積層した状態を示す平面図である。なお、図７および図８ともに、鉄心シートを環状に配置した状態を示す。

図７（ａ）、（ｂ）に示すように、鉄心シート４０または５０の隣との当接面はくの字状の突出部４０ａ、５０ａにより分割されている。また、くの字状の突出部４０ａ、５０ａの先端にはそれぞれ板厚が薄くなった薄板部分２０を形成している。これらの鉄心シート４０ａ、５０ａをそれぞれの薄板部分２０を突き合わせて挿入すると、簡単に連結することができる。また、２種類の鉄心シート４０、５０が交互に積層されると、図８の実線と破線で示すように、上記くの字状の突出部４０ａ、５０ａが積層方向に重なり合う重なり合い部分となる。このように、積層方向に複数種類ある鉄心シート４０、５０の接続縁部の形状が互いに平行でないので、鉄心の径方向にずれることができず、精度良い鉄心形状が得られる。

実施の形態３．
図９は、この発明の実施の形態３による分割積層鉄心を連結するところを示す拡大断面図である。

本実施の形態では、隣接する分割積層鉄心１０の重なり合い部分６０、７０を構成する鉄心シートの枚数を複数枚とした。そして、この重なり合い部分６０、７０の縁部のうち角部又はＲ部にあたる個所であって、複数枚の鉄心シートのうち上層又は下層に、その先端が鉄心シートの板厚より薄く形成される薄板部分２０を設ける。具体的には、三角すい状の面取り部２０が形成される。

そして、隣接する分割積層鉄心１０同士の重なり合い部分６０と７０とを近づけて挿入する。このとき、重なり合い部分６０、７０の角縁部に形成された、その先端が鉄心シートの板厚より薄い薄板部分２０同士を交互に合わせることにより、スムーズな挿入が可能になる。

実施の形態４．
図１０（ａ）〜（ｈ）はこの発明の実施の形態４による積層型鉄心のプレスによる打ち抜き工程を示す平面図であり、図１１から図１３はその拡大平面図を示すものである。

本実施の形態のプレス打ち抜き工程は、実施の形態１の複数の分割積層鉄心を一度に作成する工程である。すなわち、本実施の形態のプレス工程によれば、複数の分割積層鉄心を環状に配置した状態で連続して打ち抜くことができる。

まず、図１０（ａ）及び図１１（ａ）に示す工程は、鋼板等のシート材料１００に、プレス工程送りのためのガイド穴１０１と、鉄心の内側から回転子１０２を打ち抜く工程を示す。

次に、図１０（ｂ）及び図１１（ｂ）に示す工程は、鉄心のティース部間の空間１０３を打ち抜く工程と、鉄心の外側に次の工程のための逃がし穴であるマッチング穴１０４を設ける工程である。また、マッチング穴１０４には次の工程の切れ目を入れやすいように溝１０４ａが形成される。

次に、図１０（ｃ）及び図１２（ｃ）並びに図１０（ｄ）及び図１２（ｄ）に示す工程は、ティース部単位毎にバックヨーク部間を分離する切れ目１０５、１０６を入れている加工工程である。それぞれ（ｃ）と（ｄ）の２つの工程で切れ目となる直線１０５、１０６の位置が異なっている。この後の工程で打抜いた順番に鉄心は積層されていくことになるが、この２つの工程において順次切れ目１０５、１０６の位置を変えることで積層されたときに実施の形態１で説明した重なり合い部分を形成することができる。

次に、図１０（ｅ）及び図１３（ｅ）並びに図１０（ｆ）及び図１３（ｆ）に示す工程は、それぞれ分割される鉄心シート毎に半抜きのダボ１０７を形成する工程である。ここで、半抜きとはプレスによるシートの穴あき工程において打ち抜かずに途中の状態で残しておくことを指す。

なお、図２で説明した三角すい状の面取り部２０をプレス成形で形成する工程は、上記の図１０（ｅ）、（ｆ）の工程の前後で行うことができる。

最後に、図１０（ｇ）及び図１０（ｈ）に示すように、マッチング穴１０４に沿って鉄心の外形を打ち抜くことによって、切れ目１０５、１０６の入った環状の鉄心シートが２種類製作される。そして、位置の違う切れ目１０５、１０６が入った環状の鉄心シートを交互に積層し、上記半抜きのダボの凹凸にしたがってそれぞれかしめて固定する。

分割鉄心毎にバラバラにプレス打ち抜きしても上記実施の形態で説明した分割積層鉄心を作成することはできるが、本実施の形態のようにシート材料を全体として円形で打ち抜くことにより、内径及び外径の揃った金型形状を使用して一体で製造することができる。その結果、分割積層鉄心の形状精度が良く、組み合わせたときの内径、外径の精度をより向上することができる効果がある。

上記のようにして形成した積層型鉄心への巻線の装着方法としては、分割積層鉄心をバラバラに分離してから巻線する方法と、バラバラにせずに分割積層鉄心のピッチを拡大しておいてコイルを巻装する方法がある。いずれにしても巻線するスペースが拡大するので巻線がしやすくなり、さらには整列巻線が可能となり巻線密度が向上するという効果がある。

この発明の実施の形態１による分割積層鉄心を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１による面取り部の形成工程を説明する拡大図である。 この発明の実施の形態１による分割積層鉄心を連結するところを示す拡大斜視図である。 この発明の実施の形態１による分割積層鉄心を連結する工程を示す平面図及び部分断面図である。 この発明の実施の形態１による分割積層鉄心を構成する２種類の鉄心シートを示す平面図である。 図５の２種類の鉄心シートを積層した状態を示す平面図である。 この発明の実施の形態２による分割積層鉄心を構成する２種類の鉄心シートを示す平面図である。 図７の２種類の鉄心シートを積層した状態を示す平面図である。 この発明の実施の形態３による分割積層鉄心を連結するところを示す拡大断面図である。 この発明の実施の形態４による積層型鉄心のプレスによる打ち抜き工程を示す平面図である。 この発明の実施の形態４による積層型鉄心のプレスによる打ち抜き工程を示す拡大平面図である。 この発明の実施の形態４による積層型鉄心のプレスによる打ち抜き工程を示す拡大平面図である。 この発明の実施の形態４による積層型鉄心のプレスによる打ち抜き工程を示す拡大平面図である。

符号の説明

１０ 分割積層鉄心、１２ バックヨーク部、１３ ティース部、
１５，１６，１７，１８，４０，５０ 鉄心シート、
１５ａ，１６ａ，１７ａ，１８ａ，４０ａ，５０ａ，６０，７０ 重なり合い部分、
１９ａ，１９ｂ 直線、２０ 薄板部分、３０ 溝部。

Claims (13)

1. 鉄心シートを積層してなる分割積層鉄心を環状に配列して構成する積層型鉄心であって、上記分割積層鉄心は、バックヨーク部と、このバックヨーク部から径方向に延びるティース部とを備え、上記バックヨーク部は、周方向に隣接する分割積層鉄心のバックヨーク部と、積層方向で重なり合い部分を有し、当該重なり合い部分の周方向縁部の最先端部分が、上記鉄心シートの板厚より薄く形成されたものである積層型鉄心。
2. 上記分割積層鉄心の上記バックヨーク部の重なり合い部分の周方向に隣接する分割積層鉄心と当接する端部の積層方向に投影した形状を、直線形状としたことを特徴とする請求項１に記載の積層型鉄心。
3. 上記分割積層鉄心の重なり合い部分の、上記周方向に隣接する分割積層鉄心と当接する端部の直線形状は、環状に配列して構成する積層型鉄心の中心を通る径方向と異なる方向の直線形状であることを特徴とする請求項２に記載の積層型鉄心。
4. 上記分割積層鉄心の上記バックヨーク部重なり合い部分の周方向に隣接する分割積層鉄心と当接する端部に凸形状を設けたことを特徴とする請求項１に記載の積層型鉄心。
5. 複数枚の鉄心シートを積層したものを１単位として、複数の単位で積層分割鉄心を構成するとともに、当該単位間で上記分割積層鉄心の重なり合い部分を構成し、上記積層の１単位を構成する複数枚の鉄心シートのうち上層又は下層に、その先端が鉄心シートの板厚より薄く形成される部分を設けたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の積層型鉄心。
6. 上記鉄心シートの板厚より薄く形成されている部分は、プレス成形により形成されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の積層型鉄心。
7. 上記分割積層鉄心の重なり合い部分と当接する周方向に隣接する鉄心シートにおいて、上記重なり合い部分の板厚より薄く形成されている部分と相対する位置に溝又は穴が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の積層型鉄心。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の積層型鉄心の各ティース部に巻線が施されていることを特徴とする積層型固定子。
9. 分割積層鉄心を環状に配列して積層型鉄心を形成する積層型鉄心の製造方法であって、
   環状のバックヨーク部の外周の一部を含む、次工程のための逃し穴であるマッチング穴と、上記バックヨーク部の内周部及び上記バックヨーク部から径方向内側に延びる複数のティース部とを鉄心シート上に打ち抜きにより形成する初期形成工程と、
   上記マッチング穴の形成箇所と、隣接する上記ティース部及び上記バックヨーク部の内周部で囲まれた上記打ち抜きにより形成された空間との間で、上記鉄心シートごとに、上記バックヨーク部の周方向に１ティース単位で第１分割面を形成する第１分割面形成工程、及び上記第１分割面とは異なる形状の第２分割面を形成する第２分割面形成工程の工程を実施する分割面形成工程と、
   上記分割面で分離されたバックヨーク部外周を打ち抜き、上記バックヨーク部とこれに延在するティース部とを単位として、上記第１分割面で相互に分離して環状に配列された第１の鉄心シート、及び上記第２分割面で相互に分離して環状に配列された第２の鉄心シートを形成する分割鉄心シート形成工程と、
   上記第１の鉄心シート及び上記第２の鉄心シートを、各バックヨーク部端部で積層方向に重なり合い部分を設けて、複数枚、当該配列を保ったまま積層して環状に配列された分割積層鉄心を形成する積層工程とを有し、
   上記分割面形成工程又は上記分割鉄心シート形成工程のいずれか一方が、上記各バックヨーク部の第１分割面又は第２分割面に該当する周方向端部のいずれか一方の周方向最先端部分に当該鉄心シートの板厚より薄い薄板部分を設ける工程を含んだものである積層型鉄心の製造方法。
10. 第１及び第２分割面は、積層方向に投影したときの形状が環状配列時の鉄心中心を通る直線とは異なる直線形状であることを特徴とした請求項９に記載の積層型鉄心の製造方法。
11. 第１及び第２分割面に係る積層方向に投影したときの２の直線形状は、バックヨーク部の範囲内で、鉄心中心からの距離に従って、当該２の直線間の距離が大きくなるものであることを特徴とした請求項１０に記載の積層型鉄心の製造方法。
12. 第１及び第２分割面は、積層方向に投影したときの形状が互いに逆向きの凹凸形状であることを特徴とした請求項９に記載の積層型鉄心の製造方法。
13. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の積層型鉄心、又は請求項９から請求項１２のいずれか１項に記載の積層型鉄心の製造方法により製造された積層型鉄心の、隣り合う分割積層鉄心を離間して各ティース部に巻線する工程と、上記巻線した後、周方向に隣り合う上記分割積層鉄心同士をバックヨーク部の薄板部分から周方向に相互に挿入して接続する工程とを有する積層型固定子の製造方法。

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