JP2010172130A

JP2010172130A - 積層鉄心及びその製造方法

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Publication number: JP2010172130A
Application number: JP2009013284A
Authority: JP
Inventors: Iwao Myojin; 巌明神
Original assignee: Mitsui High Tec Inc
Current assignee: Mitsui High Tec Inc
Priority date: 2009-01-23
Filing date: 2009-01-23
Publication date: 2010-08-05
Anticipated expiration: 2029-01-23
Also published as: JP5390869B2

Abstract

【課題】連結部の厚み方向の膨出及び連結部の切れや亀裂を抑え、高効率で高品質の製品を製造可能な積層鉄心及びその製造方法を提供する。
【解決手段】隣り合うセグメント鉄心片１２が連結部１１で相互に結合された複数のセグメント鉄心片１２を、連結部１１を折り曲げて環状に形成した積層鉄心１０及びその製造方法において、連結部１１に、半径方向内側及び半径方向外側のいずれか一方又は双方に切欠き凹部１８、１９を形成して半径方向の幅を部分的に狭めた折り曲げ部２０、２１を複数箇所設け、連結部１１の折り曲げ時に発生する応力を複数の折り曲げ部２０、２１で略均等に分散した。
【選択図】図１

Description

本発明は、隣り合うセグメント鉄心片が折り曲げられた連結部で連結された積層鉄心及びこの積層鉄心の製造方法に関する。

従来、積層鉄心の製造に使用する鉄心材料（例えば、条材）の歩留りを向上するため、鉄心材料から鉄心片を打ち抜く際に、例えば、特許文献１に記載のように、環状とはせずに帯状に連なる複数のセグメント鉄心片を打ち抜き形成し、これを巻回しながら積層して積層鉄心を製造する所謂巻き型鉄心や、引用文献２、３に記載のように、セグメント鉄心片を帯状のまま積層し、これを円状に曲げて積層鉄心を製造する所謂ポキポキコアが知られている。

具体的には、いずれの積層鉄心であっても、所定数のスロットを有する円弧上のセグメント鉄心片同士を、連結部を介して相互に結合した状態で、鉄心材料（条材）から金型で打ち抜く。そして、外周側に形成された連結部を折り曲げ、隣り合うセグメント鉄心片の側端部を合わせながら、連続した複数のセグメント鉄心片を螺旋状に巻回して積層するか、又は帯状に連なる複数のセグメント鉄心片を所定の枚数積層し、連結部を折り曲げ、隣り合うセグメント鉄心片の側端部を合わせながら、環状に形成する。

特開平１−２６４５４８号公報特開平８−１９６０６１号公報特許第３１７１３０３号公報

しかしながら、いずれの特許文献１〜３においても、複数のセグメント鉄心片を環状に配置するため連結部を折り曲げる際に、連結部の肉厚方向に膨出部が発生し、この膨出部が積層したセグメント鉄心片間に隙間を生じさせ、製造した積層鉄心の厚みにばらつきを生じさせていた。この隙間は、例えば、積層鉄心を使用したモータの組み立てにおいて、隙間を無くすための余分な加工処理を必要とし、またモータの効率低下又は振動を招く原因となり、モータの品質に悪影響を及ぼす。

さらに、近年では鉄心材料の薄板化や高グレード化、折り曲げ角度の拡大化により、図６（Ａ）に示すような内側に一つの切欠き凹部６０を有する連結部６１を折り曲げた際、図６（Ｂ）に示すような連結部６１の曲げ起点６２の半径方向外側領域６２ａに肉厚減少を伴う塑性変形が発生し、図６（Ｃ）に示すような切れ６３や亀裂が発生し、折り曲げ精度を低下させる要因となっていた。なお、図６（Ａ）〜（Ｃ）において、６４は外側切欠き部、６５、６６はセグメント鉄心片である。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、連結部の厚み方向の膨出を抑え、高効率で高品質の製品を製造可能な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、隣り合うセグメント鉄心片が該セグメント鉄心片の半径方向外側端部より半径方向内側に形成された連結部で相互に結合された複数の前記セグメント鉄心片を、前記連結部を折り曲げて環状に形成した積層鉄心において、前記連結部に、半径方向内側及び半径方向外側のいずれか一方又は双方に切欠き凹部を形成して半径方向の幅を部分的に狭めた折り曲げ部を複数箇所（例えば、２箇所、３箇所又はそれ以上）設けている。
これによって、前記連結部の折り曲げ時に発生する応力を前記複数の折り曲げ部で緩和又は略均等に分散している。

このように、折り曲げ部を複数個設けることで、曲げ角度を複数に分散することができ、連結部を曲げる際に発生する連結部の半径方向内側に発生する板厚増加が減少する。また、連結部の半径方向外側には引っ張り力が発生するが、この引っ張り力も複数の折り曲げ部で分散されるので、板厚が減少し過ぎて起こる「切れ」が発生しにくい。

また、第２の発明に係る積層鉄心は、第１の発明に係る積層鉄心において、それぞれの前記折り曲げ部は半径方向内側に、同一曲率半径で円弧状となった前記切欠き凹部を備え、かつ前記折り曲げ部中心の半径方向の長さは同一である。これによって、連結部に折り曲げ荷重をかけた場合、複数の折り曲げ部に折り曲げ力が分散し易い。

第３の発明に係る積層鉄心は、第１、第２の発明に係る積層鉄心において、前記複数の折り曲げ部が形成された前記連結部の半径方向外側には、該連結部を折り曲げた際に発生する半径方向膨出部を、該積層鉄心の外側円（外形円）内に収める外側切欠きが設けられている。
これによって、半径方向膨出部が製品となる積層鉄心の外側円内に収まる。

第４の発明に係る積層鉄心は、第１〜第３の発明に係る積層鉄心において、前記連結部は前記折り曲げ部を２箇所有し、前記折り曲げ部の折り曲げ中心位置は、前記連結部を通る半径方向中心線を基準として左右対称に形成されている。これによって連結部を折り曲げる場合に、各折り曲げ部が均等な変形を起こす。

第５の発明に係る積層鉄心は、第１〜第４の発明に係る積層鉄心において、前記連結部の各折り曲げ部は折り曲げ起点を有し、折り曲げ時に該折り曲げ起点の半径方向外側の領域では引っ張り応力が、該折り曲げ起点の半径方向内側の領域では圧縮応力がかかっている。なお、連結部の形状によっては、折り曲げ起点が発生しないで、連結部が屈曲する場合もあり、本発明では、塑性変形が発生し、明確に折り曲げ起点が発生する場合の連結部となる。

第６の発明に係る積層鉄心の製造方法は、隣り合うセグメント鉄心片が連結部で相互に結合された複数の前記セグメント鉄心片を、前記連結部を折り曲げて環状に形成する積層鉄心の製造方法において、
前記セグメント鉄心片の形成に際し、前記連結部の半径方向外側に、該連結部の折り曲げ時に半径方向外側に形成される半径方向膨出部を該積層鉄心の外側円内に収める外側切欠きを形成する工程と、
前記連結部にそれぞれ折り曲げ部を形成する同一形状の複数の切欠き凹部を該連結部の半径方向内側に形成する工程とを有する。

そして、第７の発明に係る積層鉄心の製造方法は、第６の発明に係る積層鉄心の製造方法において、前記切欠き凹部を有する連結部は、該連結部の半径方向中心線に対して左右対称に形成されている。

なお、本発明は連結部で連結されたセグメント鉄心片が連続し、連結部で徐々に折り曲げて複数のセグメント鉄心片を螺旋状に巻いて形成する積層鉄心の他、連結部で連結された所定数のセグメント鉄心片を積層して、積層した連続セグメント片を連結部で折り曲げる積層鉄心（所謂「ポキポキコア」）であっても適用される。

本発明に係る積層鉄心及びその製造方法においては、各セグメント鉄心片を連結する連結部に、半径方向内側及び半径方向外側のいずれか一方又は双方に切欠き凹部を形成して半径方向の幅を部分的に狭めた折り曲げ部を複数箇所設けているので、連結部の折り曲げ時に発生する応力を複数の折り曲げ部で略均等に分散する。これによって、連結部の半径方向内側に形成される厚み方向膨出部を小さくすることができ、鉄心片積層時に積層方向の鉄心片間隙間が小さくなり、モータの高効率化を図ることができると共に、振動発生の防止によるモータ品質の向上も図れる。

また、連結部を折り曲げする際の切れや亀裂の発生を防止することができる為、設備停止等の妨げによる生産性低下を防ぐことが可能となる。
そして、複数のセグメント鉄心片をそのまま積層したポキポキコアの場合においては、帯状に積層した後環状に形成するので、再加圧する場合に連結部の膨らみが積層方向から周方向に逃げる量を減少することができ、モータの高効率化を図ることができる。

（Ａ）は本発明の第１の実施の形態に係る積層鉄心の平面図、（Ｂ）は同積層鉄心の側面図である。同積層鉄心の連続セグメント片の部分平面図である。セグメント鉄心片の連結部の拡大平面図である。本発明の第２の実施の形態に係る積層鉄心の連結部の拡大平面図である。本発明の第３の実施の形態に係る積層鉄心の連結部の拡大平面図である。（Ａ）〜（Ｃ）は従来例に係る積層鉄心の一部拡大平面図である。

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。
図１（Ａ）、（Ｂ）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１０は、巻き鉄心からなって、それぞれ連結部１１で連結された厚みが、例えば０．１〜０．５ｍｍの複数のセグメント鉄心片１２からなる長尺の連続セグメント片１３（図２参照）を、セグメント鉄心片１２の半径方向外側端部より半径方向内側に形成された連結部１１で順次折り曲げ、内側の各磁極片部１４を上下方向に合わせながら巻回して環状に形成される。なお、各セグメント鉄心片１２は上下方向に、かしめ、溶接又は接着によって接合されている（以下の実施の形態においても同様）。

各セグメント鉄心片１２は半径方向外側にヨーク片部１５をその内側に複数（この実施の形態においては３つ）の磁極片部１４を備えている。
各連結部１１は半径方向外側に中心線ｋ１を基準として左右対称に外側切欠き１７が形成され、内側には中心線ｋ１を基準に左右対称に同一曲率半径の円弧状の切欠き凹部１８、１９が形成されている。なお、中心線ｋ１はこの積層鉄心１０の中心を通る半径方向中心線である。

図１、図３に示すように、連結部１１の半径方向外側に形成された外側切欠き１７と連結部１１の半径方向内側に形成された切欠き凹部１８、１９で、連結部１１に半径方向幅が一番短い箇所によって形成される複数（この例では２つ）の折り曲げ部２０、２１が形成される。折り曲げ部２０、２１の中心の半径方向長さは同一となっている。
なお、各セグメント鉄心片１２の円周方向の側端部２２、２３には、それぞれ係合凹部の一例である半円切欠き２４、及び係合凸部の一例である半円突起２５が形成され（図２参照）、セグメント鉄心片１２を巻回した場合には、半円切欠き２４内に隣り合う半円突起２５が嵌入している。なお、この係合凹部及び係合凸部は省略することもできる。

隣り合うセグメント鉄心片１２は側端部２２、２３が僅少の隙間を有して円周上に巻回されてもよいし、側端部２２、２３が密着状態でセグメント鉄心片１２が巻回されていてもよい。なお、積層鉄心１０の磁極数ｎ（この実施の形態においては２０）は各セグメント鉄心片１２の磁極片部１４の数ｍ（この実施の形態では３）の倍数とはなっておらず、連続したセグメント鉄心片１２を巻回した場合に、上下の連結部１１は重なることはないようにしている。

各セグメント鉄心片１２の磁極片部１４の間にスロット２６が形成される。このスロット２６の半径方向外側にあるヨーク片部１５に、上下隣り合うセグメント鉄心片１２の連結部１１の全部が嵌入する凹部を設ける場合も本発明は適用され、これによって、ヨーク片部１５の断面積が減るので磁気的特性が多少悪くなるが、連結部１１の厚み方向の膨出が生じても積層鉄心１０の全体厚みには影響しない利点がある。

この実施の形態に係る積層鉄心１０においては、連結部１１に複数の折り曲げ部２０、２１が形成されているので、連結部１１を折り曲げる場合、図３に示すように、折り曲げ部２０、２１の半径方向中心位置に折り曲げ起点２９、３０が形成され、この折り曲げ起点２９、３０の半径方向外側では引っ張り力発生領域（ハッチングで示す）が、半径方向内側では圧縮力発生領域がそれぞれ形成される。

引っ張り力発生領域の応力が大きいと連結部１１に切れや亀裂が発生するが、この実施の形態においては、一つの連結部１１に複数の折り曲げ部２０、２１を形成しているので、発生する応力が分散されて減少し、切れや亀裂が発生しにくい。
また、圧縮力発生領域においては、その厚みが増加するが、一つの連結部１１に複数の折り曲げ部２０、２１を形成しているので、厚みの増加も僅少で済む。

従って、各折り曲げ部２０、２１で連結部１１が折れ曲がり、結果として個々の折り曲げ部２１、２２の折れ曲げ角度が小さく、これに伴い連結部１１の半径方向内側に形成される厚み方向の膨出部が減少し、前記した上下のセグメント鉄心片１２に膨出部を逃がす凹部がない場合であっても、連結部１１の折り曲げによる積層鉄心１０の各セグメント鉄心片１２間の上下隣り合う隙間を小さくできる。

この実施の形態においては、２つの折り曲げ部２０、２１を連結部１１に形成しているが、３個又は４個以上の折り曲げ部を一つの連結部１１に形成することもできる。この場合、重要なことは、各折り曲げ部を均等に形成し、連結部１１の折り曲げ時に均等に各折り曲げ部を曲げることである。
また、前記実施の形態においては、折り曲げ起点は点であったが、全体的な曲げ応力を小さくして材料の座屈を防いで円弧状とすることもできる。

続いて、本発明の第１の実施の形態に係る積層鉄心１０の製造方法について、図１〜図３を参照しながら説明する。
この積層鉄心１０の製造方法は、図２に示すように各セグメント鉄心片１２の幅より広い磁性条材３１に連結部１１でセグメント鉄心片１２が連結された連続セグメント片１３をプレス加工にて形成する。一つのセグメント鉄心片１２には複数の磁極片部１４とこれらを連結するヨーク片部１５を有している。

そして、積層鉄心１０の製造にあっては、連結部１１で連結された複数のセグメント鉄心片１２、即ち、連続セグメント片１３の形成に際し、連結部１１の半径方向外側に、連結部１１の折り曲げ時に半径方向外側に形成される半径方向膨出部を積層鉄心１０の外側円（外形円）３１ａ内に収める外側切欠き１７を形成する工程と、連結部１１にそれぞれ折り曲げ部２０、２１を形成する同一形状の切欠き凹部１８、１９を連結部１１の半径方向内側に形成する工程とを有している。

この連続セグメント片１３をロータより僅少の範囲で直径の大きい軸の周りに螺旋状に巻いて積層鉄心１０を製造すると、各連結部１１で連続セグメント片１３が折れ曲がる。この場合、１つの連結部１１には複数の折り曲げ部２０、２１を有するので、一つの折り曲げ部で連結部を折り曲げるより応力が分散して、引っ張り力発生領域に切れや亀裂が発生しないし、圧縮力発生領域においては厚みの増加も少なくなる。

続いて、図４に示す本発明の第２の実施の形態に係る積層鉄心３２について説明する。この実施の形態においては、隣り合うセグメント鉄心片１２を繋ぐ連結部３３の外側切欠き３４内に複数の円弧状の切欠き凹部３５、３６を有し、更に連結部３３の内側にも前記した外側の切欠き凹部３５、３６に対応する複数の内側の切欠き凹部３７、３８を有している。そして、対となる内外の切欠き凹部３５、３７と切欠き凹部３６、３８の間に複数の折り曲げ部３９、４０を形成している。このように形成することによって一つの連結部３３に複数の折り曲げ部３９、４０が形成されるので、連続セグメント片の折り曲げ時に連結部３３に発生する応力が緩和される。

また、図５に示す本発明の第３の実施の形態に係る積層鉄心４２においては、連結部４３に形成される外側切欠き４４内に円弧状の切欠き凹部４５、４６を有し、連結部４３の半径方向内側に形成される内側切欠き４７内には、これらの切欠き凹部４５、４６に対応する切欠き凹部は設けられていない。ところが、外側に形成された切欠き凹部４５、４６と内側切欠き４７との間で半径方向幅が極小となる領域が生じるので、この部分が折り曲げ部４８、４９を形成する。

従って、連結部４３を折り曲げると、複数箇所の折り曲げ部４８、４９で折れ曲がり、折り曲げ時の応力が分散するので、連結部４３の外側域に切れや亀裂が入り難く、内側域には厚み増加が少なくなる。
第２及び第３の実施の形態に係る積層鉄心の製造方法は、連結部の構成が異なるのみで第１の実施の形態に係る積層鉄心の製造方法と同一である。

前記実施の形態においては、巻き鉄心からなる積層鉄心及びその製造方法について説明したが、連続セグメント片の総磁極片部の数が積層鉄心の磁極数ｎに一致し、各セグメント鉄心片には１又は複数の磁極片部を有し、各セグメント鉄心片は折り曲げ可能な連結部が連結された連続セグメント片を積層して、直線により近い中間積層鉄心を製造し、この中間積層鉄心を各連結部で折り曲げて環状に形成する積層鉄心（所謂「ポキポキコア」）であっても本発明は適用される。

また、前記実施の形態においては、固定子積層鉄心について説明したが、外側に磁極を有する回転子積層鉄心であっても本発明は適用される。

１０：積層鉄心、１１：連結部、１２：セグメント鉄心片、１３：連続セグメント片、１４：磁極片部、１５：ヨーク片部、１７：外側切欠き、１８、１９：切欠き凹部、２０、２１：折り曲げ部、２２、２３：側端部、２４：半円切欠き、２５：半円突起、２６：スロット、２９、３０：折り曲げ起点、３１：磁性条材、３１ａ：外側円、３２：積層鉄心、３３：連結部、３４：外側切欠き、３５、３６：切欠き凹部、３７、３８：切欠き凹部、３９、４０：折り曲げ部、４２：積層鉄心、４３：連結部、４４：外側切欠き、４５、４６：切欠き凹部、４７：内側切欠き、４８、４９：折り曲げ部

Claims

隣り合うセグメント鉄心片が該セグメント鉄心片の半径方向外側端部より半径方向内側に形成された連結部で相互に結合された複数の前記セグメント鉄心片を、前記連結部を折り曲げて環状に形成した積層鉄心において、
前記連結部に、半径方向内側及び半径方向外側のいずれか一方又は双方に切欠き凹部を形成して半径方向の幅を部分的に狭めた折り曲げ部を複数箇所設けたことを特徴とする積層鉄心。
請求項１記載の積層鉄心において、それぞれの前記折り曲げ部は半径方向内側に、同一曲率半径で円弧状となった前記切欠き凹部を備え、かつ前記折り曲げ部中心の半径方向の長さは同一であることを特徴とする積層鉄心。
請求項１及び２のいずれか１記載の積層鉄心において、前記複数の折り曲げ部が形成された前記連結部の半径方向外側には、該連結部を折り曲げた際に発生する半径方向膨出部を、該積層鉄心の外側円内に収める外側切欠きが設けられていることを特徴とする積層鉄心。
請求項１〜３のいずれか１記載の積層鉄心において、前記連結部は前記折り曲げ部を２箇所有し、前記折り曲げ部の折り曲げ中心位置は、前記連結部を通る半径方向中心線を基準として左右対称に形成されていることを特徴とする積層鉄心。
請求項１〜４のいずれか１記載の積層鉄心において、前記連結部の各折り曲げ部は折り曲げ起点を有し、折り曲げ時に該折り曲げ起点の半径方向外側の領域では引っ張り応力が、該折り曲げ起点の半径方向内側の領域では圧縮応力がかかっていることを特徴とする積層鉄心。
隣り合うセグメント鉄心片が連結部で相互に結合された複数の前記セグメント鉄心片を、前記連結部を折り曲げて環状に形成する積層鉄心の製造方法において、
前記セグメント鉄心片の形成に際し、前記連結部の半径方向外側に、該連結部の折り曲げ時に半径方向外側に形成される半径方向膨出部を該積層鉄心の外側円内に収める外側切欠きを形成する工程と、
前記連結部にそれぞれ折り曲げ部を形成する同一形状の複数の切欠き凹部を該連結部の半径方向内側に形成する工程とを有することを特徴とする積層鉄心の製造方法。
請求項６記載の積層鉄心の製造方法において、前記切欠き凹部を有する連結部は、該連結部の半径方向中心線に対して左右対称に形成されていることを特徴とする積層鉄心の製造方法。