JP2011101551A - 積層鉄心およびこれを用いた電機子 - Google Patents

Abstract

【課題】積層鉄心の側面に設けたタップ穴における強度を確実に確保できる積層鉄心およびこれを用いた電機子を提供すること。
【解決手段】この発明に係る積層鉄心１は、磁性体でできたコア部材２を積層して形成され、積層方向の両端面３ａ、３ｂとこの両端面の間を接続する複数の側面４とを有する、
また、前記複数の側面のうち少なくとも一面にタップ穴８が形成され、コア部材の一部が積層方向に突出した凸部５とこの凸部が嵌合する凹部６とを有する嵌合部７ａ、７ｂが、前記タップ穴ごとに前記タップ穴の中心線を挟んで両側に形成されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、リニアモータを含む各種モータ、発電機等に使用される電機子と、この電機子に用いられ磁性材であるコア部材を積層した積層鉄心に関するものである。

積層鉄心を用いた電機子においては、電機子に他の部材を固定するために積層鉄心の側面に直接タップ加工を施すことがある。ここで積層鉄心の側面とは積層方向の両端面間を接続する面であり、各コア部材の板目が見える面のことをいう。このことによりタップ穴を有する別部材を用いる場合と比較すると、部品点数削減とスペース削減による小型・軽量化を図ることができる。

また単に積層鉄心にタップ加工を施しただけでは振動が加わるような環境下では取付が緩む可能性もあり、十分な強度を確保することが困難であるため、コア部材の表面に予め接着剤をコーティングし、これを接着固定して一体化することにより、コア部材間を強固に固定することができる。以上により、電機子の小型・軽量化とタップ穴の強度確保の両立を図っていた（例えば、特許文献１）。

特開２００５−２８７１１３（４−５頁、図１−２）

積層鉄心の側面に設けたタップ穴にボルトを締め付けた場合には図１４に示すようにボルトの軸力（Ｆ１）によりタップ穴のねじ山を押し広げる力（Ｆ２）が作用し、タップ穴の両側のコア部材（Ｃ１）には横方向に押し広げる力（Ｆ３）が作用する。タップ穴の両側に配置されたコア部材（Ｃ１）は断面図Ｂ−Ｂに示す通りタップ穴によって左右に分断されているため、上記Ｆ３によってタップ穴の右側に配置されたコア部材は右方向に、左側に配置されたコア部材は左方向に、各々折れ曲がろうとする変位が発生し、ボルトの軸力に抗することができなくなる。従って、これら分断されたコア部材（Ｃ１）と、この上方または下方に積層されている分断されていないコア部材（Ｃ２）とを接着により一体化することにより、Ｆ３に十分耐えるようにしておくことが必要である。

特許文献１に示された積層鉄心では、積層方向に加圧しながら加熱炉等に積層鉄心を設置して加熱することによりコア部材間を接着固定する。この場合に積層方向の加圧力や温度が場所によって不均一となった場合には、局所的に非接着箇所が発生する場合がある。特にこのような非接着箇所が、タップ穴の両側に配置されたコア部材Ｃ１間か、あるいはコア部材Ｃ１とＣ２の間のいずれかに生じると、コア部材Ｃ１が単独で横方向に押し広げる力Ｆ３を受けることとなり外側に折れ曲がってしまうため、ボルトの軸力に抗することができず十分なタップ穴強度を確保できないという問題があった。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、積層鉄心の側面に設けたタップ穴における強度を確実に確保できる積層鉄心およびこれを用いた電機子を提供することを目的とする。

この発明に係る積層鉄心は、磁性体でできたコア部材を積層して形成され、積層方向の両端面とこの両端面の間を接続する複数の側面とを有する。
また、前記複数の側面のうち少なくとも一面にタップ穴が形成され、コア部材の一部が積層方向に突出した凸部とこの凸部が嵌合する凹部とを有する嵌合部が、前記タップ穴ごとに前記タップ穴の中心線を挟んで両側に形成されていることを特徴とする。

この発明に係る積層鉄心によると、積層方向に突出した凸部とこの凸部が嵌合する凹部とを有する嵌合部がタップ穴ごとに形成されているため、仮にタップ穴の両側に配置されたコア部材Ｃ１間か、あるいはコア部材Ｃ１とＣ２の間の接着層のいずれかに非接着箇所が発生したとしても、各タップ穴のコア部材Ｃ１に作用する横方向に押し広げる力Ｆ３を嵌合する凸部と凹部とによって確実にコア部材Ｃ２に伝達することができる。また、この凸部と凹部はタップ穴の中心線を挟んで両側に形成されており、嵌合部によってコア部材Ｃ１からＣ２に伝達された力Ｆ３はコア部材Ｃ２において左右逆向きに作用するため、コア部材Ｃ２及びこれに嵌合部を介して連結されたコア部材Ｃ１の変形を抑制することができる。

以上より、ボルト軸力Ｆ１に基づいて発生するコア部材を横方向に押し広げる力Ｆ３に抗することができ、積層鉄心の側面に設けたタップ穴における強度を確実に確保することができる。

本発明の実施の形態１による積層鉄心の正面図及びＡ−Ａ断面図である。 本発明の実施の形態１による積層鉄心の外形図である。 本発明の実施の形態１による嵌合部の断面図である。 本発明の実施の形態１による巻線を施した後の積層鉄心の外形図である。 本発明の実施の形態１による電機子を適用したリニアモータの正面図である。 本発明の実施の形態１による電機子を適用したリニアモータの部品分解図である。 本発明の実施の形態１による嵌合部の断面図および積層鉄心の正面図である。 本発明の実施の形態１による嵌合部の断面図およびコア部材の正面図である。 本発明の実施の形態２による積層鉄心の正面図である。 本発明の実施の形態２による積層鉄心の外形図である。 本発明の実施の形態３による巻線を施した後の積層鉄心の外形図である。 本発明の実施の形態３による樹脂によるモールド固定後の電機子の外形図である。 本発明の実施の形態４による電機子の外形図である。 従来の積層鉄心においてタップ穴のねじ部及びコア部材に作用する力を示す図である。

実施の形態１．
図１から図８は実施の形態１に係る積層鉄心及び電機子の外形を示す図であり、図１ａは積層鉄心の正面図、図１ｂは図１ａにおけるＡ−Ａ断面図、図２は積層鉄心の外形図、図３は嵌合部の断面図、図４は巻線を施した後の積層鉄心の外形図、図５は本実施の形態に係る電機子を適用したリニアモータの正面図、図６は本実施の形態に係る電機子を適用したリニアモータの部品分解図、図７、８は図３とは異なる方式の嵌合部の断面図と積層鉄心又はコア部材の外形図を示す。

積層鉄心１はコア部材２の外形が所定の磁極形状を有するようにプレス機で打ち抜き、これを積層することによって構成されており、積層方向の両端面３ａ、３ｂとこの両端面の間を接続する複数の側面４が形成されている。コア部材２の打ち抜きの際には、図３に詳細断面を示すように積層方向の下面に突出した丸型の凸部５とこの凸部５に嵌合する凹部６も併せて形成され、本実施の形態ではこの凸部５と凹部６が嵌合する嵌合部７は、図１、図２に示すように、７ａ、７ｂ、７ｃの３箇所に設けられている。

電機子に使用される他の部品を固定するためのタップ穴８は上記複数の側面４のうちの一つに設けられており、凸部５と凹部６はタップ穴８ごとに、タップ穴８の中心線を挟んで両側に形成されている。このタップ穴８を加工する場合にコア部材２が積層方向にはがれるのを防止するために、万力等の固定具により積層方向に積層鉄心１を固定しながら行う必要がある。あるいは図４に示すように積層鉄心１に巻線９を施工した巻線後の積層鉄心１０に対してタップ穴８を加工してもよい。この場合には巻線９の線材のテンションにより積層鉄心１が締め付けられているため、積層鉄心１のコア部材２が積層方向にはがれるのを防止するのに寄与する。

図４にて得られた巻線後の積層鉄心１０を必要数準備しこれを直線状に配置することにより、図５に示すリニアモータ用の電機子１１を得る。図６に示すように電機子１１は取付板１２に設けられた貫通穴１３を通じて、ボルト１４をタップ穴８にねじ込むことで巻線後の各積層鉄心１０を一体化する。電機子１１は磁気的空隙を介して、界磁ヨーク１５に固定された永久磁石１６と対向する位置に取り付けられる。ここで巻線９に電流を通電することにより電機子１１と永久磁石１６との間に電磁力が作用し、図５において左右方向に推進力を得ることができる。

ここで、巻線後の積層鉄心１０を取付板１２に固定する際に、ボルト１４をタップ穴８に締め付けたときには、タップ穴８の両側に配置され左右に分断されたコア部材２ａ（図１参照）には、図１４にて説明したとおり積層面に平行に横方向の力が作用するが、本実施の形態に係る積層鉄心１においては、タップ穴８の両側の７ａと７ｂの位置に嵌合部７が配置されているため、コア部材２ａに作用する力を分断されていないコア部材２ｂに伝達することができ、コア部材２ａが外側に折れ曲がるのを防ぐことができる。

また、嵌合部７に形成された凸部５の外径寸法は、凹部６の内径寸法よりわずかに大きく形成され、これを図３の下側に示したように両者を嵌合させて積層させてゆくと、凸部５と凹部６の間に摩擦力が作用することとなる。タップ穴８にボルト１４を締め付けた時には、積層方向にコア部材２を引き剥がすような力も作用するが、凸部５と凹部６との間の摩擦力によって、この積層方向の力にも抗してコア部材２が変形するのを抑制することができる。更に本実施の形態では積層鉄心１の周囲には巻線９が設けられているため、この巻線９の線材のテンションにより積層鉄心１が締め付けられているため、前述の積層方向の力を受けることができ、更に大きなボルト締め付け力に耐えることができるようになる。

尚、本実施の形態においては、凸部５と凹部６が形成された丸型の嵌合部７を適用した例を示したが、図７ａに示すように断面がＶ字型をした凸部５ａと凹部６ａを有する嵌合部１７ａ、１７ｂがタップ穴８の中心線を挟んで両側に配置するようにしてもよい。尚、ボルト１４をタップ穴８に締め付ける時にコア部材２ａが外側に折れ曲がるのを防ぐためには、タップ穴８の両側に配置された分断されたコア部材２ａがその積層面内で滑るのを防止する必要があることから、図７ｂに示すようにＶ字型の断面がタップ穴８の中心線に平行となるように配置するのが好ましい。

更に、図８に示すように片梁部を積層面外に折り曲げて形成した凸部５ｂと、この凸部５ｂに対応する位置に配置され凸部５ｂが嵌合する形状を有する凹部６ｂとによって嵌合部１８を構成してもよい。この凸部５ｂと凹部６ｂの位置がコア部材２の中心線をはさんで対称の位置に設けられており、図８ｂに示すコア部材と図８ｃに示すコア部材を図８ａに示すように交互に積層することにより積層鉄心１を形成する。この場合もタップ穴８の両側に配置された分断されたコア部材２ａがその積層面内で滑るのを防止するために、図８ｂ、図８ｃに示すように、片梁部がタップ穴８の中心線に平行となるように配置するのが好ましい。

以上のとおり本実施の形態に係る積層鉄心１によると、積層方向に突出した凸部５とこの凸部５が嵌合する凹部６とがタップ穴８ごとに形成されているため、各タップ穴８のコア部材２ａに作用する横方向に押し広げる力を嵌合する凸部５と凹部６とによって確実にコア部材２ｂに伝達することができる。また、この凸部５と凹部６はタップ穴８の中心線を挟んで両側に形成されており、嵌合部７によってコア部材２ａから２ｂに伝達された力はコア部材２ｂにおいて左右逆向きに作用するため、コア部材２ｂ及びこれに嵌合部を介して連結されたコア部材２ａの変形を抑制することができる。

従ってボルト軸力に基づいて発生するコア部材２ａを横方向に押し広げる力に抗することができ、積層鉄心１の側面４に設けたタップ穴８における強度を確実に確保することができる。

また、本実施の形態に係る電機子１１は、ボルト１４をタップ穴８に直接締結することにより、取付板１２を介して複数の積層鉄心１０が強固に固定されて構成されている。従って、ボルト１４を締結するための別部品が不要であるため部品点数の削減ができて、製造コストの低減を図ることがでると同時に、別部品を固定するスペースを削減することもできて、小型・軽量化が可能となる。

本実施の形態においてはコア部材２の表面に接着剤をコーティングした接着鋼板を使用してもよいが、ボルト１４のサイズや用途によっては凸部５と凹部６との間の摩擦力と巻線９の線材のテンションによる締め付け力のみによって、タップ穴８にボルト１４を締め付けた時に作用する積層方向にコア部材２を引き剥がすような力に耐えうる場合もある。このような場合には、高価な接着鋼板を用いる必要はなく、あるいは、通常の鋼板に対して接着剤を塗布するような工程を省略することができるため、製造コストを低減できると同時に、加熱炉等の製造設備を不要とし、製造時のエネルギー削減の効果も期待できる。

実施の形態２．
図９と図１０は本発明の実施の形態２に係る積層鉄心の構造を示すものであり、図９は積層鉄心の正面図、図１０は積層鉄心の外形図を示す。
実施の形態１と異なる点は、嵌合部１９ａ、１９ｂ、１９ｃのうち、タップ穴８の中心線を挟んで両側に配置された嵌合部１９ａと１９ｂとが、タップ穴８が設けられる積層鉄心１の側面４の近傍に設けられている点である。ここで側面４の近傍とは、鉄心の側面に外形歪が生じない程度に嵌合部１９ａと１９ｂを側面４に極力近接させた状態のことを言い、例えば図３に示すような丸型の凸部５と凹部６を形成する場合には、経験的に嵌合部１９ａ、１９ｂと側面４との最近接距離を１．５ｔ（ｔはコア部材２の板厚）とすることができる。

実施の形態１において説明したとおり、タップ穴８にボルト１４を締めこんだ場合には、タップ穴８の両側に配置され左右に分断されたコア部材２ａ（図１参照）には、図９の矢印２０ａ、２０ｂに示すような方向の力が作用する。従って、コア部材２ａはタップ穴８によって分断された根元部分であって図９で符号２１により示した部分を中心として、両側に広がろうとするような回転モーメントを受けることになるが、コア部材２ａが矢印２０ａ、２０ｂに示す方向に変形させないようにするためには、この回転モーメントを嵌合部１９ａ、１９ｂに作用する反力でバランスさせる必要がある。

本実施の形態に係る積層鉄心１によると、タップ穴８の中心線を挟んで両側に配置された嵌合部１９ａ、１９ｂが、タップ穴８が設けられた積層鉄心１の側面４近傍に配置されているため、嵌合部１９ａ、１９ｂに作用する反力による回転モーメントのうでの長さ（力２０ａ、２０ｂの作用する方向と直角方向における嵌合部１９ａ、１９ｂと回転中心２１との距離）を最大にできる。従って、嵌合部１９ａ、１９ｂに作用する反力を極力小さくすることができ、コア部材２ａに対する変形の影響も極めて小さいものとすることができる。従って、タップ穴８の強度、並びに締結に対する信頼性を向上することができる。

また、嵌合部１９ａ、１９ｂは打ち抜きによって形成されこのときの機械的な歪のため磁気特性の劣化が問題となるところ、本実施の形態に係る積層鉄心１によると、この嵌合部１９ａ、１９ｂが側面４の近傍に配置されているため、この側面４の近傍では鉄心中の磁束密度が低いため、この部分の磁気特性の劣化がリニアモータとしての特性に与える影響（モータの出力低下、等）を軽微なものに抑えることができるという効果もある。

実施の形態３．
図１１と図１２は本発明の実施の形態３に係る電機子の構造を示すものであり、図１１は巻線後の積層鉄心を複数並べた外形図、図１２は樹脂によるモールド固定後の電機子の外形図を示す。本実施の形態に係る電機子２３は、図１１に示すように巻線９を施された積層鉄心１０を必要数並べ、図１２のように積層鉄心１０の外周が樹脂２２によってモールド固定されている。

以上のように本実施の形態に係る電機子によると、樹脂２２によって積層鉄心１０の外周部が固定されているため、タップ穴８の中心線を挟んで両側に配置された嵌合部の作用と併せて、タップ穴８の両側に配置された分断されたコア部材２ａ（図１参照）の積層面内における変形を抑制することができる。また、この樹脂２２によってコア部材２ａ、２ｂ（図１参照）の積層方向の変形も抑えることができる。以上よりタップ穴８の強度を更に向上することが可能となる。

また、樹脂２２によるモールド固定後にタップ穴８を加工を施すことにより、タップ穴８の切削加工時に発生する切削粉が巻線９の隙間に混入して短絡する原因となることもないため、絶縁不良に対する信頼性も向上することができるという効果がある。

実施の形態４．
図１３は本発明の実施の形態４に係る電機子２４の構造を示すものであるが、本実施の形態では、複数の磁極が一体となった一体型の積層鉄心２５を採用しているものである。実施の形態１ないし３においては、磁極ごとに分割された積層鉄心１を用いたものであったが、本実施の形態のように一体型の積層鉄心２５を用いた場合であっても、側面２６にタップ穴２７を設ける場合には、そのタップ穴２７の中心線を挟んで両側に嵌合部２８ａ、２８ｂを各タップ穴２７に対して設けることにより、実施の形態１に示したものと同じ効果を奏することができる。また、本実施の形態に係る電機子２４は積層鉄心２５が一体型となっているため、高精度な積層鉄心が得られると同時に、組立作業を省略でき生産性を向上することができるという効果もある。

１ 積層鉄心
２ コア部材
３ａ、３ｂ 端面
４ 側面
５、５ａ、５ｂ 凸部
６、６ａ、６ｂ 凹部
７ 嵌合部
８ タップ穴
９ 巻線
１１ 電機子
１７、１７ａ、１７ｂ 嵌合部
１８ 嵌合部
１９ａ、１９ｂ 嵌合部
２２ 樹脂
２３ 電機子
２４ 電機子
２５ 一体型積層鉄心
２６ 側面
２７ タップ穴
２８ａ、２８ｂ 嵌合部

Claims (7)

1. 磁性体でできたコア部材を積層して形成され、積層方向の両端面とこの両端面の間を接続する複数の側面とを有する積層鉄心であって、
   前記複数の側面のうち少なくとも一面にタップ穴が形成され、
   前記コア部材の一部が積層方向に突出した凸部とこの凸部が嵌合する凹部とを有する嵌合部が、前記タップ穴ごとに前記タップ穴の中心線を挟んで両側に形成されていることを特徴とする
   積層鉄心。
2. 嵌合部が、タップ穴が設けられた積層鉄心の側面近傍に配置されたことを特徴とする
   請求項１に記載の積層鉄心。
3. 嵌合部が、丸型の凸部とこの凸部に勘合する凹部とを備えたことを特徴とする
   請求項１又は２に記載の積層鉄心。
4. 嵌合部はＶ字型断面を有しており、このＶ字型断面がタップ穴の中心線と平行となるように配置されたことを特徴とする
   請求項１又は２に記載の積層鉄心。
5. 嵌合部は積層面外に折り曲げられた片梁部とこの片梁部が嵌合する穴部とを備え、前記片梁部がタップ穴の中心線と平行となるように配置されたことを特徴とする
   請求項１又は２に記載の積層鉄心。
6. 磁性体でできたコア部材を積層して形成され、積層方向の両端面とこの両端面の間を接続する複数の側面とを有する積層鉄心と、
   前記複数の側面のうち対向する二面と前記両端面の周囲に線材を巻き付けて形成された巻線と
   を備えた電機子であって、
   前記二面以外の前記複数の側面のうち少なくとも一面にタップ穴が形成され、
   前記コア部材の一部が積層方向に突出した凸部とこの凸部が嵌合する凹部とが、前記タップ穴ごとに前記タップ穴の中心線を挟んで両側に形成されていることを特徴とする
   電機子。
7. 積層鉄心の外周が樹脂によってモールドされていることを特徴とする
   請求項６に記載の電機子。

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