JP2012223035A

JP2012223035A - 回転電機の積層鉄心部材

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Publication number: JP2012223035A
Application number: JP2011088939A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Akita; 裕之秋田; Daisuke Tsukasaki; 大輔司城; Masahiro Yutani; 政洋湯谷
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-04-13
Filing date: 2011-04-13
Publication date: 2012-11-12
Anticipated expiration: 2031-04-13
Also published as: JP5713773B2

Abstract

【課題】鉄心の位置決め、把持を容易化し、把持ツールを簡素化できる積層鉄心部材を提供する。
【解決手段】磁極ティース部とバックヨーク部から構成されるＴ字型のＴ型磁極部材と、
前記Ｔ型磁極部材の外周にあって前記Ｔ型磁極部材と接続される枠体とを同一の電磁鋼板から一体形成した鉄心部材を複数積層した、積層Ｔ型磁極部材４０と積層枠体５０からなる回転電機の積層鉄心部材１００を構成ことにより、回転電機の製造工程における積層鉄心部材の把持は、積層枠体を利用すれば良く、積層鉄心部材の搬送が容易化し、把持ツールを簡素化できる。
【選択図】図１

Description

この発明は、回転電機の積層鉄心部材に関するものである。

回転電機に用いられる鉄心のうち製造の合理化の工夫がなされた鉄心として特許文献１に記載の鉄心が挙げられる。
磁極ブロックが薄肉で直線状に連結されて構成されており、巻線のための空間が広く巻線工程で高速に巻線できる効果、整列して巻線できる効果、同時に複数の巻線処理ができる効果などが得られる。

特許第３３０７８８８号公報

特許文献１に記載するような直線状のコアは、金型によるプレス加工で製造する。直線状に磁極ブロックを連結して並べた鉄心部材の単位でプレス打ち抜きして製造する。
薄板材料から打ち抜かれた鉄心部材は、それ自体に設けられた突起が嵌り合ってカシメられることで金型の中で積層され固定される。
金型の中で突起の加工、打ち抜き、積層、カシメが実施されるので高速に、自動化して、連続的な生産を実現でき、時間当たりの生産効率が高い。

鉄心製造において、積層後の工程では、鉄心に絶縁物を装着する工程や巻線を施す工程があり、また、各工程間を自動搬送する場合がある。
これらの後工程においては、鉄心を把持する必要がある。
鉄心の把持には、鉄心の外形の形状を活用し、コアの形状に応じた特殊ツールでコアを把持し、その状態で絶縁物装着工程、巻線工程の処理を行う。

また、一つのコアを処理した後は、処理済みのコアと未処理のコアを入れ替える必要がある。
この入れ替えには、コアのつかみ替えが必要である。
把持と位置決めの難易度はコアの形状、大きさに依存し、把持に時間を要すると、後工程のそれぞれで処理時間が増加し、時間当たりの生産効率を悪化させ製造コストが高くなる。
鉄心の把持、位置決めを容易化するために、鉄心自体に形成する形状としては、例えば突起、溝、穴等が挙げられる。
把持するためにのみ形成した把持部を設けると、製品が大型化したり、重量が増加したり、溝や穴などの欠落形状のために磁路面積が小さくなり磁束が減少する等の問題がある。

この発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、鉄心の位置決め、把持を容易化し、把持ツールを簡素化することにより鉄心部材の生産に要する費用と時間を低減できる回転電機の積層鉄心部材を提供することを目的とする。

この発明に係る、回転電機の積層鉄心部材は、
磁極ティース部とバックヨーク部から構成されるＴ字型のＴ型磁極部材と、
Ｔ型磁極部材の外周にあってＴ型磁極部材と接続される枠体とを同一の電磁鋼板から一体形成した鉄心部材を複数積層した、積層Ｔ型磁極部材と積層枠体からなるものである。

この発明に係る、回転電機の積層鉄心部材は、
磁極ティース部とバックヨーク部から構成されるＴ字型のＴ型磁極部材と、
Ｔ型磁極部材の外周にあってＴ型磁極部材と接続される枠体とを同一の電磁鋼板から一体形成した鉄心部材を複数積層した、積層Ｔ型磁極部材と積層枠体からなるものなので、
搬送工程、絶縁工程、巻線工程における積層Ｔ型磁極部材の固定は、積層Ｔ型磁極部材本体以外の積層枠体を利用すれば良く、製品である積層Ｔ型磁極部材の形状に影響を及ぼすことなく枠体を把持して所定の位置に固定できる。
また、積層枠体を把持部として利用することで、積層鉄心部材の把持及び位置決めを、簡素なツールで短時間に実施できる。
また、積層Ｔ型磁極部材自体に把持部を形成しなくてよいので、製品の電磁特性を損なうことがない。

本発明の実施の形態１に係る積層鉄心部材１００の斜視図である。本発明の実施の形態１に係る鉄心部材３０ａの平面図である。本発明の実施の形態１に係るＴ型磁極部材１２と枠体２０の接続部の他の一例を示す図である。プッシュバック工法を示す図である。本発明の実施の形態１に係る積層枠体５０から分離した積層Ｔ型磁極部材４０を環状に組み立てた固定子４１の斜視図である。本発明の実施の形態２に係る積層鉄心部材２００の斜視図である。本発明の実施の形態２に係る鉄心部材２３０の平面図である。本発明の実施の形態２に係る位置決め構造の一例を示す平面図である。本発明の実施の形態３に係る鉄心部材３３０ａの平面図である。本発明の実施の形態３に係る鉄心部材３３０ｂの平面図である。本発明の実施の形態４に係る鉄心部材４３０の平面図である。本発明の実施の形態４における位置決め、薄肉リンク兼用構造の他の一例を示す平面図である。この発明の実施の形態５に係る鉄心部材５３０の平面図である。この発明の実施の形態１〜５に係る鉄心部材の他の一例を示す平面図である。この発明の実施の形態１〜５に係る鉄心部材の他の一例を示す平面図である。この発明の実施の形態１〜５に係る鉄心部材の他の一例を示す平面図である。この発明の実施の形態１〜５に係る鉄心部材の他の一例を示す平面図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図を用いて説明する。
図１は、積層鉄心部材１００の斜視図である。
図２は、図１の積層鉄心部材１００を構成する１枚の鉄心部材３０ａの平面図である。

鉄心部材３０ａは、１枚の電磁鋼板から打ち抜き、又はエッチィングによって形成されている。
また、１個のＴ型磁極部材１２は、磁極ティース部１１ａとバックヨーク部１１ｂを有するＴ型の磁極部材である。
そして、１個の枠体２０に対して、同じ形状をしたＴ型磁極部材１２が３個ずつ、枠体２０間に渡された桟と薄肉部１５で連結された状態で、枠体２０と一体として連結されている。

積層鉄心部材１００は、上述の鉄心部材３０ａを複数枚数積層して構成される。
Ｔ型磁極部材１２を積層した部分が積層Ｔ型磁極部材４０であり、枠体２０を積層した部分が積層枠体５０となる。

図３は、Ｔ型磁極部材１２と枠体２０の接続部の他の一例を示す図である。
図４は、プッシュバック工法を示す図である。
図１、図２ではＴ型磁極部材１２と枠体２０は薄肉部１５で繋がっていた。
図３に示す鉄心部材３０ｂでは、プレス加工の過程でＴ型磁極部材１２の両端部を枠体２０から刃６０で一旦打ち抜き、この部分を再度プッシュバック機構６１で枠体２０に嵌め戻すことによってＴ型磁極部材１２を枠体に固定する。

積層間の固定には、枠体２０自体に加工して設けた図示しない凹凸部を上下の鉄心部材間で嵌め合わせたカシメや、溶接、接着が用いられる。
製品となる積層Ｔ型磁極部材に直接カシメや溶接が用いられる場合、加工による歪みのために電磁鋼板の磁気特性が損なわれるが、枠体２０に積層間の固定部位を設け、積層Ｔ型磁極部材４０に固定部位を設けないことで積層Ｔ型磁極部材４０の磁気特性の劣化を防止することができる。

次に、積層工程を終了した積層鉄心部材１００の後工程を説明する。
図５は、磁極ティースに巻線後、積層枠体５０から分離して完成した固定子４１の斜視図である。
積層工程を経て積層鉄心部材１００が完成すると、積層鉄心部材１００は図示しない搬送装置によって、後工程である絶縁工程に運ばれる。搬送は、積層枠体５０を把持しておこなう。

絶縁工程では、樹脂成型物６を各磁極ティースに装着する。樹脂成型物６の装着時も、積層枠体５０を把持して積層鉄心部材１００を固定する。
全てのティースに樹脂成型物６を装着すると、積層鉄心部材１００は後工程である巻線工程に搬送される。

次に、巻線工程では、図示しない巻線機により、各磁極ティースに電線を巻き回してコイルを形成する。
巻線工程においても積層枠体５０を把持して積層鉄心部材１００を固定する。
巻線工程では、磁極ティースに対して連続して順次巻線をする。
巻線は、積層Ｔ型磁極部材４０の磁極ティースに対して図示しない巻線機のノズルを制御しておこなう。
この際、巻線機のノズルは、図１の開放する側面方向から磁極ティースの周囲を旋回して電線を巻く。

最初の一列に設けた３個の積層Ｔ型磁極部材４０の各磁極ティースの巻線を完了した後、薄肉部１５を切断して積層Ｔ型磁極部材４０を積層枠体５０から分離する。
次に、一列目と２列目の中間で積層枠体５０を切断し、２列目の各積層Ｔ型磁極部材４０の磁極ティースに対して同様に巻線をする。
その後、所定の数の巻線後の積層Ｔ型磁極部材４０を組み合わせると、図５に示す固定子４１となり、これに図示しない回転子を装着して回転電機を得る。

この発明の実施の形態１に係る積層鉄心部材１００によれば、積層枠体５０の外壁や、積層枠体５０の内外壁間を自由に把持することができるので、製品の一部となる積層Ｔ型磁極部材４０自体に把持部を設ける必要がなく、簡易なツールで容易に積層枠体５０に包含される積層Ｔ型磁極部材４０を間接的に固定することができる。
これにより、絶縁工程、巻線工程における、積層鉄心部材１００の位置決め、固定、搬送が容易になる。

例えば、絶縁工程においては、各磁極ティースに樹脂成型物６を装着する際に、積層枠体５０を把持しておけば、磁極ティースの周囲の空間に樹脂成型物６を装着するツールが干渉しないので作業が容易になる。
また、巻線工程でも積層枠体５０を把持するので、把持のための作業空間を十分に確保でき、確実に積層Ｔ型磁極部材４０を固定して巻線できる。
また、製品自体に把持部を設ける必要がないので製品の外形を大型化したり重量が増加する等の問題もない。

また、積層間の固定部位は、積層枠体５０を構成する枠体２０に設ければ良いので、製品の一部となる磁極ティース部１１ａやバックヨーク部１１ｂの表面にはカシメ用の凹凸を設けたり、接着を施す必要がない。これにより、磁気特性に優れた回転電機の積層鉄心部材１００を得ることができる。
なお、積層枠体５０から積層Ｔ型磁極部材４０を分離後も樹脂成型物６及び巻線により、積層固定状態は確保される。

また、複数のＴ型磁極部材１２を一つの枠体２０とともに形成することで、製造工数を大幅に削減でき、製造コストを安価にできる。

なお、本実施の形態では、絶縁工程として樹脂成型物６を装着する例を示したが、積層鉄心部材１００を積層枠体５０ごと電着塗装しても良い。

実施の形態２．
以下、本発明の実施の形態２に係る積層鉄心部材２００について、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
図６は、本発明の実施の形態２に係る積層鉄心部材２００の斜視図である。
図７は、本発明の実施の形態２に係る鉄心部材２３０の平面図である。
図８は、位置決め構造の一例を示す図である。

本実施の形態２では、枠体２２０に位置決め構造を設けている。
図７に示す鉄心部材２３０では、位置決め構造として丸穴２１を設けている。
丸穴２１は、Ｔ型磁極部材１２の列幅と同じピッチで横一列のＴ型磁極部材１２に対して２個ずつ配置されており、積層Ｔ型磁極部材４０の位置決めに利用されるほか、積層鉄心部材２００の把持、固定にも利用される。

図８に示す位置決め構造は、切り欠き２２である。
実施の形態１のような積層枠体５０があれば、その形状自体を利用して把持することも可能であるが、本実施の形態に示す丸穴２１や切り欠き２２のような簡素な構造を枠体２２０に追加するだけで、更に容易に、確実に、積層枠体５０の把持、搬送をすることができる。

なお、位置決め構造は、穴や、切り欠きの他、突起でも良い。
また、穴や突起の形状は、当該形状を利用して積層鉄心部材を搬送し、固定できるものであればどのような構造でも良い。

実施の形態３．
以下、この発明の実施の形態３に係る積層鉄心部材について実施の形態２と異なる部分を中心に説明する。
図９は、鉄心部材３３０ａの平面図である。
枠体３２０ａの一部に四角形状の穴２３を設けており、枠体３２０ａは、穴２３の縁である薄肉リンク部２４で繋がっている。
鉄心部材３３０ａを積層すると、この薄肉リンク部２４もそのまま積層される。
薄肉リンク部２４の切断は、薄肉リンク部２４を設けていない場所の切断に比べて格段に容易である。

図１０は、本実施の形態における他の鉄心部材３３０ｂの平面図である。
枠体３２０ｂにＴ型磁極部材１２が嵌め合わされている鉄心部材３３０ｂにおいて薄肉リンク部を採用する例である。
この場合、巻線機のノズルを、積層方向の上方側から磁極ティースの間に挿入して、連続して全ての磁極ティースに巻線を施し、巻線工程終了後に積層枠体の全ての薄肉リンク部２４の部分を切断すると、積層Ｔ型磁極部材４０が全てバラバラになって、容易に取り出すことができる。

この実施の形態に係る積層鉄心部材によれば、簡易な切断機構で積層枠体の切断が可能となり、最終製品の製造工数、製造コストを低減できる。
また、嵌め合わせ構造の鉄心部材３３０ｂに適用した場合、積層枠体を容易に解体できる効果がある。

実施の形態４．
以下、本発明の実施の形態４に係る積層鉄心部材について、実施の形態１〜実施の形態３と異なる部分を中心に説明する。
図１１は、鉄心部材４３０の平面図である。
この実施の形態では、実施の形態２で述べた位置決め構造と実施の形態３で述べた薄肉リンク部を兼ね備えた構造を採用している。
位置決め構造である丸穴４２１は、Ｔ型磁極部材１２が薄肉部１５で接続される２本の枠体の桟１６の中間に設けられている。
更に、丸穴４２１の縁と、枠体４２０の内壁面及び外壁面の間に薄肉リンク部４２４が形成されるように丸穴４２１の大きさを調整している。

このように丸穴４２１を形成することにより、積層鉄心部材を搬送する際や、磁極ティースに巻線を施す際は、丸穴４２１に棒状の搬送具兼固定具を挿入して、積層鉄心部材を積層枠体ごと搬送又は固定し、積層枠体を切断する際は、積層枠体の当該丸穴４２１の部分を切断することにより容易に積層枠体を切断できる。

図１２は、位置決め、薄肉リンク兼用構造の他の一例を示す平面図である。深い切り欠き４２２を枠体４２０に設けることにより、位置決めと薄肉リンク部を兼ねることができる。
なお、位置決め、搬送用の構造と、薄肉リンク部を兼ねることができる構造であれば、どのような構造でも良い。

この実施の形態に係る鉄心部材によれば、位置決め構造と薄肉リンク部を一箇所にまとめて形成できるので、積層鉄心部材の製造工数を削減でき、製造コストを削減することができる。

実施の形態５．
以下、この発明の実施の形態５に係る積層鉄心部材について実施の形態４と異なる部分を中心に説明する。
図１３は、この発明の実施の形態５に係る鉄心部材５３０の平面図である。
鉄心部材５３０は、Ｔ型磁極部材１２、５１２という、大きさと形状の異なる２種類のＴ型磁極部材を包含する。
そして、枠体５２０に設けた位置決め兼用の薄肉リンク部５２４の位置も、Ｔ型磁極部材１２，５１２接続位置に合わせて調整している。
すなわち、位置決め用の丸穴５２１間の間隔（ピッチ）も、薄肉リンク部５２４の配置も、鉄心部材５３０が包含するＴ型磁極部材の構成によって変動することになる。

このような鉄心部材５３０を複数枚数積層した積層鉄心部材に対する後工程においては、どのような種類の積層Ｔ型磁極部材が、どのような位置に配置されているかを把握する必要がある。

図１３の枠体には、この鉄心部材５３０が包含するＴ型磁極部材の位置と種類等を示す識別子９が塗装又は刻印されている。
この識別子９は、図示しない巻線機の識別子読取手段で読み取られて、巻線工程におけるノズルの動作制御、積層鉄心部材の搬送、積層枠体の分離位置の決定等に利用される。
例えば、図１３に示す鉄心部材５３０に表示されている識別子９は、図１３下側を搬送方向前方として、４個のＴ型磁極部材５１２が横に一列、３個のＴ型磁極部材１２が３個連結されたものが２列接続されていることを表す。
また、識別子９には、位置決め構造、薄肉リンク部の配置データを含んでも良い。

更に、同じ鉄心部材５３０を使用して、積層枚数を変えて積層する製品が存在する場合は、個別の鉄心部材５３０に表示する識別子９の情報に、積層枚数を追加した新たな識別子を別途用意して、積層鉄心部材に１つ表示しても良いし、併用しても良い。この場合は、更に幅広い製品群の自動製造が可能となる。

この実施の形態に係る積層鉄心部材によれば、枠体５２０に包含されるＴ型磁極部材の種類と配置、位置決め構造、薄肉リンク部の配置等の情報を示す識別子９を利用して、後工程への搬送、絶縁処理を自動化でき、積層枠体毎に巻線機を自動制御できるので、大幅に製品の製造工程を自動化し、製造コストを削減できる。

また、１つの積層鉄心部材に複数種類の積層Ｔ型磁極部材を包含でき、小ロット製品を１つの金型に少数だけ混在させて生産することも可能なので、金型の製造コストを削減できる。
また、これによって安価、且つ短納期に製品を供給できる。

また、単一製品の製造を繰り返す場合に必要な、各種機器の設定やツールの入れ替えが発生しないので、製品の製造に要する全体としての時間を短縮でき、時間当たりの生産性を高めることができる。

また、大小の積層Ｔ型磁極部材が混在しても、搬送ピッチを大きさに合わせて自動調整できるので、電磁鋼板を無駄なく利用できる。

また、鉄心部材は、図１４〜図１７に示す鉄心部材３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆのようなものでも良く、枠体に包含されるＴ型磁極部材の大きさ、個数、配置による制限は無い。

また、識別子９を利用して複数種類の積層Ｔ型磁極部材の同時製造を実現できる。

１００積層鉄心部材、１１ａ磁極ティース部、１１ｂバックヨーク部、
１２，５１２Ｔ型磁極部材、１５薄肉部、
２０，２２０，３２０ａ，３２０ｂ，４２０，５２０枠体、２１，４２１丸穴、
２２，４２２切り欠き、
３０ａ，３０ｂ，２３０，３３０ａ，３３０ｂ、４３０，５３０鉄心部材、
２４，４２４薄肉リンク部、４０積層Ｔ型磁極部材、４１固定子、
５０積層枠体、９識別子。

Claims

磁極ティース部とバックヨーク部から構成されるＴ字型のＴ型磁極部材と、前記Ｔ型磁極部材の外周にあって前記Ｔ型磁極部材と接続される枠体とを同一の電磁鋼板から一体形成した鉄心部材を複数積層した、積層Ｔ型磁極部材と積層枠体からなる回転電機の積層鉄心部材。
１個の前記枠体に対し、前記Ｔ型磁極部材を複数接続して配置する請求項１に記載の回転電機の積層鉄心部材。
前記枠体に一体接続された前記Ｔ型磁極部材の向きが同一方向である請求項２に記載の回転電機の積層鉄心部材。
前記枠体の形状は四角形状である請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の回転電機の積層鉄心部材。
１個の前記枠体に対し、前記Ｔ型磁極部材を縦方向横方向共に複数接続する請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の回転電機の積層鉄心部材。
前記枠体の上面及び下面に、前記鉄心部材の積層時に使用するカシメ用凹凸部を有する請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の回転電機の積層鉄心部材。
前記Ｔ型磁極部材と前記枠体は薄肉で一体として接続されている請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の回転電機の積層鉄心部材。
前記Ｔ型磁極部材と前記枠体は嵌め合わせで固定されている請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の回転電機の積層鉄心部材。
複数種類の前記積層Ｔ型磁極部材を有する請求項２乃至請求項８のいずれか１項に記載の回転電機の積層鉄心部材。
前記枠体内に配置される前記Ｔ型磁極部材の種類と配置を識別する識別子を有する請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の回転電機の積層鉄心部材。
前記識別子は、前記鉄心部材の積層枚数情報を含む請求項１０に記載の回転電機の積層鉄心部材。
前記積層枠体ごと全体に絶縁用電着塗装をする請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の回転電機の積層鉄心部材。