JP2013207804A - 積層固定子鉄心、積層固定子、積層固定子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】積層固定子鉄心100を構成する1の層の鉄心部材は、ティース部32aとヨーク部31aを有し、ティース部32aは片方のティース先端突出部34aのみを有し、1の層に隣接する層の鉄心部材は、1の層の鉄心部材を表裏反対にした構成で1の層の鉄心部材にティース部32aを重ねて積層され、積層ティース部2の、積層ティース先端突出部11の間及び、2つの積層ヨーク部2の間が伸縮可能である。
【選択図】図1
Description
このような固定子鉄心は、薄板の電磁鋼板を高速プレスで打ち抜き、金型内で積層された構造体として製造する。
このようにして製造する積層固定子鉄心にコイルを巻装するには、先端から線材を引き出す巻線ニードルを固定子鉄心の中空部に配置し、これをカムの駆動によりティース部周りに旋回動作させ、積層固定子鉄心のスロットに巻線をおこなう。
また、モータの出力が低下したり、所望のモータ効率が得られないという問題があった。
また、積層固定子鉄心が6つのブロックに分かれているので、積層固定子鉄心の組立精度も良くなく、分割部が多い分だけ磁気的なロスが発生するという課題があった。
それぞれの積層ティースの対向する両基端部同士を連結する2つの積層ヨーク部を備えた積層固定子鉄心において、
積層固定子鉄心を構成する1の層の鉄心部材は、ティース部とヨーク部を有し、
ティース部は、片方のティース先端突出部のみを有し、
1の層に隣接する層の鉄心部材は、1の層の鉄心部材を表裏反対にした構成で1の層の鉄心部材にティース部を重ねて積層され、
積層ティース部の、積層ティース先端突出部の間及び、2つの積層ヨーク部の間が伸縮可能なものである。
ティース部は、片方のティース先端突出部のみを有し、
1の層に隣接する層の鉄心部材は、1の層の鉄心部材を表裏反対にした構成で1の層の鉄心部材にティース部を重ねて積層され、
積層ティース部の、積層ティース先端突出部の間及び、2つの積層ヨーク部の間が伸縮可能なものなので、高密度のコイルを装着可能で、高剛性かつ高精度で、磁気特性に優れた
積層固定子鉄心を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態1に係る積層固定子鉄心と積層固定子の製造方法を、図を用いて説明する。
図1は、積層固定子鉄心100の斜視図である。
積層固定子鉄心100は、薄板状の4枚の鉄心片からなる鉄心部材を積層して構成されていて、一対の対向する積層ティース部1と、各積層ティース部1の対向する基端部A同士を連結する積層ヨーク部2とで構成されている。
積層ティース部1は、全体として積層固定子鉄心100の内側に突出し、積層固定子鉄心100の内側に挿入される円柱状の回転子の外周に沿うように広がって突出する対を成す積層ティース先端突出部11を有している。
図2(a)は、積層固定子鉄心100の1つの積層を構成する、2種類、各2枚、合計4枚の鉄心片を組み合わせた状態を示している。
図2(c)は、図2(a)に示す各鉄心片を、理解を助けるためにバラバラに離した図である。
積層固定子鉄心100の1つの積層は、第1鉄心片3aと第2鉄心片3bが各2枚、合計4枚の鉄心片で構成されている。
そして、2枚の第1鉄心片3aは、積層固定子鉄心100の中心軸回りに180度の位相差をもって配置されている。
2枚の第2鉄心片3bの配置も同様に積層固定子鉄心100の中心軸回りに180度の位相差をもって配置されている。
図2(d)は、図2(b)に示す各鉄心片を、理解を助けるためにバラバラに離した図である。
実際に製品を製造する時には、図2(a)、(b)に示す配置で、1枚の磁性鋼板から同時に打ち抜いて各鉄心片(鉄心片群)を同時に製造する。
もっとも、図2(a)に示す鉄心片群を、組み合わせた状態で表裏反対にすれば、外形形状は、図2(b)に示す鉄心片群と同一になる(対向するティース部32aの中心線に対して線対称)形状をしているので、実質的には図2(a)の鉄心片群を製造するだけで良いことになる。
図2(a)に示す鉄心片群の上に、図2(b)に示す鉄心片群を積層し、更に、これらを交互に積層して積層固定子鉄心100を構成している。
本実施の形態では、積層間の固定は、各鉄心片に半抜きして設けた凹凸部をかしめている。
かしめによる積層間の固定方法を採用する場合は、1の積層の鉄心片群と、隣接する積層の鉄心片群では、かしめ用の凹凸部の位置が表裏反対になる違いがあることになるが、説明を簡単にするため以降の説明ではかしめ用の凹凸の差を無視して、第1鉄心片3a、第2鉄心片3bの2種類として説明する。
ティース部32aは、ヨーク部31aに繋がる側と反対の一端に、ティース先端突出部34aを有し、本来、他方のティース先端突出部となるべき部分を、ティース部32aの突出方向に対して垂直な方向に、第2鉄心片3bとして切り落とした形状をしている。
ヨーク部31aは、ティース部32aのティース先端突出部34aが無い側のティース基端部33aから連続して、このティース部32aと対向するもう一方の第1鉄心片3aのティース部32aのティース基端部33aに至るコ字形状をしている。
そして、2枚の第1鉄心片3aは、積層固定子鉄心100の中心軸回りに180度の位相差で回転した状態(積層固定子鉄心100の中心に対して点対称)で、ティース先端突出部34aを備えた側のティース基端部33aで分割されている。
そして、第1鉄心片3aと第2鉄心片3bの各分割面35a、35bは、ティース部32aの突出方向に垂直な平面をしており、第1鉄心片3a側の分割面35aの方が、第2鉄心片の分割面35bより横長になっている。
詳細は後述するが、これらの分割面35a、35bの形状により、第1鉄心片3aと第2鉄心片3bを相互に分割面35a、35bに沿ってスライドさせて1つのティース部32aのティース先端突出部34aと、これと対をなす第2鉄心片3bの間の間隔を伸縮させ、同時にヨーク部31aとティース先端突出部34aとの間及び、第2鉄心片3bとヨーク部31aとの間に形成するスロット部分の空間を拡大、縮小することができる。
例えば、図2(a)の鉄心片群の上に、図2(b)の鉄心片群を積層する時は、図2(a)の2枚の第2鉄心片3bの上面が、その上に積層される図2(b)の2枚の第1鉄心片3aのティース先端突出部34aの下面に、かしめ部4によって結合される。
同様に、図2(a)の2枚の第1鉄心片3aのティース先端突出部34aの上面が、その上に積層される図2(b)の2枚の第2鉄心片3bの下面に、かしめ部4によって結合される。
また、図2(a)のヨーク部31aの上面と図2(b)のヨーク部31aの下面が、かしめ部4によって結合される。
かしめ部4は、丸状でなくとも、断面がV字状になるように半抜きされた突起を結合させてもよい。
図4(a)、(b)を積層してかしめ部4でかしめた積層固定子鉄心100は、鉄心片a1、a3、b1、b4が結合した分割積層鉄心と、鉄心片a2、a4、b2、b3が接合した分割積層鉄心の2つの分割積層鉄心で構成されることとなる。
これら2つの分割積層鉄心は、第1鉄心片3aと第2鉄心片3bの分割面35a、35bに平行な方向に伸縮可能に積層ティース部1の磁性鋼板が交互に噛み合った構成となる。
図6は、図5の平面図である。
図5、6に示すように、積層固定子鉄心100は、積層ティース部1における交差した磁性鋼板の重なりを保ちながら、2つのコ字状の分割積層鉄心間の対向する積層ヨーク部2の間が伸縮するようにスライドさせることができる。
この時、同時に、積層ティース部1の積層ティース先端突出部11はお互いに近づき、また積層ヨーク部2同士が離れる方向に移動するため、図6に示すように、コイルを挿入するスロット8の開口部を通常状態から大きく広げることができる。
積層固定子鉄心100のスロット8には、以下のような工法で予め高密度に巻かれたコイルを配置することができる。
図7(a)は、スロット8に装着するために予め製造したコイル5の平面模式図である。
図7(b)は、図7(a)の断面図である。
積層固定子鉄心100のスロット8に配置するコイル5は、予め別途製造する。
コイル5は、形状が単純なドーナツ状であるため、巻線動作がプログラミングされた自動機によって、樹脂性のボビン9に線材を整列させて巻装することで得られる。
これにより、高密度に巻かれたコイル5を形成することができる。
まず、図8(a)に示すように、積層固定子鉄心100の対向する積層ヨーク部2の間を伸長させると同時に、積層ティース先端突出部11の間を縮めて、スロット8の開口部を広げる。
次に、図8(b)、(c)に示すように、広がったスロット8の開口部からスロット8内に、積層ティース部1の外周を取り囲むようにティース基端部33aまでコイル5を装着する。
最後に、図8(d)に示すように、積層固定子鉄心100の対向する積層ヨーク部2の間を元の状態に縮める。
積層ティース部1に装着する時のコイル5の外径は、広げた2つの積層ヨーク部2の間の長さとほぼ等しい。
コイル5を巻装したボビン9を図示しない治具により、積層固定子鉄心100の内側から外側に向かって押しながら積層ヨーク部2の間を縮める。
これにより、コイル5のボビン9が、スロット8に対して完全に密着した状態で、図8(d)に示すように、コイルエンド部51が外周側に湾曲変形して装着される。
図8(e)は、図8(d)の側面図である。
図に示すように、コイル5を湾曲変形させることで、回転子とコイル5の衝突を防止できる。
以上の工程により、積層固定子鉄心100にコイル5を装着した積層固定子を得ることができる。
また、予め高密度に巻回したコイル5を、スロット8の開口部を伸長すると同時に、積層ティース先端突出部11の間を縮めることにより、容易に積層ティース部1の周りに配置することができる。
また、コイル5を装着後、対向する積層ヨーク部2の間を縮めることにより、コイル5を巻装したボビン9を外周側に湾曲変形させることができるので、コイル5が回転子と接触する危険がない。これにより、高密度に巻装したコイル5を装着できる。
このように、高密度のコイル5を装着可能で、高剛性かつ高精度で、磁気特性に優れた組み立て性、搬送性に優れた生産性のよい積層固定子鉄心、積層固定子、積層固定子鉄心の製造方法を提供することができる。
なお、本実施の形態では、1枚ずつ交互に配置の異なる鉄心片群を積層させる例を示したが、複数枚を一組として交互に配置の異なる鉄心群を積層させても同様の効果が得られる。
以下、この発明の実施の形態2を図を用いて、実施の形態1と異なる部分を中心に説明する。
図9は、積層固定子鉄心200の斜視図である。
図10(a)は、積層固定子鉄心200の1つの積層を構成する、1種類2枚の鉄心片を組み合わせた状態を示している。
図10(b)は、図10(a)に示した1つの積層に隣接する積層を構成する各鉄心片(鉄心片群)の形状を示す図である。
本実施の形態で採用する鉄心片群と実施の形態1で採用した鉄心片群の違いは、本実施の形態では各積層には2枚の第1鉄心片3aのみを使用しており、第2鉄心片3bは省略している点である。
この場合、図9に示すように、積層固定子鉄心200の積層ティース先端突出部211は、磁性鋼板が一枚ごとに存在する形で形成されることになる。
実施の形態1の積層固定子鉄心100に比べて、積層固定子鉄心200では、対向する積層ヨーク部202の間をより大きく伸長させ、同時に積層ティース先端突出部211の間をより近づけることができる。
積層固定子鉄心100では、第2鉄心片3bによって2つの分割積層鉄心のスライド範囲が規制されていたが、その規制を受けないためである。
これにより、より容易にコイル5を所定の位置に装着できる利点がある。
本実施の形態に係る2つの分割積層鉄心は必要に応じて2つの分割積層鉄心を完全に分離して製造できる。
すなわち、積層固定子鉄心200は、第1鉄心片3aのみで構成されるので、各積層を構成する2枚の鉄心片を組み合わせて順次積層し、積層固定子鉄心200全体を完成させなくても、図12に示すように、積層固定子鉄心200の半分ずつを、第1鉄心片3aのティース部32aが重なるように積層することにより、分割積層鉄心単位で製造し、2つの分割積層鉄心を組み合わせることで最後に積層固定子鉄心200を形成することが可能となる。
以下、この発明の実施の形態3を図を用いて、実施の形態1乃至3と異なる部分を中心に説明する。
図13は、本実施の形態に係る積層固定子(コイルは図示せず)を板金製の筒状のフレーム7に圧入固定した状態を示す断面図である。
フレーム7に圧入するだけでなく、フレーム7を加熱して、フレーム7の内径を大きくし、積層固定子を挿入した後に冷やすことで、積層固定子をフレーム7に確実に固定するように焼き嵌めして固定しても良い。
そこで、図13に示すように、ティース基端部側の分割面に位置決め凸部36aを、ヨーク側の分割面に位置決め凹部37bを設けておく。
すると、互いの分割面がずれることなく、フレーム7内に組み立てるだけで、分割された積層固定子鉄心を精度良く一体化することができる。
これにより、予め2つの分割積層鉄心を溶接などで一体化しておく必要がなく、剛性が高く、精度のよい固定子を得ることができる。
尚、位置決めの凹凸は、反対でも良いし、他の形状でも良い。
11,211 積層ティース先端突出部、2,202 積層ヨーク部、
3a 第1鉄心片、3b 第2鉄心片、31a ヨーク部、
32a ティース部、33a ティース基端部、34a ティース先端突出部、
35a,35b 分割面、36a 位置決め凸部、37b 位置決め凹部、
4 かしめ部、5 コイル、51 コイルエンド部、7 フレーム、8 スロット、
9 ボビン、A 基端部。
Claims (9)
- 対向する一対の積層ティース部と、
それぞれの前記積層ティース部の対向する両基端部同士を連結する2つの積層ヨーク部を備えた積層固定子鉄心において、
前記積層固定子鉄心を構成する1の層の鉄心部材は、ティース部とヨーク部を有し、
前記ティース部は、片方のティース先端突出部のみを有し、
前記1の層に隣接する層の鉄心部材は、前記1の層の鉄心部材を表裏反対にした構成で前記1の層の鉄心部材に前記ティース部を重ねて積層され、
前記積層ティース部の、積層ティース先端突出部の間及び、前記2つの積層ヨーク部の間が伸縮可能である積層固定子鉄心。 - 前記積層固定子鉄心を構成する前記1の層の鉄心部材は、
先端に1つだけ前記ティース先端突出部を有する前記ティース部と、当該ティース部のティース先端突出部が無い側のティース基端部から、他方の前記ティース部の対向するティース基端部までを形成する前記ヨーク部とが一体として形成された鉄心片が、互いに、2箇所の前記ティース先端突出部のある側の前記ティース基端部で2枚の第1鉄心片に分割され、前記積層固定子鉄心の中心軸周りに180度の位相差をもって回転させて配置され、
前記1の層に隣接する層の鉄心部材は、前記1の層を構成する2枚の前記第1鉄心片を組み合わせた状態で表裏反対にした構成で前記1の層の鉄心部材に積層されている請求項1に記載の積層固定子鉄心。 - 前記1の層の鉄心部材は、1つの前記ティース先端突出部の形状と同一の形状をした2枚の第2鉄心片を有し、
2枚の前記第2鉄心片が、前記第1鉄心片の前記ティース先端突出部と対を成すように分割されて配置され、
前記1の層の前記第1鉄心片と前記第2鉄心片が接する面は、前記ティース部の突出方向に垂直であり、
前記1の層の前記第1鉄心片の前記ティース先端突出部と、前記1の層に隣接する層の鉄心部材の前記第2鉄心片とが積層して固着され、
前記1の層の前記第2鉄心片と、前記1の層に隣接する層の鉄心部材の前記第1鉄心片の前記ティース先端突出部とが積層して固着されている請求項2に記載の積層固定子鉄心。 - 前記2枚の第1鉄心片の分割面は、互いに他方の第1鉄心片に嵌合する位置決め凹凸部を有する請求項2又は請求項3に記載の積層固定子鉄心。
- 前記1の層の前記第1鉄心片の前記ティース先端突出部と、前記1の層に隣接する層の鉄心部材の前記第2鉄心片とは、固着して積層され、
前記1の層の前記第2鉄心片と、前記1の層に隣接する層の鉄心部材の前記第1鉄心片の前記ティース先端突出部とは、固着して積層されている請求項3又は請求項4に記載の積層固定子鉄心。 - 前記ヨーク部における隣接する積層間は、固着している請求項2乃至請求項5のいずれか1項に記載の積層固定子鉄心。
- 請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の積層固定子鉄心の前記積層ティース部に巻装されるコイルは、前記積層固定子鉄心の周方向に湾曲変形している積層固定子。
- 請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の積層固定子鉄心に、
対向する前記2つの積層ヨーク部間を広げることにより、同時に各前記積層ティース部の対となる前記積層ティース先端突出部の間隔を縮めた状態で、予め巻回したコイル部材を各前記積層ティース部の外周面に装着し、その後、対向する前記2つの積層ヨーク部間を縮めることにより前記積層ティース先端突出部の間隔を広げて、前記コイル部材を前記積層ティース先端突出部と前記積層ヨーク部が形成するスロット内に密着させる積層固定子の製造方法。 - 前記コイル部材は、前記コイル部材巻回時において、前記積層固定子鉄心の前記2つの積層ヨーク部間が縮んだ状態における前記2つの積層ヨーク部間の長さよりも長い外径を有し、
前記コイルを前記積層ティース部に装着して、対向する前記2つの積層ヨーク部間を縮めると同時に、前記コイルを前記積層固定子鉄心の外周側に湾曲変形させる請求項8に記載の積層固定子の製造方法。
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