JP2015126576A - 回転子鉄心及び回転子鉄心の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】材料歩留まりがよく経済性に優れており、更には剛性を高く維持することのできる回転子鉄心及びその製造方法を提供する。
【解決手段】回転軸６を支持固定する軸締結鉄心５と、軸締結鉄心５の外側に配置された四角形状の内側ヨーク３と、内側ヨーク３の外周部に配置された複数の分割ヨーク４を備え、内側ヨーク３と軸締結鉄心５の間の軸方向に垂直な方向の断面積が複数の分割ヨーク４の軸方向に垂直な方向の断面積の総和以上になるよう設計され、更に内側ヨーク３の外周と複数の分割ヨーク４の外周により１つの円を形成することにより回転子鉄心の外周を形成する。
【選択図】図７

Description

本発明は、モータや発電機に用いられる回転子鉄心の構造及びその製造方法に関するものである。

従来のモータや発電機に用いられる回転子の積層鉄心は、回転軸を支持固定する軸締結鉄心と、その外側に円環状に配置されたヨークと、その外周面に周方向に並ぶように設けられた永久磁石とを有し、軸締結鉄心とヨークは樹脂により一体的に成型されている。このような軸締結鉄心とヨークは同一の鋼板から円環状に打抜かれることにより製造されていた。
更に別の回転子鉄心の製造方法としては、円弧状の分割コアを、その端面を連結部として円筒状にすることにより回転子コアを形成するものがあった（特許文献１参照）。

特開２００５−１３７１１７号公報

上記のような同一鋼板から円環状に打ち抜くことにより回転子鉄心を製造する場合は、完成形状と同じものを電磁鋼板から円環状に打ち抜いていたため、多くの端材が発生し材料歩留りが悪いという問題点があった。

更に特許文献１においては、回転子のヨーク部を周方向に分割した構成としており、その分割した鉄心を電磁鋼板から切り出す際には、分割鉄心片を並べて配置した状態で切り出すようにしており、これにより端材が少なくなるように工夫がなされている。しかし特許文献１のように鉄心を周方向に分割した構成とすると、回転子の剛性が低下するという問題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、材料歩留まりがよく経済性に優れており、更には剛性を高く維持することのできる回転子鉄心及びその製造方法を提供することを目的としている。

この発明に係る回転子鉄心は、回転軸を支持固定する軸締結鉄心と、軸締結鉄心の外側に配置された内側ヨークと、内側ヨークの外周部に配置された複数の分割ヨークを備え、内側ヨークと締結鉄心の間の軸方向に垂直な方向の断面積が複数の分割ヨークの軸方向に垂直な方向の断面積の総和以上になるよう設計され、更に内側ヨークの外周と複数の分割ヨークの外周により回転子鉄心の外周が形成されるものである。

この発明に係る回転子鉄心は上記のように構成されているので、剛性を落とすことなく、生産性及び経済性の優れた回転子鉄心を提供することができる。

一般的な回転子を示す平面図である。 一般的な回転子を示す斜視図である。 一般的な回転子における鉄心が積層された状態を示す斜視図である。 ヨークを積層した状態を示す斜視図である。 軸締結鉄心を積層した状態を示す斜視図である。 鉄心を製造するために用いられる鋼板レイアウトを示す平面図である。 実施の形態１による回転子の積層鉄心を示す平面図である。 実施の形態１による回転子の積層鉄心の組立前の状態を示す分解平面図である。 内側ヨークと分割ヨークの組立方法を示す斜視図である。 鉄心を製造するために用いられる鋼板レイアウトを示す平面図である。 実施の形態１による回転子全体を示す平面図である。 実施の形態１による回転子全体を示す斜視図である。 実施の形態２による回転子の積層鉄心を示す平面図である。 実施の形態２による回転子の積層鉄心の組立前の状態を示す分解平面図である。 鉄心を製造するために用いられる鋼板レイアウトを示す平面図である。 実施の形態３による回転子の積層鉄心を示す平面図である。 実施の形態３による回転子の積層鉄心の組立前の状態を示す分解平面図である。 鉄心を製造するために用いられる鋼板レイアウトを示す平面図である。 実施の形態３による回転子を示す平面図である。 鉄心を製造するために用いられる鋼板レイアウトを示す平面図である。

実施の形態１．
図１は一般的な回転子を示す平面図、図２は同じく斜視図、図３は回転子における鉄心が積層された状態を示す斜視図である。回転子の積層鉄心は回転軸を支持固定する軸締結鉄心５０５と、その外側に円環状に配置されたヨーク５０３と、その外周面に周方向に並ぶように設けられた永久磁石５０８とを有し、軸締結鉄心５０５とヨーク５０３は樹脂５０７により一体的に成型されている。

図４はヨーク５０３を積層した状態を示す斜視図、図５は軸締結鉄心を積層した状態を示す斜視図である。図に示すように、軸締結鉄心５０５とヨーク５０３は電磁鋼板を打抜いた鉄心片を積層して構成されている。図６はこのような鉄心を製造するために用いられる鋼板レイアウトを示す平面図であり、軸締結鉄心５０５とヨーク５０３は同一の鋼板から円環状に打抜かれることにより製造されている。

図７は実施の形態１による回転子の積層鉄心を示す平面図、図８は回転子の積層鉄心の組立前の状態を示す分解平面図である。図に示すように、回転子の積層鉄心２は回転軸６を支持固定する軸締結鉄心５と、その外側に配置された略四角形状の内側ヨーク３と、その外周部に配置された分割ヨーク４とで構成されている。ヨーク部の断面積が小さい場合、十分な磁束を流すことができず、モータの効率や出力が低下するが、内側ヨーク３と分割ヨーク４との断面積を加算したものがヨーク部全体の断面積となるため、従来の回転子の積層鉄心のヨーク部と同等の断面積を得るように設計されている。

内側ヨーク３の外周面と分割ヨーク４の内周面が接触する部分においては、分割ヨーク４の内周面には台形状の凸部３１（いわゆる蟻桟）が設けられると共に、内側ヨーク３の外周面には凸部３１と嵌合する台形状の凹部３２（いわゆる蟻溝）が設けられている。図９は内側ヨーク３と分割ヨーク４の組立方法を示す斜視図である。内側ヨーク３に対して分割ヨーク４を積層方向から圧入して固定することができる。組立後においては、図７に示すように、分割ヨーク４の外周と内側ヨーク３の外周により１つの円を形成することにより、積層鉄心の外周が形成される。尚上記凸部３１及び凹部３２は台形状でなくてもよく、四角形状に形成しても良い。又上記においては、分割ヨーク４の内周面に凸部３１を設けると共に内側ヨーク３の外周面に凹部を設ける場合について説明したが、分割ヨーク４の内周面に凹部を設けると共に内側ヨーク３の外周面に凸部を設けるようにしても良い。

図１０は、このような鉄心を製造するために用いられる鋼板レイアウトを示す平面図である。図に示すように、分割ヨーク４を帯状の電磁鋼板から鉄心プレスで製造する際には、内側ヨーク３の内側に存在し、かつ軸締結鉄心５の外側に存在する領域の鋼板を利用して製作できるように、その形状が設定されている。即ち内側ヨーク３と軸締結鉄心５の間の軸方向に垂直な方向の断面積が４つの分割ヨーク４の軸方向に垂直な方向の断面積の総和以上になるように設計されている。尚内側ヨーク３の内周と外周の間隔、即ち厚さが薄いと剛性が低下するので、剛性が低下しないような内側ヨーク３の厚さが設定される。分割ヨーク４の外周形状を内側ヨーク３の内側の形状と一致させることで、無駄のない歩留りのよい金型レイアウトを実現できる。更には分割ヨーク４の円周部分と軸締結鉄心５の外周をなす円周部分が接するように設計されており、材料の無駄が生じないように設計されている。又軸締結鉄心５が小さいと、回転軸６との結合力が弱くなったり、あるいは樹脂７との結合力も弱くなってしまうが、図１０に示すような構成とすることにより、軸締結鉄心５の大きさを最大にすることができる。

また鉄心部材は、打ち抜き工程において同一の鋼板から同じ向きに配置して打抜かれる。金型内で鋼板から打抜いた鉄心部材は、図示しない下型のブランク部内で、内側ヨーク片、分割ヨーク片及び軸締結鉄心片がそれぞれ積層してかしめられ、内側ヨーク３、分割ヨーク４、及び軸締結鉄心５が別体として形成される。

内側ヨーク３、分割ヨーク４及び軸締結鉄心５のそれぞれの積層間は、かしめによって金型内で連結されている。かしめ部は鋼板の一部を丸状に突出するように半抜きし、お互いの凸部と凹部を嵌め合わせることで、積層間の鋼板を結合している。またかしめ部の形状は丸状でなくても良く、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良い。

金型から取り出された分割ヨーク４は、同じ金型から取り出された内側ヨーク３の外側に、図９に示すように電磁鋼板の積層方向から圧入されて固定される。圧入部のクリアランスは、金型の形状設計で任意に決めることができ、モータに必要な固定強度を満たすよう決められる。

図１１は上記のように製造された積層鉄心２を用いた回転子１全体を示す平面図、図１２は同じく斜視図である。内側ヨーク３と軸締結鉄心５は樹脂７により一体的に成形されている。内側ヨーク３と軸締結鉄心５の間は樹脂７により電気的に絶縁されている。軸締結鉄心５の外周には径方向外側に向けて凸部５ａが形成されており、回転子が回転した際に軸締結鉄心５と樹脂７がずれることを抑制している。内側ヨーク３は従来のヨークのように円形ではないので、回転子が回転した際に内側ヨーク３がずれるという問題は生じない。内側ヨーク３と分割ヨーク４で形成されたヨーク部の外周面には永久磁石８が周方向に並ぶように設けられている。

本実施の形態に係る鉄心部材の製造においては、同一の電磁鋼板において、分割ヨーク４を内側ヨーク３の内側の領域から作成するので、経済性に優れている。更には低コストで回転子の積層鉄心を製造することができる。また、内側ヨーク３の内周面は略四角形状をしているため回転子が回転した際に、樹脂７に対して回転ずれを起こすことがない。
また、内側ヨーク３の内側部分から、内側ヨーク３と同じ方向にプレスすることにより分割ヨーク４を切り出しているので、鋼板の有する磁気特性が等しく、２つの部材を合わせても円滑な磁路を形成できる。

また、分割ヨーク４を内側ヨーク３に対して積層方向から圧入するだけで回転子を組み立てることができるので、溶接等の手段を用いる必要がなく、高価な組立て装置を必要としない。また、ヨーク部は内側ヨーク３と分割ヨーク４の２つの部材で構成されるが、上記特許文献１の積層鉄心のように周方向で分離されていない。従って回転子の積層鉄心の外周面は十分な精度と剛性を保持できる。

実施の形態２．
図１３は実施の形態２による回転子の積層鉄心を示す平面図、図１４は回転子の積層鉄心の組立前の状態を示す分解平面図、図１５はこのような鉄心を製造するために順次搬送される鋼板レイアウトを示す平面図である。図において、回転子の積層鉄心１０２は回転軸１０６を支持固定する軸締結鉄心１０５と、その外側に配置された略四角形状の内側ヨーク１０３と、その外周部に配置された分割ヨーク１０４とで構成されている。そして内側ヨーク１０３の外周と分割ヨーク１０４の外周により１つの円を形成することにより、積層鉄心の外周が形成される。

軸締結鉄心１０５と内側ヨーク１０３が分離されておらず、電磁鋼板から一体的に切り出されている点実施の形態１と異なっている。また分割ヨーク１０４の形状は内側ヨーク１０３の内周にある中抜き部分と同一形状である。このように、軸締結鉄心１０５と内側ヨーク１０３を一体的に形成することで、さらに剛性の高い回転子の積層鉄心を得ることができる。

また、軸締結鉄心１０５と内側ヨーク１０３が一体的に形成されているので、樹脂により一体的に成形する必要がなく、成型機が不要となり装置コストの低減が可能となる。また、内側ヨーク１０３の内周側の電磁鋼板は全て分割ヨーク１０４として使用されているので、さらに電磁鋼板を無駄なく利用することができ、経済性が優れ、低コストで回転子の積層鉄心を製造することができる。

実施の形態３．
図１６は実施の形態３による回転子の積層鉄心を示す平面図、図１７は回転子の積層鉄心の組立前の状態を示す分解平面図、図１８はこのような鉄心を製造するために順次搬送される回転子鋼板レイアウトを示す図である。本実施形態３における内側ヨーク２０３においては、外周の一部が円弧状に形成されており、即ち略四角形状となっている。内側ヨーク２０３の内側から切り出された４つの分割ヨーク２０４は、内側ヨーク２０３の両端に２つずつ配置されて全体で積層鉄心の円形の外周が構成されている。以上のように構成することにより、大型のモータの場合に、内側ヨーク２０３と分割ヨーク２０４を組み立てる際、内側ヨーク２０３の端部２方向（図１６では上下の矢印Ａ方向）のみから取付装置が作動すれば済む。従って装置を小型で簡素な構成とすることができ、コストの低減を図ることができる。

図１９は別の形態による回転子を示す平面図、図２０はこのような回転子鉄心を製造するために順次搬送される鋼板レイアウトを示す平面図である。図に示すように、回転子３０１は、回転軸３０６を支持固定する軸締結鉄心３０５と、その外側に配置されるとともに軸締結鉄心３０５と一体に形成された内側ヨーク３０３と、その外周部に配置された分割ヨーク３０４とで構成されている。また永久磁石３０８が回転子の積層鉄心の外周面に形成された平面状の磁石取付け部３４０に接着剤で固定され、Ｎ極とＳ極が交互に回転子の積層鉄心の周方向に並ぶように配置されている。

磁石取付け部３４０は分割ヨーク３０４または内側ヨーク３０３に形成された突起部３４１の間に構成される。即ち図１６〜図１８に示された場合と同様、４つの分割ヨーク３０４を内側ヨーク３０３の両端に２つずつ配置することにより積層鉄心の外周には平面状の磁石取付部３４０が周方向に所定ピッチで形成されると共に、分割ヨーク３０４及び内側ヨーク３０３の外周に突起部３４１が形成される。尚２つの分割ヨーク３０４を組み合わせた部分においては、それぞれの分割ヨーク３０４に形成された突起部を組み合わせて１つの突起部３４１が形成されることとなる。磁石取付部３４０は内側ヨーク３０３及び分割ヨーク３０４の外周側に設けられた突起部３４１の間に形成される。突起部３４１により永久磁石３０８を位置決めすることができるので、永久磁石３０８が周方向にずれることがなく、高い精度で永久磁石３０８が配置された回転子を得ることができる。

また、磁石取付け部３４０が平面状に形成されているので、永久磁石３０８の貼付け面を円弧状に加工する必要がなく加工コストが低減される。なお上記説明においては、軸締結鉄心３０５と内側ヨーク３０３が一体に形成されたものにおいて平面状の磁石取付部３４０を設けた場合について示したが、図７〜図１０に示すような軸締結鉄心と内側ヨークが分離した構成において、分割ヨーク及び内側ヨークの外周に平面状の磁石取付部を形成するようにしても良い。又上記実施の形態１〜４においては、鉄心部材を切り出す磁性材料として電磁鋼板を用いた場合を示したが、これに限定されるものではなく、例えばアモルファス材を用いても良い。このように本実施形態によれば、生産性に優れ、使用材料を経済的に利用することができる。従って低コストで高性能な回転子の積層鉄心を得ることができる。尚本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

２，１０２，２０２ 回転子鉄心、３，１０３，２０３，３０３ 内側ヨーク、
４，１０４，２０４，３０４ 分割ヨーク、５，１０５，２０５，３０５ 軸締結鉄心、６，１０６，３０６ 回転軸、８，３０８ 永久磁石、３１ 凸部、３２ 凹部、
３４０ 磁石取付け部、３４１ 突起部。

Claims (8)

1. 回転軸を支持固定する軸締結鉄心と、
   上記軸締結鉄心の外側に配置された内側ヨークと、
   上記内側ヨークの外周部に配置された複数の分割ヨークを備え、
   上記内側ヨークと上記軸締結鉄心の間の軸方向に垂直な方向の断面積が上記複数の分割ヨークの軸方向に垂直な方向の断面積の総和以上になるよう設計され、
   上記内側ヨークの外周と上記複数の分割ヨークの外周によりその外周が形成されることを特徴とする回転子鉄心。
2. 上記軸締結鉄心と上記内側ヨークが一体的に形成されていることを特徴とする請求項１記載の回転子鉄心。
3. 上記内側ヨーク及び上記分割ヨークの外周部には永久磁石を取り付けるための平面状の磁石取付け部が周方向に所定ピッチで形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の回転子鉄心。
4. 上記磁石取付け部は上記内側ヨーク及び上記分割ヨークの外周部に設けられた突起部の間に形成されたことを特徴とする請求項３記載の回転子鉄心。
5. 上記内側ヨークと上記分割ヨークの嵌合面は、それぞれの嵌合面に設けられた凸部と上記凸部に嵌合する凹部とにより嵌合され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項に記載の回転子鉄心。
6. 上記凸部及び上記凹部を台形状に形成したことを特徴とする請求項５記載の回転子鉄心。
7. 請求項１に記載の回転子鉄心の製造方法であって、
   同一の鋼板より上記軸締結鉄心、上記内側ヨーク及び上記分割ヨークを打ち抜いて形成するものであり、上記分割ヨークは上記鋼板における上記内側ヨークの内側かつ上記軸締結鉄心の外側に存在する領域を打ち抜いて形成されることを特徴とする回転子鉄心の製造方法。
8. 上記鋼板において、上記分割ヨークの円周部分と上記軸締結鉄心の外周をなす円周部分が接するように設計されていることを特徴とする請求項７記載の回転子鉄心の製造方法。

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