JP2017163703A - 積層鉄心の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】磁極部の周囲に形成する絶縁層の厚みを適正な厚みに確保可能な積層鉄心の製造方法を提供する。【解決手段】帯状材１３から複数の鉄心片１１を打抜き積層して積層鉄心本体１２を形成するＡ工程と、積層鉄心本体１２の半径方向一端面側に形成された複数の位置決め部２２、２３に固定部材２４、２５を配置するＢ工程と、積層鉄心本体１２のスロット部１７の周壁部に樹脂充填を行い磁極部１６の周囲に絶縁層を形成するＣ工程を有する積層鉄心の製造方法であり、Ａ工程で、位置決め部２２、２３を構成する鉄心片１１の位置決め片部２７、２９と、スロット部１７を構成する鉄心片１１のスロット片部２０とを、帯状材１３から同時に打抜き形成し、Ｃ工程で、スロット部１７への樹脂注入前に、積層鉄心本体１２の半径方向他端面側に閉塞部材３４を配置し、固定部材２４、２５と閉塞部材３４とで積層鉄心本体１２を半径方向両側から挟み込む。【選択図】図１

Description

本発明は、スロット部に樹脂を充填して磁極部の周囲に絶縁層を形成する積層鉄心の製造方法に関する。

固定子鉄心（積層鉄心）は、スロット部に樹脂を充填（注入）し、隣り合うスロット部で形成される磁極部の周囲に絶縁層を形成することで、磁極部に巻線したコイルを絶縁している（例えば、特許文献１、２参照）。
この磁極部への絶縁層の形成は、例えば、図５に示す手順で行うことができる。
まず、固定子鉄心９０の径方向外側に、周方向に間隔をあけて形成された、ボルト締めに使用する複数のボルト孔（位置決め部）を用いて、固定子鉄心９０を位置決めし、スロット部９１内に中子９２を配置する。続いて、スロット部９１の径方向内側に形成された開口部９３を治具９４で、スロット部９１の積層方向両側に形成された開口部を治具（図示しない）で、それぞれ塞いだ後、スロット部９１内に樹脂９５を注入し硬化させる。これにより、磁極部９６の周囲に絶縁層を形成できる。

特開昭６１−２９３１３６号公報 特開２００６−２１１８２２号公報

上記した絶縁層の形成に際しては、磁極部９６と、これに巻線するコイルとの絶縁性確保の観点から、最低限必要な絶縁層の厚みを確保しておく必要がある。しかし、ボルト孔とスロット部９１との相対位置には、微小（例えば、数十μｍ程度）のずれが生じるため、中子９２を常に同じ位置に配置しても、スロット部９１と中子９２の相対位置がずれてしまい、必要な絶縁層の厚みを確保できなくなるおそれがあった。このため、この位置ずれ分を考慮して、形成する絶縁層の厚みを僅かに厚く設定する必要があった。
これにより、巻線の占積率が低下するため、トルク、出力、効率の低下や、樹脂の使用量増加によるコストの上昇を招くという問題が生じていた。
なお、ボルト孔が形成されていない位相においては、上記した治具９４の力を受ける部位が存在しないため、樹脂漏れが生じ易いという問題もあった。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、磁極部の周囲に形成する絶縁層の厚みを適正な厚みに確保可能な積層鉄心の製造方法を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係る積層鉄心の製造方法は、帯状材から複数の鉄心片を打抜き積層して積層鉄心本体を形成するＡ工程と、
前記積層鉄心本体の半径方向一端面側に、周方向に間隔をあけて形成された複数の位置決め部に固定部材をそれぞれ配置して、前記積層鉄心本体の位置決めを行うＢ工程と、
前記積層鉄心本体のスロット部の周壁部に樹脂充填を行い、隣り合う前記スロット部で形成される磁極部の周囲に絶縁層を形成するＣ工程とを有する積層鉄心の製造方法であって、
前記Ａ工程で、前記積層鉄心本体の前記位置決め部を構成する前記各鉄心片の位置決め片部と、前記積層鉄心本体の前記スロット部を構成する前記各鉄心片のスロット片部とを、前記帯状材から同時に打抜き形成し、
前記Ｃ工程で、前記スロット部に樹脂を注入する前に、前記積層鉄心本体の半径方向他端面側に閉塞部材を配置し、前記固定部材と前記閉塞部材とで前記積層鉄心本体を半径方向両側から挟み込む。

ここで、前記位置決め部は、前記積層鉄心本体の半径方向一端面に開口した切欠き部で構成できる。
また、複数の前記位置決め部は、前記積層鉄心本体の半径方向一端面に開口した切欠き部と、前記積層鉄心本体の積層方向に貫通したボルト孔で構成することもできる。

本発明に係る積層鉄心の製造方法において、前記Ａ工程では、前記鉄心片の半径方向他端面を形成する前記帯状材の打抜きを、前記位置決め片部及び前記スロット片部の打抜きと同時に行うこともできる。

本発明に係る積層鉄心の製造方法は、Ａ工程において、各鉄心片の位置決め片部とスロット片部とを、帯状材から同時に打抜き形成するので、従来発生していた積層鉄心本体の位置決め部とスロット部との相対位置のずれを低減、更には防止できる。
このため、Ｃ工程において、固定部材と閉塞部材とで積層鉄心本体を半径方向両側から挟み込み、例えば、中子が配置されたスロット部に樹脂充填を行い、磁極部の周囲に絶縁層を形成することで、絶縁層の厚みを適正な厚みに確保できる。
これにより、巻線の占積率を従来よりも向上できるため、トルク、出力、効率の向上や、樹脂の使用量減少によるコストの低減が図れる。また、位置決め片部とスロット片部を同時に打抜くことで、鉄心片の打抜き工程数も減らすことができ、例えば、金型装置の小型化も図れる。

また、Ａ工程において、鉄心片の半径方向他端面を形成する帯状材の打抜きを、位置決め片部及びスロット片部の打抜きと同時に行う場合、積層鉄心本体の位置決め部とスロット部と半径方向他端面との相対位置のずれを低減、更には防止できる。
これにより、Ｃ工程において、固定部材と閉塞部材とで積層鉄心本体を半径方向両側から挟み込む際の位置ずれも抑制、更には防止できるため、絶縁層の厚みを更に精度よく形成できる。また、鉄心片の打抜き工程数も更に減らすことができる。

本発明の一実施の形態に係る積層鉄心の製造方法のＡ工程の説明図である。 同積層鉄心の製造方法のＢ工程とＣ工程の説明図である。 変形例に係る積層鉄心の製造方法のＢ工程とＣ工程の説明図である。 本発明の他の実施の形態に係る積層鉄心の製造方法の説明図である。 従来例に係る積層鉄心の製造方法の説明図である。

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。
まず、図１、図２を参照しながら、本発明の一実施の形態に係る積層鉄心の製造方法を用いて製造した積層鉄心１０について説明する。

積層鉄心１０は、環状の複数の鉄心片１１を積層して形成された積層鉄心本体１２を有する固定子鉄心（ステータ）である。
鉄心片１１は、環状の一体構造のものであるが、複数の円弧状の鉄心片部を環状に連結できる分割構造のものや、複数の円弧状の鉄心片部の周方向の一部が連結部で繋がり、この連結部を折曲げて環状にできる構造のものでもよい。また、それぞれ環状の複数の鉄心片を積層して形成した複数のブロック鉄心を、順次転積することで形成したものでもよい。なお、複数のブロック鉄心は、全て同一形状であってもよく、また、一部のブロック鉄心が異なる形状であってもよい。

鉄心片１１は、厚みが、例えば、０．０２５〜１．０ｍｍ程度の電磁鋼板やアモルファス等からなる帯状材（薄板条材）１３から打抜き形成されるものである。なお、鉄心片は、１枚の帯状材から打抜いたものや、帯状材を複数枚（例えば、２枚、更には３枚以上）重ねた状態で打抜いたものでもよい。
積層方向に隣り合う鉄心片１１同士は、かしめ１４で連結されているが、かしめ、接着剤、及び、溶接のいずれか１又は２以上を用いて、連結することもできる。なお、図２においては、かしめ１４を省略している（後述する図３、図４も同様）。

積層鉄心本体１２は、環状のヨーク部１５と、このヨーク部１５の内周側（半径方向他端面側）に一体的に連接した複数の磁極部１６とを有している。この周方向に隣り合う磁極部１６は、周方向に隣り合うスロット部１７によって形成されている。
ヨーク部１５と磁極部１６は、ヨーク片部１８と磁極片部１９を有する鉄心片１１を複数積層することで、それぞれ形成されている。この磁極片部１９は、帯状材１３に対してスロット片部２０を打抜くことで形成され、この磁極片部１９が積層されることで磁極部１６が形成され、周方向に隣り合う磁極部１６間にスロット部１７が形成される（即ち、複数のスロット片部２０でスロット部１７が形成される）。

また、積層鉄心本体１２には、ヨーク部１５の外周側（半径方向一端面側）に位置決め手段２１が設けられている。
この位置決め手段２１は、複数（ここでは３個）のボルト孔（位置決め部の一例）２２と、複数（ここでは３個）の切欠き部（位置決め部の一例）２３で構成され、このボルト孔２２と切欠き部２３が、ヨーク部１５の周方向に間隔を有して交互に等ピッチ（積層鉄心本体１２の軸心を中心として等角度）で設けられている。使用にあっては、各ボルト孔２２と各切欠き部２３に、積層鉄心本体１２を載置する載置台（図示しない）に立設された位置決めピン（固定部材の一例）２４、２５をそれぞれ配置することで、載置台上での積層鉄心本体１２の位置決めが行われる。

上記したボルト孔２２は、積層鉄心１０をボルト締めする際に使用するものであり、ヨーク部１５の外周側に一体的に連接した複数のボルト耳２６に、積層方向に貫通した状態で形成されている。詳細には、ボルト孔２２は、貫通孔（位置決め片部の一例）２７が形成されたボルト耳片部２８を有する鉄心片１１を、複数積層することで形成される（即ち、複数のボルト耳片部２８でボルト耳２６が形成され、複数の貫通孔２７でボルト孔２２が形成される）。
なお、ボルト耳２６は、ヨーク部１５の半径方向外側に突出し、周方向に間隔を有して複数（ここでは３個）設けられている。

また、切欠き部２３は、ヨーク部１５の外周面に開口した平面視してＶ字状のものであり、積層方向に渡って形成されている。詳細には、切欠き部２３は、切欠き片部（位置決め片部の一例）２９が形成された鉄心片１１を、複数積層することで形成される（即ち、複数の切欠き片部２９で切欠き部２３が形成される）。
この切欠き部２３の形状は、平面視してＶ字状にしているが、これに限定されるものではなく、ヨーク部の外周面に開口した、例えば、円弧状、楕円弧状、Ｕ字状、矩形状等にすることもできる。

上記したように、積層鉄心本体１２に形成されるボルト孔２２の個数は３個であるが、積層鉄心１０の種類等によって種々変更でき、例えば、０個でもよく、２個又は４個以上の複数個でもよい。また、切欠き部２３の個数も３個であるが、例えば、２個又は４個以上の複数個でもよい。
例えば、図３に示す、位置決め手段を複数の切欠き部２３のみ（ボルト孔が０個）で構成した積層鉄心本体１２ａがある。この積層鉄心本体１２ａには、複数（ここでは６個）の切欠き部２３が、ヨーク部１５ａ（ヨーク部１５と略同様の構成）の周方向に間隔を有して等ピッチ（積層鉄心本体１２ａの軸心を中心として等角度）で設けられている。

積層鉄心本体１２の磁極部１６の周囲（即ち、上面、下面、両側面、及び、基端面）には絶縁層（図示しない）が形成されている。この絶縁層は、スロット部１７の周壁部に、樹脂（熱硬化性樹脂（例えば、エポキシ樹脂）や熱可塑性樹脂）を充填（注入）し硬化させることで形成される。なお、積層方向に隣り合う鉄心片同士の連結に樹脂を用いる場合は、上記した樹脂を使用できる。
積層鉄心本体１２の磁極部１６は、その先端部が拡幅しているが、図４に示す積層鉄心本体１２ｂのように、先端部が拡幅していない（例えば、先端へ向けて先細りや径方向の幅が同一幅の）磁極部１６ｂを有してもよい。この積層鉄心本体１２ｂは、上記した積層鉄心本体１２と略同様の構成であるため、同一部材には同一符号を付している。

続いて、本発明の一実施の形態に係る積層鉄心の製造方法について、図１、図２を参照しながら説明する。
積層鉄心の製造方法は、金型（図示しない）を用いて、厚みが０．０２５〜１．０ｍｍ程度の帯状材１３から打抜いた複数の鉄心片１１を順次積層して積層鉄心本体１２を形成するＡ工程と、積層鉄心本体１２の位置決めを行うＢ工程と、複数のスロット部１７の周壁部に樹脂を充填（注入）し硬化させて、磁極部１６の周囲（ここでは、磁極部１６の上面、下面、両側面、及び、基端面）に絶縁層を形成するＣ工程とを有している。以下、詳しく説明する。

（Ａ工程）
まず、図１に示すように、帯状材１３に対し、パイロット孔３１の打抜きを行う。
これにより、帯状材１３の幅方向両側にパイロット孔３１が所定ピッチで形成される。
このとき、帯状材１３の鉄心片１１を形成する領域に対し、鉄心片１１の内径の打抜きと、その外側周囲に等ピッチで複数のかしめ１４の形成も行う。
これにより、鉄心片１１の複数の磁極片部１９の先端面を形成する内周面（半径方向他端面）３２が形成される。

続いて、帯状材１３の鉄心片１１を形成する領域に対し、周方向に渡って複数のスロット片部２０の打抜きを行う。これにより、複数の磁極片部１９が環状に所定ピッチで形成される。
ここでは、上記したスロット片部２０の打抜きと同時に、貫通孔２７と切欠き片部２９の打抜きも行う。これにより、貫通孔２７及び切欠き片部２９と、スロット片部２０との相対位置のずれを低減、更には防止できる。

なお、図４に示す積層鉄心本体１２ｂのように、先端部が拡幅していない磁極部１６ｂを有する場合は、貫通孔２７及び切欠き片部２９とスロット片部２０ｂの打抜きを、上記した磁極部１６ｂを構成する磁極片部１９ｂの先端面を形成する内周面３２ｂの打抜きと同時に行うこともできる。この場合は、図４の斜線部分で示すように、貫通孔２７及び切欠き片部２９と、スロット片部２０ｂと、内周面３２ｂを形成する内径の打抜きを、１つの金型で同時に行うことができる。なお、図４中の符号３０は、切欠き片部２９を形成するための帯状材に対する打抜き領域（三角形状）を示している（図１も同様）。

そして、図１に示すように、帯状材１３の鉄心片１１を形成する領域（打抜き領域３０の径方向外側を通過し、ボルト耳片部２８の外周面を形成する領域）に対し、鉄心片１１の外径の打抜きを行う。
これにより、鉄心片１１のヨーク片部１８を形成する外周面（半径方向一端面）３３が形成される。
なお、上記した各打抜き等は、その輪郭形状に対応したダイとパンチを備えた金型により行う。

上記した方法で、帯状材１３から打抜いた複数の鉄心片１１を順次積層して、図２に示す積層鉄心本体１２を製造する。
この積層鉄心本体１２は、環状のヨーク部１５と、このヨーク部１５の内周側に一体的に連接した複数の磁極部１６とを有し、この磁極部１６は、周方向に隣り合うスロット部１７で形成される。この時点では、磁極部１５の周囲に、前記した絶縁層は形成されていない。

（Ｂ工程）
積層鉄心本体１２の積層方向両端面にそれぞれプレート（図示しない）を当接させ、スロット部１７の積層方向開口部を閉じた後、これを載置台上に配置する。なお、各プレートには、後述する中子部材を挿通可能な開口部が形成され、積層鉄心本体１２上に載置したプレートの開口部と中子部材との間に、樹脂の供給路が形成されている。
この載置台には、各スロット部１７内に配置する中子部材が、周方向に渡って複数立設配置されている。この中子部材の周囲側面は、スロット部１７の内周面（スロット周壁）とは僅少の隙間（形成する絶縁層の厚みに対応）を有している。

また、載置台には、複数のボルト孔２２にそれぞれ挿通可能な位置決めピン２４と、複数の切欠き部２３に配置可能な位置決めピン２５が、周方向に渡って等ピッチに複数（ここでは合計６本）立設配置されている。なお、中子部材と位置決めピン２４、２５は、載置台に設けることなく、上記したプレートに設けることもできる。
これにより、各中子部材がスロット部１７内にそれぞれ配置され、各位置決めピン２４がボルト孔２２にそれぞれ挿通され、各位置決めピン２５が各切欠き部２３にそれぞれ配置されるため、載置台に対する積層鉄心本体１２の位置決めが行われる。

上記したように、Ａ工程では、貫通孔２７及び切欠き片部２９と、スロット片部２０との相対位置のずれを抑制、更には防止しているため、スロット部１７内における中子部材の配置位置は、常に同じ位置にできる。
このため、中子部材をスロット部１７内に配置した際、積層鉄心本体１２の周方向における、中子部材の側面とスロット部１７の内周面との各隙間は、略均等にできる（図５参照）。

（Ｃ工程）
載置台上に配置した積層鉄心本体１２上のプレートの上面に、スロット部１７に樹脂を注入可能なモールド型（上型）を載置する。
そして、磁極部１６の先端面で形成される積層鉄心本体１２の内周面（磁極部１６の先端面）に閉塞部材３４を当接させて、スロット部１７の径方向開口部３５を閉じる。

この閉塞部材３４は、逆円錐台状の昇降手段と、この昇降手段の周囲に複数（ここでは６個）設けられた拡縮部３６とを有し、昇降手段を昇降させることで、各拡縮部３６を径方向に拡縮可能にするものであるが、径方向開口部３５を閉じることができれば、この構成に限定されるものではない。なお、各拡縮部３６の積層鉄心本体１２との当接部（当接面）は、弾性部材（例えば、フッ素系樹脂、シリコン系樹脂、ウレタン系樹脂等）で構成されていることが好ましい。

上記したように、閉塞部材３４の各拡縮部３６を、平面視して半径方向に拡がる方向に移動させて、積層鉄心本体１２の内周面に当接させた場合、積層鉄心１０は、閉塞部材３４によって、半径方向の内側から外側に向けて応力の影響を受けることになる。
しかし、上記したように、閉塞部材３４とは反対側に位置する積層鉄心本体１２の外周面側に位置決め手段２１（複数のボルト孔２２と切欠き部２３）を設け、位置決めピン２４、２５と閉塞部材３４の各拡縮部３６とで、積層鉄心本体１２を半径方向両側から挟み込んでいるため、閉塞部材３４による応力に対する対抗力を働かせることができる。

そして、プレート、中子部材、及び、閉塞部材３４によって閉空間としたスロット部１７に、前記した樹脂の供給路を介して樹脂を注入する。この樹脂は、中子部材とスロット周壁との間に注入される。
次に、スロット部１７に注入された樹脂を硬化させることで、磁極部１６の上面、下面、両側面、及び、基端面に、絶縁層を形成できる。
そして、各拡縮部３４の当接面を積層鉄心本体１２の内周面から離した後、積層鉄心本体１２からプレートと中子部材を取外すことで、各磁極部１６の周囲に絶縁層が形成された積層鉄心１０が得られる。

なお、上記した閉空間としたスロット部１７への樹脂の注入は、モールド型により積層鉄心本体１２に対し、積層方向に一定荷重（例えば、１つの積層鉄心本体１２あたり５〜１００ｋＮ程度）を加えた状態で行う。
このように、積層鉄心本体１２の積層方向両端面にプレートをそれぞれ当接させ、積層鉄心本体の内周面に閉塞部材３４を当接させて、スロット部１７の開口した部分を閉塞するので、スロット部１７に注入する樹脂の漏れ出しを防止できる。特に、閉塞部材３４が積層鉄心本体１７の半径方向に拡縮可能であるため、積層鉄心本体１２の寸法精度に影響されることなく、スロット部１７に注入する樹脂の漏れ出しを防止できる。

以上のように、本発明の積層鉄心の製造方法を適用することで、磁極部の周囲に形成する絶縁層の厚みを適正な厚みに確保できる。

以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の積層鉄心の製造方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
前記実施の形態においては、積層鉄心が固定子鉄心の場合について説明したが、スロット部が設けられた回転子鉄心でもよい。なお、積層鉄心としては、スロット部が、半径方向の内側端部に開口したものに限定されるものではなく、半径方向の外側端部に開口したものでもよい。

また、前記実施の形態においては、スロット部のみに樹脂を注入した場合について説明したが、積層鉄心の構成に応じて、例えば、磁石挿入孔が形成されている場合や、複数の鉄心片を連結するための連結用孔が形成されている場合には、スロット部へ樹脂を注入すると共に、磁石挿入孔や連結用孔にも樹脂を注入（同時注入）することができる。
更に、前記実施の形態においては、スロット部への樹脂の注入を、積層鉄心本体全体に対して一度に行った場合について説明したが、例えば、積層鉄心本体を予め設定した角度回動させながら、各スロット部に順次樹脂の注入を行うこともできる。
なお、樹脂の注入は、積層鉄心本体の上方から行うことに限定されるものではなく、下方から行うこともできる。

１０：積層鉄心、１１：鉄心片、１２、１２ａ、１２ｂ：積層鉄心本体、１３：帯状材、１４：かしめ、１５、１５ａ：ヨーク部、１６、１６ｂ：磁極部、１７：スロット部、１８：ヨーク片部、１９、１９ｂ：磁極片部、２０、２０ｂ：スロット片部、２１：位置決め手段、２２：ボルト孔（位置決め部）、２３：切欠き部（位置決め部）、２４、２５：位置決めピン（固定部材）、２６：ボルト耳、２７：貫通孔（位置決め片部）、２８：ボルト耳片部、２９：切欠き片部（位置決め片部）、３０：打抜き領域、３１：パイロット孔、３２、３２ｂ：内周面、３３：外周面、３４：閉塞部材、３５：径方向開口部、３６：拡縮部

Claims (4)

1. 帯状材から複数の鉄心片を打抜き積層して積層鉄心本体を形成するＡ工程と、
   前記積層鉄心本体の半径方向一端面側に、周方向に間隔をあけて形成された複数の位置決め部に固定部材をそれぞれ配置して、前記積層鉄心本体の位置決めを行うＢ工程と、
   前記積層鉄心本体のスロット部の周壁部に樹脂充填を行い、隣り合う前記スロット部で形成される磁極部の周囲に絶縁層を形成するＣ工程とを有する積層鉄心の製造方法であって、
   前記Ａ工程で、前記積層鉄心本体の前記位置決め部を構成する前記各鉄心片の位置決め片部と、前記積層鉄心本体の前記スロット部を構成する前記各鉄心片のスロット片部とを、前記帯状材から同時に打抜き形成し、
   前記Ｃ工程で、前記スロット部に樹脂を注入する前に、前記積層鉄心本体の半径方向他端面側に閉塞部材を配置し、前記固定部材と前記閉塞部材とで前記積層鉄心本体を半径方向両側から挟み込むことを特徴とする積層鉄心の製造方法。
2. 請求項１記載の積層鉄心の製造方法において、前記位置決め部は、前記積層鉄心本体の半径方向一端面に開口した切欠き部であることを特徴とする積層鉄心の製造方法。
3. 請求項１記載の積層鉄心の製造方法において、複数の前記位置決め部は、前記積層鉄心本体の半径方向一端面に開口した切欠き部と、前記積層鉄心本体の積層方向に貫通したボルト孔で構成されていることを特徴とする積層鉄心の製造方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の積層鉄心の製造方法において、前記Ａ工程では、前記鉄心片の半径方向他端面を形成する前記帯状材の打抜きを、前記位置決め片部及び前記スロット片部の打抜きと同時に行うことを特徴とする積層鉄心の製造方法。

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