JP2017221085A - 固定子鉄心の製造方法、固定子鉄心 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄損の増加を抑制することができる固定子鉄心の製造方法、固定子鉄心を提供する。
【解決手段】実施形態の製造方法によれば、積層した鉄心片２の外周面に設けられて積層方向に延びる溶接溝５に、鉄心片２以外の磁性部材１２を含む溶接ビード６を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、薄板状の鉄心片を積層して形成された固定子鉄心の製造方法、固定子鉄心に関する。

従来、薄板状の鉄心片を積層して形成した固定子鉄心が知られている。このような固定子鉄心では、積層した鉄心片を例えば特許文献１に開示されているような溶接やカシメ等により固定している。

特開２０１１−８７３８６号公報

ところで、固定子鉄心として形成された状態では、鉄心片を積層しただけの状態と比べて鉄損が多くなることが知られている。これは、溶接時やカシメ時に生じた応力が固定子鉄心に残留することに起因すると考えられている。
そこで、鉄損の増加を抑制することができる固定子鉄心の製造方法、固定子鉄心を提供する。

実施形態の固定子鉄心の製造方法は、積層した鉄心片の外周面に設けられて積層方向に延びる溶接溝に、鉄心片以外の磁性部材を含む溶接ビードを形成する。
実施形態の固定子鉄心は、外周面に形成され、鉄心片の積層方向に延びる溶接溝と、鉄心片以外の磁性部材を含み、溶接溝に形成されて当該固定子鉄心を固定する溶接ビードと、を備える。

実施形態による固定子鉄心を模式的に示す図 固定子鉄心の製造工程の流れを示す図 鉄心片を模式的に示す図 ブロック鉄心およびその積層態様を模式的に示す図 溶接トーチを模式的に示す図 溶接態様を模式的に示す図

以下、実施形態について図１から図６を参照しながら説明する。
図１に示すように、本実施形態の固定子鉄心１は、薄板状の鉄心片２を積層することにより形成されている。この鉄心片２は、周知のように電磁鋼板をプレスにより環状に打ち抜くこと等により形成されている。本実施形態では、鉄心片２を形成する電磁鋼板として、シリコン含有量が比較的高く、且つ、高周波特性を改善するために板厚が比較的薄い鋼板を想定している。また、電磁鋼板は、周知のようにその表面が絶縁皮膜によって覆われている。

この鉄心片２を板厚方向に積層することにより、固定子鉄心１は、その内周側に図示しない巻き線を収容するスロット７と図示しない回転子を収容するための中空部８とが形成された状態で、概ね環状に形成される。また、詳細は後述するが、本実施形態の固定子鉄心１は、電磁鋼板の厚みのばらつきを吸収するために３つの鉄心ブロック３Ａ〜３Ｃを積層して形成されている。

この固定子鉄心１は、その外周面に、複数の取り付け部４が設けられている。本実施形態では、取り付け部４は、固定子鉄心１の外周面に、概ね１２０°間隔で均等に３箇所設けられている。また、固定子鉄心１は、その外周面に、鉄心片２の積層方向に延びる複数の溶接溝５が設けられている。本実施形態では、溶接溝５は、固定子鉄心１の外周面に、概ね６０°間隔で均等に６箇所設けられている。なお、上記した鉄心ブロック３の数、取り付け部４の数および溶接溝５の数は一例であり、これに限定されるものではない。

溶接溝５には、溶接ビード６が形成されている。この溶接ビード６は、詳細は後述するが、溶接によって形成されたものであり、鉄心片２同士つまりは固定子鉄心１を固定している。この溶接ビード６によって、固定子鉄心１は、所定の形状特には所定の積層高さに維持される。

次に上記した構成の作用について説明する。
前述のように、固定子鉄心１として形成された状態では、鉄心片２を積層しただけの状態と比べると、溶接時やカシメ時に生じた応力が固定子鉄心に残留することに起因して鉄損が多くなることが知られている。そのため、鉄損の増加を抑制することが強く望まれている。以下、鉄損の増加を抑制することができる固定子鉄心１、およびその製造方法について説明する。

図２に示すように、固定子鉄心１の製造工程では、まず鉄心片２の打ち抜きが行われる（Ｓ１）。この工程では、電磁鋼板をプレス機により打ち抜くことで、鉄心片２が形成される。これにより、図３に示すように、その外周側に、取り付け部４と積層された状態で溶接溝５となる凹部５ａとを有するとともに、その内周側に、積層された状態でスロット７を構成する凹部７ａと図示しない回転子を収容する中空部８とを有する概ね円環状且つ薄板状の鉄心片２が形成される。

続いて、この鉄心片２を、所定枚数のブロック単位で積層し（Ｓ２）、そのブロックを取り出し（Ｓ３）、各ブロックを回し積みする（Ｓ４）。図示は省略するが、プレス機では、打ち抜かれた鉄心片２は、そのまま下方に落下して打ち抜かれた順序で積層される構造となっている。そして、ステップＳ２では、所定枚数が打ち抜かれた時点で、打ち抜かれた複数の鉄心片２を１つのブロック、つまりは、鉄心ブロック３Ａ〜３Ｃとして取り出している。

このとき、図４に示すように、取り出された鉄心ブロック３Ａ〜３Ｃは、本実施形態では３箇所の取り付け部４ａ〜４ｃをそれぞれ有している。この取り付け部４ａ〜４ｃは、それぞれ電磁鋼板から打ち抜かれた状態では同じ向きになっている。これらの鉄心ブロック３Ａ〜３Ｃは、ステップＳ３において、例えば最初に取り出した鉄心ブロック３Ａに対して次に取り出した鉄心ブロック３Ｂを周方向に１２０°回転させて積層され、さらに、その次に取り出した鉄心ブロック３Ｃを鉄心ブロック３Ｂに対して１２０°回転させて積層される。

これにより、鉄心片２の電磁鋼板において例えば板厚にばらつきがあったとしても、鉄心ブロック３Ａ〜３Ｃを回し積みすることによりそのばらつきを吸収でき、回し積みされた状態では、その積層高さを周方向において概ね均等とすることができる。なお、図示は省略するが、回し積みする際には、鉄心ブロック３Ａ〜３Ｃが同心となるように、中心を出すための治具を有する加圧機に鉄心ブロック３Ａ〜３Ｃを積層している。

続いて、回し積みされた状態のものに対して、バリつぶし加圧する（Ｓ５）。鉄心片２は、上記したようにプレス機により打ち抜かれているため、その切断部にバリが生じていることがある。そのため、ステップＳ５において、比較的強い力を積層方向に加えることで、バリをつぶしている。これにより、各鉄心片２は、バリがつぶされて平坦となる。

続いて、バリつぶし加工されたものに対して、バリつぶし加圧時よりも小さい力で溶接加圧する（Ｓ６）。上記したバリつぶし加圧時には、バリをつぶすために比較的強い力を加えることになるが、その力は、鉄心片２を板厚方向に変形させることがある。そのような力が加わったまま固定子鉄心１を形成してしまうと、鉄心片２が元に戻ろうとする力が応力として固定子鉄心１内に残留し、鉄損が増加してしまうおそれがある。

その一方で、固定子鉄心１として形成された際の高さ寸法やその鋼板の密度は、所望の特性を得ることができるように予め設定されているため、その設定を満たす必要がある。そこで、溶接用に加える力をバリつぶし加圧時よりも小さくすることにより、過度の応力が残留してしまうことを防止しつつ、固定子鉄心１として形成された際の高さ寸法等を満たすようにしている。

この後、鉄心片２の溶接が行われる。本実施形態では、図５に示す溶接トーチ１０を用いて鉄心片２の溶接、つまりは、溶接ビード６の形成を行っている。溶接トーチ１０は、一方が開口した有底円筒状の本体部１１の中を、外部からワイヤ状に供給される電極材料である磁性部材１２が貫通する構造となっている。この磁性部材１２は、溶接に必要な量がその都度回転リール１３によって供給される。また、溶接トーチ１０は、図示しないガス供給部を有しており、本体部１１内にシールドガスＧが供給されるとともに、そのシールドガスＧが、本体部１１の開口から放出される。このシールドガスＧは、炭酸ガス単体または炭酸ガスと不活性ガスの混合物で構成されている。

このため、磁性部材１２は、その先端側つまりは鉄心片２側において、シールドガスＧに包まれた状態で溶融し、溶接ビード６を形成する。つまり、本実施形態の溶接ビード６は、鉄心片２以外の磁性部材１２を含んでいるとともに、外部からワイヤ状に供給される磁性部材１２を主たる材料とし、その磁性部材１２をシールドガスＧで覆いつつ溶融することにより形成される。より平易に言えば、本実施形態では、いわゆるＭＡＧ（Metal Active Gas）溶接あるいはＭＩＧ（Metal Inert Gas）溶接により、鉄心片２を溶接つまりは溶接ビード６を形成している。なお、溶接時には、溶接トーチ１０側が正に印加され、鉄心片２が負に印加されている。

従来では、鉄心片２の溶接には、一般的にＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）溶接が用いられていた。このＴＩＧ溶接の場合、母材（ここでは、鉄心片２）自体を溶融することから、母材の溶融量が多くなり、母材への入熱量多くなり、各鉄心片２や積層された状態（以下、便宜的に鉄心と称する）における変形量が多くなっていた。そのため、端面の波打ち変形によって鉄心の直角度が狂ったり、鉄心と回転子との間のギャップが不均衡に成り易かったり、熱による影響を受ける部位が大きく鉄損が悪化したり、点付溶接したとしても母材の溶融が大きく熱変形による引けで鉄心片２間に隙間がでるといった欠点があった。

さらには、溶接によって鉄心が高温となるため周囲温度まで低下させるのに冷却時間が必要であったり、電極の先端が消耗するため電極の交換が必要であったりする等、熱変形を見込んで刃物寸法を予め調整する必要がある等、作業性の悪化に繋がる要因も含んでいた。

これに対して、本実施形態で採用するＭＩＧ溶接あるいはＭＡＧ溶接の場合、電極部材となる磁性部材が溶融することから、鉄心片２の溶融量はＴＩＧ溶接に比べて少なくなる。このため、鉄心片２への入熱量がＴＩＧ溶接に比べて少なくなり、熱変形による鉄心の変形もＴＩＧ溶接より少なくなる。

そのため、端面の波打ち変形による鉄心の直角度の狂いや、鉄心と回転子との間のギャップが不均衡になる可能性や、熱による影響による鉄損の悪化等は、ＴＩＧ溶接よりも少なくなる。また、溶接によって鉄心が高温とならないため周囲温度まで低下させるのに要する冷却時間が短くなるとともに、電極が外部から供給されるため電極の交換が不要となり、熱変形を見込んだ刃物寸法の調整が不要となる等、作業性の悪化に繋がる要因を排除することができる。

さらには、溶接ビード６が鉄心片２の性質や材質に因らないため、例えば０．２ｍｍ以下の薄板材の鉄心片２にも対応することができる。鉄心片２を薄板化すると、同じ積層高さであれば積層する枚数が増加するため、鋼材に対する絶縁材料の割合が相対的に高くなる。そのため、ＴＩＧ溶接のように母材つまりは鉄心片２を溶融させる場合には、溶接ビード６中に絶縁材料つまりは溶接部としてみた場合の不純物が相対的に多く含まれるようになり、強度の低下等を招くおそれがある。

これに対して、ＭＡＧ溶接あるいはＭＩＧ溶接の場合には、溶接ビード６は主として外部から供給される磁性部材１２によって形成されているため、鉄心片２の薄板状化による絶縁材料の増加による影響を受けにくいことから、溶接ビード６の強度の低下等を招くおそれが少なくなり、設計通りの強度を得ることができるようになる。

このような理由により、本実施形態では、鉄心片２を溶接するためにＭＡＧ溶接あるいはＭＩＧ溶接を採用している。
さて、ＭＡＧ溶接あるいはＭＩＧ溶接の溶接速度は、一般的なＴＩＧ溶接では約２０ｃｍ／分であるのに対し、約１５０ｃｍ／分となり、ＴＩＧ溶接に比べて８〜９倍程度早くなっている。これは、例えば本実施形態のように６箇所の溶接溝５が設けられている場合において、一般的なＴＩＧ溶接と同様に溶接トーチ１０を６つ同時に用いれば作業時間を単純計算で８〜９倍程度短縮できることを意味するとともに、溶接トーチ１０を１つ用いる場合であっても合計の作業時間をＴＩＧ溶接に比べて短縮できることを意味している。

つまり、ＭＡＧ溶接あるいはＭＩＧ溶接の採用は、上記した鉄損の増加を防ぐことのみならず、作業効率の改善にも大きく寄与する。
本実施形態では、溶接加圧しながら、図６に示すように２つの溶接トーチ１０を用いて２箇所を同時に溶接し（Ｓ７）、全ての箇所を溶接していない場合には（Ｓ８：ＮＯ）、鉄心をインデックスつまりは周方向に回転させた後（Ｓ９）、ステップＳ７に移行して未溶接の箇所を溶接することを繰り返す。なお、溶接トーチ１０は、本実施形態では図示しないロボットによって制御されている。

本実施形態の場合、２箇所同時溶接を３回繰り返すことにより、全ての箇所の溶接、つまりは、６箇所の溶接溝５への溶接ビード６の形成を行うことができる。この場合、従来のように６箇所同時にＴＩＧ溶接する場合と比べて、溶接時間を短縮することができる。
全ての箇所を溶接すると（Ｓ８：ＹＥＳ）、溶接加圧を解除して（Ｓ１０）、次工程に移行する。
このような製造工程を経て、固定子鉄心１が形成される。

以上説明した実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
実施形態の固定子鉄心１の製造方法では、積層された鉄心片２の外周面において積層方向に延びる溶接溝５に、鉄心片以外の磁性部材１２を含む溶接ビード６を形成する。これにより、電極部材となる磁性部材１２が溶融することから、鉄心片２の溶融量は相対的に少なくなる。つまり、鉄心片２への入熱量が相対的に少なくなり、熱変形による鉄心の変形も相対的に少なくなる。

その結果、固定子鉄心１の端面の波打ち変形による直角度の狂いや、回転子との間のギャップが不均衡になる可能性や、熱による影響による鉄損の悪化等を少なくすることができる。したがって、鉄損の増加を抑制することができる。

このとき、溶接によって鉄心が高温とならないため周囲温度まで低下させるのに要する冷却時間が短くなるとともに、電極が外部から供給されるため電極の交換が不要となり、熱変形を見込んだ刃物寸法の調整が不要となる等、作業性の悪化に繋がる要因を排除することができる。

また、溶接ビード６が鉄心片２の性質や材質に因らないため、例えば０．２ｍｍ以下の薄板材の鉄心片２にも対応することができる。すなわち、鉄心片２を薄板化すると鋼材に対する絶縁材料の割合が相対的に高くなり、例えばＴＩＧ溶接のように鉄心片２を溶融させる場合には溶接ビード６中に不純物としての絶縁材料が含まれることになるのに対して、鉄心片２位牌の磁性部材１２を含ませることによって、鉄心片２の薄板状化による絶縁材料の増加の影響を受けにくくすることができる。これにより、溶接ビード６の強度の低下等を招くおそれが少なくなり、設計通りの強度を得ることができるようになる。

また、磁性部材１２を外部からワイヤ状に供給しつつ、溶接ビード６を炭酸ガス単体または炭酸ガスと不活性ガスの混合物で構成されるシールドガスＧで磁性部材１２を覆いつつ当該磁性部材１２を溶融させることで形成する。つまり、一般的に言うＭＡＧ溶接あるいはＭＩＧ溶接を用いて、鉄心片２の溶接つまりは溶接ビードの形成を行う。これにより、溶接ビード６中への不純物の混入等を防止することができるとともに、溶接ビード６を主として磁性部材１２により形成することができるため、鉄心片２への入熱量を削減することができる。

溶接ビード６を、積層した鉄心片２をその積層方向に加圧しながら形成する。これにより、所定の積層高さの固定子鉄心１を形成することができる。
溶接溝５を外周面の複数箇所に設け、２箇所以上の溶接溝５に溶接ビード６を同時に形成した後、積層した鉄心片２を周方向に回転（インデックス）させ、溶接ビード６が形成されていない溶接溝５に溶接ビード６を形成する。これにより、１箇所ずつ溶接する場合に比べて溶接時間を大きく短縮することができ、作業効率を改善することができる。

また、実施形態の固定子鉄心１は、薄板上の鉄心片２を積層して環状に形成されており、外周面に形成されて鉄心片２の積層方向に延びる溶接溝５と、鉄心片２以外の磁性部材１２を含み、溶接溝５に形成されて固定子鉄心１を固定する溶接ビード６と、を備える。このような固定子鉄心１によれば、上記した製造方法と同様に、鉄心片２への入熱量が相対的に少なくなり、熱変形による鉄心の変形も相対的に少なくなることから、端面の波打ち変形による直角度の狂いや、回転子との間のギャップが不均衡になる可能性や、熱による影響による鉄損の悪化等を少なくすることができる等、鉄損の増加を抑制することができる。

（その他の実施形態）
本発明は、上記した実施形態にのみ限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で各実施形態に示した構成や構造を任意に変形あるいは組み合わせることができる。

実施形態では２箇所を同時に溶接する例を示したが、１つの溶接トーチ１０を用いて１箇所ずつ溶接してもよい。また、３個あるいは６個の溶接トーチ１０を設けてもよい。
実施形態ではブロック単位で積層する例を示したが、結束に因らないバラ板の積層品に対しても適用することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

図面中、１は固定子鉄心、２は鉄心片、３、３Ａ〜３Ｃは鉄心ブロック、５は溶接溝、６は溶接ビード、１２は磁性部材、Ｇはシールドガスを示す。

Claims (5)

1. 薄板上の鉄心片を積層して環状に形成される固定子鉄心の製造方法であって、
   積層した前記鉄心片の外周面に設けられて積層方向に延びる溶接溝に、前記鉄心片以外の磁性部材を含む溶接ビードを形成することを特徴とする固定子鉄心の製造方法。
2. 前記磁性部材を外部から供給しつつ、
   前記溶接ビードを、炭酸ガス単体または炭酸ガスと不活性ガスの混合物で構成されるシールドガスで前記磁性部材を覆いつつ当該磁性部材を溶融させることにより形成することを特徴とする請求項１記載の固定子鉄心の製造方法。
3. 前記溶接ビードを、積層した前記鉄心片をその積層方向に加圧しながら形成することを特徴とする請求項１または２記載の固定子鉄心の製造方法。
4. 前記溶接溝を、外周面の複数箇所に設け、
   ２箇所以上の前記溶接溝に前記溶接ビードを同時に形成した後、積層した前記鉄心片を周方向に回転させ、前記溶接ビードが形成されていない前記溶接溝に前記溶接ビードを形成することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の固定子鉄心の製造方法。
5. 薄板上の鉄心片を積層して環状に形成された固定子鉄心であって、
   外周面に形成され、前記鉄心片の積層方向に延びる溶接溝と、
   前記鉄心片以外の磁性部材を含み、前記溶接溝に形成されて当該固定子鉄心を固定する溶接ビードと、
   を備えることを特徴とする固定子鉄心。

Images