JP2018164342A - 電機子鉄心及び電機子鉄心の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エンドピースを鉄心本体の端面において一体成形して電機子鉄心を製造する際に、樹脂材料の漏れが生じ難い電機子鉄心と、電機子鉄心の製造方法を提供する。
【解決手段】鉄心片２を積層して構成されるとともに、円環状のヨーク４と、ヨーク４の内径側にあって円周方向に配列されてヨーク４から突出する複数個のティース５を備える鉄心本体３と、鉄心本体３の端面に一体成形されて、ティース５の端面を覆う樹脂製のエンドピース７を備える電機子鉄心１において、電機子鉄心１の平面形におけるエンドピース７の輪郭は、鉄心本体３の輪郭の内側にオフセットされた位置にあることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、電機子鉄心と、電機子鉄心の製造方法に関する。

電機子鉄心は、電動機あるいは発電機の電機子を構成する部品であって、プレス型を使って電磁鋼板から打ち抜かれて製造される鉄心片を積層して構成される。一般的な電機子鉄心は、円環状のヨークと、ヨークの内径側にあって円周方向に配列されてヨークから突出する複数個のティースを備え、隣接するティースの間にスロットが形成されている。電機子鉄心が備えるティースにはコイルが巻き回されて、電機子が構成される。

このような電機子鉄心の両端面に樹脂製のエンドピースを取り付けて、ティースの端面をエンドピースで覆うことが知られている（特許文献１）。エンドピースは、特許文献１においては、樹脂被覆材と呼ばれている。エンドピースに相当する部材は、カフサポート（cuff support）あるいはカフサとも呼ばれる。ティースの端面にエンドピースを備えない場合、コイルを構成する導線がティースの断面の角部を支点にして折り曲げられて、その結果、導線の絶縁被膜が損傷して、コイルのティースに対する電気的な絶縁性が損なわれることがある。エンドピースを備えない場合に、導線の絶縁被膜が損傷しないように、導線をティースに巻き回そうとすれば、巻線作業の能率が低下する。また、ティースの角部を避けて導線を巻き回してコイルを形成しようとすると、コイルエンド、つまりコイルの電機子鉄心の端部から突出する部分が高くなる。コイルエンドが高くなると、電機子の寸法が大きくなり、電動機の寸法が大きくなるので好ましくない。

エンドピースは、このような問題を解消するために電機子鉄心の両端面に取り付けられる。電機子鉄心にエンドピースを備えれば、巻作業の作業性を改善することができる。また、コイルエンドの高さを抑制することができる。なお、以下においては、エンドピースを含む電機子鉄心の全体を「電機子鉄心」と呼び、電機子鉄心からエンドピースを除いた残りの部分、つまり鉄心片の積層体を「鉄心本体」と呼ぶことにする。

エンドピースは、鉄心本体とは別個に製造されて、鉄心本体に取り付けられることが多い。しかしながら、別個に製造されたエンドピースを鉄心本体に対して正確に位置決めして、電機子鉄心を組み立てることは難しいという問題がある。そこで、鉄心本体の端面に成形型を置いて、該成形型に樹脂材料を注入して、エンドピースを形成することが行われている。つまり、エンドピースを鉄心本体に一体成形することが行われている（特許文献１、第００２０段落）。

特開平８−７０５４４号公報

前述したように、電機子鉄心を構成する鉄心片は、プレス型を使って電磁鋼板を打ち抜いて製造される。鉄心片がプレス型によって打ち抜かれる時、鉄心片の切断面の一部はプレス型によって押し下げられて、「抜きダレ」あるいは「ダレ」と呼ばれる部分が形成される。つまり、鉄心片の端部は傾斜していて、他の部分に比べて低くなっている。そのため、鉄心本体の端面に成形型を置いて、ティース部の幅一杯にエンドピースを形成しようとすれば、つまり、特許文献１の図１，３に示されているようなエンドピース（樹脂被覆材１０）を成形しようとすると、ティース部の端部において、成形型と鉄心本体の間に隙間が生じる。その結果、成形型に注入された樹脂材料が、該隙間から流れ落ちて、スロットの内部で固化することがある。スロットの内部で固化した樹脂はコイルを巻装する際の障害になるので、除去する必要がある。

このように、エンドピースを、鉄心本体の端面において一体成形しようとすると、樹脂材料の一部が成形型と鉄心本体の間の隙間から流れ落ちて、スロットの内部で固化するという問題がある。また、スロットの内部で固化した樹脂を除去するためのコストが増加するという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、樹脂製のエンドピースを鉄心本体の端面において一体成形して電機子の電機子鉄心を製造する際に、樹脂材料の漏れが生じ難い電機子鉄心と、電機子鉄心の製造方法を提供するものである。

上記課題を解決するために、本発明に係る電機子鉄心は、鉄心片を積層して構成されるとともに、円環状のヨークと、ヨークの内径側にあって円周方向に配列されてヨークから突出する複数個のティースを備える鉄心本体と、鉄心本体の端面に一体成形されて、ティースの端面を覆う樹脂製のエンドピースを備える電機子鉄心において、電機子鉄心の平面形におけるエンドピースの輪郭は、鉄心本体の輪郭の内側にオフセットされた位置にあることを特徴とするものである。

鉄心本体の輪郭に対するエンドピースの輪郭のオフセット量は、鉄心片の周縁部の抜きダレが生じている範囲よりも大きくされているものであっても良い。

鉄心本体の端部に積層された単数又は複数個の鉄心片に、鉄心片を貫通する係着孔を備え、エンドピースを形成する樹脂材料の一部が係着孔内に充填されているようにしても良い。

係着孔は、鉄心本体の端部に積層された複数個の鉄心片の、電機子鉄心の平面形において、互いに重なる位置に形成されていて、鉄心本体の最外端部から離れた層に積層された鉄心片に形成された係着孔の断面形は、鉄心本体の最外端部に積層された鉄心片に形成された係着孔の断面形よりも大きくされていても良い。

鉄心本体の端部に積層された単数又は複数個の鉄心片は、ティースの幅が他の鉄心片のティースの幅よりも小さくされていて、ティースの幅が小さくされた鉄心片のティースは、エンドピースを構成する樹脂材料の中に鋳込まれているようにしても良い。

エンドピースは、ティースの端面を個別に覆う複数個のティース被覆部と、複数個のティース被覆部を互いに連結する連結部を備えていて、鉄心本体の端面に、複数個のエンドピースが一体成形されているようにしても良い。

鉄心本体の端面に、鉄心本体が備えるティースと同数のエンドピースが一体成形されていて、全てのエンドピースは、互いに形態的に独立しているようにしても良い。

本発明に係る電機子鉄心の製造方法は、鉄心片を積層して構成されるとともに、円環状のヨークと、ヨークの内径側にあって円周方向に配列されてヨークから突出する複数個のティースを備える鉄心本体と、鉄心本体の端面に一体成形されて、ティースの端面を覆う樹脂製のエンドピースを備える電機子鉄心であって、電機子鉄心の平面形におけるエンドピースの輪郭が、鉄心本体の輪郭の内側にオフセットされた位置にある電機子鉄心を製造する方法であって、鉄心本体の端面に成形型を載置して、成形型に樹脂材料を注入してエンドピースを形成することを特徴とするものである。

本発明によれば、電機子鉄心の平面形におけるエンドピースの輪郭が、鉄心本体の輪郭の内側にオフセットされた位置にあるので、鉄心本体の端面に成形型を載置した場合に、成形型と鉄心本体の間に隙間が生じ難い。そのため、成形型と鉄心本体の間に隙間からの樹脂材料の漏洩が抑制され、スロット内で樹脂材料が固化することが少なくなり、電機子鉄心製造の能率が向上する。

本発明の実施形態に係る電機子鉄心の外形を示す斜視図である。 図１に記載の電機子鉄心の平面図である。 図１に記載の電機子鉄心の一部を拡大して示す部分拡大平面図である。 図１に記載の電機子鉄心の一部を拡大して示す部分拡大斜視図である。 （Ａ）は図３においてＡ−Ａ’線で示す平面で電機子鉄心を切断してなる断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）において符号ａで示す部分を拡大して示す部分拡大断面図である。 図１に記載の電機子鉄心が備える鉄心片の平面図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、図５（Ａ）に対応する断面図であって、本発明の実施形態に係る電機子鉄心の製造方法を時系列に沿って示す図である。 本発明の変形例を示す図であって、図５（Ａ）に対応する断面図である。 本発明の変形例に係る電機子鉄心の外形を示す斜視図である。

（実施形態）
以下、適宜、図面を参照して、本発明の具体的な実施形態を説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る電機子鉄心１の外形を示す斜視図であり、図２は、電機子鉄心１の平面図である。図１に示すように、電機子鉄心１は、複数枚の鉄心片２を積層して構成される鉄心本体３を備えている。図２に示すように、鉄心本体３は、略円環状をなすヨーク４と、円周方向に配列されてヨーク４の内径側に突出するティース５を備えている。鉄心本体３は、合計４８本のティース５を備えていて、互いに隣接する２本のティース５の間の隙間はスロット６と呼ばれる。したがって、鉄心本体３には、合計４８箇所のスロット６が形成されている。なお、鉄心本体３の構成する複数枚の鉄心片２は、カシメ加工、溶接、接着及びその他の公知の結合手段によって互いに結合される。

図１及び図２に示すように、電機子鉄心１はエンドピース７を備えている。図１及び図２における鉄心本体３の最上端に積層された鉄心片２の上面に、８個のエンドピース７が配置されている。エンドピース７はティース５の最外端面を覆う樹脂製の部品であって、鉄心本体３の最上端に積層された鉄心片２の表面に、一体成形されている。エンドピース７を一体成形する具体的な方法については後述する。なお、図１及び図２においては、鉄心本体３の最上端に配置されたエンドピース７を図示しているが、エンドピース７は、鉄心本体３の両端面に配置される。つまり、鉄心本体３の最下端面にも、８個のエンドピース７が配置されている。

図３は、図１及び図２に示した電機子鉄心１の一部を拡大して示す部分拡大平面図であり、図４は、図３と同じ部位を示す斜視図である。図３及び図４に示すように、エンドピース７はティース５の端面を覆う６個のティース被覆部７ａと、ヨーク４の端面に置かれて６個のティース被覆部７ａを互いに連結する連結部７ｂを備えている。このように、エンドピース７は６個のティース被覆部７ａを備えているので、６個のティース５を覆うことができる。そのため、鉄心本体３の最外端面に８個のエンドピース７を配置すれば、鉄心本体３が備える４８個のティース５を覆うことができる。また、電機子鉄心１の平面形におけるエンドピース７の輪郭、つまり図３において現われるエンドピース７の輪郭Ｌ_７は、鉄心本体３の輪郭Ｌ_３の内側にオフセットされた位置にある。オフセットの大きさと、輪郭をオフセットすることによって生じる効果については、後述する。

また、電機子鉄心１は、８個のエンドピース７で４８個のティース５を覆っているので、１個のエンドピース７で４８個のティース５を覆う場合に比べて、つまり、４８個のティース被覆部７ａを連結部７ｂで連結にして１個のエンドピース７を構成する場合に比べて、エンドピース７の成形過程で生じる容積変化の影響を受けにくい。成形過程で容積が変化することによってエンドピース７が変形する場合に、エンドピース７の変形に引っ張られて、鉄心本体３が変形することを抑制できる。また、エンドピース７の変形が鉄心本体３によって拘束されて、エンドピース７の内部に大きな応力が生じることが抑制される。内部応力が生じた結果、エンドピース７が破損したり、鉄心本体３から剥離したりすることを抑制できる。

図４に示すように、エンドピース７は、ティース被覆部７ａの先端にある先端部７ｃと、連結部７ｂにある基部７ｄにおいて高く隆起している。先端部７ｃと基部７ｄの間にある中間部７ｅは低くされている。電機子鉄心１に図示しないコイルを巻き回す時、コイルは中間部７ｅに巻き回される。中間部７ｅに巻き回されたコイルは先端部７ｃと基部７ｄの間に挟まれる。そのため、先端部７ｃと基部７ｄはコイルの移動を規制して、コイルを安定して保持する一種の「鍔」として機能する。

図５（Ａ）は、電機子鉄心１を図３においてＡ−Ａ’線で示す平面で切断してなる断面図である。つまり、図５（Ａ）は、電機子鉄心１のティース５の断面図である。図５（Ａ）に示すように、エンドピース７の中間部７ｅは断面形において略半円形をなしていて、エンドピース７を含むティース５の断面には角部が存在しない。そのため、ティース５と中間部７ｅの周囲にコイル８が巻き回される時、コイル８を構成する導線は角部を支点にして屈曲することがないので、導線の絶縁被覆の損傷が抑制される。万一、仮に、絶縁被覆が損傷することがあっても、コイル８を構成する導線と鉄心本体３を構成する鉄心片２との間には、エンドピース７が介在されるので、両者の間の電気的絶縁性が損なわれることはない。

図５（Ａ）に示すように、鉄心本体３を構成する鉄心片２の内、最外層に積層される３枚の鉄心片２ａと、鉄心片２ａの下層に積層される３枚の鉄心片２ｂには、係着孔９ａ，９ｂが形成されている。なお、図６に示すように、係着孔９ａ，９ｂは鉄心片２ａ，２ｂの各ティース５に３個ずつ形成された丸穴であって、鉄心片２ａ，２ｂを貫通している。係着孔９ａ，９ｂは、鉄心本体３の平面形において、同じ位置に形成されているので、鉄心片２ａと鉄心片２ｂを積層すると、係着孔９ａと係着孔９ｂは上下に並んで、互いに連通する。また、係着孔９ｂの径は係着孔９ａの径より大きくされている。つまり、係着孔９ｂの断面形は係着孔９ａの断面形より大きくされている。そして、係着孔９ａ，９ｂにはエンドピース７を構成する樹脂材料の一部が充填される。このように、エンドピース７を構成する樹脂材料の一部は係着孔９内に充填されて、固化されて、エンドピース７の他の部分と一体に成形されているので、エンドピース７は鉄心本体３に強固に固着される。

図５（Ｂ）は、電機子鉄心１の断面形の内、図５（Ａ）において、符号ａで示す部分を拡大して示す部分拡大図である。前述したように、平面形におけるエンドピース７の輪郭は、電機子鉄心１の輪郭の内側にオフセットしている。図５（Ｂ）に示すように、エンドピース７のオフセット量Ｆは、鉄心片２の端部において抜きダレが形成される範囲ｄよりも大きくされている。つまり、オフセット量Ｆは、抜きダレが形成される範囲ｄに若干のマージンを加えた大きさにされている。同様に、電機子鉄心１の平面形のどの部位においても、エンドピース７の輪郭の鉄心片２の輪郭に対するオフセット量Ｆは、鉄心片２の端部において抜きダレが形成される範囲ｄよりも大きくされている。なお、抜きダレが形成される範囲ｄは鉄心片２の試作品を実測して求めることができるが、理論計算によって推定されても良い。つまり、オフセット量Ｆは実測あるいは推測された範囲ｄの大きさに基づいて決定される。

次に、電機子鉄心１を製造する手順を、図７（Ａ）〜（Ｄ）を参照して説明する。電機子鉄心１を製造するに当たっては、まず、図７（Ａ）に示すように、鉄心片２（２ａ，２ｂ）を積層して鉄心本体３を製造する。次に、図７（Ｂ）に示すように、鉄心本体３の上に成形型１０を載置して、図示しない加圧手段を動作させて、成形型１０を鉄心本体３に密着させる。そして、図７（Ｃ）に示すように、成形型１０の内部に樹脂材料１１を注入する。前述したように、平面形におけるエンドピース７の輪郭の鉄心片２ａの輪郭に対するオフセット量は、鉄心片２ａの端部において抜きダレが形成される範囲よりも大きくされているので、成形型１０は、鉄心片２ａの抜きダレが形成されていない部位に当接する。つまり、鉄心片２ａを打ち抜き加工する際に変形が生じていない平坦な部位に当接する。そのため、成形型１０と鉄心片２ａの間に隙間は生じない。そのため、成形型１０と鉄心片２ａの間から樹脂材料１１が流れ出すことがない。樹脂材料１１が固化して、エンドピース７が形成されたら、図７（Ｄ）に示すように、成形型１０を取り外す。その後、仕上げ加工を行って、エンドピース７から図示しないゲートとランナーを除去する。以上によって、電機子鉄心１が完成する。

（変形例）
図８に示すように、鉄心本体３の最外端に積層される３枚の鉄心片２ａのティース５の幅Ｗ’を他の鉄心片２，２ｂのティース５の幅Ｗよりも小さくしても良い。そして、鉄心片２ａのティース５がエンドピース７の中に鋳込まれるようにしても良い。このように構成すれば、エンドピース７が更に強固に鉄心本体３に固定される。

上記実施形態においては、６個のティース被覆部７ａを連結部７ｂで連結してエンドピース７を構成する例を示した。つまり、６個のティース被覆部７ａを束にして、１個のエンドピース７を構成する例を示した。しかしながら、エンドピース７はこのようなものには限定されない。エンドピース７は、更に細かく分割されても良い。１個のエンドピース７が１個のティース被覆部７ａを備えるようにしても良い。つまり、図９に示すように、鉄心本体３の最外端に４８個のエンドピース７を配置して、ティース５のそれぞれが、１個の独立したエンドピース７で覆われるようにしても良い。このように構成すれば、電機子鉄心１は、エンドピース７の成形後に生じる容積変化の影響を更に受け難くなる。エンドピース７の成形後に鉄心本体３に歪みが生じる可能性が更に効果的に抑制される。エンドピース７の成形後にエンドピース７の内部に応力が生じる可能性が更に効果的に抑制される。

以上、説明したように上記実施形態によれば、電機子鉄心１の平面形におけるエンドピース７の輪郭が、鉄心本体３の輪郭の内側にオフセットされた位置にあるようにしているので、エンドピース７を成形する成形型１０と鉄心本体３の間に隙間が生じ難くなる。そのため、エンドピース７を成形する際に樹脂材料１１が成形型１０から漏れ難くなる。その結果、成形型１０から漏れてスロット６内で固化した樹脂材料１１の除去等の手間が削減されるので、電機子鉄心１の製造の能率が向上する。

しかしながら、本発明の技術的範囲は、上記実施形態によっては限定されない。本発明は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲において、自由に、応用、変形、あるいは改良して実施することができる。

上記実施形態において示された、電機子鉄心１、鉄心片２、鉄心本体３及びエンドピース７の形態や構成は本発明の具体的な実施態様の例示であって、本発明の技術的範囲はこれらによっては限定されない。特に、鉄心本体３が備えるティース５の形状や個数、鉄心本体３を構成する鉄心片２の枚数は、図１，２に図示されたものには限定されない。エンドピース７の具体的な形状は、図１〜図４、図９等に図示されたものには限定されない。特に、エンドピース７が備えるティース被覆部７ａの数は任意に選択できる。

上記実施形態においては、係着孔９ａ，９ｂをそれぞれ備える鉄心片２ａ，２ｂをそれぞれ３枚ずつ積層する例を示したが、鉄心片２ａ，２ｂの積層枚数は、任意に選択できる。積層枚数は、１枚、２枚、あるいは４枚以上であっても良いし、０枚であっても良い。鉄心片２ａ，２ｂのいずれか一方のみが積層されていても良い。つまり、鉄心本体３が備える係着孔９は深さ方向、つまり積層方向において、形状や寸法が変化しないストレート穴であっても良い。また、鉄心片２ａ，２ｂの両方が積層されていなくても良い。つまり、鉄心本体３は係着孔９を備えなくても良い。

上記実施形態においては、ティース５の幅を小さくした鉄心片２を３枚積層する例を示したが、ティース５の幅を小さくした鉄心片２の積層枚数は任意に選択できる。また、ティース５の幅を小さくした鉄心片２の積層枚数と、断面積が小さい係着孔９、つまり係着孔９ａを備える鉄心片２の積層枚数は異なっていても良い。

上記実施形態においては、係着孔９ａ，９ｂの平面形を円形とする例、つまり、係着孔９ａ，９ｂを丸穴とする例を示したが、係着孔９ａ，９ｂは丸穴には限定されない。係着孔９ａ，９ｂは角穴であっても良いし、その他の形状を備えていても良い。

エンドピース７を形成する樹脂材料１１の種類は限定されない。樹脂材料１１は熱可塑性樹脂であっても良いし、熱硬化性樹脂であっても良い。

１ 電機子鉄心
２（２ａ，２ｂ） 鉄心片
３ 鉄心本体
４ ヨーク
５ ティース
６ スロット
７ エンドピース
７ａ ティース被覆部
７ｂ 連結部
７ｃ 先端部
７ｄ 基部
７ｅ 中間部
８ コイル
９（９ａ，９ｂ） 係着孔
１０ 成形型
１１ 樹脂材料
ｄ 抜きダレが生じる範囲
Ｆ オフセット量
Ｌ_３ 鉄心本体３の輪郭
Ｌ_７ エンドピース７の輪郭

Claims (8)

1. 鉄心片を積層して構成されるとともに、
   円環状のヨークと、前記ヨークの内径側にあって円周方向に配列されて前記ヨークから突出する複数個のティースを備える鉄心本体と、
   前記鉄心本体の端面に一体成形されて、前記ティースの端面を覆う樹脂製のエンドピースを備える電機子鉄心において、
   前記電機子鉄心の平面形における前記エンドピースの輪郭は、前記鉄心本体の輪郭の内側にオフセットされた位置にあることを特徴とする、
   電機子鉄心。
2. 前記鉄心本体の輪郭に対する前記エンドピースの輪郭のオフセット量は、前記鉄心片の周縁部の抜きダレが生じている範囲よりも大きくされていることを特徴とする、
   請求項１に記載の電機子鉄心。
3. 前記鉄心本体の端部に積層された単数又は複数個の前記鉄心片に、前記鉄心片を貫通する係着孔を備え、
   前記エンドピースを形成する樹脂材料の一部が前記係着孔内に充填されていることを特徴とする、
   請求項１又は請求項２に記載の電機子鉄心。
4. 前記係着孔は、前記鉄心本体の端部に積層された複数個の前記鉄心片の、前記電機子鉄心の平面形において、互いに重なる位置に形成されていて、
   前記鉄心本体の最外端部から離れた層に積層された前記鉄心片に形成された前記係着孔の断面形は、前記鉄心本体の最外端部に積層された前記鉄心片に形成された前記係着孔の断面形よりも大きくされていることを特徴とする、
   請求項３に記載の電機子鉄心。
5. 前記鉄心本体の端部に積層された単数又は複数個の前記鉄心片は、前記ティースの幅が他の前記鉄心片の前記ティースの幅よりも小さくされていて、
   前記ティースの幅が小さくされた前記鉄心片の前記ティースは、前記エンドピースを構成する樹脂材料の中に鋳込まれている、
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の電機子鉄心。
6. 前記エンドピースは、前記ティースの端面を個別に覆う複数個のティース被覆部と、複数個の前記ティース被覆部を互いに連結する連結部を備えていて、
   前記鉄心本体の端面に、複数個の前記エンドピースが一体成形されている、
   請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の電機子鉄心。
7. 前記鉄心本体の端面に、前記鉄心本体が備える前記ティースと同数の前記エンドピースが一体成形されていて、
   全ての前記エンドピースは、互いに形態的に独立している、
   請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の電機子鉄心。
8. 鉄心片を積層して構成されるとともに、
   円環状のヨークと、前記ヨークの内径側にあって円周方向に配列されて前記ヨークから突出する複数個のティースを備える鉄心本体と、
   前記鉄心本体の端面に一体成形されて、前記ティースの端面を覆う樹脂製のエンドピースを備える電機子鉄心であって、
   前記電機子鉄心の平面形における前記エンドピースの輪郭が、前記鉄心本体の輪郭の内側にオフセットされた位置にある電機子鉄心を製造する方法であって、
   前記鉄心本体の端面に成形型を載置して、
   前記成形型に樹脂材料を注入して前記エンドピースを形成することを特徴とする、
   電機子鉄心の製造方法。

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