JP4032280B2 - Ａｃモータの固定子の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、産業用に使用されるＡＣモータに関し、特にその固定子の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、産業用に使用されるＡＣモータは、固定子には固定子鉄心と電機子巻線を備え、回転子には永久磁石を備えている。この構成を図４を用いて具体的に説明する。
図４に示すように、固定子１を構成する固定子鉄心１１は、電磁鋼板などの薄板材を多数枚積層して形成し、固定子鉄心１１のリング状の外周部１１ａの内側は放射状のティース部１１ｂとなっており、前記ティース１１ｂにそれぞれ絶縁被覆電線からなる電機子巻線１２が巻装されている。固定子１の内部には、回転軸１３の表面に永久磁石１４が固定された回転子１５が配置されている。前記電機子巻線１２に三相交流電流を流すことにより回転磁界が発生し、前記回転子１５を回転させている。
固定子鉄心１１の材料としては、無方向性電磁鋼板を使用している。これは、次の理由による。固定子鉄心１１に流れる磁束を考えると、ティース部１１ｂの磁束はモータの径方向であり、外周部１１ａの磁束はモータの周方向である。このように、ティース部１１ｂと外周部１１ａでは、磁束の方向がほとんど９０度異なる。したがって、固定子鉄心１１を一体のものとして製作する場合には、どの方向にも磁化特性が同じである無方向性電磁鋼板が適しているわけである（第１の従来技術）。
ＡＣモータの性能向上のためには、モータで発生する損失を低減させる必要がある。モータの損失は大別すると、銅損と鉄損に分けられる。銅損は、電機子巻線１２に電流が流れることにより、その電流と電機子巻線１２の抵抗とにより発生する損失である。一方、鉄損は、固定子鉄心１１に磁束が流れる際に、固定子鉄心１１を磁化したときに固定子鉄心１１が消費するエネルギーである。
モータの損失を鉄損の面から考えると、鉄損を低減する点については、これまで固定子鉄心１１に使用してきた無方向性電磁鋼板では限界がある。他方、方向性電磁鋼板というものがあり、磁化容易方向は一方向に限定されるものの、鉄損に関しては、無方向性電磁鋼板に比べ格段に小さいという特徴を持っている。この方向性電磁鋼板をＡＣモータの固定子鉄心に適用できれば、モータの鉄損を大幅に低減させることができ、ＡＣモータの性能を大きく向上させることができる。
ところで、例えばティース部１１ｂに着目すると、磁束の方向は径方向に限られ、また、外周部１１ａに着目すれば、磁束の方向は周方向に限られているため、外周部１１ａとティース部１１ｂとを分割した鉄心構造として、これらを組み合わせて固定子鉄心を構成すれば、ＡＣモータの固定子鉄心に方向性電磁鋼板が適用可能になる。
図５は、特許第３１３７５１０号公報で開示されている同期機の固定子構造を示す。図５に示すように、固定子鉄心１１はティース部鉄心３と大小の外周部鉄心４との別体に分割されており、外周部鉄心４に設けられた接合部１６で組み合わせることにより固定子鉄心１１を構成している。ティース部鉄心３と外周部鉄心４は方向性電磁鋼板により形成されており、それぞれの磁化容易方向を、ティース部鉄心３については径方向、外周部鉄心４については周方向となるように構成されている（第２の従来技術）。
図６は、特開２０００−２３２７４０号公報で開示されている電動機の固定子構造を示す。図６に示すように、固定子鉄心１１は、複数個の固定子片２に分割されるとともに、さらに前記固定子片２は、ティース部鉄心３と外周部鉄心４とに分割され、薄肉連結部５で結合している。また、ティース部鉄心３と外周部鉄心４は方向性電磁鋼板により構成されており、その磁化容易方向を、ティース部鉄心３では径方向に、外周部鉄心４では周方向となるように構成されている。この固定子構造では、ティース部鉄心３と外周部鉄心４とを一体で打ち抜いて構成されるため、組立性が外周、内外径の寸法精度が良好な固定子を実現できる（第３の従来技術）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の技術においては、次のような問題があった。
（１）第１の従来技術においては、固定子鉄心に無方向性電磁鋼板を用いているため、鉄損の低減に限界があり、モータ性能の大きな向上が望めない。
（２）第２の従来技術においては、固定子鉄心に方向性電磁鋼板を用いたため鉄損の低減の点では有効であるが、ティース部鉄心と外周部鉄心を別体で製作した後、ティース部鉄心と外周部鉄心を接合部で組み合わせることにより構成しているため、組立性が悪く、固定子の内外径の真円度の確保が困難である。
（３）第３の従来技術においては、ティース部鉄心と外周部鉄心を薄肉連結部で結合し、ティース部鉄心と外周部鉄心とを一体で打ち抜いて固定子を構成するため、組立性が外周、内外径の寸法精度が良好な固定子を実現できるという点では有効であるが、外周部鉄心を第１外周部鉄心と第２外周部鉄心とに分割しているため、周方向での外周部鉄心の分割数が多くなり、鉄心の接合部での損失が大きくなる。また、この固定子構造では、巻線の作業に関して、空芯コイルを別に作成しておき、これを外部から挿入するという方法がとれないため、巻線の作業性が悪い。
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、分割方式の固定子鉄心の接合部における損失を最小にするとともに、ティース部への巻線の装着を容易に行うことができるＡＣモータの固定子の製造方法を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、請求項１に記載の本発明は、方向性電磁鋼板を用いた分割鉄心で構成したＡＣモータの固定子の製造方法において、ティース部鉄心と、前記ティース部鉄心と薄肉連結部で結合されている外周部鉄心を一直線状に並べて、その長手方向を方向性電磁鋼板の磁化容易方向に合わせて打ち抜く工程と、前記ティース部鉄心と外周部鉄心を所定枚数積層する工程と、前記一直線状に積層されたティース部鉄心と外周部鉄心の一端から絶縁物に巻装された空芯コイルを挿入する工程と、前記外周部鉄心を、前記薄肉連結部を支点に折り曲げて前記ティース部鉄心に接合させる工程と、前記接合工程後の、前記ティース部鉄心と外周部鉄心を、複数個組み合わせて円筒状の固定子を形成する工程とを、備えるようにしたものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施例におけるＡＣモータの固定子片を示す正断面図で、（ａ）は方向性電磁鋼板から打ち抜いた状態を示し、（ｂ）は空芯コイルを外周部鉄心側から装着している状態を示し、（ｃ）は空芯コイルをティース部鉄心に装着した状態を示し、（ｄ）は外周部鉄心を折り曲げてできあがった固定子片を示している。図２は、所定個数の固定子片を周方向に連結するように組み合わせて構成した固定子を示す正断面図である。図３は、方向性電磁鋼板から薄肉連結部で結合されたティース部鉄心と外周部鉄心を打ち抜く際の材料取りの方法を示す平面図である。
図において、１は固定子、２は固定子片、３はティース部鉄心、４は外周部鉄心、５は薄肉連結部、６は空芯コイル、７はボビン、８は絶縁被覆電線である。
図１（ａ）に示すように、ティース部鉄心３と外周部鉄心４は、一直線状に並べた状態にて、その長手方向を方向性電磁鋼板の磁化容易方向に合わせて打ち抜く。図中の矢印９は、方向性電磁鋼板の磁化容易方向を示している。このように打ち抜いたティース部鉄心３と外周部鉄心４を必要な枚数だけ積層し、カシメや溶接等により、バラバラにならないように固定する。
また、ボビン７は絶縁物で形成されており、ボビン７に絶縁被覆電線８を巻いて、空芯コイル６が構成される。このようにして形成された空芯コイル６を、図１（ｂ）に示すように前記ティース部鉄心３と外周部鉄心４を積層したものの一端から挿入して、最終的に空芯コイル６をティース部鉄心３に装着する。
前記ティース部鉄心３に、空芯コイル６を装着した後、図１（ｃ）に示すように、外周部鉄心４を薄肉連結部５を支点にして約９０度折り曲げる。ティース部鉄心３と外周部鉄心４とは薄肉連結部５で連結されているため、容易に折り曲げることができる。外周部鉄心４を折り曲げ、図１（ｄ）に示すように、最終的にティース部鉄心３に突き当たるまで折り曲げる。
このようにして、固定子１の一部分となる固定子片２が構成される。このようにして得られた固定子片２を、リング状に所定個数組み合わせることにより、図２に示すように、円筒状の固定子１が構成される。
ここで、最終的に構成された固定子１について、方向性電磁鋼板１０の磁化容易方向を注目すると、ティース部鉄心３ではモータの径方向、外周部鉄心４ではモータの周方向になっており、固定子１内での磁束の流れと一致している。
このように本発明によれば、固定子鉄心１１に流れる磁束の流れと、方向性電磁鋼板１０の磁化容易方向とを一致するように固定子１を構成することにより、磁気特性を改善することができ、鉄損を低減した高効率のＡＣモータを実現することができる。
さらに、ティース部鉄心３と外周部鉄心４とを一体で打ち抜いて構成しているため、組立性が良く、内外径の寸法精度が良好なＡＣモータの固定子を実現することができる。さらに、外周部鉄心４を折り曲げる前段階においては、ティース部鉄心３と外周部鉄心４とが一直線状に並んでいるため、その一端から別途作成しておいた空芯コイル６を容易に装着することができる。ボビン７に絶縁被覆電線８を巻いて空芯コイル６を製作することは、極めて容易である。したがって、絶縁被覆電線８を巻くコストを低く抑えることができ、安価なＡＣモータの固定子１を提供することができる。
ロール状に巻かれた方向性電磁鋼板１０からのティース部鉄心３と外周部鉄心４の材料取りは、図３に示すように、ティース部鉄心３と外周部鉄心４を薄肉連結部５で結合した一直線状の形態で打ち抜くようにしている。したがって、極めて高密度に並べることができ、方向性電磁鋼板の無駄となる部分を極めて少なくすることができる。そのため、非常に安価なＡＣモータの固定子を提供することができる。
なお、本発明のＡＣモータの固定子は、いわゆる同期型のＡＣモータに限定するものではなく、誘導型、リラクタンス型も含めて、回転磁界を利用するＡＣモータすべてに適用することができる。
【０００６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の請求項１に記載のＡＣモータの固定子の製造方法によれば、ティース部鉄心と外周部鉄心を一直線状に並べて、その長手方向を方向性電磁鋼板の磁化容易方向に合わせて打ち抜いているため、型抜き作業の回数を減らすことができる。また、ティース部鉄心と外周部鉄心が一直線状になった状態で積層作業ができるために、積層の精度を出すことが容易である。また、積層した後の状態が、一直線状になっているために、別途作成しておいた絶縁物に巻装した空芯コイルを、一直線状に積層されたティース部鉄心と外周部鉄心の一端から容易に挿入することが可能になる。そのため、巻線作業を極めて容易にすることができるとともに、巻線に関わるコストを極めて低く抑えることができる。したがって、極めて安価なＡＣモータの固定子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例におけるＡＣモータの固定子片を示す正断面図で、（ａ）は方向性電磁鋼板から打ち抜いた状態を示し、（ｂ）は空芯コイルを外周部鉄心側から装着している状態を示し、（ｃ）は空芯コイルをティース部鉄心に装着した状態を示し、（ｄ）は外周部鉄心を折り曲げてできあがった固定子片を示している。
【図２】 所定個数の固定子片を周方向に連結するように組み合わせて構成した固定子を示す正断面図である。
【図３】 方向性電磁鋼板から薄肉連結部で結合されたティース部鉄心と外周部鉄心を打ち抜く際の材料取りの方法を示す平面図である。
【図４】 第１の従来技術におけるＡＣモータを示す正断面図である。
【図５】 第２の従来技術における固定子構造を示す平面図で、（ａ）は大小の外周部鉄心とこれらと結合するティース部鉄心の形状を示し、（ｂ）は複数個の外周部鉄心とこれらと結合するティース部を組み合わせて構成した固定子鉄心を示している。
【図６】 第３の従来技術における固定子を示す正断面図で、（ａ）は方向性電磁鋼板から打ち抜いた状態を示し、（ｂ）は外周部鉄心を折り曲げた状態を示し、（ｃ）は電機子巻線をティース部鉄心に巻装してできあがった固定子片を示し、（ｄ）は所定個数の固定子片を周方向に連結するように組み合わせて構成した固定子を示している。
【符号の説明】
１ 固定子、
２ 固定子片、
３ ティース部鉄心、
４ 外周部鉄心、
５ 薄肉連結部、
６ 空芯コイル、
７ ボビン、
８ 絶縁被覆電線、
９ 磁化容易方向、
１０ 方向性電磁鋼板、
１１ 固定子鉄心、
１２ 電機子巻線、
１３ 回転軸、
１４ 永久磁石、
１５ 回転子、
１６ 接合部

Claims (1)

1. 方向性電磁鋼板を用いた分割鉄心で構成したＡＣモータの固定子の製造方法において、
   ティース部鉄心と、前記ティース部鉄心と薄肉連結部で結合されている外周部鉄心を一直線状に並べて、その長手方向を方向性電磁鋼板の磁化容易方向に合わせて打ち抜く工程と、
   前記ティース部鉄心と外周部鉄心を所定枚数積層する工程と、
   前記一直線状に積層されたティース部鉄心と外周部鉄心の一端から絶縁物に巻装された空芯コイルを挿入する工程と、
   前記外周部鉄心を、前記薄肉連結部を支点に折り曲げて前記ティース部鉄心に接合させる工程と、
   前記接合工程後の、前記ティース部鉄心と外周部鉄心を、複数個組み合わせて円筒状の固定子を形成する工程とを、備えたことを特徴とするＡＣモータの固定子の製造方法。

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