JP4291205B2 - 積層型鉄心及びその製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、電動機や変成器等の鉄心構造に関し、鉄心シートが積層された複数の分割積層鉄心を環状に連結する積層型鉄心に関するものである。

従来、回転電機の固定子として、極歯単位毎に分割された積層鉄心と、積層鉄心の極歯部に直交する巻線部とを備え、積層鉄心を所定数量組み合わせて円筒形状とした後、積層鉄心の分割面の外周端部を積層方向に溶接することにより、一体構造とする構成が開示されている（例えば、特許文献１）。

また、外周に環状ヨーク部を、環状ヨーク部から内側に突出する複数の磁極部をそれぞれ備え、環状ヨーク部を磁極部単位で分割してかしめ積層された分割積層体を形成し、分割積層体の上下方向に隣り合う第１、第２の分割ヨーク片に左右交互に第１、第２の連結部を設け、噛合接続した隣の分割積層体と第１、第２の分割ヨーク片の第１、第２の連結部を部分的に挿通するピンにより回動可能に連結した積層ヨーク鉄心の製造方法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平６−１０５４８７号公報（課題を解決するための手段、図１、図２） 特開２００３−５２１３８号公報（請求項１、図１〜図６）

しかしながら、特許文献１による鉄心の結合方式では、専用の溶接機等を必要とし、作業工程も増加し、コスト高になるという問題がある。さらに、溶接を分割積層鉄心の連結部毎で行った場合、溶接による歪みが発生しやすく、鉄心の形状精度が悪化するという問題があった。

また、分割積層鉄心を連結した状態で巻線を行う場合において、特許文献２のように、連結部をピン状のもので結合させ、そのピンを支点に回転させる構造があるが、ピンを貫通孔に挿入する場合には、貫通孔の上から下までの距離を挿入しなければならない。この場合、ピンを挿入している途中でピンにかじり（摺動部表面に傷が付くこと）等が発生する可能性があるため、ピンの表面仕上げや外径寸法は高精度に保持しなければならないという問題がある。また、隣接する分割積層鉄心間の位置精度が必要な場合は、ピンと貫通孔とのクリアランスを高精度にすることが必要になり、その結果コスト高になるという問題がある。

この発明は、上記のような課題を解消するためになされたものであり、溶接あるいはピン等の部品によらないで、隣接する分割積層鉄心を簡単に連結することができる積層型鉄心を提供することを目的とする。

この発明に係る積層型鉄心は、鉄心シートを積層してなる分割積層鉄心を環状に連結して構成する積層型鉄心であって、分割積層鉄心は、バックヨーク部とこのバックヨーク部から径方向に延びるティース部とを備え、積層方向に隣接する鉄心シートのそれぞれに重なり合い部分を設け、当該重なり合い部分の一方には溝部が、当該重なり部分のもう一方には上記溝部に挿入される凸部が設けられ、上記溝部が、上記環状に形成された積層型鉄心の外径方向を向いて外形方向側に開口するように形成されていることを特徴とする。

この発明に係る積層型鉄心によれば、溶接あるいはピン等の部品によらないで、隣接する分割積層鉄心を簡単に連結することができる効果がある。

以下、この発明を実施するための最良の形態を図に基づいて詳細に説明する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による分割積層鉄心を説明するための平面図であり、図１（ａ）は隣接する分割積層鉄心を連結する前の状態を、図１（ｂ）は隣接する分割積層鉄心を連結した後の状態を示している。

図１において、分割積層鉄心１０はティース（磁極）単位ごとに分割されたものであり、それぞれ鉄心シートを複数枚積層してカシメ部１１にてカシメ固定されている積層体である。この分割積層鉄心１０は、バックヨーク部１２と、バックヨーク部１２から径方向に延びるティース部１３を備えている。隣接するバックヨーク部１２が相互に当接する一方の面には鉤型部１４が、他方の面には上記鉤型部１４の内周に挿入される突出部１５が設けられている。鉤型部１４の内周は一部Ｒ形状となっており、突出部１５の外周も一部Ｒ形状となっている。

図１（ａ）に示すように、隣接する分割積層鉄心１０同士を、それぞれのティース部１３が略平行になった状態で、それぞれのバックヨーク部１２の鉤型部１４と突出部１５を近づけて挿入する。このとき、鉤型部１４の開口幅は、突出部１５の幅より大きく形成されているので、スムーズに挿入することができる。その後、図１（ｂ）に示すように、隣接するバックヨーク部１２が当接した状態で、ティース部１３の先端同士を近接する方向に回転させることにより、隣接する分割積層鉄心１０を連結する。図１（ｂ）に示す分割積層鉄心１０同士を回転させて連結した状態では、鉤型部１４の先端部１４ａと突出部１５の溝部１５ａが嵌り合い、分割積層鉄心１０の連結はそれぞれ離反する方向において簡単に外れないようになっている。

以上のように、本実施の形態の積層型鉄心は、鉄心シートを積層してなる複数の分割積層鉄心１０を連結して構成するものであって、分割積層鉄心１０は、バックヨーク部１２とこのバックヨーク部１２から径方向に延びるティース部１３とを備え、隣接する分割積層鉄心１０のバックヨーク部１２の一方の当接面には鉤型部１４が、他方の当接面には鉤型部１４の内周に挿入される突出部１５が設けられ、分割積層鉄心１０を環状に配設した状態で、隣接するバックヨーク部１２の鉤型部１４と突出部１５が嵌り合い、離反する方向には外れないようにした。

すなわち、隣接する分割積層鉄心１０の鉤型部１４を突出部１５に挿入し、ティース部１３の先端同士を近接する方向に回転させることにより分割積層鉄心１０同士を連結することができるので、溶接、接着、またはピン等の部品により連結する必要がなくなり、作業性の向上、コストの低減が図れる。

また、隣接する分割積層鉄心を板厚方向より挿入する場合は、精度を確保するためにクリアランスを小さくする必要がある上、長い距離の間を挿入しなければならず、かじりなどが発生する可能性があるが、隣接する分割積層鉄心を隣接面方向より挿入する場合はかじり等の発生を抑えることができる。

実施の形態２．
図２はこの発明の実施の形態２による分割積層鉄心を説明するための平面図であり、図２（ａ）は隣接する分割積層鉄心が連結している状態を示す平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。なお、図２（ｂ）の矢印Ｂは図２（ａ）の紙面表面から視て奥行き方向を指す。

図２において、分割積層鉄心２０はティース（磁極）単位ごとに分割されたものであり、それぞれ鉄心シートを複数枚積層してカシメ部２１にてカシメ固定されている積層体である。この分割積層鉄心２０は、バックヨーク部２２と、バックヨーク部２２から径方向に延びるティース部２３を備えている。

そして、隣接するバックヨーク部２２の当接する側において、積層方向に隣接する鉄心シート２５、２６のそれぞれに重なり合い部分２５ａ、２６ａを設け、当該重なり合い部分の一方２５ａには溝部３０が、当該重なり合い部分のもう一方２６ａには上記溝部３０に挿入される凸部４０が設けられている。なお、本例の凸部４０は、鉄心シート２６を半抜き（パンチ等によるシートの穴あき工程において打ち抜かずに途中の状態で残しておくこと）により形成したものである。

すなわち、図２（ｂ）に示すように、積層方向に隣接する第１層の鉄心シート２５と第２層の鉄心シート２６において、それぞれ積層方向に重なり合い部分２５ａ、２６ａを設け、第１層の鉄心シート２５の重なり合い部分２５ａに溝部３０を、第２層の鉄心シート２６の重なり合い部分２６ａに溝部３０に挿入する凸部４０が設けられている。

図３は実施の形態２による隣接する分割積層鉄心の連結前後の状態を説明するための平面図であり、図３（ａ）は連結する前の状態を、図３（ｂ）は連結した後の状態を示している。

図３において、凸部４０の外周形状は略円形であり、凸部４０が挿入される溝部３０の奥側はＲ形状を形成している。そして、溝部３０内に凸部４０が挿入された状態では、溝部３０のＲ形状と凸部４０の円筒形のそれぞれ中心が同軸になる。これにより、上記同軸を支点として隣接する分割積層鉄心２０を相対的に回転することが可能になる。その結果、図４に示すように、分割積層鉄心２０同士を連結した後に、隣接する分割積層鉄心（コア）が干渉することなく、巻き線作業をすることも可能になる。なお、図４において、５０は分割積層鉄心２０のティース部２３に巻回されるコイル、６０はコイルの巻回を行う巻線機の一部を示している。

また、図３において、溝部３０のＲ部分以外の一部を凸部４０の径より小さくすることにより、溝部３０に凸部４０を挿入した後に、外れにくくできる。

さらに、図３において、溝部３０の方向を、分割積層鉄心１を連結して環状の鉄心を形成した場合の当該鉄心の法線方向を向くように形成することにより、鉄心の周長が大きくなくなることを抑制することができる。これにより、外形リング等に圧入や焼嵌めする際に特別な工程を必要としない。また、溝部３０が鉄心の外径方向を向くことにより、溝部３０の存在による鉄心に発生する磁束線へ与える影響を最小限に抑えることができる。

図５は、本実施の形態２による分割積層鉄心同士を連結する工程を示す平面図である。図５（ａ）〜（ｄ）に示すように、隣接する分割積層鉄心２０において、凸部４０に溝部３０を引っ掛けるように回転させながら挿入することにより、挿入作業性が良くなる。

図６は、本実施の形態２による分割積層鉄心を連結して鉄心を構成するところを示す図であり、図６（ａ）は積層型鉄心を展開した図、図６（ｂ）は環状の積層型鉄心を構成した図である。

図６（ａ）に示すように、本実施の形態２に示す分割積層鉄心１を複数個一列に連結させる。ここで、連結した分割積層鉄心の一方の端部の凸部４０ａは、予め鉄心金型内で一度鉄心シートより半抜きした凸形状を再度鉄心シート内に戻した平面形状とする。これにより、図６（ｂ）に示すように、連結した分割積層鉄心の両端部Ｃ、Ｄを積層方向に重ね合わせて挿入し、環状の鉄心を構成することができる。最後に重ね合わせた挿入部は、溶接などにより固定しても良いし、鉄心の外径をリング状の部材に圧入することにより固定しても良い。

図７は、この発明の実施の形態２による分割積層鉄心の他の例の連結構造を示す図であり、図７（ａ）は連結する前の状態を、図７（ｂ）は連結した後の状態を示している。

図７の分割積層鉄心の連結構造において、凸部４０の断面形状は、円筒形状の一部に幅Ｗ１の面取り部４１を形成した形状としている。一方、溝部３０は、幅Ｗ２の挿入部３１と幅Ｗ２より径が大きく凸部４０の円筒部の径と略同じＲ形状部３２から構成されている。また、溝部３０の挿入部３１の幅Ｗ２は凸部４０の面取り部４１の幅Ｗ１より若干大きく形成されている。隣接する分割積層鉄心２０同士を連結する場合は、溝部３０の挿入部３１に凸部４０の面取り部４１を合わせて挿入する。その後、溝部のＲ形状部３２と凸部４０が同軸上に合わさった状態で回転させることにより、隣接した分割積層鉄心２０が連結され、位置精度が向上する。

図８は、この発明の実施の形態２による分割積層鉄心の他の例の連結構造を示す図であり、図８（ａ）は連結する前の状態を、図８（ｂ）は連結した後の状態を示している。

図３に示す分割積層鉄心では、溝部３０の方向が、分割積層鉄心１を連結して環状の鉄心を形成した場合の当該鉄心の法線方向を向くように形成している。本実施の形態では、図８に示すように、溝部３０の方向を、隣接する分割積層鉄心２０の当接面を向くように形成した。隣接する分割積層鉄心２０を連結する作業は、図３の分割積層鉄心と同様であるが、挿入して回転させる時間が短くなるので、作業性が向上する。

図９は、この発明の実施の形態２による分割積層鉄心の他の例の連結構造を示す図であり、図９（ａ）は連結する前の状態を、図９（ｂ）は連結した後の状態を示している。

図９の分割積層鉄心２０では、凸部４０の断面形状を四角形、六角形等の多角形形状とし、その対向する面と平行な対向面を有する溝部３０が構成されている。このような形状にすることで、連結後の分割積層鉄心２０同士の回転を抑制することができる。

実施の形態３．
図１０はこの発明の実施の形態３による分割積層鉄心を説明する平面図である。

図１０において、分割積層鉄心１００は、それぞれ鉄心シートを複数枚積層してカシメ部１２１にてカシメ固定されている積層体である。この分割積層鉄心１００は、バックヨーク部１２２と、バックヨーク部１２２から径方向に延びる複数個のティース部１２３を備えている。

そして、隣接するバックヨーク部１２２が当接する側において、積層方向に隣接する鉄心シート１２５、１２６のそれぞれに重なり合い部分１２５ａ、１２６ａを設け、当該重なり合い部分の一方１２５ａには溝部３０が、当該重なり合い部分のもう一方１２６ａには上記溝部３０に挿入される凸部４０が設けられている。なお、本例の溝部３０および凸部４０の形状は、上記実施の形態２で説明した形状と同様である。

本実施の形態によれば、隣接する分割積層鉄心１００を溝部３０と凸部４０とで連結することができ、溶接、接着、またはピン等の部品が必要なく、作業性の向上、コストの低減が図れる。また、分割積層鉄心１００の金型製作の際に、複数個のティース部１２３を有する円弧形状の抜き形状を製作すれば良いので、金型の材料歩留り向上が図れる。

実施の形態４．
図１１は、この発明の実施の形態３による分割積層鉄心の連結構造を示す図であり、図１１（ａ）は挿入する前の状態を、図１１（ｂ）は挿入した後の状態を示している。

実施の形態４では、鉄心シートの重なり合い部分２５ａ又は２６ａの縁部に、その先端が鉄心シートの板厚より薄く形成される薄板部分７０を設ける。具体的には、鉄心シートの挿入する側の一部の板厚が先端に向けて細くなるテーパー構造となっている。

図１１に示すように、隣接する分割積層鉄心２０を、それぞれのバックヨーク部２２の積層した鉄心シートの重なり合い部分２５ａと２６ａを近づけて挿入する。この場合、重なり合い部分２５ａ又は２６ａの縁部に形成された薄板部分７０を隣接する鉄心シート間に挿入することによりスムーズに連結される。

以上のように、隣接する分割積層鉄心２０を、板厚よりも薄く形成された薄板部分７０側から挿入することにより、鉄心シートが積層方向にわずかに位置ずれがあったとしても、位置をずらすことなく挿入が可能である。

また、薄板部分７０を鉄心シートの重なり合い部分２５ａ又は２６ａの縁部の一部だけに設けることにより、鉄心の占積率の悪化を防止することができる。

さらに、薄板部分７０を鉄心の外周側に配置することにより、鉄心としての磁気特性を損なうことがない効果がある。

実施の形態５．
図１２（ａ）〜（ｃ）はこの発明の実施の形態５による積層型鉄心のプレスによる打ち抜き工程を示す平面図である。

本実施の形態のプレス打ち抜き工程は、実施の形態２から実施の形態４で説明した分割積層鉄心を複数個連結したものを一度に作成するものである。

図１２（ａ）に示すように、バックヨーク部２２とこのバックヨーク部２２から径方向に延びるティース部２３を備えた鉄心シート２５が複数個接した状態で打ち抜かれた第１の鉄心シート群２５０を作成する。この場合、各鉄心シート２５の重なり合い部分２５ａには溝部３０が形成されている。また、２１は半抜き工程により形成された凸部である。

一方、図１２（ｂ）に示すように、バックヨーク部２２とこのバックヨーク部２２から径方向に延びるティース部２３を備えた鉄心シート２６が複数個接した状態で打ち抜かれた第２の鉄心シート群２６０を作成する。この場合、各鉄心シート２６の重なり合い部分２６ａには凸部４０が形成されている。また、２１は半抜き工程により形成されたダボ部である。

そして、図１２（ｃ）に示すように、上記重なり合い部２５ａの溝部３０に上記重なり合い部２６ａの凸部４０が挿入されるように、第１の鉄心シート群２５０と第２の鉄心シート群２６０を交互に積層する。この場合、第１の鉄心シート群２５０と第２の鉄心シート群２６０は半抜き凸部２１により接合される。

以上のように本実施の形態のプレス工程によれば、複数個の分割積層鉄心を連結した状態で連続して打ち抜くことができる。

図１３はこの発明の実施の形態５による積層型鉄心のプレスによる打ち抜き工程の他の例を説明するための平面図である。

この例では、バックヨーク部２２とこのバックヨーク部２２から径方向に延びるティース部２３を備えた鉄心シート２５が複数個環状に接続した状態で打ち抜かれた第１の鉄心シート群２５０Ａを作成する。この場合、各鉄心シート２５の重なり合い部分２５ａには溝部３０が形成されている。

一方、バックヨーク部２２とこのバックヨーク部２２から径方向に延びるティース部２３を備えた鉄心シート２６が複数個環状に接続した状態で打ち抜かれた第２の鉄心シート群２６０Ａを作成する。この場合、各鉄心シート２６の重なり合い部分２６ａには凸部４０が形成されている。

そして、上記重なり合い部２５ａの溝部３０に上記重なり合い部２６ａの凸部４０が挿入されるように、第１の鉄心シート群２５０Ａと第２の鉄心シート群２６０Ａを交互に積層する。

分割鉄心毎にバラバラにプレス打ち抜きしても上記実施の形態で説明した分割積層鉄心を作成することはできるが、本実施の形態のようにシート材料を全体として円形で打ち抜くことにより、内径及び外径の揃った金型形状を使用して一体で製造することができる。その結果、分割積層鉄心の形状精度が良く、組み合わせたときの鉄心の内径、外径の精度をより向上することができる効果がある。

この発明の実施の形態１による分割積層鉄心を説明するための平面図である。 この発明の実施の形態２による分割積層鉄心を説明するための平面図及び断面図である。 この発明の実施の形態２の隣接する分割積層鉄心の連結を説明するための平面図である。 この発明の実施の形態２による分割積層鉄心の巻線作業を説明するための平面図である。 この発明の実施の形態２による分割積層鉄心同士を連結する工程を示す平面図である。 この発明の実施の形態２による分割積層鉄心を連結して鉄心を構成するところを示す図である。 この発明の実施の形態２による分割積層鉄心の他の例の連結構造を示す図である。 この発明の実施の形態２による分割積層鉄心の他の例の連結構造を示す図である。 この発明の実施の形態２による分割積層鉄心の他の例の連結構造を示す図である。 この発明の実施の形態３による分割積層鉄心を説明するための平面図である。 この発明の実施の形態４による分割積層鉄心の連結構造を示す図である。 この発明の実施の形態５による積層型鉄心のプレスによる打ち抜き工程を示す平面図である。 この発明の実施の形態５による積層型鉄心のプレスによる打ち抜き工程の他の例を説明するための平面図である。

符号の説明

１０，１００ 分割積層鉄心、１２，１２２ バックヨーク部、
１３，１２３ ティース部、１４ 鉤型部、１５ 突出部、２０ 分割積層鉄心、
２２ バックヨーク部、２３ ティース部、２５，２６ 鉄心シート、
２５ａ，２６ａ 重なり合い部分、３０ 溝部、３１ 挿入部、３２ Ｒ形状部、
４０ 凸部、４１ 面取り部、７０ 薄板部分。

Claims (6)

1. 鉄心シートを積層してなる分割積層鉄心を環状に連結して構成する積層型鉄心であって、上記分割積層鉄心は、バックヨーク部とこのバックヨーク部から径方向に延びるティース部とを備え、積層方向に隣接する鉄心シートのそれぞれに重なり合い部分を設け、当該重なり合い部分の一方には溝部が、当該重なり部分のもう一方には上記溝部に挿入される凸部が設けられ、上記溝部が、上記環状に形成された積層型鉄心の外径方向を向いて外形方向側に開口するように形成されていることを特徴とする積層型鉄心。
2. 鉄心シートを積層してなる分割積層鉄心を環状に連結して構成する積層型鉄心であって、上記分割積層鉄心は、バックヨーク部とこのバックヨーク部から径方向に延びる複数のティース部とを備え、積層方向に隣接する鉄心シートのそれぞれに重なり合い部分を設け、当該重なり合い部分の一方には溝部が、当該重なり部分のもう一方には上記溝部に挿入される凸部が設けられ、上記溝部が、上記環状に形成された積層型鉄心の外径方向を向いて外形方向側に開口するように形成されていることを特徴とする積層型鉄心。
3. 上記凸部の外周形状が略円形であり、上記凸部が挿入される上記溝部の内周形状が上記凸部の外周に沿うＲ形状に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の積層型鉄心。
4. 上記凸部の外周形状は、円形状の一部に幅Ｗ１の面取り部を形成した形状とし、上記溝部は、幅Ｗ２の挿入部と幅Ｗ２より径が大きく上記凸部の外径と略同じＲ形状部から構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の積層型鉄心。
5. 上記溝部の挿入部の幅が、上記凸部の幅より小さいことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の積層型鉄心。
6. 上記鉄心シートの重なり合い部分の縁部に、その先端が鉄心シートの板厚より薄く形成される薄板部分を設けたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の積層型鉄心。

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