JP4369797B2 - ステータコアの製造方法 - Google Patents
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例えば、電動機などに用いる、磁性材料である電磁鋼板または方向性電磁鋼板(GO)を分割して用いるステータコアの製造方法に関する。
しかし、ヨークが周方向に分割されている同期機は提案されているが、その製造技術については十分に検討されていなかった。
特開2003−134701号公報では、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モータの固定子を提供するといった課題に対して、方向性電磁鋼板を用いた分割鉄心で構成されたACモータの固定子において、固定子鉄心を、ティース部鉄心3とそれに隣接する外周部鉄心4をL字形に結合したものを、リング状に複数個組み合わせて構成するとともに、方向性電磁鋼板の磁化容易方向を、ティース部鉄心と外周部鉄心に流れる磁束の方向と一致させることを述べている。
このように方向性電磁鋼板からなる分割ピースの組み合わせ方法については提案されているが、それらを積層させ、接合し、所定の精度をたもつことについては検討されていなかった。
また、ステータのヨークとティースとを独立に接合させ、それらを接合させる方法も考えられるが、それだと、接合面を「ジグゾーパズル形状」のごとく複雑な形状になり、磁気が複雑な挙動するところに用いることができなかった。
前記複数に分割された電磁鋼板を積層して構成された電磁鋼板積層体を、組み立て接合してステータコアに作り上げるときに、該電磁鋼板積層体に電磁力を働かせて接合するステータコアの製造方法であって、
前記ステータコアのティースに対向した磁極を持つ電磁石をステータコアの内側に配置し、前記電磁鋼板積層体に磁力を働かせて接合するとともに、
前記電磁石は、隣合う電磁石の磁化方向が逆向きとなるように励磁させることを特徴とするステータコアの製造方法。
(2)前記ステータコアのティースに対向した磁極を持つ電磁石をステータコアの内側に配置する代わりに、前記ステータコアの内側に磁性体を配置し、前記ティースを周回した電磁コイルを励磁させて電磁石として用いて、前記電磁鋼板積層体に磁力を働かせて接合することを特徴とする(1)に記載のステータコアの製造方法。
(4)前記電磁石に、交流磁場を付与することにより、前記ステータコアに渦電流を付与させてステータコアの温度を上昇させて電磁鋼板を積層方向に接合することを特徴とする(1)乃至(3)のいずれか一項に記載のステータコアの製造方法。
(5)前記ステータコアの積層方向に交流電圧を付与し、前記電磁鋼板に渦電流を発生させることにより発熱させ接着固化させることを特徴とする(3)に記載のステータコアの製造方法。
(6)前記ステータコアの電磁鋼板の片面または両面に、熱硬化性樹脂を塗布することを特徴とする(1)乃至請求項(5)のいずれか一項に記載のステータコアの製造方法。
(7)(1)乃至(6)のいずれか一項に記載の方法により製造したステータコアができ上がったときに、前記電磁石でステータを励磁させて、その電圧、電流の値より、でき上がったステータコアの磁気特性を計算し、該ステータコアの品質、格付けに用いることを特徴とするステータコアの製造方法。
(8)(1)乃至(7)のいずれか一項に記載の方法であって、前記電磁鋼板は、方向性電磁鋼板であることを特徴とするステータコアの製造方法。
(9)(1)乃至(8)のいずれか一項に記載の方法であって、前記電磁鋼板の磁化容易軸は、ヨークでは周方向、ティースでは半径方向であることを特徴とするステータコアの製造方法。
<第1の実施形態>
図1は、本発明におけるステータコアの製造方法の第1の実施形態を示する図である。
図1において、1はヨーク、2はティース、3はヨークとティースの接合部、4は電磁石を示す。
本発明は、図1に示すような、ヨーク1とティース2からなるステータコアが、複数に分割された電磁鋼板または方向性電磁鋼板(GO)を積層して構成されたステータコアの製造方法である。
ここに、方向性電磁鋼板(GO)は、磁化容易方向が特定の方向である電磁鋼板であり、図1の両方向の矢印で示す磁化容易方向については無方向性電磁鋼板(NO)より優れた磁気特性を有する。
図1の両方向の矢印で示すように、ヨーク1の磁化容易方向をステータコアの周方向とし、ティース2の磁化容易方向をステータコアの径方向とすることによって、ティース2を流れる磁束を隣接するティース2に流れにくくし、ロータに流れる磁束を多くすることができので、ステータコアにおける鉄損を効果的に低減することができる。
本発明における電磁鋼板は方向性電磁鋼板(GO)でも、無方向性電磁鋼板(NO)でもかまわないが、以下の説明では方向性電磁鋼板(GO)を例にとって説明する。
また、小さなピースを組み立てるときには、例えば、図1のヨーク1とティース2との接合部3が生じる。この接合部3では空隙が生じるので、磁気回路的にもできるだけ空隙を小さくする必要があった。
そこで、本発明は、小さなピースをステータコアに組み立て接合してステータコアに作り上げるときに、方向性電磁鋼板に電磁力を働かせて接合することを特徴とする。
例えば、つまり、図1のように、ステータコアのティース2に対向した磁極を持つ電磁石4をステータコアの内側に配置し、方向性電磁鋼板に磁力を働かせて接合することよって、ヨーク1とティース2との接合部3におけるギャップを小さくすることができるうえ、ティース2の先端部の位置を揃えることによって、ステータコアの内径を一定にして真円に近づけることができる。
このように、ステータコアの内径を一定にして真円に近づけるためには、図1に示すように、電磁石4をティース2に対向するように円形に配置することが好ましい。
また、電磁石4は、隣合う電磁石の磁化方向が逆向きとなるように励磁させ、隣り合うティース2に働く電磁力を交互に逆方向にすることによって、ステータコアの内側と外側に働く電磁力のバランスを保持ができるので、さらにステータコアの内径を一定にするうえで効果的である。
図2および図3において、1はヨーク、2はティース、3はヨークとティースの接合部、4は電磁石、5はコイル、6は鉄芯、7は仕切板、8は押さえ板を示す。
図2に示すように、ヨーク1とティース3とを組み立て接合する際に、鉄芯6に巻かれたコイル5に電圧を印加して電磁石4を励磁し、ティース2の軸方向に電磁力を働かせてティース2を軸方向に移動させることによって、ヨークとティース接合部3のギャップを小さくすることができる。
また、前述のように電磁石4をきれいな円形に配置し、ステータコアと電磁石4との間には、一定の空隙が保てるように、図2に示すような例えば一定の厚みを有する仕切板7を挿入することによって、ステータコアの内径を精度のよい円形に保持することができる。
まず、ステータコアを構成する方向性電磁鋼板を切断する。この方向性電磁鋼板の片面または両面には、接着コートおよび/または例えば熱硬化性樹脂などの接着剤が塗布されており、それによって分割ピースを効率よく製造することができ、ステータコアを接合させることができる。
次に、切断した方向性電磁鋼板を複数枚重ねて積層する。
このとき、上下の方向性電磁鋼板のヨークとティースの接合部3を合わせてもよいが、積層方向には、1枚または数枚ごとに、ヨークとティースの接合部3を互い違いにした構造とすることによって、ヨークとティースの接合部3の接合強度を大きくすることができる。
接着剤および/または接着コートで方向性電磁鋼板を接着させる際には、ステータコアの温度として、150〜200℃度といった、熱硬化性接着剤・接着コートが固化する温度にさせることが好ましい。
上記電磁石4には、直流磁場を付与してもよいが、例えば、前記電磁石4に、数kHz−数MHzの単相交流磁場を付与することにより、前記ステータコアに渦電流を付与させてステータコアの温度を上昇させて接合することができる。
さらに、組み上げたステータコアに、磁場を印加しながら、ワニス含浸、真空含浸、加圧含浸を行うことによって、強度がよく、長期使用に耐え得るステータコアを製造することができる。
<第2の実施形態>
図4において、1はヨーク、2はティース、3はヨークとティースの接合部、9はコイル、10は磁性体を示す。
本実施形態は、図4に示すような、ヨーク1とティース2からなるステータコアが、複数に分割された方向性電磁鋼板(GO)を積層して構成されたステータコアの製造方法である。
本実施形態においては、ステータコアのティース2に巻いたコイル9に電圧を励磁して電磁石として用いることにより、方向性電磁鋼板に磁力を働かせて接合することができ、前述の第1の実施形態のようにステータコアの内側に電磁石を設置する必要がないうえ、使用する電源は、単相交流でも十分である。また、ステータコアに電磁力を付与することが目的なので、直流電流であってもかまわない。
この場合、ステータコアの内側を円形状に成形するために、ステータコアの内部には、図4に示すように、むく鉄や積層鋼板からなる円柱状の磁性体10を配置することが好ましい。
なお、コイル9を用いた電磁石の磁化方向や、ステータスコアの製造手順については、前述の第1の実施形態と同様の方法が適用できる。
この実施例では、ステータコアに装着すべき銅コイルを用いて、上記電磁コイル9としてもかまわない。
以上の方法により製造したステータコアができ上がったときに、前記電磁石でステータを励磁させて、その電圧、電流の値より、でき上がったステータコアの磁気特性を計算し、該ステータコアの品質、格付けに用いることができる。
ステータコアができたときに、最後に電流を流して、磁場を印加して、そのときの電流、電圧を積分することで、できたばかりのステータコアの鉄損を推定することができ、ステータコアの簡便な品質推定方法として利用することができるので、ステータコアの品質保証および中間保証を行うことができるうえで極めて有用である。
2 ティース
3 ヨークとティースの接合部
4 電磁石
5 コイル
6 鉄芯
7 仕切板
8 押さえ板
9 コイル
10 磁性体
Claims (9)
- ヨークとティースからなるステータコアが、複数に分割された電磁鋼板を積層して構成されたステータコアの製造方法において、
前記複数に分割された電磁鋼板を積層して構成された電磁鋼板積層体を、組み立て接合してステータコアに作り上げるときに、該電磁鋼板積層体に電磁力を働かせて接合するステータコアの製造方法であって、
前記ステータコアのティースに対向した磁極を持つ電磁石をステータコアの内側に配置し、前記電磁鋼板積層体に磁力を働かせて接合するとともに、
前記電磁石は、隣合う電磁石の磁化方向が逆向きとなるように励磁させることを特徴とするステータコアの製造方法。 - 前記ステータコアのティースに対向した磁極を持つ電磁石をステータコアの内側に配置する代わりに、前記ステータコアの内側に磁性体を配置し、前記ティースを周回した電磁コイルを励磁させて電磁石として用いて、前記電磁鋼板積層体に磁力を働かせて接合することを特徴とする請求項1に記載のステータコアの製造方法。
- 前記電磁鋼板積層体を接合させるときには、前記電磁石を励磁させると同時に、前記ステータコアの積層方向に圧力を付与させることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のステータコアの製造方法。
- 前記電磁石に、交流磁場を付与することにより、前記ステータコアに渦電流を付与させてステータコアの温度を上昇させて電磁鋼板を積層方向に接合することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載のステータコアの製造方法。
- 前記ステータコアの積層方向に交流電圧を付与し、前記電磁鋼板に渦電流を発生させることにより発熱させ接着固化させることを特徴とする請求項3に記載のステータコアの製造方法。
- 前記ステータコアの電磁鋼板の片面または両面に、熱硬化性樹脂を塗布することを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載のステータコアの製造方法。
- 請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載の方法により製造したステータコアができ上がったときに、前記電磁石でステータを励磁させて、その電圧、電流の値より、でき上がったステータコアの磁気特性を計算し、該ステータコアの品質、格付けに用いることを特徴とするステータコアの製造方法。
- 請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載の方法であって、前記電磁鋼板は、方向性電磁鋼板であることを特徴とするステータコアの製造方法。
- 請求項1乃至請求項8のいずれか一項に記載の方法であって、前記電磁鋼板の磁化容易軸は、ヨークでは周方向、ティースでは半径方向であることを特徴とするステータコアの製造方法。
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