JP4984516B2

JP4984516B2 - 回転電機の積層コア

Info

Publication number: JP4984516B2
Application number: JP2005361971A
Authority: JP
Inventors: 崇加藤
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2005-12-15
Filing date: 2005-12-15
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2025-12-15
Also published as: JP2007166829A

Description

本発明は、所定の基準円に薄板の電磁鋼板の始端を外接配置し、少なくとも、当該電磁鋼板をその始端を起点として前記基準円に外接しながら周回させたのち、前記始端に重ね合わせ、前記電磁鋼板の終端が外表面に位置するように筒状に積層された回転電機の積層コアに関するものである。

回転電機用コアには、薄板の電磁鋼板の始端を所定の基準円に外接配置し、この始端を起点として前記基準円に外接しながら周回させたのち、その始端に重ね合わせて筒状に積層した積層コアがあるが、こうした積層コアでは、電磁鋼板の始端に周回した部分が重なるため、この重なり部分で電磁鋼板の板厚分だけ、径方向に寸法差が生じる（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００４−３１２８５９号公報

このため、上記形態の積層コアでは、その内径部と外径部とにおいて真円度を確保することが難しく、他の部品に組み付ける際の位置決めや、他の部品との同軸度の確保が困難であった。

これに対し、従来の技術としては、電磁鋼板の始端及び終端を含む領域をプレス加工することにより、積層コアの内径及び外径における真円度の確保を図ったものが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００３−１７４７５２号公報

しかしながら、上記従来技術は、薄板の電磁鋼板を巻回したのち、更に、プレス工程が必要になり、生産工程が煩雑になるという問題がある。加えて、渦巻状の積層コアでは、電磁鋼板が基準円から離脱してその始端に重なるまでの間で遷移して浮き上がり部分を形成するため、始端と終端とを含む領域がプレス加工されると、この浮き上がり部分が径方向外側に大きく屈曲する。このため、積層コアの周方向に張力が作用する回転体に用いた場合、浮き上がり部分の屈曲度合いが大きいと、周方向外側に余分な遠心荷重が生じるため、強度の面において改善の余地があった。

本発明は、こうした事実に鑑みてなされたものであり、その解決すべき課題は、煩雑な生産工程を伴うことなく、周方向の入力に対する強度性に優れた回転電機の積層コアを提供することにある。

本発明は、所定の基準円に薄板の電磁鋼板の始端を外接配置し、少なくとも、当該電磁鋼板をその始端を起点として前記基準円に外接しながら周回させたのち、前記始端に重ね合わせ、前記電磁鋼板の終端が外表面に位置するように筒状に積層された回転電機の積層コアであって、前記電磁鋼板は、前記基準円から離脱して前記始端に重なるまでの浮き上がり部分が、前記基準円からの離脱位置を通り当該基準円の接線に対して平行に構成されていることを特徴とするものである。

本発明において、前記始端と前記終端との最短の開き角θは、
θ＝cos^-1 [ｒ／(ｒ＋ｔ)] （ｒ＝基準円の半径，ｔ＝電磁鋼板の板厚）
の関係を満たすことが好ましい。

また、本発明において、上記積層コアが薄板の電磁鋼板をｍ回に分けて積層してなる場合、前記開き角の中間部をそれぞれ、前記基準円の周方向に、位相（２π／ｍ）だけずれた位置に配置することが好ましい。

加えて、本発明は、前記始端への重ね合わせにより前記浮き上がり部分の内側に形成された窪みに、前記始端を固定する始端固定部を設けることが好ましい。また、本発明は、前記終端と前記浮き上がり部分との間に形成された窪みに、前記終端とを固定する終端固定部を設けることが好ましい。

更に、本発明は、前記始端の重ね合わせ側角部を曲面で構成することが好ましい。また、本発明は、前記終端の外表面側角部を曲面で構成することが好ましい。

本発明によれば、基準円に対する電磁鋼板の浮き上がり部分を前記基準円からの離脱位置を通り当該基準円の接線に対して平行に構成したことにより、電磁鋼板の浮き上がり部分が基準円の径方向に大きく屈曲することがない。このため、積層コアの周方向に作用する入力に対して電磁鋼板が受ける荷重は張力方向のみとなり、積層コアの周方向外側には余分な遠心荷重が生じない。

従って、本発明は、始端と終端とを含む領域をプレス加工した場合に比べて、積層コアの周方向の入力に対する強度性に優れる。しかも、本発明によれば、浮き上がり部分が直線を構成するため、電磁鋼板の始端及び終端を浮き上がり部分に沿って調整するだけで積層コアの内外径における真円度を確保できる。この結果、プレス加工等の二次加工が不要になるから、煩雑な生産工程を伴うことなく、安価に且つ短時間に量産することができる。

また、本発明において、電磁鋼板の始端及び終端間の最短の開き角θが、θ＝cos^-1 [ｒ／(ｒ＋ｔ)]（ｒ＝基準円の半径，ｔ＝電磁鋼板の板厚）の関係を満たした場合、電磁鋼板の終端は、浮き上がりの開始位置、即ち、電磁鋼板が基準円から離脱する位置に位置決めされる。このため、電磁鋼板の終端は、積層コアの外側面から突出しない最も効率的な位置に配置される。従って、この場合、電磁鋼板を巻回したときの内側層部分から外側層部分への乗り上げに伴う径寸法差を簡単な位置決めで最も小さく抑えることができるから、積層コアの内外径における真円度が最も効率的に確保でき、他の部品との同軸精度も最も向上する。

また、本発明において、積層コアの内外径の差が比較的大きくなる場合、薄板の電磁鋼板をｍ回に分けて積層することがあるが、この場合、前記開き角の中間部をそれぞれ、前記基準円の周方向に、位相（２π／ｍ）だけずれた位置に配置することが好ましい。この場合、各電磁鋼板の始端及び終端の位相ズレに伴う重心バランスの不均衡が解消される。従って、上述した構成の積層コアを回転子コア等の回転体に組み合わせた場合、バランスのよい安定した回転が実現できる。

加えて、本発明は、前記始端への重ね合わせにより前記浮き上がり部分の内側に形成された窪みに、前記始端を固定する始端固定部を設ければ、積層コア内径の真円度を確保するにあたって好適である。また、本発明は、前記終端と前記浮き上がり部分との間に形成された窪みに、前記終端とを固定する終端固定部を設ければ、積層コア外径の真円度を確保するにあたって好適である。

更に、本発明において、前記始端の重ね合わせ側角部を曲面で構成すれば、積層コアの内表面に位置する始端にバリ等が生じても、他の部品を内部嵌合させるときに生じる嵌合不良を抑制することができる。加えて、この場合、始端への乗り上げが滑らかに行われるため、回転子コア等として用いた場合に生じる、始端の角部による応力集中を緩和することができる。また、本発明は、前記終端の外表面側角部を曲面で構成すれば、積層コアの外表面に位置する終端にバリ等が生じても、他の部品を外部嵌合させるときに生じる嵌合不良を抑制することができる。

以下、図面を参照して、本発明である回転電機の積層コアを詳細に説明する。

図1は、本発明の第1形態を示す正面図である。本形態の積層コア10は、真円断面を有する円筒形のスピンドルSを用い、薄い1枚板の電磁鋼板11を、スピンドルSの外径形状を基準円（半径ｒ）として、このスピンドルに沿って巻回してなる。具体的には、電磁鋼板11の始端12をスピンドルSの外周部に外接配置し、この始端12を起点としてスピンドルSに外接させながら周回させたのち、電磁鋼板11の残部をその始端12に重ね合わせる。これにより、積層コア1は、その外表面に電磁鋼板11の終端13が位置する筒状の積層構造となる。

こうした工程で巻回した場合、電磁鋼板11は、図1の破線に示すスピンドルSの外周部20fから離脱してその始端12に重なるまでの間に浮き上がり部分13を構成するが、本形態では、この浮き上がり部分14をスピンドルSからの離脱位置P1を通り、このスピンドルSの接線Lに対して平行に構成する。具体例としては、図1の二点鎖線に示すように、離脱位置P1と電磁鋼板11の始端12の外周側角部（重ね合わせ側角部）12Cの位置P2とを結ぶ線L1が、離脱位置P1を通るスピンドルSの接線Lと一致するように構成する。こうした構成をとれば、浮き上がり部分14上に新たに巻き付けられる部分も離脱位置P1を通るスピンドルSの接線Lと平行になる。

この場合、電磁鋼板12の浮き上がり部分14がスピンドルSの周方向に対して大きく屈曲することがない。このため、積層コア10の周方向に作用する入力fに対して電磁鋼板11が受ける荷重は張力の方向のみとなり、積層コア10の周方向外側には余分な遠心荷重が生じない。

従って、図1に示す積層コア10は、始端12と終端13とを含む領域をプレス加工した場合に比べて、積層コア10の周方向の入力に対する強度性に優れる。しかも、積層コア10によれば、浮き上がり部分14が直線を構成するため、始端12及び終端13の位置を浮き上がり部分14に沿って調整するだけで積層コア10の内外径における真円度を確保できるから、プレス加工等の二次加工が不要になり、煩雑な生産工程を伴うことなく、安価に且つ短時間に量産することができる。

なお、本形態では、電磁鋼板11をスピンドルS周りに2巻きさせた二層構造であるが、その巻き数については、積層コア10の用途に応じて適宜変更することができる。これにより、積層コア10は、また、その積層コア10の内径は、径の異なるスピンドルSを適宜変更することにより調整できる。

また、本形態において、スピンドル軸Oを中心とした電磁鋼板11の始端12及び終端13間の最短の開き角θは、θ＝cos^-1 [ｒ／(ｒ＋ｔ)]（ｒ＝スピンドルSの半径，ｔ＝電磁鋼板11の板厚）の関係を満たしている。この場合、電磁鋼板11の終端13は、浮き上がり部分14の開始位置、即ち、電磁鋼板11がスピンドルSから離脱する位置P1に整列して位置決めされる。このため、電磁鋼板11の終端13は、図1の仮想線で示す積層コア10の外側面から突出しない最も効率的な位置に配置される。従って、本形態によれば、電磁鋼板11を巻回したときの内側層部分11aから外側層部分11bへの乗り上げに伴う径寸法差を簡単な位置決めで最も小さく抑えることができるから、積層コア1の内外径における真円度を最も効率的に確保でき、他の部品との同軸精度も最も向上する。

図2は、本発明の第2形態を示す正面図であり、図3(a),(b)はそれぞれ、図2の領域X,Yを示す要部拡大図である。本形態の積層コア20は、積層コアの径方向厚みTを厚くする必要がある場合の形態であり、1枚の電磁鋼板11を2回に分けて巻回して2段に積層している。

積層コア20は、図2,3に示す如く、1段目の積層コア部21における開き角θの中間部P21と2段目の積層コア部22における開き角θの中間部P22とを、スプラインSの周方向に、180度、即ち、位相πだけずらした位置に配置する。この場合、1段目の積層コア部21における電磁鋼板11の始端12及び終端13と、2段目の積層コア部22における電磁鋼板11の始端12及び終端13との位相ズレに伴う重心バランスの不均衡が解消される。従って、積層コア20を回転子コア等として用いた場合、バランスのよい安定した回転が実現できる。

なお、本形態において、1段目の積層コア部21及び2段目の積層コア部22はそれぞれ、1枚の電磁鋼板11をスピンドルS周りに4巻きさせた四層構造であるが、その段数及び巻き数については、第1形態と同様、積層コア1の用途に応じて適宜変更することができる。このため、この場合、積層コアが、ｍ枚の電磁鋼板11をｍ回に分けて積層してなるもの場合、開き角θの中間部Pmがそれぞれ、スピンドルSの周方向に、位相（２π／ｍ）だけずれた位置に配置すればよい。

図4は、上記第2形態の変形例である、本発明の第3形態を示す要部拡大図である。なお、以下の説明において、図2,3と同一部分は同一符号をもってその説明を省略する。

本形態は、始端12への重ね合わせにより浮き上がり部分14の内側に形成された窪みH1に、始端12を固定する溶接部m1を備えている。この場合、溶接部m1が図4の仮想線に示す如く、1段目の積層コア部21の内径（図4の仮想線に示すスピンドル外径に相当する部分）21fから突出しないから、積層コア20の内径における真円度を確保するにあたって好適である。

また、本形態は、終端12と浮き上がり部分14との間に形成された窪みH2に、終端12を固定する溶接部m2を備えている。この場合、溶接部m2が図4に示す如く、1段目の積層コア部21の外径（積層コア部22の内径22f）から突出しないから、1段目の積層コア部21の外径における真円度を確保するにあたって好適である。

なお、本形態では、2段目の積層コア部22についても、同様の構成をとれば、同様の効果を奏する。また、溶接部m1,m2はそれぞれ、始端及び終端を固定するものであれば、溶接に限らず、接着剤を用いた接着部等にすることができる。

図5は、上記第3形態と同様、第2形態の変形例である、本発明の第4形態を示す要部拡大図である。なお、以下の説明においても、図2,3と同一部分は同一符号をもってその説明を省略する。

本形態は、始端12の外周側角部12C（図1参照。）を曲率半径Rからなる曲面12rで構成している。この場合、積層コア部21の内表面に位置する始端12にバリ等が生じても、この内表面側に、他の部品を内部嵌合させるときに生じる嵌合不良を抑制することができる。加えて、この場合、始端12への乗り上げが滑らかに行われるため、回転子コア等として用いた場合に生じる、外周側角部12Cによる応力集中を緩和することができる。また、本形態は、終端13の外周側角部13Cを曲率半径Rからなる曲面13rで構成している。この場合も、終端13にバリ等が生じても、この外表面側に、積層コア部22を外部嵌合させるときに生じる嵌合不良を抑制することができる。

上述したところは、本発明の好適な形態であるが、請求の範囲内において、種々の変更を加えることができる。例えば、ロータやステータのコアとして用いることができるが、それ自体を単独に使用することもできる。また、上述の各形態の構成要素は、様々に組み合わせることができる。

本発明の第1形態を示す正面図及び、その要部拡大図である。本発明の第2形態を示す正面図及び、その内周側積層コア部及び外周側積層コア部の要部拡大図である。 (a),(b)はそれぞれ、同形態の内周側積層コア部及び外周側積層コア部の要部拡大図である。本発明の第3形態を示す要部拡大図である。本発明の第4形態であって、その内周側積層コア部及び外周側積層コア部の要部拡大図である。

符号の説明

10 積層コア
11 電磁鋼板
12 始端
13 終端
14 浮き上がり部分

Claims

所定の基準円に薄板の電磁鋼板の始端を外接配置し、少なくとも、当該電磁鋼板をその始端を起点として前記基準円に外接しながら周回させたのち、前記始端に重ね合わせ、前記電磁鋼板の終端が外表面に位置するように筒状に積層された回転電機の積層コアであって、
前記電磁鋼板は、前記基準円から離脱して前記始端に重なるまでの浮き上がり部分が、前記基準円からの離脱位置を通り当該基準円の接線に対して平行に構成されているとともに、
前記始端への重ね合わせにより前記浮き上がり部分の内側に形成された窪みに、前記始端を固定する始端固定部を備えることを特徴とする回転電機の積層コア。
所定の基準円に薄板の電磁鋼板の始端を外接配置し、少なくとも、当該電磁鋼板をその始端を起点として前記基準円に外接しながら周回させたのち、前記始端に重ね合わせ、前記電磁鋼板の終端が外表面に位置するように筒状に積層された回転電機の積層コアであって、
前記電磁鋼板は、前記基準円から離脱して前記始端に重なるまでの浮き上がり部分が、前記基準円からの離脱位置を通り当該基準円の接線に対して平行に構成されているとともに、
前記終端と前記浮き上がり部分との間に形成された窪みに、前記終端とを固定する終端固定部を備えることを特徴とする回転電機の積層コア。
請求項１又は２において、前記始端と前記終端との最短の開き角θが、
θ＝cos^-1[ｒ／(ｒ＋ｔ)]（ｒ＝基準円の半径，ｔ＝電磁鋼板の板厚）
の関係を満たすことを特徴とする回転電機の積層コア。
請求項３において、前記積層コアは、薄板の電磁鋼板をｍ回に分けて積層してなり、前記開き角の中間部がそれぞれ、前記基準円の周方向に、位相（２π／ｍ）だけずれた位置に配置されていることを特徴とする回転電機の積層コア。
請求項１乃至４のいずれか一項において、前記始端の重ね合わせ側角部を曲面で構成したことを特徴とする回転電機の積層コア。
請求項１乃至５のいずれか一項において、前記終端の外表面側角部を曲面で構成したことを特徴とする回転電機の積層コア。