JP5039298B2 - 積層鉄心及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、モータや発電機に使用される積層鉄心（回転子をいう）に係り、特に、積層分割鉄心を用いて組立てた積層鉄心及びその製造方法に関する。

例えば、モータは各種用途に使用されている。モータの主要部品の積層鉄心は固定子積層鉄心及び回転子積層鉄心がある。モータの出力向上、効率化等のために例えば固定子積層鉄心はヨークから内径方向に形成されている磁極に巻線が施され、出来る限り隙間なく巻回することが望まれる。しかし、固定子積層鉄心は磁極の間隔が狭いので巻線作業が難しく作業性が劣ると共に、巻線を密度よく巻回するのが難しい。

かかる問題への対策として、特許文献１には、固定子鉄心片を展開した形状で、且つ、ヨーク片部を分割し回動可能な凹部と凸部による連結部をヨーク片部の両側にそれぞれ形成して打抜き、この分割鉄心片を所望枚数かしめ積層し、磁極部に巻線した後に、連結部で連結して環状の積層鉄心を形成することが開示されている。このように環状となった固定子鉄心を複数に分割することによって、巻線作業が容易になり、更に巻線の密度を向上し得る等の効果がある。
また、他の従来技術として図４に示すように、各分割積層鉄心５０はその一端側にアリ溝５２を、他端側にアリ溝５２に係合する突起部５３を形成し、これらのアリ溝５２と突起部５３とを連結部として、分割積層鉄心５０同士を連結して積層鉄心５４を形成することも行われている。なお、５５はかしめ部を示す。

特許第３５６８３６４号公報（図５）

しかしながら、特許文献１においては凹部と凸部を嵌合させる場合、他の従来技術においてはアリ溝５２に突起部５３を嵌入させる場合、一方の積層分割鉄心に対して連結しようとする他方の積層分割鉄心を積層方向に移動させて凹部と凸部、及びアリ溝５２と突起部５３を嵌合させる必要があり、極めて作業性が悪いという問題がある。
更には、特許文献１の技術の場合、各積層分割鉄心が連結部を介して回動可能に繋がっているが、完成品となった積層鉄心においても、一部には連結部がないので、組立てた状態で各積層分割鉄心が開かないようにバンド等で保持する必要があった。更には、特許文献１の技術においては、凹部と凸部の形状に制約があり、金型装置の設計が難しいという問題がある。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、積層分割鉄心同士の嵌合連結が容易で、かつ形状精度がよく、更には、円周方向の連結強度が強い積層鉄心及びその製造方法を提供することを目的とする。

前記目的に添う第１の発明に係る積層鉄心は、複数の分割鉄心片をかしめ積層した積層分割鉄心が環状に連結され、回転子として用いる積層鉄心において、
前記積層分割鉄心の両側には、それぞれ隣り合う前記積層分割鉄心に実質的に密着して連結する凸部と凹部を共に有する噛合連結部が設けられ、かつ前記凸部及び凹部は先部及び基部を除く側辺が平行となって、しかも、２個を除く前記積層分割鉄心は同一形状で、かつ、該２個を除く積層分割鉄心の前記噛合連結部の噛合方向が、連結されて環状となった前記積層分割鉄心の形成する円の接線に対して１０〜９０度の範囲にあり、更に前記除かれた２個の積層分割鉄心（Ａ、Ｂ）の両側に形成された噛合連結部はそれぞれ左右対称となって、前記除かれた２個のうち１個の積層分割鉄心（Ｂ）は両側に形成された前記噛合連結部の噛合方向が同一となって、該１個の積層分割鉄心（Ｂ）の両側の噛合連結部を隣り合う前記積層分割鉄心の噛合連結部に半径方向内側から同時噛合させている

前記目的に沿う第２の発明に係る積層鉄心の製造方法は、金属板から分割鉄心片を打抜き形成し、前記分割鉄心片をかしめ積層して積層分割鉄心を形成し、前記積層分割鉄心をその両側に予め形成された噛合連結部を介して環状に連結して、回転子として用いる積層鉄心を製造する方法であって、
前記噛合連結部はそれぞれ隣り合う該積層分割鉄心を実質的に密着して連結する凸部と凹部とを有し、前記凸部及び凹部は先部及び基部を除く側辺が平行となって、しかも、最後に噛合する積層分割鉄心を除く前記積層分割鉄心の前記噛合連結部の噛合方向が、連結されて環状となった前記積層分割鉄心の形成する円の接線に対して１０〜９０度となって、前記最後に噛合する積層分割鉄心の両側に形成された前記噛合連結部の噛合方向は平行となって、前記最後の積層分割鉄心を除く個々の前記積層分割鉄心を前記噛合方向から噛合させて順次片側から前記積層分割鉄心を連結し、前記最後の積層分割鉄心は、その両側の噛合連結部を隣り合う前記積層分割鉄心の噛合連結部に半径方向内側から同時噛合させる。

本発明に係る積層鉄心及びその製造方法は、積層分割鉄心の両側に設けられている噛合連結部にはそれぞれ凹部と凸部を有しているので、積層分割鉄心の連結がより強固に行える。また、その噛合方向が連結されて環状となった積層分割鉄心の形成する円（即ち、接線）に対して１０〜９０度の範囲となっているので、連結された積層分割鉄心は円周方向に引っ張っても抜けることはない。
そして、各積層分割鉄心は円弧状となっているので、プレス加工時の板取りが有効に行え、より磁性鉄板の利用率が増加する。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図１は本発明の第１の実施の形態に係る積層鉄心の一例である回転子積層鉄心の平面図、図２は本発明の第２の実施の形態に係る積層鉄心の一例である回転子積層鉄心の平面図、図３は本発明の第３の実施の形態に係る積層鉄心の一例である回転子積層鉄心の平面図である。

図１に示すように、本発明の第１の実施の形態である回転子積層鉄心１０は、複数（この実施の形態では１０）の同一形状の積層分割鉄心１１を有している。この積層分割鉄心１１は磁性金属板をプレス加工によって打ち抜き形成された複数の分割鉄心片１２を図示しないかしめ部を介して連結しながらかしめ積層したものである。各積層分割鉄心１１には棒状の永久磁石の挿入孔１３を有し、この挿入孔１３には、半径方向外側に向いた隣り合う磁極が異極となるように棒状の永久磁石１４、１５がそれぞれ配置されている。

各積層分割鉄心１１の両側には、噛合連結部１６、１７が設けられている。この噛合連結部１６、１７はそれぞれ凹部１８、１９と凸部２０、２１とを有し、この実施の形態では一側に凹部１８と凸部２０を、他側に凹部１９と凸部２１を有している。そして、隣合う積層分割鉄心１１の凹部１８と凸部２１、及び凹部１９と凸部２０が密着して噛み合うようにその大きさが決定されている。凹部１８と凸部２１、及び凹部１９と凸部２０は、それぞれ先部及び基部を除く部分は平行となって、その噛合方向Ｅ１は、凹部１８の底位置の半径と凸部２０の先端位置の半径の平均半径Ｒを有する円の接線Ｃ１となす角度（β）が９０度となっている。
なお、凹部１８、１９と凸部２０、２１の平均幅Ｄは同一となって、例えば、噛合連結部１６、１７の半径方向幅Ｗの例えば１／６〜１／２程度となっている。この平均幅Ｄが小さいと噛合連結部１６、１７の強度が下がるので好ましくない。

従って、この実施の形態に係る回転子積層鉄心の製造方法においては、プレス装置によって所定形状の分割鉄心片１２を形成してこれを金型内でかしめ積層し、一側に凹部１８と凸部２０を、他側に凹部１９と凸部２１を有する積層分割鉄心１１を形成する。次に、この積層分割鉄心１１の挿入孔１３内に永久磁石１４、１５を所定方向に向けて挿入し、樹脂で固定し、これによって積層分割鉄心１１の組立は完了する。
この後、各積層分割鉄心１１を噛合連結部１６、１７を介して環状にする連結する。この場合、最後に組立てる積層分割鉄心１１を除いて、新たに接合しようとする積層分割鉄心１１は半径方向外側、又は半径方向内側から入れ込む。

最後の積層分割鉄心１１は、両側の噛合連結部１６、１７を同時に隣り合う積層分割鉄心１１の噛合連結部１７、１６に噛合させる必要があるので、半径方向外側及び内側から最後の積層分割鉄心１１を噛合させることはできない。そこで、分割鉄心片１２の積層方向（軸方向）から、最後の積層分割鉄心１１を、両隣の積層分割鉄心１１に、プレス装置を用いて押圧嵌合させて組立が完了する。
一旦組立てた回転子積層鉄心１０は、各積層分割鉄心１１の噛合方向Ｅ１の角度が異なるので、積層分割鉄心１１が半径方向外側又は内側に抜けることはなく、一旦組立てると分解不可能な回転子積層鉄心１０となる。

次に、図２に示す本発明の第２の実施の形態に係る回転子積層鉄心の製造方法について説明する。
図２に示すように、本発明の第２の実施の形態である回転子積層鉄心２５は、複数（この実施の形態では１０）の同一形状の積層分割鉄心２６を円周状に並べて結合されている。この積層分割鉄心２６は磁性金属板をプレス加工によって打ち抜き形成された分割鉄心片２７を図示しないかしめ部を介してかしめ積層したものである。各積層分割鉄心２６には棒状の永久磁石の挿入孔１３を有し、この挿入孔１３には、半径方向外側に向いて隣り合う磁極が異極となるように棒状の永久磁石１４、１５がそれぞれ挿入されている。

各積層分割鉄心２６の両側には、噛合連結部２８、２９が設けられている。この噛合連結部２８、２９はそれぞれ凹部３０、３１と凸部３２、３３とを有し、この実施の形態では一側に凹部３０と凸部３２を、他側に凹部３１と凸部３３を有している。そして、隣合う積層分割鉄心２６の凹部３０と凸部３３、及び凹部３１と凸部３２が噛み合うようにその大きさが決定されている。凹部３０と凸部３３、及び凹部３１と凸部３２は、それぞれ先部及び基部を除く部分は平行となって、その噛合方向Ｅ２は、凹部３０の底位置の半径と凸部３２の先端位置の半径の平均半径Ｒ２を有する円の接線Ｃ２となす角度（γ）が６０度となっている。なお、この角度（γ）は１０度以上、９０度未満の範囲で変更可能である。また、凹部３０、３１と凸部３２、３３の平均幅Ｄ２は同一となって、例えば、噛合連結部２８、２９の半径方向幅Ｗ２の例えば１／６〜１／２程度となっている。この平均幅Ｄ２が小さいと噛合連結部２８、２９の強度が下がるので好ましくない。

従って、この実施の形態に係る回転子積層鉄心の製造方法について説明する。プレス装置によって所定形状の分割鉄心片２７を形成してこれを金型内でかしめ積層し、一側に凹部３０と凸部３２を、他側に凹部３１と凸部３３を有する積層分割鉄心２６を形成する。次に、この積層分割鉄心２６の挿入孔１３内に永久磁石１４、１５を所定方向に向けて挿入して、樹脂で固定し、これによって積層分割鉄心２６の組立は完了する。
この後、各積層分割鉄心２６を噛合連結部２８、２９を介して連結する。この場合、最後に組立てる積層分割鉄心２６を除いて、新たに接合しようとする積層分割鉄心２６は噛合方向Ｅ２から組み込む。

最後の積層分割鉄心２６は、両側の噛合連結部２８、２９を同時に隣り合う積層分割鉄心２６の噛合連結部２９、２８に噛合させる必要があるので、噛合方向Ｅ２から最後の積層分割鉄心２６を噛合させることはできない。そこで、分割鉄心片２７の積層方向から、最後の積層分割鉄心２６の噛合連結部２８、２９を、両隣の積層分割鉄心２６の噛合連結部２９、２８にそれぞれ、プレス装置を用いて押圧嵌合させて組立が完了する。
一旦組立てた回転子積層鉄心２５は、各積層分割鉄心２６の噛合方向Ｅ２の角度が異なるので、積層分割鉄心２６が半径方向外側又は内側に抜けることはなく、一旦組立てると分解不可能な回転子積層鉄心２５となる。

続いて、図３を参照しなから、本発明の第３の実施の形態に係る積層鉄心（回転子積層鉄心）の製造方法について説明する。この実施の形態に係る回転子積層鉄心３５は複数（１０個）の積層分割鉄心を有し、そのうち２個を除く積層分割鉄心２６は第２の実施の形態に係る回転子積層鉄心２５に使用したものを使用し、他の２個の積層分割鉄心３６、３７はそれぞれ片側の噛合連結部３８、３９が他の積層分割鉄心２６の噛合連結部２８、２９と異なる形状のものを使用している。

即ち、図３に示すように、積層分割鉄心３６の一方（即ち、図３において時計方向側）に設けられている噛合連結部３８は半径方向内側に窪む凹部４０と半径方向外側に向いた凸部４１とを有し、この積層分割鉄心３６と噛合連結部３８を介して連結される積層分割鉄心３７の噛合連結部３９は、半径方向内側に向いて凹部４０に嵌合する凸部４２と、半径方向外側に窪み、凸部４１が嵌入する凹部４３とを有している。

そして、この噛合連結部３８、３９の噛合方向Ｅ３は、この積層分割鉄心３６の他方の噛合連結部２８と隣り合う積層分割鉄心２６の噛合連結部２９との噛合連結方向Ｅ２と平行（同一）になっている。即ち、最後の積層分割鉄心３６を除く個々の積層分割鉄心２６、３７を噛合方向から嵌入して凸部と凹部を噛合させて順次片側から連結し、最後の積層分割鉄心３６は、その両側の噛合連結部２８、３８を隣り合う積層分割鉄心２６、３７の噛合連結部２９、３９に同時噛合させる。このような構成となっている積層分割鉄心３６は一方には積層分割鉄心３７の、他方には積層分割鉄心２６の橋渡し用の分割鉄心として作用し、積層鉄心の組立を容易とする。
なお、この実施の形態においては、積層分割鉄心３６を半径方向内側から他の積層分割鉄心２６、３７に噛合させている。

本発明は前記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で変形例等のその他の積層鉄心にも適用され、例えば、前記実施の形態においては、積層鉄心の例を永久磁石設置タイプの回転子積層鉄心としたが、永久磁石を設置していない回転子積層鉄心であっても本発明は適用される。
また、前記実施の形態においては、積層分割鉄心の数は１０であったが、これよりも少ない場合又は多い場合であっても本発明は適用される。

本発明の第１の実施の形態に係る積層鉄心（回転子積層鉄心）の平面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る積層鉄心（回転子積層鉄心）の平面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る積層鉄心（回転子積層鉄心）の平面図である。 従来例に係る積層鉄心の説明図である。

１０：回転子積層鉄心、１１：積層分割鉄心、１２：分割鉄心片、１３：挿入孔、１４、１５：永久磁石、１６、１７：噛合連結部、１８、１９：凹部、２０、２１：凸部、２５：回転子積層鉄心、２６：積層分割鉄心、２７：分割鉄心片、２８、２９：噛合連結部、３０、３１：凹部、３２、３３：凸部、３５：回転子積層鉄心、３６、３７：積層分割鉄心、３８、３９：噛合連結部、４０：凹部、４１：凸部、４２：凸部、４３：凹部

Claims (3)

1. 複数の分割鉄心片をかしめ積層した積層分割鉄心が環状に連結され、回転子として用いる積層鉄心において、
   前記積層分割鉄心の両側には、それぞれ隣り合う前記積層分割鉄心に実質的に密着して連結する凸部と凹部を共に有する噛合連結部が設けられ、かつ前記凸部及び凹部は先部及び基部を除く側辺が平行となって、しかも、２個を除く前記積層分割鉄心は同一形状で、かつ、該２個を除く積層分割鉄心の前記噛合連結部の噛合方向が、連結されて環状となった前記積層分割鉄心の形成する円の接線に対して１０〜９０度の範囲にあり、更に前記除かれた２個の積層分割鉄心（Ａ、Ｂ）の両側に形成された噛合連結部はそれぞれ左右対称となって、前記除かれた２個のうち１個の積層分割鉄心（Ｂ）は両側に形成された前記噛合連結部の噛合方向が同一となって、該１個の積層分割鉄心（Ｂ）の両側の噛合連結部を隣り合う前記積層分割鉄心の噛合連結部に半径方向内側から同時噛合させていることを特徴とする積層鉄心。
2. 請求項１記載の積層鉄心において、前記各積層分割鉄心の半径方向外側に磁石挿入孔を有していることを特徴とする積層鉄心。
3. 金属板から分割鉄心片を打抜き形成し、前記分割鉄心片をかしめ積層して積層分割鉄心を形成し、前記積層分割鉄心をその両側に予め形成された噛合連結部を介して環状に連結して、回転子として用いる積層鉄心を製造する方法であって、
   前記噛合連結部はそれぞれ隣り合う該積層分割鉄心を実質的に密着して連結する凸部と凹部とを有し、前記凸部及び凹部は先部及び基部を除く側辺が平行となって、しかも、最後に噛合する積層分割鉄心を除く前記積層分割鉄心の前記噛合連結部の噛合方向が、連結されて環状となった前記積層分割鉄心の形成する円の接線に対して１０〜９０度となって、前記最後に噛合する積層分割鉄心の両側に形成された前記噛合連結部の噛合方向は平行となって、前記最後の積層分割鉄心を除く個々の前記積層分割鉄心を前記噛合方向から噛合させて順次片側から前記積層分割鉄心を連結し、前記最後の積層分割鉄心は、その両側の噛合連結部を隣り合う前記積層分割鉄心の噛合連結部に半径方向内側から同時噛合させることを特徴とする積層鉄心の製造方法。

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