JP5139500B2

JP5139500B2 - 固定子及び固定子の製造方法

Info

Publication number: JP5139500B2
Application number: JP2010239219A
Authority: JP
Inventors: 豊信山田; 康雄和田; 恭男平野; 貴志荒木; 康一水谷
Original assignee: Toshiba Industrial Products Manufacturing Corp
Current assignee: Toshiba Industrial Products and Systems Corp
Priority date: 2005-06-27
Filing date: 2010-10-26
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2025-09-22
Also published as: JP2011019400A

Description

本発明は、複数の鉄心材を積層してなる構成の固定子鉄心を備える固定子及びその固定子の製造方法に関する。

従来では、薄板状の電磁鋼板を円環状に打ち抜いて鉄心材を得て、これらを積層することにより固定子鉄心を構成する方法が知られている。このような固定子鉄心は、上述のように鉄心材を積層した積層体で構成しているので、互いの鉄心材同士がばらけ易い。従って、固定子鉄心にコイルを収納或いは巻回してケースに固定するまでは、前記鉄心材同士の仮止めが必要である。

そこで、従来においてその仮止めは、図１１に示すように、例えば固定子鉄心１００の外周を積層方向に数箇所、レーザー等で溶接（図１１中、溶接箇所１０１参照）することにより行われている。そして、その後固定子鉄心１００の外周から突出した耳部１０２に形成されたボルト孔１０３にボルト１０４を挿入し、ナット１０５にて締め付けることにより固定子鉄心１００のばらけを確実に防止すると共に、この固定子鉄心１００をケース（図示せず）に対して固定するようにしている。
なお、特許文献１にもレーザーを用いて鉄心材を溶接するといった類似の構成が開示されている。

特開平０８−１４９７２６号公報（特に段落番号「００２１」及び図１参照）

ここで、上記構成の場合、次のような問題があった。即ち、仮止めの際に固定子鉄心１００を溶接してしまうと、この溶接時の熱の影響により溶接箇所１０１がひずんでしまい、僅かではあるが寸法変化が発生してしまっていた。また、溶接により鉄損が増えるという不具合もあった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、寸法変化を低減させることができ、且つ鉄損の増加を防止できる固定子鉄心を備える固定子及びその固定子の製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の固定子は、複数の貫通孔を有すると共に当該貫通孔の両脇にボルト孔を有する鉄心材を複数枚積層してなる積層体、及び前記貫通孔に挿入されて拡開されることにより前記鉄心材同士を結束する結束筒体を有する固定子鉄心と、前記固定子鉄心を収納するケースと、を備える。前記固定子鉄心は、前記結束筒体の前記積層体から突出した両端部に、その一部または全部が径方向に拡開された抜止部が形成されると共に、当該抜止部に、板状のポンチにて圧潰された圧潰部が形成されて、前記複数枚の鉄心材同士が結束されて仮止めされ、その仮止めされた状態で前記ケースに収納されると共に前記ボルト孔にボルトが挿入されて前記ケースに固定される。前記ケースには、前記積層体の端面と当接する部位に前記結束筒体の端部を逃がすザグリが形成されている（請求項１の発明）。
上記の場合、その製造方法は、前記鉄心材に複数の貫通孔を形成すると共に当該貫通孔の両脇にボルト孔を形成し、前記鉄心材を複数枚積層して積層体を得た後に前記貫通孔に当該貫通孔の内径よりも小さく且つ前記積層体を貫通する結束筒体を挿入し、この結束筒体に挿入体を圧入させて前記結束筒体の内径を径方向に拡開して当該結束筒体の外周面を前記貫通孔の内周面に圧接させると共に、この結束筒体の前記積層体から突出した両端部を径方向へ拡開させて板状のポンチで圧潰することにより前記鉄心材同士を結束して仮止めし、仮止めした状態の積層体を前記積層体の端面と当接する部位に前記結束筒体の端部を逃がすザグリが形成されたケースに収納すると共に前記ボルト孔にボルトを挿入して前記ケースに固定するようにするとよい（請求項７の発明）。

このような固定子の構成及び製造方法によれば、積層体を構成する鉄心材同士を溶接によらずに結束できるようになる。従って、溶接によって積層体（固定子鉄心）がひずんでしまう等の不具合を防止することができる。

以上のように、本発明の固定子鉄心によれば、寸法変化を低減させることができ、且つ鉄損の増加を防止できるという優れた効果を得ることができる。

本発明の第１の実施例を示すもので、ケースに固定子鉄心を組込んだ状態で示す断面図鉄心材の正面図（ａ）〜（ｃ）は結束筒体を拡開させる工程図（ａ）は結束筒体の一端部の拡大断面図、（ｂ）は同正面図本発明の第１の参考例を示す図４相当図本発明の第２の実施例を示す図４相当図本発明の第２の参考例を示す図４相当図本発明の第３の実施例を示すもので、（ａ）は要部の縦断面図、（ｂ）は正面図結束筒体の一端部を拡開させる工程を示す要部の縦断面図（ａ）〜（ｄ）は、結束筒体の変形例を示す斜視図従来例を示すもので、固定子鉄心全体の側面図

以下、本発明を、回転電機の固定子に適用した第１の実施例について図１〜図４を参照して説明する。
まず図２は、鉄心材１の正面図を示している。この図に示すように、鉄心材１は、電磁鋼板を打ち抜くことにより、全体としては略円環状に形成されている。鉄心材１の内周側にはスロット２が複数形成されており、また外周側近傍には、複数の貫通孔３及びボルト孔４が形成されている。貫通孔３は、全周に亘って計９箇所形成され、ボルト孔４は前記貫通孔３の両脇に計１８箇所形成されている。この鉄心材１は、複数枚積層されて円筒状とされるが、このとき前記貫通孔３及びボルト孔４が互いに軸方向に揃うように構成され、以って積層体５（図３（ａ）参照）とされる。

次に、図３を参照しながら、前記積層体５の貫通孔３に、断面円形状の結束筒体６を挿入して拡開する工程を説明する。まず、軸方向に揃えられて筒状となった貫通孔３（計９箇所）に対して結束筒体６を挿入する。この結束筒体６の外径寸法は、図３（ａ）に示すように、貫通孔３の内径寸法より小さく且つその両端部は前記貫通孔３（換言すれば、図３中、上下両端の鉄心材１）から突出するようになっている。

この状態で、図３（ｂ）に示すように、結束筒体６に対して挿入体たるポンチ７を圧入させる。このポンチ７は、先端部７ａが先細形状をなし、最大外径部（いわゆる平行部）７ｂが、前記結束筒体６を拡開させて当該結束筒体６の外周面を前記貫通孔３の内周面に嵌合させるような寸法に形成されている。従って、ポンチ７を、図３（ａ）に示す状態から徐々に結束筒体６に圧入（図１（ｂ）に示す状態）させると、結束筒体６の外周面が貫通孔３の内周面に段階的に嵌合されるようになっていく。やがて、図３（ｃ）に示すように、ポンチ７が貫通孔３を抜け切ると、結束筒体６の全外周面が貫通孔３の内周面に圧接され、これにより、積層体５を構成する複数枚の鉄心材１同士が互いにばらけないように結束、つまり仮止めされ、以って固定子鉄心８が構成される。

このとき、結束筒体６の積層体５から突出した両端部は、図４（図４では、一端部のみ図示）に示すように、径方向へ拡開されて抜止部６ａとされていると共に、この抜止部６ａを板状のポンチ（図示せず）にて圧潰して当該部分に圧潰部９が形成されることにより、前記積層体５を構成する両端の鉄心材１の剥離を防止し且つ複数の鉄心材１全体を確実に結束するようになっている。

固定子鉄心８のスロット２には、図１に示すように、コイル１０が巻装されて固定子１１が構成され、これが略円筒状をなすケース１２に収納される。なお、このとき、積層体５の貫通孔３に嵌合された結束筒体６の端部は、当該積層体５よりも突出しているので、ケース１２の固定子取付部１２ａにおける積層体５の端面と当接する部位には、前記結束筒体６の端部を逃がすザグリ（いわゆる穴）１２ｂが形成されている。ケース１２に収納された固定子１１は、ボルト孔４にボルト１３（図２にも１箇所のみ図示）を挿通し、このボルト１３をケース１２の固定子取付部１２ａに螺合することにより当該ケース１２に固定される
そして、図示はしないが、固定子１１内に回転子が配置されると共に、ケース１２の両端部に、前記回転子の回転子軸を支承する軸受を有する軸受ブラケットが配設され、以って回転電機が構成される。

上記のような実施例によれば、まず積層体５を構成する鉄心材１同士を仮止めする際に、溶接を施すのではなく、結束筒体６を貫通孔３に挿通し、結束筒体６の外周面を前記貫通孔３の内周面に圧接することにより結束するようにした。このため、鉄心材１の、延いては固定子鉄心８の寸法変化や磁気抵抗（鉄損）を大幅に抑制することができ、これにより回転電機の特性を向上させることができる。
また、貫通孔３を鉄心材１の外周側近傍に形成したので、固定子鉄心８の外周面は面一となり当該固定子鉄心８の外径寸法の精度を向上させることができる。

次に、本発明の第１の参考例を図５を参照して説明する。なお、上記第１の実施例と同様な箇所には同様な符号を付し、その詳細な説明は省略する。
結束筒体６の積層体５から突出した両端部には、図５（図５では、一端部のみ図示）に示すように、断面カール状の抜止部２０が形成されている。この抜止部２０の先端は、積層体５の両端の鉄心材１に当接するようになっており、これにより一層確実に両端の鉄心材１の剥離を防止できる。

次に、本発明の第２の実施例を図６を参照して説明する。なお、上記第１の実施例と同様な箇所には同様な符号を付し、その詳細な説明は省略する。
結束筒体６の外周面には、その長さ方向に亘って凹凸になるように形成された凹部３０、及び凸部３１が交互に形成されている。また、積層体５を構成する鉄心材１の貫通孔３は、前記結束筒体６の凹部３０、及び凸部３１に夫々対応するように、凹部３０に対する小径孔３２と、凸部に対する大径穴３３とが形成され、これらが交互に積層されるようになっている。これにより、上記第１の実施例と同様な効果を得られると共に、何らかの理由で結束筒体６が抜けてしまい、結束力が低下してしまうような事態を防止できる。

次に、本発明の第２の参考例を図７を参照して説明する。なお、上記第１の実施例と同様な箇所には同様な符号を付し、その詳細な説明は省略する。
結束筒体６の積層体５から突出した両端部には、抜止部の代わりに、前記結束筒体６を貫通する挿通孔４０が形成されると共に、この挿通孔４０に抜止ピン４１（ピン）が前記結束筒体６に対して直交するように圧入、固定される構成となっている。この抜止ピン４１は、挿通孔４０に圧入、固定されることにより、その両端部が積層体５を構成する両端の鉄心材１の表面に当接し、以って両端の鉄心材１の剥離を防止することができる。このような構成においても、上記第１の実施例と同様な効果を得られる上、更に抜止ピン４１を圧入するだけなので、作業効率を向上させることができる。

次に、本発明の第３の実施例を図８及び図９を参照して説明する。なお、上記第１の実施例と同様な箇所には同様な符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図８（ａ）に示すように、積層体５の貫通孔３内に挿入された結束筒体６は、積層体５の積層方向（図中上下方向）の両端部に対応する部分のみが拡開されていて（拡開部６ｂ参照）、積層体５の積層方向（図中上下方向）の中央部に対応する部分は拡開されていない（非拡開部６ｃ参照）。この場合、上下両端部の拡開部６ｂの外周面は貫通孔３の内周面に圧接しているが、非拡開部６ｃの外周面は、貫通孔３の内周面に当接していない。結束筒体６の積層体５から突出した両端部には、外側に押し曲げられたかしめ部４５が複数箇所に形成されていて、このかしめ部４５が、積層体５を構成する両端の鉄心材１の表面に当接している。これにより、積層体５を構成する両端の鉄心材１の剥離を防止し且つ複数の鉄心材１全体を確実に結束するようになっている。

ここで、結束筒体６の両端部のみに拡開部６ｂを形成するには、例えば次のようにして行う。図９に示すように、結束筒体６を積層体５の貫通孔３に貫通状態に挿入した状態で、結束筒体６の一端部（図では上端部）に、挿入体を構成するポンチ７を圧入して、その最大外形部７ｂにより結束筒体６の上端部側のみを拡開させて拡開部６ｂを形成する。このとき、ポンチ７は、積層体５の積層方向の上端部から少し下方に対応する部位までしか挿入しない。そして、ポンチ７を抜いた後、結束筒体６の積層体５から突出した上端部に、かしめ部４５を形成する。この後、積層体５を上下反転させて、結束筒体６の他端部にも上記と同様にして、拡開部６ｂ及びかしめ部４５を形成する。

なお、結束筒体６の上下両端部に拡開部６ｂを形成する方法として、ポンチ７を積層体５の上下両側に配置し、それら上下のポンチ７を、結束筒体６の上下両端部に同時に圧入して、結束筒体６の両端部に同時に拡開部６ｂを形成するようにしてもよい。

このような実施例においては、結束筒体６において、積層体５の積層方向の中央部に対応する非拡開部６ｃは、積層体５に対して圧接していないので、その積層体５の積層方向の中央部に位置する鉄心材１の変形を抑えることができる。従って、結束筒体６の長さ方向全体を拡開させる場合に比べて、鉄心材１の変形を少なくできる利点がある。

なお、結束筒体の形状においては、用途に応じて様々なものを採用してもよい。即ち、例えば図１０（ａ）に示すように断面Ｃ字状の結束筒体５０とすると、ポンチ７での拡開の際、結束筒体５０の拡開がスムーズに行われるようになり、また図１０（ｂ）に示すように外周面に凸条部６０を複数備えた結束筒体６１とすると、拡開に際して前記凸条部６０が貫通孔３の内周面にきつく圧接され（面圧が上昇するため）、これにより鉄心材１同士の結束を強固にすることができるようになる。
また、図１０（ｃ）に示すように、外周面にローレット加工７０を施した結束筒体７１としたり、図１０（ｄ）に示すように、外周面を多角形（この場合、八角形）とする結束筒体８０としたりしても、上記のような効果（面圧を上昇させる）を得ることができる。

なお、上記第１〜第３の実施例及び第１、第２の参考例においては、鉄心材１に対して貫通孔３を計９箇所、ボルト孔４を計１８箇所形成したが、これらの孔の形成数は、使用状態や強度等に応じて適宜変更することができる。
また、鉄心材１を積層して積層体５とする際に、両端の鉄心材１に厚板（端板）や座金を宛がって、これらも一緒にケース１２に固定するようにしてもよい。また、結束筒体６にボルト１３を挿通し、以ってケース１２に固定するようにしてもよい。
また、結束筒体６の形状は、上記変形例に限るものではなく、鉄心材１同士を結束できるならば特に限定するものではない。
また、鉄心材１に耳部（図示せず）を形成し、この耳部に結束筒体６を挿入する構成としてもよい。

図面中、１は鉄心材、３は貫通孔、５は積層体、６は結束筒体、６ａは抜止部、７はポンチ（挿入体）、８は固定子鉄心、９は圧潰部、１１は固定子、１２はケース、１２ｂはザグリ、１３はボルト、２０は抜止部、４５はかしめ部、５０，６１，７１，８０は結束筒体である。

Claims

複数の貫通孔を有すると共に当該貫通孔の両脇にボルト孔を有する鉄心材を複数枚積層してなる積層体、及び前記貫通孔に挿入され拡開されることにより前記鉄心材同士を結束する結束筒体を有する固定子鉄心と、
前記固定子鉄心を収納するケースと、を備え、
前記固定子鉄心は、前記結束筒体の前記積層体から突出した両端部に、その一部または全部が径方向に拡開された抜止部が形成されると共に、当該抜止部に、板状のポンチにて圧潰された圧潰部が形成されて、前記複数枚の鉄心材同士が結束されて仮止めされ、その仮止めされた状態で前記ケースに収納されると共に前記ボルト孔にボルトが挿入されて前記ケースに固定され、
前記ケースには、前記積層体の端面と当接する部位に前記結束筒体の端部を逃がすザグリが形成されていることを特徴とする固定子。
前記結束筒体は、挿入体が圧入されて抜け切って拡開されることにより当該結束筒体の全外周面が前記貫通孔の内周面に圧接することを特徴とする請求項１記載の固定子。
前記結束筒体は、前記積層体の積層方向の両端部に対応する部分が拡開されていて、前記積層体の積層方向の中央部に対応する部分は拡開されていないことを特徴とする請求項１記載の固定子。
前記結束筒体は断面円形状であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の固定子。
前記結束筒体は断面Ｃ字状であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の固定子。
前記結束筒体は断面多角形状であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の固定子。
複数の鉄心材を積層してなる積層体を有する固定子鉄心を備えた固定子の製造方法において、
前記鉄心材に複数の貫通孔を形成すると共に当該貫通孔の両脇にボルト孔を形成し、前記鉄心材を複数枚積層して積層体を得た後に前記貫通孔に当該貫通孔の内径よりも小さく且つ前記積層体を貫通する結束筒体を挿入し、この結束筒体に挿入体を圧入させて前記結束筒体の内径を径方向に拡開して当該結束筒体の外周面を前記貫通孔の内周面に圧接させると共に、この結束筒体の前記積層体から突出した両端部を径方向へ拡開させて板状のポンチで圧潰することにより前記鉄心材同士を結束して仮止めし、仮止めした状態の積層体を、前記積層体の端面と当接する部位に前記結束筒体の端部を逃がすザグリが形成されたケースに収納すると共に前記ボルト孔にボルトを挿入して前記ケースに固定するように構成したことを特徴とする固定子の製造方法。