JP5202577B2

JP5202577B2 - 固定子積層鉄心の製造方法

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Publication number: JP5202577B2
Application number: JP2010125970A
Authority: JP
Inventors: 秀樹松尾; 徳夫鳥巣
Original assignee: Mitsui High Tec Inc
Current assignee: Mitsui High Tec Inc
Priority date: 2006-08-08
Filing date: 2010-06-01
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2026-11-30
Also published as: JP2010226951A

Description

本発明は分割積層鉄心の磁極に巻線が馴染み高密度に巻回できるとともに、分割積層鉄心同士の連結組立てが労力を要さずかつ高精度にできる固定子積層鉄心の製造方法に関する。

昨今、固定子積層鉄心の磁極への巻線は、分割積層鉄心とすることにより容易化され、また密度よく巻回できるようになっている。しかし、巻線は加工性があるとは云え、磁極への巻回では図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように分割積層鉄心７０においては、磁極軸部７１の磁極上端部７２と磁極下端部７３に隙間７４、７５ができ、コイル７６の巻線密度をより高くできない。特にモータの銅損を低減させるように太い巻線を磁極に巻回しようとすると前記隙間がより広く生じる等の問題がある。
この問題に対処する技術として特許文献１には図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように積層鉄心の磁極軸部７８を、断面から見て上端部７９および下端部８０の幅を漸減したものを開示している。これによると、磁極軸部７８への巻線が上端部７９および下端部８０に隙間を生ぜずに巻回できる。

特開２００５−３４８５５３号公報

しかしながら、特許文献１には積層鉄心を工業的に製造する方法は明確に開示されてなく、特に磁極軸部の先部に形成される磁極歯部８１が平面視して台形状となっており、ヨーク部の内側が円弧状となっていることを考慮すると極めて製造が困難であり、このような積層鉄心の製造方法を開発すべき課題がある。また、この種の積層鉄心は分割積層鉄心を連結して成るが、その連結組立てが労力を要さず、かつ、組立て精度よくなされる課題がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、磁極への巻線が高密度にできる固定子積層鉄心を工業的に安価に製造できる固定子積層鉄心の製造方法を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係る固定子積層鉄心の製造方法は、磁極片毎に環状のヨーク片を分割した分割鉄心片を打抜きかしめ積層して、磁極軸部の積層上部が上方向に向かってかつ積層下部が下方向に向かってその幅が漸減している分割積層鉄心を形成した後、前記分割積層鉄心同士を両端に形成の連結部を介して連結する固定子積層鉄心の製造方法において、
被加工板から前記分割鉄心片のヨーク片部と磁極歯片部に連なる磁極軸片部の一方および他方の側面を、積層１枚目から前記磁極軸片部が所定幅Ｗとなる所望枚数ｎ１までの前記分割鉄心片に対し、前記磁極軸片部の中心線に対してスロット部打抜き金型を、前記ヨーク片部の半径方向内側辺および前記磁極歯片部の半径方向外側辺に沿って、徐々に後退させて前記磁極軸片部の幅が前記所定幅Ｗまで漸増するように打抜き、
前記所望枚数ｎ１以降から所望枚数ｎ２まで前記磁極軸片部の幅が前記所定幅Ｗとなるように打抜き、
前記所望枚数ｎ２から積層最終枚数ｎ３となるまでの前記分割鉄心片に対し、前記磁極軸片部の中心線に対して前記スロット部打抜き金型を、前記ヨーク片部の半径方向内側辺および前記磁極歯片部の半径方向外側辺に沿って、徐々に前進させて前記磁極軸片部の幅が前記所定幅Ｗから漸減するように打抜き、
前記分割鉄心片の前記ヨーク片部の両端部に、最終的にかしめ積層された前記分割積層鉄心同士を連結する連結片部をそれぞれ形成し、それぞれの前記分割鉄心片を外形抜きし、かしめ積層する。

本発明に係る固定子積層鉄心の製造方法において、前記磁極軸片部の一方および他方の側面の加工は順次行うことも可能であり、前記磁極軸片部の一方および他方の側面の加工は同時に行うことも可能である。

本発明に係る固定子積層鉄心の製造方法において、所定距離離して配置されて、前記磁極歯片部の円周方向端面をそれぞれ形成する第２のスロット部打抜き金型を、前記各分割鉄心片毎に、前記磁極軸片部の中心線に対して、一方向または他方向に徐々に移動させて、前記磁極歯片部を前記磁極軸片部を中心として（円周方向に）ずらして形成し、前記各分割鉄心片をかしめ積層して形成された前記分割積層鉄心の磁極歯部にスキューを形成することもできる。

請求項１〜４記載の固定子積層鉄心の製造方法は、磁極軸部の積層上部が上方向に向かって、かつ積層下部が下方向に向かってその幅が漸減しているので、分割積層鉄心の磁極軸部にコイルをより密に巻回することができる。
そして、磁極軸片部の幅の異なる分割鉄心片の製造にあっては、磁極軸片部の中心線に対してスロット部打抜き金型を前進または後退させて製造できるので、工業的により効率的な製造が可能となる。

特に、請求項２記載の固定子積層鉄心の製造方法においては、磁極軸片部の一方および他方の側面の加工は順次行われるので、金型の設計が容易となり、金型に与えるパワーも小さくて済む。
請求項３記載の固定子積層鉄心の製造方法においては、磁極軸片部の一方および他方の側面の加工は同時に行われるので、生産効率が向上する。

本発明の一実施の形態に係る固定子積層鉄心の製造方法の工程の説明図である。（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の他の実施の形態に係る固定子積層鉄心の製造方法によって形成される分割鉄心片の説明図である。（Ａ）、（Ｂ）は本発明の第１の実施の形態に係る固定子積層鉄心を構成する分割積層鉄心の平面図および断面図である。（Ａ）、（Ｂ）は本発明の第２の実施の形態に係る固定子積層鉄心に使用する分割積層鉄心の説明図、（Ｃ）は本発明の第３の実施の形態に係る固定子積層鉄心に用いる分割積層鉄心の説明図である。（Ａ）は従来例に係る分割積層鉄心の平面図、（Ｂ）は同図（Ａ）における矢視ａ−ａ´断面図である。（Ａ）は従来例に係る分割積層鉄心の断面図、（Ｂ）は同平面図である。

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。
まず、図３（Ａ）、（Ｂ）を参照しながら、本発明の第１の実施の形態に係る固定子積層鉄心を構成する個々の分割積層鉄心１０について説明する。
図示しない固定子積層鉄心は、環状のヨーク鉄心の内側に複数個、例えば８〜１６個の磁極１１を有している。そして、固定子積層鉄心は各磁極１１ごとにヨーク鉄心が分割され、一つの分割積層鉄心１０を形成している。各磁極１１はヨーク部１２（即ち、分割ヨーク鉄心）に基部が連結される磁極軸部１３と、磁極軸部１３の先端に設けられている磁極歯部１４とを有している。

この分割積層鉄心１０は磁極片毎に環状のヨーク片が分割された各分割鉄心片２０、２１のヨーク片部２２およびこれに基部が連結されている磁極軸片部２３に形成された周知形状のかしめ部２４を介してかしめ積層されている。
積層された分割鉄心片２０、２１の下（積層１枚目）からｎ１枚目（例えば３〜１０枚程度）までの分割積層鉄心１０の磁極軸部（積層下部）１３の幅が下方に向かって、磁極軸部１３の中心線を基準にして左右方向から徐々に短くなっている。また、分割鉄心片２０、２１の上から（ｎ３−ｎ２）枚目までの磁極軸部（積層上部）１３も上方に向けてその幅が左右対称に徐々に短くなっている。なおｎ３は分割鉄心片の最終積層枚数をいう。分割積層鉄心１０の残りのｎ２−ｎ１枚の磁極軸部１３の幅はＷに保持されている。このように構成することによって、磁極軸部１３の断面４隅の角部１５〜１８を円弧状または楕円弧状に形成されている。

なお、最下部の分割鉄心片２０のかしめ部は貫通孔となっている。そして、分割鉄心片２０、２１は背面側、即ち半径方向外側にあり溝状の切欠きからなる係合部２５がそれぞれ形成されている。この係合部２５は図示しない治具にこの分割積層鉄心１０を固定する場合に使用する。

分割鉄心片２０はヨーク片部２２の一方側に突出部（連結片部の一例）２６を、他方側に切欠き部（連結片部の一例）２７を有し、分割鉄心片２１はヨーク片部２２の一方側に切欠き部２７ａを、他方側に突出部２６ａを有して、この実施の形態では分割鉄心片２０、２１をそれぞれ３枚ずつ連続して積層された分割積層鉄心１０のヨーク部１２の両側に凹部と凸部からなる連結部２８、２９を形成している。そして、隣り合う分割積層鉄心１０の連結部２８、２９を噛合させて、固定子積層鉄心となるようにしている。この実施の形態では分割鉄心片はそれぞれ３枚ずつ連続積層しているが、例えば２枚または４枚以上の複数枚ずつ連続して積層する場合も本発明は適用される。

また、分割積層鉄心１０において、磁極軸部１３の基部が連結されるヨーク部１２の半径方向内側辺３１、３２と、磁極軸部１３の先部（即ち、半径方向内側）が連結される磁極歯部１４の半径方向外側辺３３、３４がそれぞれ同一幅を有して平行となっている。従って、分割積層鉄心１０を構成する分割鉄心片２０、２１においても、ヨーク片部２２の半径方向内側辺３１、３２（分割積層鉄心１０と同じ位置になるので同一の名称および番号を使用する）と、磁極歯片部３５の半径方向外側辺３３、３４は平行かつその幅は同一となる。

続いて、図１を参照しながら、本発明の一実施の形態に係る固定子積層鉄心の製造方法について説明する。
まず、分割鉄心片２０、２１が採取される長さの被加工板の一例である条材（例えば、厚さが０．２〜１ｍｍの珪素鋼板）３６を用意し、これを少なくとも工程１から工程１０のプレス加工処理を順次行うプレス加工設備に導入する。なお、条材３６はパイロット孔３７、３８を基準にして、図示しない搬送手段によって工程１〜工程１０を順次間歇搬送されている。

工程１で条材３６の幅方向両側にパイロット孔３７、３８を形成する。工程２で各分割鉄心片２０、２１の一方の半径方向外側辺３４、半径方向内側辺３２およびこれに連結する磁極軸片部２３の一方の輪郭線３９を形成する第１の抜き孔４０を形成する。この第１の抜き孔４０を形成するパンチとダイとからなる（以下の金型においても同じ）第１の金型（スロット部打抜き金型の一例）は、半径方向外側辺３４および半径方向内側辺３２に沿って移動し、磁極軸片部２３の幅が調整できるようになっている。工程３では、各分割鉄心片２０、２１の他方の半径方向外側辺３３、半径方向内側辺３１およびこれに連結する磁極軸片部２３の他方の輪郭線４２を形成する第２の抜き孔４３を形成する。この第２の抜き孔４３を形成する第２の金型（スロット部打抜き金型の一例）は、半径方向外側辺３３および半径方向内側辺３１に沿って移動し、磁極軸片部２３の幅が調整できるようになっている。

従って、分割積層鉄心１０を構成する最下層からｎ１番目までの分割鉄心片２０、２１の形成に当たっては、この第１、第２の金型は、プレス加工基準ライン（即ち、条材３６の中心線であって磁極軸片部２３の中心線でもある）に対して徐々に後退させながら、第１、第２の抜き孔４０、４３の打抜き加工を行う。また、分割積層鉄心１０を構成するｎ１番目からｎ２番目までの分割鉄心片２０、２１の形成に当たっては磁極軸片部２３が所定幅、例えば最大幅Ｗを維持するように、第１、第２の金型の位置を固定して第１、第２の抜き孔４０、４３の打抜き加工を行う。そして、分割積層鉄心１０を構成するｎ２番目から積層最終枚数ｎ３までの分割鉄心片２０、２１の製造にあっては、第１、第２の金型をプレス加工基準ラインに対して徐々に前進させて、磁極軸片部２３の幅Ｗを漸減させる。

工程４、５では分割鉄心片２０、２１に対して連結部２８、２９となる突出部２６、２６ａおよび切欠き部２７、２７ａの輪郭を形成する第３〜第６の抜き孔４４〜４７の打抜き加工を第３〜第６の金型によって行う。工程４を分割鉄心片２０が通過する場合は、第３、第４の金型の動きは止めており、工程５を分割鉄心片２１が通過する場合は第５、第６の金型の動きを止めておく。工程６では、各分割鉄心片２０、２１の磁極歯片部３５の両側端部の輪郭の形成を、第７、第８の抜き孔４８、４９を第７、第８の金型によって打抜き加工して行う。

この実施の形態では第７、第８の金型の位置は固定しているので、分割積層鉄心１０に形成される磁極歯部１４は上下方向に垂直（ストレート）となるが、第７、第８の抜き孔４８、４９を形成する第７、第８の金型（即ち、それぞれ第２のスロット部打抜き金型の一例である、パンチおよびダイ）を、図１において矢印ａ方向またはｂ方向（即ち、円周方向）に所定の間隔を保ちながら、通過する分割鉄心片２０、２１に対して、所定微小距離ｋずつ同時に移動させて、最終的に形成される磁極歯片部３５ａの形成位置を、磁極軸片部２３（即ち、プレス加工基準ライン）に対して円周方向の一方向から他方向の最大変位の間で徐々に変えることができる。このような分割鉄心片２０、２１をかしめ積層すると、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように磁極歯部１４ｐにスキューを与えた分割積層鉄心１０ａ（本発明の第２の実施の形態）を形成することができる。ここで、分割積層鉄心１０ａの厚みをＴとして、分割積層鉄心１０ａの磁極歯部１４ｐの上端と下端の円周方向の位相距離をＨとすると、スキュー角度αは、arctanＨ／Ｔとなる。位相距離Ｈは隣り合う磁極歯部１４ｐを平面視した場合即ち、同一高さ位置にある隣り合う分割鉄心片２０、２１の磁極歯片部３５ａの隙間Ｇの０．８〜５倍（好ましくは、１．２〜２．５倍）の範囲に設定するのがよい。積層された分割鉄心片２０、２１の枚数をｍとすると、微小距離ｋはＨ／ｍということになる。

図４（Ａ）、（Ｂ）で示す分割積層鉄心１０ａにおいては、他の構成要素は分割積層鉄心１０と同一であるので、同一の番号を付して詳しい説明を省略する。また、磁極歯片部の端部の切り抜きを行う（第７、第８の抜き孔４８、４９を形成する）パンチおよびダイを、最終的な打抜き片となる分割鉄心片の円周方向に同時に前後することで、図４（Ｃ）に示すように磁極歯部１４ｑに折れ曲がったスキューを形成した分割積層鉄心１０ｂ（本発明の第３の実施の形態）を形成することができる。いずれの場合においても、磁極軸部１３は上下方向にストレート（垂直となっている）となっているので、巻線は何ら支障なく巻回することができる。

工程７では各分割鉄心片２０、２１の背部（半径方向外側中央）に形成される係合部２５（あり溝）を形成する第９の抜き孔５０を第９の金型によって打抜き形成する。工程８では最下層の分割鉄心片２０のかしめ部となる３つのかしめ孔５１の形成を第１０〜第１２の金型によって行う。

工程９では最下層を除く分割鉄心片２０、２１のかしめ部となる３つのかしめ突起５２の形成を第１３〜第１５の金型によって行う。工程１０では、分割鉄心片２０、２１の半径方向内側の輪郭線５３と半径方向外側の輪郭線５４の打抜きを第１６の金型によって打抜き形成する。工程６〜工程８では分割鉄心片２０を形成する場合について説明しているが、分割鉄心片２１も同じ工程によって処理される。また、工程９は分割鉄心片２１を形成する場合について説明したが、分割鉄心片２０も同じ工程によって処理される。工程１０に使用する第１６の金型は、分割鉄心片２０、２１の両方を包含する形状となっている。

工程１０の金型の下部に抜き落とされた分割鉄心片２０、２１は順次かしめ積層されて、図３に示す分割積層鉄心１０が形成される。分割鉄心片２０、２１の積層にあっては、図３（Ｂ）に示すように、分割鉄心片２０、２１を交互に複数枚（例えば２〜６枚）重ねるのが好ましい。これによって、分割鉄心片２０、２１が極めて薄い場合でも連結部２８、２９の噛合部分が一定の厚みを有することになり、分割積層鉄心１０の組み立て効率が向上する。なお、当然のことながら、分割積層鉄心１０の各磁極軸部１３には所定のコイルが巻回された後、組み立てられる。

次に、図２を参照しながら、本発明の他の実施の形態に係る固定子積層鉄心の製造方法について説明すると、図１に示す固定子積層鉄心の製造方法においては、第１の金型を工程２で、第２の金型を工程３で用いて、それぞれ第１、第２の抜き孔４０、４３を形成しているが、この実施の形態においては、第１の金型と第２の金型を、同一工程で同時に用いて第１、第２の抜き孔４０、４３の打抜き加工を行う。この場合、第１、第２の金型はプレス加工基準ラインに対して同期して進退する構造となっている。

従って、図２（Ａ）に示す磁極軸片部２３の幅が狭い分割鉄心片２０（２１も同様）、図２（Ｃ）に示す磁極軸片部２３の幅が広い分割鉄心片２０、図２（Ｂ）に示すその中間の分割鉄心片２０の成形が一つの工程で可能となり、工程の短縮化が行える。

前記実施の形態においては、固定子積層鉄心の磁極数を特定して説明したが、本発明の要旨を変更しない範囲で、磁極数、固定子積層鉄心の形状は任意に選択できる。
また、固定子積層鉄心の製造方法において、幅の異なる磁極軸片部の形成にあたっては一つの工程で金型を動かして、形成される磁極軸片部の幅を変えているが、複数の工程に分けて金型の移動を行うようにしてもよいし、大量生産の場合は金型の位置を固定した複数の工程（ステーション）を有して分割鉄心片の加工を行ってもよい。
また、金型を動かす距離を積層する分割鉄心片の位置に応じて変えることにより、磁極軸部の上部および下部の断面形状の円弧状または楕円弧状の形を変えることができる。

１０、１０ａ、１０ｂ：分割積層鉄心、１１：磁極、１２：ヨーク部、１３：磁極軸部、１４、１４ｐ、１４ｑ：磁極歯部、１５〜１８：角部、２０、２１：分割鉄心片、２２：ヨーク片部、２３：磁極軸片部、２４：かしめ部、２５：係合部、２６、２６ａ：突出部、２７、２７ａ：切欠き部、２８、２９：連結部、３１、３２：半径方向内側辺、３３、３４：半径方向外側辺、３５、３５ａ：磁極歯片部、３６：条材、３７、３８：パイロット孔、３９：輪郭線、４０：第１の抜き孔、４２：輪郭線、４３：第２の抜き孔、４４：第３の抜き孔、４５：第４の抜き孔、４６：第５の抜き孔、４７：第６の抜き孔、４８：第７の抜き孔、４９：第８の抜き孔、５０：第９の抜き孔、５１：かしめ孔、５２：かしめ突起、５３、５４：輪郭線

Claims

磁極片毎に環状のヨーク片を分割した分割鉄心片を打抜きかしめ積層して、磁極軸部の積層上部が上方向に向かってかつ積層下部が下方向に向かってその幅が漸減している分割積層鉄心を形成した後、前記分割積層鉄心同士を両端に形成の連結部を介して連結する固定子積層鉄心の製造方法において、
被加工板から前記分割鉄心片のヨーク片部と磁極歯片部に連なる磁極軸片部の一方および他方の側面を、積層１枚目から前記磁極軸片部が所定幅Ｗとなる所望枚数ｎ１までの前記分割鉄心片に対し、前記磁極軸片部の中心線に対してスロット部打抜き金型を、前記ヨーク片部の半径方向内側辺および前記磁極歯片部の半径方向外側辺に沿って、徐々に後退させて前記磁極軸片部の幅が前記所定幅Ｗまで漸増するように打抜き、
前記所望枚数ｎ１以降から所望枚数ｎ２まで前記磁極軸片部の幅が前記所定幅Ｗとなるように打抜き、
前記所望枚数ｎ２から積層最終枚数ｎ３となるまでの前記分割鉄心片に対し、前記磁極軸片部の中心線に対して前記スロット部打抜き金型を、前記ヨーク片部の半径方向内側辺および前記磁極歯片部の半径方向外側辺に沿って、徐々に前進させて前記磁極軸片部の幅が前記所定幅Ｗから漸減するように打抜き、
前記分割鉄心片の前記ヨーク片部の両端部に、最終的にかしめ積層された前記分割積層鉄心同士を連結する連結片部をそれぞれ形成し、それぞれの前記分割鉄心片を外形抜きし、かしめ積層することを特徴とする固定子積層鉄心の製造方法。
請求項１記載の固定子積層鉄心の製造方法において、前記磁極軸片部の一方および他方の側面の加工は順次行われることを特徴とする固定子積層鉄心の製造方法。
請求項１記載の固定子積層鉄心の製造方法において、前記磁極軸片部の一方および他方の側面の加工は同時に行われることを特徴とする固定子積層鉄心の製造方法。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の固定子積層鉄心の製造方法において、所定距離離して配置されて、前記磁極歯片部の円周方向端面をそれぞれ形成する第２のスロット部打抜き金型を、前記各分割鉄心片毎に、前記磁極軸片部の中心線に対して一方向または他方向に徐々に移動させて、前記磁極歯片部を前記磁極軸片部を中心としてずらして形成し、前記各分割鉄心片をかしめ積層して形成された前記分割積層鉄心の磁極歯部にスキューを形成することを特徴とする固定子積層鉄心の製造方法。