JP5237720B2 - 積層固定鉄心 - Google Patents

Description

この発明は、積層固定鉄心に関するものである。

従来、ステータの磁極部に巻き回すコイル占積率を向上させるための分割鉄心の技術が普及しており、複数の分割積層鉄心を組み合わせて１個の積層固定鉄心を構成している。

特開２００７−６０８７７号公報（図１、段落０００５）

複数の分割積層鉄心を組み立てて積層固定鉄心を製造する時に、少なくとも１カ所の隣接する分割積層鉄心同士を溶接する従来の技術では、隣接する分割積層鉄心同士を結合する結合部の外周側を溶接する時に発生する熱によって、結合部において鉄心に対して分割積層鉄心間の継ぎ目に引き込まれる方向に残留圧縮熱応力が生じる。この残留圧縮熱応力のためにステータの真円度が悪化していた。
そこで改善策として特許文献１のように溶接を不要とした形状をもつ積層固定鉄心も提案されている。
特許文献１に記載されている従来技術では、結合部を全て嵌合して組み立てている。組み立てた分割積層鉄心群はケースに入れて焼嵌め、或いはケースに直接圧入したりするが、作業中に各分割積層鉄心間に、積層固定鉄心の軸方向への位置ズレが生じることがある。これを防止するには、組み合わせた分割積層鉄心群全体が動かないように仮に固定しなければならない。しかし、分割積層鉄心群の軸方向の両端を固定する治具ではケースに挿入できないため、一端だけで固定できる特別な治具を用いなければ、分割積層鉄心相互間の積層固定鉄心軸方向への位置ズレを防止できない。
このように、特許文献１に係る発明では、全ての分割積層鉄心を嵌合して積層固定鉄心を構成するため、各分割積層鉄心同士が積層固定鉄心の径方向に位置ズレすることは無く、積層固定鉄心の真円度は保持できる。しかしながら、隣接する分割積層鉄心相互間の積層固定鉄心軸方向への位置ズレが発生し、それを防止するには別途特別な治具、工程が発生するという問題があった。

この発明は上記の問題点を解決するためになされたものであり、溶接しても残留圧縮熱応力の影響を受けにくく、積層固定鉄心の径方向の位置ズレ防止に加えて、軸方向の位置ズレを抑制できる積層固定鉄心を提供することを目的とする。

この発明に係る積層固定鉄心は、
積層方向に凸部及び凹部を有するヨーク部とティース部とを備えた複数の鉄心片を、凸部と凹部とを嵌合させて積層して分割積層鉄心を構成し、分割積層鉄心を複数個環状に結合してなる積層固定鉄心において、それぞれの分割積層鉄心を構成する複数の鉄心片のうち少なくとも１枚の鉄心片の凸部は、１枚の鉄心片と積層方向に隣接する鉄心片の凹部と嵌合しており、かつ、１枚の鉄心片の凸部は、当該分割積層鉄心と隣接する分割積層鉄心を構成する複数の鉄心片のうち、１枚の鉄心片と積層固定鉄心の周方向に隣接する鉄心片の凹部にも跨って嵌合して結合部を構成することを特徴とするものである。

この発明に係る積層固定鉄心は、
積層方向に凸部及び凹部を有するヨーク部とティース部とを備えた複数の鉄心片を、凸部と凹部とを嵌合させて積層して分割積層鉄心を構成し、分割積層鉄心を複数個環状に結合してなる積層固定鉄心において、隣接する２個の分割積層鉄心のうち一方の分割積層鉄心を構成する複数の鉄心片のうち少なくとも１枚の鉄心片の凸部は、１枚の鉄心片と積層方向に隣接する鉄心片の凹部と嵌合しており、かつ、１枚の鉄心片の凸部は、他方の分割積層鉄心を構成する複数の鉄心片のうち、１枚の鉄心片と積層固定鉄心の周方向に隣接する鉄心片の凹部にも跨って嵌合して結合部を構成することを特徴とするものである。

この発明に係る積層固定鉄心は、
それぞれの分割積層鉄心を構成する複数の鉄心片のうち少なくとも１枚の鉄心片の凸部は、１枚の鉄心片と積層方向に隣接する鉄心片の凹部と嵌合しており、かつ、１枚の鉄心片の凸部は、当該分割積層鉄心と隣接する分割積層鉄心を構成する複数の鉄心片のうち、１枚の鉄心片と積層固定鉄心の周方向に隣接する鉄心片の凹部にも跨って嵌合して結合部を構成することを特徴とするものなので、
組み立て時に各分割積層鉄心が、積層固定鉄心の半径方向に位置ズレしない。また、隣接する２つの分割積層鉄心のヨーク部が重なり合っているので、分割積層鉄心間では積層固定鉄心の軸方向に対しても位置ズレが発生しないという効果を奏する。
また、分割積層鉄心の結合部の溶接位置に関係なく、積層固定鉄心の半径方向、軸方向の位置ズレを抑制した積層固定鉄心を提供できる。
更に、位置ズレした不良品の発生を防止できるので製品の歩留まりを向上し、スムーズに回転子しエネルギー効率の良い製品を提供できる。

また、この発明に係る積層固定鉄心は、
隣接する２個の分割積層鉄心のうち一方の分割積層鉄心を構成する複数の鉄心片のうち少なくとも１枚の鉄心片の凸部は、１枚の鉄心片と積層方向に隣接する鉄心片の凹部と嵌合しており、かつ、１枚の鉄心片の凸部は、他方の分割積層鉄心を構成する複数の鉄心片のうち、１枚の鉄心片と積層固定鉄心の周方向に隣接する鉄心片の凹部にも跨って嵌合して結合部を構成することを特徴とするものなので、分割積層鉄心間では積層固定鉄心の軸方向に対しても位置ズレが発生しないという効果を奏する。
また、結合部の溶接位置に関係なく、積層固定鉄心の半径方向、軸方向の位置ズレを抑制した積層固定鉄心を提供できる。
また、溶接を施す結合部以外の結合部（連結部）形状の設計の自由度を確保できるという効果がある。
更に、位置ズレした不良品の発生を防止できるので製品の歩留まりを向上し、スムーズに回転子しエネルギー効率の良い製品を提供できる。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による積層固定鉄心１の斜視図である。積層固定鉄心１は図２に示す分割積層鉄心２を複数個環状に結合して構成される。この実施の形態で示す積層固定鉄心１では１２個の分割積層鉄心２を結合している。
それぞれの分割積層鉄心２は２種類の鉄心片を積層して構成される。この2種類の鉄心片を鉄心片３及び鉄心片４と呼ぶこととする。図３は鉄心片３の平面図、図４は鉄心片３の斜視図、図５は鉄心片４の平面図、図６は鉄心片４の斜視図であり、図７は積層固定鉄心１の要部の平面図である。

実施の形態１に係る発明についてこれらの図を用いて説明する。
図３及び図４に示す鉄心片３は、ティース部３ａとヨーク部３ｂからなり、図５及び図６に示す鉄心片４も同様にティース部４ａとヨーク部４ｂからなる。鉄心片３、４の周方向両端は直線状に成形されている。
図２に示す分割積層鉄心２は、下から３枚が鉄心片４で、その上に重なる３枚が鉄心片３である。さらに交互に３枚ずつ鉄心片４、３が重なっている。
これから説明する鉄心片３及び鉄心片４の各部を示す符号中の最初の文字は左右の別（Ｌｅｆｔ、Ｒｉｇｈｔの頭文字）を表し、２番目の文字は凹凸の別（Ｒｅｃｅｓｓ、Ｐｒｏｔｒｕｓｉｏｎの頭文字）を表す。
図２、図３、図４に示す鉄心片３のヨーク部３ｂの上面両端には積層固定鉄心の周方向に延びる凹部３ＬＲ、３ＲＲを設けてある。また、鉄心片３のヨーク部３ｂの下面両端には上面の凹部３ＬＲ、３ＲＲと対をなす凸部３ＬＰ、３ＲＰを設けてある。２枚の鉄心片３を上下に重ね合わせると、対をなす凹部と凸部は互いに嵌合する。
同様に図２、図５、図６に示す鉄心片４のヨーク部４ｂの上面両端には積層固定鉄心の周方向に延びる凹部４ＬＲ、４ＲＲを設けてある。また、鉄心片４のヨーク部４ｂの下面両端には上面の凹部４ＬＲ、４ＲＲと対をなす凸部４ＬＰ、４ＲＰを設けてある。２枚の鉄心片４を上下に重ね合わせると、対をなす凹部と凸部は互いに嵌合する。
なお、図２の分割積層鉄心２では一番下の鉄心片４として貫通孔を有するもの（凸部４ＬＰ及び凹部４ＬＲが無い）を使用しているが、全て同じ鉄心片４でも構わない。

鉄心片３と鉄心片４の形状は、ヨーク部に違いがある。ティース部３ａ、４ａを揃えて鉄心片３と鉄心片４を重ねたとき、上下に重なり合わない部分（図３の点線から右側部分及び図５の点線から左側部分）をそれぞれについてオーバラップ部３ｃ、４ｃと呼ぶ。鉄心片３、４をティース部３ａ、４ａを揃えて所定の枚数ずつ積層して分割積層鉄心２を製造し、各分割積層鉄心２を組み合わせて積層固定鉄心１を製造すると、このオーバラップ部３ｃ、４ｃが図２に示すオーバラップ部５Ｕ、５Ｄ、６Ｕ、６Ｄとなる。図７に示す斜線部分で、分割積層鉄心２の各オーバラップ部は、隣接する分割積層鉄心２Ｒ、２Ｌの各オーバラップ部と重なり合うことになる。

オーバラップ部を介した、隣接する分割積層鉄心同士の嵌合について更に詳細を説明する。図２に示すオーバラップ部５Ｕの一番上（分割積層鉄心２の上から４枚目）の鉄心片４を説明の都合上鉄心片４４とする。図８はこの鉄心片４４の斜視図である。
また、図２では図示されていないが、分割積層鉄心２の左側に結合される分割積層鉄心、すなわち図７に示す分割積層鉄心２Ｌの上から３枚目の鉄心片３を鉄心片２Ｌ３３とする。図９はこの鉄心片２L３３の斜視図である。
鉄心片４４、鉄心片２Ｌ３３は、それぞれ鉄心片３、鉄心片４の一つであるから、その表面に設けた凹部及び凸部の形状、構造は前述した鉄心片３、４の凹部及び凸部の形状、構造と同様である。
鉄心片４４の上にはティース部を揃えて鉄心片３が３個積み重なっているのであるが、図８に示す鉄心片４４を真上から見たとして、左端部上面にある凹部４４ＬＲの、点線から右側に存在する部分（オーバラップ部以外の部分）には、真上に重なる鉄心片３の左端部下面に設けられた凸部３ＬＰが嵌合している（図２）。そして、凹部４４ＬＲの、点線から左側に存在する部分には、この鉄心片４４とオーバラップ部で重なり合うことになる、鉄心片２Ｌ３３の右端部下面に設けられた凸部２Ｌ３３ＲＰの、点線から右側に存在する部分（図９、オーバラップ部に存在する部分）が嵌合する。凸部２Ｌ３３ＲＰの点線から左側に存在する部分（図示せず、オーバラップ部以外の部分）は、この鉄心片２Ｌ３３の真下にあり、分割積層鉄心２Ｌの上から４枚目の鉄心片４の右端部上面に設けられた凹部４ＲＲと嵌合する。

以上のように、鉄心片２Ｌ３３の凸部２Ｌ３３ＲＰは分割積層鉄心２を構成する鉄心片４４の凹部４４ＬＲと、分割積層鉄心２Ｌの上から４枚目の鉄心片４の凹部４ＲＲに跨って嵌合していることとなる。また、積層固定鉄心１の周方向にも、半径方向にも隙間無く凹凸部が噛み合う。
実際の製造工程は、まず必要個数の分割積層鉄心２をバラバラに製造して、これを所定の位置に並べて巻線し、その後各分割積層鉄心２を軸方向に同心円上に並べて、中心に向かって押圧することによりオーバラップ部全部を同時に嵌め込んでいく。
そして、最後に分割積層鉄心２同士の外周の接合部を溶接する。隣接する分割積層鉄心２が縦方向に接する場所でも、横方向に接する場所でも溶接できる。特に場所を問わない。溶接をすると、溶接点が冷える過程で残留圧縮熱応力が働く。この力は、隣接する分割積層鉄心２同士が縦方向に接する場所を溶接した場合、図１０のように周方向（左右）から溶接点に向かう力となり、横方向に接する場所を溶接した場合は図１１のように上下方向から溶接点を積層固定鉄心１の内側へ引き込もうとする力となる。周方向（左右）から溶接点向かって働く残留圧縮熱応力に対しては、溶接点近傍にある、前の段落で説明した凸部２Ｌ３３ＲＰ及びその上下に積層された全ての鉄心片３の凸部３ＲＰが、それぞれ嵌合する凹部の中で、梁となって対向する。
また、上下方向から溶接点に向かう残留圧縮熱応力は、溶接された鉄心片だけではなく、溶接点の上下にある全ての鉄心片に対して、嵌合する凹凸部を介して分散される。
したがって、積層固定鉄心１に局所的変形が起こらない。

このように、実施の形態１による積層固定鉄心１は、周方向に隣接する分割積層鉄心２間に跨って上下方向に互いに嵌合する凹凸部を持つため、組み立て時に各分割積層鉄心２が、積層固定鉄心１の半径方向に位置ズレしない。また、オーバラップ部が交互に噛み合っているために積層固定鉄心１の軸方向に対しても隣接する分割積層鉄心２間で位置ズレが発生しない特徴がある。
また、この実施の形態によれば、溶接位置に関係なく、積層固定鉄心１の半径方向、軸方向の位置ズレを抑制した積層固定鉄心１を提供できる。
更に、位置ズレした不良品の発生を防止できるので製品の歩留まりを向上し、スムーズに回転子しエネルギー効率の良い製品を提供できる。
この実施の形態では鉄心片３、４を３枚ずつ重ねてオーバラップ部を形成する構成を説明したが鉄心片３、４を交互に積層しても、重ねる枚数を変更しても同じ効果が得られる。
また、凹部と凸部は逆であっても同じ効果を奏する。

実施の形態２．
図１２は実施の形態２の積層固定鉄心の斜視図、図１３は、積層固定鉄心の要部平面図である。この実施の形態では、積層固定鉄心の分割積層鉄心２を構成する鉄心片３及び４の周方向両端部の形状を直線ではなく、直線と曲線を組合せた形状としている。このように各鉄心片の両端部は、必ずしも直線でなくても良く、上下左右に隣接する鉄心間で、実施の形態１で説明した凹凸部の嵌合関係を形成できる形状でさえあれば、実施の形態１と同様に積層固定鉄心の半径方向、軸方向の位置ズレを抑制する効果を奏することができる。

実施の形態３．
図１４に実施の形態３による積層固定鉄心１０１を示す。
この積層固定鉄心１０１は実施の形態１と同様にオーバラップ部を噛み合わせる結合部形状を一端に有し、他端に回転可能な結合部形状である連結部を有する２個の分割積層鉄心と、前述の２個の分割積層鉄心の連結部と同じ連結部を両端に有する１０個の分割積層鉄心で構成される。
図１４に示すように、全ての分割積層鉄心を連結した分割積層鉄心群の一端の結合部１０を他端の結合部と嵌め合わせて積層固定鉄心１０１を構成する。
実施の形態１との違いは鉄心片に設けた凹凸部の形状である。実施の形態１では鉄心片３、４上の凹凸部は、組み立ての都合上、積層固定鉄心の周方向に直線状に設けていた。
この実施の形態では、全ての分割積層鉄心が連結されており、最後に両端を嵌め合わせる構造としている。従って分割積層鉄心１０２、１０２Ｌの嵌合する凹凸部の周方向縁部を平面構造とすると隙間無く結合部を嵌め合わせることができない。そこで図１４に示すように、連結された分割積層鉄心群の中間にある連結部１１を中心とする円弧に沿うような形で、分割積層鉄心１０２、１０２Ｌの凹凸部の外周面と、内周面を成形しなければならない。これにより隙間無く凹凸部を嵌め合わせることができる。

次に、連結部１１の構造について簡単に説明する。結合部１０と連結部１１を有する分割積層鉄心１０２を図１５、１６に示す。分割積層鉄心１０２の鉄心片１０３の右端部上面の所定の位置には円形の凹部１０３ＲＲが、図では見えないが鉄心片１０３の下面、１０３ＲＲの真下には円形の凸部１０３ＲＰが設けてある。図示しないが、図１６の右に隣接して連結する分割積層鉄心１０２Ｒの連結部には、この凹凸部に噛み合う円形の凹凸部が設けられている。それぞれの凹凸部の中心点を結んだ線を回転軸として連結部は回転可能である。

図１５、１６では説明の都合上、分割積層鉄心１０２を組み立てた図を示しているが、実際の積層固定鉄心１０１の組み立て工程は異なる。
全ての分割積層鉄心の最下層になる鉄心片を横一列に並べ、次に２層目を重ねる。順次相を重ねて最後にカシメてベルト状に連結された分割積層鉄心群を製造する。このように製造しなければ連結部１１を構成することができないからである。
そして連結部１１にて分割積層鉄心群を真っ直ぐに延ばしてから各ティース部に巻線する。巻線が済んだら両端の結合部を合わせて嵌め合わせる。結合部の適当な場所を溶接すると完成する。
実施の形態１同様溶接部の位置は問題とならない。
これにより、実施の形態１と同様の効果が得られる。
また、溶接を施す結合部以外の連結部の形状の設計の自由度を確保できる。
更に、結合部以外を連結して製造できるので、巻線効率の高い積層固定鉄心１０１を提供できる。

実施の形態１の積層固定鉄心１の斜視図である。 実施の形態１の分割積層鉄心２の斜視図である。 実施の形態１の鉄心片３の平面図である。 実施の形態１の鉄心片３の斜視図である。 実施の形態１の鉄心片４の平面図である。 実施の形態１の鉄心片４の斜視図である。 実施の形態１の積層固定鉄心１の要部の平面図である。 実施の形態１の鉄心片４４の斜視図である。 実施の形態１の鉄心片２Ｌ３３の斜視図である。 実施の形態１における隣接する分割積層鉄心間を縦に接する部分で溶接した場合の残留圧縮熱応力の方向を示す図である。 実施の形態１における隣接する分割積層鉄心間を横に接する部分で溶接した場合の残留圧縮熱応力の方向を示す図である。 実施の形態２の積層固定鉄心の斜視図である。 実施の形態２の積層固定鉄心の要部平面図である。 実施の形態３の積層固定鉄心の結合方法を示す図である。 実施の形態３の結合部を持つ分割積層鉄心の斜視図である。 実施の形態３の結合部を持つ分割積層鉄心の斜視図である。

符号の説明

１，１０１ 積層固定鉄心、
２，２Ｌ，２Ｒ，１０２，１０２Ｌ，１０２Ｒ 分割積層鉄心、
３，４，４４，２Ｌ３３ 鉄心片、３ａ，４ａ ティース部、３ｂ，４ｂ ヨーク部、
３ｃ，４ｃ オーバラップ部、
３ＬＰ，３ＲＰ，４ＬＰ，４ＲＰ，４４ＲＰ，２Ｌ３３ＲＰ 凸部、
３ＬＲ，３ＲＲ，４ＬＲ，４ＲＲ，４４ＲＲ 凹部、
５Ｕ，５Ｄ，６Ｕ，６Ｄ オーバラップ部、１０ 結合部、１１ 連結部。

Claims (5)

1. 積層方向に凸部及び凹部を有するヨーク部とティース部とを備えた複数の鉄心片を、凸部と凹部とを嵌合させて積層して分割積層鉄心を構成し、前記分割積層鉄心を複数個環状に結合してなる積層固定鉄心において、それぞれの分割積層鉄心を構成する複数の鉄心片のうち少なくとも１枚の鉄心片の凸部は、前記１枚の鉄心片と積層方向に隣接する鉄心片の凹部と嵌合しており、かつ、前記１枚の鉄心片の前記凸部は、当該分割積層鉄心と隣接する分割積層鉄心を構成する複数の鉄心片のうち、前記１枚の鉄心片と前記積層固定鉄心の周方向に隣接する鉄心片の凹部にも跨って嵌合して結合部を構成することを特徴とする積層固定鉄心。
2. 積層方向に凸部及び凹部を有するヨーク部とティース部とを備えた複数の鉄心片を、凸部と凹部とを嵌合させて積層して分割積層鉄心を構成し、前記分割積層鉄心を複数個環状に結合してなる積層固定鉄心において、隣接する２個の分割積層鉄心のうち一方の分割積層鉄心を構成する複数の鉄心片のうち少なくとも１枚の鉄心片の凸部は、前記１枚の鉄心片と積層方向に隣接する鉄心片の凹部と嵌合しており、かつ、前記１枚の鉄心片の前記凸部は、他方の前記分割積層鉄心を構成する複数の鉄心片のうち、前記１枚の鉄心片と前記積層固定鉄心の周方向に隣接する鉄心片の凹部にも跨って嵌合して結合部を構成することを特徴とする積層固定鉄心。
3. 請求項２に記載の前記結合部以外の前記分割積層鉄心同士の結合部は、回転可能に連結している積層固定鉄心。
4. 前記一枚の鉄心片の前記凸部の内周面及び外周面は、回転可能に連結された分割積層鉄心群の中間にある連結部の回転軸を中心とする円弧に沿う形状に形成されている請求項３に記載の積層固定鉄心。
5. 前記積層固定鉄心の外周面において隣接する分割積層鉄心が接する線が前記積層固定鉄心の外周面の軸方向に凸凹形状である請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の積層固定鉄心。

Images