JP5302908B2 - 積層鉄心および固定子 - Google Patents

Description

この発明は、複数のコア片の端部同士が連結され帯状に配列して形成されたコア部材を積層してなる積層鉄心およびこれを環状にして形成される固定子に関し、特に、積層鉄心の積層倒れを防止するとともに、コア片の端部同士の連結の回転を円滑に行うことのできるものである。

従来の積層鉄心は、複数の板状のコア片を帯状に配列することによりコア部材を形成し、コア部材を各コア片の積層方向に相隣る縁部同士が重なり合うように積層されている。そして、重なり合った両コア片の縁部の所定の位置には、嵌合することにより両コア片を回転自在に連結する凹部および凸部でなる連結部を形成する。これとともに、隣り合う連結部の間の所定の位置に、嵌合することにより両コア片を固着一体化する凹部および凸部でなる固着部が形成されている。
そして連結部の回転をスムーズにするため、連結部の凹部および凸部間に形成される積層方向の隙間が、固着部の凹部および凸部間に形成される積層方向の隙間より大に設定している（例えば、特許文献１参照）。

特許第３３７０３０３号（段落番号［０００５］、図３、図４等）

上記従来の積層鉄心では、コア部材を各コア片の積層方向に相隣る縁部同士が重なり合うように積層され、重なり合った両コア片の凹部および凸部を嵌合して連結するため、連結部の凸部はコア片の板厚から突出させて形成されている。このため、例えばコア片の凹部、凸部の形状等にわずかな誤差があれば、これらを嵌合することにより隣接する層間に平面方向の位置ずれが生じる。そして、位置ずれが積層鉄心の積層枚数分累積すれば、積層鉄心の積層倒れが生じ、このような積層鉄心で構成される電動機、発電機等の特性を悪化させるという問題がある。

また、上記従来の積層鉄心では、ティース部に巻線を施した時においても連結部のスムーズな回転を保つため、連結部の凹部および凸部間に形成される積層方向の隙間が、固着部の凹部および凸部間に形成される積層方向の隙間より大きく設定されている。このため、連結部および固着部のそれぞれの凹部、凸部の高さに精密なコントロールが必要であり、凹部と凸部とを形成するプレス金型などの製造装置に高い精度が要求され、これによりコストが増大するという問題がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、積層鉄心の積層倒れを防止するとともに、コア片の端部同士の連結の回転を円滑に行うことのできる積層鉄心を得ることができる積層鉄心および固定子を提供することを目的とする。

この発明は、複数の板状のコア片の端部同士を連結して帯状に配列して形成されたコア部材を複数枚積層して形成される積層鉄心であって、
各コア片の隣接する同士間における各コア片の第１端部は、積層方向一方側が除去された形状の第１薄肉部と、第１薄肉部の積層方向一方側上にコア片の板厚内の厚みにて形成された凸部とを有し、
各コア片の隣接する同士間における各コア片の第２端部は、積層方向他方側が除去された形状の第２薄肉部と、第２薄肉部の積層方向他方側上に隣接するコア片の凸部に相対する位置でかつ凸部と嵌合可能な形状に形成された凹部とを有し、
各コア片の隣接する同士間において、各コア片の第１端部の凸部と、隣接する各コア片の第２端部の凹部とが嵌合され、各コア部材の各コア片間が回動自在に連結されているものである。

また、この発明は、複数の板状のコア片の端部同士を連結して帯状に配列して形成されたコア部材を複数枚積層して形成される積層鉄心であって、
各コア片の隣接する同士間における各コア片の第１端部は、積層方向一方側が除去された形状の第１薄肉部と、第１薄肉部の積層方向一方側上にコア片の板厚内の厚みにて形成された凸部とを有し、
各コア片の隣接する同士間における各コア片の第２端部は、積層方向他方側が除去された形状の第２薄肉部と、第２薄肉部の積層方向他方側上に隣接するコア片の凸部に相対する位置でかつ凸部と嵌合可能な形状に形成された凹部とを有し、
各コア片の隣接する同士間において、各コア片の第１端部の凸部と、隣接する各コア片の第２端部の凹部とが嵌合され、各コア部材の各コア片間が回動自在に連結されている積層鉄心で、
各コア片は、バックヨーク部とバックヨーク部から伸びるティース部とを備え、バックヨーク部の端部同士が連結されてコア部材が形成され、
積層鉄心の各ティース部に巻回されるコイルを備え、積層鉄心を環状に形成されたものである。

この発明の積層鉄心は、複数の板状のコア片の端部同士を連結して帯状に配列して形成されたコア部材を複数枚積層して形成される積層鉄心であって、
各コア片の隣接する同士間における各コア片の第１端部は、積層方向一方側が除去された形状の第１薄肉部と、第１薄肉部の積層方向一方側上にコア片の板厚内の厚みにて形成された凸部とを有し、
各コア片の隣接する同士間における各コア片の第２端部は、積層方向他方側が除去された形状の第２薄肉部と、第２薄肉部の積層方向他方側上に隣接するコア片の凸部に相対する位置でかつ凸部と嵌合可能な形状に形成された凹部とを有し、
各コア片の隣接する同士間において、各コア片の第１端部の凸部と、隣接する各コア片の第２端部の凹部とが嵌合され、各コア部材の各コア片間が回動自在に連結されているので、
コア片の端部の形状誤差による位置ずれが生じたとしても、そのずれが積層枚数分蓄積することはなく、積層鉄心の積層倒れが生じることが防止できる。従って、このような積層鉄心で構成される、電動機、発電機等の特性が向上できる。また、各層内で連結されることにより、積層鉄心に巻線を施した際でも連結部の回転を円滑に行うことができる。

また、この発明の回転子は、複数の板状のコア片の端部同士を連結して帯状に配列して形成されたコア部材を複数枚積層して形成される積層鉄心であって、
各コア片の隣接する同士間における各コア片の第１端部は、積層方向一方側が除去された形状の第１薄肉部と、第１薄肉部の積層方向一方側上にコア片の板厚内の厚みにて形成された凸部とを有し、
各コア片の隣接する同士間における各コア片の第２端部は、積層方向他方側が除去された形状の第２薄肉部と、第２薄肉部の積層方向他方側上に隣接するコア片の凸部に相対する位置でかつ凸部と嵌合可能な形状に形成された凹部とを有し、
各コア片の隣接する同士間において、各コア片の第１端部の凸部と、隣接する各コア片の第２端部の凹部とが嵌合され、各コア部材の各コア片間が回動自在に連結されている積層鉄心で、
各コア片は、バックヨーク部とバックヨーク部から伸びるティース部とを備え、バックヨーク部の端部同士が連結されてコア部材が形成され、
積層鉄心の各ティース部に巻回されるコイルを備え、積層鉄心を環状に形成されたので、
コア片の端部の形状誤差による位置ずれが生じたとしても、そのずれが積層枚数分蓄積することはなく、積層鉄心の積層倒れが生じることが防止できる。従って、このような積層鉄心で構成される、電動機、発電機等の特性が向上できる。また、各層内で連結されることにより、積層鉄心に巻線を施した際でも連結部の回転を円滑に行うことができる。

この発明の実施の形態１における積層鉄心の構成を示す平面図および断面図である。 図１に示したコア片の構成を示す図である。 図１に示したコア片を連結した状態を示す図である。 図１に示したコア片を形成するためのコアシートの構成を示す図である。 図１に示したコア部材の構成を示す図である。 図１に示した積層鉄心にて構成される固定子の構成を示す図である。 図６に示した固定子の構成を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１における比較例の積層鉄心の連結部分の構成を示す断面図である。 図１に示した積層鉄心の連結部分の構成を示す断面図である。 この発明の実施の形態２におけるコア片の連結部分の構成示す図である。 図１０に示したコア片の連結部分の形成方法を説明するための図である。

実施の形態１．
以下、本願発明の実施の形態について説明する。図１はこの発明の実施の形態１における積層鉄心の構成を示す図で、図１（Ａ）は積層鉄心の平面図を、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＩ−Ｉ線に沿う積層鉄心の断面図、図２は図１に示した積層鉄心のコア片の構成を示す図で、図２（Ａ）はコア片の平面図を、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＩＩ−ＩＩ線に沿うコア片の断面図、図３は図２に示したコア片を２個連結した構成を示す図で、図３（Ａ）は２個のコア片を連結した平面図、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う２つのコア片を連結した断面図、図４は図１に示したコア片を形成するためのコアシートの構成を示す平面図、図５は図１に示したコア部材の構成を示す図で、図５（Ａ）はコア部材の平面図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＩＶ−ＩＶ線に沿うコア部材の断面図、図６は図１に示した積層鉄心にて構成された固定子の構成を示す平面図、図７は図６に示した固定子の構成を示す斜視図、図８はこの発明の実施の形態１における比較例の積層鉄心の連結部分の構成を示す断面図、図９は図１に示した積層鉄心の連結部分の構成を示す断面図である。

図において、積層鉄心１は複数の板状のコア片２の端部同士を連結して帯状に配列して形成されたコア部材３を複数枚積層して形成されている。本実施の形態１では、例えば９個のコア片２を連結して一枚のコア部材３が形成されており、さらにこのコア部材３を１２枚重ねて１２層に積層された積層鉄心１が形成されている。

コア片２は、電磁鋼板等の磁性の板材からなり、バックヨーク部２１と、バックヨーク部２１の中央部から略直交方向に伸びるティース部２２とを備えている。コア片２のバックヨーク部２１の一方の端部である第１端部２３（図２において左側）には、積層方向一方側（図２（Ｂ）において下側を指し、以下、単に下側とする。）がコア片２の板厚の略半分の厚み分除去された形状の第１薄肉部２３Ａが形成されている。そして、第１薄肉部２３Ａの下側上には、コア片２の板厚内で形成され、積層方向から見た形状が略円形状の凸部２３Ｂが形成されている。尚、本実施の形態１では、凸部２３Ｂの端面はコア片２の下側の面と同一平面上とする。

コア片２のバックヨーク部２１の他方の端部である第２端部２４（図２中右側）は、第１端部２３に対応した形状である。第２端部２４には、積層方向他方側（図２（Ｂ）中上側を指し、以下、単に上側とする。）がコア片２の板厚の略半分の厚み分除去された形状の第２薄肉部２４Ａが形成されている。そして、第２薄肉部２４Ａには、隣接するコア片２の第１端部２３の凸部２３Ｂに相対する位置で、かつ、凸部２３Ｂと嵌合可能な略円形状の凹部２４Ｂが形成されている。尚、本実施の形態１では、その端面がコア片２の下側の面と同一平面上にある凸部２３Ｂの形状に対応させ、凹部２４Ｂは薄肉部２４Ａを貫通する貫通穴にて形成されている。また、第１端部２３の第１薄肉部２３Ａと第２端部２４の薄肉部２４Ａとの厚みは、重なった時にコア片２の略板厚と同じ厚さになるよう設定されている。

このような形状のコア片２の隣接する同士間において、コア片２の第１端部２３の凸部２３Ｂが、隣接して配置されるコア片２の第２端部２４の凹部２４Ｂと嵌合することにより、隣接するコア片２間を回動自在に連結している。また、コア部材３の両端部に配置されるコア片２Ａ、２Ｉは、他のコア片２と連結されない側の端部（隣接していない端部）２５Ａ、２５Ｂは、積層鉄心１を環状に形成した際に、コア片２Ａ、２Ｉの他のコア片２と連結されない側の端部２５Ａ、２５Ｂ同士が当接可能な断面にて形成されている。具体的にここでは、直線状の断面にて形成されている。

次に、上記のように構成された実施の形態１の積層鉄心の製造方法について説明する。まず、上述のようなコア片２の輪郭を形成する方法として、エッチング加工による輪郭形成方法を説明する。エッチング加工は、電磁鋼板等からなる一枚の磁性板材の両面にレジストパターンを形成した後、エッチング液によりエッチングすることにより行われる。レジストパターンがない領域の磁性板材が溶解・除去されることにより所望の形状を形成することができる。例えば、レジストパターンが両面に形成された領域の磁性板材は除去されることなく残る。また、レジストパターンが片面に形成された領域の磁性板材はレジストパターンが形成されない側のみが除去されるため薄肉部として残る（ハーフエッチング）。レジストパターンが両面とも形成されてない領域の磁性板材は完全に除去され貫通する。ハーフエッチングは、エッチング加工の条件を変えてエッチング量を制御すること等に行うことができる。このような方法により所望の輪郭を形成後、コーティング処理され絶縁皮膜で覆われる。

本実施の形態１では、上述のエッチング加工方法により、図４に示すような、コア片２の輪郭が形成されたコアシート４を形成する。このように、コアシート４には複数のコア片２の輪郭が形成されている。複数のコア片２はコア片２を支持する支持部材４１を介して枠部材４２または隣接するコア片２と連結されている。コア片２の第１端部２３は、下面側において凸部２３Ｂを残してハーフエッチングすることにより第１薄肉部２３Ａが形成される。そして、コア片２の第２端部２４は、上面側をハーフエッチングすることにより第２薄肉部２４Ａが形成されるとともに、貫通穴である凹部２４Ｂの部分は完全に除去されるようエッチング加工され形成されている。このような方法によりコアシート４を形成した後、コアシート４はコーティング処理され絶縁皮膜で覆われる。

次に、切断機等（図示せず）により支持部材４１を切断することにより、コアシート４からコア片２を切り離す。そして、切り離すとともにコア片２を順次連結していく。例えばコアシート４のコア片２Ａ、２Ｂ、２Ｃ・・・２Ｉと順次切断し、図５に示すように、各コア片２Ａ、２Ｂ、２Ｃ・・・２Ｉの隣接する同士間に形成されている第１端部２３、第２端部２４を左側から順番に嵌合してコア部材３が形成される。そして、このように形成したコア部材３を順次積層し、図１に示す積層鉄心１を得る。コア片２のバックヨーク部２１とティース部２２が積層され、積層鉄心１のバックヨーク部１１とティース部１２が得られる（図７参照）。積層したコア部材３間の固着は、例えば接着により行う。接着による固着は、コア部材３に歪みが発生することがなく、磁気特性が高い積層鉄心１を得ることができる。尚、本実施の形態１では、接着により積層間を固着したが、これに限られるものではなく、溶接やカシメ等によっても固着することができる。

次に、このようにして製造した積層鉄心１の使用方法の一例について説明する。図６、７に示すように、積層鉄心１のティース部１２にコイル６（図示せず）を巻回後、積層鉄心１のコア片２の第１端部２３、第２端部２４を回動させて環状に配置する。そして、コア片２の連結されない側の端部２５Ａ、２５Ｂ同士を当接させて溶接等により固定することにより固定子５が形成される。固定子５の内周側に所定の空隙を介して回転子（図示せず）を配置することにより、電動機を形成するものである。

次に、本実施の形態１の積層鉄心１の効果について、図８、図９を参照して説明する。図８に示すように比較例の積層鉄心１０１は、複数の板状のコア片１０２を帯状に配列することによりコア部材１０３Ａ、１０３Ｂを形成し、コア部材１０３Ａ、１０３Ｂを各コア片１０２の積層方向に相隣る縁部同士が重なり合うように交互に積層している。そして、重なり合った両コア片１０２の縁部の所定の位置には、嵌合することにより両コア片１０２を回転自在に連結する凹部１０４および凸部１０５でなる連結部を形成している。比較例の連結部分である凸部１０５はコア片１０２の板厚から突出するように形成されており、重なり合う上側の層の凸部１０５が下側の層の凹部１０４に嵌合される構成である。このため、例えばコア片１０２の凹部、凸部の形状等にわずかな誤差があれば、これらを嵌合することにより重なり合う層間に平面方向の位置ずれｅが生じる。そして、位置ずれｅが積層鉄心１０１の積層枚数Ｎ分累積すれば、積層鉄心１０１全体の積層倒れが生じる。

また、比較例のような構成の連結部分とする場合、連結部分が回動し易いよう、凸部１０５の幅より凹部１０４の幅が広くなるように形成することが一般的である。このような形状の凸部１０５、凹部１０４の形成をプレス加工により行った場合、凹部１０４の幅が広い分だけ凸部１０５の高さが大きくなる。このため、コア部材１０３の積層間に隙間が生じ易い。また比較例は、連結部分を形成するために異なる形状のコア部材１０３Ａ、１０３Ｂを交互に積層している。

これに対し、本実施の形態１の積層鉄心１は、図９に示すように、第１薄肉部２３Ａと凸部２３Ｂとからなる第１端部２３と、第２薄肉部２４Ａと凹部２４Ｂとからなる第２端部２４とが嵌合することにより、各コア部材３の各層内で隣接するコア片２同士が連結される。このため、製造工程におけるコア片２の第１端部２３、第２端部２４の形状誤差により、多少位置ずれが生じたとしても、そのずれが積層枚数分蓄積することはなく、積層鉄心１全体の積層倒れが生じることはない。そして、積層鉄心１に積層倒れが生じないため、このような積層鉄心１で構成される電動機、発電機等の特性を向上させることができ、電動機等の省エネルギー化を図ることもできる。

また、凸部２３Ｂと凹部２４Ｂとの嵌合が一枚のコア部材３の板厚内に収まるため、コア部材３の積層間に隙間が生じることを抑制できる。このため、高密度の積層鉄心１が得られ、サイズあたりの性能が向上するため、小型化も可能となる。また、凸部２３Ｂと凹部２４Ｂとの嵌合により各層のコア部材３内で連結されるため、積層鉄心１にコイル６を施した際でも連結部分の回転を円滑に行うことができる。また、連結部分の形状に高い精度を要求しないため、生産コストを抑制することができる。また、比較例は、連結部分を形成するために異なる形状のコア部材１０３Ａ、１０３Ｂを交互に積層する必要があったが、本実施の形態１では同じ形状のコア部材３を積層させるため、生産性が非常に良い。

また、本実施の形態１の積層鉄心１は、例えば、コア片２の輪郭形成をエッチング加工により行うことにより、第１端部２３、第２端部２４の薄肉加工等が容易に行える。また、各コア片２の加工断面にカエリやバリ等が発生することを防止でき、加工部の周辺に歪みが生じることもない。

実施の形態２．
次に、本実施の形態２について説明する。図１０はこの発明の実施の形態２におけるコア片の連結部分の構成を示す断面図、図１１は図１０に示したコア片の連結部分の形成方法を説明するための図である。図において、上記実施の形態１と同様の部分については、同一符号を付して説明を省略する。本実施の形態２では、上記実施の形態１に加えて、コア片２の凸部２３Ｂに積層方向一方側（下側）が開口する開口部２３Ｃが形成されている。そして、凸部２３Ｂと凹部２４Ｂとのクリアランスは、開口部２３Ｃの開口側が他の部分より狭く形成され、凸部２３Ｂが貫通穴である凹部２４Ｂから抜け出ないように構成されている。

次に上記のように構成された実施の形態２の積層鉄心の形成方法について説明する。尚、開口部２３Ｃの形成方法以外は上記実施の形態１と同様であるため、その説明は適宜省略する。図１１（Ａ）に示すように、コア片２の凸部２３Ｂの略中心に開口部２３Ｄを形成する。そして、凸部２３Ｂを凹部２４Ｂに嵌合する。尚、開口部２３Ｄは、コア片２の輪郭形成と同時に、ハーフエッチング加工等により形成することができる。次に、図１１（Ｂ）に示すように、コア片２の連結部分を上下から挟みこむように開口部２３Ｄ側に拡開工具７を、他面側に受け治具８とをそれぞれ配置する。そして、拡開工具７を開口部２３Ｄに押し付けることにより開口部２３Ｄの入口部分を拡大して、凸部２３Ｂと凹部２４Ｂとのクリアランスが、開口側が他の部分より狭くなる開口部２３Ｃを形成する。そして、開口部２３Ｃを凸部２３Ｂと貫通穴２４Ｂとの抜け止めとして機能させる。

以上のように、実施の形態２の積層鉄心では、上記実施の形態１と同様の効果を奏するのはもちろんのこと、コア片の凸部に開口部が形成され、凸部と凹部との嵌合が保持され、コア部材がバラバラになることが防止され、コア部材が取り扱い易くなるため生産性が向上する。

１ 積層鉄心、２ コア片、３ コア部材、５ 固定子、６ コイル、
２１ バックヨーク部、２２ ティース部、２３ 第１端部（一方の端部）、
２３Ａ 第１薄肉部、２３Ｂ 凸部、２３Ｃ 開口部、
２４ 第２端部（他方の端部）、２４Ａ 第２薄肉部、２４Ｂ 凹部。

Claims (7)

1. 複数の板状のコア片の端部同士を連結して帯状に配列して形成されたコア部材を複数枚積層して形成される積層鉄心であって、
   上記各コア片の隣接する同士間における上記各コア片の第１端部は、積層方向一方側が除去された形状の第１薄肉部と、上記第１薄肉部の積層方向一方側上に上記コア片の板厚内の厚みにて形成された凸部とを有し、
   上記各コア片の隣接する同士間における上記各コア片の第２端部は、積層方向他方側が除去された形状の第２薄肉部と、上記第２薄肉部の積層方向他方側上に上記隣接するコア片の上記凸部に相対する位置でかつ上記凸部と嵌合可能な形状に形成された凹部とを有し、
   上記各コア片の隣接する同士間において、上記各コア片の第１端部の凸部と、隣接する上記各コア片の第２端部の凹部とが嵌合され、上記各コア部材の上記各コア片間が回動自在に連結されていることを特徴とする積層鉄心。
2. 上記凹部は、上記第２薄肉部を貫通する貫通穴にて形成されていることを特徴とする請求項１に記載の積層鉄心。
3. 上記凸部は積層方向一方側が開口する開口部を備え、
   上記凸部と上記貫通穴とのクリアランスは、上記開口部の開口側が他の部分より狭く形成されていることを特徴とする請求項２に記載の積層鉄心。
4. 上記各コア片の第１端部および第２端部は、エッチング加工により形成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の積層鉄心。
5. 上記第１薄肉部および上記第２薄肉部の積層方向の厚みは、上記各コア片の上記第１端部および上記第２端部以外の箇所の板厚の厚みの半分の厚みにて形成されていることを特徴とする請求項４に記載の積層鉄心。
6. 上記各コア片は、バックヨーク部と上記バックヨーク部から伸びるティース部とを備え、上記バックヨーク部の端部同士が連結されて上記コア部材が形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の積層鉄心。
7. 請求項６に記載の積層鉄心の各ティース部に巻回されるコイルを備え、上記積層鉄心を環状に形成されたことを特徴とする固定子。

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