JP5705001B2 - 回転電機の積層鉄心部材 - Google Patents

Description

この発明は、回転電機の積層鉄心部材に関するものである。

回転電機に用いられる鉄心のうち製造の合理化の工夫がなされた鉄心として特許文献１に記載の鉄心が挙げられる。
磁極ブロックが薄肉で直線状に連結されて構成されており、巻線のための空間が広く巻線工程で高速に巻線できる効果、整列して巻線できる効果、同時に複数の巻線処理ができる効果などが得られる。

特許第３３０７８８８号公報

特許文献１に記載するような直線状のコアは、金型によるプレス加工で製造する。直線状に磁極ブロックを連結して並べた鉄心部材の単位でプレス打ち抜きして製造する。
薄板材料から打ち抜かれた鉄心部材は、それ自体に設けられた突起が嵌り合ってカシメられることで金型の中で積層され固定される。
金型の中で突起の加工、打ち抜き、積層、カシメが実施されるので高速に、自動化して、連続的な生産を実現でき、時間当たりの生産効率が高い。

鉄心製造において、積層後の工程では、鉄心に絶縁物を装着する工程や巻線を施す工程があり、また、各工程間を自動搬送する場合がある。
これらの後工程においては、鉄心を把持する必要がある。
鉄心の把持には、鉄心の外形の形状を活用し、コアの形状に応じた特殊ツールでコアを把持し、その状態で絶縁物装着工程、巻線工程の処理を行う。

また、一つのコアを処理した後は、処理済みのコアと未処理のコアを入れ替える必要がある。
この入れ替えには、コアのつかみ替えが必要である。
把持と位置決めの難易度はコアの形状、大きさに依存し、把持に時間を要すると、後工程のそれぞれで処理時間が増加し、時間当たりの生産効率を悪化させ製造コストが高くなる。
鉄心の把持、位置決めを容易化するために、鉄心自体に形成する形状としては、例えば突起、溝、穴等が挙げられる。
把持するためにのみ形成した把持部を設けると、製品が大型化したり、重量が増加したり、溝や穴などの欠落形状のために磁路面積が小さくなり磁束が減少する等の問題がある。

この発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、鉄心の位置決め、把持を容易化し、電磁鋼板の形成後、積層、絶縁、巻線等の工程を一貫して自動化できる回転電機の積層鉄心部材を提供することを目的とする。

この発明に係る、回転電機の積層鉄心部材は、
磁極部材と、前記磁極部材の外周にあって、前記磁極部材と接続され、位置決め構造を有する枠体とを同一の電磁鋼板から一体形成した鉄心部材を複数積層した、積層磁極部材と積層枠体とからなり、
前記枠体内に配置される前記磁極部材の種類と配置と、前記位置決め構造の配置とを識別する識別子を有するものである。
また、 この発明に係る、回転電機の積層鉄心部材は、
磁極部材と、前記磁極部材の外周にあって、前記磁極部材と接続され、位置決め構造を有する枠体とを同一の電磁鋼板から一体形成した鉄心部材を複数積層した、積層磁極部材と積層枠体とからなり、
前記枠体は、切断用の薄肉リンク部を有し、
前記枠体内に配置される前記磁極部材の種類と配置と、前記位置決め構造と前記薄肉リンク部の配置とを識別する識別子を有するものである。

この発明に係る、回転電機の積層鉄心部材は、
上記のように構成されるものなので、
搬送工程、絶縁工程、巻線工程における積層磁極部材の固定は、積層磁極部材本体以外の積層枠体又はこれに設けた位置決め構造を利用すれば良く、製品である積層磁極部材の形状に影響を及ぼすことなく枠体を把持して所定の位置に固定できる。
また、枠体に簡素な形状の把持部兼用の位置決め構造を形成することができるので積層鉄心部材の把持及び位置決めを、簡素なツールで短時間に実施できる。
また、積層磁極部材自体に把持部を形成しなくてよいので、製品の電磁特性を損なうことがない。

本発明の実施の形態１に係る積層鉄心部材１００の斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る鉄心部材３０ａの平面図である。 本発明の実施の形態１に係る鉄心部材３０ｂの平面図である。 プッシュバック工法を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る固定子４１の斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る位置決め構造の他の一例を示す平面図である。 本発明の実施の形態２に係る鉄心部材２３０の平面図である。 本発明の実施の形態３に係る鉄心部材３３０ａの平面図である。 本発明の実施の形態３に係る鉄心部材３３０ｂの平面図である。 本発明の実施の形態３における位置決め、薄肉リンク兼用構造の他の一例を示す平面図である。 この発明の実施の形態４に係る鉄心部材４３０の平面図である。 この発明の実施の形態１〜４に係る鉄心部材の他の一例を示す平面図である。 この発明の実施の形態１〜４に係る鉄心部材の他の一例を示す平面図である。 この発明の実施の形態２に係る薄肉リンク部の他の一例を示す図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図を用いて説明する。
図１は、積層鉄心部材１００の斜視図である。
図２は、図１の積層鉄心部材１００を構成する１枚の鉄心部材３０ａの平面図である。

鉄心部材３０ａは、１枚の電磁鋼板から打ち抜き、又はエッチィングによって形成されている。
また、１個の環状磁極部材１２は６つの磁極ティース部１１ａとバックヨーク部１１ｂを有する環状の磁極部材である。
そして、１個の枠体２０ａに対して、同じ形状をした環状磁極部材１２が２個ずつ薄肉部１５で連結された状態で梯子状に枠体２０ａの対向する２本の枠に一体として連結されている。

枠体２０ａの対向する２本の枠には、位置決め構造としての丸穴２１が、環状磁極部材１２の列幅と同じピッチで配置されている。

積層鉄心部材１００は、上述の鉄心部材３０ａを複数枚数積層して構成される。
環状磁極部材１２を積層した部分が積層環状磁極部材４０であり、枠体２０ａを積層した部分が積層枠体５０となる。

積層枠体５０部分には積層された丸穴２１が、貫通している。
この丸穴２１を積層枠体５０の位置決めに利用することによって、間接的に積層環状磁極部材４０の位置決めにも利用できるほか、積層鉄心部材１００の把持、固定にも利用できる。

積層間の固定には、枠体２０ａ自体に加工して設けた図示しない凹凸部を上下の鉄心部材間で嵌め合わせたカシメや、溶接、接着が用いられる。
製品となる積層環状磁極部材に直接カシメや溶接が用いられる場合、加工による歪みのために電磁鋼板の磁気特性が損なわれるが、枠体２０ａに積層間の固定部位を設け、積層環状磁極部材４０に固定部位を設けないことで積層環状磁極部材４０の磁気特性の劣化を防止することができる。

図３は、環状磁極部材１２と枠体２０ｂの接続部の他の一例を示す図である。
図４は、プッシュバック工法を示す図である。
図１、図２では環状磁極部材１２と枠体２０ａは薄肉部１５で繋がっていた。
図３に示す鉄心部材３０ｂでは、プレス加工の過程で環状磁極部材１２の両端部を枠体２０ｂから刃６０で一旦打ち抜き、この部分を再度プッシュバック機構６１で枠体２０ｂに嵌め戻すことによって環状磁極部材１２を枠体２０ｂに固定する。
枠体に対する環状磁極部材１２の固定はこのような方法であっても良い。

次に、積層工程を終了した積層鉄心部材１００の後工程を説明する。
図５は、磁極ティースに巻線後、枠体２０ａから分離して完成した固定子４１の斜視図である。
積層工程を経て積層鉄心部材１００が完成すると、積層鉄心部材１００は図示しない搬送装置によって、後工程である絶縁工程に運ばれる。
搬送は、積層枠体５０に設けた丸穴２１に棒状の搬送具を挿入して図示しない搬送路上を移動させる。

絶縁工程では、樹脂成型物６を各磁極ティースに装着する。樹脂成型物６の装着時も、上述の搬送具を積層枠体５０の丸穴２１に挿入したままこれを把持して積層鉄心部材１００を固定する。
積層枠体５０を把持しておけば、磁極ティースの周囲の空間に樹脂成型物６を装着するツールが干渉しないので作業が容易になる。
全てのティースに樹脂成型物６を装着すると、積層鉄心部材１００は後工程である巻線工程にそのまま搬送される。

次に、巻線工程では、図示しない巻線機により、各磁極ティースに電線を巻き回してコイルを形成する。
巻線工程においても棒状搬送具を利用して積層枠体５０を把持して積層鉄心部材１００を固定する。
把持のための作業空間を別途十分に確保できるので、巻線工程の邪魔にならない。

巻線工程では、磁極ティースに対して連続して順次巻線をする。
巻線は、積層環状磁極部材４０の磁極ティースに図示しない巻線機のノズルを上方から差し入れて行う。
ノズル側を移動させて全ての積層環状磁極部材４０に巻線しても良いし、まず、図１の左端の２個の積層環状磁極部材４０に対して巻線をしてから、搬送装置で１列分だけ積層鉄心部材１００を左前方に移動させて、次の２個分を巻線しても良い。

全ての積層環状磁極部材４０の各磁極ティースの巻線を完了した後、薄肉部１５を切断して図５に示す固定子４１を積層枠体５０から分離する。
そして、固定子４１に図示しない回転子を装着して回転電機を得る。

鉄心部材として鉄心部材３０ｂを使用した場合は、全ての積層環状磁極部材４０に巻線を施した後、積層枠体５０の２つの丸穴２１の中間を切断することによって、巻線後の固定子４１をバラバラに分離できる。

図６は、他の位置決め構造の一例を示す図である。
位置決め構造として切り欠き２２を設けている。
このような形状の切り欠きであっても搬送用、位置決め構造として利用できる。

丸穴２１や切り欠き２２のような簡素な構造を枠体２２０に追加するだけで、容易に、確実に、絶縁工程、巻線工程における積層鉄心部材１００の固定、搬送が容易になる。

なお、位置決め構造は、穴や、切り欠きの他、突起でも良い。
また、穴や突起の形状は、当該形状を利用して積層鉄心部材を搬送し、固定できるものであればどのような構造でも良い。

本発明の実施の形態１に係る位置決め構造によれば、簡易なツールで容易に積層枠体５０に包含される積層環状磁極部材４０を間接的に位置決めして固定することができる。

また、位置決め構造を把持部として利用できるので、製品自体に把持部を設ける必要がなく、製品の外形を大型化したり重量が増加する等の問題もない。

また、積層間の固定部分は、積層枠体５０を構成する枠体２０に設ければ良いので、製品の一部となる磁極ティース部１１ａやバックヨーク部１１ｂの表面にはカシメ用の凹凸を設けたり、接着を施す必要がない。これにより、磁気特性に優れた回転電機の積層鉄心部材１００を得ることができる。
なお、積層枠体５０から積層環状磁極部材４０を分離後も樹脂成型物６及び巻線により、積層固定状態は確保される

また、複数の環状磁極部材１２を一つの枠体２０とともに形成することで、製造工数を大幅に削減でき、製造コストを安価にできる。

なお、本実施の形態では、絶縁工程として樹脂成型物６を装着する例を示したが、積層鉄心部材１００を積層枠体５０ごと電着塗装しても良い。

実施の形態２．
以下、この発明の実施の形態２に係る積層鉄心部材について実施の形態２と異なる部分を中心に説明する。
図７は、鉄心部材２３０の平面図である。
枠体２２０の一部に四角形状の穴２３を設けており、枠体２２０は、穴２３の縁である薄肉リンク部２４で繋がっている。
鉄心部材２３０を積層すると、この薄肉リンク部２４もそのまま積層される。
薄肉リンク部２４の切断は、薄肉リンク部２４を設けていない場所の切断に比べて格段に容易である。

図１４は、薄肉リンク部の他の一例を示す図である。
図に示すように、嵌め合わせ構造の鉄心部材の外周部分に、磁極部材の外周と繋がる穴２３を設け、穴の縁に薄肉リンク部２４を適用すると、この部分を切断するだけで最終製品の取り出しが容易にできる。

本実施の形態に係る積層鉄心部材によれば、簡易な切断機構で積層枠体の切断が可能となり、最終製品の製造工数、製造コストを低減できる。

実施の形態３．
以下、本発明の実施の形態３に係る積層鉄心部材について、実施の形態１及び実施の形態２と異なる部分を中心に説明する。
図８は、鉄心部材３３０ａの平面図である。
この実施の形態では、実施の形態１で述べた位置決め構造と、実施の形態２で述べた薄肉リンク部とを兼ね備えた構造を採用している。
即ち、位置決め構造である丸穴３２１を、環状磁極部材１２が薄肉部１５を介して枠体３２０ａに接続される部分の中間部分に設け、更に丸穴３２１の縁と、枠体３２０ａの内壁面及び外壁面の間に薄肉リンク部３２４が形成されるように丸穴３２１の大きさを調整している。

このように丸穴３２１を形成することにより、積層鉄心部材を搬送する際や、磁極ティースに巻線を施す際は、丸穴３２１に棒状の搬送具兼固定具を挿入して、積層鉄心部材を積層枠体ごと搬送又は固定し、回転電機を積層枠体から分離する際は、積層枠体の当該丸穴３２１の部分を切断することにより容易に積層枠体を解体できる。

図９は、本実施の形態における他の鉄心部材３３０ｂの平面図である。
枠体３２０ｂに環状磁極部材１２が嵌め合わされている鉄心部材３３０ｂにおいて、位置決め構造と薄肉リンク部を兼用する構造を採用する例である。
この場合、巻線工程終了後に積層枠体の全ての薄肉リンク部３２４部分を切断すると、全ての固定子４１がバラバラになって、容易に取り出すことができる。

図１０は、位置決め、薄肉リンク兼用構造の他の一例を示す平面図である。深い切り欠き３２２を枠体３２０ａ、３２０ｂに設けることにより、位置決めと薄肉リンク部を兼ねることができる。

この実施の形態に係る積層鉄心部材によれば、位置決め構造と薄肉リンク部を一箇所にまとめて形成できるので、積層鉄心部材の製造工数を削減でき、製造コストを削減することができる。
また、嵌め合わせ構造の鉄心部材３３０ｂに適用した場合、更に容易に製品を取り出せる効果がある。この効果は、実施の形態２の鉄心部材に、嵌め合わせ構造の鉄心部材を用いた場合と同じである。

実施の形態４．
以下、この発明の実施の形態４に係る積層鉄心部材について実施の形態３と異なる部分を中心に説明する。
図１１は、この発明の実施の形態４に係る鉄心部材４３０の平面図である。
鉄心部材４３０は、環状磁極部材１２、４１２、４１３という磁極ティースの数や直径が異なる３種類の環状磁極部材を包含する。
そして、枠体４２０に設けた位置決め兼用の薄肉リンク部４２４の位置も、環状磁極部材１２，４１２、４１３の接続位置に合わせて調整している。
すなわち、位置決め用の丸穴４２１間の間隔（ピッチ）も、薄肉リンク部２４の配置も、鉄心部材４３０が包含する環状磁極部材の構成によって変動することになる。

このような鉄心部材４３０を複数枚数積層した積層鉄心部材に対する後工程においては、どのような種類の積層環状磁極部材が、どのような位置に配置されているかを把握する必要がある。

図１１の枠体４２０には、この鉄心部材４３０が包含する環状磁極部材の位置と種類等を示す識別子９が塗装又は刻印されている。
この識別子９は、図示しない巻線機の識別子読取手段で読み取られて、巻線工程におけるノズルの動作制御、積層鉄心部材の搬送、積層枠体の分離位置の決定等に利用される。
例えば、図１１に示す鉄心部材４３０に表示されている識別子９は、図１１左側を搬送方向前方として、３個の環状磁極部材４１３が横に一列、２個の環状磁極部材１２が連結されたものが２列、最後の列には、搬送方向側から見て左に環状磁極部材４１２、右に環状磁極部材１２が接続されていることを表す。
また、識別子９には、位置決め構造、薄肉リンク部の配置データを含んでも良い。
更に、同じ鉄心部材４３０を使用して、積層枚数を変えて積層する製品が存在する場合は、個別の鉄心部材４３０に表示する識別子９の情報に、積層枚数を追加した新たな識別子を別途用意して、積層鉄心部材に１つ表示しても良いし、併用しても良い。
この場合は、更に幅広い製品群の自動製造が可能となる。

この実施の形態に係る積層鉄心部材によれば、枠体４２０に包含される環状磁極部材の種類と配置、位置決め構造、薄肉リンク部の配置等の情報を示す識別子９を利用して、後工程への搬送、絶縁処理を自動化でき、積層枠体毎に巻線機を自動制御できるので、大幅に製品の製造工程を自動化し、製造コストを削減できる。

また、１つの積層鉄心部材に複数種類の積層環状磁極部材を包含でき、小ロット製品を１つの金型に少数だけ混在させて生産することも可能なので、金型の製造コストを削減できる。
また、これによって安価、且つ短納期に製品を供給できる。

また、単一製品の製造を繰り返す場合に必要な、各種機器の設定やツールの入れ替えが発生しないので、製品の製造に要する全体としての時間を短縮でき、時間当たりの生産性を高めることができる。

また、大小の積層環状磁極部材が混在しても、搬送ピッチを大きさに合わせて自動調整できるので、電磁鋼板を無駄なく利用できる。

また、鉄心部材は、図１２〜図１４に示す鉄心部材３０ｃ〜鉄心部材３０ｄのようなものでも良く、枠体に包含される環状磁極部材の大きさ、個数、配置による制限は無い。

また、識別子を利用することにより幅広い製品群の自動製造が可能となる。

実施の形態１〜実施の形態４の説明の中では、積層磁極部材として積層環状磁極部材を用いて説明したが、積層磁極部材は、積層Ｔ型磁極部材でも、積層Ｔ型磁極部材のバックヨーク部を薄肉で連結した積層連結磁極部材であっても対応できる。

１００ 積層鉄心部材、１１ａ 磁極ティース部、１１ｂ バックヨーク部、
１２，４１２，４１３ 環状磁極部材、１５ 薄肉部、
２０，２２０，３２０ａ，３２０ｂ，４２０ 枠体、２１，３２１ 丸穴、
２２，３２２ 切り欠き、２３ 穴、
３０ａ，３０ｂ，２３０，３３０ａ，３３０ｂ，４３０ 鉄心部材、
２４，３２４ 薄肉リンク部、４０ 積層環状磁極部材、４１ 固定子、
５０ 積層枠体、９ 識別子。

Claims (5)

1. 磁極部材と、前記磁極部材の外周にあって、前記磁極部材と接続され、位置決め構造を有する枠体とを同一の電磁鋼板から一体形成した鉄心部材を複数積層した、積層磁極部材と積層枠体とからなり、
   前記枠体内に配置される前記磁極部材の種類と配置と、前記位置決め構造の配置とを識別する識別子を有する回転電機の積層鉄心部材。
2. 前記枠体には、切断用の薄肉リンク部を設けている請求項１に記載の回転電機の積層鉄心部材。
3. 磁極部材と、前記磁極部材の外周にあって、前記磁極部材と接続され、位置決め構造を有する枠体とを同一の電磁鋼板から一体形成した鉄心部材を複数積層した、積層磁極部材と積層枠体とからなり、
   前記枠体は、切断用の薄肉リンク部を有し、
   前記枠体内に配置される前記磁極部材の種類と配置と、前記位置決め構造と前記薄肉リンク部の配置とを識別する識別子を有する回転電機の積層鉄心部材。
4. 前記薄肉リンク部は、前記枠体に設けた前記位置決め構造の縁と、前記枠体の外壁面又は内壁面の少なくとも一方とで形成する薄肉部である請求項２又は請求項３に記載の回転電機の積層鉄心部材。
5. 前記識別子は、前記積層鉄心部材の積層枚数情報を含む請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の回転電機の積層鉄心部材。

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