JP5738167B2

JP5738167B2 - 積層鉄心

Info

Publication number: JP5738167B2
Application number: JP2011280639A
Authority: JP
Inventors: 諭山代; 木村　康樹; 康樹木村; 達也西原
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-12-22
Filing date: 2011-12-22
Publication date: 2015-06-17
Anticipated expiration: 2031-12-22
Also published as: JP2013132145A

Description

この発明は、回転電機の固定子鉄心を構成する積層鉄心の構造に関し、特に積層鉄心の磁気特性や組立作業性の改善に関するものである。

従来の積層鉄心は、板状の第１コア片を複数個連続的に配列する第１コア部材と、板状の第２コア片を複数個連続的に配列する第２コア部材とで構成され、第１コア部材と第２コア部材とを１枚ずつ、または複数の同一枚数ずつ交互に積層している。そして、積層方向に交互に、第１コア部材の各第１コア片間位置と第２コア部材の各第２コア片間位置とが長手方向にずれて、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。さらに、相隣る各コア片の縁部同士を連結する連結手段が設けられ、連結手段で各コア片を回動させることにより環状又は矩形状に形成されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−２０１４５８号公報（段落［００３８］、［００３９］および図５、６）

特許文献１開示の積層鉄心では、第１コア部材と第２コア部材を同一枚数ずつ交互に積層する構成としており、全ての第１コア部材と第２コア部材のまとめ枚数を少なく、すなわち回動時接触面数が多くなるように積層した場合、連結手段により各コア片すなわち磁極ティースを回動するときの摩擦抵抗が大きくなり、鉄心装置の寸法精度や組立作業性が悪化する。逆に、第１コア部材と第２コア部材のまとめ枚数を多く、すなわち回動時接触面数が少なくなるように積層した場合、磁路抵抗が増加し磁気特性が悪化するという問題があった。

この発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、連結手段により各磁極ティースを回動する際の摩擦抵抗を抑えるとともに、磁路抵抗を低減した積層鉄心を得ること目的とする。

この発明に係る積層鉄心は、複数の磁極ティースを周方向に連続的に配列し、磁極ティースは周方向に延材するバックヨーク部と、バックヨーク部から径方向内側に突出したティース部とを有し、磁極ティースは第一から第四のコア片を組み合わせて軸方向に積層することにより構成され、第一のコア片はバックヨーク部周方向片側縁部に重なり部が、別の片側縁部に切り欠き部が設けられ、第二のコア片はバックヨーク部周方向の第一のコア片と異なる片側縁部に重なり部が、別の片側縁部に切り欠き部が設けられ、第三のコア片はバックヨーク部周方向両側縁部に重なり部が設けられ、第四のコア片はバックヨーク部周方向両側縁部に切り欠き部が設けられ、磁極ティースは第一から第四のコア片の構成枚数と軸方向に積層する順序の少なくとも一方が異なる箇所を設け、磁極ティース間は積層方向に相隣る重なり部同士が重なり合うように積層され、相隣る各コア片の重なり部同士を回転自在に連結する連結手段が設けられ、連結手段で各コア片を回動させることにより積層鉄心の形状を変形できるように構成され、磁極ティース間で積層方向の連結位置における重なり部の面の数が異なる構成としたｎ個（ｎは１以上に整数）のコアブロックを設け、このｎ個のコアブロックを環状に配置したものである。

この発明に係る積層鉄心は、複数の磁極ティースを周方向に連続的に配列し、磁極ティースは周方向に延材するバックヨーク部と、バックヨーク部から径方向内側に突出したティース部とを有し、磁極ティースは第一から第四のコア片を組み合わせて軸方向に積層することにより構成され、第一のコア片はバックヨーク部周方向片側縁部に重なり部が、別の片側縁部に切り欠き部が設けられ、第二のコア片はバックヨーク部周方向の第一のコア片と異なる片側縁部に重なり部が、別の片側縁部に切り欠き部が設けられ、第三のコア片はバックヨーク部周方向両側縁部に重なり部が設けられ、第四のコア片はバックヨーク部周方向両側縁部に切り欠き部が設けられ、磁極ティースは第一から第四のコア片の構成枚数と軸方向に積層する順序の少なくとも一方が異なる箇所を設け、磁極ティース間は積層方向に相隣る重なり部同士が重なり合うように積層され、相隣る各コア片の重なり部同士を回転自在に連結する連結手段が設けられ、連結手段で各コア片を回動させることにより積層鉄心の形状を変形できるように構成され、磁極ティース間で積層方向の連結位置における重なり部の面の数が異なる構成としたｎ個（ｎは１以上に整数）のコアブロックを設け、このｎ個のコアブロックを環状に配置したものであるため、各磁極ティースを回動する際の摩擦抵抗を抑えるとともに、磁路抵抗を低減した積層鉄心を得ることが可能となる。

この発明の実施の形態１の積層鉄心に係る回転電機の固定子の平面図である。この発明の実施の形態１の積層鉄心を直線状に展開した状態を示す平面図である。この発明の実施の形態１の積層鉄心に係る第一のコア片の構造を説明する図である。この発明の実施の形態１の積層鉄心に係る第二のコア片の構造を説明する図である。この発明の実施の形態１の積層鉄心に係る第三のコア片の構造を説明する図である。この発明の実施の形態１の積層鉄心に係る第四のコア片の構造を説明する図である。この発明の実施の形態１に係る図２の積層鉄心のＸ−Ｘ線に沿う部分断面図である。この発明の実施の形態１に係る図７の積層鉄心のＡ層を構成するコア片を示す部分平面図である。この発明の実施の形態１に係る図７の積層鉄心のＢ層を構成するコア片を示す部分平面図である。この発明の実施の形態１に係る図７の積層鉄心のＣ層を構成するコア片を示す部分平面図である。この発明の実施の形態１に係る図７の積層鉄心のＤ層を構成するコア片を示す部分平面図である。この発明の実施の形態２の積層鉄心に係る回転電機の固定子の平面図である。この発明の実施の形態２の積層鉄心に係るコアブロックの平面図である。

実施の形態１．
実施の形態１は、磁極ティースは第一から第四のコア片の構成枚数と軸方向に積層する順序の少なくとも一方が異なる箇所が設けられ、磁極ティース間は積層方向に相隣る重なり部同士が重なり合うように積層され、相隣る各コア片の重なり部同士を回転自在に連結する連結手段が設けられ、連結手段で各コア片を回動させることにより積層鉄心の形状を変形できるように構成され、磁極ティース間で積層方向の連結位置における重なり部の面の数が異なる構成とした積層鉄心に関するものである。

以下、本願発明の実施の形態１の構成、機能について、積層鉄心に係る回転電機の固定子の平面図である図１、積層鉄心を直線状に展開した平面図である図２、積層鉄心に係る第一から第四のコア片の構造図である図３から図６、図２の積層鉄心のＸ−Ｘ線に沿う部分断面図である図７、図７の積層鉄心のＡ層からＤ層を構成するコア片を示す部分平面図である図８から図１１に基づいて説明する。

まず、本願発明の実施の形態１に係る積層鉄心１の構成、およびこの積層鉄心１を用いて構成される回転電機の固定子１１について、図１に基づいて説明する。
図１において、本実施の形態１に係る積層鉄心１は複数の磁極ティース２を周方向に連続的に配列して構成される。磁極ティース２は、周方向に延材するバックヨーク部３とバックヨーク部３より径方向内側に突出したティース部４とからなり、バックヨーク部３の周方向端には回動自在に連結される連結中心部６を有する。
また、磁極ティース２は、コア片５を積層して構成されている。
ここで、相隣る各コア片の重なり部同士を回転自在に連結する連結手段は、連結中心部６と後で説明する連結凸部６１および連結凹部６２とから構成される。
なお、回転電機の固定子１１は、積層鉄心１から構成され、積層鉄心１のティース部４に図示されていないコイル部が巻回されている。

積層鉄心１の磁極ティース２を構成するコア片５は、４種類のコア片（第一から第四のコア片）から成り、この第一から第四のコア片の構造を図３から図６により説明する。
図３（ａ）において、第一のコア片５１はバックヨーク部３の左側縁部に重なり部７が、右側縁部に切り欠き部８が設けられている。図３（ｂ）は、重なり部７と切り欠き部８を説明する図であり、グレー部が重なり部７を、ハッチング部が切り欠き部８を示している。図３（ｃ）は、図３（ｂ）のＹ−Ｙ線に沿う断面図であり、連結中心部６の構造を説明する図である。

図４（ａ）において、第二のコア片５２は第一のコア片５１と左右対称の形状をしており、バックヨーク部３の右側縁部に重なり部７が、左側縁部に切り欠き部８が設けられ、図４（ｂ）は図３と同様に、グレー部が重なり部７を、ハッチング部が切り欠き部８を示している。図４（ｃ）は、図４（ｂ）のＹ−Ｙ線に沿う断面図であり、連結中心部６の構造を説明する図である。

図５（ａ）において、第三のコア片５３はバックヨーク部３の右側縁部および左側縁部に重なり部７が設けられ、図５（ｂ）は図３と同様に、グレー部が重なり部７を示している。図５（ｃ）は、図５（ｂ）のＹ−Ｙ線に沿う断面図であり、連結中心部６の構造を説明する図である。

図６（ａ）において、第四のコア片５４はバックヨーク部３の右側縁部および左側縁部に切り欠き部８が設けられ、図６（ｂ）は図３と同様に、ハッチング部が切り欠き部８を示している。図６（ｃ）は、図６（ｂ）のＹ−Ｙ線に沿う断面図であり、連結中心部６の構造を説明する図である。
図３（ｃ）、図４（ｃ）、図５（ｃ）に示したように、連結中心部６（○で囲んだ部分）はコア片下面の連結凸部６１とコア片上面の連結凹部６２を有している。

次に図７について説明する。図７は図２のＸ−Ｘ線に沿う部分断面図であり、図７に示すように複数の第一から第四のコア片５１〜５４を積層して積層鉄心１が構成される。図７において、各コア片５１〜５４は積層方向に相隣る重なり部７同士が重なり合うように積層され、相隣る各コア片５１〜５４の重なり部７同士を連結凸部６１と連結凹部６２で連結することで、回転自在に連結している。
ここで、図７（ａ）は、積層作業が完了した段階の積層鉄心１を示す図であり、図７（ｂ）は、積層鉄心１を積層する作業途中を示す図である。図７（ｂ）では、積層途中の鉄心に上から５番目層（Ｄ層）が積み上げられ、その後、上から４番目層（Ｃ層）→上から３番目層→上から２番目層（Ｂ層）→最上位層（Ａ層）の順に積み上げられ、図７（ａ）の積層鉄心１を構成する。ここで、上から３番目層のコア片の構成は、最上位層（Ａ層）と同じである。

次に、図８から図１１は図７（ｂ）のＡ層からＤ層をそれぞれ上面から見た図であり、どのコア片５１〜５４をどの位置に使用しているかを説明する図である。
図８において、Ａ層では第一のコア片５１を並べて構成されている。図９において、Ｂ層では左から３番目に第三のコア片５３を用い、それ以外は第一のコア片５１で構成されている。図１０において、Ｃ層では第二のコア片５２を並べて構成されている。図１１において、Ｄ層には左から３番目に第四のコア片５４を用い、それ以外は第二のコア片５２で構成されている。

このとき、図７（ａ）に示すように、右端の磁極ティースと右から２番目の磁極ティース間の重なり部は、上から順に右端のコア片→右から２番目のコア片→右端のコア片→右から２番目のコア片→・・・という順序で１枚ずつ交互に重なって構成されている。このとき、右端のコア片と右から２番目のコア片の重なり部は、１５箇所となる。すなわち、連結中心部６を中心として、右端の磁極ティースと右から２番目の磁極ティースを回動させた場合、摩擦抵抗が発生する重なり部の面の数は１５となる。

また、左端の磁極ティースと左から２番目の磁極ティース間の重なり部は、上から順に左から２番目コア片が３枚→左端のコア片３枚→左から２番目コア片が２枚→左端のコア片２枚→左から２番目コア片が３枚→左端のコア片３枚の順で構成されている。このとき、左から２番目コア片と左端のコア片の重なり部は５箇所となる。すなわち、連結中心部６を中心として、左端の磁極ティースと左から２番目の磁極ティースを回動させた場合、摩擦抵抗が発生する重なり部の面の数は５となる。

このように、右端２つの磁極ティース間は、右端のコア片と右から２番目のコア片の重なり部の箇所を多くし、左端２つの磁極ティース間は、左端のコア片と左から２番目のコア片の重なり部の箇所を少なく構成しており、磁極ティース間で重なり部の箇所数が異なる構成としている。
このように構成したので、図７（ａ）の右端２つの磁極ティース間では重なり部の箇所数が多いため、磁路抵抗を低減できる。そして、図７（ａ）の左端２つの磁極ティース間では重なり部の箇所数が少ないため、連結部を回動するときの重なり部７の摩擦抵抗を抑制して組立作業性を向上できる。

各磁極ティース２を構成する第一から第四のコア片５１〜５４の種類を選択し、各磁極ティース２間で重なり部の箇所を異なる構成とすることができるので回転電機の固定子１１の磁極ティース２ごとに磁路抵抗を変えることができ、局所的に磁気特性の調整が可能となり、回転電機のトルク脈動を低減できる。
また、例えば、図２の両端の磁極ティース２では、回動時に回転中心部にトルクをかけることが難しく組立作業に手間がかかる場合があるが、図２の左端２つの磁極ティース２間と右端２つの磁極ティース２間の重なり部の箇所を少ない構成とすれば、回動するときの重なり部７の摩擦抵抗を抑制して組立作業性を向上できる。

このように、磁極ティース２間の重なり部の箇所の多い構成と少ない構成を使い分けることで、回動しにくい磁極ティース２のみ重なり部７の摩擦抵抗を抑制することができ、全体として磁路抵抗を低減して磁気特性の悪化を抑制し、かつ組立作業性を向上できる。そして、磁気特性の悪化を抑えることで、回転電機の効率を向上させることができ、エネルギー消費量削減の効果がある。

以上説明したように、実施の形態１に係る積層鉄心では、磁極ティースは第一から第四のコア片の構成枚数と軸方向に積層する順序の少なくとも一方が異なる箇所が設けられ、磁極ティース間は積層方向に相隣る重なり部同士が重なり合うように積層され、相隣る各コア片の重なり部同士を回転自在に連結する連結手段が設けられ、連結手段で各コア片を回動させることにより積層鉄心の形状を変形できるように構成され、磁極ティース間で積層方向の連結位置における重なり部の面の数が異なる構成としたので、連結手段により各磁極ティースを回動する際の摩擦抵抗を抑えるとともに、磁路抵抗を低減した積層鉄心を得ることができる効果がある。

さらに、金型の磨耗などによるコア打ち抜き精度のばらつきや、コア材料の局所的な磁気特性のばらつきなどにより、磁極ティースごとに磁路抵抗がばらつく場合があり、このような場合、回転電機のトルク脈動が増加する。
本実施の形態１では、各磁極ティースを構成するコア片の種類を選択し、各磁極ティース間で重なり部の箇所を異なって構成することができ、固定子の磁極ティースごとに磁路抵抗を一定となるように調整することができるので、回転電機のトルク脈動を低減できる。

実施の形態２．
実施の形態１では、全磁極ティースが連結中心部で連結され、一円の回転電機の固定子を構成しているが、本実施の形態２は、複数個の円弧形状のコアブロックを円環状に配置して回転電機の積層鉄心を構成したものである。

以下、本願発明の実施の形態２の構成、機能について、積層鉄心に係る回転電機の固定子の平面図である図１２、積層鉄心に係るコアブロックの平面図である図１３に基づいて実施の形態１に係る積層鉄心との差異部を中心に説明する。
なお、図１２、図１３において、図１、図２と同一あるいは相当部分には、同一の符号を付している。

本実施の形態２では、例として、分割部９で分割された６個のコアブロック１０を円環状に配置して積層鉄心１０１を構成し、各コアブロック１０は６個の磁極ティース２から構成されている場合を説明する。
回転電機の固定子１１１は、コアブロック１０から成る積層鉄心１０１から構成され、積層鉄心１０１のティース部４に図示されていないコイル部が巻回されている。

各コアブロック１０は、実施の形態１の積層鉄心と同様に、複数の磁極ティース２を周方向に連続的に配列して構成される。磁極ティース２は、周方向に延材するバックヨーク部３とバックヨーク部３より径方向内側に突出したティース部４とからなり、バックヨーク部３の周方向端には回動自在に連結される連結中心部６を有する。
また、磁極ティース２は、コア片５を積層して構成されている。
図７で説明したと同様に、コア片５は４種類のコア片（第一から第四のコア片）から成り、複数の第一から第四のコア片５１〜５４を積層してコアブロック１０が構成される。各コア片５１〜５４は積層方向に相隣る重なり部７同士が重なり合うように積層され、相隣る各コア片５１〜５４の重なり部７同士を連結凸部６１と連結凹部６２で連結することで、回転自在に連結している。
各磁極ティース２を構成する第一から第四のコア片５１〜５４の種類を選択し、各磁極ティース２間で重なり部の箇所を異なって構成することができるのでコアブロック１０の磁極ティース２ごとに磁路抵抗を変えることで、局所的に磁気特性の調整が可能となる。

実施の形態２では、６個のコアブロック１０を環状に配置して、積層鉄心１０１を構成している。各コアブロック１０を構成する複数個の磁極ティースが連結中心部６により連結されているが、各コアブロック１０間は連結されていない。

なお、実施の形態２では、例として積層鉄心を６個のコアブロックで構成し、各コアブロックを６個の磁極ティースで構成する場合を説明したが、積層鉄心を構成するコアブロックの数、および各コアブロックを構成する磁極ティースの数は、これに限定されない。
また、実施の形態２において、コアブロックの数を１個としたものが、実施の形態１の積層鉄心に相当する。

以上説明したように、実施の形態２に係る積層鉄心では、複数個の円弧形状のコアブロックを円環状に配置して一円の回転電機の積層鉄心を構成し、各コアブロックは第一から第四のコア片の構成枚数と軸方向に積層する順序の少なくとも一方が異なる箇所が設けられた磁極ティースから構成され、磁極ティース間は積層方向に相隣る重なり部同士が重なり合うように積層され、相隣る各コア片の重なり部同士を回転自在に連結する連結手段が設けられ、連結手段で各磁極ティースを回動させることにより積層鉄心の形状を変形できるように構成され、磁極ティース間で積層方向の連結位置における重なり部の面の数が異なる構成としたので、連結手段により各コア片を回動する際の摩擦抵抗を抑えるとともに、磁路抵抗を低減した積層鉄心を得ることができる効果がある。

さらに、実施の形態２の積層鉄心は、積層鉄心全てが連結されている場合に比べ、コアブロック単位で扱えるので重量を軽くでき、（図１２の例では、重量は１／６となる。）容易に速やかに搬送でき、固定子製造の生産性を向上できる。
また、リサイクル性を考えると、固定子の廃棄時にコアブロック単位に分解し、重量を軽くできるため、回収での運搬作業を容易にできるという効果もある。

また、図２のように直線に展開して各ティース部に巻線機を用いて巻線を施す場合は、多くの磁極ティースが全て連結されていれば、広いスペースの大型の装置が必要となり、装置内で積層鉄心を移動させる際にも重量が重いため大きな動力が必要であり、設備が大型で高価な装置となる。
これに対し、実施の形態２の積層鉄心は、コアブロック単位で扱うことができるので、小型の装置で小さな動力で生産できるため、製造コストを低減でき、生産工程の環境負荷も低減できるという効果もある。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

１，１０１積層鉄心、２磁極ティース、３バックヨーク部、４ティース部、
５コア片、６連結中心部、７重なり部、８切り欠き部、１０コアブロック、
１１，１１１回転電機の固定子、５１第一のコア片、５２第二のコア片、
５３第三のコア片、５４第四のコア片、６１連結凸部、６２連結凹部。

Claims

複数の磁極ティースを周方向に連続的に配列し、
前記磁極ティースは周方向に延材するバックヨーク部と、前記バックヨーク部から径方向内側に突出したティース部とを有し、
前記磁極ティースは第一から第四のコア片を組み合わせて軸方向に積層することにより構成され、
前記第一のコア片は前記バックヨーク部周方向片側縁部に重なり部が、別の片側縁部に切り欠き部が設けられ、
前記第二のコア片は前記バックヨーク部周方向の前記第一のコア片と異なる片側縁部に重なり部が、別の片側縁部に切り欠き部が設けられ、
前記第三のコア片は前記バックヨーク部周方向両側縁部に重なり部が設けられ、
前記第四のコア片は前記バックヨーク部周方向両側縁部に切り欠き部が設けられ、
前記磁極ティースは前記第一から前記第四のコア片の構成枚数と軸方向に積層する順序の少なくとも一方が異なる箇所を設け、
前記磁極ティース間は積層方向に相隣る前記重なり部同士が重なり合うように積層され、
相隣る各コア片の前記重なり部同士を回転自在に連結する連結手段が設けられ、
前記連結手段で前記各コア片を回動させることにより積層鉄心の形状を変形できるように構成され、
前記磁極ティース間で積層方向の連結位置における重なり部の面の数が異なる構成としたｎ個（ｎは１以上に整数）のコアブロックを設け、
このｎ個のコアブロックを環状に配置した積層鉄心。
前記コアブロックの数をｎ＝１とした請求項１に記載の積層鉄心。
前記コアブロックの両端磁極ティースと隣接磁極ティース間の連結位置における重なり部の面の数を他の磁極ティース間の連結位置における重なり部の面の数より少なくした請求項１または請求項２に記載の積層鉄心。