JP5773678B2

JP5773678B2 - 積層鉄心の製造方法

Info

Publication number: JP5773678B2
Application number: JP2011029037A
Authority: JP
Inventors: 清久牧
Original assignee: Mitsui High Tech Inc
Current assignee: Mitsui High Tech Inc
Priority date: 2011-02-14
Filing date: 2011-02-14
Publication date: 2015-09-02
Anticipated expiration: 2031-02-14
Also published as: JP2012170225A

Description

本発明は、巻積層鉄心の積層方向両端面の段差を解消し、高効率で高品質の製品（積層鉄心）の製造方法に関する。

大径の積層鉄心の各鉄心片を、幅広の鉄心材料から打ち抜き加工して形成すると、材料歩留りが悪いので、特許文献１、２に記載のように、細幅の条材から複数のスロットを有する円弧状のセグメントが連結部で連結された帯状鉄心片を製造し、この帯状鉄心片を同心上に螺旋巻して円筒形状に積層して形成する巻積層鉄心が提案されている。

特開２００９−１４２０６５号公報特開２０１０−１９３７１５号公報

しかしながら、この螺旋状に巻かれて積層された巻積層鉄心には、セグメントの巻き始めと、巻き終わりの部分にセグメントの板厚分の段差が必然的に発生する構造となっていた。
この段差は、例えば固定子鉄心において、ハウジング等に巻積層鉄心の端面側を基準として装着される場合では、巻積層鉄心の端面に発生する段差分の隙間が、巻積層鉄心とハウジング座面との間に発生し、巻積層鉄心を座り良く固定することが困難となる。
また、巻積層鉄心の端面がハウジング座面に正しく装着できないため、巻積層鉄心が若干倒れた格好となり、巻積層鉄心の外周部及び内周部に倒れが発生する。

以上のような不具合を回避するためには、ハウジング側の取付け座面を巻積層鉄心の端面に合わせて螺旋状に加工する必要があり、コスト高の原因となる。
他方、回転子の場合、回転軸に巻積層鉄心を固定する際、端面を拘束する構造が多く用いられているが、巻積層鉄心の端面に段差があると、巻積層鉄心の端面と拘束する部材との間に隙間が発生し、強固かつ精度良く巻積層鉄心を挟持することが難しい。従って、固定子のハウジングと同様、拘束する部材の接触面には螺旋形状化が必要となってくる。

また、永久磁石式電動機用の回転子の場合は、巻積層鉄心内に永久磁石を挿入し、接着剤や溶融樹脂等で固定する構造の回転子積層鉄心が多く提案されているが、固定用樹脂を磁石挿入孔に充填する場合も、治具と積層鉄心との間に隙間が発生すると、そこから樹脂漏れ等の不都合が生じるので、前述のように段差を吸収する構造が必要となり、治具コストの高騰を招く恐れがある。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、巻積層鉄心の軸方向両端面の段差部の問題を解消し、高品質なロータ又はステータとして使用できる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積層鉄心の製造方法は、所定形状に加工された帯状鉄心片を螺旋巻して形成された巻積層鉄心の軸方向両端に、軸心に対して垂直な端面を有する被覆層を備えた積層鉄心の製造方法であって、
１）前記巻積層鉄心の上下にそれぞれ覆い金型を介して上型と下型の間で該巻積層鉄心を挟持し、前記上型又は前記下型に設けられた樹脂溜めポットから樹脂を前記上下の覆い金型と前記巻積層鉄心の隙間に充填して前記被覆層を形成すること、
２）前記上下の覆い金型の周囲には、前記巻積層鉄心の端面の半径方向外側を覆い、解放側端部に拡径するテーパーがそれぞれ形成された第１、第２の樹脂漏れ防止壁が設けられ、更に、前記巻積層鉄心の端面の半径方向内側を覆い、前記巻積層鉄心の上端及び下端の形状に応じて円周方向に勾配を有して内部の樹脂を漏らさない第３、第４の樹脂漏れ防止壁が設けられていること、
３）前記被覆層を形成する樹脂が充填される前記上下の覆い金型の天井面及び底面は、前記巻積層鉄心の軸心に対して垂直かつ前記天井面と前記底面が平行となっていること、
４）前記巻積層鉄心には、前記樹脂溜めポットから前記巻積層鉄心の一方側に充填される樹脂を他方側に導く挿通孔が形成されていることを特徴とする。

本発明に係る積層鉄心の製造方法において、前記挿通孔は前記巻積層鉄心の半径方向外側領域に複数形成され、内部に隙間を有して永久磁石を入れる磁石挿入孔であるのが好ましい。
また、本発明に係る積層鉄心の製造方法において、前記磁石挿入孔に入れた前記永久磁石が前記磁石挿入孔から下方に突出するのを防ぐストッパー部が前記巻積層鉄心又は下側に配置された前記覆い金型に設けられ、しかも前記磁石挿入孔の下端と前記ストッパー部との間には前記樹脂が流れる隙間が設けられているのが好ましい。

本発明に係る積層鉄心の製造方法において、前記被覆層は、前記巻積層鉄心の端面を全面的に覆ってもよいし、前記巻積層鉄心の端面を円弧角１１０〜１５０度の範囲で覆ってもよい。

そして、本発明に係る積層鉄心の製造方法において、前記下側に配置された覆い金型には、前記巻積層鉄心の中心に形成されている軸孔に嵌合するシャフトが設けられるのが好ましい。更には、本発明に係る積層鉄心の製造方法において、前記下側に配置された覆い金型は、該積層鉄心を搬送する搬送治具と一体化しても、搬送治具とは分離していてもよい。

また、参考例に係る積層鉄心の製造方法は、所定形状に加工された帯状鉄心片を螺旋巻して巻積層鉄心を形成し、該巻積層鉄心の軸方向両端のいずれか一方又は双方に、軸心に対して垂直な端面を有する樹脂製の被覆層を形成している。これによって、積層鉄心の搬送、加工、取付けが容易となる。

参考例に係る積層鉄心は、所定形状に加工された帯状鉄心片を螺旋巻して形成された巻積層鉄心の端部の上又は下のいずれか一方又は双方に、軸心に対して垂直な端面を有する被覆層を備えた積層鉄心であって、
前記被覆層は樹脂からなって、該被覆層は前記巻積層鉄心の内側にアンカーで固定されている。

参考例に係る積層鉄心において、前記巻積層鉄心には半径方向外側領域に永久磁石を挿入する磁石挿入孔が形成され、該磁石挿入孔に充填されている樹脂が前記アンカーとして働くようにするのが好ましい。

参考例に係る積層鉄心において、前記上被覆層及び前記下被覆層の少なくとも一方は、前記巻積層鉄心の軸方向端部の一部を前記帯状鉄心片の巻き終わり又は巻き始めから１１０〜１５０度の範囲で覆っていてもよいし、前記上被覆層及び前記下被覆層の少なくとも一方は、前記巻積層鉄心の軸方向端部の一部を全円周に渡って覆っていてもよい。

参考例に係る積層鉄心は、所定形状に加工された帯状鉄心片を螺旋巻して形成された巻積層鉄心の端部の上又は下のいずれか一方又は双方に、軸心に対して垂直な端面を有する樹脂製の被覆層を備える。

本発明に係る積層鉄心の製造方法は、巻積層鉄心の端部を樹脂で被覆して端面を巻積層鉄心の軸心に対して直交させた平面としたので、巻積層鉄心を水平台におくと、軸心が従来のように傾かず垂直となり、その後の積層鉄心の組立作業等、搬送が容易となる。

特に、本発明に係る積層鉄心の製造方法を、内部に永久磁石を埋め込む回転子に適用した場合には、永久磁石固定のための樹脂充填時に、被覆層の形成を行うことができ、合理的である。
また、通常、回転子の軸方向端部に設けられるエンドプレートと巻積層鉄心の端面との密着が図れ、より強固に巻積層鉄心を把持することができるので、回転子としての剛性を十分に保持でき、しかも搬送も容易となる。

また、本発明に係る積層鉄心の製造方法を固定子に適用した場合は、ハウジング内に着座させた場合の接触面が全面接触となり、固定子をハウジングに強固に締め付けても鉄心の変形が起こり難く、良好な取付けが可能となる。
また、ハウジング内の着座面に段差を設ける等の加工を施す必要もなくなる。

本発明の第１の実施の形態に係る積層鉄心の製造方法によって製造された積層鉄心の側面図である。同積層鉄心の平面図である。同積層鉄心に使用する巻積層鉄心の平面図である。巻積層鉄心の製造方法の説明図である。同積層鉄心の製造方法の説明図である。図５における矢視Ａ−Ａ´の要部断面図である。図５における矢視Ｂ−Ｂ´の要部断面図である。本発明の第２の実施の形態に係る積層鉄心の製造方法によって製造された積層鉄心の平面図である。

続いて、図面を参照しながら、本発明を具体化した実施の形態について説明する。
図１、図２は、本発明の第１の実施の形態に係る積層鉄心の製造方法によって製造された積層鉄心１０を示すが、図３に示す巻積層鉄心１１を使用している。巻積層鉄心１１は図３、図４に示すように所定形状（通常扇形、円弧形）に形成され、連結部１２で連結されたセグメント鉄心片１３を多数有する帯状鉄心片１４を連結部１２で所定角度折り曲げて螺旋状に巻回して形成されている。この実施の形態では、積層鉄心１０は回転子に用いられるので、各セグメント鉄心片１３に２つ（１又は３以上でもよい）の磁石挿入孔（挿通孔の一例）１５を有している。

組み立てられた巻積層鉄心１１において、磁石挿入孔１５は中央の軸孔１６を中心にその半径方向外側領域に複数（この実施の形態では１０）設けられ、図５に示すように、それぞれの磁石挿入孔１５には内部に隙間を有して永久磁石（未磁化又は磁化されている）１７が配置されて、樹脂Ｒで樹脂封止されている。
この巻積層鉄心１１においては、軸方向の一方に帯状鉄心片１４の巻き始め１９が、軸方向の他方に帯状鉄心片１４の巻き終わり２０が設けられているので、そのままの状態で水平台に置くと軸心が水平台に対して傾くことになる。

このため、巻積層鉄心１１の軸方向の両端には、軸心２４に対して垂直な端面を有する被覆層２１、２２が設けられ、この積層鉄心１０を水平台の上に置いた場合、積層鉄心１０の側面稜線２３、軸心２４が水平台に対して垂直となっている。従って、被覆層２１、２２は巻積層鉄心１１の巻き始め１９、巻き終わり２０の段部に形成されていると共に、全体的に円周方向に断面楔状となっている。なお、楔状の被覆層２１、２２は帯状鉄心片１４の積層方向に傾斜している。被覆層２１、２２が極端に薄いと剥がれ易いので、最も薄い部分で０．５ｔ（帯状鉄心片１４の厚みをｔとする）以上とするのが好ましく、最も厚い部分でも４ｔ以下（更に好ましくは２ｔ以下）とするのが好ましい。

被覆層２１、２２は板状のまま、巻積層鉄心１１の上に被さると、接合強度が弱く剥がれる場合があるので、巻積層鉄心１１の磁石挿入孔１５に対してアンカーが形成されている。具体的には、磁石挿入孔１５に挿入される永久磁石１７は熱硬化性樹脂を用いて樹脂封止されるので、巻積層鉄心１１の両端面を樹脂型（以下に説明する覆い金型２５、２６と同じ）で覆って、磁石挿入孔１５への樹脂の注入と共に被覆層２１、２２を形成する。なお、必要に応じて巻積層鉄心１１に、端面側に露出する凹部や貫通孔を設けることによって、被覆層２１、２２のアンカーを強固に設けることができる。

この実施の形態では、被覆層２１、２２の外周の直径が巻積層鉄心１１の外径と同一としたが、巻積層鉄心１１の外周部に窪み、溝等が有る場合（例えば、特開２００８−２２０１７０号公報記載）には、窪みの形状に合わせて凹凸を有するのは当然である。また、巻積層鉄心１１に重量軽減のための貫通孔又は位置決め用の貫通孔がある場合はピン等によりその部分を避けて被覆層を形成するのが好ましい。また、図２に示すように被覆層２１、２２の内周は巻積層鉄心１１の内形形状より例えば半径方向に１〜４ｍｍ程度大きくしてもよい。これは被覆層２１、２２の内径が巻積層鉄心１１の内径と同一であるとこの積層鉄心１０にシャフトを通した場合に、被覆層２１、２２の剥離が生じ易いこと及び製造の容易性からである。なお、被覆層２１、２２の内径が巻積層鉄心１１の内径と同一であってもよい。

続いて、図５〜図７を参照しながら、本発明の一実施の形態に係る積層鉄心の製造方法について説明する。
前述のような方法で、連結部１２で連結されたセグメント鉄心片１３を有する帯状鉄心片１４を巻回して巻積層鉄心１１を形成し、全ての磁石挿入孔１５内に所定の未励磁の永久磁石（片又は棒）１７を入れる。この状態で上下に覆い金型２５、２６を被せる。覆い金型２５、２６は巻積層鉄心１１の両端部を覆う金型からなって、巻積層鉄心１１の軸方向両側に被覆層２１、２２を形成する隙間を有している。

この覆い金型２５、２６は、半径方向外側に巻積層鉄心１１の形状に合わせた第１、第２の樹脂漏れ防止壁２７、２８を有し、半径方向内側には、巻積層鉄心１１の上端及び下端に被さる第３、第４の樹脂漏れ防止壁２９、３０を備えている。第３、第４の樹脂漏れ防止壁２９、３０は、それぞれ巻積層鉄心１１の上端及び下端の形状に応じて円周方向に勾配が、そして巻き終わり２０、巻き始め１９に対応する段が設けられ、内部の樹脂を漏らさないようになっている。

第１、第２の樹脂漏れ防止壁２７、２８は、巻積層鉄心１１の外側形状に密接してその周縁を覆う形状になっているが、その開放側端部にはテーパー状の拡径部３１、３２が設けられ、覆い金型２５、２６の巻積層鉄心１１への装着を容易にしている。

巻積層鉄心１１の下部に装着される覆い金型２６には、図７に示すように、磁石挿入孔１５にそれぞれ対応して、挿入された永久磁石１７が磁石挿入孔１５から下方に抜けるのを防止するストッパー部３４が設けられている。覆い金型２６の内側の底面３５は巻積層鉄心１１の側面稜線２３及び軸心２４に対して垂直となっているので、ストッパー部３４の高さは円周方向にテーパー状となった巻積層鉄心１１の底面の高さに応じて、その高さが変化している。このストッパー部３４及び第４の樹脂漏れ防止壁３０によって、巻積層鉄心１１の軸心２４が垂直になるように、巻積層鉄心１１を支持し、巻積層鉄心１１の下方に樹脂を充填する空間を形成している。なお、ストッパー部３４は磁石挿入孔１５を跨いで配置され、磁石挿入孔１５の下端に樹脂が流れる隙間を有している。

一方、図６に示すように、巻積層鉄心１１の上部に装着される覆い金型２５には、各磁石挿入孔１５を跨ぐストッパー部（位置決め部）３７が形成されている。このストッパー部３７は磁石挿入孔１５の円周方向に対して偏って配置されている。そして、各ストッパー部３７の高さは円周方向にテーパー状となった巻積層鉄心１１の上端に合わせて高さが異なり、覆い金型２５の内側に形成される天井面３８が巻積層鉄心１１の軸心２４に対して垂直になるようにしている。なお、天井面３８と底面３５は平行となっている。

従って、この実施の形態においては、このストッパー部３７と第３の樹脂漏れ防止壁２９によって、覆い金型２５の天井面３８が巻積層鉄心１１の軸心２４に対して垂直に保持される。

巻積層鉄心１１の上側に装着される覆い金型２５には、各磁石挿入孔１５に樹脂を導く樹脂流路４０が設けられている。樹脂流路４０は上部が開放の溝４１と溝４１の半径方向外側にあって下方に連通する丸孔４２とによって形成される。この丸孔４２は上方拡大のテーパー孔とするのが不要の樹脂の除去が容易となる。

このような覆い金型２５、２６が所定角度位置に装着された巻積層鉄心１１を、下型４４の所定位置に載置し、図示しないシリンダーを操作して上型４５を下げて加圧する。なお、覆い金型２６には下型４４に係合する位置決め手段を設けて、覆い金型２６が所定位置に載置されるようにするのがよい。また、この実施の形態においては、下覆い金型２６に巻積層鉄心１１の中央に形成されている軸孔１６に嵌合するシャフトを設けてもよいし、シャフトを設けた覆い金型（巻積層鉄心１１の底に配置される）で巻積層鉄心１１の搬送治具を形成してもよい。

上型４５には、磁石挿入孔１５の数に対応して樹脂溜めポット４７が設けられている。この樹脂溜めポット４７は断面円形の貫通孔からなって、図示しないシリンダーによって昇降するプランジャ４８を備え、内部に充填される樹脂（熱硬化性樹脂）を樹脂流路４０を介して覆い金型２５内に充填できるようになっている。

樹脂溜めポット４７から押し出された樹脂は、樹脂流路４０を介して上側の覆い金型２５の空間部（天井面３８と巻積層鉄心１１との隙間）を充填すると共に、磁石挿入孔１５内に浸入して下側の覆い金型２６の空間部（底面３５と巻積層鉄心１１との隙間）に充填される。なお、上型４５、覆い金型２５、２６及び巻積層鉄心１１は溶けた樹脂の流動性を確保できるように予め加熱されている。また、覆い金型２５、２６には内部にあった空気が逃げるベントが形成されて、樹脂が巻積層鉄心１１の上部、磁石挿入孔１５及び巻積層鉄心１１の下部を覆うようになっている。

樹脂が硬化した後、上型４５を上昇させ、覆い金型２５が装着されて樹脂封止された巻積層鉄心１１を取り出し、上下の覆い金型２５、２６を外すと上下に被覆層２１、２２を有する積層鉄心１０が製造される。この積層鉄心１０は軸方向両端が、側面稜線２３及び軸心２４に対して垂直となっているので、水平台の上に置くと軸心２４が垂直となり、ハンドリングが容易となる。

図８には、巻積層鉄心１１の巻き終わり２０（又は巻き始め１９）の位置から円弧角１１０〜１５０度（θ度）の範囲に薄い被覆層５０を設け、この領域以外は巻積層鉄心１１の端面（上端、下端、又は上端及び下端）を露出させた積層鉄心４９を示す。この場合、被覆層５０の一端５１の厚みは帯状鉄心片１４の厚みｔ（即ち段部の高さ）と一致し、そのまま他端５２（即ち角度θ位置）まで、軸心に対して同一高さを維持する。他端５２の被覆層５０の厚みは、理論上、ｔ×（３６０−θ）／３６０となる。
この実施の形態では、被覆層５０は巻積層鉄心１１の積層方向片側に形成しているが両側に形成することもできる。また、被覆層５０と巻積層鉄心１１の端面を交互に露出させた形状としてもよい。

前記実施の形態は、上型に樹脂溜めポットを設けて樹脂封止を行ったが、下型に樹脂溜めポットを設けて、樹脂封止を行うこともできる。
また、前記磁石挿入孔においては、回転子鉄心について説明したが、内側又は外側に複数の磁極を有する固定子鉄心であっても本発明は適用される。この場合、巻積層鉄心を覆う被覆層は、巻積層鉄心の内側形状及び外側形状の一方又は双方と僅少の隙間を有するのが好ましいが、巻積層鉄心の内側形状又は外側形状と一致させてもよい。

前記実施の形態においては、被覆層は巻積層鉄心の軸方向両端の双方に形成されていたが、巻積層鉄心の軸方向いずれか一方に被覆層が形成され、他方には被覆層を形成する覆い金型とは異なる、巻積層鉄心の端部形状に合った盲板を設けることも可能である。
また、前記実施の形態においては、巻積層鉄心の下端で永久磁石を受けるストッパー部を下側の覆い金型に設けたが、巻積層鉄心の下部に設けてもよい。この場合、ストッパー部は永久磁石を受けていればよいので、必ずしも磁石挿入孔を跨いで配置する必要はなく、ストッパー部の一部で永久磁石を受けるようにすることも可能である。
なお、以上において、巻積層鉄心と積層鉄心の軸心は一致しており、更に巻積層鉄心の側面稜線とも平行となる。
更に、前記上及び下の覆い金型には、軸孔と平面視して同一形状の貫通孔を設けて、シャフト等を通せるようにしたが、上及び／又は下の覆い金型を貫通孔がない盲としてもよい。

１０：積層鉄心、１１：巻積層鉄心、１２：連結部、１３：セグメント鉄心片、１４：帯状鉄心片、１５：磁石挿入孔、１６：軸孔、１７：永久磁石、１９：巻き始め、２０：巻き終わり、２１、２２：被覆層、２３：側面稜線、２４：軸心、２５、２６：覆い金型、２７：第１の樹脂漏れ防止壁、２８：第２の樹脂漏れ防止壁、２９：第３の樹脂漏れ防止壁、３０：第４の樹脂漏れ防止壁、３１、３２：拡径部、３４：ストッパー部、３５：底面、３７：ストッパー部、３８：天井面、４０：樹脂流路、４１：溝、４２：丸孔、４４：下型、４５：上型、４７：樹脂溜めポット（樹脂溜め部）、４８：プランジャ、４９：積層鉄心、５０：被覆層、５１：一端、５２：他端

Claims

所定形状に加工された帯状鉄心片を螺旋巻して形成された巻積層鉄心の軸方向両端に、軸心に対して垂直な端面を有する被覆層を備えた積層鉄心の製造方法であって、
１）前記巻積層鉄心の上下にそれぞれ覆い金型を介して上型と下型の間で該巻積層鉄心を挟持し、前記上型又は前記下型に設けられた樹脂溜めポットから樹脂を前記上下の覆い金型と前記巻積層鉄心の隙間に充填して前記被覆層を形成すること、
２）前記上下の覆い金型の周囲には、前記巻積層鉄心の端面の半径方向外側を覆い、解放側端部に拡径するテーパーがそれぞれ形成された第１、第２の樹脂漏れ防止壁が設けられ、更に、前記巻積層鉄心の端面の半径方向内側を覆い、前記巻積層鉄心の上端及び下端の形状に応じて円周方向に勾配を有して内部の樹脂を漏らさない第３、第４の樹脂漏れ防止壁が設けられていること、
３）前記被覆層を形成する樹脂が充填される前記上下の覆い金型の天井面及び底面は、前記巻積層鉄心の軸心に対して垂直かつ前記天井面と前記底面が平行となっていること、
４）前記巻積層鉄心には、前記樹脂溜めポットから前記巻積層鉄心の一方側に充填される樹脂を他方側に導く挿通孔が形成されていることを特徴とする積層鉄心の製造方法。
請求項１記載の積層鉄心の製造方法において、前記挿通孔は前記巻積層鉄心の半径方向外側領域に複数形成され、内部に隙間を有して永久磁石を入れる磁石挿入孔であることを特徴とする積層鉄心の製造方法。
請求項２記載の積層鉄心の製造方法において、前記磁石挿入孔に入れた前記永久磁石が前記磁石挿入孔から下方に突出するのを防ぐストッパー部が前記巻積層鉄心又は下側に配置された前記覆い金型に設けられ、しかも前記磁石挿入孔の下端と前記ストッパー部との間には前記樹脂が流れる隙間が設けられていることを特徴とする積層鉄心の製造方法。
請求項１〜３のいずれか１記載の積層鉄心の製造方法において、前記被覆層は、前記巻積層鉄心の端面を全面的に覆うことを特徴とする積層鉄心の製造方法。
請求項１〜３のいずれか１記載の積層鉄心の製造方法において、前記被覆層は、前記巻積層鉄心の端面を円弧角１１０〜１５０度の範囲で覆うことを特徴とする積層鉄心の製造方法。
請求項１〜５のいずれか１記載の積層鉄心の製造方法において、前記下側に配置された覆い金型には、前記巻積層鉄心の中心に形成されている軸孔に嵌合するシャフトが設けられていることを特徴とする積層鉄心の製造方法。
請求項１〜６のいずれか１記載の積層鉄心の製造方法において、前記下側に配置された覆い金型は、該積層鉄心を搬送する搬送治具と一体化していることを特徴とする積層鉄心の製造方法。