JP6076179B2 - Split stator core, stator having the split stator core, rotating electric machine having the stator, and method of manufacturing the split stator core - Google Patents
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Description
この発明は、モータや発電機等の回転電機の分割固定子鉄心と、この分割固定子鉄心を備えた固定子と、この固定子を備えた回転電機および前記分割固定子鉄心の製造方法に係るものである。 The present invention relates to a split stator core of a rotary electric machine such as a motor or a generator, a stator including the split stator core, a rotary electric machine including the stator, and a method of manufacturing the split stator core. Is.
従来よりブラシレスDCモータなどのインナーロータ型モータにおいて、固定子の磁極にはコイルが巻線された集中巻きの巻線構造が採用されている。
この構造の固定子は、コイルを高密度に巻線するために分割した固定子鉄心にコイルを巻線した後、組み立てる製造方法が採用されている。
上記分割した固定子鉄心は帯状の電磁鋼板から磁極毎に全型で打ち抜かれて形成されるが、その打ち抜き時のレイアウトはお互いに千鳥状に互いに向きを変えて向き合わせた配置とすることが行われている。このような分割固定子鉄心を採用した回転電機において、鉄心材料の歩留りを向上させるために、略T字状の形状を有し、複数環状に接続されて1つの固定子鉄心を形成する分割固定子鉄心の周方向の磁路を形成するヨーク部と、先端部に周方向両端に突出した突起部が設けられた磁極ティースとを有し、前記ヨーク部の磁極ティース側の内周部に、略三角形状の第1の切欠き部を設け、分割固定子鉄心の電磁鋼板打ち抜き時に、2列の分割固定子鉄心が1つの列の互いに隣接する磁極ティースの間に、他の列の磁極ティースが向き合うように配置し、前記切欠き部を電磁鋼極の幅方向の端部に合わせて打ち抜くことが示されている(特許文献1)。
また、環状の積層鉄心を円周方向に複数に分割した分割積層鉄心に積層して使用され、半径方向外周には幅広部が半径方向内側には幅狭部がそれぞれ形成される複数の分割鉄心片の製造方法において、各分割鉄心片の半径方向中心線が平行で、幅広部の側端部に隣接する分割鉄心片の幅狭部の側端部が当接するように、隣り合う分割鉄心片を互い違いに配置した鉄心片群を、条材に板取りする工程と、各分割鉄心片を打ち抜くプレス加工工程を有すことが示されている(特許文献2)。
またさらに、ヨーク部を2分割して磁極部と分離した形状とした技術が示されている(特許文献3)。
Conventionally, in an inner rotor type motor such as a brushless DC motor, a concentrated winding structure in which a coil is wound around a magnetic pole of a stator is employed.
The stator having this structure employs a manufacturing method in which a coil is wound around a stator core divided in order to wind the coil with high density and then assembled.
The divided stator cores are formed by punching out all the magnetic poles from the strip-shaped magnetic steel sheet, but the layout at the time of punching may be arranged in a zigzag manner so as to face each other. Has been done. In a rotating electrical machine employing such a split stator core, in order to improve the yield of the core material, it has a substantially T-shape and is split and fixed in a plurality of rings to form one stator core. A yoke portion that forms a magnetic path in the circumferential direction of the core and a magnetic pole tooth provided with protrusions protruding at both ends in the circumferential direction at the tip, and on the inner peripheral portion of the yoke portion on the magnetic pole tooth side, A substantially triangular first notch is provided, and two rows of divided stator cores are disposed between one row of adjacent magnetic teeth when one of the divided stator cores is punched. Are arranged so as to face each other, and the notch is punched out in accordance with the end of the electromagnetic steel pole in the width direction (Patent Document 1).
In addition, a plurality of divided cores are used in which an annular laminated core is laminated on a divided laminated core divided into a plurality in the circumferential direction, and a wide portion is formed on the outer periphery in the radial direction and a narrow portion is formed on the inner side in the radial direction. In the method for manufacturing a piece, adjacent divided core pieces are arranged so that the center line in the radial direction of each divided core piece is parallel and the side end portion of the narrow portion of the divided core piece adjacent to the side end portion of the wide portion abuts. It is shown that there are a step of cutting a group of iron core pieces arranged alternately in a strip material, and a pressing step of punching each divided core piece (Patent Document 2).
Furthermore, a technique is shown in which the yoke part is divided into two parts and separated from the magnetic pole part (Patent Document 3).
しかしながら上記特許文献1に示された技術は、ヨーク部の磁極ティース側の内周部に第1の切欠き部を設けているため、切欠き形状によっては磁気回路に悪影響を与え、回転電機の特性向上に支障を及ぼす可能性がある。また、磁極ティースにコイルを巻回する場合、円弧状のヨークがコイル導線の供給に支障をきたすため、磁極ティース根元までの高密度のコイル巻回ができないという問題点がある。また特許文献2に示された技術は、磁極先端部の形状によっては十分な材料の歩留り改善が得られなかったり、また磁極数が少なく、磁極先端部幅が狭い環状の固定子に組み上げた状態で、隣り合う磁極間の空間が大きい場合には、この空間が材料面から見た場合に無駄な領域が広がることとなり、十分な歩留り改善が得られないという問題がある。さらに特許文献3に示された技術は2分割構造のヨークに磁極部を接合する構成であり、十分な剛性や組立て精度が得られないという問題がある。
However, the technique disclosed in
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、高密度に巻回したコイルを設けることができ、かつ材料の歩留りを改善した鉄心形状を有する分割固定子鉄心と、この分割固定子鉄心を備えた固定子およびこの固定子を備えた回転電機、ならびに前記分割固定子鉄心の製造方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems. A split stator core having an iron core shape that can be provided with a coil wound at high density and has improved material yield, and the split It is an object of the present invention to provide a stator including a stator core, a rotating electric machine including the stator, and a method of manufacturing the split stator core.
第1の発明は、薄板電磁鋼板を打ち抜き積層して形成し、ヨークと磁極ティースとが一体化された略T字状の分割固定子鉄心であって、ヨークは所定の厚さを有するとともに円弧状をなし、磁極ティースはヨークの内周部から固定子の内径側に突出するとともに、周方向に延伸する先端部が設けられ、磁極ティースに対して左右両側に位置するヨークの内周部に設けられた切欠き部は、磁極ティースの段落ち部から該ヨークの円弧部端面まで延伸しており、切欠き部に挿入片が嵌め込まれる構成を備えているものである。 A first invention is a substantially T-shaped split stator core formed by punching and laminating thin electromagnetic steel sheets and integrating a yoke and magnetic teeth, wherein the yoke has a predetermined thickness and a circular shape. It has an arc shape, and the magnetic pole teeth protrude from the inner peripheral portion of the yoke to the inner diameter side of the stator, and are provided with tip portions extending in the circumferential direction, on the inner peripheral portion of the yoke located on the left and right sides of the magnetic pole teeth. The provided notch part extends from the stepped part of the magnetic teeth to the end surface of the arc part of the yoke, and has a configuration in which an insertion piece is fitted into the notch part.
第2の発明は前記第1の発明に係る分割固定子鉄心にコイルが設けられた分割固定子の複数個が環状に結合して成形された固定子である。第3の発明は、第2の発明に係る固定子を備えた回転電機であり、第4の発明は第1の発明に係る分割固定子鉄心の製造方法である。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a stator in which a plurality of split stators each having a coil provided on the split stator core according to the first aspect of the present invention are annularly coupled. 3rd invention is the rotary electric machine provided with the stator based on 2nd invention, 4th invention is the manufacturing method of the split stator core which concerns on 1st invention.
第1の発明に係る分割固定子鉄心および第4の発明に係る分割固定子鉄心の製造方法では、薄板電磁鋼板から分割固定子鉄心を打ち抜くときの材料歩留りが向上し、省資源化が達成されるとともに、安価な分割固定子鉄心を提供できるという効果がある。 In the split stator core manufacturing method according to the first invention and the split stator core manufacturing method according to the fourth invention, the material yield when punching the split stator core from the thin electromagnetic steel sheet is improved, and resource saving is achieved. In addition, there is an effect that an inexpensive split stator core can be provided.
第2の発明に係る固定子は、上記のような構成を採用しているので剛性を高めることができ、第3の発明に係る回転電機は、コイルを磁極ティース全体にわたり巻回することが可能で、高密度のコイル巻線を得ることができ、回転電機の出力特性を向上させる。 Since the stator according to the second invention employs the above-described configuration, the rigidity can be increased, and the rotating electrical machine according to the third invention can wind the coil over the entire magnetic teeth. Thus, a high-density coil winding can be obtained, and the output characteristics of the rotating electrical machine are improved.
実施の形態1.
以下、この発明による分割固定子を備えた回転電機について説明する。
図1は実施の形態1による回転電機の固定子100を示す平面図であり、薄い電磁鋼板を積層して形成された9極分割固定子50が一体化結合されて構成されている。この分割固定子50は図2(c)に示すように各極毎の分割固定子鉄心30に導線を巻きつけて形成されたコイル4が設けられており、後述するヨーク1に設けられた凸部1d、凹部1eが結合部50aで密に結合され、固定子100全体としての剛性を保持している。
図2に分割固定子鉄心30の平面形状を示す。
図2(a)に示すように、例えば0.1〜0.7mm程度の電磁鋼板を打ち抜いて作成された分割固定子鉄心30は、ヨーク1、磁極ティース2、挿入片3によって図2(b)に示すように略T字状をなしている。ヨーク1と磁極ティース2とは一体的に連結しており、磁極ティース2の図示省略した回転子に対向する側には先端部2aが設けられ、この円周方向両端に突起部2bが設けられている。
ヨーク1は所定の厚さTを有する円弧状をなしており、図1に例示の固定子100が9極の分割固定子50であることから、円弧角は40°であり一方の円弧部端面1kには凸部1dが、他の円弧部端面1kには凹部1eが、さらにヨーク外周部1aの円弧中央部分には蟻溝1cが形成され、またヨーク内周部1bの磁極ティース2に対して両側に位置し、磁極ティース2につながる段落ち部1gを介して切欠き部1fが形成されている。この切欠き部1fには段落ち1gを介し、挿入片3が密に挿入される。
切欠き部1fが設けられている個所におけるヨーク1の厚さt1と切欠き部1fの深さt2との和t1+t2がヨーク1の厚さTに相当する。
前記切欠き部1fに嵌め合わされる挿入片3はヨーク内周部1bと先端部2aとの空間、つまり図2(c)に示すコイル4が設けられる空間を利用して打ち抜かれて形成される。コイル4は後に詳述するように分割固定子鉄心30に対地絶縁4aを設け、通常の分割鉄心と同様に巻線、装着され、前記分割固定子鉄心30と一体化されて分割固定子50を形成する。
この分割固定子50は前述の如く、図1に示す結合部50aにて隣り合う分割固定子50と互いに密に結合され、図3に示すように円筒状のフレーム51に圧入固定される。尚、分割固定子鉄心30および挿入片3は、電磁鋼板によって打ち抜かれた後、所定の軸方向厚さとなるように、かしめ等によって結合されている。分割固定子50はフレーム51から及ぼされる径方向の締め付け力により、結合部50aが互いに押し付けられて剛性が確保される。
この実施の形態1の分割固定子鉄心30は、ヨーク1と磁極ティース2が一体化された略T字状であるので図3に示す固定子100に組み付けられることにより、固定子100としての剛性を保持し、かつ先端部2aの真円度を精度良く保つことができる。
Hereinafter, a rotating electrical machine provided with a split stator according to the present invention will be described.
FIG. 1 is a plan view showing a
FIG. 2 shows a planar shape of the
As shown in FIG. 2A, for example, a
The
The sum t1 + t2 of the thickness t1 of the
The
As described above, the
Since the
次に分割固定子鉄心30にコイル4を巻回する状態を図4に示す。この場合、分割固定子鉄心30には挿入片3が未嵌め合いの状態であり、このことにより巻線アーム40から導出される導線4bが、ヨーク1の両端の図2に示した円弧部端面1kに干渉することなく磁極ティース2に巻回することが可能となり、図2、図4に示すようにヨーク1と磁極ティース2の境界部1hまで巻き付けられたコイル4を形成することが可能となる。作業手順として不織布材等からなる対地絶縁4aを分割固定子鉄心30に装着する。この対地絶縁4aのヨーク1側は柔軟に折り曲げることが可能である。この対地絶縁4aに対して巻線機の巻線アーム40を回転させて導線4bを巻回しコイル4を形成する。
引き続き図5に示すように挿入片3を切欠き部1fに嵌め合わせすることにより、分割固定子50が生成される。
以上のようにこの実施の形態1による分割固定子鉄心30の構成を有しているので、コイル4が磁極ティース2全体にわたり巻回されており、高密度の巻線を得ることができ、回転電機の出力特性が向上する。尚、上記挿入片3を切欠き部1fに嵌め合わせするには、専用工具を用いて挿入空間を確保することも可能である。
Next, a state where the
Subsequently, as shown in FIG. 5, the
As described above, since the structure of the
図6にこの実施の形態1の分割固定子鉄心30を薄板の電磁鋼板31から打ち抜く場合のレイアウトを示す。分割固定子鉄心30は千鳥状に互いに逆方向を向いて打ち抜かれる。
このとき、互いの先端部2aは互いの切欠き部1fの近辺に近づけた配置ができ、その結果電磁鋼板31の素材幅MWを従来に比較して小さくでき、使用材料が低減し、さらに挿入片3は従来ではスクラップとしていたヨーク内周部1bと先端部2aとの空間領域を利用して打ち抜いているので歩留りが向上し省資源化もはかれ、結果として安価な回転電機を提供することが可能となる。
尚、図2ではヨーク1の両端に凸部1dと凹部1eを設けて圧入により組み立てる固定子100の例を示したが、前記凸部1d、凹部1eを設けることなくヨーク1の両端のヨーク外周部1aを図1に示す結合部50aで溶接等により結合してもよい。
FIG. 6 shows a layout when the
At this time, the
FIG. 2 shows an example of the
実施の形態2.
次に実施の形態2による分割固定子鉄心30の形状を図7に示す。図7(a)に示すようにこの分割固定子鉄心30のヨーク1の切欠き部1fには嵌合凹部1jが、挿入片3には嵌合凸部3aが設けられている。そのため図7(b)に示すように挿入片3を切欠き部1fに結合させる時には、嵌合凸部3aと嵌合凹部1jを嵌合させることで容易に組立てることができる。次に図8にはこの実施の形態2の分割固定子鉄心30を電磁鋼板31から打ち抜く場合のレイアウトを示す。前述した実施の形態1と同様に、互いの先端部2aと切欠き部1fとの領域を近づけた配置ができ、使用材料の低減歩留りの向上がはかれる。また、ヨーク1と挿入片3とは嵌合凹部1jと嵌合凸部3aを用いて容易に一体化できるため、一体化による搬送等のハンドリング性を向上させ、巻線工程や固定子組立工程等における作業を容易化し、コスト低減がはかれるとともに、固定子の剛性、精度の向上がはかれる。
Next, the shape of the
実施の形態3.
実施の形態3による分割固定子鉄心30の形状を図9に示す。図9(a)に示すように、挿入片3がヨーク1と切り離されることなく段落ち部1gにてつながれた連結部30bが設けられた構成としている。この構成により、連結部30bを中心に挿入片3を切欠き部1fに向かって折り曲げ、図9(b)に示すように挿入片3を切欠き部1fに嵌めこむ。
尚、挿入片3において、ヨーク1の円弧部端面1kに設けられている凸部1d側に配置される図9(a)では左側の挿入片3には先端凸部3bを、ヨーク1の凹部1e側に配置される挿入片3には先端凹部3cを設けているので、図10に示すように相隣り合う分割固定子50を組み付けた時、前記先端凸部3bと先端凹部3cとが嵌合されてより剛性を有しかつ精度の高い固定子100を得ることができる。尚、図10ではコイル4の記載は省略している。尚、この実施の形態3のヨーク1と挿入片3の構成に、前述した実施の形態2の嵌合凹部1jと嵌合凸部3aを用いた構成を組み合わせてもよい。さらに、この実施の形態3も実施の形態2で示した図8とほぼ同等のレイアウトにより電磁鋼板31から分割固定子鉄心30を打ち抜くことが可能であり、実施の形態2と同様の効果がある。
The shape of the
In addition, in the
実施の形態4.
図11に実施の形態4による分割固定子鉄心30の打ち抜き時のレイアウトを示す。各分割固定子鉄心30の隣接間は分割固定子50を形成する際の結合部50aに相当する連結部で結合されている。すなわち相隣り合う分割固定子鉄心30のヨーク1は打ち抜きによって切り離されてなく、結合部50aで結合されている。従って、図11に示す上向きの部位の分割固定子鉄心30、および下向きの部位の分割固定子鉄心30をそれぞれに一体的に取り扱うことができる利点があり、また、コイル巻線時に、例えば上記上向き部位の分割固定子鉄心30に対して連続的に巻線作業を施すことが可能となり、巻線工程の効率化がはかれる。さらに固定子100として結合時に、結合部50aを溶接することで、容易に固定子100の組み立てを行うことができる。尚、この実施の形態4においても、前述した実施の形態1〜3のヨーク1に設けた凸部1d、凹部1eや、実施の形態1に示した挿入片3とヨーク1の切欠き部1fや、実施の形態2に示した挿入片3の嵌合凸部3aとヨーク1の嵌合凹部1jや実施の形態3に示した連結部30bと挿入片3の先端凸部3b、先端凹部3cの各構成は、この実施の形態4と適宜組み合わせてもよい。
FIG. 11 shows a layout when the
実施の形態5.
この実施の形態5はコイル4の構成に関するものであって特に実施の形態1で示した分割固定子鉄心30において、挿入片3を用いない回転電機における分割固定子50に係るものである。この構成を図12に示す。
図12から判るように、この実施の形態5のコイル4は、分割固定子鉄心30におけるヨーク1の段落ち部1gから切欠き部1fにかけて、導線4bが巻回されてコイル4を形成しているものである。
従ってコイルターン数が増加した分割固定子50が得られる。この構成を採用する点の特徴は、実施の形態1と同一の電磁鋼板打ち全型を使用して得た分割固定子鉄心30を用い、前述した実施の形態1の回転電機とは異なる特性を有する固定子100を得られる点にある。即ち、1つの全型で2つの特性の異なる固定子100を得ることができ、また巻線機や固定子組立設備も共用でき、設備投資を特に必要とせず異特性の回転機を創出できるという効果がある。
Embodiment 5. FIG.
The fifth embodiment relates to the configuration of the
As can be seen from FIG. 12, the
Accordingly, the
尚、この発明は、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、省略することが可能である。 It should be noted that within the scope of the present invention, the embodiments can be freely combined, or the embodiments can be appropriately modified or omitted.
1 ヨーク、1a ヨーク外周部、1bヨーク内周部、1d 凸部、1e 凹部、
1f 切欠き部、1j 嵌合凹部、1k 円弧部端面、2 磁極ティース、
2a 先端部、3 挿入片、3a 嵌合凸部、3b 先端凸部、3c 先端凹部、
4 コイル、30 分割固定子鉄心、30b 連結部、50 分割固定子、
50a 結合部、 100固定子。
1 yoke, 1a yoke outer peripheral part, 1b yoke inner peripheral part, 1d convex part, 1e concave part,
1f notch, 1j fitting recess, 1k arc end face, 2 magnetic teeth,
2a tip part, 3 insertion piece, 3a fitting convex part, 3b tip convex part, 3c tip concave part,
4 coils, 30 split stator core, 30b connecting part, 50 split stator,
50a coupling part, 100 stator.
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