JPH0654470A - 回転電機の鉄心 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】飽和磁束密度を高めながら渦電流による鉄損の
増大を防止することができ、高価なプレス機械設備や金
型が不要で、コアの素材の無駄がない回転電機の鉄心を
得る。 【構成】巻線用の開口部４４と多極着磁された界磁に対
向する突極を備えた回転電機の鉄心４０。第１の磁性板
材５０と第２の磁性板材４２を有する。第１の磁性板材
５０は第２の磁性板材４２より鉄損が低く、第２の磁性
板材４２は第１の磁性板材５０より飽和磁束密度が高
い。第１の磁性板材５０を第２の磁性板材４２で挾み込
んで第１の磁性板材５０と第２の磁性板材４２を重ねあ
わせる。第１の磁性板材５０は、重ねあわせ面が回転中
心軸を含む平面内に存在するように少なくとも２枚重ね
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転電機の電機子に適
用可能な鉄心に関する。

【０００２】

【従来の技術】回転電機の鉄心の従来例として、特開平
２−１４６９４２号公報、特開昭６３−１５７６５０号
公報記載のものなどがある。従来の回転電機の鉄心は、
まず、平板の素材をプレスにより打ち抜いてコア材とす
る工程と、このコア材を複数枚積層する工程の２工程か
らなる。図１１は従来の回転電機の鉄心の例で、中心の
軸孔１６と、放射方向の複数の突極１２と、各突極１２
の先端部に形成された部分円弧状の傘部１４とを有して
なる磁性板材１１を有してなる。磁性板材１１は、珪素
鋼板などの平板の素材をプレスにより打ち抜いたもの
で、磁性板材１１を複数枚積層することによって鉄心１
０が構成されている。上記傘部１４相互間には巻線用の
開口部１９が形成されている。

【０００３】上記磁性板材１１の製法の例を図１２に示
す。図１２（ａ）に示す珪素鋼板などの平板の素材１８
をプレスにより打ち抜き、図１２（ｂ）および図１１に
示すような磁性板材１１を得る。

【０００４】図１３は、上記鉄心１０を有する電機子を
用いたモータの例を示す。図１３において、カップ状の
モータケース２２の開放端には端板２４が嵌められ、モ
ータケース２２の底部中央と端板２４に嵌められた軸受
２６，２６によって回転軸２８が支承されている。回転
軸２８には、モータケース２２内部において上記磁性板
材１１が積層されてなる鉄心１０が嵌合固着されてい
る。積層された各磁性板材１１の突極１２の部分には巻
線２０が巻回されている。突極１２の先端の前記傘部１
４は、モータケース２２の内周側に固定された界磁マグ
ネット３０の内周面に所定の間隙をおいて対向してい
る。回転軸２８には整流子３２が取付けられ、整流子３
２にはブラシ３４が摺接している。周知のとおり、ブラ
シ３４と整流子３２を経て巻線２０への通電が制御さ
れ、鉄心１０、巻線２０等を有してなるロータが回転駆
動される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上説明した従来の回
転電機の鉄心によれば、板状の素材を打ち抜いて磁性板
材を得るため、効率を高めるために鉄心の飽和磁束密
度を高めると、渦電流による鉄損が増大し、鉄損を低下
させようとすると飽和磁束密度を低下させざるを得ず、
効率の向上に限界がある、高価なプレス機械設備と金
型が必要である、磁性板材は素材を打ち抜いて得るた
め、磁気的な方向性をもった素材を使用することができ
ず、高性能の素材を活用することができない、図１２
から明らかなとおり、磁性板材として打ち抜かれた部分
以外の素材は不要となり、無駄な材料部分が多い、薄
い磁性板材を複数枚積み上げるため、組立工程に要する
時間が長い、傘部相互間の開口部は、突極に巻線を施
すためある程度大きくする必要があるため、磁束を有効
に取り込むことができないし、コギングが大きくなる、
というような問題を生じる。

【０００６】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
で、飽和磁束密度を高めながら渦電流による鉄損の増大
を防止することができ、かつ、高価なプレス機械設備や
金型が不要で、コアの素材の無駄がなく、磁気的な方向
性のある素材を活用して特性を向上させることができ、
組立工程が簡単であり、傘部相互間の開口部を極めて小
さくすることができる回転電機の鉄心を提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１記載の発明は、第１の磁性板材と第２の磁性
板材からなり、第１の磁性板材は第２の磁性板材よりも
鉄損を低く、第２の磁性板材は第１の磁性板材よりも飽
和磁束密度を高くし、第１の磁性板材を第２の磁性板材
が挾み込むようにして第１の磁性板材と第２の磁性板材
とを重ねあわせた。

【０００８】請求項２記載の発明は、第１の磁性板材と
第２の磁性板材からなり、第１の磁性板材は第２の磁性
板材よりも鉄損を低く、第２の磁性板材は第１の磁性板
材よりも飽和磁束密度を高くし、第１の磁性板材は、重
ねあわせ面が回転中心軸を含む平面内又は回転中心軸を
含む平面に平行な平面内に存在するように少なくとも２
枚重ねることによって形成し、第１の磁性板材の表面に
第２の磁性板材を配設して上記突極を形成した。

【０００９】

【作用】請求項１および請求項２記載の発明によれば、
飽和磁束密度の高い第２の磁性板材によって磁束の増大
を図ることができ、鉄損の低い第１の磁性板材によって
損失の増大を防止することができる。請求項２記載の発
明における第１の磁性板材は、板状の素材を適宜の長さ
に切断したものを少なくとも２枚重ねることによって形
成することができ、その突極部分に巻線を施すことによ
って電機子を構成することができる。

【００１０】

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明にかかる回
転電機の鉄心の実施例について説明する。図１、図２に
おいて、符号４０は回転電機の鉄心を示す。鉄心４０
は、第１の磁性板材５０と第２の磁性板材４２とを有し
てなる。第１の磁性板材５０は第２の磁性板材４２より
も鉄損の低い材料、すなわち電気抵抗が大きくて渦電流
の小さい材料、例えば珪素鋼板などからなる。第２の磁
性板材４２は第１の磁性板材５０よりも飽和磁束密度の
高い材料、例えば鉄板などからなる。図示の例では、第
１、第２の磁性板材５０，４２はともに３個の板材から
なる。第１の磁性板材５０は図２に示すように中心角が
１２０°になるようにＶ字状に折り曲げられることによ
って形成される。このＶ字状の３個の第１の磁性板材５
０を背中合せにして、平面形状がほぼＹ字状になるよう
に重ねあわせ、溶接等の手段で一体に結合する。こうす
ることによって、図１に示すように３個の突極部分が放
射状に延び出た形になる。

【００１１】図１、図２において、第２の磁性板材４２
は、板状の素材を中心角が１２０°になるようにＶ字状
に折り曲げることによって形成された突極４６の部分
と、さらに両端部が部分円弧状に折り返されることによ
って形成された傘部４８と、両端の傘部４８間に形成さ
れた巻線用の開口部４４とを有してなる。このように形
成された３個の第２の磁性板材４２が、上記背中合せに
重ねあわせられた３個の第１の磁性板材５０を挾み込む
ようにして重ねあわせられている。換言すれば、１個の
第１の磁性板材５０に対して１個の第２の磁性板材４２
が重ねあわせられ、この１対１の関係で重ねられた磁性
板材の組が３組背中合せ状に重ねあわせられ、溶接等に
よって固定されている。第１、第２の磁性板材５０，４
２相互の重ねあわせ面は回転中心軸を含む平面内又は回
転中心軸を含む平面に平行な平面内にあり、第１、第２
の磁性板材５０，４２相互の重ねあわせ部によって突極
が形成されている。各突極に巻線を施せば回転電機の電
機子が構成される。重ねあわせられた各磁性板材５０の
中心部には回転軸５２が挿入され溶接等の手段によって
固定されている。

【００１２】ここで、上記第１、第２の磁性板材５０，
４２の製造方法およびこれに続く電機子の製造方法の例
について概略的に説明しておく。まず、板素材を適宜の
長さの長方形状に切断し、これを所定の中心角のＶ字状
になるように折り曲げ加工する。第１の磁性板材５０の
素材が例えば方向性珪素鋼板のように圧延方向に磁化容
易軸がある場合は、図２に示すように磁化容易軸Ｃが長
手方向になるように切断し、曲げ加工する。

【００１３】上記のようにして作った第１、第２の磁性
板材５０，４２をそれぞれ３個ずつ重ねあわせ固定す
る。第１の磁性板材５０を挾んで隣合った第２の磁性板
材４２の互いに重なりあった部分４６が突極となる。こ
の突極は合計３個放射方向にＹ字状に延び出ている。３
個の第１の磁性板材５０の中央部に回転軸５２を挿通し
て固定する。次に、上記各突極の部分に巻線を巻回す。
ここではまだ各第２の磁性板材４２の両端部に傘部４８
は形成されておらず、巻線空間を制限するものがないた
め、巻線工程を容易に進めることができるし、巻線の巻
回数を多くすることができる。次に、各第２の磁性板材
４２の両端部を折り曲げ加工して周方向に延設した傘部
４８を形成する。こうして、電機子が得られる。

【００１４】なお、上記製造方法の中で、回転軸５２の
固定は、巻線工程のあとまたは傘部４８を形成したあと
に行ってもよい。また、傘部４８の形成は、第２の磁性
板材４２をＶ字状に折り曲げる工程で同時に行ってもよ
い。もっとも、傘部４８を形成するかどうかは任意であ
り、傘部４８を形成しないこともありえる。巻線を巻回
す前に各磁性板材５０，４２を絶縁処理することもあ
る。

【００１５】磁性板材５０，４２を作る板素材は、その
表面に絶縁層を設けたものにしてもよい。こうすれば、
板素材自体が直接絶縁されているため、磁性板材５０，
４２と巻線との絶縁を簡単かつ安定に行うことができ、
絶縁のための別部品が不要であるという利点がある。ま
た、重なった磁性板材５０，４２相互が絶縁層で絶縁さ
れるため、渦電流損がなくなるという利点がある。さら
に、素材の状態または半製品の状態でも素材の表面と空
気との接触が絶縁層で遮断されるため、錆の発生がな
く、長期の保存が可能になるという利点もある。

【００１６】以上説明した実施例では、第１の磁性板材
５０は３個用いられ、突極部分では隣合う第１の磁性板
材５０が重なりあって２層になっていたが、突極部分の
幅を拡大して磁束を増大するために、図３に示すよう
に、第１の磁性板材の重ね数を増加してもよい。すなわ
ち、図３に示す鉄心６０は、１個の第２の磁性板材４２
に対して３個の第１の磁性板材６４を重ね、突極部分に
おける第１の磁性板材６４の重なり数を６層にしたもの
である。もっとも、第１の磁性板材６４の重なり数は任
意に選定してよい。第１の磁性板材６４相互の重なり面
および第１、第２の磁性板材６４，４２相互の重なり面
は、回転中心軸線を含む平面と平行な面内にある。

【００１７】図４、図５は上記鉄心６０を用いたモータ
の例を示す。図４、図５において、カップ状のモータケ
ース６８の開放端には端板７２が固定されている。モー
タケース６８の底部中央と端板７２の中央には軸受７
４，７４が嵌められ、軸受７４，７４によって鉄心６０
の回転軸６２が回転自在に支承されている。鉄心６０
は、モータケース６８内部において回転軸６２とともに
回転することができる。第１の磁性板材６４を挾み込ん
だ第２の磁性板材４２の突極４６の部分には巻線６６が
巻回されている。突極４６の先端の傘部４８は、モータ
ケース６８の内周側に固定されたリング状の界磁マグネ
ット７０の内周面と所定の間隙をおいて対向している。
回転軸６２には整流子７６が取付けられ、整流子７６に
はブラシ７８が摺接している。ブラシ７８と整流子７６
を経て巻線６６への通電が制御されることにより、鉄心
６０、巻線６６等を有してなる電機子が回転駆動され
る。

【００１８】これまで説明した実施例によれば、鉄損の
低い第１の磁性板材を、飽和磁束密度の高い第２の磁性
板材４２で挾み込むようにして第１、第２の磁性板材を
重ねあわせたため、第２の磁性板材４２によって有効磁
束を高めて効率の高い回転電機を得ることができ、第１
の磁性板材によって鉄損の少ない回転電機を得ることが
できる。また、複数の第１、第２の磁性板材を、それら
の重なる面が回転中心軸線を含む平面内又は回転中心軸
線を含む平面と平行な平面内に存在するように重ねるこ
とによって鉄心を形成し、各磁性板材の重ねあわせ部に
よって突極を形成したため、板状の素材をそのまま適宜
の長さに切断し、これを折り曲げ加工して第１、第２の
磁性板材を得ることが可能になり、加工機械は小型の切
断機および曲げ加工機があれば足り、高価なプレス機械
や金型を用いる必要がなくなった。これにより、少量他
品種生産に迅速に対応することができ、また、コア素材
は打ち抜くのではなく、適宜の長さに切断して用いるた
め、材料の無駄がほとんどなくなる。

【００１９】従来のように打ち抜きで鉄心素材を得るも
のにあっては、素材に磁気的な方向性があると磁気特性
が周方向に不均一となるため使用することができなかっ
たが、上記実施例によれば、磁気的な方向性のある方向
性珪素鋼板などを活用することができ、図２に示すよう
に、鉄心素材の磁化容易軸を巻線による磁束発生方向と
一致させることができるため、全体の磁束密度を２０％
程度向上させることができ、これによって特性を向上さ
せることができる。

【００２０】さらに、巻線後に第２の磁性板材４２の突
極４６の先端部を曲げ加工して傘部４８を形成するよう
にすれば、傘部４８を形成する前に巻線を施すことがで
きるから、巻線作業が極めて容易であるし、巻線空間を
最大限に利用して巻回すことができるため、巻線の巻回
数を多くすることができる。また、巻線後に傘部４８を
形成することができるため、傘部４８相互の開口部４４
の間隔は極限まで小さくすることができ、もって、コギ
ングの低減を図ることができるし、磁束を有効に取り込
むことができるため効率の高い回転電機を得ることがで
きる。

【００２１】次に、本発明の各種変形例について説明す
る。図６、図７に示す実施例は、図１、図２に示す実施
例の第１の磁性板材５０とほぼ同様に構成された第１の
磁性板材８２に対して回転軸方向両端から第２の磁性板
材８６を重ねあわせて鉄心８０を構成したものである。
Ｖ字状に折り曲げて形成された第１の磁性板材８２は３
個背中合せ状に重ねあわせられている。第１の磁性板材
８２の重ねあわせ部は突極部８４となっており、この重
ねあわせ面は回転中心軸を含む平面内又は回転中心軸を
含む平面と平行な平面内にある。第２の磁性板材８６は
第１の磁性板材８２の平面形状に合わせてほぼＹ字状に
形成され、第１の磁性板材８２の上記突極部８４に重な
るべき突極部８８と各突極部８８の先端に形成された傘
部９０とを有してなる。各傘部９０の先端縁は第１の磁
性板材８２の各突極部８４の先端を覆う向きに折り曲げ
られていて、第１の磁性板材８２の両端から第２の磁性
板材８６を重ねあわせたとき、第１の磁性板材８２の各
突極部８４の先端の表面が上記傘部９０の折り曲げ部に
よって覆われ、また、第１の磁性板材８２の各突極部８
４の軸方向両端の表面が第２の磁性板材８６の突極部で
覆われる。前述の実施例と同様に、第１の磁性板材８２
は第２の磁性板材８６よりも鉄損の低い材料からなり、
第２の磁性板材８６は第１の磁性板材８２よりも飽和磁
束密度の高い材料からなる。

【００２２】このように構成された鉄心８０は、前記実
施例にかかる鉄心と同様に回転電機の電機子鉄心として
適用可能である。図８、図９は上記鉄心８０を用いたモ
ータの例の概略を示すもので、重なりあった第１の磁性
板材８２の突極部８４と第２の磁性板材８６の突極部８
８とを巻き込んで巻線６６が施されている。その他の構
成は図４、図５に示すモータの例と同様である。

【００２３】図６ないし図９に示す実施例によれば、第
１の磁性板材８２を低鉄損材にし、第２の磁性板材８６
を高飽和磁束密度材にしたため、前記実施例と同様に高
い有効磁束と低鉄損とを同時に実現することができる。
また、第２の磁性板材８６は板材を打ち抜いて作ること
になるが、第１の磁性板材８２は板状の素材を切断し折
り曲げることによって作ることができるため、この点で
も前記実施例と同様の効果を奏する。

【００２４】図１０はさらに別の実施例を示す。図１０
に示す実施例は、Ｖ字状に折り曲げられた複数の第２の
磁性板材４２を背中合わせ状に重ねあわせて鉄心９５を
形成するに当り、各磁性板材４２の間に、複数の第１の
磁性板材９７を軸方向に積層して介在させたものであ
る。従って、第１の磁性板材９７が第２の磁性板材４２
で挾み込まれるようにして第１の磁性板材９７と第２の
磁性板材４２が重ねあわせられている。複数の第１の磁
性板材９７の積層面は回転中心軸線を含む平面に対して
直交方向の面となる。この例の場合も、第１の磁性板材
９７を低鉄損材にし、第２の磁性板材４２を高飽和磁束
密度材にしてある。これによって、これまで説明した実
施例と同様の作用効果を奏する。

【００２５】なお、本発明はモータに限らず発電機にも
適用可能である。また、電機子回転型に限らず、界磁回
転型の回転電機にも適用可能であり、かつ、アウタロー
タ型にもインナーロータ型にも適用可能である。突極数
は特に限定されるものではなく、例えば２極でもよい。
シリンダモータやアウタロータモータなどの場合には回
転軸はない場合もある。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、鉄損の低い第１の磁性
板材を、飽和磁束密度の高い第２の磁性板材で挾み込む
ようにして第１、第２の磁性板材を重ねあわせたため、
第２の磁性板材によって有効磁束を高めて効率の高い回
転電機を得ることができ、第１の磁性板材によって鉄損
の少ない回転電機を得ることができる。また、高飽和磁
束密度材料は低鉄損材料に比べて一般に剛性が高いた
め、第２の磁性板材として高飽和磁束密度材料を用いる
ことにより、鉄心の剛性を高めることができるという利
点もある。

【００２７】請求項２記載の発明によれば、上記のよう
な効果を奏するほかに、第２の磁性板材を複数重ねると
ともに、これら第２の磁性板材の重ねあわせ面が回転中
心軸を含む平面内又は回転中心軸を含む平面に平行な平
面内に存在するようにし、これらコア材の重ねあわせ部
によって突極を形成したため、板状の素材をそのまま適
宜の長さに切断し、これを折り曲げ加工して磁性板材と
することが可能になり、加工機械は小型の切断機および
曲げ加工機があれば足り、高価なプレス機械や金型を用
いる必要がない。これにより、少量多品種生産に迅速に
対応することができ、また、磁性板素材は打ち抜くので
はなく、適宜の長さに切断して用いるため、材料の無駄
がほとんどなくなるという利点もある。

【００２８】また、請求項２記載の発明によれば、巻線
後に突極の先端部を曲げ加工して傘部を形成することも
できるため、傘部を形成する前に巻線を施すことがで
き、巻線作業が極めて容易であるし、巻線空間を最大限
に利用して巻回すことができるため、巻線の巻回数を多
くすることができる。さらに、巻線後に傘部を形成すれ
ば、傘部相互間の巻線用開口部の間隔は極限まで小さく
することができるから、コギングの低減を図ることがで
きるし、磁束を有効に取り込むことができるため効率の
高い回転電機を得ることができる。磁気的な方向性のあ
る方向性珪素鋼板などを活用することができるため、コ
ア材の磁化容易軸を巻線による磁束発生方向と一致させ
ることができ、これによって全体の磁束密度を向上さ
せ、特性を向上させることができるという利点もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる回転電機の鉄心の実施例を示す
平面図。

【図２】同上鉄心の組立方法の例を示す分解斜視図。

【図３】本発明にかかる回転電機の鉄心の別の実施例を
示す平面図。

【図４】同上鉄心を用いた回転電機の例を示す横断面
図。

【図５】同上回転電機の縦断面図。

【図６】本発明にかかる回転電機の鉄心のさらに別の実
施例を示す分解斜視図。

【図７】同上回転電機の鉄心の斜視図。

【図８】同上鉄心を用いた回転電機の例を示す縦断面
図。

【図９】同上回転電機の横断面図。

【図１０】本発明にかかる回転電機の鉄心のさらに別の
実施例を示す斜視図。

【図１１】従来の回転電機の鉄心の例を示す斜視図。

【図１２】同上鉄心の製法の例を示す平面図および斜視
図。

【図１３】従来の回転電機の例を示す縦断面図。

【符号の説明】

４０ 鉄心 ４２ 第２の磁性板材 ４４ 開口部 ４６ 突極 ５０ 第１の磁性板材 ６０ 鉄心 ６４ 第１の磁性板材 ８０ 鉄心 ８２ 第１の磁性板材 ８４ 突極 ８８ 突極 ８６ 第２の磁性板材 ９５ 鉄心 ９７ 第１の磁性板材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石川 政幸 長野県駒ヶ根市赤穂14−888番地 株式会 社三協精機製作所駒ヶ根工場内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 巻線用の開口部および多極着磁された界
   磁に対向する突極を備えた回転電機の鉄心において、第
   １の磁性板材と第２の磁性板材とを有してなり、第１の
   磁性板材は第２の磁性板材よりも鉄損が低く、第２の磁
   性板材は第１の磁性板材よりも飽和磁束密度が高く、第
   １の磁性板材が第２の磁性板材で挾み込まれるようにし
   て第１の磁性板材と第２の磁性板材とが重ねあわせられ
   ていることを特徴とする回転電機の鉄心。
2. 【請求項２】 巻線用の開口部および多極着磁された界
   磁に対向する突極を備えた回転電機の鉄心において、第
   １の磁性板材と第２の磁性板材とを有してなり、第１の
   磁性板材は第２の磁性板材よりも鉄損が低く、第２の磁
   性板材は第１の磁性板材よりも飽和磁束密度が高く、第
   １の磁性板材は、重ねあわせ面が回転中心軸を含む平面
   内又は回転中心軸を含む平面に平行な平面内に存在する
   ように少なくとも２枚重ねられることによって形成さ
   れ、第１の磁性板材の表面に第２の磁性板材を配設して
   上記突極を形成したことを特徴とする回転電機の鉄心。