JPWO2018163852A1 - 回転電機の積層コア、回転電機の積層コアの製造方法、および回転電機 - Google Patents

Abstract

回転電機の積層コアは、磁石装着部を有する金属製の複数の第１コア構成片が連接して構成され、一体となって螺旋状に巻回される第１螺旋状コア構成体層と、複数の第１コア構成片、および、第１コア構成片と長手方向の長さを異にし、磁石装着部を有する金属製の第２コア構成片が連接して構成され、一体となって螺旋状に巻回される第２螺旋状コア構成体層とを有している。第２螺旋状コア構成体層は、第１螺旋状コア構成体層上に、第１螺旋状コア構成体層に連なって積層されている。第２コア構成片は、第２螺旋状コア構成体層の先頭に少なくとも１つ設けられる。第２螺旋状コア構成体層の磁石装着部が、第１螺旋状コア構成体層の磁石装着部と、積層コアの周方向にずれている。

Description

この発明は、段スキューを有する回転電機の積層コア、回転電機の積層コアの製造方法、および回転電機に関するものである。

従来、磁石部材の断面と同形状の穴をプレス加工などにより打ち抜いたフープ材を積層した後、穴に磁石部材を挿入するＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ、磁石埋め込み式）モーターが知られている。

例えば、特許文献１に記載された回転電機の積層コアでは、磁性鋼板などの金属製を用い、磁石部材挿入穴が設けられたフープ材を水平面方向に湾曲させて巻回し、螺旋状に積層することによって、ＩＰＭモーターのコアが製造されている。この積層コアでは、磁石部材の断面と同形状の穴を各層ごとに少しずつずらしてプレス加工し、その穴に磁石部材が挿入されることによって、ローターに斜めのスキューが設けられている。

特開２０１３−１７２８１号公報

しかしながら、特許文献１に示されている回転電機の積層コアでは、容易に段スキューを設けることができないため、斜めのスキューを設けており、傾斜のある形状の磁石部材を使用する必要がある。これにより、積層コアの断面積に対する磁石面積が小さくなり、磁束強度が低下するため、モーター効率が低下していた。

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あり、モーターコアに容易に段スキューを設け、モーターの効率を高める回転電機の積層コア、回転電機の積層コアの製造方法、および回転電機を得ることを目的とする。

この発明による回転電機の積層コアは、磁石装着部を有する金属製の複数の第１コア構成片が連接して構成され、一体となって螺旋状に巻回される第１螺旋状コア構成体層と、複数の第１コア構成片、および、第１コア構成片と長手方向の長さを異にし、磁石装着部を有する金属製の第２コア構成片が連接して構成され、一体となって螺旋状に巻回される第２螺旋状コア構成体層とを有している。第２螺旋状コア構成体層は、第１螺旋状コア構成体層上に、第１螺旋状コア構成体層に連なって積層されている。第２コア構成片は、第２螺旋状コア構成体層の先頭に少なくとも１つ設けられる。第２螺旋状コア構成体層の磁石装着部が、第１螺旋状コア構成体層の磁石装着部と、積層コアの周方向にずれている。

また、この発明による回転電機の積層コアの製造方法は、長手方向に沿って送り出される金属製の帯状フープ部材に、磁石装着部を有する第１コア構成片、および第１コア構成片と長手方向の長さを異にし磁石装着部を有する第２コア構成片を、プレス加工により形成する工程と、複数の第１コア構成片が連接して構成される第１帯状コア構成体を形成する工程と、第１帯状コア構成体に連接し、複数の第１コア構成片、および少なくとも１つの第２コア構成片が連接して構成される第２帯状コア構成体を形成する工程と、第１帯状コア構成体および第２帯状コア構成体を、一体として螺旋状に巻回する工程とを含む。

この発明による回転電機の積層コア、回転電機の積層コアの製造方法によれば、モーターコアに容易に段スキューを設け、モーターの効率を高めることができる。

この発明の実施の形態１による回転電機の積層コアの平面図である。 積層コアの側面図である。 積層コアを構成する帯状コア部材を示す図である。 積層コアの製造方法の概要を示す平面図である。 積層コアの製造方法の概要を示す側面図である。 プレス加工の詳細について示す図である。 プレス加工により製造された帯状コア部材の図である。 図７の帯状コア部材を湾曲させた後の状態を示す図である。 コア構成片間に形成されるスリットおよび逃げ穴について示す図である。 逃げ穴の位置によるコア構成片の厚さの増加を測定した結果について示す図である。 図１０において、逃げ穴の中心位置とスリット頂点との位置関係を示す図である。 実施の形態２による回転電機の積層コアの側面図である。 実施の形態３による回転電機の積層コアの側面図である。 実施の形態４による回転電機の積層コアの平面図である。 図１４の積層コアを構成する帯状コア部材を示す図である。 図１５の変形例を示す図であり、キー溝が設けられた３段スキューの積層コアを製造するため帯状フープ部材を示す図である。 実施の形態における変形例である回転電機の積層コアの側面図である。 積層コアを搭載した回転電機を示す軸方向の断面模式図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、各図において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、重複する説明は省略する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１による回転電機の積層コアの平面図、図２は、積層コアの側面図、図３は、積層コアを構成する帯状コア部材を示す図である。

図１の平面図に示すように、回転電機の積層コア１は、磁石部材挿入穴６を有する複数のコア構成片２１が円形に巻かれて構成されている。積層コア１は、回転電機であるモーターに用いられる。積層コア１は、後述する帯状コア部材４が、螺旋状に巻回され、積層されたものである。

図２の側面図に示すように、積層コア１は、コア上層１２およびコア下層１１の２層により構成されている。コア上層１２およびコア下層１１には、ハッチングで示している磁石部材２が設けられている。コア下層１１は、５段に積層された金属製のコア構成片２１により構成されている。コア上層１２は、５段に積層されており、最下段の１箇所に金属製のスキュー付きコア構成片２２が設けられており、その他の部分はコア構成片２１が設けられている。スキュー付きコア構成片２２は、長手方向において、コア構成片２１より長尺である。これにより、コア上層１２における磁石部材２は、コア下層１１における磁石部材２と、水平方向、すなわち積層コア１の周方向にずれた位置にあり、段スキューを形成している。ここで、磁石部材２が積層コア１の周方向にずれた量は、スキュー幅である。
また、磁石部材２は、コア構成片２１およびスキュー付きコア構成片２２の磁石部材挿入穴６に装着されているので、以下においては、磁石部材挿入穴６の位置のずれにのみ言及し、磁石部材２のずれについては言及しない。コア下層１１は、第１螺旋状コア構成体層を構成し、コア上層１２は、第２螺旋状コア構成体層を構成する。

積層コア１は、図３に示す帯状コア部材４が、一体となって螺旋状に巻回されて形成されている。帯状コア部材４は、コア下層用連接部３１、およびコア上層用連接部３２が連接して構成されている。コア下層用連接部３１は、一体となって螺旋状に巻回されることによって、コア下層１１を形成する。また、コア上層用連接部３２は、一体となって螺旋状に巻回されることによって、コア上層１２を形成する。コア下層用連接部３１は、複数のコア構成片２１が連接して構成されている。コア上層用連接部３２は、コア下層用連接部３１と連接する先頭に、スキュー付きコア構成片２２が設けられ、スキュー付きコア構成片２２の後続には、複数のコア構成片２１が連接して設けられている。この例では、スキュー付きコア構成片２２は、１つ設けられている。スキュー付きコア構成片２２は、２つ以上設けられていてもよい。これにより、スキュー付きコア構成片２２は、コア上層１２の先頭に少なくとも１つ設けられている。コア下層用連接部３１は、第１帯状コア構成体を構成し、コア上層用連接部３２は、第２帯状コア構成体を構成する。また、コア構成片２１は、第１コア構成片を構成し、スキュー付きコア構成片２２は、第２コア構成片を構成する。

コア構成片２１およびスキュー付きコア構成片２２は、磁石部材挿入穴６を有している。磁石部材挿入穴６と反対側には、円弧辺９を有している。隣り合う２つのコア構成片２１またはスキュー付きコア構成片２２の間には、Ｖ字形状のスリット８が設けられ、スリット８の先端部に逃げ穴７が設けられている。スキュー付きコア構成片２２の磁石部材挿入穴６の位置は、コア構成片２１の磁石部材挿入穴６の位置と比べてずれている。磁石部材挿入穴６は、磁石装着部を構成する。

次に、実施の形態１における回転電機の積層コアの製造方法の概要を説明する。
図４は、製造方法の概要を示す平面図、図５は、製造方法の概要を示す側面図である。

まず、図４に示すように、磁性鋼板からなる金属製の帯状フープ部材３は、図示しないフープ送出装置によって、長手方向に送り出され、プレス加工機４０に供給される。プレス加工機４０は、供給されてきた帯状フープ部材３に対して、プレス加工により、帯状コア部材４を形成する。帯状コア部材４は、磁石部材挿入穴６、スリット８、逃げ穴７、および円弧辺９をそれぞれ有するコア構成片２１およびスキュー付きコア構成片２２によって構成されている。
磁石部材挿入穴６は、コア構成片２１およびスキュー付きコア構成片２２に貫通穴として形成されている。スリット８は、コア構成片２１またはスキュー付きコア構成片２２の間に、Ｖ字形状に形成されている。逃げ穴７は、略円形で、スリット８のＶ字形状の先端部に形成されている。

次に、図５に示すように、帯状コア部材４の先頭のコア構成片２１が、回転テーブル４１に固定され、回転テーブル４１を回転させることによって、コア構成片２１およびスキュー付きコア構成片２２が巻き取られる。コア構成片２１およびスキュー付きコア構成片２２が巻き取られることによって、帯状コア部材４は、コア構成片２１の幅方向に折り曲げられ、１段の輪が形成される。この輪が螺旋状に積層されることによって、螺旋巻きコア材５が形成される。さらに、螺旋巻きコア材５が加工されることによって、積層コア１が形成される。

次に、帯状コア部材４を製造するプレス加工成形について説明する。
図６は、プレス加工の詳細について示す図である。図７は、プレス加工により製造された帯状コア部材の図、図８は、製造された帯状コア部材を湾曲させた後の状態を示す図である。

図６に示すように、プレス加工機４０では、３つの金型であるスリット金型４２、円弧金型４３および磁石部材挿入穴金型４４を組み合わせて用いている。
すなわち、帯状フープ部材３に対して、スリット金型４２を用いてスリット８および逃げ穴７を、円弧金型４３を用いて円弧辺９を、磁石部材挿入穴金型４４を用いて磁石部材挿入穴６を、順送プレス加工することによって、帯状コア部材４、すなわち、コア構成片２１およびスキュー付きコア構成片２２を成形することができる。

この時、フープ送出装置による帯状フープ部材３の送り量は、１つのコア構成片２１または１つのスキュー付きコア構成片２２の長さとなる。スキュー付きコア構成片２２は、コア構成片２１と比較してスキュー幅分だけ長尺である。これは、フープ送出装置による帯状フープ部材３の送り量を増やすことによって、実現することができる。また、スキュー付きコア構成片２２は、スキュー幅分だけ間隔を増やした位置に磁石部材挿入穴６が設けられている。すなわち、スキュー付きコア構成片２２の磁石部材挿入穴６は、スキュー幅分だけ後方に位置をずらせて、プレス加工により成形されている。これは、磁石部材挿入穴金型４４によるプレス加工のタイミングを遅らせることによって、実現することができる。
このように、帯状フープ部材３の送り量および磁石部材挿入穴６のプレス加工のタイミングを制御することによって、磁石部材挿入穴６の位置を任意に決定することができる。

また、スキュー付きコア構成片２２は、コア構成片２１と比較してスキュー幅に相当する分だけ円弧辺９が長い形状である。このため、スキュー付きコア構成片２２およびコア構成片２１の円弧辺９をプレス加工する際には、個別に用意された円弧金型４３を用いてもよいし、長尺用の円弧金型４３を兼用してもよい。

図７には、このようにして形成された帯状コア部材４を示している。図７に示すように、スリット８は、２つの対向する傾斜辺８１からなる。この２つの傾斜辺が接触するように、コア構成片２１が折り曲げられた後の状態を図８に示している。図７に示す帯状コア部材４において、このような折り曲げが連続して行われ、螺旋状に巻回されることによって、図５に示した螺旋巻きコア材５が形成される。

実施の形態１の製造方法によれば、連接したコア構成片２１を螺旋状に巻回して、螺旋巻きコア材５を成形するため、１周目を巻き終えて、２周目に切り替わる際には、帯状コア部材４の厚さ分だけ１周目と２周目との間に高低差が生じる。また、プレス加工によるバリまたは帯状フープ部材３の厚さの公差の他、帯状コア部材４を湾曲させる際に、コア構成片２１に厚さの増加または伸びが生じることもある。これらの差異が蓄積することによって、成形後の螺旋巻きコア材５には、積層高さにばらつきが生じる。

そこで、螺旋巻きコア材５を積層した後には、螺旋巻きコア材５全体に加圧プレスを施す。この加圧プレスにより、１周目と２周目との隙間をできる限り小さくすることができるため、容易に、高さが均一となった積層コア１を形成することができる。

加圧プレスの際には、回転テーブル４１に対して螺旋巻きコア材５の位置がずれないようにしなければならない。このためには、積層を開始する１段目の最初のコア構成片２１および積層が完了する最終段の最後のコア構成片２１を溶接によって固定する方法でもよいし、コア構成片２１に凹部を設け、回転テーブル４１に凸部を設け、これらの凹部および凸部を嵌め合わせる方法でもよい。
なお、後者の場合においては、コア構成片２１に設ける凹部は、磁石部材２の磁路を妨げないよう磁石部材挿入穴６に対して板幅方向に鉛直に位置付けし、かつ円弧辺９上に配置することが望ましい。すなわち、凹部は、円弧辺９の中央部に設けることが望ましい。

また、積層コア１が形成された後には、全層を貫くボルトによって積層体の上下を締め付けて固定するか、または積層面の数か所をビード状に溶接して各層を繋ぐことが望ましい。これによって、積層コア１の積層形状を維持することができる。

次に、逃げ穴７について、図９から図１１を用いて、詳細に説明する。
図９は、コア構成片間に形成されるスリットおよび逃げ穴について示す図である。

図９に示すように、コア構成片２１は、磁石部材挿入穴６および円弧辺９を備え、隣り合うコア構成片２１との間に、スリット８および、スリット８の先端部に逃げ穴７が設けられている。また、コア構成片２１は、接合部１０で隣り合うコア構成片２１と繋がって一続きになっている。

スリット８は、２つの傾斜辺８１をＶ字形状に組み合わせてなる切り欠きである。２つの傾斜辺８１は、スリット８の中心線に対して鏡面対称に加工されている。すなわち、スリット８は、等辺かつ板幅方向に対して等角の２つの傾斜辺８１によって構成された切り欠きである。

傾斜辺８１の傾斜角θは、２つの傾斜辺８１の延長線上の交点であるスリット頂点８０における角度として定義される。傾斜角θは、磁石部材２の極数に依存し、傾斜角θ[ｄｅｇ]＝（３６０ｄｅｇ／極数）／２で表される。

コア構成片２１の傾斜辺８１と、隣り合うコア構成片２１の傾斜辺８１とを合わせて、スリット８の隙間をなくすことによって、帯状コア部材４が湾曲して螺旋巻きコア材５が形成される。隣り合うコア構成片２１の、対向する傾斜辺８１同士を合わせて、スリット８の隙間をなくそうとすると、帯状コア部材４が湾曲して、スリット頂点８０が曲げ中心となり、接合部１０は変形する。接合部１０には、螺旋巻きコア材５の周方向に引張力が加わり、接合部１０でのコア構成片２１の厚さが減少する。

反対に、２つの傾斜辺８１が接触した後、傾斜辺８１には、押し付け合って圧縮力がはたらく。圧縮力が加わった部分の部材は盛り上がって、傾斜辺８１周辺部分の厚さは増加する。厚さが増加したコア構成片２１を積層すると、厚さの増加が積層数の分だけ蓄積し、螺旋巻きコア材５の高さの寸法精度は悪くなる。

そこで、厚さの増加を軽減させるため、スリット頂点８０の中心と同心の部位、もしくはスリット頂点８０より螺旋巻きコア材５の半径方向に沿って内側の点を中心として、略円形の逃げ穴７を設ける。

逃げ穴７を設けることにより、傾斜辺８１が接触した後も、逃げ穴７が変形しながら接合部１０が湾曲するため、逃げ穴７を設けない場合よりも、コア構成片２１の厚さの増加を抑制することができる。

次に、逃げ穴の位置によって、コア構成片２１の厚さがどの程度増加するかを検証した結果について説明する。
図１０は、逃げ穴の位置によるコア構成片の厚さの増加量を測定した結果である。図１１は、図１０の測定における、逃げ穴の中心位置とスリット頂点との位置関係を示す図である。

測定は、１ｍｍ厚のコア構成片２１に、スリット８および直径３ｍｍの逃げ穴７を加工して行った。図１１に示すように、逃げ穴７の中心Ｐが、スリット頂点８０と同じ位置にある時を条件Ｂ、スリット頂点８０よりも積層コア１の径方向に対して１．５ｍｍ外側にある時を条件Ａ、反対に、スリット頂点８０よりも積層コア１の径方向に対して１．５ｍｍ内側にある時を条件Ｃとする。測定は、それぞれの条件につき４回ずつ行った。

図１０に、逃げ穴７の中心Ｐの位置に対する、コア構成片２１を折り曲げた際の、コア構成片２１の厚さの増加量を測定した平均値ｄを示す。
逃げ穴７の中心Ｐが、スリット頂点８０が同じ位置にある場合（条件Ｂ）に、厚さの増加量ｄは最小値を示し、中心Ｐがスリット頂点８０よりコアの径方向に対して内側にある場合（条件Ｃ）と合わせて、中心Ｐがスリット頂点８０よりコアの径方向に対して外側にある場合（条件Ａ）よりも、帯状コア部材４を曲げた際のコア構成片２１が圧縮されることによる厚さの増加量ｄが小さいことが分かる。

このように、実施の形態１の積層コア１の製造方法によれば、スリット頂点８０の周辺に逃げ穴７を設けることによって、コア構成片２１を折り曲げた際の、コア構成片２１の厚さの増加を抑制する効果があることを確認できた。また、逃げ穴７の中心Ｐは、スリット頂点８０と同じ位置、または、スリット頂点８０より積層コア１の径方向内側に設けることが望ましい。

このように、実施の形態１における回転電機の積層コア１は、磁石部材挿入穴６を有する金属製の複数のコア構成片２１が連接して構成され、一体となって螺旋状に巻回されるコア下層１１と、複数のコア構成片２１、および、コア構成片２１と長手方向の長さを異にし、磁石部材挿入穴６を有する金属製のスキュー付きコア構成片２２が連接して構成され、一体となって螺旋状に巻回されるコア上層１２とを有している。コア上層１２は、コア下層１１上に、コア下層１１に連なって積層され、スキュー付きコア構成片２２は、コア上層１２の先頭に設けられ、コア上層１２の磁石部材挿入穴６が、コア下層１１の磁石部材挿入穴６と、積層コア１の周方向にずれて、段スキューを形成している。また、スキュー付きコア構成片２２は、コア構成片２１よりも、長手方向に長尺である。

これにより、モーターコアに容易に段スキューを設け、モーターの効率を高めることができる。

また、隣り合うコア構成片２１の間に、逃げ穴７が設けられている。隣り合うコア構成片２１の間には、２つの傾斜辺８１からなるスリット８が形成され、逃げ穴７は略円形であり、逃げ穴７の中心Ｐは、２つの傾斜辺８１の交点であるスリット頂点８０、または、スリット頂点８０よりもコア構成片２１の径方向内側に設けられている。
これにより、傾斜辺８１周辺部分の厚さの増加を抑制し、積層コア１の高さの寸法精度を改善することができる。

また、このように、実施の形態１における回転電機の積層コア１の製造方法では、長手方向に沿って送り出される金属製の帯状フープ部材３に、磁石部材挿入穴６を有する、コア構成片２１およびコア構成片２１と長手方向の長さを異にするスキュー付きコア構成片２２を、プレス加工により形成する工程と、複数のコア構成片２１が連接して構成されるコア下層用連接部３１を形成する工程と、コア下層用連接部３１に連接し、複数のコア構成片２１およびスキュー付きコア構成片２２が連接して構成されるコア上層用連接部３２を形成する工程と、コア下層用連接部３１およびコア上層用連接部３２を、一体として螺旋状に巻回する工程とを含む。スキュー付きコア構成片２２を、コア上層用連接部３２の先頭に設けることによって、巻回されたコア上層用連接部３２の磁石部材挿入穴６が、巻回されたコア下層用連接部３１の磁石部材挿入穴６と、積層コア１の周方向にずれて、段スキューを形成している。

これにより、連接したコア構成片２１の中に、長尺であるスキュー付きコア構成片２２を１つ設けるだけでよく、プレス加工時に装置の変更などを行うことなく、段スキューを形成することができる。

また、隣り合うコア構成片２１の間に、２つの傾斜辺８１からなるスリット８を形成し、２つの傾斜辺８１の交点であるスリット頂点８０の周辺に逃げ穴７を形成する工程と、コア構成片２１を、２つの傾斜辺８１が接触するように折り曲げ、螺旋状に巻回する工程とを含んでいる。また、逃げ穴７を、スリット頂点８０、または、スリット頂点８０よりもコア構成片２１の径方向内側の点を中心Ｐとする略円形に加工する工程を含んでいる。
これにより、傾斜辺８１周辺部分の厚さの増加を抑制し、積層コア１の高さの寸法精度を改善することができる。

また、実施の形態１における回転電機１の積層コアの製造方法では、帯状フープ部材３の送り量および磁石部材挿入穴６のプレス加工のタイミングを制御することによって、磁石部材挿入穴６の位置を、積層構造の一定層ごとに、螺旋状に巻回される周方向にずらして、段スキューを形成している。

これにより、連接したコア構成片２１を形成する中で、プレス加工時に制御項目の変更のみで、容易に段スキューを形成することができる。

なお、この例では、帯状コア部材４を製造する場合に、スキュー付きコア構成片２２の磁石部材挿入穴６の位置をスキュー幅分だけ帯状コア部材４の長さ方向にずらしている。スキュー付きコア構成片２２の磁石部材挿入穴６をスキュー幅分だけ積層コア１の周方向に長くしてもよい。また、スキュー付き構成片２２を複数連続して成形してもよい。

実施の形態２．
次に、実施の形態２による回転電機の積層コアについて、図１２を用いて説明する。実施の形態２では、スキュー付きコア構成片が短尺である。

図１２は、実施の形態２による回転電機の積層コアの側面図である。図１２に示すように、積層コア１００は、第１帯状コア構成体としてのコア下層１１、および第２帯状コア構成体としてのコア上層１６の２層により構成されている。コア下層１１は、５段に積層されたコア構成片２１により構成されている。コア上層１６は、５段に積層されており、最下段の１箇所にスキュー付きコア構成片２３が設けられ、最下段のその他の部分および上の４段は、コア構成片２１により構成されている。スキュー付きコア構成片２３は、長手方向において、コア構成片２１よりスキュー幅分だけ短尺である。これにより、コア上層１６における磁石部材挿入穴６は、コア下層１１における磁石部材挿入穴６と、水平方向にずれて、段スキューを形成している。

積層コア１００が巻回される前の帯状コア部材は、図３の場合と同様に、コア下層１１に用いるコア下層用連接部および、コア上層１６に用いるコア上層用連接部が連接して構成されている。コア下層用連接部は、複数の金属製のコア構成片２１が連接して構成されている。コア上層用連接部は、コア下層用連接部と接続する先頭に、スキュー付きコア構成片２３が設けられている。スキュー付きコア構成片２３の後続には、複数の金属製のコア構成片２１が連接して構成されている。スキュー付きコア構成片２３は、帯状フープ部材３の送り量および磁石部材挿入穴６のプレス加工のタイミングを制御することによって、加工することができる。

このように、実施の形態２による積層コア１００においては、スキュー付きコア構成片２３は、コア構成片２１よりも、長手方向に短尺である。これにより、容易に段スキューを形成することができる。また、スキューの方向を、長尺の場合と逆回転方向とすることができるので、積層コアの設計の自由度を増すことができる。

実施の形態３．
次に、実施の形態３による回転電機の積層コアについて、図１３を用いて説明する。実施の形態３では、帯状コア構成体が３層となっている。

図１３は、実施の形態３による回転電機の積層コアの側面図である。図１３に示すように、積層コア１０１は、コア下層１１、コア上層１２の上に、コア追加層１３を設け、３層で構成されている。

この積層コア１０１の製造方法は、実施の形態１での製造方法と同様である。まず、コア下層１１およびコア上層１２を形成する。次に、コア上層１２の最後のコア構成片２１に続けて、コア追加層１３の先頭にスキュー付きコア構成片２２を設ける。さらに、スキュー付きコア構成片２２に連接して、コア構成片２１を複数形成する。コア追加層１３を、コア下層１１およびコア上層１２と一体となって螺旋状に巻回することによって、積層コア１０１が形成される。すなわち、コア上層１２に連なって、複数のコア構成片２１およびスキュー付きコア構成片２２が一体となって螺旋状に巻回されている。

このように、実施の形態３による積層コア１０１においては、複数のコア構成片２１およびスキュー付きコア構成片２２が連接して構成され、一体となって螺旋状に巻回されるコア追加層１３が、コア上層１２に連なって、コア上層１２上に設けられている。
これにより、積層コア１０１は、積層方向に３枚の磁石部材２を縦に配置する時、３枚の磁石部材２を積層コア１０１の周方向に少しずつ位相をずらして配置することにより、３段構成の段スキューを設けることができる。

なお、コア追加層１３の上に、さらにコア層を設けて、４層以上としてもよい。また、コア構成片２１より長尺であるスキュー付きコア構成片２２の代わりに、コア構成片２１より短尺であるスキュー付きコア構成片２３を用いてもよい。また、それらを組み合わせることも可能である。スキュー付きコア構成片２３は、第２コア構成片を構成する。

磁石部材挿入穴６は、磁石部材２の断面形状と同等の形状の穴であり、積層後、積層コア１の軸方向に磁石部材２を挿入することによってＩＰＭモーターを容易に製造することができる。この時、磁石部材２の断面形状より大きい形状の穴をプレス加工しておき、磁石部材２の挿入後に磁石部材挿入穴６に樹脂などを流し入れて、磁石部材挿入穴６と磁石部材２との隙間を埋めて磁石部材２を固定しても良い。

実施の形態４．
次に、実施の形態４による回転電機の積層コアについて、図１４〜１６を用いて説明する。実施の形態４では、積層コアの径方向内側にキー溝が設けられている。

図１４は、実施の形態４による回転電機の積層コアの平面図である。実施の形態４の積層コア１０２は、積層コア１０２の周方向に連接された複数のコア構成片２１および複数のスキュー付きコア構成片２２を有している。コア構成片２１およびスキュー付きコア構成片２２について、積層コア１０２の径方向内側にキー溝８２が形成されている。キー溝８２は、積層コア１０２の周方向に位置を合わせて、コア構成片２１およびスキュー付きコア構成片２２に形成されている。キー溝８２は、積層コア１０２の周方向に連接されたコア構成片２１およびスキュー付きコア構成片２２において、積層コア１０２の周方向に２つおきに設けられている。図１４では、コア構成片２１に設けられたキー溝８２を示している。また、図１４では、コア構成片２１の背後にあり、破線で示した長尺のスキュー付きコア構成片２２に設けられたキー溝８２も示している。積層コア１０２には、図示しない回転軸が取り付けられている。キー溝８２は、積層コア１０２の位相と回転軸の位相とを合わせるための位置決めに用いられる。

図１５は、図１４の積層コア１０２を構成する帯状コア部材４を示す図である。この帯状コア部材４を螺旋状に巻回し積層することによって、積層コア１０２は形成される。キー溝８２は、円弧辺９に形成されている。本実施の形態４の積層コア１０２によれば、キー溝８２を用いることによって、回転電機の軸と積層コア１０２との位相合わせを確実に行うことができる。

図１６は、図１５の変形例を示す図である。図１６は、キー溝が設けられた３段スキューの積層コアを製造するための帯状コア部材を示す図である。帯状コア部材４は、矢印の示す方向に進みながら順次加工されている。この例では、キー溝８２は、すべてのコア構成片２１およびスキュー付きコア構成片２２に設けられている。キー溝８２は、積層コア１０２の最下層および最上層のみに設けてもよい。また、キー溝８２の位置をずらす代わりに、スキュー付きコア構成片２２のキー溝８２の形状を、コア構成片２１のキー溝８２より、積層コア１０２の周方向にスキュー幅分だけ長い形状としてもよい。

図１６を用いて、コア構成片２１およびスキュー付きコア構成片２２に設けるキー溝８２の位置について説明する。基準となるキー溝８２は、３段スキューの積層コア１０２において、下から２層目のコア構成片２１の円弧辺９の中央に設ける。なお、層数は、最下層の螺旋状コア構成体層から順に、１層目、２層目および３層目としている。１層目のコア構成片２１の各キー溝８２は、コア構成片２１の円弧辺９の中央よりもスキュー幅分だけ２層目のコア構成片２１側にずらされた位置、すなわちプレス加工機に対してスキュー幅分だけ帯状コア部材４が進んだ位置に形成されている。２層目の先頭にあるスキュー付きコア構成片２２のキー溝８２は、スキュー幅分だけ２層目のコア構成片２１側にずらされた位置に形成されている。このスキュー付きコア構成片２２のキー溝８２の位置は、スキュー付きコア構成片２２の円弧辺９の中央からスキュー幅の半分だけ２層目のコア構成片２１側にずらされた位置である。これにより、２層目の各キー溝８２の位置は、１層目の各キー溝８２の位置に合わせられる。

一方、３層目のコア構成片２１のキー溝８２は、コア構成片２１の円弧辺９の中央よりもスキュー幅分だけ２層目のコア構成片２１側にずらされた位置に形成されている。３層目の先頭にあるスキュー付きコア構成片２２のキー溝８２は、スキュー幅分だけ２層目のコア構成片２１側にずらされた位置に形成されている。このスキュー付きコア構成片２２のキー溝８２の位置は、スキュー付きコア構成片２２の円弧辺９の中央からスキュー幅の半分だけ２層目のコア構成片２１側にずらされた位置である。これにより、３層目の各キー溝８２の位置は、１層目の各キー溝８２の位置および２層目の各キー溝８２の位置に合わせられる。これにより、積層された各コア構成片２１および各スキュー付きコア構成片２２は、積層コア１０２の軸方向に一連の各キー溝８２を備えることができる。

キー溝８２は、プレス加工によって形成することができる。この場合、キー溝８２を形成する金型は、各コア構成片２１および各スキュー付きコア構成片２２の円弧辺９を成形する円弧金型４３と別に設けられる。しかし、円弧辺９を成形する円弧金型４３にキー溝８２を設ける部分を加えた金型を用いてもよい。

本実施の形態４によれば、キー溝８２の加工を容易にすることができる。また、変形例の積層コア１０２によれば、キー溝８２をすべてのコア構成片２１およびスキュー付きコア構成片２２に設けることによって、回転電機の軸と積層コア１０２との位相合わせをさらに確実に行うことができる。

また、図１７に示すように、磁石部材挿入穴６は、積層コア１の径方向の外側に位置をずらして配置し、磁石部材挿入穴６の外側の辺の部分をなくして磁石部材装着溝６０としても良い。この場合、磁石部材２は、コア積層後に積層コア１の上面または下面から挿入されるのではなく、接着剤などで積層コアの外周に貼り付けられる構造となる。

以上のように、帯状フープ部材３の幅および厚さ、プレス加工機４０の金型形状、プレス加工のタイミング、積層数の組み合わせにより、多種多様な形状の積層コアを容易に製造することができる。

また、段スキューを形成する方法としては、スキュー付きコア構成片２２を形成する方法ではなく、帯状フープ部材３の送り量または回転テーブル４１の巻き取り量と、磁石部材挿入穴６、スリット８、および円弧辺９のプレス加工および打ち抜き加工のタイミングとを、同期させて制御することによって、スキュー付き積層コアを得ることができる。その結果、帯状フープ部材３の任意の位置に、設計した数および形状のコア構成片２１を容易に加工することができる。この時、回転テーブル４１の回転速度は、帯状フープ部材３の送り量とコア構成片２１が回転テーブル４１に巻き取られる量とが等しくなるように、設定することが望ましい。

また、本発明の実施の形態の製造方法によれば、プレス加工を使用するので、鋳物により製造するものに比べて、積層コアを安価にすることができる。例えば、鋳物により成形される積層コアは、磁石部材２を取り付けるための穴または溝を、処理の難しい切削加工により形成する必要がある。しかし、実施の形態１の製造方法によれば、磁石部材挿入穴６を極めて容易なプレス加工にて簡単に行うことができる。

さらに、本発明の実施の形態の製造方法によれば、薄板である磁性鋼板を環状形状に１回のプレス加工で加工した後、それらを積層する積層コアの製造方法よりも歩留まりが良く、特にエレベータの巻上機など大型のモーターコアにおいては、製造コストの低減を実現することができる。

実施の形態５．
次に、実施の形態５による回転電機について、図１８を用いて説明する。図１８は、積層コア１を搭載した回転電機を示す軸方向の断面模式図である。図１８では、図の明瞭性を優先し、ハッチングおよび回転軸の記載を省略している。

実施の形態５による回転電機９０は、ローター８３およびステーター８４を備えている。ローター８３の形状は、円筒形状である。ローター８３は、実施の形態１で説明した積層コア１を有している。ローター８３には、図示しない回転軸が取り付けられている。ローター８３は、図示しない回転軸とともに回転可能である。ステーター８４は、ローター８３の外側に対向して設けられている。ステーター８４の形状は、ローター８３と同心の円筒形状である。ステーター８４は、ステーターコア８５およびコイル８６を有している。ステーターコア８５には、コイル８６が巻かれている。ステーター８４の構成は、特に限定されるものではなく、既存の構成でよい。

このように、積層コア１を有している回転電機９０によれば、コギングトルクを低減することができ、モーターの効率を高めることができる。なお、実施の形態５では、ローター８３に積層コア１を用いたが、積層コア１００〜１０２のいずれかを用いてもよい。

１，１００，１０１，１０２ 積層コア、３ 帯状フープ部材、６ 磁石部材挿入穴（磁石装着部）、７ 逃げ穴、８ スリット、１１ コア下層（第１螺旋状コア構成体層）、１２，１６ コア上層（第２螺旋状コア構成体層）、２１ コア構成片（第１コア構成片）、２２，２３ スキュー付きコア構成片（第２コア構成片）、３１ コア下層用連接部、３２ コア上層用連接部、６０ 磁石部材装着溝（磁石装着部）、８０ スリット頂点（交点）、８１ 傾斜辺、９０ 回転電機、Ｐ 中心。

Claims (11)

1. 磁石装着部を有する金属製の複数の第１コア構成片が連接して構成され、一体となって螺旋状に巻回される第１螺旋状コア構成体層と、
   複数の前記第１コア構成片、および、前記第１コア構成片と長手方向の長さを異にし、前記磁石装着部を有する金属製の第２コア構成片が連接して構成され、一体となって螺旋状に巻回される第２螺旋状コア構成体層とを有する回転電機の積層コアであって、
   前記第２螺旋状コア構成体層は、前記第１螺旋状コア構成体層上に、前記第１螺旋状コア構成体層に連なって積層され、
   前記第２コア構成片は、前記第２螺旋状コア構成体層の先頭に少なくとも１つ設けられ、
   前記第２螺旋状コア構成体層の前記磁石装着部が、前記第１螺旋状コア構成体層の前記磁石装着部と、前記積層コアの周方向にずれている回転電機の積層コア。
2. 前記第２コア構成片は、前記第１コア構成片よりも、長手方向に長尺である請求項１に記載の回転電機の積層コア。
3. 前記第２コア構成片は、前記第１コア構成片よりも、長手方向に短尺である請求項１に記載の回転電機の積層コア。
4. 隣り合う前記第１コア構成片の間に、逃げ穴が設けられる請求項１から３のいずれか１項に記載の回転電機の積層コア。
5. 隣り合う前記第１コア構成片の間には、２つの傾斜辺からなるスリットが形成され、
   前記逃げ穴は略円形であり、
   前記逃げ穴の中心は、前記２つの傾斜辺の交点、または、前記交点よりも前記第１コア構成片の径方向内側に設けられる請求項４に記載の回転電機の積層コア。
6. 複数の前記第１コア構成片および前記第２コア構成片が連接して構成され、一体となって螺旋状に巻回される１層以上の螺旋状コア構成体層が、前記第２螺旋状コア構成体層に連なって、前記第２螺旋状コア構成体層上に設けられる請求項１から５のいずれか１項に記載の回転電機の積層コア。
7. 長手方向に沿って送り出される金属製の帯状フープ部材に、磁石装着部を有する第１コア構成片、および前記第１コア構成片と長手方向の長さを異にし磁石装着部を有する第２コア構成片を、プレス加工により形成する工程と、
   複数の前記第１コア構成片が連接して構成される第１帯状コア構成体を形成する工程と、
   前記第１帯状コア構成体に連接し、複数の前記第１コア構成片、および少なくとも１つの前記第２コア構成片が連接して構成される第２帯状コア構成体を形成する工程と、
   前記第１帯状コア構成体および前記第２帯状コア構成体を、一体として螺旋状に巻回する工程とを含む回転電機の積層コアの製造方法。
8. 隣り合う前記第１コア構成片の間に、２つの傾斜辺からなるスリットを形成し、前記２つの傾斜辺の交点の周辺に逃げ穴を形成する工程と、
   前記隣り合う第１コア構成片を、前記２つの傾斜辺が接触するように折り曲げ、螺旋状に巻回する工程とを含む請求項７に記載の回転電機の積層コアの製造方法。
9. 前記逃げ穴を、前記２つの傾斜辺の前記交点、または、前記交点よりも前記第１コア構成片の径方向内側の点を中心とする略円形に加工する工程を含む請求項８に記載の回転電機の積層コアの製造方法。
10. 長手方向に沿って送り出される金属製の帯状フープ部材に対して、磁石装着部を有する第１コア構成片を順次形成し、前記第１コア構成片を一体として螺旋状に巻回して積層する回転電機の積層コアの製造方法であって、
    前記帯状フープ部材の送り量および前記磁石装着部のプレス加工のタイミングを制御することによって、前記磁石装着部の位置を、積層構造の一定層ごとに、螺旋状に巻回される周方向にずらして形成する回転電機の積層コアの製造方法。
11. 請求項１から６のいずれか１項に記載の積層コアを有する回転電機。

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