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技術 積層鉄心及びその製造方法

出願人 株式会社三井ハイテック
発明者 明神巌
出願日 2008年4月21日 (12年8ヶ月経過) 出願番号 2009-514059
公開日 2010年7月29日 (10年4ヶ月経過) 公開番号 WO2008-139843
状態 特許登録済
技術分野 回転電機の鉄心 電動機、発電機の製造
主要キーワード 内側切欠 溝形形状 ヒンジ効果 半径方向内側領域 余剰金属 半径方向外側領域 隙間発生 位置決め係合
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2010年7月29日)のものです。
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図面 (8)

課題・解決手段

隣り合うセグメント鉄心片13を結合する外周領域11の連結部12を折り曲げ、セグメント鉄心片13の端部を合わせながら、連続した複数のセグメント鉄心片13を螺旋状に巻回して積層し、隣接する層の連結部12を周方向にずらしながら配置した積層鉄心10において、連結部12の半径方向外側には連結部12の折り曲げ時に半径方向外側に形成される半径方向膨出部21を積層鉄心10の外側円内に収める凹部切欠き22を有し、連結部12の半径方向内側には連結部12の折り曲げ位置を形成する内側切欠き23を設け、連結部12を除くセグメント鉄心片13の半径方向外側には、連結部12の折り曲げ時にその厚み方向に形成される厚み方向膨出部15の収納凹部16、17を表裏に設ける。

概要

背景

従来、積層鉄心の製造に使用する鉄心材料歩留向上方法として、鉄心材料から鉄心片打抜く際、環状とせずに、帯状に連なる複数のセグメント鉄心片帯状磁性鋼板から打抜き形成し、これを巻回しながら積層して積層鉄心を製造するいわゆる巻き形鉄心が知られている。
具体的には、例えば、特許文献1〜3に記載のように、所定数スロットを有する円弧状のセグメント鉄心片同士を、連結部を介して相互に結合した状態で、鉄心材料から金型で打抜く。そして、外周側に形成された連結部を折り曲げ、隣り合うセグメント鉄心片の側端部を合わせながら、連続した複数のセグメント鉄心片を螺旋状に巻回して積層する。
しかし、前記特許文献1〜3に記載の技術においては、複数のセグメント鉄心片を環状に配置するため連結部を折り曲げる際に、連結部の肉厚方向膨出部が発生し、この膨出部が積層したセグメント鉄心片間に隙間を生じさせ、製造した積層鉄心の厚みにばらつきを生じさせていた。この隙間は、モータの効率低下又は振動を招く原因となり、モータの品質に悪影響を及ぼすという問題があった。

そこで、発生する膨出部による隙間を無くす方法として、以下に示す図6(A)、(B)、図7(A)、(B)の方法がある。
図6(A)に示す方法は、複数のセグメント鉄心片80を打抜く打抜き工程で、連結部81の圧縮応力がかかる部分に対して予めコイニング加工押圧加工)を行うことにより、折り曲げ時の連結部81の厚さ(肉厚)方向の膨出量を減少させ、例え厚みが増加した場合でも、連結部81の厚みをコイニング加工前の厚み以下にする方法である。
また、図6(B)に示す方法は、セグメント鉄心片85の連結部86の折り曲げ後に、連結部86の厚みが増加した部分を、連結部86の厚み方向から押し潰す方法である。

そして、図7(A)に示す方法は、セグメント鉄心片90の連結部91の折り曲げ後に、連結部91の厚みが増加した部分を、上下に積層されたセグメント鉄心片90に形成した貫通孔92内に逃がす方法である。
更に、図7(B)に示す方法は、セグメント鉄心片95の連結部96の折り曲げ後に、連結部96の厚みが増加した部分を、上下に積層されたセグメント鉄心片95に形成した切欠き97により逃がす方法である。

特開平1−264548号公報
特開平8−196061号公報
特表2004−505595号公報

概要

隣り合うセグメント鉄心片13を結合する外周領域11の連結部12を折り曲げ、セグメント鉄心片13の端部を合わせながら、連続した複数のセグメント鉄心片13を螺旋状に巻回して積層し、隣接する層の連結部12を周方向にずらしながら配置した積層鉄心10において、連結部12の半径方向外側には連結部12の折り曲げ時に半径方向外側に形成される半径方向膨出部21を積層鉄心10の外側円内に収める凹部切欠き22を有し、連結部12の半径方向内側には連結部12の折り曲げ位置を形成する内側切欠き23を設け、連結部12を除くセグメント鉄心片13の半径方向外側には、連結部12の折り曲げ時にその厚み方向に形成される厚み方向膨出部15の収納凹部16、17を表裏に設ける。

目的

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、連結部の厚み方向の膨出の影響を受けることなく、高効率で高品質の製品を製造可能な積層鉄心及びその製造方法を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
2件

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請求項1

外周領域に形成された連結部で相互に結合された隣り合うセグメント鉄心片の前記連結部を折り曲げて、前記セグメント鉄心片の半径方向内側又は外側の端部を合わせながら、該連続した複数の前記セグメント鉄心片を螺旋状に巻回して積層し、隣接する層に設けられた前記連結部同士を周方向にずらしながら配置した積層鉄心において、前記連結部の半径方向外側には該連結部の折り曲げ時に半径方向外側に形成される半径方向膨出部を該積層鉄心の外側円内に収める凹部切欠きを有し、前記連結部の半径方向内側には、該連結部の折り曲げ位置を形成する内側切欠きを設け、前記連結部を除く前記セグメント鉄心片の半径方向外側には、前記連結部の折り曲げ時にその厚み方向に形成される厚み方向膨出部を入れ込む収納凹部を表裏に設けることを特徴とする積層鉄心。

請求項2

請求項1記載の積層鉄心において、前記収納凹部は、円錐円錐台四角錐、四角錐台、部分球、及び平面視して多角形のいずれか1であることを特徴とする積層鉄心。

請求項3

請求項1及び2のいずれか1項に記載の積層鉄心において、前記収納凹部の深さは、前記セグメント鉄心片の厚みの0.15〜0.3倍であることを特徴とする積層鉄心。

請求項4

請求項1〜3のいずれか1項に記載の積層鉄心において、前記収納凹部の中央位置には貫通孔が設けられていることを特徴とする積層鉄心。

請求項5

請求項4記載の積層鉄心において、前記貫通孔の体積は、該貫通孔を除く前記表裏の前記収納凹部の合計体積の0.7〜1.5倍の範囲にあることを特徴とする積層鉄心。

請求項6

請求項1〜5のいずれか1項に記載の積層鉄心において、隣り合う前記セグメント鉄心片の側部には、凹部とこれに嵌合する凸部からなる係合部が形成されていることを特徴とする積層鉄心。

請求項7

請求項1〜6のいずれか1項に記載の積層鉄心において、該積層鉄心は固定子積層鉄心であって、前記各セグメント鉄心片のヨーク片部の半径方向内側に、複数の磁極片部が設けられ、前記連結部は隣り合う前記セグメント鉄心片のヨーク片部を連結していることを特徴とする積層鉄心。

請求項8

請求項1〜6のいずれか1項に記載の積層鉄心において、該積層鉄心は回転子積層鉄心であって、前記各セグメント鉄心片のヨーク片部の半径方向外側に、永久磁石取付け部が設けられ、前記連結部は隣り合う前記セグメント鉄心片のヨーク片部を連結していることを特徴とする積層鉄心。

請求項9

外周領域に形成された連結部で相互に結合された複数のセグメント鉄心片を形成し、前記連結部を折り曲げて隣り合う前記セグメント鉄心片の側端部を合わせながら、該連続した複数の前記セグメント鉄心片を螺旋状に巻回して積層し、隣接する層に設けられた前記連結部同士を周方向にずらしながら配置する積層鉄心の製造方法において、前記セグメント鉄心片の形成に際し、前記連結部の半径方向外側に、該連結部の折り曲げ時に半径方向外側に形成される半径方向膨出部を該積層鉄心の外側円内に嵌め込む凹部切欠きを形成するA工程と、前記連結部の半径方向内側に該連結部の折り曲げ位置を決める内側切欠きを形成するB工程と、前記連結部を除く前記セグメント鉄心片の半径方向外側に、前記連結部の折り曲げ時にその厚み方向に形成される厚み方向膨出部を嵌め込む収納凹部を形成するC工程とを行うことを特徴とする積層鉄心の製造方法。

請求項10

外周領域に形成された連結部で相互に結合された複数のセグメント鉄心片を形成し、前記連結部を折り曲げて隣り合う前記セグメント鉄心片の内側又は外側を合わせながら、該連続した複数の前記セグメント鉄心片を螺旋状に巻回して積層し、隣接する層に設けられた前記連結部同士を周方向にずらしながら配置する積層鉄心の製造方法において、前記セグメント鉄心片の形成に際し、前記連結部の半径方向外側に、該連結部の折り曲げ時に半径方向外側に形成される半径方向膨出部を該積層鉄心の外側円内に嵌め込む凹部切欠きを形成するA工程と、前記連結部の半径方向内側に該連結部の折り曲げ位置を決める内側切欠きを形成するB工程と、前記連結部を除く前記セグメント鉄心片の半径方向外側に、前記連結部の折り曲げ時にその厚み方向に形成される厚み方向膨出部を嵌め込む収納凹部を形成するC工程とを行うことを特徴とする積層鉄心の製造方法。

請求項11

請求項9及び10のいずれか1項に記載の積層鉄心の製造方法において、前記収納凹部は、円錐、円錐台、四角錐、四角錐台、部分球、及び平面視して多角形のいずれか1であることを特徴とする積層鉄心の製造方法。

請求項12

請求項9〜11のいずれか1項に記載の積層鉄心の製造方法において、前記収納凹部の中央に、該収納凹部をプレス加工することによって発生する余剰金属を逃がす貫通孔を予め形成しておくことを特徴とする積層鉄心の製造方法。

請求項13

請求項12記載の積層鉄心の製造方法において、前記貫通孔の直径は、前記収納凹部の最大幅の1/4〜1/2の範囲であることを特徴とする積層鉄心の製造方法。

請求項14

請求項9〜13のいずれか1項に記載の積層鉄心の製造方法において、該積層鉄心は固定子積層鉄心であって、前記各セグメント鉄心片のヨーク片部の半径方向内側に、複数の磁極片部が設けられ、前記連結部は隣り合う前記セグメント鉄心片のヨーク片部を連結していることを特徴とする積層鉄心の製造方法。

請求項15

請求項9〜13のいずれか1項に記載の積層鉄心の製造方法において、該積層鉄心は回転子積層鉄心であって、前記各セグメント鉄心片のヨーク片部の半径方向外側に、永久磁石取付け部が設けられ、前記連結部は隣り合う前記セグメント鉄心片のヨーク片部を連結していることを特徴とする積層鉄心の製造方法。

技術分野

0001

本発明は、連結部を介して連結された複数のセグメント鉄心片を、螺旋状に巻回し積層形成した積層鉄心及びその製造方法に関する。なお、ここで、積層鉄心とはモータ発電機の固定子及び回転子をいう。

背景技術

0002

従来、積層鉄心の製造に使用する鉄心材料歩留向上方法として、鉄心材料から鉄心片打抜く際、環状とせずに、帯状に連なる複数のセグメント鉄心片を帯状磁性鋼板から打抜き形成し、これを巻回しながら積層して積層鉄心を製造するいわゆる巻き形鉄心が知られている。
具体的には、例えば、特許文献1〜3に記載のように、所定数スロットを有する円弧状のセグメント鉄心片同士を、連結部を介して相互に結合した状態で、鉄心材料から金型で打抜く。そして、外周側に形成された連結部を折り曲げ、隣り合うセグメント鉄心片の側端部を合わせながら、連続した複数のセグメント鉄心片を螺旋状に巻回して積層する。
しかし、前記特許文献1〜3に記載の技術においては、複数のセグメント鉄心片を環状に配置するため連結部を折り曲げる際に、連結部の肉厚方向膨出部が発生し、この膨出部が積層したセグメント鉄心片間に隙間を生じさせ、製造した積層鉄心の厚みにばらつきを生じさせていた。この隙間は、モータの効率低下又は振動を招く原因となり、モータの品質に悪影響を及ぼすという問題があった。

0003

そこで、発生する膨出部による隙間を無くす方法として、以下に示す図6(A)、(B)、図7(A)、(B)の方法がある。
図6(A)に示す方法は、複数のセグメント鉄心片80を打抜く打抜き工程で、連結部81の圧縮応力がかかる部分に対して予めコイニング加工押圧加工)を行うことにより、折り曲げ時の連結部81の厚さ(肉厚)方向の膨出量を減少させ、例え厚みが増加した場合でも、連結部81の厚みをコイニング加工前の厚み以下にする方法である。
また、図6(B)に示す方法は、セグメント鉄心片85の連結部86の折り曲げ後に、連結部86の厚みが増加した部分を、連結部86の厚み方向から押し潰す方法である。

0004

そして、図7(A)に示す方法は、セグメント鉄心片90の連結部91の折り曲げ後に、連結部91の厚みが増加した部分を、上下に積層されたセグメント鉄心片90に形成した貫通孔92内に逃がす方法である。
更に、図7(B)に示す方法は、セグメント鉄心片95の連結部96の折り曲げ後に、連結部96の厚みが増加した部分を、上下に積層されたセグメント鉄心片95に形成した切欠き97により逃がす方法である。

0005

特開平1−264548号公報
特開平8−196061号公報
特表2004−505595号公報

発明が解決しようとする課題

0006

しかしながら、前記それぞれの方法においては、以下の問題があった。
図6(A)に示すように、連結部81に対してコイニング加工を行うことで、折り曲げ時の連結部81の厚みをコイニング加工前の厚み以下にすることはできるが、コイニング加工によりその部分が加工硬化し、折り曲げ時に連結部81が切断され易くなる。また、連結部81の半径方向の幅が1mm以下と細いため、この部分に対してコイニング加工を行うと、連結部81の強度が低下し、セグメント鉄心片80の搬送中に連結部81が切断されてしまう恐れがある。

0007

このように、セグメント鉄心片80の搬送時又は連結部81の折り曲げ時に、連結部81が切断されると、複数のセグメント鉄心片80を巻回する際に、切断された部分同士が干渉し合う。このため、隣り合うセグメント鉄心片80を隙間無く揃えることができず、発生した隙間によって積層鉄心の寸法精度が低下したり、また複数のセグメント鉄心片80の巻回の作業性が悪くなる問題がある。また、切断された部分が積層鉄心の外側円内より外方へ突出する場合には、これを除去する工程を新たに設ける必要もある。
更に、コイニング加工の深さには限界があり、連結部81の厚み増加量が大きい材料を使用する場合には、この方法を適用することができない。

0008

また、図6(B)に示すように、折り曲げ後の連結部86の厚みが増加した部分を潰すと、連結部86の円周方向に材料が伸び、隣り合うセグメント鉄心片85間に隙間が発生し、巻回したセグメント鉄心片85のピッチ寸法がばらついて、積層鉄心の寸法精度が低下する問題がある。
更に、図7(A)に示すように、上下に隣接する層のセグメント鉄心片90に、連結部91の膨出部が嵌入する貫通孔(逃し孔)92を形成したり、また図7(B)に示すように、上下に隣接する層のセグメント鉄心片95に、連結部96の膨出部が嵌入する切欠き97を形成した場合には、積層鉄心を使用するモータの種類によっては、その性能が低下する恐れがある。

0009

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、連結部の厚み方向の膨出の影響を受けることなく、高効率で高品質の製品を製造可能な積層鉄心及びその製造方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0010

前記目的に沿う第1の発明に係る積層鉄心は、外周領域に形成された連結部で相互に結合された隣り合うセグメント鉄心片の前記連結部を折り曲げて、前記セグメント鉄心片の半径方向内側又は外側の端部を同一円周上に配置するように合わせながら、該連続した複数の前記セグメント鉄心片を螺旋状に巻回して積層し、隣接する層に設けられた前記連結部同士を周方向にずらしながら配置した積層鉄心において、
前記連結部の半径方向外側には該連結部の折り曲げ時に半径方向外側に形成される半径方向膨出部を該積層鉄心の外側円内に収める凹部切欠きを有し、
前記連結部の半径方向内側には、該連結部の折り曲げ位置を形成する内側切欠きを設け、前記連結部を除く前記セグメント鉄心片の半径方向外側には、前記連結部の折り曲げ時にその(即ち、連結部の)厚み方向に形成される厚み方向膨出部を入れ込む収納凹部を表裏に設けている。

0011

ここで、外周領域とは、セグメント鉄心片の半径方向最外部から半径方向内側の部分に対応する領域をいい、例えば、セグメント鉄心片の半径方向の外周を基準として、セグメント鉄心片の半径方向最大幅の1/30〜1/5に対応する領域(即ち、半径幅領域)をいう(第2の発明に係る積層鉄心の製造方法においても同じ)。なお、外周領域を、セグメント鉄心片(固定子積層鉄心の場合は磁極片部を除く)の半径方向の外周を基準として、セグメント鉄心片の半径方向最大幅の1/30〜1/2に対応する半径幅領域とすることもできる(以下の実施例においても同じ)。

0012

第1の発明に係る積層鉄心において、前記収納凹部は、円錐円錐台四角錐、四角錐台、部分球、及び平面視して多角形のいずれか1であるのが好ましい。
第1の発明に係る積層鉄心において、前記収納凹部の深さは、前記セグメント鉄心片の厚み(通常、0.15〜0.5mmが一般的)の0.15〜0.3倍であるのがよい。
第1の発明に係る積層鉄心において、前記収納凹部の中央位置には貫通孔が設けられているのが更に好ましい。

0013

第1の発明に係る積層鉄心において、前記貫通孔の体積は、該貫通孔を除く前記表裏の前記収納凹部の合計体積の0.7〜1.5倍の範囲にあるのが好ましい。
第1の発明に係る積層鉄心において、隣り合う前記セグメント鉄心片の側部には、凹部とこれに嵌合する凸部からなる係合部が形成されているのが好ましい。
ここで、前記凹部と凸部は半円形状又は中心角が50度以上で180度未満の扇形形状円弧形状)であるのが好ましいが、必ずしもこの形状に限定されるものではない。

0014

第1の発明に係る積層鉄心が、固定子積層鉄心であって、前記各セグメント鉄心片のヨーク片部の半径方向内側に、複数の磁極片部が設けられ、前記連結部は隣り合う前記セグメント鉄心片のヨーク片部を連結している場合がある。

0015

また、第1の発明に係る積層鉄心が、回転子積層鉄心であって、前記各セグメント鉄心片のヨーク片部の半径方向外側に、永久磁石取付け部が設けられ、前記連結部は隣り合う前記セグメント鉄心片のヨーク片部を連結している場合がある。ここで、永久磁石取付け部は、永久磁石を完全に包囲する貫通孔であってもよいし、永久磁石の一部しか包囲しない溝形形状であってもよく、その形状に限定されない(第2の発明に係る積層鉄心の製造方法においても同じ)。

0016

前記目的に沿う第2の発明に係る積層鉄心の製造方法は、外周領域に形成された連結部で相互に結合された複数のセグメント鉄心片を形成し、前記連結部を折り曲げて隣り合う前記セグメント鉄心片の側端部を合わせながら、該連続した複数の前記セグメント鉄心片を螺旋状に巻回して積層し、隣接する層に設けられた前記連結部同士を周方向にずらしながら配置する積層鉄心の製造方法において、
前記セグメント鉄心片の形成に際し、前記連結部の半径方向外側に、該連結部の折り曲げ時に半径方向外側に形成される半径方向膨出部を該積層鉄心の外側円内に嵌め込む凹部切欠きを形成するA工程と、
前記連結部の半径方向内側に該連結部の折り曲げ位置を決める内側切欠きを形成するB工程と、
前記連結部を除く前記セグメント鉄心片の半径方向外側に、前記連結部の折り曲げ時にその厚み方向に形成される厚み方向膨出部を嵌め込む収納凹部を形成するC工程とを行う。
ここで、前記A工程、B工程、C工程の順序は、何れを先にしてもよいし、前記A工程、B工程、C工程を同時に、又は他の工程と同時に行ってもよい。

0017

第2の発明に係る積層鉄心の製造方法において、前記収納凹部は、円錐、円錐台、四角錐、四角錐台、部分球、及び平面視して多角形のいずれか1であるのが好ましい。
第2の発明に係る積層鉄心の製造方法において、前記収納凹部の中央に、該収納凹部をプレス加工することによって発生する余剰金属を逃がす貫通孔を予め形成しておくことが好ましい。
第2の発明に係る積層鉄心の製造方法において、前記貫通孔の直径は、前記収納凹部の最大幅の1/4〜1/2の範囲であることが好ましい。

0018

第2の発明に係る積層鉄心の製造方法において、該積層鉄心が固定子積層鉄心であって、前記各セグメント鉄心片のヨーク片部の半径方向内側に、複数の磁極片部が設けられ、前記連結部は隣り合う前記セグメント鉄心片のヨーク片部を連結しているのが好ましい。セグメント鉄心片を螺旋状に巻回する場合には、内側の磁極片部の位置を積層方向に合わせながら行うのが好ましい。

0019

また、第2の発明に係る積層鉄心の製造方法において、該積層鉄心が回転子積層鉄心であって、前記各セグメント鉄心片のヨーク片部の半径方向外側に、永久磁石取付け部が設けられ、前記連結部は隣り合う前記セグメント鉄心片のヨーク片部を連結している場合がある。セグメント鉄心片を螺旋状に巻回する場合には、内側のヨーク片部の半径方向内側に設けられた掛止凹部を基準として行うのが好ましいが、例えば、セグメント鉄心片の外側形状を合わせながら、各セグメント鉄心片を螺旋状に巻いてもよい。

発明の効果

0020

第1の発明に係る積層鉄心、及び第2の発明に係る積層鉄心の製造方法は、連結部を除くセグメント鉄心片の半径方向外側に、連結部の折り曲げ時に、その厚み方向に形成される厚み方向膨出部を入れ込む収納凹部を表裏に設けるので、積層した複数のセグメント鉄心片の間に、厚み方向膨出部による隙間が形成されることを防止できる。
これにより、各セグメント鉄心片が密に積層されて、磁気効率が向上し機器高効率化を図ることができる。また、各セグメント鉄心片が隙間なく密に積層されるので、機器使用時の振動や騒音などが抑制される。更に、積層鉄心の真円度及び直角度並びに高さが寸法通りとなるので、積層鉄心の品質管理が容易になり、モータ品質の向上も図れる。

0021

第1の発明に係る積層鉄心及び第2の発明に係る積層鉄心の製造方法において、前記収納凹部を、円錐、円錐台、四角錐、四角錐台、部分球、及び平面視して多角形のいずれか1とした場合には、収納凹部を簡単な形状で構成できる。特に、収納凹部が円錐台又は四角錐台の場合は、制作が容易で刃物摩耗しにくいという利点がある。

0022

第1の発明に係る積層鉄心において、前記収納凹部の深さを、前記セグメント鉄心片の厚み(通常、0.15〜0.5mmが一般的)の0.15〜0.3倍とした場合には、収納凹部の深さを規定するので、折り曲げ時に発生する連結部の厚み方向膨出部の膨らみを吸収することができ、高さの均一な積層鉄心を形成できる。

0023

第1の発明に係る積層鉄心及び第2の発明に係る積層鉄心の製造方法において、前記収納凹部の中央位置に貫通孔を設けた場合には、収納凹部をプレス加工する場合に発生する余剰金属が貫通孔側に移動し、セグメント鉄心片の表面から、余剰金属(即ち、プレス加工によってその部分から逃げる金属)による盛り上がりが無くなる。

0024

第1の発明に係る積層鉄心において、前記貫通孔の体積を、該貫通孔を除く前記表裏の前記収納凹部の合計体積の0.7〜1.5倍の範囲とした場合には、セグメント鉄心片の表面から、余剰金属による盛り上がりを確実に無くすことができる。

0025

第1の発明に係る積層鉄心において、隣り合う前記セグメント鉄心片の側部に、凹部とこれに嵌合する凸部からなる係合部が形成されている場合には、半径方向に幅狭の連結部のみによって連結されている隣り合うセグメント鉄心片が位置決めされ、隣り合うセグメント鉄心片の半径方向位置及び曲がり角度が決定され、折り曲げたセグメント鉄心片の環状度合い、即ち、真円度が向上する

0026

第2の発明に係る積層鉄心の製造方法において、前記貫通孔の直径を、前記収納凹部の最大幅の1/4〜1/2の範囲とした場合には、貫通孔の直径が、収納凹部の最大幅に対して規定されるので、貫通孔が大きくなった場合の積層鉄心の強度低下及び性能低下を抑制できる。これにより、積層鉄心の適用範囲の制限を少なくできる。

図面の簡単な説明

0027

本発明の第1の実施例に係る積層鉄心の平面図である。
同積層鉄心の収納凹部近傍の部分側断面図である。
同積層鉄心のセグメント鉄心片の積層前の状態を示す部分平面図である。
(A)〜(J)はそれぞれ変形例に係る収納凹部の平面図と断面図である。
本発明の第2の実施例に係る積層鉄心を構成するセグメント鉄心片の平面図である。
(A)、(B)はそれぞれ従来例に係る連結部の厚み方向の膨出を防止する方法の説明図である。
(A)、(B)はそれぞれ従来例に係る連結部の厚み方向の膨出を防止する方法の説明図である。

符号の説明

0028

10:積層鉄心、11:外周領域、12:連結部、13:セグメント鉄心片、13a:帯状鉄心片、14:側端部、15:厚み方向膨出部、16、17:収納凹部、18:ヨーク片部、19:磁極片部、20:スロット、21:半径方向膨出部、22:凹部切欠き、23:内側切欠き、24:最奥部、25:貫通孔、26〜45:収納凹部、46:凹部、47:凸部、48:係合部、50:セグメント鉄心片、51:ヨーク片部、52、53:永久磁石挿入孔、54:外周領域、55:連結部、56:凹部切欠き、57:内側切欠き、57a:収納凹部、58:側端部、59:凹部、60:凸部、62:掛止凹部、63、64:切欠き、65:掛止凹部、66:帯状鉄心片、67:丸孔、68:かしめ部

発明を実施するための最良の形態

0029

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施例につき説明し、本発明の理解に供する。
図1図3に示すように、本発明の第1の実施例に係る積層鉄心10は、隣り合うセグメント鉄心片13が連結部12で連結された帯状鉄心片13aを、各連結部12を折り曲げて螺旋状に巻回して積層したものである。なお、各セグメント鉄心片13を積層するに当たっては、セグメント鉄心片13の半径方向内側(スロット20)又は外側を合わせながら行うのが好ましい。この場合、隣り合うセグメント鉄心片13の側端部14には僅少の隙間が設けられてもよい。また、帯状鉄心片13aの巻回にあっては、隣り合うセグメント鉄心片13の側端部14を一致(即ち、密着)させながらセグメント鉄心片13の巻回及び積層を行ってもよい。
連結部12は連続する複数のセグメント鉄心片13を連結部12で折り曲げて円弧状又は円状とした場合、半径方向外側端部(即ち、外周)を基準として半径方向内側にセグメント鉄心片13の半径方向幅の1/30〜1/5に対応する半径幅領域(外周領域11)に形成されている。なお、連結部12は連続する複数のセグメント鉄心片13を連結部12で折り曲げて円弧状又は円状とした場合、半径方向外側端部を基準として半径方向内側に、磁極片部19を除くセグメント鉄心片13の半径方向幅の1/30〜1/2に対応する半径幅領域に形成されていてもよい。

0030

そして、この積層鉄心10は、上下に隣接する層、即ち上下のセグメント鉄心片13に設けられた連結部12同士を周方向にずらしながら配置した固定子積層鉄心(ステータともいう)であり、連結部12を除くセグメント鉄心片13の半径方向外側に、連結部12の折り曲げ時にその厚み方向に形成される厚み方向膨出部15を入れ込む収納凹部16、17が表裏に設けられている。以下、詳しく説明する。

0031

積層鉄心10は、厚みが、例えば、0.15〜0.5mm程度の電磁鋼板(図示しない)から、連結部12で結合された複数のセグメント鉄心片13を金型で打抜き、図1図2に示すように、打抜かれた連続したセグメント鉄心片13を巻回し順次かしめ積層して構成されるものである。ここで、複数のセグメント鉄心片の積層方法としては、かしめ、溶接、及び接着のいずれか1を適用することも、また、いずれか2以上を併用することもできる。
この各セグメント鉄心片13は、円弧状のヨーク片部18とその半径方向内側に形成されている複数(この例では3)の磁極片部19とを有し、磁極片部19の間には複数のスロット20が設けられている。

0032

隣り合うセグメント鉄心片13のヨーク片部18の間には、セグメント鉄心片13を外周領域11で結合する連結部12が設けられている。
この連結部12の半径方向外側には、連結部12の折り曲げ時に半径方向外側に形成される半径方向膨出部21を、積層鉄心10の外側円内に収める凹部切欠き22が設けられている。このため、図3に示すように、連結部12の折り曲げ前は、連結部12の外周が半径方向内側に凹んでいる。

0033

また、連結部12の半径方向内側(側端部14の半径方向外側領域)には、図1図3に示すように、連結部12の折り曲げ前の形状が円弧状となった内側切欠き23が設けられており、この内側切欠き23の最奥部24に折り曲げ起点が形成される。なお、内側切欠きの折り曲げ前の形状は、例えば、平面視して逆U字状又は逆V字状でもよい。
この内側切欠き23は、連結部12の折り曲げ後は楕円形となって、隣り合うセグメント鉄心片13間に隙間を形成するので、隣り合うセグメント鉄心片13の側端部14の半径方向内側領域を合わせる際、側端部14の半径方向外側領域同士が当接するのを防止している。

0034

このような連結部12で結合されたセグメント鉄心片13を、図1図2に示すように、巻回して積層するに際しては、隣り合うセグメント鉄心片13の間に設けられた連結部12を、積層方向で異なる位置にずらし、各磁極片部19の上下方向の位置を合わせている。なお、本実施例では、セグメント鉄心片13の積層の際に、隣接する層でスロット1個分だけ周方向にずらしているが、2個以上ずつずらしてもよい。

0035

ここで、平面視した積層鉄心の一周当たりの全スロット数m個とし、セグメント鉄心片1個当たりのスロット数(磁極片部の数と同じ)をn個とした場合、スロット1個分だけ積層方向でずらすために必要な1周のセグメント鉄心片数をk個とすると、以下の関係が成り立つ。
(m+1)/n=k
ここで、m、n、kは、それぞれ正の整数であり、積層鉄心の製造条件に応じて種々変更できる。

0036

なお、本実施例では、図1に示すように、平面視した積層鉄心の一周当たりの全スロット数が20個(m=20)、セグメント鉄心片1個当たりの磁極片部の数が3個(スロット数3個に相当:n=3)であるため、上式より1周に必要なセグメント鉄心片数は7個(k=7)であるが、7個目のセグメント鉄心片の磁極片部1個分だけ積層時に次の層となり、積層方向の連結部の位置は、磁極片部1個分(スロット1個分に相当)ずれることになる。

0037

また、積層方向でずれるスロット数を2個以上にする場合は、前記した式中の「1」を、ずれる個数、即ち2以上に変えることで、1周に必要なセグメント鉄心片数が求まる。
これにより、複数のセグメント鉄心片13を巻回して積層するに際しては、連結部12の位置が積層方向でずれるため、各セグメント鉄心片13の結合強度を更に強固なものにできる。

0038

このように、連結部12の位置が積層方向でずれるため、積層方向にセグメント鉄心片13と連結部12が隣り合って配置される。
そこで、連結部12を除く各セグメント鉄心片13の半径方向外側の表裏に、収納凹部16、17を実質的に等角度(ここでは、スロット20の中心線と収納凹部16、17の中心線を一致させる位置)に設け、連結部12の折り曲げ後に、その厚み方向に形成される厚み方向膨出部15が、積層方向に隣り合うセグメント鉄心片13の収納凹部16、17内に収まるようにしている。
このように、収納凹部16、17は、各セグメント鉄心片13の隣り合う磁極片部19の間に形成されるU字状のスロット20の中心線上に設けられ、しかも連結部12の半径方向の位置と同一の半径方向位置に形成されている。

0039

各収納凹部16、17は、円錐台状となってその中心には、各収納凹部16、17をプレス加工することによって発生する余剰金属を逃がす貫通孔25が設けられている。なお、この貫通孔25の形成の後に、各収納凹部16、17をパンチ加工するのが好ましい。
各収納凹部16、17の外側直径は、例えば、連結部12の半径方向の最小幅の1〜5倍の範囲にあって、その深さはセグメント鉄心片13の厚みの0.15〜0.3倍の範囲にある。なお、貫通孔25の直径は、各収納凹部16、17の最大幅(外側直径)の1/4〜1/2の範囲にある。
このとき、貫通孔25の体積は、貫通孔25を除く表裏の収納凹部16、17の合計体積の0.7〜1.5倍の範囲にあるのが好ましいが、この倍率が0.7より小さい場合であっても、また1.5倍より大きい場合であっても、本発明は適用される。

0040

なお、セグメント鉄心片13の所定位置に収納凹部16、17と貫通孔25を設けることによって、連結部12を折り曲げた場合に発生する厚み方向膨出部15を、収納凹部16、17内に収納できる。
これによって、積層鉄心10の高さを均一に保つことができ、製品寸法が向上し、使用時に振動や騒音の発生を防止できる。
また、図4(A)〜(J)には、収納凹部の変形例を示すが、(A)〜(E)は中央に貫通孔が設けられていない収納凹部26〜35を示し、それぞれ表裏に設けられている窪みが、円錐、四角錐、高さの低い円柱、高さの低い角柱、半球(部分球)となっている。

0041

また、(F)〜(J)に示す収納凹部36〜45は中央に貫通孔が設けられ、それぞれ窪みが、六角錐台、四角錐台、高さの低い円柱、高さの低い角柱、半球を示す。
ここで、四角錐と高さの低い角柱は、平面視して多角形であるが、この多角形は、三角形又は五角形以上でもよい。
これらの場合、いずれも、連結部12を折り曲げた場合に発生する厚み方向膨出部15の高さより、各収納凹部の深さが同一又は深いことが好ましい。

0042

以上のように構成することで、連結部12を折り曲げる際に、連結部12に設けられた内側切欠き23が、連結部12に良好なヒンジ効果を与えることができる。
また、この連結部12は、折り曲げ時に、連結部12の外周領域が円周方向に引っ張られ、その厚みが薄くなると共に半径方向外側に半径方向膨出部21が形成されるが、これは凹部切欠き22内に配置されるため問題ない。一方、連結部12の内周部は円周方向に押し縮められ、その厚み方向に厚み方向膨出部15が形成されるが、これは下側に隣接するセグメント鉄心片13の収納凹部16と、上側に隣接するセグメント鉄心片13の収納凹部17内に配置されるため問題ない。

0043

なお、隣り合うセグメント鉄心片13の側端部14の半径方向内側領域には、凹部46とこれに嵌合する凸部47によって構成される係合部48が設けられている。この凹部46と凸部47を含む隣り合うセグメント鉄心片13の側端部14は、隙間を開けて近接配置されているが、当接させてもよい。
これにより、隣り合うセグメント鉄心片13同士の相互の位置決めをより精度良く実施でき、その環状精度を向上できる。

0044

ここで、隣り合うセグメント鉄心片の側端部を少しの隙間を有して近接配置する場合、セグメント鉄心片の側端部同士の接触が防止されるので、各セグメント鉄心片の周方向のピッチのばらつきをこの隙間を調整して防止でき、例えば、積層方向のセグメント鉄心片のかしめ位置のずれを防止できる。また、このように隣合うセグメント鉄心片の側端部を近接配置することにより、例えば、セグメント鉄心片を打抜く金型の刃物が摩耗し、側端部にバリが生じた場合でも、その接触を防止でき、各セグメント鉄心片の周方向のピッチのずれを防止できる。

0045

続いて、本発明の第1の実施例に係る積層鉄心の製造方法について説明する。
まず、電磁鋼板(図示しない)を搬送しながら、1又は複数の金型(図示しない)を使用して、図3に示すように、連結部12で相互に結合された複数のセグメント鉄心片13を打抜く。
このセグメント鉄心片13の打抜きに際しては、通常行うスロット20の打抜き形成の後に、凹部切欠き22を形成するA工程と、内側切欠き23を形成するB工程と、収納凹部16、17を形成するC工程を行う。このC工程では、収納凹部16、17を形成する前に、予め貫通孔25を形成する。
なお、金型形状によって、各A〜C工程を同時に行うことも、順次個別に行うことも、また順序を入れ換えて行うことも可能であり、更にスロット20の打抜き形成と共に行うことも可能である。

0046

そして、内側切欠き23の最奥部24を起点として連結部12を折り曲げ、隣り合うセグメント鉄心片13の凹部46に凸部47を嵌合させると共に、セグメント鉄心片13の内側の側端部14を合わせて、かつ磁極片部19を重合させながら、連続した複数のセグメント鉄心片13を螺旋状に巻回し、連結部12を積層方向にずらしながら積層して積層鉄心10を製造する。なお、セグメント鉄心片13の内側を所定直径円柱体巻き付けて、螺旋状に巻くのが好ましい。

0047

ここで、セグメント鉄心片13の半径方向外側に形成された収納凹部16、17内には、積層方向に隣り合う連結部12の厚み方向膨出部15がそれぞれ配置され、厚み方向膨出部15をセグメント鉄心片13の板厚内に収めることができ、積層方向に隣り合うセグメント鉄心片の間の隙間発生を防止できる。

0048

次に、図5を参照しながら、本発明の第2の実施例に係る積層鉄心及びその製造方法について説明する。
図5に示すように、このセグメント鉄心片50を螺旋状に巻いて形成されるものは、回転子積層鉄心(図示せず)であって、各セグメント鉄心片50にはヨーク片部51の半径方向外側に複数(この実施例では2)の永久磁石取付け部の一例である永久磁石挿入孔52、53を有している。この永久磁石挿入孔52、53の部分が回転子の磁極となる部分である。

0049

隣り合うセグメント鉄心片50のヨーク片部51は、セグメント鉄心片50の外周を基準として半径方向内側で、セグメント鉄心片50の半径方向最大幅の1/30〜1/5(又は1/30〜1/2)に対応する半径幅領域である外周領域54に位置する連結部55で連結されている。そして、連結部55の半径方向外側には凹部切欠き56を有している。また、連結部55の半径方向内側には、連結部55の折り曲げ位置を形成する内側切欠き57を設けている。

0050

セグメント鉄心片50において、連結部55を除くヨーク片部51の半径方向外側であって、隣り合う永久磁石挿入孔52、53の間には、連結部55を折り曲げる巻回時に、連結部55の厚み方向に形成される厚み方向膨出部を入れ込む収納凹部57aを表裏に設けている。この収納凹部57aの中央には貫通孔が形成されている。なお、連結部55、収納凹部57aの形状等については、セグメント鉄心片13と同様である(図2参照)。

0051

隣り合うセグメント鉄心片50の側端部58には、凹部59と凸部60で形成される位置決め係合部が形成されている。また、磁極部を構成する永久磁石挿入孔52、53の半径方向内側でその中央には、掛止凹部62が形成され、隣り合うセグメント鉄心片50の側端部58で半径方向内側には、対向する切欠き63、64によって形成される掛止凹部65が形成され、連結部55で連結された複数のセグメント鉄心片50からなる帯状鉄心片66を螺旋状に巻回した場合には、上下の掛止凹部62、65が重なるようになっている。

0052

セグメント鉄心片50の磁極部の中央位置で半径方向内側のヨーク片部51には、パイロット孔あるいはボルト孔として使用される丸孔67が、その両側にかしめ部68が形成されている。
以上の構成となった帯状鉄心片66を、周囲に掛止凸条所定ピッチで設けられた巻き取り軸(図示せず)によって巻き取る。なお、掛止凸条には掛止凹部62、65が嵌入する。この場合、隣り合うセグメント鉄心片50の側端部58は当接する場合もあるが、僅少の隙間があってもよい。

0053

以上、本発明を、実施例を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施例に記載の構成に限定されるものではなく、請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施例や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施例や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の積層鉄心及びその製造方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。

0054

本発明に係る積層鉄心をモータや発電機の固定子又は回転子に適用して、製造価格が安価で精度の高い製品を提供できる。

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