JP4557867B2 - 積層鉄心及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、帯状に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した積層鉄心及びその製造方法に関する。

従来、積層鉄心の製造に使用する鉄心材料（例えば、条材）の歩留向上方法として、鉄心材料から鉄心片を打抜く際、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、所定数の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。なお、連結部の半径方向内側には円弧状の切欠きが形成され、この切欠きを起点にして連結部を折り曲げている（例えば、特許文献１、特許文献２、及び特許文献３参照）。

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

しかしながら、隣り合うセグメント鉄心片の連結部の幅（半径方向の長さ）はほとんど同じであり、その強度に大きな差が生じないため、連結部の折り曲げ起点が、常に連結部の同じ位置に形成されるとは限らず安定しない。このため、巻回した複数のセグメント鉄心片の環状精度が悪くなり、上下に隣り合うセグメント鉄心片同士の位置合わせを精度良く行いながら積層することができなくなり、積層鉄心を使用したモータの効率を現状よりも向上できなかった。
また、連結部を折り曲げる際に、連結部がその肉厚方向に膨出し、これが積層したセグメント鉄心片間に隙間を生じさせ、結果的に製造した積層鉄心の厚みにばらつきを生じさせていた。これにより、積層鉄心を使用したモータに振動が発生し易くなるため、モータの品質を現状よりも向上できなかった。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、連結部の折り曲げ位置を安定化させると共に、連結部の肉厚方向の膨出を従来よりも抑制して、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。

前記目的に沿う第１の発明に係る積層鉄心は、外周部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を、前記連結部を折り曲げて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、
前記連結部の折り曲げ幅及び折り曲げ位置を決める連結部内側切欠きを前記連結部の半径方向内側に設けると共に、該連結部内側切欠きにそれぞれ連結して、隣り合う前記セグメント鉄心片の半径方向外側領域にある前記セグメント鉄心片の側端部の当接を防止する円弧状の当接防止用切欠きが設けられており、
前記連結部の折り曲げ前の前記連結部内側切欠きは円弧状となって、その内幅が前記連結部の半径方向外側へ向かって狭くなり、その最奥部に前記折り曲げ位置が形成され、しかも前記連結部内側切欠きの半径方向の長さを、前記当接防止用切欠きの半径方向の長さよりも短くし、
更に、前記セグメント鉄心片を巻回した該積層鉄心は、積層方向に上下隣り合う前記連結部が周方向にずれている。

第１の発明に係る積層鉄心において、前記連結部内側切欠きと前記当接防止用切欠きは連続する隙間を形成することが好ましい。
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、凹部とこれに嵌合可能な凸部によって構成される係合部が設けられていることが好ましい。
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端部を近接配置することが好ましい。

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、外周部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膨出部を該積層鉄心の外側円内に収める凹部切欠きを形成するＡ工程と、
前記連結部の折り曲げ幅及び折り曲げ位置を決める連結部内側切欠きを前記連結部の半径方向内側に形成するＢ工程と、
前記連結部内側切欠きにそれぞれ連結して、隣り合う前記セグメント鉄心片の半径方向外側領域にある前記セグメント鉄心片の側端部の当接を防止する円弧状の当接防止用切欠きを形成するＣ工程とを行い、
しかも、前記Ｂ工程で形成する前記連結部内側切欠きは円弧状となって、その内幅が前記連結部の半径方向外側へ向かって狭くなり、その最奥部に前記折り曲げ位置が形成され、前記連結部の折り曲げ後の前記連結部内側切欠きの半径方向の長さを、前記当接防止用切欠きの半径方向の長さよりも短くし、
更に、前記セグメント鉄心片の巻回時に、積層方向に上下隣り合う前記連結部を周方向にずらす。

請求項１〜４記載の積層鉄心、及び請求項５記載の積層鉄心の製造方法は、連結部に折り曲げ幅及び折り曲げ位置を決める連結部内側切欠きを設けるので、折り曲げの起点位置が安定し、巻回した複数のセグメント鉄心片の環状精度を従来よりも向上できると共に、上下に隣り合うセグメント鉄心片同士の位置合わせを精度良く行いながら積層できる。
また、連結部内側切欠きを有しているので、連結部を折り曲げる際に発生する肉厚方向の膨出を抑制できる。
そして、連結部内側切欠きに連続する当接防止用切欠きを有しているので、隣り合うセグメント鉄心片の側端部の接触による各セグメント鉄心片の周方向のピッチのばらつき、及び側端部の盛り上がりを抑制できる。
これにより、積層鉄心の品質管理が容易になり、積層鉄心を使用したモータの高効率化を図ることができると共に、振動発生の防止によるモータ品質の向上も図れる。

特に、連結部内側切欠きの長さを当接防止用切欠きの長さよりも短くするので、連結部に設ける連結部内側切欠きの大きさを小さくでき、連結部内側切欠きの形成による連結部の強度低下を抑制できる。
また、連結部の折り曲げ前の連結部内側切欠きの形状を規定することにより、折り曲げ位置を更に安定に形成できる。
請求項２記載の積層鉄心は、連結部内側切欠きと当接防止用切欠きが連続する隙間を形成するので、連結部を折り曲げる際に発生する肉厚方向の膨出、隣り合うセグメント鉄心片の側端部の接触による各セグメント鉄心片の周方向のピッチのばらつき、及び側端部の盛り上がりを更に抑制できる。

請求項３記載の積層鉄心は、隣り合うセグメント鉄心片の側部に係合部が設けられているので、積層鉄心を構成する隣り合うセグメント鉄心片の相互の位置ずれを防止でき、例えば、使用時における積層鉄心の高速回転の際にも、その環状精度（真円度）を維持できる。
請求項４記載の積層鉄心は、隣り合うセグメント鉄心片の側端部を近接配置し、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。

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の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図１は本発明の一実施の形態に係る積層鉄心の平断面図、図２は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。

図１、図２に示すように、本発明の一実施の形態に係る積層鉄心１０は、外周部１１に形成された連結部１２で相互に結合された隣り合うセグメント鉄心片１３を、連結部１２を折り曲げてセグメント鉄心片１３の側端部１４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た固定子積層鉄心（ステータともいう）であり、連結部１２の折り曲げ幅Ｗ１及び折り曲げ位置Ｐを決める連結部内側切欠き１５を設けることにより、連結部１２の折り曲げ位置Ｐを安定化させると共に、連結部１２の肉厚方向の膨出を従来よりも抑制したものである。以下、詳しく説明する。

積層鉄心１０は、厚みが、例えば、０．５ｍｍ以下程度の電磁鋼板（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に示すように、打ち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。なお、図１は、説明の便宜上、セグメント鉄心片１３を一周半巻回し、その半周分を積層した状態を示している。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、半径方向内側に複数のスロット１６が設けられて磁極片部１７が形成され、半径方向外側にはヨーク片部１８が形成されている。

隣り合うセグメント鉄心片１３の間には、セグメント鉄心片１３を外周部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膨出部１９を、積層鉄心１０の外側円内に収める凹部切欠き２０が設けられている。このため、図２に示すように、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。
また、図２に示すように、連結部１２の半径方向内側には、連結部１２の折り曲げ前の形状が実質的に円弧状となった連結部内側切欠き１５が設けられ、この連結部内側切欠き１５に実質的に円弧状の当接防止用切欠き２１が連接して設けられている。

連結部１２の折り曲げ前の連結部内側切欠き１５は、その内幅が連結部１２の半径方向外側へ向かって徐々に狭くなり、その最奥部に折り曲げ位置Ｐが形成される。従って、連結部内側切欠きの形状は、例えば、平面視して逆Ｕ字状又は逆Ｖ字状でもよい。
図１に示すように、連結部１２の折り曲げ後の連結部内側切欠き１５の半径方向の長さ、即ち折り曲げ位置Ｐから当接防止用切欠き２１との接続部分までの長さＬ１は、連結部１２の最小幅Ｗ１（図１拡大部分参照）の例えば、５％以上３０％以下程度である。なお、連結部１２の最小幅Ｗ１は、例えば、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下程度である。
また、この連結部内側切欠き１５の長さＬ１は、当接防止用切欠き２１の半径方向の長さＬ２よりも短く、当接防止用切欠き２１の長さＬ２の例えば、５％以上３０％以下程度となっている。

図１に示すように、連結部内側切欠き１５に連続する当接防止用切欠き２１は、隣り合うセグメント鉄心片１３の半径方向外側領域にあるセグメント鉄心片１３の側端部１４の当接を防止するものである。このため、連結部１２の折り曲げ後は、２つの当接防止用切欠き２１によって隙間が形成されている。なお、この条件が満たされれば、当接防止用切欠きの形状は、円弧状に限定されるものではない。
これにより、連結部内側切欠き１５と当接防止用切欠き２１は、連結部１２を折り曲げ、隣り合うセグメント鉄心片１３の側端部１４を合わせた際に、連続する隙間を形成できる。

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に設けられた連結部内側切欠き１５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の外周部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膨出部１９が形成されるが、これは凹部切欠き２０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、その厚み方向に膨出するが、これは連結部内側切欠き１５で緩和されるため、その膨出を従来よりも抑制できる。
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２２とこれに嵌合可能な凸部２３によって構成される係合部２４が設けられている。この凹部２２と凸部２３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。

図１に示すように、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、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１８の位置を合わせている。なお、図１においては、セグメント鉄心片１３の積層の際に、スロット１個分だけ積層方向で周方向にずれている。
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を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。

なお、本実施の形態では、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。
また、積層方向で周方向に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周方向にずれるため、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。

続いて、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。
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２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、通常スロット１６の打抜き形成の後に、凹部切欠き２０を形成するＡ工程と、連結部内側切欠き１５を形成するＢ工程と、当接防止用切欠き２１を形成するＣ工程を行う。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１６の打抜き形成と共に行うことも可能である。
そして、連結部内側切欠き１５の折り曲げ位置Ｐ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２２に凸部２３を嵌合させると共に、セグメント鉄心片１３の側端部１４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、積層鉄心１０を製造する。

以上、本発明を、一実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許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の形態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の形態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。
また、前記実施の形態においては、積層鉄心が固定子積層鉄心の場合について説明したが、回転子積層鉄心（ローターともいう）でも勿論よい。

本発明の一実施の形態に係る積層鉄心の平断面図である。 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。

１０：積層鉄心、１１：外周部、１２：連結部、１３：セグメント鉄心片、１４：側端部、１５：連結部内側切欠き、１６：スロット、１７：磁極片部、１８：ヨーク片部、１９：膨出部、２０：凹部切欠き、２１：当接防止用切欠き、２２：凹部、２３：凸部、２４：係合部

Claims (5)

1. 外周部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を、前記連結部を折り曲げて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、
   前記連結部の折り曲げ幅及び折り曲げ位置を決める連結部内側切欠きを前記連結部の半径方向内側に設けると共に、該連結部内側切欠きにそれぞれ連結して、隣り合う前記セグメント鉄心片の半径方向外側領域にある前記セグメント鉄心片の側端部の当接を防止する円弧状の当接防止用切欠きが設けられており、
   前記連結部の折り曲げ前の前記連結部内側切欠きは円弧状となって、その内幅が前記連結部の半径方向外側へ向かって狭くなり、その最奥部に前記折り曲げ位置が形成され、しかも前記連結部内側切欠きの半径方向の長さを、前記当接防止用切欠きの半径方向の長さよりも短くし、
   更に、前記セグメント鉄心片を巻回した該積層鉄心は、積層方向に上下隣り合う前記連結部が周方向にずれていることを特徴とする積層鉄心。
2. 請求項１記載の積層鉄心において、前記連結部内側切欠きと前記当接防止用切欠きは連続する隙間を形成することを特徴とする積層鉄心。
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、隣り合う前記セグメント鉄心片の側部には、凹部とこれに嵌合可能な凸部によって構成される係合部が設けられていることを特徴とする積層鉄心。
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、隣り合う前記セグメント鉄心片の側端部を近接配置することを特徴とする積層鉄心。
5. 外周部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膨出部を該積層鉄心の外側円内に収める凹部切欠きを形成するＡ工程と、
   前記連結部の折り曲げ幅及び折り曲げ位置を決める連結部内側切欠きを前記連結部の半径方向内側に形成するＢ工程と、
   前記連結部内側切欠きにそれぞれ連結して、隣り合う前記セグメント鉄心片の半径方向外側領域にある前記セグメント鉄心片の側端部の当接を防止する円弧状の当接防止用切欠きを形成するＣ工程とを行い、
   しかも、前記Ｂ工程で形成する前記連結部内側切欠きは円弧状となって、その内幅が前記連結部の半径方向外側へ向かって狭くなり、その最奥部に前記折り曲げ位置が形成され、前記連結部の折り曲げ後の前記連結部内側切欠きの半径方向の長さを、前記当接防止用切欠きの半径方向の長さよりも短くし、
   更に、前記セグメント鉄心片の巻回時に、積層方向に上下隣り合う前記連結部を周方向にずらすことを特徴とする積層鉄心の製造方法。

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