JP5251384B2 - 積層コアおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えばモータ等の回転電機における電磁鋼板を積層してなる積層型のモータコアに関し、特にその両端連結部の回動の抑制を防止し、生産性の向上を図るようにした積層コアに関するものである。

従来の積層コアは、巻線を高密度に施すために、磁極ティース毎に分割された構造が用いられる。分割された積層コアの両端部分が互いに積層方向に重なり合う構造とすることで、積層方向の位置決め性の向上、磁気抵抗の低減などの利点を得ることができる。

また、重なり部分に回動中心となる凹凸の突起を設けることで分割コア同士を回動自在に連結し、ティース部に巻線する際にコアのバックヨーク部間の連結する角度を変えることで隣接するティース部同士の間隔を広げ、巻線ノズルを挿入してワイヤを供給するための空間を確保することができる。

これらに示される従来例では、コアの重なり部分を形成する連結部においてコア片の各積層板の厚みは連結部以外のバックヨーク部及び磁極ティース部の各積層板の厚みと均一になっていた（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−２０１４５８号公報（００３１段、図５）

しかしながら、従来の積層コアでは、コア片を形成する積層板の加工時の変形や膨らみ、また巻線時にコア片の積層間が圧縮されることにより、隣接するコア片間において、コアの重なり部を形成する連結部の摩擦が高まり、関節型連結コア（ジョイントラップコア）においては巻線のために姿勢変形する際に回動しにくいという問題があった。

また、分割型連結コアにおいては組み立ての際に、隣り合うコア片の積層して連結する連結部を互いに挿入することが困難であるという問題があった。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、容易に巻線、組み立ての作業を可能とする積層コアを提供することを目的とする。

本発明に係る積層コアは、ティース部およびこのティース部を円弧状の中央部で中心方向に突設するバックヨーク部とからなるＴ字状板を積層するコア片と、バックヨーク部の両端部にＴ字状板ごとに積層方向に交互に設けられ、コア片を円周状に並べた場合に隣接するコア片の対応する端部を積層したＴ字状板ごとに交互に重ねて連結するとともに前記端部の上面及び下面に段差を設けることによりＴ字状板の厚さよりも薄い部分を有する複数の連結板からなる連結部とを備えるものである。

また、本発明に係る積層コアの製造方法は、ティース部及びこのティース部を円弧状の中央部で中心方向に突設するバックヨーク部とからなり、バックヨーク部の端部に連結部を備えたＴ字状板を金型による打ち抜きにより順次形成する積層コアの製造方法であって、加圧により前記連結部の上面及び下面に段差を設けることで連結部全領域または一部領域の板厚をよりバックヨーク部より薄くする加圧工程を備えるものである。

本発明によれば、コア片の端部の上面及び下面に段差を設けることでコア片の連結板の厚さをＴ字状板の厚さよりも薄くすることにより、加圧時に発生する内部ひずみを低減できるとともに、コア片の積層板に多少の変形や膨らみがあった場合でも、巻線時の姿勢変形の際の回動や、組み立ての際の挿入を容易に行うことができる。

以下、本発明に係る回転電機の固定子の各種実施の形態について、図面に基づいて説明する。
実施の形態
図１は、本発明の実施の形態における積層コアからなる回転電機の固定子の構成を示す正面図であり、図２は、図１における連結するコア片を直線状に配置した構成の一部を示す平面図である。また、図３は、図２のＡ−Ａの中央連結部における矢視断面図であり、図４は、図３の中央連結部の拡大図である。

図１において、本実施の形態の積層コアからなる回転電機の固定子１００は、複数のコア片を略円環状に連結して構成される。積層コアであるコア片５０は、バックヨーク部１とティース部２とからなるＴ字状板を積層してなり、図２に示すように、バックヨーク部１の両端には回動自在に連結される連結中心部３を有する連結板としての連結凸部４と連結凹部５が設けられ、中央部からは円環状内側の中心方向にティース部２が突設されている。

図３に示すように、コア片５０は、第一の積層板５０ａ−１、５０ａ−２、・・、５０ａ−（ｎ＋１）（ｎは整数）と第二の積層板５０ｂ−１、５０ｂ−２、・・、５０ｂ−ｎとを交互に積層して形成される。

第一の積層板５０ａ−１、５０ａ−２、・・、５０ａ−（ｎ＋１）及び第二の積層板５０ｂ−１、５０ｂ−２、・・、５０ｂ−ｎの表裏両面には複数箇所にそれぞれ対応する固定用凹部６と固定用凸部７が設けられており、積層時に圧入して、かしめられることにより固定される。

また、第一の積層板５０ａ−１、５０ａ−２、・・５０ａ−（ｎ＋１）と第二の積層板５０ｂ−１、５０ｂ−２、・・５０ｂ−ｎのバックヨーク部１両端は、連結凸部４と連結凹部５とが互い違いに設けられている。コア片５０と連結されるコア片５１の各層は、コア片５０の各層の連結凸部４及び連結凹部５と対応するように、連結凹部５と連結凸部４とが互い違いに設けられている。

コア片５０、５１の連結凸部４の表裏両面には、連結中心部３の位置に円柱状の回動用凹部３ａと回動用凸部３ｂとが設けられ、積層時に連結されるコア片５０、５１のバックヨーク部１の連結凸部４同士が、回動用凹部３ａと回動用凸部３ｂを介して、回動するように間に隙間を空けて嵌められる。

この隙間は、連結部である連結凸部４の厚さを、連結凸部４を除く部分の厚さ、つまりバックヨーク部１とティース部２とからなるＴ字状板の厚さよりも薄く形成することにより構成される。

図４に、コア片５０、５１の連結凸部４の表裏両面に、この隙間を形成するための具体的構成を示す。図４に示すように、コア片５０、５１の連結凸部４全面において、図面に向かって上面に肉厚方向の段差８が設けてある。

連結凸部４の上面にこの段差８を設けることにより、コア片５０、５１の連結凸部４の表裏両面に均一に隙間を形成することができる。この段差８により、コア片５０、５１の連結中心部３を回動中心として回動する際の第一の積層板５０ａ−１、５０ａ−２、・・５０ａ−（ｎ＋１）と第二の積層板５０ｂ−１、５０ｂ−２、・・５０ｂ−ｎの連結凹部５と連結凸部４との間の摩擦を低減でき、コア片５０とコア片５１は連結中心部３を中心にスムーズに回動することができる。

なお、段差８は連結凸部４の上面に限るものではなく、連結凸部４の上下面に均一な隙間が形成できれば下面または両面に設けてもよく、同様の効果が得られることは言うまでもない。

図４において、この段差８の深さ寸法Ｔ１（＝コア片５０、５１の各積層板の厚さＴ２−各連結凸部４の厚さＴ３＝隙間）の範囲は、０．００５ｍｍ＜Ｔ１≦０．０５０であることが好ましい。嵌め合い公差を考慮すれば、段差８の深さ寸法Ｔ１は０．００５ｍｍ以下になるとコア片５０の連結凸部４とコア片５１の連結凸部４との間の摩擦が高まり、回動への影響が大きくなる。

この場合、例えば図５に示す巻線装置２００を用いてノズル２１を搭載したフライヤ２２をティース部２周りに円軌道で回転させることにより、ティース部２にワイヤ２３を巻線する場合に、コア片５０とコア片５１との姿勢状態を直線から逆反り状態に変形する際の回動が摩擦により抑制され、摩擦力が巻線装置２００の能力を超えた場合には、装置の稼動が停止することになる。

一方、段差８の深さ寸法Ｔ１が０．０５０ｍｍを越えると、磁路の断面積が減少し磁気飽和し易くなる。したがって、鉄損が増加しモータの効率への影響が大きくなる。

モータの制御性が要求される場合には、さらに、段差８の深さ寸法Ｔ１は、０．００５ｍｍ＜Ｔ１≦０．０３０の範囲であることがより好ましい。段差８の深さ寸法Ｔ１が０．０３０ｍｍを越えると、ガタツキが増大することにより固定子の真円度が低下し、コギングトルクへの影響が大きくなる。

次に、本発明の実施の形態における積層コアからなる回転電機の固定子１００の製造方法について説明する。図６は、鋼板からプレス金型を使っての打ち抜きにより、回転電機の固定子１００の一つの積層部分を形成する工程を示す。

図６に示すように、下向き矢印Ｂの方向の順で打ち抜き工程が進み、図６の斜線部は打ち抜かれた部分を表す。図６（ａ）は最初の工程で、図６（ｆ）は最後の工程を示し、図面左向き矢印Ｃの方向に示す図は、打ち抜き完了後の本発明の実施の形態における積層コアからなる固定子１００の１層目の積層板部分１００−１（第一の積層板５０ａ−１、５１ａ−１、・・、（５０＋ｍ）ａ−１）（ｍは整数）である。

まず最初に、図６（ａ）の工程では、電磁鋼板等の磁性材料からなる薄型の鋼板９に、固定子１００の内径となる円形の穴１０と、プレス加工での位置決めの基準となるパイロット穴１１とが打ち抜かれる。鋼板９は、０．２〜０．５ｍｍの板厚のものが用いられる。一つの工程が終了すると、鋼板９は、パイロット穴１１間の所定寸法ずつ搬送され、次の工程に進む。

続いて、図６（ｂ）の工程では、鋼板９に形成された円形の穴１０の周囲に、円周状に並ぶ複数のスロット形状の穴１２と、さらにスロット形状の穴１２の周囲に、円周状に並ぶ逃がし溝１３とが打ち抜かれ、スロット形状の穴１２の各間にはティース部２が形成される。

次いで、図６（ｃ）の工程では、形成されたティース部２毎に、対応するバックヨーク部１の連結凸部４となる領域が、図４に示す段差８の深さ寸法Ｔ１が所定の値となるように加圧し、薄肉部を形成する。

図７は、加圧した連結凸部４の領域を示す拡大図である。加圧した際に、連結凸部４の領域には歪による残留応力が生じるが、加圧領域の一部４ａに逃がし溝１３を設けることにより、加圧により材料内部に生じる歪を逃がし溝１３への材料変形として緩和し磁気特性への影響を低減することができる。

続いて、図６（ｄ）の工程では、連結凸部４の領域の一方向の境界に沿ってバックヨーク部１端部が互いに切り離されカットライン１４が形成される。図８は、カットライン１４が形成された連結凸部４の領域を示す拡大図である。

カットライン１４は、例えば切曲げ加工により斜め形状のパンチで切断され（切曲げ工法）、パンチが下降して切断された部分はパンチが上昇した後に元の位置に戻るのでカットライン１４には隙間は生じない。

次いで、図６（ｅ）の工程では、バックヨーク部１及びティース部２の表裏両面にそれぞれ、積層板同士をかしめにより固定するための固定用凹部６と固定用凸部７とが設けられる。また、バックヨーク部１の連結凸部４となる領域の表裏両面にはそれぞれ、バックヨーク部１同士を連結し回動させるための回動用凹部３ａと回動用凸部３ｂとが設けられる。

ただし、この工程で、積層時に底部に位置する第一の積層板（５０＋ｍ）ａ−（ｎ＋１）のみは、固定用凹部６と固定用凸部７、及び回動用凹部３ａと回動用凸部３ｂを設けず、それぞれの位置に打ち抜き穴３ｃが設けられる（図３参照）。

次いで、図６（ｆ）の工程で、回転電機の固定子１００の１層目の積層板部分１００−１（第一の積層板５０ａ−１、５１ａ−１、・・、（５０＋ｍ）ａ−１）の外形が打ち抜かれる。このとき、逃がし溝１３にはみ出した連結凸部４の加圧領域の一部４ａや、カットライン１４の形成の際に生じるバリ、カエリについても切断除去される。

同様にして、回転電機の固定子１００の２層目の積層板部分１００−２（第二の積層板５０ａ−２、５１ａ−２、・・、（５０＋ｍ）ａ−２）は、連結凸部４の領域の１層目と反対方向の境界に沿ってバックヨーク部１端部を互いに切り離すことにより形成される。

２層目の積層板部分１００−２は、１層目の積層板部分１００−１にそれぞれ打ち抜かれた環状の状態で積層され、１層目の固定用凸部７と２層目の固定用凹部６との凹凸形状がかしめられて固定される。

所望の積層枚数になるように上記の工程を繰り返し、最後に打ち抜き穴３ｃが設けられた第一の積層板（５０＋ｍ）ａ−（ｎ＋１）を積層固定することにより、本発明の実施の形態における積層コアからなる回転電機の固定子１００が得られる。

以上のように、本実施の形態では、連結凸部４の上面に段差８を設けるようにしたので、コア片５０、５１の連結凸部４の表裏両面に均一に隙間を形成することができ、コア片５０とコア片５１は連結中心部３を中心にスムーズに回動することができる。

コア片の積層板に多少の変形や膨らみがあった場合でも、巻線装置を用いた巻線等のためにコア片の姿勢状態を直線から逆反り状態に変形する際に回動は抑制されず、積層コアの生産性の向上を図ることができる。

また、領域の一部４ａに逃がし溝１３を設け、加圧した際に、材料内部に生じる歪を逃がし溝１３への材料変形として緩和するようにしたので、残留応力の発生を抑制でき、磁気特性への影響を低減することができる。

なお、本実施の形態では、連結凸部４への加圧に対して、逃がし溝１３を設けることにより残留応力を低減したが、これに限るものではない。さらにコア側への応力を緩和するための柔構造部を外周側に設けてもよい。この場合、さらに残留応力の発生を低減できる。

柔構造部は、例えば、図９に示すように外周側に円周状に並ぶ逃がし溝１６とその間に穴１７を設けることにより、く字型の柔構造部１５として形成することができる。

また、本実施の形態では、連結凸部４全面において段差８を設けたが、連結凸部に部分的に段差を設けてもよい。例えば、図１０に示すように、回動時に最も摩擦の発生に影響のある領域としての連結中心部３を中心とした円形状の領域４ｂにのみ段差８を設け、その他の連結凸部４の領域４ｃはバックヨーク部１と同じ厚さとする。

この場合、円形状の加圧領域４ｂの段差８により回動時の摩擦を抑制できると共に、バックヨーク部１と同じ厚さの領域４ｃによりコア片が円環状態にある場合には積層方向へのガタツキを抑制することができる。

また、本実施の形態では、コア片５０とコア片５１との連結凸部４が１枚毎に交互に重ね合わされている場合について説明したが、これに限るものではない。図１１に示すように、複数枚毎に重ね合わせてもよい。

図１１において、段差８は、コア片５０とコア片５１との連結凸部４が重なる面にのみ設けられている。この場合、薄肉部となる部分を少なくでき、鉄損の低減とガタツキの低減を図ることができる。

また、本実施の形態では、１層目の積層板部分１００−１と２層目の積層板部分１００−２とをそれぞれ別の鋼板から打ち抜いて積層する場合について説明したが、これに限るものではない。

図１２に示すように、１つの鋼板１８から１層目の積層板部分１００−１と２層目の積層板部分１００−２とを打ち抜いて積層を繰り返してもよい。図１２（ａ）乃至図１２（ａ）の工程は図６（ａ）乃至図６（ｃ）の工程と同様であり、その説明を省略する。

図１２（ｄ）の工程では、１層目の積層板部分１００−１を形成するための連結凸部４の領域の一方向の境界に沿ってカットライン１４を形成する図１２（ｄ）−１の工程と、２層目の積層板部分１００−２を形成するための連結凸部４の領域の１層目と反対方向の境界に沿ってカットライン１４を形成する図１２（ｄ）−２の工程を連続して行う。

図１２（ｅ）の工程では、それぞれに固定用凹部６と固定用凸部７、及び回動用凹部３ａと回動用凸部３ｂが設けられる（図１２（ｄ）−１、図１２（ｄ）−２）。

図１２（ｆ）の工程では、１層目の積層板部分１００−１と２層目の積層板部分１００−２とが連続して打ち抜かれ、続けて積層固定される。

所望の積層枚数になるように上記の工程を繰り返し、最後に打ち抜き穴３ｃが設けられた第一の積層板（５０＋ｍ）ａ−（ｎ＋１）を積層固定することにより、本発明の実施の形態における積層コアからなる回転電機の固定子１００が得られる。

この場合、１つの鋼板１８から１層目の積層板部分１００−１と２層目の積層板部分１００−２とが連続して積層固定するようにしたので、１つのプレス加工機内で一連の工程を進めることができ、生産性の向上を図ることができる。

また、本実施の形態では、コア片５０、５１の連結凸部４の表裏両面に回動用凹部３ａと回動用凸部３ｂとを設けた関節型連結コア（ジョイントラップコア）の場合について説明したが、分割型連結コアの連結凸部４に段差８を設けてもよい。

この場合、分割型連結コアの組み立てにおいて、隣り合うコア片の連結凸部を互いに挿入して連結する際に、連結凸部を対応する連結凹部に容易に挿入することができる。

本発明に係る積層コアからなる回転電機の固定子の実施の形態の構成を示す平面図である。 本発明に係る積層コアからなる回転電機の固定子の実施の形態におけるコア片を直線状に配置した構成の一部を示す平面図である。 本発明に係る積層コアからなる回転電機の固定子の実施の形態におけるコア片の連結部における構成の一部を示す断面図である。 本発明に係る積層コアからなる回転電機の固定子の実施の形態におけるコア片の連結部における構成の一部を示す断面拡大図である。 本発明に係る積層コアからなる回転電機の固定子の実施の形態における巻線装置での巻線工程の一例を示す模式図である。 本発明に係る積層コアからなる回転電機の固定子の実施の形態におけるプレス打ち抜きによる形成工程を示す平面図である。 本発明に係る積層コアからなる回転電機の固定子の実施の形態におけるプレス打ち抜きによる形成工程中の加圧部を示す拡大平面図である。 本発明に係る積層コアからなる回転電機の固定子の実施の形態におけるプレス打ち抜きによる形成工程中の加圧部を示す拡大平面図である。 本発明に係る積層コアからなる回転電機の固定子の他の実施の形態におけるプレス打ち抜きによる形成工程中の加圧部を示す拡大平面図である。 本発明に係る積層コアからなる回転電機の固定子の他の実施の形態におけるコア片を直線状に配置した構成の一部を示す平面図である。 本発明に係る積層コアからなる回転電機の固定子の他の実施の形態におけるコア片の連結部における構成の一部を示す断面拡大図である。 本発明に係る積層コアからなる回転電機の固定子の他の実施の形態におけるプレス打ち抜きによる形成工程を示す平面図である。 本発明に係る積層コアからなる回転電機の固定子の他の実施の形態におけるコア片の連結部における構成の一部を示す断面拡大図である。

符号の説明

１ バックヨーク部
２ ティース部
３ 連結中心部
３ａ 回動用凹部
３ｂ 回動用凸部
４ 連結凸部
８ 段差
１３ 逃がし溝
１５ 柔構造部
５０、５１ コア片
５０ａ−１、５０ａ−２、・・、５０ａ−（ｎ＋１） 第一の積層板
５０ｂ−１、５０ｂ−２、・・、５０ｂ−ｎ 第二の積層板
１００ 回転電機の固定子

Claims (6)

1. ティース部およびこのティース部を円弧状の中央部で中心方向に突設するバックヨーク部とからなるＴ字状板を積層するコア片と、
   前記バックヨーク部の両端部にＴ字状板ごとに積層方向に交互に設けられ、前記コア片を円周状に並べた場合に隣接するコア片の対応する端部を前記積層したＴ字状板ごとに交互に重ねて連結するとともに前記端部の上面及び下面に段差を設けることにより前記Ｔ字状板の厚さよりも薄い部分を有する複数の連結板からなる連結部とを備える積層コア。
2. 連結部は、連結板の中央部の表裏面にそれぞれ回動用凹部及び回動用凸部を設け、隣接するコア片を連結した場合に重なった前記連結板の対応する前記回動用凹部と回動用凸部を遊嵌し、前記回動用凹部と回動用凸部を中心に回動することを特徴とする請求項１に記載の積層コア。
3. 連結板は、前記Ｔ字状板と同等の厚さの領域を部分的に設けることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の積層コア。
4. ティース部およびこのティース部を円弧状の中央部で中心方向に突設するバックヨーク部とからなり、前記バックヨーク部の端部に連結部を備えたＴ字状板を金型による打ち抜きにより順次形成する積層コアの製造方法であって、加圧により前記連結部の上面及び下面に段差を設けることで前記連結部全領域または一部領域の板厚を前記バックヨーク部より薄くする加圧工程を備える積層コアの製造方法。
5. 加圧工程の前に、加圧する領域の端部に加圧による面方向への材料変形を促す逃がし溝を形成する工程を備えることを特徴とする請求項４に記載の積層コアの製造方法。
6. 加圧工程の前に、加圧する領域の近傍に加圧による面方向への材料変形を緩和する柔構造部を形成する工程を備えることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の積層コアの製造方法。

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