JP5380241B2 - 回転電機の積層固定鉄心 - Google Patents

Description

この発明は、回転電機などに用いられる電磁鋼板を積層してなる積層型の固定鉄心に関するものである。

近年回転電機においては、小型化、高効率化が求められ、ティース毎に高密度に導体を巻回する技術が必要とされている。
一体型の鉄心装置では巻線ノズルを通す空間を残す必要があるため高密度巻線の障害となっていた。そこで、ティース毎に鉄心を分割することにより、導体を高密度に巻回することを可能としている。
例えば、特許文献１には隣接するコアブロックを回転可能として連結することにより、巻線時における隣接コアブロックとノズルとの干渉を回避している。
各コアシートにはダボが１つ設けられることにより、隣り合うコアブロック間の回転を可能としている。
このような鉄心装置にあっては、回転電機のトルク脈動を低減するため、ティースの内周側先端の真円度が高く要求される。そのため、鉄心片を電磁鋼板から打抜き、そのままの形態で積層し、巻線後に組立てる方法が開示されている(例えば、特許文献２)。この場合、ティースの先端を円形のパンチで打抜くことができるため、高い精度で鉄心を製造することが可能となっている。また、これらの鉄心は、複数のコアシート形状を持ち、組立時に発生する回転軸方向の位置ずれを抑制している。
特許文献３には、１枚の鋼板から積層固定鉄心を構成する鉄心片を打ち抜くときに、バックヨークの分割面となる部分を切り曲げることにより形成する手法が示されている。切り曲げられた部分を、曲げ戻すことにより所定の形状を得ることができる。
一方、組立後のコアの変形を抑える技術として特許文献４に示されるように左右対称のティース形状が示されている。バックヨークの周方向両端部にそれぞれ連結用凹部を有するコアブロックと、バックヨークの周方向両端部にそれぞれ連結用凸部を有するコアブロックとを交互に環状に並べ、この凹部と凸部を嵌合して積層固定鉄心を構成している。
コアブロック間を嵌合して連結することにより、各コアブロックとも隣り合う両側のコアブロックから同じ嵌合力で拘束されるので、コアブロックの接続形状に狂いがない真円状の積層固定鉄心を組み立てることができる。

特開２０００−２０１４５８号公報 特開２００５−３４１６８４号公報 特開２００２−１７１７２５号公報 特開平８−２０５４３４号公報

特許文献４の技術を使用すれば積層固定鉄心の形状は安定するが、各コアブロックを単独で組み立てた後に巻線することになり、組み立て工程全体の作業効率が悪いという問題があった。
そこで、特許文献２及び３の技術を使用して複数のコアブロックを連結した後で、ティースに巻線し、巻線を終えた各コアブロックを連結部で回転させて環状に成形する場合、各ブロックのティース内周部をできるだけ真円に近い状態にすることが、回転電機のトルク脈動の低減に不可欠である。
しかしながら、コア片をパンチで打ち抜く時、切断面を完全に垂直にすることは困難であり、コアブロックを環状に成形する過程で隣接するコアブロックの接合面間で発生する反発力を完全に無くすことはできなかった。この応力は各コアブロックをそれぞれの位置で回転させようとするモーメント荷重として加えられ、固定鉄心内周（ティース先端部）の真円度の確保を阻害していた。

この発明は以上のような問題を解決するためになされたものであり、コアブロックを連結する構造を採用して組み立て時の作業性を確保しつつ、更に、連結部にかかる応力を隣接するコアブロック間に均等に分散することによって、積層固定鉄心の内周面の真円度を確保できる回転電機の積層固定鉄心を提供することを目的とする。

この発明に係る回転電機の積層固定鉄心は、
ヨーク部と、ティース部とを備えた複数のコア片を積層したコアブロックを複数連結し、
隣接する前記コアブロックの連結部を回転させて環状に構成する回転電機の積層固定鉄心において、
前記積層固定鉄心は、２種類のコア片ａ及びコア片ｂで構成され、
前記コア片ａのヨーク部の積層面に設けた凸部および凹部であって、前記連結部の回転中心となる凸部及び凹部は、前記ティース部を、前記コア片の積層方向かつ前記積層固定鉄心の径方向に２等分する面に対して対称に設けられ、
前記コア片ａは、同じコアブロックの上下に隣接して積層されるコア片ａ同士、又は、隣接するコアブロックの１つ上層又は１つ下層のコア片ａと、前記凸部を前記凹部に挿入して前記連結部を構成し、
前記コア片ｂは、前記積層固定鉄心の隣接するコアブロックを連結する凹部及び凸部を有さず、
前記コア片ｂの左右に隣接するコアブロックの前記コア片ａの間に挟まれているものである。

この発明に係る回転電機の積層固定鉄心は、
連結部を構成するコア片のヨーク部に設けた凸部および凹部であって、連結部の回転中心となる凸部及び凹部は、ティース部を、コア片の積層方向かつ積層固定鉄心の径方向に２等分する面に対して対称に設けられていることを特徴とするものなので、コアブロックの分割面から加えられる力は、ティース部の内周側の先端が回転電機の回転軸から離れる方向、又は回転電機の回転軸６に近づく方向に働く。しかしながら、この変位量は従来例の回転モーメントによる影響に比べて極めて小さくなり、ティース部の先端の真円度を向上させることができ、トルク脈動を低減した高品質な回転電機を供給することが可能となる。

この発明に係る回転電機の積層固定鉄心の実施の形態１における斜視図である。 この発明に係る回転電機の積層固定鉄心の実施の形態１における平面図である。 この発明に係る回転電機の積層固定鉄心を構成するコア片の実施の形態１における平面図である。 この発明に係る回転電機の積層固定鉄心を構成するコア片の実施の形態１における要部断面図である。 この発明に係る回転電機の積層固定鉄心の実施の形態１における連結部の断面図である。 この発明に係る回転電機の積層固定鉄心の実施の形態１におけるコア片２ａ、２ｂを電磁鋼板シートから打ち抜く順序を示す図である。 実施の形態１におけるプッシュバック機構の断面図である。 従来の積層固定鉄心の連結部にかかる応力を示す図である。 実施の形態１におけるコアブロックの凸部に働く力を示す１例の図である。 実施の形態１におけるコアブロックの凸部に働く力を示す他の１例の図である。

実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１について、図を用いて説明する。
図１は、回転電機の積層固定鉄心１の斜視図である。
図２は、積層固定鉄心１の平面図である。
図３は、積層固定鉄心１を構成する最小単位であるコア片２ａ及び２ｂの平面図である。
積層固定鉄心１は、コア片２ａ及び２ｂを、所定の順序で積層した２種類のコアブロック３ｃ及び３ｄを偶数個、交互に環状に連結して構成されている。
コアブロック３ｃと３ｄの違いはコア片２ａと２ｂの積層順序だけである。
コアブロック３ｃでは最上層から、コア片２ａ、２ａ、２ｂ、２ｂ・・の順に積層しているが、コアブロック３ｄでは最上層から、コア片２ｂ、２ｂ、２ａ、２ａ・・の順に積層している。
図ではコア片２ａ、２ｂを２枚組として積層しているがこの枚数は２枚に限られるものではない。

コアブロック３ｃ、３ｄは、それぞれ積層固定鉄心１の外周部をなすコアブロックバックヨーク部３１ｃ、３１ｄと、これらのバックヨーク部から回転電機の回転軸６の方向に延出するコアブロックティース部３２ｃ、３２ｄで構成される。
コアブロックティース部３２ｃ、３２ｄの先端であるコアブロックティース先端部３３ｃ、３３ｄは回転電機の回転軸６を中心とする略円弧をなし、コアブロックティース部３２ｃ、３２ｄに巻回されたコイルにより発生する磁束を回転子へと伝える役割を果たす。

コア片２ａは、このコア片２ａのティース部を、各鉄心片の積層方向かつ積層固定鉄心の径方向に２等分する面に対して対称な形状をしている。
また、個々のコア片２ａのヨーク部の両端部表面には、隣接する各コアブロックを連結するための凹部を、その裏面には凸部を設けている。
一方、鉄心片２ｂには連結用の凹凸部は設けていない。
これらの鉄心片を組み立てた積層固定鉄心１においては、鉄心片２ａの分割面２３ａが隣の鉄心片２ｂの分割面２２ｂと当接し、分割面２３ｂはその隣の鉄心片２ａの分割面２２ａと当接する。

図４は、コア片２ａの要部断面図である。
図５は、コアブロック３ｄとその両端に連結したコアブロック３ｃをその連結部で積層方向に切断した断面図である。
コア片２ａのヨーク部の両端部には、表裏に凹凸部が設けられている。凹部２５及び凸部２６はコア片２ａの積層方向に対して垂直な断面が円形状で、凹部２５に凸部２６を挿入することによりコアブロック３ｃ、３ｄを連結可能とし、その連結部で各コアブロックを回転させることができる。
凹部２５の直径ｄ１は凸部２６の直径ｄ２より大きく設定されており、連結された隣り合うコアブロック同士が滑らかに回転できると同時に、コアブロック３ｃ、３ｄを環状に成形する際に、隣り合うコアブロック同士の間隔を適度に微調整できる程度の遊びを有している。

連結したコアブロック３ｃ，３ｄは導体を巻回された後、隣接するコアブロックを構成するコア片２ａ、２ｂの各分割面２２ａと２３ｂ、２３ａと２２ｂとが互いに当接するように環状に成形される。
このように、使用するコア片を僅か２種類とすることで、積層固定鉄心１の積層方向の組立誤差を減らすことができる。

次に具体的な、積層固定鉄心１の製造工程を説明する。
図６は、コア片２ａ、２ｂを電磁鋼板シートから打ち抜く順序を示す図である。
コア片２ａ、２ｂは、図６の左から右に進む工程を必要に応じておこない、シート状の電磁鋼板４０から同時に打抜かれて積層される。
なお図６の網掛け部分はパンチの領域を示している。

まず、工程１において、各コア片の外周に相当する部分を、一部を残して打抜く。
次に、工程２において、スロット部４１を打抜く。工程１と工程２の順序は逆であってもよいし、同時に打抜いてもよい。
次に、工程３もしくは工程４のいずれか１工程を行う。この工程はいずれも、コア片２ａと２ｂのバックヨーク部の端部の分割面２２ａと２３ｂ、２３ａと２２ｂの境界部分を切曲げ加工する工程である。
切曲げられたバックヨーク部の端部は、同工程内に設けられた図７に示すプッシュバック機構８により曲げ戻される。プッシュバック機構８の代わりに別の曲げ戻し工程を用意してもよい。
工程３と工程４との違いは、コア片２ａとコア片２ｂの位置を入れ替えているところにある。
順次加工するコアシートについて、工程３又は工程４のいずれか一方の工程だけを交互に施す。
こうすることによって、打ち抜いた後、全てのコア片をそのまま積層すれば、コア片２ａ、２ｂを交互に積層して連結された積層固定鉄心を得ることができるからである。

工程５はコアブロックの最下層に使用するコアシートにのみ施す工程である。
積層最下層底部には凸部は必要ないので、凹部２５に相当する部分にピアス加工を施す。
そして、残りのコアシートには工程６にて図４に示される断面を持つ凸部２６及び凹部２５を同時に形成する。
この後、工程７にて円形のパンチを用いコア片ティース部先端２１ａ、２１ｂを形成する。
最後に、工程８で外周を打抜きながらコア片２ａ、２ｂを積層していく。
なお、それぞれのコア片は、積層方向に加締め、溶接、接着などにより互いに固定されるが、その工程は省略する。

図８は、各コア片のヨーク部の分割面が、ティースを積層方向かつ積層固定鉄心の径方向に２等分する面に対して左右対称とならない形状をしており、かつ、個々のコア片のヨーク部の一端にのみ連結用凸部を設けた、従来の積層固定鉄心の２カ所の連結部に働く応力とそれらの合力を表した図である。
一般に、切断された電磁鋼板のヨーク部の分割面は切り曲げ加工時に切断面に破断面が生じて膨らむ傾向がある。
コアブロックを環状に成形する時、元の切断面同士が再び接触するのであるが、各コア片は膨らんだ分だけ水平方向にごく僅かに伸びていることになる。
これによって、各コア片は元の環状に成形しようとすると互いに離れる方向の力を受ける。

図８に示すように、従来例の場合、連結部に働く応力５０ａおよび５０ｂはコアブロックを回転させるモーメント荷重５１として負荷される。このモーメント荷重５１が負荷されると、図に示すようにコアブロック全体がそれぞれ矢印５１の方向に傾くことになり、積層固定鉄心１の各ティースの内面の曲率中心がすべて一致しない状態となってティース内周側の真円度悪化の原因となる。

そこで、本実施の形態では、各コア片を先述のような構成とした。
図９は、本実施の形態で説明した方法で製造した積層固定鉄心１のコアブロックの凸部に働く力を示す図である。左右の凸部には応力５０ｃ、５０ｄの矢印が示す方向に均等な力がかかる、この力の合力はこのコアブロックを外周側に押す力となる。同様に隣接するコアブロックには反力として、コアブロックを内側に移動させようとする力が働く、しかし、この力は十分に小さいものであり、図８に示す従来の積層固定鉄心のコアブロックに働くモーメント荷重５１に比べればティース内周面の真円度は格段に良くなる。

なお、図１０のように、ヨーク部の分割面は、ティースを積層方向かつ積層固定鉄心の径方向に２等分する面に対して対称とならないが、ヨーク部に設けた凸部の構成は対称である積層固定鉄心１０１のような構成でもコアブロックを回転させようとするモーメントを抑制することはできる。

以上のように、この発明によると、コアブロックの分割面より負荷される力は、コアブロックティース先端部３３ｃが回転電機の回転軸６から離れる方向、コアブロックティース先端部３３ｄが回転電機の回転軸６に近づく方向に働く。しかしながら、この変位量は従来例のモーメント荷重５１が負荷される場合に比べて格段に小さくなり、コアブロックティース先端部３３ｃ、３３ｄの真円度を向上させることができる。従って、トルク脈動を低減することが可能となり、高品質な回転電機を供給することが可能となる。

１，１０１ 積層固定鉄心、２ａ，２ｂ コア片、
２１ａ，２１ｂ コア片ティース部先端、２２ａ，２２ｂ，２３ａ、２３ｂ 分割面、
３ｃ，３ｄ コアブロック、３１ｃ，３１ｄ コアブロックバックヨーク部、
３２ｃ，３２ｄ コアブロックティース部、
３３ｃ，３３ｄ コアブロックティース先端部、４０ 電磁鋼板、４１ スロット部、
５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ 応力、５１ モーメント荷重、６ 回転軸、
８ プッシュバック機構。

Claims (4)

1. ヨーク部と、ティース部とを備えた複数のコア片を積層したコアブロックを複数連結し、
   隣接する前記コアブロックの連結部を回転させて環状に構成する回転電機の積層固定鉄心において、
   前記積層固定鉄心は、２種類のコア片ａ及びコア片ｂで構成され、
   前記コア片ａのヨーク部の積層面に設けた凸部および凹部であって、前記連結部の回転中心となる凸部及び凹部は、前記ティース部を、前記コア片の積層方向かつ前記積層固定鉄心の径方向に２等分する面に対して対称に設けられ、
   前記コア片ａは、同じコアブロックの上下に隣接して積層されるコア片ａ同士、又は、隣接するコアブロックの１つ上層又は１つ下層のコア片ａと、前記凸部を前記凹部に挿入して前記連結部を構成し、
   前記コア片ｂは、前記積層固定鉄心の隣接するコアブロックを連結する凹部及び凸部を有さず、
   前記コア片ｂの左右に隣接するコアブロックの前記コア片ａの間に挟まれている回転電機の積層固定鉄心。
2. 前記コア片ａは、前記面に対して左右対称形状であることを特徴とする請求項１に記載の回転電機の積層固定鉄心。
3. 前記積層固定鉄心を構成する全てのコア片は、各コア片のティース部を、コア片の積層方向かつ前記積層固定鉄心の径方向に２等分する面に対して対称な形状であることを特徴とする請求項１に記載の回転電機の積層固定鉄心。
4. 前記コア片ａ及びコア片ｂの連結部の分割面は、切り曲げ加工によって形成する請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の積層固定鉄心。

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