JP6066936B2 - 積層鉄心の製造方法、固定子の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、回転電機の固定子鉄心を構成する積層鉄心の製造方法、固定子の製造方法に関し、特に積層鉄心の磁気特性や組立作業性の改善に関するものである。

従来の積層鉄心は、電磁鋼板を打ち抜いて形成したステータコアシートを積層してなるステータコアのティース部の磁束密度が低く、かつ磁束の変化が小さい部分にカラマセを設けてコアシートの積層間を固着する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−６９６９３号公報

このような積層鉄心では、ティース部の磁束密度が低く、かつ磁束の変化が小さい部分ではあるが、ティース部にカラマセを設けているため磁束の通路を妨げ、磁気抵抗を増加させ、鉄心の磁気特性を悪化させるという課題があった。また、カラマセにより積層間に隙間が生じ、ティース部にコイルを巻回したときにコイルによる巻き締まりが発生する。このとき、ティース部のみが巻き締まるために分割積層鉄心が太鼓状に変形して精度が悪化し、積層鉄心の精度が悪化すると、モータのトルク脈動が増えたり、積層鉄心を固定子として組み立てる際に組立作業性が悪化したりするという課題があった。

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、ティース部の磁気抵抗を低減し、分割積層鉄心の精度及び組立作業性の向上を実現できる積層鉄心の製造方法、固定子の製造方法を得ることを目的とする。

この発明に係る積層鉄心の製造方法は、
バックヨーク部と前記バックヨーク部から突出するティース部からなり、電磁鋼板から打ち抜いた鉄心片を積層した分割積層鉄心を、複数個、円環状に結合した積層鉄心の製造方法であって、
前記ティース部の先端に切り欠きを設けて前記鉄心片を電磁鋼板から打ち抜く鉄心片打ち抜き工程と、
前記鉄心片を積層し、分割積層ティース部の内周側の先端に軸方向に延在する溝を有する前記分割積層鉄心を構成する積層工程と、
前記バックヨーク部が積層された部分である、分割積層バックヨーク部を積層方向の両端部から積層方向に加圧する加圧工程と、
前記加圧工程を実施しながら、前記ティース部が積層された部分である分割積層ティース部の先端を上向きにして、前記分割積層ティース部の溝に対して、接着剤を滴下する、接着剤注入工程と、
前記接着剤が硬化する前に前記分割積層バックヨーク部に対する加圧を止める脱圧工程と、
前記分割積層鉄心を円環状に組み合わせて前記積層鉄心を構成する組み立て工程とを備えたものである。

この発明に係る固定子の製造方法は、上述の積層鉄心の製造方法において分割積層ティース部にコイルを巻回するコイル巻回工程を備えたものである。

本発明に係る積層鉄心の製造方法、固定子の製造方法によれば、積層間の隙間に接着剤を充填することで、鉄心の剛性を増すことができ、分割積層ティース部にコイルを巻回したとき、巻き締まりによる積層鉄心の精度の悪化を抑制でき、当該積層鉄心、固定子を使用する回転電機のトルク脈動の低減、組立作業性の向上ができる。さらに、鉄心の剛性を向上したことで、積層鉄心、固定子を利用する回転電機の振動や騒音を抑制することができる。

本発明の実施の形態１に係る積層鉄心を用いた固定子の平面図と断面図である。 本発明の実施の形態１に係るインシュレータを介してコイルを巻回した１個の分割積層鉄心の平面図と断面図である。 本発明の実施の形態１に係る鉄心片の平面図である。 本発明の実施の形態１に係る分割積層鉄心を内周側から見た図である。 本発明の実施の形態１に係る分割積層鉄心の積層間に接着剤を注入する接着剤注入工程を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る分割積層鉄心の形状を矯正する調整工程を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る溝の他の例を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る溝の他の例を示す図である。 一般的なコイルの巻回による巻き締まりを説明する図である。 本発明の実施の形態１に係るカシメ部の他の例を示す分割積層鉄心の平面図である。 本発明の実施の形態１に係る積層バックヨーク部の外周面に積層間を固定する溶接部を設けた分割積層鉄心の平面図と断面図である。 本発明の実施の形態２に係る分割積層鉄心の斜視図である。 本発明の実施の形態２に係る鉄心片の平面図である。 本発明の実施の形態２に係る鉄心片が環状に組み合わされた状態（積層鉄心の１つの積層）を示す図である。 本発明の実施の形態３に係る分割積層鉄心の平面図と断面図である。 本発明の実施の形態３に係る穴に滴下した接着剤が、積層間の隙間に浸透する状態を示す模式図である。 本発明の実施の形態４に係る積層鉄心にコイルを巻回した固定子の平面図である。 図１７の分割積層鉄心の積層間の隙間に接着剤を滴下する接着剤注入工程を示す図である。

実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１に係る積層鉄心、固定子、積層鉄心の製造方法、固定子の製造方法を図を用いて説明する。
なお、この明細書中で、内周側、外周側、径方向、周方向、軸方向という場合は、特に断らない限り、固定子１００の内周側、外周側、径方向、周方向、軸方向を言う。
図１（ａ）は、コイル３を巻回した分割積層鉄心２を環状に組み立てて構成した回転電機の固定子１００を示す平面図である。
図１（ｂ）は、図１（ａ）のＸ−Ｘ線における断面図である。
図２（ａ）は、インシュレータ５を介してコイル３を巻回した１個の分割積層鉄心２の平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＹ−Ｙ線における断面図である。
回転電機の固定子１００は、インシュレータ５を介してコイル３を巻回した複数の分割積層鉄心２を円環状に配置し、外周にフレーム４を焼き嵌め又は圧入して構成されている。
本明細書では、分割積層鉄心２を環状に組み合わせた物を積層鉄心２０という。

インシュレータ５は、分割積層鉄心２の分割積層ティース部２１に積層方向両端から取り付けられている。このインシュレータ５を介して分割積層鉄心２にコイル３が巻回されている。インシュレータ５は、コイル３を所定の位置に巻回できるような巻枠の機能と分割積層鉄心２とコイル３を絶縁する機能を兼ねている。

図３（ａ）は、分割積層鉄心２の積層両端部の鉄心片２ａの平面図である。図１（ｂ）に示すように、厳密に言うと両端部の２枚の鉄心片２ａは、積層間を締結するカシメ部分の形状が異なる。しかし、違いはそれだけであるので本明細書では、いずれも鉄心片２ａとする。
図３（ｂ）は、分割積層鉄心２の鉄心片２ａ以外の中間層を構成する鉄心片２ｂの平面図である。鉄心片２ｂは、ティース部２ｂｔの内周側先端の中央部分にＶ字状の切り欠きｂ１を有する点が鉄心片２ａと異なる。

分割積層鉄心２は、電磁鋼板を打ち抜いて形成した鉄心片２ａ、２ｂを積層して構成される。鉄心片２ａ、２ｂは、固定子１００の周方向に延在するバックヨーク部２ａｙ、２ｂｙと、バックヨーク部２ａｙ、２ｂｙから径方向内側に突出したティース部２ａｔ、２ｂｔからなり、バックヨーク部２ａｙ、２ｂｙにカシメ部６を設けている。カシメ部６は積層方向にパンチを打ち込むことで突起を形成し、上面には凹部を下面には凸部を形成する。最下層の鉄心片２ａ（図２（ｂ）では右端）には図に示すように穴だけを設けても良い。上下に隣接する、カシメ部６の凹凸を嵌合することにより、全ての鉄心片２ａ、２ｂ同士を積層方向に連結している。

図４は、分割積層鉄心２を内周側から見た図である。
分割積層鉄心２の分割積層ティース部２１の内周側の先端には、鉄心片２ｂのＶ字状の切り欠きｂ１が積み重なって溝Ｍが形成される。また、両端の鉄心片２ａのティース部２ａｔの内周側先端には切り欠きが無いので、この溝Ｍの両端は閉じている。隣接する鉄心片２ａ、２ｂ同士の積層間の隙間Ｓには接着剤７が注入され、隣接する鉄心片２ａ、２ｂ同士を固着している。ここで、各図では分割積層ティース部２１部分のみに接着剤７が注入されているような図を示したが、もちろん分割積層バックヨーク部２２や分割積層鉄心２の積層間全体に接着剤７が注入されてもよい。

次に、分割積層鉄心２の製造方法を説明する。
図５は、分割積層鉄心２の積層間に接着剤を注入する際の加圧工程、接着剤注入工程を示す図である。
図６は、接着剤注入工程の後に分割積層鉄心２の形状を矯正する調整工程を示す図である。

鉄心片２ａ、２ｂを電磁鋼板から打ち抜いた後、両端に鉄心片２ａを、中間層に所定の枚数の鉄心片２ｂを積層し、積層の両端から積層方向に加圧することによりカシメ部６を強固に嵌合させて隣接する鉄心片２ａ、２ｂ同士を積層方向に連結する（積層工程）。次に、インシュレータ５を分割積層鉄心２に装着した後、図５（ｂ）の矢印Ｉに示す方向に、分割積層バックヨーク部２２を積層の両端部側から挟み込むように加圧することで、分割積層ティース部２１の特に先端側で積層間に隙間Ｓを発生させる（加圧工程）。

分割積層ティース部２１の先端を上向きにして固定し、溝Ｍに沿って接着剤７をディスペンサ８により流し入れることにより（接着剤注入工程）、各隙間Ｓから接着剤７が積層間に染み込む。接着剤７が硬化する前に矢印Ｉ方向の加圧を止め、積層間の隙間Ｓを無くした状態に戻す（脱圧工程）。

さらに、接着剤７が硬化する前に、例えば図６の矢印ＩＩに示す方向から矯正治具９により分割積層鉄心２を矯正した状態に加圧し（分割積層鉄心２の外周側と内周側を押圧することとなる）、そのまま接着剤７を硬化させることで、精度の良い分割積層鉄心２を形成しても良い（調整工程）。

ここで、接着剤７は、例えばワニスなどを用いて加熱硬化させても良い。溝Ｍにワニスを滴下し、ワニスを溜めた状態で、加熱することで、ワニスの粘度を下げ、分割積層鉄心内に浸透させる。また、この断面Ｖ字形状の溝Ｍの幅、深さは、接着に必要なワニスの滴下量に合わせて調整して構成する。また、ＵＶを照射させて硬化させるタイプの接着剤を用いても良い。

そして、接着剤７が完全に硬化したら分割積層鉄心２にインシュレータ５装着し（絶縁工程）、コイル３を巻回する（コイル巻回工程）。インシュレータ５を用いずに、分割積層鉄心２に絶縁塗装を施しても良い。所定の個数のコイル３を巻回した分割積層鉄心２を円環状に組み立てて固定子１００を得る。

本発明の実施の形態１に係る積層鉄心、固定子、積層鉄心の製造方法、固定子の製造方法によれば、分割積層鉄心２の積層間の隙間Ｓに分割積層ティース部２１の先端に設けた溝Ｍから接着剤７を注入・硬化させることで、摘下した接着剤７が、溢れることなく一旦、溝Ｍに溜まり、分割積層ティース部の内周側外部にはみ出さない。これにより、はみ出した接着剤７を清掃する必要がない。また、接着剤７の浸透を待たずに所定の量の接着剤７を滴下できるので、作業性が向上する。また、滴下必要量に合わせて溝Ｍの横幅、深さを決定することで、接着剤７の滴下量の管理がし易く、積層鉄心の生産性を向上できる。

図７、図８は、溝の他の例を示す図である。
図４では両端が閉じている溝Ｍを設けた例を説明したが、浸透性の高い接着剤７を用いれば、図７（ａ）のよう両端が解放されている溝Ｍ２であっても良い。また、図７（ｂ）に示すように中間層の一部の積層にも鉄心片２ａを用いて、分割された溝Ｍ３を設けても良い。また、溝は軸方向の断面形状がＶ字形状のものに限られる訳ではなく、図８に示すように、皿状の溝Ｍ４であっても良い。

図９は、分割積層鉄心のコイルの巻回による巻き締まりを説明する図である。
例えば、図９に示すように接着剤７をもし注入しなかった場合、コイル３を巻回したとき、分割積層鉄心の積層間の隙間Ｓがコイル３を巻回する時の張力により狭まる、いわゆる巻き締まりが発生する。

この時、図に示すようにコイル３を巻回した分割積層ティース部２１ａ側の隙間Ｓが積層方向に狭くなり、分割積層鉄心の精度が著しく悪化する。分割積層鉄心の精度が悪化すると、回転電機の固定子を製造する際に、フレームの挿入作業性が悪化する。また、焼き嵌めする場合は、高い温度までフレームを温めて、フレームを大きくした状態でないとフレームに磁極ティースを挿入できなくなり、フレームを温める時間とエネルギーが余分に必要になる。一方、本実施の形態の構成では、分割積層鉄心の剛性が増し、接着剤７が積層間の隙間Ｓを埋めるので巻き締まりが発生しない。これにより、分割積層鉄心の精度が向上し、固定子１００の組立作業性が良くなり、固定子１００の生産性が向上する。

また、積層鉄心の剛性が増すことで回転電機の振動や騒音を抑制できる。また、鉄心片２ａ、２ｂのバックヨーク部２ａｙ、２ｂｙにカシメ部６を設け、ティース部２ａｔ、２ｂｔにカシメ部を設けないことで、バックヨーク部２ａｙ、２ｂｙを積層方向に挟み込むように加圧することで、分割積層ティース部２１の特に先端側で積層間に隙間Ｓを発生させた状態で接着剤７を十分に注入できる。これにより、さらに分割積層鉄心の剛性が向上し、積層鉄心の精度の向上と振動騒音の抑制が可能となる。

また、例えば、ワニスなど温度上昇により粘土が低下し浸透する接着剤７を使用する場合、温度をあまり上げなくても隙間Ｓの隅々まで簡単に接着剤７を注入できるので接着作業性が向上し製品の生産性が向上する。

また、接着剤７を注入した後、分割積層鉄心２の形状を矯正して接着剤７を硬化させることができるため、金型パンチの磨耗によるカシメ部６の精度悪化や鉄心片の板厚のばらつきなどにより分割積層鉄心２の積層間に傾斜、ズレが生じても、接着剤７の注入後の矯正により分割積層鉄心の精度を改善でき、組立作業性がよくなり、固定子１００の生産性が向上する。

更に、分割積層ティース部２１に磁路を妨げるカシメ部６が存在せず、磁気抵抗を低減でき、鉄損の低減による回転電機の効率向上が図られる。また、分割積層ティース部２１の磁気飽和を抑制できるので回転電機のトルク増加等、回転電機の特性を向上することができる。

なお、カシメ部６の形状や個数はこれに限ったものではない。図１０は、本発明の実施の形態１による別のカシメ部６ａ、６ｂを有する分割積層鉄心の平面図である。例えば、図に示すように分割積層バックヨーク部２２にカシメ部６ａ、６ｂを２箇所設けても良い。また、カシメ部６は設けなくても良い。

図１１（ａ）は、カシメ部の代わりに、分割積層バックヨーク部２２の外周面に積層間を固定する溶接部２４を設けた分割積層鉄心２の平面図である。
図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＺ−Ｚ線における断面図である。上述の例ではカシメ部６により分割積層バックヨーク部２２の積層間を連結していたが、図１１に示すように溶接部２４により積層間を連結しても良い。なお、固定子の構造においても、分割積層ティース部２１の数や形状は、本実施の形態で説明したものに限るものではない。

実施の形態２．
以下、本発明の実施の形態２に係る積層鉄心、固定子、積層鉄心の製造方法、固定子の製造方法を図を用いて実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
図１２は、分割積層鉄心２０２の斜視図である。
図１３は、分割積層鉄心２０２を構成する鉄心片２０２ｂの平面図である。鉄心片２０２ｂは実施の形態１における鉄心片２ｂに相当する。
図１４は、鉄心片２０２ｂが環状に組み合わされた状態（積層鉄心の１つの積層）を示す図である。

本実施の形態では、接着剤溜まりＭ５（実施の形態の溝Ｍに相当）の構成が実施の形態１と異なる。図１４に示すように、ティース部２０２ｂｔの先端の円弧状部分の曲率半径Ｒ２が、積層鉄心の内周が形成する円の半径Ｒ１より小さくなるように構成することで、分割積層鉄心２０２の内周側先端部に積層方向に垂直な断面が円弧状の接着剤溜まりＭ５を設けることができ、実施の形態１と同様の効果が得られる。また、実施の形態１と同様に積層の両端の鉄心片２０２ａには、切り欠きを設けない構成とすることで、接着剤７を溜める窪みができ、接着剤７が分割積層鉄心２０２の内周側、外周側及び積層方向にはみ出したり、こぼれたりすることを抑制でき、更なる作業性の向上が可能となる。

実施の形態３．
以下、本発明の実施の形態３に係る積層鉄心、固定子、積層鉄心の製造方法、固定子の製造方法を図を用いて実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
図１５（ａ）は、本実施の形態に係る分割積層鉄心３０２の平面図である。
図１５（ｂ）は、接着剤７を注入中の分割積層鉄心３０２のＺ３−Ｚ３線における断面図である。
図１６は、穴ａ３に滴下した接着剤７が、積層間の隙間Ｓに浸透する状態を示す模式図である。

図１５（ａ）、（ｂ）に示すように、分割積層鉄心３０２の最下層以外を構成する鉄心片３０２ｃのティース部３０２ｃｔの中央付近には接着剤７注入用の穴ａ３を設けている。また、積層の最下層の鉄心片３０２ｄだけは、注入した接着剤７が漏れないように、穴ａ３は設けていない。接着剤７の注入は、図１５（ｂ）に示すように分割積層鉄心３０２の積層方向が鉛直方向と一致するように立てた状態で、穴ａ３にめがけて接着剤７を垂らし、穴ａ３を設けていない鉄心片３０２ｄで接着剤７を堰き止め、積層間の隙間Ｓに接着剤７を浸透させる。

本発明の実施の形態３に係る積層鉄心、固定子、積層鉄心の製造方法、固定子の製造方法によれば、分割積層ティース部３２１の中心付近から分割積層鉄心全体に接着剤７を浸透させることができ、分割積層鉄心３０２の剛性を向上できる。また、接着剤７を穴ａ３に滴下するだけで接着剤７を浸透積層間の隙間Ｓに注入でき、分割積層鉄心３０２の製造時の作業性を向上できる。

なお、穴ａ３は接着剤７を滴下できれば、どれだけ小さくても良く、穴ａ３を小さく構成することで、磁路が妨げられることがなく、分割積層鉄心３０２の磁気特性を向上できる。また、穴の数も１つに限ったものではなく、分割積層ティース部３２１の長手方向に２つ以上並べて設け、ディスペンサ８の滴下ノズルを穴の数に合わせて増やしても良い。一度に複数の穴に接着剤７を滴下でき、分割積層鉄心３０２の生産性が更に向上する。

また、上述のように最下層の鉄心片３０２ｄには穴ａ３は設けなかったが、全ての積層に穴ａ３を有する鉄心片３０２ｃを用い、最下層の鉄心片の穴ａ３を治具などで塞いで接着剤７を滴下しても良く、このように構成すれば、分割積層鉄心３０２の全ての積層に同じ鉄心片３０２ｃを利用でき、分割積層鉄心３０２の生産性を向上できる。

実施の形態４．
以下、本発明の実施の形態４に係る積層鉄心、固定子、積層鉄心の製造方法、固定子の製造方法を図を用いて実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
図１７は、本発明の実施の形態４に係る積層鉄心４２０にコイル３を巻回した固定子４００の平面図である。
図１８は、図１７の分割積層鉄心４０２に、積層間を固着する接着剤を滴下する接着剤注入工程を示す図である。
実施の形態１では、ばらばらの分割積層鉄心２を組み合わせて積層鉄心２０を構成する例を説明したが、本実施の形態では、複数の分割積層鉄心４０２が回転連結部２５により回転可能に連結されている。

本実施の形態で用いる分割積層鉄心４０２も実施の形態１の分割積層鉄心２と同様に、分割積層バックヨーク部４２２の積層間はカシメ部６で連結され、分割積層ティース部４２１の積層間の隙間に接着剤７を注入、硬化させることで、実施の形態１と同様の効果が得られる。

本発明の実施の形態４に係る積層鉄心、固定子、積層鉄心の製造方法、固定子の製造方法によれば、各分割積層鉄心４０２を連結し、一体として取り扱うことができ、搬送、組立などの作業性を向上し、組立工程を自動化し易く、積層鉄心４２０の生産性を向上できる。また、回転連結部２５により全ての分割積層鉄心４０２を回転可能に連結しているため、分割積層ティース部４２１の間を広げてコイル３を巻回することにより、高密度に生産性よくコイル３を巻回できる。

また、分割積層ティース部４２１の積層間は接着剤７により固定され剛性が高いため、実施の形態１と同様にコイル３の巻回の際に積層鉄心４２０の精度が悪化することを防止でき、容易に生産性よく固定子４００を組み立てることができる。

なお、図１８では複数のディスペンサ８を用いて一度に接着剤７を滴下しているが、１つのディスペンサ８を用いて順に分割積層ティース部４２１に接着剤７を滴下しても良い。

ここで、接着剤７が回転連結部２５に流れ込んで硬化すると、後の組立工程で積層鉄心４２０をうまく組み立てられない。これを防止するために、カシメ部６を回転連結部２５の近くに１箇所ずつ、計２箇所に設けている。このように構成することで、積層間の隙間を分割積層ティース部４２１側から流れてきた接着剤７がカシメ部６で堰き止められ、回転連結部２５に接着剤７が進入することを抑制することができる。

尚、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１００，４００ 固定子、２，２０２，３０２，４０２ 分割積層鉄心、
２１，２１ａ，３２１，４２１ 分割積層ティース部、
２２，４２２ 分割積層バックヨーク部、２４ 溶接部、２５ 回転連結部、
２ａ，２ｂ，２０２ａ，２０２ｂ，３０２ｃ，３０２ｄ 鉄心片、
２ａｔ，２ｂｔ，２０２ｂｔ，３０２ｃｔ ティース部、
２ａｙ，２ｂｙ バックヨーク部、３ コイル、４ フレーム、５ インシュレータ、
６，６ａ カシメ部、７ 接着剤、８ ディスペンサ、９ 矯正治具、
Ｍ，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４ 溝、Ｓ 隙間、２０，４２０ 積層鉄心、ａ３ 穴。

Claims (4)

1. バックヨーク部と前記バックヨーク部から突出するティース部からなり、電磁鋼板から打ち抜いた鉄心片を積層した分割積層鉄心を、複数個、円環状に結合した積層鉄心の製造方法であって、
   前記ティース部の先端に切り欠きを設けて前記鉄心片を電磁鋼板から打ち抜く鉄心片打ち抜き工程と、
   前記鉄心片を積層し、分割積層ティース部の内周側の先端に軸方向に延在する溝を有する前記分割積層鉄心を構成する積層工程と、
   前記バックヨーク部が積層された部分である、分割積層バックヨーク部を積層方向の両端部から積層方向に加圧する加圧工程と、
   前記加圧工程を実施しながら、前記ティース部が積層された部分である分割積層ティース部の先端を上向きにして、前記分割積層ティース部の溝に対して、接着剤を滴下する、接着剤注入工程と、
   前記接着剤が硬化する前に前記分割積層バックヨーク部に対する加圧を止める脱圧工程と、
   前記分割積層鉄心を円環状に組み合わせて前記積層鉄心を構成する組み立て工程とを備えた積層鉄心の製造方法。
2. 前記接着剤注入工程の後、前記分割積層鉄心を、外周側と内周側から押圧して鉄心片の積層状態を整える、調整工程を有する請求項１に記載の積層鉄心の製造方法。
3. 前記積層工程において、隣接する前記鉄心片のバックヨーク部をカシメて結合する請求項１又は請求項２に記載の積層鉄心の製造方法。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の前記分割積層鉄心の分割積層ティース部に、コイルを巻回するコイル巻回工程を備えた固定子の製造方法。

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