JP6067785B2 - 積層鉄心及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は一定形状の鉄心片をかしめ積層して形成する小型モータ用の積層鉄心、分割積層鉄心を含む積層鉄心（インナーロータ型のモータ、アウターロータ型のモータを含む）及びその製造方法に関する。

小型モータ用の積層鉄心、又は環状の鉄心片を複数に分割した分割鉄心片をかしめ積層した分割タイプの積層鉄心（特に、固定子積層鉄心）は、例えば、特許文献１、２に記載されているように、積層方向に隣接する鉄心片間の結合力を得るために、対応する領域に通常の環状の鉄心片より多い数のかしめ部を形成しており、結合力の強化を図るため、磁束密度の高い磁極部にも１又は２以上のかしめ部を形成している。この場合、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、磁極軸片部６０に形成されているかしめ部６１、分割ヨーク片部６２に形成されているかしめ部６３、６４、６５の全てが同一形状のかしめ部となっている（特許文献１、２においても同様）。

そして、図５（Ｃ）に示すように、積層方向に隣し合う一方の鉄心片６７に形成されているかしめ部６１（６３〜６５も同様）の凸部６８が、隣り合う他方の鉄心片６７のかしめ部６１の凹部７０に嵌入しているので、上下方向に接する鉄心片６７に導通回路が形成される。この導通回路は磁束の方向に直交しているので、この部分に渦電流が発生し、結果として渦電流損が発生する。なお、図５（Ａ）において、７２は分割積層鉄心、７３はインナーロータ型の固定子積層鉄心を示す。

図５（Ｄ）はアウターロータ型の固定子積層鉄心７５を示すが、磁極部７６に形成されているかしめ部７７と、ヨーク部７８に形成されているかしめ部７９が同一大きさ、同一形状となっている。特に、小型モータにおいては、磁極部にかしめ部が形成されておらず、幅狭のヨーク部（即ち、磁束密度の高い部分）にかしめ部が形成されている。

特開２００８−１１３４９８号公報 特開２００８−２０６２６２号公報

以上のように従来は、磁束密度の高い場所と磁束密度の低い場所について、同一のかしめ部を形成していたので、磁束密度の高い場合では、発生する渦電流も大きくなり、過大な渦電流損が発生し、電力のロスを招く他、鉄心の温度上昇も激しくなるという問題があった。更には、かしめ部を形成することによって、磁束を通過する部分が減少し、鉄心が飽和に近くなるという問題もあった。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、積層鉄心の各鉄心片の積層強度を確保すると共に、磁気的効率のよい、損失の少ない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、かしめ積層される各鉄心片の分割ヨーク片部における、通過する磁束密度が他の領域より大きい領域に形成される第３のかしめ部と、前記他の領域に形成される第２のかしめ部と、を有する積層鉄心において、
前記第２のかしめ部及び前記第３のかしめ部は平面視して長方形のＶ形かしめからなって、
前記第２のかしめ部は前記分割ヨーク片部の半径方向外側に形成され、
前記第３のかしめ部は、前記分割ヨーク片部と該分割ヨーク片部の半径方向内側に接続されている磁極軸片部との連結部分で、前記分割ヨーク片部の半径方向内側に前記第２のかしめ部と平行に形成され、
積層方向に隣り合う前記鉄心片の前記第３のかしめ部の噛合面積は前記第２のかしめ部の噛合面積より小さい。

そして、第２の発明に係る積層鉄心の製造方法は、鉄心片の分割ヨーク片部に、通過する磁束密度が他の領域より大きい領域に形成される第３のかしめ部と、前記他の領域に形成される第２のかしめ部を形成した後、前記鉄心片を前記第３、第２のかしめ部を介して積層する積層鉄心の製造方法において、
前記第２のかしめ部及び前記第３のかしめ部は平面視して長方形のＶ形かしめとし、
前記第２のかしめ部は前記分割ヨーク片部の半径方向外側に形成され、
前記第３のかしめ部は、前記分割ヨーク片部と該分割ヨーク片部の半径方向内側に接続されている磁極軸片部との連結部分で、前記分割ヨーク片部の半径方向内側に前記第２のかしめ部と平行に、且つ積層方向に隣り合う前記鉄心片の前記第３のかしめ部の噛合面積を前記第２のかしめ部の噛合面積より小さくするよう形成する。

本発明に係る積層鉄心及びその製造方法においては、分割ヨーク片部の半径方向内側に第３のかしめ部を、半径方向外側に第２のかしめ部を設けたので、積層される鉄心片を流れる渦電流が減少して鉄心（積層鉄心）に発生する損失が減少し、鉄心が飽和状態になることも防止できる。

更に、第２、第３のかしめ部をＶ形かしめとし、その長手方向を磁束方向に向けると、その部分の磁気抵抗も減少し、積層鉄心の磁気的特性が向上する。

（Ａ）は並べて配置された分割積層鉄心の平面図、（Ｂ）は同分割積層鉄心の断面図である。 （Ａ）、（Ｂ）は本発明の第１の実施の形態に係る積層鉄心のかしめ部の説明図である。 （Ａ）は本発明の第２の実施の形態に係る積層鉄心のかしめ部の説明図、（Ｂ）は本発明の第３の実施の形態に係る積層鉄心のかしめ部の説明図である。 かしめ部の深さと鉄損の関係を示すグラフである。 （Ａ）は従来例に係る積層鉄心の平面図、（Ｂ）は同積層鉄心に用いる分割積層鉄心の平面図、（Ｃ）は同分割積層鉄心のＰ−Ｐ´断面図、（Ｄ）は従来例に係るアウターロータ式モータの固定子積層鉄心の平面図である。

図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る積層鉄心１０は、分割積層鉄心１１を複数組集めて環状にしてインナー型ロータを用いたモータの固定子積層鉄心（図５に示す固定子積層鉄心７３とかしめ部を除いて同一の形状をしている）として使用するものである。分割積層鉄心１１は、複数枚の鉄心片１２の磁極軸片部１３に形成された第１のかしめ部１４と分割ヨーク片部１５に形成された複数の第２のかしめ部１６とによって連結（かしめ積層）されている。第１、第２のかしめ部１４、１６は、それぞれ図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、平面視して長方形で、底部及びこれに連接され対向配置される傾斜部を有するＶ形かしめである。図２（Ｂ）で示すように、第２のかしめ部１６は、平面視して長手方向の長さＬ、幅Ｗを有し、下側突出部１７の高さがＨとなっている。

一方、図２（Ａ）に示すように、磁極軸片部１３に形成され、上に凹部１４ａ下に凸部１４ｂを有する第１のかしめ部１４は、同様に上に凹部１６ａ、下に凸部１６ｂを有する第２のかしめ部１６に比較して、長手方向の長さＬ１が短く（例えば、０．５Ｌ〜０．９Ｌ）、下側突出部１８の高さ（即ち、かしめ深さに対応する）Ｈ１が例えば、０．４Ｈ〜０．９Ｈと小さくなっている。なお、図２（Ａ）に斜線で第１のかしめ部１４の下側突出部１８の断面形状を示し、破線で第２のかしめ部１６の断面形状を示している。これによって、上下の鉄心片１２に形成された第１のかしめ部１４の凹部１４ａと凸部１４ｂの噛合面積Ａが、第２のかしめ部１６の凹部１６ａと凸部１６ｂの噛合面積Ｂの０．３〜０．８１倍程度となり、第２のかしめ部１６に比較して小さくすることができ、上下の鉄心片１２間に生じる渦電流の量を減らすことができる。第１のかしめ部１４の接触面積（噛合面積）Ａが第２のかしめ部１６の接触面積Ｂの０．３倍未満であると、第１のかしめ部１４のかしめ力が欠如し、第２のかしめ部１６だけで、かしめ力を満足しなければいけないため、締結力が強すぎて鉄心片が変形してしまう。また、接触面積Ａが０．８１倍を超えると渦電流の減少を大きく期待できないからである。

分割ヨーク片部１５に形成される第２のかしめ部１６は、従来通りであるが、分割ヨーク片部１５の磁束密度は、磁極軸片部１３の磁束密度より小さく、第２のかしめ部１６で発生する渦電流損の絶対量は少なく、分割ヨーク片部１５はかしめ強度を重要視する必要がある。
この実施の形態においては、第１のかしめ部１４の長手方向は磁極軸片部１３を通過する磁束の方向に一致させている。これによって、磁極軸片部１３を通過する磁束をできる限り横切らないようにして、鉄心の磁気効率を向上させている。

なお、通過する磁束の磁気抵抗を減らすため、第１のかしめ部１４の幅Ｗ１を、分割ヨーク片部１５に形成される第２のかしめ部１６の幅Ｗより小さくすることもできる。この場合、実用上、０．５Ｗ＜Ｗ１＜０．９５Ｗとするのがよい。なお、この場合は上下隣り合う鉄心片１２の接触面積は第１のかしめ部１４の断面積（即ち、噛合面積）によって決定される。これによって、磁束が通過する部分も増加し、鉄心が飽和状態から遠のくことになる。

この実施の形態において、磁極軸片部１３と分割ヨーク片部１５の連結部分にも第３のかしめ部２０が形成されている。この第３のかしめ部２０は第２のかしめ部１６と同一方向を向いているが、磁極軸片部１３側に設ける場合は、第１のかしめ部１４と同一向きとしその形状を小さくし、分割ヨーク片部１５内に設ける場合は、形状は第２のかしめ部１６と同一でよいが、向きの選択は通過する磁気抵抗を考慮して小さくなる方向とするのがよい。

続いて、図３（Ａ）に示す本発明の第２の実施の形態に係る積層鉄心の磁極軸片部に形成されているかしめ部（第１のかしめ部）２１は、かしめ部２１の幅Ｗ３、長さＬ３が第２のかしめ部１６の幅Ｗ、長さＬより小さくなって、かしめ部２１の下側突出部（凸部）２２の高さは第２のかしめ部１６の高さＨと同一となっている。図３（Ａ）、（Ｂ）に破線で第２のかしめ部１６の形状を示す。なお、かしめ部２１の幅Ｗ３＝（０．４〜０．９）Ｗ、Ｌ３＝（０．４〜０．９）Ｌとなっているのが実用上好ましい。これによって、かしめ力は多少低下するが、隣り合う鉄心片の凹部に凸部が嵌入して形成される噛合面積Ａが、第２のかしめ部１６に形成される噛合面積Ｂより大幅に減少する。

次に、図３（Ｂ）に示す本発明の第３の実施の形態に係る積層鉄心の磁極軸片部に形成されているかしめ部（第１のかしめ部）２３について説明する。かしめ部２３がプレス成形される前に、かしめ部２３が形成される領域がコイニング加工によって薄肉となっている。そして、かしめ部２３が形成される領域の厚みを薄くした後、通常のかしめ加工が行われている。これによって、かしめ部２３の肉厚は、第２のかしめ部１６より薄くなって、上下隣り合うかしめ部２３の噛合面積Ａが、他の部分に形成されるかしめ部１６の噛合面積Ｂの０．４〜０．８１倍程度となっている。従って、隣り合う鉄心片間に発生する渦電流が軽減する。

次に、本発明の作用、効果を確認した実施例について説明する。
板厚０．３ｍｍの鉄心片に、複数の同一形状の深さ０．２２ｍｍのかしめ部を形成し（図５参照）、全てのかしめ部の形状を同一とした場合、鉄損値が５．６Ｗあったのに対し、磁束が多く流れる箇所（即ち、磁極軸片部）のかしめ深さを０．１２ｍｍとした場合、鉄損値を５．１Ｗに低減することができた。

また、同一の鉄心片を用いて、磁束が多く流れる箇所のかしめ深さを０．０５ｍｍとすると、鉄損値を４．７Ｗまで低減することかできた。しかしながら、かしめ部のかしめ深さを０．０５ｍｍより浅くすると、積層鉄心として必要な強度や形状品質（平行度、直角度等）を損なってしまう。なお、以上の鉄心片を用いて、かしめ深さと鉄損との関係を調べると、表１及び図４に示す通りであった。

前記第１〜第３の実施の形態に係る積層鉄心に使用したかしめ部を組合わせて使用する場合も、発明は適用される。また、前記実施の形態において、磁極軸片部のかしめ部の形状を他の部分により小さくすることについて説明したが、例えば、ヨーク片部（特に、小型モータ）であっても、磁束密度の高い部分（例えば、ヨーク片部と磁極軸片部の境界部分）に本発明を適用することもできる。この場合、かしめ部を除く鉄心片（又は積層鉄心）の断面を通過する磁束が飽和しない範囲で使用するのが好ましい。

１０：積層鉄心、１１：分割積層鉄心、１２：鉄心片、１３：磁極軸片部、１４、：かしめ部、１４ａ：凹部、１４ｂ：凸部、１５：分割ヨーク片部、１６：かしめ部、１6 ａ：凹部、１6 ｂ：凸部、１７、１８：下側突出部、２０：かしめ部、２１：かしめ部、２２：下側突出部、２３：かしめ部

Claims (3)

1. かしめ積層される各鉄心片の分割ヨーク片部における、通過する磁束密度が他の領域より大きい領域に形成される第３のかしめ部と、前記他の領域に形成される第２のかしめ部と、を有する積層鉄心において、
   前記第２のかしめ部及び前記第３のかしめ部は平面視して長方形のＶ形かしめからなって、
   前記第２のかしめ部は前記分割ヨーク片部の半径方向外側に形成され、
   前記第３のかしめ部は、前記分割ヨーク片部と該分割ヨーク片部の半径方向内側に接続されている磁極軸片部との連結部分で、前記分割ヨーク片部の半径方向内側に前記第２のかしめ部と平行に形成され、
   積層方向に隣り合う前記鉄心片の前記第３のかしめ部の噛合面積は前記第２のかしめ部の噛合面積より小さいことを特徴とする積層鉄心。
2. 請求項１に記載の積層鉄心において、前記第２のかしめ部は前記分割ヨーク片部内に複数存在し、それら全てが当該分割ヨーク片部に対応する前記磁極軸片部の半径方向と垂直に形成されていることを特徴とする積層鉄心。
3. 鉄心片の分割ヨーク片部に、通過する磁束密度が他の領域より大きい領域に形成される第３のかしめ部と、前記他の領域に形成される第２のかしめ部を形成した後、前記鉄心片を前記第３、第２のかしめ部を介して積層する積層鉄心の製造方法において、
   前記第２のかしめ部及び前記第３のかしめ部は平面視して長方形のＶ形かしめとし、
   前記第２のかしめ部は前記分割ヨーク片部の半径方向外側に形成され、
   前記第３のかしめ部は、前記分割ヨーク片部と該分割ヨーク片部の半径方向内側に接続されている磁極軸片部との連結部分で、前記分割ヨーク片部の半径方向内側に前記第２のかしめ部と平行に、且つ積層方向に隣り合う前記鉄心片の前記第３のかしめ部の噛合面積を前記第２のかしめ部の噛合面積より小さくするよう形成することを特徴とする積層鉄心の製造方法。

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