(57)【要約】【課題】本発明は、積層鉄心が変形しやすい環境下においても積層鉄心の変形を防ぐことが可能な積層鉄心の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】本開示の実施例に係る積層鉄心の製造方法は、電磁機器の積層鉄心の製造方法であって、正の線膨張係数を有する複数の板状の電磁鋼板を積層して積層鉄心を形成する工程と、電磁鋼板より小さい線膨張係数を有する中空のハウジングであって、常温において積層鉄心の外形寸法より、所定の空隙分だけ大きい内側寸法を有するハウジングに積層鉄心を挿入する工程と、ハウジングに挿入した積層鉄心を加熱して、ハウジングの内周面と積層鉄心の外周面とを接触させる工程と、加熱した積層鉄心を冷却して、ハウジングの内周面と積層鉄心の外周面とを離間させる工程と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁機器の積層鉄心の製造方法であって、
正の線膨張係数を有する複数の板状の電磁鋼板を積層して積層鉄心を形成する工程と、
前記電磁鋼板より小さい線膨張係数を有する中空のハウジングであって、常温において前記積層鉄心の外形寸法より、所定の空隙分だけ大きい内側寸法を有するハウジングに前記積層鉄心を挿入する工程と、
前記ハウジングに挿入した前記積層鉄心を加熱して、前記ハウジングの内周面と前記積層鉄心の外周面とを接触させる工程と、
加熱した前記積層鉄心を冷却して、前記ハウジングの内周面と前記積層鉄心の外周面とを離間させる工程と、
を有する積層鉄心の製造方法。
【請求項２】
前記ハウジングは正の線膨張係数を有し、
前記ハウジングに前記積層鉄心を挿入する工程において、前記ハウジングを加熱する工程をさらに有する、請求項１に記載の積層鉄心の製造方法。
【請求項３】
前記ハウジングは周方向に分離可能な複数の部材からなる、請求項１または２に記載の積層鉄心の製造方法。
【請求項４】
前記ハウジングの幾何公差は、前記積層鉄心の幾何公差より小さい、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の積層鉄心の製造方法。
【請求項５】
前記電磁鋼板を積層して前記積層鉄心を形成する工程の後であって、前記ハウジングに前記積層鉄心を挿入する工程の前に、前記積層鉄心の電磁鋼板外径部を研削する工程をさらに有する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の積層鉄心の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁機器の積層鉄心の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機の固定子を始めとして、端面に接着剤を塗布した電磁鋼板を接着積層した積層鉄心が広く用いられている。接着積層時に積層体（鉄心）の形状精度を良くするために、さまざまな手法がとられている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
固定子鉄心を製造する工程で、ワニス含浸後の乾燥工程等、積層鉄心が高温雰囲気下に置かれる環境において、精度よく積んだはずの積層鉄心の形状、例えば円筒度などが悪化する問題がある。一般に、熱可塑性の接着剤を使用した場合、高温雰囲気下では接着力が低下するため、各種応力により電磁鋼板同士がずれ、積層鉄心が変形することがある。
【０００４】
各種応力には、例えば以下の応力が含まれる。
・鉄心内部に存在する応力（鉄心のスロット内に挿入したコイルにより生じる）
・製造工程内で作業者のハンドリングに伴う外部から加わる応力など
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１８−０７４７１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は、積層鉄心が変形しやすい環境下においても積層鉄心の変形を防ぐことが可能な積層鉄心の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の実施例に係る積層鉄心の製造方法は、電磁機器の積層鉄心の製造方法であって、正の線膨張係数を有する複数の板状の電磁鋼板を積層して積層鉄心を形成する工程と、電磁鋼板より小さい線膨張係数を有する中空のハウジングであって、常温において積層鉄心の外形寸法より、所定の空隙分だけ大きい内側寸法を有するハウジングに積層鉄心を挿入する工程と、ハウジングに挿入した積層鉄心を加熱して、ハウジングの内周面と積層鉄心の外周面とを接触させる工程と、加熱した積層鉄心を冷却して、ハウジングの内周面と積層鉄心の外周面とを離間させる工程と、を有する。
【発明の効果】
【０００８】
本開示の実施例に係る積層鉄心の製造方法によれば、積層鉄心が変形しやすい環境下においても積層鉄心の変形を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１に係る積層鉄心の製造方法の手順を説明するためのフローチャートである。
【図２】実施例１に係る積層鉄心の製造方法において、電磁鋼板を積層することにより形成された積層鉄心の側面図である。
【図３】実施例１に係る積層鉄心の製造方法において形成された積層鉄心にコイルを巻回した工程後の積層鉄心の側面図である。
【図４】実施例１に係る積層鉄心の製造方法のうちのハウジングに積層鉄心を挿入する工程において、ハウジングに積層鉄心を挿入する前の状態の積層鉄心及びハウジングの側面図である。
【図５】実施例１に係る積層鉄心の製造方法のうちのハウジングに積層鉄心を挿入する工程において、ハウジングに積層鉄心の一部を挿入した状態の積層鉄心及びハウジングの側面図である。
【図６】実施例１に係る積層鉄心の製造方法のうちのハウジングに積層鉄心を挿入する工程において、ハウジングに積層鉄心の全部を挿入した状態の積層鉄心及びハウジングの側面図である。
【図７Ａ】実施例１に係る積層鉄心の製造方法のうちのハウジングに積層鉄心を挿入する工程において、ハウジングに積層鉄心の全部を挿入した状態の積層鉄心及びハウジングの平面図である。
【図７Ｂ】図７ＡのＡ−Ａ線における積層鉄心及びハウジングの断面図である。
【図８Ａ】実施例１に係る積層鉄心の製造方法のうちの積層鉄心を加熱する工程において、ハウジングの内周面と積層鉄心の外周面とが接触した状態の積層鉄心及びハウジングの平面図である。
【図８Ｂ】図８ＡのＢ−Ｂ線における積層鉄心及びハウジングの断面図である。
【図９Ａ】実施例１に係る積層鉄心の製造方法のうちの積層鉄心を冷却する工程において、ハウジングの内周面と積層鉄心の外周面とが離間した状態の積層鉄心及びハウジングの平面図である。
【図９Ｂ】図９ＡのＣ−Ｃ線における積層鉄心及びハウジングの断面図である。
【図１０】実施例２に係る積層鉄心の製造方法の手順を説明するためのフローチャートである。
【図１１Ａ】実施例２に係る積層鉄心の製造方法のうちの積層鉄心を冷却する工程において、ハウジングの内周面と積層鉄心の外周面とが離間した状態の積層鉄心及びハウジングの平面図である。
【図１１Ｂ】実施例２に係る積層鉄心の製造方法のうちの積層鉄心を冷却する工程において、ハウジングの内周面と積層鉄心の外周面とが離間した後、ハウジングを周方向に複数の部材に分離した状態の積層鉄心及びハウジングの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明に係る積層鉄心の製造方法について説明する。ただし、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態には限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。
【００１１】
まず、本開示の実施例１に係る積層鉄心の製造方法について説明する。図１に実施例１に係る積層鉄心の製造方法の手順を説明するためのフローチャートを示す。まず、ステップＳ１０１において、複数の板状の電磁鋼板を積層して積層鉄心を形成する。電磁鋼板の積層には接着材を用いることができる。電磁鋼板は同一形状を有していることが好ましく、そのために打ち抜き法等を用いることができる。
【００１２】
電磁鋼板は正の線膨張係数を有する。電磁鋼板として、例えば、ケイ素鋼板を用いることができる。
【００１３】
図２に実施例１に係る積層鉄心の製造方法において、電磁鋼板を積層することにより形成された積層鉄心１の側面図を示す。積層鉄心１が、複数の電磁鋼板を接着剤で積層接着して形成されている場合、高温雰囲気下で接着剤の温度が上昇すると、接着剤が軟化する。この状態で、各種外力または内力が作用すると、電磁鋼板同士の位置がずれ、積層鉄心の幾何形状は容易に変化する。外力とは、物理的な接触を伴うものの他に、局所的に顕著な温度差が生じることによる熱応力なども含む。積層鉄心の積層工程などにおいて、積層鉄心に何らかの要因で内部応力が生じる場合がある。積層鉄心の温度が上昇し、積層鋼板同士の拘束が緩んだ際、それらの応力が開放される結果として積層鉄心が変形する。本開示の実施例１に係る積層鉄心の製造方法はこのような積層鉄心の変形を防ぐことを目的としている。
【００１４】
本実施例においては、電磁機器の例として電動機に用いられる積層鉄心を製造する方法について説明する。図３に、実施例１に係る積層鉄心の製造方法において形成された積層鉄心１にコイル４を巻回した工程後の積層鉄心１の側面図を示す。５はコイル４のリード線である。
【００１５】
次に、ステップＳ１０２において、ハウジング２に積層鉄心１を挿入する。図４に、ハウジング２に積層鉄心１を挿入する前の状態の積層鉄心１及びハウジング２の側面図を示す。電磁鋼板を積層して積層鉄心１を形成する工程（Ｓ１０１）の後であって、ハウジング２に積層鉄心１を挿入する工程（Ｓ１０２）の前に、積層鉄心１の電磁鋼板外径部を研削するようにしてもよい。積層鉄心１の電磁鋼板外径部を加工（研削ないし旋削）することにより、表面の凹凸を数μｍに抑えることができる。
【００１６】
なお、ハウジング２が正の線膨張係数を有し、ハウジング２に積層鉄心１を挿入する工程において、ハウジング２を加熱する工程をさらに有するようにしてもよい。正の線膨張係数を有するハウジング２を加熱することにより、ハウジング２の外径寸法を大きくすることができ、積層鉄心１を容易にハウジング２に挿入することができる。
【００１７】
図５に、ハウジング２に積層鉄心１を挿入する工程において、ハウジング２に積層鉄心１の一部を挿入した状態の積層鉄心１及びハウジング２の側面図を示す。図６に、ハウジング２に積層鉄心１を挿入する工程において、ハウジング２に積層鉄心１の全部を挿入した状態の積層鉄心１及びハウジング２の側面図を示す。
【００１８】
ハウジング２は、電磁鋼板より小さい線膨張係数を有する。また、ハウジング２は、中空の形状を有する。図７Ａに、ハウジング２に積層鉄心１の全部を挿入した状態の積層鉄心１及びハウジング２の平面図を示す。図７Ｂに図７ＡのＡ−Ａ線における積層鉄心１及びハウジング２の断面図を示す。ハウジング２は常温において積層鉄心１の外形寸法より、所定の空隙３の分だけ大きい内側寸法を有する。
【００１９】
ハウジング２には、例えば、炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）、ステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）、またはステンレス鋼（ＳＵＳ４１０）を用いることができる。表１に積層鉄心及びハウジングのそれぞれの材質及び線膨張係数、並びに積層鉄心及びハウジングのサイズの一例を示す。
【００２０】
【表１】
2020088955.tif 000003
【００２１】
次に、ステップＳ１０３において、ハウジング２に挿入した積層鉄心１を加熱して、ハウジング２の内周面と積層鉄心１の外周面とを接触させる。図８Ａに、実施例１に係る積層鉄心１の製造方法のうちの積層鉄心１を加熱する工程（Ｓ１０３）において、ハウジング２の内周面と積層鉄心１の外周面とが接触した状態の積層鉄心１及びハウジング２の平面図を示す。図８Ｂに、図８ＡのＢ−Ｂ線における積層鉄心１及びハウジング２の断面図を示す。加熱には、電気炉を用いることができる。ただし、このような例には限られず、誘導加熱により加熱することもできる。一例として、常温（例えば、２０℃）から１４０℃まで加熱した場合の空隙の大きさを表２に示す。
【００２２】
【表２】
2020088955.tif 000004
【００２３】
表２において、炭素鋼を用いた（１）の場合、常温（例えば、２０℃）におけるハウジング２の内径が２００．０３５［ｍｍ］となるように形成している。一方、積層鉄心１の外径を２００．０［ｍｍ］とすると、２０℃における空隙の大きさは１７．５［μｍ］となる。
【００２４】
次に、加工時の１４０℃では、炭素鋼の線膨張係数が１１×１０-6／℃であるため、ハウジング２の内径は２００．２９９［ｍｍ］となる。一方、加工時の１４０℃では、ケイ素鋼板の線膨張係数が１２．５×１０-6／℃であるため、積層鉄心１の外径は２００．３［ｍｍ］となる。即ち、加工時の１４０℃では、積層鉄心１の外形寸法は、ハウジング２の内側寸法より大きくなり、空隙の大きさが−０．５［μｍ］となる。空隙の大きさが０以下となっていることから積層鉄心１とハウジング２とが接することがわかる。ハウジング２の材質に（２）ＳＵＳ４３０及び（３）ＳＵＳ４１０を用いた場合も、加工時の１４０℃において空隙が０以下となっていることから、加熱によりハウジング２と積層鉄心１とが接することがわかる。
【００２５】
このように、ハウジング２と積層鉄心１を加熱することにより、ハウジング２と積層鉄心１とを接触させることができるため、積層鉄心が変形しやすい環境下においても積層鉄心の変形を防ぐことができる。なお、積層鉄心１の形状はハウジング２の内部形状に依存するため、ハウジング２の内部形状精度は、積層鉄心１に対する要求精度以上である必要がある。即ち、ハウジング２の幾何公差は、積層鉄心１の幾何公差より小さいことが好ましい。
【００２６】
次に、ステップＳ１０４において、加熱した積層鉄心１を冷却して、ハウジング２の内周面と積層鉄心１の外周面とを離間させる。図９Ａに、実施例１に係る積層鉄心１の製造方法のうちの積層鉄心１を冷却する工程（Ｓ１０４）において、ハウジング２の内周面と積層鉄心１の外周面とが離間した状態の積層鉄心１及びハウジング２の平面図を示す。図９Ｂに、図９ＡのＣ−Ｃ線における積層鉄心１及びハウジング２の断面図を示す。積層鉄心１及びハウジング２を常温まで冷却すれば、ハウジング２と積層鉄心１との間の空隙３は復元されるため、ハウジング２と積層鉄心１とを容易に分離することができる。ハウジング２は繰り返し使用が可能であり、経済的である。
【００２７】
以上のように、実施例１に係る積層鉄心の製造方法によれば、形状維持のために積層鉄心を軸方向に貫通、締結するボルト等が不要であるため、電磁鋼板の断面形状設計の自由度が高く、経済的である。
【００２８】
次に、本開示の実施例２に係る積層鉄心の製造方法について説明する。実施例２に係る積層鉄心の製造方法が、実施例１に係る積層鉄心の製造方法と異なっている点は、ハウジングは周方向に分離可能な複数の部材からなる点である。実施例２に係る積層鉄心の製造方法のその他の点は、実施例１に係る積層鉄心の製造方法と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００２９】
図１０に実施例２に係る積層鉄心の製造方法の手順を説明するためのフローチャートを示す。ステップＳ２０１〜Ｓ２０４は、図１に示した実施例１に係る積層鉄心の製造方法におけるステップＳ１０１〜Ｓ１０４と同様である。ステップＳ２０５において、積層鉄心１を冷却した後にハウジングを複数の部材に分離する。ただし、ステップＳ２０３において、積層鉄心１を加熱してハウジングと積層鉄心１とを接触させた後に、ハウジングを複数の部材に分離するようにしてもよい。
【００３０】
図１１Ａに実施例２に係る積層鉄心１の製造方法のうちの積層鉄心１を冷却する工程において、ハウジング（２１〜２４）の内周面と積層鉄心１の外周面とが離間した状態の積層鉄心１及びハウジング（２１〜２４）の平面図を示す。図１１Ｂに実施例２に係る積層鉄心１の製造方法のうちの積層鉄心１を冷却する工程において、ハウジング（２１〜２４）の内周面と積層鉄心１の外周面とが離間した後、ハウジング（２１〜２４）を周方向に複数の部材に分離した状態の積層鉄心１及びハウジング（２１〜２４）の平面図を示す。図１１Ａ及び図１１Ｂにおいては、ハウジングを４個の部材２１〜２４に分離する例を示している。ただし、このような例には限られず、２個または３個、あるいは５個以上の部材に分離するようにしてもよい。
【００３１】
実施例２に係る積層鉄心の製造方法によれば、ハウジングを周方向に複数の部材に分離するようにしているため、ハウジングから積層鉄心を容易に分離することができる。
【００３２】
以上の実施例においては、積層鉄心の断面形状として、円形の場合を例に挙げて説明したが、このような例には限られず、四角形、あるいは多角形でもよい。
【００３３】
以上の実施例においては、電磁機器の例として電動機を製造する方法について説明した。しかしながら、このような例には限られず、電磁機器として変圧器やリアクトル製造する場合においても本開示の実施例に係る積層鉄心の製造方法を実施することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１    積層鉄心
２    ハウジング
３    空隙
４    コイル
５    リード線
【図１】
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【図２】
2020088955.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
2020088955.tif 000015
【図９Ｂ】
2020088955.tif 000016
【図１０】
2020088955.tif 000017
【図１１Ａ】
2020088955.tif 000018
【図１１Ｂ】
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