(57)【要約】【課題】分割固定子鉄心を複数個環状に結合した固定子において、分割固定子鉄心の材料歩留りを向上させる構成を提供する。【解決手段】円弧状のヨーク１と磁極ティース２が一体化した分割固定子鉄心３０の、磁極ティース２はヨーク１の内周部１ｂから内径側に突出し、周方向延伸する先端部２ａが設けられ、ヨーク１の内周部１ａに設けられた切欠き部１ｆは、磁極ティース２の側面からヨーク１の円弧部端面１ｋまで延伸し、切欠き部１ｆに挿入片３が嵌め込まれた分割固定子５０を成形可能とする分割固定子鉄心３０。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄板電磁鋼板を打ち抜き積層して形成し、ヨークと磁極ティースとが一体化された略Ｔ字状の分割固定子鉄心であって、前記ヨークは所定の厚さを有するとともに円弧状をなし、前記磁極ティースは前記ヨークの内周部から前記固定子の内径側に突出するとともに周方向に延伸する先端部が設けられ、前記磁極ティースに対して左右両側に位置する前記ヨークの内周部に設けられた切欠き部は、前記磁極ティースの段落ち部から該ヨークの円弧部端面まで延伸しており、前記切欠き部に挿入片が嵌め込まれた構成を備えていることを特徴とする分割固定子鉄心。
【請求項２】
薄板電磁鋼板を打ち抜き積層して形成し、ヨークと磁極ティースとが一体化された略Ｔ字状の分割固定子鉄心であって、前記ヨークは所定の厚さを有するとともに円弧状をなし、前記磁極ティースは前記ヨークの内周部から前記固定子の内径側に突出するとともに周方向に延伸する先端部が設けられ、前記磁極ティースに対して左右両側に位置する前記ヨークの内周部に設けられた切欠き部は、前記磁極ティースの段落ち部から該ヨークの円弧部端面まで延伸している構成を備えていることを特徴とする分割固定子鉄心。
【請求項３】
前記ヨークの一方の円弧部端面には凸部が、他方の円弧部端面には凹部が設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の分割固定子鉄心。
【請求項４】
前記ヨークの切欠き部には嵌合凹部が設けられているとともに、前記挿入片の前記ヨークの切欠き部に接する側には嵌合凸部が設けられており、前記嵌合凹部に前記嵌合凸部が嵌め込まれていることを特徴とする請求項１又は請求項３に記載の分割固定子鉄心。
【請求項５】
前記磁極ティースが前記ヨークの内周部につながる連結部には、前記磁極ティースの両側の前記挿入片が前記ヨークの内周部に切り離されることなく連結されているとともに、該挿入片の前記連結部の反対側であって、前記ヨークの円弧部端面に設けられた凸部側に位置する一方の挿入片の端面には先端凸部が、他方の挿入片の端面には先端凹部が設けられていることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の分割固定子鉄心。
【請求項６】
請求項１の分割固定子鉄心にコイルが設けられた分割固定子の複数個が、環状に結合して成形されたことを特徴とする固定子。
【請求項７】
請求項２の分割固定子鉄心に設けられたコイルが前期磁極ティースに巻回されているとともに、前記切欠き部にも充填されるよう巻回されてた分割固定子の複数個が、前記ヨークの凸部と凹部とが嵌め合わされて環状に結合して形成されたことを特徴とする固定子。
【請求項８】
請求項３又は請求項４の分割固定子鉄心にコイルが設けられた分割固定子の複数個が、前記ヨークの凸部と凹部とが嵌め合わされて環状に結合して形成されたことを特徴とする固定子。
【請求項９】
請求項５の分割固定子鉄心にコイルが設けられた分割固定子の複数個が、前記ヨークの凸部と凹部とが嵌め合わされるとともに、前記挿入片の先端凹部に先端凸部が嵌め合わされて環状に結合して形成されたことを特徴とする固定子。
【請求項１０】
請求項６から請求項９のいずれか１項に記載の固定子を備えたことを特徴とする回転電機。
【請求項１１】
前記固定子を形成する前記複数の分割固定子の前記ヨークの外周部の結合部が、溶接によって結合されていることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の固定子を備えたことを特徴とする回転電機。
【請求項１２】
請求項１、請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の分割固定子鉄心の製造方法であって、前記分割固定子鉄心の薄板電磁鋼板の打ち抜き時に、２列に配置された前記分割固定子鉄心が千鳥状にお互いに逆方向を向くとともに、前記磁極ティースの前記先端部が前記ヨークの前記切欠き部の領域に近接するよう配置され、前記挿入片が隣接する前記磁極ティース間の空間領域から打ち抜かれることを特徴とする分割固定子鉄心の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、モータや発電機等の回転電機の分割固定子鉄心と、この分割固定子鉄心を備えた固定子と、この固定子を備えた回転電機および前記分割固定子鉄心の製造方法に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来よりブラシレスＤＣモータなどのインナーロータ型モータにおいて、固定子の磁極にはコイルが巻線された集中巻きの巻線構造が採用されている。
この構造の固定子は、コイルを高密度に巻線するために分割した固定子鉄心にコイルを巻線した後、組み立てる製造方法が採用されている。
上記分割した固定子鉄心は帯状の電磁鋼板から磁極毎に全型で打ち抜かれて形成されるが、その打ち抜き時のレイアウトはお互いに千鳥状に互いに向きを変えて向き合わせた配置とすることが行われている。このような分割固定子鉄心を採用した回転電機において、鉄心材料の歩留りを向上させるために、略Ｔ字状の形状を有し、複数環状に接続されて１つの固定子鉄心を形成する分割固定子鉄心の周方向の磁路を形成するヨーク部と、先端部に周方向両端に突出した突起部が設けられた磁極ティースとを有し、前記ヨーク部の磁極ティース側の内周部に、略三角形状の第１の切欠き部を設け、分割固定子鉄心の電磁鋼板打ち抜き時に、２列の分割固定子鉄心が１つの列の互いに隣接する磁極ティースの間に、他の列の磁極ティースが向き合うように配置し、前記切欠き部を電磁鋼極の幅方向の端部に合わせて打ち抜くことが示されている（特許文献１）。
また、環状の積層鉄心を円周方向に複数に分割した分割積層鉄心に積層して使用され、半径方向外周には幅広部が半径方向内側には幅狭部がそれぞれ形成される複数の分割鉄心片の製造方法において、各分割鉄心片の半径方向中心線が平行で、幅広部の側端部に隣接する分割鉄心片の幅狭部の側端部が当接するように、隣り合う分割鉄心片を互い違いに配置した鉄心片群を、条材に板取りする工程と、各分割鉄心片を打ち抜くプレス加工工程を有すことが示されている（特許文献２）。
またさらに、ヨーク部を２分割して磁極部と分離した形状とした技術が示されている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２４４６８７号公報
【特許文献２】特開２０１０−２１３５０５号公報
【特許文献３】特開２００３−２７４５８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら上記特許文献１に示された技術は、ヨーク部の磁極ティース側の内周部に第１の切欠き部を設けているため、切欠き形状によっては磁気回路に悪影響を与え、回転電機の特性向上に支障を及ぼす可能性がある。また、磁極ティースにコイルを巻回する場合、円弧状のヨークがコイル導線の供給に支障をきたすため、磁極ティース根元までの高密度のコイル巻回ができないという問題点がある。また特許文献２に示された技術は、磁極先端部の形状によっては十分な材料の歩留り改善が得られなかったり、また磁極数が少なく、磁極先端部幅が狭い環状の固定子に組み上げた状態で、隣り合う磁極間の空間が大きい場合には、この空間が材料面から見た場合に無駄な領域が広がることとなり、十分な歩留り改善が得られないという問題がある。さらに特許文献３に示された技術は２分割構造のヨークに磁極部を接合する構成であり、十分な剛性や組立て精度が得られないという問題がある。
【０００５】
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、高密度に巻回したコイルを設けることができ、かつ材料の歩留りを改善した鉄心形状を有する分割固定子鉄心と、この分割固定子鉄心を備えた固定子およびこの固定子を備えた回転電機、ならびに前記分割固定子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】
【０００６】
第１の発明は、薄板電磁鋼板を打ち抜き積層して形成し、ヨークと磁極ティースとが一体化された略Ｔ字状の分割固定子鉄心であって、ヨークは所定の厚さを有するとともに円弧状をなし、磁極ティースはヨークの内周部から固定子の内径側に突出するとともに、周方向に延伸する先端部が設けられ、磁極ティースに対して左右両側に位置するヨークの内周部に設けられた切欠き部は、磁極ティースの段落ち部から該ヨークの円弧部先端まで延伸しており、切欠き部に挿入片が嵌め込まれる構成を備えているものである。
【０００７】
第２の発明は前記第１の発明に係る分割固定子鉄心にコイルが設けられた分割固定子の複数個が環状に結合して成形された固定子である。第３の発明は、第２の発明に係る固定子を備えた回転電機であり、第４の発明は第１の発明に係る分割固定子鉄心の製造方法である。
【発明の効果】
【０００８】
第１の発明に係る分割固定子鉄心および第４の発明に係る分割固定子鉄心の製造方法では、薄板電磁鋼板から分割固定子鉄心を打ち抜くときの材料歩留りが向上し、省資源化が達成されるとともに、安価な分割固定子鉄心を提供できるという効果がある。
【０００９】
第２の発明に係る固定子は、上記のような構成を採用しているので剛性を高めることができ、第３の発明に係る回転電機は、コイルを磁極ティース全体にわたり巻回することが可能で、高密度のコイル巻線を得ることができ、回転電機の出力特性を向上させる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１による固定子の正面図である。
【図２】実施の形態１による分割固定子鉄心および分割固定子を示す図である。
【図３】実施の形態１による固定子の結合状態を示す図である。
【図４】実施の形態１によるコイル巻線作業を示す図である。
【図５】実施の形態１による挿入片を嵌め合わす状態を示す図である。
【図６】実施の形態１による分割固定子鉄心の打ち抜きのレイアウトを示す図である。
【図７】実施の形態２による分割固定子鉄心を示す図である。
【図８】実施の形態２による分割固定子鉄心の打ち抜きのレイアウトを示す図である。
【図９】実施の形態３による分割固定子鉄心を示す図である。
【図１０】実施の形態３による分割固定子を示す図である。
【図１１】実施の形態４による分割固定子鉄心の打ち抜きのレイアウトを示す図である。
【図１２】実施の形態５によるコイルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
以下、この発明による分割固定子を備えた回転電機について説明する。
図１は実施の形態１による回転電機の固定子１００を示す平面図であり、薄い電磁鋼板を積層して形成された９極分割固定子５０が一体化結合されて構成されている。この分割固定子５０は図２（ｃ）に示すように各極毎の分割固定子鉄心３０に導線を巻きつけて形成されたコイル４が設けられており、後述するヨーク１に設けられた凸部１ｄ、凹部１ｅが結合部５０ａで密に結合され、固定子１００全体としての剛性を保持している。
図２に分割固定子鉄心３０の平面形状を示す。
図２（ａ）に示すように、例えば０．１〜０．７ｍｍ程度の電磁鋼板を打ち抜いて作成された分割固定子鉄心３０は、ヨーク１、磁極ティース２、挿入片３によって図２（ｂ）に示すように略Ｔ字状をなしている。ヨーク１と磁極ティース２とは一体的に連結しており、磁極ティース２の図示省略した回転子に対向する側には先端部２ａが設けられ、この円周方向両端に突起部２ｂが設けられている。
ヨーク１は所定の厚さＴを有する円弧状をなしており、図１に例示の固定子１００が９極の分割固定子５０であることから、円弧角は４０°であり一方の円弧部端面１ｋには凸部１ｄが、他の円弧部端面１ｋには凹部１ｅが、さらにヨーク外周部１ａの円弧中央部分には蟻溝１ｃが形成され、またヨーク内周部１ｂの磁極ティース２に対して両側に位置し、磁極ティース２につながる段落ち部１ｇを介して切欠き部１ｆが形成されている。この切欠き部１ｆには段落ち１ｇを介し、挿入片３が密に挿入される。
切欠き部１ｆが設けられている個所におけるヨーク１の厚さｔ１と切欠き部１ｆの深さｔ２との和ｔ１＋ｔ２がヨーク１の厚さＴに相当する。
前記切欠き部１ｆに嵌め合わされる挿入片３はヨーク内周部１ｂと先端部２ａとの空間、つまり図２（ｃ）に示すコイル４が設けられる空間を利用して打ち抜かれて形成される。コイル４は後に詳述するように分割固定子鉄心３０に対地絶縁４ａを設け、通常の分割鉄心と同様に巻線、装着され、前記分割固定子鉄心３０と一体化されて分割固定子５０を形成する。
この分割固定子５０は前述の如く、図１に示す結合部５０ａにて隣り合う分割固定子５０と互いに密に結合され、図３に示すように円筒状のフレーム５１に圧入固定される。尚、分割固定子鉄心３０および挿入片３は、電磁鋼板によって打ち抜かれた後、所定の軸方向厚さとなるように、かしめ等によって結合されている。分割固定子５０はフレーム５１から及ぼされる径方向の締め付け力により、結合部５０ａが互いに押し付けられて剛性が確保される。
この実施の形態１の分割固定子鉄心３０は、ヨーク１と磁極ティース２が一体化された略Ｔ字状であるので図３に示す固定子１００に組み付けられることにより、固定子１００としての剛性を保持し、かつ先端部２ａの真円度を精度良く保つことができる。
【００１２】
次に分割固定子鉄心３０にコイル４を巻回する状態を図４に示す。この場合、分割固定子鉄心３０には挿入片３が未嵌め合いの状態であり、このことにより巻線アーム４０から導出される導線４ｂが、ヨーク１の両端の図２に示した円弧部端面１ｋに干渉することなく磁極ティース２に巻回することが可能となり、図２、図４に示すようにヨーク１と磁極ティース２の境界部１ｈまで巻き付けられたコイル４を形成することが可能となる。作業手順として不織布材等からなる対地絶縁４ａを分割固定子鉄心３０に装着する。この対地絶縁４ａのヨーク１側は柔軟に折り曲げることが可能である。この対地絶縁４ａに対して巻線機の巻線アーム４０を回転させて導線４ｂを巻回しコイル４を形成する。
引き続き図５に示すように挿入片３を切欠き部１ｆに嵌め合わせすることにより、分割固定子５０が生成される。
以上のようにこの実施の形態１による分割固定子鉄心３０の構成を有しているので、コイル４が磁極ティース２全体にわたり巻回されており、高密度の巻線を得ることができ、回転電機の出力特性が向上する。尚、上記挿入片３を切欠き部１ｆに嵌め合わせするには、専用工具を用いて挿入空間を確保することも可能である。
【００１３】
図６にこの実施の形態１の分割固定子鉄心３０を薄板の電磁鋼板３１から打ち抜く場合のレイアウトを示す。分割固定子鉄心３０は千鳥状に互いに逆方向を向いて打ち抜かれる。
このとき、互いの先端部２ａは互いの切欠き部１ｆの近辺に近づけた配置ができ、その結果電磁鋼板３１の素材幅ＭＷを従来に比較して小さくでき、使用材料が低減し、さらに挿入片３は従来ではスクラップとしていたヨーク内周部１ｂと先端部２ａとの空間領域を利用して打ち抜いているので歩留りが向上し省資源化もはかれ、結果として安価な回転電機を提供することが可能となる。
尚、図２ではヨーク１の両端に凸部１ｄと凹部１ｅを設けて圧入により組み立てる固定子１００の例を示したが、前記凸部１ｄ、凹部１ｅを設けることなくヨーク１の両端のヨーク外周部１ａを図１に示す結合部５０ａで溶接等により結合してもよい。
【００１４】
実施の形態２．
次に実施の形態２による分割固定子鉄心３０の形状を図７に示す。図７（ａ）に示すようにこの分割固定子鉄心３０のヨーク１の切欠き部１ｆには嵌合凹部１ｊが、挿入片３には嵌合凸部３ａが設けられている。そのため図７（ｂ）に示すように挿入片３を切欠き部１ｆに結合させる時には、嵌合凸部３ａと嵌合凹部１ｊを嵌合させることで容易に組立てることができる。次に図８にはこの実施の形態２の分割固定子鉄心３０を電磁鋼板３１から打ち抜く場合のレイアウトを示す。前述した実施の形態１と同様に、互いの先端部２ａと切欠き部１ｆとの領域を近づけた配置ができ、使用材料の低減歩留りの向上がはかれる。また、ヨーク１と挿入片３とは嵌合凹部１ｊと嵌合凸部３ａを用いて容易に一体化できるため、一体化による搬送等のハンドリング性を向上させ、巻線工程や固定子組立工程等における作業を容易化し、コスト低減がはかれるとともに、固定子の剛性、精度の向上がはかれる。
【００１５】
実施の形態３．
実施の形態３による分割固定子鉄心３０の形状を図９に示す。図９（ａ）に示すように、挿入片３がヨーク１と切り離されることなく段落ち部１ｇにてつながれた連結部３０ｂが設けられた構成としている。この構成により、連結部３０ｂを中心に挿入片３を切欠き部１ｆに向かって折り曲げ、図９（ｂ）に示すように挿入片３を切欠き部１ｆに嵌めこむ。
尚、挿入片３において、ヨーク１の円弧部先端に設けられている凸部１ｄ側に配置される図９（ａ）では左側の挿入片３には先端凸部３ｂを、ヨーク１の凹部１ｅ側に配置される挿入片３には先端凹部３ｃを設けているので、図１０に示すように相隣り合う分割固定子５０を組み付けた時、前記先端凸部３ｂと先端凹部３ｃとが嵌合されてより剛性を有しかつ精度の高い固定子１００を得ることができる。尚、図１０ではコイル４の記載は省略している。尚、この実施の形態３のヨーク１と挿入片３の構成に、前述した実施の形態２の嵌合凹部１ｊと嵌合凸部３ａを用いた構成を組み合わせてもよい。さらに、この実施の形態３も実施の形態２で示した図８とほぼ同等のレイアウトにより電磁鋼板３１から分割固定子鉄心３０を打ち抜くことが可能であり、実施の形態２と同様の効果がある。
【００１６】
実施の形態４．
図１１に実施の形態４による分割固定子鉄心３０の打ち抜き時のレイアウトを示す。各分割固定子鉄心３０の隣接間は分割固定子５０を形成する際の結合部５０ａに相当する連結部で結合されている。すなわち相隣り合う分割固定子鉄心３０のヨーク１は打ち抜きによって切り離されてなく、結合部５０ａで結合されている。従って、図１１に示す上向きの部位の分割固定子鉄心３０、および下向きの部位の分割固定子鉄心３０をそれぞれに一体的に取り扱うことができる利点があり、また、コイル巻線時に、例えば上記上向き部位の分割固定子鉄心３０に対して連続的に巻線作業を施すことが可能となり、巻線工程の効率化がはかれる。さらに固定子１００として結合時に、結合部５０ａを溶接することで、容易に固定子１００の組み立てを行うことができる。尚、この実施の形態４においても、前述した実施の形態１〜３のヨーク１に設けた凸部１ｄ、凹部１ｅや、実施の形態１に示した挿入片３とヨーク１の切欠き部１ｆや、実施の形態２に示した挿入片３の嵌合凸部３ａとヨーク１の嵌合凹部１ｊや実施の形態３に示した連結部３０ｂと挿入片３の先端凸部３ｂ、先端凹部３ｃの各構成は、この実施の形態４と適宜組み合わせてもよい。
【００１７】
実施の形態５．
この実施の形態５はコイル４の構成に関するものであって特に実施の形態１で示した分割固定子鉄心３０において、挿入片３を用いない回転電機における分割固定子５０に係るものである。この構成を図１２に示す。
図１２から判るように、この実施の形態５のコイル４は、分割固定子鉄心３０におけるヨーク１の段落ち部１ｇから切欠き部１ｆにかけて、導線４ｂが巻回されてコイル４を形成しているものである。
従ってコイルターン数が増加した分割固定子５０が得られる。この構成を採用する点の特徴は、実施の形態１と同一の電磁鋼板打ち全型を使用して得た分割固定子鉄心３０を用い、前述した実施の形態１の回転電機とは異なる特性を有する固定子１００を得られる点にある。即ち、１つの全型で２つの特性の異なる固定子１００を得ることができ、また巻線機や固定子組立設備も共用でき、設備投資を特に必要とせず異特性の回転機を創出できるという効果がある。
【００１８】
尚、この発明は、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。
【符号の説明】
【００１９】
１  ヨーク、１ａ  ヨーク外周部、１ｂヨーク内周部、１ｄ  凸部、１ｅ  凹部、
１ｆ  切欠き部、１ｊ  嵌合凹部、１ｋ  円弧部端面、２  磁極ティース、
２ａ  先端部、３  挿入片、３ａ  嵌合凸部、３ｂ  先端凸部、３ｃ  先端凹部、
４  コイル、３０  分割固定子鉄心、３０ｂ  連結部、５０  分割固定子、
５０ａ  結合部、  １００固定子。
【図１】
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【図２】
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【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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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