(57)【要約】略中空円板状の鉄心抜板５を複数枚積層し固着し、略中空円筒状とした回転電機の固定子鉄心において、各鉄心抜板５の円形外周上に９０°、９０°、６０°、６０°、６０°の間隔の不等ピッチで複数の直線切り欠き２を設け、さらに等間隔の固定子スロット６を設け、各鉄心抜板５を１枚ごとに各直線切り欠き２間の角度である９０°と６０°の公約数に当たる角度であり、かつ固定子スロット６の間隔の倍数の角度ずつ回転させて積層する。
2014162354.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略中空円板状の鉄心抜板を複数枚積層し固着し、略中空円筒状とした回転電機の固定子鉄心において、
前記各鉄心抜板の円形外周上に不等ピッチで複数の直線切り欠きを設け、
前記各鉄心抜板を１枚ごとに前記各直線切り欠き間の角度の公約数に当たる角度ずつ回転させて積層したこと
を特徴とする回転電機の固定子鉄心。
【請求項２】
前記各鉄心抜板は、等間隔の固定子スロットを設け、
前記鉄心抜板を回転させる角度は、前記固定子スロットの間隔の倍数であること
を特徴とする請求項１に記載の回転電機の固定子鉄心。
【請求項３】
前記各直線切り欠きの各両端部と鉄心抜板の中心とをそれぞれ結んだ２本の線分がなす角度が、全て、前記鉄心抜板を積層する際に回転させる角度以下であること
を特徴とする請求項１または２に記載の回転電機の固定子鉄心。
【請求項４】
前記直線切り欠きは、９０°、９０°、６０°、６０°、６０°の間隔で前記鉄心抜板の円形外周上に５つ設けられ、
各鉄心抜板を９０°、及び６０°との公約数の角度ずつ回転させて積層することを特徴とする請求項１から３に記載の回転電機の固定子鉄心。
【請求項５】
電磁鋼板の長手方向に隣り合う鉄心抜板の中心間の距離の半分の距離を、長手方向に直交する左右列で長手方向にずらし、前記鉄心抜板を千鳥状に配置し、前記鉄心抜板の材料取りを行う工程と、
前記鉄心抜板を中空円状に打ち抜く工程と、
前記材料取りした鉄心抜板を、９０°、及び６０°との公約数の角度ずつ回転させて鉄心抜板を積層する工程
とを含む回転電機の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、回転電機の固定子鉄心、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機の固定子鉄心は、一般に厚さ０．３５〜０．６ｍｍの帯状電磁鋼板を所要の形状で打抜き、これを積層して構成される。この鉄心には磁束が流れるが、その断面積が均一となるよう（磁束密度が一定となるよう）、鉄心外径は円形状であることが理想的である。しかしながら、鉄心抜板の使用量が多い場合には、生産性を上げるために、帯状電磁鋼板からの打ち抜きを２列に格子状に配置して同時に行うことがある。この際に、電磁鋼板の使用量を削減すべく、隣り合う鉄心抜板の中心間距離を鉄心抜板の直径よりも若干近づけるように、９０°の等ピッチで４ヶ所の直線切り欠きを設けていた。この直線切り欠きは製造上必要なものでもなく、材料費との兼ね合いから設けられるものであるが、この直線切り欠きがある箇所では磁束密度が高くなり、特性が悪化する要因となる。従来の回転電機においては、直線切り欠きが等ピッチで配置される前提で、３６０°を直線切り欠きの個数より大きい整数で除した角度にて鉄心抜板を回転させながら回し積みすることで、直線切り欠きを固定子鉄心の円周上に均等に分布させ磁束密度を均一化していた（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−１６８１７８（第４頁、第２図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、さらに歩留まりの改善を図る場合には、直線切り欠きが不等ピッチで発生する場合がある。この場合、従来のように直線切り欠きの個数より大きい整数にて３６０°を除して角度を求め、この角度で鉄心抜板を回し積みすると、直線切り欠きが固定子鉄心の円周上に均等に分布せず、磁束密度が均一にならないという問題がある。【０００５】
この発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、鉄心抜板に配置する直線切り欠きが不等ピッチに配置された場合でも、固定子鉄心の磁束密度を均一化することで、製品性能の悪化を防止することができる回転電機の固定子鉄心を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明にかかる固定子鉄心においては、抜板に直線切り欠きを不等ピッチで設け、この抜板を円周方向に不等ピッチの公約数となる角度ずつ回転させながら積層するものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明は、抜板に直線切り欠きを不等ピッチで設け、この抜板を円周方向に不等ピッチの公約数となる角度ずつ回転させながら積層することにより、固定子鉄心の円周上に直線切り欠きが均等に分布し、磁束密度が均一化され特性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１における回転電機の固定子鉄心の鉄心抜板の材料取りを示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１における回転電機の固定子鉄心の鉄心抜板の積み上げ方向を示す斜視図である。
【図３】この発明の実施の形態１における回転電機の固定子鉄心の鉄心抜板を１２分割した図である。
【図４】従来の固定子鉄心の鉄心抜板における回転電機の材料取りを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は、回転電機の固定子鉄心の鉄心抜板１の材料取りを示す図である。鉄心抜板１は、長方形状で厚さ０．３５〜０．６ｍｍ程度の帯状電磁鋼板３から打ち抜く。帯状電磁鋼板３から鉄心抜板１を打ち抜いた残りは、廃却部分４である。帯状電磁鋼板３の長手方向に沿って左右２列に材料取りを行い、左右の列の材料取りを千鳥状に配置すべく半ピッチ（隣り合う鉄心抜板の中心間の距離の半分の距離）ずらす。つまり、帯状電磁鋼板３の右側の列では、例えば鉄心抜板１Ａにおいて、上側の隣り合う鉄心抜板との接点Ａ点から時計回りに９０°の箇所で帯状電磁鋼板３の長手方向の１辺に接し、そこから９０°、６０°、６０°、６０°の４箇所で隣の鉄心抜板１とそれぞれ接する。なお、帯状電磁鋼板３の左側の列では、例えば鉄心抜板１Ｂにおいて、上側の隣り合う鉄心抜板との接点Ｂ点から反時計回りに９０°の箇所が帯状電磁鋼板３の長手方向のもう一つの１辺に接し、そこから９０°、６０°、６０°、６０°の位置４箇所が隣の鉄心抜板１とそれぞれ接する。また、廃却部分４の面積を小さくするために、隣り合う鉄心抜板１の中心間距離を、鉄心抜板１の直径よりも小さくする必要があり、帯状電磁鋼板３の長手方向の辺、または隣の鉄心抜板１との接する境は、点ではなく直線で設けている。この直線部分を、ここでは直線切り欠き２という。つまり、鉄心抜板１は、円形に対し、帯状電磁鋼板３の辺との境と、隣の鉄心抜板１との４つの境の合計５箇所に、９０°、９０°、６０°、６０°、６０°の不等ピッチで直線切り欠き２が設けられた形状となる。
【００１０】
図２は、鉄心抜板１の積み上げ方向を示す斜視図である。鉄心抜板１は、帯状電磁鋼板３から図１のように打ち抜く前に、空円板状にそれぞれ中央部を打ち抜いておく。固定子鉄心５は鉄心抜板１を積み上げて構成され、回転機１台分の鉄心抜板１の枚数は１００枚を超える。鉄心抜板１は３０°ずつ回転した状態で積層され、その結果固定子鉄心５全体で見た場合には、直線切り欠き２の影響は鉄心抜板１の外周に対し等間隔に分散され、磁束が流れる断面積は均一に近づき、局所的に磁束密度が高くなることが無くなる。なお、積層した鉄心抜板１を固定する手段は例えば溶接等である。
【００１１】
図３の鉄心抜板を３０°ずつ回転させて積層する構成について、以下詳細に説明する。図３は鉄心抜板１を円周方向に３０°ずつ、直線切り欠き２を含む部分と含まない部分に１２分割した図である。中空円板状の鉄心抜板１に図２では省略した固定子スロット６が中空円の外側に等間隔で３６個設けられている。固定子スロット６は鉄心抜板１を積層後、図示しない固定子巻線を挿入するためのものである。なお、図３においては、中心角３０°の扇形の円弧の中心角３０°分全てが直線切り欠き２となるように図示したが、帯状電磁鋼板３に配置された各鉄心抜板１の中心間距離によっては、扇形の円弧の一部が直線切り欠き２の場合もある。図３においては、１２分割されたそれぞれの領域についてＡ、ａ、ｂ、Ｂ，ｃ、ｄ、Ｃ，・・ｇと記号をつけている。ここで、大文字Ａ，Ｂ，・・Ｅは直線切り欠き２が存在している領域を示し、小文字ａ、ｂ、ｃ、・・ｇは円弧のみの領域を示す。次に以下の表１は鉄心抜板１を３０°ずつ回転させながら積層した際の直線切り欠き２の分散状況を示す。
【００１２】
【表１】
2014162354.tif 000003
【００１３】
縦の列は１層目から１３層目までを示し、横の行は円を１２分割した領域を示す。１層目には図３に示す鉄心抜板がこの向きで配置され、２層目には図３の鉄心抜板を反時計回りに３０°回転させたものが積層され、３層目には、２層目の鉄心抜板を反時計回りに３０°回転させたものが積層される。表１の横の列は３６０°を１２分割した領域を示す。例えば領域１は、１２時の方向の領域を指し、領域２は、領域１の反時計回りに３０°隣の領域で１１時の方向の領域を指す。例えば１層目では、１２時の方向の領域１にはＡの直線切り欠き、１１時の方向の領域２にはａの円弧、・・１時の方向の領域１２はｇの円弧が配置される。２層目は図３の鉄心抜板を３０°反時計回りに回転させるので、１２時の方向の領域１にはｇの円弧、１１時の方向の領域２にはＡの直線切り欠き、・・１時の方向の領域１２はＥの直線切り欠きが配置される。
【００１４】
鉄心抜板は３０°ずつ回転させるため、１３層目で１層目と同じパターンとなるので、１２層毎に直線切り欠き２の現れるパターンが繰り返されることになる。このように積層させていくと、領域１から１２のそれぞれにおいて（１）直線切り欠き、（２）円弧、（３）直線切り欠き、（４）円弧、（５）直線切り欠き、（６）円弧、（７）直線切り欠き、（８）円弧、（９）円弧、（１０）直線切り欠き、（１１）円弧、（１２）円弧の１２層周期で積層されることになる。この１パターン（１〜１２層分）では、直線切り欠きの数、円弧の数は、領域１〜領域１２全ての領域でそれぞれ５つ、７つとなる。つまり、このように周期的に積層することにより、鉄心抜板１は真円ではないにもかかわらず、回転機の固定子鉄心は円柱状に近くなるため磁束密度を一定にすることができる。なお、鉄心の積層方法は、接着鉄心等でかまわない。さらに、既述のとおり回転電機１台分の鉄心抜板枚数は１００枚を超えることがほとんどであるため、回転電機１台分の鉄心抜板枚数は必ずしも１２の倍数とする必要はなく、これから外れる枚数であっても、本発明の効果を得ることができる。
【００１５】
なお、積層の回転方向については全ての層で方向が統一されていれば、時計回り、反時計回りどちらでもよい。なお、本実施の形態では、鉄心抜板１の直線切り欠き２を不等ピッチで設け、直線切り欠き２間の角度を９０°、９０°、６０°、６０°、６０°とし、鉄心抜板１の回し積み時の回転角度を３０°としたが、回転角度は９０°、６０°の公約数であればよく、これらの値に限られるものではない。例えば、１０°とすることもできる。なお、この場合には３６層で１パターンとなる。また、積層の回転角度は、固定子スロットの間隔の倍数とすれば問題なく固定子巻線を挿入することができる。ただし、積層の回転角度が、固定子スロットの間隔の倍数でない場合であっても、積層後に鉄心抜板の層を貫通するように固定子スロットを設けても良い。
【００１６】
次に直線切り欠き２の深さについて詳細に説明する。直線切り欠き２の深さｋは図３のように、直線切り欠き２がない箇所の半径の長さＤ１と、直線切り欠きがある箇所の鉄心抜板の半径Ｄ２を用いて以下の式で表される。
ｋ＝Ｄ１−Ｄ２  ・・（１）
鉄心抜板１の直線切り欠きが大きすぎる場合には、３０°の回し積みでは全く円弧が現れない箇所が発生する。そこで、直線切り欠きの深さは下記式（２）にすることが望ましい。
ｋ＜Ｄ１＊（１―ＣＯＳ１５°）  ・・（２）
式（２）は、直線切り欠き２の各端部と鉄心抜板１の中心とを結んだ２本の線分がなす角度が３０°未満である、との条件から導き出したものである。すなわち、中心角３０°の扇形の円弧全てが直線切り欠き２となる場合が、直線切り欠き２の長さの上限であるという意味である。直線切り欠き２の深さを上記とすることで、３０°ずつ回し積みしても、円弧の部分が必ず現れるため、磁束密度を一定とすることができる。なお、本実施の形態では回転角度が３０°としたが、この値に限られるものではない。鉄心抜板１の回転角度をθとすると、直線切り欠きの深さｋは下記式（３）を満たせばよい。
ｋ＜Ｄ１＊（１−ＣＯＳ（θ／２））・・（３）
【００１７】
次にこのように、鉄心抜板１に不等ピッチの直線切り欠き２を設けた場合の効果について述べる。図４は、従来の固定子鉄心の鉄心抜板における回転電機の材料取りを示す図である。従来の鉄心抜板１は、直線切り欠き２が９０°ごとに４箇所設けられている。なお、図１と同じ部分を表す箇所については同一の記号を付している。この材料取りでは、鉄心抜板１の直径をＤ１とすると、１つの鉄心抜板１を打ち抜くのに必要な帯状電磁鋼板３の面積Ａ１は以下の式（４）で表される。なお、計算を簡略化するために、直線切り欠きが無く、隣り合う鉄心抜板が点で接触している場合について計算を行った。
Ａ１＝（２＊Ｄ１）２＝４・Ｄ１２  ・・（４）
一方、今回の発明による材料取りでは、１つの鉄心抜板１を打ち抜くのに必要な帯状電磁鋼板３の面積Ａ２は、以下の式（５）で表される。なお、式（４）同様に、隣り合う鉄心抜板が点で接触している場合について計算を行った。
Ａ２＝（２＋√３）・Ｄ１２≒３．７３・Ｄ１２  ・・（５）
つまり、今回の発明による材料取りでは、固定子鉄心を製造するのに７％程度帯状電磁鋼板３が少なくてすむ。上記では、直線切り欠き２が無い状態を仮定して計算を行ったが、直線切り欠き２が存在していても、ほぼ同程度の結果が得られる。
【００１８】
本発明では、例えばさらなる歩留まり改善を行うべく、直線切り欠き２が不等ピッチで発生した場合でも、固定子鉄心内の磁束密度を均一に保つことができ製品性能の悪化を防止することができる。もちろん、歩留まり改善以外の目的においても、直線切り欠き２が不等ピッチで発生した場合に、本発明を適用する事で特性が向上できることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００１９】
１  鉄心抜板
２  直線切り欠き
【図１】
2014162354.tif 000004
【図２】
2014162354.tif 000005
【図３】
2014162354.tif 000006
【図４】
2014162354.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成25年9月25日(2013.9.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略中空円板状の鉄心抜板を複数枚積層し固着し、略中空円筒状とした回転電機の固定子鉄心において、
前記各鉄心抜板の円形外周上に不等ピッチで複数の直線切り欠きを設け、
前記各鉄心抜板を１枚ごとに前記各直線切り欠き間の角度の公約数に当たる角度ずつ回転させて積層し、
前記各直線切り欠きの各両端部と鉄心抜板の中心とをそれぞれ結んだ２本の線分がなす角度が、全て、前記鉄心抜板を積層する際に回転させる角度以下であること
を特徴とする回転電機の固定子鉄心。
【請求項２】
前記各鉄心抜板は、等間隔の固定子スロットを設け、
前記鉄心抜板を回転させる角度は、前記固定子スロットの間隔の倍数であること
を特徴とする請求項１に記載の回転電機の固定子鉄心。
【請求項３】
前記直線切り欠きは、９０°、９０°、６０°、６０°、６０°の間隔で前記鉄心抜板の円形外周上に５つ設けられ、
各鉄心抜板を９０°、及び６０°との公約数の角度ずつ回転させて積層することを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機の固定子鉄心。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
大きい整数にて３６０°を除して角度を求め、この角度で鉄心抜板を回し積みすると、直線切り欠きが固定子鉄心の円周上に均等に分布せず、磁束密度が均一にならないという問題がある。
［０００５］
この発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、鉄心抜板に配置する直線切り欠きが不等ピッチに配置された場合でも、固定子鉄心の磁束密度を均一化することで、製品性能の悪化を防止することができる回転電機の固定子鉄心を得ることである。
課題を解決するための手段
［０００６］
この発明にかかる固定子鉄心においては、各鉄心抜板の円形外周上に不等ピッチで複数の直線切り欠きを設け、各鉄心抜板を１枚ごとに各直線切り欠き間の角度の公約数に当たる角度ずつ回転させて積層し、各直線切り欠きの各両端部と鉄心抜板の中心とをそれぞれ結んだ２本の線分がなす角度が、全て、鉄心抜板を積層する際に回転させる角度以下にするものである。
発明の効果
［０００７］
この発明は、抜板に直線切り欠きを不等ピッチで設け、この抜板を円周方向に不等ピッチの公約数となる角度ずつ回転させながら積層することにより、固定子鉄心の円周上に直線切り欠きが均等に分布し、磁束密度が均一化され特性を向上することができる。
図面の簡単な説明
［０００８］
［図１］この発明の実施の形態１における回転電機の固定子鉄心の鉄心抜板の材料取りを示す図である。
［図２］この発明の実施の形態１における回転電機の固定子鉄心の鉄心抜板の積み上げ方向を示す斜視図である。
［図３］この発明の実施の形態１における回転電機の固定子鉄心の鉄心抜板を１２分割した図である。
［図４］従来の固定子鉄心の鉄心抜板における回転電機の材料取りを示す図である。
発明を実施するための形態
［０００９］
実施の形態１．
【手続補正書】
【提出日】平成27年10月8日(2015.10.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略中空円板状の鉄心抜板を複数枚積層し固着し、略中空円筒状とした回転電機の固定子鉄心において、
前記各鉄心抜板の円形外周上に不等ピッチで複数の直線切り欠きを設け、
前記各鉄心抜板を１枚ごとに前記各直線切り欠き間の角度の公約数に当たる角度ずつ回転させて積層し、
前記各直線切り欠きの各両端部と鉄心抜板の中心とをそれぞれ結んだ２本の線分がなす角度が、全て、前記鉄心抜板を積層する際に回転させる角度未満であり、
前記各直線切り欠きの深さをｋとし、前記各鉄心抜板の前記各直線切り欠きがない箇所の半径の長さをＤ１としたとき、
前記各直線切り欠きの深さは、ｋ＜Ｄ１＊（１―ＣＯＳ１５°）の関係を満たすことを特徴とする回転電機の固定子鉄心。
【請求項２】
前記各鉄心抜板は、等間隔の固定子スロットを設け、
前記鉄心抜板を回転させる角度は、前記固定子スロットの間隔の倍数であることを特徴とする請求項１に記載の回転電機の固定子鉄心。
【請求項３】
前記直線切り欠きは、９０°、９０°、６０°、６０°、６０°の間隔で前記鉄心抜板の円形外周上に５つ設けられ、
各鉄心抜板を９０°、及び６０°との公約数の角度ずつ回転させて積層することを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機の固定子鉄心。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
この発明にかかる固定子鉄心においては、抜板に直線切り欠きを不等ピッチで設け、この抜板を円周方向に不等ピッチの公約数となる角度ずつ回転させながら積層し、各直線切り欠きの各両端部と鉄心抜板の中心とをそれぞれ結んだ２本の線分がなす角度が、全て、鉄心抜板を積層する際に回転させる角度未満であり、各直線切り欠きの深さをｋとし、各鉄心抜板の各直線切り欠きがない箇所の半径の長さをＤ１としたとき、各直線切り欠きの深さは、ｋ＜Ｄ１＊（１―ＣＯＳ１５°）の関係を満たすものである。
【国際調査報告】
2014162354.tif 000008
2014162354.tif 000009