(57)【要約】【課題】小型・軽量かつ生産性の良い鉄心、固定子、回転電機を提供する。【解決手段】鉄心２０は、複数の分割ヨーク部２２と、それぞれの分割ヨーク部２２の周方向の一端部から径方向内側に延出する第一ティース部２４および周方向の他端部から径方向内側に延出する第二ティース部２５とを有し、隣り合う２個の分割ヨーク部２２の内の一方の分割ヨーク部２２から延出する第一ティース部２４の先端部と他方の分割ヨーク部２２から延出する第二ティース部２５の先端部とが、先端結合部３Ｋにより結合されて鉄心２０は一体として形成され、隣接する分割ヨーク部２２の外周部に設けた溶接部６を溶接することにより、隣り合う２個の分割ヨーク部２２の内の一方の分割ヨーク部２２から延出する第一ティース部２４と他方の分割ヨーク部２２から延出する第二ティース部２５とが、一個のティース部２３を構成する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の分割ヨーク部と前記分割ヨーク部から径方向内側に延出するティース部とを有する円環状の鉄心と、前記鉄心のスロット部に配設されたコイルとを備えた回転電機の固定子を構成する鉄心であって、
前記鉄心は、
それぞれの前記分割ヨーク部の周方向の一端部から径方向内側に延出する第一ティース部および周方向の他端部から径方向内側に延出する第二ティース部とを有し、
一個の前記分割ヨーク部から延出する前記第一ティース部と前記第二ティース部との間には、前記スロット部が形成され、
隣り合う２個の前記分割ヨーク部の内の一方の前記分割ヨーク部から延出する前記第一ティース部の先端部と他方の前記分割ヨーク部から延出する前記第二ティース部の先端部とが、先端結合部により結合されて前記鉄心は一体として形成され、
隣接する前記分割ヨーク部の外周部に設けた溶接部を溶接することにより、隣り合う２個の前記分割ヨーク部の内の一方の前記分割ヨーク部から延出する前記第一ティース部と他方の前記分割ヨーク部から延出する前記第二ティース部とが、一個の前記ティース部を構成する鉄心。
【請求項２】
前記溶接部の径方向の溶け込み深さｔ３は、前記第二ティース部の、前記先端結合部を除く最も内周側部分における周方向幅をｔ１、前記第二ティース部の最も外周側部分における周方向幅をｔ２、隣り合う前記第一ティース部と前記第二ティース部との間に形成される溝部の径方向の長さをｔ６とすると、
ｔ３≧（ｔ１＾２＋ｔ２＾２）／（６・ｔ６）となる請求項１に記載の鉄心。
【請求項３】
隣り合う２個の前記分割ヨーク部の一方は、前記一端部に周方向に延出する凸部又は周方向に凹んだ凹部を有し、他方は、前記他端部に前記凸部又は前記凹部と係合する凹部又は凸部を有する請求項１又は請求項２に記載の鉄心。
【請求項４】
前記凸部は前記分割ヨーク部の外周面に形成され、前記凹部は前記分割ヨーク部の外周面に切り欠きとして形成されている請求項３に記載の鉄心。
【請求項５】
前記凸部は、前記凸部の内周側に鉤部を有する請求項４に記載の鉄心。
【請求項６】
前記分割ヨーク部は、前記分割ヨーク部の外周に前記鉄心を固定するために使用する固定部を有する請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の鉄心。
【請求項７】
前記分割ヨーク部として、周方向の長さが異なる２種類の分割ヨーク部が、交互に配置されている請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の鉄心。
【請求項８】
隣り合う２個の前記分割ヨーク部の隣り合う周方向端部から延出する前記第一ティース部と前記第二ティース部とは、周方向の幅が異なる請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の鉄心。
【請求項９】
隣り合う２個の前記分割ヨーク部の隣り合う周方向端部から延出する前記第一ティース部と前記第二ティース部とは、周方向の幅が異なり、
前記凸部は、前記第一ティース部又は前記第二ティース部の内、周方向の幅が小さい方の前記分割ヨーク部に形成されている請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の鉄心。
【請求項１０】
前記鉄心は、複数の鉄心部材が積層された積層鉄心である請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の鉄心。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の鉄心と、前記コイルとを備えた固定子。
【請求項１２】
請求項１１に記載の固定子と、
前記固定子の内周側に挿入されて回転する回転子とを備えた回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、鉄心、固定子、回転電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電動機および発電機として使用される回転電機については、小型・高出力および高品質が求められている。例えば、車両に搭載される回転電機においては、これを搭載するためのスペースが小さくなってきている一方で、出力の向上が求められている。従来の回転電機として、固定子に用いられる固定子コアを周方向に分割し、結合面の外周部を積層方向にレーザ溶接して固着してなるインナーロータ型回転電機が示されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に係る固定子は、周方向に固定子コアを分割することで、高密度の巻線を施すことができ、この固定子を用いる回転電機を小型軽量化できる。
【０００３】
また、周方向に分割したコアの当接面に相係合する凸凹部を形成し、分割コアを内径方向に押圧する環状構造物を備えた回転電機の固定子が提案されている（例えば特許文献２参照）。特許文献２に記載の回転電機では、分割コアを組み合わせた固定子コアを径方向内側に押圧する、締め代を有する環状構造体に挿入することにより、固定子の剛性を得ている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３３５５７００号公報
【特許文献２】特許第３４３０５２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の回転電機においては、周方向に分割された固定子コアの接合部が溶接部だけとなるため、固定子コアに必要な剛性を確保できず、これを利用する回転電機の振動、騒音が大きくなってしまう課題があった。
【０００６】
また、固定子コアに必要な剛性を確保するために溶接部の径方向の溶け込み深さ（溶融させる深さ）を大きくすると、溶接部の歪みが大きくなって、固定子コアに必要な真円度が確保できず、回転電機のコギングトルクおよびトルクリップルが大きくなってしまうという課題があった。
【０００７】
さらに、溶接の径方向の溶け込み深さを大きくすると、軸方向に渦電流が流れやすくなるため、回転電機の効率が低下し、必要な出力を確保するために回転電機を大型化しなければならないという課題があった。
また、特許文献２に記載の回転電機においては、環状の構造物を設けないと必要な固定子の剛性が確保できないため、フレームを必要とし、部品数が増加して製品が高価となってしまう課題があった。
【０００８】
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、小型、軽量かつ生産性の良い鉄心、固定子、回転電機を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る鉄心は、
複数の分割ヨーク部と前記分割ヨーク部から径方向内側に延出するティース部とを有する円環状の鉄心と、前記鉄心のスロット部に配設されたコイルとを備えた回転電機の固定子を構成する鉄心であって、
前記鉄心は、
それぞれの前記分割ヨーク部の周方向の一端部から径方向内側に延出する第一ティース部および周方向の他端部から径方向内側に延出する第二ティース部とを有し、
一個の前記分割ヨーク部から延出する前記第一ティース部と前記第二ティース部との間には、前記スロット部が形成され、
隣り合う２個の前記分割ヨーク部の内の一方の前記分割ヨーク部から延出する前記第一ティース部の先端部と他方の前記分割ヨーク部から延出する前記第二ティース部の先端部とが、先端結合部により結合されて前記鉄心は一体として形成され、
隣接する前記分割ヨーク部の外周部に設けた溶接部を溶接することにより、隣り合う２個の前記分割ヨーク部の内の一方の前記分割ヨーク部から延出する前記第一ティース部と他方の前記分割ヨーク部から延出する前記第二ティース部とが、一個の前記ティース部を構成するものである。
また、この発明に係る固定子は、前記鉄心と、前記コイルとを備えたものである。
また、この発明に係る回転電機は、前記固定子と、前記固定子の内周側に挿入されて回転する回転子とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明に係る鉄心は、
複数の前記分割ヨーク部と、
それぞれの前記分割ヨーク部の周方向の一端部から径方向内側に延出する第一ティース部および周方向の他端部から径方向内側に延出する第二ティース部とを有し、
一個の前記分割ヨーク部から延出する前記第一ティース部と前記第二ティース部との間には、前記スロット部が形成され、
隣り合う２個の前記分割ヨーク部の内の一方の前記分割ヨーク部から延出する前記第一ティース部の先端部と他方の前記分割ヨーク部から延出する前記第二ティース部の先端部とが、先端結合部により結合されて前記鉄心は一体として形成され、
隣接する前記分割ヨーク部の外周部に設けた溶接部を溶接することにより、隣り合う２個の前記分割ヨーク部の内の一方の前記分割ヨーク部から延出する前記第一ティース部と他方の前記分割ヨーク部から延出する前記第二ティース部とが、一個の前記ティース部を構成するものなので、
部品数が少なく、小型、軽量かつ生産性が良く、安価で剛性の高い鉄心と固定子を提供できる。
また、固定子の剛性が大幅に向上することで、この固定子を使用する回転電機の振動・騒音を抑制できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る回転電機の平面図と側面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る固定子の斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る積層鉄心の各積層を構成する鉄心部材の平面図と要部拡大図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る固定子用のコイルの斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る固定子用のコイルの平面図と側面図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る積層鉄心部材の積層ティース部をコイルに挿入する直前の状態を示す斜視図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る積層鉄心部材の積層ティース部をコイルに挿入する直前の状態を示す平面図と側面図である。
【図８】図７（ｂ）のＢ−Ｂ線における断面図とその要部拡大図である。
【図９】本発明の実施の形態１に係る積層鉄心部材の積層ティース部をコイルに挿入する過程を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態１に係る積層鉄心部材の積層ティース部をコイルに挿入する過程を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態１に係る積層鉄心部材の積層ティース部をコイルに挿入する過程を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態１に係る溶接部に作用する力を説明する模式図である。
【図１３】本発明の実施の形態２に係る鉄心部材の平面図と要部拡大図である。
【図１４】本発明の実施の形態２に係る積層鉄心の平面図と要部拡大図である。
【図１５】本発明の実施の形態３に係る鉄心部材の平面図と要部拡大図である。
【図１６】本発明の実施の形態３に係る積層鉄心の平面図と要部拡大図である。
【図１７】図１５の丸印で囲んだ部分の一部拡大図である。
【図１８】本発明の実施の形態４に係る積層鉄心の平面図と要部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１に係る鉄心、固定子、回転電機を、図を用いて説明する。
図１（ａ）は、本発明の実施の形態１に係る回転電機１００の平面図である。
図１（ｂ）は、本発明の実施の形態１に係る回転電機１００の側面図である。
図２は、本発明の実施の形態１に係る固定子２の斜視図である。
回転電機１００は、回転軸１１を有する回転子１と、インナーロータ型固定子としての固定子２からなる。
【００１３】
固定子２は、磁束を通すための積層鉄心２０と、固定子２を界磁するためのコイル５とを有する。積層鉄心２０は、渦電流損を抑制するために、磁性鋼板をプレスで打ち抜いて製造する鉄心部材を積層することで形成されている。
【００１４】
以下の説明において、特に記載しない場合、「径方向」とは積層鉄心２０の径方向を意味する。同様に、「周方向」とは積層鉄心２０の周方向を意味し、「軸方向」とは積層鉄心２０の軸方向を意味する。
図３（ａ）は、積層鉄心２０の各積層を構成する鉄心部材３の平面図である。
図３（ｂ）は、図３（ａ）の円で囲んだ部分の拡大図である。
図３（ａ）に示すように、鉄心部材３は、円環状に一体として磁性鋼板から打ち抜かれた部材である。
【００１５】
鉄心部材３は、周方向に分割された分割ヨーク部３２の周方向の端部の一端部から径方向内側に延出する第一ティース部３４の先端部と、この分割ヨーク部３２と隣り合う分割ヨーク部３２の隣り合う他端部から同様に径方向内側に延出する第二ティース部３５の先端部とが先端結合部３Ｋにおいて一体として結合されている。そして、１個の分割ヨーク部３２から延出する第一ティース部３４と第二ティース部３５との間は、鉄心部材３の内側に向かって開口した凹部３９を形成している。
【００１６】
この凹部３９は、鉄心部材３が積層されると、コイル５を収納するスロット部となる。また、隣接する２個の分割ヨーク部３２から延出する隣り合う第一ティース部３４と第二ティース部３５は、両者の間にＶ字形状の溝部３６を形成している。
【００１７】
第一ティース部３４と第二ティース部３５とは、鉄心部材３が積層されると、後述の第一積層ティース部と第二積層ティース部となる。溝部３６は、隣接する分割ヨーク部３２の切れ目の隙間と連通して鉄心部材３の外側に開口している。
【００１８】
溝部３６は、鉄心部材３が積層された状態で、積層溝部となる。分割ヨーク部３２の、周方向の両端面がなす角度は、この鉄心部材３を外側から均等に収縮させて分割ヨーク部３２間の隙間が塞がれた状態で、鉄心部材３の全ての分割ヨーク部３２が円環状に接合される角度とする。
【００１９】
第一ティース部３４と第二ティース部３５とは、鉄心部材３の内側に向かって次第に細くなるテーパ形状とすることが望ましい。鉄心部材３の、全ての分割ヨーク部３２が円環状に接合されたとき、隣接する分割ヨーク部３２からそれぞれ延出する第一ティース部３４と第二ティース部３５とは、溝部３６を周方向に閉じるように変形する。
【００２０】
このとき主に変形する部分が、図３（ｂ）に示す変形中心Ｈ１及び変形中心Ｈ２を中心とする部分である。このように、溝部３６が閉じることにより、
隣り合う２個の分割ヨーク部３２の内の一方の分割ヨーク部３２から延出する第一ティース部３４と他方の分割ヨーク部３２から延出する第二ティース部３５とが、一個のティース部となる。溝部３６の径方向内側の先端と、ティースの内周側最先端部との間の長さｔ４（先端結合部３Ｋの径方向の長さ）は、第一ティース部３４、第二ティース部３５の、溝部３６の最も内周側部分における周方向の幅ｔ１よりも大きいことが望ましい。これにより、先端結合部３Ｋの剛性が上がるので、変形中心Ｈ１、Ｈ２に応力を集中させる一方、先端結合部３Ｋに作用する応力を低減することができる。
【００２１】
図４は、固定子２用のコイル５の斜視図である。
図５（ａ）は、コイル５の平面図である。
図５（ｂ）は、コイル５の側面図である。
コイル５は、積層鉄心２０の所定のスロット部内に所定ターン数分が配置されるように、予め形成されている。なお、図においてはコイル５の線材として丸線を使用しているが、丸線の代わりに平角線を使用しても良い。
【００２２】
次に、鉄心部材３を積層した積層鉄心部材の積層ティース部を、コイル５に挿入して、固定子２を製造する方法を説明する。
図６は、積層鉄心部材２１の積層ティース部２３（第一積層ティース部２４と第二積層ティース部２５とを合わせたもの）のコイル５に挿入する直前の状態を示す斜視図である。
【００２３】
図７（ａ）は、積層鉄心部材２１の積層ティース部２３のコイル５に挿入する直前の状態を示す平面図である。
図７（ｂ）は、積層鉄心部材２１の積層ティース部２３のコイル５に挿入する直前の状態を示す側面図である。
また、図８（ａ）は、図７（ｂ）のＢ−Ｂ線における断面図である。
図８（ｂ）は、図８（ａ）の要部拡大図である。
積層鉄心２０は、鉄心部材３を複数枚積層した積層鉄心部材２１を、外周側から径方向内側に押圧して縮径させ、隣接する積層分割ヨーク部２２同士を溶接して製造する。
図３に示す、鉄心部材３の分割ヨーク部３２が積層された部分が、図６に示す積層鉄心部材２１の積層分割ヨーク部２２となり、同様に、第一ティース部３４が積層された部分が第一積層ティース部２４となり、第二ティース部３５が積層された部分が第二積層ティース部２５となる。
【００２４】
積層鉄心部材２１を構成する鉄心部材３の内径は、少なくともコイル５の外径よりも大きく形成しておく。これにより、図６に示すように、コイル５装着前の積層鉄心部材２１を、コイル５に対して相対的に軸方向に移動させて両者を配置することができる。なお、図８（ｂ）に示すように、スロット部２９内に、積層鉄心部材２１とコイル５を絶縁するための絶縁部材４を挿入しておいても良い。
【００２５】
図９〜図１１（ａ）は、積層鉄心部材２１の積層ティース部２３をコイル５に挿入する過程を示す図である。
積層鉄心部材２１を外周側から径方向中心に向かって均等に加圧することで、図９、図１０、図１１（ａ）の順に積層鉄心部材２１の積層ティース部２３がコイル５に徐々に挿入されていく。すると、各鉄心部材３の変形中心Ｈ１および変形中心Ｈ２を中心とする部分が、積層溝部２６を閉じる方向に徐々に変形する。さらに、図１１（ａ）に示すように、積層溝部２６が閉塞するまで積層鉄心部材２１の外周面を径方向中心に向かって加圧することにより、積層鉄心部材２１のコイル５への挿入を完了すると、積層溝部２６が完全に閉塞し、隣り合う積層分割ヨーク部２２同士が密着する。
【００２６】
図１１（ｂ）は、隣接する積層分割ヨーク部２２同士の溶接状態を示す図である。
図に示すように、たとえばレーザ溶接等の溶接方法によって、隣り合う積層分割ヨーク部２２同士の外周面の境界部を溶接部６にて溶接することで図２に示す固定子２が完成する。なお、溶接部６は、図面では説明の便宜上三角形状で示している。また、図１、２等では、溶接部６を図示していない。
【００２７】
次に、溶接部６の溶け込み深さ（径方向に溶ける深さ）の必要条件について説明する。
図１２は、溶接部６に作用する力を説明する模式図である。
まず、図１２において、積層溝部２６の最も内周側部分における、第一積層ティース部２４（第二積層ティース部２５も同じ）の周方向の幅をｔ１（図３と同じ、ｔ４についても同様）とする。次に、第一積層ティース部２４の最も外周側部分（根元部分）における周方向幅をｔ２とする。次に、溶接部６の径方向の溶け込み深さをｔ３とし、先端結合部３Ｋの径方向の幅をｔ４とする。次に、積層鉄心２０の内径と外径との半径差をｔ５とし、閉じられた積層溝部２６の径方向の長さをｔ６とする。また、図１（ｂ）に示す積層鉄心２０の軸方向の長さをｔとする。
【００２８】
次に、溶接部６に加わる周方向の力（積層鉄心２０自体に働く、隣り合う積層分割ヨーク部２２の間を開こうとする力）をＦとする。次に、第一積層ティース部２４の内周側の変形中心Ｈ１に作用するモーメントをＭ１とし、第一積層ティース部２４の外周側の変形中心Ｈ２に作用するモーメントをＭ２とする。次に、鉄心部材３に使用する材料の降伏応力をσｍａｘ、モーメントＭ１およびＭ２の算出に使用する断面係数をそれぞれＺ１、Ｚ２とすると、次の２つの式が成り立つ。
式１：  Ｍ１＝Ｚ１・σｍａｘ
式２：  Ｍ２＝Ｚ２・σｍａｘ
ここで、断面係数は、次の式３および式４により求められる。
式３：  Ｚ１＝ｔ１＾２・ｔ／６
式４：  Ｚ２＝ｔ２＾２・ｔ／６
そして、このモーメントＭ１およびモーメントＭ２により溶接部６に加わる周方向の力Ｆは、次の式５により求められる。
式５：  Ｆ＝（Ｍ１＋Ｍ２）／ｔ６
また、溶接部６が、周方向の力Ｆに対して耐えうる力Ｆ’は、次の式６となる。
式６：  Ｆ’＝ｔ３・ｔ・σｍａｘ
ここでＦ＝Ｆ’とおくと、最低限必要な溶接部６の溶け込み深さｔ３が、次の式７により求められる。
式７：  ｔ３＝（ｔ１＾２＋ｔ２＾２）／（６・ｔ６）
よって、ｔ３を次に示す式８を満たす値に設定することで、積層鉄心２０の外周部に環状のフレーム等を設けなくても積層鉄心２０は、その形状を保持することができる。
式８：  ｔ３≧（ｔ１＾２＋ｔ２＾２）／（６・ｔ６）
【００２９】
例えば、ｔ１＝２、ｔ２＝４、ｔ６＝２１としたときには、ｔ３≧０．１６となる。なお、溶接部６は軸方向の一部のみに設けてもよい。たとえば軸方向のうち半分の長さを溶接する場合には前記例ではｔ３≧０．３２（０．１６×２）とすればよい。軸方向全てを溶接しないことで、溶接部を流れる渦電流の大きさを低減することができるので回転電機１００を高効率化できる効果がある。
【００３０】
また、積層鉄心２０は、外周側は、溶接部６で溶接されているが、各積層を構成する鉄心部材３の第一ティース部３４と第二ティース部３５の内周側は、先端結合部３Ｋで連結されており、外周側は、それぞれ分割ヨーク部３２に接続されており、鉄心部材３全体が一体である。したがって、積層ヨーク部単位で完全に分割されている積層分割鉄心の組み合わせに比較して、積層鉄心２０の剛性は大幅に向上する。例えば、分割ヨーク部のみが溶接で接合されている従来例では、断面２次モーメントＩ１は、次の式９により求められる。
式９：  Ｉ１＝ｔ３＾３・ｔ／１２
一方、ティースの先端が先端結合部３Ｋで一体に結合され、各積層を構成する鉄心部材３が一体である本実施の形態に係る積層鉄心２０の場合の断面２次モーメントＩ２は、次の式１０により求められる。
式１０：  Ｉ２＝（ｔ５＾３−（ｔ５−ｔ４−ｔ３）＾３）・ｔ／１２
ここで、従来例と本実施例の断面２次モーメントの比率αは、次の式１１および式１２により求められる。
式１１：  α＝Ｉ２／Ｉ１
式１２：  α＝（ｔ５＾３−（ｔ５−ｔ４−ｔ３）＾３）／ｔ３＾３
例えば、ｔ３＝１、ｔ４＝４、ｔ５＝３８とするとα＝１８９３５となり、剛性が４ケタ向上する。
【００３１】
本発明の実施の形態１に係る、積層鉄心２０、固定子２、回転電機１００によれば、積層鉄心２０の各積層を構成する鉄心部材３全体が一体なので、これを積層した積層鉄心部材２１も一体構造となる。そして積層鉄心部材２１の隣り合う積層分割ヨーク部２２同士を更に溶接で接合することにより、部品数が少なく、小型、軽量かつ生産性が良く、安価で剛性の高い積層鉄心２０と固定子２と回転電機１００を提供できる。また、固定子２の剛性が大幅に向上することで、回転電機１００の振動・騒音を抑制できる効果がある。
【００３２】
また、本発明によれば、固定子２にはフレームなどの環状構造物が必要なく、従来フレームが占めていたスペースまで固定子２の磁気回路として利用することができるので、固定子２を小型化し、回転電機１００を高出力化できる。さらに、フレームにより積層鉄心２０が径方向内側方向に押圧され、圧縮応力が作用して磁気特性が劣化することもないので、回転電機を小型化、高出力化できる効果がある。
【００３３】
なお、本実施の形態では、鉄心部材３を積層した積層鉄心２０について説明したが、鉄心としての平面形状が積層鉄心２０と同形状の一体物の固定子鉄心を用いても同一の作用効果を奏する。また、溶接方法はレーザ溶接に限らず、アーク溶接等でも良い。
【００３４】
実施の形態２．
以下、本発明の実施の形態２に係る鉄心、固定子、回転電機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１３（ａ）は、鉄心部材２０３の平面図である。
図１３（ｂ）は、図１３（ａ）の丸印で囲んだ部分の拡大図である。
図１４（ａ）は、積層鉄心２２０の平面図である。
図１４（ｂ）は、図１４（ａ）の丸印で囲んだ部分の拡大図である。
積層鉄心２２０は、鉄心部材２０３を複数積層した積層鉄心部材２２１を、図１３（ａ）と同じ状態から縮径し、隣接する第一積層分割ヨーク部２２２ａと第二積層分割ヨーク部２２２ｂとを溶接して製造する。なお、図１４では、説明の便宜上、実施の形態１で説明したコイル５は省略している。
【００３５】
実施の形態１の積層鉄心２０を構成する鉄心部材３は、全て同じ分割ヨーク部３２を備えていたが、本実施の形態では、図１３（ａ）、図１３（ｂ）に示すように、鉄心部材２０３は、周方向の長さが異なる２種類の第一分割ヨーク部２３２ａと第二分割ヨーク部２３２ｂを交互に備えている。第一分割ヨーク部２３２ａが積層された部分が、第一積層分割ヨーク部２２２ａとなり、第二分割ヨーク部２３２ｂが積層された部分が、第二積層分割ヨーク部２２２ｂとなる。
【００３６】
また、第一分割ヨーク部２３２ａの両端からから径方向内側に突出する第一ティース部２３４ａと第二ティース部２３５ａとは周方向の幅が同じであり、第二分割ヨーク部２３２ｂの両端からから径方向内側に突出する第一ティース部２３４ｂと第二ティース部２３５ｂとは周方向の幅が同じである。第一ティース部２３４ａが積層された部分が第一積層ティース部２２４ａとなり、第二ティース部２３５ａが積層された部分が第二積層ティース部２２５ａとなり、第一ティース部２３４ｂが積層された部分が第一積層ティース部２２４ｂとなり、第二ティース部２３５ｂが積層された部分が第二積層ティース部２２５ｂとなる。そして、第一積層ティース部２２４ａ及び第二積層ティース部２２５ａの周方向の幅の方が、第一積層ティース部２２４ｂ及び第二積層ティース部２２５ｂの周方向の幅より大きい。よって、隣り合う第一積層分割ヨーク部２２２ａと第二積層分割ヨーク部２２２ｂの、隣り合う周方向端部から延出する第一積層ティース部２２４ａと第二積層ティース部２２５ｂとは、周方向の幅が異なり、同様に第一積層ティース部２２４ｂと第二積層ティース部２２５ａとは周方向の幅が異なる。
【００３７】
また、第一分割ヨーク部２３２ａは、その周方向両端面に、周方向に凹んだ凹部２３２ａ１を有し、第二分割ヨーク部２３２ｂは、その周方向両端面に、周方向に突出する凸部２３２ｂ１を有する。凹部２３２ａ１は、積層されて積層凹部２２２ａ１となり、凸部２３２ｂ１は積層されて積層凸部２２２ｂ１となる。
【００３８】
実施の形態１と同様に、外周側から積層鉄心部材２２１を径方向内側に次第に押圧して縮径し、図１４（ａ）、図１４（ｂ）に示すように、隣り合う第一積層分割ヨーク部２２２ａと第二積層分割ヨーク部２２２ｂの、積層凹部２２２ａ１と積層凸部２２２ｂ１を係合し、第一積層分割ヨーク部２２２ａと第二積層分割ヨーク部２２２ｂの外周の境界部を溶接部２０６にて溶接して積層鉄心２２０を製造する。
【００３９】
本発明の実施の形態２に係る積層鉄心２２０、固定子、回転電機によれば、積層凹部２２２ａ１と積層凸部２２２ｂ１とを係合した上で第一積層分割ヨーク部２２２ａおよび第二積層分割ヨーク部２２２ｂを溶接することにより、積層鉄心２２０の剛性を大幅に向上できる。これにより回転電機の運転時に発生する騒音を大幅に抑制する効果がある。
【００４０】
また、積層鉄心２２０に係合用の積層凹部２２２ａ１と積層凸部２２２ｂ１を設けることにより、固定子の形状精度を向上できるので、回転電機のコギングトルクおよびトルクリップルを抑制する効果がある。
【００４１】
また、積層ティース部２２３を構成する第一積層ティース部２２４ａと第二積層ティース部２２５ｂとは、周方向の幅が異なる。このように、組み合わせる２つ積層ティース部の周方向の幅を異ならせることによって、積層鉄心部材２２１を縮径する時の変形を第二積層ティース部２２５ｂに集中させることができる。第二積層ティース部２２５ｂについて前述の各式を適用すると、実施の形態１に比較して溶接部２０６に加わる力を低減でき溶接部２０６に必要な径方向の溶け込み深さｔ３を小さくすることができることが分かる。これにより、溶接部２０６に生じる渦電流を抑制して回転電機を高効率化する効果がある。
【００４２】
これまで、積層凹部２２２ａ１と積層凸部２２２ｂ１とを係合することについて説明したが、積層凹部２２２ａ１に積層凸部２２２ｂ１を圧入してもよい。積層凹部２２２ａ１に積層凸部２２２ｂ１を圧入することにより、積層鉄心部材２１を縮径するだけで、第一積層分割ヨーク部２２２ａと第二積層分割ヨーク部２２２ｂとが周方向に接合される。これにより、積層鉄心部材２２１を縮径してから溶接するまでの間に積層鉄心部材２２１を治具等で仮保持する必要がなく、製造上の設備費を抑制する効果がある。
【００４３】
なお、積層凹部２２２ａ１と積層凸部２２２ｂ１とは、第一積層分割ヨーク部２２２ａ、第二積層分割ヨーク部２２２ｂにおいて、なるべく外周寄り（外周面に近い部分）に配置することが望ましい。磁束密度の低い外周寄りに配置することで、回転電機の効率を向上し、小型高出力化することができる。また、本実施の形態においては、積層分割ヨーク部の積層凹部２２２ａ１と積層凸部２２２ｂ１との組み合わせは周方向に順番に「凹凹凸凸」として説明したがこれに限るものでは無く「凹凸凹凸」等の組み合わせであっても良い。
【００４４】
実施の形態３．
以下、本発明の実施の形態３に係る鉄心、固定子、回転電機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、鉄心部材３０３の平面図である。
図１５（ｂ）は、図１５（ａ）の丸印で囲んだ部分の拡大図である。
図１６（ａ）は、積層鉄心３２０の平面図である。
図１６（ｂ）は、図１６（ａ）の丸印で囲んだ部分の拡大図である。
積層鉄心３２０は、鉄心部材３０３を複数積層した積層鉄心部材３２１を、図１５（ａ）と同じ状態から縮径し、隣接する第一積層分割ヨーク部３２２ａと第二積層分割ヨーク部３２２ｂ同士を溶接して製造する。なお、図１６では、説明の便宜上、実施の形態１で説明したコイル５は省略している。
【００４５】
第一分割ヨーク部３３２ａは、外周両端部に周方向に切欠き部３３２ａ１を有する。また第二分割ヨーク部３３２ｂの外周両端部には周方向に延出する凸部３３２ｂ１を有する。切欠き部３３２ａ１は、積層されて積層切欠き部３２２ａ１となり、凸部３３２ｂ１は積層されて積層凸部３２２ｂ１となる。積層切欠き部３２２ａ１と積層凸部３２２ｂ１とを係合することにより、隣り合う第一積層分割ヨーク部３２２ａと第二積層分割ヨーク部３２２ｂとを周方向に接合した後、積層凸部３２２ｂ１の周方向先端部分である溶接部３０６にて第一積層分割ヨーク部３２２ａと溶接する。
【００４６】
図１７は、図１５の丸印で囲んだ部分の一部拡大図である。
図に示すように、積層鉄心３２０の積層凸部３２２ｂ１の内周側に、尖った鉤部３２２ｂｔを設けてもよい。鉤部３２２ｂｔによって、第一積層分割ヨーク部３２２ａと第二積層分割ヨーク部３２２ｂが一旦接合されると、これらの部材が相対的に離れにくくなるので、さらに積層鉄心３２０の剛性を向上して、振動、騒音を抑制する効果がある。
【００４７】
本発明の実施の形態３に係る、積層鉄心３２０、固定子、回転電機によれば実施の形態１と同様の効果に加えて、第一ティース部２３４ａと第二ティース部２３５ｂ及び、第二ティース部２３５ａと第一ティース部２３４ｂは、それぞれ先端結合部３Ｋで結合されているので、精度に優れた凹凸形状部を形成しなくても、周方向に引っ掛かる形状であれば積層凸部３２２ｂ１を積層切欠き部３２２ａ１に圧入することができる。この場合、積層切欠き部３２２ａ１に係合する面が内側の片面だけとなるため、凸部３３２ｂ１の幅精度を必要以上に厳しく管理する必要がない。これにより、安価に積層鉄心３２０を生産できる効果がある。
【００４８】
実施の形態４．
以下、本発明の実施の形態４に係る鉄心、固定子、回転電機を図を用いて実施の形態３と異なる部分を中心に説明する。
図１８（ａ）は、積層鉄心４２０の平面図である。
図１８（ｂ）は、図１８（ａ）の丸印で囲んだ部分の拡大図である。
本実施の形態に係る鉄心部材４０３の基本的な構成は実施の形態３と同じである。実施の形態３と異なる部分は、図に示すように３箇所の第一積層分割ヨーク部３２２ａに替えて第三積層分割ヨーク部４２２ａを備える点である。
【００４９】
第三積層分割ヨーク部４２２ａは、軸方向に固定ボルトを挿入できる穴４２２ａｈが形成された固定部４２２ａ３を外周に備える。この穴４２２ａｈにボルトを通して固定子を直接、機器に固定することができる。固定部４２２ａ３を積層鉄心４２０自体に設けることにより、この積層鉄心を使用する機器の製造コストを抑制することができる。
【００５０】
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。
【符号の説明】
【００５１】
１００  回転電機、１  回転子、１１  回転軸、２  固定子、
３，２０３，３０３，４０３  鉄心部材、３Ｋ  先端結合部、３２  分割ヨーク部、
２３２ａ，３３２ａ  第一分割ヨーク部、２３２ｂ，３３２ｂ  第二分割ヨーク部、
３４，２３４ａ，２３４ｂ  第一ティース部、
３５，２３５ａ，２３５ｂ  第二ティース部、３６溝部、３９  凹部、
２３２ａ１  凹部、２３２ｂ１  凸部、Ｈ１，Ｈ２  変形中心、４  絶縁部材、
５  コイル、６，２０６，３０６  溶接部、２０，２２０，３２０，４２０  積層鉄心、２１，２２１，３２１  積層鉄心部材、２２  積層分割ヨーク部、
２２２ａ，３２２ａ  第一積層分割ヨーク部、
２２２ｂ，３２２ｂ  第二積層分割ヨーク部、４２２ａ  第三積層分割ヨーク部、
２３，２２３  積層ティース部、２４，２２４ａ，２２４ｂ  第一積層ティース部、
２５，２２５ａ，２２５ｂ  第二積層ティース部、２２２ａ１  積層凹部、
２２２ｂ１，３２２ｂ１  積層凸部、２６  積層溝部、２９  スロット部、
３３２ａ１  切欠き部、３２２ａ１  積層切欠き部、３３２ｂ１  凸部、
３３２ｂｔ  鉤部、４２２ａ３  固定部、４２２ａｈ  穴。
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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