JP2007318831A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄心板としての電磁鋼板の使用量を少なくし、かつ鉄心板の積層工程を簡単にする。
【解決手段】固定子鉄心１０は電磁鋼板シートからなる固定子鉄心板２２と普通鋼板シートからなる固定子鉄心板２２Ａとを交互に積層して形成される。回転子鉄心８は普通鋼板シートからなる回転子鉄心板１９Ａを積層して形成される。回転子鉄心８は電磁鋼板シートからなる回転子鉄心板１９を積層して形成することもできる。また、回転子鉄心８は回転子鉄心板１９，１９Ａをほぼ同数含む２種類のブロックＢ１，Ｂ２を形成し、このブロックＢ１，Ｂ２を重ねて形成することもできる。固定子鉄心板２２（２２Ａ）は回転子鉄心板１９（１９Ａ）を打ち抜いた素材１５の残余部分をさらに打ち抜いて形成することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機に関し、特に、積層鉄心の製造にかかるコストを節減できる構造を有する回転電機に関する。

小型発電機や電動機等の回転電機においては、固定子および回転子に電磁鋼板を積層した積層鉄心が使用されている。この積層鉄心を形成する電磁鋼板の両面には、交番磁界中で鋼板に発生する渦電流損を低減させるために絶縁皮膜が形成されている。

ところで、電磁鋼板を積層して使用する場合、両面に絶縁皮膜が形成されている必要はなく、片面のみに絶縁皮膜が形成されているだけでも渦電流損を低減することが可能である。このような見識から、両面に絶縁皮膜を形成した電磁鋼板と絶縁皮膜を有していない冷間圧延鋼板（普通鋼板）とを交互に配置した回転電機用積層鉄心が提案されている（特開平９−１９０９０号公報）。この公報に記載された鉄心は、電磁鋼板と冷間圧延鋼板とを１枚ずつ重ねた状態から打ち抜き形成して打ち抜き工程の効率化を図っている。
特開平９−１９０９０号公報

しかし、上記特許文献１に記載されたように、２枚重ねした鋼板を打ち抜くためには、打ち抜き型を用意するためのコスト負担が大きく、また、バリを発生させることなく、かつ仕上がり精度よく２枚重ねした鋼板を打ち抜くことは容易ではない。

これに対して、両面に絶縁被覆を有する電磁鋼板と冷間圧延鋼板とから別々に鉄心板を打ち抜き形成し、後工程で双方の鉄心板を交互に積層することが考えられる。

しかし、例えば０．５ｍｍ程度の、油が付着した鋼板を交互に積層するのは、手間がかかるので、材料コストの低減は図れるものの、工程コスト増加の負担が大きくなるという問題がある。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、鉄心板の積層工程を簡略化することで、冷間圧延鋼板を使用することによるコスト低減効果を実効性のあるものにすることができる回転電機を提供することにある。

本発明は、固定子鉄心板を積層して形成される固定子鉄心と、回転子鉄心板を積層して形成される回転子鉄心とを含んでいる回転電機において、前記固定子鉄心が、両面に絶縁皮膜を形成した電磁鋼板シートから打ち抜き形成された固定子鉄心板および普通鋼板シートから打ち抜き形成された固定子鉄心板を交互に重ね合わせて積層してなり、前記回転子鉄心が、両面に絶縁皮膜を形成した電磁鋼板シートから打ち抜き形成された回転子鉄心板および普通鋼板シートから打ち抜き形成された回転子鉄心板のいずれか一方を積層してなるとともに、前記固定子鉄心板が、前記電磁鋼板シートおよび前記普通鋼板シートの前記回転子鉄心板が打ち抜かれた部分の外周残余部分をさらに打ち抜いて形成されている点に第１の特徴がある。

また、本発明は、第１の特徴を有する発明において、前記回転子鉄心を、両面に絶縁皮膜を形成した電磁鋼板シートから打ち抜き形成された回転子鉄心板を積層してなる第１のブロックおよび普通鋼板シートから打ち抜き形成された回転子鉄心板を積層してなる第２のブロックを互いに重ね合わせてなる回転子鉄心にそっくり入れ替えた構造を有する点に第２の特徴がある。

さらに、本発明は、第２の特徴を有する発明において、前記第１のブロックを構成する固定子鉄心板の積層枚数と、前記第２のブロックを構成する固定子鉄心板の積層枚数とが互いにほぼ同数である点に第３の特徴がある。

第１の特徴を有する発明によれば、固定子鉄心の半分に普通鋼板シートを採用して材料コスト低減効果を向上させだけでなく、固定子鉄心だけを、２種類の鋼板シートからなる固定子鉄心板を交互に重ね合わせて積層する工程で形成すればよく、回転子鉄心は、１種類の鋼板シートを所定枚数積層する簡単な工程で形成することができる。したがって、回転子を製造する工程の管理を容易にし、かつ製造時間の短縮を図ることができる。

第２の特徴を有する発明によれば、ブロックとして一まとまりにした回転子鉄心板を２種類組み合わせるだけでよいので、回転子鉄心板を１枚ずつ交互に積層する手間を軽減することができる。

第３の特徴を有する発明によれば、固定子鉄心と同様、電磁鋼板シートと普通鋼板シートとを同数使用するので、完成された回転子鉄心の積層寸法を固定子鉄心の積層寸法とを同一にすることができる。

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態に係る回転電機の一例である自励式発電機の断面図である。同図において、自励式発電機１は、筒体２と該筒体２の両端にそれぞれはめ込まれたエンドブラケット３，４とからなるハウジング５を有している。エンドブラケット３，４にはベアリング６ａ，６ｂが保持され、これらベアリング６ａ，６ｂによって回転子軸７が回転自在に支持されている。回転子軸７には、回転子鉄心８が固定され、回転子鉄心８には回転子巻線９が巻回されている。回転子鉄心８の外周には、該回転子鉄心８と同心に固定子鉄心１０が配置され、該固定子鉄心１０には、固定子巻線１１が巻回されている。固定子巻線１１は、メインの交流出力巻線とエキサイタ巻線とからなる。回転子軸７は、図示しない動力源（例えば、エンジン）の出力軸に連結されて回転駆動される。

前記回転子軸７上には、ブラシ１２とスリップリング１３とが設けられており、ＡＶＲ（自動電圧制御装置）１４を経由してエキサイタ巻線からの電流が回転子巻線９に供給される。ＡＶＲ１４は、エキサイタ巻線の出力を整流する整流回路と、メインの交流出力巻線の出力電圧が所定の定電圧になるように、整流されたエキサイタ巻線の出力を制御する制御機能とを有する。

回転子鉄心８および固定子鉄心１０は、いずれも、打ち抜き成型されたシート状の鉄心板（例えば、０．５ｍｍ厚さ）を多数積層してなる。固定子鉄心１０は、絶縁皮膜が形成された電磁鋼板と絶縁皮膜を有していない冷間圧延鋼板とを交互に積層してなる。一方、回転子鉄心８は、冷間圧延鋼板のみ、または電磁鋼板と冷間圧延鋼板とをほぼ半分ずつ使用して積層鉄心を構成する。積層鉄心の具体的な構成例は後述する。

図２は、鉄心板の打ち抜き工程を示す模式図である。図２において、第１工程では素材１５に基準スロット１６を打ち抜く。素材１５は電磁鋼板と冷間圧延鋼板の２種類である。第２工程では、基準スロット１６に対して所定の位置に回転子軸用孔１７と複数の固定子磁極用孔１８を打ち抜く。第３工程では回転子鉄心板１９を打ち抜く。第４工程では、回転子鉄心板１９を打ち抜いた後の、中心部残余２０と、外周部分２１とを打ち落として固定子鉄心板２２を形成する。これらの工程により、素材１５から、できるだけ無駄なく回転子鉄心板１９と固定子鉄心板２２とを打ち抜くことができる。

上述の工程で電磁鋼板と冷間圧延鋼板とから回転子鉄心板１９および固定子鉄心板２２を多数枚形成し、これらをそれぞれ重ね合わせて積層し、回転子鉄心８と固定子鉄心１０とを形成する。

図３〜図５は、回転子鉄心板１９および固定子鉄心板２２の積層例を示す模式図である。図３〜図５の説明では、電磁鋼板からなる回転子鉄心板を符号１９、冷間圧延鋼板からなる回転子鉄心板を符号１９Ａで示して区別し、電磁鋼板からなる固定子鉄心板を符号２２、冷間圧延鋼板からなる固定子鉄心板を符号２２Ａで示して区別する。

まず、図３では、電磁鋼板からなる固定子鉄心板２２と冷間圧延鋼板からなる固定子鉄心板２２Ａとを交互に重ねて積層し固定子鉄心１０を形成する。一方、冷間圧延鋼板からなる回転子鉄心板１９Ａだけを重ね合わせて積層された回転子鉄心８を形成する。

また、図４では、図３の例と同じ構成で積層された固定子鉄心１０を形成する。一方、図４の回転子鉄心８は、図３の例とは異なり、電磁鋼板からなる回転子鉄心板１９だけを重ね合わせて積層してなる。

つまり、図３と図４に示した固定子鉄心１０と回転子鉄心８とを同数ずつ製造すれば、図２に示した工程で打ち抜かれた固定子鉄心板２２，２２Ａと回転子鉄心板１９，１９Ａは均等に使用されていき、無駄が生じない。さらに、回転子鉄心８の形成では、回転子鉄心板１９，１９Ａを交互に積層するという工程ではなく、電磁鋼板からなる回転子鉄心板１９および冷間圧延鋼板からなる回転子鉄心板１９Ａをそれぞれ一まとめにするだけで、積層された回転子鉄心８を形成することができる。したがって、回転子鉄心８を製造する工程を簡略化できる。

図５の例は、変形例である。図５では、図３や図４の例と同じ構成で積層された固定子鉄心１０を形成する。一方、図５の回転子鉄心８は、図３や図４の例とは異なり、電磁鋼板からなる回転子鉄心板１９と冷間圧延鋼板からなる回転子鉄心板１９Ａを同数ずつブロック化した後、重ね合わせて積層してなる。固定子鉄心１０のように種類の異なる鋼板を交互に重ね合わせるのではなく、電磁鋼板からなる回転子鉄心板１９を一まとめにしてブロックＢ１を形成するとともに、冷間圧延鋼板からなる回転子鉄心板１９Ａを一まとめにしてブロックＢ２を形成する。そして、これらブロックＢ１，Ｂ２を一つにまとめて回転子鉄心８を完成させる。

図５の例によれば、打ち抜かれた固定子鉄心板２２，２２Ａと回転子鉄心板１９，１９Ａは同数ずつ使用されていくとともに、回転子鉄心８の形成は、種類の異なる鋼板を１枚ずつ交互に重ねていく方法よりは簡略化できるという効果がある。なお、図５の例では、ブロックＢ１とブロックＢ２とは同数の鋼板からなるようにしたが、完全に同数である必要はなく、ブロックＢ１，Ｂ２からなる回転子鉄心８を多数製造していくうちに、打ち抜かれた回転子鉄心板１９，１９Ａが同数ずつ使用されていくようにブロックＢ１，Ｂ２を構成してもよい。

例えば、３００枚の鋼板で回転子鉄心８を製造する場合、標準的にはブロックＢ１，Ｂ２を１５０枚ずつの鋼板から形成する。一方、鋼板１００枚からなるブロックＢ１および鋼板２００枚からなるブロックＢ２からなる第１構成の回転子鉄心８と、鋼板２００枚からなるブロックＢ１および鋼板１００枚からなるブロックＢ２からなる第２構成の回転子鉄心８とを形成してもよい。

上述のようにして形成した鉄心にそれぞれ巻線を巻くことによって、固定子および回転子を完成させる。巻線を巻く工程や、固定子および回転子をハウジング５に取り付ける工程は、従来周知の方法を採用できるので、詳細な説明は省略する。

自励式発電機では、固定子には交番磁界が作用するので渦電流損が生じる。この渦電流損は、絶縁皮膜を形成した電磁鋼板を使用することにより低減することができる。一方、回転子はブラシとスリップリングとを介して供給される直流で駆動されて単一方向の磁界が作用するだけであるので、渦電流損を低減させることができる電磁鋼板を使用しなくても、所望の性能を得ることができる。つまり、図３に示した回転子鉄心８や図５に示した回転子鉄心８でも、図４に示した全部が電磁鋼板からなる回転子鉄心８と性能差はほとんど発生しない。

上記実施形態では、回転電機として自励式発電機を例に説明したが、同様の構造を有する電動機にも本発明を適用することができる。

本発明の一実施形態に係る回転電機の一例としての自励式発電機の断面図である。 固定子鉄心板と回転子鉄心板の打ち抜き工程の説明図である。 固定子鉄心板と回転子鉄心板の積層パターンの第１例を示す模式図である。 固定子鉄心板と回転子鉄心板の積層パターンの第２例を示す模式図である。 固定子鉄心板と回転子鉄心板の積層パターンの第３例を示す模式図である。

符号の説明

１…自励式発電機、 ５…ハウジング、 ７…回転子軸、 ８…回転子鉄心、 ９…回転子巻線、 １０…固定子鉄心、 １１…固定子巻線、 １５…素材、 １９…回転子鉄心板、 ２１…外周部分、 ２２…固定子鉄心板

Claims (3)

1. 固定子鉄心板を積層して形成される固定子鉄心と、回転子鉄心板を積層して形成される回転子鉄心とを含んでいる回転電機において、
   前記固定子鉄心が、両面に絶縁皮膜を形成した電磁鋼板シートから打ち抜き形成された固定子鉄心板および普通鋼板シートから打ち抜き形成された固定子鉄心板を交互に重ね合わせて積層してなり、
   前記回転子鉄心が、両面に絶縁被覆を形成した電磁鋼板シートートから打ち抜き形成された回転子鉄心板および普通鋼板シートから打ち抜き形成された回転子鉄心板のいずれか一方を積層してなるとともに、
   前記固定子鉄心板が、前記電磁鋼板シートおよび前記普通鋼板シートの前記回転子鉄心板が打ち抜かれた部分の外周残余部分をさらに打ち抜いて形成されていることを特徴とする回転電機。
2. 固定子鉄心板を積層して形成される固定子鉄心と、回転子鉄心板を積層して形成される回転子鉄心とを含んでいる回転電機において、
   前記固定子鉄心が、両面に絶縁皮膜を形成した電磁鋼板シートから打ち抜き形成された固定子鉄心板および普通鋼板シートから打ち抜き形成された固定子鉄心板を交互に重ね合わせて積層してなり、
   前記回転子鉄心が、両面に絶縁皮膜を形成した電磁鋼板シートから打ち抜き形成された回転子鉄心板を積層してなる第１のブロックおよび普通鋼板シートから打ち抜き形成された回転子鉄心板を積層してなる第２のブロックを互いに重ね合わせてなるとともに、
   前記固定子鉄心板が、前記電磁鋼板シートおよび前記普通鋼板シートの前記回転子鉄心板が打ち抜かれた部分の外周残余部分をさらに打ち抜いて形成されていることを特徴とする回転電機。
3. 前記第１のブロックを構成する固定子鉄心板の積層枚数と、前記第２のブロックを構成する固定子鉄心板の積層枚数とが互いにほぼ同数であることを特徴とする請求項２記載の回転電機。
   

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