JP3871964B2 - 回転電機の固定子鉄心の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、回転電機、例えば車両用交流発電機の固定子鉄心の製造方法に関し、特にプレス成形された磁性鋼板を積層してなる固定子鉄心の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図8は例えば特開2001−112197号公報に記載された従来の車両用交流発電機の固定子において第1シートによって積層体を成形する工程を説明する平面図、図9は図8のIX−IX矢視断面図、図10は従来の車両用交流発電機の固定子における第2シートを示す平面図、図11は図10のXI−XI矢視断面図、図12は従来の車両用交流発電機の固定子における導体セグメントを固定子鉄心に挿入する工程を示す分解斜視図、図13は従来の車両用交流発電機の固定子における固定子巻線の装着状態を説明する要部断面図である。
【0003】
従来の固定子1は、スロット3が内周側に開口するように、かつ、周方向に所定ピッチで形成された円筒状の固定子鉄心2と、固定子鉄心2のスロット3に巻装された固定子巻線4と、各スロット3内に装着されたインシュレータ5とから構成されている。
【0004】
固定子鉄心2は、第1シート6により構成された積層体7と、積層体7の軸方向の両端に配置された第2シート8とを有している。
積層体7は、図8に示されるように、プレス型を用いて帯状の磁性鋼板に凹部6aを所定ピッチで打ち抜いて形成された第1シート6が所定回数だけ螺旋状に巻き取られて円筒状に形成される。この時、凹部6aは積層体7の軸方向に重なってスロット3aを構成している。積層体7は、第1シート6がプレス打ち抜き方向を一致させて積層されており、図9に示されるように、スロット3aの内壁面には、プレス打ち抜き方向に延びるカエリ(バリ)6bが各第1シート6に残されている。
【0005】
第2シート8は、図10に示されるように、プレス型を用いて第1シート6より厚い板厚の磁性鋼板からなる平板を打ち抜いて円環状に形成されている。この時、スロット3aに対応するスロット3bが同時にプレス成形される。ついで、面取り部8aが、図11に示されるように、第2シート8の一方の端面側でスロット3bの縁部に形成される。なお、第2シート8は積層体7と同径に形成されている。
そして、第2シート8が、積層体7の両端面に、スロット3aとスロット3bとの位置が一致するように、かつ、面取り部8aが積層体7に対して反対側に向くようにして配置され、これらの外周面に軸方向の一端部から他端部にわたって数条のレーザ溶接を行い、固定子鉄心2を作製している。なお、スロット3a、3bが軸方向に連なってスロット3を構成している。
【0006】
固定子巻線4は、図12および図13に示されるように、複数の導体セグメント9を用い、これらの導体セグメント9の端部を溶接等の接合方法により接合して構成されている。導体セグメント9は、絶縁被膜を有する短尺な銅線をU字状に折り曲げて作製されている。ここでは、大小2つの導体セグメント9a、9bを基本ユニットとして、これらを複数用いている。導体セグメント9は、インシュレータ5に包まれて、スロット3の内壁面との間にインシュレータ5を介在させて、スロット3内に収納されている。このインシュレータ5は、導体セグメント9の銅線に被覆された絶縁被膜とともに、導体セグメント9と固定子鉄心2との間の絶縁性を確保している。
【0007】
導体セグメント9およびインシュレータ5は、第1シート6のプレス打ち抜き方向と一致する方向に、即ち図13の上方から下方に向かって固定子鉄心2のスロット3に挿入される。そして、固定子鉄心2のスロット3から延出する導体セグメント9の端部が図13中矢印で示されるように曲げられ、所定ピッチ離れた他の導体セグメント9の端部に接合され、固定子巻線4を作製している。
【0008】
このように構成された従来の固定子1では、積層体7の軸方向両端部に板厚の厚い第2シート8が配設されているので、固定子鉄心2の剛性が高められる。そこで、導体セグメント9の挿入時における板厚の薄い第1シート6の変形、はがれの発生が防止される。また、フレームによって固定子1を軸方向両側から挟持固定する際に、固定子鉄心2の外周部における歪みの発生が確実に防止される。また、固定子鉄心2の剛性が高められるので、積層体7を構成する第1シート6の板厚を薄くすることができる。そこで、鋼板シートの板厚の2乗に比例する鉄損が低減され、回転電機の高効率化を実現できる。
また、固定子鉄心2の軸方向の両端面におけるスロット3の開口縁部が第2シート8の面取り部8aにより構成されているので、導体セグメント9の挿入時、また導体セグメント9の端部側の折り曲げ時や接合時、さらには導体セグメント9の接合後の固定子巻線4のコイルエンド整形時において、導体セグメント9の絶縁被膜がカエリ6bにより損傷することが回避され、絶縁性が向上される。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
従来の車両用交流発電機の固定子においては、以上述べたように、凹部6a(スロット3a)がプレス抜き打ちにより形成された帯状の第1シート6を螺旋状に所定回数巻回して円筒状の積層体7を作製し、スロット3bがプレス打ち抜きにより形成された厚板の円環状の第2シート8を作製し、さらに面打ちにより第2シート8のスロット3bの縁部に面取り部8aを形成し、面打ちされた第2シート8を積層体7の両端に配置し、積層体7と第2シート8とを溶接により一体化して固定子鉄心2を作製しているので、下記の不具合があり、低コスト化が図られないという課題があった。
第1に、プレス打ち抜きにより磁性鋼板の平板から円環状の第2シート8を作製しているので、磁性鋼板から第2シート8を効率よく作製できず、磁性鋼板の材料が増大してしまう。
第2に、円環状の第2シート8を面打ちしてスロット3bの縁部に面取り部8aを形成しているので、スロット開口部が狭く、面打ち精度が低くなり、歩留まりが低下してしまう。
【0010】
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、端板を構成する第2シートをプレス抜き打ちにより直線状に作製し、直線状の第2シートを曲げて円環状の端板を作製するようにし、磁性鋼板から端板を効率的に作製し、材料の増加を抑え、さらに直線状の第2シートを面打ちして凹部縁部に面取り部を形成するようにし、面打ち精度を高めて歩留まり向上を図り、低コスト化を実現できる回転電機の固定子鉄心の製造方法を得ることを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る回転電機の固定子鉄心の製造方法は、帯状の第1磁性鋼板からプレス打ち抜きにより第1凹部が所定間隔で形成された連続する第1シートを作製し、該第1凹部が軸方向に重なるように該第1シートを螺旋状に巻回して円筒状の積層体を作製する工程と、上記第1磁性鋼板より板厚の厚い第2磁性鋼板からプレス打ち抜きにより第2凹部が両端部を残すように所定間隔で形成された所定長さの第2シートを作製する工程と、上記第2シートを円環状に曲げる工程と、円環状に曲げられた上記第2シートの両端面の突き合わせ部を接合する工程と、上記第2凹部が上記第1凹部に軸方向に重なるように、円環状に曲げられた上記第2シートを上記積層体の軸方向両端にそれぞれ重ね合わせる工程と、重ね合わされた上記積層体および上記第2シートの外周面に軸方向の一端から他端に至るように複数条の溶接を行い、上記積層体および上記第2シートを一体化する工程とを有するものである。
【0012】
また、上記第2シートを円環状に曲げる工程に先立って、上記第2シートを面打ちして上記第2凹部の縁部に面取り部を形成する工程を有するものである。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図について説明する。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1に係る固定子鉄心の製造方法により製造された固定子鉄心を用いた車両用交流発電機の固定子を示す斜視図、図2はこの発明の実施の形態1に係る固定子鉄心の製造方法により製造された固定子鉄心を示す斜視図、図3は図2のIII−III矢視断面図、図4乃至図6はそれぞれこの発明の実施の形態1に係る固定子鉄心の製造方法を説明する斜視図である。
【0016】
図1乃至図3において、固定子10は、スロット12が内周側に開口するように、かつ、周方向に所定ピッチで形成された円筒状の固定子鉄心11と、固定子鉄心11のスロット12に巻装された固定子巻線13とから構成されている。
【0017】
固定子鉄心11は、磁性鋼板からなる一対の端板17を、磁性鋼板を積層してなる積層体16の軸方向両端に積層し、例えばレーザ溶接により一体化して構成されている。
固定子巻線13は、絶縁被覆された銅線からなる1本の導体線14を3スロット毎のスロット12に波巻きに巻装してなる巻線15が、巻装されるスロット12を1スロットづつずらして3つ装着されて作製されている。各巻線15は、1本の導体線14を環状に所定回数巻回して環状ユニットを作製し、この環状ユニットを星形に整形して星形ユニットを作製し、この星形ユニットを固定子鉄心11のスロット12に装着して形成される。
【0018】
つぎに、固定子鉄心11の製造方法について説明する。
まず、プレス型を用いて、例えば0.5mm厚の第1磁性鋼板からなるフープ材をプレス成形し、第1凹部20aが所定ピッチで形成された1条の第1シート20を作製する。そして、図4に示されるように、第1シート20を所定回数だけ螺旋状に巻回して円筒状の積層体16を作製する。この時、第1凹部20aは積層体16の軸方向に重なってスロット16aを構成している。
また、プレス型を用いて、例えば1.0mm厚の第2磁性鋼板からなる平板をプレス成形し、第2凹部21aが所定ピッチで形成された所定長さの第2シート21を作製する。この時、第2シート21の長さは、固定子鉄心11を周長と等しい。ついで、図5に示されるように、プレス型を用いてこの直線状の第2シート21を面打ちし、第2シート21の一面側における第2凹部21aの縁部に面取り部21bを形成する。そして、面取り部21bが形成された第2シート21を円環状に曲げる。さらに、第2シート21の両端面を突き合わせ、該突き合わせ部21cをTIG(Tungsten Inert Gas)溶接により接合し、円環状の端板17を作製する。
【0019】
ついで、一対の端板17が、図6に示されるように、面取り部21bを外側に向けて、かつ、第2凹部21aをスロット16aに一致させて、積層体16の軸方向両端部にそれぞれ重ねられる。そして、これらの外周面に軸方向の一端部から他端部にわたって数条のレーザ溶接(溶接部18)を行い、図2に示される固定子鉄心11を作製している。なお、スロット16aおよび第2凹部21aが軸方向に連なってスロット12を構成している。
【0020】
この固定子鉄心11のスロット12の内壁面には、図3に示されるように、プレス打ち抜き方向に延びるカエリ(バリ)20bが第1シート20に残されている。そして、例えばエポキシ樹脂等の絶縁性樹脂の粉状体が固定子鉄心11に静電塗装され、ついで加熱溶融されて、絶縁性樹脂が固定子鉄心11の全面に被覆形成される。
【0021】
このように構成された固定子10では、固定子鉄心11の両端面におけるスロット12の開口縁部が面取り部21bにより構成され、プレス打ち抜きによるカエリ20bはスロット12内にのみ存在している。そこで、固定子巻線13の装着時および固定子巻線13のコイルエンド整形時において、導体線14の絶縁被膜がカエリ20bにより損傷されることが回避され、絶縁性が向上される。
【0022】
また、固定子鉄心11の両端部に板厚の厚い端板17を配設しているので、固定子鉄心11の剛性が高くなる。そこで、固定子巻線13の挿入時における板厚の薄い第1シート20の変形、はがれの発生が防止される。また、フレームによって固定子10を軸方向両側から挟持固定する際に、固定子鉄心11の外周部における歪みの発生が確実に防止される。さらに、固定子鉄心11の剛性が高められるので、積層体16を構成する第1シート20の板厚を薄くすることができる。そこで、鋼板シートの板厚の2乗に比例する鉄損が低減され、回転電機の高効率化を実現できる。
また、端板17が第2シート21の突き合わせ部21cをTIG溶接により接合して作製されているので、磁束を端板17に有効に流すことができ、出力を安定させることができる。
【0023】
また、固定子鉄心11を構成する積層体16が第1磁性鋼板からなるフープ材をプレス成形して形成された1条の第1シート20を螺旋状に巻回して作製されているので、第1磁性鋼板から第1シート20を効率的に作製でき、磁性材料の使用量が削減でき、低価格化が図られる。
また、固定子鉄心11を構成する端板17が第2磁性鋼板からなる平板をプレス成形して形成された所定長さの第2シート21を円環状に曲げ、ついで曲げられた第2シート21の当接する両端面をTIG溶接して作製されているので、第2磁性鋼板から第2シート21を効率的に作製できる。この場合、円環状の端板を第2磁性鋼板から直接プレス成形する場合に比べ、5倍の端板17を作製でき、磁性材料の使用量が大幅に削減され、低価格化が図られる。また、第2シート21の突き合わせ部21cが接合されているので、端板17を積層体16に重ね合わせる際の端板17のハンドリングが容易となり、製造性が向上される。
【0024】
従来のように、円環状の端板を面打ちして面取り部を形成する場合、スロット開口部が狭くなり、高精度の面打ちが行われにくく、歩留まりを低下させることになる。この実施の形態1によれば、直線状の第2シート21を面打ちして第2凹部21aの縁部に面取り部21bを形成しているので、スロット開口部が広くなり、高精度の面打ちが可能となり、歩留まりを高めることができる。
【0025】
なお、上記実施の形態1では、第2シート21の突き合わせ部21cをTIG溶接により接合するものとしているが、第2シート12の突き合わせ部21cは必ずしも接合する必要はなく、磁束が流れるように突き合わせ部21cを構成する第2シート21の両端面を当接状態としておけばよい。
また、上記実施の形態1では、固定子巻線13が、絶縁被覆された銅線からなる1本の導体線14を環状に所定回数巻回して環状ユニットを作製し、この環状ユニットを星形に整形して星形ユニットを作製し、この星形ユニットを固定子鉄心11のスロット12に装着して構成されるものとしているが、固定子巻線はこれに限定されるものではなく、従来技術に示された導体セグメント9を用いて構成してもよいことはいうまでもないことである。
また、上記実施の形態1では、インシュレータが各スロット12に装着されていないが、インシュレータを各スロット12に装着してもよいことはいうまでもないことである。
【0026】
実施の形態2.
この実施の形態2による固定子鉄心11Aでは、図7に示されるように、端板17を構成する第2シート21の突き合わせ部21cが、積層体16および端板17を一体化するための数条の溶接部18の1つに一致している。つまり、積層体16および端板17を一体化するためにレーザ溶接するときに、突き合わせ部21cを同時に接合している。
なお、他の構成は上記実施の形態1と同様に構成されている。
【0027】
ここで、固定子鉄心11Aの製造方法について説明する。
まず、プレス型を用いて、例えば0.35mm厚の第1磁性鋼板からなるフープ材をプレス成形し、第1凹部20aが所定ピッチで形成された1条の第1シート20を作製する。そして、第1シート20を所定回数だけ螺旋状に巻回して円筒状の積層体16を作製する。
また、プレス型を用いて、例えば0.8mm厚の第2磁性鋼板からなる平板をプレス成形し、第2凹部21aが所定ピッチで形成された所定長さの第2シート21を作製する。ついで、プレス型を用いてこの第2シート21を面打ちし、第2シート21の一面側における第2凹部21aの縁部に面取り部21bを形成する。そして、面取り部21bが形成された第2シート21を円環状に曲げる。
【0028】
ついで、円環状に曲げられ、かつ、両端面を突き合わされた第2シート21が、面取り部21bを外側に向けて、かつ、第2凹部21aをスロット16aに一致させて、積層体16の軸方向両端部にそれぞれ重ねられる。そして、これらの外周面に軸方向の一端部から他端部にわたって数条のレーザ溶接(溶接部18)を行い、図7に示される固定子鉄心11Aを作製する。この時、1条のレーザ溶接は、第2シート21の突き合わせ部21cの位置で行われる。これにより、第2シート21が突き合わせ部21cで接合され、端板17となる。
さらに、例えばエポキシ樹脂等の絶縁性樹脂の粉状体が固定子鉄心11Aに静電塗装され、ついで加熱溶融されて、絶縁性樹脂が固定子鉄心11Aの全面に被覆形成される。
【0029】
従って、この実施の形態2においても、上記実施の形態1と同様の効果が得られる。
また、この実施の形態2では、積層体および端板を一体化するためのレーザ溶接時に、端板17を構成する第2シート21の突き合わせ部21cを同時に接合しているので、溶接工程が1回ですみ、製造工程が簡素化される。
なお、端板17は第2シート21の両端面が突き合わせ部21cで当接しているので、磁束の流れを阻害することもない。また、レーザ溶接時に、第2シート21の外周面のみならず、反積層体16側の端面でも突き合わせ部21cを溶接するようにしてもよい。この場合、磁束を端板17に有効に流すことができ、出力を安定させることができる。
【0030】
【発明の効果】
この発明は、以上のように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【0031】
この発明によれば、帯状の第1磁性鋼板からプレス打ち抜きにより第1凹部が所定間隔で形成された連続する第1シートを作製し、該第1凹部が軸方向に重なるように該第1シートを螺旋状に巻回して円筒状の積層体を作製する工程と、上記第1磁性鋼板より板厚の厚い第2磁性鋼板からプレス打ち抜きにより第2凹部が両端部を残すように所定間隔で形成された所定長さの第2シートを作製する工程と、上記第2シートを円環状に曲げる工程と、円環状に曲げられた上記第2シートの両端面の突き合わせ部を接合する工程と、上記第2凹部が上記第1凹部に軸方向に重なるように、円環状に曲げられた上記第2シートを上記積層体の軸方向両端にそれぞれ重ね合わせる工程と、重ね合わされた上記積層体および上記第2シートの外周面に軸方向の一端から他端に至るように複数条の溶接を行い、上記積層体および上記第2シートを一体化する工程とを有するので、第2磁性鋼板から端板用の第2シートを有効に作製でき、端板材料が削減でき、低コスト化を実現できるとともに、磁束が端板を有効に流れるようになる回転電機の固定子鉄心の製造方法が得られる。
【0032】
また、上記第2シートを円環状に曲げる工程に先立って、上記第2シートを面打ちして上記第2凹部の縁部に面取り部を形成する工程を有するので、面打ち精度が高くなり、歩留まり向上が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1に係る固定子鉄心の製造方法により製造された固定子鉄心を用いた車両用交流発電機の固定子を示す斜視図である。
【図2】 この発明の実施の形態1に係る固定子鉄心の製造方法により製造された固定子鉄心を示す斜視図である。
【図3】 図2のIII−III矢視断面図である。
【図4】 この発明の実施の形態1に係る固定子鉄心の製造方法を説明する斜視図である。
【図5】 この発明の実施の形態1に係る固定子鉄心の製造方法により製造された固定子鉄心の製造方法を説明する斜視図である。
【図6】 この発明の実施の形態1に係る固定子鉄心の製造方法により製造された固定子鉄心の製造方法を説明する斜視図である。
【図7】 この発明の実施の形態2に係る固定子鉄心の製造方法により製造された固定子鉄心を示す斜視図である。
【図8】 従来の車両用交流発電機の固定子において第1シートによって積層体を成形する工程を説明する平面図である。
【図9】 図8のIX−IX矢視断面図である。
【図10】 従来の車両用交流発電機の固定子における第2シートを示す平面図である。
【図11】 図10のXI−XI矢視断面図である。
【図12】 従来の車両用交流発電機の固定子における導体セグメントを固定子鉄心に挿入する工程を示す分解斜視図である。
【図13】 従来の車両用交流発電機の固定子における固定子巻線の装着状態を説明する要部断面図である。
【符号の説明】
11、11A 固定子鉄心、16 積層体、17 端板、18 溶接部、20第1シート、20a 第1凹部、21 第2シート、21a 第2凹部、21b 面取り部、21c 突き合わせ部。
Claims (2)
- 帯状の第1磁性鋼板からプレス打ち抜きにより第1凹部が所定間隔で形成された連続する第1シートを作製し、該第1凹部が軸方向に重なるように該第1シートを螺旋状に巻回して円筒状の積層体を作製する工程と、
上記第1磁性鋼板より板厚の厚い第2磁性鋼板からプレス打ち抜きにより第2凹部が両端部を残すように所定間隔で形成された所定長さの第2シートを作製する工程と、
上記第2シートを円環状に曲げる工程と、
円環状に曲げられた上記第2シートの両端面の突き合わせ部を接合する工程と、
上記第2凹部が上記第1凹部に軸方向に重なるように、円環状に曲げられた上記第2シートを上記積層体の軸方向両端にそれぞれ重ね合わせる工程と、
重ね合わされた上記積層体および上記第2シートの外周面に軸方向の一端から他端に至るように複数条の溶接を行い、上記積層体および上記第2シートを一体化する工程
とを有することを特徴とする回転電機の固定子鉄心の製造方法。 - 上記第2シートを円環状に曲げる工程に先立って、上記第2シートを面打ちして上記第2凹部の縁部に面取り部を形成する工程を有することを特徴とする請求項1記載の回転電機の固定子鉄心の製造方法。
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