JP3871964B2 - 回転電機の固定子鉄心の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【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。
【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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