JP3805971B2 - 環状形状のメタルシートバンドル製作方法および装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、打ち抜き加工したシートから、電気機械用の固定子のための環状形状のメタルシートバンドル製作方法に関するもので、以下の段階からなる；
直線状シートセグメントが、形成されるべき環状バンドルの外周長に等しい長さに、打ち抜き加工により打ち抜かれていて、各々のセグメントが帯の形状をしており、セグメントの歯が固定子の磁極片の半径方向断面の形状をして、歯と対向する側は歯の延長上に配置されたノッチを有しており、セグメントが、前もって決められた高さのバンドルを形成するべく積み上げられていて、
セグメントがノッチにより形成された二つの開先において、少なくとも二つのレーザー溶接またはプラズマ溶接のビードにより接合される段階とである。本発明は、また本方法を実行するための装置にも関する。
【０００２】
【従来の技術】
小型および中型の電気機械とくに自動車の交流発電機の固定子を組立てるために、磁気シートまたは同様のものを打ち抜き加工により打ち抜かれたバンドルを形成し、リベットまたは溶接によりバンドルを組み立てることは公知である。
【０００３】
打ち抜きリングは、内側に向けて、アームにより形成された長穴開口部を有していて、そのアームは半径方向内側を向いていて、かつバンドルにおいて固定子の磁極を形成する。
【０００４】
打ち抜き加工により完全なリングを打ち抜くことにはいくつかの不利な点があって：
多くの量のシートの無駄がある。というのは、リングの直径の内側に相当するシートの部分が、より小さな径のリングを形成するだけにしか使うことができず、さらに、必要とされる技術的な特性に一致する、シートの厚さと直径とだけにしか使用することができないからである。
一方でまた、リングの直径の外側のシートの部分に相当する多くの量のシートの無駄がある。
【０００５】
リングの組立において、要求される形状公差と、リングおよびリングバンドル両方の正確な寸法とを維持することは可能ではない。その理由は、打ち抜き加工時に発生し、かつリングの閉形状のために容易に除去することの出来ない内部応力によるものである。内部応力は、リングの内径と外径との形状公差に影響を与え、さらにシートバンドルの二つの面の平行度にも影響を与えている。要求される公差を保つべく前もって、追加の機械加工を実施することがしばしば必要とされる。
【０００６】
欧州特許第１３６７４０号（ＥＰ−Ｂ−１３６７４０）において出願人は、リングセグメント、とくに制限値ではないが１２０度の角度のリングセグメントからメタルシートのバンドルを製作する、方法および装置を提供している。
この方法および装置は満足するもので、一方でリングセグメントはただ打ち抜かれるだけであることから、シートの無駄に関して節約することを可能にし、もう一方で、バンドルの幾何学的形状をより正確に保ち、閉じたリングの打ち抜き加工時に発生する内部応力が除去されることを可能にしている。
【０００７】
米国特許４１０２０４０号（ＵＳ−Ａ−４１０２０４０号）は、一つの実施の形態として、シートバンドルを連続運転において、ドラムの横面に係合させることにより形成された、シートバンドルの曲げ加工を含んでいる製作方法を提供している。バンドルの二つの端部が当接すると、その端部は結合装置により把持され、続いて溶接が実施される。
【０００８】
米国特許４１９８７４３号（ＵＳ−Ａ−４１９８７４３）は、一つの実施の形態として、Ｃ形状を得ることを可能にするべく、中央から連続的な力を作用するために、シートバンドルの中央部を固定し、二つの対称な把持治具を使用することにより、Ｃ形状の磁気コアを形成することを可能にする方法を開示している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明における目的は、電気機械における固定子用のメタルシートのバンドルの新しい製作方法を提供するもので、特に、この製作に起因するメタルシートの廃棄物を減じ、製作装置の簡素化を可能にするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明における方法は、以下の段階の組合せを特徴としている：
【００１１】
バンドルが、開先を有するバンドル表面をセグメントの長さのほぼ半分にわたり載置していて、各々の端部において合計長さのほぼ１／４の長さを自由に離している平らな平面と、磁極片を有する面に係合している手段との間に把持されている段階と、
【００１２】
二つの端部が、各々の端部において、対応する形状のパンチに対して、対応する開先加工された面に圧力を作用することにより、ほぼ４０度の角度の円弧を形成するように、多軸摺動型プレス（multiple-slide press）を用いて自由端部部分のほぼ半分にわたり、事前に曲げ加工される段階と、
【００１３】
二つの自由端部が、対応する形状のパンチに対して、対応する開先加工された面に圧力を作用することにより、９０度の角度の円弧の形状に、自由端部部分の全体にわたって曲げ加工される段階と、
【００１４】
バンドルが、開放され、一方はバンドルの内面で、他方はバンドルの外面である、二つの端部に沿って、セグメントの中央に対応する点でそれぞれ把持される段階と、
【００１５】
圧力が、バンドルの円弧部分に、円筒が閉じるまで作用される段階と、
【００１６】
当接した端部が、レーザー溶接またはプラズマ溶接され、このようにして円筒状部品が形成される段階と、
を特徴としている。
【００１７】
本発明における方法の利点は、リングの形成が順次行なわれることと、金属繊維組織が二段階の間で延伸されることにもとずくよりよい円筒度が可能となることとである。一方、使用される機械は、昔からある多軸摺動型機械である。本方法を実行する目的のために単に機械を改善する必要があるだけである。曲げ加工されたバンドル端部の溶接後に行なわれる円筒度の較正は事実上必要ない。
【００１８】
本発明における好適な実施の形態において、二つのセグメントが、背中合わせで、二つの磁極片の間の距離の半分のオフセットで、シートメタルバンドから打ち抜かれ、このようにして、シートの無駄を最小にし、事実上磁極間の隙間に一致するシートの部分に制限することを可能にしている。
【００１９】
一方、磁極片は直すぐなセグメントに打ち抜かれるので、打ち抜き加工時の応力はなくて、このようにして、固定子の幾何学的形状に影響する問題はさけられている。
【００２０】
固定子の幾何学的形状を確保するために、シートバンドルが、厳しい公差の場合には、最終的に組立られた後で、液圧プレスにより較正されてもよい。
【００２１】
本発明における方法を実行するための装置が、また提供されている。
【００２２】
装置は以下のように規定される。
装置が、直線状のセグメントを形成するためのシートメタル打ち抜きステーションと、バンドルを前もって決められた高さに積み上げ、成形するためのステーションと、少なくとも二つの溶接ビードでの接合による組立のためのステーションと、バンドルを円筒状の部品に形成するべく多軸摺動型プレスで曲げ加工するためのステーションを具備していて；
【００２３】
その曲げ加工ステーションが、同様に各々のバンドルの当接した端部を溶接するためのステーションを備えていて；
【００２４】
その曲げ加工ステーションが、
各々のバンドルを受け入れるための、プレートに直角な座面と、三つの摺動部であって、一つの摺動部は歯を有する側に配置され、かつバンドルを座面に対し把持するための押えピース（stop piece）と、二つのパンチとを備えていて、二つの摺動部は対向側に配置され、かつ各々がバンドルの端部にあって、バンドルを第一摺動部のパンチに対しほぼ４０度の角度で前もって曲げ加工するための、ダイスを備えている、三つの摺動部とを備えた第一プレートと、
【００２５】
第一プレートと同様に配置された三つの摺動部であって、バンドルの外表面に作用する二つの摺動部が、バンドルの前もって曲げられた端部を、対向する摺動部の対応するパンチに対し９０度の角度の円弧に押しつけるために、円筒のほぼ１／４にわたる凹面を有するダイスを有している、三つの摺動部を有する、第一プレートに平行な第二プレートと、
【００２６】
前もって曲げ加工されたバンドルの平面部分を受け入れるための座面と、このバンドルを座面の平面に対して把持するための押さえ面を備えた摺動部、および、おたがいにバンドルの９０度の角度に曲げ加工されたそれぞれの側でお互いに向き合っていて、かつバンドルの円弧部分を閉じるまで押えて、円筒を形成するための円筒状の凹面をもったダイスを有する二つの摺動部とを備えた第三プレートと、
【００２７】
バンドルが、バンドルの二つの端部が当接する母線に対向する、座面の母線に載置された座面と、該バンドルをその座面に対し把持することを可能にする部材を備えた第一摺動部、および、円柱のほぼ１／４の寸法と半径とを有していて、かつリングを閉に形成するよう保持することを可能にする凹面を有する四つのダイスを備えた円周に沿って均等に配列された四つの摺動部と、バンドルの当接した端部を母線に沿って溶接するための、レーザー溶接機またはプラズマ溶接機とを備えた第四プレートと、を具備している。
【００２８】
【発明の実施の形態】
直線状シートセグメント１が、公知の手段である打ち抜き加工によりシートメタルバンド（seat metal band)から打ち抜かれ、歯２を備えた帯の形状を有していて、その形状は、電気機械の固定子における磁極片である。直線シートセグメントの背面は、歯２の延長上に配置されたノッチ３を有している。
【００２９】
これらのシートセグメントは、帯の巾にほぼ等しい巾を有するシートメタルバンドからか、または、帯の二倍の巾を有するシートメタルバンドから打ち抜かれてもよくて、打ち抜かれた帯は背中合わせになっていて、二つの歯の半分に一致するオフセットを有しており、このようにして無駄を削減している。
【００３０】
バンドルが、積みかさねることにより、固定子の長さに一致する高さになると、セグメントは、好ましくはノッチ３に配列される少なくとも二つの溶接ビードにより溶接されていて、バンドルを環状固定子の形状に加工するために多軸摺動型機械に段取りされる。
【００３１】
この目的のために、セグメント１を有するバンドルは、例えばステー５により内部に保持されるのと同時に、ノッチ３が配置されていて、固定子の外表面を形成する側の、中央部分で座面４（bearing surface)（図３）に置かれている。
【００３２】
バンドルの二つの自由端部で操作が行なわれ、各々の自由端部がバンドルの約１／８の長さにおいて、バンドルの端部は、対応する形状のパンチに押しつけて、場所Ａ′，Ｂ′において曲げ加工され、約４０度の角度の二つの円弧を形成する。続いて（図４）、端部が、もう一方のパンチに押しつけて、約９０度の角度の円弧Ａ，Ｂを形成するために、自由長さ（すなわち、バンドルの１／４の長さ）にわたり曲げ加工される。その後で、バンドルが、二つの対向する端面（図５および６）に把持され、操作が、完全に閉じたリングを得るために、バンドルの端部に行なわれる。閉じたリングが得られると、レーザー溶接またはプラズマ溶接のビードが、端部に対し溶接され、閉じたリングを確実なものとし、それにより固定子が形成される。
【００３３】
最終的に固定子は、固定子の最終的な幾何学的形状を確保するために、液圧較正プレス（hydraulic calibrating press)に段取りされる。
【００３４】
ノッチ３は、セグメントの外表面に配置されていて、外表面が連続的である場合、より容易にリング形成することを可能にしている。
【００３５】
図２に、本方法を実行する装置の主ステーションが線図的に示めされている。第一打ち抜き加工ステーション１０は、図１に示めされるような形状を有するセグメントを、メタルシートから打ち抜くことを可能にしている。
【００３６】
バンドルを前もって決められた高さに形成する、積み上げステーション１１がこれに続く。さらに、各々のバンドルの要素をお互いに結合するために、少なくとも二つの溶接ビードにより接合することを可能にする溶接ステーション１２が続き、最後に固定子を形成するステーション１３が続く。
【００３７】
このステーション１３は、図３から６を参照して詳細に説明される。ステーション１３で形成された固定子の出口で、バンドルが、内面と外面との幾何学的形状を正しい形状にするために、較正用プレス１４にはいり、最終的にバンドルは包装ステーション１５に到達する。
【００３８】
これらの種々のステーションが、手短に説明されたが、当然のことであるが、各々のステーションは、他の操作を実行することを可能にする装置を具備している。例えば、積み上げステーション１１が、重量計測ステーションを併設していてもよくて、その重量計測ステーションは、固定子が規定のメタル重量を有しているかどうか、重量により検査することを可能にし、充当する必要があれば、固定子を完成するためにセグメントを追加することを可能にしている。
【００３９】
溶接後で、バンドルが次の工程に移る前にバンドルを冷却するための設備がまたあってもよい。しかしながら、この型式の装置は本発明の主題ではなくて、本発明は固定子を形成するための、特にバンドルの曲げ加工に関する方法における、多軸摺動方式による実行に関連するものであって、図３から６を参照にて後述される。
【００４０】
曲げ加工のためにシートを組立てたバンドルが、磁極片を背にして置かれ、バンドルは多軸摺動型プレスを介して連続する工程に流れてゆく。実際的には、この曲げ加工と、固定子としての最終加工とは、連続する四段階で実行され、バンドルは各々の段階において一方向に平行に配置されていて、より詳しくは、摺動を支えているプレートに直角（実際には、垂直方向に配置されている）に配置されている。機械が四つのプレート１６と、１７と、１８と、１９とを具備していて（図３，４，５，６）、その四つのプレートは、お互いに一つづつ背後に配置されていて、各々のプレートが長方形の中心穴１６′，１７′，１８′，１９′を備えていて、各々の穴がバンドルを、一つのプレートから次のプレートへと通過させることを可能にしている。
【００４１】
第一プレート１６は、バンドルが載置している座面４と、三つの摺動部２１，２２，２３とを具備していて、摺動部２１が座面に対し対向側に配置されており、押え面５を備えていて、その押え面によりバンドルは、座面４に把持されていると同時に、バンドルの両端各々で、少なくともバンドルの約１／４の長さだけは押え面からはずれている。二つの摺動部２２および２３が、対向面に配置されていて、各々がダイス２５，２６を備えていて、そのダイスは面を有しており、その面がほぼＳ形状断面を有し、そしてバンドルの自由端部で摺動し、かつ押動しており、バンドルの二つの端部の各々において、パンチ５Ａ，５Ｂに対してその二つの端部を押動することにより、約４０度の角度の円弧を形成する。
【００４２】
バンドルが、続いて穴１６′を介してこのプレート１６を通過し、図４に示めすプレート１７に到達し、プレート１７は、摺動プレート１６と同様に配置された、座面２７および三つの摺動部２８と、２９と、３０とを同じく備えている。摺動部２８が同じく押え面３１を備えていて、その押え面により部分的に曲げ加工されたバンドルが、座面２７に把持されている。
【００４３】
もしバンドルを閉にする帯の長さが比較的長いと、前述の二段階も含めて、二つの摺動部が、バンドルを座面に対して把持するために、使用されてもよい。
【００４４】
二つの摺動部２９および３０が、同様に摺動部の端部において、二つの凹面ダイス３２および３３を具備していて、そのダイスは摺動部の一つの端部で連結されており、そのダイスにより摺動部が、バンドルの前もって曲げ加工された端部を押動していて、図４に示めされるように、対応するパンチ３１Ａ，３１Ｂにプレス加工することによりほぼ９０度の角度の円弧が形成するまで、バンドルを成形する。
【００４５】
続いて、バンドルが穴１７′を通過して、プレート１８に近づき、そのプレートは、同じく座面３４および三つの摺動部３５と、３６と、３７とを備えている。摺動部３５が、この場合、バンドルを座面３４に対して把持するために二つの磁極歯の間で押動するフィンガー（finger）３５Ｄであるところの座面を具備している。二つの横方向の摺動部３６および３７が、同じく凹面ダイス３６Ａ，３７Ａを有していて、バンドルの曲げ端部を、バンドルが円筒を形成するまで押動する。
【００４６】
バンドルがこのようにして成形加工された後、穴１９′を通ってプレート１９の方へ通過し、座面３８に到達する。摺動部３５と同様に摺動部３９が、円筒をフィンガー３９Ｄにより、座面３８に対して把持していて、四つの摺動部４０と、４１と、４２と、４３とが、プレート１９の表面に均等に配列されていて、各々凹面ダイス４０Ａ，４１Ａ，４２Ａ，４３Ａを備えており、ダイスの形状は円筒のほぼ１／４に一致していて、四つの摺動部が、バンドルを閉じられた最終形状に保つために、バンドルを把持し、図示されていないがレーザー溶接機またはプラズマ溶接機が、バンドルの当接する端部を溶接ビードで溶接する。この時点から、バンドルは、溶接ビードの応力除去のために冷却される前に、穴１８′を出て、幾何学的形状を確保するために較正用プレスに入る。
【００４７】
シートバンドルを成形し、固定子を形成するために摺動部を使用することは、機械を、異なる寸法で必要とされる生産に容易に使用出来る利点がある。第一に二つのプレート１６および１７において、摺動部サポートが、各々二つの直線ガイドと平行ガイドに係合されていて、同時に、プレート１８および１９において、ガイドは二つの同心円であって、その同心円が、形成される固定子の要求および寸法に応じて、摺動部サポートの位置を修正することを可能にしている。
【００４８】
以下のことは明らかであって、プレート１６および１７は独立した基板、または同一の基板の二つの面であってもよい。というのは、一つの基板において、摺動部２１，２２，２３は一方の面に、摺動部２８，２９，３０はもう一方の面に容易に配置することが出来て、さらに同じく、プレート１８および１９において、独立した基板、または同一の基板の二つの面であってもよい。同様に、座面４，２７，３４，３８は、これらのプレートを貫通する進行方向全体長さにわたり、直交断面が減少してゆく、一体の座面であってもよい。というのは、最初の二段階の間、バンドルは広い面に載置されていて、その一方最終段階において事実上母線を載置されるからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、曲げ加工前のシート・メタルのバンドルの平面図を示めす。
【図２】図２は、本方法を実行する全装置のブロック図である。
【図３】図３は、四段階で曲げ加工するためのステーションの一部分の正面図である。
【図４】図４は、四段階で曲げ加工するためのステーションの一部分の正面図である。
【図５】図５は、四段階で曲げ加工するためのステーションの一部分の正面図である。
【図６】図６は、四段階で曲げ加工するためのステーションの一部分の正面図である。
【符号の説明】
１…直線状シートセグメント
２…歯
３…ノッチ
１０…打ち抜き加工ステーション
１１…積み上げステーション
１２…溶接ステーション
１３…固定子形成ステーション
１４…修正プレスステーション
１５…包装ステーション
２１…多軸摺動型プレス
２２…多軸摺動型プレス
２３…多軸摺動型プレス

Claims (6)

1. 打ち抜き加工したシートから、電気機械用の固定子のための環状形状のメタルシートバンドル製作方法において、
   直線状シートセグメントが、形成されるべき環状バンドルの外周長に等しい長さに、打ち抜き加工により打ち抜かれていて、各々のセグメントが帯の形状をしており、セグメントの歯が固定子の磁極片の半径方向断面の形状をしていて、歯と対向する側は歯の延長上に配置されたノッチを有しており、セグメントが、前もって決められた高さのバンドルを形成するべく積み上げられていて、
   セグメントがノッチにより形成された二つの開先において、少なくとも二つのレーザー溶接またはプラズマ溶接のビードにより接合される、環状形状のメタルシートバンドル製作方法が、
   該バンドルが、該開先を有する該バンドル表面を、該セグメントの長さのほぼ半分にわたり載置していて、各々の端部において該合計長さのほぼ１／４の長さを自由に離している平らな平面と、該磁極片を有する該面に係合している手段との間に把持されている段階と、
   該二つの端部が、各々の端部において、対応する形状のパンチに対して、対応する開先加工された面に圧力を作用することにより、ほぼ４０度の角度の円弧を形成するように、多軸摺動型プレスを用いて自由端部部分のほぼ半分にわたり、事前に曲げ加工される段階と、
   該二つの自由端部が、対応する形状のパンチに対して、対応する開先加工された面に圧力を作用することにより、９０度の角度の円弧の形状に、該自由端部部分の全体にわたって曲げ加工される段階と、
   該バンドルが開放され、一方は該バンドルの該内面で、他方は該バンドルの該外面である、二つの端部に沿って、セグメントの中央に対応する点でそれぞれ把持される段階と、
   圧力が、該バンドルの該円弧部分に、該円筒が閉じるまで作用される段階と、該当接した端部が、レーザー溶接またはプラズマ溶接され、このようにして円筒部品を形成する段階と、
   の組合わせを特徴とする環状形状のメタルシートバンドル製作方法。
2. 該セグメントが、打ち抜かれる該二つのセグメントの巾のほぼ２倍に等しいシートメタルコイルから打ち抜かれ、打ち抜き加工は、該二つの磁極片の間の距離の半分に等しい距離のオフセットで、背中合わせの二つのセグメントを得るために、行なわれるところの、請求項１に記載の環状形状のメタルシートバンドル製作方法。
3. 該バンドルが、該バンドルを必要とされる幾何学的特性に形状化するために、液圧プレスで較正を受けるところの、請求項１または２に記載の環状形状のメタルシートバンドル製作方法。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の環状形状のメタルシートバンドル製作方法を実施するための装置であって、
   直線状のセグメントを形成するためのシートメタル打ち抜きステーションと、バンドルを前もって決められた高さに積み上げ、成形するためのステーションと、少なくとも二つの溶接ビードでの接合による組立のためのステーションと、バンドルを円筒状の部品に形成するべく多軸摺動型プレスで曲げ加工するためのステーションとを具備する装置において；
   該曲げ加工ステーションが、同様に各々のバンドルの該当接する端部を溶接するためのステーションを備えていて、
   該曲げ加工ステーションが、
   第一プレートであって、各々の該バンドルを受け入れるための、該プレートに直角な座面と、三つの摺動部であって、一つの摺動部は該歯を有する該側に配置され、かつ該バンドルを座面に対し把持するための押えピースと、二つのパンチとを備えていて、二つの摺動部は該対向側に配置され、かつ各々が該バンドルの該端部あって、該バンドルを該第一摺動部の該パンチに対しほぼ４０度の角度で前もって曲げ加工するための、ダイスを備えている、三つの摺動部とを備えた第一プレートと、
   該第一プレートと同様に配置された三つの摺動部であって、該バンドルの外表面に作用する該二つの摺動部が、該バンドルの該前もって曲げられた端部を、該対向する摺動部の対応するパンチに対し９０度の角度の円弧に押しつけるために、円筒のほぼ１／４にわたる凹面を有するダイスを有している、三つの摺動部を有する、第一プレートに平行な第二プレートと、
   該前もって曲げ加工されたバンドルの該平面部分を受け入れるための座面と、このバンドルを該平面に対して把持するための押さえ面を備えた摺動部、および、おたがいに該バンドルの該９０度の角度に曲げ加工されたそれぞれの側でお互いに向き合っていて、かつ該バンドルの該円弧部分を閉じるまで押えて、円筒を形成するための円筒状の凹面をもったダイスを有する二つの摺動部とを備えた第三プレートと、
   該バンドルが、該バンドルの該二つの端部が当接する母線に対向する、座面の母線に載置された該座面と、該バンドルをその該座面に対し把持することを可能にする部材を備えた第一摺動部、および、円柱のほぼ１／４の該寸法と該半径とを有していて、かつ該リングを閉に形成するよう保持することを可能にする凹面を有する四つのダイスを備えた円周に沿って均等に配列された四つの摺動部と、該バンドルの該当接した端部を母線に沿って溶接するための、レーザー溶接機またはプラズマ溶接機とを備えた第四プレートとを具備している、
   ところのシートメタルバンドル製作装置。
5. 最初の二つのプレートが第一基板の対向する二つの面に配置されていて、残りの二つのプレートが第二基板の二つの面に配置されており、該二つの基板が平行に配置されていて、かつ該二つの基板の中央部は、該バンドルが該ボードを該ボードに直角な方向に通過することにより、一つのプレートから次のプレートへ通ることを可能にする凹部を有しているところの、請求項４に記載のシートメタルバンドル製作装置。
6. 多軸摺動型プレスで形状化された後で、該バンドルの正確な幾何学的形状を確保するための液圧較正用プレスを具備しているところの、請求項４または５に記載のシートメタルバンドル製作装置。

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