JP4912088B2

JP4912088B2 - 積層鉄心の製造方法および製造装置

Info

Publication number: JP4912088B2
Application number: JP2006232503A
Authority: JP
Inventors: 徳夫鳥巣
Original assignee: Mitsui High Tech Inc
Current assignee: Mitsui High Tech Inc
Priority date: 2006-08-29
Filing date: 2006-08-29
Publication date: 2012-04-04
Anticipated expiration: 2026-08-29
Also published as: JP2008061315A

Description

本発明は、モータまたは発電機に使用する積層鉄心（固定子または回転子）を、鉄心材料を有効に使用して製造する方法および製造装置に関する。

図４（Ａ）に示すように積層鉄心の磁極部７０への巻線は、円環状の積層鉄心を磁極部７０毎にヨーク部７１を分割した分割積層鉄心７２とすることによって容易化され、また密度よく巻回できるようになっている。しかし、図４（Ａ）の矢視Ｙ−Ｙ断面である図４（Ｂ）に示すように巻線７３は加工性があるとはいえ、磁極部７０への巻回では磁極上端部７４と磁極下端部７５に、隙間７６、７７ができ、巻線密度をより高めることができない。特に、モータの銅損を低減させるように太い巻線を磁極部７０に巻回しようとすると前記隙間がより広く生じる等の問題がある。
この問題に対処する技術として特許文献１には、図５（Ｂ）に示すように積層鉄心の磁極部７８を、図５（Ａ）に示すように、断面から見て上端部７９および下端部８０の幅を漸減したものを開示している。これによると、磁極部７８への巻線が上端部７９および下端部８０に隙間を生ぜずに巻回できる。

特開２００５−３４８５５３号公報

しかしながら、特許文献１には、積層鉄心の工業的製造方法は、明確に開示されておらず、工業的に安価に製造する方法を開発すべき課題がある。また、前記積層鉄心は分割積層鉄心を連結して構成されているので特殊な治具などを用いて組み立てる必要があり、プレス金型装置により鉄心片を打ち抜いて、積層鉄心を直に製造することができない課題がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、磁極部への巻線が高密度にできる積層鉄心を工業的に製造すること、分割されてない鉄心片から生産性よく積層鉄心を製造すること、および該積層鉄心の製造装置を提供することを目的とする。

前記目的に沿う第１の発明に係る積層鉄心の製造方法は、被加工板を複数の加工ステーションを有するプレス金型ラインに順次通板し、隣り合うスロットによってその両側が形成される複数の磁極片部を円周方向の均等角度位置に備える鉄心片を外形抜きし、該鉄心片を予め形成されたかしめ部を介してかしめ積層して形成する積層鉄心の製造方法において、
前記各スロットを円周方向に分け、その一方側の半スロットを第１のパンチおよびダイで打ち抜き形成し、その他方側の半スロットを第２のパンチおよびダイによって打ち抜き形成し、さらに、該第１、第２のパンチおよびダイの間隔を、前記積層鉄心の下側では広げた位置から狭めた正規位置に、前記積層鉄心の上側では前記正規位置から広げて前記スロットを形成し、前記積層鉄心の上層部および下層部の前記磁極片部の幅をそれぞれ上端および下端に向かって狭くし、しかも、前記第１、第２のパンチおよびダイで前記各スロットを打ち抜き形成する前の工程で、前記各スロットの中央位置で半径方向外側に対応する位置に、前記第１、第２のパンチおよびダイが最大間隔になった位置での前記一方側および他方側の半スロットの半径方向外側輪郭線を連結させる連結スロットを形成する。
なお、各スロットの片方側を形成する第１、第２のパンチおよびダイの円周方向幅は、円周方向最大幅のスロットの半分以上の円周方向幅を有しているのが好ましい。

第２の発明に係る積層鉄心の製造方法は、第１の発明に係る積層鉄心の製造方法において、前記第１のパンチおよびダイと、前記第２のパンチおよびダイは、前記鉄心片の軸心を回転中心として回転して、前記第１、第２のパンチおよびダイの間隔を拡縮する。

第３の発明に係る積層鉄心の製造装置は、被加工板を複数の加工ステーションに順次通板し、隣り合うスロットによってその両側が形成される複数の磁極片部を、円周上に均等角度位置で備える鉄心片を外形抜きし、該鉄心片を予め形成されたかしめ部を介してかしめ積層する積層鉄心の製造装置において、
前記各スロットを円周方向に分割し、前記加工ステーションに、分割した一方側の各半スロットをそれぞれ打ち抜き形成する第１のパンチおよびダイを備え、前記鉄心片の軸心を中心として回転可能な前記一方側の半スロットを形成する第１のスロット打ち抜きステーションと、分割した他方側の各半スロットを打ち抜き形成する第２のパンチおよびダイを備え、前記鉄心片の軸心を中心として回転可能な前記他方側の半スロットを形成する第２のスロット打ち抜きステーションとを備え、
前記鉄心片の積層初期および積層終期の所望枚数の前記鉄心片の打ち抜き形成に際し、前記第１のパンチおよびダイと前記第２のパンチおよびダイの円周方向位置をずらして、前記一方側および他方側の各半スロットを形成し、前記積層鉄心の上層部および下層部の前記磁極片部の幅をそれぞれ上端および下端に向かって狭くし、しかも、前記第１、第２のスロット打ち抜きステーションの前工程の前記加工ステーションに、前記スロットの中央位置で半径方向外側に対応する位置に、前記第１、第２のパンチおよびダイが最大間隔になった位置での前記各半スロットを連結させる連結スロットを形成する連結スロット形成ステーションを備える。

請求項１、２記載の積層鉄心の製造方法においては、積層鉄心の磁極部の両側幅を決める一方側および他方側の半スロットをそれぞれ第１、第２のパンチおよびダイによって打ち抜き形成し、しかも、第１、第２のパンチおよびダイの間隔を、積層鉄心の下側では広げた位置から狭めた正規位置に、積層鉄心の上側では正規位置から広げて一方側および他方側の半スロットからなる各スロットを形成し、積層鉄心の上層部および下層部の磁極片部の幅をそれぞれ上端および下端に向かって狭くしているので、これらの鉄心片をかしめ積層した積層鉄心では、各磁極部の上側および下側の幅方向両側の角部が円滑に丸く形成できる。
さらには、第１、第２のパンチおよびダイは、各鉄心片をプレス金型ラインに間欠的に通板しながら、その位置を決められるので、予め決められた丸みを各磁極部の角部に与えることができる。

そして、第１、第２のスロットおよびパンチで半スロットを打ち抜き形成する前工程で、スロットの中央位置で半径方向外側に対応する位置に、第１、第２のパンチおよびダイが最大間隔になった位置での半スロットを連結させる連結スロットを形成しているので、一方側と他方側の半スロットの半径方向外側位置（即ち、輪郭）が連結スロットで円滑に繋がる。

そして、請求項２記載の積層鉄心の製造方法においては、第１のパンチおよびダイと、第２のパンチおよびダイは、鉄心片の軸心を回転中心として回転して、第１、第２のパンチおよびダイの間隔を拡縮するので、円周方向に複数あるスロットを同時に加工して、下層側および上層側の磁極部の幅を制御することができる。

請求項３記載の積層鉄心の製造装置は、被加工板から鉄心片のスロットの片方側の半スロットを形成し鉄心片の軸心を中心として回転可能な第１のパンチおよびダイを備えた第１のスロット打ち抜きステーションと、各スロットの他方側の半スロットを打ち抜き形成し、鉄心片の軸心を中心として回転可能な第２のパンチおよびダイを備えた第２のスロット打ち抜きステーションとを別々に備えているので、一方側および他方側の各半スロットを形成する第１、第２のパンチおよびダイを干渉させることなく配置し、これら第１、第２のパンチおよびダイによってその円周方向の幅が異なる各スロットが形成できる。
また、スロットを打ち抜くための第１、第２のパンチおよびダイが別々になっているので、プレス荷重を分散することもできる。

そして、第１、第２のスロット打ち抜きステーションの前工程の加工ステーションに、スロットの中央位置で半径方向外側に対応する位置に、第１、第２のパンチおよびダイが最大間隔になった位置での半スロットを連結させる連結スロットを形成する連結スロット形成ステーションを設けているので、第１、第２のパンチおよびダイの半径方向の位置が僅少の範囲で相違しても、形成されるスロットの輪郭が円滑にかつ精度よく連結される。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明の一実施の形態に係る積層鉄心の製造方法および製造装置について説明し、本発明の理解に供する。
ここに、図１（Ａ）は本発明の一実施の形態に係る製造方法によって製造された積層鉄心の平面図、（Ｂ）は矢視Ｘ−Ｘ断面図、（Ｃ）は矢視Ａ図、図２は同積層鉄心の製造方法の工程を示す説明図、図３（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同積層鉄心のスロットの形成方法の説明図である。

まず、本発明の一実施の形態に係る製造方法が適用される固定子積層鉄心（積層鉄心の一例）１０について説明する。図１（Ａ）に示すように、固定子積層鉄心１０は円環状のヨーク部１１の内側に円周方向に均等配置された６個の磁極部１２を有する。この磁極部１２の内側に回転子が嵌入するロータ孔１３が形成される。積層鉄心１０は、厚みが例えば０．２〜０．６ｍｍの被加工板の一例である磁性板条材２４（図２参照）をプレス金型によって打ち抜き形成された鉄心片１４をヨーク片部１５および磁極片部１６に形成された複数のかしめ部（この実施の形態ではＶ字状かしめを使用している）１７を用いてかしめ積層している。

磁極部１２の断面を図１（Ｂ）に示すが、積層方向を上として、上層部および下層部の磁極片部１６の幅が狭くなって、磁極部１２の上下の角部が丸くなっている。また、図１（Ｃ）からも明らかな通り、磁極部１２の内側端は拡幅する磁極歯部１８を有するが、この磁極歯部１８も、上層部および下層部で幅が狭くなり、隣り合う磁極歯部１８の隙間１９が上下で徐々に拡がる構造となっている。
なお、磁極部１２を形成する各スロット２０の半径方向外側で周方向中央位置には切欠き２１が形成されている。このように磁極部１２を形成すると、磁極部１２に対して巻線（即ち、銅線）を円滑に施すことができ、同一巻線数に対して、巻線長を節約できる。

続いて、図２、図３を参照しながら、本発明の一実施の形態に係る積層鉄心の製造方法および製造装置について説明する。
この積層鉄心の製造装置２３はプレス金型ラインを構成する複数の加工ステーション（Ａ）〜（Ｊ）を有し、アイドルステーションを除く各加工ステーションには、パンチとこのパンチと対となるダイとの組み合わせからなる金型手段が設けられ、間欠搬送される磁性板条材２４に対して所定のプレス加工を行っていく。

両側にパイロット孔２５を所定間隔で形成している。この加工ステーションは、この実施の形態では図示してないが、この製造装置２３の加工ステーション（Ａ）の前工程でパイロット孔２５を打ち抜き形成するステーションを設けるのが好ましい。
加工ステーション（Ａ）は連結スロット形成ステーションであって、各鉄心片１４のスロット２０の半径方向外側で円周方向中央に形成した切欠き２１として残る連結スロット２６をそれぞれ形成する。この連結スロット２６の幅は、固定子積層鉄心１０の磁極部１２の円周方向の（最大幅−最小幅）の１〜２倍の幅を有すれば十分である。半径方向の幅は最終的に形成されるスロット２０の半径方向外側の輪郭線２９（図１参照）を中心にして例えば０．０５〜０．５ｍｍの幅で十分である。加工ステーション（Ｂ）はアイドルステーションである。

第１のスロット打ち抜きステーションとなる加工ステーション（Ｃ）では、各スロット２０の約半分の領域を有し、磁極片部１６の一方側（時計回り方向）を形成する一方側の半スロット２７の打ち抜き加工を図示しない第１のパンチおよびダイを用いて行う。固定子積層鉄心１０の積層初期の下層側および積層終期の上層側の鉄心片１４を打ち抜く場合は、それぞれ下端側および上端側に向けて磁極片部１６の幅を狭くする必要がある。各鉄心片１４は下から上に積み上げていくので、下層側の最下端の鉄心片１４の打ち抜きは、前記第１のパンチおよびダイを鉄心片１４の軸心を中心にして磁極片部１６の正規の位置より角度θ度だけ反時計回り方向に回転させて行う。ここで、θ度は、図１（Ａ）に示すように、一つの磁極部１２の磁極歯部１８を除いた部分の平均半径ｒ１位置の円弧角をα度とすると、この角度αの例えば１／２０〜１／６倍とするのがよい。また、正規の位置とは、通常幅の磁極片部１６の片側の半スロット２７が形成される位置をいう。

この加工ステーション（Ｃ）でその次の鉄心片１４の半スロット２７も打ち抜くが、磁極片部１６の幅を狭くする下層部の鉄心片１４の枚数をｎとすると、θ／ｎ度だけ、第１のパンチおよびダイを戻して（即ち、時計回り方向に回転させて）プレス加工を行う。この第１のパンチおよびダイをθ／ｎ度だけ戻しながら打ち抜き作業を、下からｎ番目までの鉄心片１４について行う。なお、下からｎ＋１番目の鉄心片１４は、第１のパンチおよびダイの位置が正規位置となる。ここで、ｎは通常３〜１０枚程度であり、中間層の鉄心片１４（即ち、上層部および下層部を除く鉄心片１４）については正規位置（即ち、θ＝０）で半スロット２７の打ち抜き加工を行う。

上層部の鉄心片１４については、この加工ステーション（Ｃ）で、正規位置から徐々に第１のパンチおよびダイをθ／ｍ度（ｍは上層部の鉄心片１４の枚数、通常ｍはｎに等しいが異なってもよい）ずつ反時計回り方向（即ち、磁極片部１６の幅を狭める方向）に回転させ、最終的にはθ度の位置で最上部の鉄心片１４の半スロット２７の打ち抜き加工を終了する。
なお、第１のパンチおよびダイによって打ち抜き形成される半スロット２７は、正規の角度位置から最大限偏り位置（即ち、θ度回転）に移動させても、半径方向外側の縁は連結スロット２６にオーバーラップするようにその大きさが決定されている。この加工ステーション（Ｃ）の詳細については、図３（Ａ）に示す。

次のステーション（Ｄ）はアイドルステーションである。第２のスロット打ち抜きステーションとなる加工ステーション（Ｅ）では、図３（Ｂ）にも示すように、図示しない第２のパンチおよびダイを用いて鉄心片１４のスロット２０の円周方向の約半分の領域を有する他方側の半スロット２８の打ち抜き加工を行う。この場合、最下部からｎ枚の下層部の鉄心片１４について、第１枚目の鉄心片１４においては、鉄心片１４の軸心を中心として、正規の位置より時計回り方向にθ度だけ偏り回転させて最終的に磁極片部１６の幅を一番狭くする位置に、第２のパンチおよびダイを移動させ半スロット２８の打ち抜き加工を行う。そして、下から２枚目の鉄心片１４においては、θ／ｎ度だけ正規位置方向（即ち、反時計回り方向）に第２のパンチおよびダイを移動させ半スロット２８の打ち抜き加工を行い、これらの処理を下からｎ番目の鉄心片１４にまで適用するとｎ＋１番目の鉄心片は半スロット２８が正規位置になる。ここで、第２のパンチおよびダイの位置を固定して、そのまま必要枚数の中間層の鉄心片１４の半スロット２８の打ち抜き加工を行う。

上層部のｍ枚の鉄心片１４については、正規位置にある第２のパンチおよびダイをθ／ｍ度ずつ偏心回転移動（即ち、時計回り方向に回転させる）させて、徐々に半スロット２８の切り込み位置を時計回り方向に移動させる。第２のパンチおよびダイは第１のパンチおよびダイと左右対称になっている。２つの半スロット２７、２８によって一つのスロット２０が形成される。そして、隣り合うスロット２０によって磁極片部１６の両側が形成される。そして、固定子積層鉄心１０を構成する下層部および上層部の鉄心片１４は、それぞれ下端側および上端側に向かってスロット２０の幅が広くなり、これによって磁極片部１６の幅が狭くなる。

ステーション（Ｆ）はアイドルステーションで、次の加工ステーション（Ｇ）は最下部の鉄心片１４にかしめ孔１７ａを形成するステーションである。なお、加工ステーション（Ｇ）は２枚目以降の鉄心片１４に対してアイドルステーションとなる。
そして、次の加工ステーション（Ｈ）は下から２枚目以降の鉄心片１４にかしめ部１７（Ｖ字状かしめ）を形成するステーションである。なお、一枚目の鉄心片１４に対してアイドルステーションとなる。
加工ステーション（Ｉ）はロータ孔１３を打ち抜く加工ステーションで、このパンチおよびダイには、各鉄心片１４の磁極片部１６の先部に形成される隣り合う磁極歯片部３０の間に形成される隙間１９を打ち抜く刃も同時に有している。
加工ステーション（Ｊ）は外形抜きステーションで、鉄心片１４を磁性板条材２４から打ち抜き、下部の金型内でかしめ積層する。以上の加工ステーション（Ａ）〜（Ｊ）を経て、固定子積層鉄心１０が形成される。

前記実施の形態においては、磁極部１２の上層部および下層部の鉄心片１４を、一枚毎に対して同一の角度（即ち、θ／ｎまたはθ／ｍ）ずつ第１、第２のパンチおよびダイを移動させたので、磁極部１２の断面４隅は直線状の面取りがなされることになるが、円弧状に形成する場合には、鉄心片の厚みに対する第１、第２のパンチおよびダイの移動量を円の関数、楕円の関数に載せることによって、任意の断面形状にすることができる。
また、前記実施の形態においては、磁極数は６であったが、それ以外の数の磁極を有する積層鉄心にも適用できる。

（Ａ）は本発明の一実施の形態に係る製造方法によって製造された積層鉄心の平面図、（Ｂ）は矢視Ｘ−Ｘ断面図、（Ｃ）は矢視Ａ図である。同積層鉄心の製造方法の工程を示す説明図である。（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同積層鉄心のスロットの形成方法の説明図である。（Ａ）、（Ｂ）は従来例に係る積層鉄心の説明図である。（Ａ）、（Ｂ）は従来例に係る積層鉄心の説明図である。

１０：固定子積層鉄心、１１：ヨーク部、１２：磁極部、１３：ロータ孔、１４：鉄心片、１５：ヨーク片部、１６：磁極片部、１７：かしめ部、１７ａ：かしめ孔、１８：磁極歯部、１９：隙間、２０：スロット、２１：切欠き、２３：積層鉄心の製造装置、２４：磁性板条材、２５：パイロット孔、２６：連結スロット、２７、２８：半スロット、２９：輪郭線、３０：磁極歯片部

Claims

被加工板を複数の加工ステーションを有するプレス金型ラインに順次通板し、隣り合うスロットによってその両側が形成される複数の磁極片部を円周方向の均等角度位置に備える鉄心片を外形抜きし、該鉄心片を予め形成されたかしめ部を介してかしめ積層して形成する積層鉄心の製造方法において、
前記各スロットを円周方向に分け、その一方側の半スロットを第１のパンチおよびダイで打ち抜き形成し、その他方側の半スロットを第２のパンチおよびダイによって打ち抜き形成し、さらに、該第１、第２のパンチおよびダイの間隔を、前記積層鉄心の下側では広げた位置から狭めた正規位置に、前記積層鉄心の上側では前記正規位置から広げて前記スロットを形成し、前記積層鉄心の上層部および下層部の前記磁極片部の幅をそれぞれ上端および下端に向かって狭くし、しかも、前記第１、第２のパンチおよびダイで前記各スロットを打ち抜き形成する前の工程で、前記各スロットの中央位置で半径方向外側に対応する位置に、前記第１、第２のパンチおよびダイが最大間隔になった位置での前記一方側および他方側の半スロットの半径方向外側輪郭線を連結させる連結スロットを形成することを特徴とする積層鉄心の製造方法。
請求項１記載の積層鉄心の製造方法において、前記第１のパンチおよびダイと、前記第２のパンチおよびダイは、前記鉄心片の軸心を回転中心として回転して、前記第１、第２のパンチおよびダイの間隔を拡縮することを特徴とする積層鉄心の製造方法。
被加工板を複数の加工ステーションに順次通板し、隣り合うスロットによってその両側が形成される複数の磁極片部を、円周上に均等角度位置で備える鉄心片を外形抜きし、該鉄心片を予め形成されたかしめ部を介してかしめ積層する積層鉄心の製造装置において、
前記各スロットを円周方向に分割し、前記加工ステーションに、分割した一方側の各半スロットをそれぞれ打ち抜き形成する第１のパンチおよびダイを備え、前記鉄心片の軸心を中心として回転可能な前記一方側の半スロットを形成する第１のスロット打ち抜きステーションと、分割した他方側の各半スロットを打ち抜き形成する第２のパンチおよびダイを備え、前記鉄心片の軸心を中心として回転可能な前記他方側の半スロットを形成する第２のスロット打ち抜きステーションとを備え、
前記鉄心片の積層初期および積層終期の所望枚数の前記鉄心片の打ち抜き形成に際し、前記第１のパンチおよびダイと前記第２のパンチおよびダイの円周方向位置をずらして、前記一方側および他方側の各半スロットを形成し、前記積層鉄心の上層部および下層部の前記磁極片部の幅をそれぞれ上端および下端に向かって狭くし、しかも、前記第１、第２のスロット打ち抜きステーションの前工程の前記加工ステーションに、前記スロットの中央位置で半径方向外側に対応する位置に、前記第１、第２のパンチおよびダイが最大間隔になった位置での前記各半スロットを連結させる連結スロットを形成する連結スロット形成ステーションを備えることを特徴とする積層鉄心の製造装置。