CN100405702C - 铁心及车辆用旋转电机 - Google Patents

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Abstract

一种铁心及车辆用旋转电机，该铁心是呈螺旋状层叠板厚不足0.5mm的带状薄板而形成的环状的旋转电机的，其铁心的外周面上具有周期性的铁心的凹口，在带状薄板的外周侧形成有构成上述铁心的凹口的带状薄板的凹口，且带状薄板的凹口的深度为0.5mm以上且将带状薄板轧制加工成铁心时带状薄板被轧制的宽度的1/2以下。铁心的制造装置，具有板厚测定装置、入口导引件、轧辊装置、限制治具及曲率测定装置；其根据由板厚测定装置测定的板厚及/或由曲率测定装置测定的曲率，进行入口导引件、轧辊装置及限制治具中至少一项以上的位置控制。因此，可提供尺寸精度良好的铁心和廉价、精度好的轧制弯曲装置。

Description

铁心及车辆用旋转电机
技术领域
本发明涉及用于马达等旋转电机的铁心，特别是涉及通过将带状薄板一边进行轧制弯曲加工成螺旋状一边层叠而制造的铁心、其制造方法及制造装置。
背景技术
通过将带状薄板一边轧制弯曲加工成螺旋状一边层叠而制造马达、发电机等旋转电机的铁心的方法为人们所了解。在这种制造方法中，利用轧辊将带状薄板的一方的边缘进行轧制加工，从而弯曲成螺旋状。也就是说，经轧辊轧制以使带状薄板厚度向外周边方向变薄。
为了提高由轧制弯曲加工而弯曲的精度，必须使轧制量一定。不过，即使使轧制量一定，带状薄板的板厚也会有偏差，则加工后的带状薄板的曲率无法保持一定。通常，带状薄板的板厚(t)有±3～7左右的偏差。即使带状薄板的机械特性(硬度、拉伸强度、延展性等)变动，加工后的带状薄板的曲率也变动。
与本案申请人为同一申请人的特开平1-164247号公报所述的例子中，在轧辊的出口侧设置具有呈圆弧状配置的多个滚子的导引件。利用轧辊轧制带状薄板内周边的同时，利用由轧辊出口侧的滚子所产生的弯曲力，将带状薄板弯曲成规定的曲率。
另外，在特开2000-224817号公报中所述的例子中，设有1对轧辊和限制带状薄板在宽度方向变窄的构件。再有，在铁心的外周部等间隔地设有安装螺栓用的4个凹口。
在特开平1-164247号公报所述的例子中，利用设置在轧辊出口侧的呈圆弧状配置的多个滚子，确保加工后的带状薄板的曲率精度。不过，带状薄板的板厚的偏差大时，很难确保带状薄板的曲率精度。
在特开2000-224817号公报中所述的例子中，设有限制带状薄板在宽度方向变窄的构件，不过带状薄板的板厚有偏差时，确保轧辊加工后带状薄板的曲率精度是非常困难的。
发明内容
本发明的目的在于：通过将带状薄板一边轧制弯曲加工成螺旋状一边层叠而制造旋转电机的铁心时，即使带状薄板的板厚有偏差，也能高精度地制造铁心。
本发明的铁心，是呈螺旋状层叠板厚不足0.5mm的带状薄板而形成的环状的旋转电机的铁心，其中：在铁心的外周面上具有沿圆周方向周期性配置的轴线方向的铁心的凹口，在带状薄板的外周侧形成有构成上述铁心的凹口的带状薄板的凹口，该带状薄板的凹口的深度为0.5mm以上且将带状薄板轧制加工成铁心时带状薄板被轧制的宽度的1/2以下。
另外，本发明的铁心，是呈螺旋状层叠板厚为0.465～0.535mm的带状薄板而形成的环状的旋转电机的铁心，其特征在于：在铁心的外周面上具有沿圆周方向周期性配置的轴线方向的铁心的凹口，在带状薄板的外周侧形成有构成上述铁心的凹口的带状薄板的凹口，该带状薄板的凹口的深度为0.5mm以上且将带状薄板轧制加工成铁心时带状薄板被轧制的宽度的1/2以下。
本发明的铁心制造方法，具有：测定带状薄板板厚的板厚测定步骤；由入口导引件将上述带状薄板在其宽度方向上定位的入口导引件定位步骤；将从该入口导引件导出的带状薄板由轧辊进行轧制弯曲加工的轧制弯曲加工步骤；为了根据经上述板厚测定步骤测定的带状薄板的板厚测定值来调节轧制量而进行上述入口导引件的位置控制的位置控制步骤。
本发明的铁心制造装置：具有：用于测定素材的带状薄板的板厚的板厚测定装置、用于在其宽度方向定位带状薄板的入口导引件、用于将从该入口导引件导出的带状薄板进行轧制弯曲加工的轧辊装置、成形从上述轧辊出来的带状薄板且使其曲率一定的限制治具、设有用以测定由上述轧辊轧制弯曲加工后的带状薄板的曲率的曲率测定装置；根据板厚和曲率中至少一项来进行上述入口导引件、轧辊装置及限制治具的位置控制。
另外，本发明的车辆用旋转电机，装配在汽车中至少用作发电机，其中：具有由前托座和后托座固定的铁心、安装在该铁心上的绕组，上述铁心具有环状的轭铁、形成在该轭铁内周侧的多个齿、与该齿交替地形成在上述轭铁内周侧的多个槽、形成在上述轭铁外周侧的多个铁心的凹口，上述铁心是通过将板厚不足0.5mm的带状薄板一边轧制加工一边呈螺旋状层叠而形成的，在形成上述轭铁部分的带状薄板的内周侧交替形成有构成上述齿的部分和构成上述槽的部分，在带状薄板的外周侧形成有构成上述铁心的凹口的带状薄板的凹口，上述多个槽中插入上述绕组，上述多个铁心的凹口周期性配置在上述轭铁的圆周方向上、且沿径向方向向轴线延伸，该带状薄板的凹口沿径向方向向轴线延伸的深度为0.5mm以上且将带状薄板轧制加工成铁心时带状薄板被轧制的宽度的1/2以下。
另外，本发明的车辆用旋转电机，装配在汽车中至少用作发电机，其中：具有由前托座和后托座固定的铁心、安装在该铁心上的绕组，上述铁心具有环状的轭铁、形成在该轭铁内周侧的多个齿、与该齿交替地形成在上述轭铁内周侧的多个槽、形成在上述轭铁外周侧的多个铁心的凹口，上述铁心是将板厚为0.465～0.535mm的带状薄板一边轧制加工一边呈螺旋状层叠而形成的，在形成上述轭铁部分的带状薄板的内周侧交替形成有构成上述齿的部分和构成上述槽的部分，在带状薄板的外周侧形成有构成上述铁心的凹口的带状薄板的凹口，上述多个槽中插入上述绕组，上述多个铁心的凹口周期性配置在上述轭铁的圆周方向上、且沿径向方向向轴线延伸，该带状薄板的凹口沿径向方向向轴线延伸的深度为0.5mm以上且将带状薄板轧制加工成铁心时带状薄板被轧制的宽度的1/2以下。
采用本发明，在将带状薄板一边轧制弯曲加工成螺旋状一边层叠而制造旋转电机的铁心时，即使带状薄板的板厚有偏差，也能高精度地制造铁心。
附图说明
图1是表示本发明的铁心的外观的斜视图。
图2是作为素材的带状薄板的局部平面图。
图3是表示本发明的轧制弯曲装置的外观的斜视图。
图4是表示轧辊的带状薄板的轧制状态的图。
图5是表示凹口的深度H尺寸与轧制弯曲后的内径尺寸的关系的图。
图6是表示轧制量与曲率的关系的图。
图7是用以说明本发明的轧制弯曲装置的位置控制的说明图。
图8是使用本发明的铁心的汽车用交流发电机的剖视图。
图中，10-铁心；12-铁心的槽；13-铁心的齿(T形铁)；14-铁心的凹口；20-带状薄板；21-带状薄板的轭铁；22-带状薄板的槽；23-带状薄板的齿(T形铁)；24-带状薄板的凹口；31-板厚测定装置；32-入口导引件；33、34-轧辊；35-轧辊装置；36-限制治具；37-曲率测定装置；38-运算装置。
实施本发明的最佳方式
图1是表示本发明的旋转电机的铁心的外观的图。铁心10，通过将作为素材的带状薄板一边进行轧制弯曲加工成螺旋状一边层叠，而形成环状。在铁心10的内周侧交替形成用于插入绕组的多个槽12和多个齿13。本例中，槽12和齿13，分别沿圆周方向、间隔10°形成总计36个。
根据本发明，在铁心10的外周面以一定间隔设有轴线方向的凹口14。凹口14，优选与齿13的圆周方向的位置相对应配置。本例中，凹口14，在铁心10的外周面沿圆周方向、间隔10°形成总计36个。
图2是作为铁心的素材的带状薄板的局部平面图。如图所示，带状薄板20，具有带状的轭铁21、交替形成在轭铁的一侧的槽22和齿23、形成在轭铁的另一侧的凹口24。凹口24，与齿23一一对应(周期相同)形成在齿23的相反侧。关于凹口24的宽度W和深度H后面参照图5进行详细说明。带状薄板通常经冲床加工冲压形成。在后面的说明中，轭铁21的边缘21A经轧制加工，使带状薄板弯曲。
根据本发明，轧制弯曲加工图2所示的带状薄板20使之螺旋状成形，经使其层叠形成铁心。通过带状薄板20上形成的凹口24，形成铁心的外周面的凹口14。在此，示出了槽数36的铁心，不过，本发明也可以适用于除此以外槽数的铁心及无槽的铁心。
图3是表示本发明的轧制弯曲装置的外观的图。本例的轧制弯曲装置具备：带状薄板的板厚测定装置31、入口导引件32、具有1对轧辊33、34的轧辊装置35、限制治具36及曲率测定装置37，这些装置沿带状薄板20的行进方向顺序配置。
经由入口导引件32，进行带状薄板20的宽度方向的定位。从而，带状薄板20，无偏斜且顺利地向轧辊装置35的轧辊33、34之间供给。
如图4所示，轧辊33、34前端部具有锥部33A、34A。带状薄板20的轭铁21的边缘21A经该锥部33A、34A轧制。轭铁21的边缘21A产生塑性变形以使板厚越向前端越薄。从而，轭铁21的边缘21A延伸，使带状薄板20弯曲。
设定锥部33A、34A的锥形角度θ为适当的值，从而，可以获得轧制加工后的带状薄板的规定的曲率。从而，锥形角度θ按照每种产品而设定成适宜角度。
再参照图3。轧制弯曲加工的带状薄板20，经轧辊33、34的旋转被强制性送出，与限制治具36抵接。限制治具36具有呈圆弧状排列配置的多个滚子。带状薄板20受到来自治具36的弯曲力而成形。从而，带状薄板20，利用经轧辊33、34的锥部33A、34A产生的塑性变形和来自限制治具36的弯曲力，而以规定的曲率弯曲。还有，限制治具36上，设有用于使带状薄板顺利移动的没有图示的导引件。本例中，设有限制治具36，因此，能使轧制弯曲加工后的带状薄板的曲率一定化。
参照图5，说明使用本发明的轧制弯曲装置进行轧制弯曲的实验结果。铁心具有槽数36个、内径Φ108、外径Φ139、凹口数36个。素材的带状薄板的板厚为0.50mm、凹口宽度W为3.0mm、轧辊的锥形角度θ为0.25°、轧制量为30μm。在这种条件下，轧制宽度在几何学上应该能达到3.44mm，不过实际上，在轧辊上会发生挠曲，轧制宽度为3.2mm。作为凹口的深度H准备5种。对应各凹口的深度准备10个样品，测定铁心内径尺寸的偏差。
图5的纵轴是铁心的内径(mm)，横轴是凹口的深度(mm)。图5的曲线的纵线表示铁心的内径尺寸的变动幅度。
如图所示，凹口的深度H从0.5mm到1.6mm，铁心的内径尺寸的变动幅度为50μm左右，不过，若凹口的深度H大于1.6mm，则铁心的内径尺寸的变动幅度增大。若凹口的深度H超过2.5mm，则带状薄板表面出现起伏现象，平面度变差。若平面度变差，则在图1所示层叠铁心时，成为铁心厚度尺寸的精度变差、铁心性能降低的要因。
另外，若凹口深度H超过3.2mm，则凹口中会产生没有施行经由轧辊加工的部分。从而，即使使用限制治具，曲率精度也明显变差。因此，明确的是凹口的深度必须比轧制宽度小，为了提高曲率精度，重要的是还要使其在轧制宽度的1/2以下。
上述实验结果，假定带状薄板20的板厚为一定。实际上，带状薄板的板厚通常有±3～7％左右的偏差。带状薄板20的板厚为0.5mm时存在±0.015～0.035mm的尺寸偏差。从而，板厚尺寸在0.465～0.535mm的范围内变动。例如，设定轧辊33、34的位置，以使带状薄板20的板厚为0.5mm时，轧制量为30μm。板厚最小(0.465mm)时，轧制量为0，不能进行轧制弯曲加工。另外，板厚最大(0.535mm)时，轧制量为65μm，轧制量过大，因此曲率小。
还有，如果带状薄板的机械特性(硬度、拉伸强度、延伸特性等)发生变化，则轧制量变化，轧制弯曲加工后的带状薄板的曲率也变化。
图6表示使用基于本发明的轧制弯曲装置进行轧制弯曲加工的其他实验结果。本例中，调查了轧制量和曲率的关系。纵轴为铁心的外径mm，横轴为轧制量μm。根据本实验，轧制量变动1μm，则铁心内径变动3mm。因此，可知：使轧制量保持一定，对于提高铁心的尺寸精度很重要。
为了使轧制量一定，有一种方法是测定由轧辊33、34产生的加工应力，并进行轧辊33、34的位置控制来使其加工应力一定。不过，本例中，带状薄板具有凹口24，因此，带状薄板和轧辊33、34间的接触面积呈断续性变化。因此，由轧辊产生的加工应力断续性变动，很难精确进行位置控制。通常，轧制量的调整和曲率的稳定化是非常困难的。
再参照图3。根据本例的轧制弯曲装置，则通过入口导引件32的位置控制，调节轧制量，以此来调节加工后的带状薄板20的曲率。将入口导引件32向箭头A方向、即与轧辊33、34的轴线平行移动，从而调节轧制量。另外，通过轧辊装置35的位置控制，调节轧制量，以此来调节加工后的带状薄板20的曲率。通过变化2个轧辊33、34间的间隔来调节轧制量。为了变化2个轧辊33、34间的间隔，例如可以使轧辊33、34之一向箭头B方向移动。再有，通过限制治具36的位置控制调节曲率。使限制治具36向箭头C方向即带状薄板20的宽度方向移动，以此微调加工后的带状薄板20的曲率。
参照图7说明。经由板厚测定装置31可测定素材的带状薄板20的板厚。经由曲率测定装置37可测定轧制弯曲加工后的带状薄板20的曲率。测定的板厚及曲率，向运算装置38供给。运算装置38根据输入的板厚及曲率，运算向入口导引件32、轧辊装置35及限制治具36供给的位置控制信息。在位置控制信息的运算中可以使用实验数据。入口导引件32、轧辊装置35及限制治具36，根据由运算装置38供给的位置控制信息，进行位置控制。
根据本例，则可以从入口导引件32的位置控制、轧辊装置35的位置控制及限制治具36的位置控制这三个位置控制中进行适当地选择使之组合，不过，至少要包括入口导引件32的位置控制或限制治具36的位置控制。例如，仅利用入口导引件32的位置控制可以调节轧制量，不过也可以组合入口导引件32的位置控制和轧辊装置35的位置控制。组合2个或3个位置控制时，设定适当的比率。运算装置38运算由入口导引件32、轧辊装置35及限制治具36所分担的位置控制量的比的最佳的值。
说明入口导引件32的位置控制的例子。使由2个轧辊33、34的锥部33A、34A所形成的夹角(锥形角度θ的2倍)为0.5°。使入口导引件32向轧辊33、34的前端侧平行移动0.1mm，则带状薄板20向轧辊33、34的前端部侧移动。从而，能使轧制量减少0.8μm。反之，使入口导引件32向轧辊33、34的根部侧平行移动0.1mm，则能使轧制量增加。以0.1mm单位对入口导引件32进行位置控制是十分容易的。利用入口导引件32的位置控制，可以进行轧制量的微调。
优选：组合轧辊装置35的位置控制和入口导引件32的位置控制。利用轧辊装置35的位置控制进行轧制量调节的大部分，利用入口导引件32的位置控制进行轧制量的微调。从而，可以高精度地调整轧制量。
例如，当带状薄板20的板厚为0.5mm来设定轧辊33、34的位置时，假定插入板厚0.53mm的带状薄板。必须增加30μm轧制量。首先，利用轧辊33、34的位置控制使轧制量变化28μm左右。再使入口导引件32向轧辊33、34的前端侧移动0.25mm，从而增加2μm左右轧制量。
即使根据素材带状薄板板厚的变动精确地控制轧制量，也由于素材的机械性质的变动等种种要因，加工后的带状薄板的曲率会变动。本例中，还反馈经曲率测定装置37测定的曲率。运算装置38求得曲率的测定值与设计值间的偏差。根据此偏差，修正上述的轧辊装置35的位置控制和入口导引件32的位置控制。例如，偏差为正时，即曲率比设计值大时，修正轧辊装置35的位置控制和入口导引件32的位置控制，以使轧制量变小。反之，偏差为负时，即曲率比设计值小时，修正轧辊装置35的位置控制和入口导引件32的位置控制，以使轧制量变大。这时，轧制量的修正值小时，也可以只修正入口导引件32的位置控制。轧制量的修正值大时，组合修正轧辊装置35的位置控制和入口导引件32的位置控制。这样，根据本例，则由于将曲率测定装置37的输出反馈给轧辊装置35及入口导引件32而能制造出极高精度的铁心。
根据本发明，则还可利用限制治具36微调加工后的带状薄板的曲率。利用限制治具36的位置控制则可以不使轧制量变化而微调加工后的带状薄板的曲率。
图8表示将由基于本发明的装置及方法所制造出来的铁心用于汽车用交流发电机的例子。铁心10，安装在前托座71和后托座72之间进行固定。本发明的铁心10尺寸精度良好，可以获得发电效率高的汽车用交流发电机73。再有，本发明中，可以使用作为现有的螺旋状的层叠铁心的素材很难使用的、极薄板(不足0.5mm)的钢板或硅钢板。利用这些极薄板的铁心，可以在汽车用交流发电机73中谋求现有技术所不具备的高效率化。

Claims (10)

1.一种铁心，是呈螺旋状层叠板厚不足0.5mm的带状薄板而形成的环状的旋转电机的铁心，其特征在于：在铁心的外周面上具有沿圆周方向周期性配置的轴线方向的铁心的凹口(14)，在带状薄板的外周侧形成有构成上述铁心的凹口(14)的带状薄板的凹口(24)，该带状薄板的凹口(24)的深度为0.5mm以上且将带状薄板轧制加工成铁心时带状薄板被轧制的宽度的1/2以下。
2.如权利要求1所述的铁心，其特征在于：上述铁心的凹口配置在与设于铁心内周的齿相对应的位置上。
3.如权利要求1所述的铁心，其特征在于：上述铁心的凹口配置在与设于铁心内周的齿相对应的位置上、且与齿设置成相同数目。
4.如权利要求1所述的铁心，其特征在于：上述带状薄板由硅钢板构成。
5.一种铁心，是呈螺旋状层叠板厚为0.465～0.535mm的带状薄板而形成的环状的旋转电机的铁心，其特征在于：在铁心的外周面上具有沿圆周方向周期性配置的轴线方向的铁心的凹口(14)，在带状薄板的外周侧形成有构成上述铁心的凹口(14)的带状薄板的凹口(24)，该带状薄板的凹口的深度为0.5mm以上且将带状薄板轧制加工成铁心时带状薄板被轧制的宽度的1/2以下。
6.如权利要求5所述的铁心，其特征在于：上述铁心的凹口配置在与设于铁心内周的齿相对应的位置上。
7.如权利要求5所述的铁心，其特征在于：上述铁心的凹口配置在与设于铁心内周的齿相对应的位置上、且与齿设置成相同数目。
8.如权利要求5所述的铁心，其特征在于：上述带状薄板由硅钢板构成。
9.一种车辆用旋转电机，装配在汽车中至少用作发电机(73)，其中：
具有由前托座(71)和后托座(72)固定的铁心(10)、安装在该铁心上的绕组，
上述铁心具有环状的轭铁(21)、形成在该轭铁内周侧的多个齿(23)、与该齿(23)交替地形成在上述轭铁(21)内周侧的多个槽(22)、形成在上述轭铁外周侧的多个铁心的凹口(14)，
上述铁心是通过将板厚不足0.5mm的带状薄板一边轧制加工一边呈螺旋状层叠而形成的，在形成上述轭铁(21)部分的带状薄板的内周侧交替形成有构成上述齿(23)的部分和构成上述槽(22)的部分，在带状薄板的外周侧形成有构成上述铁心的凹口(14)的带状薄板的凹口(24)，
上述多个槽(22)中插入上述绕组，
上述多个铁心的凹口(14)周期性配置在上述轭铁的圆周方向上、且沿径向方向向轴线延伸，该带状薄板的凹口(24)沿径向方向向轴线延伸的深度为0.5mm以上且将带状薄板轧制加工成铁心时带状薄板被轧制的宽度的1/2以下。
10.一种车辆用旋转电机，装配在汽车中至少用作发电机(73)，其中：
具有由前托座(71)和后托座(72)固定的铁心(10)、安装在该铁心上的绕组，
上述铁心具有环状的轭铁(21)、形成在该轭铁内周侧的多个齿(23)、与该齿(23)交替地形成在上述轭铁(21)内周侧的多个槽(22)、形成在上述轭铁外周侧的多个铁心的凹口(14)，
上述铁心是将板厚为0.465～0.535mm的带状薄板一边轧制加工一边呈螺旋状层叠而形成的，在形成上述轭铁(21)部分的带状薄板的内周侧交替形成有构成上述齿(23)的部分和构成上述槽(22)的部分，在带状薄板的外周侧形成有构成上述铁心的凹口(14)的带状薄板的凹口(24)，
上述多个槽(22)中插入上述绕组，
上述多个铁心的凹口(14)周期性配置在上述轭铁的圆周方向上、且沿径向方向向轴线延伸，该带状薄板的凹口(24)沿径向方向向轴线延伸的深度为0.5mm以上且将带状薄板轧制加工成铁心时带状薄板被轧制的宽度的1/2以下。
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