CN106451935B - 叠片铁芯的制造方法、叠片铁芯以及焊机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种叠片铁芯S的制造方法，其包括：得到由多片铁芯片M相互重叠而成的层压体10的层压工序，以及在层压体10的侧面形成沿层压体10的厚度方向延伸的焊缝11的焊接工序。在焊接工序中，使形成焊缝11的长度方向的中央部11a时的输入热量多于形成焊缝11的端部11b时的输入热量。

Description

叠片铁芯的制造方法、叠片铁芯以及焊机
技术领域
本发明涉及叠片铁芯的制造方法、叠片铁芯以及用于制造叠片铁芯的焊机。
背景技术
叠片铁芯为电动机的部件，将加工为指定形状的多片铁芯片相互重叠并对它们进行接合从而形成叠片铁芯。电动机具有由叠片铁芯制成的转子(rotor)及定子(stator)，并经过在定子上卷绕线圈(coil)的工序、和在转子上安装轴的工序等而完成。以往，采用叠片铁芯的电动机被用作冰箱、空调、硬盘驱动器、电动工具等的驱动源，近年来，也被用作混合动力车的驱动源。
作为在叠片铁芯的制造过程中对在上下方向上相邻的电磁钢板之间进行接合的方法，已知有焊接(参考日本专利实开昭61-437号公报)。通过单独使用焊接进行的接合，或通过并用焊接和型锻部(swaged portion)进行的接合在成本以及工作效率性方面较为优异，以往被广泛采用。
发明内容如日本专利实开昭61-437号公报的第2图所示，在层压体的厚度方向的整体上形成焊缝(焊接部)的情况下，考虑到焊接的稳定性，从焊接开始至结束都在相同的条件下进行。但是，根据本发明人们的研究，在于层压体的厚度方向上形成一定长度(例如，50mm以上)的焊缝的情况下，存在于焊缝的中途产生裂纹的频率变高这一问题(参考图6)。本发明人们认为，由于焊缝的层压体的厚方向中央部的应力变得最大，因此在焊缝上产生裂纹。如果在焊缝上产生裂纹，则存在无法满足产品尺寸、机械强度等品质要求的情况而使成品率下降。既存在于刚焊接后就观察到焊缝裂纹的产生的情况，也存在于刚焊接后虽然未观察到焊缝裂纹的产生，但经过一定时间后便观察到的情况。因此，实施焊接之后，例如可进行48小时的经过观察从而对产品的好坏进行判定。上述经过观察的必要性成为妨碍制造过程效率化的一个原因。
本发明将对能够充分高水平地实现较高的成品率以及制造过程的效率化这两方面的叠片铁芯的制造方法、叠片铁芯以及焊机进行说明。
本发明的一个观点所涉及的叠片铁芯的制造方法包括：得到由多片铁芯片相互重叠而成的层压体的层压工序，以及在层压体的侧面形成沿层压体的厚度方向延伸的焊缝的焊接工序。在焊接工序中，使形成焊缝的长度方向的中央部时的输入热量多于形成焊缝的端部时的输入热量。
根据上述制造方法，通过使焊缝的中央部的输入热量比端部的输入热量更多，可充分高度地抑制在焊缝上产生裂纹。在以1次焊接增加中央部的输入热量的情况下，通过提高相对中央部的应力的负荷能力(load bearing capacity)而抑制裂纹的产生，在分多次增加输入热量的情况下，通过在提高负荷能力的基础上，缓和因先前的焊接而产生的应力，从而抑制裂纹的产生。因此，可不施行例如在实施焊接后的经过观察，并能够使得叠片铁芯的制造过程效率化。另外，通过将增加输入热量的部位限定于中央部，可充分地抑制因焊接时施加的热量使叠片铁芯的性能降低。
在使用如利用电弧放电的焊机(例如TIG焊机)般的可通过电流值调整输入热量的焊机的情况下，在焊接工序中，优选使形成焊缝的长度方向的中央部时的焊接电流值高于形成焊缝的端部时的焊接电流值。再者，在使用例如激光焊机的情况下，在焊接工序中，使形成焊缝的长度方向的中央部时的激光输出高于形成焊缝的端部时的激光输出即可。
为使形成焊缝的长度方向的中央部时的输入热量多于形成焊缝的端部时的输入热量，在焊接工序中，也可使形成焊缝的长度方向的中央部时的焊接速度慢于形成焊缝的端部时的焊接速度。或者，焊接工序也可包含对须形成焊缝的部位的长度方向的中央部进行多次焊接。此时，可在形成须形成焊缝的部位的整体之后对中央部进行再次焊接，也可在只对中央部进行焊接之后再对整体进行焊接。另外，也可使多条焊缝在须形成焊缝的部位的中央部重叠。
本发明的其它观点所涉及的叠片铁芯具有由多片铁芯片相互重叠而成的层压体，以及在层压体的侧面沿层压体的厚度方向延伸的焊缝。关于在与厚度方向正交的方向上的焊缝的截面面积，焊缝的长度方向的中央部的截面面积大于焊缝的端部的截面面积。如上所述，该叠片铁芯可充分高度地抑制焊缝中的裂纹的产生，同时，还可被十分高效地制造。另外，由于输入热量较多的部位被限定于中央部，因此可充分地抑制焊接时施加的热量所导致的性能降低，以及焊缝的截面面积增大而使在叠片铁芯的厚度方向上的电气短路的产生增多所导致的性能降低。
本发明的其它观点所涉及的焊机为用于制造上述叠片铁芯的焊机。该焊机具有焊枪、使焊枪沿层压体的侧面在层压体的厚度方向上移动的移动机构、以及用于控制从焊枪向层压体的侧面的输入热量的控制部。控制部控制从焊枪向层压体的输入热量，以使形成焊缝的长度方向的中央部时的输入热量多于形成焊缝的端部时的输入热量。通过该焊机，能够十分高效地制造焊缝中的裂纹的产生被充分高度地抑制的叠片铁芯。
根据本发明所涉及的叠片铁芯的制造方法、叠片铁芯以及焊机，能够充分高水平地实现较高的成品率以及制造过程的效率化。
附图说明
图1为表示由叠片铁芯制成的定子的一个例子的立体图。
图2A为模式性地表示图1中所示的叠片铁芯的焊缝的深度的纵截面图。
图2B为图2A的b-b线中的横截面图。
图2C为图2A的c-c线中的横截面图。
图3为表示具有连续模的层压体制造装置的一个例子的示意图。
图4为表示用于制造铁芯片的冲压布局的一个例子的图。
图5为表示焊机的一个例子的示意图。
图6为表示在一定条件下横跨层压体的厚度方向的整体形成焊缝的情况下的焊接裂纹产生频率的图表。
图7为表示实施例1～4中的焊接电流的曲线的图表。
图8为表示焊接电流和熔透面积(相对值)的关系的图表。
图9为表示实施例5中的焊接速度(焊枪的移动速度)的曲线的图表。
图10为表示焊接速度和熔透面积(相对值)的关系的图表。
图11A为表示焊接工序的其它例子的模式图。
图11B为表示焊接工序的其它例子的模式图。
图11C为表示焊接工序的其它例子的模式图。
图12A为表示焊接工序的其它例子的模式图。
图12B为表示焊接工序的其它例子的模式图。
图13为表示焊缝的其它例子的模式图。
图14为表示焊缝的其它例子的模式图。
具体实施方式
参照附图对本发明所涉及的实施方式进行详细说明。在以下说明中，对同一要素或是具有相同功能的要素用同一符号表示，并省略重复的说明。
图1为构成定子的叠片铁芯S的立体图。叠片铁芯S的形状为大致圆筒形，位于中央部的开口Sa为用于配置转子(不图示)的开口。叠片铁芯S具有大致圆环状的轭部Sy和从轭部Sy的内周侧向中心方向延伸的齿部St。根据电动机的用途及性能，轭部Sy的宽度(图1中的W)为2～40mm左右。图1所示的叠片铁芯S具有6个齿部St。应予说明，齿部St的个数不限定于6个。
如图1所示，叠片铁芯S具有由多片被加工为指定形状的铁芯片M相互重叠而成的层压体10、形成于齿部St的型锻部2、和在层压体10的侧面10a沿层压体10的厚度方向延伸的多条焊缝11。在本实施方式中，共计3条焊缝从层压体10的上面横跨至下面(横跨层压体10的厚度方向的整体)而形成。应予说明，在此，虽然例示了并用利用型锻部2进行的接合和利用焊接(焊缝11)进行的接合的情况，但也可单独以焊接进行接合。另外，焊缝11的条数不限定于3条，可根据叠片铁芯的形状、大小进行设定，以满足必需的强度。
图2A为模式性地表示叠片铁芯S的焊缝11的深度的纵截面图。在焊缝11的长度方向(层压体10的厚度方向)的中央部11a处，焊缝11形成于从层压体10的侧面10a至与端部11b、11b相比更深的位置。图2B为图2A的b-b线中的横截面图。图2C为图2A的c-c线中的横截面图。即，关于在与层压体10的厚度方向正交的方向上的焊缝11的截面面积(熔透面积)，上述焊缝11的长度方向的中央部11a的截面面积大于焊缝11的端部11b、11b的截面面积。如后所述，这是由在焊接工序中，使形成焊缝11的长度方向的中央部11a时的输入热量多于形成焊缝11的端部11b、11b时的输入热量而引起的。
图3为表示用于制造层压体10的装置的一个例子的示意图。该图所示的层压体制造装置100具有：安装有放卷机构C的展卷机110、从放卷机构C拉出的带状的铁芯材料(以下称为“被加工板W”)的输送装置130、对被加工板W进行冲压加工的连续模140、和使连续模140工作的压机120。
展卷机110以使放卷机构C可自由旋转的方式对其进行保持。构成放卷机构C的电磁钢板的长度例如为500～10000m。构成放卷机构C的电磁钢板的厚度为0.1～0.5mm左右即可，从使叠片铁芯S的磁力特性更优异的观点来看，也可为0.1～0.3mm左右。电磁钢板(被加工板W)的宽度为50～500mm左右即可。
输送装置130具有从上下将被加工板W夹入的一对辊130a、130b。被加工板W经由输送装置130而被导入连续模140。连续模140为用于对被加工板W连续实施冲压加工、半冲压加工、根据需要的复位等操作的机构。
图4为表示用于制造构成层压体10的铁芯片M的冲压布局的模式图。在图4的位置(a)处实施在被加工板W上形成定位孔P的工序。在图4的位置(b)处实施形成分别构成轭部Sy的内周面和齿部St的侧面的共计6个的开口H1的工序。在图4的位置(c)处实施在构成齿部St的部分形成型锻部2的工序。应予说明，在制造构成层压体10中的最下层的铁芯片M时，形成穿孔(不图示)以代替型锻部2。在图4的位置(d)处实施形成构成开口Sa的开口H2的工序。在图4的位置(e)处实施形成构成轭部Sy的外周面的开口H3的工序。通过形成开口H3可得到图4的位置(f)所示的形状的铁芯片M。通过对多片铁芯片M进行层压可得到层压体10(层压工序)。
图5为表示焊机的一个例子的示意图，其表示从层压体10上端进行焊接的中途。该图所示的TIG(Tungsten Inert Gas)焊机200具有：焊条210(焊枪)、惰性气体输出装置220、使焊条210沿层压体10的侧面10a移动的移动机构230、以及用于控制从焊条210向层压体10的侧面10a的输入热量的控制装置240(控制部)。在利用焊接夹具250a、250b将层压体10夹入以在其厚度方向上施加压缩力的状态下，在层压体10的侧面10a形成焊缝11(焊接工序)。由此，可制造通过型锻部2以及焊接对在上下方向上相邻的铁芯片M之间进行接合而成的叠片铁芯S。
在TIG焊接中，钨被用作焊条210的原料。另外，为了将焊接部位从大气中隔绝以对其进行保护，可一边将来自惰性气体输出装置220的惰性气体(氩、氦等)喷至焊接部位一边实施焊接。移动机构230由沿层压体10的侧面10a在层压体10的厚度方向上延伸的导向器231、和使可自由滑动地设置于该导向器231的焊条支承体211滑动的驱动机构(不图示)构成。作为驱动机构的具体例子可列举伺服电动机(servomotor)等。
控制装置240用于控制从焊条210向层压体10的侧面10a的输入热量。作为控制装置240，可使用电脑。以往，在一系列的焊接作业中将焊接电流值以及焊接速度设为固定的条件。在该情况下，如图6所示，存在于焊缝的中央部产生焊接裂纹的情况。与之相对的，如图7的实施例1～4所示，在一系列的焊接作业中，通过在中途变更焊接电流值，以使形成焊缝11的中央部11a时的输入热量多于形成焊缝11的端部11b、11b时的输入热量。通过这样的焊接电流值的控制，可高度抑制焊接裂纹的产生。其结果是，焊接裂纹的产生为0％。
焊接电流值的曲线(profile)不限定于图7所示形式。焊接开始时的焊接电流值、焊接电流的最大值、维持焊接电流值的最大值的长度、升高或降低焊接电流时的倾斜度等根据叠片铁芯的规格适当设定即可。焊接电流值的曲线不限定于如图7所示的折线状，也可为曲线状。
图8为表示焊接电流和熔透面积(相对值)的关系的图表。图8的纵轴“熔透面积比例”以在焊接电流115A以及焊接速度5mm/秒条件下实施焊接时的熔透面积(焊缝的截面面积)为基准。如该图表所示，熔透面积随着焊接电流值的升高而增加。
在图9的实施例5中，通过在一系列焊接作业中，在中途变更焊接速度(焊条210的移动速度)，使形成焊缝11的中央部11a时的输入热量多于形成焊缝11的端部11b、11b时的输入热量。通过这样的焊接速度的控制，可高度抑制焊接裂纹的产生。其结果是，焊接裂纹的产生为0％。
焊接速度的曲线不限定于图9所示形式。焊接开始时的焊接速度、焊接速度的最小值、维持焊接速度最小值的长度、降低焊接速度时的倾斜度等根据叠片铁芯的规格适当设定即可。焊接速度的曲线不限定于如9所示的折线状，也可为曲线状。
图10为表示焊接速度和熔透面积(相对值)的关系的图表。图10的纵轴“熔透面积比例”以在焊接电流115A以及焊接速度5mm/秒的条件下实施焊接时的熔透面积(焊缝的截面面积)为基准。如该图表所示，熔透面积随着焊接速度的下降而增大。
在上述说明中，虽然例示了在一系列焊接作业中至少变更焊接电流值以及焊接速度的其中一方的情况，但也可在一系列焊接作业中通过连续实施多次焊接以形成焊缝11。通过在形成须形成焊缝的部分的整体之后对中央部进行再次焊接，或在只焊接中央部之后再对整体进行焊接，可使中央部的输入热量增多。另外，图11A～图11C为表示在一系列焊接作业中，通过3次焊接形成一条焊缝12的情况的模式图。图11A表示从层压体10的一方的端部至中央部形成焊缝12a的工序。图11B表示通过从层压体10的另一方的端部至中央部形成焊缝12b，从而形成连为一体的焊缝12c的工序。图11C表示通过在层压体10的连为一体的焊缝12c的中央部形成焊缝12d，从而形成焊缝12的工序。再者，也可使焊缝12a、12b从层压体10的中央部向端部分别形成。经图11A～图11C所示的工序，也可使形成焊缝12的长度方向上的中央部时的输入热量多于形成焊缝的端部时的输入热量。
图12A以及图12B为表示在一系列焊接作业中通过2次焊接形成一条焊缝13的情况的模式图。图12A表示从层压体10的一方的端部至超过中央部而又未抵达另一方的端部的位置形成焊缝13a的工序。图12B表示通过从层压体10的另一方的端部至超过中央部而又未抵达到上述一方的端部的位置形成焊缝13b，从而形成焊缝13的工序。焊缝13的中央部通过2次焊接(焊缝13a以及焊缝13b)形成。
经图12A以及图12B所示的工序，也可使形成焊缝13的长度方向的中央部时的输入热量多于形成焊缝的端部时的输入热量。再者，焊缝13a、13b也可分别从靠近层压体10的一方的端部的位置向另一方的端部形成。另外，也可采用2个焊枪同时形成焊缝13a、13b。此时，对2个焊枪的移动进行设定以使它们不同时对相同的位置进行焊接。
根据上述实施方式，通过使焊缝11、12、13的中央部的输入热量多于端部的输入热量，可充分高度地抑制在焊缝11、12、13上产生裂纹。因此，也可不实施例如实施焊接后的经过观察，而能够使叠片铁芯S的制造过程效率化。另外，通过将输入热量多的部位限定于中央部，可充分地抑制焊接时施加的热量所导致的叠片铁芯S的性能降低。
以上虽然对本发明的实施方式进行了详细说明但本发明不限定于上述实施方式。例如，在上述实施方式中，虽然例示了横跨利用型锻部2进行接合的层压体10的厚度方向的整体形成连为一体的焊缝的情况，但也可如图13所示断续地形成多个焊缝14(例如长度为5～20mm左右)。在该情况下，在各个焊缝14中，通过增多中央部的输入热量，能够防止焊缝14的开裂。
图13所示的层压体20由多个块体20a、20a……构成。构成块体20a的多片铁芯片通过型锻部相互接合。因此，即使焊缝14没有横跨整个层压体20并连为一体，铁芯片也不会分散开。另一方面，块体20a之间通过焊缝14相互接合。由多块块体20a、20a……构成的层压体20具有可通过对块体20a进行旋转层压而抑制被加工板W的板厚偏差的影响这一优点。
另外，也可断续地形成多列如图14所示地并行延伸的多条焊缝15、16，并使它们的端部重叠，从而可对层压体30的整体进行接合。
在上述实施方式中，虽然例示了从一块被加工板W冲压铁芯片的情况，但也可使多块被加工板重叠并冲压铁芯。在该情况下，在同时使用多块被加工板W的情况下，也可对种类、厚度和/或宽度不同的被加工板进行组合使用。再者，也可从一块被加工板W冲压转子用铁芯片和定子用铁芯片。
在上述实施方式中，虽然例示了通过TIG焊接实施焊接工序的情况，但也可通过TIG焊接以外的电弧焊接和激光焊接实施焊接工序。

Claims (7)

1.一种叠片铁芯的制造方法，其包括：
得到由多片铁芯片相互重叠而成的层压体的层压工序；以及，
在所述层压体的侧面连续地形成从所述层压体的上端面至所述层压体的下端面沿所述层压体的厚度方向延伸的焊缝的焊接工序，
在所述焊接工序中，使形成所述焊缝的长度方向的中央部时的输入热量多于形成所述焊缝的端部时的输入热量。
2.如权利要求1所述的叠片铁芯的制造方法，其中，
在所述焊接工序中，使形成所述焊缝的长度方向的中央部时的焊接电流值高于形成所述焊缝的端部时的焊接电流值。
3.如权利要求1所述的叠片铁芯的制造方法，其中，
在所述焊接工序中，使形成所述焊缝的长度方向的中央部时的焊接速度慢于形成所述焊缝的端部时的焊接速度。
4.如权利要求2所述的叠片铁芯的制造方法，其中，
在所述焊接工序中，使形成所述焊缝的长度方向的中央部时的焊接速度慢于形成所述焊缝的端部时的焊接速度。
5.如权利要求1所述的叠片铁芯的制造方法，其中，
所述焊接工序包含对须形成所述焊缝的部位的长度方向的中央部进行多次焊接。
6.一种叠片铁芯，其具有：
由多片铁芯片相互重叠而成的层压体；以及，
配置于所述层压体的侧面，并从所述层压体的上端面至所述层压体的下端面沿所述层压体的厚度方向连续地延伸的焊缝，
与所述厚度方向正交的方向上的所述焊缝的中央部的最大截面面积大于所述正交的方向上的所述焊缝的各端部的截面面积。
7.一种焊机，其用于制造如权利要求6所述的叠片铁芯，所述焊机具有：
焊枪；
使所述焊枪沿所述层压体的所述侧面在所述层压体的厚度方向上移动的移动机构；以及，
用于控制从所述焊枪向所述侧面的输入热量的控制部，
所述控制部控制从所述焊枪向所述层压体的输入热量，以使形成所述焊缝的长度方向的中央部时的输入热量多于形成所述焊缝的端部时的输入热量。
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