JP2005218278A - 回転電機の回転子鉄心の製造方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ブランク材６を精度良く巻き取ることができ、その結果、軸孔の真円度を向上できる回転子鉄心の製造方法および製造装置を提供すること。
【解決手段】ブランク材６が巻き取り装置に供給されると、ブランク材６の切欠き部４に内側ガイド部１３が挿入され、且つスロット２に外側ガイド部１２が挿入されて、回動機構により内側ガイド部１３と外側ガイド部１２とが芯金１１と一体に回動する。
これにより、ブランク材６は、内側ガイド部１３と外側ガイド部１２とにガイドされ、径方向位置が規制されながら、芯金１１の回動方向（巻き取り方向）に塑性変形されて、芯金１１に巻き取られる。この方法によれば、ブランク材６の突片部７に変形荷重が集中することはなく、突片部７に座屈や変形、あるいは重なり等の不具合が生じないので、突片部７の内側に形成される軸孔の真円度を向上できる。
【選択図】図１

Description

回転電機に使用される回転子鉄心の製造方法および製造装置に関する。

従来、回転子鉄心の製造方法として、鋼板材よりプレスで打ち抜いた多数のコアシートを板厚方向に積層して、各コアシートの中心に開けられた孔に回転軸を挿通して固定する方法がある。しかし、この製造方法では、鋼板材よりコアシートを円板状に打ち抜くため、廃材が多く発生し、材料の歩留りが悪くなる。

これに対し、例えば、特許文献１には、帯状鋼板の一辺側に多数のスロットを有し、他辺側に多数の内径切溝を有するブランク材をプレス加工にて製作した後、このブランク材を、内径切溝が内径側、スロットが外径側に配置される様に、所定の曲率半径で塑性変形させながら芯金の外周に巻き取ることで、螺旋状に連続したコアシートを製造し、このコアシートを板厚方向に積層する方法が開示されている。この製造方法によれば、コアシートを円板状に打ち抜く必要がないため、廃材を少なくでき、材料の歩留りを向上できる。
特開昭５３−１２８７０２号公報

ところが、特許文献１の公知技術では、ブランク材を所定の曲率半径で塑性変形させながら芯金に巻き取る際に、内径切溝が形成されたブランク材の内径側に変形荷重が集中する。この場合、周方向に隣合う内径切溝同士の間に設けられる略台形形状の突片部の先端で変形荷重を支えることになるため、突片部が座屈や変形、あるいは隣合う突片部同士が重なる等の不具合を生じることがある。

特に、特許文献１の方法により、スロット数が多い回転子鉄心を製造する場合には、必然的に内径切溝が深く形成され、且つ突片部の幅が小さくなるため、突片部の形状が極細の略台形形状となり、上記の様な不具合（座屈、変形、重なり）が発生し易くなる。
その結果、突片部に座屈や変形等が生じると、突片部の内側に形成される軸孔（回転軸を挿通するための孔）の真円度が低下し、回転軸を挿通するために必要な真円度を確保できなくなるという問題が生じる。

本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、ブランク材を精度良く巻き取ることができ、その結果、軸孔の真円度を向上できる回転子鉄心の製造方法および製造装置を提供することにある。

（請求項１の発明）
本発明は、帯状鋼板の一辺側に巻線を挿入するためのスロットが等間隔に連続して形成され、帯状鋼板の他辺側に凹凸形状を成す切欠き部と突片部とが交互に連続して形成されたブランク材を準備し、このブランク材を所定の曲率半径で塑性変形させながら螺旋状に巻き取ることにより、突片部の内側に回転軸を挿通するための軸孔が形成され、且つ周方向に隣合う突片部同士の間に切欠き部が存在する回転子鉄心を製造する方法であって、ブランク材を巻き取る際に、スロットと切欠き部の両方をガイドして、ブランク材の径方向位置を規制しながら巻き取ることを特徴とする。

上記の方法によれば、ブランク材を巻き取る際に、ブランク材の位置を径方向に拘束できるので、ブランク材の位置ずれを防止でき、精度良くブランク材を巻き取ることができる。この結果、ブランク材の突片部に変形荷重が集中することはなく、突片部の先端で変形荷重を支える必要がないので、突片部に座屈や変形、あるいは重なり等の不具合が生じることはなく、突片部の内側に形成される軸孔の真円度を向上できる。

（請求項２の発明）
請求項１に記載した回転電機の回転子鉄心の製造方法において、１条の帯状鋼板より２本のブランク材を同時に成形するブランク材成形工程を有し、２本のブランク材は、１条の帯状鋼板に対し、互いの突片部と切欠き部とが交互に噛み合う様に二列状態で同時成形されることにより、切欠き部を切り抜いた部分が、相手側の突片部として形成されることを特徴とする。
この方法によれば、一方のブランク材の切欠き部を打ち抜いた部分が、そのまま他方のブランク材の突片部として形成されるので、廃材をより少なくでき、材料歩留りを更に向上できる。

（請求項３の発明）
請求項１に記載した回転電機の回転子鉄心の製造方法に使用される製造装置であって、ブランク材を巻き取るための巻き取り装置を備え、この巻き取り装置は、ブランク材を巻き取る際に、スロットをガイドする外側ガイド部と、切欠き部をガイドする内側ガイド部と、巻き取り軸を中心として外側ガイド部および内側ガイド部を回動させる回動機構とを有している。
これにより、外側ガイド部と内側ガイド部とでブランク材の径方向位置を規制しながら、巻き取り軸を中心として外側ガイド部と内側ガイド部とを回動させることにより、ブランク材を精度良く巻き取ることができ、軸孔の真円度を向上できる。

（請求項４の発明）
請求項３に記載した回転子鉄心の製造装置において、巻き取り装置は、外側ガイド部をブランク材の板厚方向に往復動させる外側ガイド部駆動機構を有し、この外側ガイド部駆動機構は、回動機構の動きに同期して機能し、巻き取り方向における第１の回動位置で外側ガイド部をスロットに挿入させ、第２の回動位置で外側ガイド部をスロットから抜き出すことを特徴とする。

ブランク材を巻き取る際に、外側ガイド部がスロットに挿入されたままでは、巻き取り装置に供給されるブランク材に外側ガイド部が干渉して巻き取り不能となる。これに対し、請求項４の発明では、スロットに挿入された外側ガイド部がブランク材と干渉する範囲に応じて、スロットから外側ガイド部を抜き出しておくことができるので、ブランク材と外側ガイド部との干渉を防止でき、連続してブランク材を巻き取ることができる。

（請求項５の発明）
請求項４に記載した回転子鉄心の製造装置において、巻き取り装置は、内側ガイド部をブランク材の板厚方向に往復動させる内側ガイド部駆動機構を有し、この内側ガイド部駆動機構は、回動機構の動きに同期して機能し、巻き取り方向における第３の回動位置で内側ガイド部を切欠き部に挿入させ、第４の回動位置で内側ガイド部を切欠き部から抜き出すことを特徴とする。

ブランク材を巻き取る際に、内側ガイド部が切欠き部に挿入されたままでは、巻き取り装置に供給されるブランク材に内側ガイド部が干渉して巻き取り不能となる場合がある（但し、切欠き部の大きさや形状により、内側ガイド部が切欠き部に挿入されたままでも、ブランク材に干渉しないこともある）。これに対し、請求項５の発明では、切欠き部に挿入された内側ガイド部がブランク材と干渉する範囲に応じて、切欠き部から内側ガイド部を抜き出しておくことができるので、ブランク材と内側ガイド部との干渉を防止でき、連続してブランク材を巻き取ることができる。

本発明を実施するための最良の形態を以下の実施例により詳細に説明する。

図１は回転電機の回転子鉄心を製造する一工程（ブランク材の巻き取り工程）を示す断面図である。
実施例１に示す回転子鉄心は、図３に示す様に、例えば、スタータモータに用いられる電機子鉄心１であり、外周に電機子コイル（図示せず）を挿入するためのスロット２が多数形成され、中心部に回転軸（図示せず）を挿通するための軸孔３が形成されている。また、スロット２と軸孔３との間には、略三角形状の切欠き部４が周方向等間隔に複数箇所設けられている。

この電機子鉄心１は、後述する製造装置（図６参照）を使用して、帯状鋼板５（図４参照）より連続して成形されたブランク材６を螺旋状に巻き取った後、板厚方向に積層して製造される。
ブランク材６には、図４に示す様に、幅方向の一端側（帯状鋼板５の一辺側）にスロット２が形成され、幅方向の他端側（帯状鋼板５の他辺側）に凹凸形状を成す切欠き部４と突片部７とが形成されている。

スロット２は、ブランク材６の長手方向に連続して等間隔に形成され、そのスロット２を打ち抜いた後に残る部分（ティース８と呼ぶ）が突起状に設けられている。また、ティース８の先端部には、一対の爪部８ａが略Ｖ字状に形成されている。この爪部８ａは、スロット２を介して電機子鉄心１に電機子コイルを巻線した後、スロット２の開口部を閉じる様に、スロット２側へ押し開かれることにより、電機子コイルを保持する機能を持たせている。

切欠き部４と突片部７は、ブランク材６の長手方向に交互に連続して形成され、切欠き部４を打ち抜いた後に残る部分が突片部７として形成される。切欠き部４は、略台形形状に打ち抜かれ、それに伴って形成される突片部７も略台形形状を有している。また、突片部７の先端は、ブランク材６の長手方向と平行な直線形状ではなく、軸孔３の円周を等分（実施例１では８等分）した円弧状に形成され、その円弧状の曲率半径ｒが、軸孔３に挿通される回転軸の半径と略同等に設けられている（図５参照）。

次に、電機子鉄心１の製造装置について説明する。
電機子鉄心１の製造装置は、図６に示す様に、ロール状に巻き付けられた帯状鋼板５より連続的にブランク材６を成形するブランク材成形機９と、成形されたブランク材６を巻き取る巻き取り装置１０とを有している。
ブランク材成形機９は、帯状鋼板５からスロット２と切欠き部４とを打ち抜いて、図４に示すブランク材６を成形するプレス機である。

巻き取り装置１０は、プレス成形されたブランク材６を巻き取るための芯金１１と、ブランク材６を巻き取る際に、スロット２と切欠き部４とをガイドしながらブランク材６の径方向位置を規制するガイド手段（以下に説明する）、および芯金１１と一体にガイド手段を回動させる回動機構（図示せず）等を備える。

芯金１１は、回転軸と略同一の外径を有する断面円形（略真円）の巻き取り軸を形成し、回動機構の回動中心に設けられている。
ガイド手段は、ブランク材６を巻き取る際にスロット２をガイドする外側ガイド部１２と、切欠き部４をガイドする内側ガイド部１３、および外側ガイド部１２と内側ガイド部１３とをブランク材６の板厚方向に往復動させるガイド部駆動機構（図７参照）とを備える。

外側ガイド部１２は、図１に示す様に、電機子鉄心１に設けられるスロット２の数と同数だけ周方向等間隔に、且つ芯金１１の回動中心より等距離に配置され、ブランク材６を巻き取る際に順次スロット２に挿入されて、ブランク材６の径方向外側への移動を規制する。なお、スロット２に挿入される外側ガイド部１２は、例えば、断面円形の棒状に設けられて、スロット２の底辺と周方向に隣合うティース８の両側辺とで形成される略コの字状の各辺に内接している。

内側ガイド部１３は、図１に示す様に、電機子鉄心１に設けられる切欠き部４の数と同数だけ周方向等間隔に、且つ芯金１１の回動中心より等距離に配置され、ブランク材６を巻き取る際に順次切欠き部４に挿入されて、ブランク材６の径方向内側への移動を規制する。なお、切欠き部４に挿入される内側ガイド部１３は、例えば、断面円形の棒状に設けられて、切欠き部４の底辺と周方向に隣合う突片部７の両側辺とで形成される略コの字状の各辺に内接している。

ガイド部駆動機構は、外側ガイド部１２を駆動する外側カム機構１４と、内側ガイド部１３を駆動する内側カム機構（図示せず）とで構成される。
外側カム機構１４は、例えば、図７に示す様に、外側ガイド部１２を図示下方へ押し出すためのカム１４ａと、外側ガイド部１２を図示上方へ付勢するスプリング１４ｂとを備え、回動機構の動きに同期して外側ガイド部１２に上下運動を行わせる。

カム１４ａは、外側ガイド部１２がスロット２に挿入された状態で回動した時に、ブランク材６と干渉しない範囲（例えば、図１に示すＡ位置からＢ位置までの範囲）だけ設けられている。従って、外側ガイド部１２は、図１に示すＡ位置からＢ位置までの範囲では、図７（ａ）に示す様に、カム１４ａに押し出されてスロット２に挿入され、図１に示すＢ位置からＡ位置までの範囲では、図７（ｂ）に示す様に、スプリング１４ｂの反力により押し戻されて、スロット２から抜き出される。

内側カム機構は、外側カム機構１４と同様の構成であり、回動機構の動きに同期して内側ガイド部１３に上下運動を行わせる。但し、切欠き部４と突片部７の大きさ及び形状によっては、内側ガイド部１３が切欠き部４に挿入された状態で、ブランク材６と干渉することなく、２周目以降も連続的にブランク材６を巻き取ることができる場合もある。この場合は、内側カム機構を廃止しても良い。

続いて、巻き取り装置１０によるブランク材６の巻き取り工程について説明する。
ブランク材成形機９でプレス成形されたブランク材６が巻き取り装置１０に供給されると、そのブランク材６の切欠き部４に内側ガイド部１３が挿入され、且つスロット２に外側ガイド部１２が挿入されて、回動機構により内側ガイド部１３と外側ガイド部１２とが芯金１１と一体に回動する。
これにより、ブランク材６は、内側ガイド部１３と外側ガイド部１２とにガイドされ、径方向位置が規制されながら、切欠き部４を挟んで隣合う突片部７の先端角部同士が周方向に近接する様に、芯金１１の回動方向（巻き取り方向）に塑性変形されて、芯金１１に巻き取られる。

この時、内側ガイド部１３と外側ガイド部１２は、ブランク材６が巻き取られるに従って、ブランク材６の切欠き部４とスロット２に順次挿入され、ブランク材６と干渉する範囲だけ、それぞれ切欠き部４とスロット２から抜き出される。
所定回数巻き取られたブランク材６は、螺旋状に連なるコアシート１５（図６参照）を形成し、このコアシート１５が板厚方向に積層されて、図２に示す電機子鉄心１が製造される。

（実施例１の効果）
実施例１に記載した電機子鉄心１の製造方法によれば、ブランク材６を巻き取る際に、ブランク材６に形成された切欠き部４に内側ガイド部１３を挿入し、且つスロット２に外側ガイド部１２を挿入して、両ガイド部１２、１３によりブランク材６の位置を径方向に拘束しながら巻き取るので、ブランク材６の位置ずれを防止でき、精度良くブランク材６を巻き取ることができる。その結果、ブランク材６の突片部７に変形荷重が集中することはなく、突片部７の先端で変形荷重を支える必要がないので、突片部７に座屈や変形、あるいは周方向に隣合う突片部７同士が重なる等の不具合が生じることはなく、突片部７の内側に形成される軸孔３の真円度を向上できる。

なお、実施例１に記載した巻き取り装置１０では、巻き取り軸を形成する芯金１１を備えているが、上記の様に、内側ガイド部１３と外側ガイド部１２とでブランク材６の位置を径方向に拘束しながら巻き取ることができるので、必ずしも芯金１１を設ける必要はなく、芯金１１が無くても、実施例１と同様に、精度良くブランク材６を巻き取ることはできる。
また、外側ガイド部１２と内側ガイド部１３は、全てのスロット２および切欠き部４に挿入できるだけの数を準備する必要はなく、ブランク材６の巻き取り時に、ブランク材６の位置ずれを防止でき、精度良くブランク材６を巻き取ることができれば、外側ガイド部１２と内側ガイド部１３の数を適宜減らすことも可能である。

図８はブランク材６の配置を示す平面図である。
実施例２では、１条の帯状鋼板５より２本のブランク材６を同時成形する場合について説明する。
例えば、実施例１に記載したブランク材６を帯条鋼板５よりプレス成形すると、スロット２及び切欠き部４を打ち抜いた部分が廃材となる。これに対し、１条の帯状鋼板５より２本のブランク材６を同時成形する場合には、図８に示す様に、互いの突片部７と切欠き部４とが交互に噛み合う様に、二列状態で２本のブランク材６を同時にプレス成形すれば、切欠き部４を打ち抜いた部分が、相手側の突片部７として形成することができる。

この方法によれば、一方のブランク材６の切欠き部４を打ち抜いた部分が、そのまま他方のブランク材６の突片部７として形成されるので、廃材をより少なくでき、材料歩留りを向上できる。特に、実施例１に記載したスタータモータに使用される電機子鉄心１、つまり、回転子の外径が比較的小さい割りに、スロット２の数が多く、且つ突片部７の長さが長い（切欠き部４の切り込み深さが大きい）場合は、切欠き部４を打ち抜いた部分の面積（突片部７の面積）が大きくなるため、上記の同時成形によれば、無駄な廃材をより少なくでき、歩留り向上に対し効果的である。

実施例１に記載した電機子鉄心１は、ティース８の先端に略Ｖ字状を有する一対の爪部８ａが設けられているが、爪部８ａが無く、且つティース８とスロット２の形状が反転する関係にある場合、つまり、スロット２を打ち抜いた形状が、そのままティース８の形状となる場合には、互いのティース８とスロット２とが交互に噛み合う様に、二列状態で２本のブランク材６を同時にプレス成形しても良い。この場合も、スロット２を打ち抜いた部分が、相手側のティース８として形成することができるので、廃材を少なくできる効果が得られ、材料歩留りを向上できる。

なお、実施例２に記載したブランク材６の成形方法は、２本同時に成形されるブランク材６を１セットとした場合に、１条の帯条鋼板５から複数セットを同時成形する場合にも適用できる。

実施例１に係る電機子鉄心を製造する一工程（ブランク材の巻き取り工程）を示す断面図である。 実施例１に係る電機子鉄心の平面図である。 実施例１に係る電機子鉄心の斜視図である。 実施例１に係るブランク材の平面図である。 実施例１に係る突片部の先端形状を示す平面図である。 実施例１に係る電機子鉄心の製造装置を示す模式図である。 実施例１に係る外側カム機構の構成を示す断面図である。 実施例２に係るブランク材の平面図である。

符号の説明

１ 電機子鉄心（回転子鉄心）
２ スロット
３ 軸孔
４ 切欠き部
５ 帯状鋼板
６ ブランク材
７ 突片部
１０ 巻き取り装置
１１ 芯金（巻き取り軸）
１２ 外側ガイド部
１３ 内側ガイド部
１４ 外側カム機構（外側ガイド部駆動機構）

Claims (5)

1. 帯状鋼板の一辺側に巻線を挿入するためのスロットが等間隔に連続して形成され、前記帯状鋼板の他辺側に凹凸形状を成す切欠き部と突片部とが交互に連続して形成されたブランク材を準備し、
   このブランク材を所定の曲率半径で塑性変形させながら螺旋状に巻き取ることにより、前記突片部の内側に回転軸を挿通するための軸孔が形成され、且つ周方向に隣合う前記突片部同士の間に前記切欠き部が存在する回転子鉄心を製造する方法であって、
   前記ブランク材を巻き取る際に、前記スロットと前記切欠き部の両方をガイドして、前記ブランク材の径方向位置を規制しながら巻き取ることを特徴とする回転電機の回転子鉄心の製造方法。
2. 請求項１に記載した回転電機の回転子鉄心の製造方法において、
   １条の帯状鋼板より２本の前記ブランク材を同時に成形するブランク材成形工程を有し、２本の前記ブランク材は、前記１条の帯状鋼板に対し、互いの前記突片部と前記切欠き部とが交互に噛み合う様に二列状態で同時成形されることにより、前記切欠き部を切り抜いた部分が、相手側の前記突片部として形成されることを特徴とする回転電機の回転子鉄心の製造方法。
3. 請求項１に記載した回転電機の回転子鉄心の製造方法に使用される製造装置であって、 前記ブランク材を巻き取るための巻き取り装置を備え、
   この巻き取り装置は、前記ブランク材を巻き取る際に、前記スロットをガイドする外側ガイド部と、前記切欠き部をガイドする内側ガイド部と、巻き取り軸を中心として前記外側ガイド部および前記内側ガイド部を回動させる回動機構とを有し、
   前記外側ガイド部と前記内側ガイド部とで前記ブランク材の径方向位置を規制しながら、前記外側ガイド部と前記内側ガイド部とを回動させることにより、前記ブランク材を巻き取ることを特徴とする回転子鉄心の製造装置。
4. 請求項３に記載した回転子鉄心の製造装置において、
   前記巻き取り装置は、前記外側ガイド部を前記ブランク材の板厚方向に往復動させる外側ガイド部駆動機構を有し、この外側ガイド部駆動機構は、前記回動機構の動きに同期して機能し、巻き取り方向における第１の回動位置で前記外側ガイド部を前記スロットに挿入させ、第２の回動位置で前記外側ガイド部を前記スロットから抜き出すことを特徴とする回転子鉄心の製造装置。
5. 請求項４に記載した回転子鉄心の製造装置において、
   前記巻き取り装置は、前記内側ガイド部を前記ブランク材の板厚方向に往復動させる内側ガイド部駆動機構を有し、この内側ガイド部駆動機構は、前記回動機構の動きに同期して機能し、巻き取り方向における第３の回動位置で前記内側ガイド部を前記切欠き部に挿入させ、第４の回動位置で前記内側ガイド部を前記切欠き部から抜き出すことを特徴とする回転子鉄心の製造装置。
   

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