JP2008109785A - 電機子製造方法および順送り金型装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 薄鋼板の板厚偏差による性能低下を抑制しつつ、巻線作業の容易化を実現するための電機子製造方法および順送り金型装置を提供する。
【解決手段】 順送り金型装置によって製造されたステータコア４は、図６（ａ）に示すように分断線１５から開かれ、各連結部５３を塑性変形させることで帯状に展開される。展開されたステータコア４は、図６（ｂ）に示すように巻線治具４１によって各磁極５に巻線が施された後、図６（ｃ）に示すように再び環状に戻されて分断線１５を挟んで対峙する両端面４ａ，４ｂがレーザ溶接によって接合される。
【選択図】 図６

Description

本発明は、回転電機の固定子や回転子として用いられる電機子の製造方法と、この製造方法を実現するための順送り金型装置とに関する。

回転電機では、主要構成要素である電機子（ロータやステータ）として、巻線を施した磁極を筒状積層鉄心の内周側に形成したものが用いられることが多い。この種の電機子を製造する場合、積層鉄心の内周側に放射状に突設された磁極部に巻線を施すことになるが、巻線治具の挿入代を確保することが難しいこと等から、磁極（コイル）の本数や巻線の巻き量を多くすることができなかった。

そこで、この問題を解決する電機子の製造方法として、複数の磁極ブロックを薄肉部によって曲折可能に連結してなる帯状の連結ステータコアを採用し、巻線作業の容易化を図ったもの（特許文献１参照）が提案されている。この電機子製造方法では、帯状の連結ステータコアを金型によって打抜き、多数枚の連結ステータコアを積層した後に各磁極ブロックに巻線を施し、薄肉部を曲折させることによって筒状の積層鉄心を得る。また、他の製造方法としては、順送り金型装置によって複数のコア片を帯状に連続した状態で順次打抜き積層し、各コア片に巻線を施した後に環状に形成するもの（特許文献２参照）や、順送り金型装置によって所定の磁極歯部を有する環状の連結磁性部材を順次打抜き積層してコア部材を形成し、各コア部材を磁極歯部が外側となるように逆反り状態に屈曲させた状態で各磁極歯部に巻線を施し、しかる後に各コア部材を再び環状にするもの（特許文献２，３参照）が提案されている。
特開平８−１９１９６号公報 特許３３７９４６１号公報 特開２００３−１８７７１号公報

特許文献１の方法は、巻線作業の容易化を実現することができるものの、打抜いた連結ステータコアを積層する作業に多くの時間や工数が掛かるという問題を有していた。また、特許文献２のコア片を帯状に連続したコア片を積層する方法は、打抜きの効率を高めることができる反面、帯状に連続したコア片を打抜くために金型の幅が大きくなることから、装置の大型化や製作コストの上昇が避けられないという問題を有していた。一方、特許文献２，３の環状連結磁性部材を順次打抜き積層する方法は、環状の連結磁性部材を順送り金型装置によって打抜くため、装置を大型化することなく打抜きや巻線作業を高速かつ高効率で行える特長を有している。

しかしながら、上述した特許文献１〜３の方法には、素材である薄鋼板の板厚偏差により、電機子が組み込まれた回転電機の性能が低下するという大きな問題があった。すなわち、薄鋼板は、圧延加工により製造されるため、圧延ロールの平行度や外径の不均一等に起因して、圧延送り方向と直交する方向（すなわち、幅方向）に微少な板厚偏差が生じる。そのため、打抜き後の連結ステータコアや連結磁性部材をそのまま積層した場合、完成した電機子の両端面が平行にならず、その電機子が組み込まれた回転電機の性能を低下させる虞があった。

本発明は、このような背景に鑑みなされたものであり、薄鋼板の板厚偏差による性能低下を抑制しつつ、巻線作業の容易化を実現するための電機子製造方法および順送り金型装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明に係る電機子製造方法は、巻線を施した磁極を筒状積層鉄心の内周側に形成してなる電機子を製造する方法であって、複数のコア片と、当該複数のコア片の外周側を連結する複数の連結部とを有する環状の鉄心薄板を帯状薄鋼板から順次打抜く工程と、重なり合う鉄心薄板のコア片を結合するための加締め結合手段を当該コア片に形成する工程と、前記鉄心薄板に対し、前記連結部の１つを分断する分断部を、所定枚数ずつ角度位相を変化させながら形成する工程と、前記鉄心薄板を外形打抜きするとともに、当該鉄心薄板を所定枚数ずつ相対回転させながら積層することにより、前記分断部が一線上に位置してなる分断線をコア片間に備えた筒状の積層鉄心を形成する工程と、前記積層鉄心を、前記分断線から開き、前記複数の連結部を塑性変形させることで帯状に展開する工程と、展開した積層鉄心のコア片の内周側にあたる磁極部に巻線を施す工程と、前記磁極が形成された積層鉄心を再び環状にする工程と、環状に戻した積層鉄心での、前記分断線を挟んで対峙する両端面を接合する工程とを含むことを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１に記載された電機子製造方法において、前記相対回転は、前記積層鉄心に所定量のスキューを与える角度をもって行われることを特徴とする。

また、請求項３の発明に係る電機子製造方法は、巻線を施した磁極を筒状積層鉄心の内周側に形成してなる電機子を製造する方法であって、複数のコア片と、当該複数のコア片の外周側を連結する複数の連結部とを有する環状の鉄心薄板を帯状薄鋼板から順次打抜く工程と、重なり合う鉄心薄板のコア片を結合するための加締め結合手段を当該コア片に形成する工程と、特定の鉄心薄板に対し、前記連結部の１つを分断する分断部を、所定枚数ずつ角度位相を変化させながら形成する工程と、特定のものを除く鉄心薄板に対し、前記連結部の全てを分断する分断部を形成する工程と、前記鉄心薄板を外形打抜きするとともに、当該鉄心薄板を所定枚数ずつ相対回転させながら積層することにより、分断部が一線上に位置してなる分断線をコア片間に備えた筒状の積層鉄心を形成する工程と、前記積層鉄心を、前記分断線から開き、前記複数の連結部を塑性変形させることで帯状に展開する工程と、展開した積層鉄心のコア片の内周側にあたる磁極部に巻線を施す工程と、前記磁極が形成された積層鉄心を再び環状にする工程と、環状に戻した積層鉄心での、前記分断線を挟んで対峙する両端面を接合する工程とを含むことを特徴とする。

また、請求項４の発明に係る順送り金型装置は、複数のコア片と、当該複数のコア片の外周側を連結する複数の連結部とを有する環状の鉄心薄板を帯状薄鋼板から順次打抜く順送り金型装置であって、前記鉄心薄板に対し、前記連結部の１つを分断する分断部を、所定枚数ずつ角度位相を変化させながら形成する分断部形成手段と、重なり合う鉄心薄板のコア片の所定部位に加締め部を形成する加締め部形成手段と、前記鉄心薄板を所定枚数ずつ相対回転させながら積層することにより、前記分断部が一線上に位置した筒状の積層鉄心を形成する回転積層手段とを備えたことを特徴とする。

また、請求項５の発明に係る順送り金型装置は、複数のコア片と、当該複数のコア片の外周側を連結する複数の連結部とを有する環状の鉄心薄板を帯状薄鋼板から順次打抜く順送り金型装置であって、特定の鉄心薄板に対し、前記連結部の１つを分断する分断部を、所定枚数ずつ角度位相を変化させながら形成する第１の分断部形成手段と、特定のものを除く鉄心薄板に対し、前記連結部の全てを分断する分断部を形成する第２の分断部形成手段と、重なり合う鉄心薄板のコア片の所定部位に加締め部を形成する加締め部形成手段と、前記鉄心薄板を所定枚数ずつ相対回転させながら積層することにより、分断部が一線上に位置した筒状の積層鉄心を形成する回転積層手段とを備えたことを特徴とする。

請求項１の発明に係る電機子製造方法によれば、鉄心薄板を角度位相を変化させながら積層することにより、薄鋼板の板厚偏差によって積層鉄心の端面の平行度が低下することが防止される一方、積層鉄心を帯状に展開した状態でコア片の磁極部に巻線を施す（磁極に巻線を巻き回す、あるいは磁極部に巻線アセンブリを装着する）ことにより、磁極の本数や巻線の巻き量を容易に増大させることができる。また、請求項２の発明に係る電機子製造方法によれば、薄鋼板の板厚偏差による積層鉄心の端面の平行度を低下させず、かつ、磁極の本数や巻線の巻き量が大きい状態でスキューを有する電機子を製造できる。また、請求項３の発明に係る電機子製造方法によれば、積層鉄心を帯状に展開することや、積層鉄心を再び環状にすることが容易となり、製造効率等を向上させることができる。また、請求項４の発明に係る順送り金型装置によれば、板厚偏差の大きい薄鋼板を素材としても、端面の平行度が高く、かつ、連結部をもって帯状に展開可能な積層鉄心を得ることができる。また、請求項５の発明に係る順送り金型装置によれば、製造した積層鉄心を帯状に展開することが容易となり、電機子の製造効率等を向上させることができる。

以下、図面を参照して、本発明を適用した回転電機（電動モータ）用のステータの製造方法の実施形態やその一部変形例を詳細に説明する。

［第１実施形態］
図１は実施形態に係るステータの斜視図であり、図２は実施形態に係るストリップレイアウト図であり、図３は実施形態に係る鉄心薄板の平面図であり、図４は実施形態に係る分断部形成機構の概略構造図であり、図５は実施形態に係る外形打抜き／回転積層機構の概略構造図であり、図６は実施形態に係るステータの製造工程を示す説明図である。

≪ステータ≫
図１に示すように、ステータ（電機子）１は、複数（本実施形態では、８つ）のコア片２を連結部３によって連結してなる円筒状のステータコア（筒状積層鉄心）４と、各コア片２の内周側に突設された磁極５に施された巻線６とから構成されている。連結部３の１つには分断線７が設けられているが、この分断線７に臨むステータコア４の両端面４ａ，４ｂは、レーザ溶接等によって接合されている。なお、図１中の符号８は、各コア片２に形成された半円形状の切込みを示す。

≪ステータコアの製造工程≫
本実施形態では、図２に示すように、順送り金型装置内で帯状の薄鋼板Ｗに対して各種のプレス加工を施し、図３に示す鉄心薄板１０をかたちづくった後、所定枚数の鉄心薄板１０を積層固着することによってステータコア４を製造する。

薄鋼板Ｗには、順送り金型装置内で間欠送りされながら、以下に記す第１工程〜第９工程の加工が順次施され、第９工程に設けられた下型３４（後述）からステータコア４が排出される。なお、図２中の符号６０は、薄鋼板Ｗに上下に穿設された送り用のパイロット孔を示す。
（１）第１工程・・・連結部５３の内周縁を形成する内側逃げ孔６１の打抜き
（２）第２工程・・・連結部５３の外周縁を形成する外側逃げ孔６２の打抜き
（３）第３工程・・・磁極部５５を形成するスロット６３の打抜き
（４）第４工程・・・連結部５３の１つを分断する分断部５７の形成
（５）第５工程・・・内側逃げ孔６１の内周部分を切断する半円形状の切込部５８の形成
（６）第６工程・・・積層される１枚目の鉄心薄板１０に対し、加締め用の計量孔６６の打抜き
（７）第７工程・・・磁極部５５の内周縁を形成する内径６７の打抜き
（８）第８工程・・・積層される２枚目以降の鉄心薄板１０に対し、加締め用の突起６８の形成
（９）第９工程・・・鉄心薄板１０の外縁を形成する外形打抜き、下型３４内での回転積層および加締め
なお、第４工程を除くプレス加工は順送り金型内のパンチ／ダイにより行われるが、その構成が公知のものであるため、本実施形態ではそれらの図示は行わない。

＜分断部形成機構＞
第５工程の上型２１内には、図４にその概略構造を示す分断部形成機構２２が、１８０°の角度間隔で一対設けられている。両分断部形成機構２２は、分断パンチ２３や、カム２４、流体シリンダ２５等からそれぞれ構成されており、分断パンチ２３を交互に進入させることにより、１枚ごとに角度が１８０°ずつずれた位置で鉄心薄板１０に分断部５７を形成する。

＜外形打抜き／回転積層機構＞
第１０工程には、図５にその概略構造を示す外形打抜き／回転積層機構３１が設けられている。外形打抜き／回転積層機構３１は、上型３２に設置された外形打抜きパンチ３３と、下型３４に回転自在に支持されたスクイズリング３５と、スクイズリング３５の上部に内嵌したダイ３６と、図示しないウォーム減速機構（あるいは、プーリとタイミングベルトによる回転駆動機構等）を介してスクイズリング３５を回転駆動するモータ３７等から構成されている。外形打抜き／回転積層機構３１では、薄鋼板Ｗから鉄心薄板１０が一枚ずつダイ３６内に打抜かれると同時に、スクイズリング３５が分断部形成機構２２と連動して１８０°ずつ間欠回転する。これにより、各鉄心薄板１０は、スクイズリング３５内で加締め用の計量孔６６および突起６８によって加締められ、所定枚数積層されてステータコア４となる。下型３４（スクイズリング３５）から排出されたステータコア４では、素材である薄鋼板Ｗに板厚偏差があっても両端面の平行度が確保されるとともに、分断部５７が一線上（垂直線上）に位置して分断線７が形成される。

≪ステータの製造工程≫
順送り金型装置によって製造されたステータコア４は、図６（ａ）に示すように分断線７から開かれ、各連結部３を塑性変形させることで帯状に展開される。展開されたステータコア４は、図６（ｂ）に示すように巻線治具（図示せず）によって各磁極５に巻線が施された後、図６（ｃ）に示すように再び環状に戻されて分断線７を挟んで対峙する両端面４ａ，４ｂがレーザ溶接によって接合される。なお、本実施形態では、連結部３の内周側に半円形状の切込み８を設けたため、展開したステータコア４を環状に戻した際のずれが生じ難くなった。

本実施形態では、このような構成を採ったことにより、順送り金型装置を徒に大型化せずに、両端面の平行度が高く、かつ、磁極５の本数や巻線６の巻き量が多いステータ１を効率的に製造することができるようになった。

［一部変形例］
図７は第１変形例に係るストリップレイアウト図であり、図８は第２変形例に係るストリップレイアウト図である。

第１変形例は、上述した実施形態と略同様の構成を採っているが、分断部形成機構２２が、９０°の角度間隔で４つ設けられており、分断パンチ２３が順番に進入することにより、鉄心薄板１０には１枚ごとに角度が９０°ずつずれた位置で分断部５７が形成される。そして、外形打抜き／回転積層機構３１では、薄鋼板Ｗから鉄心薄板１０が一枚ずつダイ３６内に打抜かれると同時に、スクイズリング３５が分断部形成機構２２と連動して９０°ずつ間欠回転する。これにより、各鉄心薄板１０の分断部５７が一線上（この場合は、垂直線上）に位置し、加締め用の計量孔６６および突起６８によって各鉄心薄板１０が結合／一体化される。そして、下型３４（スクイズリング３５）から排出されたステータコア４では、素材である薄鋼板Ｗに板厚偏差があっても、両端面の平行度がより一層向上する。

また、第２変形例も、上述した実施形態と略同様の構成を採っているが、９つの磁極部５５（すなわち、ステータコア４の磁極５）を有するとともに、分断部形成機構２２が、１２０°の角度間隔で３つ設けられている。第２変形例では、分断部形成機構２２の分断パンチ２３が順番に進入することにより、鉄心薄板１０には１枚ごとに角度が１２０°ずつずれた位置で分断部５７が形成される。そして、外形打抜き／回転積層機構３１では、薄鋼板Ｗから鉄心薄板１０が一枚ずつダイ３６内に打抜かれると同時に、スクイズリング３５が分断部形成機構２２と連動して１２０°ずつ間欠回転する。これにより、各鉄心薄板１０の分断部５７が一線上（この場合は、垂直線上）に位置し、加締め用の計量孔６６および突起６８によって各鉄心薄板１０が結合／一体化される。そして、下型３４（スクイズリング３５）から排出されたステータコア４では、素材である薄鋼板Ｗに板厚偏差があっても、やはり両端面の平行度がより一層向上する。

［第２実施形態］
次に、先に説明した図２，図７，図８の各レイアウト図に基づき、本発明の第２実施形態を説明する。
上述した実施例や一部変形例は、各コア片２が連結部３で一体に連結された環状の鉄心薄板１０を所定枚数回転積層し、１箇所の分断線形成位置で展開するものであったが、第２実施形態では、例えば両端側の１枚あるいは２〜３枚の鉄心薄板１０（特定の鉄心薄板）のみが１箇所の分断部５７で分断されており、他の鉄心薄板１０については各コア片２ごとに分断された状態で積層される。これによって、環状のステータコア４を帯状に展開したり、また逆に帯状から環状へ戻す際に容易に変形させることができる。このようなステータコア４を製造する場合には、実施例としての図面は改めて提示しないが、前記各レイアウト図において、分断線形成工程を変更するだけで可能である。すなわち、例えば図２では、分断線形成工程（４）における分断線形成機構２２を全ての連結部３を分断するように設けることにより可能になる。これらの分断線形成機構２２は、いずれも図４に示すような分断パンチ２３の出入り制御機構と同じ機構を有しており、個別に打抜き制御される。

実際の製造においては、鉄心薄板１０の最初の1枚あるいは複数枚は、連結部３の１つのみを分断する形で形成し、その後の所定枚数分については前述した全ての分断線形成機構２２をＯＮさせ、分断パンチ２３を打抜き位置に前進させて、全ての連結部３に分断部５７を形成する。所定枚数の鉄心薄板１０に対して全ての連結部３における分断部５７の形成が終了すると、鉄心薄板１０の最初の1枚あるいは複数枚に対して、所定の連結部３に対する以外の分断線形成機構２２をＯＦＦさせて分断パンチ２３を後退させる。このような順序で加工が行われていき、外形打抜き積層工程において、前述の実施例と同様に回転積層されていく。この時本実施例においては、外形打抜きにより全ての連結部３に分断部５７が形成された鉄心薄板１０はコア片２が分断されることになるが、実際には前述したかしめ結合手段により重なり合うコア片２が結合／一体化されているので、一体化された状態で積層されていく。このように、積層方向の中間部分について完全分離したコア片２が積層された形態のステータコア４が製造される。説明の中では両端側のみ連結したステータコア４としたが、それに限定されず、所定枚数毎に完全分離されたコア片２が位置するような形態も可能である。金型装置としては、前述した構造に対して、全ての連結部３を分断するように分断線形成機構２２を設ければよい。なお、製品外形が小さいような場合には工程を分けて設けてもよい。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態は、本発明を電動モータのステータに適用したものであるが、電動モータのロータ等に適用してもよいし、発電機のステータやロータに適用してもよい。また、上記実施形態ではコア片に形成された磁極に巻線を施すようにしたが、各コア片の内周に形成された磁極部に巻線アセンブリを取り付ける構成としてもよい。また、上記実施形態や一部変形例では、それぞれ１８０°，９０°，１２０°ずつ角度をずらしながら分断部を形成するものとしたが、３６０°を整数で除した角度ずつずらしながら分断部を形成するようにしてもよい。また、第９工程で回転角度は板厚偏差を解消するためのものを説明したが、それに限定されず、さらに鉄心薄板を1枚（所定枚数）打抜く毎に微小角度ずつ回転を付加して鉄心の特性を向上させるためのスキューを付与することが可能である。その他、鉄心薄板の具体的形状や加締めの方法等についても、上記実施形態での例示に限られるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。

実施形態に係るステータの斜視図である。 実施形態に係るストリップレイアウト図である。 実施形態に係る鉄心薄板の平面図である。 実施形態に係る分断部形成機構の概略構造図である。 実施形態に係る外形打抜き／回転積層機構の概略構造図である。 実施形態に係るステータの製造工程を示す説明図である。 第１変形例に係るストリップレイアウト図である。 第２変形例に係るストリップレイアウト図である。

符号の説明

１ ステータ
２ コア片
３ 連結部
４ ステータコア
５ 磁極
６ 巻線
７ 分断線
１０ 鉄心薄板
５７ 分断部
２１ 上型
２２ 分断部形成機構
３１ 回転積層機構
Ｗ 薄鋼板

Claims (5)

1. 巻線を施した磁極を筒状積層鉄心の内周側に形成してなる電機子を製造する方法であって、
   複数のコア片と、当該複数のコア片の外周側を連結する複数の連結部とを有する環状の鉄心薄板を帯状薄鋼板から順次打抜く工程と、
   重なり合う鉄心薄板のコア片を結合するための加締め結合手段を当該コア片に形成する工程と、
   前記鉄心薄板に対し、前記連結部の１つを分断する分断部を、所定枚数ずつ角度位相を変化させながら形成する工程と、
   前記鉄心薄板を外形打抜きするとともに、当該鉄心薄板を所定枚数ずつ相対回転させながら積層することにより、前記分断部が一線上に位置してなる分断線をコア片間に備えた筒状の積層鉄心を形成する工程と、
   前記積層鉄心を、前記分断線から開き、前記複数の連結部を塑性変形させることで帯状に展開する工程と、
   展開した積層鉄心のコア片の内周側にあたる磁極部に巻線を施す工程と、
   前記磁極が形成された積層鉄心を再び環状にする工程と、
   環状に戻した積層鉄心での、前記分断線を挟んで対峙する両端面を接合する工程と
   を含むことを特徴とする電機子製造方法。
2. 前記相対回転は、前記積層鉄心に所定量のスキューを与える角度をもって行われることを特徴とする、請求項１に記載された電機子製造方法。
3. 巻線を施した磁極を筒状積層鉄心の内周側に形成してなる電機子を製造する方法であって、
   複数のコア片と、当該複数のコア片の外周側を連結する複数の連結部とを有する環状の鉄心薄板を帯状薄鋼板から順次打抜く工程と、
   重なり合う鉄心薄板のコア片を結合するための加締め結合手段を当該コア片に形成する工程と、
   特定の鉄心薄板に対し、前記連結部の１つを分断する分断部を、所定枚数ずつ角度位相を変化させながら形成する工程と、
   特定のものを除く鉄心薄板に対し、前記連結部の全てを分断する分断部を形成する工程と、
   前記鉄心薄板を外形打抜きするとともに、当該鉄心薄板を所定枚数ずつ相対回転させながら積層することにより、分断部が一線上に位置してなる分断線をコア片間に備えた筒状の積層鉄心を形成する工程と、
   前記積層鉄心を、前記分断線から開き、前記複数の連結部を塑性変形させることで帯状に展開する工程と、
   展開した積層鉄心のコア片の内周側にあたる磁極部に巻線を施す工程と、
   前記磁極が形成された積層鉄心を再び環状にする工程と、
   環状に戻した積層鉄心での、前記分断線を挟んで対峙する両端面を接合する工程と
   を含むことを特徴とする電機子製造方法。
4. 複数のコア片と、当該複数のコア片の外周側を連結する複数の連結部とを有する環状の鉄心薄板を帯状薄鋼板から順次打抜く順送り金型装置であって、
   前記鉄心薄板に対し、前記連結部の１つを分断する分断部を、所定枚数ずつ角度位相を変化させながら形成する分断部形成手段と、
   重なり合う鉄心薄板のコア片の所定部位に加締め部を形成する加締め部形成手段と、
   前記鉄心薄板を所定枚数ずつ相対回転させながら積層することにより、前記分断部が一線上に位置した筒状の積層鉄心を形成する回転積層手段と
   を備えたことを特徴とする順送り金型装置。
5. 複数のコア片と、当該複数のコア片の外周側を連結する複数の連結部とを有する環状の鉄心薄板を帯状薄鋼板から順次打抜く順送り金型装置であって、
   特定の鉄心薄板に対し、前記連結部の１つを分断する分断部を、所定枚数ずつ角度位相を変化させながら形成する第１の分断部形成手段と、
   特定のものを除く鉄心薄板に対し、前記連結部の全てを分断する分断部を形成する第２の分断部形成手段と、
   重なり合う鉄心薄板のコア片の所定部位に加締め部を形成する加締め部形成手段と、
   前記鉄心薄板を所定枚数ずつ相対回転させながら積層することにより、分断部が一線上に位置した筒状の積層鉄心を形成する回転積層手段と
   を備えたことを特徴とする順送り金型装置。

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