JP2010045973A - 固定子積層鉄心及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】複数の鉄心片を形成する帯板材の端部を製品の一部として使用し、しかも帯板材の端部を二度切りすることなく、転積も行う固定子積層鉄心及びその製造方法を提供する。
【解決手段】磁性体からなる帯板材33の側辺をそのまま鉄心片15、16の一辺として使用する固定子積層鉄心10であって、中央に形成されたロータ空間14の中心20が、鉄心片15、16の中心に対して一方向に偏って形成された、それぞれ同一形状の鉄心片15、16を、各鉄心片15、16のロータ空間14の中心20を一致させた状態で転積してかしめ積層している。
【選択図】図1

Description

本発明は、材料歩留りの向上と板厚偏差の解消を図ることのできる固定子積層鉄心及びその製造方法に関する。
一般的に積層鉄心は同一形状の鉄心片を金型内で打ち抜くと共にかしめを行い、板厚偏差を解消するためにブランキング工程にて転積が行われている。その際、回転角度に関係なく積層鉄心の外周が対称である必要があり、打ち抜きレイアウトとしてはフルブランク(全抜き)で行うことが一般的である。
しかしながら、フルブランクによる打ち抜きでは材料スクラップが多く歩留りが悪い。そこで、材料歩留りを向上させる打ち抜きレイアウトとして、特許文献1及び2のようなスクラップレスで行うことが知られており、更に多列取りをすることによって効率的に板取りすることを可能としている。
日本国特開昭62−114449号公報 日本国特開昭60−121943号公報
しかしながら、特許文献1又は2に記載のようなスクラップレスによる打ち抜きの場合、鉄心外周の一部に材料幅端部を使用するため、材料幅のバラツキがあり、要求精度内での外周打ち抜きができないという問題がある。更に、スクラップレスによる打ち抜き方法では、二度切りから発生したバリ(切り滓)が打痕を生じたり、刃物を磨耗させる原因となるため、ブランキング工程において、既に前工程で外形抜きされている部分に刃物が当たらないよう、特にダイに鉄心材料の送りピッチのズレや材料幅の公差を見越して接触しない程度の逃がしを付けたり、面取りを行う必要があった。
また、スクラップレスにて打ち抜いた鉄心片を転積しようとすると、前述のダイの逃がしや面取り部も刃物として使用しなければならないため、ダイに逃がしや面取り等の加工を施すことができず二度切りしてしまう恐れが高いので、これまでスクラップレスによる打ち抜きにおいて鉄心の転積は行われていないのが現状であった。そのため、スクラップレスによる鉄心においては板厚偏差による積層鉄心の傾きも問題となっていた。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、複数の鉄心片を形成する条材(帯板材)の端部を製品の一部として使用し、しかも、材料の端部を二度切りすることがなく、転積も行う固定子積層鉄心及びその製造方法を提供することを目的とする。
前記目的に沿う第1の発明に係る固定子積層鉄心は、磁性体からなる帯板材の側辺を鉄心片の一辺として使用する固定子積層鉄心であって、
中央に形成されたロータ空間の中心が、前記鉄心片の中心(例えば、縦横の中心)に対して一方向に偏って形成されたそれぞれ同一形状の前記鉄心片を、前記各鉄心片の前記ロータ空間の中心を一致させた状態で転積している。
また、第2の発明に係る固定子積層鉄心は、第1の発明に係る固定子積層鉄心において、前記鉄心片の転積は、該鉄心片が一枚毎又は複数枚のグループ毎で行われている。転積は、通常180度鉄心片を回すことをいうが、鉄心片の形状によっては、360/n(nは整数)度の回転であればよい。
第3の発明に係る固定子積層鉄心は、第1、第2の発明に係る固定子積層鉄心において、転積された前記鉄心片には、前記ロータ空間を中心にして同一距離位置にある位置決め部が設けられている。鉄心片が矩形の場合には角部に設けるのがよい。
前記目的に沿う第4の発明に係る固定子積層鉄心の製造方法は、磁性体からなる帯板材の幅方向両側辺を鉄心片の一辺として使用する中央にロータ空間が形成された固定子積層鉄心の製造方法であって、縦横の寸法を前記鉄心片より大きくしたパンチ及びダイからなる刃物によって、縦横の1辺又は2辺が隣接する鉄心片と境界線で連結されている鉄心片を、前記刃物の片側を前記境界線に合わせて前記ダイ内に抜き落とし、更に、前記ダイ内に抜き落とされた前記鉄心片は該ダイ内で転積される。
第5の発明に係る固定子積層鉄心の製造方法は、第4の発明に係る固定子積層鉄心の製造方法において、前記鉄心片は前記ロータ空間の中心から一定位置にある位置決め部を有し、前記ダイ内に設けられている位置決め壁で、抜き落とされる前記鉄心片の位置決めを行っている。
第6の発明に係る固定子積層鉄心の製造方法は、第5の発明に係る固定子積層鉄心の製造方法において、前記位置決め部は、矩形状の前記鉄心片の角部にある。特に鉄心片の対向する角部(2箇所又は4箇所)に設けるのが好ましい。
第7の発明に係る固定子積層鉄心の製造方法は、磁性体からなる帯板材の幅方向両側辺を、中央に円形のロータ空間を有し、縦横の幅がそれぞれa、bの矩形状の鉄心片の一辺として使用する固定子積層鉄心の製造方法であって、
前記帯板材の送り方向の前記ロータ空間の中心間距離がbで、しかも該帯板材の幅方向端部に位置する前記鉄心片にあっては側端から(a−α)/2の位置に前記ロータ空間の中心が位置するように前記ロータ空間を形成する第1工程と、
前記ロータ空間が形成された前記帯板材に、該ロータ空間の中心を基準としたスロット抜きを行って、内側の磁極片部と、前記鉄心片の角部に前記ロータ空間の中心部を基準にして軸対称の位置決め部を形成する第2工程と、
前記ロータ空間の中心を軸心とし、縦横の幅がa+β、b+γの対となるダイ及びパンチで前記鉄心片を前記ダイ中に抜き落とし、しかも前記位置決め部に符合する位置決め壁で前記鉄心片を位置合わせをしながら積層する第3工程とを有し、更に、
前記ダイは打ち抜かれる前記鉄心片毎又は前記鉄心片のグループ毎に回転を行って、前記鉄心片の転積を行なう。
ここで、α、β、γは最終的には固定子積層鉄心の凹凸高さを決定する寸法である。
第8の発明に係る固定子積層鉄心の製造方法は、第7の発明に係る固定子積層鉄心の製造方法において、前記帯板材には前記鉄心片の列が3列以上あって、前記帯板材の幅方向に並んで形成される前記鉄心片は、該帯板材の搬送方向に同一位置に並んで配置され、しかも、前記帯板材の両側部に形成される鉄心片の内側に形成される鉄心片は、該内側の鉄心片のロータ空間の中心が、幅方向両側辺に対して一方側に偏心している。
第9の発明に係る固定子積層鉄心の製造方法は、第8の発明に係る固定子積層鉄心の製造方法において、前記内側の鉄心片の打ち抜きは、前記帯板材の両側に位置する鉄心片が抜き落とされた後に行われる。
第10の発明に係る固定子積層鉄心の製造方法は、第9の発明に係る固定子積層鉄心の製造方法において、前記内側の鉄心片が、該帯板材の搬送方向の同一位置に複数ある場合は、順次前記内側の鉄心片の打ち抜きが行われている。
第11の発明に係る固定子積層鉄心の製造方法は、第8〜第10の発明に係る固定子積層鉄心の製造方法において、前記各内側の鉄心片の打ち抜き積層は、前記帯板材の両側に配置された鉄心片の打ち抜き形成と同一の方法で、前記鉄心片の転積が行われる。
そして、第12の発明に係る固定子積層鉄心は、第4〜第11の発明に係る固定子積層鉄心の製造方法を用いて製造した固定子積層鉄心であって、該固定子積層鉄心の側面に、前記鉄心片の一枚毎又は複数枚のグループ毎による凹凸が形成されている。
本発明に係る固定子積層鉄心及びその製造方法においては、帯板材の側辺がそのまま鉄心片の一辺として使用されているので、プレス処理が省略できると共に、材料の歩留りが向上する。
積層される各鉄心片(矩形状鉄心片も含む)の形状が同一であるので、金型装置が安価となり、更に製造工程も単純化する。
また、各鉄心片のロータ空間を一致させた状態で転積してかしめ積層されているので、固定子積層鉄心の高さが一定に定まると共に、固定子積層鉄心の周囲に凹凸が形成でき、これによって固定子積層鉄心の表面積が増して、冷却効率が高まる。
そして、固定子積層鉄心の製造方法においては、ダイとパンチの寸法が鉄心片の大きさより大きくなっているので、鉄心片の端部を二度切りすることがない。
本発明の一実施例に係る固定子積層鉄心の平面図である。 同正面図である。 同右側面図である。 同固定子積層鉄心の製造方法の説明図である。 同固定子積層鉄心の製造方法の詳細説明図である。 本発明の他の実施例に係る固定子積層鉄心の平面図である。 同固定子積層鉄心の製造方法の説明図である。
続いて、図1〜図3に示す本発明の一実施例に係る固定子積層鉄心10について説明する。
本発明の一実施例に係る固定子積層鉄心10は、ヨーク部11の外周が平面視して略矩形状となって、内側には磁極部12、13が形成され、磁極部12、13の間に平面視して円形のロータ空間14が形成されている。そして、平面視して矩形状の固定子積層鉄心10の4隅は角部の面取りがなされている。この固定子積層鉄心10は複数枚の矩形状の鉄心片15、16を順次交互にかしめ部17を介してかしめ積層されている。なお、鉄心片15、16の中心に対してロータ空間14の中心20は縦及び横方向に偏心して配置されている。
図1において、縦の幅が(a+β/2−α/2)で横の幅がbの鉄心片15の上辺18及び下辺19とロータ空間14の中心20の距離は、(a+β)/2、(a−α)/2となっていると共に、鉄心片15の左辺21と右辺22と中心20までの距離は、(b−γ)/2、(b+γ)/2となっている。ここで、この実施例においてα、β、γはそれぞれ0<α<0.05a、0<β<0.05a、0<γ<0.05bの範囲にある。なお、αとβは等しい又は略等しくするのが好ましい。なお、ここで、α、β、γを各辺の0.05未満としたのは、これを超えると凹凸部の段差が大きくなりすぎ、鉄心片の使用効率が減少するためである。
一方、鉄心片16の上辺23及び下辺24とロータ空間14の中心20の距離は、(a−α)/2、(a+β)/2となっていると共に、鉄心片16の左辺25と右辺26と中心20までの距離は、(b+γ)/2、(b−γ)/2となっている。即ち、鉄心片15と鉄心片16は合同であるが、ロータ空間14の中心20を中心にして転積(この実施例では180度回転)されている。これによって、同一形状の鉄心片15、16を用いて形成され、平面視して矩形状の固定子積層鉄心10の側部に凹凸28を形成して、冷却効果を向上することができる。
凹凸28の突出代は、α、β、γの値によって決定されるが、通常板厚の0.5〜4倍とするのがよい。また、この固定子積層鉄心10においては、鉄心片15の下辺19と、鉄心片16の上辺23は磁性体からなる帯板材33(図4参照)の端部34をそのまま使用している。
また、この鉄心片15、16の4隅部には、ロータ空間14の中心20を中心にして、同一距離位置(即ち、同一半径位置)でかつ軸対称位置にあって角部の面取りも兼用する円弧状の位置決め部31が設けられている。
続いて、図4、図5を参照しながら、本発明の一実施例に係る固定子積層鉄心の製造方法について説明する。
この固定子積層鉄心の製造方法においては、固定子積層鉄心10を形成する鉄心片15、16が幅方向に3枚形成できる板幅を有する磁性体からなる帯板材(条材)33を用いている。鉄心片15、16の一辺として帯板材33の端部(「側辺」又は「端面」ともいう)34をそのまま使用するので、帯板材33を3aの幅、又は3aより小さくかつ3aに近い幅に選定する。なお、この実施例においては、一枚の帯板材33から鉄心片15、16を搬送方向に同一位置に、幅方向に3列に並んで形成する。
また、本実施例では同一材料よりロータ(回転子)と固定子を板取りするため、固定子の打抜き前には既にロータの打抜きが完了しているものとする。
固定子積層鉄心の製造においては、帯板材33の両側に送り方向ピッチbで予め形成されたパイロット孔35、36を使用する。このパイロット孔35、36が形成されている場所は、鉄心片15、16の位置決め部31の外側位置にあって、最終的には抜き落とされる部分である。次に、隣り合うパイロット孔35、36の中間位置よりγ/2だけ先側で、帯板材33の端部34から(a−α)/2に、ロータ空間14の中心20が位置するように金型(パンチ及びダイ)をセットする。この場合、中央に位置する鉄心片15、16との境界線43(図5参照)から端側に位置する鉄心片15、16のロータ空間14の中心部までの位置は(a+β)/2となる。なお、送り方向のロータ空間14の中心間距離はbとなっている。
帯板材33の中央に位置する鉄心片15、16も、その幅方向両側に形成される鉄心片15、16を用いた固定子積層鉄心10と略同一形状にする場合には、中央の鉄心片15、16においてロータ空間14の中心20の位置を境界線43から幅方向に(a−α)/2ずらしておく。なお、板幅方向に沿って並べられた3つの鉄心片15、16の横幅はbで、α=βとすると、縦幅はaとなる。通常はα>βであるので、帯状材33の幅方向両側に位置する鉄心片15、16はその(α−β)/2で示される差分だけaより小さくなる。α、β、γは製品となる固定子積層鉄心10の凹凸28の形状(凹凸高さ)を決定することになり、通常は、前述のように0<α<0.05a、0<β<0.05a、0<γ<0.05bとするのがよい。また、帯板材33の幅を正確に3aとする場合は、前述のようにα=βとなるが、正確に3aの幅の帯状材33とするのは困難であるので、僅少の誤差がある場合を考慮して、これらの寸法を別々の符号(但し、α≒β)で記載している。
所定位置にロータ空間14の打ち抜きを完了した帯板材33はこの実施例では第1〜第8のステーション(第1〜第8工程でもある)を通過して、搬送方向に並んで連結形成された鉄心片15、16がダイ内に抜き落とされる。なお、ロータ空間14の部分からロータ鉄心片を形成することは自由である。
第1のステーションでは各鉄心片15、16の内側の磁極片部37、38の一部を形成するスロット39を抜き落とす他、最下部の鉄心片16に対してかしめ部17(この実施例ではV形かしめ)の一例であるかしめ孔(矩形貫通孔)を形成する。なお、最下部の鉄心片16を除く他の鉄心片15、16に対してはパンチが効かず、かしめ孔が形成されないようになっている。
第2のステーションでは、最下部の鉄心片16を除く鉄心片15、16に対して周知のV形かしめからなるかしめ部17を形成する。第3のステーションでは、磁極片部37、38を形成する残りのスロット40を抜き落とす。これによって、ヨーク片部42の内側に形成される磁極片部37、38の形状が決まる。また、この第3のステーションでは、各鉄心片15、16の四隅に形成される位置決め部31を形成するスロット41を抜き落とす。
このスロット41の抜き落としによってパイロット孔35、36が無くなるので、第4のステーションではヨーク片部42と磁極片部37、38の連結部分に形成された円弧をパイロット孔として使用する。図4の第4のステーション以降に示す43aはパイロットピンを示し、これによって、加工途中の帯板材33の位置決めが行われている。
第4のステーションはアイドルステーションであるが、スロット41の抜き落としを、この第4のステーションで行うこともできる。第5のステーションは図4において上側に位置する鉄心片15、16の抜き落としであり、第6のステーションは下側に位置する鉄心片15、16の抜き落としであって、両者の抜き落とし方法及びダイ内での鉄心片15、16の積層方法は同一であるので、第6のステーションについて詳細に説明する。
図5に示す第6のステーションで、下側に位置する鉄心片15、16の詳細が示されているが、まず、最下部に位置する鉄心片16の抜き落としについて説明する。この鉄心片16の寸法は縦が略a(正確にはa+β/2−α/2)、横がbであるが、鉄心片16のロータ空間14の中心20は基側の鉄心片15との境界線44から(b+γ)/2、中央側の鉄心片15との境界線43から(a+β)/2の位置にある。そこで、打ち抜き金型(ダイ及びパンチからなる刃物)の縦横の寸法を(a+β)、(b+γ)とし、金型の端部(刃物の片側)を境界線43、44に合わせるようにして、鉄心片16をダイ内に抜き落とす。
これによって、鉄心片16は境界線43、44で分断されるが、金型の寸法が鉄心片16の寸法より大きいので、境界線43、44と対向する下辺及び左辺の切断は行われない。この理由は、ロータ空間14の中心20から下辺までの長さは(a−α)/2、左辺までの距離は(b−γ)/2であるからである。従って、この金型で鉄心片16の端部を二度切りすることはない。ロータの中心20から同一半径位置にある円弧状の4つの位置決め部31も同時に打ち抜かれる。
打ち抜かれた鉄心片16は下部のブランクダイに抜き込まれ、180度の回転を行う。なお、この鉄心片16のかしめ部17はかしめ孔となっている。
この第6のステーションで次の鉄心片15は帯板材33にある時点では鉄心片16と全く同じであるから、鉄心片15も鉄心片16と同一の手順で打ち抜く。そして、最下部の鉄心片16の上に鉄心片15がかしめ積層される。
ここで、ブランクダイの四隅は、鉄心片15、16の四隅に形成された位置決め部31に対応する位置決め壁を有しているので、ロータ空間14及び磁極片部37、38は同一位置に積層される。
以後、同一の手順で鉄心片15、16を打抜き、鉄心片16の場合は180度の転積を行って、図1〜図3に示す固定子積層鉄心10が完成する。
第7のステーションはアイドルステーションである。第8のステーションでは中央に位置する鉄心片15、16を打ち抜く。
この場合、鉄心片15、16は、両側に位置する鉄心片15、16と同様に外側辺に対してロータ空間14の中心をずらしているので、同一の方法で打抜き転積を行って、固定子積層鉄心10が完成する。なお、中央部に位置する鉄心片15、16の外側辺はプレス加工によって形成されるので、その位置は正確であり、従って、同一位置を切っても切断位置違いによる抜き滓等は発生しない。従って、前記した条件において、α=βとしてその金型の位置及びロータ空間14の位置を決めることになる。
なお、金型精度が悪い場合は、僅少に異なる位置の二度切りが発生するので、金型によって切断しようとする幅を、鉄心片15、16の縦幅より広くし、しかも、鉄心片15、16の既に切断された上辺及び下辺が金型による切断位置より内側にあるように設計してもよい。また、帯板材33の中央に形成される鉄心片15、16の製造方法は、そのまま幅寸法がaの帯板材を用いて、一つの鉄心片15、16を形成する場合に適用される。
次に、図6、図7を参照しながら、本発明の他の実施例に係る固定子積層鉄心50を製造する場合について説明する。この固定子積層鉄心50を形成する鉄心片51、52の内側に複数(多数)の同一形状の磁極片部53を有し、その内側がロータ空間55となっている。
そして、固定子積層鉄心10と同様、縦辺及び横辺が平行な直線となった鉄心片51を1枚(又は複数枚)毎180度の転積を行って鉄心片52とし、固定子積層鉄心50の周囲に凹凸56、57を形成している。
この固定子積層鉄心50の製造は、前記した固定子積層鉄心10の製造と同一で、予めロータ抜きがされた帯板材58を通板して、磁極片部53を形成するスロット抜きを行い、次に周囲の位置決め部59の打ち抜きを行い、最後にパンチでダイ内に抜き落とす。この場合、パンチとダイからなる刃物の寸法を鉄心片51の開放側端部に向けて大きくしておいて、鉄心片51の輪郭の2度切りを防止する。そして、鉄心片51のロータ空間55の中心を基準にして4隅に円弧状の位置決め部59を形成し、抜き込んだダイの四隅に設けられた側壁(位置決め壁)によって鉄心片51の位置決めを行う。
そして、一枚毎の鉄心片51をロータ空間55の中心を基準にして180度の転積を行うと、鉄心片52となって、図6に示すように固定子積層鉄心50が形成される。なお、この固定子積層鉄心50においては、鉄心片51とこれを180度回転した鉄心片52の磁極片部53、ロータ空間55、かしめ部17の位置は一致している。
本発明は以上の実施例に限定されるものではなく、例えば、一つの帯板材から1列、2列、又は4列以上の鉄心片を形成し、ブランクダイ内で転積を行う場合にも適用される。更に、4列以上の鉄心片を打ち抜き形成する場合には、隣り合う鉄心片は別々のステーションで形成する。
なお、鉄心片の転積は複数枚のグループ毎で行うこともできる。
帯板材の側辺がそのまま鉄心片の一辺として使用されているので、プレス処理が省略でき、更に、材料の歩留りが向上する。そして、積層される各鉄心片の形状が同一であるので、金型装置が安価となり、更に製造工程も単純化し、より安価に固定子積層鉄心を製造できる。
そして、この固定子積層鉄心の使用にあっては、各鉄心片のロータ空間を一致させた状態で転積してかしめ積層されているので、固定子積層鉄心の高さが一定に定まると共に、固定子積層鉄心の周囲に凹凸が形成でき、これによって固定子積層鉄心の表面積が増して、冷却効率が高まる。従って、より能力の高い回転機(モータ等)を提供できる。
10:固定子積層鉄心、11:ヨーク部、12、13:磁極部、14:ロータ空間、15、16:鉄心片、17:かしめ部、18:上辺、19:下辺、20:中心、21:左辺、22:右辺、23:上辺、24:下辺、25:左辺、26:右辺、28:凹凸、31:位置決め部、33:帯板材、34:端部、35、36:パイロット孔、37、38:磁極片部、39〜41:スロット、42:ヨーク片部、43、44:境界線、43a:パイロットピン、50:固定子積層鉄心、51、52:鉄心片、53:磁極片部、55:ロータ空間、56、57:凹凸、58:帯板材、59:位置決め部

Claims (5)

  1. 磁性体からなる帯板材の側辺を鉄心片の一辺として使用する固定子積層鉄心であって、
    中央に形成されたロータ空間の中心が、前記鉄心片の中心に対して一方向に偏って形成されたそれぞれ同一形状の前記鉄心片を、前記各鉄心片の前記ロータ空間の中心を一致させた状態で転積し、しかも、転積された前記鉄心片には、前記ロータ空間を中心にして同一距離位置にある円弧状の位置決め部が設けられていることを特徴とする固定子積層鉄心。
  2. 請求項1記載の固定子積層鉄心において、前記鉄心片の転積は、該鉄心片が一枚毎又は複数枚のグループ毎で行われていることを特徴とする固定子積層鉄心。
  3. 磁性体からなる帯板材の幅方向両側辺を鉄心片の一辺として使用する中央にロータ空間が形成された固定子積層鉄心の製造方法であって、
    縦横の寸法を前記鉄心片より大きくしたパンチ及びダイからなる刃物によって、縦横の1辺又は2辺が隣接する鉄心片と境界線で連結されている鉄心片を、前記刃物の片側を前記境界線に合わせて前記ダイ内に抜き落とし、
    更に、前記ダイ内に抜き落とされた前記鉄心片は該ダイ内で転積され、前記鉄心片は前記ロータ空間の中心から一定位置にある円弧状の位置決め部を有し、前記ダイ内に設けられている位置決め壁で、抜き落とされる前記鉄心片の位置決めを行っていることを特徴とする固定子積層鉄心の製造方法。
  4. 請求項3記載の固定子積層鉄心の製造方法において、前記位置決め部は、矩形状の前記鉄心片の角部にあることを特徴とする固定子積層鉄心の製造方法。
  5. 請求項3又は4記載の固定子積層鉄心の製造方法を用いて製造した固定子積層鉄心であって、
    該固定子積層鉄心の側面に、前記鉄心片の一枚毎又は複数枚のグループ毎による凹凸が形成されていることを特徴とする固定子積層鉄心。
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