JP2014110732A - 電機子製造方法および順送り金型装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ティースにおける巻線部の軸方向寸法が小さい電機子を順送り金型装置を用いて製造するための製造方法と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１０枚の全形鉄心薄板１１の両端に各５枚の連結薄板２０がかしめ結合された半完成品のロータ１が連続的に製造される。製造作業者は、環状部３（環状部薄板１２）や磁極部５（磁極部薄板１３）を図示しない治具に固定した後、連結部２１に対してロータ１から引き剥がす力を加える。すると、連結部２１は、扇状抜穴２７および長円形抜穴２８の周辺で弾性変形あるいは塑性変形することもあいまって、分断線２２，２３で環状部薄板１２および磁極部薄板１３に対して比較的容易に分離し、完成品のロータ１が得られる。
【選択図】 図８

Description

本発明は、回転電機を構成す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。

回転電機の電機子（ステータやロータ）は、巻線が施されるティース等の切削加工が煩雑かつ困難であることから、電磁鋼板のフープ材（帯状薄鋼板）を素材とする積層鉄心として製造されることが多い。電機子用の積層鉄心は、通常、順送り金型内で間欠移送されるフープ材に対してパイロット穴や中心孔、スロット、ティース、外形、かしめ用突起等の打抜き加工や半抜き加工を順次行うことによって多数枚の鉄心薄板を連続的に得た後、これら鉄心薄板をダイおよびスクイズリング内で積層しながら固着（かしめ結合）させることによって製造されることが一般的である（特許文献１，２参照）。

米国特許第３２０２８５１号 特公昭３４−２７６０号公報

回転電機において、軸方向寸法を抑えながらティースに施す巻線の巻き量を多くする（すなわち、性能を向上させる）ためには、ティースにおける巻線が施される部位（以下、巻線部と記す）の軸方向寸法を小さくすることが望ましい。このような電機子を積層鉄心として製造するにあたっては、完全な形状（全形）の鉄心薄板（以下、全形鉄心薄板と記す）を所定枚数積層したうえで、その両端面に巻線部以外の部位（磁極部や筒状部）を形成する複数枚の鉄心薄板（以下、部分薄板と記す）を更に積層する方法が考えられる。

しかし、このような全形鉄心薄板に対する部分薄板の積層は、次のような理由から順送り金型装置内で行うことが困難であった。例えばロータにおいてティースにおける磁極部と軸孔周辺の環状部とを部分薄板とした場合、各磁極部と環状部とが互いに分離しているため、これらをスクイズリング内で全形鉄心薄板に対してかしめ結合することができない。そのため、順送り金型装置によって全形鉄心薄板の積層体を製造した後、この積層体に磁極部および環状部を個別に圧着することになり製造工数の大幅な増大を余儀なくされていた。

本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、回転電機を構成す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係り、ティースにおける巻線部の軸方向寸法が小さい電機子を順送り金型装置を用いて製造することを目的とする。

本発明の第１の側面は、回転電機のシャフトあるいはケーシングに固着される環状部（３）と、当該環状部の外周側あるいは内周側から放射状に突出するとともにそれぞれに磁極部（５）および巻線部（６）が形成された複数のティース（４）とを有し、前記巻線部の軸方向寸法（Ｌ２）が前記磁極部の軸方向寸法（Ｌ１）よりも小さい電機子（１）を順送り金型装置を用いて製造する方法であって、帯状の金属板から前記ティースを構成する部分と前記環状部を構成する部分とを含む全形鉄心薄板（１１）を順次打ち抜く工程と、前記金属板から前記磁極部のみを構成する部分を含む複数の部分薄板（１２，１３）と、これら部分薄板どうしを連結する連結部（２１）とを有する連結薄板（２０）を順次打ち抜く工程と、前記連結薄板に対して前記部分薄板または前記連結部を半抜きする工程と、半抜きされた前記部分薄板または前記連結部を前記連結薄板に対してプッシュバックして当該部分薄板と前記連結部との間に分断線（２２，２３）を形成する工程と、前記全形鉄心薄板を所定枚数積層しながら結合させる工程と、積層された全形鉄心薄板の少なくとも一方の端面に前記連結薄板を所定枚数積層しながら結合させる工程とを含む。

本発明の第２の側面は、前記全形鉄心薄板にかしめ部（２４’，２５’）を形成する工程と、前記連結薄板にかしめ部（２４’，２５’，２６’）を形成する工程とを更に含む。

本発明の第３の側面は、回転電機のシャフトあるいはケーシングに固着される環状部（３）と、当該環状部の外周側あるいは内周側から放射状に突出するとともにそれぞれに磁極部（５）および巻線部（６）が形成された複数のティース（４）とを有し、前記巻線部の軸方向寸法（Ｌ２）が前記磁極部の軸方向寸法（Ｌ１）よりも小さい電機子（１）を製造するための順送り金型装置（１９）であって、帯状の金属板（Ｗ）から前記ティースと前記環状部とを含む全形鉄心薄板（１１）を順次打ち抜く打抜手段と、前記金属板から前記磁極部のみを構成する部分を含む複数の部分薄板（１２，１３）と、これら部分薄板どうしを連結する連結部（２１）とを有する連結薄板（２０）を順次打ち抜く打抜手段と、前記連結薄板に対して前記部分薄板または前記連結部を半抜きする半抜手段と、半抜きされた前記部分薄板または前記連結部を前記連結薄板に対してプッシュバックして当該部分薄板と前記連結部との間に分断線（２２，２３）を形成するプッシュバック手段と、前記全形鉄心薄板と前記連結薄板とを所定枚数ずつ積層しながら結合させる積層結合手段（４３）とを備えた。

本発明の第１，第３の側面によれば、ティースにおける巻線部の軸方向寸法が小さい電機子を順送り金型装置を用いて製造することができる。また、第２の側面によれば、順送り金型装置のスクイズリング内で全形鉄心薄板と連結薄板とが結合されるため、製造工程の簡略化を図ることができる。

実施形態に係るロータの斜視図である。 実施形態に係るロータの半裁縦断面図である。 実施形態に係るストリップレイアウト図である。 実施形態に係る連結薄板の平面図である。 実施形態に係るストリップレイアウト図である。 実施形態に係る全形鉄心薄板の平面図である。 実施形態に係る半完成品のロータの平面図である。 半完成品のロータから連結部を取り外す状態を示す平面図である。

以下、図面を参照して、本発明を電気モータ用ロータの製造方法に適用した一実施形態を詳細に説明する。

≪ロータ≫
図１に示すように、本実施形態のロータ１（電機子）は、フープ材を素材とする鉄心薄板を積層してなる積層鉄心であり、軸心に図示しないモータシャフトが嵌入する軸孔２が形成された円筒状の環状部３と、環状部３の外周から等角度間隔をもって突設された８つのティース４とから構成されている。各ティース４は、図示しないステータに対峙する周方向両側に拡がった磁極部５と、巻線が施される矩形断面の巻線部６とからなっている。

図２に示すように、ロータ１は、環状部３と各ティース４とが一体に形成された１０枚の全形鉄心薄板１１と、環状部３の両端面に積層されるそれぞれ５枚の環状部薄板１２（部分薄板）と、各磁極部５の両端面に積層されるそれぞれ５枚の磁極部薄板１３（部分薄板）とをかしめ結合によって一体化してなる。

図２に示すように、磁極部薄板１３が積層された磁極部５の軸方向寸法Ｌ１は、巻線部６の軸方向寸法Ｌ２よりも大きく（図示例では、２倍に）設定されている。また、環状部３の中心側（すなわち、環状部薄板１２が積層された部位）も、磁極部５と同一の軸方向寸法Ｌ１を有している。このように巻線部６の軸方向寸法Ｌ２が磁極部５や環状部３よりも小さく設定されていることにより、性能を向上させるべく巻線部６に施される巻線の量を多くしても、巻線がロータ１の端面から突出しにくくなって電気モータの軸方向寸法が抑えられる。

≪順送り金型装置による打抜工程≫
次に、順送り金型装置による連結薄板および全形鉄心薄板の打抜工程を図３〜図６を参照して説明する。

＜連結薄板の形成工程＞
図３に示すように、順送り金型装置１９では、間欠送りされたフープ材Ｗに対して打抜加工や半抜加工を順次施すことによって連結薄板２０を得る。図４に示すように、連結薄板２０は、環状部薄板１２と各磁極部薄板１３とを連結部２１によって連結したものであり、環状部薄板１２および各磁極部薄板１３と連結部２１との間にはプッシュバック加工（後述）による分断線２２，２３がそれぞれ設けられている。

環状部薄板１２には、打抜きによる計量孔２４（貫通孔）、あるいは、半抜きによるかしめ部２４’（かしめ用の凹凸）が等角度間隔（すなわち、４５°間隔）で８個形成されている。また、各磁極部薄板１３には、計量孔２５（あるいは、かしめ部２５’）がそれぞれ一対形成されている。

連結部２１には、中心側に計量孔２６（あるいは、かしめ部２６’）が等角度間隔で８個形成される他、磁極部５の内周側に位置する扇状抜穴２７および隣接する磁極部５の間に位置する長円形抜穴２８が等角度間隔で８個穿設されている。連結部２１は、環状部薄板１２の外周に隣接する内側リング部２９と、磁極部薄板１３の内周に隣接する外側リング部３０と、内側リング部２９の外周から放射状に延設されたスポーク部３１とからなっており、スポーク部３１の外端が隣接する磁極部薄板１３の間に位置している。なお、後述するように、扇状抜穴２７および長円形抜穴２８は、スポーク部３１を脆弱にすることにより、積層後のロータ１から連結部２１を除去させやすくするために設けられる。

順送り金型装置１９が起動すると、図３に示す各工程がフープ材Ｗに順次施されることで連結薄板２０が製造される。
（１）第１工程・・・パイロット穴３５を穿孔する。
（２）第２工程・・・連結部２１となる部位に対する長円形抜穴２８を穿孔する。なお、長円形抜穴２８を穿孔するパンチは、カム機構等によって図示しない上型から出没し、フープ材Ｗに対して長円形抜穴２８の穿孔を行わないようにすることもできる。
（３）第３工程・・・連結部２１となる部位に対する扇状抜穴２７を穿孔する。なお、扇状抜穴２７を穿孔するパンチも、カム機構等によって図示しない上型から出没し、フープ材Ｗに対して扇状抜穴２７の穿孔を行わないようにすることもできる。
（４）第４工程は、後述する全形鉄心薄板１１のスロット２９を穿孔するためのものであり、連結薄板２０の製造時においては上型にパンチが没するために実施されない。

（５）第５工程・・・プッシュバック加工によって環状部薄板１２と連結部２１との間の分断線２２を形成する。なお、本実施形態におけるプッシュバック加工は、環状部薄板１２に対して連結部２１を半抜きした後に押し戻すものであり、環状部薄板１２と連結部２１とを比較的弱い結合力をもって結合させる。なお、分断線２２を形成するパンチも、カム機構等によって図示しない上型から出没し、フープ材Ｗに対して分断線２２を形成しないようにすることもできる。
（６）第６工程・・・プッシュバック加工によって磁極部薄板１３と連結部２１との間の分断線２３を形成する。なお、分断線２３を形成するパンチも、カム機構等によって図示しない上型から出没し、フープ材Ｗに対して分断線２３を形成しないようにすることもできる。
（７）第７工程・・・環状部３の軸心に軸孔２を穿孔する。

（８）第８工程・・・環状部薄板１２，磁極部薄板１３，連結部２１にそれぞれ計量孔２４，２５，２６を穿孔する。計量孔２４，２５，２６は、ロータ１の積層枚数（本実施形態では、２０枚）を決定するものであり、下端の一枚のみに穿孔される。なお、計量孔２４，２５，２６を穿孔するパンチは、カム機構等によって図示しない上型から出没し、フープ材Ｗに対してこれら計量孔２４，２５，２６の穿孔を行わないようにすることもできる。更に、連結部２１の計量孔２６を穿孔するパンチは、他の計量孔２４，２５を穿孔するパンチとは独立して上型から出没するようになっている。

（９）第９工程・・・環状部薄板１２，磁極部薄板１３，連結部２１にそれぞれかしめ部２４’，２５’，２６’を形成する。なお、かしめ部２４’，２５’，２６’を形成（半抜き）するパンチは、カム機構等によって図示しない上型から出没し、フープ材Ｗに対してこれらかしめ部２４’，２５’，２６’の形成を行わないようにすることもできる。更に、連結部２１のかしめ部２６’を形成するパンチは、他のかしめ部２４’，２５’を形成するパンチとは独立して上型から出没するようになっている。
（１０）第１０工程・・・外形打抜パンチ４１によって連結薄板２０を外形打抜ダイ４２およびスクイズリング４３内に打ち抜く。（図５参照）

＜全形鉄心薄板の形成工程＞
図５に示すように、順送り金型装置１９では、間欠送りされたフープ材Ｗに対して打抜加工や半抜加工を順次施すことによって全形鉄心薄板１１を得る。
図６に示すように、全形鉄心薄板１１は、軸心に軸孔２が形成された環状部３と、環状部３の外周から等角度間隔をもって突設された８つのティース４とから構成されている。各ティース４は、周方向両側に拡がった磁極部５と、平板状の巻線部６とからなっている。

全形鉄心薄板１１の製造にあたっては、図５に示す工程がフープ材Ｗに順次施される。
（１）第１工程・・・パイロット穴３５を穿孔する。
（４）第４工程・・・環状部３およびティース４の輪郭を形成するスロット２９を穿孔する。なお、スロット２９を穿孔するパンチは、カム機構等によって図示しない上型から出没し、フープ材Ｗに対してスロット２９の穿孔を行わないようにすることもできる。
（９）第９工程・・・環状部３およびティース４の磁極部５にそれぞれかしめ部２４’，２５’を形成する。なお、第９工程のストリップレイアウトは、連結薄板２０と同様であるため、図５には示さない。
（１０）第１０工程・・・外形打抜パンチ４１によって全形鉄心薄板１１を外形打抜ダイ４２およびスクイズリング４３内に打ち抜く。

≪積層かしめ≫
ロータ１の製造にあたり、順送り金型装置１９の製造制御装置は、先ず５枚の連結薄板２０を連続的に製造して、これらを外形打抜ダイ４２およびスクイズリング４３内に打ち抜く。この際、最下端のものを除いた連結薄板２０にはかしめ部２４’，２５’，２６’を穿孔するが、最下端の連結薄板２０には計量孔２４，２５，２６を穿孔し、先に打ち抜かれた連結薄板２０との間でかしめ結合が起こらないようにする。打ち抜かれた各連結薄板２０は、スクイズリング４３から抵抗を与えられることで、かしめ部２４’，２５’，２６’を介して相互にかしめ結合する。

次に、製造制御装置は、１０枚の全形鉄心薄板１１を連続的に製造して、これらを外形打抜ダイ４２およびスクイズリング４３内に打ち抜く。打ち抜かれた全形鉄心薄板１１は、最下端のものが先に打ち抜かれている連結薄板２０にかしめ結合するとともに、かしめ部２４’，２５’を介して相互にかしめ結合する。

次に、製造制御装置は、再び５枚の連結薄板２０を連続的に製造して、これらを外形打抜ダイ４２およびスクイズリング４３内に打ち抜く。この際、最下端のものを除いた連結薄板２０にはかしめ部２４’，２５’，２６’を穿孔するが、最下端の連結薄板２０にはかしめ部２４’，２５’と計量孔２６とを穿孔し、先に打ち抜かれた全形鉄心薄板１１との干渉が起こらないようにする。打ち抜かれた各連結薄板２０は、最下端のものが先に打ち抜かれている全形鉄心薄板１１にかしめ結合するとともに、かしめ部２４’，２５’，２６’を介して相互にかしめ結合する。

≪連結部の除去≫
順送り金型装置１９が稼働を続けると、１０枚の全形鉄心薄板１１の両端に各５枚の連結薄板２０がかしめ結合された図７に示す半完成品のロータ１が連続的に製造され、スクイズリング４３の下端（排出口）から排出される。製造作業者は、次に、半完成品のロータ１の環状部３（環状部薄板１２）や磁極部５（磁極部薄板１３）を図示しない治具によって固定（挟持）した後、図示しない引き剥がし用の油圧工具等を用いて連結部２１に対してロータ１から引き剥がす力を加える。すると、連結部２１は、扇状抜穴２７および長円形抜穴２８の周辺でスポーク部３１が弾性変形あるいは塑性変形することもあいまって、分断線２２，２３で環状部薄板１２および磁極部薄板１３に対して比較的容易に分離し、図８に示すように完成品のロータ１が得られる。この際、図７に示すように、連結部２１のスポーク部３１とティース４の巻線部６との回転位相が所定角度（図示例では、４５°）ずれているため、油圧工具の爪等がスポーク部３１（連結部２１）に係合しやすくなる。

以上で実施形態や参考例の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態は電気モータのロータの製造に本発明を適用したものであるが、電気モータのステータを始め、発電機等のロータやステータの製造にも当然に適用可能である。また、上記実施形態では全形鉄心薄板および連結薄板をかしめ結合によって一体化させるようにしたが、これらを接着やレーザ溶着等によって一体化させるようにしてもよい。また、上記実施形態では最終的に除去される連結部についてもかしめ結合によって一体化させるようにしたが、連結部の環状部薄板および磁極部薄板からの分離容易化等を図るためにこのかしめ結合を廃してもよい。また、環状部やティースを始め、環状部薄板や磁極部薄板、連結部の具体的形状等についても、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。

１ ロータ（電機子）
３ 環状部
４ ティース
５ 磁極部
６ 巻線部
１１ 全形鉄心薄板
１２ 環状部薄板
１３ 磁極部薄板
１９ 順送り金型装置
２０ 連結薄板
２１ 連結部
２２，２３ 分断線
４３ スクイズリング
Ｌ１ 磁極部の軸方向寸法
Ｌ２ 巻線部の軸方向寸法
Ｗ フープ材（金属板）

Claims (3)

1. 回転電機のシャフトあるいはケーシングに固着される環状部と、当該環状部の外周側あるいは内周側から放射状に突出するとともにそれぞれに磁極部および巻線部が形成された複数のティースとを有し、前記巻線部の軸方向寸法が前記磁極部の軸方向寸法よりも小さい電機子を順送り金型装置を用いて製造する方法であって、
   帯状の金属板から前記ティースを構成する部分と前記環状部を構成する部分とを含む全形鉄心薄板を順次打ち抜く工程と、
   前記金属板から前記磁極部のみを構成する部分を含む複数の部分薄板と、これら部分薄板どうしを連結する連結部とを有する連結薄板を順次打ち抜く工程と、
   前記連結薄板に対して前記部分薄板または前記連結部を半抜きする工程と、
   半抜きされた前記部分薄板または前記連結部を前記連結薄板に対してプッシュバックして当該部分薄板と前記連結部との間に分断線を形成する工程と、
   前記全形鉄心薄板を所定枚数積層しながら結合させる工程と、
   積層された全形鉄心薄板の少なくとも一方の端面に前記連結薄板を所定枚数積層しながら結合させる工程と
   を含むことを特徴とする電機子製造方法。
2. 前記全形鉄心薄板にかしめ結合用凹部およびかしめ結合用凸部を形成する工程と、前記連結薄板にかしめ結合用凹部およびかしめ結合用凸部を形成する工程とを更に含むことを特徴とする、請求項１に記載された電機子製造方法。
3. 回転電機のシャフトあるいはケーシングに固着される環状部と、当該環状部の外周側あるいは内周側から放射状に突出するとともにそれぞれに磁極部および巻線部が形成された複数のティースとを有し、前記巻線部の軸方向寸法が前記磁極部の軸方向寸法よりも小さい電機子を製造するための順送り金型装置であって、
   帯状の金属板から前記ティースと前記環状部とを含む全形鉄心薄板を順次打ち抜く打抜手段と、
   前記金属板から前記磁極部のみを含む複数の部分薄板と、これら部分薄板どうしを連結する連結部とを有する連結薄板を順次打ち抜く打抜手段と、
   前記連結薄板に対して前記部分薄板または前記連結部を半抜きする半抜手段と、
   半抜きされた前記部分薄板または前記連結部を前記連結薄板に対してプッシュバックして当該部分薄板と前記連結部との間に分断線を形成するプッシュバック手段と、
   前記全形鉄心薄板と前記連結薄板とを所定枚数ずつ積層しながら結合させる積層結合手段と
   を備えたことを特徴とする順送り金型装置。

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