JP2023040329A - 積層コア製造装置および回転電機の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高効率な回転電機を構成する積層コアを、低コストかつ生産性良く製造できる積層コア製造装置および回転電機の製造方法を提供する。【解決手段】積層コア製造装置１００は、板材５から鉄心片５Ｐを板材５の板厚方向Ｗを打ち抜き方向として打ち抜くパンチ１３Ｐとダイ１３Ｄを備えるプレス機１０と、板材の板厚方向を、重力方向に対して垂直にして、板材を前プレス機に供給する板材供給装置２０を備え、プレス機１０は、ダイ１３Ｄ内からパンチ１３Ｐによる打ち抜き方向に排出される鉄心片５Ｐを、打ち抜いた姿勢のまま整列して鉄心片５Ｐ群を積層させるガイド１０Ｇを備える。【選択図】図１

Description

本願は、積層コア製造装置および回転電機の製造方法に関するものである。

近年、電動機、発電機等の回転電機に対して、ますます高効率化が求められている。回転電機に用いられるコアは、高効率化のために、これまで、０．３５ｍｍ～０．５ｍｍ程度の板厚の電磁鋼板を用いた積層コアによって構成されているケースが多かった。しかし、さらに高効率化の要求に対応するために、最近では０．３５ｍｍ以下の電磁鋼板を用いるケースが増えている。

積層コアを構成する複数の電磁鋼板の積層間を固定する手段として、各鉄心片の板厚方向に凹部と凸部を設けて、鉄心片の打ち抜きと同時に積層間をかしめることで固定する手段が広く知られている。

しかしながら、鉄心片の板厚方向に設けた凹部と凸部をかしめて固定する場合、嵌合部に渦電流損が生じ、回転電機の効率が低下する。また、０．３ｍｍ以下の薄板になると、かしめ部の強度自体が低下し、十分な固定強度を確保することが困難となってくる。そのため、打ち抜きと同時に積層間を固定せず、打ち抜き後に接着等の固定手段によって複数の鉄心片の積層間を固定する手法が用いられている。

特許文献１に記載の回転電機においては、重力方向に順次打ち抜いた鉄心片を、重力方向から水平方向に屈曲させた円柱状のガイドを介して水平方向に、金型外に排出する積層コア製造装置が開示されている。

同文献では、鉄心片に設けられた複数のスロットのうち、特定スロットと定義されたスロットを利用してガイドと鉄心片を位置決めしつつ、金型外に排出することで、打ち抜きと同時にかしめによって積層間を固定しない場合であっても、整列させた状態で各鉄心片を金型外に排出できる。

特開２０１２－３４４９７号公報

特許文献１では鉄心片を重力方向に打ち抜いている。板材の板厚方向と重力方向とが一致しているために、板材に撓みが生じる。特に０．３５ｍｍ以下の板材を使用する場合、撓みを抑制するために、多くの他のガイドが必要になるために、金型が複雑化して積層コアの製造コストが増加する課題があった。さらに、多くのガイドを設けると、材料を送る方向への抵抗が増えるため、板材に座屈が生じ易くなる。特に薄板においては、座屈荷重自体が小さいため、板材を送る方向への抵抗が増加すると頻繁に座屈が生じ、積層コア生産性が悪化するという課題があった。

本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、回転電機を構成する積層コアを、低コストかつ生産性良く製造できる積層コア製造装置および回転電機の製造方法を提供することを目的とする。

本願に開示される積層コア製造装置は、
板材から鉄心片を前記板材の板厚方向に打ち抜くパンチとダイを備えるプレス機と、
前記板材の板厚方向を、重力方向に対して垂直にして、前記板材を前前記プレス機に供給する板材供給装置を備え、
前記プレス機は、前記ダイ内から前記パンチによる打ち抜き方向に排出される前記鉄心片を、打ち抜いた姿勢のまま整列して鉄心片群を積層させるガイドを備えるものである。
また、本願に開示される回転電機の製造方法は、
前記積層コア製造装置を用いて製造した積層コアを用いる固定子の内周面に回転子の外周面を対向させて回転可能に支持するものである。

本願に開示される積層コア製造装置および回転電機の製造方法によれば、高効率な回転電機を構成する積層コアを、低コストかつ生産性良く製造できる積層コア製造装置および回転電機の製造方法を提供できる。

実施の形態１による積層コア製造装置の正面模式図である。 実施の形態１によるプレス機の斜視図である。 実施の形態１によるプレス機の側面図である。 実施の形態１によるプレス機の要部断面模式図（図３のＡ－Ａ断面図）である。 図４のＢ－Ｂ断面図である。 図４のＣ－Ｃ断面図である。 実施の形態１による金型と板材と板材ガイドとの位置関係を示す模式図である。 板材を水平方向に搬送して鉄心片を打ち抜く比較例を示す模式図である。 図４における丸印Ｄで囲んだ部分の詳細図である。図９Ａは、板材の送り時の状態を示す図である。図９Ｂは、鉄心片のプレス直前の状態を示す図である。図９Ｃは、鉄心片５Ｐをプレスした直後の状態を示す図である。 実施の形態１による積層コア製造装置の応用例の正面模式図である。 ガイド上の鉄心片群にかかる力の釣り合いを示す模式図である。 実施の形態２による積層コア製造装置の正面模式図である。 図１２に示す積層コア製造装置の平面図である。 実施の形態３によるプレス機の正面模式図である。 実施の形態３によるプレス機の金型動作の模式図である。図１５Ａは、鉄心片の打ち抜き前の状態を示す模式図である。図１５Ｂは、鉄心片の打ち抜き時の状態を示す模式図である。図１５Ｃは、複数の鉄心片が、打ち抜かれて排出される状態を示す模式図である。 実施の形態４による積層コア製造装置の要部断面模式図である。 図１６のＥ－Ｅ断面図である。 図１６のＦ－Ｆ断面図である。 図１９Ａは、接着方法の他の例を示す図である。図１９Ｂは、図１９ＡのＧ－Ｇ断面図である。 回転電機の断面図である。 実施の形態５による積層コア製造装置の要部断面模式図である。 図２１のＨ－Ｈ断面図である。 実施の形態６における、実施の形態１の図４のＢ－Ｂ断面に相当する図である。 実施の形態６における、実施の形態１の図４のＣ－Ｃ断面に相当する図である。 実施の形態６における、実施の形態１の図４のＢ－Ｂ断面に相当する他の図である。 実施の形態６における、実施の形態１の図４のＣ－Ｃ断面に相当する他の図である。 円環状の鉄心片の例を示す図である。

実施の形態１．
以下、実施の形態１による積層コア製造装置および回転電機の製造方法を、図を用いて説明する。
図１は、積層コア製造装置１００の正面模式図である。
図２は、積層コア製造装置１００を構成するプレス機１０の斜視図である。
図３は、プレス機１０の側面図である。
図４は、プレス機１０の要部断面模式図であり、図３のＡ－Ａ断面図である。
図５は、図４のＢ－Ｂ断面図である。
図６は、図４のＣ－Ｃ断面図である。
図７は、図６における丸印Ｄで囲んだ部分の詳細図である。
なお、以下の説明において、パンチ１３Ｐによる鉄心片Ｐの打ち抜き方向と、板材５の板厚方向とは常に同じなので、同じ符号Ｗを使用する。

図１に示す積層コア製造装置１００は、板材５から鉄心片を打ち抜くプレス機１０とプレス機１０に板材５を供給する材料供給装置２０とを備える。
材料供給装置２０は、コイル状に巻き取られた板材５を回転可能に取り付けて、板材５をプレス機１０に繰り出しながら供給するアンコイラ２１と、板材を挟んでガイドする複数対のローラ２２とを備える。

プレス機１０は、載置台１１と、載置台１１上に設置されたフレーム１２と、フレーム１２内に固定され板材５から鉄心片５Ｐを打ち抜く金型１３と、打ち抜いた鉄心片５Ｐを、打ち抜き方向Ｗに、打ち抜いた姿勢のまま整列して順次、鉄心片５Ｐ群を積層させるガイド１０Ｇと、板材５を金型１３に順送りする材料送り装置１４と、材料送り装置１４から金型１３まで、板材５をガイドする板材ガイド１５と、金型１３のパンチを駆動するモータ１６およびクランクカム１７とを備える。

次に、金型１３の詳細について説明する。図１、図４に示すように、金型１３は、パンチ１３Ｐと、ダイ１３Ｄと、第一プレート１３Ａと、第二プレート１３Ｂとにより構成される。パンチ１３Ｐは、第一プレート１３Ａに固定されており、ダイ１３Ｄは、第二プレート１３Ｂに固定されている。また、第一プレート１３Ａは、さらに、クランクカム１７に接続されたスライド１８に固定され、第二プレート１３Ｂは、ボルスタ１９に固定されている。また、ボルスタ１９は、フレーム１２に固定されている。スライド１８は、クランクカム１７に接続されており、クランクカム１７をモータ１６により回転させることによって、水平方向Ｈ（図１の左右方向）にスライド１８を駆動できる。

このように、プレス機１０のモータ１６を駆動させることで、クランクカム１７を介してスライド１８をフレーム１２に対して水平方向Ｈに相対的に移動させ、板材５をパンチ１３Ｐとダイ１３Ｄとで板厚方向Ｗの一方に打ち抜き、さらに、図５に示すように打ち抜いた鉄心片５Ｐをダイ１３Ｄの中に押し込む構成となっている。

図１に示すように、コイル状に巻き取られた板材５をアンコイラ２１に設置し、プレス機１０に板材５を供給する。板材５は、材料送り装置１４によって予め定められたの長さ分だけ送られたのちに、金型１３によって鉄心片５Ｐの形状に打ち抜かれる。このとき、板材５は、重力方向Ｇに供給される。その結果、板材５の板厚方向Ｗは、重力方向Ｇに対して垂直、すなわち水平方向Ｈになる。

打ち抜かれた板材５は、再度、材料送り装置１４により予め定められた長さ分だけ送られ、金型１３によって次の鉄心片５Ｐが打ち抜かれる。この動作を繰り返すことにより、鉄心片５Ｐ群が、ガイド１０Ｇの中で図１における左方向に積層されていく。このとき、金型１３から排出された鉄心片５Ｐは、図６に示すように、ヨーク部５ＰＹの両端部５ＰＹＥをガイド１０Ｇの両内側面１０ＧＳに支持されて、ガイド１０Ｇの中を図１の左側へと順次押し出されていく。また、このとき、ガイド１０Ｇの両内側面１０ＧＳが成す角度と、鉄心片５Ｐのヨーク部５ＰＹの両端部５ＰＹＥが成す角度は、共に角度αで等しい。したがって、鉄心片５Ｐは、ティース部５ＰＴを重力方向Ｇに向けて真っ直ぐにガイド１０Ｇによって保持される。

なお、ここでは一般的なクランクカム１７によってスライド１８を駆動する構成を示したが、スライド１８を駆動させる手段として、油圧シリンダ又はボールねじなどの駆動源を用いてもよい。また、材料送り装置１４と金型１３との間には適宜、板材ガイド１５を配置することで、板材５のバタつきを抑制して、安定的に板材５を送ることができる。

上記サイクルを繰り返し行うことによって、板材５から鉄心片５Ｐを打ち抜いて、既に打ち抜かれている鉄心片５Ｐを、図６の左方向へ連続的に押し出していく。押し出された鉄心片５Ｐは、ガイド１０Ｇに対して鉄心片５Ｐの外周面の少なくとも一部が重力方向Ｇに接する構成となっている。このガイド１０Ｇを介して、プレス機１０の外部に鉄心片５Ｐ群を排出し、取り出し可能な状態とすることができる。

ここで、パンチ１３Ｐにより打ち抜いた鉄心片５Ｐは、横方向に打ち抜いて真っ直ぐに排出されることが望ましい。先行技術文献のように、板材を水平に供給しパンチによって重力方向Ｇに打ち抜いた鉄心片を、さらにガイドにより９０度屈曲させて取り出す場合と比較して、「ひっかかり」或いは「つまり」がなく、積層コアの生産性を向上できる効果がある。

また、鉄心片５Ｐの外周面の少なくとも一部と重力方向Ｇに接するガイド１０Ｇを備えることで、鉄心片５Ｐ自体にガイド溝、或いは穴がない形状でもあっても鉄心片５Ｐをガイドしつつプレス機１０外に鉄心片５Ｐを排出できるので、鉄心片５Ｐの形状制約がなく、設計自由度を向上する効果がある。

重力方向Ｇに向かって鉄心片を打ち抜いた場合、重力方向Ｇに向かって鉄心片を移動させることになる。この場合、重力方向Ｇにはガイドを設けることができない。そのため、打ち抜いた鉄心片は自由落下してしまい、屈曲するガイドに対して傾いた状態でひっかかってしまう。この状態で打ち抜いた鉄心片が積み重なるとガイド或いはダイに過剰な力が作用し、破損、変形などの故障につながり、生産性を悪化させてしまう。

これを避けるために、ガイドの幅を鉄心片の幅よりも小さくし、ガイドの摩擦力によって鉄心片を保持する方法も考えられる。しかしながら、プレス加工において、金型寿命を延ばすために通常潤滑材を塗布する場合が多い。この場合、摩擦力は小さく安定しない。その結果、ガイドの幅を高頻度で調整する必要があり、生産性が悪化する課題がある。

また、ガイドと、積層された鉄心片間で摩擦力が生じた状態で、連続的に鉄心片を移動させるようとすると、ガイドの摩耗が大きく、高頻度で交換する必要があり、積層コアの生産性を悪化する課題がある。このような、重力方向に打ち抜いてから重力方向と垂直方向に排出する先行技術文献と比較すると、本願ではガイドの調整頻度、交換頻度を小さくすることができ、積層コアの生産性を向上する効果がある。

また、積層コア製造装置１００によれば、重力方向Ｇに垂直（水平方向Ｈ）に積層された鉄心片５Ｐ群を排出できるので、プレス機１０の高さを低くする効果がある。一方、先行技術文献のように垂直方向に打ち抜いた場合、排出のためのスペースを下方に設ける必要があるので、プレス機の高さが高くなってしまう。装置の高さが高くなることで、各部の剛性が弱くなるため、プレス機の振動および騒音が大きくなる課題がある。

また、この場合、建物内への装置の搬入が出来ない場合がでてくるなどの実用上の課題が生じる。さらに、鉄心片を取り出すために、プレス機の下に潜り込んで取り出す必要があるため、作業性が悪く、設備の構成が非常に難しい。プレス機の下に鉄心片の排出装置を入れたとしても、メンテナンス性が悪いという課題がある。一方で、実施の形態１による積層コア製造装置１００によれば、直接に、水平方向Ｈに鉄心片５Ｐを排出することで、装置の隣で作業をできるため、作業性がよい。また、積層コアの取り出しのための設備も構成し易いため、積層コアの生産性を向上する効果がある。

図４に示すように、ガイド１０Ｇの金型１３側とは反対側に、押圧装置１０ＰＳを設け、金型１３から排出されてくる鉄心片５Ｐ群を、金型１３側に加圧してもよい。押圧装置１０ＰＳによって、打ち抜かれた鉄心片５Ｐ群を加圧することによって、それぞれの鉄心片５Ｐの姿勢がさらに安定し、それぞれの鉄心片５Ｐの傾きが小さくなるため、ガイド１０Ｇに引っかかるリスクを更に低減し、積層コアの生産性を向上する効果がある。

図７は、金型１３と板材５と板材ガイド１５との位置関係を示す模式図である。
板材５の向きに注目すると、板厚方向Ｗが重力方向Ｇに対して垂直となっている。そのため、板材５が自重によって垂れ下がる。これによって板材５が撓むとがないので、板材５に座屈が生じる可能性を抑制し、積層コアの生産性を向上する効果がある。

図８は、板材を水平方向に搬送して鉄心片を打ち抜く比較例を示す模式図である。
図８に示すように自重方向（重力方向Ｇ）と板厚方向Ｗが一致すると、特に０．３５ｍｍ以下の板材５は、自重によって大きく撓むため、板材に座屈が生じ易くなる。板厚方向Ｗに複数のガイドを設けることによって、支持点を増やし、荷重を分散できるが、板材ガイド１５を増やせば板材の送りに必要な荷重も増えるため、効果が相殺されてしまう可能性がある。

また、材料送りに必要な荷重が増えることによって、材料送り装置内で滑りが生じるため、板材が適正に送られずに、打ち抜き不良が生じる可能性がある。一方、本実施の形態１においては、自重のかかる重力方向Ｇと板厚方向Ｗとが垂直なため、板材ガイド１５の数を少なくすることができ、板材５の送りに必要な荷重を小さくすることができ、材料送り装置１４内で滑りが発生する可能性も低減できるため、積層コアの生産性を向上する効果がある。

本実施の形態１において、板材５の送り方向と自重のかかる方向が一致しているため、自重によって板材ガイド１５にかかる摩擦力がなく、自重によって送り方向に加わる力分の送り荷重を低減できるため、さらに材料送りに必要な荷重を小さくすることができ、材料送り装置１４内で滑りが発生する可能性を低減できるため、積層コアの生産性を向上する効果がある。

図９は、図４における丸印Ｄで囲んだ部分の詳細図である。
図９Ａは、板材５の送り時の状態を示す図である。
図９Ｂは、鉄心片５Ｐのプレス直前の状態を示す図である。
図９Ｃは、鉄心片５Ｐをプレスした直後の状態を示す図である。
図１、図９Ａ～図９Ｃに示すように、ボルスタ１９にはカッターとしての上カッター１０ＣＵＰが取り付けられており、スライド１８には、カッターとしての下カッター１０ＣＤＷが取り付けられている。板材５の送り時には、上カッター１０ＣＵＰと、下カッター１０ＣＤＷの間を板材５が送られる（図９Ａ）。そして、鉄心片５Ｐを打ち抜いた際（図９Ｂ）に、この動作に連動して板材５が、ほぼ送りピッチ分だけ、上カッター１０ＣＵＰと下カッター１０ＣＤＷとによって切断される（図９Ｃ）。

このような構成の上カッター１０ＣＵＰと下カッター１０ＣＤＷとを設けることで、鉄心片５Ｐを打ち抜き加工後の板材５を細かく裁断できるので、板材５のスクラップの回収が容易となる効果がある。

また、上カッター１０ＣＵＰは、ボルスタ１９に取り付けられ、スライド１８に取り付けられた下カッター１０ＣＤＷが板材５の送り方向側に設置されているため、細断されたスクラップは、下カッター１０ＣＤＷから離れる方向に自重により自然落下する。
そのため、２つのカッターを重力方向Ｇに往復させる場合と比較すると、スクラップ材が下カッター１０ＣＤＷに張り付いて噛みこむなどのトラブルを抑制することができ、積層コアの生産性を向上する効果がある。

図１０は、実施の形態１による積層コア製造装置の応用例の正面模式図である。
積層コア製造装置１００の構成は、これまで説明した積層コア製造装置１００とほぼ同じである。図１０では、鉄心片５Ｐの打ち抜き方向が、重力方向Ｇに対して完全に垂直でない構成となっている。このように、鉄心片５Ｐの打ち抜き方向が、重力方向Ｇと一致せず、異なる方向となっていればよい。重力方向Ｇと打ち抜き方向が異なることで、鉄心片５Ｐの打ち抜き方向の少なくとも一部に重力方向Ｇと垂直な成分を含むため、これまで説明した効果と同様の効果が得られる。なお、この場合、プレス機１０への板材５の供給方向Ｆも傾く。

図１１は、ガイド１０Ｇ上の鉄心片５Ｐ群にかかる力の釣り合いを示す模式図である。
ここで、ガイド１０Ｇの長手方向（鉄心片５Ｐの排出方向）と水平方向との成す角度をθ、鉄心片５Ｐ群の重量をＭ、重力加速度をｇとする。
ガイド１０Ｇの長手方向の力の成分Ｍｇ＊ｓｉｎθと、ガイド１０Ｇの長手方向に対して垂直方向の力の成分Ｍｇ＊ｃｏｓθとでは、ガイド１０Ｇの長手方向の力の成分の方が小さいことが望ましい。

ガイド１０Ｇの長手方向の力の成分が大きくなるということは、先行技術文献のようにガイドの長手方向が重力方向Ｇに近づく方向なので、本願の効果が得にくくなる。すなわち、θ水平方向から上下に４５°以内の範囲とすることが望ましい。

また、ガイド１０Ｇを鉄心片５Ｐ群の進行方向側が下方に向くように傾けた場合は、鉄心片５Ｐ群にかかる摩擦による保持力μＭｇ＊ｃｏｓθに対して、滑ろうとする力Ｍｇ＊ｓｉｎθが大きい場合、ガイド１０Ｇに対して鉄心片５Ｐ群が滑ってしまい、本願の効果が得にくくなる。そのため、ｔａｎθ＜μとすることが望ましい。一般的に摩擦係数は０．１～０．９程度の値をとることが知られているため、ｔａｎθ＜０．９程度とすることが望ましい。

なお、本実施の形態１では、材料供給装置２０には、コイル状に巻き取られた１枚の板材５を回転可能に取り付けたが、複数枚の板材５をコイル状に巻き取ったものを利用すると、複数枚の鉄心片５Ｐを、一対のパンチとダイで同時に打ち抜くことも可能である。
また、本実施の形態では、回転電機の積層コアを製造する例を示したが、積層コア製造装置１００は、トランス等のコアの製造にも利用できる。

実施の形態２．
以下、実施の形態２による積層コア製造装置および回転電機の製造方法を、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
図１２は、積層コア製造装置２００の正面模式図である。
図１３は、図１２に示す積層コア製造装置２００の平面図である。
実施の形態１では、板材５は、上方から重力方向Ｇに、プレス機１０に供給されたが、本実施の形態では、板材５は、長手方向（送り方向）を水平方向Ｈに向けてプレス機２１０に供給される点が異なる。板材５は、板材５の板厚方向Ｗが重力方向Ｇに対して垂直にしてプレス機２１０に供給される点は、実施の形態１と同じである。

材料供給装置２２０のアンコイラ２２１は、回転軸が重力方向Ｇを向いている。アンコイラ２２１から巻き解かれた板材５は、板材５の送り方向が重力方向Ｇに垂直（水平方向Ｈ）に、かつ板材５の幅方向を重力方向Ｇに向けてプレス機２１０の材料送り装置２１４によって、金型２１３に供給される。

このため、板材５は自重によって撓むことがないので、板材５に座屈が生じる可能性を抑制し、積層コアの生産性を向上する効果がある。

また、実施の形態１と同様に板材５をガイドするローラ２２２の数を少なくできるので、積層コアの生産性を向上する効果がある。また、板材５の送り方向と重力方向Ｇとが垂直となっていることで、積層コア製造装置２００の高さを小さくし、積層コア製造装置２００を小型化する効果がある。また、材料供給装置２２０から材料送り装置２１４を経由して金型２１３に供給されるまで、板材５の厚み方向が重力方向Ｇに対して垂直となっている。

このため、材料供給装置２２０から金型２１３に供給されるまでの工程においても、板材５が自重によって撓むことがないので、板材５に座屈が生じる可能性を抑制し、積層コアの生産性を向上する効果がある。

実施の形態３．
以下、実施の形態３による積層コア製造装置および回転電機の製造方法を、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
図１４は、実施の形態３によるプレス機３１０の正面模式図である。
実施の形態１においては固定されたボルスタ１９と移動するスライド１８とを組み合わせていたが、実施の形態３においては、移動する２つのスライド３１８Ａ、スライド３１８Ｂを使用し、双方を水平方向Ｈにスライドさせ、かつ反対の位相で駆動させることによって、スライド３１８Ａ、３１８Ｂの動作によってプレス機３１０に加わる加振力を相殺できる。プレス機３１０に加わる加振力を低減することで、鉄心片５Ｐの打ち抜き精度を安定化させ、積層コアを高精度化させる効果がある。また、プレス機３１０の振動および騒音を低減し、製造環境の静粛化を図る効果がある。

図１５は、実施の形態３によるプレス機３１０の金型動作の模式図である。
図１５Ａは、鉄心片５Ｐの打ち抜き前の状態を示す模式図である。
図１５Ｂは、鉄心片５Ｐを打ち抜き時の状態を示す模式図である。
図１５Ｃは、鉄心片５Ｐ群が、打ち抜かれて排出される状態を示す模式図である。
図１４に示すように、スライド３１８Ａに、第一プレート３１３Ａが取り付けられており、スライド３１８Ｂに第二プレート３１３Ｂが取り付けられている。第一プレート３１３Ａと第二プレート３１３Ｂとは、水平方向に対向して移動可能である。

第一プレート３１３Ａには第一パンチ３１３ＰＡと、第一ダイ３１３ＤＡと、第一ガイド３１０ＧＡとが取付けられており、第二プレート３１３Ｂには第二パンチ３１３ＰＢと、第二ダイ３１３ＤＢと、第二ガイド３１０ＧＢとが取り付けられている。

図１５Ａに示すように上方から供給された板材５に対して、図１５Ｂに示すように第一プレート３１３Ａと第二プレート３１３Ｂとを、互いに近づく方向に動作させることで、第一パンチ３１３ＰＡと第一ダイ３１３ＤＡ、第二パンチ３１３ＰＢと第二ダイ３１３ＤＢによって、同時に２枚の鉄心片５Ｐが打ち抜かれる。この動作を繰り返すことにより、鉄心片５Ｐが、第一ガイド３１０ＧＡ、第二ガイド３１０ＧＢに向かって順次排出されていく。第一ガイド３１０ＧＡと第二ガイド３１０ＧＢとは、水平方向、かつ相互に反対方向に延びている。

同時に打ち抜かれた２枚の鉄心片５Ｐは、図１５Ｃに示すように、左右方向に分かれて排出される。片側のみから排出される場合と比較して、取り出しのスペースを大きくできるので、鉄心片５Ｐの取り出しが容易となる。そのため、積層コアの生産性を向上する効果がある。

実施の形態４．
以下、実施の形態４による積層コア製造装置および回転電機の製造方法を、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
図１６は、実施の形態４による積層コア製造装置４００の要部断面模式図である。
図１７は、図１６のＥ－Ｅ断面図である。
図１８は、図１６のＦ－Ｆ断面図である。
ガイド１０Ｇに沿って水平方向に順次排出される鉄心片５Ｐ群は、ヨーク部５ＰＹの両端部５ＰＹＥをガイド１０Ｇの両内側面１０ＧＳに支持されている。ガイド１０Ｇの上方に、第二押圧部４１０ＰＳを備え、鉄心片５Ｐ群を重力方向Ｇに押圧することによって、鉄心片５Ｐ群の整列性を高めている。ガイド１０Ｇは、接着装置として、塗布ノズル６Ｎと、温風送風機４０とを備える。整列された鉄心片５Ｐ群のヨーク部５ＰＹの周方向中央部に対して、塗布ノズル６Ｎによって加熱硬化型の接着剤６１を塗布する。

接着剤６１が塗布された鉄心片５Ｐ群は、図１６の左方向に順次排出され、整列された状態で温風送風機４０からエアノズル４１を通って供給される温風によって加熱されて接着剤６１が硬化する。硬化して積層間が固定された鉄心片５Ｐ群は、切出しツール７０によって予め定められた長さに切り出されて積層コア５０となり、ベルトコンベヤ８０によって次工程へと搬送される。

ここで、積層コア５０は、積層間が固定された状態で排出されるので、後工程への搬送が容易となるため、後工程の生産性を向上する効果がある。また、水平方向に各装置を配置できるので、積層コア製造装置４００のメンテナンス性を向上する効果がある。さらに、積層コア５０の積層方向が、重力方向Ｇと垂直方向であるため、重力の影響によって積層コア５０の積層間に隙間が出来たり、傾いた状態となったりすることがないため、固着強度を安定化させつつ、積層コア５０の形状精度を向上させる効果がある。

なお、上記の例では加熱硬化型の接着剤６１を用いて説明したが、積層間が固定できれば、どのようなタイプの接着剤を用いてもよい。常温硬化型もしくは２液混合型の接着剤を用いた場合は、硬化手段を必要としないため、積層コア５０の生産性を向上する効果がある。また、光硬化型接着剤を用いる場合には、温風送風機４０の代わりにＵＶライトを用いることで、同様に連続的に接着剤を硬化させることができる。

図１９Ａは、接着方法の他の例を示す図である。
図１９Ｂは、図１９ＡのＧ－Ｇ断面図である。
図１９Ｂに示すように、鉄心片５Ｐの積層間に事前に接着剤を塗布したり、粘度の低い接着剤を積層間に浸透させたりして、隣り合う鉄心片５Ｐの面同士を接着してもよい。このような構成とすることで、積層コア５０の剛性をさらに向上させる効果がある。

図２０は、これまで説明した積層コア製造装置を用いて製造した積層コアを用いて組み立てた回転電機９０の断面図である。回転電機９０は、モータ又は発電機として使用する。回転電機９０は、固定子９０Ａと、固定子９０Ａの内周面に外周面を対向させて回転可能に支持された回転子９０Ｂとを備える。鉄心片５Ｐを積層して固定手段によって接着された積層コア５０に絶縁部材８１を被せてコイル８２が巻線されている。コイル８２は、結線部材８３によって電気的に接続され、電源、インバータ等の電流制御装置に接続される。円環状に並べた複数の積層コア５０は、フレーム８４内に固定されており、フレーム８４と、フレーム８４の開口部を閉塞するブラケット８５にそれぞれ設けられた軸受８６により支持されたシャフト８７と、相対的に回転可能に支持されている。

シャフト８７には、ロータコア８８と磁石Ｍとが固定されている。このような構成でコイル８２に交流電流を通電することによって、回転磁界が発生し、磁石Ｍと積層コア５０との間で吸引力が発生してシャフト８７にトルクが加わり、電気エネルギーを回転エネルギーに変換できる。ここで、鉄心片５Ｐを接着により固定した積層コア５０は、積層間が電気的に短絡しないため、鉄損を低減でき、回転電機９０を高効率化する効果がある。

また、本実施の形態による積層コア製造装置を用いて製造した積層コア５０は、鉄心片５Ｐの積層方向が重力方向Ｇに対して垂直方向であるために、重力の影響で積層間に隙間が出来たり、傾いた状態となったりすることがないため、鉄心片５Ｐの積層間の固着強度を安定化させ、積層コア５０の形状精度を向上させ、かつ強度を向上させたものであることから、回転電機９０の固定子コアの内径の真円度が高い。そのため、回転電機９０のコギングトルクおよびトルク脈動を抑制する効果がある。

実施の形態５．
以下、実施の形態５による積層コア製造装置および回転電機の製造方法を、実施の形態４と異なる部分を中心に説明する。
図２１は、実施の形態５による積層コア製造装置５００の要部断面模式図である。
図２２は、図２１のＨ－Ｈ断面図である。
実施の形態４と本実施の形態５とは、積層コアを構成する鉄心片５Ｐ群の固定方法が異なる。実施の形態４の接着装置に代えて、溶接装置としてのレーザーヘッド５４０を備える。整列された鉄心片５Ｐ群の上方から、レーザーヘッド５４０から放出されるレーザー光を照射し、各積層間を溶接して固定する。

溶融部分が硬化して積層間が固定された鉄心片５Ｐ群は、切出しツール７０により所定の長さに切出されて積層コア５０となり、ベルトコンベヤ８０によって次工程へと搬送される。

本実施の形態５では、溶接によって積層コア５０の積層間が強固に固定されるため、積層コア５０の剛性が向上し、回転電機の振動および騒音を抑制する効果がある。また、積層間を固着するための部材を追加する必要がないので、安価に積層コア５０を生産する効果がある。

実施の形態６．
以下、実施の形態６による積層コア製造装置および回転電機の製造方法を、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
本実施の形態６は、実施の形態１の変形例である。実施の形態１とは、鉄心片の形状およびガイドの断面形状が異なる。
図２３は、実施の形態６における、実施の形態１の図４のＢ－Ｂ断面に相当する図である。
図２４は、実施の形態６における、実施の形態１の図４のＣ－Ｃ断面に相当する図である。
図２３、図２４に示す変形例では、鉄心片５Ｐのティース部５ＰＴが水平方向Ｈに打ち抜かれている。この場合は、鉄心片５Ｐは、ティース部５ＰＴの一側面、ヨーク部５ＰＹの外周面、ティース部５ＰＴの先端をガイド１０Ｇ２に接触させてガイド１０Ｇ２内で整列され、ティース部５ＰＴの一側面５ＰＴＳが、重力方向Ｇの接触面となって支持される。

図２５は、実施の形態６における、実施の形態１の図４のＢ－Ｂ断面に相当する他の図である。
図２６は、実施の形態６における、実施の形態１の図４のＣ－Ｃ断面に相当する他の図である。
この場合は、鉄心片５Ｐは、ティース部５ＰＴの先端が重力方向Ｇ上側となっており、ティース部５ＰＴの両側面とヨーク部５ＰＹの外周面の中央部とをガイド１０Ｇ３に接触させてガイド１０Ｇ３内で整列され、ヨーク部５ＰＹの外周面の中央部５ＰＹＣが重力方向Ｇの接触面となって支持される。

このように、本願においては、鉄心片５Ｐの姿勢がどのような方向であっても、少なくとも重力方向Ｇに支持部となる部分があればよい。材料歩留まりの向上などを目的に、多列取りをする場合においても、板幅方向に対する鉄心片５Ｐの向きを任意に設定できるため、鉄心片５Ｐの向きの制約なく材料歩留まりの向上ができる。

図２７は、円環状の鉄心片６０５Ｐの例を示す図である。
鉄心片６０５Ｐにおいて、ヨーク部６０５ＰＹの外周面６０５ＰＹＯが、重力方向Ｇの接触面となっている。このように円環状の鉄心片においてもガイド１０Ｇ４に対する重力方向Ｇの接触面があれば、同様の効果が得られる。

このように本願は、鉄心片５Ｐの形状、材料の幅方向、鉄心片５Ｐの向きに関係なく、任意の形状と任意の向きの鉄心片５Ｐに対して有効である。そのため、スロット部にガイドを通す場合と比較して、鉄心片の形状の自由度および材料歩留まりの向上の効果がある。

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１００，２００，４００，５００ 積層コア製造装置、
１０，２１０，３１０ プレス機、１０Ｇ，１０Ｇ２，１０Ｇ３，１０Ｇ４ ガイド、
３１０ＧＡ 第一ガイド、３１０ＧＢ 第二ガイド、１０ＣＤＷ 下カッター、
１０ＣＵＰ 上カッター、１０ＧＳ 内側面、１０ＰＳ 押圧装置、１１ 載置台、
１２ フレーム、１３，２１３ 金型、１３Ａ，３１３Ａ 第一プレート、
１３Ｂ，３１３Ｂ 第二プレート、１３Ｄ ダイ、３１３ＤＡ 第一ダイ、
３１３ＤＢ 第二ダイ、１３Ｐ パンチ、３１３ＰＡ 第一パンチ、
３１３ＰＢ 第二パンチ、１４，２１４ 材料送り装置、１５ 板材ガイド、
１６ モータ、１７ クランクカム、１８，３１８Ａ，３１８Ｂ スライド、
１９ ボルスタ、２０，２２０ 材料供給装置、２１，２２１ アンコイラ、
２２，２２２ ローラ、４０ 温風送風機。４１ エアノズル、
４１０ＰＳ 第二押圧部、５ 板材、５Ｐ，６０５Ｐ 鉄心片、５０ 積層コア、
５４０ レーザーヘッド、５ＰＹ，６０５ＰＹ ヨーク部、５ＰＴ ティース部、
５ＰＹＥ 両端部、５ＰＹＣ 中央部、５ＰＴＳ 一側面、６１ 接着剤、
６Ｎ 塗布ノズル、７０ 切出しツール、８０ ベルトコンベヤ、８１ 絶縁部材、
８２ コイル、８３ 結線部材、８４ フレーム、８５ ブラケット、８６ 軸受、
８７ シャフト、８８ ロータコア、９０ 回転電機、９０Ａ 固定子、
９０Ｂ 回転子、Ｄ 丸印、Ｍ 磁石。

Claims (16)

1. 板材から鉄心片を前記板材の板厚方向を打ち抜き方向として打ち抜くパンチとダイを備えるプレス機と、
   前記板材の板厚方向を、重力方向に対して垂直にして、前記板材を前前記プレス機に供給する板材供給装置を備え、
   前記プレス機は、前記ダイ内から前記パンチによる打ち抜き方向に排出される前記鉄心片を、打ち抜いた姿勢のまま整列して鉄心片群を積層させるガイドを備える積層コア製造装置。
2. 前記板材は、重力方向に前記プレス機に供給される請求項１に記載の積層コア製造装置。
3. 前記板材は、水平方向に前記プレス機に供給される請求項１に記載の積層コア製造装置。
4. 前記鉄心片の打ち抜き動作に連動して、前記鉄心片を打ち抜き済みの前記板材を切断するカッターを備える請求項２に記載の積層コア製造装置。
5. 前記パンチは、第一プレートに固定され、前記ダイは、第二プレートに固定され、前記第一プレートと前記第二プレートとは、水平方向に対向して移動可能である請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の積層コア製造装置。
6. 前記プレス機は、
   第一プレートに固定された、前記パンチとしての第一パンチと、前記ダイとしての第一ダイと、
   第二プレートに固定された、前記パンチとしての第二パンチと、前記ダイとしての第二ダイとを備え、
   前記第一プレートと前記第二プレートとは、水平方向に対向して移動可能である請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の積層コア製造装置。
7. 前記プレス機は、
   前記第一プレートは、前記ガイドとしての第一ガイドと、
   前記第二プレートは、前記ガイドとしての第二ガイドとを備え、
   前記第一ガイドと前記第二ガイドとは、相互に反対方向に延びている請求項６に記載の積層コア製造装置。
8. 前記ガイドは、前記鉄心片群の積層間を接着する接着装置を備える請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の積層コア製造装置。
9. 前記ガイドは、前記鉄心片群の積層間を溶接する溶接装置を備える請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の積層コア製造装置。
10. 前記ガイド上の前記鉄心片群を、前記鉄心片群の排出方向とは反対側に加圧する押圧装置を備える請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の積層コア製造装置。
11. 前記板材供給装置は、複数枚の板材を重ねて前記プレス機に供給する請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の積層コア製造装置。
12. 前記ガイドの両内側面の成す角度と、前記鉄心片のヨーク部の両端部が成す角度は等しい請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の積層コア製造装置。
13. 前記鉄心片は、ティース部を水平方向に前記ダイから排出され、前記ガイドは、前記鉄心片の前記ティース部の一側面を支持する請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の積層コア製造装置。
14. 前記ガイドと水平方向とが成す角度をθとするとき、θは、水平方向から上下に４５度以内である請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の積層コア製造装置。
15. 前記ガイドとは、水平方向よりも下方に傾き、ｔａｎθ＜０．９である請求項１４に記載の積層コア製造装置。
16. 請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載の積層コア製造装置を用いて製造した積層コアを用いる固定子の内周面に回転子の外周面を対向させて回転可能に支持する回転電機の製造方法。

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