JP2023045052A - 回転電機用ステータコアの製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 積層するコアの直進性を高め、ひねり度を低減する、回転電機用ステータコアの製造装置を提供する。【解決手段】 薄板環状の多数枚のコアシートを積層する。積層する多数枚のコアシートを積載可能な基台１９と、基台１９の上面１９１に対し垂直な中心線３から径外方向の同径位置で上面１９１に対し垂直方向に立ち上がり、上面１９１上で中心線３からの径方向距離を変更可能な４本の内径ガイド３２、３３、３４、３５と、基台１９の上面１９１に対し垂直な中心線３から径外方向の同径位置で上面１９１に対し垂直方向に立ち上がり、上面１９１上で中心線３からの径方向距離を変更可能本のスロットガイド４２、４３、４４、４５とを備える。ステップモータ９の駆動によりリンク機構８を経由して、内径ガイド３２、３３、３４、３５及びスロットガイド４２、４３、４４、４５の中心線３からの各径方向距離を変更可能である。【選択図】図２

Description

本発明は、回転電機用ステータコアの製造装置及び製造方法に関する。

従来、回転電機用のステータコアは、薄板環状の電磁鋼板のコアシートを積層し、溶接して製造している。
一般に、ステータコアの製造時、未溶接の多数枚のコアシートを積層すると、例えば２００ｍｍもの積層高さとなるため、積層するコアの底面と積み上がる方向との直角度が低下したり、積み上がる方向にコアシートがねじれを生じるという不具合を生じる傾向がある。

未溶接のコアシートを積層するとき、積層するコアの直進性を高める技術、及び、積層方向の軸中心線に対するひねり度の誤差を低減する技術は知られていない。

ここに、積層するコアの「直進性」とは、積層したコアシートの底面に対する積層方向の直角度の精度をいう。「ひねり度」とは、積層したコアシートの底面に対する積層方向のねじれの誤差の大きさの程度をいう。

特開２０１０－２００５０５号公報 特開２０１５－３３２９０号公報

従来の高厚材積層方法として、数十ｍｍ以下の厚みで予めを接合しておいた低厚コアをさらに積層して複数の低厚コア同士を溶接するという方法では、一個のステータコアを製造する工程で２段階の接合工程を経由するため、工数が増大及び工程が複雑になるという問題がある。

特許文献１は、ステータコアのスロットに絶縁を確保する目的のスロット紙を挿入する技術を開示している。特許文献２は、ステータコアのスロットに至る連通路に温度センサを挿入する技術を開示している。

特許文献１、特許文献２のいずれにおいても、製造時における上記コアシートの積層するコアの「直進性」及び「ひねり度」は課題として認識されていない。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、積層するコアの直進性を高め、ひねり度を低減する、回転電機用ステータコアの製造装置及び製造方法を提供することにある。

本発明の回転電機用ステータコアの製造装置は、薄板環状の多数枚のコアシートを積層する際にコア保持治具を用いる回転電機用ステータコアの製造装置であって、コアシート（１０）を積載可能な基台（１９）と、前記基台の上面（１９１）に対し垂直な中心線（３）から径外方向の同径位置で前記上面から垂直方向に立ち上がり、前記上面上で前記中心線からの径方向距離（ｒ１）を変更可能な複数本の内径ガイド（３２、３３、３４、３５）と、前記基台の上面に対し垂直な中心線から径外方向の同径位置で前記上面から垂直方向に立ち上がり、前記上面上で前記中心線からの径方向距離（ｒ２）を変更可能な複数本のスロットガイド（４２、４３、４４、４５）と、前記複数本の内径ガイド及び前記複数本のスロットガイドの前記中心線からの径方向距離を変更可能なリンク機構（８）と、前記リンク機構を駆動する駆動部（９）とを備える構成を採用する。

上記の構成をもつ回転電機用ステータコアの製造装置によると、所定枚数のコアシートを基台の上に投入する際、コアシートのティースの内壁に径外方向に複数本の内径ガイドを押圧し、コアシートの隣り合うティース間の複数のスロットに複数のスロットガイドを嵌合する。したがって、積層する各コアシートの位置決めを的確に行うことができるため、積層するコアの直進性を向上し、ひねり度を低減することができる。

ステータコアを製造するに際し、溶接前のコアシートを積層する工程において、工数を低減し、簡易な工程により、積層するコアの直進性が高く、ひねり度を低減した溶接前の積層したコア（積層コア）を製造することができる。

本発明の回転電機用ステータコアの製造方法は、薄板環状の多数枚のコアシートを積層する工程と、積層したコアシートの内壁に内径ガイドを押圧して案内する工程と、積層したコアシートの隣り合うティース間にスロットガイドを挿入し案内する工程と、積層したコアシートのコア積厚を計測する工程と、計測の結果、コア積厚（積層コアの厚み）が目標コア積厚より大きいとき、差分の余った積厚分の積層コアを取り出す工程を含む。

本発明の回転電機用ステータコアの製造装置によると、コア保持治具の基台の上空に上空ガイドを設けることにより、直角性及びひねり度の精度が高くなる効果がある。

本発明の回転電機用ステータコアの製造装置によると、コアシートの投入及び排出が可能なローディング装置により、コア積層の厚さを調整する効果がある。

本発明の回転電機用ステータコアの製造装置によると、コア保持治具の基台上に設置される上空ガイドにより、ローディング装置で未接合状態のコアを持ち上げる際にコアシートの位置をずれないようにする効果がある。

本発明の回転電機用ステータコアの製造装置によると、上空ガイドがコア保持治具の基台上のコアの位置まで下降することにより、コアが上空ガイドから外れないようにする効果がある。

本発明の回転電機用ステータコアの製造装置によると、上空ガイドを下降した状態で、ローディング装置によりコアシートを追加することにより、コアの積層の厚さを高くする効果がある。

本発明の回転電機用ステータコアの製造装置によると、上空ガイドを下降した状態で、ローディング装置によりコアシートを除去することにより、コアの積層の厚さを低くする効果がある。

本発明の回転電機用ステータコアの製造装置によると、上空ガイドが長くたわむことから、案内装置を設けることにより、コアを持ち上げる際に、案内装置がコア保持治具の基台上の位置まで下降し、上空ガイドのたわみを規制する効果がある。

本発明の第一実施形態による回転電機用ステータコアの製造装置の正面図。 本発明の第一実施形態による回転電機用ステータコアの製造装置のコア保持治具と上空ガイドを示す斜視図。 本発明の第一実施形態による回転電機用ステータコアの製造装置の上空ガイドの下降時のコア保持治具と上空ガイドを示す横断面図。 本発明の第一実施形態による回転電機用ステータコアの製造装置のワーク排出ローディング装置の正面図。 本発明の第一実施形態によるコアシートの平面図。 図５のＶＩ方向矢視図。 本発明の第一実施形態による回転電機用ステータコアの製造装置により製造された積層コアの斜視図。 本発明の第一実施形態による回転電機用ステータコアの製造装置により積層コアを製造する工程を示すフローチャート。

以下、本発明の実施形態による回転電機用ステータコアの製造装置を図面に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。

（第一実施形態）
本発明の第一実施形態について図１から図８に基づいて説明する。
図１に示すように、回転電機用ステータコアの製造装置は、基台１９を有する第１のコア保持治具１６、基台１９を有する第２のコア保持治具２６、上空機構５１、ワーク投入ローディング装置３０、及びワーク排出ローディング装置５０を備える。

図５及び図６は、ステータコアの製造装置に投入する電磁鋼板の薄板材からなる１枚のコアシートを示す。

ワークに相当するコアシート１０は、材料が電磁鋼板からなり、薄板円環状の基本形状をしている。コアシート１０は、円環状のベース部１４に、円周方向に等間隔で４８個のティース１１が径内方向に突き出している。隣り合うティース１１の間には、４８個のスロット１２が形成されている。ティース１１の径内方向端である内壁１１０は、コアシート１０の実質的な内壁１３を形成している。

図７は、第一実施形態のステータコアの製造装置により製造された積層コアを示している。積層コア２０は、積層された多数枚の円環状のコアシート１０が同一中心軸線をもつように、かつ中心軸線方向に隣り合うティースとティースが重なり合うように、結果として図７において上方からみると、ティースの側壁で形成されるスロット１２が凹凸なしの直進性を有する溝状に形成される。

図１に示すように、ステータコアの製造装置１は、ワークに相当するコアシート１０を第２のコア保持具２６に投入するワーク投入ローディング装置３０と、所望の積層コアを製造するステーション４０と、ステーション４０から積層コア２０を排出するワーク排出ローディング装置５０とを備える。

ワーク投入ローディング装置３０は、コアシート１０を必要枚数だけ１回ないし複数回に分けて第１のコア保持治具１６に投入する。
コア保持治具１６、２６は、治具本体１７が搬送路に沿って移動可能である。

図２に示すように、第１の保持治具１６は治具本体１７のベース１８の上にリンク機構８を設けている。このリンク機構８は、駆動部に相当するサーボモータ９によって駆動される。ベース１８の上には、コアシート１０を載置可能な円盤状の基台１９が設けられている。

基台１９は、上面から下面を連通する案内孔２９を有する。案内孔２９は、４本の内径ガイド３２、３３、３４、３５と、４本のスロットガイド４２、４３、４４、４５とを挿通する。

内径ガイド３２、３３、３４、３５は、基本的横断面形状が円形状の長尺状の案内部材であって、作動時、積層される多数枚のコアシート１０のティース１１の内壁１１０に当接し、各コアシート１０の位置ずれを矯正する。

スロットガイド４２、４３、４４、４５は、横断面形状が矩形状の長尺状の案内部材であって、作動時、積層される多数枚のコアシート１０のスロット１２に挿通し、各コアシートの位置ずれを矯正する。

基台１９の案内孔２９の内壁は、４本の内径ガイド３２、３３、３４、３５をそれぞれ径方向に移動可能に規制する。また案内孔２９の内壁は、４本のスロットガイド４２、４３、４４、４５をそれぞれ径方向に移動可能に規制する。

４本の内径ガイド３２、３３、３４、３５と４本のスロットガイド４２、４３、４４、４５の中心線３からの径方向距離は、サーボモータ９の駆動によりリンク機構８を経由して可変になっている。コアシートの形態に応じて４本の内径ガイドの同一径方向距離ｒ１及び４本のスロットガイドの同一径方向距離ｒ２を調節する。

４本の内径ガイド３２、３３、３４、３５は、基台１９の上面１９１に対し垂直な中心線３から径外方向の同径位置で上面１９１に対し垂直に立ち上がり、上面１９１上で中心線３からの径方向距離を変更可能である。
４本のスロットガイド４２、４３、４４、４５は、基台１９の上面１９１に対し垂直な中心線３から径外方向の同径位置で上面１９１に対し垂直に立ち上がり、上面１９１上で中心線３からの距離を変更可能である。

図１において、第１の保持治具１６は、ワーク投入ローディング装置３０とステーション４０との間の搬送路を往復動可能である。第２の保持治具２６の構成については、第１保持治具の構成と同様であるので、説明を省略する。第２の保持治具２６は、ステーション４０とワーク排出ローディング装置５０との間の搬送路を往復移動可能である。

ステーション４０は、積層された多数枚のコアシートを載置した第１保持治具を搬入する。
ステーション４０は、図２に示すように、上空機構５１を備えている。

上空機構５１は、作動時、積層された多数枚のコアシートに圧力を作用させることが可能なプレート５２を備える。プレート５２は、基台１９に積層される多数枚のコアシート１０の上面から押圧することで、積層されるコアシート１０に圧力を作用する。これにより、積層されたコアシートを接合する。

上空機構５１は、プレート５２から垂下する４本の上空ガイド６２、６３、６４、６５を備える。上空ガイド６２、６３、６４、６５は、図３に示すように、作動時、スロット１２に嵌合し、積層されたコアシート１０の「ひねり度」の大きさを低減することができる。

ここに、図３は、ステーション４０において、基台１９上に積層された多数枚のコアシートに、上述した内径ガイド３２、３３、３４、３５、スロットガイド、及び上空ガイド６２、６３、６４、６５が作用している状態で切断した横断面を表している。図３は、線図が複雑になるため、便宜上、コアシート切断面のハッチングを省略して表示している。

上空ガイド６２、６３、６４、６５は、図示しないローディング装置で未接合状態で積層されたコアシートを持ち上げる際にコアシートのスロットに入り込んでコアシートの位置をずれないようにする。

上空ガイド６２、６３、６４、６５は第１のコア保持治具１６の基台１９の積層された図示しない積層コアの位置まで下降し、積層コアが上空ガイド６２、６３、６４、６５から外れないようにする。

案内装置２８は、下降時に上空ガイド６２、６３、６４、６５のたわみを規制する。

ステーション４０は、積層されたコアシートのコア積厚を所望のコア積厚に切り出す図示しないローディング装置を備える。

計測した結果、コアの積厚が目標積厚より小さいときは、上空ガイド６２、６３、６４、６５を下降した状態で、ローディング装置によりコアシートを追加し、コアの積層の厚さを高くする。

計測した結果、コアの積厚が目標積厚より大きいときは、上空ガイド６２、６３、６４、６５を下降した状態で、前記ローディング装置により前記コアシートを除去し、コアの積層の厚さを低くする。

ステーション４０における作動は、次のとおりである。
図８に示すように、コアシート１０を載置した第１のコア保持治具１６をステーション４０に搬入する（ステップＳ９０）。搬入した積層されたコアシート１０に対しプレート５２が下降し、積層されたコアシート１０に圧力を作用し、積層されたコアシート１０を接合する。

このとき、内径ガイド３２、３３、３４、３５、スロットガイド４２、４３、４４、４５により、所望のコア積厚の積層されたコアシートについて、「直進性」が確保され、「ひねり度」が低減される。

積層コアのコア厚（コアの軸方向長さ）を計測するとき（ステップＳ９１）。積層コアのコア積厚を計測し、コア積厚例えば２５０ミリメートルの積層コアが搬入されたとき、目標コア積厚が例えば２００ミリメートルであれば、積層コアの最上位から２００ｍｍの位置に図示しないローディング装置の刃先を当て、取り出すべきコア積厚２００ｍｍの積層コアを切り出し、刃先で持ち上げる（ステップＳ９２）。

持ち上げる際にガイドからコアが外れないように上空ガイド６２、６３、６４、６５がコアの位置まで下降する（ステップＳ９３）。これにより、積層されたコアシートの位置がずれない。その後上空ガイド６２、６３、６４、６５が上昇し（ステップＳ９４）、目標コア積厚の積層コアを取り出し、排出ローディング装置により外部に搬出する（ステップＳ９５）。

ワーク排出ローディング装置５０は、図４において、積層コアを切り出す切刃５７を設けるアーム５５がフレーム５６に対し上下に昇降可能になっている。ステーション４０で取り出し（製造）した積層コアを次のステップに排出する。

本実施形態によると、多数枚のコアシートを積層する積層コアの直進性が高く、ひねり度の低い厚みの大きな高精度の積層コアを高効率に製造することができる。

一般に、ステータコアは、シート状の電磁鋼板をプレス加工で所望の形に成形し、成形した１枚の電磁鋼板（コアシート）を、積層装置で複数枚重ねて形成する。
モータの出力に合わせてステータコアを構成するコアシートの積層する枚数を変えている。出力が小さいモータではコアシートを積層する枚数を減らし、ステータコアの積厚を薄くしている。一方、出力が大きなモータでは、コアシートを積層する枚数を増やして、ステータコアの積厚を大きくしている。

（その他の実施形態）
上記実施形態において、積層コアのティースの数は４８個の例について説明したが、本発明のステータコアの製造装置により製造するステータコアのティースの数は限定されるものでない。

上記の実施形態について、内径ガイド、スロットガイド、及び上空ガイドの本数は、４本の形態について説明したが、本発明では、３本でも６本でもよく、本数は限られない。
コアシートの材質、大きさ、形状、ティースの数は上記の実施形態の数に限られない。

その他の実施形態の他の基本的構成は、第一実施形態と同様である。

以上、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。

１ ステータコアの製造装置、
３ 中心線、
８ リンク機構、
９ サーボモータ（駆動部）、
１０ コアシート、
１１ ティース、
１２ スロット、
１６ 第１のコア保持治具、
１９ 基台、
２０ 積層コア、
２６ 第２のコア保持治具、
２８ 案内装置、
２９ 案内孔、
３０ ワーク投入ローディング装置、
３２、３３、３４、３５ 内径ガイド、
４２、４３、４４、４５ スロットガイド、
６２、６３、６４、６５ 上空ガイド、
１１０ 内壁。

Claims (8)

1. 薄板環状の多数枚のコアシートを積層する際にコア保持治具を用いる回転電機用ステータコアの製造装置であって、
   コアシート（１０）を積載可能な基台（１９）と、
   前記基台の上面（１９１）に対し垂直な中心線（３）から径外方向の同径位置で前記上面に対し垂直に立ち上がり、前記上面上で前記中心線からの径方向距離（r１）を変更可能な複数本の内径ガイド（３２、３３、３４、３５）と、
   前記基台の前記上面に対し垂直な前記中心線から径外方向の同径位置で前記上面に対し垂直に立ち上がり、前記上面上で前記中心線からの径方向距離（r２）を変更可能な複数本のスロットガイド（４２、４３、４４、４５）と、
   前記複数本の内径ガイド及び前記複数本のスロットガイドの前記中心線からの径方向距離を変更可能なリンク機構（８）と、
   前記リンク機構を駆動する駆動部（９）と、を備える回転電機用ステータコアの製造装置。
2. コアシートは、円環状のベース部（１４）と、前記ベース部の径内方向に突き出す多数のティース（１１）を備え、隣り合う前記ティース間にスロット（１２）を有する請求項１記載の回転電機用ステータコアの製造装置。
3. 前記内径ガイドは、長尺状の案内部材であって、前記ティースの内壁（１１０）を案内する請求項２記載の回転電機用ステータコアの製造装置。
4. 前記スロットガイドは、長尺状の案内部材であって、前記スロットを形成する前記ティースの側壁（１１１）を案内する請求項２記載の回転電機用ステータコアの製造装置。
5. 前記基台に積載したコアシートの上面から加圧するプレート（５２）を備えた請求項１記載の回転電機用ステータコアの製造装置。
6. 積層されるコアシートの隣り合う前記ティース間に挿入可能な複数本の上空ガイド（６２、６３、６４、６５）を備えた請求項２記載の回転電機用ステータコアの製造装置。
7. 積層するコアを持ち上げる際に前記基台上の位置まで下降し、前記上空ガイドのたわみを規制する案内装置（２８）を備える請求項６記載の回転電機用ステータコアの製造装置。
8. 薄板環状の多数枚のコアシートを積層する工程と、
   積層したコアシートの内壁に内径ガイドを押圧して案内する工程と、
   積層したコアシートの隣り合うティース間にスロットガイドを挿入し案内する工程と、
   積層したコアシートのコア積厚を計測する工程と、
   計測の結果、コア積厚が目標コア積厚より大きいとき、差分の余った積厚分の積層コアを取り出す工程とを含む回転電機用ステータコアの製造方法。

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