JP4722970B2 - 積層鉄心の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、帯状鋼板から固定子片を板取し、積層、結合して積層鉄心を製造する、積層鉄心の製造方法に関する。

従来、固定子鉄心においては、特許文献１に開示されるように、図１１に示す圧延鋼板ｗから連結ユニット板１０５ａ、１０５ｂを、向きを正逆、逆さにして打ち抜き加工している。

この外形打ち抜きを行う際、所定枚数毎に回転ダイ１２８に取り付けられたダイを１８０度回転させて、一方の連結ユニット板１０５ａと他方の連結ユニット板１０５ｂとが積層されるようにしている。

このように積層することで、圧延鋼板ｗの幅方向に沿って生じた板厚偏差を相殺し、図１２(ａ)に示す均一な積み厚のユニット積層体１００が製造されている。

このユニット積層体１００は、連結部１０４を介して直線状に配置されているので、各連結部１０４を折り曲げて図１２(ｂ)に示す環状の固定子鉄心２００にしている。
特開平９−２１６０２０号公報

ところで、上述の固定子鉄心２００を構成する連結ユニット板１０５ａ、１０５ｂは、通常、図１１に示すように、材料である圧延鋼板ｗの幅方向に沿って板取りするため、回転子鉄心は別に生産しなければならず、生産性が低く、金型費用を含めた生産コストが高騰するという問題を有している。

また、この固定子鉄心２００では、材料の製造上発生する板厚偏差を解消するため、図１１に示すように、連結ユニット板１０５ａ、１０５ｂの所定枚数毎に外形抜き工程で外形抜きダイを１８０度回転させているが、直線状の鉄心を回転させるため大型のダイ回転機構が必要となっている。

また、上述の環状の固定子鉄心２００では、スキューの形成が困難である。

本発明は上記実状に鑑み、帯状鋼板から固定子片および回転子片の双方を板取りできるとともに、鉄心片を回転積層(転積)して板厚偏差を解消することができ、かつ、スキューの形成も可能である積層鉄心の製造方法の提供を目的とする。

本発明の請求項１に関わる積層鉄心の製造方法は、所定枚数の鉄心片をカシメ積層して成り、環形状のヨーク部と該ヨーク部の内方に突出する所定数のティース部とを備え、前記環形状のヨーク部を任意形状に展開するために分離する切断部と、前記ティース部が突出するとともに隣接する前記各ヨーク部の間を連結し、前記各ティース部へのコイル巻線時に前記切断部にて分離されるヨーク部を任意形状に展開する屈曲自在な所定数の連結部とを備えて成る積層鉄心を製造するための積層鉄心の製造方法であって、
薄板材料から回転子鉄心片を打抜き形成した後、該薄板材料上において環形状とした前記鉄心片のヨーク部形成領域に、前記連結部に連続する小穴を形成する小穴抜き工程と、
前記小穴に連続する第１、第２の切断ラインおよび前記切断部の第３の切断ラインを剪断分離するとともに前記第１、第２の切断ラインおよび前記第３の切断ラインにより形成された部位を曲げ加工し、該曲げ加工した部位を押し戻す切曲げおよびプッシュバック工程と、
前記薄板材料に所定数のスロットを打抜き形成することにより所定数のティース部を形成するスロット抜き工程と、
前記所定数のティース部における歯先を打抜き形成する内径抜き工程と、
前記鉄心片の外形を環形状に打抜いて個々の前記鉄心片を分離形成するとともに、該鉄心片を先に打抜き形成された下層の鉄心片に積層してカシメ結合するカシメ積層工程とを含み、
しかも、前記切曲げおよびプッシュバック工程での前記第１の切断ラインは、隣接して環状となった前記ヨーク部で当接可能な連結用凸部と連結用凹部を形成するとともに、前記第３の切断ラインは、前記切断部を挟んで隣り合う前記ヨーク部が当接する切断凸部と切断凹部を形成することを特徴としている。

本発明の請求項１に関わる積層鉄心の製造方法によれば、積層鉄心を製造するための金型の製作が容易である。

また、薄板材料からの固定子鉄片と回転子鉄片との共取りが可能であり、生産コストが低減できる。

また、鉄心片を回転積層することが可能であり、回転積層すれば鉄心片の薄板材料の板厚偏差を解消することができ、所望の形状の積層鉄心が得られる。

また、鉄心片の積層に際してスキュー角を付与することができ、積層鉄心にスキューを施すことが可能であり、スキューを施せば、電動機のトルクによる衝撃を防止できる。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。

本発明を用いて製造された電動機の固定子を構成する積層鉄心１は、その平面図の図１(ａ)に示すように、環形状を呈するヨーク部２、２・・・と、該ヨーク部２の内方に突出し、それぞれコイル(図示せず)が巻線される所定数のティース部３、３・・・とを備えている。

この積層鉄心１は、その側面図の図１(ｂ)に示すように、ヨーク部２、２・・・とティース部３、３・・・とが形成された環状鉄心片１ｔを、所定枚数積層しカシメ部ｋ、ｋ・・・を用いてカシメて互いに接合されている。

上記積層鉄心１は、ヨーク部２、２・・・を任意形状に展開するための切断部ｃと所定数の屈曲自在な連結部ｒ、ｒ・・・とを有しており、これら連結部ｒ、ｒ・・・を介して環状に各ヨーク部２が連結されている。

そのため、各ティース部３へのコイルの巻線工程時には、その展開図である図２に示すように、ヨーク部２、２・・・を、切断部ｃで分離して連結部ｒを介して任意形状、例えば直線状に展開することができる。

図１に示すように、この積層鉄心１を構成する各環状鉄心片１ｔには、互いに接合するための円形の半抜き状のカシメ部ｋが設けられており、また、ヨーク部２を連結する連結部ｒに連続して、それぞれ連結用小穴ｒ1が穿孔され、さらに、連結用小穴ｒ1から連続して、連結用凸部ｒ2と該連結用凸部ｒ2に会合する連結用凹部ｒ3とを形成する第１の切断ラインｒcが形成されている。そして、この小穴ｒ１から第２の切断ラインｒｃ２が形成されている。

これらの対応する連結用凸部ｒ2と連結用凹部ｒ3とが当接することにより、各ヨーク部２が互いに隣接し、環状を呈している。

また、環状鉄心片１ｔには、ヨーク部２、２を分離する切断部ｃとして、切断凸部ｃ1と該切断凸部ｃ1に会合する切断凹部ｃ2とを形成する第３の切断ラインｃlが、ヨーク部２を半径方向に横断して形成されている。この切断凸部ｃ1と切断凹部ｃ2とが当接することにより、切断部ｃを挟んで隣り合うヨーク部２、２同士が隣接している。

このような切断部ｃおよび所定数の連結部ｒを、各環状鉄心片１ｔに形成することにより、この環状鉄心片１ｔが積層された積層鉄心１の各ティース部３へのコイルの巻線に際し、図２に示すように、積層鉄心１を、切断部ｃにて分離して各連結部ｒを屈曲させることで、任意形状に展開することができ、巻線工程を円滑かつ容易に遂行できる。

次に、上述した構成の積層鉄心１を製造する方法について、各工程を示す図３〜図５を用いて説明する。

図３〜図５は、加工工程における帯状鋼板(薄板材料)Ｗの平面図であり、積層鉄心１を製造するための順送り金型装置は、小穴抜きステーションＳ１、切曲げおよびプッシュバックステーションＳ２、切曲げ部面打ちステーションＳ３、スロット抜きステーションＳ４、第１カシメ部形成ステーションＳ５、第２カシメ部形成ステーションＳ６、内径抜きステーションＳ７、およびブランク抜きおよび回し積みステーションＳ８を備えている。

なお、この順送り金型装置においては、上述した各ステーションＳ１〜Ｓ８に先んじて、回転子鉄心片(図示せず)を順次形成して回転子鉄心(図示せず)を製造するための加工ステーションを備えており、共通する一台の順送り金型装置によって回転子鉄心と固定子鉄心とが製造されることとなる。

すなわち、回転子鉄心を積層して構成する回転子鉄心片と、固定子鉄心１を構成する環状鉄心片１ｔとが、同一の帯状鋼板Ｗ上において材料取りされている。

まず、各工程に先立ち、帯状鋼板Ｗが準備され、そして、前工程として、図示していない先行する加工ステーションにおいて、環状鉄心片１t、１t、・・・の中央域に、回転子鉄心を構成する回転子鉄心片が材料取りされ、丸穴状の開口Ｏが形成される。

続いて、積層鉄心１の製造工程に移行し、まず、小穴抜きステーションＳ１において、帯状鋼板Ｗにおける環状鉄心片１ｔを形成する領域の外周部の連結部ｒ、ｒ、・・・形成領域に連続して、所定数(実施例では７つ)の連結用小穴ｒ1、ｒ1、・・・をプレス抜きする。(小穴抜き工程)
次に、切曲げおよびプッシュバックステーションＳ２において、各環状鉄心片１t形成領域における隣接するヨーク部２形成領域間に、連結用凸部ｒ2と該連結用凸部ｒ2に会合する連結用凹部ｒ3とを形成する所定数の第１の切断ラインｒc、ｒc、・・・、第２の切断ラインｒc２、ｒc２、・・・および切断凸部ｃ1と該切断凸部ｃ1に会合する切断凹部ｃ2とを形成する一つの第３の切断ラインｃlを、剪断分離するとともに連結用凸部ｒ2、・・・および切断凸部ｃ1を曲げ加工する。

すなわち、環状鉄心片１tの平面図である図６の斜線部で示す連結用凸部ｒ2、・・・および切断部ｃの切断凸部ｃ1に、剪断加工および曲げ加工が行われる。

引き続き、曲げ加工された連結用凸部ｒ2、・・・および切断凸部ｃ1を帯状鋼板Ｗと面一になるように押し戻す。

すなわち、切曲げおよびプッシュバックステーションＳ２においては、パンチとダイとによって、帯状鋼板Ｗが第１の切断ラインｒc、ｒc、・・・、第２の切断ラインｒc２、ｒc２、・・・および第３の切断ラインｃlに沿って、パンチの下降により剪断分離されるとともに連結用凸部ｒ2、・・・および切断凸部ｃ1が下方に向けて曲げ成形された後、曲げ加工された連結用凸部ｒ2、・・・および切断凸部ｃ1を、プッシュバックスライダ(図示せず)により帯状鋼板Ｗと面一になるように押し戻す。(切曲げおよびプッシュバック工程)
なお、第１の切断ラインｒc、ｒc、・・・、第２の切断ラインｒ２c、ｒc２、・・・および切断部ｃの第３の切断ラインｃｌの形状は、剪断分離しかつ曲げ加工し得る形態であれば、実施例に限定されることなく適宜に設定し得るものであることは言うまでもない。

切曲げ部面打ちステーションＳ３においては、帯状鋼板Ｗをダイとストリッパプレートとで挟み付け、曲げ加工された連結用凸部ｒ2、・・・および切断凸部ｃ1をストリッパプレートの下面で上方から面打ちすることで、連結用凸部ｒ2、・・・および切断凸部ｃ1を帯状鋼板Ｗと面一に成るように成形する。

その後、図４に示すスロット抜きステーションＳ４において、開口Ｏの周囲に所定数のスロットＳ、Ｓ…を打抜くことにより、開口Ｏを中心として所定数のティース部３、３、・・・を形成する。(スロット抜き工程)
次いで、第１カシメ部形成ステーションＳ５、第２カシメ部形成ステーションＳ６において、所定箇所にカシメ部ｋ、ｋ、・・・を形成する。

すなわち、第１カシメ部形成ステーションＳ５においては、一つの積層鉄心１を構成する最下層の環状鉄心片１tに対してのみ、カシメ部ｋとしてカシメの肉が嵌入すべく丸穴ｋ1を穿孔し、第２カシメ部形成ステーションＳ６においては、最下層以外の環状鉄心片１tに対してカシメ部ｋとして円形の半抜きｋ2を施す加工を行う。

この後、図５に示す内径抜きステーションＳ７において、各々のティース部３における歯先３ｔを打抜き形成する。(内径抜き工程)
次いで、ブランク抜きおよび回し積みステーションＳ８において、各環状鉄心片１tにおけるヨーク部２の外径を打ち抜き、個々の環状鉄心片１tを形成する。

そして、所定の形状に形成された各環状鉄心片１t、１t・・・を、先に形成された図示していない環状鉄心片１t、１t・・・に、１８０°回転させて積層するとともに、各々のカシメ部ｋ、ｋ・・・を介して互いにカシメ結合する。

すなわち、ブランク抜きおよび回し積みステーションＳ８においては、個々の環状鉄心片１t、１t・・・を打抜き形成するとともに、各環状鉄心片１tを所定の枚数、１８０°回し積みして積層しカシメ部ｋ、ｋ、・・・でカシメ結合することで、図１に示す積層鉄心１が製造されることとなる。(カシメ積層工程)
なお、ステーションＳ８において、各環状鉄心片１t、１t・・・を積層する際にスキュー角を付与することも可能である。この場合、カシメ部ｋの構成は、スキューに対応した構成(後述)にする必要がある。

また、ステーションＳ８において、各環状鉄心片１t、１t・・・を回し積みすることなく、スキュー角をのみ付与して積層することも可能であり、また、各環状鉄心片１t、１t・・・を回し積みおよびスキュー角を付与することなく、単に、積層してカシメ結合してもよい。

そして、順送り金型装置から取り出された積層鉄心１は、図２に示すように、切断部ｃにて分離して各連結部ｒを屈曲させることで、任意形状に展開、例えば、直線状に展開して、各ティース部３へのコイルの巻線工程が遂行される。

この巻線工程が終了すると、再度、図１に示すように、切断部ｃを互いに当接して環状の電動機の固定子が完成する。

上記構成によれば、このタイプの固定子の積層鉄心は、従来、鋼板に直線状に材料取りして形成していたが、周方向一体型の積層鉄心と同様に製造することが可能となり、金型製作が容易になる。

また、積層鉄心１を構成する所定数の環状鉄心片１tを、図３〜図５に示す如く環状に連結させた形態で材料取りすることが可能となり、もって回転子鉄心片と共に同一の帯状鋼板Ｗ上に材料取りすることができ、これによって同一の順送り金型装置を用いて回転子鉄心と共に固定子の積層鉄心１を製造することが可能となる。

よって、材料コストの削減、加工コストの低減等、積層鉄心１の生産に関わるコストが低下し、固定子鉄心および回転子鉄心を含めた電動機全体の生産コストを大きく削減できる。

また、所定の形状に形成された各環状鉄心片１t、１t・・・を、先に形成された図示していない環状鉄心片１t、１t・・・に、任意の角度(例えば、１８０°)回転させて積層し互いに接合することにより、帯状鋼板Ｗに内在する材料の板厚偏差に起因する積層鉄心１の形状不良を解消することができる。

また、積層鉄心１にスキューを施せば、電動機の起動トルク等の急峻なトルクの発生を防止でき、電動機のトルクによる衝撃の発生を防止できる。

図７には、上述の積層鉄心１の変形例１である積層鉄心１１を示している。

変形例１においては、側面図の図７(ｂ)に示すように、最上層、中層、最下層に配置される環状鉄心片１１t1、１１t2、１１t3のみ、前述の環状鉄心片１tと同様な構成であり、図７(ａ)に示すように、ヨーク部１2、１2、・・・が、切断部ｃ10にて分離され各連結部ｒ10を介して環状に連結している。

この環状鉄心片１１t1、１１t2、１１t3以外の鉄心片は、ティース部１3を有する各ヨーク部１2が、それぞれ分離した構造の分割鉄心片１１t4、１１t4、・・・である。

これら分割鉄心片１１t4、１１t4、・・・および上、中、下の環状鉄心片１１t1、１１t2、１１t3は、カシメ部ｋ10、・・・によってカシメ接合されて、積層鉄心１１を構成している。

上記構成によれば、上、中、下の環状鉄心片１１t1、１１t2、１１t3の各連結用凸部ｒ12、…および連結部ｒ10等は、曲げ加工により多少なりとも変形し、これらの環状鉄心片１１t1、１１t2、１１t3のみを積層すると、積層コア間に隙間が生じてしまう。

一方、上、中、下の環状鉄心片１１t1、１１t2、１１t3以外の鉄心片は、分割鉄心片１１t4、１１t4、・・・であるため、連結用凸部ｒ12および連結部ｒ10等を有さず曲げ加工が行われないため変形することはない。

そのため、環状鉄心片１１t1、１１t2、１１t3および分割鉄心片１１t4、１１t4、・・・を積層することにより、帯状鋼板Ｗの平らな構造を可及的に保持でき、積層コア間の隙間の発生を未然に防止できる。

なお、上記変形例１においては、環状鉄心片１１t1、１１t2、１１t3を積層鉄心１１の最上層、中層、最下層に配置した場合を例示したが、最上層および最下層にのみ配置することもできるし、或いは、最上層または最下層の一方にのみ配置することもできる。

この場合も、積層コア間の隙間の発生を未然に防止できるという作用効果を奏する。

図８には、前述の積層鉄心１の変形例２である積層鉄心２１を示している。

変形例２においては、平面図の図８(ａ)に示すように、積層鉄心１の環状鉄心片１tと同様に構成した環状鉄心片２1t1と、この環状鉄心片２1t1における各連結用凸部ｒ２21と該連結用凸部ｒ２21に会合する連結用凹部ｒ２31とを形成する切断ラインｒc２1、ｒc２1、・・・に対して、逆向きに形成した連結用凸部ｒ２22と連結用凹部ｒ２32とを形成する切断ラインｒc２2、ｒc２2、・・・を有する環状鉄心片２1t2とを、側面図の図８(ｂ)に示すように、交互に積層してカシメ部ｋ20、・・・にてカシメ接合している。

なお、切断部ｃ20である切断凸部ｃ21と該切断凸部ｃ21に会合する切断凹部ｃ22とを形成する切断ラインｃｌは、環状鉄心片２1t1および環状鉄心片２1t2とも、同一形状に形成されている。

この積層鉄心２１においても、ティース部２３へのコイルの巻線工程時には、ヨーク部２２を、切断部ｃ20で分離して連結部ｒ20、ｒ20、…を介して任意の形状に展開することができる。

図９、１０には、前述の積層鉄心１の変形例３である積層鉄心３１を示している。

変形例３の積層鉄心３１は、平面図の図９(ａ)、展開平面図の図９(ｂ)に示すように、分割鉄心片３１t2、３１t2、・・・および環状鉄心片３１t1をスキュー角を形成して積層し、カシメ部ｋ３０、・・・にてカシメ結合したものである。

この積層鉄心３１においては、最下層に配置される環状鉄心片３１t1が、積層鉄心１の環状鉄心片１tと近似した構成であり、ヨーク部３２が所定数の連結部ｒ30を介して環状に連結されている。

最下層以外の鉄心片は、図９(ｂ)、図１０(ａ)に示すように、分割鉄心片３１t2、３１t2、・・・であり、それぞれティース部３３を有するヨーク部３２を具え、各々、分割されている。

これらの鉄心片の結合に使用されるカシメ部ｋ３０は、図９に示すように、それぞれスキュー捨て孔ｋ３1を形成し、また、分割鉄心片３１t2、３１t2、・・・には爪部ｋ３2を所定形状に曲げ加工し、最下層の環状鉄心片３１t1のみには、爪部ｋ３2が嵌入するための孔を穿孔している。

この積層鉄心３１は、最下層の環状鉄心片３１t1上に、分割構造の所定数の分割鉄心片３１t2、３１t2、・・・をスキュー角をもって積層し、カシメ部ｋ３０にてカシメ結合して製造されている。

積層鉄心３１のティース部３３へコイルを巻線するに際しては、図９(ａ)に示す状態から、図９(ｂ)に示す如く展開し、図１０に示す直線状等の任意の形状にすることができる。

上記構成によれば、積層鉄心３１にスキューが施されているので、電動機の起動トルクが急峻に発生することを防止でき、電動機のトルクによる衝撃の発生を防止できる。

なお、変形例３の積層鉄心３１においては、最下層の鉄心片を連結構造とした場合を例示したが、最下層の鉄心片に代えて、最上層の鉄心片を連結構造としてもよい。

電動機の固定子に類似した構成要素に本発明を有効活用できる。

(ａ)および(ｂ)は、本発明に関わる実施例の積層鉄心を示す平面図および側面図。 本発明に関わる実施例の積層鉄心を展開した状態を示す平面図。 本発明に関わる実施例の積層鉄心を製造する順送り金型装置の各ステーションにおける加工工程を示す帯状鋼板の平面図。 本発明に関わる実施例の積層鉄心を製造する順送り金型装置の各ステーションにおける加工工程を示す帯状鋼板の平面図。 本発明に関わる実施例の積層鉄心を製造する順送り金型装置の各ステーションにおける加工工程を示す帯状鋼板の平面図。 本発明に関わる実施例の環状鉄心片における切曲げが行われる部位を示す拡大平面図。 (ａ)および(ｂ)は、本発明に関わる実施例の変形例１の積層鉄心を示す平面図および側面図。 (ａ)および(ｂ)は、本発明に関わる実施例の変形例２の積層鉄心を示す平面図および側面図。 (ａ)および(ｂ)は、本発明に関わる実施例の変形例３の積層鉄心を示す平面図、およびこの積層鉄心を展開した状態を示す平面図。 (ａ)および(ｂ)は、本発明に関わる実施例の変形例３の積層鉄心を直線状に展開した状態を示す平面図および側面図。 従来のユニット積層体を製作する工程を示す平面図。 (ａ)および(ｂ)は、従来の順送り金型装置で成形されるユニット積層体の形状を示す斜視図、および従来のユニット積層体を巻回して製作された環状鉄心製品の形状を示す斜視図。

１、２１：積層鉄心、１１：積層鉄心、３１：積層鉄心、２、２２：ヨーク部、１2：ヨーク部、３、２３：ティース部、１3：ティース部、３ｔ：歯先、１ｔ、２1t1：環状鉄心片、１１t1、１１t2、１１t3：環状鉄心片、１１t4：分割鉄心片、３１t1：環状鉄心片、３１t2：分割鉄心片、ｃ、ｃ20：切断部、ｃ1：切断凸部（切断部の第３の切断ラインにより形成された部位）、ｃ10：切断部、ｃl：切断凸部と切断凹部とを形成する第３の切断ライン、ｒ、ｒ20：連結部、ｒ1：連結用小穴(小穴)、ｒ2：連結用凸部(小穴に連続する第１の切断ラインにより形成された部位)、ｒ10：連結部、ｒc：連結用凸部と連結用凹部とを形成する第１の切断ライン、ｒｃ２：第２の切断ライン、Ｓ：スロット、Ｗ：帯状鋼板(薄板材料)

Claims (1)

1. 所定枚数の鉄心片をカシメ積層して成り、環形状のヨーク部と該ヨーク部の内方に突出する所定数のティース部とを備え、前記環形状のヨーク部を任意形状に展開するために分離する切断部と、前記ティース部が突出するとともに隣接する前記各ヨーク部の間を連結し、前記各ティース部へのコイル巻線時に前記切断部にて分離されるヨーク部を任意形状に展開する屈曲自在な所定数の連結部とを備えて成る積層鉄心を製造するための積層鉄心の製造方法であって、
   薄板材料から回転子鉄心片を打抜き形成した後、該薄板材料上において環形状とした前記鉄心片のヨーク部形成領域に、前記連結部に連続する小穴を形成する小穴抜き工程と、
   前記小穴に連続する第１、第２の切断ラインおよび前記切断部の第３の切断ラインを剪断分離するとともに前記第１、第２の切断ラインおよび前記第３の切断ラインにより形成された部位を曲げ加工し、該曲げ加工した部位を押し戻す切曲げおよびプッシュバック工程と、
   前記薄板材料に所定数のスロットを打抜き形成することにより所定数のティース部を形成するスロット抜き工程と、
   前記所定数のティース部における歯先を打抜き形成する内径抜き工程と、
   前記鉄心片の外形を環形状に打抜いて個々の前記鉄心片を分離形成するとともに、該鉄心片を先に打抜き形成された下層の鉄心片に積層してカシメ結合するカシメ積層工程とを含み、
   しかも、前記切曲げおよびプッシュバック工程での前記第１の切断ラインは、隣接して環状となった前記ヨーク部で当接可能な連結用凸部と連結用凹部を形成するとともに、前記第３の切断ラインは、前記切断部を挟んで隣り合う前記ヨーク部が当接する切断凸部と切断凹部を形成することを特徴とする積層鉄心の製造方法。

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