JP5055020B2 - 連結型積層鉄心、電機子製造方法および順送り金型装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機の固定子等として用いられる連結型積層鉄心、電機子製造方法および順送り金型装置に関する。

回転電機用のステータコアやロータコアは、スロットやティース等を切削加工する作業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）を素材として順送り金型装置によって製造されることが多い。例えば、順送り金型装置でステータコアを製造する場合、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スロット、内径ティース、外形等の打抜き加工を順次行うことによって多数枚の環状鉄心薄板を連続的に得た後、これら環状鉄心薄板をダイやスクイズリング内で積層／一体化させる工程がとられる。この場合、積層ステータコアの内周側に放射状に突設された磁極部に巻線を施すことになるが、巻線治具の挿入代を確保することが難しいこと等から、磁極（コイル）の数や巻線の巻き量を多くすることができない等の問題があった。

そこで、順送り金型装置により、１つあるいは複数の磁極部を有するコア片を一列に配置し、隣り合うコア片を幅狭の連結部で連結した帯状の連結型積層鉄心を製造する方法が提案されている。このような連結型積層鉄心を採用すれば、各磁極部に巻線を施し（あるいは、巻線アセンブリを取り付け）、連結部を変形させながら環状に成形し、しかる後に各コア片をレーザ接合等によって一体化させることで、磁極の数や巻線の巻き量が多いステータを容易に製造することができる（特許文献１，２参照）。また、フープ材から帯状の鉄心薄板を打抜く場合には、環状の鉄心薄板を打抜くものに較べてスクラップの発生割合が少なくできるため、素材歩留まりの向上によって製品コストの低減等も実現できる。
特許３７２２５３９号公報 特開平１−２６４５４８号公報

連結型積層鉄心からステータを製造する特許文献１，２の方法は、上述した種々の特長を有するものの、連結部に係る以下の問題を内包していた。例えば、図１２（ａ）に示すように、各コア片３２を連結する連結部３３の周方向長さが長過ぎた場合、連結型積層鉄心４３を環状に成形した際に連結部３３が突っ張ってしまい、隣接するコア片３２の間に楔状の間隙ａが形成されてしまう。この場合、各コア片３２の周方向端部どうしを完全に当接させるためには大きな成形力を用いて連結部３３を圧縮させる必要があり、成形装置として大型のものが必要となる他、成形力を受けることによってコア片３２に歪み変形等が生じる虞があった。

一方、図１２（ｂ）に示すように、連結部３３の周方向長さが短か過ぎた場合、コア片３２の周方向端部どうしを当接させる際に大きな引張力（図中に矢印で示す）が作用して、連結部３３が破断してしまう虞があった。連結部３３が破断した場合、ステータの形状が環状に維持されなくなるため、殆ど完成状態になった製品を不良品として廃棄せざるを得なくなる。

このように、連結型積層鉄心における連結部の周方向長さは、環状成形時における非常に重要なファクターとなるため、その設定を厳密に行う必要があった。そこで、従来は、量産金型の製作に先立って、連結部の周方向長さが異なる多数の試作金型を製作する、あるいは、連結部の周方向長さ（すなわち、コア片間の距離）を微調整できる特殊な試作金型を製作することにより、連結部の最適な周方向長さを決定する必要があり、設計や金型製作、調整作業等に多大な工数や時間を要していた。

本発明は、このような背景に鑑みなされたものであり、コア片間の距離等に多少の誤差等が存在しても高精度な環状成形を可能とした連結型積層鉄心、電機子製造方法および順送り金型装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明に係る連結型積層鉄心は、円弧状のコア片を略一定幅の連結部によって連結してなる帯状の鉄心薄板を積層／一体化させてなり、前記連結部を構成する湾曲した易変形部が変形することによって前記コア片が連接した環状に成形される連結型積層鉄心であって、前記連結部は、前記コア片の外周側に開口した切欠内に配置されるとともに、当該切欠の向かい合う内側壁から当該内側壁に略直交する方向にそれぞれ突設された直状部を有し、前記易変形部は、当該両直状部の先端を連結するとともに、前記コア片の外周側に向けて突出する略Ｖ字状、略Ｗ字状、略Ｕ字状または略円弧状を呈し、前記成形時に隣り合うコア片との接続部位間の距離を変化させるように変形することを特徴とする。

また、請求項２の発明に係る連結型積層鉄心は、請求項１に記載された連結型積層鉄心において、前記成形が行われる前に、前記コア片に形成された磁極部に巻線が形成されることを特徴とする。

また、請求項３の発明に係る連結型積層鉄心は、請求項１または請求項２に記載された連結型積層鉄心において、前記コア片の周方向端部に径方向位置決め手段を備えたことを特徴とする。

また、請求項４の発明に係る電機子製造方法は、巻線を備えた磁極を内周側に有する環状の電機子を製造する方法であって、一列に並んだ複数のコア片と、当該コア片の外周側にあたる部位を連結する複数かつ略一定幅の連結部とを有する帯状の鉄心薄板を薄鋼板から順次打抜く工程と、前記鉄心薄板を外形打抜きするとともに、当該鉄心薄板を積層／一体化させることによって帯状の連結型積層鉄心を得る工程と、前記連結部を構成する湾曲した易変形部を変形させることによって前記連結型積層鉄心を環状に成形する工程と、前記コア片の周方向端部どうしを接合する工程とを含み、前記連結部は、前記コア片の外周側に開口した切欠内に配置されるとともに、当該切欠の向かい合う内側壁から当該内側壁に略直交する方向にそれぞれ突設された直状部を有し、前記易変形部は、前記両直状部の先端を連結するとともに、前記コア片の外周側に向けて突出する略Ｖ字状、略Ｗ字状、略Ｕ字状または略円弧状を呈し、前記成形時に隣り合うコア片との接続部位間の距離を変化させるように変形することを特徴とする。

また、請求項５の発明に係る電機子製造方法は、請求項４に記載された電機子製造方法において、前記連結型積層鉄心を環状に成形する工程の前に、前記コア片に形成された磁極部に巻線を施す、あるいは、巻線アセンブリを取り付けることによって磁極を形成する工程を更に含むことを特徴とする。

また、請求項６の発明に係る電機子製造方法は、請求項４または請求項５に記載された電機子製造方法において、前記コア片の周方向端部に径方向位置決め手段を形成する工程を更に含むことを特徴とする。

また、請求項７の発明に係る順送り金型装置は、一列に並んだ円弧状のコア片を略一定幅の連結部によって連結してなる帯状の鉄心薄板を薄鋼板から順次打抜き、打ち抜いた鉄心薄板を積層／一体化させる連結型積層鉄心を製造する順送り金型装置であって、前記連結部は、前記コア片の外周側に開口した切欠内に配置されるとともに、当該切欠の向かい合う内側壁から当該内側壁に略直交する方向にそれぞれ突設された直状部と、湾曲した易変形部とを有し、前記易変形部は、前記両直状部の先端を連結するとともに、前記コア片の外周側に向けて突出する略Ｖ字状、略Ｗ字状、略Ｕ字状または略円弧状を呈し、積層された前記鉄心薄板が環状に成形される時に隣り合うコア片との接続部位間の距離を変化させるように変形することを特徴とする。

また、請求項８の発明に係る順送り金型装置は、請求項７に記載された順送り金型装置法において、前記コア片の周方向端部に径方向位置決め手段が形成されたことを特徴とする。

請求項１の発明に係る連結型積層鉄心によれば、コア片間の距離等に多少の製造誤差等が存在しても、易変形部が撓むことによって環状に成形されやすくなる。また、請求項２の発明に係る連結型積層鉄心によれば、磁極部に対する巻線の形成が容易となり、生産性の向上等を実現できる。また、請求項３の発明に係る連結型積層鉄心によれば、コア片間の径方向位置ずれが生じ難くなり、正確な環状に成形されやすくなる。また、請求項４の発明に係る電機子製造方法によれば、コア片間の距離等に多少の製造誤差等が存在しても、易変形部が撓むことによって環状の電機子を得やすくなる。また、請求項５の発明に係る電機子製造方法によれば、磁極部に対する巻線の形成が容易となり、生産性の向上等を実現できる。また、請求項６の発明に係る電機子製造方法によれば、コア片間の径方向位置ずれが生じ難くなり、正確な環状を有する電機子を得やすくなる。また、請求項７の発明に係る順送り金型装置によれば、コア片間の距離等に多少の製造誤差等が存在しても、易変形部が撓むことによって環状に成型されやすい連結型積層鉄心を得やすくなる。

以下、図面を参照して、本発明をステータの製造に適用した実施形態やその変形例を詳細に説明する。

［実施形態］
図１は実施形態に係る順送り金型装置の概略構成図であり、図２は実施形態に係る連結型積層鉄心の斜視図であり、図３は図２中III部の拡大平面図であり、図４は実施形態に係るストリップレイアウト図である。

≪実施形態の構成≫
＜順送り金型装置＞
図１に示すように、実施形態に係る順送り金型装置１は、図示しない基台に設置される下型２と、下型２の上面に立設されたコラム３に案内されて上下動する上型４と、上型４と伴に下降してフープ材（帯状薄鋼板）Ｗを押さえるストリッパプレート５とを主要構成部材としている。下型２には第１〜第５ダイ１１〜１５がダイプレート６によって固定され、上型４には第１〜第５ダイ１１〜１５に対応する位置に第１〜第５パンチ２１〜２５が支持されている。また、下型２には第５ダイ１５の直下にスクイズリング１６が設置され、上型４には第３パンチ２３を駆動するパンチ駆動機構２６が内装されている。パンチ駆動機構２６は、カム２７とアクチュエータ（ソレノイドや流体シリンダ等）２８とから構成されており、第３パンチ２３を打抜位置と待避位置との間で進退駆動する。

＜連結型積層鉄心＞
図２に示すように、実施形態に係る連結型積層鉄心４３は、８個（図２中には、３個のみ示す）のコア片３２と、隣り合うコア片３２を連結する比較的幅狭の連結部３３とから構成されている。コア片３２は、巻線が施される磁極部３４と、外周側部分を形成する短円弧状の継鉄部（ヨーク）３５とからなっており、継鉄部３５の周方向端部３５ａ，３５ｂに３角形を呈する位置決め用の凹部（径方向位置決め手段）３６と凸部（径方向位置決め手段）３７とをそれぞれ有している。

図３（ａ）に示すように、連結部３３は、コア片３２の外周側に設けられており、内側に開いた略Ｖ字状の易変形部３３ａをその中央に有している。連結部３３の周方向長さ（隣り合うコア片３２との接続部位間の距離）Ｌは、図３（ｂ）に示すように連結型積層鉄心４３に環状となる方向に成形力を作用させた場合、先ず隣り合うコア片３２における継鉄部３５の周方向端部３５ａ，３５ｂが外周側でのみ当接する（すなわち、内周側では継鉄部３５の周方向端部３５ａ，３５ｂ間に若干の隙間Ｓが生じる）値に設定されている。なお、継鉄部３５の周方向端部３５ａ，３５ｂには、連結部３３を逃げるための切欠３８，３９がその外周側に形成されている。

≪実施形態の作用≫
＜連結型積層鉄心の形成＞
図４に示すように、順送り金型装置１内で間欠搬送されたフープ材Ｗ１には第１工程〜第５工程の打抜き加工が順次施される。
（１）第１工程・・・第１パンチ２１および第１ダイ１１によるパイロット穴５１の打抜き加工。
（２）第２工程・・・第２パンチ２２および第２ダイ１２によるつなぎ部５２の打抜き加工。
（３）第３工程・・・第３パンチ２３および第３ダイ１３による１枚目の鉄心薄板４１への計量孔（貫通孔）５３の打抜き加工。
（４）第４工程・・・第４パンチ２４および第４ダイ１４による２枚目以降の鉄心薄板４２へのかしめ部５４の半抜き加工。かしめ部５４は、計量孔５３に対して同位置かつ同形状（同一輪郭）に形成される。
（５）第５工程・・・第５パンチ２５および第５ダイ１５による鉄心薄板４１，４２の外形５５の打ち抜き加工。

第５ダイ１５内に打抜かれた鉄心薄板４１，４２は、第５ダイ１５およびスクイズリング１６内で積層／緊締されながら下降し、図５に示すように計量孔５３およびかしめ部５４によって固着／一体化され、図２に示す連結型積層鉄心４３となる。なお、１枚目の鉄心薄板４１は、フープ材Ｗから所定枚数（本実施形態では、１３枚）ごとに計量孔５３が打ち抜かれ、これにより積層厚みが決定される。

＜ステータの製造＞
順送り金型装置１によって形成された連結型積層鉄心４３は、図６（ａ）に示すように巻線治具（図示せず）によって各磁極部３４に巻線４６が施された後、図６（ｂ）に示すように環状に成形される。この際、継鉄部３５の周方向端部３５ａ，３５ｂに形成された位置決め用の凹部３６に凸部３７が嵌入することにより、コア片３２間の径方向におけるずれが殆ど生じない。しかる後、両端側のコア片３２（あるいは、各コア片３２）における継鉄部３５の周方向端部３５ａ，３５ｂがレーザ溶接によって接合されることにより、図７に示す環状のステータ４８が得られる。なお、磁極部３４への巻線４６は、連結型積層鉄心４３を環状に成形した後に施してもよい。

本実施形態では、連結型積層鉄心４３を環状に成形する際、図３に示したように、連結部３３の周方向長さＬは、連結型積層鉄心４３に環状となる方向に成形力を作用させた場合に、先ず隣り合うコア片３２の周方向端部３５ａ，３５ｂが外周側でのみ互いに当接する値に設定されているため、連結型積層鉄心４３が完全に環状になった時点では、図８（図７中のVIII部拡大図）に矢印で示すように連結部３３に引張力が作用する。ところが、本実施形態では、連結部３３の中央に易変形部３３ａが設けられているため、この易変形部３３ａが比較的容易に撓み変形することにより、従来装置で問題となっていた連結部３３の破断が生じなくなるとともに、連結型積層鉄心４３の環状への成形を比較的小さな成形力で行うことができる。なお、本実施形態では、連結型積層鉄心４３が環状に成形されると継鉄部３５の周方向端部３５ａ，３５ｂに設けられた位置決め用の凹部３６と凸部３７とが係合し、隣り合うコア片３２間での径方向のずれが抑制される。

［変形例］
図９は第１変形例に係る連結型積層鉄心の要部拡大図である。第１変形例は、上述した実施形態と略同様の構成を採っているが、連結部３３の中央に略Ｗ字状の易変形部３３ａが形成されるとともに、継鉄部３５の周方向端部３５ａ，３５ｂにそれぞれ形成された位置決め用の凹部３６および凸部３７が半円状を呈する点が異なっている。

図１０は第２変形例に係る連結型積層鉄心の要部拡大図である。第２変形例も、上述した実施形態と略同様の構成を採っているが、継鉄部３５の周方向端部３５ａ，３５ｂに位置決め用の凹部や凸部が形成されていない点が異なっている。

図１１は第３変形例に係るステータの平面図である。第３変形例も、上述した実施形態と略同様の構成を採っているが、各磁極部３４に巻線アセンブリ４７が装着されている点が異なっている。なお、巻線アセンブリ４７は、連結型積層鉄心４３を環状に成形する前、あるいは、連結型積層鉄心４３を環状に成形した後に、各磁極部３４に装着される。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態は、本発明を電動モータのステータに適用したものであるが、発電機のステータ等に適用してもよい。また、易変形部として、上記実施形態や変形例では略Ｖ字状や略Ｗ字状のものを採用したが、略Ｕ字状や略円弧状のものを採用してもよい。また、上記実施形態では重なり合う鉄心薄板をかしめ部によって一体化させるようにしたが、接着やレーザ溶接等によって一体化させるようにしてもよい。その他、各コア片に形成される磁極部の数や鉄心薄板の具体的形状等についても、上記実施形態での例示に限られるものではなく、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。

実施形態に係る順送り金型装置の概略構成図である。 実施形態に係る連結型積層鉄心の斜視図である。 図２中III部の拡大平面図である。 実施形態に係るストリップレイアウト図である。 実施形態に係る鉄心薄板のかしめ結合形態を示す縦断面図である。 実施形態の作用を示す要部拡大平面図である。 実施形態に係るステータの平面図である。 図７中のVIII部拡大図である。 第１変形例に係る連結型積層鉄心の要部拡大平面図である。 第２変形例に係る連結型積層鉄心の要部拡大平面図である。 第３変形例に係るステータの平面図である。 従来技術の問題点を示す要部拡大平面図である。

符号の説明

１ 順送り金型装置
３２ コア片
３３ 連結部
３３ａ 易変形部
３４ 磁極部
３５ 継鉄部
３５ａ 周方向端部
３５ｂ 周方向端部
凹部３６（径方向位置決め手段）
凸部３７（径方向位置決め手段）
４１ 鉄心薄板
４２ 鉄心薄板
４３ 連結型積層鉄心
４６ 巻線
４７ 巻線アセンブリ
４８ ステータ
Ｗ フープ材（薄鋼板）

Claims (8)

1. 円弧状のコア片を略一定幅の連結部によって連結してなる帯状の鉄心薄板を積層／一体化させてなり、前記連結部を構成する湾曲した易変形部が変形することによって前記コア片が連接した環状に成形される連結型積層鉄心であって、
   前記連結部は、前記コア片の外周側に開口した切欠内に配置されるとともに、当該切欠の向かい合う内側壁から当該内側壁に略直交する方向にそれぞれ突設された直状部を有し、
   前記易変形部は、前記両直状部の先端を連結するとともに、前記コア片の外周側に向けて突出する略Ｖ字状、略Ｗ字状、略Ｕ字状または略円弧状を呈し、前記成形時に隣り合うコア片との接続部位間の距離を変化させるように変形することを特徴とする連結型積層鉄心。
2. 前記成形が行われる前に、前記コア片に形成された磁極部に巻線が形成されることを特徴とする、請求項１に記載された連結型積層鉄心。
3. 前記コア片の周方向端部に径方向位置決め手段を備えたことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載された連結型積層鉄心。
4. 巻線を備えた磁極を内周側に有する環状の電機子を製造する方法であって、
   一列に並んだ複数のコア片と、当該コア片の外周側にあたる部位を連結する複数かつ略一定幅の連結部とを有する帯状の鉄心薄板を薄鋼板から順次打抜く工程と、
   前記鉄心薄板を外形打抜きするとともに、当該鉄心薄板を積層／一体化させることによって帯状の連結型積層鉄心を得る工程と、
   前記連結部を構成する湾曲した易変形部を変形させることによって前記連結型積層鉄心を環状に成形する工程と、
   前記コア片の周方向端部どうしを接合する工程と
   を含み、
   前記連結部は、前記コア片の外周側に開口した切欠内に配置されるとともに、当該切欠の向かい合う内側壁から当該内側壁に略直交する方向にそれぞれ突設された直状部を有し、
   前記易変形部は、前記両直状部の先端を連結するとともに、前記コア片の外周側に向けて突出する略Ｖ字状、略Ｗ字状、略Ｕ字状または略円弧状を呈し、前記成形時に隣り合うコア片との接続部位間の距離を変化させるように変形することを特徴とする電機子製造方法。
5. 前記連結型積層鉄心を環状に成形する工程の前に、前記コア片に形成された磁極部に巻線を施す、あるいは、巻線アセンブリを取り付けることによって磁極を形成する工程を更に含むことを特徴とする、請求項４に記載された電機子製造方法。
6. 前記コア片の周方向端部に径方向位置決め手段を形成する工程を更に含むことを特徴とする、請求項４または請求項５に記載された電機子製造方法。
7. 一列に並んだ円弧状のコア片を略一定幅の連結部によって連結してなる帯状の鉄心薄板を薄鋼板から順次打抜き、打ち抜いた鉄心薄板を積層／一体化させる連結型積層鉄心を製造する順送り金型装置であって、
   前記連結部は、前記コア片の外周側に開口した切欠内に配置されるとともに、当該切欠の向かい合う内側壁から当該内側壁に略直交する方向にそれぞれ突設された直状部と、湾曲した易変形部とを有し、
   前記易変形部は、前記両直状部の先端を連結するとともに、前記コア片の外周側に向けて突出する略Ｖ字状、略Ｗ字状、略Ｕ字状または略円弧状を呈し、積層された前記鉄心薄板が環状に成形される時に隣り合うコア片との接続部位間の距離を変化させるように変形することを特徴とする順送り金型装置。
8. 前記コア片の周方向端部に径方向位置決め手段が形成されたことを特徴とする、請求項７に記載された順送り金型装置。

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