JP5826573B2

JP5826573B2 - 積層鉄心の製造方法

Info

Publication number: JP5826573B2
Application number: JP2011207655A
Authority: JP
Inventors: 石川　善一; 善一石川; 勤永利
Original assignee: Mitsui High Tec Inc
Current assignee: Mitsui High Tec Inc
Priority date: 2011-09-22
Filing date: 2011-09-22
Publication date: 2015-12-02
Anticipated expiration: 2031-09-22
Also published as: JP2013066915A

Description

本発明は、より高速で固定子又は回転子等の積層鉄心の転積を行う積層鉄心の製造方法に関する。

近年、環境負荷への低減から、ＥＶカーやハイブリッドカーなど、モータを主動力として用いる車輌が急速に増加しており、これに合わせてモータの主要部品であるモータコア（積層鉄心）の生産量も増加している。
車輌用の動力モータに用いるモータコアの場合、普通乗用車用であっても直径が３００ｍｍを超えるものが多く、家電用モータのモータコアに比べ、より大径でかつ要求品質も厳しい。そこで、品質向上の目的から、材料である電磁鋼板の板厚偏差を解消するために従来より実施されてきた転積を打抜き毎（鉄心片１枚毎）に行うなどして対応している。

一方、モータコアは大径になるほど、又は高さが高くなるほど重量が増し、これに合わせて材料から金型で打抜いた鉄心片を保持する（回転）ダイも大径になるため、ダイを高速で回転させて転積しようとする場合は、転積用に大型サーボモータを用意する必要がある。しかしながら、既設プレスの転積用サーボモータを大型サーボモータに交換しようとすると、プレス剛性の低下を招く怖れがあり、また、プレス周りのスペース、配管の取り回しなどの問題も多く、容易に交換ができない。

また、安易には、大型サーボモータの使用を当初より前提とした新規プレスを導入することも考えられるが、多大な設備投資となるために、結果としてモータコアの価格に転嫁せざるを得なくなり、コスト競争力の低下に繋がる。つまり、このような事情からも、現状では容易に転積速度を上げることができず、モータコアの生産性向上が図れなかった。
そこで、転積速度を上げる方法として、特許文献１のように、モータコアを保持するダイと、これに加えモータコアに下面側より背圧を付与する背圧装置の双方をそれぞれ個別のサーボモータで回転させることにより、モータコアの総重量が大きくなっても高速で転積可能な転積装置が提案されている。

特開２０１１−６２７３２号公報

しかしながら、この装置では、転積にダイと背圧装置の双方を回転させるため、サーボモータを２個要することになり、設備費用がかかる他、既設プレスに対して本転積装置を取り付けようとする場合、重量増による剛性の低下やプレス周りにスペースが確保できない問題が生じる。

更に、従来の積層鉄心の製造装置において、図７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ダイ６０中に複数の積層鉄心６１、６２が配置され、下側の積層鉄心が一定位置まで下がると、シリンダによる昇降手段６３によって下降され、製品となって別場所に搬送される。この場合、ダイ６０の転積を行うモータは、ダイ６０とこのダイ６０に保持される最大重量の積層鉄心６１、６２を回転させるのに必要なトルクを有し、図８に示すように、積層鉄心の積層状態に関係なく一定の速度で駆動されている。しかし、積層鉄心６２をダイ６０から抜き落とした最初の状態では、回転させるダイ６０及び積層鉄心６１の総重量が小さい（矢視ａ）ので、モータが必要とするトルク（即ち、負荷）は小さく、鉄心片の積層数に応じて徐々に大きくなる（矢視ｂ）のが一般的であった。

従って、従来の積層鉄心の製造方法においては、積層鉄心の最大重量を基準にしてモータのトルクを考慮して転積速度を一定に決めていたので、モータには余裕があっても、速度制限があるという問題があった。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、モータのパワーを最大限に利用して、より高速度の転積が行える積層鉄心の製造方法を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係る積層鉄心の製造方法は、磁性鋼板から順次鉄心片を打ち抜き、回転駆動源に連結されたダイ内にて積層して転積する積層鉄心の製造方法において、前記回転駆動源によって前記ダイを回転させる速度を、前記回転駆動源の負荷トルクが（相対的に）小さい場合には速く、前記回転駆動源の負荷トルクが（相対的に）大きい場合には遅くして、平均の転積速度を、前記回転駆動源の負荷トルクの最大値を基準として一定速度にする場合より大きくしている。

ここで、転積とは、プレスによってダイ内に打ち抜き形成された鉄心片を押し込み、押し込んだ鉄心片の一枚毎又は複数枚毎、ダイを所定角度（３６０度／ｎ、ｎは整数）回転させることをいう。
本発明に係る積層鉄心の製造方法において、前記ダイの回転速度を段階的に制御することもできる。
また、本発明に係る積層鉄心の製造方法において、前記ダイの回転速度は、前記ダイ内に積層される前記鉄心片の枚数をカウントして制御されてもよいし、前記ダイ内に積層される積層鉄心の厚みを計測して制御してもよい。
また、本発明に係る積層鉄心の製造方法において、前記ダイの回転速度は、前記ダイから製品となる前記積層鉄心が抜き落とされたことを開始点として、予め設定された速度パターンによって決定することもできる。

そして、本発明に係る積層鉄心の製造方法において、前記回転駆動源と前記ダイとの間に中間プーリを備え、前記回転駆動源と前記中間プーリ、及び前記中間プーリと前記ダイはそれぞれ第１、第２のベルトによって連結されていてもよい。なお、中間プーリは必須ではないが、ベルトが長い場合、位置決め時間短縮に繋がる。

本発明に係る積層鉄心の製造方法においては以下の効果を有する。
（１）回転駆動源の負荷トルクに合わせてダイの回転速度を上げることで、平均的にプレス速度が上がり、その結果モータコア（積層鉄心）の生産性が向上する。
（２）既設プレスの転積用サーボモータの転積速度をアップさせて生産性向上を図る方法であるので、新規プレスを導入する必要がなく、また、既設プレスの転積用サーボモータを大型サーボモータに交換する必要もないため、設備投資を抑えることができ、その結果、モータコアを安価で提供でき、コスト競争力にも優れる。
（３）負荷トルクの変化（落差）が大きい程、効果も大きい。つまり、モータコアの積層厚が厚いものや、モータコア単位での重量の重たいもの程、負荷トルク（重い、軽い）の変化が大きくなるので、効果もより顕著となる。

本発明の第１の実施の形態に係る積層鉄心の製造方法の動作説明図である。転積速度を決定する因子の説明図である。同積層鉄心の製造方法の動作を示すグラフである。回転駆動源の他の動作を示すグラフである。本発明の第２の実施の形態に係る積層鉄心の製造方法の動作説明図である。本発明の実施例に係るプレス速度の時間的変化を示すグラフである。（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ従来例に係るダイ及び積層鉄心の説明図である。従来例に係る積層鉄心の製造方法の動作説明図である。

続いて、添付した図面を参照しながら、本発明を具体化した実施の形態について説明する。
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る積層鉄心の製造方法を適用する装置１０は要約すると、プレス装置１１と転積装置１２とこれらの制御ユニット１３とを有している。以下、これらについて詳しく説明する。

プレス装置１１は制御ユニット１３から信号を貰って、帯状の磁性鋼板（厚みは例えば、０．１５〜１ｍｍ）を順次プレス装置１１内に送り、固定子又は回転子に使用する鉄心片を形成し、最終工程でダイ１５内に抜き落としている。この鉄心片は通常かしめ部が形成されて直下に位置する鉄心片にかしめ積層されている。

転積装置１２は、鉄心片が積層途中の積層鉄心１６を所定角度（３６０度／ｎ）ずつ間欠的に回転駆動するもので、回転可能に配置されたダイ１５の特定高さ位置にプーリが設けられ、回転駆動源（例えば、減速機付きサーボモータ）１８の出力軸に設けられたプーリ１９にベルト２０によって連結され、回転駆動源１８の回転によってダイ１５が所定角度回転する構造となっている。また、ダイ１５には所定角度位置で止める割り出し機構（インデックス）が設けられ、所定角度位置に正確にダイ１５が停止する構造となっている。この転積装置１２も制御ユニット１３からの信号によって作動するようになっている。

なお、制御ユニット１３にはプレス装置１１の全体を動かすプログラムも設けられているが、プレス装置１１の制御については周知であるので、詳しい説明は省略する。プレス装置１１がパンチによって鉄心片をダイ１５内に抜き落として、鉄心片をかしめ積層し、次に転積装置１２によってダイ１５の一定角度の回転を行う場合の、回転駆動源１８の動作を含めて転積装置１２について詳細に説明する。

まず、制御ユニット１３からプレス装置１１には、通常のプレス信号が送られているが、更にプレスの速度を指示する信号（プレス速度指令）が送られていると共に、転積装置１２にも、転積速度（即ち、ダイ１５の回転速度）を変える信号（転積速度指令）が与えられている。なお、ここで転積速度（ｖ）とは転積１ピッチ（転積角度θ）を要する時間τで割った値（θ／τ）をいい、瞬時的には静止から回転、そして静止するという動作を繰り返すので、瞬時速度は一定ではない。

転積装置１２から制御ユニット１３には、鉄心片が所定厚みに積層されていることを検知する信号Ａ、積層鉄心１６（製品）がダイ１５から排出された信号Ｂが出力されている。なお、信号Ａを発生させる方法としては、センサーを設けてダイ１５の積層鉄心１６の厚みを計測する方法と、ダイ１５内に打ち抜き形成された鉄心片の枚数を数える方法とがある。なお、当然のことながら、鉄心片のかしめ動作を行うために、ダイ１５が所定角度位置にあることの信号は、制御ユニット１３に送られている。

制御ユニット１３から転積装置１２に送られる回転駆動源１８の駆動信号として、図３に示されるように、積層鉄心（ダイ１５内に二段ある場合には下側）１６がダイ１５から外部に排出される信号Ｂを用い、この信号Ｂを受けると、ダイ１５及びこれに保持されている鉄心片の重総重量が小さくなるので、回転駆動源１８の負荷トルクが小さくなる。そこで、回転駆動源１８の回転速度を上げて、転積速度（ｖ）を大きくする。そして、鉄心片の転積が進むと、ダイ１５及びダイ１５に保持される鉄心片の総重量が徐々に大きくなるので、負荷トルクが大きくなり、これに合わせて回転駆動源１８の回転速度を遅くする。

この場合、検知した回転駆動源１８の駆動トルク×ダイ１５の回転速度が一定になるように制御すると、回転駆動源１８の負荷が一定となる。従って、鉄心片が積層された積層鉄心１６をダイ１５から排出する直前が一番負荷トルクが大きくなり、積層鉄心（コア）１６を排出した後が、負荷トルクが最小となるので、転積速度（ｖ）を最大となるように調整する。

図３に示すように、本発明を適用した転積速度（ｖ）の平均転積速度（ａｖ）は、従来の最大トルクを基準にして一定の転積速度にする場合に比較して大きくなる。勿論、転積速度を大きくしたので、制御ユニット１３からの信号によって、プレス装置１１の速度も速くなり、全体として高速で積層鉄心を製造することができる。

実際の転積速度の決定にあっては、図２に示すように、回転駆動源（駆動モータ）のロータの慣性モーメント、回転駆動源に減速電動機を用いる場合にはそのギア比、転積部（又はダイ）の外側に設けられているプーリと回転駆動源の出力軸に装着されているプーリの直径比、転積部の慣性モーメント、積層鉄心（コア）の慣性モーメント、転積部の動き（動かし方）によって決定されるが、回転駆動源の定格容量の範囲内での出力を考慮して、転積部（及びダイ）の最大速度及び最小速度を決定することになる。なお、転積装置とプレス装置が同期して動くことは当然である。

前記実施の形態においては、図４の速度パターン１に示すように、ダイ１５から積層鉄心１６が抜き落とされたことを開始点として、ダイ１５の転積速度は最高値から最低値まで滑らかに変化していたが、図４の速度パターン２に示すように、転積速度（又はその命令信号）を段階的に変えることもできる。これによって、デジタル回路の構成が容易となり、連続的に変化する場合と同一の効果を得ることがてきる。

図５を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る積層鉄心の製造方法について説明する。この実施の形態においては、転積装置２２で積層鉄心の排出を検知してコア排出信号を発する。これにより、ダイ内に配置されていた積層鉄心の一つが無くなるので、回転する部分（ダイ、及びダイに残っている積層鉄心）の慣性モーメントが小さくなる。そこで、転積速度を最高速度に設定し、その後は予め設定されたプログラムに従い転積速度を減少する。この場合、転積角度（θ）とプログラムされた転積速度との関係から次の積層鉄心をダイから抜き落とす時間が分かる。転積速度の最低値は、積層鉄心がダイから抜き落とされる前の、回転駆動源が必要とする駆動トルクで許容される回転駆動源の回転数となる。

なお、プレス装置２３も転積装置２２の速度に同期させて、ダイから積層鉄心の抜き落とし時期のタイミングに合わせて、最高速度から最低速度に徐々に移行するのを繰り返すことになる。この第２の実施の形態に係る積層鉄心の製造方法において、複雑な制御を要することなく、予め設定されたプログラムに従い全体の装置を駆動することができる。

続いて、本発明の積層鉄心の製造方法の作用、効果を確認した実施例について、図６を参照しながら説明する。
図６に示すように、積層鉄心（コア）をダイから排出すると、負荷トルクが下がるので、これに合わせて、ダイの回転速度及びこれに同期するプレス速度を上げる。鉄心片が一枚ずつ積層されると、負荷トルクがこれに合わせて大きくなるので、ダイの回転速度及びこれに同期するプレス速度を徐々に下げる。

従来の場合は、プレス速度が１／１６８分（１枚）であったのが、本発明の実施例においては、１／１７１．５分（１枚）となり、より高速で（即ち、３．５枚／分だけ余分に）積層鉄心を製造できる。なお、この実施例の条件は表１の通りである。

本発明は前記した実施の形態及び実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で、その構成を変えることもできる。
例えば、以上の実施の形態においては、回転駆動源からダイへの動力の伝達はそれぞれにプーリを設けて、ベルトによって回転を伝達していたが、回転駆動源とダイとの間に中間プーリを設け、回転駆動源と中間プーリを第１のベルトで、中間プーリとダイとの間を第２のベルトで連結することもできる。これによって、ベルトの撓みや振動を無くしてより精密に動力を回転駆動源からダイに伝達できる。また、動力の伝達は、プーリとベルトの組合せに限らず、歯車、チェーン、インデックス又はこれらの組合せを使用することもできる。

１０：装置、１１：プレス装置、１２：転積装置、１３：制御ユニット、１５：ダイ、１６：積層鉄心、１８：回転駆動源、１９：プーリ、２０：ベルト、２２：転積装置、２３：プレス装置

Claims

磁性鋼板から順次鉄心片を打ち抜き、回転駆動源に連結されたダイ内にて積層して転積する積層鉄心の製造方法において、
前記回転駆動源によって前記ダイを回転させる速度を、前記回転駆動源の負荷トルクが小さい場合には速く、前記回転駆動源の負荷トルクが大きい場合には遅くして、平均の転積速度を、前記回転駆動源の負荷トルクの最大値を基準として一定速度にする場合より大きくし、しかも前記ダイの回転速度を段階的に制御することを特徴とする積層鉄心の製造方法。
磁性鋼板から順次鉄心片を打ち抜き、回転駆動源に連結されたダイ内にて積層して転積する積層鉄心の製造方法において、
前記回転駆動源によって前記ダイを回転させる速度を、前記回転駆動源の負荷トルクが小さい場合には速く、前記回転駆動源の負荷トルクが大きい場合には遅くして、平均の転積速度を、前記回転駆動源の負荷トルクの最大値を基準として一定速度にする場合より大きくし、しかも前記ダイの回転速度は、前記ダイ内に積層される前記鉄心片の枚数をカウントして制御されることを特徴とする積層鉄心の製造方法。
磁性鋼板から順次鉄心片を打ち抜き、回転駆動源に連結されたダイ内にて積層して転積する積層鉄心の製造方法において、
前記回転駆動源によって前記ダイを回転させる速度を、前記回転駆動源の負荷トルクが小さい場合には速く、前記回転駆動源の負荷トルクが大きい場合には遅くして、平均の転積速度を、前記回転駆動源の負荷トルクの最大値を基準として一定速度にする場合より大きくし、しかも前記ダイの回転速度は、前記ダイ内に積層される積層鉄心の厚みを計測して制御されることを特徴とする積層鉄心の製造方法。
磁性鋼板から順次鉄心片を打ち抜き、回転駆動源に連結されたダイ内にて積層して転積する積層鉄心の製造方法において、
前記回転駆動源によって前記ダイを回転させる速度を、前記回転駆動源の負荷トルクが小さい場合には速く、前記回転駆動源の負荷トルクが大きい場合には遅くして、平均の転積速度を、前記回転駆動源の負荷トルクの最大値を基準として一定速度にする場合より大きくし、しかも前記ダイの回転速度は、前記ダイから製品となる前記積層鉄心が抜き落とされたことを開始点として、予め設定された速度パターンによって決定されることを特徴とする積層鉄心の製造方法。
請求項１、２及び４のいずれか１項に記載の積層鉄心の製造方法において、前記回転駆動源と前記ダイとの間には中間プーリを備え、前記回転駆動源と前記中間プーリ、及び前記中間プーリと前記ダイはそれぞれ第１、第２のベルトによって連結されていることを特徴とする積層鉄心の製造方法。