JP5948198B2 - アキシャルギャップモータの鉄心の製造装置、アキシャルギャップモータの鉄心の製造方法、及びその鉄心を用いたアキシャルギャップモータ。 - Google Patents

アキシャルギャップモータの鉄心の製造装置、アキシャルギャップモータの鉄心の製造方法、及びその鉄心を用いたアキシャルギャップモータ。 Download PDF

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Description

本発明は、アキシャルギャップモータを製造する技術に関する。
近年、経済面や環境面を考慮して、更なる省エネルギーが世界的に謳われており、本対象製品である電気モータ分野においても高効率、低コスト化が要求されている。
アモルファス金属は低損失、高透磁率といった優れた特性があるため、モータ用の鉄心材料とした場合、モータの高効率化、低コスト化に貢献できる。
しかしその反面、アモルファス材は高硬度で脆性があるため、塑性加工が難しいことから、低コスト化を図るためには、製造方法に工夫が必要である。
本技術分野の背景技術として、特開２００９−２８４５７８（特許文献１）がある。ここでは、アモルファス鉄心の製造方法として、一旦丸巻したアモルファスリボンを樹脂にて固着させ、それを扇状に分断する方法が記載されている。
この他に特開２０１０−１１５０６９（特許文献２）がある。ここでは、特許文献１と同様に、アモルファスリボンを丸巻し、その後樹脂等で固着させ分断する方法と、前記分断後の扇状に小さく巻回する方法の記載がある。
特開２００９−２８４５７８ 特開２０１０−１１５０６９
アキシャルギャップモータを製造するにあたり、そのモータ用のステータの鉄心において、アモルファス材または電磁鋼板を総称して鉄心材と言うが、これらの鉄心材を使用した鉄心の製造方法として、大きく下記の三通りが考えられる。なお、先行技術文献に記載があるものも、下記の三通りに含まれる。
一つ目は、鉄心材を丸巻し、それを樹脂等で固着させ、最後に扇状に分断する方法。二つ目は、鉄心材を扇状に巻回する方法。三つ目は鉄心材を短冊状に順次切断積層させて、積層量に応じて切断長を可変することで扇状に積層させる方法である。この三方式の中で最良と思われる方式は三つ目の方式であると考えられる。
なぜならば一つ目の方式は、扇状の個別鉄心に切断する際、刃物幅分の切断屑が発生することから、鉄心材の歩留まり低下につながる。
二つ目の方式は、高硬度で脆性のある鉄心材を小さく巻回し扇状を形成することは実現が困難であることに加え、積層型鉄心に比べて鉄損が大きくなること傾向にある。
三つ目の方式は、鉄心材を廃棄することなく使用でき、短冊を切断する長さを可変させることで、如何様な扇状の形状に積層することが可能となるためである。このことから、三つ目の方式による鉄心を作る手段を提供して、アキシャルギャップモータを製造することが課題である。
なお、三つ目の方式では、鉄心材を短冊の形状として、切断する長さを可変させることで、任意の扇状の形状に積層することを、いわゆる短冊切断積層方式と呼ぶものとする。
前記課題を解決するため、本発明のアキシャルギャップモータの製造での鉄心の製造方法について、本発明は、短冊状に切断した鉄心材の積層において、鉄心積み形状に対応した形状の受け型を、積層した積み高さに対応して下降させ、積層することを特徴とするものである。
さらに本発明は、次回切断分を送り出す時、既に積層済みの上部鉄心材との干渉を避けるため、受け型の積層形状を斜めにしていることを特徴とするものである。
さらに本発明は、切断上刃が下死点に達した後に、積層する材料を上から押さえることにより、積層鉄心の積み姿勢の安定化を図ることを特徴とするものである。
また、本発明の構成を以下に別の表現にて説明する。
本発明のアキシャルギャップモータの鉄心製造装置は、鉄心材が格納される格納部と、前記格納部から鉄心材が搬送される搬送部と、前記搬送部から搬送された鉄心材が切断される切断部と、前記切断部で切断された鉄心材が積層される積層部とを備え、前記積層部は、前記切断された鉄心材が積層される積層形状に対応する受け型と、前記受け型を下降させる下降部とを有し、前記切断部にて切断された鉄心材が前記積層部で積層される際に、前記受け型に積層された鉄心材の積み高さに対応して、前記受け型を前記下降部が下降させるようにする。
また、本発明のアキシャルギャップモータの鉄心製造方法は、格納された鉄心材が搬送され、次に、搬送された鉄心材が切断され、次に、切断された鉄心材が積層され、前記積層される鉄心材の積層形状に対応する受け型に前記切断された鉄心材が積層され、前記受け型に切断された鉄心材が積層される際に、前記受け型に積層された鉄心材の積み高さに対応して、前記受け型を下降させるようにする。
また、前記受け型を傾斜させ、前記切断部で切断された鉄心材が傾斜して積層されるようにする。
また、前記受け型に積層される鉄心材を押さえる押さえ部を設け、前記切断部で鉄心材が切断された後に、前記受け型に積層される鉄心材が前記押さえ部によって押さえられるようにする。
また、本発明のアキシャルギャップモータは、前記アキシャルギャップモータの鉄心製造装置において製造された鉄心を用いる静止鉄心と、前記静止鉄心に巻かれる巻線と、円板状に磁石が配置される回転子と、前記回転子の回転軸と、前記回転軸を支持する軸受け部と、前記巻線を有する静止鉄心と、前記軸受け部とを支持する筐体とを有する構成とされる。
また、本発明のアキシャルギャップモータは、前記アキシャルギャップモータの鉄心製造方法において製造された鉄心を用いる静止鉄心と、前記静止鉄心に巻かれる巻線と、円板状に磁石が配置される回転子と、前記回転子の回転軸と、前記回転軸を支持する軸受け部と、前記巻線を有する静止鉄心と、前記軸受け部とを支持する筐体とを有する構成とされる。
本発明の鉄心の製造によって、従来よりも、鉄心の製造効率などが改善され、例えば、安価なアキシャルギャップモータを提供することが可能となる。
本発明の実施例における鉄心製造の例で、一回目を切断する直前を示す鳥瞰図。 図１の時の側面図。 本発明の実施例における鉄心製造の例で、一回目を切断した直後を示す鳥瞰図。 図３の時の側面図。 本発明の実施例における鉄心製造の例で、積層量の半分程度まで積層した状態を示す鳥瞰図。 図５の時の側面図。 本発明の実施例における鉄心製造の例で、積層を完了した状態を示す鳥瞰図。 図７の時の側面図。 受け型を上下する機構の例を示す図。 本発明の実施例におけるアキシャルギャップモータの鉄心を製造する製造装置のブロック図。 本発明の実施例におけるアキシャルギャップモータの鉄心を製造する製造方法のフローチャート図。 短冊材受け型の溝構造の例を示す図。 積層鉄心の整然積層化の例を示す図。 積層鉄心の積み姿勢の安定化の例を示す図。 本発明の実施例におけるアキシャルギャップモータを示す図。
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
本実施例は、アキシャルギャップモータの鉄心の製造における一例であり、短冊状に切断した鉄心材の積層を行う装置の機構を説明する。
図１は、材料を短冊状に切断する直前の状態を示している。ここでは、鉄心材1を切断する切断上刃１０１と切断下刃１０２が備えられている。
図３は一回目を切断した直後を示しているが、このように所定の長さに材料を送り出し、搬送した後、切断上刃１０１が下降することで鉄心材１が短冊状に切断される。この短冊状に切断された鉄心材は自重で落下するが、これを受ける機構として受け型１０３なるものを備えている。このように切断と積層を繰り返していくと鉄心材の板厚分だけ積層高さが増加するため、この受け型は短冊材を積層、重ねる度に、板厚分に対応する大きさ、長さだけ下降する機能を有している。若しくは、受け型に積層された鉄心材の積み高さに対応して、前記受け型を前記下降部が下降させる。
図５は必要積層量に対して、およそ半分まで積層した状態を示したものであるが、このように積層量、積層された板厚分に対応する大きさ、長さに応じて受け型を下降させている。若しくは、受け型に積層された鉄心材の積み高さに対応して、前記受け型を下降させている。
また、受け型は順次切断される材料の長さに応じた溝部形状としている。若しくは、切断された鉄心材が積層される積層形状に対応する受け型の形状としている。
例えば、鉄心積み形状と受け型の溝部を同形状とするものであり、図７は所定の積層が完了した状態を示すものであるが、切断下型と受け型の溝部によって形成される空間は、鉄心の積み形状に合致させている。
また、受け型を下降させる下降部の機構の一例として、受け型にねじを連結してモータなどの動力によりねじを回転させる方法がある。この一例を示したものが図９である。
図９では、受け型１０３がめねじの設けられためねじブロック１０５で支持されており、おねじ１０４の回転によって、受け型１０３は直動ガイドに沿って下降するように出来る。
おねじ１０４は、駆動部１０６の回転駆動によって、回転し、受け型１０３を下降・上昇させることが出来る。
なお、前記下降部の機構は、一例であり、これ例外にも板厚分の移動量を制御できる機構であれば特に手段を選ばない。
図１０は、前述したアキシャルギャップモータの鉄心を製造する鉄心製造装置を説明するブロック図である。
図１０において、鉄心材１は、格納部１５０に、例えばフープに巻かれて格納されており、前記格納部１５０から、鉄心材１が搬送部１５１によって、引き出され、搬送される。
次に、搬送された鉄心材１が切断部１５２によって、切断される。切断された鉄心材１は、積層部・下降部１５３によって、積層される。
この際に、切断された鉄心材１が積層される受け型が、積層部・下降部１５３の下降部によって、下降するようになっている。
なお、この鉄心製造装置１５００は、操作部１５４への入力などによって、操作される様に出来る。
また、図１１において、前記鉄心製造装置１５００における鉄心の製造の手順を説明する。
鉄心の製造開始(ステップ２００)によって、格納された鉄心材１が、引き出され、送られ、搬送される(ステップ２０１)、次に、搬送された鉄心材１が切断され、積層される(ステップ２０２)、その後、受け型が下降する(ステップ２０３)。
次に、受け型に積層された鉄心材１が所定の枚数となっていなければ(ステップ２０４−ＮＯ)、前記ステップ２０１の前迄戻る。
一方、受け型に積層された鉄心材１が所定の枚数となっていれば(ステップ２０４−ＹＥＳ)、鉄心製造の作業を終了する(ステップ２０５)。
前記ステップ２０４では、受け型に積層された鉄心材１が所定の枚数となっているか、否かの枚数のカウントとしているが、これに限定されるものではなく、例えば、積層された積み高さを測定する方法や、積層された重量を測定する方法として、代替するものであっても良い。
本実施例では、受け型の溝形状についての別の実施例を示したものである。
図１２に示す通り、鉄心材の短冊長さ、つまり切断する所定寸法までの送り量が長い場合、鉄心材が軟弱材であると、図１２(ａ)に例示するように、送りの途中で材料の先端が自重で垂れ下り６が発生してしまうことがある。
この時、既に積層してある鉄心材の上面に接触するため、材料同士の接触抵抗により、図１２(ｂ)に例示する送り不良７や、既に積層された鉄心材の位置をずらせる、図１２(ｃ)に例示する積層ずれ８などの不具合の発生が予想される。
これに対して、図１３(ａ)では、受け型の溝底面９の形状が材料送り方向の先端側に傾斜角度ａを付けて加工されているものである。
この傾斜角度ａは、積層した短冊材の先端が自重で落下することを見込んだ角度としており、送り途中の鉄心材が積層済みの鉄心材に触れないように、隙間ｂを設けるようにしている。
但し、図１３(ｂ)に例示するように、仮に触れた場合でも接触する面積１２が小さいため、送り不良７や積層ずれ８を防止することができる。
本実施例では、受け型に短冊材を整然と整列積層するための例を示したものである。鉄心材の中でも特にアモルファス材は、鉄と同等程度の比重があるが、本対象材料は板厚が0.025ｍｍ前後の箔帯のため、一つの短冊材自体は非常に軽量である。これを鉄心にするためには数百枚もの積層を繰り返す必要がある。積層を繰り返していくと短冊材同士の間にわずかではあるが空隙が生じるため、所定の積み高さより高くなってしまう。つまり、受け型溝形状に対して、鉄心の積層形状が合致しないため、短冊材が整然と積層されなくなる可能性がある。図１４は、切断上刃の先端が積層済みの短冊材の上面を押付けているものである。このように切断上刃で積層済みの短冊材上面を押付けることによって、正規の鉄心積み形状に近づけることができるため、積層部でのトラブルを回避させ整然と積層させること可能となる。切断上刃の押付け深さは、短冊材が浮き戻ることを考慮して、所定深さより若干深めにしても良い。また押付け動作頻度は切断ごと毎回ではなくても、断続的に実施しても良い。
次に、図１５において、本発明の実施例におけるアキシャルギャップモータを説明する。
アキシャルギャップモータは、円板形状の磁石と励磁コイルをアキシャル（軸方向）にギャップを持たせて、軸方向に対向させた構造(面対向構造とも呼ばれる)とするモータである。
図１５に例示するように、静止鉄心５１０があり、前記静止鉄心５１０の回りには巻線５２０が巻かれ、前記静止鉄心５１０に軸方向に対向して、円板状に磁石が配置された回転子５３０が回転軸５４０によって、支持される。
前記回転軸５４０は、軸受け部５５０によって、回転自在に支持され、前記軸受け部５５０と、前記静止鉄心５１０が筐体５６０によって、支持される。
１：鉄心材
２：切断した鉄心短冊材
３：積層途中の短冊材
４：積層が完了した短冊材
５：溝部
６：垂れ下り
７：送り不良
８：既積層材のずれ
９：溝底面
１０：傾斜角度
１１：隙間
１２：接触部分
１３：押付け部分
１０１：切断上刃
１０２：切断下刃
１０３：受け型
１０４：おねじ
１０５：めねじブロック
１０６：ねじ回転用モータ
１０７：直動ガイド
１５０：鉄心材料保持部
１５１：鉄心材料送り部
１５２：鉄心材料切断部
１５３：鉄心材料積層部
１５４：制御部
２００：フロー開始
２０１：フロー処理ボックス１
２０２：フロー処理ボックス２
２０３：フロー処理ボックス３
２０４：フロー判定ボックス
２０５：フロー終了
５１０：静止鉄心
５２０：巻線
５３０：回転子
５４０：回転軸
５５０：軸受け部
５６０：筐体。

Claims (13)

  1. 鉄心材が格納される格納部と、
    前記格納部から鉄心材が搬送される搬送部と、
    前記搬送部から搬送された鉄心材が切断される切断部と、
    前記切断部で切断された鉄心材が積層される積層部と
    を備え、
    前記積層部は、
    前記切断された鉄心材が積層される積層形状に対応する受け型と、
    前記受け型が材料が搬送される方向側に傾斜されており、
    前記受け型を下降させる下降部とを有し、
    前記切断部にて切断された鉄心材が傾斜して積層されて前記積層部で積層される際に、前記受け型に積層された鉄心材の積み高さに対応して、前記受け型を前記下降部が下降させる
    ことを特徴とするアキシャルギャップモータの鉄心製造装置。
  2. 請求項１記載のアキシャルギャップモータの鉄心製造装置において、
    前記受け型に積層される鉄心材を押さえる押さえ部を設け、
    前記切断部で鉄心材が切断された後に、
    前記受け型に積層される鉄心材が前記押さえ部によって押さえられる
    ことを特徴とするアキシャルギャップモータの鉄心製造装置。
  3. 格納された鉄心材が搬送され、
    次に、搬送された鉄心材が切断され、
    次に、切断された鉄心材が積層されて
    アキシャルギャップモータの鉄心を製造するアキシャルギャップモータの鉄心の製造方法において、
    前記積層される鉄心材の積層形状に対応する受け型に前記切断された鉄心材が積層され、
    前記受け型が鉄心材が搬送される方向側に傾斜されており、
    前記受け型に切断された鉄心材が傾斜して積層されて前記積層部で積層される際に、
    前記受け型に積層された鉄心材の積み高さに対応して、前記受け型を下降させる
    ことを特徴とするアキシャルギャップモータの鉄心の製造方法。
  4. 請求項３記載のアキシャルギャップモータの鉄心製造方法において、
    前記受け型に積層される鉄心材を押さえながら、前記切断部で鉄心材が切断された後に、前記受け型に積層される鉄心材が前記押さえ部によって押さえられる
    ことを特徴とするアキシャルギャップモータの鉄心製造装置。
  5. 鉄心に巻かれる巻線と、円板状に磁石が配置される回転子と、前記回転子の回転軸と、前記回転軸を支持する軸受け部と、前記巻線を有する静止鉄心と、前記軸受け部とを支持する筐体とを有するアキシャルギャップモータであって、
    前記鉄心は、複数層からなる鉄心材から構成されており、
    前記鉄心材の先端部の端面は、前記鉄心材の面方向に対する垂直方向とは異なる角度に傾斜されていること
    を特徴とするアキシャルギャップモータ。
  6. 請求項５に記載されたアキシャルギャップモータであって、
    前記端面は、前記鉄心材が切断された角度に傾斜されたこと
    を特徴とするアキシャルギャップモータ。
  7. 請求項５に記載されたアキシャルギャップモータであって、
    前記複数層からなる鉄心材のうち一の層の長手方向の一方の端面と、前記一の一層下に積層された他の層の端面のうち前記一方の端面と対向する端面と、の切断面が一致すること
    を特徴とするアキシャルギャップモータ。
  8. 請求項５に記載されたアキシャルギャップモータであって、
    前記複数層からなる鉄心材のうち一の層と、前記一の鉄心材の一層下に積層された他の層と、を切断された位置の切断面が一致すること
    を特徴とするアキシャルギャップモータ。
  9. 請求項５に記載されたアキシャルギャップモータであって、
    前記複数層からなる鉄心材のうち一の層と、前記一の鉄心材の一層下に積層された他の層と、を切断された位置で繋ぎ合わせることで切断された端面の形状が一致すること
    を特徴とするアキシャルギャップモータ。
  10. 請求項５に記載されたアキシャルギャップモータであって、
    前記複数層からなる鉄心材のうち一の層と、前記の層の一層下に積層された他の層と、の切断されたそれぞれの切断面が一致すること
    を特徴とするアキシャルギャップモータ。
  11. 請求項５に記載されたアキシャルギャップモータであって、
    前記鉄心材には、前記鉄心材の端面から所定の距離までに押しつけられた跡を有すること
    を特徴とするアキシャルギャップモータ。
  12. 請求項５に記載されたアキシャルギャップモータであって、
    前記複数層からなる鉄心材のうち一の層には第一の押付けられた跡と、前記一の層とは異なる他の層には第二の押付けられた跡と、を有しおり、
    前記第一の押付けられた跡と、前記第二の押付けられた跡と、が一致すること
    を特徴とするアキシャルギャップモータ。
  13. 請求項５に記載されたアキシャルギャップモータであって、
    前記鉄心材のうち一の層と前記一の層と異なる他の層を有しており、
    前記一の層には第一の押付けられた跡と、前記他の層には第二の押付けられた跡とを有しおり、
    前記一の層の端面から前記第一の押付けられた跡までの距離と、前記一の層の端面から前記第一の押付けられた跡までの距離と、が一致すること
    を特徴とするアキシャルギャップモータ。
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