JP5957360B2 - 積層鉄心の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、金型の小型化が可能でかつ、プレス速度を上げることができるセグメント鉄心片積層方式による積層鉄心（回転子積層鉄心と固定子積層鉄心の場合がある）の製造方法に関する。

従来、電磁鋼板をプレス加工等して得られる円環状の薄板部材を、数十枚から数百枚積層した積層鉄心からなるモータコアが知られている。この薄板部材の厚みは０．１５〜０．５ｍｍ程度であり、薄い程エネルギー効率が良好であるとされている。
更に、薄板部材の歩留りを改善するために、円環状の薄板部材を複数に分割した円弧状の薄板部材を組み合わせて製造した積層鉄心も知られている。

例えば、特許文献１には、円弧状の複数のセグメント鉄心片により１枚の円環状の薄板部材を構成し、これを多数積層することによって積層鉄心を製造する装置が開示されている。この発明において、円弧状のセグメント鉄心片の中心角は３６０度／ｐであり、ｐ枚のセグメント鉄心片により１枚の円環状の薄板部材が構成される。隣接する各層の円環状の薄板部材は、それらを構成する各円弧状のセグメント鉄心片が、レンガ積みのように連結位置がずれて重なるように積層される。

特許文献２には、各層が複数のセグメント鉄心片（円弧状部材）からなる環状の積層鉄心を製造する際に、半抜き及び平押し加工によってセグメント鉄心片を形成し、次に押し戻されたセグメント鉄心片を押し下げて鉄心材（薄板素材）から分離させ、この分離が行われる毎に、分離されたセグメント鉄心片を積層鉄心の所望位置に配置し、次のセグメント鉄心片の配置位置まで積層鉄心を所定角度だけ回転させ、これを繰り返して積層鉄心を完成させる装置が記載されている。

特許第３６３４８０１号公報 特開２０１２−９５３６９号公報 特開昭６３−０８０７４１号公報

しかしながら、特許文献１記載の積層鉄心の製造装置によれば、最終工程において、切断加工によりセグメント鉄心片を薄板素材から母型内に切り離すことと、母型の回転位置の位置決めとを同時に高い精度で制御する必要がある。従って、薄板素材及び母型の位置決め制御が複雑となり、金型が大型化し、それに伴ってプレス装置も大型化するため、装置コストが高くなり、これに伴い製品のコストも高くなる。

特許文献２記載の製造装置によれば、最終工程において、鉄心材に押し戻すことにより形成されたセグメント鉄心片を押し下げて鉄心材から分離させ、積層ガイドに受け渡すだけでよいので、特許文献１の技術のように、鉄心材の送りピッチと、回転するダイの位置決めとを同時に高い精度で制御する必要がない。従って、最終工程を簡便に制御できるが、特許文献１と同様に、セグメント鉄心片連続体形成工程と、積層工程を同じ金型内で行っているため、金型が大型化し、それに伴うプレス装置の大型化は避けられず、装置コスト及び製品コストも高くなる。

ところで、特許文献３において、一端に歯部と他端に基部を有する鉄心素材を形成した金型外で、鉄心素材を一巻毎に切断し、鉄心素材の切断端部同士を結合してリング状結合体を形成し、このリング状結合体を複数枚積層固定することで固定子積層鉄心を形成する方法が記載されている。

この製造方法によれば、鉄心素材を形成する工程と、鉄心素材を一巻毎に切断し、リング状結合体を積層する工程は別の金型で行われるので、金型及びプレス装置の大型化は避けることができる。しかし、鉄心素材を一巻毎に切断するので切断箇所が一カ所しかなく、応力がその一カ所に集中し、リング状結合体がその真円度を保てないという問題がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、セグメント鉄心片を製造する金型外で、セグメント鉄心片を円環状に積層し、装置のより小型化を図り、更にプレス速度の向上が可能な積層鉄心の製造方法を提供することを目的とする。

前記目的に沿う第１の発明に係る積層鉄心の製造方法は、ピッチ角θ度で形成されたｎ個の磁極部を有し、特定位置にはかしめ部が形成され円周角３６０度をｍ分割した円弧角を有するセグメント鉄心片を、帯状鉄心材から分離して載置台上に載せる第１工程と、
前記載置台上に載せられた前記セグメント鉄心片をプッシャにて回転積層機構の積層位置まで搬送する第２工程と、
前記プッシャによって搬送された前記セグメント鉄心片を前記回転積層機構内でかしめ積層する第３工程と、
前記かしめ積層されたセグメント鉄心片を含む前記回転積層機構を３６０度／ｍ回転させる第４工程と、
前記第１工程〜前記第４工程を繰り返して、前記セグメント鉄心片が環状に並べられた環状連結鉄心片を形成する第５工程と、
前記環状連結鉄心片が載った前記回転積層機構をθ・ｒ度回転させる第６工程とを有し、
前記第５工程及び前記第６工程を繰り返して所定厚のかしめ積層された鉄心を造る。
但し、ｒは１以上の整数、ｍ、ｎは２以上の整数であって、θ・ｎ・ｍ＝３６０度であり、ｒはｎの整数倍でない。

第２の発明に係る積層鉄心の製造方法は、第１の発明に係る積層鉄心の製造方法において、前記回転積層機構には内径ガイド部材が設けられ、前記セグメント鉄心片は前記プッシャで押され前記内径ガイド部材に当接し、前記セグメント鉄心片の積層位置に搬送される。

第３の発明に係る積層鉄心の製造方法は、第１、第２の発明に係る積層鉄心の製造方法において、前記第１工程での前記セグメント鉄心片は、該セグメント鉄心片の長手方向を前記帯状鉄心材の幅方向に合わせて、前記セグメント鉄心片を半抜きした後押し戻して、前記帯状鉄心材の外枠で保持して、前記載置台の上位置まで搬送され、前記帯状鉄心材から分離して前記載置台上に抜き（突き）落とす。

第４の発明に係る積層鉄心の製造方法は、第３の発明に係る積層鉄心の製造方法において、前記セグメント鉄心片が抜き落とされた外枠は、スクラップカッターによって小片化され、系外に排出される。

第５の発明に係る積層鉄心の製造方法は、第１、第２の発明に係る積層鉄心の製造方法において、前記帯状鉄心材は複数の前記セグメント鉄心片が連結部で連結され、前記載置台の直上まで搬送されて前記連結部で切断されて前記帯状鉄心材から分離した前記セグメント鉄心片が、前記載置台の上に独立配置される。

第６の発明に係る積層鉄心の製造方法は、第５の発明に係る積層鉄心の製造方法において、前記帯状鉄心材の送り方向に対し、前記プッシャによる前記セグメント鉄心片の送り方向は交差している。

そして、第７の発明に係る積層鉄心の製造方法は、第５、第６の積層鉄心の製造方法において、前記帯状鉄心材は予め製造されてリール巻きされている。

本発明に係る積層鉄心の製造方法においては、以下のような効果を有する。
（１）従来技術では、セグメント鉄心片を積層する金型とセグメント鉄心片を形成する金型とを同じ金型内で行っていたので、金型が大型化し、装置コストも高くなっていたが、本発明ではセグメント鉄心片を形成する工程（即ち、成形用の金型）を積層用の金型外で行うので、金型を小型化でき、装置コストの低減を図ることができる。
（２）また、一つの積層装置（積層鉄心の製造装置）で複数品種の製品（積層鉄心）に対応することが可能であり、個別に積層装置を用意する必要がない。

（３）従来装置では、積層工程をセグメント鉄心片を形成する工程と同じ金型で行っていたため、プレス速度を上げることができなかったが、本発明では、セグメント鉄心片を形成する工程を積層用の金型外で行うので、プレス速度を上げることができる。
（４）そして、この積層鉄心の製造方法によって製造された積層鉄心は、巻きコアに比較して隣り合うセグメント鉄心片の連結部が分離されているので、応力が分散し、コアの真円度が向上する。

本発明の第１の実施の形態に係る積層鉄心の製造方法を適用した積層鉄心の製造装置の主要構成を示す平面図である。 同積層鉄心の製造装置の主要構成を示す側面図である。 同積層鉄心の製造装置の斜視図である。 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積層鉄心１０は、半径方向外側に多数の磁極部１１を有する。隣り合う磁極部１１はピッチ角θ度で形成され、一回り（円周角）３６０度の角度を有する環状連結鉄心片１２は複数（ｍ）のセグメント鉄心片１４に等分割されている。即ち、一つのセグメント鉄心片１４にはｎ個の磁極部１１を有し、θ・n・ｍ＝３６０度となる。なお、この実施の形態では半径方向外側に磁極部１１を有するが、半径方向内側に磁極部が形成される積層鉄心であってもよい。また、ｍ、ｎは２以上の整数である。各磁極部１１は磁石挿入孔１１ａが形成されている。

この積層鉄心１０は、薄い磁性鋼板からなる帯状鉄心材１３からセグメント鉄心片１４を形成し、ｍ枚（この実施の形態では５枚）のセグメント鉄心片１４を用いて一つの環状連結鉄心片１２を形成し、この環状連結鉄心片１２を所定枚数かしめ積層して所定厚みの積層鉄心１０を形成している。この場合、隣り合うセグメント鉄心片１４の連結部が同一円周角度位置にあると、組み立て後も容易に分解するので、上下に隣り合う１又は複数枚毎の環状連結鉄心片１２の連結部の位置をθ・ｒ度ずらして積層している。ここで、ｒは１以上の整数であって、ｎの整数倍ではない。

次に、図１〜図３を参照しながら、この積層鉄心の製造装置１６について説明する。図１、図２に示すように、積層鉄心の製造装置１６は、周囲を４本の円柱状の支持部材１７で保持されたベースプレート１８及び下部プレート１９を有し、これらは図示しない支持枠に固定配置されている。４つの支持部材１７にはベースプレート１８と下部プレート１９の間に設けられた昇降プレート２０が昇降可能に設けられている。

この昇降プレート２０の両側には左右対となる昇降ロッド２２、２３の上部が固定され、この昇降ロッド２２、２３の下部には昇降手段２４、２５が設けられている。この昇降手段２４、２５は内部に駆動モータを有し、この駆動モータを同期させて動かすことによって、左右の昇降ロッド２２、２３を同期して昇降させ、昇降プレート２０を水平状態を保ちながら昇降させている。

昇降プレート２０には軸受２７を介して回転プレート２８が設けられ、回転プレート２８にはコア載置台２９が軸心を合わせて搭載され、コア載置台２９には内径ガイド部材３０が設けられている。この内径ガイド部材３０は、積層鉄心１０の内径を決めるもので、各セグメント鉄心片１４の内側が単独の状態では当接、環状連結鉄心片１２となった場合は、内径ガイド部材３０と環状連結鉄心片１２及び積層鉄心１０との間に僅少の隙間が形成されている。なお、内径ガイド部材３０は同一円周上に並べて配置された複数の立設されたロッド材３０ａ及びロッド材３０ａの上端に連結された円板３０ｂとを有している。

また、回転プレート２８には軸３１が設けられ、カップリング３２によって下部の回転用モータ３３の出力軸３４に連結されている。この回転用モータ３３は支持プレート３３ａ及び複数の支持ロッド３３ｂによって昇降プレート２０に固定されている。
従って、回転用モータ３３を駆動すると、回転プレート２８が回転し、昇降手段２４、２５を駆動すると、昇降プレート２０が昇降し、これらのモータにはそれぞれサーボモータを使用しているので、コア載置台２９の上に載った積層鉄心１０（組み立て中も含む）を所定角度回転し、所定高さに昇降する。これらと前記した内径ガイド部材３０を有して、セグメント鉄心片１４を順次回転して積層する回転積層機構３５が形成されている。
なお、下部プレート１９には回転用モータ３３が自由に昇降できる貫通孔（図示せず）が形成されている。

コア載置台２９は軸３１の軸心を中心として設けられ、コア載置台２９の外側位置には帯板鉄心材１３に形成されたセグメント鉄心片１４を所定位置に順次搬入する図示しない搬入手段が設けられている。
帯状鉄心材１３には、帯状鉄心材１３の幅方向にセグメント鉄心片１４の長手方向を合わせて、僅少の隙間を有してセグメント鉄心片１４が多数配置されている。このセグメント鉄心片１４は、帯状鉄心材１３に対して、第１のプレスによって半抜きされ、第２のプレスによって帯状鉄心材１３に押し戻されて、セグメント鉄心片１４の周囲が容易に分離可能な状態で、帯状鉄心材１３の外枠（スケルトン）に繋がっている。

セグメント鉄心片１４を分離可能に有する帯状鉄心材１３は、両側に設けられているパイロット孔３６を用いて前記した搬入手段によって、突き落とし治具３７、スクラップカッター３８に送られる。
突き落とし治具３７はブロック４０を有して、載置台４２上にセグメント鉄心片１４を突き落として（抜き落として）いる。

セグメント鉄心片１４が突き落とされた帯状鉄心材１３の外枠は、剪断刃４３、４４を有するスクラップカッター３８によって短く切断されスクラップ４５となり、排出コンベア４６上に落下し、これに繋がるシュータ４７によって系外に排出される。なお、４８は排出コンベア４６を駆動するモータを示す。また、ブロック４０でセグメント鉄心片１４を突き落とした後、帯状鉄心材１３の外側は所定距離搬送され、スクラップカッター３８に載せることができるようになっている。なお、ブロック４０はセグメント鉄心片１４を落とすだけで十分であるので、セグメント鉄心片１４より小さければよく、セグメント鉄心片１４と同一形状でなくてもよい。

載置台４２上に載ったセグメント鉄心片１４を、回転積層機構３５の所定位置まで搬送するプッシャ４９が設けられている。プッシャ４９は、回転駆動する減速モータ５０と、減速モータ５０に設けられたアーム５１と、アーム５１の先部に設けられた進退部材５２と、進退部材５２によって進退する鉄心片押し出し部材５３とを有し、載置台４２上に突き落とされたセグメント鉄心片１４の長手方向両側を後ろから押して、回転プレート２８に載ったコア載置台２９上に設けられた、組み立て中の積層鉄心１０の所定角度位置に搬送している。

ここで、積層鉄心１０の所定角度位置とは、１又は複数のセグメント鉄心片１４が環状連結鉄心片１２を形成していない場合は、一つ前に積層されて、３６０度／ｍ回転させたセグメント鉄心片１４の終端部に、新しく積層しようとするセグメント鉄心片１４の始端部が当接する位置となるが、ｍ個のセグメント鉄心片１４が環状連結鉄心片１２を形成している場合は、環状連結鉄心片１２をθ・ｒ度回転させた位置となる。なお、ここで、θ・ｒ度は、３６０／ｍに一致しないことを条件とする。

以上の組み立て途中の積層鉄心１０の回転角の制御は、回転用モータ３３を制御することによって行う。また、組み立て途中の積層鉄心１０の上面の位置は、ｍ個のセグメント鉄心片１４が環状連結鉄心片１２を形成した際に、昇降手段２４、２５に予め設定したおいた環状鉄心片１２の一枚の厚み分降下させることによって、常時一定の高さを保持するようにする。

そして、プッシャ４９によって押されて、位置決め部材としての機能を有する内径ガイド部材３０に当接状態で配置されたセグメント鉄心片１４は、それぞれの磁極部１１の位置と予め形成されたかしめ部５４との位置を合わせて、昇降するかしめ金型５６（回転積層機構３５とは独立している）によって、組み立て中の積層鉄心１０にかしめ積層される。ここで、かしめ部５４は、周知の半抜きかしめであっても、Ｖ字かしめであってもよいが、セグメント鉄心片１４が形成される段階で形成されている。なお、かしめ部５４は全て同一半径位置にあって、磁極部１１の形成角度θに合わせて、又はθの整数倍（具体的にはθ・ｒ）に等間隔で形成されるのがよい。

以上の積層鉄心の製造装置１６を用いた積層鉄心の製造方法について説明する。まず、ピッチ角θ度で形成されたｎ個の磁極部１１を有し、特定位置にはかしめ部５４が形成され円周角３６０度をｍ分割した円弧角を有するセグメント鉄心片１４を帯状鉄心材１３に、金型による半抜き加工及び押し戻し加工を行って連続的に形成する。この場合、セグメント鉄心片１４の長さ方向と帯状鉄心材１３の幅方向を合わせておく。

この帯状鉄心材１３をパイロット孔３６を利用して正確に位置決めしながら搬送する搬送手段によって、突き落とし治具３７の下位置まで搬送し、突き落とし治具３７（ブロック４０）によってセグメント鉄心片１４を分離して載置台４２の所定位置に載せる。そして、載置台４２上に載せられたセグメント鉄心片１４をプッシャ４９にて回転積層機構３５の積層位置、即ちかしめ金型５６の位置まで搬送する。この場合、セグメント鉄心片１４は内径ガイド部材３０に密接又は当接することになる。

次に、かしめ金型５６を降下させ、セグメント鉄心片１４を、下位置にあって位相がθ・ｒ度ずれたセグメント鉄心片１４にかしめ積層する。そして、かしめ積層されたセグメント鉄心片１４を含む回転積層機構３５を３６０度／ｍ回転させ、この動作（セグメント鉄心片１４の搬入、かしめ積層、及び積層途中の積層鉄心１０の回転）を繰り返して、セグメント鉄心片１４が環状に並べられた環状連結鉄心片１２を形成する。

次に、環状連結鉄心片１２が載った回転積層機構３５をθ・ｒ度回転させて、上下にセグメント鉄心片１４の円周方向にある連結部（当接部）が上下に重ならない積層鉄心１０を形成する。なお、セグメント鉄心片１４が除去された帯状鉄心材１３（外枠）は、そのままスクラップカッター３８まで搬送されて、小片化し、搬出コンベア４６及びシュータ４７によって外部に搬出される。
以上の工程を、環状連結鉄心片１２が所定枚数となるまで、即ち、積層鉄心１０が所定厚みとなるまで繰り返して行う。

続いて、図４を参照しながら、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。
第１の実施の形態においては、幅広の帯状鉄心材１３を用い、帯状鉄心材１３の幅方向にセグメント鉄心片１４の長手方向を合わせて、複数のセグメント鉄心片１４を形成したが、本発明の第２の実施の形態における積層鉄心の製造方法においては、円弧状のセグメント鉄心片６０の半径方向の幅より少し幅の広い磁性材料からなる帯状の薄板条材６１を用い、プレス装置６２によって、各セグメント鉄心片６０が連結部６３で連結された帯状鉄心材６５を形成する。

この帯状鉄心材６５は、プレス装置６２によって予め造られ、リール巻きされて保管されている。この帯状鉄心材６５を使用する場合は、リール巻き状態から解き、必要であるなら矯正ローラ等で各セグメント鉄心片６０を平面状にした後、搬送台６７に載せてプッシャ搬送位置（載置台の真上）まで間欠送りされ、連結部６３は切断金型６４で切断されて単独のセグメント鉄心片６０とする。この場合、帯状鉄心材６５の送り方向と、各セグメント鉄心片６０をプッシャ６８でかしめ金型６９へ送る方向とは直交している。
なお、図４において、７０は積層鉄心を、７１は回転テーブルを示す。また、リール巻きせずにプレス装置６２から直接搬送台６７に載せて、プッシャ６８まで送ってもよい。

本発明は前記した実施の形態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更することもできる。例えば、前記実施の形態においては、駆動源としてモータを使用しているが、油圧源又は空圧源で動くアクチュエータであってもよい。
また、内径ガイド部材は複数のロッド材を主体として構成したものであるが、環状又は複数の円弧状材料を並べたものであってもよい。
前記実施の形態においては、回転子積層鉄心についてその製造方法を説明したが、磁極が半径方向外側又は内側にある固定子積層鉄心であっても本発明は適用される。

１０：積層鉄心、１１：磁極部、１１ａ：磁石挿入孔、１２：環状連結鉄心片、１３：帯状鉄心材、１４：セグメント鉄心片、１６：積層鉄心の製造装置、１７：支持部材、１８：ベースプレート、１９：下部プレート、２０：昇降プレート、２２、２３：昇降ロッド、２４、２５：昇降手段、２７：軸受、２８：回転プレート、２９：コア載置台、３０：内径ガイド部材、３０ａ：ロッド材、３０ｂ：円板、３１：軸、３２：カップリング、３３：回転用モータ、３３ａ：支持プレート、３３ｂ：支持ロッド、３４：出力軸、３５：回転積層機構、３６：パイロット孔、３７：突き落とし治具、３８：スクラップカッター、４０：ブロック、４２：載置台、４３、４４：剪断刃、４５：スクラップ、４６：排出コンベア、４７：シュータ、４８：モータ、４９：プッシャ、５０：減速モータ、５１：アーム、５２：進退部材、５３：鉄心片押し出し部材、５４：かしめ部、５６：かしめ金型、６０：セグメント鉄心片、６１：薄板条材、６２：プレス装置、６３：連結部、６４：切断金型、６５：帯状鉄心材、６７：搬送台、６８：プッシャ、６９：かしめ金型、７０：積層鉄心、７１：回転テーブル

Claims (7)

1. ピッチ角θ度で形成されたｎ個の磁極部を有し、特定位置にはかしめ部が形成され円周角３６０度をｍ分割した円弧角を有するセグメント鉄心片を、帯状鉄心材から分離して載置台上に載せる第１工程と、
   前記載置台上に載せられた前記セグメント鉄心片をプッシャにて回転積層機構の積層位置まで搬送する第２工程と、
   前記プッシャによって搬送された前記セグメント鉄心片を前記回転積層機構内でかしめ積層する第３工程と、
   前記かしめ積層されたセグメント鉄心片を含む前記回転積層機構を３６０度／ｍ回転させる第４工程と、
   前記第１工程〜前記第４工程を繰り返して、前記セグメント鉄心片が環状に並べられた環状連結鉄心片を形成する第５工程と、
   前記環状連結鉄心片が載った前記回転積層機構をθ・ｒ度回転させる第６工程とを有し、
   前記第５工程及び前記第６工程を繰り返して所定厚のかしめ積層された鉄心を造ることを特徴とする積層鉄心の製造方法。
   但し、ｒは１以上の整数、ｍ、ｎは２以上の整数であって、θ・ｎ・ｍ＝３６０度であり、ｒはｎの整数倍でない。
2. 請求項１記載の積層鉄心の製造方法において、前記回転積層機構には内径ガイド部材が設けられ、前記セグメント鉄心片は前記プッシャで押されて前記内径ガイド部材に当接し、前記セグメント鉄心片の積層位置に搬送されることを特徴とする積層鉄心の製造方法。
3. 請求項１又は２記載の積層鉄心の製造方法において、前記第１工程での前記セグメント鉄心片は、該セグメント鉄心片の長手方向を前記帯状鉄心材の幅方向に合わせて、前記セグメント鉄心片を半抜きした後押し戻して、前記帯状鉄心材の外枠で保持して、前記載置台の上位置まで搬送され、前記帯状鉄心材から分離して前記載置台上に抜き落とすことを特徴とする積層鉄心の製造方法。
4. 請求項３記載の積層鉄心の製造方法において、前記セグメント鉄心片が抜き落とされた前記外枠は、スクラップカッターによって小片化され、系外に排出されることを特徴とする積層鉄心の製造方法。
5. 請求項１又は２記載の積層鉄心の製造方法において、前記帯状鉄心材は複数の前記セグメント鉄心片が連結部で連結され、前記載置台の直上まで搬送されて前記連結部で切断されて前記帯状鉄心材から分離した前記セグメント鉄心片が、前記載置台の上に独立配置されることを特徴とする積層鉄心の製造方法。
6. 請求項５記載の積層鉄心の製造方法において、前記帯状鉄心材の送り方向に対し、前記プッシャによる前記セグメント鉄心片の送り方向は交差していることを特徴とする積層鉄心の製造方法。
7. 請求項５又は６記載の積層鉄心の製造方法において、前記帯状鉄心材は予め製造されてリール巻きされていることを特徴とする積層鉄心の製造方法。

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