JP6487003B2

JP6487003B2 - 積層鉄心の製造方法

Info

Publication number: JP6487003B2
Application number: JP2017171134A
Authority: JP
Inventors: 武明小園; 慎太郎馬場; 萌緒方
Original assignee: Mitsui High Tech Inc
Current assignee: Mitsui High Tech Inc
Priority date: 2017-09-06
Filing date: 2017-09-06
Publication date: 2019-03-20
Anticipated expiration: 2033-06-12
Also published as: JP2017216880A

Description

本発明は積層鉄心（固定子積層鉄心、又は回転子積層鉄心をいう）の製造方法に係り、特に、積層鉄心を形成する際の残留応力を減少すると共に、積層鉄心内に発生する渦電流を減らして、モータの効率を上げる積層鉄心の製造方法に関する。

コア片（鉄心片）をかしめ積層して積層鉄心を形成する場合、コア片の表面は絶縁処理していても、かしめ部で上下のコア片が電気的に接続されるので、渦電流が発生し、積層鉄心の電力損失が発生するという問題があった。
そこで、特許文献１には、各コア片に複数のオリフィスを設け、非導電性材料（例えば、樹脂）を挿入して、各コア片を積層方向に連結し、渦電流の発生を減少する技術が提案されている。

また、特許文献２、３には、積層鉄心を加熱して焼鈍する技術が提案されており、これによって、コア片を製造（例えば、プレス加工）する場合に発生する歪や残留応力を除去することが提案されている。

特表２００３−５２９３０９号公報特開昭６２−５６５２１号公報特公平７−１１０１１５号公報

しかしながら、特許文献１記載の技術においては、確かに渦電流損の発生は減少するが、コア片を製造する過程で、コア片に歪や残留応力が残り、仮にプレスで上下に押圧しても、コア片間に隙間が発生し、樹脂漏れ等が発生し易いという問題がある。

そこで、特許文献２、３に記載するように、コア片を焼鈍すると、コア片間の隙間は小さくなるが、単に焼鈍のみの状態では、うねりや撓みは残り、鉄心密度を高めることはできない。また、各コア片をかしめ積層していない場合は、コア片がバラバラになるため、取扱がしにくいという問題もある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、鉄心密度を高めると共に、渦電流の発生を極力少なくした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、複数のコア片を、ヨーク部の外側に形成された切り離し可能な複数の保持部にそれぞれ形成されているかしめ部を介して積層して形成された固定子積層鉄心の製造方法であって、
一の前記保持部の円周方向の幅は、他の前記保持部の幅と異なっており、前記複数のコア片を積層してブロックコアを製造する工程と、
一の前記ブロックコアに対して他の前記ブロックコアを回転して積層配置する工程と、
を含む。

第２の発明に係る積層鉄心の製造方法は、複数のコア片を、軸孔の内側に設けられた凹部に形成された切り離し可能な保持部に形成されているかしめ部を介して積層して形成された回転子積層鉄心の製造方法であって、
永久磁石が配置された磁石挿入孔に樹脂を充填する工程と、
充填した前記樹脂が硬化した後に、前記凹部から前記保持部を切り離す工程と、
を含む。

第３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、前記保持部と前記ヨーク部は断面縮幅部を介して連結されており、該断面縮幅部には切欠きが設けられている。

第４の発明に係る積層鉄心の製造方法は、第１〜第３の発明に係る積層鉄心の製造方法において、前記保持部は前記ヨーク部の外側に（３６０度／ｎ）毎にｎ個設けられている。
但し、ｎは３以上の整数である。

第１の発明に係る積層鉄心の製造方法においては、かしめ部がヨーク部の外側に形成された切り離し可能な複数の保持部にそれぞれ形成され、一の保持部の円周方向の幅は、他の保持部の幅と異なっているので、一の保持部の角度位置をセンサー又は目視で検知できる。

第２の発明に係る積層鉄心の製造方法は、軸孔の内側に凹部を設け、かしめ部が凹部に形成された切り離し可能な保持部に形成されているので、保持部を除去した場合、軸孔の精度が維持される。

第３の発明に係る積層鉄心の製造方法は、保持部とヨーク部が断面縮幅部を介して連結されており、断面縮幅部には切欠きが設けられているので、より小さな荷重で切断できる。

第４の発明に係る積層鉄心の製造方法は、保持部がヨーク部の外側に（３６０度／ｎ）毎にｎ個設けられているので、各コア片を形成する金型の形状が同一となる。

本発明の一実施の形態に係る積層鉄心の製造方法の工程図である。（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は同積層鉄心の製造方法の一工程を示す説明図である。同積層鉄心の製造方法の説明図である。同積層鉄心の製造方法の説明図である。（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）はそれぞれ同積層鉄心の製造方法の説明図である。（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）はそれぞれ本発明の他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。本発明の更に他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、図２に示すように、本発明の一実施の形態に係る積層鉄心の製造方法は、帯状電磁鋼板から所定形状のコア片１０を打ち抜き積層して、ブロックコア１１を製造する第１工程（ａ）と、ブロックコア１１を焼鈍炉に入れて焼鈍する第２工程（ｂ）と、焼鈍したブロックコア１１を積層して搬送台１２（図３参照）に載せる第３工程（ｃ）と、搬送台１２に所定数載ったブロックコア１１をモールド金型装置１３（図４参照）に搬送して加圧する第４工程（ｄ）と、ブロックコア１１の貫通孔（孔の一例）を樹脂封止（樹脂モールド）して、固着一体化する第５工程（ｅ）と、樹脂封止の完了した固定子積層鉄心１４（積層鉄心の一例）をモールド金型装置１３より取り出す第６工程（ｆ）とを有する。以下、これらについて詳しく説明する。

なお、以下の説明において、コア片１０とブロックコア１１の平面形状は略同一であるので、原則同一の番号を付して説明する。
コア片１０は、図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、図３に示すように、環状のヨーク片部１５とその内側に均等配置された磁極片部１６と、ヨーク片部１５の外周に複数（この例では４）が均等配置された保持片部１７、１７ａとを有する。複数の磁極片部１６の内側には、円（円に近い多角形を含む）を形成するロータ空間１８が形成されている。なお、磁極片部１６の先部には磁極歯片部が設けられることもある。

この実施の形態では４つの保持片部１７、１７ａが設けられ、３の保持片部１７の円周方向の幅はｗ１となっているが、１つの保持片部１７ａの幅はｗ２（＜ｗ１）となっている。この保持片部１７ａによって、コア片１０及びブロックコア１１の角度位置をセンサー又は目視で検知できる。

各保持片部１７、１７ａはヨーク片部１５の外周に均等角度（例えば、９０度）で配置され、矩形のかしめ形成片部２０、２０ａとかしめ形成片部２０、２０ａをヨーク片部１５の外周に接続する断面縮幅部２１、２１ａとを有している。かしめ形成片部２０、２０ａの中央にはかしめ部２３が形成されている。かしめ部２３は周知の半抜きかしめ、又はＶかしめからなっている。このかしめ部２３を介して複数枚のコア片１０が連結されてブロックコア１１を形成している。各ブロックコア１１の端部にあるコア片１０のかしめ部２３は周知のかしめ孔であるのが好ましいが、必須の要件ではない。

コア片１０は、打ち抜き装置（プレス装置）によって打ち抜き形成され、最終工程でかしめ積層されてブロックコア１１となる。各ブロックコア１１で積層されたコア片１０の保持片部１７、１７ａは、環状のヨーク部１５の外側にブロックコア１１の保持部１７、１７ａを形成する。

また、磁極片部１６の中心線上で、ヨーク片部１５の半径方向中間位置又は中間位置より半径方向内側位置には、円形又は角形の抜き孔１０ａを備えている。直径は任意であるが、例えば３〜１０ｍｍの範囲で選定される。抜き孔１０ａはブロックコア１１では樹脂孔１０ｂ（積層鉄心を貫通する孔の一例）となって、最終的には樹脂が充填され、各コア片１０を連結する役目を果たす（以上、第１工程）。

打ち抜き装置で製造された単数又は複数のブロックコア１１は焼鈍炉に入れられ、７００〜８５０℃程度（好ましくは、７５０〜８００℃）の絶縁皮膜を破壊しない温度で焼鈍処理され、残留応力の除去を行う（以上、第２工程）。これによって、コア片１０は多少軟化し、歪等が除去される。焼鈍炉から取り出したブロックコア１１は、複数個（ｍ個、この実施の形態では４つ）が積層状態で一つの搬送台１２に載置される。この場合、ブロックコア１１の温度は２５０〜３００℃程度（焼鈍して降温する過程の温度）とするのがよい。

搬送台１２は、図３に２点鎖線で示すように、矩形の台板２６と台板２６の中央に形成されたガイドロッド２７を有する。ガイドロッド２７の直径は、ロータ空間１８の外形と実質一致し、ブロックコア１１の位置決めができる。ここで、この実施の形態においては、４つのブロックコア１１を積層しているが、保持部１７の数の倍数の範囲で変えてもよい。なお、ガイドロッドはブロックコアのロータ空間に限らず、例えば、複数のスロット空間に任意の数だけ設置してブロックコアを位置決めしてもよい。

そして、１段目、２段目、３段目及び４段目のブロックコア１１は９０度毎に回転して配置する（即ち、転積する）。９０度毎の判別は、この実施の形態では幅狭の保持部１７ａの位置が上に行くに従い、所定角度（この例では９０度）ずれていることを確認して決める。
各ブロックコア１１の位置合わせは、保持部１７、１７ａの側部が上方向に直線状に並んでいることを確認することによって行う。平行部材で保持部１７、１７ａを円周方向からクランプすることもできる（以上、第３工程）。

次に、ブロックコア１１の温度が下がらないうちに、図４に示すように、モールド金型装置１３に搬送し、上下の樹脂注入型２９、受け型３０の間に軸心及び角度を合わせて配置する。軸心はガイドロッド２７の先部を樹脂注入型２９のセンター穴３２に合わせることによって、角度は受け型３０に設けられた矩形の台板２６をガイドする角溝形状のガイド部材を用いて行う。

樹脂注入型２９には、図３、図４に示すように、円筒状の樹脂ポット３３が樹脂孔１０ｂに応じて形成され、プランジャ３４によって樹脂ポット３３から樹脂を押し出し、ランナー３５、ダミープレート３６に設けられた注入孔３７を介して、樹脂孔１０ｂに樹脂を充填する構成となっている。なお、注入孔の真上に樹脂ポットを配置すれば、ランナーを省略することができる。
ダミープレート３６は省略することもできるが、これを設けることによって、固定子積層鉄心１４からの樹脂剥離が容易となる。なお、ダミープレート３６は直径がコア片１０より大きく、中央に軸孔３８を有しており、ガイドロッド２７により位置決めされる。ブロックコア１１を積層した固定子積層鉄心１４の樹脂注入側にダミープレート３６を配置するのがよい。

この状態で、固定子積層鉄心１４をダミープレート３６ごと樹脂注入型２９及び受け型３０によって積層方向に加圧する（以上、第４工程）。プランジャ３４を移動させて、樹脂を樹脂孔１０ｂに注入する。複数のブロックコア１１からなる固定子積層鉄心１４は焼鈍の熱で加熱されているので、樹脂封止に先立って固定子積層鉄心を予熱する必要がなく、また、樹脂注入型に加熱機構がなくても、注入された樹脂（通常、エポキシ等の熱硬化性樹脂）が硬化し樹脂封止が完了する（以上、第５工程）。

注入した樹脂が硬化した後、樹脂注入型２９及び受け型３０の加圧を解いて、搬送台１２ごと樹脂封止された固定子積層鉄心１４をモールド金型装置１３から取り出し、ダミープレート３６を外す。これにより、樹脂によってコア片１０が連結された積層鉄心ができる（以上、第６工程）。次に、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すプレスカッター３９を用いて、周囲の保持部１７、１７ａを断面縮幅部２１、２１ａの付け根の部分でヨーク部１５から切り離し、除去する。図５（Ａ）、（Ｂ）において、４０は上刃物を、４１は下刃物を示す。これによって、固定子積層鉄心１４が完成する。

なお、図５（Ｃ）に示すように、断面縮幅部２１、２１ａに切欠き４３を設けて、より小さい荷重で切断するようにすることもできる。
また、断面縮幅部２１、２１ａの切断部に溝を設けておき、プレスカッター３９の負担を小さくすることもできる。更に、図５（Ｄ）に示すように、プッシュバックでアリ溝状の嵌合部５７を形成しておき、樹脂封止後に嵌合部５７を含む保持部１７を押し抜き除去してもよい。

前記実施の形態においては、固定子積層鉄心１４に樹脂孔１０ｂを設けて樹脂を充填して、各コア片１０を連結しているが、１）図６（Ａ）に示すように、軸孔内に一定の厚みで樹脂を充填した場合、２）図６（Ｂ）、（Ｃ）に示すように積層鉄心の磁極部を形成するスロットの内側に所定厚みで樹脂層を形成した場合、３）図６（Ｄ）に示すように、磁極部の先端のエアギャップ部に樹脂層を形成する場合、あるいはこれらを組み合わせた場合であっても、本発明は適用される。

前記実施の形態は、固定子積層鉄心１４について説明したが、図７に示すように回転子積層鉄心４５にも本発明を適用できる。この場合は、永久磁石４６が配置された磁石挿入孔４７（孔の一例）を利用し、樹脂封止を行うのが好ましいが、他の部分に樹脂を充填する貫通孔（孔の一例）を形成する方法、積層鉄心の一部（例えば、磁石挿入孔）を樹脂層で覆ってコア片を連結する方法等がある（特開２００７−２８２３９２号公報、特開２００８−５４３７６号公報等を参照）。

図７において、４８は軸孔を、４９は樹脂注入型に形成される樹脂ポットを、５０はランナーを示している。一部の形状が異なる保持部５２は軸孔４８の周囲に均等角度で設けられるのがよい。この場合、軸孔４８の内側に凹部５３を設け、この凹部５３に保持部５２を設けると、保持部５２を除去した場合、軸孔４８の精度が維持されるという利点がある。また、５５はかしめ部を示す。この凹部５３を設けることは固定子積層鉄心の外周部にも適用される。

前記実施の形態において、保持部は一般的に（３６０度／ｎ）の角度でｎ個設けられる（ｎは３以上の整数）。転積角度は（３６０度／ｎ）×ｐとなる（ｐは例えば、１、２、３、・・・）。
また、前記実施の形態においては、積層鉄心に設けた樹脂孔の全てを樹脂封止したが、そのうちの一部を利用することもできる。

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形状、構成を変更することもできる。
前記実施の形態においては、積層鉄心の昇温は焼鈍後の余熱を用いて行ったが、焼鈍後の余熱を使用せず、焼鈍後冷却した積層鉄心を、加熱手段によって適当温度に加熱又は保温する場合も本発明は適用される。また焼鈍後の余熱と加熱手段による加熱を併用することもできる。
また、前記実施の形態においては、ブロックコアの転積を行っているが、転積は必須の要件ではない。
また、焼鈍工程において、積層鉄心を化成処理（ブルーイング）してもよく、この積層鉄心を樹脂モールドするようにしてもよい。
更に、本発明は積層鉄心が円周方向に複数分割されたものにも適用することができる。

この実施の形態においては、積層鉄心の焼鈍は各ブロックコアを製造した段階で行っているが、複数枚のコア片を必要枚数積層して積層鉄心を造り（即ち、ブロックコアとしないで）、この積層鉄心を焼鈍する場合も本発明は適用される。

１０：コア片、１０ａ：抜き孔、１０ｂ：樹脂孔、１１：ブロックコア、１２：搬送台、１３：モールド金型装置、１４：固定子積層鉄心、１５：ヨーク片部（ヨーク部）、１６：磁極片部、１７、１７ａ：保持片部（保持部）、１８：ロータ空間、２０、２０ａ：かしめ形成片部、２１、２１ａ：断面縮幅部、２３：かしめ部、２６：台板、２７：ガイドロッド、２９：樹脂注入型、３０：受け型、３２：センター穴、３３：樹脂ポット、３４：プランジャ、３５：ランナー、３６：ダミープレート、３７：注入孔、３８：軸孔、３９：プレスカッター、４０：上刃物、４１：下刃物、４３：切欠き、４５：回転子積層鉄心、４６：永久磁石、４７：磁石挿入孔、４８：軸孔、４９：樹脂ポット、５０：ランナー、５２：保持部、５３：凹部、５５：かしめ部、５７：嵌合部

Claims

複数のコア片を、ヨーク部の外側に形成された切り離し可能な複数の保持部にそれぞれ形成されているかしめ部を介して積層して形成された固定子積層鉄心の製造方法であって、
一の前記保持部の円周方向の幅は、他の前記保持部の幅と異なっており、前記複数のコア片を積層してブロックコアを製造する工程と、
一の前記ブロックコアに対して他の前記ブロックコアを回転して積層配置する工程と、
を含むことを特徴とする積層鉄心の製造方法。
複数のコア片を、軸孔の内側に設けられた凹部に形成された切り離し可能な保持部に形成されているかしめ部を介して積層して形成された回転子積層鉄心の製造方法であって、
永久磁石が配置された磁石挿入孔に樹脂を充填する工程と、
充填した前記樹脂が硬化した後に、前記凹部から前記保持部を切り離す工程と、
を含むことを特徴とする積層鉄心の製造方法。
請求項１記載の積層鉄心の製造方法において、
前記保持部と前記ヨーク部は断面縮幅部を介して連結されており、該断面縮幅部には切欠きが設けられていることを特徴とする積層鉄心の製造方法。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の積層鉄心の製造方法において、
前記保持部は（３６０度／ｎ）毎にｎ個設けられていることを特徴とする積層鉄心の製造方法。但し、ｎは３以上の整数である。