JP7209465B2 - 積層鉄心の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載の積層鉄心の製造方法に関するものである。

積層鉄心は、たとえば電動機または発電機用のステータおよびロータとして電気機械用に使用される。

積層鉄心は、互いに重なり合って配置されて１枚の帯状薄板から押し抜かれた積層板から成っている。

積層鉄心の製造は、種々の態様で押し抜き工具の外側または内側で行うことができる。上下に着座している積層板は、第１の結合部を介して互いに結合されている。この第１の結合部は機械的な結合部、接着結合部または溶接結合部であってよい。機械的な結合部の場合には、積層板に突起またはエンボス加工部を備えさせ、これら突起またはエンボス加工部により積層板はそれぞれ下側の積層板の対応する繰り抜き部または凹部に係合する。接着結合部の場合には、互いに上下に位置している積層板は接着剤を用いて互いに結合されている。溶接結合部の場合には、互いに重なり合って位置している積層板は積層鉄心の内側で互いに溶接される。

押し抜き操作中に積層鉄心を製造するための、従来使用されている上記各種結合態様には、利点もあるが欠点もある。すなわち押し抜き鉄心の場合の主要な利点は、個々の積層板を非常に高速に結合させて鉄心を形成できる点にある。欠点は、１つの鉄心の内側に短絡ブリッジが生成されることと、引張強度が小さいことである。

電気的短絡は、積層板を溶接することによって積層鉄心を製造する際にも生じる。さらに、溶接継ぎ目付近での加熱遅れによって積層鉄心が変形する。また、溶接ゾーンでのプロセス温度が高いために継ぎ目変化が発生する。このため、後に電気機械で積層鉄心を使用する際に磁束制御がコントロール不能になることがある。

短絡ブリッジは、基本的には、モータ／発電機の効率に悪影響する磁気損失を発生させる。

押し抜き操作中に製造した接着結合部には、鉄心内部に短絡ブリッジを生じさせないという主要な利点がある。しかしながら、電気鉄板を加工する際のプロセス速度が７００ストローク／分以下で高いために、高速硬化接着剤系を使用することが必ず必要である。このため、好ましくは空気湿度、温度、または活性化剤によって硬化する接着剤系を含んだ接着剤が使用される。

空気湿度で硬化する二次接着剤は、高温耐性および化学的耐性を有していない。温度で硬化する接着剤は、通常非常に緩速で、押し抜き中に積層板を接着するためだけにしか使用できない。さらに、押し抜きプロセス中に鉄心分離させるには高コストを要する。また、押し抜き工具および押し抜きプレスに対する継ぎ合わせユニットの熱的分離または冷却は極めて面倒である。

開始剤／活性化剤と関連させて接着剤系を使用する場合には、これら媒体の塗布は押し抜きプロセス中に電気鉄板の切り離された側で行われる。開始剤／活性化剤を使用することにより、高いプロセス速度を達成できる。主要な欠点は、離村的な混合比率を維持しなければならないことと、押し抜きプロセス中に接着剤と開始剤／活性化剤との位置決めおよびこれら相互の位置決めを最適にしなければならないことにある。この塗布プロセスは、非常に複雑な技術およびこれに関連した非常に高いコストによってしか実現および／または監視することができない。さらに、この装置に対しては、押し抜きプレスまたは押し抜き工具内部に付加的なスペースが必要である。これによって押し抜き機の効率がかなり低下する。

本発明の課題は、積層鉄心の製造方法を次のように構成すること、すなわち積層鉄心を一方では非常に迅速に操作でき、しかし他方では他の加工ステップに対し高い耐性を有し、電気機械での使用時に効率が上昇するように積層鉄心を簡単に製造できるように構成することである。

この課題は、本発明によれば請求項１の特徴ある構成により解決される。

請求項１に記載の本発明による方法では、積層板の下面および／または上面に２つの接着剤系を塗布することによって、積層板は積層鉄心内部で拘束される。このケースでは、積層鉄心は形状拘束的結合部なしで製造される。この場合、接着剤系は、一方の接着座系が高速硬化性であり、その結果部材処置が簡単に可能であるように選定される。さらに接着剤系のこの構成は、第２の接着剤系に対して使用される接着剤が硬化している間に、積層板の拘束を確実にする。その後この接着剤は、積層鉄心内部での積層板の確実な拘束を保証している。

本願の対象は、個々の請求項の対象から明らかなばかりでなく、図面および以下の説明に開示したすべての記載および構成要件からも明らかである。これらの記載および構成要件は、個々にまたは組み合わせて技術水準に比べて新規なものである限りは、請求項の対象でなくとも、本発明にとって重要なものとして権利を主張する。

本発明の更なる構成は他の請求項、以下の説明および図面から明らかである。

本発明を、図面に図示したいくつかの実施形態を用いて詳細に説明する。
本発明による方法を実施するための押し抜き操作を示す図である。 上流側に接着ユニットを備えた押し抜き工具の図である。 図３ａと図３ｂは、接着ユニットの１つのステーションと、図２の押し抜き工具での種々のステーションとを示す図である。 ａ）ないしｃ）は、本発明による方法の第１実施形態にしたがって積層鉄心を製造するための種々の段階を示す図である。 ａ）ないしｃ）は、本発明による方法の第２実施形態にしたがって積層鉄心を製造するための種々の段階を示す図である。 図６ａと図６ｂは、本発明による方法の第３実施形態にしたがって積層鉄心を製造するための異なる段階を示す図である。 図７ａと図７ｂは、本発明による方法の第４実施形態にしたがって積層鉄心を製造するための異なる段階を示す図である。

積層鉄心を製造するため、コイルとしてリール２に巻き取られている帯状薄板１を使用する。帯状薄板１は積層または非積層の幅広帯板または幅狭帯板であってよい。帯状薄板１は、有利には、次の押し抜きプレス４で帯状薄板１から積層板を慎重に押し抜くことができるようにするために矯正機３によって誘導される。押し抜きプレス４内には少なくとも１つの押し抜き工具５があり、押し抜き工具の上流側または下流側には、或いは、押し抜き工具と一体に接着ユニット６が設けられている。

積層板は、材料廃棄物が少ないように、帯状薄板１から１つまたは複数の軌道で押し抜くことができる。

接着ユニット６により、後述する個所で接着剤を帯状薄板上に塗布して、積層鉄心内部で積層している積層板を互いに確実に結合させることができる。接着剤は積層板上に部分的に、たとえば点状に塗布される。

押し抜き工具５の第１のステーションでは、内径部７を押し抜くとともに、該内径部７を間隔をもって取り囲む、押し抜き積み重ね結合のためのエンボス加工部９が押し抜かれる。押し抜き工具５の第２のステーションでは、円環状の積層板１０が押し抜かれる。その外周を破線で示した。押し抜かれた積層板１０は帯状薄板１から押し出されてパッキングユニットの中へ圧入され、該パッキングユニット内で積層板は公知の態様で積層されて積層鉄心１２が形成される。

図１ないし図３の押し抜きプロセスを用いて積層鉄心が製造されるが、その積層板１０は鉄心１２内部でのハイブリッド結合部により互いに結合されている。この実施形態では、積層板１０の間のハイブリッド結合部は、積層している積層板１０の間での摩擦結合部と融着結合部とから成っている。

このハイブリッド結合部を形成させるため、押し抜き工具５の第１のストロークで接着剤１１を必要な個所で帯状薄板１に塗布し、内径部７を押し抜き、エンボス加工部９を生成させる。続いて、帯状薄板を送り長さ分だけさらに搬送する。押し抜きプレス４の次のストロークでは、接着ユニット６を用いて接着剤１１を帯状薄板の必要な個所に塗布する。押し抜き工具５の第１のステーションで、内径部７を押し抜くとともにエンボス加工部９を生成させ、第２の押し抜きステーションで円環状の積層板１０を押し抜く。積層板を公知の態様で帯状薄板１から押し出して、押し抜きプレス４の雌型内へ下方へ圧入させ、雌型内で公知の態様で積層板１０を積層して積層鉄心１２を形成させる。続いて、帯状薄板１を再び送り長さ分だけさらに搬送する。その後、押し抜きプレス４の次のストロークで、接着剤を必要な個所で帯状薄板１に塗布し、押し抜き工具５の第１のステーションで内径部７を押し抜くとともにエンボス加工部９を生成させ、第２の押し抜きステーションで円環状の積層板１０を押し抜き、下方へ雌型内へ圧入させる。このようにして積層板１０を順次帯状薄板１から押し抜き、帯状薄板を、連続する押し抜きストロークの間でそれぞれ送り長さ分だけさらに搬送する。雌型内では、積層している積層板１０の結合を、接着と、積層板１０から押し出されたエンボス加工部９を用いて形状拘束的結合とを行う。

図４は、ハイブリッド結合によって形成される積層鉄心１２の製造時における種々の段階を示した図である。帯状薄板１にまず接着剤１１を塗布する。接着剤は有利には雫状接着剤であり、帯状薄板の適当な個所に塗布される。ここの積層板はエンボス加工部９によって積層鉄心１２の内部で互いに形状拘束的に結合されているので、点状接着剤１１をエンボス加工部９の外側の領域で帯状薄板１に塗布する。エンボス加工部９の形成時に接着材１１が邪魔にならないようにするため、接着剤はたとえば帯状薄板１の下面１３に塗布する。

接着剤１１は、適当な態様であればどのような態様でも帯状薄板１に塗布してよい。接着剤１１を無接触で帯状薄板に塗布するのが有利である。

エンボス加工部９は、適当な雄型が周方向に配分されて帯状薄板を局所的に塑性変形することで変形工程によって生成させる。エンボス加工部９は、帯状薄板の下面１３から突出している。帯状薄板１の上面１４には、エンボス加工部９の高さで、対応する凹部１５を形成させる（図４ｂ）。帯状薄板１から円環状の積層板１０を押し抜いた後、積層板を押し抜きプレスの雌型で組み立てて積層鉄心１２を形成させる。積層板１０は、図４ｃにおいて２つの積層された積層板１０に対し例示したように、それぞれ上側の積層板１０のエンボス加工部９がそれぞれ下側の積層板１０の凹部１５に係合するように積層される。接着剤１１は、それぞれ上側の積層板１０の下面１３の、エンボス加工部９の外側の領域にある。たとえば、周方向において隣接しあっているエンボス加工部９の間にそれぞれ接着剤１１の１つの雫がある。接着剤１１は、それぞれ下側の積層板１０と上側の積層板１０との間に生じる隙間よりもわずかに厚みがあるように塗布する。これにより、積層板１０の継ぎ合わせの際に接着材１１が拡幅し、その結果積層鉄心内部で上下に位置している積層板１０の確実な接着が行われる（図４ｃ）。

エンボス加工部９は、プレスばめでそれぞれ下側の積層板の凹部１５に係合するように形成されている。これにより、積層板１０がエンボス加工部９を介して互いに結合されているような積層鉄心１２が形成され、その際接着剤１１は、上下に位置している積層板１０の結合に補助的に寄与している。説明したハイブリッド結合は、結合個所の数量および／または大きさの低減を可能にし、しかも製造した積層鉄心１２の機能性に関し制限される恐れはない。

説明した実施形態の場合、積層鉄心１２は押し抜きプレス４の内側で製造される。基本的には、積層鉄心を押し抜きプレス４の外側でも製造できる。同様に、接着剤を押し抜きプレス４の内側でなく、外側で帯状薄板に塗布することが可能である。

説明した積層鉄心１２の場合、点状の接着剤１１は円環状の積層板１０の周方向に配分して設けられており、その結果上下に位置している積層板１０の間の確実な接着結合が保証されている。

接着剤１１を点状にではなく、面状に積層板１０に塗布してもよい。

図５は、積層鉄心１２の内側で上下に位置している積層板１０の間でのハイブリッド結合の他の可能性を示している。この実施形態の場合、まず帯状薄板１に内径部７（図３）を押し抜くとともに、積層板１０の下面１３から突出するエンボス加工部９を設ける。その後に初めて、接着剤１１を下面１３に塗布する。以前の実施形態とは異なり、エンボス加工部９の領域で接着剤１１を積層板１０の下面１３に塗布する。これによってエンボス加工部９が接着剤１１によって覆われる。エンボス加工部９は、本実施形態でも円環状の積層板の周方向に配分して配置されている。

積層板１０は、帯状薄板１から押し抜いた後、押し抜きプレス４内で、または、その外側でも、積層鉄心１２の形成のために積層される（図５ｃ）。それぞれ上側の積層板１０のエンボス加工部９は、それぞれ下側の積層板１０の対応する凹部１５に係合する。積層板は、前記実施形態に対応して、加圧して積層させる。エンボス加工部９は、摩擦でそれぞれ下側の積層板１０の凹部１５に係合し、これによって積層鉄心１２の軸線方向において、上下に位置している積層板１０の間で摩擦結合が達成される。同時に、それぞれ上側の積層板１０を載置する際に接着剤１１を排出させて、接着剤も同様にエンボス加工部９の外側にあって、その下にある積層板１０を互いに結合させるようにする。その際、接着剤１１はそれぞれのエンボス加工部９を取り囲む（図５ｃ）。

この実施形態でも、積層鉄心１２の個々の積層板１０の間のハイブリッド結合部は、エンボス結合部９と凹部１５との間の形状拘束的／摩擦結合部と、接着結合部１１とから成る。

この実施形態でも、接着剤１１は押し抜きプレス４の内側または外側で塗布してよい。後者の場合には、まずエンボス工程を行って帯状薄板１にエンボス加工部９を生成させる。その後はじめて接着剤１１を塗布する。これに対し、図４の実施形態では、まず接着剤１１を塗布してから、帯状薄板１をエンボス加工してエンボス加工部９を形成させる。

積層鉄心１２の高さは、貫通穴を備えた積層板１０が形成されることによって設定される。これは図４ｃで破線によって例示されている。

したがって、次の積層鉄心１２を形成させるために、まず貫通穴を備えたカバー薄板を作製する。その後、同様に貫通穴を備えたカバー薄板が積層鉄心１２の高さを決定するまで、前記カバー薄板の上に前述した態様で積層板を載置する。積層鉄心１２のこの実施形態での高さは、同様に、使用する接着剤が塗布中断部によって形成されることによって設定される。

図６の実施形態では、上下に位置している積層板の間のハイブリッド結合部を接着結合部によって生成させる。帯状薄板１に、まず接着剤１６と接着剤１７とを接着ユニット６内で内径部７の領域に同様に円環状積層板１０の周方向に配分して配置させる（図３ｂ）。この実施形態では、押し抜きの直後に積層鉄心１２の部材処置を可能にするために、接着剤１６は高速結合手段として作用する。接着剤１７は、積層鉄心１２の最適特性との耐久性結合手段として用いられ、積層鉄心１２の上側の積層板１０と下側の積層板１０との間の隙間で時間的に遅れて硬化する。

２つの接着剤１６と１７の塗布は、この実施形態の場合、押し抜きプレス４の内側で行うことができるが、その外側で行うこともできる。接着剤１６は、好ましくは点状に積層板上面１４および／または積層板下面１３に無接触で塗布される。接着剤１７は、好ましくは面状に積層板上面１４および／または積層板下面１３に塗布される。接着剤１６から生じた融着結合部は、接着剤１７から生じた第２の融着結合部によって、下側の積層板１０と上側の積層板１０との間で完全に取り囲まれていてよい。接着剤１６と接着剤１７とは、好ましい実施形態の場合、互いに混合されていてよい。２つの接着剤１６と１７の混合または接着剤系は、押し抜き操作中または押し抜き操作外で行ってよい。

互いに融着結合されている２つの積層板１０から薄板鉄心を製造する場合も、押し抜きプレス４の第１のストロークで接着剤１６および／または接着剤１７を帯状薄板１に塗布し、内径部７を設ける。続いて、帯状薄板を送り長さ分だけさらに搬送する。押し抜きプレス４の次のストロークを用いて、２つの接着剤１６と１７を新たに帯状薄板１に塗布し、内径部７を押し抜き工具５の第１のステーションで押し抜き、押し抜き工具５の第２のステーションで帯状薄板１から積層板１０をカットする。

積層鉄心１２のこの実施形態での高さは、塗布を中断することにより、使用する接着剤を形成させることによって設定する。これにより最上位の積層板１０に次の積層板１０を固定することができなくなる。

図７の実施形態では、上下に位置している積層板１０の間のハイブリッド結合部は、溶接結合部１８と接着結合部１９とによって生成させる。帯状薄板１においてまず接着剤１９を接着ユニット６内で適当な個所において帯状薄板に塗布する（図７ａ）。

この実施形態では、溶接結合部１８は、押し抜き直後の積層鉄心１２の部材処置を可能にするために、高速結合手段として作用する。接着剤１９は、積層鉄心１２の最適な特性を備えた耐久性結合部として用いられ、積層鉄心１２のそれぞれ上側の積層板１０とそれぞれ下側の積層板１０との間の隙間で時間的に遅れて硬化する。

溶接継ぎ目１８の被着は、押し抜き工具の継ぎ合わせユニット内で行う。接着剤１９の塗布は、この実施形態の場合、押し抜きプレス４の内側で行うが、その外側で行ってもよい。接着剤１９は好ましくは点状に積層板上面１４および／または積層板下面１３に無接触で塗布する。

積層鉄心１２の高さは、この実施形態の場合、溶接継ぎ目および接着剤の被着を中断することによって設定される。これにより、積層鉄心１２の最上位の積層板１０に次の積層板１０を固定することができなくなる。

説明したハイブリッド結合は、結合個所の数量および／または大きさの低減を可能にし、しかも製造した積層鉄心１２の機能性に関し制限される恐れはない。

以上説明した実施形態では、リングとして形成された積層板１０のみを例示した。もちろん、積層板は他の適当な各種形状を持っていてよい。たとえば、単独歯を説明した態様で積層して単独歯鉄心を形成させることができる。この場合、次に単独歯鉄心を継ぎ合わせてステータコアまたはロータコアを形成させる。このような積層鉄心は、たとえば電動機のロータおよび／またはステータのために使用される。

しかし、積層板はたとえばＥ字状形状、または櫛状、または他の自由な形状を有していてもよい。

説明した実施形態では、積層板１０の異なる結合態様を同時にまたは時間的に連続して生成させてもよい。また、これら異なる結合態様を積層鉄心１２の同じ個所または異なる個所に設けてもよい。接着結合と摩擦結合とを有しているハイブリッド結合では、摩擦／形状拘束的結合部９，１５は、接着剤がまだ完全に硬化していない時点ですでに積層鉄心の良好な操作性を可能にしている。摩擦結合部９，１５の小さな引張強度は、接着結合部のより大きな引張強度によって補償される。逆に、接着結合部の小さな耐衝撃性および耐剥離性は、隣り合う積層板１０のエンボス加工部９と凹部１５との間の形状拘束的／摩擦結合によって補償される。２つの融着結合部を有しているハイブリッド結合では、それぞれの接着系特性を組み合わせることができ、これによって積層板間での非常に高速で耐久的な結合が生成される。溶接部と接着部とから成る２つの融着結合部を有しているハイブリッド結合でも同様にそれぞれの特性を組み合わせてよく、これによって積層板間での非常に高速で耐久的な結合が生成される。

Claims (1)

1. 押し抜きプレス（４）内で帯状薄板（１）から外径部と内径部（７）とを有する円環状の積層板（１０）を押し抜き、次に該円環状の積層板（１０）を積層させて積層鉄心（１２）を形成させ、その際に前記円環状の積層板（１０）の下面（１３）および／または上面（１４）に、高速硬化性である第１の接着剤系（１６）と、耐久性を有する第２の接着剤系（１７）とを塗布するようにした、前記積層鉄心（１２）の製造方法において、
   前記押し抜きプレス（４）が、前記帯状薄板（１）の搬送方向において上流側から下流側に順番に、前記第１の接着剤系（１６）と前記第２の接着剤系（１７）とを含んでいる接着ユニット（６）と、押し抜き工具（５）とを有し、
   まず、前記押し抜きプレス（４）の第１のストロークで、前記第１および第２の接着剤系（１６，１７）を前記接着ユニット（６）内で前記帯状薄板（１）に塗布し、前記押し抜き工具（５）の第１のステーションで前記内径部（７）を押し抜き、前記押し抜き工具（５）の第２のステーションで前記帯状薄板（１）から前記円環状の積層板（１０）を切り出すこと、
   次に、前記帯状薄板（１）を送り長さだけさらに搬送すること、
   次に、前記押し抜きプレス（４）の第２のストロークで、前記第１および第２の接着剤系（１６，１７）を前記接着ユニット（６）内で前記帯状薄板（１）に塗布し、前記押し抜き工具（５）の前記第１のステーションで前記内径部（７）を押し抜き、前記押し抜き工具（５）の前記第２のステーションで前記帯状薄板（１）から前記円環状の積層板（１０）を切り出すこと、
   前記接着ユニット（６）内では、前記第１の接着剤系（１６）を点状に、前記第２の接着剤系（１７）を面状に前記積層板（１０）の上面（１４）および／または下面（１３）に塗布すること、を特徴とする製造方法。

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