JP7379914B2 - Manufacturing method of laminated structure and laminated structure - Google Patents
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Description
本発明は、積層構造体の製造方法及び積層構造体に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a laminated structure and a laminated structure.
従来、例えば電動モータ等の回転電機に用いられるステータにおいて、複数の金属板を積層した積層構造体からなるステータコアが用いられている。 2. Description of the Related Art Conventionally, stators used in rotating electric machines such as electric motors have used stator cores that are made of a laminated structure in which a plurality of metal plates are laminated.
積層構造体からなるステータコアは、複数の金属板を積層したブロックを複数形成すると共に、当該複数のブロックを積層し、積層方向に隣り合うブロック同士を互いに固定することで形成される。ステータコアにおけるブロック同士の固定には、溶接が一般に用いられている(例えば、特許文献1参照)。 A stator core made of a laminated structure is formed by forming a plurality of blocks in which a plurality of metal plates are laminated, laminating the plurality of blocks, and fixing adjacent blocks to each other in the lamination direction. Welding is generally used to fix the blocks in the stator core (for example, see Patent Document 1).
上述のステータコアでは、金属板の表面に絶縁被膜を設けることで、金属板間の短絡を抑制し、鉄損(渦電流損)を抑えている。しかしながら、ブロック同士を固定するために溶接を行うと、溶接部により複数の金属板が溶接部を介して短絡してしまい、鉄損が増大してしまう。 In the stator core described above, an insulating coating is provided on the surface of the metal plates to suppress short circuits between the metal plates and suppress iron loss (eddy current loss). However, when welding is performed to fix the blocks together, a plurality of metal plates are short-circuited through the welded portion, resulting in increased iron loss.
鉄損を抑制するために、溶接部のサイズ(スポット径)を小さくすることが考えられるが、この場合、ブロック同士の固定強度(捩りや剥がしに対する強度)が低下してしまう。 In order to suppress iron loss, it is conceivable to reduce the size of the welded portion (spot diameter), but in this case, the strength of fixing the blocks together (strength against twisting and peeling) decreases.
また、サイズの小さい溶接部を多数設けることで、ブロック同士の固定強度を向上させることが考えられるが、この場合、溶接箇所が増えるために、溶接作業に非常に手間がかかってしまい、コストも増大してしまう。 In addition, it is possible to improve the fixing strength between blocks by providing many small welds, but in this case, the number of welds increases, making welding work extremely time-consuming and costly. It will increase.
そこで、本発明は、ブロック同士の固定強度を向上し、かつ鉄損を抑制可能な積層構造体の製造方法及び積層構造体を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a laminated structure and a laminated structure that can improve the fixing strength between blocks and suppress core loss.
本発明は、上記課題を解決することを目的として、複数の金属板を積層したブロックを複数形成するブロック形成工程と、複数の前記ブロックを積層し、積層方向に隣り合う前記ブロック同士を溶接する溶接工程と、を有する積層構造体を製造する方法であって、前記溶接工程では、前記溶接により形成される溶接部の前記ブロックの周方向に沿った長さが、前記ブロックの積層方向に沿った長さよりも長くなるように前記溶接を行う、積層構造体の製造方法を提供する。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention includes a block forming process of forming a plurality of blocks made by laminating a plurality of metal plates, and a step of laminating the plurality of blocks and welding the blocks adjacent to each other in the lamination direction. A method for manufacturing a laminated structure comprising a welding step, in which the length of the welded portion formed by the welding along the circumferential direction of the block is along the stacking direction of the block. The present invention provides a method for manufacturing a laminated structure, in which the welding is performed so that the welding length is longer than the original length.
また、本発明は、上記課題を解決することを目的として、複数の金属板を積層したブロックを複数積層し、積層方向に隣り合う前記ブロック同士を溶接した積層構造体であって、前記溶接により形成される溶接部の前記ブロックの周方向に沿った長さが、前記ブロックの積層方向に沿った長さよりも長い、積層構造体を提供する。 Moreover, for the purpose of solving the above problems, the present invention provides a laminated structure in which a plurality of blocks each having a plurality of laminated metal plates are laminated, and the blocks adjacent to each other in the lamination direction are welded to each other, wherein the welding The present invention provides a laminated structure in which the length of the welded portion formed along the circumferential direction of the block is longer than the length of the welded portion along the lamination direction of the block.
本発明によれば、ブロック同士の固定強度を向上し、かつ鉄損を抑制可能な積層構造体の製造方法及び積層構造体を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a method for manufacturing a laminated structure and a laminated structure that can improve the fixing strength between blocks and suppress iron loss.
[実施の形態]
以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
[Embodiment]
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1は、本実施の形態に係る積層構造体としてのステータコアを示す図であり、(a)は平面図、(b)は側面図である。図2(a)は図1(b)のA部拡大図、図2(b)はそのB-B線断面図である。 FIG. 1 is a diagram showing a stator core as a laminated structure according to the present embodiment, in which (a) is a plan view and (b) is a side view. FIG. 2(a) is an enlarged view of section A in FIG. 1(b), and FIG. 2(b) is a cross-sectional view taken along the line BB.
図1及び図2に示すように、ステータコア1は、円筒状の基体部11と、基体部11の内周面から径方向内方に突出した複数のティース部12と、基体部11から径方向外方に突出した複数の被固定部13と、を一体に有している。図示の例では、ステータコア1が48個のティース部12と、4個の被固定部13と、を有している。4つの被固定部13は、基体部11の周方向に等間隔に形成されており、各被固定部13には、ステータコア1をハウジングに固定するためのボルトを挿通させるボルト挿通穴13aがそれぞれ形成されている。このステータコア1の各ティース部12に、図略の磁気コイルがそれぞれ巻回されることで、ステータが構成される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
図示していないが、ステータコア1の各ティース部12に磁気コイルを巻回したステータ内に、中心部にシャフトが挿通され、複数の永久磁石を保持したロータを設けることで、回転電機が構成される。回転電機は、駆動力を発生するモータとして、あるいはシャフトの回転力を電気エネルギーに変換する発電機として、もしくはその両方の機能を有するモータジェネレータとして、例えば電気自動車や所謂ハイブリッド車両に搭載される。
Although not shown in the drawings, a rotating electrical machine is constructed by providing a stator in which a magnetic coil is wound around each
本実施の形態に係る積層構造体としてのステータコア1は、複数の薄板状の金属板(ステータプレート)2を積層したブロック3を複数積層し、積層方向に隣り合うブロック3同士を溶接して構成される。図示の例では、ステータコア1は、6個のブロック3を積層して構成されている。
The
金属板2としては、表裏面に絶縁層(絶縁被膜)21が施されたケイ素鋼板等の電磁鋼板を用いるとよい。鉄損のうち渦電流損は、磁束の変化で発生した誘導電流による発熱の損失であり、渦電流が流れる部材の厚さの2乗に比例することが知られている。よって、多数の薄い金属板2を絶縁層21を介して積層することで、全体として渦電流損を抑制することが可能になる。金属板2の厚さは、例えば0.25mmである。
As the
図3に示すように、所定枚数(例えば40枚程度)の金属板2を積層し、加締めによって金属板2を板厚方向に相互に連結し一体化することで、ブロック3が構成されている。本実施の形態では、ブロック3の最下部に位置する金属板2に貫通孔20が形成されており、その上側に位置する金属板2の加締めによって形成された凸部22が貫通孔20に嵌入している。また、金属板2が加締められることにより凸部22の上方に凹部23が形成され、この凹部23に、さらにその上側に位置する金属板2の凸部22が嵌入している。このような加締め方法は、ダボ加締めと称される。ただし、金属板2の連結手段としては、ダボ加締めに限らず、例えばV突起カシメでもよい。なお、図3では、絶縁層21を省略して示している。
As shown in FIG. 3, a
複数のブロック3は、金属板2の積層方向と同じ方向に積層され、積層方向に隣り合うブロック3同士が溶接され固定される。ステータコア1は、その外周面に、径方向内方に凹む被溶接部14を有し、この被溶接部14において、積層方向に隣り合うブロック3同士の溶接が行われる。図示の例では、周方向に隣り合う被固定部13の間にそれぞれ1か所、合計4箇所の被溶接部14が設けられている。ただし、これに限らず、例えば、周方向に隣り合う被固定部13の間にそれぞれ2か所、合計8箇所の被溶接部14が設けられていてもよい。以下、溶接が施された部分を溶接部4と呼称する。
The plurality of
ところで、例えば、図4(a).(b)に示すように、溶接時のスポット径を大きくして比較的大きい溶接部4を形成した場合、ブロック3間に入り込む溶接部4が大きくなり、ねじりや剥がしに対するブロック3同士の固定強度が高くなるものの、溶接部4により電気的に短絡される金属板2の枚数が多くなり、これにより鉄損(渦電流損)が大きくなってしまう。
By the way, for example, FIG. 4(a). As shown in (b), when a relatively large
他方、例えば、図4(c),(d)に示すように、溶接時のスポット径を小さくして比較的小さい溶接部4を形成した場合、溶接部4により電気的に短絡される金属板2の枚数が少なくなり鉄損(渦電流損)が抑制されるものの、ブロック3間に入り込む溶接部4が小さくなり、ねじりや剥がしに対するブロック3同士の固定強度が低くなってしまう。小さい溶接部4を周方向に多数形成することも考えられるが、この場合、プレス型を変更して多数の被溶接部14を設ける必要があり、また溶接に手間と時間がかかってしまう。
On the other hand, for example, as shown in FIGS. 4(c) and 4(d), when the spot diameter during welding is made small to form a relatively small
そこで、本実施の形態に係るステータコア1では、溶接により形成される溶接部4のブロック3の周方向(以下、単に周方向という)に沿った長さwを、ブロック3の積層方向(以下、単に積層方向という)に沿った長さhよりも長くした。より具体的には、本実施の形態では、溶接部4は、楕円形状とされ、その短軸方向がブロック3の積層方向と一致するように形成される。
Therefore, in the
溶接部4の積層方向における長さhを短くすることで、溶接部4により電気的に短絡される金属板2の枚数が少なくなり鉄損(渦電流損)が抑制される。さらに、溶接部4の周方向における長さwを長くすることで、ブロック3間に入り込む溶接部4が大きくなり、ねじりや剥がしに対するブロック3同士の固定強度が高くなる。つまり、本実施の形態によれば、鉄損(渦電流損)の抑制と、ブロック3同士の固定強度の向上を両立することが可能になる。本実施の形態では、溶接箇所を増やす必要もないため、従来のプレス型をそのまま使用でき、溶接にかかる手間や時間も抑えることができる。
By shortening the length h of the welded
(ステータコア1の製造方法)
本実施の形態に係る積層構造体としてのステータコア1の製造方法は、複数の金属板2を積層したブロック3を複数形成するブロック形成工程と、複数のブロック3を積層し、積層方向に隣り合うブロック3同士を溶接する溶接工程と、を有している。
(Method for manufacturing stator core 1)
The method for manufacturing the
ブロック形成工程では、プレス加工により打ち抜いて形成された金属板2を所定枚数積層し、積層した金属板2を加締め固定することで、ブロック3を形成する。
In the block forming step, the
溶接工程では、まず、ブロック形成工程で得た複数のブロック3を積層するが、ブロック3を同じ向きで重ねると製造公差等の影響により傾きが発生するおそれがあるため、ブロック3毎に所定の回転ピッチ(例えば90度)で回転させつつ積層(転積)を行う。
In the welding process, first, a plurality of
その後、積層方向に隣り合うブロック3同士を溶接する。この際、溶接により形成される溶接部4の周方向に沿った長さwが、積層方向に沿った長さhよりも長くなるように溶接を行う。具体的には、溶接工程では、積層方向に隣り合うブロック3同士をTIG(Tungsten Inert Gas)溶接によりスポット溶接するようにされ、スポット溶接における溶接アークのスポット形状を楕円形状にする。
After that, blocks 3 adjacent to each other in the stacking direction are welded to each other. At this time, welding is performed so that the length w along the circumferential direction of the welded
スポット形状を楕円形状とする方法として、例えば、図5(a),(b)に示すように、カプス型磁場により溶接アークの形状を制御する方法がある。この方法では、電極51を中心として周方向に等間隔に4つの磁石52を配置し、周方向において隣り合う磁石52において、電極51側の磁極を互いに異ならせる。溶接アークによる電磁場では、図5(b)において破線矢印で示すように、反時計回りに磁場が発生する。ここで、4つの磁石52を配置すると、磁石52による磁場(実線矢印)とアークによる磁場が同じ方向となる位置(図5(b)における電極51の上下の位置)では合成磁場(白抜き矢印)が大きくなり、磁石52による磁場(実線矢印)とアークによる磁場が反対方向となる位置(図5(b)における電極51の左右の位置)では合成磁場(白抜き矢印)が小さくなる。合成磁場が大きいほどアーク柱中心に向かう電磁ピンチ力が大きくなることから、合成磁場が小さい位置ではアークが拡がり、合成磁場が大きい位置ではアークが狭くなる。これにより、溶接アークのスポット形状を楕円形状にすることができる。
As a method of making the spot shape elliptical, for example, as shown in FIGS. 5A and 5B, there is a method of controlling the shape of the welding arc using a cup type magnetic field. In this method, four
また、スポット形状を楕円形状とする他の方法として、図6(a),(b)に示すように、電極51の形状を工夫する方法が挙げられる。図6(a)は電極51の正面図、図6(b)は電極51の側面図である。一般に、電極51の先端角度が大きいほど(鈍角であるほど)、アークが一点に集中しやすく、先端角度が小さいほど(鋭角であるほど)、アークが拡がりやすいことが知られている。電極51の正面視での先端角度θを大きくし、電極51の側面視での先端角度φを小さくすることで、スポット形状を楕円形状とすることができる。なお、図6(c)に示すように、複数の突起51aを有する電極51を用いることでも、スポット形状を楕円形状とすることが可能である。
Another method for making the spot shape elliptical is to modify the shape of the
溶接アークのスポット形状を楕円形状として各ブロック3間を溶接することで、本実施の形態に係る積層構造体としてのステータコア1が得られる。
The
(変形例)
本実施の形態では、楕円形状の溶接部4を形成する場合について説明したが、溶接部4の形状は厳密に楕円形状であることは必須ではなく、多少の変形やゆがみ等は許容される。また、溶接部4の形状は楕円形状でなくてもよく、例えば長円形状(角丸長方形状)、あるいは長方形状等であってもよい。さらに、例えば図7に示すように、溶接部4は、ブロック3の周方向において複数の小径の円が連結された形状となっていてもよい。例えば、図6(c)に示した複数の突起51aを有する電極51を用い、突起51a間の距離等を適宜調整することで、図7に示すような溶接部4が得られる。
(Modified example)
In this embodiment, a case has been described in which the welded
(実施の形態の作用及び効果)
以上説明したように、本実施の形態では、溶接工程において、溶接により形成される溶接部4のブロック3の周方向に沿った長さが、ブロック3の積層方向に沿った長さよりも長くなるように溶接を行っている。これにより、溶接部4により電気的に短絡される金属板2の枚数を少なくして鉄損(渦電流損)を抑制し、かつ、ブロック3間に入り込む溶接部4を大きくして、ねじりや剥がしに対するブロック3同士の固定強度を高くすることが可能になる。つまり、本実施の形態によれば、ブロック3同士の固定強度を向上し、かつ鉄損を抑制することが可能になる。
(Actions and effects of embodiments)
As described above, in the present embodiment, in the welding process, the length of the welded
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments described above do not limit the invention according to the claims. Furthermore, it should be noted that not all combinations of features described in the embodiments are essential for solving the problems of the invention.
本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態では、積層構造体がステータコア1である場合を説明したが、本発明はロータにも適用可能である。すなわち、ロータが、複数の金属板を積層したブロックを複数積層し、積層方向に隣り合う前記ブロック同士を溶接して構成される場合に、溶接により形成される溶接部のブロックの周方向に沿った長さを、ブロックの積層方向に沿った長さよりも長くしてもよい。
The present invention can be modified and implemented as appropriate without departing from the spirit thereof. For example, in the above embodiment, a case has been described in which the laminated structure is the
また、上記実施の形態では、TIG溶接により溶接を行ったが、これに限らず、例えばレーザ溶接により溶接を行うことも可能である。この場合、適宜な光学系を用いて焦点形状を楕円形状等に制御したり、あるいは溶接位置を周方向にずらしながら複数回溶接を行ったりすることで、溶接部4のブロック3の周方向に沿った長さを、ブロック3の積層方向に沿った長さよりも長くするとよい。
Further, in the above embodiment, welding is performed by TIG welding, but the welding is not limited to this, and it is also possible to perform welding by, for example, laser welding. In this case, by controlling the focal point shape to an elliptical shape using an appropriate optical system, or by performing welding multiple times while shifting the welding position in the circumferential direction, the The length along the
1…ステータコア(積層構造体)、11…基体部、12…ティース部、13…被固定部、13a…ボルト挿通穴、14…被溶接部、2…金属板、20…貫通孔、21…絶縁層、22…凸部、23…凹部、3…ブロック、4…溶接部、51…電極、51a…突起、52…磁石
DESCRIPTION OF
Claims (4)
複数の前記ブロックを積層し、積層方向に隣り合う前記ブロック同士を溶接する溶接工程と、を有する積層構造体を製造する方法であって、
前記溶接工程では、前記溶接により形成される溶接部の前記ブロックの周方向に沿った長さが、前記ブロックの積層方向に沿った長さよりも長くなるように前記溶接を行い、かつ、積層方向に隣り合う前記ブロック同士をスポット溶接するようにされ、
前記スポット溶接では、溶接アークのスポット形状を楕円形状とし、
前記スポット溶接では、前記ブロックの積層方向から見た正面視と前記ブロックの周方向から見た側面視とで先端角度が異なり、正面視の先端角度が側面視の先端角度よりも小さい電極を用い、前記電極の正面視と側面視の先端角度の大きさによってスポット形状を制御する、
積層構造体の製造方法。 a block forming step of forming a plurality of blocks made by laminating a plurality of metal plates;
A method for manufacturing a laminated structure comprising a welding step of laminating a plurality of the blocks and welding the blocks adjacent to each other in the lamination direction,
In the welding step, the welding is performed such that the length of the welded part formed by the welding along the circumferential direction of the block is longer than the length along the stacking direction of the block, and The adjacent blocks are spot welded to each other,
In the spot welding, the spot shape of the welding arc is elliptical,
In the spot welding, the tip angle is different in a front view seen from the stacking direction of the block and a side view seen from the circumferential direction of the block , and the tip angle in the front view is smaller than the tip angle in the side view. and controlling the spot shape by the size of the tip angle of the electrode in front view and side view.
Method for manufacturing a laminated structure.
複数の前記ブロックを積層し、積層方向に隣り合う前記ブロック同士を溶接する溶接工程と、を有する積層構造体を製造する方法であって、
前記溶接工程では、前記溶接により形成される溶接部の前記ブロックの周方向に沿った長さが、前記ブロックの積層方向に沿った長さよりも長くなるように前記溶接を行い、
前記溶接部の形状が、前記ブロックの周方向において複数の円が連結された形状とされ、前記複数の円の連結方向は、前記ブロックの積層方向に対して垂直な方向である、
積層構造体の製造方法。 a block forming step of forming a plurality of blocks made by laminating a plurality of metal plates;
A method for manufacturing a laminated structure comprising a welding step of laminating a plurality of the blocks and welding the blocks adjacent to each other in the lamination direction,
In the welding step, the welding is performed such that the length of the welded part formed by the welding along the circumferential direction of the block is longer than the length along the stacking direction of the block,
The shape of the welded part is a shape in which a plurality of circles are connected in the circumferential direction of the block , and the direction in which the plurality of circles are connected is perpendicular to the stacking direction of the blocks,
Method for manufacturing a laminated structure.
請求項1または2に記載の積層構造体の製造方法。 The laminated structure is a stator core used in a rotating electric machine,
A method for manufacturing a laminated structure according to claim 1 or 2.
前記溶接により形成される溶接部の前記ブロックの周方向に沿った長さが、前記ブロックの積層方向に沿った長さよりも長く、
前記溶接部の形状が、前記ブロックの周方向において複数の円が連結された形状となっており、前記複数の円の連結方向は、前記ブロックの積層方向に対して垂直な方向である、
積層構造体。
A laminated structure in which a plurality of blocks each having a plurality of laminated metal plates are laminated, and the blocks adjacent to each other in the lamination direction are welded to each other,
The length of the welded part formed by the welding along the circumferential direction of the block is longer than the length along the stacking direction of the block,
The shape of the welded part is a shape in which a plurality of circles are connected in the circumferential direction of the block, and the direction in which the plurality of circles are connected is perpendicular to the stacking direction of the blocks,
Laminated structure.
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