TWI451666B - 積層鐵心之製造方法及以該方法所製造之積層鐵心 - Google Patents

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Description

積層鐵心之製造方法及以該方法所製造之積層鐵心
本發明係關於旋轉電機之積層鐵心的製造方法，特別是關於連結有芯片之積層鐵心的改善生產性，提升材料利用率，並謀求提升積層鐵心特性者。
以習知之積層鐵心而言，已揭示於日本特開2000-116074號公報，係將交替地積層連結將芯片以嵌合抵接鄰接芯片之圓弧狀凸狀部與圓弧狀凹狀部的方式依序排列所構成之第1芯構件、及將芯片以與第1芯構件不同排列方向的方式嵌合抵接圓弧狀凸狀部與圓弧狀凹狀部而依序排列之第2芯構件，且積層有芯片之積層鐵心相互地以回轉軸部為中心而可回轉地連結而成者。該芯片係具備後軛(back yoke)部、由後軛部突出之磁極齒部、設置於後軛部端部的一端部之圓弧狀凸狀部、設置於後軛部端部的另一端部之圓弧狀的凹狀部、及設置於圓弧狀的凸狀部之回轉軸部。
該鄰接之芯片的圓弧狀凸狀部與圓弧狀凹狀部的嵌合抵接部，係如已於日本特開2002-171725號公報所揭示，藉由在模具內衝切與衝縫折彎加工而形成。
[先前技術文獻] (專利文獻)
專利文獻1：日本特開2000-116074號公報
專利文獻2：日本特開2002-171725號公報
於前述習知之積層鐵心中，因藉由衝縫折彎加工形成鄰接芯片的嵌合抵接部，故相當於衝縫折彎加工之彎曲支點的部位會產生變形，而導致因積層鐵心的形狀精確度惡化及積層鐵心的磁應變，會有旋轉電機的效率低落及轉矩(torque)脈動變大等問題。
此外，於專利文獻1的第1圖中，雖揭示有將芯片配置為直線狀而藉由衝壓(press)加工，以提升積層鐵心的材料利用率之方法，但如專利文獻1之步驟A或步驟B之將形成鄰接芯片之後軛部端部的間隙與其附近後軛部的內外週邊部予以一體性衝切的衝頭(punch)，係難以精確度良好地製作，且因該衝頭在衝切前述間隙與內外週邊之部位係為不連續地連結之形狀，故於該連結部會產生應力集中而降低衝頭的耐久性，而成為難以量產積層鐵心之模具。
本發明係為解決如同前述之課題而研創者，其目的在於提供量產性佳且高材料利用率之衝壓加工方法，並且提供能減低芯片的加工變形，而能謀求提升效率及轉矩脈動等特性的積層鐵心製造方法。
有關本發明的積層鐵心之製造方法，係為將以後軛部與由前述後軛部突出之磁極齒部所構成的經分割之複數芯片配置為直線狀以進行衝切，並形成突起且積層而成之積層鐵心的製造方法，係包含：第1步驟，衝切前述芯片之後軛部之位於鄰接端部間的反磁極齒部側的第1部位；第2步驟，衝切前述芯片之後軛部之位於鄰接端部間的前述磁極齒部側的第2部位；第3步驟，衝切連通藉由前述第1步驟衝切之前述第1部位與藉由前述第2步驟衝切之前述第2部位的部位；及第4步驟，衝切形成前述磁極齒部。
根據有關本發明之積層鐵心的製造方法，因藉由第3步驟來衝切連通藉由前述第1步驟衝切之前述第1部位與藉由前述第2步驟衝切之前述第2部位的部位，故在將芯片排列為直線狀的狀態下，不使用衝縫折彎工法即能進行衝壓加工，而能減低加工變形並能謀求提升效率及轉矩脈動等特性。
此外，因將衝切後軛部的鄰接端部之步驟分割為衝切前述芯片之後軛部之位於鄰接端部間的反磁極齒部側的第1部位之第1步驟、衝切前述芯片之後軛部之位於鄰接端部間的前述磁極齒部側的第2部位之第2步驟、及衝切連通藉由前述第1步驟衝切之前述第1部位與藉由前述第2步驟衝切之前述第2部位的部位之第3步驟，故容易製作衝頭，並且能提升衝頭耐久性且能提升量產性。
進一步，因能在將芯片於金屬片(sheet)排列為直線狀的狀態下衝壓加工芯片，故能提升材料利用率。
 實施形態1
以下，根據第1圖至第7圖說明本發明之實施形態1，惟就各圖中相同或相當之構件、部位附加相同符號進行說明。第1圖係為顯示有關本發明實施形態1之旋轉電機的平面圖。第2圖係為顯示有關本發明實施形態1之積層鐵心的平面圖。第3圖係為顯示有關本發明實施形態1之積層鐵心的斜視圖。第4圖係為有關本發明實施形態1之第2圖的部分擴大圖。第5圖係為顯示有關本發明實施形態1之積層鐵心衝壓加工後之狀態的平面圖。第6圖係為有關本發明實施形態1之第5圖的部分擴大圖。第7圖係為有關本發明實施形態1之第6圖的部分擴大圖。第8圖係為顯示有關本發明實施形態1之積層鐵心衝壓加工流程圖的平面圖。
該等各圖中，1係為旋轉電機，且具備於積層鐵心3隔介絕緣體(insulator)4捲繞有驅動線圈(coil)5的定子(stator)2、配置於定子2的內周側且具有永久磁鐵7的轉子(rotor)6、及保持定子2與轉子6的外殼(housing)8。
如第2圖所示積層鐵心3係例如由9個鐵心塊(core block)12所構成。如第4圖所示鐵心塊12係由：形成積層鐵心3之圓環狀軛鐵部的後軛部13、從後軛部13朝內周側突出之供驅動線圈5捲繞之磁極齒部14、設置於連結鄰接鐵心塊12之後軛部13端部的一端部之回轉軸部15、及外周側缺口部19所構成，且鄰接之鐵心塊12彼此以回轉軸部15為中心而可回轉地連結。
如第5圖所示，積層鐵心3係為以各磁極齒部14成為大致平行的方式，在展開為直線狀的狀態下衝壓加工電磁鋼片製造而成者，並將如第6圖所示，將於後軛部13之一端具有大致凸狀部17、於另一端具有大致凹狀部18、及具有設置於大致凸狀部17以及大致凹狀部18之外周側的外周側缺口部19的芯片16，以如第5圖A及第5圖B所示之方式，將在預定之節距(pitch)下，以大致凸狀部17以及大致凹狀部18呈對向之方式依序排列之第1芯構件20、及以大致凸狀部17與大致凹狀部18的方向成為與第1芯構件20反向的方式，在預定節距下，以大致凸狀部17以及大致凹狀部18呈對向之方式依序排列之第2芯構件21，以例如第3圖之方式每3層分別積層，並藉由形成突起部22固定。
再者，回轉軸部15係設置於芯片16的大致凸狀部17。在此，外周側缺口部19係相對於通過回轉軸部15且平行於磁極齒部14之直線作成為對稱形狀，由於能在第1芯構件20與第2芯構件21取得磁性平衡，故能減低轉矩脈動，並且於後述之該積層鐵心的衝壓加工步驟中，能將形成外周側缺口部19之衝頭設為1種，而能謀求模具之簡化及小型化。
如第2圖、及第4圖所示，芯片16係以回轉軸部15為中心而回轉，並於圓弧狀地封閉積層鐵心3時構成為大致凸狀部17以及大致凹狀部18對接。在此，如第7圖所示，回轉軸部15之軸心P1係設置於位於較大致凸狀部17之圓弧部的中心P2靠近外周側，故如第5圖、第6圖所示，在以各磁極齒部14成為大致平行的方式，將積層鐵心3展開為直線狀的狀態中，於鄰接之芯片16的大致凸狀部17與大致凹狀部18間，形成有由外周側缺口部19連接至內周側之芯片間間隙23。
此外，如以第7圖之二點鏈線所示，當封閉芯片16於形成圓環狀積層鐵心3時，大致凹狀部18與大致突狀部17對接，而能使後軛部13之磁電阻變小，而能抑制旋轉電機1效率之損失(loss)。
接著，使用第8圖A至第8圖H，說明製造積層鐵心3之衝壓加工步驟。首先，對於安裝(set)於衝壓機之帶狀的電磁鋼片，於步驟(A)中，衝切與模具進行定位之導孔(pilot hole)30。接著，將電磁鋼板以等節距往送料方向移動，並連續性進行各步驟之加工。
步驟(B)係為衝切芯片16之後軛部13的位於鄰接端部間之反磁極齒部側的第1部位之第1步驟，衝切用以形成屬於第1部位之外周側缺口部19的狹縫(slit)31。
步驟(C)係為衝切芯片16之後軛部13的位於鄰接端部間之磁極齒部側的第2部位之第2步驟，圖示係為一例，並與衝切形成磁極齒部14之第4步驟一體性動作，以衝切形成第2部位與磁極齒部14之狹縫32。
步驟(D)及(E)係為衝切連通藉由第1步驟衝切之第1部位與藉由第2步驟衝切之第2部位的部位之第3步驟，並衝切狹縫33、及34，該狹縫33、及34係用以形成芯片16之後軛部13端部之大致凸狀部17與大致凹狀部18之芯片間間隙23。
衝切該等狹縫33、及34之衝頭，係為了形成第5圖A、及第5圖B所示之2種第1芯構件20、及第2芯構件21，而與衝壓機之動作同步並自動性切換，不會重複衝切狹縫33、及34。例如於預定積層片數的積層鐵心3，例如每3片自動性切換而衝切狹縫33、及34。
在此，因狹縫31、32、33、及34係分別以獨立之衝頭衝切，故容易製作各自之衝頭，並且因於預先衝切狹縫31、及32之後衝切狹縫33、及34，故能減輕施加於衝頭剛性相對性較小之狹縫33、及34的衝頭之負載。
再者，為將狹縫33、及34的衝頭耐久性進一步提升，宜為將相當於芯片間間隙23之狹縫33、及34的衝頭寬度設定為芯片16(電磁鋼板)之板厚以上。
在此，以前述方式形成外周部缺口部19之狹縫31，係相對於通過回轉軸部15且平行於磁極齒部14的直線呈對稱形狀，亦即相對於狹縫33、及34為對稱形狀，故能以1種衝頭形成外周側缺口部19，而能集中於步驟(B)，故能謀求模具之簡化及小型化。
接著，在步驟(F)中，衝切供形成突起部22嵌入之狹縫35、及供回轉軸部15嵌入之孔36，並在步驟(G)中，成形形成突起部22與回轉軸部15之銷釘(dowel)。該等步驟(F)、(G)係選擇性切換而形成。例如，步驟(F)係以預定之積層鐵心3的積層片數，例如於每3片自動性切換而衝切狹縫35與孔36。以於該狹縫35嵌入形成突起部22，並於孔36嵌入回轉軸部15的方式進行積層。
此外，因能在第1芯構件20與第2芯構件21取得磁性平衡，故能減低轉矩脈動。最後，雖在步驟(H)衝切芯片16之外周，並往模具內部連續性積層芯片16，但藉由以自動切換衝頭所構成之步驟(F)係在達到預定之積層鐵心3的積層片數時點為有效運作，而能防止形成突起部連結複數個積層鐵心。
再者，已就步驟(D)所選擇之第1芯構件20為對象敘述過步驟(F)、及步驟(G)，雖未圖示，但亦可在選擇步驟(E)而實施同樣的步驟(F)、及步驟(G)之後，在步驟(H)衝切芯片16的外周，並往模具內部連續性積層芯片16。
本發明實施形態之旋轉電機的積層鐵心，係於在鄰接之芯片16的後軛部13端部形成大致凸狀部17與大致凹狀部18時，分割為衝切後軛部13之位於鄰接端部間的反磁極齒部側的第1部位之第1步驟、衝切後軛部13之位於鄰接端部間的磁極齒部側的第2部位之第2步驟、及衝切連通藉由第1步驟衝切之第1部位與藉由第2步驟衝切之第2部位的部位之第3步驟，故容易製作衝頭，並且能提升衝頭耐久性，且能提升在將芯片16排列為直線狀之狀態下的衝壓加工之量產性。
此外，以本發明實施形態1所製造之積層鐵心，係能抑制加工變形，且能謀求提升效率及轉矩脈動等特性，並能提升材料利用率。進一步，相較於在圓弧狀或環狀之狀態下進行衝壓加工的情況下，能減低電磁鋼板的磁異向性之影響，並能減低轉矩脈動。
此外，雖已就衝切芯片16的後軛部13之位於鄰接端部間的磁極齒部側的第2部位的第2步驟、及衝切形成磁極齒部14之第4步驟為一體性動作之情況進行過說明，但並非限定於此，當然亦可設為將衝切第2部位的第2步驟、及形成磁極齒部14的衝切步驟予以分離而進行衝切的方式。進一步，亦可設為將形成磁極齒部14的衝切步驟與衝切芯片16外周之步驟(H)為一體性衝切的方式，而亦能減少步驟數量而謀求模具之小型化。
另外，於前述之實施形態中，雖已就分割為衝切後軛部13之位於鄰接端部間的反磁極齒部側的第1部位之第1步驟、衝切後軛部13之位於鄰接端部間的磁極齒部側的第2部位之第2步驟、及衝切連通藉由第1步驟衝切之第1部位與藉由第2步驟衝切之第2部位的部位之第3步驟的情況進行過說明，但衝切第1部位之第1步驟、及衝切連通第1部位與第2部位之部位的第3步驟亦可為共通，亦即，亦可設為同時衝切，相較於前述之習知技術，不但容易製作衝頭，並且提升衝頭耐久性，且能提升在將芯片16排列為直線狀之狀態下的衝壓加工之量產性。
此外，於前述之實施形態中，雖已就分割為衝切後軛部13之位於鄰接端部間的反磁極齒部側的第1部位之第1步驟、衝切後軛部13之位於鄰接端部間的磁極齒部側的第2部位之第2步驟、及衝切連通藉由第1步驟衝切之第1部位與藉由第2步驟衝切之第2部位的部位之第3步驟的情況進行過說明，但衝切第2部位之第2步驟、及衝切連通第1部位與第2部位之部位的第3步驟亦可為共通，亦即，亦可設為同時衝切，相較於前述之習知技術，不但容易製作衝頭，並且提升衝頭耐久性，且能提升在將芯片16排列為直線狀之狀態下的衝壓加工之量產性。
再者，在前述實施形態中，雖在步驟(B)形成外周側缺口部19，但藉由集中於衝切鐵心16片外周之步驟(H)而予以一體性衝切，能減少步驟數量且能謀求模具之小型化。
此外，在前述實施形態中，雖為製造藉由回轉軸部15而連結鄰接之鐵心塊12之積層鐵心的方法，但亦適用於省略該回轉軸部15之加工，而分別分割鐵心塊12之積層鐵心的製造方法。此時，能提升分割型積層鐵心的材料利用率，且能得到提升生產性之效果。
再者，本發明係於其發明範圍內能將實施形態予以適當變形或省略。
(產業上之利用可能性)
本發明係適用於實現減低芯片的加工變形而能謀求提升效率及轉矩脈動之特性的積層鐵心之製造方法。
1．．．旋轉電機
2．．．定子
3．．．積層鐵心
4．．．絕緣體
5．．．驅動線圈
6．．．轉子
7．．．永久磁鐵
8．．．外殼
12．．．鐵心塊
13．．．後軛部
14．．．磁極齒部
15．．．回轉部
16．．．芯片
17．．．大致凸狀部
18．．．大致凹狀部
19．．．外周側缺口部
20．．．第1芯構件
21．．．第2芯構件
22．．．形成突起部
23．．．芯片間間隙
30．．．導孔
31、32、33、34、35．．．狹縫
36．．．孔
第1圖係為顯示有關本發明實施形態1之旋轉電機的平面圖。
第2圖係為顯示有關本發明實施形態1之積層鐵心的平面圖。
第3圖係為顯示有關本發明實施形態1之積層鐵心的斜視圖。
第4圖係為有關本發明實施形態1之第2圖的部分擴大圖。
第5圖係為顯示有關本發明實施形態1之積層鐵心衝壓加工後之狀態的平面圖。
第6圖係為有關本發明實施形態1之第5圖的部分擴大圖。
第7圖係為有關本發明實施形態1之第6圖的部分擴大圖。
第8圖係為顯示有關本發明實施形態1之積層鐵心衝壓加工流程圖的平面圖。
15．．．回轉部
22．．．形成突起部
30．．．導孔
31、32、33、34、35．．．狹縫
36．．．孔

Claims (13)

  1. 一種積層鐵心之製造方法，係為製造將以後軛部與由前述後軛部突出之磁極齒部所構成之經分割的複數芯片配置為直線狀以進行衝切，並形成突起且積層而成之積層鐵心之方法，係包含：第1步驟，衝切前述芯片之後軛部之位於鄰接端部間的反磁極齒部側的第1部位；第2步驟，衝切前述芯片之後軛部之位於鄰接端部間的前述磁極齒部側的第2部位；第3步驟，衝切連通藉由前述第1步驟衝切之前述第1部位與藉由前述第2步驟衝切之前述第2部位的部位；及第4步驟，衝切形成前述磁極齒部。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之積層鐵心之製造方法，其中，前述複數片芯片之後軛部之鄰接端部，係於一端部側設有大致凸狀部，且於另一端部側設有大致凹狀部，並以前述芯片之一端部側的大致凸狀部與前述芯片之另一端部側的大致凹狀部為對接的方式形成。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之積層鐵心之製造方法，其中，第1芯構件與第2芯構件係交替地積層，該第1芯構件係將具備在一端部側具有大致凸狀部及在另一端部側具有大致凹狀部之後軛部的芯片予以依序排列 而成；該第2芯構件係將具備在相當於位於前述第1芯構件之前述芯片之前述大致凸狀部之位置作成大致凹狀部，且在相當於位於前述第1芯構件之前述芯片之前述大致凹狀部之位置作成大致凸狀部之後軛部的芯片予以依序排列而成。
  4. 如申請專利範圍第2項或第3項所述之積層鐵心之製造方法，其中，連結前述各芯片之相鄰於積層方向之邊緣部彼此間的連結手段係設置於前述大致凸狀部。
  5. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之積層鐵心之製造方法，其中，藉由前述第1步驟衝切之前述第1部位的形狀，係相對於與前述磁極齒部的突出方向為並行且通過前述連結手段之回轉中心的直線為對稱。
  6. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之積層鐵心之製造方法，其中，於進行連通前述第1部位與前述第2部位之部位的衝切之步驟中，衝切寬度係為前述芯片的板厚以上。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之積層鐵心之製造方法，其中，衝切前述第1部位之第1步驟，係與衝切連通前述第1部位與前述第2部位之部位的第3步驟為共通。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之積層鐵心之製造方法，其中， 衝切前述第2部位之第2步驟，係與衝切連通前述第1部位與前述第2部位之部位的衝頭為共通。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之積層鐵心之製造方法，其中，衝切前述第2部位之第2步驟，係與衝切形成磁極齒部之第4步驟為共通。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之積層鐵心之製造方法，其中，衝切前述第1部位之第1步驟，係與衝切前述芯片而進行積層之步驟為共通。
  11. 如申請專利範圍第2項所述之積層鐵心之製造方法，其中，在將複數個前述芯片依序排列為圓環狀或圓弧狀之狀態下，前述後軛部的形狀係為於前述後軛部之端部彼此間所抵接之外圓周側不產生段差。
  12. 如申請專利範圍第4項所述之積層鐵心之製造方法，其中，前述連結手段之回轉中心係以位於較前述大致凸狀部的回轉中心更為外周側之方式設置。
  13. 一種積層鐵心，係為藉由申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之製造方法所製造者。
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