JP5840397B2

JP5840397B2 - 固定子積層鉄心の製造方法および装置

Info

Publication number: JP5840397B2
Application number: JP2011137646A
Authority: JP
Inventors: 敏松林
Original assignee: Mitsui High Tec Inc
Current assignee: Mitsui High Tec Inc
Priority date: 2011-06-21
Filing date: 2011-06-21
Publication date: 2016-01-06
Anticipated expiration: 2031-06-21
Also published as: JP2013005692A

Description

本発明は、電動機や発電機等の回転電機に用いられる固定子積層鉄心の製造方法および装置に関する。

電動機は回転界磁を生じさせる巻線を巻いた固定子と、回転界磁によって回転する回転子とを有している。一般的には、固定子鉄心および回転子鉄心は、薄板材料（電磁鋼板）を打ち抜いたものを複数枚、積層して作られる。

薄板材料を打ち抜きパンチや打ち抜きダイからなる金型を用いて打ち抜くとき、一般的に、打ち抜きパンチと打ち抜きダイとのクリアランス０．０１ｍｍ〜０．０２ｍｍを設けて打ち抜きを行うため、打ち抜きパンチを素材に押し込み打ち抜きを行う際に、打ち抜きパンチと打ち抜きダイとの間で押し込み圧縮硬化が生じる。これが累積すると、打ち抜きパンチ及び打ち抜きダイの端面に抜きダレ部が形成され、打ち抜かれた鉄心の端面が平滑にならない。

この問題を解消するために、特許文献１に開示された積層鉄心の製造方法のように、ステッピングモータにおいて、極歯の先端をシェービング抜きして平滑な剪断面を形成することにより、ステッピングモータの磁気的特性を向上させることが従来より知られている。近年では、ステッピングモータ以外のモータにおいても、ステータのスロット領域を形成するティース側面、あるいはヨーク内周面をシェービング抜きすることにより、モータの磁気的特性が向上することが確認されている。

特許第３３２６１２７号公報

しかしながら、スロット領域のシェービング抜きにおいても、抜き代は０．０５ｍｍ程度でしかなく、打ち抜かれたスクラップも同程度の幅となる幅狭であるため、スクラップの剛性が低く、抜き落とす途中でスクラップが破断して打ち抜きパンチと一緒に上昇し、いわゆるカス上がりを起こすことがあり、金型刃物（パンチやダイ）を破損させたり、製品表面に打痕を残したりするなどして品質を低下させる要因となっている。

そこで本発明は、スクラップの剛性向上を図り、スクラップに破断を生じさせることなく、カス上がりに起因する金型の破損や打痕による製品品質の低下を防止することのできる固定子積層鉄心の製造方法および装置を提供することを第１の目的とし、併せて、スクラップを確実に抜き落とすことを第２の目的とする。

前記課題を解決するため、本発明の第１の構成は、薄板材料のスロット形成予定領域にスロットを形成するための下抜きを行うスロット下抜き工程と、前記下抜きされたスロットの内周に形成されるシェービングを打ち抜くシェービング抜き工程とを有する固定子積層鉄心の製造方法であって、前記スロット下抜き工程において、前記シェービング抜き工程でシェービング抜きされる全体が閉じたループ形状の抜き代の一部にスロットの内側に向かって突出する突出部が形成されるように打抜くことを特徴とする。

この第１の構成において、スロットをシェービング抜きする前に、予めスロットの下抜きを行う。このとき、シェービング抜き代、すなわちシェービング抜きによりスクラップとなる部分の一部に、スロットの内側に向かって突出する幅広の突出部を形成することで、スクラップの剛性向上を図る。

前記第１の構成のスロット下抜き工程において、閉じたループ形状のシェービングに、突出部から延びて当該突出部の対向部につながるブリッジが形成されるように打ち抜くことにより、スクラップの剛性がさらに向上して、スクラップの破断を効果的に防止することができる。

前記突出部の位置は、スロット開口部、および前記スロット開口部と対向するスロット奥部のいずれかまたは両方とする。コア形状（具体的にはティース形状あるいはティース先端形状）によっては、ティースの側面に突出部を形成した場合に、磁気的特性が低下するものがあるため、ティースの側面を除く領域に突出部を形成する。

前記シェービング抜き工程において、シェービング抜きの際に前記突出部にキッカーピンを当接させるか、エアブローを噴出させてシェービングをスロットから強制的に分離するように打ち抜くことにより、スクラップを破断させることなく確実に抜き落とすことができる。

本発明の第２の構成は、薄板材料のスロット形成予定領域にスロットを形成するための下抜きを行う第１パンチおよび第１ダイを有するスロット下抜きステーションと、前記下抜きされたスロットの内周に形成されるシェービングを打ち抜く第２パンチおよび第２ダイを有するシェービング抜きステーションとを備えた固定子積層鉄心の製造装置であって、前記第１パンチおよび前記第１ダイは、前記シェービング抜きステーションでシェービング抜きされる全体が閉じたループ形状の抜き代の一部にスロットの内側に向かって突出する突出部が形成される形状を有することを特徴とする。

この第２の構成において、第１パンチおよび第１ダイを上記の形状とすることにより、シェービング抜きステーションでシェービング抜きを行うことによりスクラップとなる部分の一部に、スロットの幅広の突出部が形成される。

前記シェービング抜きステーションに、シェービング抜きの際に前記突出部に当接して前記シェービングをスロットから強制的に分離するキッカーピン、あるいは突出部にエアブローを噴出させて前記シェービングをスロットから強制的に分離するエアノズルを設けることにより、スクラップを破断させることなく確実に抜き落とすことができる。

本発明によれば、スロット下抜き工程において、シェービング抜き工程でシェービング抜きされる全体が閉じたループ形状の抜き代の一部にスロットの内側に向かって突出する突出部が、スロット開口部、および前記スロット開口部と対向するスロット奥部のいずれかまたは両方に形成されるように打抜くことにより、スクラップの剛性が向上し、スクラップに破断を生じさせることなく、カス上がりに起因する金型の破損や打痕による製品品質の低下を防止することができる。さらに、シェービング抜きステーションに、シェービング抜きの際に突出部に当接してシェービングをスロットから強制的に分離するキッカーピン、あるいは突出部にエアブローを噴出させてシェービングをスロットから強制的に分離するエアノズルを設けることにより、スクラップを破断させることなく確実に抜き落とすことができる。

本発明の実施の形態に係る積層鉄心の製造方法によって製造された積層鉄心の斜視図である。本発明の実施の形態に係る積層鉄心の製造方法および装置における各工程を示す説明図である。本発明の実施の形態に係る積層鉄心の製造方法における突出部の形成例を示す説明図である。本発明の実施の形態に係る積層鉄心の製造装置の例を示す正面図である。本発明の実施の形態に係る積層鉄心の製造装置の他の例を示す正面図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら具体的に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る積層鉄心の製造方法によって製造される積層鉄心（固定子積層鉄心）１０の斜視図である。この積層鉄心１０は外側の環状積層ヨーク部１１と、その内側に設けられた複数の積層ティース部１２とを有している。積層ティース部１２は積層ティース軸部１３とその内側端部に形成された積層極歯１４を有している。

積層鉄心１０は、同一形状の複数（通常多数）の環状鉄心片１５をかしめ積層して形成されている。各環状鉄心片１５は、内側先部に極歯１６を有するティース片部１７を複数有している。なお、１８はかしめ部、１９はスロット部である。

この積層鉄心１０の製造方法および製造装置について、図２を参照しながら説明する。積層鉄心１０の製造装置は、図２に示すように、ロータ外形抜きステーションＳ１と、スロット下抜きステーションＳ２と、シェービング抜きステーションＳ３と、ステータ内形抜きステーションＳ４と、カシメ部形成ステーションＳ５と、ステータ外形抜きステーションＳ６とを有している。

ロータ外形抜きステーションＳ１では、両側に予めパイロット孔３１，３２が所定ピッチで形成された板厚０．３〜０．５ｍｍ程度の薄板材料３０に、２点鎖線で示すように環状鉄心片１５の形成領域の内側のロータ片２１ａをロータ抜きパンチ及びダイ（いずれも図示せず）により打ち抜く。図中、２１ｂはロータ片２１ａが打ち抜かれた後の内側円を示す。

スロット下抜きステーションＳ２では、ロータ外形抜きステーションＳ１において打ち抜いたロータ片２１ａの外側のスロット部１９形成領域に、全体が閉じたループ形状のシェービング抜き代２２を残してスロット下抜き穴２０をスロット下抜き穴打ち抜きパンチ及びダイ（いずれも図示せず）により打ち抜く。このスロット下抜き穴２０には、全体が閉じたループ形状のシェービング抜き代２２、すなわちシェービング抜きによりスクラップとなる部分の一部に、スロット部１９の内側に向かって突出するように幅広の突出部２３を形成するようにする。前記のスロット下抜き穴打ち抜きパンチおよびダイには、シェービング抜き代２２の一部にスロットの内側に向かって突出する突出部２３が形成される金型形状を有する。シェービング抜き代２２の幅は、薄板材料３０の幅や材質の剛性にもよるが、例えば板厚０．３ｍｍ、薄板材料が電磁鋼板の場合、０．０２〜０．１ｍｍが好ましい。

突出部２３は、図３（ａ）に示す２３ａのように、スロット開口部と対向するスロット奥部に形成するか、図３（ｂ）に示す２３ｂのようにスロット開口部に形成することができる。これ以外にも、別の場所にスロット部１９の内側に向かって突出する突出部を設けたり、複数の突出部を設けたりすることもでき、コア形状に応じてスロット形成領域内において磁気的特性の低下への影響が最も小さい領域を選択して形成すればいい。ただし、コア形状（具体的にはティース形状あるいはティース先端形状）によっては、ティースの側面に突出部を形成した場合に、磁気的特性が低下するものがあるため、できる限りティースの側面を除く領域に形成することが好ましい。

さらに、図３（ｃ）に示すようにスロット奥部とスロット開口部の両方に突出部２３ａ，２３ｂを形成し、かつ両突出部２３ａ，２３ｂを連結するブリッジ２４を形成することができる。これにより、スクラップの剛性が向上して、スクラップの破断防止効果がより高まる。

シェービング抜きステーションＳ３では、前ステーションＳ２で打ち抜いたスロット下抜き穴２０の周囲にシェービング抜き代２２をシェービング抜きパンチ及びダイ（後述）を用いて打ち抜き、所定のスロット部１９を打ち抜く。

ステータ内形抜きステーションＳ４では、先に打ち抜いたロータ片２１ａが打ち抜かれた後の内側円２１ｂとステータ内形２５との間の部分をステータ内形打ち抜きパンチ及びダイ（図示せず）により打ち抜く。

カシメ部形成ステーションＳ５では、ステータの外周の所定の位置にかしめ部１８を形成する。かしめ部１８は、半抜きかしめ、Ｖ字かしめ等周知のかしめ構造が適用できる。なお、環状鉄心片１５をかしめ以外の手段で連結する場合（例えば、溶接、ピン）には、かしめ部形成ステーションＳ５は省略できる。

ステータ外形抜きステーションＳ６では、環状鉄心片１５の外形を打ち抜いて環状鉄心片１５を薄板材料３０から分離形成すると共に、環状鉄心片１５を先に打ち抜き形成された下層の環状鉄心片１５に積層して結合する外形抜き積層工程を実施する。

この外形抜き積層ステーションＳ６において、各環状鉄心片１５の転積、スキュー（斜積）を行うこともできる。なお、転積、スキューについは周知であるので、説明を省略する。

前記のシェービング抜きステーションＳ３では、図４に示すように、シェービング抜きパンチ（以下、単に「パンチ」ということがある。）４１及びダイ４２を用いて、スロット下抜き穴２０の内周からシェービング抜き代２２を抜く工程を実施するが、パンチ４１を下降させてシェービング抜き代２２を抜いた後、抜いたシェービング抜き代２２であるスクラップがパンチ４１と一緒に上昇したり一部のみ上昇することにより閉じたループ形状のスクラップが破断したりすることを阻止するために、キッカーピン４３を突出部２３に押し当て、キッカーピン４３をパンチ４１よりも遅く上昇させる。これにより、スクラップがパンチ４１と一緒に上昇したり破断したりせず、確実にスクラップを抜き落とすことができる。

図４におけるキッカーピン５３を用いるほかに、図５に示すように、エアブローノズル４４を設け、シェービング抜きの際に、エアブローノズル４４から突出部２３に向けてエアブローを噴出させることにより、打ち抜かれたシェービング抜き代２２であるスクラップをスロットから強制的に分離することができ、スクラップを破断させることなく確実に抜き落とすことができる。

以上のように、本発明の実施の形態によれば、スロット下抜きステーションＳ２において、その後にシェービング抜きステーションＳ３でシェービング抜きされる、全体が閉じたループ形状のシェービング抜き代２２の一部にスロット部１９の内側に向かって突出する突出部２３が形成されるように打抜くことにより、スクラップに破断を生じさせることなく、確実にスクラップを抜き落すことができ、カス上がりに起因する金型の破損や打痕による製品品質の低下を防止することができる。

Ｓ１ロータ外形抜きステーション
Ｓ２スロット下抜きステーション
Ｓ３シェービング抜きステーション
Ｓ４ステータ内形抜きステーション
Ｓ５カシメ部形成ステーション
Ｓ６ステータ外形抜きステーション
１０積層鉄心（固定子積層鉄心）
１１環状積層ヨーク部
１２積層ティース部
１３積層ティース軸部
１４積層極歯
１５環状鉄心片
１６極歯
１７ティース片部
１８かしめ部
１９スロット部
２０スロット下抜き穴
２１ａロータ片
２１ｂ内側円
２２シェービング抜き代
２３，２３ａ，２３ｂ突出部
２４ブリッジ
２５ステータ内形
３０薄板材料
３１，３２パイロット孔
４１パンチ
４２ダイ
４３キッカーピン
４４エアブローノズル

Claims

薄板材料のスロット形成予定領域にスロットを形成するための下抜きを行うスロット下抜き工程と、
前記下抜きされたスロットの内周に形成されるシェービングを打ち抜くシェービング抜き工程とを有する固定子積層鉄心の製造方法であって、
前記スロット下抜き工程において、前記シェービング抜き工程でシェービング抜きされる全体が閉じたループ形状の抜き代の一部にスロットの内側に向かって突出する突出部が、スロット開口部、および前記スロット開口部と対向するスロット奥部のいずれかまたは両方に形成されるように打抜くことを特徴とする固定子積層鉄心の製造方法。
前記スロット下抜き工程において、前記閉じたループ形状のシェービングに、前記突出部から延びて当該突出部の対向部につながるブリッジが形成されるように打ち抜くことを特徴とする請求項１記載の固定子積層鉄心の製造方法。
前記シェービング抜き工程において、シェービング抜きの際に前記突出部にキッカーピンを当接させて前記シェービングをスロットから強制的に分離するように打ち抜くことを特徴とする請求項１または２に記載の固定子積層鉄心の製造方法。
前記シェービング抜き工程において、シェービング抜きの際に前記突出部にエアブローを噴出させて前記シェービングをスロットから強制的に分離するように打ち抜くことを特徴とする請求項１または２に記載の固定子積層鉄心の製造方法。
薄板材料のスロット形成予定領域にスロットを形成するための下抜きを行う第１パンチおよび第１ダイを有するスロット下抜きステーションと、
前記下抜きされたスロットの内周に形成されるシェービングを打ち抜く第２パンチおよび第２ダイを有するシェービング抜きステーションとを備えた固定子積層鉄心の製造装置であって、
前記第１パンチおよび前記第１ダイは、前記シェービング抜きステーションでシェービング抜きされる全体が閉じたループ形状の抜き代の一部にスロットの内側に向かって突出する突出部が、スロット開口部、および前記スロット開口部と対向するスロット奥部のいずれかまたは両方に形成される形状を有することを特徴とする固定子積層鉄心の製造装置。
前記シェービング抜きステーションに、シェービング抜きの際に前記突出部に当接して前記シェービングをスロットから強制的に分離するキッカーピンを設けたことを特徴とする請求項５記載の固定子積層鉄心の製造装置。
前記シェービング抜きステーションに、シェービング抜きの際に前記突出部にエアブローを噴出させて前記シェービングをスロットから強制的に分離するエアノズルを設けたことを特徴とする請求項５記載の固定子積層鉄心の製造装置。