JP6092010B2 - 固定子鉄心の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、形状精度の高い固定子鉄心の製造方法に関する。

例えば、ＩＰＭモータ（埋込構造永久磁石同期電動機）の製造においては、電磁鋼板から鉄心片を打抜き、積層して積層鉄心（固定子鉄心及び回転子鉄心）を製造している。そして、鉄心片の積層方向における接合には、例えば、カシメ、接着、溶接等の各種接合方法が採用されている。また、鉄心片を積層する際、電磁鋼板の板厚偏差の影響をなくすため、例えば、鉄心片を所定の枚数ずつ回し積みする転積が行われている。転積には、打抜き金型内でブランクダイを回転させて鉄心片を回し積みして固定子鉄心を製造する型内転積と、例えば、図５（Ａ）に示すように、複数の鉄心片８０を打抜き金型内でカシメ積層してブロック鉄心８１を順次形成し、次いで、図５（Ｂ）に示すように、打抜き金型から取り出したブロック鉄心８１を所定の個数回し積みし、隣り合うブロック鉄心８１同士を溶接部８２を介して接合して固定子鉄心８３を製造する型外転積とがある。

ここで、電磁鋼板から打抜いた鉄心片８０には、残留歪が存在している。このため、残留歪が存在する鉄心片８０を積層したブロック鉄心８１を用いて固定子鉄心８３を製造すると、固定子鉄心８３にヒステリシス損が生じ、モータ性能が低下するという問題がある。そこで、特許文献１に記載されているように、固定子鉄心８３を形成した後、固定子鉄心８３に存在する残留歪を除去するため、固定子鉄心８３を焼鈍する（例えば、８００℃程度に加熱した後に徐冷する）ことが広く行われている。

特開昭５８−０６３１１９号公報

固定子鉄心８３の焼鈍は、図６（Ａ）に示すように、ブロック鉄心８１を溶接して形成した固定子鉄心８３を台座８４に載せて焼鈍炉（図示せず）に送入しているが、図６（Ｂ）に示すように、焼鈍中に固定子鉄心８３が傾くという現象が発生する。これは、台座８４や、台座８４を支持して焼鈍炉内での移動をガイドする搬送レール（図示せず）が水平面より僅かに（θ度）傾いていることにより、固定子鉄心８３に自重による偏荷重が負荷されるためである。その結果、図６（Ｃ）に示すように、焼鈍後の固定子鉄心８３を断面視した場合、固定子鉄心８３に設けられる回転子孔８５の上端開口中心の位置と下端開口中心の位置との間には偏差δが生じ、固定子鉄心８３の直角度が低下し、モータ性能に悪影響を及ぼす。そして、焼鈍後に固定子鉄心８３が傾くという現象は、大きなモータトルクを得ることを目的として固定子鉄心８３の積厚を大きくするほど顕著となり、固定子鉄心８３の精度維持が困難になってくる。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、固定子鉄心の形状精度の低下を抑制することが可能な固定子鉄心の製造方法を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係る固定子鉄心の製造方法は、複数枚の環状鉄心片を積層して形成したブロック鉄心を複数個積み重ねて製造する固定子鉄心の製造方法において、
前記各ブロック鉄心を焼鈍する工程と、
組立台座に配置される垂直部を基準として、焼鈍後の複数の前記ブロック鉄心を位置合せして垂直に積み重ねる工程と、
積み重ねた前記ブロック鉄心を、隣り合う該ブロック鉄心同士を接合して一体化する工程とを有する。

本発明に係る固定子鉄心の製造方法において、前記ブロック鉄心を、複数個積み重ねて同時に焼鈍することができる。
また、前記ブロック鉄心を、一つずつ焼鈍することもできる。

本発明に係る固定子鉄心の製造方法において、前記環状鉄心片はカシメ部を介して積層することができる。

本発明に係る固定子鉄心の製造方法において、前記環状鉄心片は、環状ヨーク片部と、該環状ヨーク片部の外周に突出して複数設けられ、前記カシメ部がそれぞれ形成された突出片部とを有し、
複数の前記ブロック鉄心が一体化された後、前記突出片部の積層により形成される突出部を、前記環状ヨーク片部の積層により形成される環状ヨーク部から除去することが好ましい。
環状鉄心片の突出片部にカシメ部が形成されているため、環状鉄心片を積層した際、突出片部同士のカシメ接合によりブロック鉄心が形成され、ブロック鉄心の環状ヨーク部は、環状ヨーク片部が単に積み重ねられた状態となっている（環状ヨーク片部はカシメ接合していない）。

本発明に係る固定子鉄心の製造方法において、前記各ブロック鉄心を、所定角度回転させて積み重ねることが好ましい。

本発明に係る固定子鉄心の製造方法においては、焼鈍後にブロック鉄心に傾きが発生しても、組立台座に配置される垂直部を基準として、焼鈍後の複数のブロック鉄心を位置合せして垂直に積み重ねてから接合するので、ブロック鉄心の傾きの影響を小さくし、固定子鉄心の直角度の低下を抑制できる。

本発明に係る固定子鉄心の製造方法において、ブロック鉄心が、複数個積み重ねられて同時に焼鈍される場合、ブロック鉄心の焼鈍を効率的に行うことができる。

本発明に係る固定子鉄心の製造方法において、ブロック鉄心が、一つずつ焼鈍される場合、積厚が大きな固定子鉄心を製造する際にも、既存の焼鈍設備で製造が可能であり、焼鈍炉を大型化する等の焼鈍設備を新設する必要がなくなる。また、各ブロック鉄心に負荷される自重による偏荷重が小さくなるので、各ブロック鉄心の傾きが更に小さくなり、固定子鉄心の直角度の低下を更に抑制することができる。

本発明に係る固定子鉄心の製造方法において、環状鉄心片を、カシメ部を介して積層する場合、ブロック鉄心の製造が容易となる。

本発明に係る固定子鉄心の製造方法において、環状鉄心片が、環状ヨーク片部と、環状ヨーク片部の外周に突出して複数設けられ、カシメ部がそれぞれ形成された突出片部とを有し、複数のブロック鉄心が一体化された後、突出片部の積層により形成される突出部を、環状ヨーク片部の積層により形成される環状ヨーク部から除去する場合、環状ヨーク部にカシメ部が存在しないので、環状ヨーク部の積層により形成される固定子鉄心にもカシメ部が存在せず、固定子鉄心において層間短絡による鉄損の増加がなくなる。

本発明に係る固定子鉄心の製造方法において、各ブロック鉄心を、所定角度回転させて積み重ねる場合、電磁鋼板の板厚偏差の影響で環状鉄心片に板厚偏差が存在してブロック鉄心の高さに偏差が発生していても、固定子鉄心の高さに偏差が発生することを抑制できる。

（Ａ）〜（Ｄ）は本発明の第１の実施の形態に係る固定子鉄心の製造方法の説明図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は本発明の第２の実施の形態に係る固定子鉄心の製造方法の説明図である。 本発明の第１、第２の実施の形態に係る固定子鉄心の製造方法の変形例の説明図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は本発明の第３の実施の形態に係る固定子鉄心の製造方法の説明図である。 （Ａ）、（Ｂ）は従来例に係る固定子鉄心の製造方法の説明図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、従来例に係る固定子鉄心の製造方法において、焼鈍前、焼鈍中、及び焼鈍後のそれぞれの状態を示す説明図である。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
本発明の第１の実施の形態に係る固定子鉄心の製造方法は、図１（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、複数枚の環状鉄心片１０を積層して形成したブロック鉄心１１を複数個積み重ねて製造する固定子鉄心１２の製造方法であって、各ブロック鉄心１１を焼鈍する工程と、焼鈍後のブロック鉄心１１の中央部に形成される回転子用空間部１３内に配置される垂直部の一例である断面円形のポスト１４を基準として、複数のブロック鉄心１１を位置合せして垂直に積み重ねる工程と、積み重ねたブロック鉄心１１の隣り合うブロック鉄心１１同士を溶接（接合の一例）して、ブロック鉄心１１を一体化する工程とを有する。以下、詳細に説明する。

環状鉄心片１０を、厚みが、例えば、０．５ｍｍ以下の電磁鋼板（図示せず）から打ち抜いて形成し、打ち抜いた複数枚の環状鉄心片１０を順次積層してブロック鉄心１１を形成する。ここで、電磁鋼板から環状鉄心片１０を打ち抜く際、環状鉄心片１０の所定位置にカシメ部（図示せず）を同時に形成するので、環状鉄心片１０を打抜き金型内で積層すると、下層の環状鉄心片１０のカシメ部と上層の環状鉄心片１０のカシメ部との間にカシメ接合が形成（カシメ積層）される。その結果、ブロック鉄心１１の中央部には、環状鉄心片１０の中央部に設けられた孔が連続して形成される回転子用空間部１３が設けられる。

図１（Ａ）に示すように、ブロック鉄心１１を、焼鈍台座１５に複数個（例えば、固定子鉄心１２の形成に必要な個数）積み重ね、焼鈍台座１５と共に図示しない焼鈍炉の入口から炉内に送入する。送入された焼鈍台座１５は、焼鈍炉内に設置された搬送レール（図示せず）の上を焼鈍炉の出口に向けて移動し、この間に焼鈍が行われる。ブロック鉄心１１を焼鈍台座１５に複数個積み重ねて同時に焼鈍することで、ブロック鉄心１１の焼鈍を効率的に行うことができる。

焼鈍台座１５は水平面より僅かに（θ度）傾いているので、積み重ねられたブロック鉄心１１は、偏荷重が負荷された状態で焼鈍されることになる。その結果、焼鈍台座１５上に積み重ねたブロック鉄心１１は、焼鈍後では図１（Ｂ）に示すように、焼鈍台座１５上で傾いた状態になり、最上部に配置されたブロック鉄心１１に形成された回転子用空間部１３の上端開口中心の位置と、最下部に配置されたブロック鉄心１１に形成された回転子用空間部１３の下端開口中心の位置との間には偏差δ１が生じている。ここで、ブロック鉄心１１に負荷される偏荷重は、自重と上側に積み重ねた各ブロック鉄心１１の重量との総和となるので、下側に配置されるブロック鉄心１１ほど大きな偏荷重が加わる。このため、焼鈍後のブロック鉄心１１に形成された回転子用空間部１３の上端開口中心位置と下端開口中心位置との間のずれは、焼鈍時に最上部に配置されたブロック鉄心１１において最小となり、下側に配置されるブロック鉄心１１ほど大きくなる。

焼鈍後の傾斜したブロック鉄心１１を、図１（Ｃ）に示すように、組立台座１６に垂直に設けられた円柱状のポスト１４が、ブロック鉄心１１の中央部に形成されている回転子用空間部１３を挿通するように位置合せを行いながら組立台座１６上に積み重ねる。傾斜したブロック鉄心１１の回転子用空間部１３にポスト１４を挿通させると、ポスト１４の外周面は、ブロック鉄心１１に形成された回転子用空間部１３の上端開口の一部及び下端開口の一部とそれぞれ当接することになり、ポスト１４を基準としてブロック鉄心１１は位置決めされる。ここで、ブロック鉄心１１を組立台座１６上で積み重ねる場合、ブロック鉄心１１は、所定角度回転させて積み重ねる。これにより、電磁鋼板の板厚偏差の影響で環状鉄心片１０に板厚偏差が存在してブロック鉄心１１の高さに偏差が発生していても、固定子鉄心１２の高さに偏差が発生することを抑制できる。

組立台座１６上に積み重ねたブロック鉄心１１を、例えば、上下方向から押圧した状態で隣り合うブロック鉄心１１同士をスポット溶接し、図１（Ｄ）に示すように、ブロック鉄心１１間に溶接部１７を形成してブロック鉄心１１を一体化する。これにより、固定子鉄心１２が形成される。一体化した各ブロック鉄心１１（固定子鉄心１２）では、各ブロック鉄心１１がポスト１４を基準として位置決めされているので、最上部に配置したブロック鉄心１１に形成された回転子用空間部１３の上端開口中心位置と、最下部に配置したブロック鉄心１１に形成された回転子用空間部１３の下端開口中心位置の偏差δ２は、焼鈍後の積み重ねられたブロック鉄心１１に発生した偏差δ１（図１（Ｂ）参照）より小さくなる。従って、焼鈍により各ブロック鉄心１１に傾きが発生しても、固定子鉄心１２において、各ブロック鉄心１１の傾きの影響（偏差δ２）を小さくすることができ、固定子鉄心１２の直角度の低下を抑制できる。

図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、本発明の第２の実施の形態に係る固定子鉄心の製造方法は、第１の実施の形態に係る固定子鉄心の製造方法と比較して、固定子鉄心１８の形成に使用する複数のブロック鉄心１９を、一つずつ焼鈍することが特徴となっている。このため、ブロック鉄心１９を一つずつ焼鈍することについての作用について説明する。なお、第１の実施の形態に係る固定子鉄心の製造方法において、同一の構成部材には同一の符号を付して説明は省略する。

焼鈍台座１５は水平面に対して僅かに（θ度）傾いているので、焼鈍中、ブロック鉄心１９には自重による偏荷重が加わるが、このときの偏荷重は、１個のブロック鉄心１９の自重に基くものとなる。このため、焼鈍後のブロック鉄心１９に形成された回転子用空間部１３の上端開口中心位置と下端開口中心位置との間のずれ量δ３は、第１の実施の形態に係る固定子鉄心の製造方法において、焼鈍時に最上部に配置されたブロック鉄心１１に生じたずれ量と略一致する。

焼鈍後の傾斜したブロック鉄心１９を、図２（Ｂ）に示すように、組立台座１６に垂直に設けられた円柱状のポスト１４が、ブロック鉄心１９の中央部に形成されている回転子用空間部１３を挿通するように位置合せを行いながら、組立台座１６上に所定角度回転させて積み重ねる。これにより、傾斜したブロック鉄心１９に形成された回転子用空間部１３の上端開口の一部及び下端開口の一部とポスト１４の外周面がそれぞれ当接することになり、ポスト１４を基準としてブロック鉄心１９は位置決めされると共に、電磁鋼板の板厚偏差の影響で環状鉄心片１０に板厚偏差が存在してブロック鉄心１９の高さに偏差が発生していても、固定子鉄心１８の高さに偏差が発生することを抑制できる。

組立台座１６上に積み重ねたブロック鉄心１９を、例えば、上下方向から押圧した状態で隣り合うブロック鉄心１９同士をスポット溶接し、図２（Ｃ）に示すように、ブロック鉄心１９間に溶接部２０を形成してブロック鉄心１９を一体化する。これにより、固定子鉄心１８が形成される。一体化した各ブロック鉄心１９（固定子鉄心１８）では、各ブロック鉄心１９がポスト１４を基準として位置決めされているので、各ブロック鉄心１９の回転子用空間部１３において、上端開口中心位置及び下端開口中心位置は、それぞれ略同軸上にあり、固定子鉄心１８の上端開口中心位置と下端開口中心位置の偏差δ３は、図１（Ｄ）に示す偏差δ２より小さい。従って、焼鈍により各ブロック鉄心１９に発生する傾きを抑制して（偏差δ３を小さくして）、固定子鉄心１８の直角度の低下を更に抑制できる。

第１、第２の実施の形態では、焼鈍後のブロック鉄心１１、１９を位置決めしてブロック鉄心１１、１９を垂直に積み重ねて、隣り合うブロック鉄心１１、１９同士をスポット溶接し、ブロック鉄心１１、１９間に溶接部１７、２０を形成してブロック鉄心１１、１９を一体化したが、図３に示すように、垂直に積み重ねたブロック鉄心１１、１９の周方向に沿った複数位置において、各環状鉄心片１０を積層方向に全溶接し、溶接ビード部２１を形成してブロック鉄心１１、１９を一体化して固定子鉄心１２、１８を構成してもよい。

図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、本発明の第３の実施の形態に係る固定子鉄心の製造方法は、第１、第２の実施の形態に係る固定子鉄心の製造方法と比較して、環状鉄心片２２の形成方法が異なることが特徴となっている。このため、形成した環状鉄心片２２の作用について説明する。
厚みが、例えば、０．５ｍｍ以下の電磁鋼板（図示せず）から打ち抜いて形成する環状鉄心片２２は、環状ヨーク片部２３と、環状ヨーク片部２３の半径方向内側に周方向に沿って等間隔に形成された磁極片部２６と、環状ヨーク片部２３の外周に突出して複数設けられ、カシメ部２４がそれぞれ形成された突出片部２５とを有している。ここで、突出片部２５は、環状ヨーク片部２３から半抜き、又は打ち抜かれた後、環状ヨーク片部２３に対して打ち戻され、突出片部２５と環状ヨーク片部２３は連結状態となっている。そして、打ち抜き形成した環状鉄心片２２を打抜き金型内で積層すると、下層の環状鉄心片２２のカシメ部２４と上層の環状鉄心片２２のカシメ部２４との間にカシメ接合が形成され、ブロック鉄心２７が形成される。ここで、ブロック鉄心２７は、環状ヨーク片部２３の積層により形成される環状ヨーク部２８と、突出片部２５の積層により形成される突出部２９と、磁極片部２６の積層により形成される磁極部３０とを有し、複数の磁極部３０で囲まれた内側領域には、回転子用空間部３１が形成されている。

形成したブロック鉄心２７を、第２の実施の形態に係る固定子鉄心の製造方法と同様に焼鈍台座１５に一つずつ載置し、焼鈍する。焼鈍台座１５は水平面に対して僅かに傾いているので、焼鈍中、ブロック鉄心２７には自重による偏荷重が加わり、焼鈍後のブロック鉄心２７に形成された回転子用空間部３１の上端開口中心位置と下端開口中心位置との間にはずれが生じる。このため、焼鈍後の傾斜したブロック鉄心２７を、組立台座１６に垂直に設けられた円柱状のポスト１４が、ブロック鉄心２７の中央部に形成されている回転子用空間部１３を挿通するように位置合せを行いながら、組立台座１６上に所定角度回転させて積み重ねる。これにより、ポスト１４を基準としてブロック鉄心２７は位置合せされ、焼鈍により各ブロック鉄心２７に傾きが発生していても各ブロック鉄心２７を垂直に積み重ねることができ、固定子鉄心３２（図４（Ｃ）参照）の直角度の低下を抑制できると共に、電磁鋼板の板厚偏差の影響で環状鉄心片２２に板厚偏差が存在してブロック鉄心２７の高さに偏差が発生していても、固定子鉄心３２の高さに偏差が発生することを抑制できる。

組立台座１６上に積み重ねたブロック鉄心２７を、例えば、上下方向から押圧した状態で、積み重ねたブロック鉄心２７の周方向に沿った複数位置において、各環状鉄心片２２を積層方向に全溶接し、図４（Ｂ）に示すように、溶接ビード部３３を形成して複数のブロック鉄心２７を一体化すると、各ブロック鉄心２７の環状ヨーク部２８、突出部２９、及び磁極部３０もそれぞれ当接して一体化する。ここで、打ち抜き形成された突出片部２５は、環状ヨーク片部２３に押し戻しされて打ち抜き部（切断部）を介して連結状態となっているため、積み重ねたブロック鉄心２７において、最下層の環状ヨーク部２８を下方から支えて、最上部の突出部２９を下方に向けて押圧すると、突出部２９を下方に向けてスライドさせることができ、環状ヨーク部２８から突出部２９を除去して、図４（Ｃ）に示すように、積み重なった環状ヨーク部２８及び磁極部３０から構成される固定子鉄心３２を形成することができる。

以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載した構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。
更に、本実施の形態とその他の実施の形態や変形例にそれぞれ含まれる構成要素を組合わせたものも、本発明に含まれる。
例えば、電磁鋼板から打ち抜いた環状鉄心片を、一定角度回転させながら積層して、ブロック鉄心を形成することもできる。
焼鈍後のブロック鉄心を組立台座上で垂直に積み重ねる場合、磁極部間に形成される複数のスロット部の一部において、ブロック鉄心に当接するようなポスト状の垂直部を組立台座に複数設け、位置決めの基準としてもよい。
また、突出片部を環状ヨーク片部から半抜きせず又は打ち抜かずに環状鉄心片を積層し、ブロック鉄心を一体化した後、突出部を切断して除去してもよい。

１０：環状鉄心片、１１：ブロック鉄心、１２：固定子鉄心、１３：回転子用空間部、１４：ポスト、１５：焼鈍台座、１６：組立台座、１７：溶接部、１８：固定子鉄心、１９：ブロック鉄心、２０：溶接部、２１：溶接ビード部、２２：環状鉄心片、２３：環状ヨーク片部、２４：カシメ部、２５：突出片部、２６：磁極片部、２７：ブロック鉄心、２８：環状ヨーク部、２９：突出部、３０：磁極部、３１：回転子用空間部、３２：固定子鉄心、３３：溶接ビード部

Claims (6)

1. 複数枚の環状鉄心片を積層して形成したブロック鉄心を複数個積み重ねて製造する固定子鉄心の製造方法において、
   前記各ブロック鉄心を焼鈍する工程と、
   組立台座に配置される垂直部を基準として、焼鈍後の複数の前記ブロック鉄心を位置合せして垂直に積み重ねる工程と、
   積み重ねた前記ブロック鉄心を、隣り合う該ブロック鉄心同士を接合して一体化する工程とを有することを特徴とする固定子鉄心の製造方法。
2. 請求項１記載の固定子鉄心の製造方法において、前記ブロック鉄心は、複数個積み重ねられて同時に焼鈍されることを特徴とする固定子鉄心の製造方法。
3. 請求項１記載の固定子鉄心の製造方法において、前記ブロック鉄心は、一つずつ焼鈍されることを特徴とする固定子鉄心の製造方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の固定子鉄心の製造方法において、前記環状鉄心片をカシメ部を介して積層することを特徴とする固定子鉄心の製造方法。
5. 請求項４記載の固定子鉄心の製造方法において、前記環状鉄心片は、環状ヨーク片部と、該環状ヨーク片部の外周に突出して複数設けられ、前記カシメ部がそれぞれ形成された突出片部とを有し、
   複数の前記ブロック鉄心が一体化された後、前記突出片部の積層により形成される突出部を、前記環状ヨーク片部の積層により形成される環状ヨーク部から除去することを特徴とする固定子鉄心の製造方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の固定子鉄心の製造方法において、前記各ブロック鉄心を、所定角度回転させて積み重ねることを特徴とする固定子鉄心の製造方法。
   

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