用於製造層合鐵芯的裝置和方法與流程

2024-03-09 14:25:15

本發明涉及用於製造通過層合多個鐵芯層合片而形成的層合鐵芯的裝置和方法。

背景技術：

傳統上，一般通過在連續模機器中衝切由電磁鋼製成的卷材形式的鋼板帶，製作旋轉電機的層合鐵芯。在連續模機器中，鋼板帶被間歇性供給到一系列的模組件中，以順序方式在其內形成導向孔、狹槽、內齒和外部輪廓，使得連續製作多個環形鐵芯層合片。然後，一次在模具或擠壓環中堆疊(和聯接)預定數量的環狀鐵芯層合片。然而，在旋轉電機的定子芯的情況下，將線圈繞組纏繞在從其內周向內徑向突出的齒部上。然而，在這種情況下，由於定子芯的環狀構造，不可有用於插入線圈纏繞機器的夾具的足夠空間。

為了克服這個問題，已經提出了將均由一個片段或多個片段的堆疊(各片段由齒部和關聯託架組成)組成的多個芯工件布置成單個線性行，使得毗鄰芯工件藉助窄連接部分相互連接，並且這些芯工件形成一連串相互連接的層合芯工件。根據這個提議，在線圈已經被纏繞到布置成單行的芯工件的齒部上之後，連接部分變形，使得芯工件被布置成環狀，並且這一連串芯工件的相對端部被焊接或以其他方式相互連接，以形成環狀層合鐵芯。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：JP2003-235187A

技術實現要素：

本發明要實現的任務

根據專利文獻1中提出的製造層合鐵芯的傳統方法，為了使當衝切鋼板帶時的材料的浪費最少，第一衝裁工位和第二衝裁工位沿著鋼板帶W的供給方向(圖6中的 箭頭F所指示的)以預定間隔設置，以在相互相反的取向上衝切出鐵芯層合片。參見圖6中示出的第一外部輪廓衝裁孔Ha0和第二外部輪廓衝裁孔Hb0。

更具體地，如圖6中所示，被第二衝裁單元衝切的第二外部輪廓衝裁孔Hb0和在衝切第二外部輪廓衝裁孔Hb0時從上遊側毗鄰第二外部輪廓衝裁孔Hb0的第一外部輪廓衝裁孔Ha0被布置成，使得各個鐵芯層合片的齒部17a和17b的自由端部緊鄰另一鐵芯層合片的託架18a和18b，或者，換句話講，鐵芯層合片中的一個(或第一外部輪廓衝裁孔Ha1)的齒部插入另一鐵芯層合片(或第二外部輪廓衝裁孔Hb0)的齒部之間。由此，第一衝裁單元和第二衝裁單元之間的間隔可減至最小。圖6和圖7中示出的現有技術與本發明不同，但為了有助於描述，鐵芯層合片(或外部輪廓衝裁孔)的形狀適形於本發明的鐵芯層合片的形狀，並且用類似標號指代對應於本發明的部件(諸如，圖5中示出的部件)的部件。

在用於製造層合鐵芯的傳統方法中，如圖7(A)中所示，從鋼板帶W保留的骨架部分(承載幅材)45在衝裁步驟期間經受剪切應力，並且其位於第一外部輪廓衝裁孔Ha1和第二外部輪廓衝裁孔Ha2之間的部分往往會變形。當骨架部分45存在這種變形時，骨架部分45的包圍各個齒部17a的部分(翼片工件45a)可擠入下模組件2的模具D8的開口(模孔D8a)中，帶來的結果是，會阻礙鋼板帶W的供給動作。這個問題可防止連續模機器的加工速度(衝壓速度)增大，並且由於衝切操作不正確，會導致工件受損。

本發明是鑑於現有技術的這些問題作出的，並且本發明的主要目的是，提供一種通過從鋼板帶衝切出鐵芯層合片來製造層合鐵芯的裝置和方法，各鐵芯層合片包括布置成單行的多個片段，各片段包括基體部分和從基體部分延伸的至少一個延伸部，這使材料的浪費減至最小，並且防止了在衝裁步驟之後保留的鋼板帶材料擠入模孔中。

實現任務的方式

為了實現此目的，本發明的第一方面提供了一種層合鐵芯製造裝置，所述層合鐵芯製造裝置用於通過從以間歇方式供給的鋼板帶(W)衝裁鐵芯層合片(10)並且堆疊所述鐵芯層合片來製造層合鐵芯(11)，各鐵芯層合片包括多個片段，所述多個片段被布置成在與所述鋼板帶的縱向方向交叉的第一方向上延伸的單行，各片段包括基體部分(18)和從所述基體部分延伸的至少一個延伸部(17)，所述層合鐵芯製造裝置包括：第一衝裁單元(37)，該第一衝裁單元用於從所述鋼板帶衝裁各鐵芯層合片； 以及第二衝裁單元(38)，該第二衝裁單元設置在所述第一衝裁單元的相對於所述鋼板帶的供給方向的下遊側並且被構造成以與所述第一衝裁單元不同的布置從所述鋼板帶衝裁各鐵芯層合片；其中，所述第一衝裁單元衝裁各鐵芯層合片，使得各延伸部在第二方向上從對應的所述基體部分延伸，該第二方向與所述第一方向不同並且指向相對於所述鋼板帶的供給方向的上遊方向；並且其中，所述第二衝裁單元衝裁各鐵芯層合片，使得各延伸部在相對於所述鋼板帶的供給方向的下遊方向上從對應的所述基體部分延伸，並且設置在由所述第一衝裁單元為衝切出所述延伸部而製作的一對相互毗鄰的孔之間。

根據本發明的第一方面，因為位於第一衝裁單元的下遊側的第二衝裁單元衝裁各鐵芯層合片，使得各延伸部在相對於鋼板帶的供給方向的下遊方向上從對應的所述基體部分延伸，並且設置在由第一衝裁單元為衝切出延伸部而製作的一對相互毗鄰的孔之間，所以當通過衝裁均包括布置成行的多個片段的鐵芯層合片來製造層合鐵芯時，可使材料的浪費減至最小，並且可避免鋼板帶的剩餘材料擠入模孔中。

本發明的第二方面提供了：結合本發明的第一方面，所述第二衝裁單元包括衝頭(P8)和用於衝裁各鐵芯層合片的對應模具(D8)，以及在由所述第二衝裁單元衝裁所述鐵芯層合片之後所述鋼板帶中剩餘的材料形成有防止擠入部分(45a)，所述防止擠入部分包圍衝裁而成的所述鐵芯層合片的各延伸部，使得所述防止擠入部分的下遊端部在所述模具的開口(D8a)的相對於所述鋼板帶的供給方向的下遊邊緣之外延伸。

根據本發明的第二方面，因為在衝裁鐵芯層合片之後的鋼板帶中剩餘的材料形成有包圍各延伸部的防止擠入部分，使得防止擠入部分的下遊端部在模具的開口(模孔D8a)的下遊邊緣之外延伸，所以當通過衝裁均包括布置成行的多個片段的鐵芯層合片來製造層合鐵芯時，可使材料的浪費減至最小，並且可避免鋼板帶的剩餘材料擠入模孔中。

本發明的第三方面提供了：結合本發明的第一方面和第二方面，所述層合鐵芯形成旋轉電機的定子芯(11)，並且其中，各基體部分由形成所述定子芯的外周部分的託架(18)組成，並且對應的所述延伸部由從所述託架向內徑向延伸的齒部(17)組成。

根據本發明的第三方面，當通過從鋼板帶衝裁均包括布置成行的多個片段(所述片段均包括託架和從託架延伸的的至少一個齒部)的鐵芯層合片來製造旋轉電機的定 子芯時，可使材料的浪費減至最小，並且可避免鋼板帶的剩餘材料擠入模孔中。

本發明的第四方面提供了一種層合鐵芯製造方法，所述層合鐵芯製造方法用於通過從以間歇方式供給的鋼板帶(W)衝裁鐵芯層合片(10)並且堆疊所述鐵芯層合片來製造層合鐵芯(11)，各鐵芯層合片包括多個片段(13)，所述多個片段被布置成在與所述鋼板帶的縱向方向交叉的第一方向上延伸的單行，各片段包括基體部分(18)和從所述基體部分延伸的至少一個延伸部(17)，所述層合鐵芯製造方法包括：第一衝裁步驟(步驟7)，該第一衝裁步驟用於從所述鋼板帶衝裁各鐵芯層合片；以及第二衝裁步驟(步驟8)，該第二衝裁步驟是在所述第一衝裁步驟之後執行的並且使得以與所述第一衝裁步驟不同的布置從所述鋼板帶衝裁各鐵芯層合片；其中，所述第一衝裁步驟包括：衝裁各鐵芯層合片，使得各延伸部在第二方向上從對應的所述基體部分延伸，該第二方向與所述第一方向不同並且指向相對於所述鋼板帶的供給方向的上遊方向；並且其中，所述第二衝裁步驟包括：衝裁各鐵芯層合片，使得各延伸部在相對於所述鋼板帶的供給方向的下遊方向上從對應的所述基體部分延伸，並且設置在通過所述第一衝裁步驟為衝切出所述延伸部而製作的一對相互毗鄰的孔之間。

本發明的效果

因此，根據本發明，當通過從鋼板帶衝裁均由一連串片段組成的鐵芯層合片(所述片段均包括基體部分和從基體部分延伸的至少一個延伸部)來製造層合鐵芯時，可使材料的浪費減至最小，並且可避免鋼板帶的剩餘材料擠入模孔中。

附圖說明

圖1示出實施本發明的連續模機器的整體結構；

圖2是通過圖1中示出的連續模機器衝裁的鐵芯層合片的平面圖；

圖3是通過圖1中示出的連續模機器製造的層合鐵芯的平面圖；

圖4是與圖1中示出的連續模機器關聯的條布局；

圖5是示出在圖1中示出的連續模機器中衝裁鐵芯層合片的工藝的示圖；

圖6示出與傳統連續模機器關聯的條布局；以及

圖7是示出在傳統連續模機器中衝裁鐵芯層合片的工藝的示圖。

具體實施方式

以下參照附圖描述本發明的優選實施方式。

圖1示出實施本發明的連續模機器的整體結構，圖2是通過連續模機器衝裁的鐵芯層合片的平面圖，圖3是通過連續模機器製造的層合鐵芯的平面圖，圖4是與連續模機器關聯的條布局。在圖1中示出的連續模機器的用對應標號(1)至(8)指代的對應部分中，執行圖4中的條布局中的各步驟(1)至(8)。

如圖1中所示，連續模機器1通過對由電磁鋼製成的卷材形式的鋼板帶W執行衝壓處理衝切出鐵芯層合片10(參見圖2)。將預定數量的這些鐵芯層合片10堆疊成層合鐵芯11(參見圖3)。連續模機器1基本上由能在豎直方向上移動的上模組件2和固定地附接到圖中未示出的保持器的下模組件3組成。

上模組件2由從下模組件3延伸的導柱4以在在豎直方向上可移動的方式支承，並且支承用於衝切鐵芯層合片10的多個衝頭P1至P8。上模組件2另外包括脫模板5，脫模板5由脫模板引導件支承以便能與上模組件2在豎直方向上移動，並且被構造成在每次衝切之後將鋼板帶W與衝頭P1至P8分開。下模組件3包括對應於各個衝頭P1至P8的多個模具，但在圖1中只示出分別對應於衝頭P7至P8的模具D7和D8。在本公開內容中，為了方便描述，由衝頭P1至P8進行的衝切工藝被描述為應用於鐵芯層合片10，但更精確地，衝切工藝是應用於鋼板帶W的為了提供鐵芯層合片10而待衝裁的部分。

在連續模機器1中，用供給裝置(圖中未示出)將鋼板帶W放置在上模組件2和下模組件3之間，並且在供給方向上間歇供給鋼板帶W。上模組件2與鋼板帶W的間歇供給同步地在豎直方向上往復，使得衝頭P1至P8執行衝切操作。在衝切操作結束時，將鐵芯層合片10堆疊和壓接在一起，成為用於旋轉電機(在這種情況下，旋轉電機的定子芯)的獨立的層合鐵芯11，層合鐵芯11均由預定數量的鐵芯層合片10組成。

如圖2中所示，各鐵芯層合片10包括十二個T形片段13(在圖2中只示出其中五個)，這些片段13藉助相應連接工件14相互連接。各片段13包括：齒部(延伸部分)17，所述齒部被設計成在層合之後將被纏繞線圈的磁工件；大體弧形的託架(基體部分)17，其用於在層合之後傳導磁通量。各連接工件14被形成為鋼板帶W的材料的可容易變形的窄條，該窄條是在毗鄰的託架18之間的區域被衝切掉之後留下的。

將預定數量的鐵芯層合片10層合成被布置成單線性行的芯工件20(均由層合片 段13組成)，並且將線圈纏繞(或者將線圈組件裝配)到各芯工件20的齒部上。此後，如圖3中所示，通過將各個連接部分21(均由層合連接工件14組成)變形，將芯工件20形成為環狀構造，並且通過例如焊接，將芯工件20的相對端部彼此固定連接，使得製作成環狀層合鐵芯。在圖示實施方式中，通過將多個單片段13層合來形成各芯工件20，但是還可通過將多個多片段層合來形成各芯工件20。在後一種情況下，可能在每個毗鄰對的芯工件20之間需要連接部分21。換句話講，為形成公共芯工件20的每組多片段，設置連接工件14。

如圖1和圖4中所示，按以下給定次序，在連續模機器1的製作工藝中，執行以下步驟。在導向孔衝切步驟(1)中，孔衝切單元31的第一衝頭P1針對各片段13在鋼板帶W中衝切出導向孔(定位孔)p。在第一間隙衝切步驟(2)中，第一間隙衝切單元32的第二衝頭P2針對各片段13在毗鄰片段13(參見圖2)之間衝切出第一間隙(菱形開口)h1。在第二間隙衝切步驟(3)中，第二間隙衝切單元33的第三衝頭P3在毗鄰片段13(參見圖2)之間衝切出第二間隙(與第一間隙連通的三角形開口)h2。在測量孔衝切步驟(4)中，測量孔衝切單元34的第四衝頭P4針對各片段13衝切出一對測量孔k1。在端部形成步驟(5)中，端部形成單元35的第五衝頭P5針對限定了各鐵芯層合片10的縱向端部的外形的各片段13衝切出端部形成孔h3。在凸起工件形成步驟(6)中，凸起工件形成單元36的第六衝頭P6通過對各片段13進行半衝裁形成一對凸起工件k2。在第一輪廓衝裁步驟(7)中，第一外部輪廓衝裁單元37的第七衝頭P7衝切出第一外部輪廓衝裁孔Ha0。在第二輪廓衝裁步驟(8)中，第二外部輪廓衝裁單元38的第八衝頭P8衝切出第二外部輪廓衝裁孔Hb0。

在第一輪廓衝裁步驟(7)和第二輪廓衝裁步驟(8)之後，通過在各個情況下將衝裁而成的鐵芯層合片10堆疊在模具D7、D8和擠壓環S7、S8中，分別在第一層合單元39和第二層合單元40中執行層合步驟(9)和(10)。

在測量孔衝切步驟(4)中，形成由用於壓接目的的通孔組成的測量孔k1。在圖示實施方式中，相同形狀的兩個測量孔k1在縱向方向上以相互間隔開的關係設置在各齒部17的任一側，但測量孔的數量和位置可按各種不同方式來改變。儘管在附圖中沒有以任何具體細節示出，但第四衝頭P4隻有在最下部鐵芯層合片處於待(被第四衝頭P4)衝切位置時才移動到啟動位置或向下位置，而在除了最下部鐵芯層合片之外的鐵芯層合片處於待衝切位置時停留在備用(向上)位置。

在凸起工件形成步驟(6)中，在除了最下部鐵芯層合片10之外的各鐵芯層合片10中，形成凸起工件(壓接工件)k2(用於壓接的不規則特徵)。在圖示實施方式的連續模機器1中，由第六衝頭P6對各對應部分(凸起工件k2)進行半衝裁，使得在鐵芯層合片10的各凸起工件k2的上表面側形成凹形部分，並且在鐵芯層合片10的凸起工件k2的下表面側形成凸形部分。在這種情況下，在對應於兩個測量孔k1的部分中形成兩個相同形狀的凸起工件k2。

如下文中將描述的，在第一輪廓衝裁步驟(7)和第二輪廓衝裁步驟(8)中，衝裁而成的鐵芯層合片的取向(相對於圖4中的橫向方向)是相反的。將導向孔衝切步驟(1)至凸起工件形成步驟(6)應用至將在第一輪廓衝裁步驟(7)中衝裁的鐵芯層合片10(在有需要時，可被稱為「第一鐵芯層合片」)。儘管在圖1和圖4中的圖示中被省去，但針對將在第二輪廓衝裁步驟(8)中被第八衝頭P8衝切的鐵芯層合片10(在有需要時，可被稱為「第二鐵芯層合片」)，在第一輪廓衝裁步驟(7)和第二輪廓衝裁步驟(8)之間提供與導向孔衝切步驟(1)至凸起工件形成步驟(6)相同的一系列步驟。因此，連續模機器1另外設置有對應於(用於處理第一鐵芯層合片的)衝頭P1至P6的衝頭和用於處理第二鐵芯層合片的對應模具。

在第一輪廓衝裁步驟(7)中，執行衝切步驟，使得第一鐵芯層合片10的各片段13的託架18(參見圖2)相對於鋼板帶W的供給方向(基本上)橫向延伸，並且齒部17(參見圖3)在與鋼板帶W的供給方向(基本上)相反的方向上從託架18的中心部分居中延伸。在第二輪廓衝裁步驟(8)中，執行衝切步驟，使得鐵芯層合片10的各片段13的託架18相對於鋼板帶W的供給方向(基本上)橫向延伸，並且齒部17(參見圖3)在與鋼板帶W的供給方向(基本上)相同的方向上從託架18的中心部分居中延伸。

在第一輪廓衝裁步驟(7)和第二輪廓衝裁步驟(8)中，將片段13衝裁成在至少與鋼板帶W的縱向方向交叉的第一方向(圖5中的線A0)上延伸的串。將齒部17衝裁成託架18的延伸部，該延伸部沿著鋼板帶W的供給方向在上遊方向或下遊方向上在與第一方向不同(例如，垂直)的第二方向(圖5中的線B0)上延伸。

衝裁而成的齒部17和託架18的構造和布局不受以上給出的示例限制，但可按各種方式修改，只要將在第二輪廓衝裁步驟(8)中衝裁的齒部17設置在之前在第一衝裁步驟(9)中被衝切而成的齒部17之間。例如，被衝切而成的片段13可不沿著垂 直於鋼板帶W的縱向方向的方向布置，但可指向與鋼板帶W的縱向方向傾斜交叉的第三方向(圖5中的線A1)。在該情況下，待衝切而成的齒部將在與第三方向不同的第四方向(圖5中的線B1)上延伸。

在層合步驟(9)和(10)中，已經被衝裁的各鐵芯層合片10堆疊在已經被衝裁併且堆疊在對應模具D7、D8中的一堆鐵芯層合片10上，並且以順序方式被推入模具D7、D8正下方設置的擠壓環S7、S8中。此時，在豎直方向上毗鄰的各對鐵芯層合片10相互壓接，其中鐵芯層合片10中的一個的凸起部分被裝配到另一鐵芯層合片10的對應凹形部分中(並且在最下部的鐵芯層合片10的情況下，裝配到對應的測量孔k1中)。

圖5是示出在連續模機器1中衝裁鐵芯層合片的工藝的示圖。如圖5的(A)中所示，被第八衝頭P8衝切而成的第二外部輪廓衝裁孔Hb0和在第二外部輪廓衝裁孔Hb0的(相對於鋼板帶W的供給方向的)正下遊部分的被第七衝頭P7衝切而成的第一外部輪廓衝裁孔Ha1被布置成，使得各個外部輪廓衝裁孔Hb0和Ha1的齒部17a和17b的自由端部分別位於對應外部輪廓衝裁孔Hb0和Ha1的相對託架18a和18b附近。換句話講，一個鐵芯層合片的齒部(齒部孔)插在另一個鐵芯層合片的齒部(齒部孔)之間。

由於鐵芯層合片的這個衝裁圖案，在骨架部分(承載負載)45即第二外部輪廓衝裁單元38執行的衝裁步驟之後鋼板帶W的剩餘部分中，如圖5的(B)中所示，(在這種情況下，從三側)包圍被第一外部輪廓衝裁單元37衝切而成的各齒部17a的翼片工件45a在下遊方向上在下模組件3的模具D8的開口(模孔D8a)之外延伸。因此，即使當由於因第二外部輪廓衝裁單元38進行的衝裁操作而形成的剪切應力而導致骨架部分45應該經受變形時，也防止了翼片工件45a或與其關聯的任何部分擠入模具D8的開口(模孔D8a)中。被構造成不擠入模具D8的開口(模孔D8a)中的這個防止擠入部分或翼片工件45a不受圖示構造限制，而是可在數量、形狀和/或布置上有修改，只要防止擠入部分的下遊端在下遊方向上在模具D8的開口(模孔D8a)之外延伸。

因此，在圖示的連續模機器1和用於製造層合鐵芯11的方法中，第一外部輪廓衝裁單元37在第一輪廓衝裁步驟(7)中從卷材形式的鋼板帶W衝裁鐵芯層合片(第一鐵芯層合片)10，第二外部輪廓衝裁單元38在第二輪廓衝裁步驟(8)中以與第一 外部輪廓衝裁單元37的布置不同的布置從卷材形式的鋼板帶W衝裁鐵芯層合片(第二鐵芯層合片)10，使得通過第一外部輪廓衝裁單元37形成的齒部17a在與鋼板帶W的供給方向相反的方向上從對應託架18a延伸，並且通過第二外部輪廓衝裁單元38形成的齒部17b在與鋼板帶W的供給方向相同的方向上從對應託架18a延伸，並且插在第一外部輪廓衝裁單元37形成的齒部17a之間。

由此，當通過用鋼板帶W衝裁均包括一連串片段13的鐵芯層合片以形成均通過堆疊獨立鐵芯層合片的對應片段而形成的一連串芯工件來製造層合鐵芯時，可使材料的浪費減至最小，並且可避免鋼板帶的剩餘材料(骨架部分45)擠入模孔D8a中。結果，連續模機器1的處理速度(衝壓速度)可增加，並且可避免由於第二外部輪廓衝裁單元38中剩餘材料擠入模孔D8a中而導致衝切不正確和衝頭(頂端)受損。

已經依據具體實施方式描述了本發明，但本發明不受這種示例性實施方式限制。例如，通過本發明的裝置或方法製造的層合鐵芯不限於定子芯，而是可以是任何類型的層合鐵芯，只要通過均由均包括基體部分和從基體部分延伸的至少一個延伸部的一連串片段組成的鐵芯層合片來形成層合鐵芯即可。如有需要，各片段可不通過連接工件連接(或者可被獨立衝裁)。形成各鐵芯層合片的個體片段的各種部分(諸如，託架和齒部)的構造可被修改成不再是圖示實施方式中示出的構造。可修改和/或省去連續模機器中執行的各種步驟，和/或可添加新步驟，只要以順序方式採用第一外部輪廓衝裁單元37(第一輪廓衝裁步驟)和第二外部輪廓衝裁單元38(第二輪廓衝裁步驟)即可。以上實施方式中包括的製造層合鐵芯的裝置和方法的各種組件對本發明不一定是必要的，並且可在不脫離本發明的精神的情況下進行修改和省略。

術語的詞彙表

1 連續模機器(層合芯製造裝置)

2 上模組件

3 下模組件

10 鐵芯層合片

11 層合鐵芯

13 片段

14 連接工件

17 齒部(延伸部分)

19 託架(基體部分)

20 芯工件

21 連接部分

37 第一輪廓衝裁單元

38 第二輪廓衝裁單元

45 骨架部分

45a 翼片工件(防止擠入部分)

D7 模具

D8 模具

Ha0、Ha1 第一外部輪廓衝裁孔

Hb0 第二外部輪廓衝裁孔

P7 第七衝頭

P8 第八衝頭

W 卷材形式的金屬板帶(鋼板帶)