鐵心的製造方法及製造裝置的製作方法

2023-12-04 14:49:11 2

專利名稱：鐵心的製造方法及製造裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於馬達等旋轉電機的鐵心，特別是涉及通過將帶狀薄板 一邊進行軋制彎曲加工成螺旋狀一邊層疊而製造的鐵心的製造方法及制 造裝置。
背景技術：
通過將帶狀薄板一邊軋制彎曲加工成螺旋狀一邊層疊而製造馬達、發 電機等旋轉電機的鐵心的方法為人們所了解。在這種製造方法中，利用軋 輥將帶狀薄板的一方的邊緣進行軋制加工，從而彎曲成螺旋狀。也就是說， 經軋輥軋制以使帶狀薄板厚度向外周邊方向變薄。
為了提高由軋制彎曲加工而彎曲的精度，必須使軋制量一定。不過， 即使使軋制量一定，帶狀薄板的板厚也會有偏差，則加工後的帶狀薄板的 曲率無法保持一定。通常，帶狀薄板的板厚(t)有±3 7左右的偏差。 即使帶狀薄板的機械特性(硬度、拉伸強度、延展性等)變動，加工後的 帶狀薄板的曲率也變動。
與本案申請人為同一申請人的特開平l一 164247號公報所述的例子 中，在軋輥的出口側設置具有呈圓弧狀配置的多個滾子的導引件。利用軋 輥軋制帶狀薄板內周邊的同時，利用由軋輥出口側的滾子所產生的彎曲 力，將帶狀薄板彎曲成規定的曲率。
另外，在特開2000—224817號公報中所述的例子中，設有1對軋輥 和限制帶狀薄板在寬度方向變窄的構件。再有，在鐵心的外周部等間隔地 設有安裝螺栓用的4個凹口。
在特開平1一164247號公報所述的例子中，利用設置在軋輥出口側的呈圓弧狀配置的多個滾子，確保加工後的帶狀薄板的曲率精度。不過，帶 狀薄板的板厚的偏差大時，很難確保帶狀薄板的曲率精度。
在特開2000—224817號公報中所述的例子中，設有限制帶狀薄板在 寬度方向變窄的構件，不過帶狀薄板的板厚有偏差時，確保軋輥加工後帶 狀薄板的曲率精度是非常困難的。

發明內容
本發明的目的在於通過將帶狀薄板一邊軋制彎曲加工成螺旋狀一邊 層疊而製造旋轉電機的鐵心時，即使帶狀薄板的板厚有偏差，也能高精度 地製造鐵心。
本發明的鐵心，是呈螺旋狀層疊帶狀薄板而形成的環狀的旋轉電機的 鐵心，其中在外周面上具有沿圓周方向周期性配置的軸線方向的凹口， 該凹口的深度比加工時軋制的寬度小。
本發明的鐵心製造方法，具有測定帶狀薄板板厚的板厚測定步驟； 由入口導引件將上述帶狀薄板在其寬度方向上定位的入口導引件定位步 驟；將從該入口導引件導出的帶狀薄板由軋輥進行軋制彎曲加工的軋制彎 曲加工步驟；為了根據經上述板厚測定步驟測定的帶狀薄板的板厚測定值 來調節軋制量而進行上述入口導引件的位置控制的位置控制步驟。
本發明的鐵心製造裝置具有用於測定素材的帶狀薄板的板厚的板 厚測定裝置、用於在其寬度方向定位帶狀薄板的入口導引件、用於將從該 入口導引件導出的帶狀薄板進行軋制彎曲加工的軋輥裝置、成形從上述軋 輥出來的帶狀薄板且使其曲率一定的限制治具、設有用以測定由上述軋輥 軋制彎曲加工後的帶狀薄板的曲率的曲率測定裝置；根據板厚和曲率中至 少一項來進行上述入口導引件、軋輥裝置及限制治具的位置控制。
採用本發明，在將帶狀薄板一邊軋制彎曲加工成螺旋狀一邊層疊而制 造旋轉電機的鐵心時，即使帶狀薄板的板厚有偏差，也能高精度地製造鐵 心。


圖1是表示本發明的鐵心的外觀的斜視圖。圖2是作為素材的帶狀薄板的局部平面圖。
圖3是表示本發明的軋制彎曲裝置的外觀的斜視圖。
圖4是表示軋輥的帶狀薄板的軋制狀態的圖。
圖5是表示凹口的深度H尺寸與軋制彎曲後的內徑尺寸的關係的圖。 圖6是表示軋制量與曲率的關係的圖。
圖7是用以說明本發明的軋制彎曲裝置的位置控制的說明圖。 圖8是使用本發明的鐵心的汽車用交流發電機的剖視圖。
圖中，IO —鐵心；12 —鐵心的槽；13—鐵心的齒(T形鐵)；14一鐵 心的凹口； 20 —帶狀薄板；21 —帶狀薄板的軛鐵；22 —帶狀薄板的槽；23 一帶狀薄板的齒(T形鐵)；24 —帶狀薄板的凹口； 31—板厚測定裝置；
32 —入口導引件；33、 34 —軋輥；35 —軋輥裝置；36—限制治具；37—曲 率測定裝置；38 —運算裝置。
實施本發明的最佳方式
圖l是表示本發明的旋轉電機的鐵心的外觀的圖。鐵心io，通過將作
為素材的帶狀薄板一邊進行軋制彎曲加工成螺旋狀一邊層疊，而形成環
狀。在鐵心10的內周側交替形成用於插入線圈的多個槽12和多個齒13。本 例中，槽12和齒13，分別沿圓周方向、間隔10。形成總計36個。
根據本發明，在鐵心10的外周面以一定間隔設有軸線方向的凹口14。 凹口14，優選與齒13的圓周方向的位置相對應配置。本例中，凹口14，在 鐵心10的外周面沿圓周方向、間隔10。形成總計36個。
圖2是作為鐵心的素材的帶狀薄板的局部平面圖。如圖所示，帶狀薄 板20，具有帶狀的軛鐵21、交替形成在軛鐵的一側的槽22和齒23、形成在 軛鐵的另一側的凹口24。凹口24，與齒23—一對應(周期相同)形成在齒 23的相反側。關於凹口24的寬度W和深度H後面參照圖5進行詳細說明。帶 狀薄板通常經衝床加工衝壓形成。在後面的說明中，軛鐵21的邊緣21A經 軋制加工，使帶狀薄板彎曲。
根據本發明，軋制彎曲加工圖2所示的帶狀薄板20使之螺旋狀成形， 經使其層疊形成鐵心。通過帶狀薄板20上形成的凹口24，形成鐵心的外周 面的凹口14。在此，示出了槽數36的鐵心，不過，本發明也可以適用於除此以外槽數的鐵心及無槽的鐵心。
圖3是表示本發明的軋制彎曲裝置的外觀的圖。本例的軋制彎曲裝置
具備帶狀薄板的板厚測定裝置31、入口導引件32、具有1對軋輥33、 34 的軋輥裝置35、限制治具36及曲率測定裝置37，這些裝置沿帶狀薄板20的 行進方向順序配置。
經由入口導引件32，進行帶狀薄板20的寬度方向的定位。從而，帶狀 薄板20，無偏斜且順利地向軋輥裝置35的軋輥33、 34之間供給。
如圖4所示，軋輥33、 34前端部具有錐部33A、 34A。帶狀薄板20的軛 鐵21的邊緣21A經該錐部33A、 34A軋制。軛鐵21的邊緣21A產生塑性變形 以使板厚越向前端越薄。從而，軛鐵21的邊緣21A延伸，使帶狀薄板20彎 曲。
設定錐部33A、 34A的錐形角度e為適當的值，從而，可以獲得軋制 加工後的帶狀薄板的規定的曲率。從而，錐形角度e按照每種產品而設定 成適宜角度。
再參照圖3。軋制彎曲加工的帶狀薄板20，經軋輥33、 34的旋轉被強 制性送出，與限制治具36抵接。限制治具36具有呈圓弧狀排列配置的多個 滾子。帶狀薄板20受到來自治具36的彎曲力而成形。從而，帶狀薄板20， 利用經軋輥33、 34的錐部33A、 34A產生的塑性變形和來自限制治具36的 彎曲力，而以規定的曲率彎曲。還有，限制治具36上，設有用於使帶狀薄 板順利移動的沒有圖示的導引件。本例中，設有限制治具36，因此，能使 軋制彎曲加工後的帶狀薄板的曲率一定化。
參照圖5，說明使用本發明的軋制彎曲裝置進行軋制彎曲的實驗結果。 鐵心具有槽數36個、內徑C)108、外徑OD9、凹口數36個。素材的帶狀薄 板的板厚為0.50mm、凹口寬度W為3.0mm、軋輥的錐形角度e為0.25°、軋 制量為30um。在這種條件下，軋制寬度在幾何學上應該能達至U3.44mm， 不過實際上，在軋輥上會發生撓曲，軋制寬度為3.2mm。作為凹口的深度 H準備5種。對應各凹口的深度準備10個樣品，測定鐵心內徑尺寸的偏差。
圖5的縱軸是鐵心的內徑(mm)，橫軸是凹口的深度(mm)。圖5的曲 線的縱線表示鐵心的內徑尺寸的變動幅度。
如圖所示，凹口的深度H從0.5mm到1.6mm，鐵心的內徑尺寸的變動幅度為50um左右，不過，若凹口的深度H大於1.6mm，則鐵心的內徑尺寸的 變動幅度增大。若凹口的深度H超過2.5mm，則帶狀薄板表面出現起伏現 象，平面度變差。若平面度變差，則在圖l所示層疊鐵心時，成為鐵心厚 度尺寸的精度變差、鐵心性能降低的要因。
另外，若凹口深度H超過3.2mm，則凹口中會產生沒有施行經由軋輥 加工的部分。從而，即使使用限制治具，曲率精度也明顯變差。因此，明 確的是凹口的深度必須比軋制幅度小，為了提高曲率精度，重要的是還要 使其在軋制寬度的l/2以下。
上述實驗結果，假定帶狀薄板20的板厚為一定。實際上，帶狀薄板的 板厚通常有±3 7%左右的偏差。帶狀薄板20的板厚為0.5mm時存在士 0.015 0.035mm的尺寸偏差。從而，板厚尺寸在0.465 0.535mm的範圍內 變動。例如，設定軋輥33、 34的位置，以使帶狀薄板20的板厚為0.5mm時， 軋制量為30um。板厚最小(0.465mm)時，軋制量為O，不能進行軋制彎 曲加工。另外，板厚最大(0.535mm)時，軋制量為65 P m，軋制量過大， 因此曲率小。
還有，如果帶狀薄板的機械特性(硬度、拉伸強度、延伸特性等)發 生變化，則軋制量變化，軋制彎曲加工後的帶狀薄板的曲率也變化。
圖6表示使用基於本發明的軋制彎曲裝置進行軋制彎曲加工的其他實 驗結果。本例中，調查了軋制量和曲率的關係。縱軸為鐵心的外徑mm， 橫軸為軋制量um。根據本實驗，軋制量變動lum，則鐵心內徑變動3mm。 因此，可知使軋制量保持一定，對於提高鐵心的尺寸精度很重要。
為了使軋制量一定，有一種方法是測定由軋輥33、 34產生的加工應力， 並進行軋輥33、 34的位置控制來使其加工應力一定。不過，本例中，帶狀 薄板具有凹口24，因此，帶狀薄板和軋輥33、 34間的接觸面積呈斷續性變 化。因此，由軋輥產生的加工應力斷續性變動，很難精確進行位置控制。 通常，軋制量的調整和曲率的穩定化是非常困難的。
再參照圖3。根據本例的軋制彎曲裝置，則通過入口導引件32的位置 控制，調節軋制量，以此來調節加工後的帶狀薄板20的曲率。將入口導引 件32向箭頭A方向、即與軋輥33、 34的軸線平行移動，從而調節軋制量。 另外，通過軋輥裝置35的位置控制，調節軋制量，以此來調節加工後的帶狀薄板20的曲率。通過變化2個軋輥33、 34間的間隔來調節軋制量。為了 變化2個軋輥33、 34間的間隔，例如可以使軋輥33、 34之一向箭頭B方向移 動。再有，通過限制治具36的位置控制調節曲率。使限制治具36向箭頭C 方向即帶狀薄板20的寬度方向移動，以此微調加工後的帶狀薄板20的曲率。
參照圖7說明。經由板厚測定裝置31可測定素材的帶狀薄板20的板厚。 經由曲率測定裝置37可測定軋制彎曲加工後的帶狀薄板20的曲率。測定的 板厚及曲率，向運算裝置38供給。運算裝置38根據輸入的板厚及曲率，運 算向入口導引件32、軋輥裝置35及限制治具36供給的位置控制信息。在位 置控制信息的運算中可以使用實驗數據。入口導引件32、軋輥裝置35及限 制治具36，根據由運算裝置38供給的位置控制信息，進行位置控制。
根據本例，則可以從入口導引件32的位置控帝ij、軋輥裝置35的位置控 制及限制治具36的位置控制這三個位置控制中進行適當地選擇使之組合， 不過，至少要包括入口導引件32的位置控制或限制治具36的位置控制。例 如，僅利用入口導引件32的位置控制可以調節軋制量，不過也可以組合入 口導引件32的位置控制和軋輥裝置35的位置控制。組合2個或3個位置控制 時，設定適當的比率。運算裝置38運算由入口導引件32、軋輥裝置35及限 制治具36所分擔的位置控制量的比的最佳的值。
說明入口導引件32的位置控制的例子。使由2個軋輥33、34的錐部33A、 34A所形成的夾角(錐形角度e的2倍)為0.5° 。使入口導引件32向軋輥 33、 34的前端側平行移動0.1mm，則帶狀薄板20向軋輥33、 34的前端部側 移動。從而，能使軋制量減少0.8um。反之，使入口導引件32向軋輥33、 34的根部側平行移動0.1mm，則能使軋制量增加。以0.1mm單位對入口導 引件32進行位置控制是十分容易的。利用入口導引件32的位置控制，可以 進行軋制量的微調。
優選組合軋輥裝置35的位置控制和入口導引件32的位置控制。利用 軋輥裝置35的位置控制進行軋制量調節的大部分，利用入口導引件32的位 置控制進行軋制量的微調。從而，可以高精度地調整軋制量。
例如，當帶狀薄板20的板厚為0.5mm來設定軋輥33、 34的位置時，假 定插入板厚0.53mm的帶狀薄板。必須增加30"m軋制量。首先，利用軋輥33、 34的位置控制使軋制量變化28um左右。再使入口導引件32向軋輥33、 34的前端側移動0.25mm，從而增加2 y m左右軋制量。
即使根據素材帶狀薄板板厚的變動精確地控制軋制量，也由於素材的 機械性質的變動等種種要因，加工後的帶狀薄板的曲率會變動。本例中， 還反饋經曲率測定裝置37測定的曲率。運算裝置38求得曲率的測定值與設 計值間的偏差。根據此偏差，修正上述的軋輥裝置35的位置控制和入口導 引件32的位置控制。例如，偏差為正時，即曲率比設計值大時，修正軋輥 裝置35的位置控制和入口導引件32的位置控制，以使軋制量變小。反之， 偏差為負時，即曲率比設計值小時，修正軋輥裝置35的位置控制和入口導 引件32的位置控制，以使軋制量變大。這時，軋制量的修正值小時，也可 以只修正入口導引件32的位置控制。軋制量的修正值大時，組合修正軋輥 裝置35的位置控制和入口導引件32的位置控制。這樣，根據本例，則由於 將曲率測定裝置37的輸出反饋給軋輥裝置35及入口導引件32而能製造出 極高精度的鐵心。
根據本發明，則還可利用限制治具36微調加工後的帶狀薄板的曲率。 利用限制治具36的位置控制則可以不使軋制量變化而微調加工後的帶狀 薄板的曲率。
圖8表示將由基於本發明的裝置及方法所製造出來的鐵心用於汽車用交 流發電機的例子。鐵心IO，安裝在前託座71和後託座72之間進行固定。 本發明的鐵心IO尺寸精度良好，可以獲得發電效率高的汽車用交流發電 機73。再有，本發明中，可以使用作為現有的螺旋狀的層疊鐵心的素材很 難使用的、極薄板(不足0.5mm)的鋼板或矽鋼板。利用這些極薄板的鐵 心，可以在汽車用交流發電機73中謀求現有技術所不具備的高效率化。
權利要求
1. 一種鐵心製造方法，其特徵在於，具有測定帶狀薄板板厚的板厚測定步驟；由入口導引件將上述帶狀薄板在其寬度方向上定位的入口導引件定位步驟；將從該入口導引件導出的帶狀薄板由軋輥進行軋制彎曲加工的軋制彎曲加工步驟；為了根據經上述板厚測定步驟測定的帶狀薄板的板厚測定值來調節軋制量而進行上述入口導引件的位置控制的位置控制步驟。
2. 如權利要求項1所述的鐵心製造方法，其特徵在於上述位置控 制步驟，進行上述入口導引件的位置控制和上述軋輥的位置控制，以調節 軋制量。
3. 如權利要求項2所述的鐵心製造方法，其特徵在於上述位置控制步驟，通過上述軋輥的位置控制來調節軋制量的大部分，通過上述入口 導引件的位置調節來進行軋制量的微調。
4. 如權利要求項1所述的鐵心製造方法，其特徵在於還具有由限制治具來成形上述軋制彎曲加工過的帶狀薄板的限制治具成形步驟。
5. 如權利要求項1所述的鐵心製造方法，其特徵在於還具有測定軋制彎曲加工過的帶狀薄板的曲率的曲率測定步驟，上述位置控制步驟，根據上述帶狀薄板的板厚測定值和上述帶狀薄板的曲率測定值來調節軋制量。
6. 如權利要求項5所述的鐵心製造方法，其特徵在於根據上述帶狀薄板的板厚測定值和上述帶狀薄板的曲率測定值，進行上述入口導引 件、上述軋輥及上述限制治具中至少一項的位置控制。
7. 如權利要求項1所述的鐵心製造方法，其特徵在於在上述帶狀 薄板的邊緣上形成周期性設置的凹口。
8. —種鐵心製造裝置，其特徵在於，具有用於測定素材的帶狀薄 板的板厚的板厚測定裝置、用於在其寬度方向上定位帶狀薄板的入口導引 件、用於將從該入口導引件導出的帶狀薄板進行軋制彎曲加工的軋輥裝 置；根據由上述板厚測定裝置測定的板厚進行上述入口導引件的位置控 制。
9. 如權利要求項8所述的鐵心製造裝置，其特徵在於根據由上述 板厚測定裝置測定的板厚進行上述入口導引件和上述軋輥的位置控制。
10. 如權利要求項8所述的鐵心製造裝置，其特徵在於設有曲率測 定裝置，以測定由上述軋輥軋制彎曲加工過的帶狀薄板的曲率。
11. 如權利要求項IO所述的鐵心製造裝置，其特徵在於根據由上 述板厚測定裝置測定的板厚和由上述曲率測定裝置測定的曲率，進行上述 入口導引件、或上述軋輥裝置及上述入口導引件的位置控制。
12. 如權利要求項8所述的鐵心製造裝置，其特徵在於設有成形從 上述軋輥裝置出來的帶狀薄板且使其曲率一定的限制治具。
13. 如權利要求項12所述的鐵心製造裝置，其特徵在於根據由上 述板厚測定裝置測定的板厚和由上述曲率測定裝置測定的限制治具後的 帶狀薄板的曲率中的至少一方，進行上述入口導引件、上述軋輥裝置及上 述限制治具的位置控制中的至少一項的位置控制。
14. 如權利要求項13所述的鐵心製造裝置，其特徵在於根據由上 述板厚測定裝置測定的板厚和由上述曲率測定裝置測定的曲率中的至少 一方，以最佳的比例進行從上述入口導引件的位置控制、上述軋輥裝置的 位置控制及上述限制治具的位置控制中選擇的至少二項的位置控制。
全文摘要
一種鐵心的製造方法及製造裝置，該鐵心製造方法具有測定帶狀薄板板厚的板厚測定步驟；由入口導引件將上述帶狀薄板在其寬度方向上定位的入口導引件定位步驟；將從該入口導引件導出的帶狀薄板由軋輥進行軋制彎曲加工的軋制彎曲加工步驟；為了根據經上述板厚測定步驟測定的帶狀薄板的板厚測定值來調節軋制量而進行上述入口導引件的位置控制的位置控制步驟。
文檔編號H02K1/16GK101295902SQ20081009997
公開日2008年10月29日 申請日期2004年7月9日 優先權日2003年9月18日
發明者佐佐木進, 桐原祐一, 植田俊明, 河原敬二, 越坂敦 申請人:株式會社日立製作所;日立汽車技術有限公司