层叠构造体的制造方法与流程

本发明涉及一种层叠构造体的制造方法。

背景技术：

以往，例如在用于电动马达等旋转电机的转子中使用层叠多个金属板而成的层叠构造体(例如，参照专利文献1)。

由专利文献1所记载的层叠构造体形成的转子具有由多张电磁钢板沿着旋转轴线方向层叠而成的转子芯和设于转子芯的旋转轴线方向的两端侧的端面板。另外，在专利文献1所记载的转子的制造方法中，端面板的径向外侧的端部与电磁钢板的径向外侧的端部通过焊接而接合。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2017-225304号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

在电磁钢板中存在板厚偏差，因此在层叠例如数百张电磁钢板的情况下，由于板厚偏差的累积，有时转子芯的平行度降低而导致转子芯相对于层叠方向倾斜。在专利文献1所记载的制造方法中，若转子芯相对于层叠方向倾斜，则转子芯的层叠方向的两端侧的焊接位置产生偏移，因此有可能导致焊接不良等品质降低的情况。

因此，本发明的目的在于，提供一种能够不受因金属板的板厚偏差而导致的平行度的影响而提高品质的层叠构造体的制造方法。

用于解决问题的方案

为了达成上述的目的，本发明提供一种层叠构造体的制造方法，该层叠构造体是通过将由多个金属板层叠而成的层叠体的层叠方向两端部的所述多个金属板彼此焊接而成的，其中，该层叠构造体的制造方法具有：第1焊接工序，在该第1焊接工序中，将在载置于水平的载置面上的所述层叠体的下端部重叠的所述多个金属板彼此的外周部焊接；翻转工序，在所述第1焊接工序之后，在该翻转工序中，将所述层叠体在铅垂方向上上下翻转并载置于所述载置面上；以及第2焊接工序，在所述翻转工序之后，在该第2焊接工序中，将在所述层叠体的下端部重叠的所述多个金属板彼此的所述外周部焊接。

发明的效果

根据本发明的层叠构造体的制造方法，能够不受因金属板的板厚偏差而导致的平行度的影响而提高品质。

附图说明

图1是利用本发明的实施方式的制造方法制造出的具有旋转电机转子的旋转电机的结构图。

图2的(a)是表示旋转电机转子的立体图。图2的(b)是以沿着旋转轴线o的轴向截面表示旋转电机转子的剖视图。

图3的(a)是表示1张芯板的俯视图，图3的(b)是表示第1端面板的俯视图。

图4的(a)是表示设置由多张芯板层叠而成的层叠体的准备工序的说明图，图4的(b)是从沿着旋转轴线的方向观察图4的(a)所示的层叠体而得到的俯视图。

图5的(a)～图5的(e)是表示通过焊接将由多个芯板和端面板层叠而成的层叠体的轴向的两端部接合的焊接工序的说明图。图5的(b)是放大多个芯板和端面板的焊接部的说明图。

附图标记说明

1、定子；2、转子(层叠构造体)；3、芯板(金属板)；21、转子芯；22、永久磁体；31、贯通孔；41、第1端面板(金属板)；42、第2端面板(金属板)；51、第1基部构件；51a、52a、设置面(载置面)；52、第2基部构件；61、第1焊枪；62、第2焊枪；100、旋转电机；211、收纳孔；412、贯通孔。

具体实施方式

[实施方式]

参照图1～图5说明本发明的实施方式。此外，以下说明的实施方式表示在实施本发明的方面上的适当的具体例，也具有具体地示例在技术上优选的各种技术事项的部分，但本发明的保护范围不限定于该具体形态。

(旋转电机的结构)

图1是表示旋转电机的结构图，该旋转电机具有由利用本发明的实施方式的制造方法制造出的层叠构造体形成的旋转电机转子(以下，简称为“转子”。)。

该旋转电机100具有定子1和转子2。定子1以非旋转的方式固定于省略图示的壳体。转子2具有中心部供轴10贯穿的转子芯21，该转子2与轴10一体地旋转。旋转电机100作为产生驱动力的马达，或者作为使轴10的旋转力转变为电能的发电机，或者作为具有该两者的功能的电动发电机，搭载于例如电动汽车、所谓的混合动力车辆。

定子1具有定子芯11和多个线圈12而构成。定子芯11一体地具有：圆筒状的基体部111；多个齿112，其从基体部111向径向内侧突出；以及多个被固定部113，其从基体部111向径向外侧突出。在图1的图示例中，定子芯11具有15个齿112，线圈12卷绕于各个齿112。在被固定部113形成有供用于将定子芯11固定于壳体的螺栓贯穿的螺栓贯穿孔113a。

图2的(a)是表示转子2的立体图。图2的(b)是以沿着旋转轴线o的轴向截面表示转子2的剖视图。转子2具有转子芯21和保持于转子芯21的多个永久磁体22。转子芯21通过沿着与旋转轴线o平行的层叠方向层叠相同形状的多个芯板3而形成。芯板3的张数能够根据需要的转子芯21的厚度而适当变更。芯板3是通过利用压制加工冲裁电磁钢板而形成的平板状的板材。

在转子芯21形成有供轴10贯穿的中心孔210和分别收纳多个永久磁体22的多个收纳孔211。中心孔210和多个收纳孔211沿着轴向(多张芯板3的层叠方向)贯通转子芯21。此外，在本实施方式中，收纳孔211与旋转轴线o平行地延伸，但收纳孔211也可以相对于旋转轴线o倾斜地在多张芯板3的层叠方向上延伸。

另外，在转子芯21的轴向两端部安装有覆盖其两端面的第1端面板41和第2端面板42。第1端面板41和第2端面板42形状相同，例如由sus304等不锈钢材构成。第1端面板41的板厚方向的厚度比1张芯板3的板厚方向的厚度大。

另外，转子芯21具有分别嵌合于轴10的一对键槽10a(参照图1)的一对突起21a。突起21a嵌合于键槽10a，从而限制轴10与转子芯21的相对旋转。

图3的(a)是表示1张芯板3的俯视图，图3的(b)是表示第1端面板41的俯视图。第1端面板41和第2端面板42形状相同，因此在图3的(b)中仅说明第1端面板41。此外，在以下的说明中，将芯板3的径向简称为径向，将与旋转轴线o平行的方向简称为轴向。

如图3的(a)所示，在芯板3形成有中心孔30和多个磁体贯穿用的贯通孔31。磁体贯穿用的贯通孔31形成为长孔状，其长轴方向相对于芯板3的径向和周向倾斜。另外，芯板3具有一对舌片3a。转子芯21的突起21a由多张芯板3各自的舌片形成。

如图3的(b)所示，在第1端面板41形成有与芯板3的中心孔30形状相同的中心孔410和以与多个磁体贯穿用的贯通孔31的局部重叠的方式配置的矩形的多个长孔411。另外，第1端面板41在与芯板3的舌片3a对应的位置具有一对舌片41a。一对舌片41a分别嵌合于轴10的一对键槽10a(参照图1)。

第1端面板41的中心孔410设于在轴向上与芯板3的中心孔30重叠的位置。

通过层叠多张芯板3以及第1端面板41和第2端面板42，各个芯板3的中心孔30以及第1端面板41的中心孔410和第2端面板42的中心孔420连通而成为中心孔210，各个芯板3的多个磁体贯穿用的贯通孔31连通而成为收纳孔211。

永久磁体22为与长度方向正交的截面呈长方形的四棱柱状，利用填充于收纳孔211的树脂23固定于转子芯21。永久磁体22的长度方向的端面被树脂23覆盖。永久磁体22是烧结例如铁素体、钕等的粉末而成的棒状的硬磁性体，在收纳于收纳孔211之前的阶段中未被磁化，在固定于转子芯21之后被磁化。

(转子的制造方法)

接着，参照图4和图5说明转子2的制造方法。图4的(a)是表示准备工序的说明图，图4的(b)是从沿着旋转轴线的方向观察图4的(a)所示的第1层叠体而得到的俯视图。图5的(a)～图5的(e)是表示通过焊接将由多个芯板3以及第1端面板41和第2端面板42层叠而成的第2层叠体的层叠方向两端部接合的焊接工序的说明图。图5的(b)是放大多个芯板3和第1端面板41的焊接部的说明图。此外，在图4的(a)和图5中，附图下方对应于铅垂方向的下侧，附图上方对应于铅垂方向的上侧。以下，“上”和“下”是指铅垂方向的上下。

本实施方式的转子2的制造方法是制造层叠构造体的制造方法，该层叠构造体通过将由转子芯21以及第1端面板41和第2端面板42层叠而成的第2层叠体300b的作为层叠方向两端侧的多个金属板的多个芯板3以及第1端面板41和第2端面板42彼此焊接而成，该制造方法具有准备工序、第1焊接工序、翻转工序以及第2焊接工序。

在准备工序中，如图4的(a)所示，由第1端面板41、多张芯板3形成的第1层叠体300a设置于第1基部构件51的设置面51a上。第1基部构件51配置于基座7的水平的表面7a上。第1基部构件51的设置面51a在配置于基座7的表面7a上的状态下是与水平方向平行的水平面，在该设置面51a上依次层叠第1端面板41、多张芯板3。在此，本发明的“载置面”包含位于由多个金属板层叠而成的层叠体的铅垂方向的最下侧的金属板所接触的水平的面，第1基部构件51的设置面51a是“载置面”的一个形态。在基座7形成有用于插入后述的机械臂的第1臂81的缺口70。

多张芯板3层叠为一个一个沿着板厚方向连结的块。在本实施方式中，说明层叠10张芯板3而构成1个块，层叠8个块3a～3h的情况。但是，1个块所包含的芯板3的张数以及层叠的块的数量能够根据芯板3的厚度等而适当变更。另外，在本实施方式中，说明各块所包含的芯板3的张数相同的情况，但也可以是，每个块所包含的芯板3的张数不同。

第1块3a～第8块3h以第1块3a成为最下侧、第8块3h成为最上侧的方式依次层叠而成为转子芯21。向设置于第1基部构件51上的转子芯21的收纳孔211插入永久磁体22并注入树脂23。由此，第1块3a～第8块3h分别借助树脂23沿着层叠方向固定。在图4的(a)中，为了便于说明，省略永久磁体22和树脂23的图示。

如图4的(b)所示，在第1基部构件51以分别从第1基部构件51的设置面51a突出的方式设有用于进行第1层叠体300a的周向的定位的4个第1销511和用于进行第1层叠体300a的径向的定位的4个第2销512。在本实施方式中，以相同形状设置相同数量的第1销511和第2销512，但也可以是彼此不同的形状，数量也不限定于此。另外，在本实施方式中，第1销511和第2销512的轴向的长度等同于由第1端面板41和11张芯板3层叠而成的层叠体的厚度，但不限定于此，能够根据芯板3的厚度、转子芯21的厚度等而适当变更。

两个第1销511设于在周向上夹持芯板3的一舌片3a的位置，并且，与芯板3的中心孔30的内周面30a接触。另外的两个第1销511设于在周向上夹持芯板3的另一舌片3a的位置，并且，与芯板3的中心孔30的内周面30a接触。由此，限制第1层叠体300a相对于第1基部构件51的相对旋转。

4个第2销512在转子芯21的芯板3的中心孔30内沿着周向等间隔地配置，并且，与中心孔30的内周面30a接触。由此，限制第1层叠体300a相对于第1基部构件51的径向的移动。

对于芯板3而言，当在径向上存在板厚偏差的情况下，如图4的(a)所示，若重叠多张芯板3，则由于板厚偏差的累积，第1层叠体300a相对于轴向倾斜。在图4的(a)中，为了使说明清楚，夸张第1层叠体300a的倾斜。

在第1焊接工序中，如图5的(a)所示，在第1层叠体300a载置于第1基部构件51的设置面51a上的状态下，将作为在第1层叠体300a的层叠方向的下端部重叠的多个金属板的芯板3和第1端面板41彼此的外周部焊接。在本实施方式中，将在层叠方向的下端部重叠的第1端面板41和层叠于第1端面板41上的4张芯板3(在图5的(b)中是后述的第1芯板301～第4芯板304)的外周部焊接。

但是，在第1焊接工序中，至少将位于最下侧的第1端面板41和与第1端面板41相邻的芯板3焊接即可，也可以不必须将所述4张芯板3彼此焊接。第1焊接工序的焊接对象的金属板能够根据转子芯21或芯板3的厚度等而适当变更。

在第1焊接工序中，利用发射激光的第1焊枪61和第2焊枪62进行焊接。第1焊枪61和第2焊枪62配置于在径向上夹持转子芯21的位置，能够在铅垂方向的预定范围内沿着上下方向移动。作为焊接方法，通过向层叠体的外周部照射光轴l(图5的(b)所示)方向为水平的激光的激光焊接来进行。第1焊枪61和第2焊枪62的移动控制例如基于省略图示的照相机等的图像信息而高精度地进行。

在第1焊接工序中，进行用于将位于第1层叠体300a的层叠方向的最下侧的第1端面板41和与第1端面板41相邻的芯板3接合的激光焊接，之后，依次进行第1块3a的芯板3彼此的激光焊接。此外，第2焊枪62的动作与第1焊枪61的动作相同，因此在图5的(b)中仅说明第1焊枪61。

如图5的(b)所示，在使第1焊枪61从焊接开始位置s1沿着上下方向移动至焊接结束位置s4的同时连续地进行激光焊接。第1焊枪61按照焊接开始位置s1、第2焊接位置s2、第3焊接位置s3、焊接结束位置s4的顺序朝向铅垂方向的上侧(图示的z方向)移动。第1焊枪61的与铅垂方向正交的方向(图示的x方向)的位置在焊接开始位置s1处配置于预先设定的预定的位置，在焊接开始以后被控制为仅沿着z方向移动。

在此，为了便于说明，将在层叠方向上与第1端面板41相邻的芯板3设为第1芯板301，将位于第1芯板301的上侧的芯板3设为第2芯板302，将位于第2芯板302的上侧的芯板3设为第3芯板303，将位于第3芯板303的上侧的芯板3设为第4芯板304。

第1焊枪61在焊接开始位置s1处对设于第1端面板41的外周部与第1芯板301的外周部之间的第1被焊接部c1照射具有沿着水平方向的光轴l的激光。由此，第1端面板41与第1芯板301接合。

接着，第1焊枪61移动至第2焊接位置s2，对设于第1芯板301的外周部与第2芯板302的外周部之间的第2被焊接部c2照射激光。由此，第1芯板301与第2芯板302接合。以后同样，第1焊枪61依次移动至第3焊接位置s3、焊接结束位置s4，向第3被焊接部c3和第4被焊接部c4照射激光。由此，第2芯板302与第3芯板303接合，第3芯板303与第4芯板304接合。焊接结束位置s4处的激光焊接完成后，第1焊枪61移动至焊接开始位置s1而返回至初始位置。由此，第1焊接工序结束，转移至翻转工序。这样，在第1焊接工序中，利用第1焊枪61和第2焊枪62的上下方向的移动将包含位于层叠方向的最下侧的第1端面板41的多个芯板3彼此焊接。

翻转工序是使由多个芯板3以及第1端面板41和第2端面板42层叠而成的第2层叠体300b在铅垂方向上上下翻转而设置于基座7的工序。以下，详细地说明翻转工序。

在翻转工序中，首先，如图5的(c)所示，在第1层叠体300a的铅垂方向的最上侧的芯板3上依次重叠第2端面板42和与第1基部构件51形状相同的第2基部构件52。然后，在基座7的缺口70配置第1臂81，并且在第2基部构件52的上侧配置第2臂82，利用第1臂81和第2臂82在层叠方向上把持由第2层叠体300b以及第1基部构件51和第2基部构件52形成的层叠体(以下，简称为复合层叠体)。复合层叠体由第1臂81和第2臂82的动作抬起，从基座7向上方分开。

接着，如图5的(d)所示，利用第1臂81和第2臂82上下翻转复合层叠体。更具体而言，在翻转工序中，使在与第1基部构件51之间夹持第1层叠体300a的第2基部构件52与第1基部构件51和第1层叠体300a一起翻转。在图5的(c)～图5的(e)中，仅图示第1臂81和第2臂82的顶端部。

在上下方向上翻转的复合层叠体再次设置于基座7，第2臂82配置于基座7的缺口70。由此，第2基部构件52设置于基座7的表面7a上，成为第2层叠体300b载置于第2基部构件52的设置面52a上的状态，转移至第2焊接工序。在翻转工序后的状态下，第2基部构件52的设置面52a是位于第2层叠体300b的铅垂方向的最下侧的第2端面板42所接触的水平的面，是本发明的“载置面”的一个形态。

第2焊接工序是如下工序：在翻转工序之后，在第2层叠体300b载置于第2基部构件52的设置面52a上的状态下，将作为在第2层叠体300b的层叠方向的下端部重叠的多个金属板的芯板3和第2端面板42彼此的外周部焊接。

在本实施方式中，如图5的(e)所示，将在层叠方向的下端部重叠的第2端面板42和层叠于第2端面板42上的4张芯板3的外周部焊接。但是，在第2焊接工序中，至少将位于第2层叠体300b的层叠方向的最下侧的第2端面板42和与第2端面板42相邻的芯板3焊接即可，也可以不必须将所述4张芯板3彼此焊接。第2焊接工序的焊接对象的金属板能够根据转子芯21或芯板3的厚度等而适当变更。

在第2焊接工序中，第1焊枪61与在图5的(b)中说明的第1焊接工序中的第1焊枪61的动作同样，进行用于将位于第2层叠体300b的层叠方向的最下侧的第2端面板42和与第2端面板42相邻的芯板3接合的激光焊接，之后，依次进行第8块3h的芯板3彼此的激光焊接。

此时，第1焊枪61和第2焊枪62在仅沿着z方向向上方移动的同时对第2端面板42的外周部与芯板3的外周部之间的被焊接部、设于层叠于第2端面板42上的4张芯板3的外周部之间的被焊接部进行激光照射而依次接合，第2焊接工序完成。这样，在第2焊接工序中，利用第1焊枪61和第2焊枪62的上下方向的移动将包含位于层叠方向的最下侧的第2端面板42的多个芯板3彼此焊接。

(实施方式的作用和效果)

根据以上说明的实施方式，在翻转工序中，由多个芯板3以及第1端面板41和第2端面板42层叠而成的第2层叠体300b在铅垂方向上上下翻转并载置于第2基部构件52的设置面52a上，因此能够仅在存在于芯板3的板厚偏差的影响较小的层叠方向的下端部侧进行焊接。由此，能够不受因芯板3的板厚偏差而导致的平行度的影响而提高品质。

更具体而言，例如，在不具备翻转工序的转子2的制造方法的情况下，需要在将层叠体的下端部焊接之后使第1焊枪61和第2焊枪62移动至层叠体的上端侧。在该情况下，越靠近层叠体的在层叠方向上距第1基部构件51的设置面51a较远的上端侧，因芯板3的板厚偏差的累积而导致的对于平行度的影响越大，因此随着相对于层叠体的层叠方向的倾斜，第1焊枪61和第2焊枪62与层叠体的外周部之间的x方向的距离变动，有可能导致焊接不良等品质降低的情况。

相对于此，在本实施方式中，通过使第2层叠体300b翻转而成为第2层叠体300b载置于第2基部构件52的设置面52a上的状态，能够仅在层叠方向的由芯板3的板厚偏差的累积造成的影响较小的下端部侧进行焊接，因此不会发生上述那样的焊接位置的偏移，能够降低每个产品的焊接的接合力的偏差，能够谋求焊接品质的稳定化。

另外，在本实施方式中，在第1焊接工序和第2焊接工序中，使第1焊枪61和第2焊枪62仅沿着铅垂方向的上下方向移动即可，因此不需要进行与铅垂方向正交的方向(x方向)的位置控制。由此，能够简化焊接所需要的设备，降低设备投资。另外，位置控制所需要的时间缩短，因此能够谋求焊接工序的缩短化。

另外，在本实施方式中，在第1焊接工序和第2焊接工序中，将位于层叠体的层叠方向的最下侧的金属板和与该金属板相邻的金属板激光焊接，因此能够抑制随着转子2的旋转而产生的径向的位置偏移。更详细而言，随着转子2的旋转而产生的应力集中于转子芯21的轴向两端部，因此存在位于层叠体的轴向两端侧的芯板3的径向的位置变动的情况。在本实施方式中，通过焊接将层叠体的轴向两端侧的芯板3彼此接合，从而抑制随着转子2的旋转而产生的芯板3的径向的位置变动。

另外，在本实施方式中，形成于除了在第1焊接工序和第2焊接工序中分别位于最下侧的第1端面板41和第2端面板42以外的其他多个芯板3的贯通孔31连通而形成收纳永久磁体22的多个收纳孔211，第1端面板41和第2端面板42的多个长孔411、421分别堵塞多个收纳孔211的局部，因此能够防止永久磁体22向外飞出。

(附记)

以上，基于实施方式说明了本发明，但这些实施方式不限定权利要求书的技术方案。另外，应该注意的是，在实施方式中说明的特征的全部组合不限于为了解决发明的问题所必须的方法。

另外，本发明能够在不脱离其主旨的范围内适当变形而实施。例如，在上述实施方式中，说明了旋转电机100搭载于车辆的情况，但旋转电机100的用途不限于此。