專利名稱：層疊鐵心的制造裝置及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造用于旋轉(zhuǎn)機(jī)及變壓器等的層疊鐵心的制造裝置及制造方法。
背景技術(shù)：
用于旋轉(zhuǎn)機(jī)及變壓器等電氣器件的層疊鐵心，利用將電磁鋼板層疊的下述工序進(jìn)行制造。即，為了減少層疊后的渦流電流，首先在電磁鋼板上施加絕緣被(覆)膜，然后，對前述電磁鋼板進(jìn)行沖裁加工或切斷加工，制成具有鐵心的截面形狀的小片，將前述多個小片重疊制成層疊體，進(jìn)而焊接，鉚接或者利用粘結(jié)劑等，將層疊的小片相互固定制造。
但是，利用焊接的固定方法，存在著鐵心的邊緣部短路絕緣性降低的問題，以及由于熱應(yīng)變引起的磁特性惡化的問題。此外，利用鉚接的固定方法，存在著由于加工應(yīng)變引起磁特性惡化的問題。另一方面，利用粘結(jié)劑的固定方法，上述磁特性惡化的問題小，但存在著需要在每一個鋼板上涂布粘結(jié)劑，作業(yè)性差的問題，進(jìn)而，由于與鐵板的緊密性比較低的絕緣被膜位于鋼板的表面上，成為粘結(jié)劑的襯底層，所以存在著鋼板和襯底絕緣被膜易于剝離、粘結(jié)力不足的問題。
另一方面，特開平2-208034號公開了一種將?；瘻囟?0℃以上的熱塑性樹脂涂布到電磁鋼板上、干燥后，將該鋼板加工成規(guī)定的形狀層疊，加熱到200～300℃左右并且加壓制造層疊鐵心的方法。這種方法，由于在鋼帶及板的尺寸大的大板的狀態(tài)下進(jìn)行樹脂的被覆，所以，具有可以省略對每一個鋼板(小片)涂布粘結(jié)劑的工序，以及，在固定時，不容易受加工應(yīng)變的影響，即使在將鋼帶卷繞成卷狀的情況下，也很難發(fā)生板與板彼此之間接合的所謂粘連的優(yōu)點。但是，在尺寸大(例如φ100mm、厚度50mm以上)的層疊鐵心的情況下，加熱到規(guī)定溫度所需時間非常長(例如至少在60分鐘以上)，在實用上很難實現(xiàn)粘結(jié)。
此外，特開平11-187626號公報，公開了一種利用高頻介質(zhì)加熱對作為電介質(zhì)的粘結(jié)被膜加熱、在短時間內(nèi)進(jìn)行粘結(jié)的方法，在該方法中，沒有說明層疊的板的尺寸和形狀，在20kg/cm2(約2MPa)的壓力下加壓，對于50mm厚的層疊體加熱4分鐘，約25mm厚的層疊體約加熱2～4分鐘。但是，特開平11-187626號公報公開的方法中，存在著裝置的價格高的問題，而且由于必須將外加電壓抑制在放電電壓以下，所以存在著很難再進(jìn)一步縮短加熱時間的問題。此外，也考慮了利用高頻感應(yīng)加熱(頻率幾千赫～幾十千赫)的方法，但存在著裝置價格昂貴的問題，以及很難均勻加熱的問題。
另一方面，特開平7-298567號公報中，公開了一種一面將層疊的鋼板用10～100Hz的頻率感應(yīng)加熱一面加壓，這時根據(jù)鋼板的加熱前的溫度控制感應(yīng)加熱時間的技術(shù)，沒有說明層疊體的尺寸，給出了加熱時間約為11～12分鐘的數(shù)據(jù)。但是，特開平7-298567號公報中所述的方法盡管能夠均勻加熱，但由于從其原理上，加熱效率低，所以，上述實例可以認(rèn)為是尺寸不很大的層疊鐵心的情況。從而，可以預(yù)測，利用這種方法，在尺寸大的層疊鐵心的情況下，至少需要60分鐘左右的加熱時間，其實用性是有疑問的。
此外，在特開平5-255645號公報中，以將兩個板的粘結(jié)為例，公開了一種將E型的第一、第二鐵心以支腿部對向的形式對接，在中央支腿端面之間，插入以熱固化性樹脂作為粘結(jié)劑的被粘結(jié)構(gòu)件，使包圍中央支腿的感應(yīng)線圈上流過商用頻率的電流，向中央支腿之間形成磁通，借此將被粘結(jié)構(gòu)件加熱粘結(jié)的技術(shù)。但是，由于當(dāng)被粘結(jié)構(gòu)件的厚度變化時，第一、第二鐵心的支腿間隔變化，很難再形成足夠的磁通，所以，對于像層疊鐵心裝置層疊個數(shù)多，向制造的鐵心的厚度范圍廣的情況下，是很難適用的。此外，在利用熱固化性樹脂的特開平5--255645號公報公開的方法中，由于使用的熱塑性樹脂與前述技術(shù)不同，實質(zhì)上不要加壓，所以，對于加壓條件沒有描述。
發(fā)明的概述發(fā)明所要解決的課題本發(fā)明的目的是，提供一種即使在鐵心尺寸很大的情況下，也能夠廉價地、在短時間內(nèi)均勻地加熱粘結(jié)制造使用涂布熱塑性樹脂并將其干燥的電磁鋼板(帶有加熱粘結(jié)型絕緣被膜的電磁鋼板)的層疊鐵心的、層疊鐵心的制造裝置和制造方法。
解決課題的方案本發(fā)明者等人為了達(dá)到前述目的，經(jīng)過深入研究的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)，利用帶有加熱粘結(jié)型絕緣被膜的電磁鋼板的層疊體構(gòu)成的工件，利用感應(yīng)線圈沿工件層疊方向以恰當(dāng)?shù)念l率一面勵磁一面將該工件加壓，并且通過利用構(gòu)成磁閉合回路的方式構(gòu)成的磁軛，沿工件層疊方向以恰當(dāng)?shù)膲毫訅?，即使在工件大的情況下，也能夠高效率地在短時間內(nèi)均勻地加熱壓接，從而完成本發(fā)明。
即，本發(fā)明是一種如下面所述的層疊鐵心的制造裝置及方法。
(1)一種層疊鐵心制造裝置，其特征在于，它包括將層疊帶有加熱粘結(jié)型絕緣被膜的電磁鋼板構(gòu)成的工件沿其層疊方向勵磁感應(yīng)加熱的感應(yīng)線圈，以及，用能夠沿工件的層疊方向(即壓緊方向)相互不干擾地相對移動的第一、第二磁軛構(gòu)件壓緊前述工件的層疊方向的兩個端部，并且在進(jìn)行這種壓緊時形成磁閉合回路的磁軛。
這里，優(yōu)選地，前述工件具有沿層疊方向的通孔或槽，并具有插入前述工件的前述孔或槽內(nèi)的鐵心。此外，優(yōu)選地，前述裝置在前述工件和前述各磁軛構(gòu)件之間，具有由耐熱、耐壓(耐壓曲性)的非金屬材料構(gòu)成的絕緣板，并且，前述絕緣板具有1.0W/m·K以下的熱傳導(dǎo)率。進(jìn)而，優(yōu)選地，前述裝置具有防止層疊板的偏移的導(dǎo)向件。
此外，優(yōu)選地，磁閉合回路由前述第一及第二磁軛構(gòu)件構(gòu)成，但也可以進(jìn)一步采用另外的磁軛構(gòu)件(輔助磁軛件)，利用多個磁軛構(gòu)件構(gòu)成磁閉合回路。
(2)一種層疊鐵心的制造方法，其特征在于，利用(1)中所述的層疊鐵心的制造裝置，在加熱壓接前述工件的層疊鋼板的過程中，令前述感應(yīng)線圈的勵磁頻率為10～1000Hz，并且，令前述磁軛(軛鐵)的壓緊力在0.1MPa以上。
(3)如(2)所述的層疊鐵心的制造方法，其特征在于，以使工件內(nèi)磁通密度在層疊方向的成分在0.2T以上的方式設(shè)定前述勵磁頻率以及前述壓緊壓力。
在上述(2)及(3)所述的制造方法中，優(yōu)選地，對前述磁軛付與規(guī)定的壓緊壓力(用于粘結(jié)的目標(biāo)壓力)，然后，對前述工件通過勵磁進(jìn)行感應(yīng)加熱，或者，對前述磁軛施加一定程度的壓緊壓力，該壓緊壓力能夠防止因勵磁造成的前述電磁鋼板的振動引起的偏移，然后，對前述磁軛通過勵磁進(jìn)行感應(yīng)加熱，然后，向前述磁軛施加規(guī)定的壓緊力(用于粘結(jié)的目標(biāo)壓力)。
附圖的簡單說明

圖1A、是表示本發(fā)明的裝置的例子的剖面圖。
圖1B、是表示本發(fā)明的裝置的另外一個例子的剖面圖。
圖1C、是表示本發(fā)明的裝置的進(jìn)一步的另外一個例子的剖面圖。
圖1D、是表示本發(fā)明的裝置的進(jìn)一步的另外一個例子的剖面圖。
圖1E、是表示本發(fā)明的裝置的進(jìn)一步的另外一個例子的剖面圖。
圖1F、是表示本發(fā)明的裝置的進(jìn)一步的另外一個例子的剖面圖。
圖2A、是表示對于層疊電磁鋼板、層疊鐵心在通常使用時的勵磁方向的立體圖。
圖2B、是表示對于層疊電磁鋼板、在本發(fā)明中進(jìn)行工件處理時的勵磁方向的立體圖。
圖3、是表示磁軛的合適的例子的立體圖。
圖4A、是表示利用芯鐵心的本發(fā)明的裝置的例子的剖面圖。
圖4B、是表示芯鐵心的合適的例子的立體圖。
圖4C、是表示芯鐵心的另外的合適的例子的立體圖。
圖5A、是表示利用導(dǎo)向件的本發(fā)明的裝置的例子的工件周圍的剖面圖。
圖5B、是表示圖5A的工件周圍的平面圖。
圖5C、是表示用于圖5A的導(dǎo)向件的形狀的一個例子的平面圖(卸下絕緣板的狀態(tài))。
圖5D、是表示用于圖5A的導(dǎo)向件的形狀的另外一個例子的平面圖(卸下絕緣板的狀態(tài))。
圖5E、是表示用于圖5A的導(dǎo)向件的形狀的進(jìn)一步另外一個例子的平面圖(卸下絕緣板的狀態(tài))。
圖5F、是表示用于圖5A的導(dǎo)向件的形狀的進(jìn)一步另外一個例子的平面圖(卸下絕緣板的狀態(tài))。
圖6A、是表示使用導(dǎo)向件的本發(fā)明的裝置的另外一個例子的工件周圍的剖面圖。
圖6B、是表示圖6A的例子的工件周圍的平面圖。
圖6C、是表示用于圖6A的導(dǎo)向件的形狀的一個例子的平面圖(卸下絕緣板的狀態(tài))。
圖6D、是表示用于圖6A的導(dǎo)向件的形狀的另外一個例子的平面圖(卸下絕緣板的狀態(tài))。
圖6E、是表示用于圖6A的導(dǎo)向件的形狀的另外一個例子的平面圖(卸下絕緣板的狀態(tài))。
實施發(fā)明的最佳形式根據(jù)本發(fā)明的層疊鐵心的制造裝置(本發(fā)明的裝置)，例如，如1A至圖1C所示，包括將帶有加熱粘結(jié)型絕緣被膜的電磁鋼板層疊構(gòu)成的工件1沿其層疊方向勵磁并進(jìn)行感應(yīng)加熱的感應(yīng)線圈2；以及，用能夠沿工件1的層疊方向、即圖的上下方向相互不干擾地相對移動地第一、第二磁軛構(gòu)件5A、5B壓緊工件1的層疊方向的兩個端部、在進(jìn)行該壓緊時形成磁閉合回路的磁軛5。感應(yīng)線圈2由交流電源3(示于圖3)供電。磁軛5被壓力機(jī)4推壓，將工件1壓緊，由于只要磁軛構(gòu)件5A和5B能夠相互相對移動即可，所以，也可以將一個磁軛構(gòu)件固定，僅用壓力機(jī)4等使另一個磁軛構(gòu)件移動。工件1和磁軛5用耐熱、耐壓的絕緣板6(例如用玻璃纖維布等構(gòu)成)進(jìn)行電絕緣。
作為被加熱、被壓接材料的工件，將帶有加熱粘結(jié)型絕緣被膜的電磁鋼板(電鐵板)層疊原封不動地保持在未壓接狀態(tài)。被層疊的電磁鋼板可以使用通常市售商品，可以是沒有方向性的，單向性，和雙向性的，其化學(xué)成分、板厚等沒有特定的限制。優(yōu)選地，電磁鋼板的特征值，在有方向性的電磁鋼板的情況下，鐵損W17/50(頻率50Hz，最大磁通密度1.7T時的值)為0.5～2.0W/kg左右，磁通密度B8(磁化力800A/m時的值)為1.7～2.0T左右，在沒有方向性的電磁鋼板的情況下，鐵損W15/50(頻率50Hz，最大磁通密度1.5T時的值)為2.0～12.0W/kg左右，磁通密度B50(磁化力5000A/m時的值)為1.6～1.9T左右。
此外，本發(fā)明，適用于電磁鋼板的板厚在通常的厚度(0.05～1.0mm左右)范圍內(nèi)的工件，特別是，對于利用焊接、鉚接難以固定的0.5mm以下的電磁鋼板進(jìn)行層疊的工件，通過采用本發(fā)明，可以獲得極大地降低其難度的效果，從而，在這種情況下，采用本發(fā)明的方法是十分理想的。
通常，在使用層疊鐵心時，沿著層疊的電磁鋼板的層的方向(平行于鋼板面的方向)勵磁，在為了進(jìn)行層疊鐵心的制造進(jìn)行的感應(yīng)加熱的過程中，同樣沿著層的方向勵磁(圖2A)。為了減少利用這種勵磁產(chǎn)生的渦流電流引起的在鐵心使用時的能量損失，采用板厚比較薄的層疊鐵心用的電磁鋼板。伴隨著層疊鐵心的高性能化，板厚有進(jìn)一步減薄的傾向，其結(jié)果是，在制造層疊鐵心時，在沿著層的方向勵磁的通常的感應(yīng)加熱方式中，加熱效率會降低。同時，為了提高加熱效率，需要進(jìn)一步提高頻率，加熱有變得困難的傾向。
與此相對，在本發(fā)明中，改變想法，不是沿著層的方向、而是沿著層疊方向(垂直于鋼板面的方向)將層疊鋼板勵磁(圖2B)。用于沿著層疊的方向方向勵磁，所以擴(kuò)大渦流電流的發(fā)生面積，增加加熱效率，所以不管板厚變得多薄，也可以利用廉價的低頻率高效率地充分進(jìn)行加熱。
此外，理想地，勵磁方向與層疊方向平行，但由于在層疊裝置的制造及層疊板的設(shè)置時的誤差，實際上很難嚴(yán)格的平行。因此，對于實質(zhì)上為了在遍及層疊方向的整個區(qū)域內(nèi)進(jìn)行充分加熱的條件，進(jìn)行了研究。根據(jù)該研究結(jié)果，勵磁方向相對于層疊方向的偏離角度在5度以內(nèi)時是優(yōu)選的。
感應(yīng)線圈2，可以位于磁閉合回路的任何位置上，但如圖1A所示，從加熱效率和熱均勻性的觀點出發(fā)，優(yōu)選地，工件1的層疊方向沿著線圈的軸向方向，能夠?qū)⒐ぜ?容納在線圈孔內(nèi)。
作為另外的形式，如圖1F所示，也可以使磁軛的一部分能夠容納在線圈孔內(nèi)。在這種形式中，具有不會使工件的安裝工序復(fù)雜化的優(yōu)點。
磁軛5，由第一磁軛工件5A和第二磁軛工件5B構(gòu)成，它們中的任何一個或者它們兩者，相互不會干擾地、即，磁軛構(gòu)件彼此之間(在操作范圍內(nèi))能夠相互沒有妨礙地移動，從層疊方向的兩端將工件1壓緊，所以，對于厚度不同的各種工件，可以付與將該工件的層疊鋼板彼此壓接所必須的足夠的層疊方向的壓力。
此外，由于磁軛5，以在壓緊工件1的狀態(tài)下形成磁閉合回路的方式構(gòu)成，所以，在工件1上可以通過足夠的磁通，通過加熱效率。
為了使第一磁軛構(gòu)件5A和第二磁軛構(gòu)件5B相互不干擾地移動，并且在工件壓緊時形成磁閉合回路，例如，如圖1A至圖1C所示，可以制成使沿著第一、第二磁軛工件5A、5B的移動方向的端面彼此能夠滑動地對接的結(jié)構(gòu)。
這里，為了形成穩(wěn)定的很強(qiáng)的磁閉合回路，兩個磁軛工件的對接部的間隙G最好比較小，優(yōu)選地，在5.0mm以下。此外，對接部面積，最好是盡可能地大，優(yōu)選地，能夠確保超過形成磁路的磁軛的截面面積。
在圖1A～圖1C中，與圖A及圖1C所示的使一個磁軛構(gòu)件(圖中，第二個磁軛構(gòu)件5B)的端面部分突出的結(jié)構(gòu)相比，如圖1B所示，使第一、第二磁軛工件的能夠滑動的對接端面部分分別突出、確保對接部分的面積的結(jié)構(gòu)更為優(yōu)選。其理由是，在使兩個磁軛構(gòu)件的端面部分突出的結(jié)構(gòu)中，前述磁閉合回路不容易受到由于工件厚度的變更引起的磁軛工件的壓緊位置的變動的影響。
此外，如圖1A所示，使一個磁軛構(gòu)件的兩個端部向與壓緊方向基本上平行的方向突出的結(jié)構(gòu)，在對稱形的磁軛中，最能夠?qū)⒋跑椥⌒突?br> 此外，圖1C的結(jié)構(gòu)，具有可以將壓機(jī)裝置(壓力機(jī)4)小型化的優(yōu)點。
在圖1D至圖1F中，表示本發(fā)明中進(jìn)一步的另外一種磁軛的形式。
圖1D是一種如用接頭52等使磁軛側(cè)面?zhèn)鹊膶硬?1與磁軛構(gòu)件的主體53以任意角度結(jié)合，至少可以從退避位置(例如51’)到使用時的位置之間移動的例子。這種結(jié)構(gòu)，在工件的安裝時，磁軛不會產(chǎn)生干擾，而且，可以使在對接部的磁軛構(gòu)件之間的間隙最小。
圖1E，是一種除上下的磁軛構(gòu)件5A、5B之外，還采用形成磁閉合回路用的輔助磁軛構(gòu)件5C的例子。即，輔助磁軛構(gòu)件5C，能夠在退避位置(例如，5C’)和使用時的位置5C之間移動(圖中沒有示出移動裝置)，其結(jié)果可以獲得和圖1D一樣的優(yōu)點。
此外，圖1F是不用圖1A等用的3個支腿(工件1相當(dāng)于一個支腿)，而是用兩個支腿構(gòu)成的例子，是非對稱的形狀，對于對均勻性不是很敏感的工件，可以毫無問題的使用。在圖1F的例子中，裝置的尺寸變得最小。此外，在圖1F中，表示了以感應(yīng)線圈2的孔部容納磁軛的方式設(shè)置的例子，但如圖1A等所示，也可以以容納工件的方式設(shè)置。
磁軛的形狀等，不必局限于上面描述的例子，例如，可以將所公開的例子的上下反轉(zhuǎn)，以及，也可以將公開的例子用于相互組合，以便將磁軛構(gòu)件的左右形式制成不對稱的。
此外，從用作磁回路的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的觀點出發(fā)，優(yōu)選地，磁軛由鐵損小的材料，即，將有方向性或沒有方向性的電磁鋼板層疊、相互固定形成。用于磁軛的電磁鋼板，板厚薄的更為優(yōu)選。此外，這時，該電磁鋼板優(yōu)選地沿其容易勵磁的方向(在本例中，板厚度的方向)層疊。這時，例如，如圖3所示，磁軛5，優(yōu)選地，以構(gòu)成該磁軛的層疊電磁鋼板的沿著層的方向盡可能地平行于由感應(yīng)線圈2進(jìn)行勵磁的方向的方式進(jìn)行組裝配置。借此，能夠盡可能地抑制磁軛被感應(yīng)加熱，可以避免電力的浪費以及由于磁軛的過度升溫引起的損傷。
絕緣部件6，利用非金屬絕緣材料。但是，絕緣部件6除具有工件的壓板的功能之外，還具有將工件和磁軛電絕緣，使工件的感應(yīng)加熱均勻地穩(wěn)定化的功能，并起著防止熱量從工件中流失確保工件內(nèi)的均勻加熱，乃至確保粘結(jié)的均勻性的作用。從而，作為絕緣部件6的原材料，優(yōu)選地，在具有絕緣性之外，還具有耐加熱、耐加壓的耐熱性、耐壓性(特別是耐壓曲性)的同時，其隔熱性能也要高。依據(jù)使用條件，優(yōu)選地，耐熱溫度為200～800℃左右，作為耐壓性，在前面所述的溫度下，可以承受0.5～300MPa左右的壓力。此外，優(yōu)選地，具有熱傳導(dǎo)率在1.0W/m·K以下的隔熱性。
從上述特性要求，作為隔熱部件材料的原材料，優(yōu)選地為非金屬的絕緣材料，特別是合適的是以玻璃纖維或玻璃纖維布(玻璃纖維的織物)為主成分，用硅樹脂等耐熱性樹脂作為粘結(jié)劑的原材料。作為這種原材料，例如，可以列舉出Rosner板(玻璃纖維布系；熱傳導(dǎo)率0.24W/m·K左右)。
此外，氟系樹脂及硅樹脂，一般其耐熱性和隔熱性都是良好的(熱傳導(dǎo)在1.0W/m·K以下)。例如，在前述特開平11-187626號公報中，公開了作為絕緣材料，使用厚度5mm的Teflon(特氟隆聚四氟乙烯)片或厚度10mm的Teflon板的例子。但是，由于這些樹脂壓縮強(qiáng)度、壓曲強(qiáng)度低，所以，即使將其制成片狀作為單體使用，其應(yīng)用效果也比上述耐壓性原材料差，是不穩(wěn)定的。
另一方面，由于對應(yīng)于工件的上下面的電磁鋼板通常也涂布熱塑性樹脂，通過加熱加壓將絕緣體和工件粘結(jié)，在處理后，大多需要將其剝離的工序。在這種情況下，由于Teflon的剝離性能優(yōu)異，所以，作為絕緣部件6的表面層，優(yōu)選地使用氟系樹脂和硅系樹脂。即，將前述樹脂表面被覆到上述玻璃纖維或玻璃纖維布系的絕緣板上，或者，作為上述述玻璃纖維或玻璃纖維布系的絕緣板的表層板，使用Teflon片和硅樹脂片等的樹脂單體片是有效的。
此外，優(yōu)選地，絕緣板的厚度在0.5mm以上、20mm以下，更優(yōu)選地，在1.0mm以上、10.0mm以下。
此外，例如，如圖4A所示，相對于在層疊方向具有貫通的中心孔的工件1，當(dāng)將芯鐵心7插入到該中心孔內(nèi)時，產(chǎn)生磁通的整流效果，可以更均勻的進(jìn)行勵磁，因此是優(yōu)選的。在代替中心孔，在直到中心附近沿層疊方向具有貫通槽的情況下，將芯鐵心7插入該槽時，同樣是有效的。
芯鐵心7的形成方式為，如圖4B或圖4C所示，和磁軛5一樣，優(yōu)選地，將有方向性或沒有方向性的電磁鋼板沿其容易勵磁的方向?qū)盈B，使其沿著層的方向盡可能地于有感應(yīng)線圈2的勵磁方向平行地方式，相互固定地形成。這里，圖4B，是其平面形狀為大致的正六邊形的例子，圖4C，是其平面形狀大致為十字形的例子，但其平面形狀并不局限于此，但從確保均勻性的觀點出發(fā)，具有多個線對稱軸的形狀是優(yōu)選的。
此外，磁軛5或者，進(jìn)而，芯鐵心7，為了防止由于反復(fù)勵磁引起的過分加熱，可以制成能夠進(jìn)行水冷的結(jié)構(gòu)。
此外，為了將層疊的電磁鋼板的位置對齊，或者防止其位置偏移，可以設(shè)置導(dǎo)向件8。圖5A、圖5B、圖6A以及圖6B，用磁軛及其周邊的剖面圖和平面圖，列舉了導(dǎo)向件例子。
圖5A和圖5B所示的導(dǎo)向件8，大致為圓筒狀，是一種插入工件的前述中心孔內(nèi)等、內(nèi)接于工件，從內(nèi)側(cè)對其進(jìn)行支承的結(jié)構(gòu)。此外，如圖5A及圖5B所示，在利用芯鐵心7(這里所示的例子為，其平面形狀為大致的正十字形)的情況下，導(dǎo)向件外接于芯鐵心7，可以從外側(cè)支承鐵心。優(yōu)選地，鐵心的形狀是能夠內(nèi)接于導(dǎo)向件的形狀，但其形狀是任意的，此外，不言而喻，也可以省略芯鐵心7。
圖5C～圖5F，是表示上述圖5A及圖5B所示的導(dǎo)向件8的平面形狀的變型的、圖中沒有表示出絕緣材料的平面圖。圖5C是簡單的大致圓筒形的導(dǎo)向件的例子，在圖中，導(dǎo)向件8與工件1的齒部10(后面描述)內(nèi)接，進(jìn)行工件1的定位。
圖5D是在圓筒形的外側(cè)具有一個突出部(鍵9)的例子，當(dāng)工件在中心孔側(cè)具有多個突出部(齒部(teeth)10)的形狀的情況下，特別有效。即，工件1的位置如前面所述被導(dǎo)向件的圓筒部定位的同時，將鍵9插入到工件1和齒部(teeth)10之間，進(jìn)行齒部的定位，防止偏移。圖5 E是具有多個鍵9的形狀，可以更有效地達(dá)到前述效果。
圖5F是在6個部位具有長的鍵9的結(jié)構(gòu)，用鍵的頂端內(nèi)接于工件，進(jìn)行工件1及其齒部10的定位，防止偏移。在用鍵9進(jìn)行工件的定位的情況下，優(yōu)選地，將導(dǎo)向件8制成最少具有兩組對向的鍵的結(jié)構(gòu)。
圖6A及圖6B所示的導(dǎo)向件8，也是大致的圓筒形，外接于工件，從外側(cè)對其進(jìn)行支承。在本例中，也可以省略芯鐵心7(所舉的例子，其平面形狀為大致的圓形)，此外，芯鐵心7的形狀是任意的。
圖6C～圖6E，是表示上述圖6A及圖6B所示的導(dǎo)向件8的平面形狀的變型的、圖中沒有示出絕緣材料的平面圖。圖6C是簡單的大致圓筒形的導(dǎo)向件的例子，用圓筒內(nèi)壁部內(nèi)接于工件1，進(jìn)行工件1的定位。圖6D是圓筒形的內(nèi)側(cè)具有3個突出部(鍵9)的例子，用鍵9外接于工件1，利用3點支承進(jìn)行工件1的定位。圖6E是具有更多個(在圖中為6個)鍵9的形狀，可以更穩(wěn)定地進(jìn)行工件1的定位。
此外，這些導(dǎo)向件，為了便于拆卸，可以將它們分割成兩個以上的工件。
圖5A～圖6E所示的導(dǎo)向件，由于將所有的導(dǎo)向件高度都設(shè)計成其上端部位于上側(cè)絕緣板的上表面和下表面之間，所以，可以對全部層疊板進(jìn)行導(dǎo)向，在向工件加壓時，不會受到壓力，從而，在向工件加壓時，沒有必要退避。
顯然，只要在實用上沒有問題，也可以采用只支承層疊方向的一部分或者平面形狀的一部分的導(dǎo)向件。此外，即使在加壓時與磁軛發(fā)生干擾的導(dǎo)向件，只要在加壓時退避的結(jié)構(gòu)，或者采用能夠耐受加壓的彈性變形原材料，就能夠使用。
作為導(dǎo)向件8的原材料，優(yōu)選地，使用具有耐熱性的原材料，即，可以使用玻璃纖維，玻璃纖維布板，硅樹脂，氟系樹脂等工程塑料，酚醛樹脂等熱固化性樹脂，以及它們的復(fù)合物。此外，在不得已選擇對工件加壓時也對導(dǎo)向件施加壓力的結(jié)構(gòu)，并且在加壓時不能使導(dǎo)向件退避的情況下，優(yōu)選地，使用具有耐熱性及彈性的原材料，即，硅系橡膠等作為導(dǎo)向件的原材料。
其次，對于利用上述本發(fā)明的這種制造層疊鐵心的方法(本發(fā)明的方法)中的要求和優(yōu)選條件進(jìn)行說明。
首先，將工件安裝到本發(fā)明的裝置上。這時，依次安裝工件(層疊用電磁鋼板)、芯鐵心(在使用的情況下)、導(dǎo)向件(在使用的情況下)的順序，根據(jù)情況，是一種很容易進(jìn)行安裝的順序。
作為合適的方法，有準(zhǔn)備一個已安裝到導(dǎo)向件上的工件(層疊用電磁鋼板)，和芯鐵心一起安裝到裝置上的方法。在這種情況下，作為加熱、加壓處理結(jié)束后的工序，優(yōu)選地，首先，將粘結(jié)好的工件(層疊用電磁鋼板)和導(dǎo)向件一起取出，將其冷卻后，將工件從導(dǎo)向件上分離。
此外，一般地，從拆卸作業(yè)簡單化的觀點出發(fā)，優(yōu)選地，將芯鐵心固定到磁軛構(gòu)件5A和5B上。
在本發(fā)明的方法中，利用感應(yīng)線圈勵磁的頻率，有必要在約10～約1000Hz。當(dāng)不足10Hz時，不能充分加熱。另一方面，當(dāng)超過約1000Hz時，由于不能均勻加熱，所以粘結(jié)不充分，或者為了獲得能夠達(dá)到充分的粘結(jié)的均勻加熱，需要花費長的時間。其中，由于作為商用頻率的約50Hz及約60Hz，是不必使用逆變器等頻率變換器就可以簡單地獲得的頻率，所以是合適的頻率。
此外，利用磁軛進(jìn)行的壓緊(加壓)壓力，有必要在0.1MPa以上。在不足約0.1MPa時，不僅不能獲得足夠的粘結(jié)力而且由于勵磁引起的振動有使層疊鋼板偏移的危險。
此外，當(dāng)壓緊壓力超過300MPa時，由于鋼板有發(fā)生壓曲的危險性，所以，優(yōu)選地，約0.1～約300MPa。此外，從粘結(jié)力更穩(wěn)定的觀點出發(fā)，更優(yōu)選地，約0.5～約50MPa。此外，加壓持續(xù)時間約10秒鐘以上是合適的。
此外，從縮短粘結(jié)工序的時間的觀點出發(fā)，前述勵磁頻率及前述壓緊壓力，優(yōu)選地，以使工件內(nèi)磁通密度在層疊方向的出發(fā)在約0.2T以上的方式進(jìn)行設(shè)定。
此外，作為加壓及感應(yīng)加熱的步驟，可以在加壓到目標(biāo)壓力之后，開始勵磁(感應(yīng)加熱)。此外，也可以在加熱的初期用勵磁振動不會引起偏移的壓力(約0.1～約0.5MPa左右)加壓，在加熱充分之后(通常在加熱開始約60～約600秒左右)加壓到目標(biāo)壓力。
工件的加熱溫度，如通常進(jìn)行的那樣，優(yōu)選地設(shè)定在加熱粘結(jié)型絕緣被膜的?；瘻囟然蜍浕瘻囟纫陨?，并且在熱分解溫度以下的范圍(可加熱粘結(jié)的溫度區(qū))內(nèi)。只要不超過熱分解溫度，將其加熱到比上述?；瘻囟然蜍浕瘻囟燃s高50℃～150℃的溫度，是特別優(yōu)選地。
作為工件的溫度控制模式，可以是只升溫到能夠加熱粘結(jié)的溫度區(qū)域，也可以是先升溫然后再進(jìn)行溫度保持。
涂布到用作工件的電磁鋼板上的熱塑性樹脂，即，與工件相關(guān)的加熱粘結(jié)型絕緣被膜用樹脂(本發(fā)明用樹脂)，沒有特定的限制，但優(yōu)選地使用丙烯酸系，環(huán)氧系，酚醛系，硅系等通過加熱顯示出可塑性，被膜彼此之間熔合的樹脂。此外，也可以利用兩種以上的粘結(jié)性樹脂的混合物，進(jìn)而，也可以包含無損于本發(fā)明的效果的程度的胺系固化劑劑二氧化硅等添加物。
本發(fā)明的玻化溫度或軟化溫度高時，可以獲得良好的粘結(jié)強(qiáng)度，并且即使在將涂布該樹脂后的電磁鋼板鋼帶卷繞成卷狀時，也可以進(jìn)一步抑制鋼板彼此之間的粘連。具體地說，在前面所述的觀點出發(fā)，本發(fā)明用的樹脂的玻璃周轉(zhuǎn)變溫度和軟化溫度最好是在60℃以上。
另一方面，為了避免不必要地增大感應(yīng)加熱的負(fù)荷，優(yōu)選地，本發(fā)明用樹脂的?；瘻囟然蜍浕瘻囟仍诩s250℃以下。
此外，為了進(jìn)一步提高被膜的性能，可以在本發(fā)明用的樹脂中配合防銹劑等添加劑。在這種情況下，從確保消除應(yīng)力退火后的性能的觀點出發(fā)，優(yōu)選地，相對于100份重量份的有機(jī)物質(zhì)，無機(jī)物質(zhì)的總量約為3～約300份重量份的范圍內(nèi)。
構(gòu)成工件的層疊的各電磁鋼板表面的熱塑性樹脂的厚度沒有特定限制，但優(yōu)選地在約0.05～約25μm左右，更優(yōu)選地為約0.1～約10μm。在這種膜的厚度，具有足夠的層間電阻，對于通過加熱、加壓進(jìn)行的粘結(jié)可以發(fā)揮足夠的粘結(jié)強(qiáng)度。
作為工件層疊的帶有加熱粘結(jié)型絕緣被膜的電磁鋼板，例如，利用下面所述的工序制造。即，將乳劑狀態(tài)、分散狀態(tài)等的水系粘結(jié)型性樹脂利用輥式涂布機(jī)，澆注式涂布機(jī)，噴涂涂布，刮刀涂布機(jī)等各種方法涂布到電磁鋼板上，利用通常使用的熱風(fēng)式，紅外線式、感應(yīng)加熱式等，進(jìn)行烘烤處理。這些工序，也可以對切成板狀的被處理材料(電磁鋼板)進(jìn)行，但利用卷材連續(xù)涂覆處理電磁鋼帶的方法，生產(chǎn)效率高，更為實用。
工件的尺寸沒有特定的限制，但對于現(xiàn)有技術(shù)中短時間加熱困難的、截面面積約1,000～約100,000mm2、厚度約5～約500mm左右的大型的工件特別適用。
實施例實施例1將涂布烘烤丙烯酸系樹脂(組分丙烯酸樹脂85％，環(huán)氧樹脂15％，軟化溫度70℃)的板厚0.5mm的帶有加熱粘結(jié)型絕緣被膜的電鐵板(電磁鋼板)沖裁成外徑100mm、內(nèi)徑50mm的環(huán)狀，層疊100張構(gòu)成的工件，裝入到圖1A所示形式的本發(fā)明的裝置中，在表1所示的各種條件下勵磁及加壓，進(jìn)行將工件內(nèi)的電鐵板彼此加熱粘結(jié)的層疊鐵心制造試驗，研究加熱時間和粘結(jié)狀態(tài)。
此外，作為絕緣板6，采用直徑110mm、板厚5mm的Rosner板(日光化成株式會社制；熱傳導(dǎo)率0.24W/m·K)，此外，作為導(dǎo)向件8，采用圖5A～圖5C所示的形狀的導(dǎo)向件(原材料硅樹脂)。此外，在加壓條件不足1.0MPa的情況下，在加壓到規(guī)定的壓力后，開始感應(yīng)加熱，在加壓條件在1.0MPa以上的情況下，在加壓到0.2MPa之后，開始感應(yīng)加熱，在加熱開始起120秒鐘后，加壓到規(guī)定的壓力。此外，在No.10及No.11，不用本發(fā)明的形成差磁閉合回路的加壓磁軛，直接用壓力機(jī)進(jìn)行加壓。
這里，加熱時間，用由安裝到工件側(cè)面的熱電偶測量的溫度從室溫到達(dá)200℃所需的時間進(jìn)行評價，將經(jīng)過1小時還未達(dá)到200℃的情況，作為“未達(dá)到”。粘結(jié)狀態(tài)，將加熱粘結(jié)后的層疊鐵心強(qiáng)制性地剝離，將進(jìn)行剝離所需的負(fù)荷分成4級，同時，通過目視觀察由于剝離露出的粘結(jié)面的狀態(tài)，按以下方式進(jìn)行判斷。
◎剝離負(fù)荷＝大，未粘結(jié)部分＝基本上沒有(未粘結(jié)面積率不足30％)○剝離負(fù)荷＝中，，未粘結(jié)部分＝少量存在(未粘結(jié)面積率30％以上，不足60％)△剝離負(fù)荷＝小，，未粘結(jié)部分＝中等程度地存在(未粘結(jié)面積率60％以上，不足90％)×剝離負(fù)荷＝極微小，未粘結(jié)部分＝大量存在(未粘結(jié)面積率90％以上)結(jié)果示于表1。
表1

※通過加熱1小時以上牢固地粘接.
如該表所示，在與本發(fā)明的方法一致的實施例中，獲得◎～○的牢固的粘結(jié)狀態(tài)，進(jìn)而，在滿足勵磁磁通在0.2T以上的合適的條件的實施例中，在2～50分鐘的短的加熱時間內(nèi)，獲得◎～○的牢固的粘結(jié)狀態(tài)。
此外，特別是，在勵磁頻率在20Hz以上且勵磁磁通在0.3T以上的條件下，以30分鐘以下的加熱時間，在勵磁頻率在20Hz以上且勵磁磁通在0.4T以上的條件下，以20分鐘以下的更短的加熱時間，在勵磁頻率在20Hz以上且勵磁磁通在0.5T以上的條件下，以10分鐘以下和更短的加熱時間，就可以獲得良好的粘結(jié)，進(jìn)而，在勵磁頻率在40Hz以上且勵磁磁通在0.7T以上的條件下，能夠以4分鐘以下，在勵磁頻率在50Hz以上且勵磁磁通在1.0T以上的條件下，能夠以3分鐘以下，極短的時間就能夠很好的粘結(jié)。
實施例2將和實施例1一樣的工件，裝入圖1B所示的形式的本發(fā)明的裝置中，以表2所示的各種條件進(jìn)行勵磁和加壓，進(jìn)行將工件內(nèi)的電鐵板彼此加熱粘結(jié)的層疊鐵心制造試驗，在研究加熱時間和粘結(jié)狀態(tài)的同時，利用和實施例1同樣的方法判斷粘結(jié)狀態(tài)。此外，絕緣板6和導(dǎo)向件8，除特殊記載的例子外，使用和實施例1相同的部件。此外，作為芯鐵心，采用將厚度0.5mm的電磁鋼板層疊成圖4 C的形狀(寬度寬的材料33mm×100mm，層疊個數(shù)40個；寬度窄的材料20mm×100mm，層疊個數(shù)前后各13個)固定的鐵心，沿著圖4A及圖4C所示的方向插入到前述工件的中心孔內(nèi)。
結(jié)果示于表2。
表2

*1無導(dǎo)向件*2使用圖6A-圖6C記載的導(dǎo)向件*3作為絕緣體使用板厚5mm的花崗巖板(熱傳導(dǎo)率1.6W/m·K)*4作為絕緣體使用板厚5mm的Teflon片(熱傳導(dǎo)率0.3W/m·K)*5作為絕緣體、使用在工作側(cè)粘貼板厚1mm的Teflon片的板厚4mm的Rosner板如該表所示，在與本發(fā)明的方法一致的實施例中，獲得◎～○的牢固的粘結(jié)狀態(tài)，特別是，當(dāng)采用芯鐵心時，加熱時間基本上減少一半，獲得顯著的效果。
另一方面，在本發(fā)明的方法中在省略導(dǎo)向件的情況下，加熱時間和粘結(jié)狀態(tài)比使用導(dǎo)向件時的情況稍差。此外，在插入工件的中心孔內(nèi)時，內(nèi)接于工件型的導(dǎo)向件，比外接于工件型的導(dǎo)向件效果更大。
此外，在本發(fā)明的方法中，作為絕緣體，當(dāng)采用熱傳導(dǎo)率超過1.0W/m·K的絕緣體時，與采用優(yōu)選的絕緣體的情況相比，加熱時間增加。此外，在以Teflon片單體作為絕緣體的情況下，耐壓性不足，加熱時間有所增加，同時，由于變形，絕緣板能夠使用的次數(shù)降低。另一方面，在將Teflon片作為Rosner板的表層板使用的No.44及No.45，與利用Rosner板單體時的情況獲得同樣的效果，同時，絕緣體與工件的剝離簡單，提高作業(yè)性。
工業(yè)上利用的可能性這樣，根據(jù)本發(fā)明，可以獲得從小的到大層疊鐵心，能夠廉價地短時間的均勻牢固地加熱粘結(jié)制造使用加熱粘結(jié)型的電磁鋼板的層疊鐵心的優(yōu)異的效果。
權(quán)利要求
1.一種層疊鐵心制造裝置，其特征在于，它包括將層疊帶有加熱粘結(jié)型絕緣被膜的電磁鋼板而構(gòu)成的工件沿其層疊方向勵磁而感應(yīng)加熱的感應(yīng)線圈，以及，用能夠在工件的層疊方向相互不干擾地相對移動的第一、第二磁軛構(gòu)件壓緊前述工件的層疊方向的兩個端部，并且在進(jìn)行這種壓緊時形成磁閉合回路的磁軛。
2.如權(quán)利要求1所述的層疊鐵心制造裝置，其特征在于，前述工件是沿層疊方向具有貫通孔或槽的工件，具有插入前述工件的前述孔或槽內(nèi)的芯鐵心。
3.如權(quán)利要求1或2所述的層疊鐵心制造裝置，其特征在于，在前述工件和前述各磁軛構(gòu)件之間，具有由耐熱、耐壓的的非金屬材料構(gòu)成的絕緣板，并且，前述絕緣板用熱傳導(dǎo)率在1.0W/m·K以下的原材料構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求1～3中任何一個所述的層疊鐵心制造裝置，其特征在于，前述磁軛是在前述壓緊時，由前述第一、第二磁軛構(gòu)件及另外的至少一個磁軛構(gòu)件形成前述磁閉合回路的磁軛。
5.一種層疊鐵心的制造方法，其特征在于，利用權(quán)利要求1～4中任何一個所述的層疊鐵心的制造裝置，在加熱及壓接前述工件的層疊鋼板的過程中，令前述感應(yīng)線圈的勵磁頻率為10～1000Hz，并且，令前述磁軛的壓緊壓力在0.1MPa以上。
6.如權(quán)利要求5所述的層疊鐵心的制造方法，其特征在于，前述勵磁頻率及前述壓緊壓力，以使工件內(nèi)的磁通密度沿層疊方向的成分在0.2T以上的方式設(shè)定。
7.如權(quán)利要求5或6所述的層疊鐵心的制造方法，其特征在于，對前述磁軛付與規(guī)定的壓緊壓力，然后，對前述工件通過勵磁進(jìn)行感應(yīng)加熱。
8.如權(quán)利要求5或6所述的層疊鐵心的制造方法，其特征在于，對前述磁軛施加一定程度的壓緊壓力，該壓緊壓力能夠防止因勵磁造成的前述電磁鋼板的振動引起的偏移，然后，對前述磁軛通過勵磁進(jìn)行感應(yīng)加熱，然后，向前述磁軛施加規(guī)定的壓緊壓力。
全文摘要
(課題)提供一種能夠即使在很大的情況下也能夠廉價地在短時間均勻地加熱制造使用加熱粘結(jié)型電磁鋼板的層疊鐵心的層疊鐵心的制造裝置和制造方法。(解決方案)一種層疊鐵心制造裝置，它包括將層疊帶有加熱粘結(jié)型絕緣被膜的電磁鋼板構(gòu)成的工件(1)沿其層疊方向勵磁感應(yīng)加熱的感應(yīng)線圈(2)，以及，相互不干擾地相對移動的第一、第二磁軛構(gòu)件(5A、5B)壓緊前述工件的層疊方向的兩個端部，并且在進(jìn)行這種壓緊時形成磁閉合回路的磁軛(5)。一種層疊鐵心的制造方法，利用該制造裝置，在加熱壓接前述工件的層疊鋼板的過程中，令前述感應(yīng)線圈的勵磁頻率為10～1000Hz，并且，令前述磁軛的壓緊力在0.1MPa以上。
文檔編號H01F41/02GK1568528SQ0282030
公開日2005年1月19日 申請日期2002年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月17日
發(fā)明者佐志一道, 小森優(yōu)佳, 河野正樹, 本田厚人 申請人:杰富意鋼鐵株式會社