JP2006081250A - Stator core and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータを構成するステータコアおよびその製造方法に係り、特に電磁性材料(電磁鋼板や電磁軟鉄板)を螺旋巻きに積層してなるステータコアの剛性を高めることができ、鉄損を低減でき、出力トルクを大きくすることのできるステータコアおよびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a stator core constituting a motor and a method for manufacturing the same, and in particular, the rigidity of a stator core formed by laminating electromagnetic materials (electromagnetic steel plates and electromagnetic soft iron plates) in a spiral winding can be increased, and iron loss can be reduced. The present invention relates to a stator core capable of increasing output torque and a method for manufacturing the same.
従来、モータを構成するステータコアは、例えば円形の電磁鋼板や電磁軟鉄板などの電磁性材料の中央の円形部(複数のティース部の端部から構成される円形部)およびスロット部を、比較的寸法精度の高い金型にて打ち抜き成形し、打ち抜き後の電磁鋼板や電磁軟鉄板のヨーク部をかしめながら積層することにより製造されていた。かかる製造方法の概要は図5に示しているが、上記する中央の円形部aおよびスロット部bが打ち抜かれた電磁鋼板cを順次積層していくことにより(矢印X方向)、ステータコアdが製造されている。かかる製造方法のため、材料歩留まりが50%以下となり、材料の過半数が廃材となってしまうといった問題があった。 Conventionally, a stator core that constitutes a motor has a central circular portion (circular portion constituted by end portions of a plurality of teeth portions) and a slot portion of an electromagnetic material such as a circular electromagnetic steel plate and an electromagnetic soft iron plate, for example. It was manufactured by stamping and molding with a metal mold having high dimensional accuracy, and laminating while stamping the yoke part of the electromagnetic steel sheet or electromagnetic soft iron sheet after punching. An outline of such a manufacturing method is shown in FIG. 5, and the stator core d is manufactured by sequentially laminating the above-described magnetic steel plates c from which the central circular portion a and the slot portion b are punched (in the direction of the arrow X). Has been. This manufacturing method has a problem that the material yield is 50% or less, and a majority of the material becomes waste.
近時、ステータコアの製造技術の進歩や環境影響を配慮したエミッション低減の気運の高まりの中で、ステータコアの製造方法が変化してきている。すなわち、帯状の電磁鋼板または電磁軟鉄板からスロット部のみ打ち抜き成形し、打ち抜き後の電磁鋼板や電磁軟鉄板を面内において所要の曲率にて曲げ加工しながら螺旋状に積層してステータコアを製造するものである。かかる製造方法によれば、材料歩留まりを70%程度まで向上させることができ、廃材となる材料を格段に低減することが可能となる。 In recent years, the stator core manufacturing method has been changing in the midst of the progress of stator core manufacturing technology and the increasing trend of reducing emissions in consideration of environmental impact. That is, only the slot portion is punched from a strip-shaped electromagnetic steel plate or electromagnetic soft iron plate, and the stator core is manufactured by spirally laminating the punched electromagnetic steel plate or electromagnetic soft iron plate with a required curvature in the plane. Is. According to this manufacturing method, the material yield can be improved to about 70%, and the material that becomes the waste material can be remarkably reduced.
ところで、上記製造方法によりステータコア製造時の廃材が格段に低減できるようになった一方で、以下のような問題が生じている。すなわち、(1)スロット部を打ち抜いた後の帯状の電磁鋼板や電磁軟鉄板を平面曲げ加工しながら螺旋状に積層していく際に、ヨーク部の外周側と内周側での面内の伸び量が異なるため、必然的にヨーク部の外周端のヨーク厚が内周端のそれに比べて薄くなってしまう。したがって、螺旋状に積層した際に層間接触している面は面内の伸び量の最も少ないティース部のみとなってしまい、ヨーク部でのかしめ加工が極めて困難となり、製造されたステータコアは所要の剛性を確保し難い。(2)ヨーク部の曲げ加工により、該ヨーク部を基点としてリング状のヨーク部の径方向の内側に突出するティース部のそれぞれの角度はリングの中心に向かうように成形されるとは限らず、局所的な層厚や材料組成、加工精度などによって左右されることとなり、したがって螺旋状に積層された際に層ごとのティース部の突出角度はばらばらになり易い。さらに、積層されたティース部の隅角部は直角エッジとなっていることから、巻線が巻き回された際に隅角部にて該巻線が切断されないように絶縁紙にてティース部(の特に隅角部)を被覆する必要が生じる。 By the way, although the waste material at the time of stator core manufacture can be reduced significantly by the said manufacturing method, the following problems have arisen. That is, (1) When the strip-shaped electromagnetic steel plate or electromagnetic soft iron plate after punching the slot portion is spirally laminated while being plane bent, the in-plane on the outer peripheral side and inner peripheral side of the yoke portion Since the extension amounts are different, the yoke thickness at the outer peripheral end of the yoke portion is inevitably thinner than that at the inner peripheral end. Therefore, when the layers are spirally laminated, the surface in contact with the layers is only the teeth portion with the smallest in-plane elongation, and the caulking process at the yoke portion becomes extremely difficult. It is difficult to ensure rigidity. (2) By bending the yoke portion, each angle of the teeth portion protruding inward in the radial direction of the ring-shaped yoke portion with the yoke portion as a base point is not necessarily formed so as to be directed toward the center of the ring. Therefore, it depends on the local layer thickness, material composition, processing accuracy, etc. Therefore, when the layers are spirally laminated, the protrusion angle of the tooth portion for each layer tends to vary. Furthermore, since the corners of the laminated tooth portions are right-angled edges, the teeth portions (insulating paper) are used to prevent the winding from being cut at the corners when the winding is wound. In particular, corners) need to be coated.
特許文献1においては、モータの低騒音化、低振動化を目的として、ステータコアおよびステータ鉄心に巻き回された巻線を合成樹脂によって一体成形されたモータの固定子に関する発明が開示されている。かかる発明においては、合成樹脂によってステータ全体がモールドされることによって生じる放熱性の低下を防止するために、さらに合成樹脂部に表面積の大きな穴を設けている。
特許文献1のモータ固定子によれば、ステータコアおよび巻線の全体を合成樹脂でモールド成形しつつ、放熱性低下防止用の穴が合成樹脂部に設けられていることにより、低騒音かつ低振動で、放熱性も比較的良好なモータ固定子を得ることができる。しかし、かかる発明のステータコアは、電磁鋼板などを螺旋状に積層して成形されたステータコアを対象としていないと考えられ、電磁鋼板などを螺旋状に積層してステータコアを成形する際に生じ得る上記の各問題に対する解決手段の開示はない。 According to the motor stator of Patent Document 1, the entire stator core and windings are molded with synthetic resin, and the holes for preventing heat radiation deterioration are provided in the synthetic resin portion, thereby reducing noise and vibration. Thus, a motor stator having relatively good heat dissipation can be obtained. However, it is considered that the stator core of the present invention is not intended for a stator core formed by laminating electromagnetic steel sheets or the like in a spiral shape, and may occur when the stator core is formed by laminating electromagnetic steel sheets or the like in a spiral shape. There is no disclosure of solutions for each problem.
本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、帯状の電磁性材料を螺旋状に積層して成形されたステータコアにおいて、その剛性を向上させることができ、鉄損を低減させることができ、さらには出力トルクを大きくすることができるステータコアおよびその製造方法を提供することを目的とする。また、帯状の電磁性材料が螺旋状に積層されて層ごとのティース部の突出角度にばらつきが生じている場合であってもステータコアの品質を確保することができ、さらには、ティース部に巻線を巻き回す際に該ティース部を絶縁紙にて被覆する必要のないステータコアおよびその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and in a stator core formed by laminating a strip-shaped electromagnetic material in a spiral shape, its rigidity can be improved and iron loss can be reduced. Further, it is an object of the present invention to provide a stator core capable of increasing output torque and a method for manufacturing the same. In addition, the quality of the stator core can be ensured even when the band-shaped electromagnetic material is spirally laminated and the protrusion angle of the tooth portion varies from layer to layer. It is an object of the present invention to provide a stator core that does not require the tooth portion to be covered with insulating paper when winding a wire, and a method for manufacturing the stator core.
前記目的を達成すべく本発明によるステータコアは、モータを構成するステータコアであって、帯状のヨーク部と、該ヨーク部の軸直角方向に突出する複数のティース部とから構成された帯状の電磁性材料を螺旋状に巻き回すことにより、該帯状の電磁性材料が積層されて形成された骨格部と、該骨格部の全表面を被覆する樹脂被膜と、からなることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a stator core according to the present invention is a stator core that constitutes a motor, and is composed of a belt-shaped yoke portion and a plurality of tooth portions protruding in a direction perpendicular to the axis of the yoke portion. It is characterized by comprising a skeleton part formed by laminating the band-like electromagnetic material by winding the material in a spiral shape and a resin film covering the entire surface of the skeleton part.
本発明のステータコアは、ブラシ付きモータやブラシレスモータなどのDCモータをはじめとする各種モータに使用できる。ここで、電磁性材料とは、電磁鋼板や電磁軟鉄板を意味している。 The stator core of the present invention can be used for various motors including DC motors such as brushed motors and brushless motors. Here, the electromagnetic material means an electromagnetic steel plate or an electromagnetic soft iron plate.
本発明のステータコアは、帯状の電磁鋼板や電磁軟鉄板からスロット部のみを打ち抜き成形し、スロット部打ち抜き後の電磁鋼板などを所要の曲率にて平面曲げ加工しながら螺旋状に積層していく。所要の軸方向長さ(積層長さ)となった段階のステータコアをここでは骨格部としている。骨格部は、上記するように、層ごとのティース部の突出角度にばらつきがある。そこで、本発明では、該骨格部の全表面を樹脂にてモールドすることにより、樹脂被膜を形成するものである。ティース部の骨格部の全表面を被覆する樹脂としては、例えば、熱硬化型アクリル樹脂やポリウレタン樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂が使用できる。 The stator core of the present invention is formed by punching and forming only a slot portion from a strip-shaped electromagnetic steel plate or electromagnetic soft iron plate and spirally laminating the electromagnetic steel plate or the like after punching the slot portion while performing plane bending with a required curvature. Here, the stator core at the stage where the required axial length (stacked length) is reached is used as the skeleton portion. As described above, the skeleton portion has variations in the protrusion angle of the tooth portion for each layer. Therefore, in the present invention, a resin film is formed by molding the entire surface of the skeleton part with resin. Examples of the resin that covers the entire surface of the skeleton portion of the tooth portion include thermosetting resins such as thermosetting acrylic resins, polyurethane resins, phenol resins, polyester resins, and epoxy resins.
ここで、ティース部の骨格部の全表面とは、ステータコアを構成するヨーク部やティース部の各形状に沿ったステータコアの外周面および内周面、端面のほか、積層された各層のヨーク部間の隙間をも意味するものである。上記するように、電磁鋼板などを螺旋状に積層していくと、ヨーク部の外周側と内周側での面内の伸び量が異なることから必然的に外周部のヨーク厚が内周部のそれに比べて薄くなってしまい、したがってヨーク部においては各層間にて隙間が生じてしまう。かかる隙間の発生により、該ヨーク部におけるかしめ加工が困難なものになることに加えて、ステータコアの全体剛性が低下してしまう。本発明のように骨格部の全表面に樹脂被膜を形成することにより、該樹脂被膜は各層間に生じた隙間に入り込んで硬化することとなり、積層するヨーク部同士を樹脂を介して接合することでステータコア全体の剛性を高めることができる。 Here, the entire surface of the skeleton portion of the teeth portion refers to the yoke portion constituting the stator core, the outer peripheral surface, the inner peripheral surface, and the end surface of the stator core along each shape of the tooth portion, as well as between the yoke portions of the stacked layers. It also means a gap. As described above, when magnetic steel sheets and the like are laminated in a spiral shape, the yoke thickness of the outer peripheral portion inevitably increases because the amount of elongation in the surface on the outer peripheral side and the inner peripheral side of the yoke portion differs. Accordingly, the yoke portion becomes thinner, and therefore, a gap is generated between the respective layers in the yoke portion. The generation of such a gap makes it difficult to perform caulking at the yoke portion, and also reduces the overall rigidity of the stator core. By forming a resin film on the entire surface of the skeleton part as in the present invention, the resin film penetrates into the gaps formed between the layers and hardens, and the yoke parts to be laminated are joined via the resin. Thus, the rigidity of the entire stator core can be increased.
また、積層された層ごとに突出角度がばらばらになっているティース部の全体を樹脂被膜が被覆することにより、ティース部のばらつきが取り除かれた品質のよいステータコアを製造することができる。さらに、ティース部の隅角部まわりの樹脂被膜に面取り部を設けたり、滑らかな曲線状に仕上げることにより、ティース部まわりを絶縁紙にて被覆させなくとも該ティース部のまわりに巻線を巻き回す際に巻線が切断されるといった問題を解消することができる。 In addition, by covering the entire tooth portion having a different protrusion angle for each of the stacked layers with the resin coating, it is possible to manufacture a high-quality stator core from which variations in the tooth portion are removed. In addition, a chamfered portion is provided on the resin coating around the corner portion of the tooth portion, or a smooth curved shape is obtained, so that a winding is wound around the tooth portion without covering the tooth portion with insulating paper. The problem that the winding is cut when turning can be solved.
したがって、本発明のステータコアによれば、ステータコアの製造時点における材料歩留まりを向上させることが可能となり、ステータコアの剛性や品質を十分に確保することが可能となり、さらには従来使用されていた絶縁紙を不要とすることが可能となる。 Therefore, according to the stator core of the present invention, it is possible to improve the material yield at the time of manufacture of the stator core, it is possible to sufficiently ensure the rigidity and quality of the stator core, and further, the insulating paper that has been used conventionally can be used. It becomes possible to make it unnecessary.
また、本発明によるステータコアの他の実施形態は、帯状のヨーク部と、該ヨーク部の軸直角方向に突出する複数のティース部とから構成された帯状の電磁性材料を螺旋状に巻き回すことにより、該帯状の電磁性材料が積層されて形成された骨格部と、該骨格部の全表面を被覆する金属粉末層と、からなることを特徴とする。 In another embodiment of the stator core according to the present invention, a strip-shaped electromagnetic material composed of a strip-shaped yoke portion and a plurality of teeth portions projecting in the direction perpendicular to the axis of the yoke portion is spirally wound. The skeleton portion is formed by laminating the band-shaped electromagnetic material, and a metal powder layer covering the entire surface of the skeleton portion.
本発明は、樹脂に代わって金属粉末層にて被覆されたステータコアに関するものである。金属粉末層の成形に際しては、例えば、純鉄やそれに近い鉄、アルミニウムなどが使用でき、金属粉末が磁性粉末であればより好ましい。磁性粉末でない金属粉末を使用する場合は、上記するヨーク部の層間の隙間にかかる金属粉末が入り込むことでステータコアの剛性を高めることができる。一方、磁性粉末である金属粉末の場合には、ステータコアの剛性を高めることに加えて、同一電圧では磁束量を大きくでき、出力トルクを大きくすることができる。磁性粉末がステータコアの形状まわりを被覆することにより、ステータコアのまわりに巻き回される巻線面積に該磁性粉末の面積が付加されることとなり、磁束面積が増加することによって出力トルクの増加に繋がるものである。一方、同一トルクでは磁束面積が増加することにより単位断面積あたりの磁束密度が減少することとなり、磁束密度の減少に伴って鉄損が低減されることとなる。 The present invention relates to a stator core coated with a metal powder layer instead of resin. In forming the metal powder layer, for example, pure iron, iron close to it, aluminum or the like can be used, and it is more preferable if the metal powder is a magnetic powder. When using metal powder that is not magnetic powder, the rigidity of the stator core can be increased by the metal powder entering the gaps between the yoke portions described above. On the other hand, in the case of metal powder that is magnetic powder, in addition to increasing the rigidity of the stator core, the amount of magnetic flux can be increased at the same voltage, and the output torque can be increased. When the magnetic powder covers around the shape of the stator core, the area of the magnetic powder is added to the winding area wound around the stator core, and the increase of the magnetic flux area leads to an increase in output torque. Is. On the other hand, with the same torque, the magnetic flux density per unit cross-sectional area decreases as the magnetic flux area increases, and the iron loss is reduced as the magnetic flux density decreases.
本発明のように、金属粉末層にて骨格部の全表面を被覆することにより、ステータコアの製造時点における材料歩留まりを向上させることが可能となり、ステータコアの剛性や品質を十分に確保することが可能となる。金属粉末が磁性粉末である場合には、さらに鉄損の低減や出力トルクの増加を図ることが可能となる。 By covering the entire surface of the skeleton part with a metal powder layer as in the present invention, it becomes possible to improve the material yield at the time of manufacturing the stator core, and to sufficiently ensure the rigidity and quality of the stator core. It becomes. When the metal powder is a magnetic powder, it is possible to further reduce the iron loss and increase the output torque.
また、本発明によるステータコアの好ましい実施形態は、帯状のヨーク部と、該ヨーク部の軸直角方向に突出する複数のティース部とから構成された帯状の電磁性材料を螺旋状に巻き回すことにより、該帯状の電磁性材料が積層されて形成された骨格部と、該骨格部の全表面を被覆する金属粉末を含有した樹脂被膜と、からなることを特徴とする。 Further, a preferred embodiment of the stator core according to the present invention is formed by spirally winding a strip-shaped electromagnetic material composed of a strip-shaped yoke portion and a plurality of teeth portions protruding in a direction perpendicular to the axis of the yoke portion. And a skeleton formed by laminating the band-shaped electromagnetic material, and a resin film containing metal powder covering the entire surface of the skeleton.
金属粉末を含有した樹脂被膜にて骨格部の全表面を被覆することにより、樹脂被膜のみにて被覆する場合の効果と、金属粉末層のみにて被覆する場合の効果の双方の効果を得ることができる。金属粉末に比べて樹脂を使用する場合は、各層のヨーク部間の隙間に、より密実に樹脂が入り込むことができるため、ステータコアの剛性を確実に高めることが可能となる。一方、金属粉末、中でも磁性粉末を使用する場合は上記するように鉄損の低減と出力トルクの増加を図ることが可能となる。したがって、金属粉末を含有した樹脂被膜にて骨格部を被覆することにより、上記する効果の全てを得ることが可能となる。 By coating the entire surface of the skeleton part with a resin coating containing metal powder, both the effect of coating only with the resin coating and the effect of coating only with the metal powder layer are obtained. Can do. In the case of using a resin as compared with the metal powder, since the resin can enter the gap between the yoke portions of each layer more densely, the rigidity of the stator core can be reliably increased. On the other hand, when metal powder, especially magnetic powder, is used, it is possible to reduce iron loss and increase output torque as described above. Therefore, it is possible to obtain all of the above effects by coating the skeleton with a resin coating containing metal powder.
また、本発明によるステータコアの製造方法は、モータを構成するステータコアの製造方法であって、帯状のヨーク部と、該ヨーク部の軸直角方向に突出する複数のティース部とから構成された帯状の電磁性材料を螺旋状に巻き回すことにより、該帯状の電磁性材料が積層されて骨格部を形成する第一工程と、該骨格部の全表面に樹脂被膜を形成する第二工程と、からなることを特徴とする。 A stator core manufacturing method according to the present invention is a method for manufacturing a stator core that constitutes a motor. The stator core manufacturing method includes a belt-shaped yoke portion and a plurality of teeth portions protruding in a direction perpendicular to the axis of the yoke portion. By winding the electromagnetic material spirally, the first step of laminating the band-shaped electromagnetic material to form a skeleton, and the second step of forming a resin film on the entire surface of the skeleton It is characterized by becoming.
第一工程によって骨格部を製造した後、該骨格部を所望の内空形状を有する金型内に載置し、金型と骨格部の間に溶融状態の樹脂(例えば熱硬化性樹脂)を流し込み、金型内を加熱して樹脂を硬化させる(第二工程)ことにより、本発明のステータコアが製造される。溶融した樹脂は、骨格部の全表面のうち、特に各層のヨーク部同士の隙間内に確実に入り込んでいくため、熱硬化した後の樹脂がヨーク部同士を強固に接合させることとなる。 After the skeleton part is manufactured by the first step, the skeleton part is placed in a mold having a desired inner cavity shape, and a molten resin (for example, a thermosetting resin) is placed between the mold and the skeleton part. The stator core of the present invention is manufactured by pouring and heating the inside of the mold to cure the resin (second step). Since the melted resin surely enters the gaps between the yoke portions of each layer in the entire surface of the skeleton portion, the resin after thermosetting firmly bonds the yoke portions together.
また、本発明によるステータコアの製造方法の他の実施形態は、帯状のヨーク部と、該ヨーク部の軸直角方向に突出する複数のティース部とから構成された帯状の電磁性材料を螺旋状に巻き回すことにより、該帯状の電磁性材料が積層されて骨格部を形成する第一工程と、該骨格部の全表面に金属粉末層を形成する第二工程と、からなることを特徴とする。 In another embodiment of the stator core manufacturing method according to the present invention, a strip-shaped electromagnetic material composed of a strip-shaped yoke portion and a plurality of teeth portions protruding in a direction perpendicular to the axis of the yoke portion is spirally formed. It comprises a first step in which the band-shaped electromagnetic material is laminated to form a skeleton by winding, and a second step in which a metal powder layer is formed on the entire surface of the skeleton. .
骨格部の全表面に金属粉末層を形成する第二工程においては、金属粉末を骨格部にプレス加工する方法によっておこなわれる。このプレス加工方法は、例えば、以下に示す3通りの方法がある。 The second step of forming the metal powder layer on the entire surface of the skeleton part is performed by a method of pressing the metal powder into the skeleton part. As the press working method, for example, there are the following three methods.
第1の方法として、まず、筒状の外型と、該外型の下端を塞ぐ下型とからなる金型を用意する。この下型の中央には、ステータコアの中央の円形部と同形の開口が穿設されている。この開口に、中央の円形部と同形で外型の上端から下端までの長さの中型を下型の開口に嵌め込んで、外型と下型と中型を一体とする。ここで、下型の上面と中型の外周面と外型の内周面に囲まれた空間(以下、骨格部配置空間とする)の寸法は、骨格部の縦断面の寸法よりも大きくなるように構成されている。骨格部配置空間に金属粉末を投入し、一定の圧力(例えば、P1)でプレスすることで、1次プレス体を製作する。次に、第一工程にて形成された骨格部を、骨格部配置空間内に配置する(この時、骨格部の下端には1次プレス体が密着している)。骨格部の配置に際しては、該骨格部と外型の内周面との間、および該骨格部と中型の外周面との間に所定の隙間が形成されるように配置する。この隙間に金属粉末を投入するとともに、骨格部の上端面にも所定の厚みの金属粉末を投入する。金属粉末の投入後、下型と略同形の上型を、その中央部の開口に中型を貫通させながら降下させ、該上型の下端面で骨格部の上端面に積み上げられた金属粉末を、一定の圧力(例えば、P2)でプレスしていく。かかるプレス加工により、骨格部の側面と上端面には金属粉末による2次プレス体が形成される。上記する1次プレス体と2次プレス体により、骨格部の全表面は金属粉末にて被覆される。なお、P2はP1よりも大きな圧力であることが必要となる。 As a first method, first, a mold including a cylindrical outer mold and a lower mold that closes the lower end of the outer mold is prepared. An opening having the same shape as the circular portion at the center of the stator core is formed in the center of the lower mold. A middle mold having the same shape as the central circular portion and having a length from the upper end to the lower end of the outer mold is fitted into the opening of the lower mold so that the outer mold, the lower mold, and the middle mold are integrated. Here, the dimension of the space surrounded by the upper surface of the lower mold, the outer peripheral surface of the middle mold, and the inner peripheral surface of the outer mold (hereinafter referred to as a skeleton part arrangement space) is larger than the dimension of the longitudinal section of the skeleton part. It is configured. A metal powder is put into the skeleton part arrangement space and pressed at a constant pressure (for example, P1) to produce a primary press body. Next, the skeleton part formed in the first step is arranged in the skeleton part arrangement space (at this time, the primary press body is in close contact with the lower end of the skeleton part). When arranging the skeleton part, the skeleton part is arranged so that a predetermined gap is formed between the skeleton part and the inner peripheral surface of the outer mold, and between the skeleton part and the outer peripheral surface of the middle mold. A metal powder is introduced into the gap, and a metal powder having a predetermined thickness is also introduced into the upper end surface of the skeleton. After the metal powder is charged, the upper die, which is substantially the same shape as the lower die, is lowered while penetrating the middle die through the opening at the center, and the metal powder stacked on the upper end surface of the skeleton portion at the lower end surface of the upper die Press at a constant pressure (for example, P2). By such pressing, a secondary press body made of metal powder is formed on the side surface and the upper end surface of the skeleton. The entire surface of the skeleton is covered with the metal powder by the primary press body and the secondary press body described above. In addition, P2 needs to be a pressure larger than P1.
第2の方法としては、予め上記する1次プレス体を製作しておき、上記と同様の金型の骨格部配置空間内に該1次プレス体を配置する。1次プレス体の上に骨格部を配置し、第1の方法と同様に、金属粉末の投入と上型によるプレス加工により、骨格部の全表面に金属粉末をプレス加工することができる。また、第3の方法は、上記する1次プレス体の製作工程を省く方法であり、例えば、上記する骨格部配置空間内に、まず所定量の金属粉末を投入して骨格部をその上に配置し、骨格部配置空間内にさらに金属粉末を投入するとともに骨格部の上端面にも所定厚さの金属粉末を投入する。最後に、上型および下型を同圧力で押し込むことで、骨格部の全表面に一気に金属粉末をプレス加工することができる。 As a second method, the above-described primary press body is manufactured in advance, and the primary press body is placed in the same skeleton part placement space as that described above. The skeletal part is disposed on the primary press body, and the metal powder can be pressed on the entire surface of the skeletal part by charging the metal powder and pressing the upper die as in the first method. The third method is a method that eliminates the manufacturing process of the primary press body described above. For example, a predetermined amount of metal powder is first put into the above-described skeleton arrangement space, and the skeleton is placed thereon. The metal powder is further introduced into the skeleton part arrangement space, and the metal powder having a predetermined thickness is also introduced into the upper end surface of the skeleton part. Finally, by pressing the upper mold and the lower mold at the same pressure, the metal powder can be pressed all at once on the entire surface of the skeleton.
さらに、本発明によるステータコアの製造方法の他の実施形態は、帯状のヨーク部と、該ヨーク部の軸直角方向に突出する複数のティース部とから構成された帯状の電磁性材料を螺旋状に巻き回すことにより、該帯状の電磁性材料が積層されて骨格部を形成する第一工程と、該骨格部の全表面に金属粉末を含有した樹脂被膜を形成する第二工程と、からなることを特徴とする。 Furthermore, in another embodiment of the stator core manufacturing method according to the present invention, a strip-shaped electromagnetic material composed of a strip-shaped yoke portion and a plurality of teeth portions protruding in the direction perpendicular to the axis of the yoke portion is spirally formed. It comprises a first step in which the belt-like electromagnetic material is laminated to form a skeleton by winding, and a second step in which a resin film containing a metal powder is formed on the entire surface of the skeleton. It is characterized by.
本発明の第二工程では、型内に載置された骨格部のまわりに鉄粉やアルミニウム粉などの金属粉末を含んだ溶融状態の樹脂を流し込み、型内を加熱して樹脂を硬化させるものである。本発明のステータコアの製造方法によれば、各層のヨーク部間の隙間に金属粉末を含んだ樹脂が確実に入り込むことができ、樹脂が硬化することによってステータコアの剛性を高めることができる。さらに、金属粉末が磁性粉末である場合には、骨格部の内周面や外周面に形成された該磁性粉末による被膜により磁束面積を増加させることが可能となる。 In the second step of the present invention, a molten resin containing a metal powder such as iron powder or aluminum powder is poured around the skeleton placed in the mold, and the resin is cured by heating the mold. It is. According to the method for manufacturing a stator core of the present invention, the resin containing the metal powder can surely enter the gap between the yoke portions of each layer, and the rigidity of the stator core can be increased by hardening the resin. Furthermore, when the metal powder is a magnetic powder, the magnetic flux area can be increased by the coating of the magnetic powder formed on the inner and outer peripheral surfaces of the skeleton.
以上の説明から理解できるように、本発明のステータコアおよびその製造方法によれば、ステータコア製造時の材料歩留まりを向上させることができ、十分な剛性を確保したステータコアを得ることができる。また、本発明のステータコアおよびその製造方法によれば、鉄損を低減することができ、出力トルクを増加させることのできるステータコアを得ることができる。 As can be understood from the above description, according to the stator core and the manufacturing method thereof of the present invention, the material yield at the time of manufacturing the stator core can be improved, and a stator core having sufficient rigidity can be obtained. Moreover, according to the stator core and the manufacturing method thereof of the present invention, it is possible to obtain a stator core that can reduce iron loss and increase output torque.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図1は、電磁鋼板を螺旋状に積層している状況を示した斜視図であり、図2は、金属粉末を含有した樹脂被膜にて被覆された本発明のステータコアの一実施形態を示した斜視図である。図3は、図2のIII−III断面図を、図4は、図2のIV−IV断面図をそれぞれ示している。図示にて説明する実施形態は、金属粉末を含有した樹脂被膜にて被覆されたステータコアに関するものであるが、本発明のステータコアがかかる実施形態に限定されるものでないことは勿論のことである。また、電磁性材料としては電磁鋼板を取り上げて説明するが、電磁軟鉄板であってもよいことは勿論のことである。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing a state in which magnetic steel sheets are spirally laminated, and FIG. 2 shows an embodiment of a stator core of the present invention covered with a resin film containing metal powder. It is a perspective view. 3 shows a sectional view taken along line III-III in FIG. 2, and FIG. 4 shows a sectional view taken along line IV-IV in FIG. The embodiment described with reference to the drawings relates to a stator core coated with a resin film containing a metal powder, but it goes without saying that the stator core of the present invention is not limited to such an embodiment. Moreover, although an electromagnetic steel plate is taken up and demonstrated as an electromagnetic material, it cannot be overemphasized that an electromagnetic soft iron plate may be sufficient.
図1は、本発明のステータコアの製造方法の第一工程である、帯状の電磁鋼板20を螺旋状に巻き回しながら骨格部2を製造している状況を示したものである。予め帯状のワークから例えばスロット部を打ち抜くことにより、帯状のヨーク部21と該帯状のヨーク部21の軸直角方向に突出するティース部22,22,…からなる帯状の電磁鋼板20が製作される。かかる帯状の電磁鋼板20を螺旋状に巻き回しながら所要の高さになるまで積層していき骨格部2が製造される。
FIG. 1 shows a situation in which the
図1にも示すように、帯状の電磁鋼板20を螺旋状に巻き回す製造工程においては、積み重ねられたティース部22,22,…の突出角度にばらつきが生じる可能性が極めて高い。
As shown in FIG. 1, in the manufacturing process in which the strip-shaped
図2は、骨格部2が金属粉末4を含有した樹脂被膜3にて被覆されてなるステータコア1を示している。ステータコア1は、第一工程にて製造された骨格部2を図示しない型内に載置し、金属粉末4を含有した溶融状態の樹脂被膜3を型内に流し込むとともに型内を加熱することにより、該骨格部2の全表面が樹脂被膜3にて被覆成形される(第二工程)。本発明のステータコア1は、層ごとに突出角度にばらつきをもったティース部22,22,…の表面をかかる樹脂被膜3(金属粉末4を含有した樹脂被膜3)にて被覆するため、図2に示すように、ティース部22,22,…のばらつきが実質的に取り除かれたステータコア1を得ることができる。
FIG. 2 shows a stator core 1 in which the
図3は、図2のIII−III断面図を示している。本発明では、第一工程にて、帯状の電磁鋼板20をティース部22をリングの内側とするように螺旋状に巻き回しながら積層していくことで骨格部2を製作する。そのため、巻き回される際にリングの外側となるヨーク部21はティース部22に比べて平面内でより引き延ばされるため、ティース部22の厚みはヨーク部21の厚みに比べて薄くなってしまう。さらに、ヨーク部21についても、ヨーク部21の外周側と内周側では厚みに相違が生じることとなる。その結果、図3に示すように、積層されたヨーク部21,21間には隙間が生じることとなる。本発明では、金属粉末4を含有した樹脂被膜3がかかる隙間にも確実に入り込んで成形されるため、樹脂被膜3を介して上下のヨーク部21,21を接続させることができるとともに、樹脂被膜3にて骨格部2が包囲されることとなるため、全体として十分な剛性を備えたステータコア1が成形されることとなる。
FIG. 3 shows a cross-sectional view taken along the line III-III in FIG. In this invention, the frame |
図4は、図2のIV−IV断面図を示している。ティース部22のまわりには巻線(コイル)が巻きまわされることでモータの固定子が完成することとなる。図4に示すように、ティース部22の外周を被覆する金属粉末4を含有した樹脂被膜において、ティース部22の隅角部を滑らかな曲線状に成形するなどした面取り部31を設けることが好ましい。巻線を巻く際に、従来のように絶縁紙にて隅角部を被覆しなくとも巻線を損傷させることがなくなるからである。
FIG. 4 shows a cross-sectional view taken along the line IV-IV in FIG. A winding (coil) is wound around the
発明者等は、図5に示すような従来のステータコア(以下、従来ステータコアという)と、螺旋状に巻き回して積層しただけのステータコア(以下、骨格部という)と、骨格部を樹脂被膜にて被覆したステータコア(以下、ステータコアAという)と、骨格部を磁性のある金属粉末層にて被覆したステータコア(以下、ステータコアBという)と、骨格部を磁性のある金属粉末を含有した樹脂被膜にて被覆したステータコア(以下、ステータコアCという)をそれぞれ使用し、同形のステータコアを試作して各ステータコアの剛性の比較、磁気特性の比較をおこなった。ここで、ステータコアの剛性とは、積層された各層間の層間接着強度のことであり、磁気特性とは、鉄損と出力トルクに関するものである。なお、本実験において使用した樹脂は、BMC(バルクモールドコンパウンド)樹脂である。BMC樹脂は、不飽和ポリエステル樹脂を主成分に、ガラス繊維などを混練して得られる成型用の樹脂である。表1に実験結果を示す。 The inventors have a conventional stator core as shown in FIG. 5 (hereinafter referred to as a conventional stator core), a stator core (hereinafter referred to as a skeleton portion) that is simply wound in a spiral shape, and a skeleton portion formed of a resin film. A coated stator core (hereinafter referred to as stator core A), a stator core (hereinafter referred to as stator core B) whose skeleton is coated with a magnetic metal powder layer, and a resin film containing the skeleton as magnetic metal powder. Each of the coated stator cores (hereinafter referred to as “stator core C”) was used to make a prototype of the same shape, and the rigidity of each stator core was compared and the magnetic characteristics were compared. Here, the rigidity of the stator core refers to the interlayer adhesive strength between the laminated layers, and the magnetic characteristics relate to iron loss and output torque. The resin used in this experiment is BMC (bulk mold compound) resin. The BMC resin is a molding resin obtained by kneading glass fiber or the like with an unsaturated polyester resin as a main component. Table 1 shows the experimental results.
表1は、従来ステータコアの剛性および各磁気特性値を基準に比較をおこなった結果である。 Table 1 shows a result of comparison based on the rigidity and each magnetic characteristic value of the conventional stator core.
まず、剛性比については、従来ステータコアに比べて、帯状の電磁鋼板を螺旋状に巻き回して積層された骨格部の剛性は非常に低下する結果となる。これは、上記するように、各層のヨーク部間に隙間が生じることに起因するものである。 First, as for the rigidity ratio, the result is that the rigidity of a skeleton portion formed by spirally winding a belt-shaped electromagnetic steel sheet is significantly lower than that of a conventional stator core. As described above, this is because a gap is generated between the yoke portions of each layer.
骨格部の全表面に樹脂被膜を被覆したステータコアAは、骨格部に比べて剛性が飛躍的に向上する結果となる。これは、各層のヨーク部間に生じた隙間に樹脂が入り込んで硬化した結果に起因するものと考えられる。骨格部の全表面を金属粉末層にて被覆したステータコアBでは、樹脂に比べて金属粉末がヨーク部間の隙間に十分に入り込むことができず、結果としてステータコアAに比べて剛性が低下している。一方、ステータコアCでは、樹脂に含有された金属粉末によって樹脂がヨーク部間の隙間に十分に入り込むことが阻害されるため、ステータコアAに比べて剛性が低下する結果となるものと考えられる。したがって、従来ステータコアを骨格部やステータコアA〜Cとすることにより、ステータコア製造時の材料歩留まりを向上させることはできるが、剛性面からすると、従来ステータコアと同程度の剛性となるステータコアAが好ましいと考えられる。 Stator core A in which the entire surface of the skeleton part is coated with a resin film results in a dramatic improvement in rigidity compared to the skeleton part. This is considered to be caused by the result of the resin entering the gap generated between the yoke portions of each layer and curing. In the stator core B in which the entire surface of the skeleton part is covered with the metal powder layer, the metal powder cannot sufficiently enter the gap between the yoke parts as compared with the resin, and as a result, the rigidity is lowered as compared with the stator core A. Yes. On the other hand, in the stator core C, the metal powder contained in the resin inhibits the resin from sufficiently entering the gap between the yoke portions, so that it is considered that the rigidity is lower than that of the stator core A. Therefore, by using the conventional stator core as the skeleton part and the stator cores A to C, the material yield at the time of manufacturing the stator core can be improved. However, from the viewpoint of rigidity, the stator core A having the same degree of rigidity as the conventional stator core is preferable. Conceivable.
次に、磁気特性に関する実験結果について比較すると、鉄損に関しては、ステータコアAは従来ステータコアや骨格部よりも若干増加する結果となっている一方で、磁性の金属粉末成分を備えたステータコアB,Cでは鉄損が減少する結果となっている。ステータコアBは、ステータコアCに比べて磁性金属粉末の添加量が多いことから、かかる添加量に比例してステータコアの磁束面積が増え、したがって単位面積あたりの磁束密度が減少することで鉄損が少ない結果となるものと考えられる。 Next, when comparing the experimental results regarding the magnetic characteristics, the stator core A is slightly increased in comparison with the conventional stator core and the skeleton part with respect to the iron loss, while the stator cores B and C having magnetic metal powder components are obtained. Then, the iron loss decreased. Since the amount of magnetic metal powder added to the stator core B is larger than that of the stator core C, the magnetic flux area of the stator core increases in proportion to the added amount, and therefore the magnetic flux density per unit area decreases, resulting in less iron loss. This is considered to be the result.
出力トルクに関しては、磁束面積の増加に応じてその値も増加するため、磁性金属粉末の添加量の多いステータコアBが最も大きな出力トルク値を得る結果となる。 Since the value of the output torque increases as the magnetic flux area increases, the stator core B with a large amount of magnetic metal powder added results in the largest output torque value.
以上の実験結果より、帯状の電磁鋼板を螺旋状に巻き回して積層してなるステータコア(骨格部)を基準に考えた場合、ステータコアの剛性と磁気特性の双方を総合勘案すると、磁性を有する金属粉末を含有した樹脂被膜にて骨格部を被覆してなるステータコア(ステータコアC)が最も好ましいステータコアであると考えられる。また、ステータコアの剛性、すなわちステータコアの耐久性等を重視した場合には樹脂被膜のみで被覆してなるステータコア(ステータコアA)を選択するのが好ましく、ステータコアの磁気特性を重視した場合には磁性を有する金属粉末層にて被覆してなるステータコア(ステータコアB)を選択するのが好ましいと考えられる。 From the above experimental results, when considering the stator core (frame part) formed by winding and laminating belt-shaped magnetic steel sheets in a spiral, the metal having magnetism is considered by comprehensively considering both the rigidity and magnetic properties of the stator core. A stator core (stator core C) formed by coating a skeleton with a resin film containing powder is considered to be the most preferable stator core. In addition, when importance is attached to the rigidity of the stator core, that is, the durability of the stator core, it is preferable to select a stator core (stator core A) that is covered only with a resin film. It is considered preferable to select a stator core (stator core B) formed by coating with a metal powder layer.
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。 The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and there are design changes and the like without departing from the gist of the present invention. They are also included in the present invention.
1…ステータコア、2…骨格部、3…樹脂被膜、4…金属粉末、20…帯状の電磁鋼板(電磁性材料)、21…ヨーク部、22…ティース部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Stator core, 2 ... Frame | skeleton part, 3 ... Resin film, 4 ... Metal powder, 20 ... Strip | belt-shaped electromagnetic steel plate (electromagnetic material), 21 ... Yoke part, 22 ... Teeth part
Claims (6)
帯状のヨーク部と、該ヨーク部の軸直角方向に突出する複数のティース部とから構成された帯状の電磁性材料を螺旋状に巻き回すことにより、該帯状の電磁性材料が積層されて形成された骨格部と、該骨格部の全表面を被覆する樹脂被膜と、からなることを特徴とするステータコア。 A stator core constituting a motor,
Formed by laminating the strip-shaped electromagnetic material by spirally winding a strip-shaped electromagnetic material composed of a strip-shaped yoke portion and a plurality of teeth portions protruding in a direction perpendicular to the axis of the yoke portion. A stator core comprising: a skeleton portion and a resin film covering the entire surface of the skeleton portion.
帯状のヨーク部と、該ヨーク部の軸直角方向に突出する複数のティース部とから構成された帯状の電磁性材料を螺旋状に巻き回すことにより、該帯状の電磁性材料が積層されて形成された骨格部と、該骨格部の全表面を被覆する金属粉末層と、からなることを特徴とするステータコア。 A stator core constituting a motor,
Formed by laminating the strip-shaped electromagnetic material by spirally winding a strip-shaped electromagnetic material composed of a strip-shaped yoke portion and a plurality of teeth portions protruding in a direction perpendicular to the axis of the yoke portion. And a metal powder layer that covers the entire surface of the skeleton portion.
帯状のヨーク部と、該ヨーク部の軸直角方向に突出する複数のティース部とから構成された帯状の電磁性材料を螺旋状に巻き回すことにより、該帯状の電磁性材料が積層されて形成された骨格部と、該骨格部の全表面を被覆する金属粉末を含有した樹脂被膜と、からなることを特徴とするステータコア。 A stator core constituting a motor,
Formed by laminating the strip-shaped electromagnetic material by spirally winding a strip-shaped electromagnetic material composed of a strip-shaped yoke portion and a plurality of teeth portions protruding in a direction perpendicular to the axis of the yoke portion. And a resin film containing a metal powder covering the entire surface of the skeleton.
帯状のヨーク部と、該ヨーク部の軸直角方向に突出する複数のティース部とから構成された帯状の電磁性材料を螺旋状に巻き回すことにより、該帯状の電磁性材料が積層されて骨格部を形成する第一工程と、該骨格部の全表面に樹脂被膜を形成する第二工程と、からなることを特徴とするステータコアの製造方法。 A method of manufacturing a stator core constituting a motor,
The belt-like electromagnetic material is laminated in a spiral manner by winding a belt-like electromagnetic material composed of a belt-like yoke portion and a plurality of teeth portions protruding in a direction perpendicular to the axis of the yoke portion. A stator core manufacturing method comprising: a first step of forming a portion; and a second step of forming a resin film on the entire surface of the skeleton portion.
帯状のヨーク部と、該ヨーク部の軸直角方向に突出する複数のティース部とから構成された帯状の電磁性材料を螺旋状に巻き回すことにより、該帯状の電磁性材料が積層されて骨格部を形成する第一工程と、該骨格部の全表面に金属粉末層を形成する第二工程と、からなることを特徴とするステータコアの製造方法。 A method of manufacturing a stator core constituting a motor,
The belt-like electromagnetic material is laminated in a spiral manner by winding a belt-like electromagnetic material composed of a belt-like yoke portion and a plurality of teeth portions protruding in a direction perpendicular to the axis of the yoke portion. A stator core manufacturing method comprising: a first step of forming a portion; and a second step of forming a metal powder layer on the entire surface of the skeleton portion.
帯状のヨーク部と、該ヨーク部の軸直角方向に突出する複数のティース部とから構成された帯状の電磁性材料を螺旋状に巻き回すことにより、該帯状の電磁性材料が積層されて骨格部を形成する第一工程と、該骨格部の全表面に金属粉末を含有した樹脂被膜を形成する第二工程と、からなることを特徴とするステータコアの製造方法。 A method of manufacturing a stator core constituting a motor,
The belt-like electromagnetic material is laminated in a spiral manner by winding a belt-like electromagnetic material composed of a belt-like yoke portion and a plurality of teeth portions protruding in a direction perpendicular to the axis of the yoke portion. A stator core manufacturing method comprising: a first step of forming a portion; and a second step of forming a resin film containing a metal powder on the entire surface of the skeleton portion.
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