JP2008022617A - ステータおよびステータの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】分割ステータコア同士を円環状に配置して締結してリング状のステータとする場合に、ステータの内径真円度を高め、モータ特性を向上させる。
【解決手段】分割ステータコアが円環状に配置されたモータのステータであって、前記各分割ステータコアは、バックヨーク部と、該バックヨーク部からステータ内方へ突出するティース部を有し、各分割ステータコアの前記バックヨーク部のステータ周方向の端面を接合端面として、隣接する分割ステータコアのバックヨーク部同士が互いに接合されており、少なくとも１組の前記分割ステータコアのバックヨーク部はモータ軸線方向で台形状とし、該バックヨーク部の台形の対向する短辺と長辺とが互いに逆向きとなる第１分割ステータコアと第２分割ステータコアとを交互に配置し、隣接する前記台形状の分割ステータコアの互いに逆向きの傾斜辺を接合させている。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータのステータおよび該ステータの製造方法に関し、分割ステータコアを円環状に配置して形成されるステータの内径真円度を高め、モータ特性を向上させるものである。

従来、モータにおいて、ロータの外周に配置されるステータに用いられるステータコア（鉄心）には、巻き線のしやすさや占有率向上等の理由から、リング状のステータコアを所定角度に分割した分割ステータコアが用いられている。

前記分割ステータコアは、一般に、コイルを巻きつけた状態で円環状に連結し、分割ステータコア同士を焼きバメによって締結してリング状のステータとして形成している。
前記焼きバメとは、熱せられて膨張した焼きバメリングを環状に連結した分割ステータコアの外周面に外嵌し、該焼きバメリングを冷却して内径を縮小させることで、分割ステータコアの外周面を前記焼きバメリングで押圧し、分割ステータコア同士を締結する方法である。

モータの特性は、ステータコアとロータとのギャップ(間隔)に大きく影響を受けるため、ステータコアが分割ステータコアの場合には、各分割ステータコアの内周面のバラツキをなくしてステータの内径真円度を高め、各分割ステータコアとロータとのギャップを一定とし、モータの特性を向上させることが望まれる。ここで、真円度とは最大直径と最小直径の差を表す。

分割ステータコアを一体化して形成しているステータとして、特開２００５−３５４８３８号公報（特許文献１）が提供されている。該特許文献１のステータ１は、図７（Ａ）に示すように、複数のステータコア部品２をローターコア３の周囲に沿って周方向に連結して構成している。
前記ステータコア部品２は、図７（Ｂ）に示すように、ヨーク部２ａと、ヨーク部２ａから内周側に突設したティース部２ｂと、該ティース部２ｂを挟んでヨーク部２ａと対向して設けられた鍔部２ｃと、前記ティース部２ｂに巻きつけたコイル２ｄとを備えている。前記ヨーク部２ａの側面２ｅは平面とされ、前記鍔部２ｃの内周面２ｆはローターコア３と対向配置されており、前記内周面２ｆは前記ステータコア１の内周面を形成している。前記ヨーク部２ａを環状に連続させて周方向に配置し、ステータコア部品２同士を締結している。

特開２００５−３５４８３８号公報

特許文献１のステータ１では、各ステータコア部品２のヨーク部２ａの側面２ｅがローターコア３の軸線方向に平行とされている。よって、ステータコア部品２を円環状に並べる際、所定位置に前記鍔部２ｃの内周面２ｆを配置させる前に、ヨーク部２ａの側面２ｅ同士が接触して、隣接するステータコア部品２が互いに固定される。このように、ステータコア部品２が外周を基準として円環状に組付けられるため、前記鍔部２ｃの内周面２ｆを連続させて形成するステータ１の内周面の真円度が低くなりやすく、内径精度が確保できにくい問題がある。

また、前記ステータコア部品２に外リングを外嵌して焼きバメによって締結すると、ステータコア部品２同士の内周面２ｆのばらつきを規制できずに、外周基準でステータコア部品同士が締結されてしまうため、ステータ１の内径の真円度が更に悪化する。
このように、ステータ１の内径の真円度が低下するとローターコア３とのギャップが一定とならず、モータの特性が低下することとなる。

本発明は、前記問題に鑑みてなされたもので、分割ステータコア同士を円環状に配置して締結してリング状のステータとする場合に、ステータの内径真円度を高め、モータ特性を向上させることを課題としている。

上記課題を解決するために、本発明は、分割ステータコアが円環状に配置されたモータのステータであって、
前記各分割ステータコアは、バックヨーク部と、該バックヨーク部からステータ内方へ突出するティース部を有し、
各分割ステータコアの前記バックヨーク部のステータ周方向の端面を接合端面として、隣接する分割ステータコアのバックヨーク部同士が互いに接合されており、
少なくとも１組の前記分割ステータコアのバックヨーク部はモータ軸線方向で台形状とし、該バックヨーク部の台形の対向する短辺と長辺とが互いに逆向きとなる第１分割ステータコアと第２分割ステータコアとを交互に配置し、隣接する前記台形状の分割ステータコアの互いに逆向きの傾斜辺を接合させていることを特徴とするステータを提供している。

前記構成とすると、分割ステータコアを環状に並べる際、分割ステータコアのバックヨーク部の対向させる傾斜辺が逆向きに傾斜しているので、バックヨーク部同士を接触させて接合する前に、分割ステータコアの内周面を所定位置に配置することができる。即ち、所定位置に分割ステータコアの内周面が配置される前に、隣接する分割ステータコア同士が固定されることがなく、分割ステータコアの内周面が径方向にばらつくことを防止できる。このように、外周側を基準として分割ステータコアが組み立てられるのではなく、内周側を基準として分割ステータコアを組み立てていくことができるため、ステータの内径真円度を高めることできる。
前記構成からなる本発明のステータの内径真円度は、０．０５ｍｍ以下とすることができ、このような真円度を達成することで、ロータとステータとのギャップを一定として、モータ特性を向上させることができる。

前記バックヨーク部の傾斜角度は５°以下が好ましい。これは前記傾斜角度が５°以上であると隣接するコアの相対位置が軸方向へのずれが大きくなり、磁束のもれが顕著となり、モータ特性を劣化させてしまう。また、巻き線にも影響し、巻き線領域の減少につながり、高出力化が困難となる。

前記分割ステータコアは圧粉磁性材で構成しても良いし、積層鋼板で構成してもよい。分割ステータコアを圧粉を用いて金型で成形する場合、バックヨーク部を所要の台形状に容易に成形できると共に、金型から容易に取り出すことができ、作業性良く、精度の高い分割ステータコアを形成することができる。

前記隣接させる第１分割ステータコアと第２分割ステータコアとは軸線方向にずらして連結している。
このように、隣接する分割ステータコアの軸線方向をずれさせることで、分割ステータコアの内周面のバラツキを吸収することができ、ステータの内径真円度を簡単に高めることができる。
前記隣接する分割ステータコアの軸線方向のずれは、分割ステータコアの軸線方向の長さに対して５%以下としている。これは５％以上であると漏れ磁束が発生しやすく、モータの性能を低下させることによる。
なお、１つおきに配置する第１分割ステータコア同士、第２分割ステータコア同士はそれぞれ軸線方向で略同一位置としていることが好ましい。

前記分割ステータコアが偶数個の場合は、全ての分割ステータコアのバックヨーク部の接合辺は傾斜させた台形状とする一方、
前記分割ステータコアが奇数個の場合は、隣接させる少なくとも一組の分割ステータコアのバックヨーク部の接合辺はモータ軸線方向に対して平行としていることが好ましい。
前記構成とすると、分割ステータコアの個数に関わらず、バックヨーク部を台形状とした分割ステータコアを順次円環状に並べて組み立てていくことができる。

また、前記分割ステータコアが偶数個の場合、前記第１、第２分割ステータコアのバックヨーク部の台形は等脚台形とし、第１、第２分割ステータコアを同一部材を、使用時に逆転して用いていることが好ましい。
このように、第１、第２分割ステータコアを同一部材とすると、部品の共通化を図って部品点数を削減できると共に、これら分割ステータコアの組付作業性を高めることができる。

さらに、本発明は前記構成のステータの製造方法を提供している。
該ステータの製造方法は、円筒形状とした内径治具の外周面に、前記分割ステータコアのティース部の内周面を接触させると共に、前記第１分割ステータコアと第２分割ステータコアとを順次交互に周方向に並べて円環状に並設した後に、該円環状とした分割ステータコアの外周面に外リングを外嵌し、
前記外嵌した外リングを焼きバメして縮径化し、該外リングで前記バックヨーク部を内方へと押圧して、ティース部内周面を前記内径治具の外周面に圧接させて所定の内径を取得し、その後、前記内径治具を取り外すことを特徴とする。

前記方法とすると、隣接させる第１、第２分割ステータコアの台形状の短辺と長辺とを逆向きとしていることで、第１、第２分割ステータコアのバックヨーク部同士が接触する前に、内径治具に前記各分割ステータコアの内周面を確実に接触させることができる。その結果、内周面にばらつきは発生させずに第１、第２分割ステータコアを順次配置することができる。よって、ステータの内径真円度を高めてロータのギャップを確実に一定とすることができ、モータ特性を向上させることができる。

さらに、内径治具を内嵌した状態で分割ステータコア外周に焼きバメリングを外嵌して分割ステータコア同士を締結しているため、ステータの外径精度を満たすことができると同時に、ステータの内径真円度を高めることができる。さらに、焼きバメリングを外嵌しているので、モータの経年使用後においても、ステータの内径真円度を精度よく持続することができる。

前述したように、本発明によれば、分割ステータコアのバックヨーク部を台形状とし、隣接する分割ステータコアのバックヨーク部の台形を互いに逆向きとして組みつけているため、これら分割ステータコアの内周面を位置決めしてからバックヨーク部を接合させることができる。その結果、ステータの内径真円度を高めることができ、ロータとステータとのギャップを一定として、モータ特性を向上させることができる。

本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１乃至図５は本発明の実施形態を示す。
本発明のステータ１０は、図１（Ａ）（Ｂ）に示すように、円柱形状のロータ２０の周囲に配置されてモータ３０を構成するもので、コイル１１が巻きつけられている複数の分割ステータコア１２と、前記分割ステータコア１２を円環状に配置した状態で外嵌した焼きバメ用外リング１３とからなる。なお、本実施形態では分割ステータコア１２の個数を偶数個としている。

前記分割ステータコア１２は、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、隣接する分割ステータコア１２と接合するバックヨーク部１２ａと、コイル１１を巻きつけるティース部１２ｂと、前記コイル１１を位置決め固定する鍔部１２ｃとを備え、圧粉磁性体材料を加圧、圧縮した後に加熱処理することにより一体成形している。

前記バックヨーク部１２ａは、図２（Ａ）（Ｃ）に示すように、モータ軸線方向で等脚台形状とし、モータ軸線方向で対向する辺を短辺１２ｄと長辺１２ｅとすると共に、該短辺１２ｄと長辺１２ｅの両側辺を傾斜辺１２ｆとしている。

図１（Ａ）に示すように、分割ステータコア１２を交互に上下逆転して用い、図中、上辺が短辺１２ｄ、下辺が長辺１２ｅとした第１分割ステータコア１２−１と、上辺が長辺１２ｅ、下辺が短辺１２ｅとした第２分割ステータコア１２−２と交互に組み立てている。

隣接する第１分割ステータコア１２−１と第２分割ステータコア１２−２のバックヨーク部１２ａ同士は、短辺１２ｄと長辺１２ｅとを逆としているため、接合する傾斜辺１２ｆは逆向き傾斜となり、バックヨーク部１２ａの周方向の接合端面１２ｇを、隣接するバックヨーク部１２ａの接合端面１２ｇと互いに接合させて円環状に連結している。

前記隣接する第１分割ステータコア１２−１と第２分割ステータコア１２−２とは、接合するバックヨーク部１２ａの傾斜辺１２ｆをモータ軸線方向にずらせて配置している。
前記傾斜辺１２ｆの傾斜角度を１．５°とすると共に、バックヨーク部１２ａのずれをモータ軸線方向の長さに対して３％としている。

前記ティース部１２ｂは断面長方形状とすると共に、前記バックヨーク部１２ａよりも高さおよび幅を小としており、該バックヨーク部１２ａからステータ１０内方へ突出させている。前記ティース部１２ｂの先端には、さらに、該ティース部１２ｂより高さおよび幅を大とした鍔部１２ｃが突設し、ティース部１２ｂに巻くコイル１１を前記バックヨーク部１２ａと該鍔部１２ｃとの間に保持できるようにしている。

前記鍔部１２ｃの内周面１２ｈは前記ロータ２０の曲面に沿った曲面とし、複数の分割ステータコア１２を円環状に組みつけて形成するステータ１０の内周面の一部を構成する。図１（Ｂ）に示すように、前記ロータ２０に組み付けられると、該鍔部１２ｃの内周面１２ｈは前記ロータ２０とギャップＬをあけて配置される。

前記焼きバメ用外リング１３は、図１（Ａ）（Ｂ）に示すように、円筒状の金属製リングとし、前記焼きバメ用外リング１３の内周径を、円環状に配置された分割ステータコア１２の外周径よりも小とし、かつ、熱せられて膨張した状態で円環状に配置された分割ステータコア１２の外周に嵌合可能な径に設定している。

次に、前記ステータ１０の製造方法について説明する。
図３（Ａ）（Ｂ）は第１工程を示し、予めティース部１２ｂにコイル１１を巻きつけた第１分割ステータコア１２ー１を、バックヨーク部１２ａの台形状の短辺１２ｄを上側とし、前記鍔部１２ｃの内周面１２ｈを円筒形状の内径治具４０の外周面４０ａに接触させて配置する。残りの分割ステータコア１２もコイル１１を巻いた状態としておく。

前記内径治具４０は、外周径を所定値に設定している樹脂あるいはセラミック製の円筒形状のリングとし、該内径治具４０の外周面４０ａに沿って前記第１、第２分割ステータコア１２ー１、１２−２を順次並べ、分割ステータコア１２を該内径治具４０の外周面４０ａに圧接することにより、ステータ１０の内径を取得するものである。

内径治具４０の外周面４０ａに配置した前記第１分割ステータコア１２ー１に、第２分割ステータコア１２ー２をバックヨーク部１２ａの短辺１２ｄを下側に配置した状態で、モータ軸線方向に対して上方より取り付ける。その際、前記鍔部１２ｃの内周面１２ｈを前記内径治具４０の外周面４０ａに沿わせると共に、バックヨーク部１２ａの傾斜辺１２ｆを前記第１分割ステータコア１２ー１の傾斜辺１２ｆに沿わせながら取り付け、傾斜辺１２ｆ同士が接触して、第１、第２分割ステータコア１２ー１、１２ー２が互いに固定される位置まで移動させる。
隣接する第１、第２分割ステータコア１２−１、１２−２のバックヨーク部１２ａの短辺１２ｄと長辺１２ｅが一直線上となる前に、バックヨーク部１２ａの接合端面１２ｇが接触し、隣接する第１、第２分割ステータコア１２ー１、１２ー２同士はモータ軸線方向にずれて取り付けられる。

図４（Ａ）（Ｂ）は第２工程を示し、残りの分割ステータコア１２を隣接する分割ステータコア１２の台形状の短辺１２ｄと長辺１２ｅとを逆向きにして、前記内径治具４０の外周面４０ａに沿うよう順次周方向へ並べていき、分割ステータコア１２を円環状に配置する。

図５（Ａ）（Ｂ）は第３工程を示し、前記焼きバメ用外リング１３を予め熱して膨張させ、該焼きバメ用外リング１３の内周径を前記円環状に連結した第１、第２分割ステータコア１２ー１、１２−２の外周径よりも大とし、この状態で、焼きバメ用外リング１３を円環状に連結した第１、第２分割ステータコア１２ー１、１２−２の外周に外嵌する。
円環状に連結した第１、第２分割ステータコア１２ー１、１２−２を外嵌した前記焼きバメ用外リング１３を縮径化し、該焼きバメ用外リング１３で前記バックヨーク部１２ａを内方へと押圧して、鍔部１２ｃの内周面１２ｈを前記内径治具４０の外周面４０ａに圧接させ、その後、前記内径治具４０を取り外す。

前記構成とすると、隣接させる第１、第２分割ステータコア１２ー１、１２−２のバックヨーク部１２ａの等脚台形状の短辺１２ｄと長辺１２ｅとを逆向きとしていることで、バックヨーク部１２ａの接合端面１２ｇ同士が接触する前に、内径治具４０の外周面４０ａに前記鍔部１２ｃの内周面１２ｈを確実に接触させることができる。従って、第１、第２分割ステータコア１２ー１、１２−２の内周面１２ｈが径方向にばらつくことを防止でき、前記ステータ１０の内径真円度を高めることができるので、前記ステータ１０と前記ロータ２０との前記ギャップＬを一定とすることができる。

また、内径治具４０を内嵌した状態で分割ステータコア１２の外周に焼きバメ用外リング１３を外嵌して分割ステータコア１２同士を締結するので、ステータ１０の外径精度を満たすと同時に、ステータ１０の内径真円度を高めることができる。

図６は、第２実施形態を示し、内径治具４０の外周面４０ａに第１、第２分割ステータコア１２ー１、１２−２からなる分割ステータコア１２を配置した状態の図である。
本実施形態では、円環状に連結する前記分割ステータコア１２を奇数個とし、隣接させる一組の第１分割ステータコア１２ー１’、第２分割ステータコア１２ー２’のバックヨーク部１２ａ’の一側の接合辺を傾斜辺１２ｆとすると共に、他側の接合辺をモータ軸線方向に対して平行する非傾斜辺１２ｆ’とし、バックヨーク部１２ａ’の短辺１２ｄと長辺１２ｅとを逆にして隣接させている点で第１実施形態と相違させている。

残りの分割ステータコア１２は、第１実施形態と同様、バックヨーク部１２ａの両側の接合辺を傾斜辺１２ｆとし、隣接する分割ステータコア１２と短辺１２ｄと長辺１２ｅとを逆とした第１、第２分割ステータコア１２−１、１２−２を交互に配置している。

前記第１、第２分割ステータコア１２ー１’、１２ー２’を隣接配置させる際は、鍔部１２ｃの内周面１２ｈを前記内径治具４０の外周面４０ａに沿わせると共に、第１分割ステータコア１２−１’のバックヨーク部１２ａ’の非傾斜辺１２ｆ’を第２分割ステータコア１２−２’の非傾斜辺１２ｆ’に沿わせながら取り付け、非傾斜辺１２ｆ’同士が接触し、第１、第２分割ステータコア１２−１’、１２−２’が互いに固定される位置まで移動させる。他の製造方法は第１実施形態と同様とし、前記第１、第２分割ステータコア１２ー１’、１２ー２’を配置する順番はいつでもよい。
なお、他の構成、製造方法および作用効果は第１実施形態と同様のため、同一の符号を付して説明を省略する。

モータに組み付けた本発明の第１実施形態に係るステータを示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は平面図である。 本発明の分割ステータコアを示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）右側面図であり、（Ｃ）は背面図である。 第１実施形態に係るステータの製造工程の第１工程を示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は正面図である。 第１実施形態に係るステータの製造工程の第２工程を示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は正面図である。 第１実施形態に係るステータの製造工程の第３工程を示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は正面図である。 本発明の第２実施形態を示し、（Ａ）は内径治具の外周面に分割ステータコアを配置した状態の斜視図、（Ｂ）は（Ａ）の正面図である。 従来例を示し、（Ａ）はステータコアを示す平面図、（Ｂ）はステータコア部品を示す平面図である。

符号の説明

１０ ステータ
１２ 分割ステータコア
１２−１ 第１分割ステータコア
１２−２ 第２分割ステータコア
１２ａ バックヨーク部
１２ｂ ティース部
１２ｄ 短辺
１２ｅ 長辺
１２ｆ 傾斜辺
１２ｇ 接合端面
１３ 焼きバメ用外リング
２０ ロータ
３０ モータ
４０ 内径治具

Claims (5)

1. 分割ステータコアが円環状に配置されたモータのステータであって、
   前記各分割ステータコアは、バックヨーク部と、該バックヨーク部からステータ内方へ突出するティース部を有し、
   各分割ステータコアの前記バックヨーク部のステータ周方向の端面を接合端面として、隣接する分割ステータコアのバックヨーク部同士が互いに接合されており、
   少なくとも１組の前記分割ステータコアのバックヨーク部はモータ軸線方向で台形状とし、該バックヨーク部の台形の対向する短辺と長辺とが互いに逆向きとなる第１分割ステータコアと第２分割ステータコアとを交互に配置し、隣接する前記台形状の分割ステータコアの互いに逆向きの傾斜辺を接合させていることを特徴とするステータ。
2. 前記隣接させる第１分割ステータコアと第２分割ステータコアとは軸線方向にずらして連結している請求項１に記載のステータ。
3. 前記分割ステータコアが偶数個の場合は、全ての分割ステータコアのバックヨーク部の接合辺は傾斜させた台形状とする一方、
   前記分割ステータコアが奇数個の場合は、隣接させる少なくとも一組の分割ステータコアのバックヨーク部の接合辺はモータ軸線方向に対して平行としている請求項１に記載のステータ。
4. 前記分割ステータコアが偶数個の場合、前記第１、第２分割ステータコアのバックヨーク部の台形は等脚台形である請求項１乃至請求項３に記載のステータ。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のステータの製造方法であって、
   円筒形状とした内径治具の外周面に、前記分割ステータコアのティース部の内周面を接触させると共に、前記第１分割ステータコアと第２分割ステータコアとを順次交互に周方向に並べて円環状に並設した後に、該円環状とした分割ステータコアの外周面に外リングを外嵌し、
   前記外嵌した外リングを焼きバメして縮径化し、該外リングで前記バックヨーク部を内方へと押圧して、ティース部内周面を前記内径治具の外周面に圧接させて所定の内径を取得し、その後、前記内径治具を取り外すことを特徴とするステータの製造方法。

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