JP2008301615A - ステータコア、および、ステータコアの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ステータコアのヨーク部を均一な曲率としたステータコアおよびステータコア製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】ステータコア材料１は、直線状のヨーク部２と、ヨーク部２から突出した複数のティース部３と、を備える。この直線状のヨーク部２において、ティース部３が突出する側の隣接するティース部３の間の位置に切欠き部４が形成される。この切欠き部４は、中央部が最頂部となり両端部に向かって傾斜する形状となっている。そして、切欠き部４の先端に、円形の孔部５が形成される。この各孔部５にはピン７が嵌挿される。
【選択図】図８

Description

この発明は、モータを構成するステータコアおよびステータコアの製造方法に関する。

直線状のステータコア材料（これを一般的に「ストレートコア」という）を円弧状またはリング状に折り曲げてステータコアを構成する方法が提案されている。

例えば、特許文献１には、ストレートコアから構成されるモータの固定子コアにおいて、帯状のバックヨークの一方の長辺部側から突出したティースと、隣接するティースの間に設けられた略Ｖ字状の切り込み部とを備えた抜き板を形成し、抜き板を各切り込み部で折り曲げて円弧状に形成し、ストレートコアを複数枚積層した後に巻線を巻回してステータコアを構成する発明が記載されている。

また、特許文献２に記載の発明には、ストレートコアから構成されるモータの固定子コアにおいて、帯状のバックヨークの一方の長辺部側から突出したティースと、隣接するティースの間に設けられた略Ｖ字状の切り込み部とを備えた抜き板を形成し、この抜き板を複数枚積層し、巻線を巻回した後に抜き板を折り曲げてステータコアを構成する発明が記載されている。

このような特許文献１または特許文献２に記載の発明によれば、抜き板を打抜いた後の鋼板の廃材の量を低減することができる。また、特許文献２に記載の発明によれば、各スロットにおける巻線の占積率を向上させることができる。
特開２００５−１４３１６４号公報 特開平１０−１３６５８９号公報

しかしながら、特許文献１および特許文献２に記載の発明では、抜き板を折り曲げるときに、折り曲げ位置が規定されていないことから、各ティース間毎に折り曲げ位置が異る傾向にあった。このため、ステータコアのヨーク部を均一な曲率に折り曲げることが困難であるという問題が生じていた。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、ステータコアのヨーク部を均一な曲率としたステータコアおよびステータコア製造方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、直線状のステータコア材料を積層した状態で、円弧状または円状に折り曲げて製造されるステータコアにおいて、前記直線状のステータコア材料は、直線状のヨーク部と、前記ヨーク部から突出した複数のティース部と、を備え、前記直線状のステータコア材料の直線状のヨーク部において、前記ティースが突出する側の前記隣接するティース部の間の位置に中央部が最頂部となり両端部に向かって傾斜する形状の切欠き部が形成され、当該切欠き部の先端に、円形、楕円形、または多角形状の孔部が形成され、前記孔部ピンが嵌挿されることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のステータコアであって、前記ピンは、強磁性体からなる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載のステータコアであって、前記ピンの外周面が絶縁皮膜で被覆される。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のステータコアであって、前記ピンが絶縁材料からなる。

請求項５に記載の発明は、直線状のヨーク部と、前記ヨーク部から突出した複数のティース部と、を備える直線状のステータコアを用いてステータコアを製造するステータコア製造方法において、前記直線状のヨーク部において、前記ティースが突出する側の前記隣接するティース部の間の位置に中央部が最頂部となり両端部に向かって傾斜する形状の切欠き部が形成され、当該切欠き部の先端に、円形、楕円形、または多角形状の孔部が形成されるステータコア材料を積層するステータコア材料積層工程と、前記ステータコア材料積層工程で積層されたステータコア材料の直線状のヨーク部における円形、楕円形、または多角形状の孔部にピンを挿入するピン挿入工程と、前記ピン挿入工程で積層されたステータコア材料の直線状のヨーク部における円形、楕円形、または多角形状の孔部にピンを挿入した状態で、直線状のヨーク部を円弧状または円状に折り曲げる折り曲げ工程と、を備えることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のステータコア製造方法であって、前記折り曲げ工程で、前記ヨーク部の孔部の外周を前記ピンの外周に沿わせて、前記直線状のステータコアを円弧状または円状に折り曲げる。

請求項７に記載の発明は、請求項５または請求項６に記載のステータコア製造方法であって、前記ピンは、強磁性体からなる。

請求項８に記載の発明は、請求項５乃至請求項７のいずれかに記載のステータコア製造方法であって、前記ピンの外周面が絶縁皮膜で被覆される。

請求項９に記載の発明は、請求項５乃至請求項８に記載のステータコア製造方法であって、前記ピンが絶縁材料からなる。

請求項１０に記載の発明は、請求項５または請求項６に記載のステータ製造方法であって、前記折り曲げ工程の後、前記ピンを抜出すピン抜出工程を備える。

請求項１に記載の発明によれば、ティースが突出する側の隣接するティース部の間の位置に中央部が最頂部となり両端部に向かって傾斜する形状の切欠き部が形成され、当該切欠き部の先端に、円形、楕円形、または多角形状の孔部が形成され、孔部に当該孔部の内周と同形状のピンが挿入されることから、ステータコアのヨーク部を均一な曲率とすることが可能となる。

請求項２および請求項７に記載の発明によれば、ピンは、強磁性体からなることから、磁気抵抗を低減することができ、磁束量を増加させることが可能となる。

請求項３および請求項８に記載の発明によれば、ピンの外周面が絶縁皮膜で被覆されることから、積層鋼板の層間の絶縁状態を担保することができ、渦電流損失を低減することが可能となる。

請求項４に記載の発明によれば、ピンが絶縁材料からなることから、積層鋼板の層間の
絶縁状態を担保することができ、渦電流損失を低減することが可能となる。

請求項５に記載の発明によれば、ピン挿入工程で積層されたステータコア材料の直線状のヨーク部における円形、楕円形、または多角形状の孔部にピンを挿入した状態で、直線状のヨーク部を円弧状または円状に折り曲げる折り曲げ工程を備えることから、ステータコアのヨーク部を均一な曲率とすることが可能となる。

請求項６に記載の発明によれば、折り曲げ工程で、前記ヨーク部の孔部の外周を前記ピンの外周に沿わせて、前記直線状のステータコアを円弧状または円状に折り曲げることから、各孔部に均一な圧力が付与され、ステータコアのヨーク部を均一な曲率とすることが可能となる。

請求項９に記載の発明によれば、確実にステータコアのヨーク部を均一な曲率とすることが可能となる。

請求項１０に記載の発明によれば、折り曲げ工程の後、ピンを抜出すピン抜出工程を備えることから、ピンによる磁束密度の低下を防止することができる。

以下、この発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

図１は、この発明の実施形態１に係るステータコア１０を用いた電動機の断面を示す図である。

この電動機は、ステータ１０とロータ３１とを備える。ステータ１０は、複数の高透磁率薄鉄板を積層して構成されるステータコア１１に巻線１４を巻回してなる。

このステータコア１１は、ヨーク１２と、ティース１３と、隣接するティース１３間に形成されたスロット１８と、を有する。ティース１３には、巻線１４が集中巻線にて巻回され、スロット１８に収納されている。ステータコア１１は、後に詳細に説明するとおり、直線状のステータコア材料１（図３参照）を積層した状態で、円弧状または円状に折り曲げて製造される。そして、ステータコア材料１の両端部は溶接部９において溶接固定される。

ロータ３１は、永久磁石３４を収納する永久磁石埋設孔３２を有する複数の高透磁率薄鉄板を軸方向に積層したロータコア３３と、永久磁石埋設孔３２に収納保持される永久磁石１４と、軸方向両端部に配置された端板（図示しない）とにより構成される。この端板とロータコア３３とは、カシメピン３９により締結されている。さらに、ロータコア３３の中央部には回転軸３６が締結されており、回転軸３６は軸受（図示しない）にて回転自在に支承されている。このように構成されたロータ３１は、ステータ１０のティース１３の内周面とギャップを介して対向している。

次に、この発明の実施形態１に係るステータコア１１の製造方法について、説明する。

図２は、実施形態１に係るステータコア１１の製造工程を示すフロー図である。

ステータコア１１を製造する場合には、まず、ステータコア材料１を作成する（ステップＳ１）。ステータコア材料１は、高透磁率薄鉄板の帯状の板（以下、フープ材という。）をプレス機で打抜くことにより作成される。

ここで、図３はステータコア１１を構成するステータコア材料１を正面から示す図であり、図４はステータコア材料１の切欠き部４を拡大して示す図である。

ステータコア材料１は、直線状のヨーク部２と、ヨーク部２から突出した複数のティース部３と、を備える。この直線状のヨーク部２において、ティース部３が突出する側の隣接するティース部３の間の位置に切欠き部４が形成される。この切欠き部４は、中央部が最頂部となり両端部に向かって傾斜する形状となっている。そして、切欠き部４の先端に、円形の孔部５が形成される。

ステップ１でステータコア材料１を作成した後、ステータコア材料１を積層する（ステップＳ２）。

ここで、図５は、ステータコア材料１が積層された状態を示す図である。この図５のように、ステータコア材料１が積層された状態で、ステータコア材料１の鉄板の平面方向から複数箇所押圧してカシメ固定される。このようにカシメ固定することにより、各ステータコア材料１の剥離を防止することができる。なお、このステータコア材料１の剥離防止のための固定は、ステータコア材料１のティース部３が突出する側と逆側に複数箇所溶接してもよい。

次に、ステータコア材料１が積層された状態で、各ティース部３に巻線１４が巻回される（ステップＳ３）。なお、図６は、積層されたストレートコア材料１に巻線１４が巻回された状態を示す図である。

ステップＳ３で巻線１４が巻回されると、各孔部５にピン７が嵌挿される（ステップＳ４）。

図７は、切欠き部４の先端の形成される孔部５に嵌挿されるピン７を斜方向から示す図である。また、図８はステータコア材料１の孔部５にピン７が挿入される様子を示す図であり、図９は孔部５とピン７とを平面方向から拡大して示す図である。なお、図８においては巻線１４を省略して示している。

このピン７は、円筒状に形成され、ピン７の外周面が絶縁皮膜８で被覆される。このため、積層されたステータコア材料１の層間の絶縁状態を担保することができる。したがって、渦電流損失を低減することが可能となる。

ステップＳ４でピン７が孔部５に嵌挿されると、直線状のヨーク部２を円状に折り曲げる（ステップＳ５）。

ヨーク部２を折り曲げる場合には、仮曲げ工程と本曲げ工程とに分けて、折り曲げる。仮曲げ工程では、ステータコア材料１の外形側から内径側に向けて１．０ＭＰａ以下の力でヨーク部２を折り曲げる。このとき、その外径が最終的なステータコア外径の１．８倍以下となるように折り曲げられる。この仮曲げ工程では、ヨーク部２の孔部５の外周をピン７の外周に沿うように折り曲げる。そして、次の本曲げ工程では、仮曲げ工程で仮曲げられたステータコア材料１の外形側から内径側に向けて１．０ＭＰａ以上の力でヨーク部２を折り曲げる。

このように、ピン７を孔部５に挿入した状態で折り曲げることから、各孔部５に均一な圧力が付与され、ステータコア１１のヨーク部１２を均一な曲率とすることが可能となる。

ステップＳ５で折り曲げられたステータコア１１におけるステータコア材料１の両端部は、溶接部９において溶接固定される。図１０は、ステータコア材料１の両端部が溶接部９において溶接固定された状態を示す図である。なお、図９において巻線１４を省略して示している。

図１１は、ピン８を嵌挿したステータコア１１に磁界が発生した状態での磁束線５０を示した図である。

この実施形態１においては、ピン７が強磁性体からなることとしている。このため、図１１に示すように、孔部による磁気抵抗を低減することができる。これにより、磁束量を増加させることが可能となる。

なお、上述した実施形態１においては、ロータ３１の極数が８（極対数は４）であり、ステータ１０のスロット数が１２の場合を示すが、本発明はこの組み合わせに限定されるものではなく、他の組み合わせについても適用できるものとする。

また、上述した実施形態１においては、ピン７が強磁性体からなることとしているが、ピン７が絶縁材料からなることとしてもよい。この場合には、図１１に示すように、ヨーク内の磁束経路の歪みを防止することができない。しかしながら、強磁性体に対して絶縁材料８を被覆するコストと比較して、低コストとすることができる。さらに、積層されたステータコア材料１の層間の絶縁状態を担保することができる。これにより、渦電流損失を低減することが可能となる。

次に、この発明の実施形態２について図面を用いて説明する。

図１２は、この発明の実施形態２に係るステータコア４１の製造工程を示すフロー図である。

この発明の実施形態２に係るステータコア４１の製造工程は、ステップＳ１７のピン７の抜出し工程を備える点で、実施形態１に係るステータコア１１の製造工程とは異なる。

図１３はステータコア４１からピン７が抜き出される様子を示す図であり、図１４はピン７が抜出された後のステータコア４１の一部を拡大して示す図である。なお、図１３および図１４においては巻線１４を省略して示している。

図１５は、ステータコア４１に磁界が発生した状態での磁束線５１を示した図である。

実施形態２に係るステータコア４１は、孔部５に磁性体が存在しないことから、孔部５に磁界が生じない。このため、孔部５周辺において磁束経路に歪みが生じる。しかしながら、ピン７の材料を強磁性体とする必要がないため、実施形態１と比較して、ピン７の材料コストを低減することができる。

なお、上述した実施形態においては、単一のストレートコアによりステータを構成しているが、複数のストレートコアをそれぞれが円弧状のなるように組み合わせることによりステータを構成してもよい。

本発明は、ステータコアのヨーク部を均一な曲率とすることができるステータおよびステータコア製造方法として有用である。

この発明の実施形態１に係るステータコア１０を用いた電動機の断面を示す図 実施形態１に係るステータコア１１の製造工程を示すフロー図 ステータコア１１を構成するステータコア材料１を正面から示す図 ステータコア材料１の切欠き部４を拡大して示す図 ステータコア材料１が積層された状態を示す図 積層されたストレートコア材料１に巻線１４が巻回された状態を示す図 切欠き部４の先端の形成される孔部５に嵌挿されるピン７を斜方向から示す図 ステータコア材料１の孔部５にピン７が挿入される様子を示す図 孔部５とピン７とを平面方向から拡大して示す図 ステータコア材料１の両端部が溶接部９において溶接固定された状態を示す図 ピン８を嵌挿したステータコア１１に磁界が発生した状態での磁束線５０を示した図 この発明の実施形態２に係るステータコア４１の製造工程を示すフロー図 ステータコア４１からピン７が抜き出される様子を示す図 ピン７が抜出された後のステータコア４１の一部を拡大して示す図 ステータコア４１に磁界が発生した状態での磁束線５１を示した図

符号の説明

１ ステータコア材料
２ 直線状のヨーク部
３ ティース部
４ 切欠き部
５ 孔部
７ ピン
８ 絶縁材料
１０ ステータ
１１ ステータコア
１２ ヨーク
１３ ティース
１４ 巻線
１８ スロット
３１ ロータ
３２ 永久磁石埋設孔
３３ ロータコア
３４ 永久磁石
４１ ステータコア
４２ ヨーク
４３ ティース
５０ 磁束線
５１ 磁束線

Claims (10)

1. 直線状のステータコア材料を積層した状態で、円弧状または円状に折り曲げて製造されるステータコアにおいて、
   前記直線状のステータコア材料は、直線状のヨーク部と、前記ヨーク部から突出した複数のティース部と、を備え、
   前記直線状のステータコア材料の直線状のヨーク部において、前記ティースが突出する側の前記隣接するティース部の間の位置に中央部が最頂部となり両端部に向かって傾斜する形状の切欠き部が形成され、当該切欠き部の先端に、円形、楕円形、または多角形状の孔部が形成され、前記孔部にピンが嵌挿されることを特徴とするステータコア。
2. 請求項１に記載のステータコアであって、
   前記ピンは、強磁性体からなるステータコア。
3. 請求項１または請求項２に記載のステータコアであって、
   前記ピンの外周面が絶縁皮膜で被覆されるステータ。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のステータコアであって、
   前記ピンが絶縁材料からなるステータコア。
5. 直線状のヨーク部と、前記ヨーク部から突出した複数のティース部と、を備える直線状のステータコアを用いてステータコアを製造するステータコア製造方法において、
   前記直線状のヨーク部において、前記ティースが突出する側の前記隣接するティース部の間の位置に中央部が最頂部となり両端部に向かって傾斜する形状の切欠き部が形成され、当該切欠き部の先端に、円形、楕円形、または多角形状の孔部が形成されるステータコア材料を積層するステータコア材料積層工程と、
   前記ステータコア材料積層工程で積層されたステータコア材料の直線状のヨーク部における円形、楕円形、または多角形状の孔部にピンを挿入するピン挿入工程と、
   前記ピン挿入工程で積層されたステータコア材料の直線状のヨーク部における円形、楕円形、または多角形状の孔部にピンを挿入した状態で、直線状のヨーク部を円弧状または円状に折り曲げる折り曲げ工程と、
   を備えることを特徴とするステータコア製造方法。
6. 請求項５に記載のステータコア製造方法であって、
   前記折り曲げ工程で、前記ヨーク部の孔部の外周を前記ピンの外周に沿わせて、前記直線状のステータコアを円弧状または円状に折り曲げるステータコア製造方法。
7. 請求項５または請求項６に記載のステータコア製造方法であって、
   前記ピンは、強磁性体からなるステータコア製造方法。
8. 請求項５乃至請求項７のいずれかに記載のステータコア製造方法であって、
   前記ピンの外周面が絶縁皮膜で被覆されるステータコア製造方法。
9. 請求項５乃至請求項８に記載のステータコア製造方法であって、
   前記ピンが絶縁材料からなるステータコア製造方法。
10. 請求項５または請求項６に記載のステータ製造方法であって、
    前記折り曲げ工程の後、前記ピンを抜出すピン抜出工程を備えるステータコア製造方法。