JP2011135634A - ステータおよびこのステータを備えるモータ - Google Patents

Abstract

【課題】ステータにおいて、複数の分割コアにより構成されるステータコア内周側の真円度の向上を図ることができるようにする。
【解決手段】ステータは、周方向に配列された複数の分割コア２４から構成されるステータコアと、ステータコアを周囲から取り囲み、ステータコアを固定する筒体とを有する。分割コア２４は、周方向の一端に第一端部３０と、周方向の他端に第二端部３２とを有し、第一端部３０は、周方向外側に突出する突出部３４を有し、第二端部３２は、隣接する分割コア２４の第一端部３０の突出部３４に嵌り合う窪み部３６を有する。この構成により、焼き嵌め時、径方向における分割コア２４の位置ずれが抑制され、真円度の向上を図ることができる。
【選択図】図３

Description

本発明はステータおよびこのステータを備えるモータに関し、特に、周方向に配列された複数の分割コアから構成されるステータコアを有するステータの構造の改良に関する。

モータは、ロータと、ロータの周囲に配置されたステータとを有する。ステータは、コイルを有し、このコイルに電流が流れることにより回転磁界が発生する。この回転磁界とロータとの間に働く電磁的作用により、ロータが回転する。

ステータは、中空の円筒形状をしたステータコアを有する。ステータコアは、コイル形成を含めた製造効率の向上の観点から、周方向に配列された複数の分割コアから構成される例がある。このように構成されるステータコアは、周方向に配列した分割コアを環状の筒体の内周に挿入し、この筒体を焼き嵌めることによって製造される。

下記特許文献１には、周方向に配列された複数の分割コアにより構成されるステータコアを有するステータが記載されている。この文献には、隣り合う分割コア同士が互いに当接する部分には、軸方向に対して直交する面が含まれ、この面で分割コア同士を溶接することにより、分割コアの熱変形を抑制してステータコア内周側の真円度を安定させることが記載されている。

特開２００９−１４８０５０号公報

上述のステータコアの製造工程であって、分割コアを筒体に挿入して焼き嵌める工程においては、筒体の熱収縮により分割コアが締め付けられて固定される。このとき筒体全体の温度分布が均一ではないため、熱収縮時における、筒体から分割コアへの締付力が不均一になってしまう。そうすると、不均一な締付力により、各分割コアの位置がそれぞれずれてしまい、ステータコア内周側の真円度が悪化してしまうという問題があった。焼き嵌め時に、筒体全体の温度を調整することにより締付力を均一にする方法が考えられるが、装置が大型化及び複雑化してしまい、製造時間及びコストが増大してしまう。

本発明の目的は、複数の分割コアにより構成されるステータコア内周側の真円度の向上を図ることができるステータおよびこのステータを備えるモータを提供することにある。

本発明は、周方向に配列された複数の分割コアから構成されるステータコアと、ステータコアを周囲から取り囲み、ステータコアを固定する筒体と、を有するステータにおいて、分割コアは、周方向の一端に第一端部と、周方向の他端に第二端部とを有し、第一端部は、周方向外側に突出する突出部を有し、第二端部は、周方向内側に窪み、隣接する分割コアの第一端部の突出部に嵌り合う窪み部を有することを特徴とする。

また、突出部は、これの基部から頂部に向けて徐々に狭くなるように形成され、窪み部は、この突出部に対応するように形成されることが好適である。

また、突出部は、基部を下底、頂部を上底とする台形形状であることが好適である。

また、突出部と窪み部は、互いに嵌り合うとき、軸方向への分割コアの移動を規制するように互いに対向して当接する当接部を有することが好適である。

また、当接部は、軸方向における突出部の外面と、軸方向における窪み部の内面であることが好適である。

また、筒体は、筒体本体と、筒体本体の一端にフランジ部とを有し、筒体本体とフランジ部の間に、フランジ部の剛性が筒体本体へ影響してしまうことを緩衝する緩衝部が設けられることが好適である。

また、緩衝部は、これの少なくとも一部が、筒体本体からフランジ部に向けて徐々に径が大きくなるように形成されることが好適である。

また、筒体本体は、これの他端が、徐々に径が大きくなるように形成されることが好適である。

また、上記ステータを備えるモータであることが好適である。

本発明のステータおよびこのステータを備えるモータによれば、複数の分割コアにより構成されるステータコア内周側の真円度の向上を図ることができる。

本実施形態に係るモータの構成を示す図である。 図１のＡ−Ａ線による断面図である。 分割コアを示す図である。 図３のＢ−Ｂ線による断面図である。 ステータコアの一部の領域を示す図である。 図５のＣ−Ｃ線による断面図である。

以下、本発明に係るステータおよびこのステータを備えるモータの実施形態について、図１，２を用いて説明する。図１は、本実施形態に係るモータ１０の構成を示す図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線による断面図である。

モータ１０は、ロータ１２と、ステータ１４と、これらを収容するケース（図示せず）とを有する。ケースの内周面にステータ１４が配置され、このステータ１４の内周にロータ１２が回転可能に配置される。

ロータ１２は、回転軸１６と同心の円筒状の磁性体であり、例えば電磁鋼板を軸方向に積層して構成される。ロータ１２には、図１に示されるように、永久磁石１８が周方向に８個配置される。なお、永久磁石１８の数は一例である。本実施形態においては、永久磁石１８は、ロータ１２に軸方向に延びて形成された孔内に埋め込まれる。しかし、これに限定されず、永久磁石１８は、ロータ１２の外周に配置されてもよい。回転軸１６は、ケースが有する軸受（図示せず）により回転可能に軸支される。また、本実施形態においては、ロータ１２が電磁鋼板を積層して構成される場合について説明したが、この構成に限定されず、ロータ１２が圧粉磁心から成形されるものであってもよい。

ステータ１４は、ロータ１２の周囲に僅かな隙間を空けて配置される。ステータ１４は、中空の円筒形状をしたステータコア２０と、ステータコア２０を周囲から取り囲み、ステータコア２０を固定する筒体２２とを有する。本実施形態においては、ステータコア２０は、周方向に分割された分割コア２４により構成される。分割コア２４は周方向に２４個配置される。なお、分割コア２４の数は一例である。筒体２２と分割コア２４の構成については後に詳述する。

ステータコア２０は磁性体であり、例えば電磁鋼板を軸方向に積層して構成される。なお、本実施形態においては、ステータコア２０、すなわち分割コア２４が電磁鋼板を積層して構成される場合について説明したが、この構成に限定されず、分割コア２４が圧粉磁心から成形されるものであってもよい。

ステータコア２０には、これの内周側に突出し、円周方向に所定の間隔をおいて配置されたティース２６が形成されている。ティース２６の間の、溝状の空間であるスロット２８には、導線が通される。この導線が、スロット２８を通しつつ、ティース２６に巻きつけられることでコイル（図示せず）を形成する。本実施形態のコイルは、予め環状に巻回され形成される。そして、このコイルに対して外周側からティース２６を挿入するようにして分割コア２４を配列することにより、コイルがティース２６に巻きつけられた状態になる。

このように構成されるモータ１０においては、コイルの通電より、ステータ１４に回転磁界が発生し、この回転磁界に吸引される力が永久磁石１８を有するロータ１２に発生して、ロータ１２が回転する。

次に、分割コア２４の構成について、図３から６を用いて説明する。図３は、分割コア２４を示す図であり、図４は、図３のＢ−Ｂ線による断面図であり、図５は、ステータコア２０の一部の領域を示す図であり、図６は、図５のＣ−Ｃ線による断面図である。なお、これらの図中の矢印ｒ、θ、ｚは、径方向、周方向、軸方向をそれぞれ示す。

本実施形態の分割コア２４は、電磁鋼板を軸方向に積層して形成される。具体的には、分割コア２４は、薄板状の電磁鋼板をプレスで打ち抜いて、打ち抜かれた電磁鋼板を軸方向に所定の枚数積層して、積層された複数の電磁鋼板を加圧カシメ等の処理を施して結合され形成される。

本実施形態における分割コア２４は、周方向の一端に第一端部３０と、周方向の他端に第二端部３２とを有する。そして、第一端部３０は、周方向外側に突出する突出部３４を有し、第二端部３２は、周方向内側に窪む窪み部３６を有する。窪み部３６は、図５に示されるように、隣接する分割コア２４の第一端部３０の突出部３４に嵌り合うように形成される。

この構成により、分割コア２４を周方向に配列した場合、隣接する分割コア２４同士の突出部３４と窪み部３６が嵌り合うので、径方向における分割コア２４の移動が規制される。したがって、分割コア２４を筒体２２に挿入して焼き嵌める工程において、筒体２２から分割コア２４への締付力が不均一であっても、径方向における分割コア２４の位置ずれが抑制されるので、真円度の向上を図ることができる。

そして、突出部３４は、これの基部３４ａから頂部３４ｂに向けて徐々に狭くなるように形成され、窪み部３６は、突出部３４に対応するように形成される。ここで、基部３４ａとは、突出部３４が第一端部３０に接続する部分のことであり、図３の破線で示される部分のことである。一方、頂部３４ｂとは、基部３４に対向する部分のことであり、突出部３４の周方向外側の端部のことである。本実施形態においては、図３に示されるように、突出部３４が、基部３４ａを下底、頂部３４ｂを上底とする台形形状である。しかし、本発明はこの構成に限定されず、突出部３４が上述のような形状、すなわち楔形状であれば、例えば三角形形状であってもよい。また、本実施形態においては、突出部３４が第一端部３０の中間に位置する。しかし、これに限定されず、突出部３４が第一端部３０の径方向両端のいずれか一方に位置することもできる。

突出部３４が、上述のような形状、すなわち楔形状に形成されることにより、分割コア２４を周方向に配列するとき、分割コア２４の位置決めが容易になる。特に、上述のように、環状のコイルに対して外周側からティース２６を挿入するようにして分割コア２４を配列するときに有用である。この場合、ステータコア２０を構成する全ての分割コア２４は、同時に、コイルに対して外周側から挿入され配列される。この配列行程の間、隣接する分割コア２４同士の間隔が徐々に小さくなる。このとき、楔形状の突出部３４とこれに対向する窪み部３６とが互いに導かれつつ嵌り合うので、分割コア２４同士の位置を容易に決定することができる。

また、本実施形態における突出部３４と窪み部３６は、図６に示されるように、互いに嵌り合うとき、軸方向への分割コア２４の移動を規制するように互いに対向して当接する当接部３８を有する。具体的には、当接部３８は、図４に示されるように、軸方向における突出部３４の外面４０と、軸方向における窪み部３６の内面４２である。

本実施形態の分割コア２４は、上述したように、電磁鋼板を軸方向に積層して形成される。プレスにより打ち抜かれる電磁鋼板は、図３に示されるような形状である。この形状の電磁鋼板を、積層途中で、表面と裏面を反対にすることで、図４に示されるような分割コア２４、すなわち第一及び第二端部３０，３２に当接部３８がそれぞれ一箇所設けられた分割コア２４が形成される。

この構成により、分割コア２４を環状に配列した場合、軸方向における分割コア２４の移動が規制される。したがって、分割コア２４を筒体２２に挿入して焼き嵌める工程において、筒体２２から分割コア２４への締付力が不均一であっても、軸方向における分割コア２４の位置ずれが抑制されるので、真円度の向上を図ることができる。

本実施形態においては、第一及び第二端部３０，３２に当接部３８がそれぞれ一箇所設けられる場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されず、第一及び第二端部３０，３２に当接部３８がそれぞれ複数個設けられることが好適である。例えば、電磁鋼板の積層時における反転作業を、積層途中で複数回行なうことにより、当接部３８を複数個所設けることができる。第一及び第二端部３０，３２に当接部３８がそれぞれ複数個所設けられることにより、軸方向における分割コア２４の位置ずれをより確実に抑制することができる。

また、本実施形態では、プレスにより打ち抜かれる電磁鋼板の形状が一種である場合について説明したが、この構成に限定されない。分割コア２４に当接部３８が形成されるのであれば、電磁鋼板の形状が複数の種類とすることもできる。例えは、プレスにより打ち抜かれる電磁鋼板の一つを、図３に示されるような形状とし、もう一つを、図３に示されるような形状を左右反転させた形状とすることができる。この場合、この２種の形状の電磁鋼板を、交互に所定の枚数積層することにより、第一及び第二端部３０，３２に当接部３８をそれぞれ複数個所設けることができる。さらに、プレスにより打ち抜かれる電磁鋼板の一つを、突出部３４と窪み部３６の無い形状とし、この形状の電磁鋼板を、上述の２種の形状の電磁鋼板であって、所定の枚数積層された電磁鋼板の間に、所定の枚数積層することもできる。

次に、筒体２２の構成について、図２を用いて説明する。筒体２２は、金属材料により形成された略円筒形の形状であり、プレスにより鉄板を打ち抜いて深しぼり等により筒状にすることにより形成される。

筒体２２は、筒体本体４４と、筒体本体４４の一端にフランジ部４６とを有する。フランジ部４６は、筒体本体４４から径方向外側に折り曲げて形成されるので、筒体本体４４よりも剛性が大きい。このため、従来技術においては、焼き嵌め時における締付力、特に軸方向における締付力が不均一になってしまい、分割コアの位置がずれてしまうというという問題があった。

そこで、本実施形態の筒体２２においては、筒体本体４４とフランジ部４６との間に、フランジ部４６の剛性が筒体本体４４へ影響してしまうことを緩衝する緩衝部４８が設けられる。本実施形態の緩衝部４８は、これの少なくとも一部が、筒体本体４４からフランジ部４６に向けて徐々に径が大きくなるように形成される。

この構成により、フランジ部４６が筒体本体４４より大きい剛性を有したとしても、緩衝部４８が、その剛性が筒体本体４４へ影響してしまうことを緩衝する。具体的には、緩衝部４８が、上述のように形成されることで、図２に示されるように、筒体本体４４とフランジ部４６との間に鈍角の屈曲部を有する。この屈曲部が弾性機能を有するので、プランジ部材４６の剛性が筒体本体４４へ影響してしまうことが緩衝される。よって、本実施形態の筒体２２の構成によれば、焼き嵌め時における締付力、特に軸方向における締付力が不均一になることを防ぎ、分割コアの位置ずれを防止することができる。

また、筒体２２が深しぼり等によってプレス形成されるとき、筒体本体４４の他端が波打ってしまう。このため、従来技術においては、筒体本体４４の他端の周方向の剛性が不均一になり、焼き嵌め時における筒体本体４４の他端の周方向の締付力が不均一になってしまうという問題があった。

そこで、本実施形態の筒体２２においては、筒体本体４４の他端が、徐々に径が大きくなるように形成される。この形状は、深しぼり等のプレス形成の後に形成される。これにより、そこの周方向の剛性を均一にすることができ、結果として、そこの周方向の締付力を均一にすることができる。

次に、ステータ１４の製造方法について説明する。まず、プレスにより一つまたは複数の形状の電磁鋼板を打ち抜く。そして、打ち抜かれた電磁鋼板をそれぞれ所定の枚数積層して分割コア２４を製造する。そして、ステータコア２０を構成する全ての分割コア２４を、環状のコイルに、これの外周側から同時に挿入する。この状態のステータコア２０を筒体２２内側に収容し、これを焼き嵌める。そして、筒体２２を放熱することで筒体２２を熱収縮させ、この熱収縮により分割コア２４と筒体２２とが強固に一体固定される。

本実施形態においては、モータ１０が埋込磁石型モータ（ＩＰＭ）である場合について説明したが、この構成に限定されない。ステータ１４が分割コア２４を有するのであれば、モータ１０が、他の種類、例えばリラクタンス型、誘導巻線型であってもよい。

１０ モータ、１２ ロータ、１４ ステータ、２０ ステータコア、２２ 筒体、２４ 分割コア、２６ ティース、２８ スロット、３０ 第一端部、３２ 第二端部、３４ 突出部、３６ 窪み部、３８ 当接部、４０ 外面、４２ 内面、４４ 筒体本体、４６ フランジ部、４８ 緩衝部。

Claims (9)

1. 周方向に配列された複数の分割コアから構成されるステータコアと、
   ステータコアを周囲から取り囲み、ステータコアを固定する筒体と、
   を有するステータにおいて、
   分割コアは、周方向の一端に第一端部と、周方向の他端に第二端部とを有し、
   第一端部は、周方向外側に突出する突出部を有し、
   第二端部は、周方向内側に窪み、隣接する分割コアの第一端部の突出部に嵌り合う窪み部を有する、
   ことを特徴とするステータ。
2. 請求項１に記載のステータにおいて、
   突出部は、これの基部から頂部に向けて徐々に狭くなるように形成され、
   窪み部は、この突出部に対応するように形成される、
   ことを特徴とするステータ。
3. 請求項２に記載のステータにおいて、
   突出部は、基部を下底、頂部を上底とする台形形状である、
   ことを特徴とするステータ。
4. 請求項１から３のいずれか１つに記載のステータにおいて、
   突出部と窪み部は、互いに嵌り合うとき、軸方向への分割コアの移動を規制するように互いに対向して当接する当接部を有する、
   ことを特徴とするステータ。
5. 請求項４に記載のステータにおいて、
   当接部は、軸方向における突出部の外面と、軸方向における窪み部の内面である、
   ことを特徴とするステータ。
6. 請求項１から５のいずれか１つに記載のステータにおいて、
   筒体は、筒体本体と、筒体本体の一端にフランジ部とを有し、
   筒体本体とフランジ部の間に、フランジ部の剛性が筒体本体へ影響してしまうことを緩衝する緩衝部が設けられる、
   ことを特徴とするステータ。
7. 請求項６に記載のステータにおいて、
   緩衝部は、これの少なくとも一部が、筒体本体からフランジ部に向けて徐々に径が大きくなるように形成される、
   ことを特徴とするステータ。
8. 請求項６または７に記載のステータにおいて、
   筒体本体は、これの他端が、徐々に径が大きくなるように形成される、
   ことを特徴とするステータ。
9. 請求項１から８のいずれか１つに記載のステータを備えるモータ。

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