JP2012217279A - 回転電機用ステータコア、回転電機、および、回転電機用ステータコアの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】磁性板材の歩留まり向上によるコスト低減を図るとともに磁気抵抗の増大を抑制することができる回転電機用ステータコアを提供する。
【解決手段】ウェブ状磁性板材２０から、バックヨーク部１６とティース部１８とが交互に略直線状に連なったコア素材１４を形成し、コア素材１４を環状に成形して積層することにより構成される回転電機用ステータコア１０であって、コア素材１４はバックヨーク部１６の位置で素材表面から積層方向に突出した形状に折り曲げられた折曲部２２を有し、コア素材１４は折曲部２２が積層方向に嵌り合った状態で積層されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機用ステータコア、回転電機、および、回転電機用ステータコアの製造方法に関する。

従来、電動機や発電機等の回転電機では、ウェブ状鋼板から打ち抜き加工した円環状プレートを多数枚積層して構成されるステータコアが用いられている。このように構成されるステータコアでは、図６に示すように、幅Ｗ１のウェブ状鋼板６０から円環状プレート６２を打ち抜き加工した後に残った内側部分６４および外側部分６６は廃棄されることとなるため、鋼板材料の歩留まりが悪く、コストが高くなる要因となっている。

これに対し、それぞれティース部を有する複数の分割コアを円環状に配列して円筒ケースを焼き嵌め等で外装して各分割コアを締結することにより筒状のステータコアを構成することが知られている。この場合、積層鋼板からなる分割コアの材料歩留まりは比較的良くなるものの、分割コア同士の接合面で磁気抵抗が増大しやすく、コア鉄損が大きくなるという問題がある。

これに関連する先行技術文献として例えば特開平８−１８２２２９号公報（特許文献１）には、積層磁極鉄心へ高密度に巻回されたコイルの装着が容易で固定子の製造も容易に行なうことができるようにすることを課題とした固定子用積層鉄心が開示されている。ここでは、積層ヨーク鉄心を構成する環状のヨーク鉄心片の内周部に均等間隔で形成されたそれぞれの嵌合凹部に、積層磁極鉄心を構成する磁極鉄心片の元部の嵌合凸部を嵌合して設けられた固定子用積層鉄心片を、複数枚積層して形成された固定子用積層鉄心において、ヨーク鉄心片が、屈曲可能な連結片を介して、環状に組み立て可能に連結された多数個の円弧状の部分ヨーク鉄心片からなり、各部分ヨーク鉄心片の連結片側の端部の内側に、嵌合凹部の部分嵌合凹部がそれぞれ形成されるようにしたことが記載されている。

特開平８−１８２２２９号公報

上記特許文献１の固定子用積層鉄心では、屈曲可能な連結片がヨーク鉄心の全幅に対して小さくてその大部分が切れた構造であり、しかも、ティース部に相当する磁極鉄心がヨーク鉄心と別部材になっていてヨーク鉄心の嵌合凹部内に挟持される構成であるため、ヨーク鉄心片同士の接合部およびヨーク鉄心片と磁極鉄心片との接合部において磁気抵抗の増大を抑制するのが困難である。

本発明の目的は、ステータコアに関して磁性板材の歩留まり向上によるコスト低減を図るとともに磁気抵抗の増大を抑制することができる回転電機用ステータコア、回転電機、および回転電機用ステータコアの製造方法を提供することにある。

本発明に係る回転電機用ステータコアは、ウェブ状磁性板材から、バックヨーク部とティース部とが交互に略直線状に連なったコア素材を形成し、前記コア素材を環状に成形して積層することにより構成される回転電機用ステータコアであって、前記コア素材は前記バックヨーク部の位置で素材表面から積層方向に突出した形状に折り曲げられた折曲部を有し、前記コア素材は前記折曲部が積層方向に嵌り合った状態で積層されているものである。

本発明に係る回転電機用ステータコアにおいて、前記コア素材は前記バックヨーク部の位置で前記折曲部が折り曲げ形成されながら螺旋状に巻かれることによって積層されてもよい。

また、本発明に係る回転電機用ステータコアにおいて、前記バックヨーク部における前記折曲部の折り曲げ予定線が前記コア素材の縁部と交差する位置に切り欠き部が形成されていてもよい。

本発明に係る回転電機は、上記いずれかの構成のステータコアを備えたものである。

本発明に係る回転電機用ステータコアの製造方法は、ウェブ状磁性板材から、バックヨーク部とティース部とが交互に略直線状に連なったコア素材を打ち抜き加工により形成する工程と、前記コア素材を螺旋状に巻くことにより前記バックヨーク部の位置で素材表面から突出して折り曲げられた折曲部を形成しながら前記折曲部を積層方向に嵌り合わせて前記コア素材を積層する工程と、を含む。

本発明に係る回転電機用ステータコアの製造方法は、前記コア素材の積層後に焼鈍処理を行う工程をさらに含んでもよい。

本発明に係る回転電機用ステータコア、回転電機、および回転電機用ステータコアの製造方法によれば、ウェブ状磁性板材から、バックヨーク部とティース部とが交互に略直線状に連なったコア素材を形成し、このコア素材を環状に成形して積層することによりステータコアを構成することから、磁性板材の歩留まりが向上してコスト低減を図れる。

また、バックヨーク部に折曲部を形成しながらコア素材を環状に成形して積層されることから、ステータコアのバックヨーク部における磁気抵抗の増大を抑制できる。

さらに、ティース部がバックヨーク部と一体に形成可能であるため、ティース部とバックヨーク部間で磁気抵抗が増大することもない。

本発明の一実施形態である回転電機用ステータコアを製造過程状態で概略的に示す平面図である。 ステータコアを構成するコア素材のバックヨーク部に形成される折曲部の拡大斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）は折曲部の折り曲げ形状を示す図である。 折曲部における折り曲げ予定線および切り欠き部を示すバックヨーク部の部分拡大図である。 本発明の一実施形態である回転電機用ステータコアの製造工程を示すフローチャートである。 従来のステータコアを構成する円環状磁性プレートが打ち抜き形成される様子を示す図である。

以下に、本発明に係る実施の形態（以下、実施形態という）について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。

図１は、本発明の一実施形態である回転電機用ステータコア（以下、適宜にステータコアとだけいう）１０を製造過程状態で概略的に示す平面図である。ステータコア１０は、円筒状に製造された後、内周部に突設された複数のティース部の周囲にステータコイルが巻装される。そして、ステータコア１０内にロータ１２が回転可能に配置されることによって回転電機２が構成される。

なお、ステータコイルの巻装の仕方は、各ティース部の周囲にそれぞれ巻回された集中巻きであってもよいし、あるいは、複数のティース部に跨って巻回された分布巻きであってもよい。ただし、集中巻きされる場合の方がステータコアのティース部の数が比較的少なく形成されるのが一般的であるため、その分、後述する折曲部の形成箇所が少なくなり、本実施形態のステータコアには適しているといえる。

本実施形態のステータコア１０は、コア素材１４が螺旋状に密に巻かれて積層されることによって形成される。コア素材１４は、巻き始めとなる先端部を図示しない成形型に固定し、この成形型を回転させながら型外周に巻きつけられることによって環状に成形されていき、そして、所定の巻回数に達するまで軸方向に積層されることによって円筒状をなすステータコア１０が形成されることになる。巻き終わりとなるコア素材１４の後端部は、例えば、溶接、かしめ等の手法によって隣接するコア素材１４上に固定される。これは、巻き始め部分であるコア素材１４の先端部、および、中間部分に位置する環状に成形されたコア素材１４同士についても同様である。このような隣接するコア素材１４同士の溶接、かしめ等による連結は、ステータコア１０の巻き完了後にコア外周面上で一括して行ってもよいし、あるいは、巻き工程中に逐次に行ってもよい。

コア素材１４は、ウェブ状磁性鋼板（磁性板材）２０を打ち抜き加工することによって連続的に形成されることができる。磁性鋼板としては、例えば、板厚０．３ｍｍ程度のけい素鋼板が好適に用いられる。コア素材１４は、バックヨーク部１６とティース部１８とが交互に略直線状に連なって形成されている。こここで「略直線状」とはウェブ状磁性鋼板２０の長手方向に沿って真っ直ぐ連なっているという意味であり、コア素材１４の縁部が直線状をなすという意味ではない。バックヨーク部１６は、ウェブ状磁性鋼板２０の長手方向に沿って延びる略長方形状をなし、後述する折曲部２２が形成される部分である。

ティース部１８は、コア素材１４の一方側縁部から略台形状に突出して形成されている。これにより、コア素材１４がステータコア１０として巻かれたときに、コア内周部に径方向内方へ突出する複数のティース部１８が周方向に等間隔で形成されるとともに、ステータコア１０の軸方向に重なって積層されることになる。一方、ティース部１８の他方側縁部は、略円弧状に形成されている。これによりコア素材１４がステータコア１０として巻かれたときに、コア外周面が略円柱状に形成されることになる。

バックヨーク部１６およびティース部１８が交互に略直線状に連なってなるコア素材１４は、図２に示すように、環状に成形されるときに素材表面から積層方向に突出した形状に折り曲げられた折曲部２２を有する。折曲部２２は、図３（ａ）に示すように、ステータコア１０の内径側から見て略三角形の縁部形状に折り曲げられており、折曲部２２の内部には略三角錐状の空間２４が形成されている。ただし、折曲部２２の折り曲げ形状は、略三角形状に限定されるものではなく、他の形状であってもよい。例えば、図３（ｂ）に示すように略台形の縁部形状に折り曲げられてもよいし、図３（ｃ）に示すように略半円形の縁部形状に折り曲げられてもよい。

図４は、折曲部２２における折り曲げ予定線および切り欠き部を示すバックヨーク部１６の部分拡大図である。バックヨーク部１６には、折曲部２２が形成される際に折り曲げられることとなる折り曲げ予定線２６ａ，２６ｂがコア素材１４の縁部と交差する位置に切り欠き部２８，３０が形成されている。

具体的には、図４の平面視上で谷折りされることとなる折り曲げ予定線２６ａ，２６ｂ上には、コア素材１４の内周側縁部と交差する点であるバックヨーク部１６およびティース部１８の境界位置に小さい切り欠き部２８が形成されている。本実施形態では、切り欠き部２８が例えば略三角状に形成されており、切り欠き部２８の一辺が折り曲げ予定線２６ａ，２６ｂに沿うように形成されている。また、上記折り曲げ予定線２６ａ，２６ｂが延伸してコア素材１４の外周側縁部１５と交差する位置には、１つの略Ｖ字状の切り込み部３０が形成されている。そして、折り曲げ予定線２６ａ，２６ｂ間に形成される角度の二等分線が、折曲部２２が形成される際に図４の平面視上で山折りされることとなる折り曲げ予定線２６ｃとされている。

このような切り込み部２８，３０をコア素材１４に予め形成しておくことで、コア素材１４を螺旋状に巻くときに形成される折曲部２２の折り曲げ位置を正確に規定することができる。これにより、各折曲部２２の折り曲げ形状が一様になり、各折曲部２２を嵌め合わせながら積層していくときにコア素材１４を密接させて巻くことができる。また、各折曲部２２が嵌め合わされることによって積層方向に隣接するコア素材１４同士がかしめ連結されることになるが、上記のように折曲部２２の折り曲げ形状が一様になることでかしめ力がばらつくのを抑制できる効果もある。

なお、折曲部２２において山折りされることとなる折り曲げ予定線２６ｃがバックヨーク部１６の内周側縁部と交差する位置３２にも小さい切り込み部を形成してもよい。これにより、折曲部２２の頂部となる折り曲げ予定線２６ｃの位置をより正確に規定することが可能になる。また、上記折り曲げ予定線２６ａ，２６ｂ，２６ｃ上に細く浅い溝または切り込み線を予め形成しておき、バックヨーク部１６がその位置で折り曲がりやすくなるようにしてもよい。

次に、図５を参照して、本実施形態のステータコア１０の製造方法について説明する。

まず、ステップＳ１０において、コア素材１４をウェブ状磁性鋼板２０から打ち抜き加工して形成する。この際、ウェブ状磁性鋼板２０が間欠的にプレス機に供給されて一時停止し、その停止時にプレス機が作動してコア素材１４が打ち抜き形成される。そして、このように形成されたコア素材１４が成形型に対して接線方向に供給される。

次に、ステップＳ１２において、コア素材１４が螺旋状に巻かれる。ここでは、まず、コア素材１４の先端部を成形型に固定した後、成形型を回転させながら成形型の周囲にコア素材１４を螺旋状に密に巻いていく。この際、略直線状に連なるコア素材１４が成形型の外周に沿って円環状に曲げられるときに、バックヨーク部１６が折り曲げ予定線２６ａ，２６ｂ，２６ｃに沿って折り曲げられることにより折曲部２２が形成される。

コア素材１４が成形型に巻きつく位置、すなわち、折曲部２２が形成される位置には、たとえば、コア素材１４の裏面に摺接しながらコア素材１４を面状に支持する支持部材が設けられるのが好ましい。このような支持部材によってコア素材１４が成形型に巻きつく位置で支持されることによって、バックヨーク部１６に形成される折曲部２２の折れ曲がり方向または突出方向が確実に揃うことになる。また、この支持部材に代えて又はこれと共に、略三角錐状の尖頭部を有する折り曲げ冶具を進退移動させてバックヨーク部１６を押し曲げるようにしてもよい。このようにすれば、筒状のステータコア１０の軸方向に関して隣接するコア素材１４の折曲部２２同士がしっかりと嵌り合った状態にすることができる。

このようにしてコア素材１４を成形型に所定の巻き数分だけ巻き終わると、コア素材１４を切断して後端部を溶接、かしめ等によって隣接するコア素材１４上に固定する。また、コア素材１４の先端部についても同様に、隣接するコア素材１４上に固定する。そして、成形型から取り外すことにより、ステータコア１０が得られる。

その後、ステップＳ１４において、ステータコアを所定の温度および時間で焼鈍処理する。このように焼鈍処理することで、バックヨーク部１６の折曲部２２における残留ひずみが緩和または除去され、ステータコア１０の周方向における磁気抵抗の増大を抑制できる効果がある。

上記焼鈍処理が終了すると、ステータコア１０の製造が完了する。

上述したように本実施形態のステータコア１０によれば、コア素材１４が打ち抜かれるウェブ状磁性鋼板２０の幅Ｗ２は、コア素材１４の最大幅、すなわちティース部１８の幅より少し大きい程度でよいことから、図６を参照して説明した円環状プレートを積層して構成される従来のステータコアに比べて、磁性鋼板材料の歩留まりが大幅に向上し、ステータコアのコスト低減を図れる。

また、本実施形態のステータコア１０は、分割コアを連結して組み立てられるステータコアに比べて、組立工数が少なく、しかも、コア素材１４が周方向に分断されることなく連続しているため周方向における磁気抵抗の増大を抑制でき、その結果、ステータコア１０を用いた回転電機２におけるコア鉄損を低減することができる。

さらに、図６に示すような円環状プレートを打ち抜き加工する場合に比べて、プレス型およびプレス機が小さくて済み、プレスストロークが短くなることで加工速度もアップし、製造設備の小型化および生産性の向上を図れる。

さらにまた、ステータコア１０では、コア素材１４においてティース部１８がバックヨーク部１６と一体に形成されているため、ティース部１８とバックヨーク部１６間で磁気抵抗が増大することもない。

なお、本発明に係るステータコアおよび回転電機は、上記の構成に限定されるものではなく、種々の変更または改良が可能である。

例えば、上記においてはコア素材１４を螺旋状に連続的に巻いてステータコア１０を構成したが、所定長さに切断したコア素材１４を円環状に曲げ成形し、先端部と後端部とを溶接、凹凸嵌合等により連結することによって円環状プレートを製造し、このような円環状プレートを多数枚積層してかしめ等により一体に連結することによってステータコアを作製してもよい。

２ 回転電機、１０ 回転電機用ステータコア、１２ ロータ、１４ コア素材、１５ 外周側縁部、１６ バックヨーク部、１８ ティース部、２０ ウェブ状磁性鋼板、２２ 折曲部、２４ 空間、２６ａ，２６ｂ，２６ｃ 折り曲げ予定線、２８，３０ 切り込み部、３２ 交差位置、Ｗ１，Ｗ２ 幅。

Claims (6)

1. ウェブ状磁性板材から、バックヨーク部とティース部とが交互に略直線状に連なったコア素材を形成し、前記コア素材を環状に成形して積層することにより構成される回転電機用ステータコアであって、
   前記コア素材は前記バックヨーク部の位置で素材表面から積層方向に突出した形状に折り曲げられた折曲部を有し、前記コア素材は前記折曲部が積層方向に嵌り合った状態で積層されている、回転電機用ステータコア。
2. 請求項１に記載の回転電機用ステータコアにおいて、
   前記コア素材は前記バックヨーク部の位置で前記折曲部が折り曲げ形成されながら螺旋状に巻かれることによって積層されることを特徴とする回転電機用ステータコア。
3. 請求項１または２に記載の回転電機用ステータコアにおいて、
   前記バックヨーク部における前記折曲部の折り曲げ予定線が前記コア素材の縁部と交差する位置に切り欠き部が形成されていることを特徴とする回転電機用ステータコア。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載のステータコアを備える、回転電機。
5. ウェブ状磁性板材から、バックヨーク部とティース部とが交互に略直線状に連なったコア素材を打ち抜き加工により形成する工程と、
   前記コア素材を螺旋状に巻くことにより前記バックヨーク部の位置で素材表面から突出して折り曲げられた折曲部を形成しながら前記折曲部を積層方向に嵌り合わせて前記コア素材を積層する工程と、
   を含む回転電機用ステータコアの製造方法。
6. 請求項５に記載の回転電機用ステータコアの製造方法において、
   前記コア素材の積層後に焼鈍処理を行う工程をさらに含むことを特徴とする回転電機用ステータコアの製造方法。

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