JP2013074688A

JP2013074688A - ステータコアの製造方法とこの製造方法によるステータコアを備えたモータ及びこのモータを備えたポンプ

Info

Publication number: JP2013074688A
Application number: JP2011210860A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Hirata; 真宏平田; Takafumi Seki; 孝文関; Tsuneji Kuroki; 恒二黒木; Toshiharu Hashimoto; 俊治橋本
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2011-09-27
Filing date: 2011-09-27
Publication date: 2013-04-22

Abstract

【課題】ベースコアと延長部との接合強度を簡便に高めることができる。
【解決手段】ベースコア１と、ベースコアにおけるロータとの対向側にあるティース基部４から軸方向に延ばした延長部５とからなるとともに、複数枚の板状体１０を積層して形成されている上記延長部５がベースコア１にカシメ構造により接合されるステータコアの製造方法である。上記延長部を構成する複数枚の板状体１０のうちの少なくともベースコア側に位置する板状体を、カシメ部５ａを形成する工程と、カシメ部を中心とした外周部の外側部分５ｂを打ち抜く部分外周抜き工程と、残りの外周部を打ち抜く外周抜き工程とで形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、積層型のステータコアの製造方法とこの製造方法によるステータコアを備えたモータ及びこのモータを備えたポンプに関するものである。

ステータコアにコイルを巻いたステータと、マグネットを備えたロータとからなるモータの駆動力は、ステータの磁極とロータのマグネットとの対向面積に依存するために、コイルが巻かれるベースコアの軸方向高さを、マグネットに対向した磁極の軸方向高さよりも低く構成することで、駆動力を維持しながら小型化を実現することができる。

このために、ベースコアのロータと対向する側の軸方向端面から軸方向に延長部を延長することにより、ロータのマグネットとの対向部分の軸方向高さを、ベースコアの軸方向高さより大きくしたものが特許文献１に示されている。

ところで、ステータコアのベースコアと延長部の両者を板状体の積層物として構成する場合、銅製のコイルが巻かれるベースコアと、マグネットに対向した磁極の軸方向よりも高い延長部とは、金型のプレス構造上、一体で形成することができないため、個別に積層した両者を別工程にてＶカシメ等により接合、または位置決めする構造となる。図３に示すものでは、延長部５がベースコア１の両端面に設置するため、ベースコア１の両端面にカシメ穴４ａを設け、延長部５のベースコア１との接合面にＶカシメ等のカシメ部５ａを形成している。

ところで延長部５は、コイルをベースコア１に巻き込む工程において、外周面側にコイル７が接するために内径側へ倒れこもうとする応力を受ける。また巻線後、モータを不飽和ポリエステル樹脂等で封止するモールド構造とする場合、成形時の樹脂の射出圧力により、延長部５は応力を受けることとなるため、これらの応力に耐えうる接合強度が延長部５とベースコア１との接合部に必要になる。

ここにおいて、積層されることで延長部５を構成する板状体１０を帯状鋼板２０からの打ち抜きで形成する場合、まず、図９に示すように、帯状鋼板２０に対してカシメ部５ａを形成し、次いで外形抜き工程にて外周を打ち抜くことで板状体１０を形成し、最後に打ち抜かれた板状体１０を所定の枚数に積層する。これらの工程は一般的に順送型と呼ばれる金型内で形成され、金型内を帯状鋼板２０が移動することで、各工程毎に打ち抜きが行われ、所定の形状が形成される。その後、それぞれ個別に積層されたベースコア１と延長部５は別工程によって、プレスによるカシメを行い、図２に示す最終形状とされる。

ところで、図９(b)に示す外形抜き工程では、図１０に示すようにダイＤ上の帯状鋼板２０から外形形状をパンチＰによって打ち抜くことで板状体１０を形成するために、その剪断面においては、図中においてカシメ部５ａの突出方向と逆方向がバリ方向となる。従ってカシメ部５ａを中心に円弧状の反りが板状体１０に発生する。この反りは、板状体１０を積層した延長部５において、図１１に示すように、ベースコア１との接合部１１での接触面積を減少させることになるとともに、積層された板状体１０全てが同じ反りを持つためにベースコア１とのカシメのための圧力を加えても反りが解消されないことから、接合強度が不足することになる。この結果、巻線時の応力や、モールド成形時の射出圧力で延長部５がベースコア１に対して倒れてしまい、モータ効率の低下、あるいは振動増大等の問題が発生する結果となった。

特開２００４−３２８９７１号公報

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、ベースコアと延長部との接合強度を簡便に高めることができるステータコアの製造方法を提供することを第１の課題とし、該製造方法を備えたモータ及びこのモータを備えたポンプを提供することを第２及び第３の課題とする。

本発明にかかるステータコアの製造方法は、ベースコアと、ベースコアにおけるロータとの対向側にあるティース基部から軸方向に延ばした延長部とからなるとともに、複数枚の板状体を積層して形成されている上記延長部がベースコアにカシメ構造により接合されているステータコアの製造方法であって、上記延長部を構成する複数枚の板状体のうちの少なくともベースコア側に位置する板状体を、カシメ部を形成する工程と、カシメ部を中心とした外周部の外側部分を打ち抜く部分外周抜き工程と、残りの外周部を打ち抜く外周抜き工程とで形成していることに特徴を有している。

前記部分外周抜き工程の打ち抜きで形成される外周縁が、前記外周抜き工程の打ち抜きで形成される外周縁よりも内側にオフセットされていることが好ましい。

そして本発明に係るモータは、上記製造方法により製造されたステータコアを備えていることに特徴を有しており、本発明に係るポンプは、上記モータを動力源としていることに特徴を有している。

本発明におけるステータコアは、その延長部とベースコアとの接合部の接合強度を高く保つことができて、コイルの巻線時の圧力等による外力を受けても延長部が倒れたりすることがない。

本発明に係る延長部用の板状体の製造工程を示すもので、(a)はカシメ部形成工程の平面図と断面図、(b)は部分外周抜き工程の平面図と断面図、(c)は外周形状打ち抜き工程の平面図と断面図、(d)は積層工程後の平面図と断面図である。同上のステータコアの斜視図である。同上のステータコアの分解斜視図である。同上の部分外周抜き工程を示す断面図である。同上の板状体の拡大平面図である。同上のベースコアと延長部との接合部の断面図である。同上のステータコアを備えたモータを動力源とするポンプの断面図である。同上のステータの破断斜視図である。従来技術における延長部用の板状体の製造工程を示すもので、(a)はカシメ部形成工程の平面図と断面図、(b)は外周形状打ち抜き工程の平面図と断面図、(c)は積層工程後の平面図と断面図である。従来例における延長部用の板状体の打ち抜き工程を示す断面図である。従来例におけるベースコアと延長部との接合部の断面図である。

以下、本発明の実施の形態の一例を図に基づいて詳述すると、図２はステータコア１５の斜視図、図３はステータコア１５の分解斜視図であり、このステータコア１５は、ベースコア１と延長部５とからなる。ベースコア１は、外周側に配置される環状部２と、環状部２から内周方向に向けて突出する複数のヨーク部３と、各ヨーク部３の先端に設けられるティース基部４とを備えるもので、帯状鋼板からの打ち抜きによって形成された板状体を例えば２０〜３０枚、モータの軸方向に積層させることで形成されている。

周方向において極数に応じて複数設けられているティース基部４の上下には、夫々延長部５が配置されて、ティース基部４と上下の延長部５，５との高さが後述するマグネット６との対向面において、マグネット６の軸方向寸法とほぼ同じ高さとなっている。

コイル７が巻きつけられるヨーク部２は、ティース基部４と同じ軸方向高さとなっていることから、コイル７をヨーク部２に巻いた後のコイル７の高さを、ティース基部４と上下２つの延長部５，５とを合わせた軸方向高さ及びマグネット６の軸方向高さと合わせることができる。

各延長部５はティース基部４に設けたカシメ穴４ａと対向する位置に凸形状のカシメ部５ａを備えており、カシメ部５ａをカシメ孔４ａにかしめることで、ベースコア１と延長部５とが接合される。なお、カシメのみでは強度が不足する場合はレーザによる溶接等が行われる。

次にステータコア１５における上記延長部５の製造方法を説明すると、該延長部５は、ベースコア１と同様に複数枚の板状体１０を積層することによって形成されているのであるが、上記板状体１０は、帯状鋼板２０に対するプレスによる打ち抜きによって形成される。

まず、図１(a)に示すように、カシメ形成工程において、カシメ部５ａを形成する。次に図１(b)に示すように、カシメ部５ａを中心とした外周の２つの外側部分５ｂ，５ｂを打ち抜く部分外周抜き工程を行う。図４にこの部分外周抜き工程のためのパンチＰ及びダイＤを示す。カシメ部５ａ周辺の外側部分５ｂの打ち抜きであるために、剪断面のバリ方向は、カシメ部５ａが突出する方向と同じとなるとともに、カシメ部５ａ付近に僅かに発生する反りは、カシメ部５ａ側の中心が凹形状となる反りとなる。

次に図１(c)に示すように、残りの外周を打ち抜くことで、板状体１０を形成する。この打ち抜きは、板状体１０の形状をしたパンチで打ち抜くために、この打ち抜きによって打ち抜かれた外周部については、カシメ部５ａの突出方向と逆方向がバリ方向となる。

最後に図１(d)に示すように、得られた板状体１０を所定の枚数だけ積層して延長部５を形成する。この積層工程は、外周抜き工程と同時に行うものであってもよい。

なお、部分外周抜き工程を含む工程によって作成される板状体１０は、積層した延長部５におけるベースコア１側の１枚目のみに採用し、他の板状体１０は全て従来例と同じ工程で作成される板状体１０で構成してもよい。図６ではベースコア１側の数枚の板状体１０を、部分外周抜き工程を含む工程によって作成される板状体１０で、他の板状体１０を部分外周抜き工程を含まない従来例と同じ工程で作成される板状体１０で構成した例を示している。

部分外周抜き工程を含む工程で打ち抜かれる板状体１０が、ベースコア１との接合面から１枚目あるいは、数枚で構成される場合、それ以降の板状体１０は、部分外周抜き工程をパスして次の工程に進ませることで、部分外周抜き工程を除く工程におけるパンチ及びダイは、上記両種の板状体１０において同じものを用いることができる。つまり、部分外周抜き工程を経た板状体１０の外周抜き工程と、部分外周抜き工程を経ていない板状体１０の外周抜き工程とでは、同一のパンチとダイを用いる。

この場合、部分外周抜き工程で打ち抜いた外周寸法と、外周抜き工程で打ち抜く外周寸法とが同じであると、外周抜き工程で使用されるパンチとダイによって、部分外周抜き工程で打ち抜かれた外周縁が干渉してしまい、板状体１０に傷や変形が発生してしまう虞があることから、ここでは部分外周抜き工程で打ち抜く外周寸法を、図５に示すように、微小寸法Ｇだけ内側にオフセットしている。なお、図中ｅは部分外周抜き工程で打ち抜かれる範囲を示している。このオフセットにより、外周抜き工程用のパンチ及びダイに対して、部分外周工程抜き工程で打ち抜かれた部分が干渉することがなく、良好なプレス作業が可能となる。

上記Ｇ寸法は、磁気特性に影響を与えるために０.０５ｍｍ〜０.１ｍｍ程度に設定されるのが好ましい。またｅの範囲はできるだけ大きくとることで、延長部５とベースコア１との接合の安定化を図ることができる。なお、カシメ部５ａを形成する工程は、部分外周抜き工程の後に実施してもよい。

いずれにしても、延長部５におけるベースコア１と接合する面側の少なくとも１枚目に部分外周抜き工程を経て形成された板状体１０が存在するために、仮に反りが発生したとしても延長部５の外周全体でベースコア１を支えることができるために、接合部１１に十分な接合面積を確保することができ、コイル７の巻線時に外周側にかかる圧力や、不飽和ポリエステル樹脂のような樹脂でモールドを行う場合の樹脂の射出圧に対しても、十分な強度を有するものとなり、延長部５の倒れは発生しない。

なお、図示例においては、部分外周抜き工程を経た板状体１０と、部分外周抜き工程を経ていない板状体１０とを積層しているために、図６では両種の板状体１０の境界で接触面積が小さくなっているが、これは両種の板状体１０，１０を明示するために反りを極端に表示しているためであり、実際にはプレス金型内で板状体１０を順次積層していくこともあって、両種板状体１０，１０はほぼ反りがない状態で積層されるものであり、このために上記境界部分で強度低下が発生することはない。

図７は上記のようにして製造される延長部５と前記ベースコア１とで形成されるステータ５５を備えているインナーロータ型のモータＭを駆動源とするポンプを示している。羽根車５３を収容するポンプ室６０を互いに結合されるポンプケース５１と分離板５２とで構成している図示例のポンプは、羽根車５３と一体のロータ５４と、ロータ５４の外周側に分離板５２を介して配設されるステータコア１５と、制御基盤６４とを備えている。図中６７はポンプケース５１と分離板５２との結合部分に配されてポンプ室６０の水密性を確保するシール材である。

軸６３を中心に回転自在に支承するための軸受６６を備えるロータ５４はその外壁部分にマグネット６が配設されたもので、軸受６６とポンプケーシング軸支え５１ａとの間には軸受板６８が配設されており、軸受板６８は軸６３に対し回転しないよう固定されている。これにより軸受６６と軸受板６８が自在に摺動できるようになっている。軸６３はポンプケース５１に設置されたポンプケース軸支え５１ａと、分離板５２の底部に設置された分離板軸支え５２ｂによって固定されている。

ポンプケース５１は吸入口６１と吐出口６２とを備える。吸入口６１はポンプケース５１の天面中央に開口されており、ポンプ室６０内に液体を吸入するための開口として機能する。一方、吐出口６２は、ポンプケース５１の側壁に設けられており、ポンプ室６０内の液体を吐出するための開口として機能する。

分離板５２は、ポンプケース５１とともにポンプ室６０を形成すると共に、ポンプ室６０とモータ部Ｍとを隔離しシールさせる機能を担っている。このためステータコア１の内周面とロータ５４の外周面との間には分離板５２の一部である隔壁部５２ａが存在する。

マグネット６に対向して配置されるステータ５５は、ステータコア１５にコイル７を巻回したもので、ここにおけるステータコア１５が、前述の製造方法によって形成された延長部５をベースコア１に固定して形成されたものである。延長部５を備えるために、銅線７の巻き幅を小さく薄型に構成しながらも、駆動力を維持する構成となっている。

制御基盤６４は、マグネット６の回転位置を検出する位置検出センサ（図示せず）からの信号を受けて、マグネット６の回転位置に応じてコイル７への電流を制御して磁界を発生させる。そして、この制御基盤６４を含めた背面側、詳細にはポンプケース５１を除いた部位全体がモールド樹脂６５で被覆されている。つまり、分離板５２、ステータコア１および制御基盤６４がモールド樹脂６５で被覆され、これにより強度が確保されている。

制御基盤６４によりコイル７が通電され、コイル７への通電により発生する磁界がステータコア１５の磁極からロータ５４に固定されたマグネット６へと伝達されてマグネット６が吸引反発を繰り返すことによって、ロータ５４と一体的に設けられた羽根車５３が軸部６３を中心に回転する。そして、この羽根車５３の回転にともないポンプ作用が発生し、液体が吸入口６１よりポンプ室６０内へと吸い込まれ、羽根車５３により遠心力を加えられて吐出口６２からポンプ外へと吐出される。

このポンプは前述の延長部５を備えるステータコア１５を用いたモータＭを採用しているために、ポンプの小型化を実現できると共に、延長部５の倒れがないため、効率、振動共に良好なポンプを実現できる。

なお、ここではインナーロータ型構造のモータを駆動源としたポンプを示したが、アウターロータ型構造のモータ構成にあっても本発明を適用することができる。また、ここでの説明は本発明が実施される一例であり、本発明は図示例に限定されるものではない。

１ベースコア
４ティース基部
５延長部
５ａカシメ部
５ｂ外側部分

Claims

ベースコアと、ベースコアにおけるロータとの対向側にあるティース基部から軸方向に延ばした延長部とからなるとともに、複数枚の板状体を積層して形成されている上記延長部がベースコアにカシメ構造により接合されているステータコアの製造方法であって、
上記延長部を構成する複数枚の板状体のうちの少なくともベースコア側に位置する板状体を、カシメ部を形成する工程と、カシメ部を中心とした外周部の外側部分を打ち抜く部分外周抜き工程と、残りの外周部を打ち抜く外周抜き工程とで形成していることを特徴とするステータコアの製造方法。
前記部分外周抜き工程の打ち抜きで形成される外周縁が、前記外周抜き工程の打ち抜きで形成される外周縁よりも内側にオフセットされていることを特徴とする請求項１記載のステータコアの製造方法。
請求項１または２記載の製造方法により製造されたステータコアを備えていることを特徴とするモータ。
請求項３記載のモータを動力源としていることを特徴とするポンプ。