JP3933890B2 - ステータおよびステータのコア部材の製造装置ならびにこの製造装置を用いたステータの製造方法 - Google Patents
ステータおよびステータのコア部材の製造装置ならびにこの製造装置を用いたステータの製造方法 Download PDFInfo
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【発明の属する技術分野】
この発明は、板状磁性部材を積層して形成され、各磁極テイース部先端に形成される磁極間の隙間が積層方向にスキューされた、例えば電動機等の回転電機のステータおよびその製造方法、ならびにステータのコア部材の製造装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般的に、例えば電動機等の回転電機においては、始動時におけるトルクリップルあるいは運転中におけるコギングを防止するために、ステータまたはロータのいずれか一方にスキューを施している。
しかしながら、ステータの場合には、磁極テイース部にコイル部材を巻回しなければならないが、スキューが施されていることによりその巻回作業が困難となるため、例えば特開平1−270757号公報では、図9および図10に示すように、先端にスキューされた磁極部1aを有する磁極テイース1の根元に、鳩尾状の断面を有する突起部1bを形成するとともに、環状のヨーク2の内周面にこの突起部1bが嵌合可能な窪み部2aを形成し、各磁極テイース1にそれぞれコイル部材3を巻回した後、突起部1bを窪み部2aに嵌合させて各磁極テイース1をヨーク2と一体化させてステータを構成することにより、コイル部材3の巻回作業の容易化を図ることが開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
従来のステータは以上のように構成され、磁極テイース1をヨーク2と分離可能にし、各磁極テイース1にそれぞれコイル部材3を巻回した後、一体化させることによりコイル部材3の巻回作業の容易化を図るようにしているが、各磁極テイース1にそれぞれコイル部材3を巻回させる作業、コイル部材3が巻回された各磁極テイース1の突起部1bを、ヨーク2の窪み部2aに一個ずつ嵌合して一体化させる作業、各磁極テイース1のコイル部材3間の接続作業等が必要となるので組立に手間がかかり、生産性が低下するという問題点があった。
【0004】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、組立作業を容易化して生産性の向上を図ることが可能なステータおよびその製造方法、ならびにステータのコア部材の製造装置を提供することを目的とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項1に係るステータは、屈曲可能な連結部を介して連結される複数のヨーク部と、各ヨーク部の連結方向の中央部からそれぞれ突出し、先端の両側に積層方向に順次互いに突出長さが同じ長さだけ増減するように磁極部が突出して形成される磁極テイース部とでなる複数の板状磁性部材を、順次積層することにより相隣なる磁極部間の隙間が積層方向にスキューされるように形成されるコア部材、およびコア部材の各磁極テイース部に巻回される複数のコイル部材を備え、各連結部を屈曲させることによりコア部材を環状にして構成したステータであって、コア部材の積層方向の中央部のスキューの角度を端部のスキューの角度より大きくしたものである。
【0006】
又、この発明の請求項2に係るステータは、屈曲可能な連結部を介して連結される複数のヨーク部と、各ヨーク部の連結方向の中央部からそれぞれ突出し、先端の両側に積層方向に順次互いに突出長さが同じ長さだけ増減するように磁極部が突出して形成される磁極テイース部とでなる複数の板状磁性部材を、順次積層することにより相隣なる磁極部間の隙間が積層方向にスキューされるように形成されるコア部材、およびコア部材の各磁極テイース部に巻回される複数のコイル部材を備え、各連結部を屈曲させることによりコア部材を環状にして構成されたステータであって、磁極テイース部が磁極部間の隙間のスキュー方向と同様な方向にスキューしたものである。
【0007】
又、この発明の請求項3に係るステータのコア部材の製造装置は、鋼板が搬送通過可能な間隔を介して配置された上台板および下台板と、鋼板搬送方向の上流側に配置され、且 つ上台板に設置された上型および下台板に設置された下型からなり、鋼板にパイロット穴と抜きかしめとV字状抜き穴とを形成する第1の金型と、鋼板の搬送方向の下流側に第1の金型と所定の間隔を介して配置され、且つ上台板に設置された上型および下台板に設置された下型からなり、板状磁性部材の輪郭を形成する第2の金型と、第1の金型と第2の金型との間に配設された鋼板搬送方向を横切る方向に移動する移動金型とを備えたステータのコア部材の製造装置であって、移動金型が、下台板上に鋼板搬送方向を横切るように配設されたリニアガイドと、このリニアガイドを介して下台板上に移動可能に配設された移動台と、この移動台上に鋼板が搬送通過可能な間隔を介して配置された一対の上型および下型と、移動台が鋼板搬送方向を横切る方向に移動し、移動台に設けられた上型と下型とにより突出長さの異なる磁極部を有する板状磁性部材を順次形成する手段とを備えたものである。
【0008】
又、この発明の請求項4に係るステータのコア部材の製造装置は、請求項3において、移動金型の移動の駆動源としてリニアモータを用いるようにしたものである。
【0009】
又、この発明の請求項5に係るステータのコア部材の製造装置は、請求項3において、移動金型の移動の位置決めに圧電素子を用いるようにしたものである。
【0010】
又、この発明の請求項6に係るステータの製造方法は、請求項5記載のステータのコア部材の製造装置を用い、このステータのコア部材の製造装置における移動金型を、鋼板搬送方向に対して横切る方向に移動させ、移動金型に設けられた一対の上型と下型とにより、それぞれお互いに突出長さが同じ長さだけ増減された磁極部を有する板状磁性部材を順次形成する工程と、順次形成された板状磁性部材を順次積層してコア部材を形成する工程と、コア部材の各連結部を各磁極テイース部が外側となるように屈曲させて、各磁極テイース部にコイル部材を巻回する工程と、コア部材の各連結部を各磁極テイース部が内側となるように屈曲させて、コア部材を環状に形成する工程とを包含したものである。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1におけるステータの構成を示す平面図、図2は図1におけるコア部材の構成を示し、(A)は平面図、(B)は正面図、図3は図2におけるコア部材を環状に形成した状態を示す斜視図、図4は図2におけるコア部材にコイル部材を巻回する状態を示す平面図である。
【0012】
図において、11は屈曲可能な連結部11aを介して連結される複数のヨーク部11bと、これら各ヨーク部11bの連結方向中央部から突出して形成され、図2(A)に示すように先端の両側に順次突出長さが異なり、且つお互いに突出長さが同じ長さ(図中lで示す)だけ増減するように、磁極部11c、11dがそれぞれ突出して形成される磁極テイース部11eとでなる複数の板状磁性部材である。
【0013】
12はこれら各板状磁性部材11を、各磁極部11c、11dの突出長さが例えば磁極部11c側では増えるように、磁極部11d側では減るように順次積層して形成され、相隣なる磁極部11c、11d間の隙間(図中gで示す)が積層方向にスキューされるように形成されるコア部材、13はコア部材12の各磁極テイース部11eにそれぞれ巻回されるコイル部材で、図4に示すように連結部11aを屈曲させ、各磁極テイース部11eが外側となるような状態で、巻線機14により巻回されている。15は各コイル部材13が巻回されたコア部材12を、上記とは逆に各磁極テイース部11eが内側となるように連結部11aを屈曲させて環状に形成されるステータである。
【0014】
このように上記実施の形態1によれば、屈曲可能な連結部11aを介して連結される複数のヨーク部11bと、先端両側にお互いに突出長さが同じ長さlだけ増減するように突出された磁極部11c、11dを有する磁極テイース部11eとでなる複数の板状磁性部材11を、順次積層して相隣なる磁極部11c、11d間の隙間gが、積層方向にスキューされるように形成してコア部材12を構成し、連結部11aを屈曲させることにより、コア部材12を各磁極テイース部11eが外側となるような状態にしてコイル部材13を巻回した後、上記とは逆に各磁極テイース部11eが内側となるように屈曲させて環状とすることによりステータ15を得るようにしているので、コイル部材13の巻回作業の容易化を図るとともに、組立の手間を省いて生産性の向上を図ることができる。
【0015】
なお、上記構成では相隣なる磁極部11c、11d間の隙間gが、積層方向に直線状にスキューされた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、積層方向端部のスキューの角度と中央部のスキューの角度を異なる角度に形成しても良い。
すなわち、寸法的な制約で所定のスキューの角度が得られない場合でも、コア部材12の積層方向端部では、漏れ磁束の影響で磁束密度が中央より小さくなるため、図5(A)に示すように中央部のスキューの角度を、端部のスキューの角度より大きくすることで、十分にスキュー効果を得ることが可能になる。
【0016】
又、直線的なスキューにおいて、軸方向に発生する漏れ磁束の影響で、磁極部11c、11dの先端側の磁気飽和が顕著となる場合には、この磁気飽和による高調波を抑制するために、図5(B)に示すように中央部でのスキューの角度を小さくとり、端部のスキューの角度を大きくとることで、磁気飽和を緩和することができ、十分なスキュー効果を得ることが可能になる。
【0017】
又、図5(C)および図5(D)に示すように、スキューをジグザグ状に形成することにより、軸方向に発生するスラスト力を低減することができ、このスラスト力による振動、騒音を低減することが可能になり、さらに又、図5(E)に示すように磁極テイース部11eを、磁極部11c、11dのスキューの角度に対して異なるスキューの角度で形成するようにすれば、磁極テイース部11eのスキューにより磁極部11c、11dのスキューの角度を更に大きくすることができ、また、磁極部11c、11dと同じ角度でスキューさせる場合よりも、マグネットワイヤの所要量を低減させることが可能になる。
【0018】
実施の形態2.
図6はこの発明の実施の形態2におけるステータのコア部材の板状磁性部材をプレス打ち抜きにより形成する工程を示す平面図、図7は図6における板状磁性部材を積層して形成されるコア部材の製造装置の構成を示し、(A)は正面図、(B)は平面図、図8は図7に示す移動金型の構成を示す側面図である。
図において、上記実施の形態1におけると同様な部分は同一符号を付して説明を省略する。
【0019】
21、22は上、下に所定の間隔を介して配置される上台板および下台板、23はこれら両台板21、22間を図中矢印方向に搬送される鋼板、24はこの鋼板23の搬送方向上流側に配置され、上台板21に設置される上型24aおよび下台板22に設置される下型24bでなる第1の金型、25は鋼板23の搬送方向下流側に第1の金型24と所定の間隔を介して配置され、上台板21に設置される上型25aおよび下台板22に設置される下型25bでなる第2の金型である。
【0020】
26は両金型24、25間に配設される移動金型で、下台板22上に鋼板23の搬送方向を横切るように配置される一対のリニアガイド27と、これら両リニアガイド27を介して下台板22上に移動可能に配設される移動台28と、この移動台28と下台板22の間に配置され、下台板22側に固定子29aが、移動台28側に可動子29bがそれぞれ対向して固着されたリニアモータ29と、移動台28上に配置され下型30aおよび、クランクシャフト31を介してサーボモータ32により駆動される上型30bでなる金型30とで構成されている。
【0021】
次に、上記のように構成されるコア部材の製造装置の動作について図に基づき説明する。
まず、図示しない駆動源により上台板21が下降すると、第1の金型24により図6に矢印Aで示す位置において鋼板23上にパイロット穴32が、又、矢印Bで示す位置において抜きかしめ33が、又、矢印Cで示す位置において板状磁性部材11の連結部11aの輪郭を形成するためのV字状抜き穴34がそれぞれ形成され、第2の金型25により矢印Eで示す位置において、板状磁性部材11の輪郭を形成するための打ち抜き35が行われる。
【0022】
又、上記両金型24、25の動作に同期して、移動金型26のサーボモータ32が駆動されクランクシャフト31を介して上型30bが下降することによって、図6に矢印Dで示す位置において、板状磁性部材11の磁極部11c、11dの所定の突出長さの輪郭を形成するための台形状抜き穴36が形成される。そして、移動台28は磁極部11c、11dの突出長さの増減に応じて、リニアモータ29の駆動によりリニアガイド27に沿って順次図8に矢印で示す方向に移動することにより、それぞれお互いに突出長さが同じ長さだけ増減された磁極部11c、11dを有する板状磁性部材11が順次形成され、これら各板状磁性部材11は積層されて抜きかしめ33により固着一体化されて、上記実施の形態1において図2に示すように、相隣なる磁極部11c、11d間の隙間gが積層方向にスキューされたコア部材12が完成する。
【0023】
このように上記実施の形態2によれば、パイロット穴32、抜きかしめ33、V字状抜き穴34を形成する第1の金型24、および板状磁性部材11の輪郭を形成する第2の金型25とは別に、鋼板23の搬送方向を横切る方向、すなわち、ヨーク部11bの連結方向にリニアモータ29の駆動により移動する移動金型26を独立して設け、この移動により突出長さの異なる磁極部11c、11dを有する板状磁性部材11を順次形成しているので、高速移動および正確な位置決めが可能となり生産性の向上を図ることができることは勿論のこと、上型30b、下型30aの位置精度が確保され、リニアガイド27にかかる力もあまり大きくならないため、リニアモータ29の所要推力の低減および位置決め精度の向上が可能になる。
【0024】
実施の形態3.
図9はこの発明の実施の形態3におけるコア部材の製造装置の移動金型の構成を示す側面図である。
図において、上記実施の形態2におけると同様な部分は同一符号を付して説明を省略する。
【0025】
37は下台板22上に鋼板23の搬送方向を横切るように配置される一対のガイドレールで、移動台28を摺動可能に支持している。38は両ガイドレール37間に延在して配置されるネジ軸で、両端は軸受39により回転可能に支持されている。40は下台板22上に配設されカップリング41を介してネジ軸38に連結されるサーボモータ、42はネジ軸38に螺合されネジ軸38の回転により図中矢印方向に移動可能なネジ金具で、圧電素子43を介して移動台38に連結されている。そして、これら22、30、37ないし43で移動金型44が構成されている。
【0026】
このように上記実施の形態3によれば、移動台28とネジ金具42の連結を圧電素子43を介して行い、サーボモータ40によりネジ軸38を回転させ、ネジ金具42を移動させることにより移動台28をガイドレール37上で摺動させ、停止位置近傍の僅かな動きを圧電素子43で行うようにしているので、高い応答性と正確な位置決めを得ることができる。
【0027】
【発明の効果】
以上のように、この発明の請求項1によれば、屈曲可能な連結部を介して連結される複数のヨーク部と、各ヨーク部の連結方向の中央部からそれぞれ突出し、先端の両側に積層方向に順次互いに突出長さが同じ長さだけ増減するように磁極部が突出して形成される磁極テイース部とでなる複数の板状磁性部材を、順次積層することにより相隣なる磁極部間の隙間が積層方向にスキューされるように形成されるコア部材、およびコア部材の各磁極テイース部に巻回される複数のコイル部材を備え、各連結部を屈曲させることによりコア部材を環状にして構成したステータであって、コア部材の積層方向の中央部のスキューの角度を端部のスキューの角度より大きくしたので、コイル部材の巻回作業の容易化を図るとともに、組立の手間を省いて生産性の向上を図ることが可能なステータを提供することができる。
【0028】
又、この発明の請求項2によれば、屈曲可能な連結部を介して連結される複数のヨーク部と、各ヨーク部の連結方向の中央部からそれぞれ突出し、先端の両側に積層方向に順次互いに突出長さが同じ長さだけ増減するように磁極部が突出して形成される磁極テイース部とでなる複数の板状磁性部材を、順次積層することにより相隣なる磁極部間の隙間が積層方向にスキューされるように形成されるコア部材、およびコア部材の各磁極テイース部に巻回される複数のコイル部材を備え、各連結部を屈曲させることによりコア部材を環状にして構成されたステータであって、磁極テイース部が磁極部間の隙間のスキュー方向と同様な方向にスキューしたので、十分なスキュー効果を得ることが可能なステータを提供することができる。
【0029】
又、この発明の請求項3によれば、鋼板が搬送通過可能な間隔を介して配置された上台板および下台板と、鋼板搬送方向の上流側に配置され、且つ上台板に設置された上型および下台板に設置された下型からなり、鋼板にパイロット穴と抜きかしめとV字状抜き穴とを形成する第1の金型と、鋼板の搬送方向の下流側に第1の金型と所定の間隔を介して配置され、且つ上台板に設置された上型および下台板に設置された下型からなり、板状磁性部材の輪郭を形成する第2の金型と、第1の金型と第2の金型との間に配設された鋼板搬送方向を横切る方向に移動する移動金型とを備えたステータのコア部材の製造装置であって、移動金型が、下台板上に鋼板搬送方向を横切るように配設されたリニアガイドと、このリニアガイドを介して下台板上に移動可能に配設された移動台と、この移動台上に鋼板が搬送通過可能な間隔を介して配置された一対の上型および下型と、移動台が鋼板搬送方向を横切る方向に移動し、移動台に設けられた上型と下型とにより突出長さの異なる磁極部を有する板状磁性部材を順次形成する手段とを備えたので、高速移動および正確な位置決めができ、生産性の向上を図ることが可能なステータのコア部材の製造装置を提供することができる。
【0030】
又、この発明の請求項4によれば、請求項3において、移動金型の移動の駆動源としてリニアモータを用いたので、高速移動および正確な位置決めが可能なステータのコア部材の製造装置を提供することができる。
【0031】
又、この発明の請求項5によれば、請求項3において、移動金型の移動の位置決めに圧電素子を用いたので、高い応答性と正確な位置決めを得ることが可能なステータのコア部材の製造装置を提供することができる。
【0032】
又、この発明の請求項6によれば、請求項5記載のステータのコア部材の製造装置を用い、このステータのコア部材の製造装置における移動金型を、鋼板搬送方向に対して横切る方向に移動させ、移動金型に設けられた一対の上型と下型とにより、それぞれお互いに突出長さが同じ長さだけ増減された磁極部を有する板状磁性部材を順次形成する工程と、順次形成された板状磁性部材を順次積層してコア部材を形成する工程と、コア部材の各連結部を各磁極テイース部が外側となるように屈曲させて、各磁極テイース部にコイル部材を巻回する工程と、コア部材の各連結部を各磁極テイース部が内側となるように屈曲させて、コア部材を環状に形成する工程とを包含したので、コイル部材の巻回作業の容易化を図るとともに、組立の手間を省いて生産性の向上を図ることが可能なステータの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1におけるステータの構成を示す平面図である。
【図2】 図1におけるコア部材の構成を示し、(A)は平面図、(B)は正面図である。
【図3】 図2におけるコア部材を環状に形成した状態を示す斜視図である。
【図4】 図2におけるコア部材にコイル部材を巻回する状態を示す平面図である。
【図5】 この発明の実施の形態1におけるステータのコア部材の図2とは異なる構成を示す正面図である。
【図6】 この発明の実施の形態2におけるステータのコア部材の板状磁性部材をプレス打ち抜きにより形成する工程を示す平面図である。
【図7】 図6における板状磁性部材を積層して形成されるコア部材の製造装置の構成を示し、(A)は正面図、(B)は平面図である。
【図8】 図7に示す移動金型の構成を示す側面図である。
【図9】 この発明の実施の形態3におけるコア部材の製造装置の移動金型の構成を示す側面図である。
【図10】 従来のステータの構成を示す正面図である。
【図11】 図10における磁極テイースの構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
11 板状磁性部材、11a 連結部、11b ヨーク部、11c,11d 磁極部、
11e 磁極テイース部、12 コア部材、13 コイル部材、15 ステータ、
23 鋼板、24 第1の金型、25 第2の金型、26 移動金型、
29 リニアモータ、29a 固定子、29b 可動子、43 圧電素子。
Claims (6)
- 屈曲可能な連結部を介して連結される複数のヨーク部と、上記各ヨーク部の連結方向の中央部からそれぞれ突出し、先端の両側に積層方向に順次互いに突出長さが同じ長さだけ増減するように磁極部が突出して形成される磁極テイース部とでなる複数の板状磁性部材を、順次積層することにより相隣なる上記磁極部間の隙間が積層方向にスキューされるように形成されるコア部材、および上記コア部材の各磁極テイース部に巻回される複数のコイル部材を備え、上記各連結部を屈曲させることにより上記コア部材を環状にして構成されたステータであって、上記コア部材の積層方向の中央部のスキューの角度を端部のスキューの角度より大きくしていることを特徴とするステータ。
- 屈曲可能な連結部を介して連結される複数のヨーク部と、上記各ヨーク部の連結方向の中央部からそれぞれ突出し、先端の両側に積層方向に順次互いに突出長さが同じ長さだけ増減するように磁極部が突出して形成される磁極テイース部とでなる複数の板状磁性部材を、順次積層することにより相隣なる上記磁極部間の隙間が積層方向にスキューされるように形成されるコア部材、および上記コア部材の各磁極テイース部に巻回される複数のコイル部材を備え、上記各連結部を屈曲させることにより上記コア部材を環状にして構成されたステータであって、上記磁極テイース部が上記磁極部間の隙間のスキュー方向と同様な方向にスキューしていることを特徴とするステータ。
- 鋼板が搬送通過可能な間隔を介して配置された上台板および下台板と、鋼板搬送方向の上流側に配置され、且つ上記上台板に設置された上型および上記下台板に設置された下型からなり、上記鋼板にパイロット穴と抜きかしめとV字状抜き穴とを形成する第1の金型と、上記鋼板の搬送方向の下流側に上記第1の金型と所定の間隔を介して配置され、且つ上記上台板に設置された上型および上記下台板に設置された下型からなり、板状磁性部材の輪郭を形成する第2の金型と、上記第1の金型と上記第2の金型との間に配設された上記鋼板搬送方向を横切る方向に移動する移動金型とを備えたステータのコア部材の製造装置であって、上記移動金型が、上記下台板上に上記鋼板搬送方向を横切るように配設されたリニアガイドと、このリニアガイドを介して上記下台板上に移動可能に配設された移動台と、この移動台上に上記鋼板が搬送通過可能な間隔を介して配置された一対の上型および下型と、上記移動台が鋼板搬送方向を横切る方向に移動し、上記移動台に設けられた上型と下型とにより突出長さの異なる磁極部を有する板状磁性部材を順次形成する手段とを備えたことを特徴とするステータのコア部材の製造装置。
- 移動金型の移動の駆動源としてリニアモータを用いることを特徴とする請求項3記載のステータのコア部材の製造装置。
- 移動金型の移動の位置決めに圧電素子を用いたことを特徴とする請求項3記載のステータのコア部材の製造装置。
- 請求項5記載のステータのコア部材の製造装置を用い、このステータのコア部材の製造装置における移動金型を、鋼板搬送方向に対して横切る方向に移動させ、上記移動金型に設けられた一対の上型と下型とにより、それぞれお互いに突出長さが同じ長さだけ増減された磁極部を有する板状磁性部材を順次形成する工程と、上記順次形成された板状磁性部材を順次積層してコア部材を形成する工程と、上記コア部材の各連結部を各磁極テイース部が外側となるように屈曲させて、上記各磁極テイース部にコイル部材を巻回する工程と、上記コア部材の各連結部を上記各磁極テイース部が内側となるように屈曲させて、上記コア部材を環状に形成する工程とを包含したことを特徴とするステータの製造方法。
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