JP4121008B2 - 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 - Google Patents

Description

【０００１】
【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１０および図１１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、縁部同士が回転自在な連結手段を介して環状に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環状連結磁性部材を、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、磁極部間の隙間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角度より大きくしたものである。
【０００６】
この発明の請求項２に係るステータのコア部材の製造装置は、縁部同士が回転自在な連結手段を介して環状に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環状連結磁性部材を、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を製造する装置であって、
鋼板搬送方向の上流側に配置され、鋼板に環状連結磁性部材の磁極部の所定の突出長さの輪郭を形成するための切り抜き以外の、打ち抜き、切り曲げ、凹凸部の形成、抜きかしめを行う第１の金型と、
鋼板の搬送方向の下流側に配置され、鋼板に環状連結磁性部材の輪郭を形成するための打ち抜きを行う第２の金型と、
第１の金型と上記第２の金型との間に配設され、環状連結磁性部材の中心を中心としてヨーク部の連結方向に回転移動し、鋼板に環状連結磁性部材の磁極部の所定の突出長さの輪郭を形成するための切抜きを行う回転移動金型とを備えたものである。
【０００７】
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、請求項２において、回転移動金型の回転移動の駆動源としてリニアモータを用いるものである。
【０００８】
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２において、回転 移動金型の回転移動の位置決めに圧電素子を用いたものである。
【０００９】
この発明の請求項５に係るステータの製造方法は、請求項２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回転移動金型を、環状連結磁性部材の中心を中心としてヨーク部の連結方向に回転移動させ、それぞれ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環状連結磁性部材を順次形成する工程と、順次形成された環状連結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。
【００１０】
【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）は一部の正面図、（Ｃ）は要部の断面図、図３は図２におけるコア部材の構成を示す斜視図、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。
【００１１】
図において、１１は板状磁性材でなる複数のヨーク部で、それぞれ一端側裏表面に連結手段としての凹部１１ａおよび凸部１１ｃが形成されるとともに、その端面１１ｃはこれら凹、凸部１１ａ、１１ｂの中心を中心とした円弧状に形成され、他端側には相隣なるヨーク部１１の端面１１ｃと嵌合可能な端面１１ｄが形成されている。１２は各ヨーク部１１の連結方向の中央部からそれぞれ突出し、先端の両側に後述する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１２ａ、１２ｂが突出して形成される複数の磁極テイース部で、各ヨーク部１１と共に第１の環状連結磁性部材１３を構成している。
【００１２】
１４は各ヨーク部１１が第１の環状連結磁性部材１３とは、連結方向に互い違いに配列された第２の環状連結磁性部材で、第１の環状連結磁性部材１３と交互に各磁極部１２ａ、１２ｂの突出長さが例えば磁極部１２ａの側では増えるように、磁極部１２ｂ側では減るように順次積層され、積層方向に相隣なるヨーク部１１同士の凹部１１ａおよび凸部１１ｂが嵌合されることにより回転自在に連結され、コア部材１５が構成される。１６はコア部材１５の各磁極テイース部１２にそれぞれ巻回される複数のコイル部材で、図４に示すように凹、凸部１１ａ、１１ｂを回転させ、各磁極テイース部１２が外側となるような状態で、巻線機１７により巻回されている。１８は各コイル部材１６が巻回されたコア部材１５を、上記とは逆に各磁極テイース部１２が内側となるように凹、凸部１１ａ、１１ｂを回転させて環状に形成されるステータである。
【００１３】
このように上記実施の形態１によれば、回転可能な凹、凸部１１ａ、１１ｂを介して連結される複数のヨーク部１１と、先端両側に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１２ａ、１２ｂを有する磁極テイース部１２とでなり、連結方向に互い違いに配列された第１および第２の環状連結磁性部材１３、１４を、順次積層して相隣なる磁極部１２ａ、１２ｂ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１５を構成し、各凹、凸部１１ａ、１１ｂを回転させることにより、コア部材１５を各磁極テイース部１２が外側となるような状態にしてコイル部材１６を巻回した後、上記とは逆に各磁極テイース部１２が内側となるように回転させて環状とすることにより、ステータ１８を得るようにしているので、コイル部材１６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。
【００１４】
なお、上記構成では相隣なる磁極部１２ａ、１２ｂ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１５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。
【００１５】
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１２ａ、１２ｂ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。
【００１６】
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１２を、磁極部１２ａ、１２ｂ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１２のスキューにより磁極部１２ａ、１２ｂ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１２ａ、１２ｂ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。
【００１７】
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環状連結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における環状連結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に示す回転移動金型の構成を示す側面図、図９は図８における回転移動金型の要部の構成を示す平面図である。
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。
【００１８】
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。
【００１９】
２６は両金型２４、２５間に鋼板２３を横切るように配設される回転移動金型で、下台板２２上の鋼板２３の幅方向中央部と対応する位置に配設されるスラスト軸受２７と、下台板２２上の鋼板２３を横切る方向の両外側に、スラスト軸受２７の中心を中心とした円弧状にそれぞれ配設される一対の円弧状ガイド２８と、スラスト軸受２７により下台板２２上に支承され、両円弧状ガイド２８に案内されてスラスト軸受２７を中心に回転移動する回転移動台２９と、この回転移動台２９と下台板２２の間に配置され、下台板２２側に固定子３０ａが、回転移動台２９側に可動子３０ｂがそれぞれ対向して固着されたリニアモータ３０と、回転移動台２９上に配置され、下型３１ａおよびクランクシャフト３２を介してサーボモータ３３に駆動される上型３１ｂでなる金型３１とで構成されている。
【００２０】
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上にパイロット穴の形成３４が、又、矢印Ｂで示す位置においてロータ（図示せず）を形成するための打ち抜き３５が、又、矢印Ｃで示す位置においてヨーク部および磁極テイース部の各輪郭を形成するための打ち抜き３６、３７が、又、矢印ＤおよびＥで示す位置において、それぞれ第１および第２の環状連結磁性部材の各ヨーク部の端面の輪郭を形成するための切り曲げ３８、３９が、又、矢印ＦおよびＧで示す位置において、それぞれ第１および第２の環状連結磁性部材の凹、凸部の形成４０、４２および抜きかしめ４１、４３がそれぞれ行われ、第２の金型２５により矢印Ｉで示す位置において、両環状連結磁性部材の輪郭を形成するための打ち抜き４４が行われる。
【００２１】
又、上記両金型２４、２５の動作に同期して、回転移動金型２６のサーボモータ３３が駆動されクランクシャフト３２を介して上型３１ｂが下降することによって、図６に矢印Ｈで示す位置において、両環状連結磁性部材の磁極部の所定の突出長さの輪郭を形成するための切り抜き４５が行われる。そして、回転移動台２９は磁極部の突出長さの増減に応じて、リニアモータ３０の駆動によりスラスト軸受２７を中心として、円弧状ガイド２８に案内され順次図９に矢印で示す方向に回転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を有する第１および第２の環状連結磁性部材が順次交互に形成され、これら両環状連結磁性部材は積層された抜きかしめ４１、４３により固着一体化され、上記実施の形態１において図２に示すように、相隣なる磁極部間の隙間ｇが積層方向にスキューされたコア部材が完成する。
【００２２】
このように上記実施の形態２によれば、パイロット穴の形成３４、打ち抜き３５、３６、３７、切り曲げ３８、３９、凹、凸部の形成４０、４２、抜きかしめ４、４３を行う第１の金型２４、および打ち抜き４４を行う第２の金型２５とは別に、両環状連結磁性部材の環状の中心を中心として、ヨーク部の連結方向にリニアモータ３０の駆動により回転移動する回転移動金型２１を独立して設け、この移動により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両環状連結磁性部材を交互に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３１ｂ、下型３１ａの位置精度が確保され、円弧状ガイド２８にかかる力もあまり大きくならないため、リニアモータ３０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。
【００２３】
なお、上記構成では回転移動金型２６の回転移動の駆動源として、リニアモータ３０を適用し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、他の駆動源により回転移動させるようにしても良い。そしてこの場合、停止位置近傍の僅かな動きを圧電素子で行うようにすれば、高い応答性と正確な位置決めを可能にすることができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように、この発明の請求項１によれば、縁部同士が回転自在な連結手段を介して環状に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環状連結磁性部材を、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、磁極部間の隙間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。
【００２５】
又、この発明の請求項２によれば、縁部同士が回転自在な連結手段を介して環状に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環状連結磁性部材を、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を製造する装置であって、鋼板搬送方向の上流側に配置され、鋼板に環状連結磁性部材の磁極部の所定の突出長さの輪郭を形成するための切り抜き以外の、打ち抜き、切り曲げ、凹凸部の形成、抜きかしめを行う第１の金型と、鋼板の搬送方向の下流側に配置され、鋼板に環状連結磁性部材の輪郭を形成するための打ち抜きを行う第２の金型と、第１の金型と上記第２の金型との間に配設され、環状連結磁性部材の中心を中心としてヨーク部の連結方向に回転移動し、鋼板に環状連結磁性部材の磁極部の所定の突出長さの輪郭を形成するための切抜きを行う回転移動金型とを備えたので、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。
【００２６】
又、この発明の請求項３によれば、請求項２において、回転移動金型の回転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。
【００２７】
又、この発明の請求項４によれば、請求項２において、回転移動金型の回転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。
【００２８】
この発明の請求項５によれば、請求項２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回転移動金型を、環状連結磁性部材の中心を中心としてヨーク部の連結方向に回転移動させ、それぞれ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環状連結磁性部材を順次形成する工程と、順次形成された環状連結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備えたので、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）は正面図、（Ｂ）は一部の正面図、（Ｃ）は要部の断面図である。
【図３】 図２におけるコア部材の構成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環状連結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における環状連結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に示す回転移動金型の構成を示す側面図である。
【図９】 図８における回転移動金型の要部の構成を示す平面図である。
【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 ヨーク部、１１ａ 凹部、１１ｂ 凸部、１１ｃ，１１ｄ 端面、
１２ 磁極テイース部、１２ａ，１２ｂ 磁極部、１３ 第１の環状連結磁性部材、
１４ 第２の環状連結磁性部材、１５ コア部材、１６ コイル部材、１８ ステータ、
２３ 鋼板、２４ 第１の金型、２５ 第２の金型、２６ 回転移動金型、
２８ 円弧状ガイド、３０ リニアモータ、３３ サーボモータ。

Claims (5)

1. 縁部同士が回転自在な連結手段を介して環状に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環状連結磁性部材を、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、上記磁極部間の隙間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角度より大きくしていることを特徴とするステータ。
2. 縁部同士が回転自在な連結手段を介して環状に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環状連結磁性部材を、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を製造する装置であって、
   鋼板搬送方向の上流側に配置され、上記鋼板に上記環状連結磁性部材の磁極部の所定の突出長さの輪郭を形成するための切り抜き以外の、打ち抜き、切り曲げ、凹凸部の形成、抜きかしめを行う第１の金型と、
   上記鋼板の搬送方向の下流側に配置され、上記鋼板に上記環状連結磁性部材の輪郭を形成するための打ち抜きを行う第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、上記環状連結磁性部材の中心を中心として上記ヨーク部の連結方向に回転移動し、上記鋼板に上記環状連結磁性部材の磁極部の所定の突出長さの輪郭を形成するための切抜きを行う回転移動金型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。
3. 上記回転移動金型の回転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２記載のステータのコア部材の製造装置。
4. 上記回転移動金型の回転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２記載のステータのコア部材の製造装置。
5. 請求項２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回転移動金型を、上記環状連結磁性部材の中心を中心として上記ヨーク部の連結方向に回転移動させ、それぞれ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上記環状連結磁性部材を順次形成する工程と、上記順次形成された上記環状連結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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