JP4861985B2 - 電動機、回転電機及びそのステータ、並びにこのステータの製造方法 - Google Patents
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Description
本願は、2005年5月6日に日本に出願された特願2005−134783号及び2006年3月13日に日本に出願された特願2006−67353号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
ここで、固定子鉄心を分割可能に構成すると、分割したそれぞれの積層鉄心片に対してコイルを巻装できるので線積率を向上させることができる。積層鉄心片は、周方向の一方の端部に嵌合用の凸部が設けられ、他方の端部に嵌合用の凹部が設けられている。固定子を製造するときには、プレス抜きした鉄心片をスキューさせながら積層して積層鉄心片を製造する。積層鉄心片はコイルを巻装した後に、円形になるように嵌合用の凸部と凹部と周方向に組み合される。さらに、接合部を溶接すると積層鉄心片が環状の固定子鉄心になる(例えば、特許文献1参照)。
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、スキューさせた分割式の固定子鉄心の生産性や品質を向上させることを第一の目的とする。
例えば、当該ステータをモータに使用する場合、磁気バランスの乱れにより、コギングトルクが大きくなるという問題が生じる。特に、モータを電動パワーステアリング装置の駆動源として用いる場合、コギングが大きくなると、それがハンドルを介して運転者に伝わり、操舵フィーリングが低下する可能性があり、その改善が求められていた。
この電動機では、分割式の固定子鉄心を各積層鉄心片に分割する力が働いたときに、スキューすることで凸部又は凹部の移動方向がずれることを利用し、そのような移動方向で凸部と凹部を干渉させて係合力を発生させる。
この電動機では、突起部が、突起部に干渉可能に形成された端部に干渉することで係合力が発生する。
この電動機では、積層鉄心片の積層中心を基準にした場合に、両端部においても凸部と凹部を干渉させることができる。
この電動機では、干渉部が内周側と外周側のそれぞれに設けられているので、積層鉄心片の周方向の両端部のそれぞれで係合力が発生する。この係合力は、互いに反力として作用するので、固定子鉄心の形状を保持し易くなる。
この電動機では、周方向には、干渉部が作用させずに凸部と凹部とを引き離すことができる。
従って、分割コアユニット間の段差や不均等な隙間を防止できる。
3 固定子
10 固定子鉄心
30 積層鉄心片
45,61,71 凸部
47A,61A,71A 角部
48,62,72 突起部(干渉部)
50 凹部
53,67,77 干渉部(端部)
C1,C2,C3,C4 仮想線
α スキュー角
101 ブラシレスモータ(回転電機)
102 ケース
103,113,152 ステータ
104 ロータ
105 回転軸
106 ロータコア
107 永久磁石
108,112 軸受
109 回転角度検出手段
110 ロータ
111 ブラケット
114,155 コイル
115,158 巻線
116 ターミナル
117,159 スキュー
121,151 ステータセグメント
122,157 コアピース
122a 外周側部
122b ティース
123,153 分割コアユニット(積層鉄心片)
124,154 インシュレータ
125 スロット
126,126a,126b 接合部
131 ピースプレート(プレート部材)
132 電磁鋼板(鋼板部材)
133 ボス
134 スロット形成部
135 内径部
136 角孔
137 接合線
138 接合面
139 ポンチ
141 フラットポンチ
142 フラットダイス
143 外嵌片
144 内嵌片
145 ステータコア
145a 上面
146 ユニット番号(配置表示)
156 電磁鋼板
図1に示すように、電動機1は、ハウジング2に圧入された固定子3と回転子4とを有するブラシレスタイプの電動機である。
ハウジング2は、有底筒形状を有し、筒状部分の内周に固定子3が圧入されている。ハウジング2のエンド部(底部)2Aは、中央部分に軸受け5を圧入してある。この軸受け5には、回転子4の回転軸6が回転自在に支持されている。ハウジング2の開口部は、ブラケット7で閉鎖されている。
固定子3は、略環状の固定子鉄心10を有し、固定子鉄心10にインシュレータ11を装着してからコイル12を巻装してある。
回転子は、回転軸6に磁石13と、位置検出用のレゾルバ14のレゾルバ回転子14Aとを順番に配置してある。磁石13は、周方向に磁極が順番に変わるように着磁されている。
積層鉄心片30は、金属製の鉄心片を積層して製造されており、積層方向の中心に対して下端部と上端部がそれぞれα/2だけ周方向にずれた位置に配置される。図2及び図4に示すように、積層鉄心片30の上端部は、中央部分に対して反時計回りにα/2だけ周方向にずれている。図2及び図5に示すように、積層鉄心片30の下端部は、中央部分に対して時計回りにα/2だけ周方向にずれた位置に配置される。
外周側の突起部48は、先端部47の角部47Aと基端部46を結ぶ仮想線よりも径方向外側に膨出している。より詳細には、角部47Aと基端部46を結ぶ仮想線は、基端部46に向けて開くような傾斜を有し、その傾斜角度は、周方向の接線に対してスキュー角の半分(α/2)よりも大きい角度を有する。つまり、外周側の突起部48は、凸部45の先端部47の外周側の角部47Aを通り、周方向の接線に対して角度でα/2で開くように傾斜する仮想線C1よりも外周側に設けられている。
同様に、内周側の突起部48は、凸部45の先端部47の内周側の角部47Aを通り、周方向の接線に対して角度でα/2で開くように傾斜する仮想線C2よりも内周側に設けられている。
電動機1を製造するときには、金属板から鉄心片を積層鉄心片30の形状に合わせて打ち抜く。鉄心片には、例えば、積層方向に凹部や凸部が設けられており、鉄心片同士の凹部と凸部をスキューさせながら嵌合させると、多数の鉄心片が積層されて積層鉄心片30になる。そして、図2に示すように、積層鉄心片30の連結部同士を結合して固定子鉄心10を形成する。
図3に示す長さ方向の中心部では、力AR1は、径方向L1と略平行に作用する。その結果、連結部40,41には、凸部45と凹部50を周方向に引き離す力FDが作用する。このとき、突起部48と干渉部53は、周方向に略沿った形状になっており、互いに干渉しないので、結合力は働かない。
他方の連結部41では、内側の干渉部53が他の積層鉄心片30の突起部48に干渉して周方向に対してα/2だけ内向きに押される。これによって、他方の連結部41には、矢印F1´で示す結合力が生じる。この結合力は、前記した力F1と大きさに等しく、向きが反対(つまり反力)である。したがって、積層鉄心片30の上端部では、2つの連結部40,41の間で結合力が相殺される。
他方の連結部41では、外側の干渉部53が他の積層鉄心片30の突起部48に干渉して周方向にα/2だけ外向きに押される。これによって、他方の連結部41には、矢印F2´で示す結合力が生じる。この結合力は、前記した力F2と大きさに等しく、向きが反対(つまり反力)である。したがって、積層鉄心片30の下端部では、2つの連結部40,41の間で結合力が相殺される。
図8に示す連結部60は、周方向で係合する凸部61の長さが短くなっており、付き当て面40A,40Bから突起部62(干渉部)に至るまでの間に幅を減少させるように凹部63が形成されている。突起部62は、外周側と内周側のそれぞれに形成されており、嵌入方向の凸部61先端の角部61Aを通り、嵌入方向に向かって閉じる仮想線よりも外側又は内側に膨出している。
連結部60に連結される連結部65は、凹部を形成する腕部66を有する。腕部66の開放端66A側には、干渉部67が連結部60の凹部63の形状に対応して形成されている。この干渉部67は、連結部60の突起部62の頂部を通り、受け入れ方向に向けて閉じるようにα/2で傾斜する仮想線よりも内側に膨出している。
この連結部60,65では、スキュー角によって連結部60,65の移動方向が周方向からずれたときに突起部62と干渉部67とが干渉して係合力を発生させる。この係合力が各積層鉄心片30の両端部で相殺することで固定子鉄心10の形状が保持される。さらに、干渉部67を弾性変形させる力が作用したときには、連結が解除される。矢印で示す突起部62の移動経路と干渉部67の周縁とで囲まれる領域が突起部62と干渉部67の干渉領域R2になる。この干渉領域R2の面積は前記した実施の形態の干渉領域に比べて小さいが、干渉部67が凸部61に入り込んでいるので係合が強固になる。したがって、前記した構成に比べて積層鉄心片30に分割し難くすることができる。
連結部70に連結される連結部75は、凹部を形成する腕部76を有する。腕部76の開放端76A側には、干渉部77が連結部70の形状に対応して形成されている。内周側の干渉部77は、連結部70の突起部72を通り、受け入れ方向に向けて閉じるようにα/2で傾斜する仮想線よりも外側に膨出している。
この連結部70,75では、スキュー角によって連結部70,75の移動方向が周方向からずれたときに突起部72と干渉部77とが干渉して係合力を発生させる。この係合力が各積層鉄心片30の両端部で相殺することで固定子鉄心10の形状が保持される。さらに、干渉部77を弾性変形させる力が作用したときには、連結が解除される。連結部70,75に複雑な凹凸を有しない形状であっても、連結部40,41と同様の効果が得られる。
例えば、前述の実施例では、本発明のステータや回転電機をパワーステアリング装置の駆動源であるブラシレスモータに使用する例を示したが、その用途やモータの形態はこれには限定されない。すなわち、本発明をパワースライドドアやワイパ装置、パワーウインドなどの車載電装製品の駆動源や、その他の電気製品に使用されるモータ等の回転電機に適用することも可能である。また、ブラシレスモータのみならず、ブラシ付きモータに本発明を適用することも可能である。
Claims (16)
- 鉄心片をスキューさせながら積層した積層鉄心片を環状に組み合わせて形成される固定子鉄心を有する電動機であって、
前記積層鉄心片の周方向の一方の端部に凸部を設け、周方向の他方の端部に凹部を他の前記積層鉄心片の前記凸部に周方向で連結可能に設け、前記凸部と前記凹部には前記積層鉄心片がスキューしていることで前記凸部と前記凹部を引き離す力が周方向からずれたときに前記凸部と前記凹部とを干渉させる干渉部を有する電動機。 - 前記干渉部は、前記凸部の先端から基端に至るまでの間で一部を膨出させた突起部と、前記凹部に前記突起部に対応して形成した端部とである請求項1に記載の電動機。
- 前記突起部は、前記凸部の先端の角部を通り、周方向に対してスキュー角の半分の角度だけ前記凸部の基端側に向けて開くように傾斜した仮想線よりも突出している請求項2に記載の電動機。
- 前記干渉部は、前記凸部及び前記凹部のそれぞれの内周側と外周側に形成されている請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の電動機。
- 前記干渉部は、前記凸部と前記凹部とを周方向に移動させたときには干渉しない形状を有する請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の電動機。
- 前記電動機が、永久磁石を備えたロータと、このロータの外周側に配設されたステータとを備えた回転電機であって、前記ステータが、周方向に沿って環状に配置された複数個の積層鉄心片を備える請求項1に記載の電動機。
- 個々の前記積層鉄心片は複数枚のコアピースを積層して形成される請求項6に記載の電動機。
- 前記積層鉄心片は、環状のプレート部材を複数枚積層して形成したステータコアを周方向に沿って分割して形成され、前記ステータは、同一の前記ステータコアから分割形成され個別に巻線が巻装された前記積層鉄心片同士を分割時と同じ組み合わせで再接合させてなる請求項6に記載の回転電機のステータ。
- 前記積層鉄心片は、分割時の組み合わせ状態を示す配置表示を有する請求項8に記載の回転電機のステータ。
- 前記積層鉄心片は、前記コアピースを周方向に沿って接合させた環状のプレート部材を複数枚積層して形成したステータコアを周方向に沿って分割して形成され、前記コアピースは、前記プレート部材を形成する鋼板部材を一方の面側から半抜きした後、他方の面側から押圧することにより前記鋼板部材から切断形成される接合部を有し、該接合部により隣接する前記コアピース同士が接合される請求項7に記載の回転電機のステータ。
- 前記接合部は、隣接する前記コアピースが着脱自在な嵌合部を有する請求項10に記載の回転電機のステータ。
- 前記鋼板部材の前記接合部形成部位に隣接して切断補助孔を設けた請求項10又は11に記載の回転電機のステータ。
- 環状のプレート部材を複数枚積層して形成したステータコアを周方向に沿って分割して前記積層鉄心片を形成し、前記積層鉄心片に対し個別に巻線を巻装した後、同一の前記ステータコアから分割形成された前記積層鉄心片同士を分割時と同じ組み合わせで再接合させて前記ステータを形成する請求項6に記載の回転電機のステータの製造方法。
- 前記コアピースを周方向に沿って接合させた環状のプレート部材を鋼板部材から打ち抜き形成すると共に、前記鋼板部材を一方の面側から半抜きした後、他方の面側から押圧することにより、隣接する前記コアピースの間に前記コアピース同士を接合する接合部を前記鋼板部材から切断形成し、前記プレート部材を複数枚積層して前記ステータコアを形成し、前記ステータコアを分割して前記積層鉄心片を形成する請求項7に記載の回転電機のステータの製造方法。
- 前記分割コアユニットは、環状のプレート部材を複数枚積層して形成したステータコアを周方向に沿って分割して形成され、前記ステータは、同一の前記ステータコアから分割形成され個別に巻線が巻装された前記積層鉄心片同士を分割時と同じ組み合わせで再接合させてなる請求項6に記載の回転電機。
- 前記分割コアユニットは、前記コアピースを周方向に沿って接合させた環状のプレート部材を複数枚積層して形成したステータコアを周方向に沿って分割して形成され、前記コアピースは、前記プレート部材を形成する鋼板部材を一方の面側から半抜きした後、他方の面側から押圧することにより前記鋼板部材から切断形成される接合部を有し、該接合部により隣接する前記コアピース同士が接合される請求項7に記載の回転電機。
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