JP5300049B2 - ステータコア、ステータおよびモータ - Google Patents

Description

本発明は、ステータコア、ステータおよびモータに関するものである。

従来、磁性鋼板からなるステータコアのティースにコイルを巻きつけた複数のステータユニットを板厚方向に重ね合わせて構成されたステータ構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。各ステータユニットのティースは他のステータユニットのティースとは異なる位相位置に配置されているので、各ステータコアのティースにコイルを巻きつける際のティース間隔を広く確保して巻きつけ作業を容易にすることができる。
このような従来のモータは、ステータを組立てる際に、組立て治具や別部材を用いて一対のステータユニットと一対のステータユニットとを重ね合せるようになっている。

特開２００２−３６９４２１号公報

しかしながら、組立て治具や別部材を用いてステータを組立てるのでは、大量の組立て治具が必要になるとともに、生産ラインもバッチ工程となり、コストが増大したり生産効率が低下したりする問題がある。また、ステータが精度よく組み合わされていない場合には、芯ずれが生じて磁気振動が大きくなったり、ステータユニットの周方向にずれが生じてコギングが発生し易くなったりする問題がある。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、組立て治具等を用いることなく簡易かつ精度よく組立てることができるステータコア、ステータおよびモータを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、周方向に延びるコアバックと、該コアバックから半径方向に延び、周方向に間隔をあけて複数配列されたティースとを備え、該ティースの位相をずらして板厚方向に積層される平板状の複数のコアユニットを備え、積層方向に隣接する前記コアユニットの少なくとも一方には、前記コアバックどうしを重ね合わせた状態で他方の前記コアユニットを周方向および半径方向に突き当てる突当て部が設けられ、該突当て部の前記周方向の側面が、他方の前記コアユニットのティースの側面に当接するステータコアを提供する。

本発明によれば、ティースが相互に異なる位相位置に配置されたコアユニットどうしを重ね合せられるので、コアユニットのティースにコイルを巻きつける際のティース間隔を広く確保して巻きつけ作業を容易にすることができる。また、積層方向に隣接するコアユニットどうしは、突当て部により周方向および半径方向が互いに突き当てられた状態で重ね合わせられるので、組立治具等を用いることなく簡易に位置決めして精度よく組立てることができる。

上記発明においては、前記突当て部が、プレス加工により前記コアバックの厚さ方向に形成された段部、または、該段部に突き当たる端面であることとしてもよい。

このような構成によれば、コアバックを重ね合せる際に、コアバックどうしに形成された段部どうしまたは段部と端面とを突き当てるだけで、コアユニットを位置決め状態に組立てることができる。また、段部をプレス加工により形成するので、コアユニットを鋼板から打ち抜く工程において同時に段部を形成でき、簡易かつ安価にステータコアを構成することができる。

本発明は、上記いずれかのステータコアと、該ステータコアの少なくとも１つのコアユニットの前記ティースに巻かれたコイルとを備えるステータを提供する。
本発明によれば、コイルに通電することによりティースが励磁されて発生する磁束のばらつきを抑制することができる。

本発明は、上記ステータと、該ステータの前記ティースの先端に対向させる磁極を周方向に交互に配列してなるマグネットを有し、前記ステータに対して、その中心軸回りに回転可能に支持されたロータとを備えるモータを提供する。

本発明によれば、ステータ全体に発生する磁束のばらつきを抑制するので、ロータに対し安定した磁気吸引力または磁気反発力または磁気反発力を作用させて、少ない振動で安定して回転させることができる。

上記発明においては、前記ティースが、前記コアバックから半径方向内方に延び、前記マグネットが、前記ティースの半径方向内方に間隙をあけて対向していることとしてもよい。

本発明によれば、組立て治具等を用いることなく簡易かつ精度よく組立てることができるという効果を奏する。

〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態に係るステータコア１、ステータ１０およびモータ１００について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係るモータ１００は、図１に示されるように、円環状のステータ１０と、ステータ１０の半径方向内方に配置されるロータ５０とを備えている。

ステータ１０は、例えば、周方向に等間隔をあけて配置される１８本のティース３ａ，３ｂを有するステータコア１と、ステータコア１のティース３ａ，３ｂのうち、等間隔をあけた９本のティース３ａに巻かれたコイル５とを備えている。

ステータコア１は、図２に示されるように、円環状のコアバック７ａ，７ｂと、コアバック７ａ，７ｂから半径方向内方に延び、周方向に等間隔をあけて配列された９本のティース３ａ，３ｂとを備える２枚の平板状のコアユニット９Ａ，９Ｂが板厚方向に積層されて構成されている。これらコアユニット９Ａ，９Ｂは、各ティース３ａ，３ｂの位相をずらして、コアバック７ａ，７ｂどうしを重ね合せるように組合せられている。

コアバック７ａ，７ｂは互いに外径寸法がほぼ等しく、コアバック７ａの方がコアバック７ｂより大きい内径寸法を有している。
コアバック７ｂは、厚さ方向に突出する複数の段部（突当て部）１１を備えている。段部１１は、コアバック７ａ，７ｂどうしを重ね合わせた状態でコアユニット９Ａを周方向および半径方向に突き当てるものである。

この段部１１は、コアバック７ｂの内周に沿って設けられ、各ティース３ａ間にティース３ａの幅寸法とほぼ同寸法の間隔、または、それより若干狭い間隔をあけて２個ずつ配置されている。したがって、ステータ１０が組立てられた状態では、軽圧入または圧入等により、各ティース３ａ間の段部１１の間にティース３ａの基端部が嵌め込まれている。

また、各段部１１は、コアバック７ｂの中心からの距離がコアバック７ａの内径の半径寸法とほぼ同寸法の位置、または、それより若干外側の位置に配置されている。したがって、ステータ１０が組立てられた状態では、軽圧入または圧入等により、コアバック７ａの内周にコアバック７ｂの段部１１が嵌め込まれている。
なお、段部１１は、例えば、プレス加工により形成されている。プレス加工により、コアユニット９Ｂを鋼板から打ち抜く工程において同時に段部１１を形成することができる。

ロータ５０は、ステータ１０の中心位置に配置され、その中心軸線回りにステータ１０に対して回転可能に支持された円柱状部材５２の外周部に、半径方向外方に向かう磁極を周方向に交互に異ならせて円環状に配列された永久磁石５４を備えている。永久磁石５４の外周面とステータ１０の各ティース３ａ，３ｂの先端面との間には微小空隙が形成されている。

このように構成された本実施形態に係るステータ１０の組立て方法およびモータ１００の作用について、以下に説明する。
まず、ステータ１０の組立て方法について説明する。
コアユニット９Ａの各ティース３ａにそれぞれコイル５を巻きつけ、コアユニット９Ａとコアユニット９Ｂとをティース３ａ，３ｂの位相をずらして板厚方向に重ねる。
コアユニット９Ａ，９Ｂどうしを重ね合せることとしたことで、例えば、１８本のティースを備えるコアユニットにコイルを巻きつける場合に比べて、コアユニット３Ａのティース３ａにコイル５を巻きつける際のティース間隔を広く確保して巻きつけ作業を容易にすることができる。

そして、ティース３ａの基端部の両側面（端面）およびコアバック７ａの内周面がそれぞれ段部１１に突き当てられるように、コアバック７ａ，７ｂどうしを軽圧入または圧入等により嵌め合わせて固定する。

この場合に、ティース３ａの基端部の両側面を段部１１に突き当てることにより、コアユニットＡの周方向を位置決めするとともに、コアバック７ａの内周面を段部１１に突き当てることにより、コアユニットＡの半径方向を位置決めすることができる。したがって、コアユニット９Ａのティース３ａとコアユニット９Ｂのティース３ｂとを周方向に交互に配置した状態で精度よくステータ１０を組立てることができる。

次に、モータ１００の作用について説明する。
本実施形態に係るモータ１００において、ステータ１０に対してロータ５０を回転させる場合、コアユニット９Ａのティース３ａに巻かれたコイル５に通電することにより、通電されたコイル５の巻かれているティース３ａを励磁する。そして、通電するコイル５を周方向に順次切り替えていく。

これにより、ティース３ａの半径方向内方に微小空隙をあけて対向している永久磁石５４から、隣接するティース３ｂおよびコアバック７ａ，７ｂを介した磁気回路が形成される。そして、ティース３ａと永久磁石５４との磁気中心のずれに基づく磁気吸引力または磁気反発力により、ロータ５０が回転させられる。

以上説明したように、本実施形態に係るステータコア１、ステータ１０およびモータ１００によれば、組立治具や別部材を用いることなく、段部１１により、積層方向に隣接するコアユニット９Ａ，９Ｂの周方向および半径方向を簡易に位置決めしてステータ１０を精度よく組立てることができる。また、組立て治具や別部材を用いてステータ１０を組立てる場合に比べ、大量の組立て治具等が不要であるとともにライン工程を組むことができ、コストの低減および生産効率の向上を図ることができる。

また、コアバック７ａ，７ｂどうしを軽圧入または圧入等により嵌め合わせることで、コアユニット９Ａ，９Ｂの周方向および半径方向の移動を規制することができる。これにより、ティース３ａ，３ｂと永久磁石５４との対向面の真円度を向上させ、磁気振動を小さくすることができる。また、周方向の位置精度を向上させ、コギングを小さくすることができる。

〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態に係るステータコア２０１、ステータ２１０およびモータ２００について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係る転がりモータ２００は、図３に示すように、ステータコア２０１の１８本のティース３ａ，３ｂのうち、周方向に２本のティース３ｂおきに配置された６本のティース３ａにコイル５が巻かれている点で第１の実施形態と異なる。
以下、第１の実施形態に係るステータコア１、ステータ１０およびモータ１００と構成を共通する箇所には、同一符号を付して説明を省略する。

ステータコア２０１は、図４に示すように、円環状のコアバック７ａを備えるコアユニット２０９Ａと、円弧状のコアバック２０７ｂが周方向に６つ配置されてほぼ円環状となるように構成されたコアユニット２０９Ｂとが板厚方向に積層されて構成されている。

コアユニット２０９Ａは、６本のティース３ａを備えている。
コアユニット２０９Ｂは、コアバック２０７ｂごとに、円弧の両端からそれぞれ半径方向内方に延びる２本のティース３ｂを備えている。
これらコアユニット２０９Ａ，２０９Ｂは、各コアバック２０７ｂのティース３ｂ間に１本のティース３ａを配置してコアバック７ａ，２０７ｂどうしを重ね合わせるように組合せられている。

各コアバック２０７ｂは、図５および図６に示すように、内側の円弧に沿って厚さ方向に突出する内周縁段部（突当て部）２１１ａと、外側の円弧に沿って厚さ方向に突出する外周縁段部（突当て部）２１１ｂとを備えている。

内周縁段部２１１ａは、２本のティース３ｂ間にティース３ａの幅寸法とほぼ同寸法の間隔、または、それより若干狭い間隔をあけて２個ずつ配置されている。
また、内周縁段部２１１ａおよび外周縁段部２１５ｂは、コアバック７ａの内外径間の幅寸法とほぼ同寸法の間隔、または、それより若干狭い間隔をあけて配置されている。

このステータ２１０においては、軽圧入または圧入等により、各コアバック２０７ｂの内周縁段部２１１ａ間にティース３ａの基端部が嵌め込まれているとともに、内周縁段部２１１ａと外周縁段部２１５ｂとの間にコアバック７ａが嵌め込まれている。

また、ステータ２１０を組立てる際には、各コアバック２０７ｂの内周縁段部２１１ａがそれぞれティース３ａの基端部の両側面に突き当てられることにより、コアユニット２０９Ｂの周方向が位置決めされる。また、内周縁段部２１１ａおよび外周縁段部２１５ｂがそれぞれコアバック７ａの内周面および外周面（端面）に突き当てられることにより、コアユニット２０９Ｂの半径方向が位置決めされる。

すなわち、ステータコア２０１においては、コアユニット２０９Ａの各ティース３ａの基端部の両側面およびコアバック７ａの内周面および外周面がそれぞれ突当て部として機能するようになっている。

以上説明したように、本実施形態に係るステータコア２０１、ステータ２１０およびモータ２００によれば、ティース３ａの基端部の両側面により各コアバック２０７ｂの周方向を位置決めするとともに、コアバック７ａの内周面および外周面により各コアバック２０７ｂの半径方向を位置決めすることができ、コアユニット２０９Ａ，２０９Ｂのティース３ａ，３ｂの位相をずらして簡易かつ精度よくステータ２１０を組立てることができる。また、コアバック２０７ｂを軽圧入または圧入等によりコアバック７ａに嵌め合わせることで、コアユニット２０９Ｂの周方向および半径方向の移動を規制することができる。

なお、本実施形態は以下のように変形することができる。
例えば、本実施形態においては、コアユニット２０９Ｂの各コアバック２０７ｂが内周縁段部２１１ａおよび外周縁段部２１５ｂを備えることとしたが、これに代えて、図７に示すように、ステータ３１０において、コアユニット３０９Ａが、コアユニット３０９Ｂの周方向および半径方向を位置決めする周方向段部３１１ａおよび径方向段部３１１ｂを備えることとしてもよい。

この場合、図８に示すように、例えばプレス加工により、コアバック３０７ａの厚さを薄くした凹部３１７をコアバック３０７ａの周方向に所定の間隔をあけて形成し、凹部３１７の延在方向の両端の段部を周方向段部３１１ａとするとともに、凹部３１７とティース３ａとの境界の段部を径方向段部３１１ｂとすればよい。また、コアユニット３０９Ｂは、円弧状のコアバック３０７ｂとその両端から半径方向内方に延びる２本のティース３０３ｂとを面一状に形成したコアバック３０７ｂを周方向に６つ配置してほぼ円環状となるように構成すればよい。

このようにすることで、各コアバック３０７ｂの円弧の両端面を周方向段部３１１ａに突き当てることにより、コアユニット３０９Ｂの周方向を位置決めするとともに、各コアバック３０７ｂの内側の円弧の端面を径方向段部３１１ｂに突き当てることにより、コアユニット３０９Ｂの半径方向内方を位置決めすることができる。

また、他の変形例としては、例えば、コアユニット３０９Ａには、コアバック３０７ａとティース３ａとを面一状に形成して周方向段部３１１ａのみを設け、また、コアユニット３０９Ｂには、プレス加工により、ティース３ｂに対して各コアバック３０７ｂの厚さを薄くして、コアバック３０７ｂとティース３ｂとの境界に径方向段部を設けることとしてもよい。この場合、コアユニット３０９Ａにおいて、周方向段部３１１ａと、各コアバック３０７ｂの径方向段部が突き当てられるコアバック３０７ａの内周面とをそれぞれ突当て部として機能させることができる。これにより、コアユニット３０９Ａの周方向段部３１１ａおよびコアバック３０７ａの内周面により、コアユニット３０９Ｂの周方向および半径方向を位置決めすることができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、上記各実施形態においては、２つのコアユニット９Ａ，９Ｂ，２０９Ａ，２０９Ｂ，３０９Ａ，３０９Ｂを積層してステータ１０，２１０，３１０を構成することとしたが、これに代えて、３つ以上のコアユニットを積層してステータを構成することとしてもよい。
また、上記各実施形態においては、突当て部として、段部１１、周方向段部３１１ａ、径方向段部３１１ｂおよびコアバック３０７ａの内周面等を例示したが、積層方向に隣接するコアユニット９Ａ、９Ｂ，２０９Ａ，２０９Ｂ，３０９Ａ，３０９Ｂどうしの周方向および半径方向を位置決めすることができればよく、これらに限定されるものではない。

また、上記各実施形態においては、段部１１、内周縁段部２１１ａ、外周縁段部２１１ｂ、周方向段部３１１ａおよび径方向段部３１１ｂをそれぞれプレス加工により形成することとしたが、これに代えて、例えば、コアバック７ｂに切削加工を施したり突起を取り付けたりすることによって形成することとしてもよい。
また、上記各実施形態においては、各ティース３ａ，３ｂがそれぞれ周方向に間隔をあけた１８本のティース３ａ，３ｂを有するステータ１０，２１０，３１０を例示したが、これに限定されるものではない。
また、コアユニット９Ａ，２０９Ａ，３０９Ａの全てのティース３ａにコイル５が巻きつけられていることとしたが、コアユニット９Ｂ，２０９Ｂ，３０９Ｂのティース３ｂにコイルを巻きつけることとしてもよい。また、同一のコアユニット９Ａ，９Ｂ，２０９Ａ，２０９Ｂ，３０９Ａ，３０９Ｂ内において、コイルを巻きつけるティース３ａ，３ｂと巻きつけないティース３ａ，３ｂとが混在していてもよい。

また、各ティース３ａ，３ｂが各コアバック７ａ，７ｂ，２０７ｂ，３０７ａ，３０７ｂの半径方向内方に延びるコアユニット９Ａ，９Ｂ，２０９Ａ，２０９Ｂ，３０９Ａ，３０９Ｂを例示したが、これに代えて、例えば、各コアバック７ａ，７ｂ，２０７ｂ，３０７ａ，３０７ｂの半径方向外方に向かってティース３ａ，３ｂが放射状に延びるコアユニットを採用することとしてもよい。
また、ロータ５０に設けたマグネットとして永久磁石５４を例示したが、これに代えて、電磁石を採用してもよい。

本発明の第１の実施形態に係るモータの斜視図である。 図１のステータの分解斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係るモータの斜視図である。 図３のステータの分解斜視図である。 図４のステータを逆方向から見た分解斜視図である。 図２の円弧状のコアバックの拡大図である。 本発明の第２の実施形態の変形例に係るステータの斜視図である。 図７のステータの分解斜視図である。

符号の説明

１，２０１ ステータコア
３ａ，３ｂ ティース
５ コイル
７ａ，７ｂ，２０７ｂ，３０７ａ，３０７ｂ コアバック
９Ａ，９Ｂ，２０９Ａ，２０９Ｂ，３０９Ａ，３０９Ｂ コアユニット
１０，２１０，３１０ ステータ
１１ 段部（突当て部）
５０ ロータ
５４ 永久磁石（マグネット）
１００，２００ モータ
２１１ａ 内周縁段部（突当て部）
２１１ｂ 外周縁段部（突当て部）
３１１ａ 周方向段部（突当て部）
３１１ｂ 径方向段部（突当て部）

Claims (5)

1. 周方向に延びるコアバックと、該コアバックから半径方向に延び、周方向に間隔をあけて複数配列されたティースとを備え、該ティースの位相をずらして板厚方向に積層される平板状の複数のコアユニットを備え、
   積層方向に隣接する前記コアユニットの少なくとも一方には、前記コアバックどうしを重ね合わせた状態で他方の前記コアユニットを周方向および半径方向に突き当てる突当て部が設けられ、
   該突当て部の前記周方向の側面が、他方の前記コアユニットのティースの側面に当接するステータコア。
2. 前記突当て部が、プレス加工により前記コアバックの厚さ方向に形成された段部、または、該段部に突き当たる端面である請求項１に記載のステータコア。
3. 請求項１または請求項２に記載のステータコアと、
   該ステータコアの少なくとも１つのコアユニットの前記ティースに巻かれたコイルと
   を備えるステータ。
4. 請求項３に記載のステータと、
   該ステータの前記ティースの先端に対向させる磁極を周方向に交互に配列してなるマグネットを有し、前記ステータに対して、その中心軸回りに回転可能に支持されたロータと
   を備えるモータ。
5. 前記ティースが、前記コアバックから半径方向内方に延び、
   前記マグネットが、前記ティースの半径方向内方に間隙をあけて対向している請求項４に記載のモータ。

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