JP6007122B2 - ステータ、モータ及びステータの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ステータ、モータ及びステータの製造方法に関するものである。

モータに用いられるステータとしては、例えば特許文献１に示すように、周方向に複数の爪状磁極を有する環状のステータコアを対で用い、対のステータコアの各爪状磁極が周方向に交互となるように組み合わされるとともに、その対のステータコアの軸方向間にコイル部を配置し、各爪状磁極を互いに異なる磁極として機能させる所謂ランデル型構造のステータが知られている。因みに、特許文献１に開示のランデル型構造のステータは、対のステータコア及びコイル部を３組用いた３段構造をなすものである。

特開２００７−１８１３０３号公報

ところで、上記のようなステータでは、磁性粉体を含む材料を圧縮成形してなる圧粉磁心でステータコアを構成することが可能であるが、この場合、プレス圧等の制約によって細かな形状を形成することが困難であり、また、圧粉後に欠けやすい等の問題があった。そこで、この問題点を解決するための方法として、鋼板のプレス打ち抜きによってステータコアを成形する方法が考えられるが、この場合には、環状のステータコアの内側の材料が無駄となって歩留まりが悪く、この点で改善の余地があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、歩留まりの向上が可能なステータ、モータ及びステータの製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するステータは、第１爪状磁極及び第２爪状磁極が周方向等間隔に交互に設けられた環状のステータコアと、前記第１及び第２爪状磁極の軸方向間に配置されるコイル部とを備え、前記コイル部への通電に基づき前記第１及び第２爪状磁極が互いに異なる磁極として機能されるものであって、前記ステータコアは、前記第１及び第２爪状磁極を一体に成形した打ち抜き素材を環状に成形してその打ち抜き素材の両端部同士を連結してなり、前記ステータコアは、その外周を構成するコアバック部を有し、前記第１及び第２爪状磁極にはそれぞれ、前記コアバック部から内周側に延出する第１延出部と、該第１延出部の内周端部から軸方向に延出する第２延出部とが折曲成形されてなり、前記コアバック部と前記第１延出部とのなす角部には、孔又は切り欠きが形成されている。

この構成によれば、ステータコアは、第１及び第２爪状磁極を一体に成形した打ち抜き素材を鋼板から打ち抜き、その打ち抜き素材を環状に丸めてその両端部を連結することで成形される。これにより、ステータコアを構成する打ち抜き素材の打ち抜き型を環状とする必要がなくなるため、鋼板の無駄を少なくすることが可能となり、その結果、歩留まりを向上させることができる。

この構成によれば、ステータコアに第１及び第２爪状磁極を好適に一体成形できる。ま
た、各爪状磁極の第２延出部によってロータとの対向面積を稼ぐことが可能となる。

この構成によれば、ステータコアの外周を構成するコアバック部に対して、第１延出部を容易に折曲成形することができる。
上記課題を解決するステータは、第１爪状磁極及び第２爪状磁極が周方向等間隔に交互に設けられた環状のステータコアと、前記第１及び第２爪状磁極の軸方向間に配置されるコイル部とを備え、前記コイル部への通電に基づき前記第１及び第２爪状磁極が互いに異なる磁極として機能されるものであって、前記ステータコアは、前記第１及び第２爪状磁極を一体に成形した打ち抜き素材を環状に成形してその打ち抜き素材の両端部同士を連結してなり、前記ステータコアは、その外周を構成するコアバック部を有し、前記第１及び第２爪状磁極にはそれぞれ、前記コアバック部から内周側に延出する第１延出部と、該第１延出部の内周端部から軸方向に延出する第２延出部とが折曲成形されてなり、前記第１延出部と前記第２延出部とのなす角部には、孔又は切り欠きが形成されている。
この構成によれば、ステータコアは、第１及び第２爪状磁極を一体に成形した打ち抜き素材を鋼板から打ち抜き、その打ち抜き素材を環状に丸めてその両端部を連結することで成形される。これにより、ステータコアを構成する打ち抜き素材の打ち抜き型を環状とする必要がなくなるため、鋼板の無駄を少なくすることが可能となり、その結果、歩留まりを向上させることができる。
この構成によれば、ステータコアに第１及び第２爪状磁極を好適に一体成形できる。ま
た、各爪状磁極の第２延出部によってロータとの対向面積を稼ぐことが可能となる。

この構成によれば、第２延出部の内周面（ロータとの対向面）を円弧状に形成しやすくなり、第２延出部の内周面を円弧状とすることでロータの外周面との間のエアギャップを均一に構成でき、その結果、モータ品質の向上に寄与できる。

また、上記課題を解決するモータは、上記ステータを備えるモータである。
この構成によれば、歩留まりの良いモータを提供することが可能となる。
また、上記課題を解決するステータの製造方法は、上記ステータの製造方法であって、前記第１及び第２爪状磁極を一体に有する打ち抜き素材を鋼板から打ち抜く打ち抜き工程と、前記打ち抜き工程後、前記打ち抜き素材を環状に成形してその打ち抜き素材の両端部同士を連結する環状化工程と、前記打ち抜き素材に一体成形された前記第１及び第２爪状磁極を折曲成形する折り曲げ工程とを備える。

この製造方法によれば、打ち抜き素材を環状化することでステータコアが成形されるため、ステータコアを構成する打ち抜き素材の打ち抜き型を環状とする必要がなくなるため、鋼板の無駄を少なくすることが可能となり、その結果、歩留まりを向上させることができる。

本発明のステータ及びモータによれば、歩留まりを向上させることが可能となる。

実施形態のモータの斜視図である。 同形態の単一のステータを示す斜視図である。 同形態のステータコアの製造態様を説明するための模式図である。 別例の単一のステータを示す斜視図である。 別例のステータコアの製造態様を説明するための模式図である。 別例の単一のステータを示す斜視図である。 別例のステータコアの製造態様を説明するための模式図である。

以下、モータの一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態のブラシレスモータＭの全体斜視図を示し、回転軸１１に固着されたロータ１２の外側にモータハウジング（図示せず）に固着された環状のステータ１３が配置されている。ブラシレスモータＭは、単一のモータ部を軸方向に３段積層していて、上からＵ相モータ部Ｍｕ、Ｖ相モータ部Ｍｖ、Ｗ相モータ部Ｍｗの順に構成されている。各相のモータ部Ｍｕ，Ｍｖ，Ｍｗは、単一のステータ１３ａと単一のロータ１２ａとからそれぞれ構成されている（図１ではＵ相のロータのみ図示）。また、各単一のステータ１３ａから前記ステータ１３が構成され、各単一のロータ１２ａから前記ロータ１２が構成されている。

図２に示すように、単一のステータ１３ａは、円環状のステータコア１４と、そのステータコア１４の内部に配置されるコイル部１５とから構成されている。
ステータコア１４は、電磁鋼板をプレスにて打ち抜き後、所定箇所を折曲することで形成されるものである。ステータコア１４は、周方向等間隔に設けられた複数（本実施形態では１２個）の第１爪状磁極２１と、第１爪状磁極２１と同数であり各第１爪状磁極２１の周方向間に配置された第２爪状磁極２２と、周方向に隣り合う第１及び第２爪状磁極２１，２２同士を繋ぐコアバック部２３とから構成されている。

第１爪状磁極２１は、回転軸１１の軸線に対して垂直な平坦部をなす第１延出部２１ａを有している。第１延出部２１ａは、軸方向視で外周側に向かって開口するＶ字状をなし、その第１延出部２１ａの内周端部には、軸方向一方側に延びる第２延出部２１ｂが折曲形成されている。

第２爪状磁極２２は、第１爪状磁極２１と同一形状をなし、回転軸１１の軸線に対して垂直な平坦部をなす第１延出部２２ａと、その第１延出部２２ａの内周端部から軸方向に延出する第２延出部２２ｂとを有している。

第１及び第２爪状磁極２１，２２の第２延出部２１ｂ，２２ｂは、互いに向かい合う方向に延出されるとともに、周方向等間隔に交互に配置されている。この第２延出部２１ｂ，２２ｂは、ステータコア１４の内周を構成しており、各第２延出部２１ｂ，２２ｂの内周面がロータ１２と径方向に対向する。なお、各第２延出部２１ｂ，２２ｂは、径方向視において先端側ほど幅狭となる台形形状をなしており、互いに干渉しないように形成されている。また、各第２延出部２１ｂ，２２ｂの内周面は、回転軸１１の軸線を中心とする円弧状に形成されている。

第１爪状磁極２１の第１延出部２１ａと、第２爪状磁極２２の第１延出部２２ａとは、周方向に隣り合うもの同士で、外周側の端部が軸方向視でラップする（重なる）とともに、そのラップする部分がコアバック部２３にて互いに繋がっている。このコアバック部２３は、各第１延出部２１ａ，２２ａのＶ字の開放端（一対）のそれぞれと繋がるように形成されるとともに、ステータコア１４の外周を構成している。また、コアバック部２３の軸方向一端（図２において上端）から第１爪状磁極２１の第１延出部２１ａが内周側に延出され、コアバック部２３の軸方向他端（図２において下端）から第２爪状磁極２２の第１延出部２２ａが内周側に延出されるように構成されている。また、各爪状磁極２１，２２の第１延出部２１ａ，２２ａは、コアバック部２３に対して折曲成形されるものであり、コアバック部２３と第１延出部２１ａ，２２ａとのなす角部２４には、切り欠き部２５が形成されている。

第１爪状磁極２１と第２爪状磁極２２の軸方向間には、回転軸１１の軸線を中心とする円環状のコイル部１５が配置されている。コイル部１５は、軸方向においては第１爪状磁極２１の第１延出部２１ａと第２爪状磁極２２の第１延出部２２ａとの間に位置し、径方向においてはコアバック部２３と第２延出部２１ｂ，２２ｂとの間に位置している。なお、コイル部１５とステータコア１４とは、その間に介在されるコイルボビン（図示略）によって電気的絶縁が図られている。また、コイル部１５の引出し端子（図示略）は、切り欠き部２５から導出されるようになっている。

各相のモータ部Ｍｕ，Ｍｖ，Ｍｗは、上記構成のステータ１３ａをそれぞれ有し、その各相のステータ１３ａは、コイル部１５への通電によって第１及び第２爪状磁極２１，２２をその時々で互いに異なる磁極に励磁する２４極の所謂ランデル型（クローポール型）構造のステータとなる。各相のステータ１３ａは、電気角で６０度位相をずらしつつ軸方向に積層されている。そして、各相のステータ１３ａのコイル部１５にそれぞれ対応する相の交流電圧が印加されることで、回転磁界が発生してロータ１２が回転する。

なお、本実施形態では、各相のモータ部Ｍｕ，Ｍｖ，Ｍｗのロータ１２ａには、爪状磁極２６ａを有する一対のロータコア２６と界磁磁石２７とからなる所謂ランデル型構造のロータを採用している（図１参照）。

［ステータコアの製造方法］
次に、本実施形態のステータコア１４の製造方法及び作用について説明する。
図３に示すように、まず、電磁鋼板３０から複数の打ち抜き素材３１をプレスにより打ち抜く（打ち抜き工程）。このとき、打ち抜き素材３１には、第１及び第２爪状磁極２１，２２及びコアバック部２３が一体に成形される。各第１爪状磁極２１は、その先端（第２延出部２１ａ）が同方向を向くように形成され、各第２爪状磁極２２は、その先端（第２延出部２２ａ）が同方向（第１爪状磁極２１の反対方向）を向くように形成されている。なお、本実施形態のように、電磁鋼板３０から複数の打ち抜き素材３１を打ち抜く場合には、各第２爪状磁極２２が隣の打ち抜き素材３１の各第１爪状磁極２１間に配置されるように打ち抜き型を設定することが、歩留まり向上の点で望ましい。

また、コアバック部２３と各爪状磁極２１，２２の第１延出部２１ａ，２２ａとの境界部位Ｂ１（折曲後に角部２４となる部位）には、第１延出部２１ａ，２２ａの中央まで延びる切り欠き部２５が形成されている。この切り欠き部２５は、周方向に隣り合う第１爪状磁極２１（第１延出部２１ａ）同士、及び周方向に隣り合う第２爪状磁極２２（第１延出部２２ａ）同士を分断するように形成されている。

次に、打ち抜き素材３１を環状化する環状化工程を行う。この工程では、打ち抜き素材３１を環状に成形し、打ち抜き素材３１の長手方向（図３において左右方向）の第１端部３１ａと第２端部３１ｂとを溶接等により固定する（図２も参照）。なお、この環状化工程の途中で、コアバック部２３の内周側にコイル部１５を配置する。

次に、第１及び第２爪状磁極２１，２２を折曲成形する折り曲げ工程を行う。この工程では、コアバック部２３と各爪状磁極２１，２２の第１延出部２１ａ，２２ａとの境界部位Ｂ１を同方向に直角に折曲して第１延出部２１ａ，２２ａを成形する。このとき、境界部位Ｂ１に切り欠き部２５が形成されていることによって、打ち抜き素材３１を環状化した状態においても第１延出部２１ａ，２２ａを折り曲げやすくなっている。また、各爪状磁極２１，２２において、第１延出部２１ａ，２２ａと第２延出部２１ｂ，２２ｂとの境界部位Ｂ２を互いに向かい合う方向に直角に折曲して第２延出部２１ｂ，２２ｂを成形する。このように、第１延出部２１ａ，２２ａ及び第２延出部２１ｂ，２２ｂを有する各爪状磁極２１，２２が折曲成形される。これにより、本実施形態のステータ１３ａが完成する。そして、３相分（３つ）のステータ１３ａを、電気角で６０度位相をずらしつつ軸方向に積層する。このとき、各相のステータ１３ａにおける打ち抜き素材３１の接続部（第１及び第２端部３１ａ，３１ｂの接続部位）が周方向等間隔（１２０度）に位置するように積層することが好ましい。これにより、打ち抜き素材３１の接続部によって生じうる磁気的なアンバランスが抑えられ、モータ品質の向上に寄与できる。

このような製造方法によれば、電磁鋼板３０から打ち抜いた打ち抜き素材３１を環状化してステータコア１４を成形するため、ステータコアを環状に打ち抜く場合と比べて、電磁鋼板３０の無駄が少なくなり、歩留まりが向上される。

次に、本実施形態の特徴的な効果を記載する。
（１）ステータコア１４は、第１及び第２爪状磁極２１，２２を一体に成形した打ち抜き素材３１を環状に成形してその打ち抜き素材３１の両端部（第１及び第２端部３１ａ，３１ｂ）同士を連結してなる。これにより、ステータコア１４を構成する打ち抜き素材３１の打ち抜き型を環状とする必要がなくなるため、電磁鋼板３０の無駄を少なくすることが可能となり、その結果、歩留まりを向上させることができる。

（２）ステータコア１４は、その外周を構成するコアバック部２３を有し、第１及び第２爪状磁極２１，２２にはそれぞれ、コアバック部２３から内周側に延出する第１延出部２１ａ，２２ａと、該第１延出部２１ａ，２２ａの内周端部から軸方向に延出する第２延出部２１ｂ，２２ｂとが折曲成形されてなる。この構成によれば、ステータコア１４に第１及び第２爪状磁極２１，２２を好適に一体成形できる。また、各爪状磁極２１，２２の第２延出部２１ｂ，２２ｂによってロータ１２ａとの対向面積を稼ぐことが可能となる。

（３）コアバック部２３と第１延出部２１ａ，２２ａとのなす角部２４には、切り欠き部２５が形成されるため、ステータコア１４の外周を構成するコアバック部２３に対して、第１延出部２１ａ，２２ａを容易に折曲成形することができる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・ステータコア１４（打ち抜き素材３１）の構成（形状や爪状磁極２１，２２の個数等）は、上記実施形態に限定されるものではなく、構成に応じて適宜変更してもよい。

例えば、上記実施形態では、コアバック部２３と各爪状磁極２１，２２の第１延出部２１ａ，２２ａとの境界部位Ｂ１（折曲後に角部２４となる部位）に切り欠き部２５を形成したが、これ以外に例えば、図４及び図５に示すように、上記実施形態の切り欠き部２５に替えて孔４１を形成してもよい。このような構成では、周方向に隣り合う第１爪状磁極２１（第１延出部２１ａ）同士、及び周方向に隣り合う第２爪状磁極２２（第１延出部２２ａ）同士が上記実施形態のように分断されず、連結部４２にて繋がるように構成される。また、孔４１は、第１爪状磁極２１の第１延出部２１ａ（第２爪状磁極２２の第１延出部２２ａ）の中央から第２爪状磁極２２（第１爪状磁極２１）とコアバック部２３との境界部位Ｂ１まで延びる。つまり、孔４１の端部が境界部位Ｂ１と重なっているため、第１延出部２１ａ，２２ａを容易に折曲成形することができる。このような構成によっても、上記実施形態と同様に、電磁鋼板３０の無駄を少なくすることが可能となり、その結果、歩留まりを向上させることができる。

また例えば、図６及び図７に示すように、第１及び第２爪状磁極２１，２２における第１延出部２１ａ，２２ａと第２延出部２１ｂ，２２ｂとのなす角部４３に、軸方向に延びるスリット４４（切り欠き）を形成してもよい。このような構成によれば、第２延出部２１ｂ，２２ｂの内周面（ロータ１２ａとの対向面）を円弧状に形成しやすくなり、第２延出部２１ｂ，２２ｂの内周面を円弧状とすることでロータ１２ａの外周面との間のエアギャップを均一に構成でき、その結果、モータ品質の向上に寄与できる。なお、図６及び図７に示す例では、スリット４４が第２延出部２１ｂ，２２ｂの先端まで延びているが、これに限定されるものではなく、孔を少なくとも角部４３に形成する構成としてもよい。

・打ち抜き素材３１の両端部の接続構成（第１及び第２端部３１ａ，３１ｂの構成）は、上記実施形態に限定されるものではなく、構成に応じて適宜変更してもよい。
・ステータコア１４の製造工程において、環状化工程、折り曲げ工程及びコイル部１５の配置の順序は、上記実施形態に限定されるものではなく、それらの工程の順序を入れ替えてもよい。

・上記実施形態では、ロータ１２をステータ１３の内周側に配置したインナロータ型のブラシレスモータＭに具体化したが、これに特に限定されるものではなく、ロータをステータの外周側に配置したアウタロータ型のモータに具体化してもよい。

Ｍ…ブラシレスモータ、１３（１３ａ）…ステータ、１４…ステータコア、１５…コイル部、２１…第１爪状磁極、２１ａ，２２ａ…第１延出部、２１ｂ，２２ｂ…第２延出部、２２…第２爪状磁極、２３…コアバック部、２４，４３…角部、２５…切り欠き部、３１…打ち抜き素材、３１ａ…第１端部、３１ｂ…第２端部、４１…孔、４４…スリット。

Claims (4)

1. 第１爪状磁極及び第２爪状磁極が周方向等間隔に交互に設けられた環状のステータコアと、前記第１及び第２爪状磁極の軸方向間に配置されるコイル部とを備え、
   前記コイル部への通電に基づき前記第１及び第２爪状磁極が互いに異なる磁極として機能されるものであって、
   前記ステータコアは、前記第１及び第２爪状磁極を一体に成形した打ち抜き素材を環状に成形してその打ち抜き素材の両端部同士を連結してなり、
   前記ステータコアは、その外周を構成するコアバック部を有し、
   前記第１及び第２爪状磁極にはそれぞれ、前記コアバック部から内周側に延出する第１延出部と、該第１延出部の内周端部から軸方向に延出する第２延出部とが折曲成形されてなり、
   前記コアバック部と前記第１延出部とのなす角部には、孔又は切り欠きが形成されていることを特徴とするステータ。
2. 第１爪状磁極及び第２爪状磁極が周方向等間隔に交互に設けられた環状のステータコアと、前記第１及び第２爪状磁極の軸方向間に配置されるコイル部とを備え、
   前記コイル部への通電に基づき前記第１及び第２爪状磁極が互いに異なる磁極として機能されるものであって、
   前記ステータコアは、前記第１及び第２爪状磁極を一体に成形した打ち抜き素材を環状に成形してその打ち抜き素材の両端部同士を連結してなり、
   前記ステータコアは、その外周を構成するコアバック部を有し、
   前記第１及び第２爪状磁極にはそれぞれ、前記コアバック部から内周側に延出する第１延出部と、該第１延出部の内周端部から軸方向に延出する第２延出部とが折曲成形されてなり、
   前記第１延出部と前記第２延出部とのなす角部には、孔又は切り欠きが形成されていることを特徴とするステータ。
3. 請求項１又は２に記載のステータを備えたことを特徴とするモータ。
4. 請求項１又は２に記載のステータの製造方法であって、
   前記第１及び第２爪状磁極を一体に有する打ち抜き素材を鋼板から打ち抜く打ち抜き工程と、
   前記打ち抜き工程後、前記打ち抜き素材を環状に成形してその打ち抜き素材の両端部同士を連結する環状化工程と、
   前記打ち抜き素材に一体成形された前記第１及び第２爪状磁極を折曲成形する折り曲げ工程と
   を備えることを特徴とするステータの製造方法。