JP6233496B2

JP6233496B2 - ステータコア

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Publication number: JP6233496B2
Application number: JP2016243004A
Authority: JP
Inventors: 卓志星山; 嘉仁高橋
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2016-12-15
Filing date: 2016-12-15
Publication date: 2017-11-22
Anticipated expiration: 2033-05-09
Also published as: JP2017051098A

Description

本発明は、回転電機に用いられるステータコアに関する。

帯状シートのヨーク部を幅方向に湾曲するように曲げた後に螺旋状に巻きつつ積層することによってステータコアを製造する方法が知られている。この製造方法では、帯状シートのヨーク部は、長手方向の延び量が幅方向の一端部から他端部にかけて大きくなるように圧延することによって、幅方向に湾曲するように曲げられる。例えば特許文献１には、帯状シートのヨーク部の厚みを幅方向で徐々に厚くし、厚肉部が湾曲後に外側となるようにヨーク部を圧延することによって、圧延後のシートの厚みを均一にする技術が記載されている。

特開２００４−３５８４９０号公報

ところで、帯状シートの素材となる板材には、連続生産性および製造コストを考慮すると、圧延されてコイル状に巻かれた長尺の金属帯板を使用するのが一般的である。このような板材は板厚が長手方向においてばらついている。そのため、帯状シートのヨーク部を圧延するとき、圧延箇所の延び量はヨーク部の長手方向において変化する。つまり、ヨーク部のうち板厚が比較的厚い部位を圧延する場合には延び量は比較的大きくなり、またヨーク部のうち板厚が比較的薄い部位を圧延する場合には延び量は比較的小さくなる。

したがって、帯状シートを曲げた後に螺旋状に巻くときの巻き径が積層方向においてばらつくという問題がある。巻き径が積層方向においてばらつくと、ステータコアの外径が所定寸法内に収まらず、回転電機のハウジングに組み付けられなくなるおそれがある。また、巻き径のばらつきは、ステータコアの内面および外面に段差を生じさせ、回転電機の磁気回路にギャップが生まれ磁気特性が低下する要因となり、またステータコアの固定力が低下し振動および異音が発生する要因となる。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、帯状シートを曲げた後に螺旋状に巻くときの巻き径のばらつきが抑制されたステータコアを提供することである。

本発明によるステータコア（１３）は、回転電機（１０）に用いられるものであって、ヨーク（１４）および複数のティース（１５）を有している。ヨークは、幅方向へ曲がりながら螺旋状に延びている板状のヨーク部（２４、６１、７１、８１、８６）からなる積層構造をもつ。ティースは、ヨーク部からステータコアの径方向へ突き出している複数のティース部（２７）からなる積層構造をもつ。ヨーク部の径方向外側の板厚は径方向内側の板厚よりも薄くなっている。ヨーク部は当該ヨーク部の板厚の薄い部分において厚み方向へ凹む凹部（２２、６３、７３、７４、７５、８３、８８）を有している。

上述のステータコアによれば、帯状シートのヨーク部に凹部が無い状態で曲げられるものと比べて、ヨーク部を圧延するとき材料が幅方向へ流動しやすい。そのため、帯状シートのヨーク部の板厚が所定値よりも厚くなり圧延体積が増加しても、圧延箇所の長手方向の延び量が変化しにくい。したがって、帯状シートを曲げた後に螺旋状に巻くときの巻き径のばらつきが抑制されたステータコアを得ることができる。

本発明の第１実施形態によるステータコアが適用されたモータを示す図である。図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。図２のステータコアになる前の帯状シートを示す図である。図２のステータコアを製造する製造ラインを模式的に示す図である。図４の予備成形機の概略構成を説明する図である。図４の予備成形機により形成された金属帯板の溝を示す図である。図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。図４のプレス機により金属帯板から打ち抜かれた帯状シートを示す図である。図４の曲げ装置を矢印ＩＸ方向から見た図である。図４の曲げ装置を矢印Ｘ方向から見た図である。本発明の第２実施形態によるステータコアになる前の帯状シートを示す図である。本発明の第３実施形態によるステータコアになる前の帯状シートを示す図である。本発明の第４実施形態によるステータコアになる前の帯状シートを示す図である。本発明の第５実施形態によるステータコアになる前の帯状シートを示す図である。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づき説明する。実施形態同士で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態によるステータコアが適用されたモータを図１および図２に示す。ステータコア１３は、巻線１２とともにモータ１０の固定子１１を構成しており、ヨーク１４および複数のティース１５を形成している。ヨーク１４は円筒状であり、ハウジング１６の筒部１７の内側に圧入により固定されている。ティース１５は、ヨーク１４から径方向内側に突き出している。ティース１５には導線が巻回されている。

図１および図２に示すステータコア１３は、図３に示す帯状シート２３のヨーク部２４が幅方向に湾曲するように曲げられた後に螺旋状に巻かれつつ積層されることによって形成されている。以下、ステータコア１３の製造方法について図４〜図１０に基づき説明する。
ステータコア１３は、図４に示す製造ラインで製造される。この製造ラインは、巻き出し機３０、予備成形機２５、プレス機４０、バッファー装置４６および成形機５０から構成されている。ステータコア１３の素材となる「板材」としての金属帯板２０は、コイル状に巻かれた状態から巻き出し機３０により巻き出され、予備成形機２５に供給される。

予備成形機２５は、巻き出し機３０から供給される金属帯板２０を厚み方向に挟む一対の円筒ローラ３６、３８を備えている。図５に示すように、円筒ローラ３６は、軸方向の一端部に複数の環状突起３７を有している。環状突起３７は、円筒ローラ３６、３８が回転するとき金属帯板２０を厚み方向へ押圧し、図６に示すように、金属帯板２０の幅方向の一方の端部２１に長手方向に連続的に延びる溝２２を形成する。金属帯板２０の端部２１は、金属帯板２０のうち後述の帯状シート２３のヨーク部２４に対応する箇所である。図７に示すように、溝２２は、断面形状がＵ字状であり、底部の角が丸みを帯びている。溝２２は、特許請求の範囲に記載の「凹部」に相当し、本実施形態では圧延加工により形成される。予備成形機２５は、金属帯板２０の端部２１に溝２２を形成する予備成形工程を担う装置である。

図４に戻って、プレス機４０は、ボルスタ４１上に設けられている下金型４２と、スライド４３に設けられている上金型４４と、予備成形機２５から供給される金属帯板２０を下金型４２と上金型４４との間に間欠的に送り出す送り装置４５とを備えている。上金型４４は、下金型４２に対して接近および離間するように往復移動可能である。上金型４４および下金型４２は、互いに接近するように相対移動するとき図６に示す金属帯板２０に抜き加工を施し、図８に示す帯状シート２３を形成する。帯状シート２３は、直線状のヨーク部２４、および、ヨーク部２４の幅方向の一方から突き出す複数のティース部２７を形成するシートである。ヨーク部２４は、ステータコア１３のヨーク１４に対応する部分であり、ティース部２７は、ステータコア１３のティース１５に対応する部分である。ヨーク部２４のうちティース部２７側の一端部２５とは反対側の他端部２６は、複数の溝２２を有している。溝２２は、ヨーク部２４の長手方向に連続的に延びている。プレス機４０は、帯状シート２３を金属帯板２０から打ち抜く打ち抜き工程を担う装置である。

図４に戻って、バッファー装置４６は、プレス機４０から間欠的に供給される帯状シート２３を収容しつつ、収容した帯状シート２３を成形機５０に連続的に供給する。
成形機５０は、曲げ装置５１および巻取装置５７を備えている。図９および図１０に示すように、曲げ装置５１は、モータ５２と、モータ５２の出力軸に連結されている減速機５３と、減速機５３の出力部材に連結されている円筒ローラ５４と、円筒ローラ５４に隣接する位置で回転可能に設けられているテーパローラ５５と、テーパローラ５５を円筒ローラ５４に対し接近および離間する方向へ移動可能な荷重制御装置５６とを備えている。

円筒ローラ５４およびテーパローラ５５は、バッファー装置４６から供給される帯状シート２３のヨーク部２４に圧延加工を施す。荷重制御装置５６は、テーパローラ５５から帯状シート２３に作用する荷重を所定値に制御する。円筒ローラ５４とテーパローラ５５との間の隙間は、帯状シート２３のヨーク部２４の一端部２５から他端部２６にかけて徐々に小さくなっている。これにより、帯状シート２３のヨーク部２４は、長手方向の延び量が一端部２５から他端部２６にかけて大きくなるように圧延され、幅方向に湾曲するように曲げられる。

図４に戻って、巻取装置５７は、曲げ装置５１による圧延後のシート２８を巻取軸５８に螺旋状に巻きつつ積層する。成形機５０は、帯状シート２３のヨーク部２４を幅方向に湾曲するように曲げた後に螺旋状に巻きつつ積層する成形工程を担う装置である。
積層体２９は、軸方向長さが所定値になるとシート２８から切り離され、後の仕上げ工程を経てステータコア１３となる。

ここで、金属帯板２０は、圧延されてコイル状に巻かれた長尺の帯板であり、板厚が長手方向にばらついている。そのため、帯状シート２３のヨーク部２４の板厚にはばらつきがある。帯状シート２３のヨーク部２４の板厚がばらつくと、曲げ装置５１による圧延時に材料が流動する体積すなわち圧延体積が変化する。
一般的に、板材は、幅が板厚と比べて大きいと、圧延時に長手方向には延びるが幅方向には延びにくい。そのため、圧延体積の増加は、ヨーク部２４の長手方向の延び量の増加に直接的に反映されがちである。

これに対し、第１実施形態では、図７に示すように帯状シート２３のヨーク部２４の他端部２６は、溝２２を有しており、局所的に見れば幅が板厚以下になる箇所を一対の溝２２間に形成している。幅方向に隣接する一対の溝２２のうち一方の溝２２の縁と他方の溝２２の縁との幅方向の最短距離は、ヨーク部２４の板厚ｔ以下である。

したがって、曲げ装置５１による圧延時にヨーク部２４の材料は長手方向のみならず幅方向にも流動しやすくなっている。そのため、帯状シート２３のヨーク部２４の板厚が所定値より厚くなり圧延体積が増加しても、圧延箇所の長手方向の延び量が変化しにくい。そのため第１実施形態によれば、帯状シート２３を曲げた後に螺旋状に巻くときの巻き径のばらつきを抑制することができる。

また、第１実施形態では、巻き出し機３０により巻き出される金属帯板２０と、予備成形機２５により溝２２が形成される金属帯板２０と、プレス機４０により金属帯板２０から打ち抜かれた帯状シート２３と、成形機５０により圧延されたあと巻き取られるシート２８とは、互いにつながっている。つまり、金属帯板２０からシート２８まで連続的に生産することができる。

また、第１実施形態では、帯状シート２３の溝２２は、ヨーク部２４の他端部２６に形成されている。そのため、ヨーク部２４のうち圧延体積が比較的大きい部分において材料が幅方向へ流動しやすくなり、圧延時にヨーク部２４の長手方向の延び量の変化を効果的に抑制することができる。

また、第１実施形態では、帯状シート２３の溝２２は、ヨーク部２４の長手方向へ連続的に延びる溝である。そのため、圧延時にヨーク部２４の長手方向の延び量の変化を抑制する効果を安定的に得ることができる。
また、第１実施形態では、帯状シート２３の溝２２の底部の角は丸みを帯びている。そのため、圧延後のシート２８には応力集中の原因となる角部が形成されない。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態では、ステータコアは、図１１に示す帯状シート６０から作られる。帯状シート６０のヨーク部６１は、複数の溝６３を有している。溝６３は、断面形状が波形となるように底部および縁部ともに角が丸みを帯びている。各溝６３は、波形の凹凸面を形成しており、帯状シート６０のヨーク部６１が圧延されるとき平坦になる。

第２実施形態では、帯状シート６０のヨーク部６１が複数の溝６３を有する。そのため、第１実施形態と同様に、圧延時にヨーク部６１の材料が幅方向へ流動しやすく、帯状シート６０を曲げた後に螺旋状に巻くときの巻き径のばらつきを抑制することができる。
また、第２実施形態では、溝６３は、断面形状が波形となるように底部および縁部ともに角が丸みを帯びている。そのため、帯状シート６０のヨーク部６１を圧延するとき溝６３を容易に平坦にすることができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態では、ステータコアは、図１２に示す帯状シート７０から作られる。帯状シート７０のヨーク部７１は、ティース部側から順に並ぶ溝７３、溝７４および溝７５を有している。溝７４は溝７３よりも深く、また溝７５は溝７４よりも深い。つまり、溝７３、溝７４および溝７５の深さは、ティース部から離れるほど深くなっている。

第３実施形態では、帯状シート７０のヨーク部７１が溝７３、溝７４および溝７５を有する。そのため、第１実施形態と同様に、圧延時にヨーク部７１の材料が幅方向へ流動しやすく、帯状シート７０を曲げた後に螺旋状に巻くときの巻き径のばらつきを抑制することができる。
また、第３実施形態では、溝７３、溝７４および溝７５の深さは、ティース部から離れるほど深い。そのため、ヨーク部７１のうち圧延体積が比較的大きい部分ほど材料を幅方向へ流動しやすくすることができる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態では、ステータコアは、図１３に示す帯状シート８０から作られる。帯状シート８０のヨーク部８１は、長手方向に断続的に延びる複数の溝８３を有している。第４実施形態によれば、第１実施形態と同様に、圧延時にヨーク部８１の材料が幅方向へ流動しやすく、帯状シート８０を曲げた後に螺旋状に巻くときの巻き径のばらつきを抑制することができる。

（第５実施形態）
本発明の第５実施形態では、ステータコアは、図１４に示す帯状シート８５から作られる。帯状シート８５のヨーク部８６は、複数のドット状の穴８８を有している。第５実施形態によれば、第１実施形態と同様に、圧延時にヨーク部８６の材料が幅方向へ流動しやすく、帯状シート８５を曲げた後に螺旋状に巻くときの巻き径のばらつきを抑制することができる。

（他の実施形態）
本発明の他の実施形態では、帯状シートのヨーク部が有する溝または穴は、断面形状がＵ字状および波形状に限らず、例えばＶ字状、矩形状、または円弧状などであってもよい。また断面形状が左右非対称であってもよい。要するに、ヨーク部に凹部を形成するものであればよい。
本発明の他の実施形態では、帯状シートのヨーク部が有する溝または穴は、ヨーク部の両面に形成されてもよい。
本発明の他の実施形態では、帯状シートのヨーク部が有する溝または穴は、成形工程よりも前であれば、いつ形成されてもよい。例えば、打ち抜き工程と成形工程との間に予備成形工程が行われてもよい。

本発明の他の実施形態では、帯状シートのヨーク部が有する溝または穴は、圧延加工に限らず、例えば切削加工またはプレス加工により形成されてもよい。
本発明の他の実施形態では、成形工程にて圧延される帯状シートは、予備成形工程にて溝または穴が形成される金属帯板とつながってなくてもよい。つまり、予備成形工程と成形工程との間で帯状シートまたは金属帯板を切断してもよい。これにより、予備成形工程と成形工程とが連続的に行われなくてもよい。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１０・・・回転電機
１３・・・ステータコア
１４・・・ヨーク
１５・・・ティース
２２、６３、７３、７４、７５、８３、８８・・・凹部
２３、６０、７０、８０、８５・・・帯状シート
２４、６１、７１、８１、８６・・・ヨーク部
２５・・・一端部
２６・・・他端部
２７・・・ティース部

Claims

回転電機（１０）に用いられるステータコア（１３）であって、
幅方向へ曲がりながら螺旋状に延びている板状のヨーク部（２４、６１、７１、８１、８６）からなる積層構造のヨーク（１４）と、
前記ヨーク部から前記ステータコアの径方向へ突き出している複数のティース部（２７）からなる積層構造の複数のティース（１５）と、
を有しており、
前記ヨーク部の径方向外側の板厚は径方向内側の板厚よりも薄くなっており、
前記ヨーク部は当該ヨーク部の板厚の薄い部分において厚み方向へ凹む凹部（２２、６３、７３、７４、７５、８３、８８）を有しているステータコア。
前記凹部は、前記ヨーク部のうち径方向外側に複数形成されている請求項１に記載のステータコア。
前記凹部（７３、７４、７５）は、前記ヨーク部の径方向内側から径方向外側にかけて深さが深くなるように形成されている請求項１または２に記載のステータコア。
前記凹部は、前記ヨーク部の周方向へ延びる溝（２２、６３、７３、７４、７５、８３）から構成されている請求項１〜３のいずれか一項に記載のステータコア。
前記溝（２２、６３、７３、７４、７５）は、前記ヨーク部の周方向に連続して形成されている請求項４に記載のステータコア。
前記凹部はドット状の穴（８８）から構成されている請求項１〜３のいずれか一項に記載のステータコア。
前記凹部の角は丸みを帯びている請求項１〜６のいずれか一項に記載のステータコア。