JP6234457B2 - ステータ - Google Patents

Description

本発明は、複数の分割コアと環状のホルダとが一体化したステータに関する。

従来、円環状に配置されてステータコアを構成する複数の分割コアと、該複数の分割コアの外側に配置され、該複数の分割コアを一体として保持する環状のホルダとを備えたステータが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１のステータでは、分割コア及びホルダが、ステータの中心軸線に平行に延在する凹部及び凸部をそれぞれ有する。そして、分割コアとホルダを一体化してステータを形成する際には、その凹部及び凸部の隙間嵌めにより分割コアにホルダが組み付けられ、凸部がポンチで変形される。これにより、凹部と凸部との間の隙間が埋められてさらに残留応力が生じるので、分割コア及びホルダが強固に締結されたステータが形成される。

特許文献１の別の態様のステータは、複数の分割コアを円環状に配列した環状配列に円筒状のホルダを外嵌し、ホルダをその外周面から内周面に向けて塑性変形用のパンチ等で押圧することにより形成される。この場合、パンチ等による押圧によって、分割コアの溝などにホルダの素材が入り込み、分割コアとホルダとが一体化される。

このようなステータは、ハードディスクの駆動用モータなどの小型のモータに用いる場合には、分割コアとホルダとの結合強度は十分である。しかし、自動車の駆動用モータなどのように、大きなトルクが付与される場合には、ホルダに対する分割コアの固定強度が十分ではないので、分割コアがホルダから外れるおそれがある。

このため、一般に、自動車の駆動用モータに用いられるステータでは、分割コアの環状配列の外周面にホルダを圧入又は焼嵌めし、ホルダで環状配列を強い力で締め付けることによりステータが形成される。これにより、ホルダに対する分割コアの十分な固定強度が得られるので、ステータコアが大きなトルクを受けてホルダから外れるのを防止することができる。

特開２００３−１６９４３１号公報

しかしながら、ホルダの圧入によりステータを形成する場合、次のような問題がある。すなわち、分割コアの環状配列にホルダを圧入するとき、環状配列の外周面がホルダで削られて削りくずが発生するおそれがある。このため、削りくずを吸引機で吸い取るなどの対策が必要となる。

また、ホルダは、一般に、プレス成形などで作られ、その寸法精度が高いとはいえないので、環状配列への圧入時の締め代が一定ではなく、締付け荷重にばらつきが発生し易い。このため、使用するホルダの寸法精度を管理する必要があるので、その結果、ホルダについての歩留りを低下させることになる。

さらに、分割コアは、一般に、電磁鋼板を積層して形成される。このため、ホルダの圧入時に、電磁鋼板の板面に沿った方向の荷重により電磁鋼板が歪み、その結果、ステータコアにおける鉄損を増大させるおそれがある。

一方、ホルダを焼嵌めにより分割コアの環状配列に結合させる場合には、ホルダを加熱及び冷却するための手段や工程が必要となる。

本発明の目的は、削りくずの吸引対策の必要性や、歩留りの低下、性能の低下を招来することなく、分割コアとホルダが強固に一体化し、簡便な工程で製造できるステータを提供することにある。

本発明のステータは、円環状に配列されてステータコアを形成する複数の分割コアと、前記ステータコアの外側に配置されて前記複数の分割コアを一体として保持する環状のホルダとを備え、前記分割コアは、前記ホルダの内周面に対向する対向面と、隣接する分割コア同士の接合に供される接合面とを有し、前記対向面には、前記ステータコアの中心軸線に平行に延びた凹部が設けられ、前記ホルダの内周面には、前記凹部内に入る凸部が設けられ、前記凸部は、対応する前記凹部内の側壁における前記ホルダ側の端縁に沿って当接するように形成され、各凸部は、対応する前記凹部の両側壁のうち、前記ステータコアの周方向における一方の側壁又は他方の側壁のうちのいずれか１つの側壁の端縁にのみ接触し、該対応する凹部の両側壁のうち、該凸部が接触している側壁とは別の側壁が前記ホルダに接触しておらず、前記凸部と前記凹部は、各凸部が接触する各凹部の一方の側の側壁と他方の側の側壁とが混在するように配置され、該側壁に対する凸部の接触は、該凸部が該側壁に対して直線状に当接することにより行われている。

本発明において、ホルダの凸部が、分割コアの凹部の側壁に対して直線状に当接しているので、分割コアとホルダとが、特にホルダの周方向において、強固に結合している。このため、分割コアに大きなトルクが付与された場合でも、分割コアがホルダからずれたり外れたりすることはない。
また、上記のように凸部が接触する凹部の周方向における一方の側の側壁と他方の側の側壁とが混在しているので、分割コアに対して周方向における一方向又は他方向のいずれの方向のトルクが働いた場合でも、分割コアとホルダとの間にスリップを生じさせることなく、分割コアをホルダにより確実に保持することができる。

また、ホルダの凸部は、ホルダを外側から押圧して塑性変形させることにより形成することができる。この場合、ステータの製造にあたっては、ホルダが分割コアの周囲に圧入又は焼嵌めされる場合に比べて、削りくずの吸引対策や、ホルダの加熱・冷却工程が不要であり、ホルダにより分割コアに付与される締付け力も比較的小さくて足りる。また、ホルダについて高い寸法精度が要求されることはないので、ホルダの歩留りが低下することもない。

したがって、本発明によれば、削りくずの吸引対策の必要性や、歩留りの低下、性能の低下を招来することなく、分割コアとホルダが強固に一体化し、簡便な工程で製造できるステータを提供することができる。

本発明において、前記隣接する分割コアの対向面における各凹部間の部分と、この部分に対向する前記ホルダの内周面との間に隙間を有してもよい。これによれば、隣接する分割コアの対向面における各凹部の間の部分にホルダからの押圧力が付与されないので、かかる押圧力による分割コアの歪に起因してステータの性能が低下するのを回避することができる。

本発明において、前記分割コアは、前記ステータコアの周方向における中央部から該ステータコアの中心軸線側に突出して該中心軸線に垂直な断面がＴ字状のティース部を有し、前記凹部は、前記分割コアの対向面の前記周方向における中央部に位置してもよい。

これによれば、分割コアの対向面の凹部は、対向面の中央、すなわち磁束密度が疎である部分に位置するので、ホルダの凸部の形成により、分割コアの凹部近傍に歪が生じたとしても、ステータの性能低下を回避することができる。

本発明の一実施形態に係るステータの斜視図である。 図１のステータにおける分割コアの斜視図である。 図１のステータにおける分割コアとホルダとの結合状況を示す平面図である。 図１のステータを製造するためのステータ製造装置の平面図である。 図４のステータ製造装置の断面図である。 図４のステータ製造装置の図５とは異なる状態での断面図である。 図４のステータ製造装置のさらに異なる状態での断面図である。 図４のステータ製造装置における支持機構、押圧機構、分割コア及びホルダの状態を示す図であり、図８Ａは、上ジグが加工待機位置に位置しているときの状態、図８Ｂは、上ジグが図６の位置に位置しているときの状態、図８Ｃは、上ジグが図６と図７の位置の中間に位置しているときの状態、図８Ｄは、上ジグが図７の位置に位置しているときの状態、図８Ｅは、上ジグが加工待機位置に戻されたときの状態を示す。

以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。図１に示すように、実施形態のステータ１は、円環状に配列されてステータコア２を構成する複数の分割コア３と、その配列の外側に配置された円筒状のホルダ４と、各分割コア３に設けられたステータコイル５とを備える。

分割コア３の配列は、ステータコア２の中心軸線ａｘに平行な円筒状の外周面を構成する。ホルダ４は、この外周面に対向する円筒状の内周面を有し、この内周面を介して分割コア３を一体として保持する。

図２は、分割コア３の斜視図である。図２に示すように、分割コア３は、上述のステータコイル５が外周に配置されるティース部６と、隣接する分割コア３のティース部６同士を磁気的に結合するヨーク部７とを備える。

ヨーク部７は、ほぼ直方体状の形状を有し、ホルダ４の内周面に対向する部分円筒状の対向面８と、隣接する両側の分割コア３のヨーク部７に面して設けられた両側の接合面９とを備える。隣接する分割コア３は、それぞれの接合面９同士を接触させて結合している。

分割コア３の対向面８には、中心軸線ａｘに平行な直線状の凹部１０が設けられる。凹部１０は、ステータコア２の周方向ｃについて、対向面８の中央に位置しており、分割コア３とホルダ４との結合に利用される。

分割コア３の両側の接合面９には、中心軸線ａｘに平行な凹溝１１及び凸条１２がそれぞれ設けられる。隣接する分割コア３は、その一方の凹溝１１と他方の凸条１２とが嵌合することにより、相互に、中心軸線ａｘの径方向ｒについて位置決めされる。

ティース部６は、ヨーク部７の周方向ｃ中央から、中心軸線ａｘの方に延びる。したがって、分割コア３の中心軸線ａｘに垂直な断面は、ほぼＴ字状の形状を有する。ステータコイル５は、ティース部６の外周に、インシュレータ１３（図１参照）を介して設けられる。

図３は、分割コア３とホルダ４との結合状況を示す。図３に示すように、ホルダ４の内周面には、分割コア３の凹部１０に対応する直線状の凸部１４が設けられる。凸部１４は、対応する凹部１０の側壁１０ａ、１０ｂにおけるホルダ４側の端縁に対し、当接部１４ａを介して直線状に当接している。ここで、各凸部１４の当接部１４ａが接触する凹部１０の側壁は、各凹部１０において異なる。

例えば、隣接する各分割コア３の凹部１０において、対応する凸部１４が接触する側壁１０ａ、１０ｂは、互いに異なる。すなわち、円Ａ及びＢで囲んで示すように、ある分割コア３の凹部１０の一方の側壁１０ａに凸部１４が接触したとすれば、その隣の分割コア３の凹部１０に対応する凸部１４は、当該凹部１０の他方の側壁１０ｂに接触する。このように複数の凸部１４と凹部１０は、各凸部１４が接触する各凹部１０の一方の側壁１０ａと他方の側壁１０ｂとが混在するように配置されている。

これにより、円形状に配列された分割コア３は、ホルダ４に対して相対回転しないように、ホルダ４に結合している。また、ホルダ４の凸部１４は、ホルダ４の外側から押圧して塑性変形させることにより形成されたものであり、その残留応力が各分割コア３を中心軸線ａｘの方向へ押圧するので、各分割コア３は、その接合面９を介して相互に強固に結合している。したがって、各分割コア３は、ホルダ４により一体としてゆるぎなく保持され、ステータコア２を形成している。

また、隣接するヨーク部７の対向面８における各凹部１０の間の部分と、これに対応するホルダ４の内周面との間には、隙間ｄが存在する。これにより、ヨーク部７における当該部分については、中心軸線ａｘの方に向かう応力が付与されることはないので、かかる応力による歪みは発生しない。

なお、ホルダ４の凸部１４による分割コア３の押圧は、ヨーク部７の対向面８の周方向ｃにおける中央部分に対して行われる。この部分は、磁束密度が疎であるため、その部分に押圧力による歪が発生したとしても、ステータ１の性能に影響を及ぼすことはない。

図４は、ステータ１を製造するためのステータ製造装置の平面図であり、図５は、ステータ製造装置の断面図である。このステータ製造装置１５は、ステータコイル５が設けられた複数の分割コア３をホルダ４で一体化してステータ１を形成するために用いられる。

図４では、一体化される分割コア３及びホルダ４のほか、ステータ製造装置１５の主要部品のみが示されている。これらの主要部品は、円環状に配置されているが、図４では、その一部のみが示されている。図５では、ステータ製造装置１５の中心軸線ＡＸを異なる角度で通る２つの面による断面が、中心軸線ＡＸの左右にそれぞれ示されている。

図５に示すように、ステータ製造装置１５は、分割コア３及びホルダ４が配列される下ジグ１６と、下ジグ１６に対して中心軸線ＡＸに沿って昇降される上ジグ１７とを備える。下ジグ１６上において、複数の分割コア３と、これらの分割コア３を一体化するためのホルダ４とが、中心軸線ＡＸの周りに配置され、ステータ１の製造に供される。

下ジグ１６上に配列された分割コア３は、そのヨーク部７が円環状に連なり、円筒状の外周面を形成する。分割コア３の配列の外側に、その外周面がホルダ４の内周面に微小な隙間を置いて対向するように、ホルダ４が配置される。

下ジグ１６上には、その上に配列された分割コア３を、中心軸線ＡＸを中心とする径方向Ｒの内方側から外方に向けて支持する支持機構１８が設けられる。支持機構１８は、分割コア３の配列の内側に沿って環状に、分割コア３毎に設けられる。

また、支持機構１８は、径方向Ｒに若干移動し得るように下ジグ１６上で支持された保持部１９と、保持部１９により径方向Ｒに移動し得るように保持され、分割コア３を径方向Ｒ内側から径方向Ｒ外方に向けて支持する上下２段の支持ピン２０とを備える。隣り合う保持部１９の間には、保持部１９同士の間隔を適切に保持する部材１９ａが設けられる。

支持ピン２０には、コイルばね２１により、径方向Ｒ外方向の付勢力が付与される。支持ピン２０及びコイルばね２１により、本発明の付勢部が構成される。保持部１９には、分割コア３が支持ピン２０からの付勢力に抗して所定位置よりも径方向Ｒ内方に変位するのを阻止する阻止部材２２が固定される。

また、下ジグ１６には、ホルダ４が下ジグ１６上に配置される際にホルダ４を位置決めするための２つの位置決めピン２３が、中心軸線ＡＸについてほぼ対象な位置にそれぞれ設けられる。位置決めピン２３は、後述する押圧機構２８による凸部１４の形成に先立って移動され、これによりホルダ４の位置決めピン２３による位置決めが解除される。

すなわち、位置決めピン２３は、ばね２４により上方に付勢されかつ上下方向に移動し得るように案内された可動部材２５上において上方に向けて立設される。位置決めピン２３は、ホルダ４を下ジグ１６上に配置する際に、その上端部を、ホルダ４の位置決め穴２６に挿入してホルダ４を位置決めするために用いられる。可動部材２５には、下ジグ１６の上方に突出した突出部材２７が設けられる。

したがって、凸部１４の形成に際して下降する後述の押圧機構２８によって突出部材２７が下方に押されると、位置決めピン２３が、可動部材２５とともに下降し、ホルダ４の位置決め穴２６から抜けて、ホルダ４の位置決めピン２３による位置決めが解除される。

一方、上ジグ１７には、分割コア３の配列の外側に配置されたホルダ４を、その外周面側から押圧してその内周面に、分割コア３の凹部１０に対応する凸部１４を形成する押圧機構２８が設けられる。押圧機構２８は、分割コア３毎に設けられ、円環状に配置される。押圧機構２８により形成される凸部１４によって、ホルダ４と各分割コア３とがカシメ接合により一体化する。

押圧機構２８は、ホルダ４の外周面上で転動させて凸部１４を形成するための押圧ローラ２９を備える。押圧ローラ２９は、ホルダ４の外周面を押圧する環状押圧部２９ａ（図３参照）を備える。環状押圧部２９ａは、押圧ローラ２９の回転軸線を含む平面で切断した断面においてＶ字状の形状を有する。

押圧ローラ２９は、上ジグ１７と共に下降するとき、中心軸線ＡＸに平行に移動する。このとき、ホルダ４の外周面が環状押圧部２９ａにより押圧され、ホルダ４の内周面に直線状の凸部１４が形成される。

各押圧ローラ２９は、それによる各凸部１４の形成位置が、対応する凹部１０の中心位置に対し、中心軸線ＡＸの周方向Ｃにおける一方及び他方に交互に所定量だけずれた位置となるように設けられる。これにより、図３のように、隣接する一方の分割コア３の凹部１０において、対応する凸部１４が側壁１０ａに接触し、他方の分割コア３の凹部１０において、対応する凸部１４が側壁１０ｂに接するように、凸部１４が形成される。

また、上ジグ１７には、押圧機構２８による凸部１４の形成に際し、支持機構１８の保持部１９を、径方向Ｒにおける所定位置に位置するように、内側から固定する円筒状の固定部材３０が設けられる。凸部１４の形成に際しては、固定部材３０が、各保持部１９の径方向Ｒ内方側の面で構成される円筒状の面の内側に嵌合し、押圧機構２８による押圧力に抗して、各保持部１９の径方向Ｒ位置を強固に維持する。

また、上ジグ１７には、分割コア３の中心軸線ＡＸに垂直な端面を中心軸線ＡＸに平行な方向に押圧する押圧部材３１が設けられる。押圧部材３１は、上下方向にスライドし得るように上ジグ１７に取り付けられ、かつコイルばね３２により下方に付勢される。押圧部材３１は、押圧機構２８による凸部１４の形成に際し、分割コア３を押圧することにより、押圧ローラ２９によるホルダ４の押圧に伴って分割コア３に歪みが生じるのを防止する。

その際、押圧部材３１は、上ジグ１７の下降に伴い、図６で示されるように、凸部１４の形成開始直前に分割コア３の押圧を開始する。そして、その押圧力は、凸部１４の形成が進行してゆくのに伴い、図７で示される凸部１４の形成完了に至るまで、コイルばね３２により増大するようになっている。

図８Ａ〜図８Ｅは、ステータ製造装置１５により分割コア３とホルダ４を一体化する際の支持機構１８、押圧機構２８、分割コア３及びホルダ４の状態変化を示す。図８Ａでは、上ジグ１７が図５のように加工待機位置に位置しているときの状態、図８Ｂでは、上ジグ１７が図６のように凸部１４の加工開始位置の手前に位置しているときの状態が示されている。

また、図８Ｃでは、上ジグ１７が、図６の位置と図７で示される下限位置との中間に位置しているときの状態、図８Ｄでは、上ジグ１７が、図７の下限位置に位置しているときの状態が示されている。また、図８Ｅでは、上ジグ１７が加工待機位置に戻されたときの状態が示されている。

ステータ１を製造するために分割コア３とホルダ４を一体化するに際しては、まず、下ジグ１６上にヨーク部７を円環状に連ねて配置された分割コア３の配列に対し、その外側にホルダ４が配置されるホルダ配置工程が行われる。このとき、上ジグ１７は、図５のように、加工待機位置に位置している。

各分割コア３には、インシュレータ１３を介してステータコイル５が設けられている。ホルダ４の配置は、その２つの位置決め穴２６に対して、下ジグ１６の２つの位置決めピン２３の先端部を挿入することにより行われる。ホルダ４が配置されたとき、図８Ａに示すように、下ジグ１６上に配置された分割コア３と、対応する支持機構１８との間には、隙間３３が存在する。また、各分割コア３とホルダ４との間には、隙間３４が存在する。

次に、ホルダ４に凸部１４を形成する凸部形成工程が行われる。すなわち、まず、上ジグ１７が、図５の加工待機位置から下降される。そして、図６のように、上ジグ１７が、加工開始位置の手前に到達すると、突出部材２７が押圧機構２８により下方に押され、位置決めピン２３が、ホルダ４の位置決め穴２６から抜ける。これにより、ホルダ４は、位置決めピン２３による拘束から解放され、ある程度、水平面内で変位可能となる。

このとき、固定部材３０が各保持部１９の内側に嵌合するので、図８Ｂのように、支持機構１８が固定部材３０に押されて径方向Ｒ外方に若干移動する。これにより、上述の分割コア３と支持機構１８との間の隙間３３及び分割コア３とホルダ４との間の隙間３４がゼロとなって消失する。すなわち、各分割コア３は、ホルダ４に対して、がたつきなく均一な姿勢となるように強制される。

また、これにより、隣接する分割コア３の間には、隙間３５が生じる。このとき、支持機構１８の支持ピン２０は、コイルばね２１により付勢されているので、阻止部材２２により分割コア３の移動が阻止されるときの位置よりも径方向Ｒ外方に離れている。また、このとき、押圧部材３１が、分割コア３の押圧を開始する。この押圧力は、上ジグ１７が下限位置に到達するまで、増大することになる。

上ジグ１７がさらに下降すると、各押圧機構２８の押圧ローラ２９が、各分割コア３の凹部１０に対応するホルダ４の上端部に接触し、その部分から、ホルダ４の押圧による凸部１４の形成が開始される。

そして、上ジグ１７が、図７の下限位置に向かって下降してゆくのに伴い、押圧ローラ２９による凸部１４の形成が進行してゆく。これに伴い、図８Ｃに示すように、分割コア３が、ホルダ４を介して付与される力Ｆにより径方向Ｒ内方に押されて移動し、隣接する分割コア３間の隙間３５が減少してゆく。また、この分割コア３の移動により、支持機構１８の支持ピン２０は、コイルばね２１の付勢力に抗して径方向Ｒ内方に押されてゆき、阻止部材２２により分割コア３の移動が阻止される位置に達する。

そして、上ジグ１７が、図７のように下限位置に到達したとき、図８Ｄに示すように、隣接する分割コア３間の隙間３５が消滅している。また、隣接する分割コア３の凹部１０の間と、これに対応するホルダ４の内周面との間に隙間３６が生じている。この隙間３６は、上述図３の隙間ｄを構成する。

次に、上ジグ１７は、上方の加工待機位置に戻される。このとき、支持機構１８の保持部１９に対する固定部材３０による押圧が解除されるので、図８Ｅのように、支持機構１８は、図８Ａの初期位置に戻る。また、このとき、押圧部材３１による、分割コア３の押圧が解除される。これにより、凸部形成工程が完了し、分割コア３とホルダ４との一体化が達成される。

本実施形態のステータ１によれば、分割コア３の凹部１０とホルダ４の凸条１２との接触が、直線状の接触面を介して行われる。これにより、分割コア３に大きなトルクが働いた場合でも、分割コア３とホルダ４との間にスリップを生じさせることなく、分割コア３をホルダ４により、確実に保持することができる。

また、各凸部１４が接触する凹部１０の側壁には、周方向ｃにおける一方の側及び他方の側の側壁１０ａ及び１０ｂが混在するので、分割コア３に対して周方向ｃにおける一方向又は他方向のいずれの方向のトルクが働いた場合でも、分割コア３とホルダ４との間にスリップを生じさせることなく、分割コア３をホルダ４により、確実に保持することができる。

また、隣接する分割コア３の凹部１０の間の対向面８部分と、これに対応するホルダ４の内周面との間に隙間ｄを有するので、その外周面部分に径方向ｒ内方の押圧力が付与されない。これにより、分割コア３の歪によるステータ１の性能低下を回避することができる。

また、分割コア３の凹部１０は、ヨーク部７の対向面８の中央、すなわち磁束密度が疎である部分に位置する。このため、ホルダ４の凸部１４の形成により、凹部１０近傍に歪が生じたとしても、それによるステータ１の性能低下を回避することができる。

本発明のステータは、環状に配列した分割コアをホルダにより一体化して保持することにより形成され、モータを構成するために利用される。その際、ステータは、性能や歩留りを低下させることなく、簡便な工程で強固に一体化したものとして形成されるので、自動車の駆動用モータのように大きなトルクが付与されるモータに適したものとして利用することができる。

１…ステータ、２…ステータコア、３…分割コア、４…ホルダ、６…ティース部、７…ヨーク部、８…対向面、９…接合面、１０…凹部、１４…凸部、ｄ…隙間。

Claims (3)

1. 円環状に配列されてステータコアを形成する複数の分割コアと、
   前記ステータコアの外側に配置されて前記複数の分割コアを一体として保持する環状のホルダとを備え、
   前記分割コアは、前記ホルダの内周面に対向する対向面と、隣接する分割コア同士の接合に供される接合面とを有し、
   前記対向面には、前記ステータコアの中心軸線に平行に延びた凹部が設けられ、
   前記ホルダの内周面には、前記凹部内に入る凸部が設けられ、
   前記凸部は、対応する前記凹部内の側壁における前記ホルダ側の端縁に沿って当接するように形成され、
   各凸部は、対応する前記凹部の両側壁のうち、前記ステータコアの周方向における一方の側壁又は他方の側壁のうちのいずれか１つの側壁の端縁にのみ接触し、該対応する凹部の両側壁のうち、該凸部が接触している側壁とは別の側壁が前記ホルダに接触しておらず、前記凸部と前記凹部は、各凸部が接触する各凹部の一方の側の側壁と他方の側の側壁とが混在するように配置され、該側壁に対する凸部の接触は、該凸部が該側壁に対して直線状に当接することにより行われているステータ。
2. 前記隣接する分割コアの対向面における各凹部間の部分と、この部分に対向する前記ホルダの内周面との間に隙間を有する請求項１に記載のステータ。
3. 前記分割コアは、前記ステータコアの周方向における中央部から該ステータコアの中心軸線側に突出して該中心軸線に垂直な断面がＴ字状のティース部を有し、
   前記凹部は、前記分割コアの対向面の前記周方向における中央部に位置する請求項１に記載のステータ。