JP6370863B2

JP6370863B2 - モータ用のステータの製造方法

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Publication number: JP6370863B2
Application number: JP2016229477A
Authority: JP
Inventors: 秀俊植松; 明広細田
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2016-11-25
Filing date: 2016-11-25
Publication date: 2018-08-08
Anticipated expiration: 2036-11-25
Also published as: CN108110972A; DE102017010774A1; US20180152084A1; CN108110972B; JP2018085905A; US10355565B2

Description

本発明は、積層されてモータのステータを形成するステータコアを圧延方向に延びる電磁鋼板から製造するステータの製造方法に関する。

従来、電磁鋼板から打ち抜いたステータコアを積層してモータ用のステータを製造している。例えば、図５Ａに示すように、所定の幅ｄ０で圧延方向に延びる電磁鋼板１９から略四角形のステータコア１００を打ち抜き、ステータコア１００を積層してステータを形成している。図５Ａでは、パイロットピンを差し込むためのパイロットピン用穴５が電磁鋼板１９に形成される例が示されている。

ステータコアの材料となる電磁鋼板は、その圧延方向と圧延方向に直交する方向とで透磁率が異なる磁気異方性がある。電磁鋼板の磁気異方性は、磁束の発生量に差を生じさせて回転時のトルクリプルの原因となったり、トルクコギングの原因となったりもする。図５Ｂには、電磁鋼板の磁気異方性に起因する不具合を考慮し、圧延方向に対してステータコア１０１の向きを傾けた例が示されている。この種の磁気異方性について記載されているものとして特許文献１や特許文献２がある。特許文献１及び特許文献２には、ステータコアを圧延方向に対して傾けて打ち抜き、ずらして重ね合わせることにより、トルクコギングを抑制する方法について記載されている。

また、電磁鋼板から複列でステータコアを打ち抜くものとして特許文献３や特許文献４がある。特許文献３には、加工部材の幅方向に２以上の鉄心板を配置して打ち抜くものにおいて、加工部材の補給の際に先の加工部材の終端部と次の加工部材の始端部とを溶接する技術について記載されている。特許文献４には、パイロットピン用穴を確保しつつ、千鳥状に配列されたコア片群を帯板の幅一杯に配置し、材料歩留まりを向上する技術が記載されている。特許文献３及び特許文献４は、いずれもパイロットピンを利用することを前提としている。

特許第３８６５７３４号公報特許第４４９８１５４号公報特開２０１４−１６８３２９号公報特開２０１５−１６７４５４号公報

ところで、円形でないステータコアでは、図５Ａに示すような圧延方向にステータコアが整列している場合に比べ、図５Ｂに示すようなステータコアが圧延方向に対して傾いている場合の方が電磁鋼板からステータコアを切り抜いた後の電磁鋼板の廃棄量が増え、コストアップを招いてしまう。特許文献３や特許文献４に示すように、ステータコアが打ち抜かれた後の廃棄量を少なくするために、ステータコアを複列で配置することも考えられる。しかし、電磁鋼板に形成されたパイロットピン用穴を配置する部分が必要となる構造であり、これらの構造を前提とないコア形状で廃棄量を効果的に低減する方法が望まれていた。また、複列に配置してステータコアを形成したとしても、複列に配置しただけでは電磁鋼板の圧延方向による磁気異方性の影響が生じるおそれがある。

本発明は、電磁鋼板の圧延方向に起因する磁気異方性の影響を抑制しつつ、生産量に対する電磁鋼板の廃棄量を効果的に低減できるステータの製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、積層されてモータのステータ（例えば、後述のステータ１）を形成する第１ステータコア（例えば、後述の第１ステータコア１０）と第２ステータコア（例えば、後述の第２ステータコア１１，１２）を圧延方向に延びる電磁鋼板（例えば、後述の第１電磁鋼板２０，第２電磁鋼板２１）から製造するステータの製造方法であって、第１電磁鋼板（例えば、後述の第１電磁鋼板２０）から打ち抜かれた円形ではない前記第１ステータコアと、第２電磁鋼板（例えば、後述の第２電磁鋼板２１）から打ち抜かれた円形ではない前記第２ステータコアと、を積層したときのそれぞれの圧延方向の角度差が３６０度÷（４×モータ極対数）となるように、前記第１ステータコア及び前記第２ステータコアを打ち抜く位置がそれぞれ設定され、前記第１ステータコア及び前記第２ステータコアの少なくとも何れか一方は、その中心を通って対辺又は対角を結ぶ仮想的な線分のうち、最も短い線分（例えば、後述の線分ｄ１）の向きが圧延方向に対して直交せず、かつ、幅方向に２つ以上並べて打ち抜かれるステータの製造方法に関する。

幅方向で隣り合う前記第１ステータコア又は前記第２ステータコアにおいて、前記最も短い線分のそれぞれが平行であることが好ましい。

幅方向で隣り合う前記第１ステータコア又は前記第２ステータコアにおいて、前記最も短い線分のそれぞれが同一直線上に位置することが好ましい。

また、本発明は、積層されてモータのステータ（例えば、後述のステータ１）を形成するステータコア（例えば、後述のステータコア１５，１６）を圧延方向に延びる電磁鋼板（例えば、後述の電磁鋼板２２）から製造するステータの製造方法であって、前記電磁鋼板から打ち抜かれた円形ではない前記ステータコアと、前記電磁鋼板から打ち抜かれたステータコアを裏返した状態の前記ステータコアと、を積層したときのそれぞれの圧延方向の角度差が３６０度÷（４×モータ極対数）となるように、前記ステータコアを打ち抜く位置が設定され、前記ステータコアは、その中心を通って対辺又は対角を結ぶ仮想的な線分のうち、最も短い線分（例えば、後述の線分ｄ１）の向きが圧延方向に対して直交せず、かつ、幅方向に２つ以上並べて打ち抜かれるステータの製造方法に関する。

幅方向で隣り合う前記ステータコアにおいて、前記最も短い線分のそれぞれが平行であることが好ましい。

幅方向で隣り合う前記ステータコアにおいて、前記最も短い線分のそれぞれが同一直線上に位置することが好ましい。

本発明のステータの製造方法によれば、電磁鋼板の圧延方向に起因する磁気異方性の影響を抑制しつつ、生産量に対する電磁鋼板の廃棄量を効果的に低減できる。

第１実施形態の第１ステータコアの打ち抜きを説明する図である。第１実施形態の第２ステータコアの打ち抜きを説明する図である。第１実施形態のステータコアと圧延方向の関係を説明する図である。第２実施形態の第１ステータコアの打ち抜きを説明する図である。第２実施形態の第２ステータコアの打ち抜きを説明する図である。第２実施形態のステータコアと圧延方向の関係を説明する図である。第３実施形態のステータコアの打ち抜きを説明する図である。第３実施形態のステータコアと圧延方向の関係を説明する図である。第４実施形態のステータコアの打ち抜きを説明する図である。第４実施形態のステータコアと圧延方向の関係を説明する図である。従来例のステータコアの打ち抜きを説明する図である。従来例のステータコアの打ち抜きを説明する図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。

まず、第１ステータコアと第２ステータコアの２種類のステータコアを積層してステータ１（図１Ｃ参照）を形成する第１実施形態のステータの製造方法について説明する。

図１Ａは、第１実施形態の第１ステータコア１０の打ち抜きを説明する図である。図１Ｂは、第１実施形態の第２ステータコア１１の打ち抜きを説明する図である。

図１Ａ及び図１Ｂに示すように、第１ステータコア１０及び第２ステータコア１１は、何れも積層方向で見て円形ではない略四角形状となっている。

第１ステータコア１０は、フープ材である第１電磁鋼板２０を打ち抜いて形成される。第２ステータコア１１は、フープ材であり、第１電磁鋼板２０よりも幅広な第２電磁鋼板２１を打ち抜いて形成される。第１ステータコア１０及び第２ステータコア１１は、同じ形状となっており、第１ステータコア１０と第２ステータコア１１が複数積層されてステータ１が形成される。

図１Ａに示すように、第１電磁鋼板２０における第１ステータコア１０が打ち抜かれる箇所は、第１電磁鋼板２０の第１圧延方向に１列で並んでいる。ステータコアにおいて、その中心を通過して対辺又は対角線を結ぶ線分のうち、長さが最も短いものを線分ｄ１とすると、第１ステータコア１０は、線分ｄ１の向きが第１電磁鋼板２０の第１圧延方向に直交する位置関係になっている。そして、第１電磁鋼板２０の両辺３０の間の長さ、即ち、第１電磁鋼板２０の幅ｄ０は、線分ｄ１よりも長く設定される。本実施形態では、第１電磁鋼板２０の第１圧延方向と第１電磁鋼板２０の両辺３０の延びる方向は平行な位置関係となっている。第１電磁鋼板２０において、第１ステータコア１０の線分ｄ１は両辺３０の延びる方向に直交する方向を向いているといえる。

図１Ｂに示すように、第２電磁鋼板２１における第２ステータコア１１が打ち抜かれる箇所は、第２電磁鋼板２１の第２圧延方向に２列で並んでいる。第２ステータコア１１は、第２電磁鋼板２１の両辺３１の間の長さ、即ち、第２電磁鋼板２１の幅ｄ２の間に２列で納まっている。

第２ステータコア１１は、その線分ｄ１の向きが第２電磁鋼板２１の第２圧延方向の直交方向に対して傾くように打ち抜かれる。第２電磁鋼板２１に打ち抜かれる各第２ステータコア１１は、その線分ｄ１の向きが平行な位置関係となっている。

第１実施形態では、幅方向で隣り合う第２ステータコア１１の線分ｄ１が、同一直線上にないように、第２ステータコア１１の切り抜き位置が設定されている。即ち、幅方向で隣り合う第２ステータコア１１が、線分ｄ１が向く方向に直交する方向でｄ３だけオフセットして配置されている。

図１Ｃは、第１実施形態のステータコアと圧延方向の関係を説明する図である。図１Ｃ中の第１圧延方向は第１ステータコア１０を積層したときの第１電磁鋼板２０の圧延方向であり、第２圧延方向は第２ステータコア１１を積層したときの第２電磁鋼板２１の圧延方向である。

図１Ｃに示すように、第１ステータコア１０と第２ステータコア１１を積層したときに、ステータ１の中心を通る第１圧延方向と第２圧延方向が所定の角度差αで交差する。所定の角度差αは、３６０度÷（４×モータ極対数）で設定される。この角度差αが生じるように、第２電磁鋼板２１に対する第２ステータコア１１の線分ｄ１の幅方向に対する傾きが設定される。例えば、Ｓ極とＮ極からなる極対数が３つの場合は角度差が３０度となるように第２ステータコア１１の線分ｄ１の向きが設定される。角度差αは、ロータ極位置に対する各ステータコアの圧延方向の角度差ということもできる。

第１ステータコア１０と第２ステータコア１１を同じ向きに揃えて積層することにより、第１電磁鋼板２０の第１圧延方向と第２電磁鋼板２１の第２圧延方向が角度差αで交差する配置関係となる。これにより、圧延方向の磁気異方性の影響を効果的に抑制できるモータ用のステータを製造できる。

以上説明した第１実施形態のステータ１の製造方法は、第１電磁鋼板２０から打ち抜かれた円形ではない第１ステータコア１０と、第２電磁鋼板２１から打ち抜かれた円形ではない第２ステータコア１１と、を積層したときの第１圧延方向と第２圧延方向の角度差αが３６０度÷（４×モータ極対数）となるように、第１ステータコア１０と第２ステータコア１２を打ち抜く位置がそれぞれ設定される。第２ステータコア１１は、その中心を通って対辺又は対角を結ぶ仮想的な線分のうち、最も短い線分ｄ１の向きが第２圧延方向に対して直交せず、かつ、幅方向に２つ以上並べて打ち抜かれる。

これにより、全てのステータコアを電磁鋼板の圧延方向に一列で並べて打ち抜く場合に比べ（図５Ａや図５Ｂ参照）、第２ステータコア１１の生産量に対する第２電磁鋼板２１の廃棄量を抑制することができ、製造コストの低減を実現できる。
また、第１電磁鋼板２０と第２電磁鋼板２１でステータコアの打ち抜き方を変えているので、同じ電磁鋼板で打ち抜く形状を異ならせる必要もない。
第１ステータコア１０と第２ステータコア１１を積層したときに第１圧延方向及び第２圧延方向に起因する磁気異方性の影響を抑制する角度差αで形成される高品質なステータ１を製造性良く製造できる。

また、第１実施形態の幅方向で隣り合う第２ステータコア１１において、第２ステータコア１１の最も短い線分ｄ１のそれぞれが、平行な位置関係となっている。

これにより、第２ステータコア１１の向きを揃えて第２電磁鋼板２１の幅を狭くすることができ、限られた領域でより多くの第２ステータコア１１を製造することができる。

なお、第１実施形態では、第１ステータコア１０の線分ｄ１が第１圧延方向に直交する方向を向いているが、この構成に限定されない。第１ステータコア１０及び第２ステータコア１１の少なくとも何れか一方が線分ｄ１の向きが圧延方向に対して直交せず、かつ、幅方向に２つ以上並べて打ち抜かれる構成あればよい。例えば、ロータ及びステータの形状、極対数等のモータの構成に応じて第１ステータコア１０についても、線分ｄ１の向きが第１圧延方向に直交せず、かつ、幅方向に２つ以上並べて打ち抜かれる構成とすることもできる。このように、第１実施形態の構成は事情に応じて適宜変更することができる。

第１実施形態と異なる実施形態について説明する。なお、以下の説明において、既に説明した構成と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する場合がある。

第２実施形態のステータ１の製造方法について説明する。図２Ａは、第２実施形態の第１ステータコア１０の打ち抜きを説明する図である。図２Ａに示すように、第２実施形態における第１ステータコア１０の製造方法は第１実施形態と同様である。

図２Ｂは、第２実施形態の第２ステータコア１２の打ち抜きを説明する図である。図２Ｂに示すように、第２実施形態では、第２電磁鋼板２１における第２ステータコア１２を打ち抜く位置が第１実施形態と異なっている。第２ステータコア１２の最も短い線分ｄ１が、幅方向で隣り合う第２ステータコア１２同士において同一直線上に位置するように、第２電磁鋼板２１における第２ステータコア１２を打ち抜く位置が設定される。

図２Ｃは、第２実施形態のステータコアと圧延方向の関係を説明する図である。図２Ｃに示すように、第２実施形態においても、第１ステータコア１０の第１圧延方向と第２ステータコア１２の第２圧延方向の角度差が、圧延方向に起因する磁気異方性を打ち消す角度差αに設定される。

以上説明した第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を奏する。また、第２実施形態では、幅方向で隣り合う第２ステータコア１２のそれぞれの線分ｄ１が同一直線上に位置しているので、第２電磁鋼板２１に必要な幅をより小さくすることができる。また、圧延方向で隣り合う第２ステータコア１２の間隔もより狭くすることができるので、より一層製造性を向上させることができる。

次に、同じ電磁鋼板から打ち抜いたステータコアを積層してステータ１を形成する実施形態について説明する。なお、以下の説明においても、上記実施形態で説明した構成と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略することができる。

図３Ａは、第３実施形態のステータコア１５の打ち抜きを説明する図である。図３Ｂは、第３実施形態のステータコア１５と圧延方向の関係を説明する図である。

第３実施形態では、同一又は同じ形状の電磁鋼板２２から打ち抜かれたステータコア１５を磁気異方性の影響を抑制するように積層する点が第１実施形態及び第２実施形態と異なっている。

図３Ａに示すように、第３実施形態の電磁鋼板２２には、ステータコア１５を打ち抜く箇所が幅方向に２つ並んだものが圧延方向に複数配置されている。各ステータコア１５は、その中心を通って対辺又は対角を結ぶ仮想的な線分のうち、最も短い線分ｄ１の向きが同じ向き、即ち平行に並んでいる。

第３実施形態では、電磁鋼板２２から打ち抜いたステータコア１５に対して同一又は同じ形状の電磁鋼板２２から打ち抜いたステータコア１５を裏返した状態で積層する。電磁鋼板２２から打ち抜いたままの向きを保持した状態のステータコア１５を積層したものを第１積層部５１とし、電磁鋼板２２から打ち抜いた状態から裏返したもの、即ち表裏を反転したものを第２積層部５２とする。なお、第１積層部５１及び第２積層部５２は、何れも一枚であってもよいし、複数枚であってもよい。

図３Ｂに示すように、ステータコア１５を積層したときに、第１積層部５１と第２積層部５２の圧延方向が所定の角度差αとなるように、線分ｄ１の向きや第２積層部５２のステータコア１５の裏返す向きが設定される。角度差αは、第１実施形態で説明した圧延方向に起因する磁気異方性を抑制する角度差であり、第１積層部５１と第２積層部５２を積層することで、ステータの磁気異方性の影響が抑制される。

以上説明した第３実施形態のステータの製造方法は、電磁鋼板２２から打ち抜かれた円形ではないステータコア１５（第１積層部５１）と、電磁鋼板２２から打ち抜かれたステータコア１５を裏返した状態のステータコア１５（第２積層部５２）と、を積層したときのそれぞれの圧延方向の角度差が３６０度÷（４×モータ極対数）となるように、ステータコア１５を打ち抜く位置が設定される。ステータコア１５は、その中心を通って対辺又は対角を結ぶ仮想的な線分のうち、最も短い線分ｄ１の向きが圧延方向に対して直交せず、かつ、幅方向に２つ以上並べて打ち抜かれる。

これにより、全てのステータコアを電磁鋼板の圧延方向に一列で並べて打ち抜く場合に比べ、ステータコア１５の生産量に対する電磁鋼板２２の廃棄量を抑制することができ、製造コストの低減を実現できる。
また、同一又は同じ形状の電磁鋼板２２から第１積層部５１を構成するステータコア１５と第２積層部５２を構成するステータコア１５を製造できる。従って、製造工程を簡略化しつつ、圧延方向に起因する磁気異方性の影響を抑制する角度差αでステータコア１５が積層される高品質なステータを効率的に製造できる。

また、第３実施形態の幅方向で隣り合うステータコア１５において、ステータコア１５の最も短い線分ｄ１のそれぞれが平行な位置関係となっている。

これにより、ステータコア１５の向きを揃えて電磁鋼板２２の幅を狭くすることができ、限られた領域でより多くのステータコア１５を製造することができる。

次に、第４実施形態のステータコアの製造方法について説明する。図４Ａは、第４実施形態のステータコア１６の打ち抜きを説明する図である。図４Ｂは、第４実施形態のステータコア１６と圧延方向の関係を説明する図である。

第４実施形態では、電磁鋼板２２におけるステータコア１６を打ち抜く位置が第３実施形態と異なっている。図４Ａに示すように、ステータコア１６の最も短い線分ｄ１が、幅方向で隣り合うステータコア１６同士において同一直線上に位置するように、電磁鋼板２２におけるステータコア１６を打ち抜く位置が設定される。

図４Ｂに示すように、電磁鋼板２２から打ち抜かれたステータコア１６は、第３実施形態と同様に、電磁鋼板２２から打ち抜いたままの向きを保持した状態のステータコア１６を積層したものを第１積層部５１とし、電磁鋼板２２から打ち抜いた状態から裏返したステータコア１６を第２積層部５２とする。そして、これらの第１積層部５１と第２積層部５２を積層した状態で所定の角度差αとなるように、電磁鋼板２２におけるステータコア１６を打ち抜く位置が設定される。

以上説明した第４実施形態においても、第３実施形態と同様の効果を奏する。また、第４実施形態では、幅方向で隣り合うステータコア１６のそれぞれの線分ｄ１が同一直線上に位置しているので、電磁鋼板２２に必要な幅をより小さくすることができる。また、圧延方向で隣り合うステータコア１６の間隔もより狭くすることができるので、より一層製造性を向上させることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。例えば、上記実施形態で副列配置される第２ステータコア１１，１２及びステータコア１５，１６は、２列であるが３列とすることもできる。また、上記実施形態では、ステータコアの線分ｄ１の向きが全て平行となっているが、一部を違う向きに傾ける等、事情に応じて適宜変更することができる。

１ステータ
１０第１ステータコア
１１，１２第２ステータコア
１５，１６ステータ
２０第１電磁鋼板
２１第２電磁鋼板
２２電磁鋼板
ｄ１線分

Claims

積層されてモータのステータを形成する第１ステータコアと第２ステータコアを圧延方向に延びる電磁鋼板から製造するステータの製造方法であって、
第１電磁鋼板から打ち抜かれた円形ではない前記第１ステータコアと、第２電磁鋼板から打ち抜かれた円形ではない前記第２ステータコアと、を積層したときのそれぞれの圧延方向の角度差が３６０度÷（４×モータ極対数）となるように、前記第１ステータコア及び前記第２ステータコアを打ち抜く位置がそれぞれ設定され、
前記第１ステータコアは、
前記第１電磁鋼板における前記第１ステータコアが打ち抜かれる箇所は、前記第１電磁鋼板が延びる第１圧延方向に１列で並んでおり、前記第１ステータコアの中心を通って対辺又は対角を結ぶ仮想的な線分のうち、最も短い線分の向きが圧延方向に対して直交する位置関係になっており、
前記第２ステータコアは、
前記第２電磁鋼板における前記第２ステータコアが打ち抜かれる箇所は、前記第２電磁鋼板が延びる第２圧延方向に２列で並んでおり、前記第２ステータコアの中心を通って対辺又は対角を結ぶ仮想的な線分のうち、最も短い線分の幅方向に対する傾きが前記角度差が生じるように設定されるステータの製造方法。
幅方向で隣り合う前記第１ステータコア又は前記第２ステータコアにおいて、前記最も短い線分のそれぞれが平行である請求項１に記載のステータの製造方法。
幅方向で隣り合う前記第２ステータコアにおいて、前記最も短い線分のそれぞれが同一直線上に位置する請求項１に記載のステータの製造方法。