JP6832805B2 - ステータコア、ステータコアの製造装置、ステータコアの製造方法、電動機および送風機 - Google Patents

Description

本発明は、ヨークとティースとを有するステータコア、ステータコアの製造装置、ステータコアの製造方法、電動機および送風機に関する。

従来、円筒状のヨークと、ヨークの中心軸に向けてヨークから延びる複数のティースとを有するステータコアが知られている。複数のティースは、ヨークの周方向に沿って等間隔で並べて設けられている。ステータコアには、プレス装置によって打ち抜かれた複数枚の鋼板を積層させたものがある。また、ヨークとティースとを別々に形成して、それらを嵌め合わせることでステータコアとしたものがある。

ヨークとティースとを嵌め合わせる場合には、ヨークに形成された凹部に対して、ティースを圧入させることが行われる。ここで、ティースのうちヨークの中心軸側となる端部には円弧面が形成されている。複数のティースに形成された円弧面によって形成されるステータコア内周面の形状は、ステータコアが用いられた電動機の効率、騒音、振動等の特性を考慮して設計上所望される規定の形状に近い形状となることが望まれる。なお、規定の形状は一般的に円形形状である。

しかしながら、凹部にティースを圧入させる際に、ヨークの変形および圧入代によってステータコア内周面の形状が規定の形状と異なってしまい、ステータコアが用いられた電動機の効率、騒音、振動等の特性が悪化するという課題があった。

特許文献１には、ヨークと別体で形成されるティース同士を内径側で連結させることで、ティースの内径側での変形を抑えて、ステータコアが用いられた電動機の効率、騒音、振動等の特性の悪化を抑える技術が開示されている。

特公平７−３４６３４号公報

しかしながら、特許文献１に記載された技術によれば、ティース同士が連結されているため、隣のティースに磁束が漏れて電動機の特性を悪化させてしまうという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ヨークとティースとを嵌め合わせたステータコアにおいて、そのステータコアを用いた電動機の効率、騒音、振動等の特性の向上を図ることができるステータコアを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、環状の鋼板を積層して筒状形状をなして内側面に凹部が形成されたヨークと、ヨークの凹部に圧入されて嵌め合わされる嵌合部を有してヨークから筒状形状の中心軸に向けて延びるとともに中心軸側に円弧面が形成された複数のティースと、を備える。嵌合部を凹部に嵌め合わせる前の状態におけるヨークの外周面の半径から、ヨークの外周面から凹部までの距離と、筒状形状の径方向に沿ったティースの長さとを引いた長さは、嵌合部を凹部に嵌め合わせた状態におけるティースの円弧面が形成する円の半径よりも長く、嵌合部を凹部に嵌め合わせた場合と同じ位置に複数のティースを配置した状態における円弧面の中心位置は、複数のティースごとに異なる。

本発明によれば、ヨークとティースとを嵌め合わせたステータコアにおいて、そのステータコアを用いた電動機の効率、騒音、振動等の特性の向上を図ることができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１にかかるステータコアの平面図 図１に示すヨークの平面図 図１に示すティースの平面図 図３に示す配置で電磁鋼板からティースを打ち抜く場合に、ティースの外形の一部である円弧面を形成するための刃物の形状を示す図 本発明の実施の形態２にかかるステータコアの平面図 図５に示すティースの平面図 図６に示す配置で電磁鋼板からティースを打ち抜く場合に、ティースの外形の一部である円弧面を形成するための刃物の形状を示す図 実施の形態１および実施の形態２にかかるステータコアを用いた電動機を示す部分断面図 図８に示す電動機を用いた送風機の正面図 図９に示す送風機の側面図

以下に、本発明の実施の形態にかかるステータコア、ステータコアの製造装置、ステータコアの製造方法、電動機および送風機を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかるステータコアの平面図である。図２は、図１に示すヨークの平面図である。図３は、図１に示すティースの平面図である。

ステータコア１０は、ヨーク１１とティース１２とを備える。ヨーク１１は、ステータコア１０の製造装置であるプレス装置によって円環状に打ち抜かれた電磁鋼板を、カシメ１３によってかしめて積層することで形成されている。ヨーク１１は、全体として図２の紙面の奥行き方向に厚みを有する円筒形状となっている。なお、以下の説明において、単に周方向といった場合にはヨーク１１の円筒形状における周方向を意味し、単に径方向といった場合にはヨーク１１の円筒形状における径方向を意味する。

ヨーク１１の内周面には外周側に凹む複数の凹部１１ａが形成されている。複数の凹部１１ａは、周方向に等間隔で形成されている。ヨーク１１の外周面の半径はＲとなっており、凹部１１ａが形成された部分は径方向に沿った幅、すなわちヨーク１１の外周面から凹部１１ａまでの距離がｔであるコアバックとなっている。

ティース１２はヨーク１１の内側に設けられており、複数のティース１２がヨーク１１の周方向に沿って等間隔で並べて設けられている。ティース１２は、ヨーク１１の内周面からヨーク１１の中心軸に向けて延びる形状となっている。なお、以下の説明において、ティース１２においてヨーク１１側を根元側と言い、その反対側を先端側という。

ティース１２は、プレス装置によって打ち抜かれた電磁鋼板を、カシメ１３によってかしめて積層することで形成されている。ティース１２は、全体として図３の紙面の奥行き方向に厚みを有する形状となっている。ティース１２の根元側となる端部には、ヨーク１１の凹部１１ａに嵌め合わされる嵌合部１２ａが形成されている。ティース１２の先端側となる端部には、周方向に沿った幅が根元側よりも広い円弧部１２ｂが設けられている。円弧部１２ｂのうちヨーク１１の中心軸側を向く面には、ヨーク１１の中心軸を中心とする円弧面が形成されている。径方向に沿ったティース１２の長さはＬとなっている。

図１に示すように、嵌合部１２ａを凹部１１ａに嵌め合わされたティース１２は、隣接するティース１２の円弧部１２ｂとの間に隙間が形成される。ティース１２の円弧部１２ｂ同士の間に形成された隙間がスロットオープン１２ｃである。円弧部１２ｂに形成された円弧面の半径はｒとなっている。複数のティース１２に形成された円弧部１２ｂは、嵌合部１２ａが凹部１１ａに圧入されて嵌め込まれた際、すなわちステータコア１０が形成された状態で、ステータコア内周面を形成する。ステータコア内周面は、ヨーク１１の中心軸を中心とした半径がｒとなる円形形状の一部を構成する。実施の形態１では、ステータコア１０が用いられた電動機の効率、騒音、振動等の特性を考慮してステータコア内周面に対して設計上所望される規定の形状が、ヨーク１１の中心軸を中心として半径がｒとなる円形形状である。なお、以下の説明において、ステータコア内周面に対して設計上所望される規定の形状である円形形状の半径は規定の半径であり、単にステータコアの内径とも称する。

ティース１２は、嵌合部１２ａを凹部１１ａに圧入して嵌め合わせる過程で、圧入代とヨーク１１の変形の影響で、円弧部１２ｂの円弧面が径方向に規定の長さであるｍだけ移動する。そのため、電磁鋼板から打ち抜かれたティース１２の径方向に沿った長さＬを、Ｒ−ｔ−ｒに設定してしまうと、図１に示した例よりも円弧部１２ｂの円弧面がヨーク１１の中心軸側に移動してしまう。これにより、円弧部１２ｂの円弧面によって形成される形状が、設計上所望される規定の形状よりも小さく、かつ真円度が低下した形状となってしまう。

一方、本実施の形態では、電磁鋼板から打ち抜かれたティース１２の径方向に沿った長さＬを、Ｒ−ｔ−ｒ−ｍとしている。すなわち、Ｒ−Ｌ−ｔ＝ｒ＋ｍとなり、これは、ｒが、Ｒ−Ｌ−ｔよりもｍだけ小さいことを示している。これにより、嵌合部１２ａを凹部１１ａに圧入して嵌め合わせる過程で、円弧部１２ｂの円弧面が径方向にｍだけ移動したときに、円弧面がヨーク１１の中心軸を中心とした半径がｒとなる円の一部を構成する。これにより、円弧面によって形成される形状が、設計上所望された規定の形状であって、真円度の高い形状となり、ステータコア１０を用いた電動機の効率、騒音、振動等の特性の向上を図ることができる。

図３では、ティース１２の嵌合部１２ａをヨーク１１の凹部１１ａに嵌め合わせた位置に配置した状態であって、径方向への移動を考慮していない状態を示している。すなわち、ティース１２に根元側の端面と凹部１１ａの底面とを当接させた状態であって、径方向への移動を考慮していない状態が示されている。さらに換言すれば、図３では、嵌合部１２ａを凹部１１ａに嵌め合わせずに、嵌合部１２ａを凹部１１ａに嵌め合わせた場合と同じ位置に複数のティース１２を並べた状態が示されている。この場合には、中心軸から径方向に沿ったティース１２の距離がｒ＋ｍとなる。電磁鋼板からティース１２を打ち抜く刃物は、図３に示す配置でティース１２が打ち抜かれるように設計してもよい。図４は、図３に示す配置で電磁鋼板からティース１２を打ち抜く場合に、ティース１２の外形の一部である円弧面を形成するための刃物２４の形状を示す図である。図４では、刃物２４の形状を誇張して示すために、ｒ：ｍを１：１に設定している。

刃物２４は、ティース１２の円弧部１２ｂの円弧面と同じ形状となる複数の円弧２４ａを、繋ぎ部２４ｂでつなげた形状となっている。すなわち、円弧２４ａは半径がｒとなる円弧形状である。円弧２４ａそれぞれの中心の位置は一致しておらず、ティース１２を凹部１１ａに嵌め合わせた際の円弧面の移動量であるｍを半径とする規定の仮想円２５上に等間隔で配置される。

この刃物２４を有する金型を用いてプレス装置で電磁鋼板を打ち抜くことで、図３に示す配置でティース１２が打ち抜かれる。このティース１２の嵌合部１２ａをヨーク１１の凹部１１ａに圧入して嵌め合わせることで、ステータコア内周面を設計上所望された規定の形状および寸法に近づけるとともに、ステータコア内周面の真円度の精度の向上を図ることができる。また、図２に示すヨーク１１を打ち抜く刃物を、刃物２４を有する金型と同一の金型に取り付けて電磁鋼板を打ち抜くことで、ティース１２が打ち抜かれたヨーク１１の凹部１１ａに圧入されて嵌め合わされる嵌合部１２ａも円弧面と同時に形成される。これにより、材料歩留まりの向上および加工費の削減を図ることができる。

なお、同一の金型に図示を省略したローターコアを打ち抜く刃物も取り付けて、ティース１２の円弧面とローターコアとを同時に打ち抜く場合がある。この場合には、ティース１２の円弧面とローターコアとの距離が電磁鋼板の板厚以下となると、ティース１２の円弧面とローターコアとの間で発生するスクラップが薄肉となり、当該スクラップが製造途中で切断されやすくなる。切断されたスクラップが金型加工面に浮き上がり、ティース１２またはローターコアを損傷させて問題になる場合がある。本実施の形態１では、設計上所望された規定の形状よりも刃物２４において円弧２４ａを外径側にｍだけ移動させることができるため、スクラップの浮き上がりによるティース１２またはローターコアの損傷も抑えることができる。なお、刃物２４において繋ぎ部２４ｂの形状は、スロットオープン１２ｃを打ち抜く形状であってもよい。

実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２にかかるステータコア５０の平面図である。図６は、図５に示すティース５２の平面図である。なお、上記実施の形態１と同様の構成については、同様の符号を付して詳細な説明を省略する。

図６に示すように、ティース５２は、実施の形態１と同様に根元側となる端部に嵌合部５２ａが設けられ、先端側となる端部に円弧面が形成された円弧部５２ｂが設けられている。本実施の形態２では、ステータコア５０のステータコア内周面に対して設計上所望された規定の形状は実施の形態１と同様に半径がｒの円形形状である。本実施の形態２では、円弧部５２ｂに形成された円弧面の半径はｒ＋ｍとなる。径方向に沿ったティース５２の長さであるＬは、実施の形態１と同様にＲ−ｔ−ｒ−ｍとされている。

上記実施の形態１と同様に、ヨーク１１の凹部１１ａにティース５２の嵌合部５２ａを圧入して嵌め合わせることで、円弧部５２ｂがヨーク１１の中心軸側にｍだけ移動する。これにより、図５に示すように、円弧部５２ｂに形成された円弧面を結んで得られる形状は、半径がｒ＋ｍである複数の円弧が結ばれた形状であって、ステータコア内周面に対して設計上所望された規定の形状である半径がｒである円形形状を内接円とする形状となる。これにより、規定の形状である円形形状に対する寸法精度の向上が図られ、ステータコア５０を用いた電動機の効率、騒音、振動等の特性の向上を図ることができる。

図６では、ティース５２の嵌合部５２ａをヨーク１１の凹部１１ａに嵌め合わせた位置に配置した状態であって、径方向への移動を考慮していない状態を示している。この場合には、中心軸から径方向に沿ったティース５２の距離はｒ＋ｍとなる。電磁鋼板からティース５２を打ち抜く刃物は、図６に示す配置でティース５２が打ち抜かれるように設計してもよい。図７は、図６に示す配置で電磁鋼板からティース５２を打ち抜く場合に、ティース５２の外形の一部である円弧面を形成するための刃物５４の形状を示す図である。この場合、刃物５４の形状は、半径をｒ＋ｍとする単一円形形状とすることができる。このように、刃物５４の形状を単一円形形状とすることで、中心の位置が異なる複数の円弧を結んで得られる形状とするよりも、刃物５４の製造コストを抑えるとともに、刃物５４の寸法精度の向上も図りやすくなる。これにより、刃物５４を用いて製造されるステータコア５０の製造コストの抑制および寸法精度の向上を図ることができる。

また、同一の金型でローターコアも同時に打ち抜く場合には、スクラップの浮き上がりによるティース５２またはローターコアの損傷も抑えることができる。

また、ステータコア５０に用いられるティース５２の数が多くなるほど円弧の長さが短くなるため、ヨーク１１の中心から円弧の端部までの長さと、上述した内接円の半径との差は小さくなる。そのため、ティース５２をヨーク１１に嵌め合わせた際の円弧面を結んだ形状が、ステータコア内周面に対して設計上所望される規定の円形形状に近づいて真円度が向上する。ティース５２の数が増えると、刃物の形状が中心の位置が異なる複数の円弧を結んで得られる形状の刃物の場合には複雑な形状となり製造コストが上昇しやすいが、本実施の形態２で示した刃物５４であれば、ティース５２の数に関わらず刃物５４の形状は一定であるため、より一層の製造コストの抑制を図ることができる。したがって、ステータコア５０に用いられるティース５２の数が多いほど、ステータコア５０を用いた電動機の効率、騒音、振動等の特性の向上および製造コストの抑制の効果が大きくなる。

図８は、実施の形態１および実施の形態２にかかるステータコア１０，５０を用いた電動機６０を示す部分断面図である。電動機６０は、ステータ６１、ロータ６２、シャフト６３、ケーシング６４を備える。ステータ６１は、ステータコア１０，５０のティース１２，５２に絶縁性の巻枠６５を介して導体で形成された巻線６６が巻き付けられて構成される。

ロータ６２は、ステータ６１の内側に設けられ、シャフト６３と連結されている。シャフト６３およびロータ６２は、軸受６７によって回転可能に支持されている。ケーシング６４は、ステータ６１、ロータ６２およびシャフト６３の一部を収容する。電動機６０は、運転状態となるとロータ６２およびシャフト６３が回転する。

図９は、図８に示す電動機を用いた送風機７０の正面図である。図１０は、図９に示す送風機７０の側面図である。送風機７０は壁に取り付けられて給気または排気を行う換気扇である。送風機７０は、壁に取り付けられる筐体７１と、筐体７１を貫通する貫通孔７１ａに設けられた電動機６０と、電動機６０のシャフト６３に取り付けられた羽根７２とを備える。電動機６０が運転状態となると、シャフト６３に取り付けられた羽根７２が回転して給気または排気が行われる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１０，５０ ステータコア、１１ ヨーク、１１ａ 凹部、１２，５２ ティース、１２ａ，５２ａ 嵌合部、１２ｂ，５２ｂ 円弧部、１２ｃ スロットオープン、１３ カシメ、２４，５４ 刃物、２４ａ 円弧、２４ｂ 繋ぎ部、２５ 仮想円、６０ 電動機、６１ ステータ、６２ ロータ、６３ シャフト、６４ ケーシング、６５ 巻枠、６６ 巻線、６７ 軸受、７０ 送風機、７１ 筐体、７１ａ 貫通孔、７２ 羽根。

Claims (7)

1. 環状の鋼板を積層して筒状形状をなして内側面に凹部が形成されたヨークと、前記ヨークの凹部に圧入されて嵌め合わされる嵌合部を有して前記ヨークから前記筒状形状の中心軸に向けて延びるとともに前記中心軸側に円弧面が形成された複数のティースと、を備え、
   前記嵌合部を前記凹部に嵌め合わせる前の状態における前記ヨークの外周面の半径から、前記ヨークの外周面から前記凹部までの距離と、前記筒状形状の径方向に沿った前記ティースの長さとを引いた長さは、前記嵌合部を前記凹部に嵌め合わせた状態における前記ティースの前記円弧面が形成する円の半径よりも長く、
   前記嵌合部を前記凹部に嵌め合わせた場合と同じ位置に複数の前記ティースを配置した状態における前記円弧面の中心位置は、複数の前記ティースごとに異なることを特徴とするステータコア。
2. 筒状形状のヨークと、前記ヨークの内側面に前記筒状形状の中心軸に向けて延びるとともに前記中心軸側に円弧面が形成された複数のティースとを備えるステータコアを製造するステータコアの製造装置であって、
   前記ヨークの内側面には複数の凹部が形成され、
   複数の前記ティースには、前記中心軸側には円弧面が形成されるとともに前記凹部に嵌め合わされる嵌合部を有し、
   中心位置が異なる複数の円弧を結んだ形状の刃物を備え、
   複数の前記円弧の中心位置は、規定の仮想円上に等間隔で配置されており、
   前記刃物の円弧によって前記ティースの円弧面が形成され、
   前記仮想円の半径は、前記凹部に前記嵌合部を圧入する際の前記中心軸側への前記ティースが移動する距離に相当する長さであることを特徴とするステータコアの製造装置。
3. 鋼板を円環状に打ち抜いて、打ち抜かれた鋼板を積層して円筒形状のヨークを形成するステップと、
   鋼板を打ち抜いて、打ち抜かれた鋼板を積層して前記円筒形状の内側に設けられて前記円筒形状の中心軸に向けて延びる複数のティースを形成するステップと、
   前記ヨークの内側面に形成された凹部に、前記ティースに設けられた嵌合部を圧入させて嵌め合わせるステップと、を備えるステータコアの製造方法であって、
   前記円筒形状の径方向に沿った前記ティースの長さは、前記ヨークの外周面から前記中心軸までの距離から、前記ステータコアの内径の設計上の半径と、前記ヨークの外周面から前記凹部までの距離と、規定の長さを差し引いた値であることを特徴とするステータコアの製造方法。
4. 前記ティースは、前記ヨーク側となる端部の反対側の端部である先端に円弧面が形成され、
   前記円弧面の半径は、前記ステータコアの内径の設計上の半径と等しいことを特徴とする請求項３に記載のステータコアの製造方法。
5. 前記ティースは、前記ヨーク側となる端部の反対側の端部である先端に円弧面が形成され、
   前記円弧面の半径は、前記ステータコアの内径の設計上の半径と前記規定の長さとの和に等しいことを特徴とする請求項３に記載のステータコアの製造方法。
6. 請求項１に記載されたステータコアを備えることを特徴とする電動機。
7. 請求項６に記載された電動機を備えることを特徴とする送風機。