JP6988631B2

JP6988631B2 - ステータコア及びモータ

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Publication number: JP6988631B2
Application number: JP2018059482A
Authority: JP
Inventors: 岳顕脇坂; 正仁上川畑; 隆平山
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2018-03-27
Filing date: 2018-03-27
Publication date: 2022-01-05
Anticipated expiration: 2038-03-27
Also published as: JP2019176548A

Description

本発明は、ステータコア及びモータに関する。

ステータコアが筐体に収容されたモータの特性を改善する種々の技術が知られている。例えば、非特許文献１には、ステータコアのティース部に巻き回されたコイルの銅損により発生した熱が、ステータコアを介してステータコアの外周に沿って配置される筐体から大気、又は冷却ジャケットに通水される冷却水に放熱されることが記載されている。さらに、非特許文献１には、車両に搭載されるモータにおいて急坂路を登るとき等の高トルク領域が多用されて銅損が支配的な状態で、筐体までの熱伝導経路が長いコイルエンドの温度上昇が、モータの出力を制限する要因になることが記載されている。

非特許文献２及び非特許文献３には、コイルエンドの温度上昇を抑制するために、動力電動部及び軸受等を潤滑するＡＴＦ（Automatic Transmission Fluid）によりモータを冷却して、コイルエンドからの放熱特性を改善する技術が記載されている。

また、打抜き加工及びシェービング加工等の種々の成形加工が施された鋼板を積層することによりモータのステータコアを成形する種々の技術が知られている。例えば、特許文献１には、打抜き加工が施された端面に１回当たり被加工板材の板厚の５〜２５％に相当する領域を除去するシェービング加工を施して、被加工板材の板厚の４０〜６０％に相当する領域を除去する技術が記載される。特許文献１に記載される技術によれば、被加工板材の板厚に対して所定の割合に相当する領域を除去することで、回転電機鉄心を焼鈍することなく、低鉄損の回転電機鉄心を得ることができる。但し、所定の割合に相当する領域を除去するに際して、若干の歩留り低下を余儀なくされる。

特許文献２には、ロータの鉄心の外径打抜き穴と、ステータの鉄心の内径との間に残余されたエアギャップ部に対し、板厚の範囲内で半抜き加工し、この半抜き加工したエアギャップ部をスクラップとして打ち抜く技術が記載されている。特許文献２に記載される技術によれば、小さいエアギャップ量でも、リング状スクラップとして確実に打抜き除去することが可能であり、所望のエアギャップ部分を形成することができる。

特許文献３には、アーマチュアコアのコア材を、薄板材を打ち抜いて形成するにあたり、各ティース外周縁部に形成された加工硬化部を除去する技術が記載されている。特許文献３に記載される技術によれば、ティース外周縁部に形成される加工硬化部が除去され、鉄損を低減して磁気特性が優れたアーマチュアコアを形成することで、効率のよい電動モータを提供することができる。

また、複数のステータ片を円弧状に配置して形成される分割ステータ構造とも称されるステータコアの特性を改善する技術が特許文献４及び５に記載されている。特許文献４には、周方向において互いに対向し合うステータ片のヨーク部の周方向の端面同士が全て互いのシェア面同士にて当接するようになる値のうちの最小値を超える値に設定する技術が記載されている。特許文献４に記載される技術によれば、互いに隣り合う各ステータ片の間の空隙の幅のばらつきを小さくできるため、コギングトルクを小さくすることができる。

また、特許文献５には、ティース部におけるヨーク部の周方向の側面のビッカース硬度をステータ片の他の側面のビッカース硬度よりも低くし、ヨーク部における周方向の側面の剪断面の比率をティース部の側面の剪断面の比率よりも大きくする技術が記載されている。特許文献５に記載される技術によれば、ティース部の側面のビッカース硬度は、ヨーク部の側面のビッカース硬度よりも低くなるため、モータを駆動する時の鉄損を効率的に低減することができる。また、特許文献５に記載される技術によれば、ヨーク部における周方向の側面の剪断面の比率を側面の剪断面の比率よりも大きくするので、ステータ片を環状に組み付けてステータコアを製作するとき、ステータコアを精度良く組み付けることができる。

特許第５５９８０６２号公報特開２００４−３４１４３号公報特開２００７−２５２０９２号公報特許第４０６２９４３号公報特開平２０１１−１０９８３４号公報

「ＨＶ駆動用モータの高出力密度化に関する研究」、神谷宗宏、博士論文、２００８年「ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）のＡＴＦを用いたモータ冷却構造の熱解析」、鬼丸貞久、松井啓仁、田口知成、大高健二、市岡英二、水谷竜彦、自動車技術会、学術講演会前刷集、Ｎｏ．６８−０６、Ｐ.１９−２４、２００６ "Development of a new hybrid transmission for FWD sports Utility Vehicles", Hata, H., Kojima, M., Watanabe, H., Mizutani, T. et al., SAE Technical Paper 2005-01-0272, 2005

モータにおいて鉄損及び銅損等により温度が上昇すると、絶縁破壊の発生、磁石の減磁、及び銅損増加等の種々の不具合が発生するおそれが高くなるため、巻線及びステータコア等は、効率的に冷却されることが好ましい。ステータコアの熱伝導率は空気の熱伝導率よりも高いため、巻線及びステータコア等で発生した熱の多くは、ステータコアを介してモータの外部に放散される。ステータコアが筐体に収容されたモータでは、巻線及びステータコア等で発生した熱の多くは、筐体を介して放散されるため、ステータコアと筐体との間の熱伝導特性は、良好であることが好ましい。

そこで、本発明は、歩留り低下を抑えつつ、ステータコアと筐体との間の熱伝導特性を向上させる技術を提供することを目的とする。

このような課題を解決する本発明は、以下に示すステータコア及びモータを要旨とするものである。
（１）第１ヨーク面と、
第１ヨーク面の反対の第２ヨーク面と、
第１ヨーク面から第２ヨーク面に向かって第１ヨーク面及び第２ヨーク面に直交する方向に延伸する接触面を有するヨーク外壁部と、
ヨーク外壁部と対向するように第１ヨーク面の一辺から第２ヨーク面の一辺に延伸するヨーク内壁部と、を有するヨーク部と、
ヨーク内壁部からヨーク外壁部と反対の方向に延伸するティース部と、を有するステータコアであって、
ヨーク外壁部の高さに対する接触面の高さの比率は、９０％以上であり、
接触面のビッカース硬度は、ステータコアの材料である電磁鋼板のビッカース硬度の１倍超１．９倍以下である、ことを特徴とするステータコア。
（２）ティース部は、第１ティース面と、第１ティース面の反対の第２ティース面と、第１ティース面から第２ティース面に第１ティース面及び第２ティース面に直交する方向に向かって延伸するシェービング面を有するティース側面部と、を有し、
シェービング面のビッカース硬度は、接触面のビッカース硬度よりも低い、（１）に記載のステータコア。
（３）収納される筐体の内壁部とヨーク外壁部との間の離隔距離の最大値は、２μｍ以下である、（１）又は（２）に記載のステータコア。
（４）ヨーク部の周方向の圧縮応力は、２ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下である、（１）〜（３）の何れか一項に記載のステータコア。
（５）ステータコアを有するステータと、ロータと、ステータ及びロータを収容する筐体とを有し、
ステータコアは、
第１ヨーク面と、
第１ヨーク面の反対の第２ヨーク面と、
第１ヨーク面から第２ヨーク面に向かって第１ヨーク面及び第２ヨーク面に直交する方向に延伸し且つ筐体の内壁部と接触する接触面を有するヨーク外壁部と、
ヨーク外壁部と対向するように第１ヨーク面の一辺から第２ヨーク面の一辺に延伸するヨーク内壁部と、を有するヨーク部と、
ヨーク内壁部からヨーク外壁部と反対の方向に延伸するティース部と、を有し、
ヨーク外壁部の高さに対する接触面の高さの比率は、９０％以上であり、
接触面のビッカース硬度は、ステータコアの材料である電磁鋼板のビッカース硬度の１倍超１．９倍以下である、ことを特徴とするモータ。

本発明では、歩留り低下を抑えつつ、ステータコアと筐体との間の熱伝導特性を向上させることができる。

第１実施形態に係るステータコアを有するモータの平面図である。（ａ）は図１に示すステータコアの斜視図であり、（ｂ）は図１に示すステータコアの部分側面図である。図１に示すステータコアと筐体とが接触する接触部の部分断面図である。図１に示すステータの製造工程を示すフローチャートである。（ａ）はＳ１０１の処理で形成された打抜き片の平面図であり、（ｂ）はＳ１０１の処理で形成された打抜き片の部分拡大図であり、（ｃ）はＳ１０２の処理で形成されるステータコアの部分拡大図である。（ａ）は第１比較例に係るステータコアと筐体との接触部の部分断面図であり、（ｂ）は第２比較例に係るステータコアと筐体との接触部の部分断面図であり、（ｃ）は第３比較例に係るステータコアと筐体との接触部の部分断面図であり、（ｄ）は第１実施形態に係るステータコアと筐体との接触部の部分断面図である。第２実施形態に係るステータを有するモータの平面図である。（ａ）は図７に示すステータコアの部分斜視図であり、（ｂ）は図７に示すステータコアの部分側面図である。図７に示すステータの製造工程を示すフローチャートである。（ａ）はＳ２０２の処理で形成された打抜き片の平面図であり、（ｂ）はＳ２０２の処理で形成された打抜き片の部分拡大図であり、（ｃ）はＳ２０３の処理で形成されるステータコアの部分拡大図である。実施例で使用されるモータの部分平面図である。電磁鋼板のビッカース硬度の測定を説明するための図である。

以下図面を参照して、本発明に係るステータコア及びモータについて説明する。但し、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態に限定されない。

（実施形態に係るステータコアの概要）
本発明の発明者らは、ステータコアと筐体との間の熱伝導特性を向上させて、モータの温度上昇を抑制するための種々の実験及び検討を重ねてきた。本発明の発明者らは、上記課題を解決するために筐体に収容されるステータコアにおいて、筐体と接触するステータコアの外壁部に表面及び裏面に直交する接触面を形成することで、筐体とステータとの間の接触部の接触面積率を向上させることを見出した。本発明の発明者らは、筐体とステータコアとの間の接触部の接触面積率を向上させることで、筐体とステータコアとの間の熱伝導特性を向上させて、モータの温度上昇を抑制することを知見した。さらに、本発明の発明者らは、表面及び裏面に直交する接触面をシェービング加工及び切削加工等で形成することを知見した。

より具体的には、本発明の発明者らは、ヨーク部の外壁部の高さに対する接触面の高さの比率を９０％以上とすることを知見した。通常、パンチとダイとを使用して鋼板を打抜き加工する場合、パンチにより打抜かれる打抜き部材の外壁部には、パンチの移動方向から順にダレ、剪断面、破断面及びカエリが形成される。パンチにより打抜かれたステータコアでは剪断面が最も突出しているため、剪断面のみが筐体に接触し、ダレ、破断面及びカエリは接触せずにダレ、破断面及びカエリの間は空気が存在するギャップとなる。空気の熱伝導率は電磁鋼板の熱伝導率より低いため、外壁部の高さに対する接触面の高さの比率を向上させると共に、外壁部の高さに対するダレ、破断面及びカエリの高さの比率を低下させることで、ステータコアと筐体との間の熱伝導特性を向上させる。実施形態に係るステータコアでは、ヨーク部の外壁部の高さに対する高さの比率が９０％以上である接触面を形成することで、ステータコアと筐体との間の熱伝導特性を向上させて、モータの熱放散特性を向上させることができる。

（第１実施形態に係るステータコアの構成及び機能）
図１は第１実施形態に係るステータコアを有するモータの平面図である。図１において、矢印Ａで示される方向は周方向であり、矢印Ｂで示される方向は径方向であり、ドットＣで示される方向は回転軸方向である。

モータ１００は、筐体１０１と、回転子とも称されるロータ１０２と、固定子とも称されるステータの鉄心であるステータコア１とを有する。筐体１０１は、円筒状の形状を有するアルミニウム等の金属で形成され、ロータ１０２及びステータコア１を収容する。筐体１０１の内壁は、ステータコア１の外壁部に形成される接触面と接触する。

ロータ１０２は、シャフト１２１と、ロータコア１２２と、複数の永久磁石１２３とを有する。シャフト１２１は、円筒状の筐体１０１の中心軸と同軸に配置され、不図示の軸受を介して回転可能に支持される。ロータコア１２２は、シャフト１２１の外周に配置され、シャフト１２１と一体的に回転するようにシャフト１２１に対して同軸に固定される。複数の永久磁石１２３は、モータ１００の周方向に同一角度だけ位相をずらして配置される。複数の永久磁石１２３のそれぞれは、ロータコア１２２の内部を回転軸方向に貫通するように配置される。

図２（ａ）はステータコア１の部分斜視図であり、図２（ｂ）はステータコア１の部分側面図である。図２（ａ）において、矢印Ａで示される方向は周方向であり、矢印Ｂで示される方向は径方向であり、矢印Ｃで示される方向は回転軸方向である。

ステータコア１は、電磁鋼板で形成され、ヨーク部１０と、銅線が巻き回されるティース部２０とを有する。ヨーク部１０は、第１ヨーク面１１と、第２ヨーク面１２と、ヨーク外壁部１３と、ヨーク内壁部１４とを有する。ティース部は、第１ティース面２１と、第２ティース面２２と、ティース内壁部２３と、第１ティース側壁部２４と、第２ティース側壁部２５とを有する。

第１ヨーク面１１はヨーク部１０の表面であり、第２ヨーク面１２は第１ヨーク面１１の反対のヨーク部１０の裏面であり、それぞれ略矩形状に形成される。ヨーク外壁部１３は第１ヨーク面１１の径方向の外側の一辺から第２ヨーク面１２の径方向の外側の一辺に延伸する面である。

ヨーク外壁部１３は、ダレ１３１と、接触面１３２と、破断面１３３と、カエリ１３４とを有する。ダレ１３１、破断面１３３及びカエリ１３４が形成されるメカニズムは、よく知られているので、ここでは詳細な説明は省略する。接触面１３２は、第１ヨーク面１１及び第２ヨーク面１２に直交する方向に延伸する面であり、打抜き工程の後で実行されるシェービング工程において形成される。接触面１５２の高さの外壁部の高さに対する比率は、９０％以上である。

図３は、ステータコア１と筐体１０１とが接触する接触部の部分断面図である。

ステータコア１は、接触面１３２が筐体１０１の内壁部１３０に接触するように配置される。接触面１３２が筐体１０１の内壁部１３０に接触するとき、ステータコア１のダレ１３１、破断面１３３及びカエリ１３４は、離隔して配置される。

カエリ１３４と内壁部１３０の間の距離であるステータコア１と筐体１０１の間の離隔距離は、２μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以下であることが更に好ましい。ステータコア１と筐体１０１の間の離隔距離が２μｍを超えると、ステータコア１と筐体１０１の間の熱伝導特性が低下し、ステータコア１の温度上昇が無視できなくなる。ステータコア１と筐体１０１の間の離隔距離を２μｍ以下とすることで、ステータコア１の温度上昇が抑制される。また、ステータコア１と筐体１０１の間の離隔距離を１μｍ以下とすることで、ステータコア１の温度上昇が更に抑制される。なお、破断面１５３と、カエリ１５４がなく、ヨーク側壁部の高さに対する接触面の高さの比率が１００％の場合の離隔距離は０μｍとする。

ヨーク内壁部１４は、ヨーク外壁部１３と対向するように第１ヨーク面１１の径方向の内側の一辺から第２ヨーク面１２の径方向の内側の一辺に延伸する面である。

第１ティース面２１はティース部２０の表面であり、第２ティース面２２は第１ティース面２１の反対のティース部２０の裏面であり、それぞれ矩形状に形成される。ティース内壁部２３は、ヨーク外壁部１３と対向するように第１ティース面２１の径方向の内側の一辺から第２ティース面２２の径方向の内側の一辺に延伸する面である。第１ティース側壁部２４及び第２ティース側壁部２５のそれぞれは、ヨーク内壁部１４からティース内壁部２３に向かって延伸する壁部である。

（第１実施形態に係るステータの製造工程）
図４は、第１実施形態に係るステータの製造工程を示すフローチャートである。

まず、不図示のプレス加工装置は、電磁鋼板に打抜き加工を施すことで、打抜き片を形成する（Ｓ１０１）。次いで、不図示のプレス加工装置は、Ｓ１０１の処理で形成された打抜き片のヨーク部の外壁部にシェービンク加工を施してステータコア１を形成する（Ｓ１０２）。

図５（ａ）はＳ１０１の処理で形成された打抜き片の部分平面図であり、図５（ｂ）はＳ１０１の処理で形成された打抜き片の部分拡大図であり、図５（ｃ）はＳ１０２の処理で形成されるステータコア１の部分拡大図である。

打抜き片１１０は、ヨーク部１１１と、ティース部１１２とを有する。不図示のプレス加工装置は、矢印Ａで示されるヨーク部１１１の外壁部にシェービング加工を施してステータコア１を形成する。不図示のプレス加工装置によるシェービング加工は、単一のシェービング処理で実行される。

Ｓ１０２に示すシェービング加工で切削されるシェービング幅Ｌ_Cは、打抜き片１１０の厚さＬ_Tの５％以上４０％以下であることが好ましく、打抜き片１１０の厚さＬ_Tの２５％以上３５％以下であることが更に好ましい。シェービング幅Ｌ_Cを、打抜き片１１０の厚さＬ_Tの５％以上４０％以下とすることで、ステータコア１と筐体１０１の間の離隔距離を２μｍ以下にすることができる。シェービング幅Ｌ_Cを、打抜き片１１０の厚さＬ_Tの２５％以上３５％以下とすることで、ステータコア１と筐体１０１の間の離隔距離を１μｍ以下にすることができる。

Ｓ１０２の処理で形成されるステータコア１のヨーク外壁部１３の接触面１３２のビッカース硬度は、ステータコア１の材料である電磁鋼板のビッカース硬度の１倍超１．９倍以下であることが好ましい。単一のシェービング処理で、シェービング加工を施すと、ヨーク外壁部１３の接触面１３２のビッカース硬度は、ステータコア１の材料である電磁鋼板のビッカース硬度の１倍超１．９倍以下になる。

電磁鋼板のビッカース硬度は、例えばＪＩＳＺ２２４４：２００９に基づき測定する。測定に供する電磁鋼板は、打ち抜き端面を含むように切断し、切断面を平滑で、凹凸、酸化物膜（スケール）及び異物がなく、特に潤滑剤のない表面とする。切断面の仕上げは、過熱、冷間加工などによる表面硬さの変化が、できるだけ生じないようにする。硬度測定は打ち抜き端面近傍から一定距離間隔を置いて実行する。素材硬度、測定したい間隔及び板厚の小さい方に応じて測定荷重を決める必要がある。例えば、板厚０．５ｍｍの５０Ａ３５０で、５０μｍ間隔で硬度測定を行う場合、測定荷重は２５ｇｆ程度が適している。５０μｍより狭い間隔で硬度測定を行う場合、図１２に示すように打点を斜めにずらす等の工夫を行い、隣接する圧痕に影響を及ぼさないようにする必要がある。

鋼板を打ち抜き加工すると、打ち抜き端面近傍に高い加工歪みが導入され、端面近傍のビッカース硬度が上昇する。硬度上昇代、硬度上昇する打ち抜き端面からの距離は、鋼板の厚み、鋼板の機械強度、ダイとパンチ間のクリアランスによって変化するが、打ち抜き端面極近傍で２倍程度まで硬度上昇し、打抜き端面から鋼板内部に向かって連続的に硬度が変化する。硬度の上昇する領域は打抜き端面極近傍から板厚同等〜板厚の１／２程度までである。加工歪みが導入された領域は磁気特性が劣化し、鉄損が増加する。特許文献１，２，５では加工歪みが導入された領域をシェービング加工により除去することでモータ鉄損を低減している。この目的からは、シェービング加工後の打ち抜き端面近傍のビッカース硬度上昇はほぼ１倍になる。一方、本発明では必ずしも加工歪みが導入された領域を全て除去する必要はなく、加工歪みが残留しても接触面を増やすことでステータコアと筐体との間の熱伝導を向上させ、モータ温度上昇を抑制する。この目的からは、接触面のビッカース硬度は、複数のステータ片の材料である電磁鋼板のビッカース硬度の１倍超１．９倍以下であることが必要である。１倍にすると加工歪み導入部分は除去でき、さらにモータ鉄損を低減できるが、シェービングで除去する幅が大きくなり歩留りが低下する上、金型寿命も低下する傾向である。本発明の目的であるモータ温度上昇抑制には、１倍超でも１．９倍までなら、接触面が増えることにより効果発揮できる。１．９倍超では接触面が増えることによるモータ鉄損低減効果より、加工歪み導入によるモータ鉄損増加影響が大きくなるため、接触面のビッカース硬度を、複数のステータ片の材料である電磁鋼板のビッカース硬度の１倍超１．９倍以下と規定する。歩留り向上の観点から、望ましくは接触面のビッカース硬度は、複数のステータ片の材料である電磁鋼板のビッカース硬度の１．０２倍以上であり、さらに望ましくは１．０４倍以上である。加工歪み除去の観点から、望ましくは接触面のビッカース硬度は、複数のステータ片の材料である電磁鋼板のビッカース硬度の１．８倍以下であり、さらに望ましくは１．７倍以下である。

尚、ヨーク側壁部の高さに対する接触面の高さの比率の制御は、以下のように行うことが出来る。

即ち、打ち抜いた鋼板を、除去する幅を変更してシェービング加工を行った際の、シェービング除去幅と接触面高さとの関係を、打ち抜き条件（ダイスとパンチのクリアランス等）毎にあらかじめ求めておいて、この関係に基づいて、接触面の高さを制御することが出来る。

また、接触面のビッカース硬度の制御も、シェービング除去幅と硬度の関係を打ち抜き条件毎に求めておいて、この関係に基づいて、行うことが出来る。

これらより、打ち抜き条件とシェービング除去幅を適宜選ぶことで、ヨーク側壁部の高さに対する接触面の比率は、接触面の硬度と独立に制御することが出来る。

次いで、不図示のステータ組立装置は、Ｓ１０２の処理で形成されたステータコア１を積層する（Ｓ１０３）。次いで、不図示のステータ組立装置は、Ｓ１０３の処理で積層されたステータコア１を筐体１０１に焼き嵌め処理を施すことで、固定する（Ｓ１０４）。

Ｓ１０４に示す焼き嵌め処理は、ステータコア１のヨーク部１０の周方向の圧縮応力が２ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下になるように施される。ヨーク部１０の周方向の圧縮応力が２ＭＰａ未満である場合、ステータコア１の接触面１５と筐体１０１の内壁部１３０との間のギャップが大きくなり、熱伝導特性が低下するおそれがある。一般に、ヨーク部１０の周方向の圧縮応力が増加するとモータ１００の鉄損が増加する。ヨーク部１０の周方向の圧縮応力が２０ＭＰａを超えるとモータ１００の鉄損増加が無視できなくなるため、ヨーク部１０の周方向の圧縮応力は、２０ＭＰａ以下とする。なお、ヨーク部１０の周方向の圧縮応力は、５ＭＰａ以上１５ＭＰａ以下であることが更に好ましい。ヨーク部１０の周方向の圧縮応力を１５ＭＰａ以下にすることで、圧縮応力による鉄損増加を抑制することができる。また、５ＭＰａ以上にすることで、ステータコア１の接触面１５と筐体１０１の内壁部１３０との間のギャップを小さくすることができる。

ヨーク部１０の周方向の圧縮応力は、第１ヨーク面１１に歪ゲージを配置することにより測定する。歪ゲージは、ティース部２０の延伸方向に直交する方向の圧縮応力を測定するように配置される。歪ゲージは、株式会社共和電業製の製品番号KFGS-10-120-D16-11、或いは相当品を使用する。

（第１実施形態に係るステータコアの作用効果）
図６（ａ）は第１比較例に係るステータコアと筐体との接触部の部分断面図であり、図６（ｂ）は第２比較例に係るステータコアと筐体との接触部の部分断面図である。図６（ｃ）は第３比較例に係るステータコアと筐体との接触部の部分断面図であり、図６（ｄ）は第１実施形態に係るステータコアと筐体との接触部の部分断面図である。

第１比較例に係るステータコア９０１では、ヨーク部の外壁部の高さに対する高さの比率は２５％であり、第２比較例に係るステータコア９０２では、ヨーク部の外壁部の高さに対する高さの比率は４５％である。また、第３比較例に係るステータコア９０３では、ヨーク部の外壁部の高さに対する高さの比率は７０％であり、第１実施形態に係るステータコア１は、ヨーク部の外壁部の高さに対する高さの比率は９０％である。

第１比較例〜第３比較例に係るステータコア９０１〜９０３は、筐体１０１の内壁部に剪断面が接触し、ダレ、破断面及びカエリは接触しない。第１比較例〜第３比較例に係るステータコア９０１〜９０３は、剪断面のみが接触し、コイル等で発生した熱は、ヨーク部の外壁部の２５％、４５％及び７０％の領域を通って筐体１０１に伝導するので、十分な熱伝導特性が得られないおそれがある。

一方、第１実施形態に係るステータコア１は、接触面の外壁部の高さに対する接触面の高さの比率は９０％以上であるので、筐体１０１の内壁部に接触する領域が大きくなる。第１実施形態に係るステータは、筐体１０１の内壁部に接触する領域が大きくなるので、ステータコア１と筐体１０１との間の熱伝導特性が向上し、ステータコア１の熱放散特性を向上させることができる。

（第２実施形態に係るステータの構成及び機能）
図７は第２実施形態に係るステータを有するモータの平面図である。図７において、矢印Ａで示される方向は周方向であり、矢印Ｂで示される方向は径方向であり、ドットＣで示される方向は回転軸方向である。

モータ２００は、ステータコア２（下記の第２実施形態に係るステータコア）をステータコア１の代わりに有することがモータ１００と相違する。ステータコア２以外のモータ２００の構成要素の構成及び機能は、同一符号が付されたモータ１００の構成要素の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。

図８（ａ）はステータコア２の部分斜視図であり、図８（ｂ）はステータコア２の部分側面図である。図８（ａ）において、矢印Ａで示される方向は周方向であり、矢印Ｂで示される方向は径方向であり、矢印Ｃで示される方向は回転軸方向である。

ステータコア２は、ティース部３０をティース部２０の代わりに有することがステータコア１と相違する。ティース部３０は、第１ティース側壁部３４と、第２ティース側壁部３５を第１ティース側壁部２４と、第２ティース側壁部２５との代わりに有することがティース部２０と相違する。第１ティース側壁部３４及び第２ティース側壁部３５以外のステータコア２の構成要素の構成及び機能は、同一符号が付されたステータコア１の構成要素の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。また、第２ティース側壁部３５の構成要素の構成及び機能は、第１ティース側壁部３４の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。

第１ティース側壁部３４は、ダレ３４１と、シェービング面３４２と、破断面３４３と、カエリ３４４とを有する。ダレ３４１、破断面３４３及びカエリ３４４が形成されるメカニズムは、よく知られているので、ここでは詳細な説明は省略する。

シェービング面３４２は、打抜き加工の後で、第１ティース側壁部３４の高さに対する比率が５％〜２５％に相当する領域を削除するシェービング加工を２回以上施して第１ティース側壁部３４の高さの４０％〜６０％の高さを有するように形成される。

第１ティース側壁部３４の高さに対する比率が５％〜２５％に相当する領域毎にシェービング加工を施してシェービング面３４２を形成することで、シェービング面３４２の近傍に新たな塑性歪を導入されることなく、打抜き加工による塑性歪を除去される。

シェービング面３４２では、新たな塑性歪を導入されることなく、打抜き加工による塑性歪を除去されるため、特許文献１に記載されるように、モータ２００の鉄損を低くすることができる。また、シェービング面３４２のビッカース硬度は、打抜き加工による塑性歪は全て除去するようにシェービングするので、単一のシェービング処理で形成される接触面１５２のビッカース硬度よりも低くなる。

（第２実施形態に係るステータの製造工程）
図９は、第２実施形態に係るステータの製造工程を示すフローチャートである。

Ｓ２０１及びＳ２０２の処理は、Ｓ１０１及びＳ１０２の処理と同様なので、ここでは詳細な説明は省略する。次いで、不図示のプレス加工装置は、Ｓ２０２の処理でヨーク部の側壁部にシェービンク加工が施された打抜き片のティース部の側壁部にシェービンク加工を施してステータコア２を形成する（Ｓ２０３）。Ｓ２０３の処理では、シェービング面３４２は、第１ティース側壁部３４の高さに対する比率が５％〜２５％に相当する領域を削除するシェービング加工を２回以上施して第１ティース側壁部３４の高さの４０％〜６０％の高さを有するように形成される。

図１０（ａ）はＳ２０２の処理で形成された打抜き片の部分平面図であり、図１０（ｂ）はＳ２０２の処理で形成された打抜き片の部分拡大図であり、図１０（ｃ）はＳ２０３の処理で形成されるステータコア２の部分拡大図である。

打抜き片２１０は、ヨーク部２１１と、ティース部２１２とを有する。不図示のプレス加工装置は、矢印Ａ及びＢのそれぞれで示されるティース部２１２の側壁部にシェービング加工を施してステータコア２を形成する。不図示のプレス加工装置によるシェービング加工は、複数回に亘るシェービング処理で実行される。

Ｓ２０３に示すシェービング加工で切削されるシェービング幅Ｌ_Cは、打抜き片２１０の厚さＬ_Tの５％以上４０％未満であることが好ましい。シェービング幅Ｌ_Cを、打抜き片２１０の厚さＬ_Tの５％以上４０％未満とすることで、シェービング加工によって新たに塑性歪をシェービング加工部の端面近傍に導入させることなく、打抜き加工が施された端面近傍から塑性歪を除去することができる。

Ｓ２０４〜Ｓ２０５の処理は、Ｓ１０３〜Ｓ１０４の処理と同様なので、ここでは詳細な説明は省略する。

（実施形態に係るステータの変形例）
ステータコア１及び２では、接触面１３２はシェービンク加工により形成されるが、実施形態に係るステータでは、ヨーク部の外壁部に形成される接触面は切削加工により形成されてもよい。

ステータコア１及び２は、単一のステータコアとして形成されるが、実施形態に係るステータでは、複数のステータ片を円弧状に配置して形成される分割ステータ構造であってもよい。

図１１は、実施例で使用されるモータの部分平面図である。

モータ３００は、無方向性電磁鋼板５０Ａ３５０を用いて電気学会Ｄモデルをベースとして作製されたＩＰＭモータである。ステータコア３の外径は１１２ｍｍであり、ロータ３０２の外径は５４ｍｍであり、ステータコア３の積み高さは１００ｍｍである。スロット数は２４スロットである。ステータコア３は、筐体３０１に焼き嵌めにより固定される。ロータ３０２の外径は５４ｍｍφであり、ステータコア３３２の内径は５５ｍｍφであり、ロータ３０２とステータコア３３２との間のギャップは０．５ｍｍである。また、ステータコア３３２の外径は１１２ｍｍφ（＝５４ｍｍ＋０．５ｍｍ×２＋２８．５ｍｍ×２）である。

第１実施例に係るステータコアは、ダイ及びパンチによって打抜き加工した後に、ヨーク部の外壁部の接触面の高さの割合が外壁部の高さの９０％となるようにシェービング加工することで形成された。第１実施例におけるシェービング加工量は、片側０．１ｍｍである。第１実施例では、ヨーク部周方向の圧縮応力が１０ＭＰａになるように焼き嵌めすることで形成された。ステータコアは２４スロットであり、ステータコアのティース部に巻き回す銅線の１相当たりの巻線数は３５ターンであり、ロータの磁石の磁束密度Ｂｒは１．２５Ｔである。接触面で測定したビッカース硬度（荷重２５ｇｆ）の材料である電磁鋼板のビッカース硬度に対する比率は１．３５倍、離隔距離は２μｍであった。

第２実施例に係るステータコアは、ダイ及びパンチによって打抜き加工した後に、ヨーク部の外壁部の接触面の高さの割合が外壁部の高さの９０％となるようにヨーク部の外面をグラインダで研磨して平滑化することで形成された。第２実施例におけるグラインダ研磨量は、片側０．１ｍｍである。第２実施例では、ステータコアは、第１実施例と同様に、ヨーク部周方向の圧縮応力が１０ＭＰａになるように焼き嵌めすることで形成された。スロット数、ステータコアのティース部に巻き回す銅線の１相当たりの巻線数、及びロータの磁石の磁束密度Ｂｒは、第１実施例と同様である。

第１比較例に係るステータコアは、ヨーク幅が第１実施例及び第２実施例と同一になるように、ダイ及びパンチによって打抜き加工することで形成された。第１比較例では、ステータコアは、ヨーク部周方向の圧縮応力が１０ＭＰａになるように焼き嵌めすることで形成された。スロット数、ステータコアのティース部に巻き回す銅線の１相当たりの巻線数、及びロータの磁石の磁束密度Ｂｒは、第１実施例と同様である。接触面で測定したビッカース硬度（荷重２５ｇｆ）の材料である電磁鋼板のビッカース硬度に対する比率は１．３５倍、離隔距離は２μｍであった。

第１実施例、第２実施例及び第１比較例において、波高値３Ａの巻線電流を位相角３０度で流して、１５００ＲＰＭの回転数で６０分駆動した時のモータの上昇温度及び鉄損と銅損の和を測定した。モータの上昇温度は、駆動前のモータの温度である２５℃から駆動開始から６０分経過したときの温度との差である。

表１は、第１実施例、第２実施例及び第１比較例に係るモータの上昇温度（単位：℃）及び鉄損と銅損の和（単位：Ｗ）を示す。表１において、上段が上昇温度（単位：℃）を示し、下段が鉄損と銅損の和（単位：Ｗ）を示す。

表１で、第１比較例のモータ温度上昇は、第１比較例のモータ温度上昇よりも小さい。第１実施例及び第２実施例は、筐体の内壁部と接触するステータコアの接触面を大きくすることで、ステータコアと筐体との間の熱伝導特性を向上させることで、モータ温度上昇が低減されている。第１比較例の鉄損と銅損の和は第１実施例及び第２実施例の鉄損と銅損の和より高くなった。巻線温度が上昇し、銅損が増えたためと考えられる。

実施例１と同様に、無方向性電磁鋼板５０Ａ３５０を用いて電気学会Ｄモデルをベースとして作製されたＩＰＭモータのモータ温度上昇（単位：℃）を測定した。第３実施例、第４実施例及び第２比較例のそれぞれは、焼き嵌め工程でのヨーク部の周方向の圧縮応力以外は、第１実施例、第２実施例及び第１比較例と同様に形成された。第３実施例、第４実施例及び第２比較例のそれぞれは、ヨーク部の周方向の圧縮応力が５０ＭＰａになるように焼き嵌めすることで形成された。

第３実施例、第４実施例及び第２比較例において、波高値３Ａの巻線電流を位相角３０度で流して、１５００ＲＰＭの回転数で６０分駆動した後のモータ温度上昇を測定した。

表２は、第３実施例、第４実施例及び第２比較例の上昇温度（単位：℃）及び鉄損と銅損の和（単位：Ｗ）を示す。表２において、上段が上昇温度（単位：℃）を示し、下段が鉄損と銅損の和（単位：Ｗ）を示す。

表２で、第３実施例及び第４実施例のモータ温度上昇は、第２比較例のモータ温度上昇よりも小さい。第３実施例及び第４実施例は、筐体の内壁部と接触するステータコアの接触面を大きくすることで、ステータコアと筐体との間の熱伝導特性を向上させることで、モータ温度上昇が低減されている。第２比較例の鉄損と銅損の和は第３実施例及び第４実施例の鉄損と銅損の和より高くなった。巻線温度が上昇し、銅損が増えたためと考えられる。

実施例１と同様に、無方向性電磁鋼板５０Ａ３５０を用いて電気学会Ｄモデルをベースとして作製されたＩＰＭモータのモータ温度上昇（単位：℃）を測定した。第５実施例、第３比較例、第４比較例及び第５比較例のそれぞれは、実施例１と同様に、ダイ及びパンチによって打抜き加工した後に、シェービング加工することで形成された。第５実施例では、シェービング加工は、ヨーク部の外壁部の接触面の高さの割合が外壁部の高さの９０％となるように施された。第３〜５比較例のそれぞれでは、シェービング加工は、ヨーク部の外壁部の接触面の高さの割合が外壁部の高さの２５％、４０％及び７０％となるように施された。第５実施例、第３比較例、第４比較例及び第５比較例のそれぞれの接触面で測定したビッカース硬度（荷重２５ｇｆ）の材料である電磁鋼板のビッカース硬度に対する比率は１．３５倍、離隔距離は２μｍであった。第５実施例、第３比較例、第４比較例及び第５比較例のそれぞれは、ヨーク部の周方向の圧縮応力が１０ＭＰａになるように焼き嵌めすることで形成された。

第５実施例は、第１実施例と同様に形成された。第３比較例、第４比較例及び第５比較例のそれぞれは、ヨーク部の外壁部の接触面の高さの割合以外は、第１比較例と同様に形成された。

第５実施例、第３比較例、第４比較例及び第５比較例において、波高値３Ａの巻線電流を位相角３０度で流して、１５００ＲＰＭの回転数で６０分駆動した後のモータ温度上昇を測定した。

表３は、第５実施例、第３比較例、第４比較例及び第５比較例の上昇温度（単位：℃）及び鉄損と銅損の和（単位：Ｗ）を示す。表３において、上段が上昇温度（単位：℃）を示し、下段が鉄損と銅損の和（単位：Ｗ）を示す。

表３で、ヨーク部の外壁部の接触面の高さの割合が外壁部の高さの９０％である第５実施例のモータ温度上昇は、ヨーク部の外壁部の接触面の高さの割合が外壁部の高さの９０％に達しない第３比較例、第４比較例及び第５比較例よりも非常に小さい。第３比較例、第４比較例及び第５比較例の鉄損と銅損の和は第５実施例の鉄損と銅損の和より高くなった。巻線温度が上昇し、銅損が増えたためと考えられる。

実施例１と同様に、無方向性電磁鋼板５０Ａ３５０を用いて電気学会Ｄモデルをベースとして作製されたＩＰＭモータのモータ温度上昇（単位：℃）を測定した。第６実施例、第７実施例、第６比較例及び第７比較例のそれぞれは、打抜き加工を施すときに、ダイとパンチとの間のクリアランスを変化させることで、ステータコア１と筐体１０１の間の離隔距離が変化するように形成された。第６実施例、第７実施例、第６比較例及び第７比較例のそれぞれでは、ステータコア１と筐体１０１の間の離隔距離は、１μｍ、２μｍ、４μｍ及び５μｍである。第６実施例、第７実施例、第６比較例及び第７比較例のそれぞれでは、接触面で測定したビッカース硬度（荷重２５ｇｆ）の材料である電磁鋼板のビッカース硬度に対する比率は１．０４倍、１．３５倍、１．５５倍及び１．６５倍であった。また、第６実施例、第７実施例、第６比較例及び第７比較例のヨーク部の側壁部の接触面の高さの割合は側壁部の高さの９０％であった。第６実施例、第７実施例、第６比較例及び第７比較例のそれぞれは、ヨーク部の周方向の圧縮応力が１０ＭＰａになるように焼き嵌めすることで形成された。

第６実施例及び第７実施例は、ダイとパンチとの間のクリアランスを変化させること以外は、第１実施例と同様に形成された。第６比較例及び第７比較例のそれぞれは、ダイとパンチとの間のクリアランスを変化させること以外は、第１比較例と同様に形成された。

第６実施例、第７実施例、第６比較例及び第７比較例において、波高値３Ａの巻線電流を位相角３０度で流して、１５００ＲＰＭの回転数で６０分駆動した後のモータ温度上昇を測定した。

表４は、第６実施例、第７実施例、第６比較例及び第７比較例の上昇温度（単位：℃）及び鉄損と銅損の和（単位：Ｗ）を示す。表４において、上段が上昇温度（単位：℃）を示し、下段が鉄損と銅損の和（単位：Ｗ）を示す。

表４で、ステータコアと筐体との間の離隔距離が２μｍである第７実施例のモータ温度上昇は、ステータコアと筐体との間の離隔距離が４μｍ以上である第６比較例、第７比較例よりも非常に小さい。第６比較例及び第７比較例の鉄損と銅損の和は第６実施例及び第７実施例の鉄損と銅損の和より高くなった。巻線温度が上昇し、銅損が増えたためと考えられる。

実施例１と同様に、無方向性電磁鋼板５０Ａ３５０を用いて電気学会Ｄモデルをベースとして作製されたＩＰＭモータのモータ温度上昇（単位：℃）を測定した。第８実施例、第９実施例、第１０実施例、第１１実施例、第８比較例及び第９比較例に係るステータ片は、ダイ及びパンチによって打抜き加工した後に、ヨーク部の外壁部をシェービング幅がそれぞれ片側５０μｍ、１００μｍ、１５０μｍ、１７５μｍ、２５０μｍになるようにシェービング加工により成形した。第８実施例、第９実施例、第１０実施例、第１１実施例及び第８比較例はシェービング加工後のヨーク幅が同一になるように、シェービング加工前の寸法を調整した。第９比較例に係るステータ片は、ヨーク幅が第８実施例、第９実施例、第１０実施例、第１１実施例及び第８比較例と同一になるように、ダイ及びパンチによる打抜き加工により成形した。

第８実施例、第９実施例、第１０実施例、第１１実施例、第８比較例及び第９比較例のそれぞれでは、離隔距離は２．５μｍ、２μｍ、１．５μｍ、１μｍ、０μｍ及び３μｍであった。また、第８実施例、第９実施例、第１０実施例、第１１実施例及び第８比較例のヨーク部の側壁部の接触面の高さの割合は側壁部の高さの９０％であり、第９比較例のヨーク部の側壁部の接触面の高さの割合は側壁部の高さの７０％であった。第８実施例、第９実施例、第１０実施例、第１１実施例、第８比較例及び第９比較例のそれぞれは、ヨーク部の周方向の圧縮応力が１０ＭＰａになるように焼き嵌めすることで形成された。

第８実施例、第９実施例、第１０実施例、第１１実施例、第８比較例及び第９比較例において、波高値３Ａの巻線電流を位相角３０度で流して、１５００ＲＰＭの回転数で６０分駆動した後のモータ温度上昇を測定した。

表５は、第８実施例、第９実施例、第１０実施例、第１１実施例、第８比較例及び第９比較例の上昇温度（単位：℃）、鉄損と銅損の和（単位：Ｗ）、接触面で測定したビッカース硬度（荷重２５ｇｆ）の材料である電磁鋼板のビッカース硬度に対する比率（単位：倍）及び打ち抜き歩留まりを示す。表５において、１段目が上昇温度（単位：℃）を示し、２段目が鉄損と銅損の和（単位：Ｗ）を示し、３段目がビッカース硬度（単位：倍）を示し、４段目が打ち抜き歩留りを示す。

表５で、接触面で測定したビッカース硬度（荷重２５ｇｆ）の材料である電磁鋼板のビッカース硬度に対する比率（単位：倍）が１倍超１．９倍以下である第８実施例、第９実施例、第１０実施例、第１１実施例及び第８比較例の温度上昇は、ビッカース硬度（荷重２５ｇｆ）の材料である電磁鋼板のビッカース硬度に対する比率（単位：倍）が１．９倍超である第９比較例よりも小さい。第９比較例の鉄損と銅損の和は、第８実施例、第９実施例、第１０実施例、第１１実施例及び第８比較例の鉄損と銅損の和より高くなった。第８比較例では、モータ温度上昇、鉄損と銅損の和が第１０実施例及び第１１実施例とほぼ同等であるが、打ち抜き歩留まりが７０％以下と大幅に劣化した。

１、２、３ステータコア
１０ヨーク部
１３ヨーク外壁部
２０、３０ティース部
２４、３４第１ティース側壁部
２５、３５第２ティース側壁部
１００、２００、３００モータ
１０１、３０１筐体
１０２、３０２ロータ
１３１ダレ
１３２接触面
１３３破断面
１３４カエリ

Claims

第１ヨーク面と、
前記第１ヨーク面の反対の第２ヨーク面と、
前記第１ヨーク面から前記第２ヨーク面に向かって前記第１ヨーク面及び前記第２ヨーク面に直交する方向に延伸する接触面を有するヨーク外壁部と、
前記ヨーク外壁部と対向するように前記第１ヨーク面の一辺から前記第２ヨーク面の一辺に延伸するヨーク内壁部と、を有するヨーク部と、
前記ヨーク内壁部から前記ヨーク外壁部と反対の方向に延伸するティース部と、を有するステータコアであって、
前記ヨーク外壁部の高さに対する前記接触面の高さの比率は、９０％以上であり、
前記接触面のビッカース硬度は、前記ステータコアの材料である電磁鋼板のビッカース硬度の１倍超１．９倍以下である、ことを特徴とするステータコア。
前記ティース部は、第１ティース面と、前記第１ティース面の反対の第２ティース面と、前記第１ティース面から前記第２ティース面に前記第１ティース面及び前記第２ティース面に直交する方向に向かって延伸するシェービング面を有するティース側面部と、を有し、
前記シェービング面のビッカース硬度は、前記接触面のビッカース硬度よりも低い、請求項１に記載のステータコア。
収納される筐体の内壁部と前記ヨーク外壁部との間の離隔距離の最大値は、２μｍ以下である、請求項１又は２に記載のステータコア。
前記ヨーク部の周方向の圧縮応力は、２ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下である、請求項１〜３の何れか一項に記載のステータコア。
ステータコアを有するステータと、ロータと、前記ステータ及びロータを収容する筐体とを有し、
前記ステータコアは、
第１ヨーク面と、
前記第１ヨーク面の反対の第２ヨーク面と、
前記第１ヨーク面から前記第２ヨーク面に向かって前記第１ヨーク面及び前記第２ヨーク面に直交する方向に延伸し且つ前記筐体の内壁部と接触する接触面を有するヨーク外壁部と、
前記ヨーク外壁部と対向するように前記第１ヨーク面の一辺から前記第２ヨーク面の一辺に延伸するヨーク内壁部と、を有するヨーク部と、
前記ヨーク内壁部から前記ヨーク外壁部と反対の方向に延伸するティース部と、を有し、
前記ヨーク外壁部の高さに対する前記接触面の高さの比率は、９０％以上であり、
前記接触面のビッカース硬度は、前記ステータコアの材料である電磁鋼板のビッカース硬度の１倍超１．９倍以下である、ことを特徴とするモータ。