JPWO2007086312A1 - モータステータ用の分割コア、そのモータステータ、永久磁石形同期モータ、および分割コア打ち抜き金型による打ち抜き方法 - Google Patents
モータステータ用の分割コア、そのモータステータ、永久磁石形同期モータ、および分割コア打ち抜き金型による打ち抜き方法 Download PDFInfo
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Abstract
従来の永久磁石形同期モータはロータの永久磁石を周方向へ変位させたり、ステータコアを周方向へ変位させたりして、コギングトルクを低減していたが、かかるスキューはモータ出力が低下し、しかも巻線作業の自動化ができず高価なモータになってしまったので、これを解決し、巻線作業の自動化ができて低廉で高出力のモータを得ることのできる分割コアを提供する。ティース(６)とティース(６)にその両端で連接するヨーク(５)およびポールピース(９)とを形成された積層鉄心より成る分割コア(１００)を複数個環状に並べて連結してステータを構成する当該分割コア(１００)において、ヨーク(５)両端及び前記ポールピース(９)両端が、分割コア鉄心の積層最上層から積層最下層に向けて積層鉄心毎に周方向の一方向へ変位させている。
Description
本発明は、例えば工作機などのＦＡ分野における、滑らかな動作が要求される永久磁石形同期モータに関するもので、特に、モータステータ用の分割コア、そのモータステータ、および分割コア打ち抜き金型による打ち抜き方法に関する。
従来のモータは、ロータの永久磁石を軸方向に分割して、ブロックを構成し、ブロックを周方向に変位させて配列することによってスキュー効果を持たせている。各ブロックは軸方向に隙間を持たせてあるので、軸方向成分の漏洩磁束が生じないので円周方向の磁束分布が正弦波となって、各ブロックのコギングトルクが全体として低減される（例えば特許文献１）。
また、ステータコアを連続的に周方向に変位させる斜めスロットが広く知られており、コギングトルクの位相が連続的に変わるので、合算した全体のコギングトルクは低減される。
図２０は従来のモータにおけるロータの正面図、図２１はその側面図をそれぞれ示している。図２０において、ロータ１の外周に永久磁石２Ａを円周方向に複数個配列するとともに、図２１で示すように軸方向にも永久磁石２Ａから間隔をあけて永久磁石２Ｂを複数個配列し、軸方向に進むにつれて僅かに円周方向にずらして、スキュー効果をもたらしている。また、永久磁石のＳ極とＮ極の隙間Ｇ１より大きな永久磁石２Ａと永久磁石２Ｂの隙間Ｇ２を設けることにより、ロータの円周方向の磁束分布を正弦波とすることができる。
このように、従来の永久磁石形同期モータはロータの永久磁石を周方向へ変位させたり、ステータコアを周方向へ変位させたりして、コギングトルクを低減しているのである。
特許第３５９９０６６号公報（第４頁、図３、４）
また、ステータコアを連続的に周方向に変位させる斜めスロットが広く知られており、コギングトルクの位相が連続的に変わるので、合算した全体のコギングトルクは低減される。
図２０は従来のモータにおけるロータの正面図、図２１はその側面図をそれぞれ示している。図２０において、ロータ１の外周に永久磁石２Ａを円周方向に複数個配列するとともに、図２１で示すように軸方向にも永久磁石２Ａから間隔をあけて永久磁石２Ｂを複数個配列し、軸方向に進むにつれて僅かに円周方向にずらして、スキュー効果をもたらしている。また、永久磁石のＳ極とＮ極の隙間Ｇ１より大きな永久磁石２Ａと永久磁石２Ｂの隙間Ｇ２を設けることにより、ロータの円周方向の磁束分布を正弦波とすることができる。
このように、従来の永久磁石形同期モータはロータの永久磁石を周方向へ変位させたり、ステータコアを周方向へ変位させたりして、コギングトルクを低減しているのである。
また、図２２はステータコアにスキューのない従来の積層コアを示している。 図において、３０はステータコア本体、３３Ａは抜き初めコア、３３Ｂは抜き終わりコア、３５はヨーク、３５ａはヨーク嵌合部、３５ｂはＶかしめ、３６はセンターヨーク（ティース）、３９はオールピースである。ステータコアの抜き初めコア３３Ａと抜き終わりコア３３Ｂのポールピース３９の形状は全く同じであるので、ステータコアを多数積層して成るステータコア本体３０のポールピース３９の先端は直角に形成され、スキューが形成されていない。
この場合、コギングをなくするためには、ステータの代わりに図２０および図２１で説明したようにロータにスキューをつける必要があり、それにはマグネットをずらして貼っていった。
このように、従来方法にあっては、次の（１）と（２）が行なわれていたが、それぞれに欠点があった。
（１）ステータコアにスキューをつけられない場合、ロータ側でマグネットを径方向にずらし、スキューをつける必要があり、この作業が複雑になっていた。
（２）また、ステータコアに滑らかなスキューをつける場合、切刃をその種類毎に作らねばならず、金型サイズの制約や製作費用の点から実現が困難であった。
この場合、コギングをなくするためには、ステータの代わりに図２０および図２１で説明したようにロータにスキューをつける必要があり、それにはマグネットをずらして貼っていった。
このように、従来方法にあっては、次の（１）と（２）が行なわれていたが、それぞれに欠点があった。
（１）ステータコアにスキューをつけられない場合、ロータ側でマグネットを径方向にずらし、スキューをつける必要があり、この作業が複雑になっていた。
（２）また、ステータコアに滑らかなスキューをつける場合、切刃をその種類毎に作らねばならず、金型サイズの制約や製作費用の点から実現が困難であった。
以上のように、従来の永久磁石形同期モータは、ロータの永久磁石を軸方向に分割して、ブロックを構成し、ブロックを周方向に変位させて配列することによってスキュー効果を持たせていた。各ブロックは軸方向に隙間を持たせてあるので、軸方向成分の漏洩磁束が生じなくなり、円周方向の磁束分布が正弦波となって、各ブロックのコギングトルクが全体として低減されたが、ブロック間の隙間は電磁力発生に寄与しないためモータ出力が低下する問題があった。
逆に、ブロック間の隙間が無い場合は、スキュー効果が十分発揮できないのでコギング低減の効果は小さくなり、コギング低減とモータ出力とはトレードオフの関係にあるという問題があった。
また、ステータコアを連続的に周方向に変位させる斜めスロットは、スロット断面が捻られた形状となるので、巻線作業の自動化ができず高価なモータになってしまう問題があり、整列巻が困難で、実質のスロット面積も減少するので、モータ抵抗が増大し効率の低下を招く問題もあった。
本願第１発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、永久磁石形同期モータのロータのブロックを周方向に変位させず、またスロット断面を捻らずにステータコアの構造でコギングトルクを低減させることのできるモータステータ用の分割コアを提供すること目的とする。
逆に、ブロック間の隙間が無い場合は、スキュー効果が十分発揮できないのでコギング低減の効果は小さくなり、コギング低減とモータ出力とはトレードオフの関係にあるという問題があった。
また、ステータコアを連続的に周方向に変位させる斜めスロットは、スロット断面が捻られた形状となるので、巻線作業の自動化ができず高価なモータになってしまう問題があり、整列巻が困難で、実質のスロット面積も減少するので、モータ抵抗が増大し効率の低下を招く問題もあった。
本願第１発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、永久磁石形同期モータのロータのブロックを周方向に変位させず、またスロット断面を捻らずにステータコアの構造でコギングトルクを低減させることのできるモータステータ用の分割コアを提供すること目的とする。
本願第２発明は、ステータコアに滑らかなスキューをつける分割コアを得るために、特に切刃をその種類毎に作る必要のない、したがって金型サイズの制約や製作費用の多くかかることのない金型による分割コアの打ち抜き方法を提供することを第２の目的としている。
上記問題を解決するため、請求項１記載の発明は、分割コアに係り、ティースと該ティースにその両端で連接するヨークおよびポールピースとを形成された積層鉄心より成る分割コアを複数個環状に並べて連結してステータを構成する当該分割コアにおいて、前記ヨーク両端及び前記ポールピース両端が、前記分割コア鉄心の積層最上層から前記分割コア鉄心の積層最下層に向けて積層鉄心毎に周方向の一方向へ変位していることを特徴としている。
請求項２記載の発明は、分割コアに係り、ティースと該ティースにその両端で連接するヨークおよびポールピースとを形成された積層鉄心より成る分割コアを複数個環状に並べて連結してステータを構成する当該分割コアにおいて、前記ヨーク両端及び前記ポールピース両端が、前記分割コア鉄心の積層最上層から前記分割コア鉄心の積層中心層に向けて積層鉄心毎に周方向の一方向へ変位し、前記分割コア鉄心の積層中心層から前記積層下層の分割コア鉄心に向けて積層鉄心毎に周方向の反対方向へ変位していることを特徴としている。
請求項２記載の発明は、分割コアに係り、ティースと該ティースにその両端で連接するヨークおよびポールピースとを形成された積層鉄心より成る分割コアを複数個環状に並べて連結してステータを構成する当該分割コアにおいて、前記ヨーク両端及び前記ポールピース両端が、前記分割コア鉄心の積層最上層から前記分割コア鉄心の積層中心層に向けて積層鉄心毎に周方向の一方向へ変位し、前記分割コア鉄心の積層中心層から前記積層下層の分割コア鉄心に向けて積層鉄心毎に周方向の反対方向へ変位していることを特徴としている。
請求項３記載の発明は、分割コアに係り、ティースと該ティースにその両端で連接するヨークおよびポールピースとを形成された積層鉄心より成る分割コアを複数個環状に並べて連結してステータを構成する当該分割コアにおいて、前記ポールピース両端が、前記分割コア鉄心の積層最上層から前記分割コア鉄心の積層最下層に向けて積層鉄心毎に周方向の一方向へ変位していることを特徴としている。
請求項４記載の発明は、分割コアに係り、ティースと該ティースにその両端で連接するヨークおよびポールピースとを形成された積層鉄心より成る分割コアを複数個環状に並べて連結してステータを構成する当該分割コアにおいて、前記ポールピース両端が、前記分割コア鉄心の積層最上層から前記分割コア鉄心の積層中心層に向けて積層鉄心毎に周方向の一方向へ変位し、前記分割コア鉄心の積層中心層から前記積層下層の分割コア鉄心に向けて積層鉄心毎に周方向の反対方向へ変位していることを特徴としている。
請求項５記載の発明は、分割コアに係り、積層鉄心の積層方向に複数ブロックに分けた各ブロック内における前記ヨーク両端及び前記ポールピース両端は前記積層方向に向けて周方向の一方向への変位はなく、かつ、各ブロック毎の前記ヨーク両端及び前記ポールピース両端は上層ブロックから下層ブロックに向けて周方向の一方向へ変位していることを特徴としている。
請求項６記載の発明は、分割コアに係り、積層鉄心の積層方向に複数ブロックに分けた各ブロック内における前記ヨーク両端及び前記ポールピース両端は前記積層方向に向けて周方向の一方向への変位はなく、かつ、隣接ブロック間の前記ヨーク両端及び前記ポールピース両端は上層ブロックから中心ブロックに向けて周方向の一方向へ変位し、前記中心ブロックから下層ブロックに向けて周方向の反対方向へ変位していることを特徴としている。
請求項４記載の発明は、分割コアに係り、ティースと該ティースにその両端で連接するヨークおよびポールピースとを形成された積層鉄心より成る分割コアを複数個環状に並べて連結してステータを構成する当該分割コアにおいて、前記ポールピース両端が、前記分割コア鉄心の積層最上層から前記分割コア鉄心の積層中心層に向けて積層鉄心毎に周方向の一方向へ変位し、前記分割コア鉄心の積層中心層から前記積層下層の分割コア鉄心に向けて積層鉄心毎に周方向の反対方向へ変位していることを特徴としている。
請求項５記載の発明は、分割コアに係り、積層鉄心の積層方向に複数ブロックに分けた各ブロック内における前記ヨーク両端及び前記ポールピース両端は前記積層方向に向けて周方向の一方向への変位はなく、かつ、各ブロック毎の前記ヨーク両端及び前記ポールピース両端は上層ブロックから下層ブロックに向けて周方向の一方向へ変位していることを特徴としている。
請求項６記載の発明は、分割コアに係り、積層鉄心の積層方向に複数ブロックに分けた各ブロック内における前記ヨーク両端及び前記ポールピース両端は前記積層方向に向けて周方向の一方向への変位はなく、かつ、隣接ブロック間の前記ヨーク両端及び前記ポールピース両端は上層ブロックから中心ブロックに向けて周方向の一方向へ変位し、前記中心ブロックから下層ブロックに向けて周方向の反対方向へ変位していることを特徴としている。
請求項７記載の発明は、分割コアに係り、積層鉄心の積層方向に複数ブロックに分けた各ブロック内における前記ヨーク両端及び前記ポールピース両端は前記積層方向に向けて周方向の一方向への変位はなく、かつ、隣接ブロック間の前記ヨーク両端及び前記ポールピース両端は上層ブロックから隣接ブロックに向けて周方向の一方向へ変位し、前記隣接ブロックからさらに下の隣接ブロックに向けて周方向の反対方向へ変位し、これを複数回繰り返していることを特徴としている。
請求項８記載の発明は、請求項１〜７のいずれか１項記載の分割コアにおいて、前記ティースの周方向幅が一定でかつ前記分割コア鉄心の積層最上層から前記分割コア鉄心の積層最下層に向けて周方向の一方向へ変位していないことを特徴としている。
請求項９記載の発明は、モータステータに係り、請求項１〜８のいずれか１項記載の分割コアと、前記分割コアに積層方向の両側から装着した一対の絶縁体と、前記分割コアのティースに前記絶縁体を介して装着された電機子コイルを備えると共に、前記分割コアを複数個環状に並べて連結して成ることを特徴としている。
請求項１０記載の発明は、永久磁石形同期モータに係り、請求項９記載のステータと磁気的空隙を介して配置されると共に表面に永久磁石を複数個配置してなるロータとで構成されることを特徴としている。
請求項１１記載の発明は、分割コア打ち抜き金型による打ち抜き方法に係り、分割コア打ち抜き金型内において、分割コアのティース先端の長さを１ストローク毎に変化させて打ち抜くことを特徴としている。
請求項８記載の発明は、請求項１〜７のいずれか１項記載の分割コアにおいて、前記ティースの周方向幅が一定でかつ前記分割コア鉄心の積層最上層から前記分割コア鉄心の積層最下層に向けて周方向の一方向へ変位していないことを特徴としている。
請求項９記載の発明は、モータステータに係り、請求項１〜８のいずれか１項記載の分割コアと、前記分割コアに積層方向の両側から装着した一対の絶縁体と、前記分割コアのティースに前記絶縁体を介して装着された電機子コイルを備えると共に、前記分割コアを複数個環状に並べて連結して成ることを特徴としている。
請求項１０記載の発明は、永久磁石形同期モータに係り、請求項９記載のステータと磁気的空隙を介して配置されると共に表面に永久磁石を複数個配置してなるロータとで構成されることを特徴としている。
請求項１１記載の発明は、分割コア打ち抜き金型による打ち抜き方法に係り、分割コア打ち抜き金型内において、分割コアのティース先端の長さを１ストローク毎に変化させて打ち抜くことを特徴としている。
上記構成により、ヨーク両端及びティース両端のポールピースが、積層鉄心毎に周方向の一方向へ変位しているのでコギングトルクが平準化されるとともに、コアを連結したときの剛性が増すので組立精度が良くなり、精度に起因するコギングトルクを低減できるので滑らかな回転が得られる。
また、分割コア鉄心の積層中心層に向けて一方向へ変位し分割コア鉄心の積層中心層から逆に反対方向に変位させることで、鉄心の周方向変位量が増すので、より剛性が高められコギングトルクが低減できる。特にコアの積枚数が多い長形のモータに大きな効果がある。
以上のようにしてコギングトルクを低減するとともに、一方ティースは変位しないので巻線作業が簡易化できる。
さらに、コア抜きの生産性が向上でき、コアが複数のブロックにまとめられるので、さらに生産性が向上できる。
また、分割コア鉄心の積層中心層に向けて一方向へ変位し分割コア鉄心の積層中心層から逆に反対方向に変位させることで、鉄心の周方向変位量が増すので、より剛性が高められコギングトルクが低減できる。特にコアの積枚数が多い長形のモータに大きな効果がある。
以上のようにしてコギングトルクを低減するとともに、一方ティースは変位しないので巻線作業が簡易化できる。
さらに、コア抜きの生産性が向上でき、コアが複数のブロックにまとめられるので、さらに生産性が向上できる。
また、本発明の金型による打ち抜き方法により、順送り金型に組み込まれた回転切刃によってティース部長さを細かく変えていくことができるので滑らかなスキューが簡単に得られる。
１ ロータ
２ 永久磁石
３ ステータ
４ 分割コア
５ ヨーク
６ ティース
７ 絶縁体
８ 電機子コイル
１０ コアＡ
１１ コアＢ
１２ａ、１２ｂ パンチ
１４ パンチ
１５ ストリッパ
１６ ダイ
１７ ダイスリーブ
１８ ベアリング
１９ ガイドポスト
２０ ダイホルダー
２１ モータ
２２ プーリ
２３ タイミングベルト
２４ 回転切刃
２５ 材料送り方向
２６ 抜き落とし部
２７ 駆動部
３０ ステータコア本体
３５ ヨーク
３５ａ ヨーク嵌合部
３５ｂ Ｖカシメ
３６ センターヨーク（ティース）
３９ ポールピース
５２ センターヨーク（ティース）
５６、５８ 抜き始めコア
５７、５９ 抜き終わりコア
１１１ 上段ブロック
１１２ 中段ブロック
１１３ 下段ブロック
１１４ 上，下段ブロック
１１５ 中段ブロック
１１６ 従来のコギングトルク波形
１１７ 実施例３のコギングトルク波形
１１８ 実施例２のコギングトルク波形
２ 永久磁石
３ ステータ
４ 分割コア
５ ヨーク
６ ティース
７ 絶縁体
８ 電機子コイル
１０ コアＡ
１１ コアＢ
１２ａ、１２ｂ パンチ
１４ パンチ
１５ ストリッパ
１６ ダイ
１７ ダイスリーブ
１８ ベアリング
１９ ガイドポスト
２０ ダイホルダー
２１ モータ
２２ プーリ
２３ タイミングベルト
２４ 回転切刃
２５ 材料送り方向
２６ 抜き落とし部
２７ 駆動部
３０ ステータコア本体
３５ ヨーク
３５ａ ヨーク嵌合部
３５ｂ Ｖカシメ
３６ センターヨーク（ティース）
３９ ポールピース
５２ センターヨーク（ティース）
５６、５８ 抜き始めコア
５７、５９ 抜き終わりコア
１１１ 上段ブロック
１１２ 中段ブロック
１１３ 下段ブロック
１１４ 上，下段ブロック
１１５ 中段ブロック
１１６ 従来のコギングトルク波形
１１７ 実施例３のコギングトルク波形
１１８ 実施例２のコギングトルク波形
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図１は永久磁石形同期モータの断面図である。
図において、１はロータ、２は永久磁石、３はステータ、４は分割コア、５はヨーク、６はティース（センターヨーク）、７は絶縁体、８は電機子コイル、９はポールピースである。この永久磁石形同期モータはロータ１の表面に永久磁石２を複数個貼り付けたものであり、永久磁石２のエネルギー積は４０Ｍ（メガ）Ｏｅ（エールステッド）程度の高性能磁石を使用している。ステータ３は、厚さ０．３〜０．５ｍｍ程度の電磁鋼板を分割コア４の形状の打ち抜き型でプレスし、長手方向に積層し、連結したものである。
分割コア４の形状は、外周が円弧状のヨーク５と内周がポールピース９と両者を連接するティース６とから成る。ティース６に積層方向の両側から一対の絶縁体５を装着し、絶縁体５上に電機子コイル６を整列巻する。
図１は永久磁石形同期モータの断面図である。
図において、１はロータ、２は永久磁石、３はステータ、４は分割コア、５はヨーク、６はティース（センターヨーク）、７は絶縁体、８は電機子コイル、９はポールピースである。この永久磁石形同期モータはロータ１の表面に永久磁石２を複数個貼り付けたものであり、永久磁石２のエネルギー積は４０Ｍ（メガ）Ｏｅ（エールステッド）程度の高性能磁石を使用している。ステータ３は、厚さ０．３〜０．５ｍｍ程度の電磁鋼板を分割コア４の形状の打ち抜き型でプレスし、長手方向に積層し、連結したものである。
分割コア４の形状は、外周が円弧状のヨーク５と内周がポールピース９と両者を連接するティース６とから成る。ティース６に積層方向の両側から一対の絶縁体５を装着し、絶縁体５上に電機子コイル６を整列巻する。
図２および図３は、本発明の実施例１に係る分割コアを説明する図で、図２は斜視図、図３は実施例１における分割コア連結時のポールピース（ａ）およびヨーク（ｂ）側から見た側断面図である。電磁鋼板をプレスで打ち抜く際、積層鉄心毎にヨーク両端及びティース先端のポールピースのみを円周方向にその都度回転させる。
図２の分割コアを多数積層して固定子積層鉄心１００とした場合、図３（ａ）および（ｂ）に示したように、ポールピース９およびヨーク５は周方向の一方向へ変位しているので、コギングトルクが平準化されるとともに、各分割コアを連結したときの剛性が増すので組立精度が良くなり、精度に起因するコギングトルクを低減できるので滑らかな回転が得られる。
ポールピース両端及びティース両端のポールピースのみを回転させているため、ティースは捻られておらず、巻線作業の自動化も可能である。
図２の分割コアを多数積層して固定子積層鉄心１００とした場合、図３（ａ）および（ｂ）に示したように、ポールピース９およびヨーク５は周方向の一方向へ変位しているので、コギングトルクが平準化されるとともに、各分割コアを連結したときの剛性が増すので組立精度が良くなり、精度に起因するコギングトルクを低減できるので滑らかな回転が得られる。
ポールピース両端及びティース両端のポールピースのみを回転させているため、ティースは捻られておらず、巻線作業の自動化も可能である。
図４および図５は、本発明の実施例２に係る分割コアを説明する図で、図４は斜視図、図５は実施例２における分割コア連結時のポールピース（ａ）およびヨーク（ｂ）側から見た側断面図である。電磁鋼板をプレスで打ち抜く際、積層鉄心毎のヨーク両端及びティース両端のポールピースの回転を、積層時に長手方向の中心部で変位方向が変わるように回転させる。
図４の分割コアを多数積層して固定子積層鉄心２００とした場合、図５（ａ）および（ｂ）に示したように、ポールピース９およびヨーク５は積層中心層まで周方向の一方向へ、それから下は逆方向へ変位しているので、コギングトルクが平準化されるとともに、各分割コアを連結したときの剛性が増すので組立精度が良くなり、精度に起因するコギングトルクを低減できるので滑らかな回転が得られる。
各分割コアを連結したとき、連結部の変位量を増やすことにより、さらに剛性を高めコギングトルクを低減させるものである。
ヨーク両端及びティース両端のポールピースのみを回転させているため、ティースは捻られておらず、巻線作業の自動化も可能である。
図４の分割コアを多数積層して固定子積層鉄心２００とした場合、図５（ａ）および（ｂ）に示したように、ポールピース９およびヨーク５は積層中心層まで周方向の一方向へ、それから下は逆方向へ変位しているので、コギングトルクが平準化されるとともに、各分割コアを連結したときの剛性が増すので組立精度が良くなり、精度に起因するコギングトルクを低減できるので滑らかな回転が得られる。
各分割コアを連結したとき、連結部の変位量を増やすことにより、さらに剛性を高めコギングトルクを低減させるものである。
ヨーク両端及びティース両端のポールピースのみを回転させているため、ティースは捻られておらず、巻線作業の自動化も可能である。
図６および図７は、本発明の実施例３に係る分割コアを説明する図で、図６は斜視図、図７は実施例３における分割コア連結時のポールピース（ａ）およびヨーク（ｂ）側から見た側断面図である。電磁鋼板をプレスで打ち抜く際、積層鉄心毎にティース両端のポールピースのみを円周方向に回転させる。
図６の分割コアを多数積層して固定子積層鉄心３００とした場合、図７（ａ）および（ｂ）に示したように、ポールピース９は周方向の一方向へ変位しているので、コギングトルクが平準化されるとともに、ティース６は捻られておらず、まっすぐなので巻線作業が簡易化できる。
図６の分割コアを多数積層して固定子積層鉄心３００とした場合、図７（ａ）および（ｂ）に示したように、ポールピース９は周方向の一方向へ変位しているので、コギングトルクが平準化されるとともに、ティース６は捻られておらず、まっすぐなので巻線作業が簡易化できる。
図８および図９は、本発明の実施例４に係る分割コアを説明する図で、図８は斜視図、図９は、実施例４における分割コア連結時のポールピース（ａ）およびヨーク（ｂ）側から見た側断面図である。電磁鋼板をプレスで打ち抜く際、積層鉄心毎でのティース両端のポールピース部回転を、積層時に長手方向の中心部で変位方向が変わるように回転させる。
図８の分割コアを多数積層して固定子積層鉄心４００とした場合、図９（ａ）および（ｂ）に示したように、ポールピース９は積層中心層まで周方向の一方向へ、それから下は逆方向へ変位しているので、コギングトルクが平準化されるとともに、巻線作業が簡易化できる。コア抜き時の生産性が向上する。
図８の分割コアを多数積層して固定子積層鉄心４００とした場合、図９（ａ）および（ｂ）に示したように、ポールピース９は積層中心層まで周方向の一方向へ、それから下は逆方向へ変位しているので、コギングトルクが平準化されるとともに、巻線作業が簡易化できる。コア抜き時の生産性が向上する。
図１０および図１１は、本発明の実施例５に係る分割コアを説明する図で、図１０は斜視図、図１１は、実施例５における分割コア連結時のポールピース（ａ）およびヨーク（ｂ）側から見た側断面図である。この形態においては、固定子積層鉄心を１１１上段のブロック、１１２中段のブロック、１１３下段のブロックに分割し、それぞれの固定子積層鉄心ブロックを多数積層して固定子積層鉄心５００とした場合、図１１（ａ）および（ｂ）に示したように、段スキューするものである。ブロック化することにより、生産性が向上する。
ヨーク両端及びティース両端のポールピースのみを回転させているため、ティースは捻られておらず、巻線作業の自動化も可能である。
ヨーク両端及びティース両端のポールピースのみを回転させているため、ティースは捻られておらず、巻線作業の自動化も可能である。
図１２および図１３は、本発明の実施例６に係る分割コアを説明する図で、図１２は斜視図、図１３は、実施例６における分割コア連結時のポールピース（ａ）およびヨーク（ｂ）側から見た側断面図である。この形態においては、１１４上段、下段ブロックと、１１５中段ブロックの２種類のブロックを組合せることにより固定子積層鉄心６００とした場合、図１３（ａ）および（ｂ）に示したように、連結部の変位量が増加し剛性を高めることができる。ヨーク両端及びティース両端のポールピースのみを回転させているため、ティースは捻られておらず、巻線作業の自動化も可能である。
それぞれの実施例におけるスキュー角は、コギングトルク基本波成分を低減する角や、精度悪によるコギングトルクを低減させる角と設定できる。
それぞれの実施例におけるスキュー角は、コギングトルク基本波成分を低減する角や、精度悪によるコギングトルクを低減させる角と設定できる。
図１４は、本願第１発明における各実施例の効果を示すコギングトルク波形である。図において、縦軸はコギングトルクの大きさ、横軸は時間で、１１６は従来装置（図２０）のコギングトルク波形、１１７は実施例３（図６）のコギングトルク波形、１１８は実施例２（図４）のコギングトルク波形である。
コギングトルク波形１１７の実施例３に示すように、ティース両端のポールピースを周方向へ変位させることにより、コギングトルクは平準化され、従来のコギングトルク波形１１６の１／２以下にすることができる。
さらに、コギングトルク波形１１８の実施例２に示すように、ティース両端のポールピース及びヨーク両端を周方向へ変位させることにより、コギングトルクは平準化されるとともに、剛性が高くなることからフレームを圧入後の内径真円度を０．０３ｍｍ以下にすることが可能であり、コギングトルクを従来の１／３以下にすることができる。
また、巻線においても、高占積率が可能である。コギングトルクを低減することにより、振動や騒音の発生を抑制し、滑らかな動作が可能となるばかりでなく、モータ効率を向上させることができるようになる。
以上、実施例１〜６で説明したように、本願第１発明によれば、同期モータのロータのブロックを周方向に変位させず、またスロット断面を捻らずにステータコアの構造でコギングトルクを低減させかつ高剛性となる。
コギングトルク波形１１７の実施例３に示すように、ティース両端のポールピースを周方向へ変位させることにより、コギングトルクは平準化され、従来のコギングトルク波形１１６の１／２以下にすることができる。
さらに、コギングトルク波形１１８の実施例２に示すように、ティース両端のポールピース及びヨーク両端を周方向へ変位させることにより、コギングトルクは平準化されるとともに、剛性が高くなることからフレームを圧入後の内径真円度を０．０３ｍｍ以下にすることが可能であり、コギングトルクを従来の１／３以下にすることができる。
また、巻線においても、高占積率が可能である。コギングトルクを低減することにより、振動や騒音の発生を抑制し、滑らかな動作が可能となるばかりでなく、モータ効率を向上させることができるようになる。
以上、実施例１〜６で説明したように、本願第１発明によれば、同期モータのロータのブロックを周方向に変位させず、またスロット断面を捻らずにステータコアの構造でコギングトルクを低減させかつ高剛性となる。
以下に本願第２発明の実施例を図１３〜図１９に基づいて説明する。
図１５は本願第２発明の実施例で、抜き初めコアと抜き終わりコアの各形状と、多数のコアの積層体であるステータコア本体を示している。
図において、５８は抜き始めコア、５９は抜き終わりコア、５２はセンターヨーク（ティース）を示している。抜き始めコア５８および抜き終わりコア５９の巻線を施すセンターヨーク部５２はストレートで構成されているが、両ティース先端部のポールピースがコア１台に対して、抜き始め５８の形状から抜き終わり５９の形状へ同じ形状で変化させている。
図において、５８は抜き始めコア、５９は抜き終わりコア、５２はセンターヨーク（ティース）を示している。抜き始めコア５８および抜き終わりコア５９の巻線を施すセンターヨーク部５２はストレートで構成されているが、両ティース先端部のポールピースがコア１台に対して、抜き始め５８の形状から抜き終わり５９の形状へ同じ形状で変化させている。
この形状を形成する切刃の状態を図１６および図１７で説明する。
図１６は抜き始めのティース先端形状を形成するパンチ１２ａ、１２ｂとダイ（パンチと同じ形状をした開口）の位置を示す図で、１０はコアＡ、１１はコアＢである。点線は打ち抜かれる予定線である。抜き始めのティース先端のポールピース形状は、パンチ１２ａがパンチ抜き初め位置であるａ１にパンチし、パンチ１２ｂはパンチ抜き初め位置であるｂ１にパンチすることで、コアＡもコアＢも両ティース先端部の長さが異なるように形成される。
この状態から１ストローク抜きが終了すると同時にパンチ１２ａ、１２ｂとダイをそれぞれ位置ａ１からａ２へ、ｂ１からｂ２へと一定量移動させ次のコアを打ち抜く。
この動作を繰り返し行ない、最終はパンチ１２ａ、１２ｂとダイをそれぞれ位置ａｎへ、ｂｎ２へと移動させて、打ち抜く。
図１６は抜き始めのティース先端形状を形成するパンチ１２ａ、１２ｂとダイ（パンチと同じ形状をした開口）の位置を示す図で、１０はコアＡ、１１はコアＢである。点線は打ち抜かれる予定線である。抜き始めのティース先端のポールピース形状は、パンチ１２ａがパンチ抜き初め位置であるａ１にパンチし、パンチ１２ｂはパンチ抜き初め位置であるｂ１にパンチすることで、コアＡもコアＢも両ティース先端部の長さが異なるように形成される。
この状態から１ストローク抜きが終了すると同時にパンチ１２ａ、１２ｂとダイをそれぞれ位置ａ１からａ２へ、ｂ１からｂ２へと一定量移動させ次のコアを打ち抜く。
この動作を繰り返し行ない、最終はパンチ１２ａ、１２ｂとダイをそれぞれ位置ａｎへ、ｂｎ２へと移動させて、打ち抜く。
図１７は１台分のコア抜き終了時のパンチ１２ａ、１２ｂとダイの位置を示す。
最終で打ち抜かれたコアＡもコアＢも両ティース先端部の長さは、図１６の抜き初めのコアＡ、コアＢの両ティース先端部の長さと逆となっている。
したがって、その間打ち抜かれた多数のコアを積層したコア１台分の積層状態を図１５に示す。図１５のステータコア本体５０のように、ティース先端にスキューが形成される。
この後、プレス１サイクルの時間内に回転切刃をスタート位置に戻し、２台目以降のコアを打ち抜く。
最終で打ち抜かれたコアＡもコアＢも両ティース先端部の長さは、図１６の抜き初めのコアＡ、コアＢの両ティース先端部の長さと逆となっている。
したがって、その間打ち抜かれた多数のコアを積層したコア１台分の積層状態を図１５に示す。図１５のステータコア本体５０のように、ティース先端にスキューが形成される。
この後、プレス１サイクルの時間内に回転切刃をスタート位置に戻し、２台目以降のコアを打ち抜く。
図１８は本願第２発明に使用する金型の上型と下型を組み合わせた側面図で、回転切刃の駆動部構造を示し、図１９は図１８を上方から見た平面図で、順送り型の中に回転切刃を組み込んだ状態を示している。
両図において、１２、１３はティース切刃、１４はパンチ（上型）、１５はストリッパ（下型）、１６はダイ（下型）、１７はダイスリーブ（下型）、１８はベアリング、１９はガイドポスト（上型）、２０はダイホルダー（下型）、２１はモータ、２２はプーリ、２３はタイミングベルト、２４は回転切刃である。モータ２１の回転により、プーリ２２、タイミングベルト２３が回転する。パンチ１４とダイ１６はガイドポスト１９で一体化され、ベアリング１８を介して回転する構造になっている。ダイスリーブ１７の下面には、プーリが取り付けられ、タイミングベルト２３の回転により回転する。その他、図示していないが、パンチを保持してパンチを組み込んでいる部品としてパンチプレート（上型）がある。かっこ内に示した「上型」と「下型」はそれぞれ回転切刃２４を構成する上型と下型のどちらに位置するかを説明するものである。
プレスの信号により、１ストローク毎にモータが一定量回転し、回転切刃２４をまわす。材料（フープ材）との相対的位置関係によりティース部の長さが替わる仕組みとなっている。コアの材料であるフープ材はダイ１６とストリッパ１５の間に挿入されて、図１９に矢印２５で示す材料送り方向に直線的に送られる。
順送り型の工程途中に回転切刃２４を組み込み、ティース長さを変化させる。
以上のように、本願第２発明は、回転切刃２４を金型内に組込み、かつ、回転方向にティース切刃１２，１３を移動することにより、連続的なスキューを簡単に形成することができることが特徴である。
両図において、１２、１３はティース切刃、１４はパンチ（上型）、１５はストリッパ（下型）、１６はダイ（下型）、１７はダイスリーブ（下型）、１８はベアリング、１９はガイドポスト（上型）、２０はダイホルダー（下型）、２１はモータ、２２はプーリ、２３はタイミングベルト、２４は回転切刃である。モータ２１の回転により、プーリ２２、タイミングベルト２３が回転する。パンチ１４とダイ１６はガイドポスト１９で一体化され、ベアリング１８を介して回転する構造になっている。ダイスリーブ１７の下面には、プーリが取り付けられ、タイミングベルト２３の回転により回転する。その他、図示していないが、パンチを保持してパンチを組み込んでいる部品としてパンチプレート（上型）がある。かっこ内に示した「上型」と「下型」はそれぞれ回転切刃２４を構成する上型と下型のどちらに位置するかを説明するものである。
プレスの信号により、１ストローク毎にモータが一定量回転し、回転切刃２４をまわす。材料（フープ材）との相対的位置関係によりティース部の長さが替わる仕組みとなっている。コアの材料であるフープ材はダイ１６とストリッパ１５の間に挿入されて、図１９に矢印２５で示す材料送り方向に直線的に送られる。
順送り型の工程途中に回転切刃２４を組み込み、ティース長さを変化させる。
以上のように、本願第２発明は、回転切刃２４を金型内に組込み、かつ、回転方向にティース切刃１２，１３を移動することにより、連続的なスキューを簡単に形成することができることが特徴である。
まず、コアＡ１０とコアＢ１１のティース先端部分の長さを決定するパンチ、ダイが同時に回転する構成をもった回転切刃（ダイセット）２４を順送り金型内に組込み、プレスの１ストローク毎に外部より連結されたモータにより所定量ずらして回転させる。コア先端の形状がコアＡ側にある時はコアＡの先端は短く、コアＢは長くなる。
そして、１台分の抜きが終了すると、プレス１ストローク内で元の位置（スタート位置）に切刃ごと戻す。
以上のように順送り金型に組み込まれた回転切刃によってティース部長さを細かく変えていくことで、滑らかに連続したスキューが簡単に形成でき、従来のような切刃をその種類毎に作る必要がなく、したがって金型サイズの制約や製作費用の多くかかることもなくなる。
そして、１台分の抜きが終了すると、プレス１ストローク内で元の位置（スタート位置）に切刃ごと戻す。
以上のように順送り金型に組み込まれた回転切刃によってティース部長さを細かく変えていくことで、滑らかに連続したスキューが簡単に形成でき、従来のような切刃をその種類毎に作る必要がなく、したがって金型サイズの制約や製作費用の多くかかることもなくなる。
本発明のモータステータ用の分割コアは、永久磁石形同期モータのロータのブロックを周方向に変位させず、またスロット断面を捻らずにステータコアの構造でコギングトルクを低減させることができるために、工作機などのＦＡ分野における、滑らかな動作が要求される永久磁石形同期モータに適用することができる。
Claims (11)
- ティースと該ティースにその両端で連接するヨークおよびポールピースとを形成された積層鉄心より成る分割コアを複数個環状に並べて連結してステータを構成する当該分割コアにおいて、
前記ヨーク両端及び前記ポールピース両端が、前記分割コア鉄心の積層最上層から積層最下層に向けて積層鉄心毎に周方向の一方向へ変位していることを特徴とする分割コア。 - ティースと該ティースにその両端で連接するヨークおよびポールピースとを形成された積層鉄心より成る分割コアを複数個環状に並べて連結してステータを構成する当該分割コアにおいて、
前記ヨーク両端及び前記ポールピース両端が、前記分割コア鉄心の積層最上層から前記分割コア鉄心の積層中心層に向けて積層鉄心毎に周方向の一方向へ変位し、前記分割コア鉄心の積層中心層から前記積層下層の分割コア鉄心に向けて積層鉄心毎に周方向の反対方向へ変位していることを特徴とする分割コア。 - ティースと該ティースにその両端で連接するヨークおよびポールピースとを形成された積層鉄心より成る分割コアを複数個環状に並べて連結してステータを構成する当該分割コアにおいて、
前記ポールピース両端が、前記分割コア鉄心の積層最上層から前記分割コア鉄心の積層最下層に向けて積層鉄心毎に周方向の一方向へ変位していることを特徴とする分割コア。 - ティースと該ティースにその両端で連接するヨークおよびポールピースとを形成された積層鉄心より成る分割コアを複数個環状に並べて連結してステータを構成する当該分割コアにおいて、
前記ポールピース両端が、前記分割コア鉄心の積層最上層から前記分割コア鉄心の積層中心層に向けて積層鉄心毎に周方向の一方向へ変位し、前記分割コア鉄心の積層中心層から前記積層下層の分割コア鉄心に向けて積層鉄心毎に周方向の反対方向へ変位していることを特徴とする分割コア。 - 積層鉄心の積層方向に複数ブロックに分けた各ブロック内における前記ヨーク両端及び前記ポールピース両端は前記積層方向に向けて周方向の一方向への変位はなく、かつ、各ブロック毎の前記ヨーク両端及び前記ポールピース両端は上層ブロックから下層ブロックに向けて周方向の一方向へ変位していることを特徴とする分割コア。
- 積層鉄心の積層方向に複数ブロックに分けた各ブロック内における前記ヨーク両端及び前記ポールピース両端は前記積層方向に向けて周方向の一方向への変位はなく、かつ、隣接ブロック間の前記ヨーク両端及び前記ポールピース両端は上層ブロックから中心ブロックに向けて周方向の一方向へ変位し、前記中心ブロックから下層ブロックに向けて周方向の反対方向へ変位していることを特徴とする分割コア。
- 積層鉄心の積層方向に複数ブロックに分けた各ブロック内における前記ヨーク両端及び前記ポールピース両端は前記積層方向に向けて周方向の一方向への変位はなく、かつ、隣接ブロック間の前記ヨーク両端及び前記ポールピース両端は上層ブロックから隣接ブロックに向けて周方向の一方向へ変位し、前記隣接ブロックからさらに下の隣接ブロックに向けて周方向の反対方向へ変位し、これを複数回繰り返していることを特徴とする分割コア。
- 前記ティースの周方向幅が一定でかつ前記分割コア鉄心の積層最上層から前記分割コア鉄心の積層最下層に向けて周方向の一方向へ変位していないことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載の分割コア。
- 請求項１〜８のいずれか１項記載の分割コアと、前記分割コアに積層方向の両側から装着した一対の絶縁体と、前記分割コアのティースに前記絶縁体を介して装着された電機子コイルを備えると共に、前記分割コアを複数個環状に並べて連結して成ることを特徴とするモータステータ。
- 請求項９記載のステータと磁気的空隙を介して配置されると共に表面に永久磁石を複数個配置してなるロータとで構成されることを特徴とする永久磁石形同期モータ。
- 分割コアを打ち抜く金型内において、前記分割コアのティース先端に連接するポールピース長さを１ストローク毎に変化させて打ち抜くことを特徴とする分割コア打ち抜き金型による打ち抜き方法。
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