JP7084451B2

JP7084451B2 - 固定子コア及びモータ

Info

Publication number: JP7084451B2
Application number: JP2020135655A
Authority: JP
Inventors: 陽廣瀬
Original assignee: Shinano Kenshi Co Ltd
Current assignee: Shinano Kenshi Co Ltd
Priority date: 2020-08-11
Filing date: 2020-08-11
Publication date: 2022-06-14
Anticipated expiration: 2040-08-11
Also published as: US11824401B2; US20220052568A1; CN114079332B; JP2022032141A; CN114079332A

Description

例えば、電磁鋼板が積層された固定子コア及びこれを備えたモータに関する。

環状のバックヨークから径方向にティース（極歯）が突設されるように打ち抜かれた電磁鋼板を積層プレスして固定子コア（積層コア）が製造される。図４Ａ，Ｂに示すように、固定子コア５１のバックヨーク５２の外周面５２ａに径方向内側に合いマーク５３が凹設されている。具体的には、ティース（極歯）５４の径方向中心線と交差するバックヨーク５２の外周面に合いマーク５３が凹んだ形状で設けられる。これは、電磁鋼板を積層する工程で、プレスによって辺縁部にバリ面が一方向に形成されているため、積厚が偏らないように、例えば６極ティースの場合６０度ずつ回転させて電磁鋼板を積層することが行われている。このとき、電磁鋼板どうしを位置合わせするために合いマーク５３が用いられる。合いマーク５３もプレス成形より形成されるが、電磁鋼板の反り防止のためバックヨーク５２及びティース（極歯）５４を形成する方向とは反対方向に打ち抜いて形成される。具体的には、電磁鋼板に対して合いマーク５３を打ち抜いて形成してからバックヨーク５２及びティース（極歯）５４を反対方向に打ち抜いて形成する。このとき、電磁鋼板５５を打ち抜いて形成されるダレ面５５ａとバリ面５５ｂの違いを、図４Ｃの模式図に示す。バリ面５５ｂ側には先端部が尖ったエッジＧが形成されている。

尚、バックヨークの外周に溝部を有する構成としては、固定子コアの生産時にコアを保持するため固定子コアの中心位置と磁極ティースの中心を結ぶ中心軸上において、バックヨークの外周に設けられている（特許文献１：特開２０１９－１３１４５号公報参照）。

特開２０１９－１３１４５号公報

図４Ｄ，Ｅは図４Ｂにおけるバックヨーク５２の矢印Ｙ１－Ｙ１方向断面図、矢印Ｙ２－Ｙ２方向断面図である。図４Ｄに示すように、固定子コア５１は、バックヨーク５２のダレ面５５ａ側よりモータケース５６内に圧入により組み付けられる。このとき、図４Ｅに示すように、固定子コア５１のバックヨーク５２と合いマーク５３の境界部におけるバリ面５５ｂの向きは、互いに逆向きに形成されている。これは合いマーク５３の打ち抜き方向とバックヨーク５２及びティース（極歯）５４の外形を打ち抜く方向が逆向きであるため、ダレ面５５ａが隣接するバリ面５５ｂに引きずられて、合いマーク５３側のエッジＧが圧入方向に尖った状態で形成される。このため、固定子コア５１をモータケース５６に圧入する際にエッジＧが抵抗となって圧入力が安定せず、圧入面に圧入バリが形成されると固定子コア５１の姿勢が不安定となって位置ずれが発生したり固定子コア５１の変形や鉄損が増大したりする。また、エッジＧによりモータケース５６の圧入面にひっかき傷が発生したり圧入面より削りとられた金属粉が落下したりして、マグネットに付着して異音が発生したりショートしたりするおそれもあった。

また、図４Ａに示すように、固定子コア５１は、合いマーク５３を除いてバックヨーク５２の全周をモータケース５６の圧入面として圧入される。図５Ｂに示すようにモータケース５６に固定子コア５１が圧入されると、固定子コア５１は、径方向内側に締め付けられる力が作用する。固定子コア５１は、図５Ａに示すように、ティース５４が接続されたバックヨーク５２ａ１は、ティース５４がないバックヨーク５２ａ２に比べて剛性が高い。よって、図５Ｂの丸印に示すように、固定子コア５１の圧入による応力がティース５４の軸部とバックヨーク５２の交差部に集中する。図５Ｃはティース５４に形成される磁束の流れを例示し、応力集中する部位を斜線領域で示したものである。このように、ティース５４のバックヨーク５２の交差部に応力集中が起きると、電磁鋼板の組成が変形し、磁束が流れ難くなって鉄損が増加し易い。また、バックヨーク５２の全周にわたって圧入面となるので、圧入力が高くなり易く、固定子コア５１の変形や過大な圧入力による鉄損が増加してモータ効率の低下を招来する。

以下に述べるいくつかの実施形態は、これらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、モータケースへの圧入力を調整することで、圧入力が過大とならずに安定し、圧入に伴う変形や金属粉が発生せず、鉄損の増加を抑制できる固定子コア及びこれを用いて組み立て性がよく、モータ性能を維持することができるモータを提供することにある。

以下に述べるいくつかの実施形態に関する開示は、少なくとも次の構成を備える。
複数の電磁鋼板を積層プレスされて形成され環状のバックヨークに径方向中心に向かって極歯が所定間隔で複数突設された固定子コアであって、前記環状のバックヨークの径方向内側に突設された極歯と交差する外周面に、当該極歯の幅より広い範囲にわたって径方向内側に一様に凹んだ凹面部が各々形成され、前記環状のバックヨークの外周面に形成された各凹面部には、径方向内側に更に凹んだ合いマークが形成されており、前記固定子コアの外形をなす厚さ方向一端側辺縁部は前記合いマークを除いてダレ面に形成され他端側辺縁部はバリ面に形成されており、前記合いマークの厚さ方向一端側辺縁部はバリ面に形成され他端側辺縁部はダレ面に形成されていることを特徴とする。
これにより、環状のバックヨークの極歯と交差する外周面に当該極歯の幅より広い範囲にわたって径方向内側に一様に凹んだ凹面部が各々形成されているので、固定子コアのモータケースへの圧入に際して極歯とバックヨークとの交差部分に応力集中が起こりにくいため、固定子コアの変形は起きず、圧入力が過大とならずに安定し、圧入に伴う変形や鉄損の増加を抑制することができる。
また、固定子コアを厚さ方向一端側辺縁部に形成されたダレ面を先頭にしてモータケースに圧入しても、合いマークの厚さ方向一端側辺縁部に設けられたバリ面は、凹面部より更に径方向内側に形成されているので、モータケースに圧入する際にバリ面のエッジが抵抗となることはなく圧入力が安定し、固定子コアの姿勢が安定して組み付けることができ、固定子コアの位置ずれや変形は発生しない。
また、合いマークのバリ面によりモータケースにひっかき傷が発生したり圧入面が削りとられた金属粉が発生したりしないので、モータ性能が低下することもない。

前記複数の電磁鋼板が前記合いマークを合致するように所定角度ずつ転積されていることが望ましい。
これにより、電磁鋼板の板厚のばらつきによりコアの厚さが不均一となったり傾いたりすることはなく、しかも極歯どうしを位置合わせして積層することができる。

前記凹面部は前記極歯に対応した位置に等間隔で設けられ、前記合いマークは環状の前記バックヨークの中心位置と極歯の中心を結ぶ径方向中心線と前記凹面部との交差位置に設けられていることが好ましい。
これにより、複数の電磁鋼板を転積する際に、合いマークを合致させるだけで、バックヨークどうし及び極歯どうしの位置合わせ（周方向及び径方向の位置合わせ）も正確に行って積層することができる。

モータにおいては、上述したいずれの固定子コアを備えた固定子と、前記固定子コアが厚さ方向一端側辺縁部に形成されたダレ面側から圧入されるモータケースと、前記モータケースに回転子軸が回転可能に支持され、前記固定子コアの極歯に回転子磁極が対向配置された回転子と、を備えたことを特徴とする。
これにより、固定子コアをモータケースに圧入する際に圧入力が安定し、圧入に伴う変形や金属粉が発生せず、鉄損も増大することがなく、組み立て性がよくしかもモータ性能を維持することができる。

モータケースへの圧入力が安定し、圧入に伴う変形や金属粉が発生せず、モータケースに精度よく組み付けられる固定子コアを提供することができる。
また、上記固定子コアを用いることで組み立て性がよく、モータ性能を維持することができるモータを提供することができる。

図１Ａは固定子コアの平面図、図１Ｂはその部分拡大平面図、図１Ｃは電磁鋼板の説明図、図１Ｄは固定子コアのモータケースに対する圧入状態を説明する矢印Ｙ－Ｙ方向断面図である。図１Ａの固定子コアが組み付けられたモータの断面図である。固定子コアのモータケースに圧入に際して変形の有無を説明する説明図である。図４Ａは従来の固定子コアの平面図、図４Ｂはその部分拡大平面図、図４Ｃは電磁鋼板の説明図、図４Ｄは固定子コアのモータケースに対する圧入状態を説明する矢印Ｙ１－Ｙ１方向断面図、図４Ｅは固定子コアのモータケースに対する圧入状態を説明する矢印Ｙ２－Ｙ２方向断面図である。従来の固定子コアのモータケースに圧入する際の応力集中の発生と鉄損の増加の関係を示す説明図である。

以下、本発明に係る固定子コア及びこれを用いたモータの一実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。先ず、モータの概略構成について図２を参照して説明する。
図２においてモータ１は、以下の構成を備えている。モータケース２はケース本体２ａとリアカバー２ｂとで構成されている。モータケース２は、金属材料、例えば亜鉛めっき鋼板等で形成されている。モータケース２内には、固定子３及び回転子４が設けられている。

固定子３は、固定子コア５がケース本体２ａ内に圧入されて組み付けられている。
固定子コア５は、図１Ｃに示すようにプレス成形され、ダレ面５ｂとバリ面５ｃが形成された電磁鋼板５ａが、ダレ面５ｂ－バリ面５ｃをエッジＧの向きが同じ向きになるように揃えて複数積層されてかしめられて、図１Ａに示す固定子コア５が形成される。

図１Ａにおいて、固定子コア５は、環状のバックヨーク５ｄに径方向中心に向かって極歯５ｅが所定間隔（例えば周方向に６０度毎）で複数（例えば６か所）突設されている。環状のバックヨーク５ｄの外周面５ｄ１には径方向内側に凹んだ凹面部５ｆが所定間隔で形成されている。各凹面部５ｆには、更に径方向内側に凹んだ合いマーク５ｇが形成されている。合いマーク５ｇは、例えば半円形状に径方向内側に凹んだ形状に形成される。

固定子コア５の外形をなす厚さ方向一端側辺縁部は合いマーク５ｇを除いてダレ面５ｂに形成され、他端側辺縁部はバリ面５ｃに形成されている。また、電磁鋼板５ａの反り防止のため、合いマーク５ｇを打ち抜いて形成した後、バックヨーク５ｄ（凹面部５ｆを含む）及び極歯５ｅを逆向きに打ち抜いて形成される。即ち、合いマーク５ｇの厚さ方向一端側辺縁部はバリ面５ｃに形成され他端側辺縁部はダレ面５ｂに形成されている。よって、図１Ｂに示す厚さ方向一端側辺縁部は、バックヨーク５ｄの外周面５ｄ１及び凹面部５ｆが共にダレ面５ｂとなり、合いマーク５ｇがバリ面５ｃとなる。尚、合いマーク５ｇとバックヨーク５ｄ及び極歯５ｅは電磁鋼板５ａを逆向きに打ち抜いて形成されるため、凹面部５ｆのダレ面５ｂと隣接する合いマーク５ｇのバリ面５ｃとの境界部には、合いマーク５ｇ側のエッジＧが圧入方向に尖った状態で形成されるが、後述するように固定子コア５のモータケース２への組み付けに影響しない。

複数の電磁鋼板５ａは、合いマーク５ｇを合致するように所定角度（例えば６０度）ずつ転積されていることが望ましい。これにより、電磁鋼板５ａの板厚のばらつきにより固定子コア５の厚さが不均一となったり傾いたりすることはなく、しかも極歯５ｅどうしを位置合わせして積層することができる。

また、凹面部５ｆは極歯５ｅに対応した位置に等間隔（６か所）で設けられ、合いマーク５ｇは環状のバックヨーク５ｄの中心位置Ｏと極歯５ｅの中心を結ぶ径方向中心線Ｌと凹面部５ｆとの交差位置に設けられている。これにより、複数の電磁鋼板５ａを転積する際に、合いマーク５ｇを合致させるだけで、バックヨーク５ｄどうし及び極歯５ｅどうしの位置合わせも正確に行って積層することができる。
図２に示すように、固定子コア５は、図示しないインシュレータにより極歯５ｅが覆われており、該インシュイレータを介してコイル６が巻かれている。

また、図２において、回転子４は、回転子軸４ａを中心に回転子磁極４ｂが一体に組み付けられている。回転子軸４ａは、モータケース２を構成するケース本体２ａ及びリアカバー２ｂ各々に組み付けられた転がり軸受７によって回転可能に支持されている。回転子磁極４ｂは極歯５ｅの磁束作用面と対向するように組み付けられる。尚、リアカバー２ｂに設けられた転がり軸受７は予圧ばね８により敷く方向に予圧が付与されていてもよい。

上述した固定子コア５は、図２のリアカバー２ｂを外したケース本体２ａの開口内に、バックヨーク５ｄ及び凹面部５ｆのダレ面５ｂ側（図１Ｃ参照）から矢印方向に圧入される。図２において四角で囲った部分が、固定子コア５がケース本体２ａに圧入されている部分を示す。具体的には、図１Ｄに示すように、固定子コア５のバックヨーク５ｄ及び凹面部５ｆの厚さ方向一端側辺縁部に形成されたダレ面５ｂ側を先頭にしてケース本体２ａに圧入される。このとき、合いマーク５ｇの厚さ方向一端側辺縁部に設けられたバリ面５ｃは、凹面部５ｆより径方向内側に形成されているので、凹面部５ｆと合いマーク５ｇの境界部にバリ面５ｃのエッジＧが存在しても、凹面部５ｆはバックヨーク５ｄの外周面より径方向内側に設けられているため、ケース本体２ａに圧入する際にバリ面５ｃのエッジＧが抵抗となることはなく圧入力が安定し、固定子コア５の姿勢が安定して組み付けることができ、固定子コア５の位置ずれや変形は発生しない。
また、合いマーク５ｇのバリ面５ｃによりケース本体２ａにひっかき傷が発生したり圧入面が削りとられた金属粉が発生したりしないので、モータ性能が低下することもない。

これにより、図２に示すモータ１においては、固定子コア５をモータケース２に圧入する際に圧入力が安定し、圧入に伴う変形や金属粉が発生せず、鉄損も増大することがなく、組み立て性がよくしかもモータ性能を維持することができる。

また、図３Ａに示すように、固定子コア５は、合いマーク５ｇ及び凹面部５ｆを除いてバックヨーク５ｄの外周面がケース本体２ａに圧入される。図３Ｂに示すようにケース本体２ａに固定子コア５が圧入されると、固定子コア５は径方向内側に締め付けられる力が作用する。しかしながら固定子コア５は、図３Ｂの丸印の部分拡大図である図３Ｃに示すように、バックヨーク５ｄの極歯５ｅとの交差部分である外周面に、当該極歯５ｅの幅より広い範囲にわたって径方向内側に一様に凹んだ凹面部５ｆが各々形成されているので剛性が弱まり、固定子コア５の圧入による応力が極歯５ｅの軸部とバックヨーク５ｄの交差部（図３Ａの５ｄ１と５ｄ２の境界部）に集中することがない。図３Ｃは極歯５ｅに形成される磁束の流れを例示している。このように、極歯５ｅとバックヨーク５ｄの交差部に応力集中は起きないので、電磁鋼板の組成が変形することがなく、磁束が流れ難くなることもないので、鉄損が増加することもない。また、バックヨーク５ｄの全周にわたってケース本体２ａに対する圧入面とはならないので、圧入力が最適となるように調整されて、固定子コア５の変形や過大な圧入力による鉄損の増加によりモータ効率が低下することもなく、モータ性能を維持することができる。

以上説明したように、モータケース２への圧入力が安定し、圧入に伴う変形や金属粉が発生せず、モータケース２に精度よく組み付けられる固定子コア５を提供することができる。また、上記固定子コア５を用いることで組み立て性がよく、モータ性能を維持することができるモータ１を提供することができる。

上述した実施形態では、固定子コア５は６極６スロットタイプを例示したが、これに限定されるものでなく極歯数及びスロット数はこれより多くても少なくてもよい。

１モータ２モータケース２ａケース本体２ｂリアカバー３固定子４回転子４ａ回転子軸４ｂ回転子磁極５固定子コア５ａ電磁鋼板５ｂダレ面５ｃバリ面５ｄバックヨーク５ｄ１外周面５ｅ極歯５ｆ凹面部５ｇ合いマーク６コイル７転がり軸受８予圧ばねＧエッジ

Claims

複数の電磁鋼板を積層プレスされて形成され環状のバックヨークに径方向中心に向かって極歯が所定間隔で複数突設された固定子コアであって、
前記環状のバックヨークの径方向内側に突設された極歯と交差する外周面に、当該極歯の幅より広い範囲にわたって径方向内側に一様に凹んだ凹面部が各々形成され、
前記環状のバックヨークの外周面に形成された各凹面部には、径方向内側に更に凹んだ合いマークが形成されており、前記固定子コアの外形をなす厚さ方向一端側辺縁部は前記合いマークを除いてダレ面に形成され他端側辺縁部はバリ面に形成されており、前記合いマークの厚さ方向一端側辺縁部はバリ面に形成され他端側辺縁部はダレ面に形成されていることを特徴とする固定子コア。
前記複数の電磁鋼板が前記合いマークを合致するように所定角度ずつ転積されている請求項１記載の固定子コア。
前記凹面部は前記極歯に対応した位置に等間隔で設けられ、前記合いマークは環状の前記バックヨークの中心位置と極歯の中心を結ぶ径方向中心線と前記凹面部との交差位置に設けられている請求項１又は請求項２記載の固定子コア。
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の固定子コアと、
前記固定子コアが厚さ方向一端側辺縁部に形成されたダレ面側から圧入されるモータケースと、
前記モータケースに回転子軸が回転可能に支持され、前記固定子コアの極歯に回転子磁極が対向配置された回転子と、を備えたモータ。