WO2022004206A1

WO2022004206A1 - ステータコアの製造方法

Info

Publication number: WO2022004206A1
Application number: PCT/JP2021/020169
Authority: WO
Inventors: 靖吉田
Original assignee: 株式会社ミツバ
Priority date: 2020-06-29
Filing date: 2021-05-27
Publication date: 2022-01-06
Also published as: US20230208260A1; JP7474134B2; JP2022010605A; CN115836462A

Abstract

ステータコアの製造においてステータコアの品質の安定化を図りつつ、ステータコアの加工時間の短縮化を図る。コイルが巻装される複数のティースと、隣接する前記ティースを連結するティース連結部と、内周部に前記複数のティースのそれぞれと嵌合する複数の嵌合部が設けられた第１環状部と、を備えたステータコアの製造方法である。前記製造方法は、（ａ）前記複数のティースと前記ティース連結部とが一体に形成されてなる内鉄心（第２環状部）３６を板材３４から打ち抜く工程と、（ｂ）内鉄心３６を打ち抜く前の板材３４において、板材３４の前記ティース連結部に相当する箇所に非磁性化処理を施す工程と、（ｃ）前記第１環状部と内鉄心３６とを前記複数の嵌合部で嵌合する工程と、を有する。

Description

ステータコアの製造方法

　本発明は、回転電機に用いられるステータコアの製造方法に関する。

　ブラシレスモータなどの回転電機に用いられるステータコアとして、複数のティースを備える環状ティース部材と、該環状ティース部材の外側に配置される環状ヨーク部材と、を有するステータコアが知られている。このようなステータコアの製造方法の一例として、環状ティース部材と環状ヨーク部材とを別々に形成し、環状ティース部材の複数のティースのそれぞれにコイルを巻装した後、環状ティース部材と環状ヨーク部材とを嵌合させる製造方法が知られている。このような製造方法では、環状ティース部材と環状ヨーク部材とを嵌合する前に、環状ティース部材の各ティースにコイルを装着するため、各ティースにコイルを容易に装着することができる。

　なお、上記のようなステータコアの製造方法の一例が特許文献１に開示されている。

特開２０１３－１１５９６５号公報

　上記のようなステータコアを構成する環状ティース部材は、複数のティースと、該複数のティースを連結するティース連結部とを有しており、このティース連結部においてティース間の磁束が漏れる場合がある。回転電機においてティース間の磁束が漏れると、回転電機の出力特性が低下する虞がある。

　上記特許文献１には、ティース間の磁束の漏れを低減するために、環状ティース部材のティース連結部に非磁性化加工を施すことが記載されている。具体的には、上記特許文献１には、板材からプレス加工で打ち抜かれたコアシート材を積層して環状ティース部材を形成し、この環状ティース部材に対して非磁性化加工を施すことが記載されている。この場合、環状ティース部材を形成した後、環状ティース部材の複数のティース連結部全てに対して非磁性化加工を施すため、非磁性化加工を施すのに時間がかかる。また、積層前のコアシート材に非磁性化加工を施す場合においても、積層するコアシート材の枚数分の加工時間が必要となり、非磁性化加工に費やす時間が長くなることが懸念される。

　また、板材から打ち抜いたコアシートやコアシートの積層体に追加工を施すと、コアシートや積層体の寸法が変化してしまう虞がある。

　本発明の目的は、品質の安定化を図りつつ、加工時間の短縮化が図られたステータコアの製造方法を提供することにある。

　本発明の一態様は、コイルが巻装されるステータコアの製造方法であって、前記ステータコアは、前記コイルが巻装される複数のティースと、前記複数のティースのうち、隣接する前記ティースを連結するティース連結部と、内周部に前記複数のティースと嵌合する複数の嵌合部が設けられた第１環状部と、を備え、（ａ）前記複数のティースと前記ティース連結部とが一体に形成されてなる第２環状部を板材から打ち抜く工程と、（ｂ）前記第２環状部を打ち抜く前の前記板材に対して、前記ティース連結部に相当する箇所に非磁性化処理を施す工程と、（ｃ）前記複数のティースと前記複数の嵌合部とを嵌合させて、前記第１環状部と前記第２環状部とを一体化させる工程と、を有する。

　本発明によれば、ステータコアの品質の安定化を図りつつ、ステータコアの加工時間の短縮化を図ることができる。

車両のルーフに搭載されたサンルーフ装置を示す概略図である。本発明の実施の形態のモータ装置の斜視図である。図２に示すモータ装置に組み込まれたブラシレスモータのシャフトに形成されたウォームとウォームホイールとの噛み合い状態を示す斜視図である。図３のＡ－Ａ線に沿う断面図である。図４に示すステータコアの外鉄心の形状を示す平面図である。図４に示すステータコアの内鉄心の形状を示す平面図である。図６に示す内鉄心を打ち抜くための板材を示す平面図である。図７のＡ部を示す拡大部分平面図である。図６に示す内鉄心を打ち抜く際の目印を示す平面図である。

　以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。

　まず、本実施の形態のブラシレスモータが搭載されるモータ装置について説明する。図１に示すように、サンルーフ装置１０は、ルーフパネル１１を備えている。ルーフパネル１１は、車両１２のルーフ１３に形成された開口部１４を開閉する。ルーフパネル１１の車幅方向（図中上下方向）に沿う両側には、一対のシュー１５ａ，１５ｂがそれぞれ固定されている。また、ルーフ１３の開口部１４の車幅方向に沿う両側には、車両１２の前後方向（図中左右方向）に延びるガイドレール１６がそれぞれ固定されている。そして、一対のシュー１５ａ，１５ｂが、対応する一対のガイドレール１６にそれぞれ案内されることで、ルーフパネル１１が、車両１２の前後方向に移動自在つまり開閉自在となっている。

　車両１２の後方側（図中右側）に配置されたシュー１５ｂのそれぞれには、ギヤ付きの駆動ケーブル１７ａ，１７ｂの一端が連結されている。これらの駆動ケーブル１７ａ，１７ｂの他端は、開口部１４よりも車両１２の前方側（図中左側）に取り回されている。

　車両１２の前方側で、開口部１４とフロントガラス１８との間に配置されたルーフ１３の内部には、モータ装置２０が搭載されている。そして、一対の駆動ケーブル１７ａ，１７ｂの他端が、モータ装置２０に設けられた出力ギヤ４２ｂに噛み合わされている。ここで、モータ装置２０が駆動されると、出力ギヤ４２ｂの回転に伴い、一対のシュー１５ａ，１５ｂが互いに逆向きに移動される。これにより、ルーフパネル１１は、一対のシュー１５ｂを介して一対の駆動ケーブル１７ａ，１７ｂによって押し引きされ、これにより、自動的に開閉される。

　次に、本実施の形態のモータ装置２０について説明する。なお、以下の説明において、単に軸方向という場合は、モータのシャフトの回転軸線方向をいい、単に周方向という場合は、上記シャフトの周方向をいい、単に径方向という場合は、上記シャフトの径方向をいうものとする。

　図２に示すように、モータ装置２０は、ブラシレスモータ２１とギヤ部４０とを有している。ブラシレスモータ２１は、図４に示す環状のステータコア２５と、ステータコア２５に巻装されたコイル(巻線)２８と、を備えたステータ２９を有している。そして、ステータコア２５は、径方向内側に向かって延びる複数のティース３０を有している。また、ブラシレスモータ２１は、ティース３０の内側に回転自在に配置されたロータ２４を有している。そして、ロータ２４は、ロータコア２２と、ロータコア２２の外周に設けられたリング状のマグネット２３と、を有している。さらに、ブラシレスモータ２１は、ステータコア２５の径方向の内側に設けられ、かつ、図３に示す回転軸線３１の回りに回転するシャフト２７を有している。なお、ロータコア２２は、シャフト２７に固定されるとともに、回転軸線３１を径方向中心としている。シャフト２７は、図３に示すように、ボールベアリング４４によって回転自在に支持されている。

　また、図４に示すように、ステータコア２５は、ステータコア２５の内周面からステータコア２５の径方向内側に向かって突出する複数のティース３０を備えており、複数のティース３０のそれぞれに絶縁膜３３を介してコイル２８が巻回されている。

　次に、図２に示すように、ギヤ部４０には、ギヤケース４１が設けられている。ギヤケース４１の開口部分は、図示しないギヤカバーによって閉塞されている。このギヤカバーは、プラスチック等の樹脂材料により略平板状に形成され、ギヤケース４１に対して所謂スナップフィットの係合構造により容易に装着可能となっている。

　また、ギヤケース４１には、ウォームホイール収容部４１ａが設けられている。ウォームホイール収容部４１ａは、ギヤケース４１の厚み方向であって、かつ上記ギヤカバー側とは反対側に窪んで設けられている。そして、ウォームホイール収容部４１ａには、減速機構を形成するウォームホイール４２が回転自在に収容されている。

　ウォームホイール４２は、プラスチック等の樹脂材料により略円板形状に形成され、その径方向外側には、図３に示すように、シャフト２７と連なって形成されたウォームシャフト４３に設けられたウォーム４３ａが噛み合わされる歯部４２ａが形成されている。また、ウォームホイール４２の回転中心には、出力ギヤ４２ｂの軸方向基端側が固定されている。ここで、出力ギヤ４２ｂは、鋼製であって、その軸方向中間部が図２に示すギヤケース４１のボス部に回転自在に支持されている。そして、出力ギヤ４２ｂの軸方向先端側は、ギヤケース４１の外部に延出されており、これにより出力ギヤ４２ｂの先端側には、一対の駆動ケーブル１７ａ，１７ｂの他端が噛み合わされる（図１参照）。

　ここで、モータ装置２０の動作について説明する。

　モータ装置２０では、外部から図２に示すターミナル３２を介して図示しないコントローラ基板に供給された電力が、図４に示すブラシレスモータ２１の各コイル２８に選択的に供給される。すると、ステータ２９（ティース３０）に所定の鎖交磁束が形成され、この鎖交磁束と、ロータコア２２に設けられたマグネット２３により形成される有効磁束との間で磁気的な吸引力や反発力が生じる。これにより、ロータコア２２が継続的に回転する。

　そして、ロータコア２２が回転すると、図３に示すシャフト２７と一体化されているウォームシャフト４３が回転し、さらに、ウォームシャフト４３に噛み合っているウォームホイール４２が回転する。そして、ウォームホイール４２に連結されている出力ギヤ４２ｂが回転し、所望の電装品等を駆動させることができる。

　次に、本実施の形態のブラシレスモータ２１に装着されたリング状のマグネット２３について説明する。マグネット２３は、図４に示すように、複数のティース３０のそれぞれと対向するマグネット２３の外周部における外周面２３ａにＮ極やＳ極などの磁極が形成されるように着磁されている。このように着磁されたマグネット２３は、極配向のマグネット２３とも呼ばれる。具体的には、リング状のマグネット２３において、磁束２３ｂを高める手段として、マグネット２３の外周部の外周面２３ａに磁極が形成されるように着磁される極異方着磁が適用されている。その結果、複数のティース３０のそれぞれと対向する外周面２３ａにＮ極やＳ極などの磁極が形成されている。そして、上記極異方着磁によって着磁されたブラシレスモータ２１においては、リング状のマグネット２３の内側への磁束漏れが発生することはないため、リング状のマグネット２３の内側に磁性体を配置することは必須ではない。なお、マグネット２３の着磁方法については、極異方着磁に限定されることなく、例えば、磁化配向がリング状のマグネット２３の径方向のラジアル配向となるような着磁方法を適用してもよい。

　次に、本実施の形態におけるブラシレスモータ２１のステータコア２５の詳細構造について説明する。図４に示すように、ステータコア２５は、コイル２８が巻装された複数のティース３０と、複数のティース３０のうち、隣接するティース３０を連結するティース連結部２６と、内周部に複数のティース３０のそれぞれと嵌合する複数の嵌合部３５ａが設けられた環状の外鉄心（第１環状部）３５と、を備えている。なお、複数のティース３０とティース連結部２６とは、環状の内鉄心（第２環状部）３６として一体に形成されている。そして、内鉄心３６は、外鉄心３５の内側に配置され、かつ、複数の嵌合部３５ａで外鉄心３５と嵌合されている。すなわち、本実施の形態のステータコア２５は、分割された２つの環状のコアである外鉄心３５と内鉄心３６とからなり、外鉄心３５と内鉄心３６とを嵌合してなるものである。

　図５に示すように、外鉄心３５は、環状に形成されており、例えば、鉄系金属からなる。外鉄心３５の内周部には、装着されるティース３０の数に対応した数の凹状の嵌合部３５ａが所定の均等な間隔で形成されている。

　図６に示すように、内鉄心３６も環状に形成されており、例えば、鉄系金属からなる。内鉄心３６の外周部には、複数のティース３０が所定の均等な間隔で設けられている。隣り合うティース３０間にはティース連結部２６が配置され、各ティース３０とティース連結部２６とは、一体に形成されている。さらに、各ティース３０の外側の先端に、外鉄心３５の嵌合部３５ａと嵌合可能な突起部３０ａが設けられている。

　また、本実施の形態のステータコア２５では、その内鉄心３６における複数のティース連結部２６のそれぞれに、非磁性体部３６ａが設けられている。この非磁性体部３６ａは、各ティース連結部２６の周方向の中央部付近に非磁性化処理が施されて形成されたものである。ティース連結部２６の中央部付近に非磁性体部３６ａが形成されたことにより、このティース連結部２６においてティース３０間の磁束２３ｂ（図４参照）の漏れを防止することができる。なお、ティース連結部２６における非磁性体部３６ａの形成位置は、ティース連結部２６の周方向の中央部付近に限定されるものではない。

　本実施の形態では、上記非磁性化処理は、後述する図７に示す板材３４からプレス加工等の打ち抜きによってステータコア２５のコアシートが打ち抜かれる前に、板材３４の状態で行われたものである。板材３４は、例えば、鉄系金属からなる。上記非磁性化処理は、例えば、レーザー３７を照射することである。あるいは、上記非磁性化処理は、板材３４に所定の加工ひずみを形成するものであってもよい。レーザー３７の照射または加工ひずみの形成の何れの場合であっても、非磁性体部３６ａが形成されたことで、ティース連結部２６におけるティース３０間の磁束２３ｂの漏れを防止することができ、ブラシレスモータ２１の磁気特性の劣化を防止することができる。

　次に、本実施の形態のステータコア２５の製造方法について説明する。

　まず、図７および図８に示すように、鉄系金属からなる板材３４に対して、図６に示す内鉄心３６のティース連結部２６に相当する箇所に非磁性化処理を施す。例えば、上記非磁性化処理として、内鉄心３６を打ち抜く前の板材３４に対してレーザー３７を照射することにより、非磁性体部３６ａからなる所定のパターン３６ｂを板材３４に形成する。

　本実施の形態では、上記所定のパターン３６ｂは、複数の非磁性体部３６ａのそれぞれが線状に形成され、これら複数の線状の非磁性体部３６ａが繰り返して形成されてなるパターン３６ｂである。一例として、図８に示すような３本の線状の非磁性体部３６ａのパターン３６ｂが、図７に示すように、板材３４の縦方向と横方向とに複数個繰り返して形成されている。本実施の形態では、図８に示すような３本の線状の非磁性体部３６ａからなるパターン３６ｂが1つの内鉄心３６に対応しており、内鉄心３６の複数のティース連結部２６のそれぞれの中央部付近に対応するように、非磁性体部３６ａの線状のパターン３６ｂが形成されている。

　なお、図９に示すように、1つの内鉄心３６に対応した３本の線状の非磁性体部３６ａには、３本の線状の非磁性体部３６ａが交差する交差部３６ｃが1つ形成されている。この交差部３６ｃを環状の内鉄心３６の中心に相当させる。

　板材３４にレーザー３７を照射して３本の線状の非磁性体部３６ａからなる所定のパターン３６ｂを板材３４の縦方向と横方向とに複数個繰り返して形成した後、図６に示すような内鉄心３６の形状を有したプレス加工により内鉄心３６を打ち抜く。この時、例えば、図９に示すように、３本の線状の非磁性体部３６ａが交差する交差部３６ｃを目印として、板材３４から内鉄心３６を打ち抜く。すなわち、交差部３６ｃを環状の内鉄心３６の中心点として、３本の線状の非磁性体部３６ａからなるパターン３６ｂと、内鉄心３６の形状とを位置合わせした状態でプレス加工を実施して、図６に示すような形状の内鉄心３６を打ち抜く。これにより、板材３４から、各ティース連結部２６のそれぞれの中央部付近に非磁性体部３６ａが形成された複数の内鉄心３６のコアシートを取得することができる。

　そして、内鉄心３６のコアシートを所定の枚数積層させることで、図６に示すような各ティース連結部２６それぞれの中央部付近に非磁性体部３６ａが形成された所定の厚さの環状の内鉄心３６を形成する。

　さらに、内鉄心３６の各ティース３０に対して、図４に示すようにコイル２８を巻装する。この時、内鉄心３６では、隣り合うティース３０間の部分が外側に向かって開口しているため、コイル巻線機のノズルが各ティース３０の周辺において上下左右に動き易く、コイル２８の巻装時間の短縮化を図ることができる。

　一方、別の板材等から外鉄心３５を打ち抜くことで、複数の外鉄心３５のコアシートを取得する。そして、外鉄心３５のコアシートを所定の枚数積層させることで、図５に示すような内周部に複数の嵌合部３５ａが形成された所定の厚さの外鉄心３５を形成する。

　そして、各ティース３０にコイル２８が巻装された内鉄心３６と、複数の嵌合部３５ａを備えた外鉄心３５とを嵌合させて内鉄心３６と外鉄心３５とを一体化させる。すなわち、ステータコア２５を形成する。この時、外鉄心３５の内周部の嵌合部３５ａに、内鉄心３６の各ティース３０の先端の突起部３０ａを嵌合させてステータコア２５を形成する。

　本実施の形態のステータコア２５の製造方法においては、板材３４からプレス加工等の打ち抜きによって内鉄心３６のコアシートが打ち抜かれる前に、板材３４の内鉄心３６のティース連結部２６に相当する箇所に非磁性化処理が行われるため、打ち抜かれた時点では既に内鉄心３６のコアシートに非磁性体部３６ａが形成されている。したがって、コアシートを打ち抜いた後に非磁性化処理が行われる場合と比べて、複数のティース連結部２６のそれぞれに個別に非磁性化処理を行う必要がなく、非磁性化処理のための加工時間が削減でき、内鉄心３６の形成のために必要な加工時間を大幅に短縮することができる。

　また、板材３４から打ち抜いた内鉄心３６のコアシートやコアシートの積層体に追加工を施す必要がないため、内鉄心３６のコアシートや積層体の寸法が変化してしまうという懸念も無くすことができる。すなわち、プレス加工で打ち抜いた内鉄心３６の寸法精度をそのまま維持することができる。

　その結果、ステータコア２５の品質の安定化を図りつつ、ステータコア２５の加工時間の短縮化を図ることができる。

　また、非磁性体部３６ａが板材３４に所定のパターン３６ｂとして形成されるため、パターン３６ｂの交差部３６ｃ等を打ち抜きの際の目印として使用することも可能である。さらに、非磁性体部３６ａが板材３４に所定のパターン３６ｂとして形成されることで、スキュー等にも対応させることができる。例えば、モータの特性をより引き出すために、ステータコア２５における非磁性体部３６ａの位置をティース連結部２６の中央部に対して変更したい場合もあるが、本実施の形態のステータコア２５の製造方法では、板材３４において、内鉄心３６を打ち抜く際に、打ち抜く位置を僅かに変えるだけで、非磁性体部３６ａの位置をティース連結部２６の中央部に対してずらすことができる。

　言い換えると、本実施の形態のステータコア２５の製造方法では、非磁性体部３６ａの形成位置を様々な位置に設定することができ、モータの特性のバリエーションに対応させることが可能である。なお、打ち抜き後のステータコアに対して非磁性体部３６ａを形成する方法では、打ち抜き後に非磁性体部３６ａの位置を変えるのは非常に困難である。

　また、本実施の形態のステータコア２５では、その内鉄心３６において、複数のティース３０とティース連結部２６とは、一体に形成されている。これにより、内鉄心３６の剛性を確保することができるとともに、内鉄心３６の部品点数を削減することができる。

　また、レーザー３７の照射により非磁性体部３６ａを形成することにより、容易に、かつ短時間で高精度に非磁性体部３６ａを形成することが可能である。

　なお、上記実施の形態では、レーザー３７の照射により非磁性体部３６ａを形成する場合を説明したが、加工ひずみ等によって非磁性体部３６ａを形成してもよい。

　本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。例えば、上記実施の形態において、モータ装置２０に組み込まれるブラシレスモータ２１のステータコア２５の外鉄心３５の形状は、円形であってもよい。

　また、上記実施の形態においては、ブラシレスモータ２１の内部に組み込まれるマグネット２３がリング状のマグネット２３の場合を説明したが、マグネット２３は、ロータコア２２の外周部に装着される分割された複数のマグネット２３であってもよい。

　また、上記実施の形態では、ブラシレスモータ２１がモータ装置２０に搭載される場合について説明したが、ブラシレスモータ２１は、パワーウィンドウ駆動用のモータなどであってもよい。

　１０：サンルーフ装置，１１:ルーフパネル，１２:車両，１３：ルーフ，１４：開口部，１５ａ,１５ｂ：シュー，１６：ガイドレール，１７ａ，１７ｂ：駆動ケーブル，１８：フロントガラス，２０：モータ装置，２１：ブラシレスモータ，２２：ロータコア，２３：マグネット，２３ａ：外周面，２３ｂ：磁束，２４：ロータ，２５：ステータコア，２６：ティース連結部，２７：シャフト，２８：コイル，２９：ステータ，３０：ティース，３０ａ：突起部，３１：回転軸線，３２：ターミナル，３３：絶縁膜，３４：板材，３５：外鉄心（第１環状部），３５ａ：嵌合部，３６：内鉄心（第２環状部），３６ａ：非磁性体部，３６ｂ：パターン，３６ｃ：交差部（目印），３７：レーザー，４０：ギヤ部，４１：ギヤケース，４１ａ：ウォームホイール収容部，４２：ウォームホイール，４２ａ：歯部，４２ｂ：出力ギヤ，４３：ウォームシャフト，４３ａ：ウォーム，４４：ボールベアリング

Claims

　コイルが巻装されるステータコアの製造方法であって、
　前記ステータコアは、
　前記コイルが巻装される複数のティースと、
　前記複数のティースのうち、隣接する前記ティースを連結するティース連結部と、
　内周部に前記複数のティースと嵌合する複数の嵌合部が設けられた第１環状部と、
　を備え、
　（ａ）前記複数のティースと前記ティース連結部とが一体に形成されてなる第２環状部を板材から打ち抜く工程と、
　（ｂ）前記第２環状部を打ち抜く前の前記板材に対して、前記ティース連結部に相当する箇所に非磁性化処理を施す工程と、
　（ｃ）前記複数のティースと前記複数の嵌合部とを嵌合させて、前記第１環状部と前記第２環状部とを一体化させる工程と、
　を有することを特徴とするステータコアの製造方法。
　前記（ｂ）工程では、前記非磁性化処理により形成される非磁性体部によって前記板材に所定のパターンが形成されるように、前記前記非磁性化処理を施すことを特徴とする請求項１に記載のステータコアの製造方法。
　前記所定のパターンは、複数の線状の前記非磁性体部が繰り返して形成されてなるパターンであり、
　前記（ａ）工程では、前記複数の線状の前記非磁性体部が交差している交差部を目印として、前記板材から前記第２環状部を打ち抜くことを特徴とする請求項２に記載のステータコアの製造方法。
　前記（ｂ）工程では、前記非磁性化処理として、前記板材にレーザーを照射することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のステータコアの製造方法。