JP2000278891A - 電動機のステータコア及びステータの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 容易かつ安価に製造することを確保しつつ、
ステータコアの鉄損の低減を図る。 【解決手段】 方向性けい素鋼板からなるティース単体
２４が複数枚積層された積層ティース２３が、磁化容易
方向が半径方向に合致するように円周方向に複数配置さ
れて形成され、ステータコイル３１が巻回されるティー
ス部２２と、磁化容易方向が長手方向に合致する方向性
けい素鋼板である帯状の素材２７が複数回巻回されて形
成されるバックヨーク部２６と、を有する電動機のステ
ータコア２１である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動機のステータ
コア及びステータの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、いろいろな分野でモータ（電動
機）が使用されている。例えば、一般的な同期モータ
は、ステータコイルを有するステータ（固定子）と、そ
の内側に配設され、回転自在に軸支されたロータとを備
えている。

【０００３】図１５に示すように、ステータは、一般に
薄いけい素鋼板で作られたステータコア単体を複数枚積
層して形成されるステータコア（固定子鉄心）１２１を
有している。このステータコア１２１は、円周方向内側
に複数形成されたティース１２３を有するティース部１
２２を備えており、このティース部１２２にステータコ
イルが巻かれる。

【０００４】そして、ステータコイルに電流を流すと、
該電流により誘起された回転磁界によって、ステータと
ロータとの間に相互作用が働き、この相互作用によって
ロータが回転するようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、形成される
磁束の方向が定まっているコア（鉄心）についは、磁化
が容易な方向が存在する方向性けい素鋼板を、その磁化
容易方向が磁束の方向に合致するようにして使用するの
が、鉄損が小さくなり磁束が通り易くなる観点から好ま
しいといえる。

【０００６】しかし、上記従来のモータのステータコア
にあっては、通常は、どの方向をとっても磁化させ易さ
が同等である無方向性けい素鋼板を使用している。これ
は、ステータコイルに電流を流すことによりステータコ
ア１２１に形成される磁束の方向が、場所によって異な
るという理由による。すなわち、ステータコア１２１に
形成される磁束は、ティース部１２２では半径方向に、
一方、バックヨーク部１２６では円周方向になる。

【０００７】つまり、方向性けい素鋼板をステータコア
１２１に使用すると、形成される磁束の方向がまちまち
なため、形成される磁束の方向が材料の磁化容易方向に
合致している部分は磁束が通り易いが、形成される磁束
の方向が材料の磁化容易方向に垂直な部分は、無方向性
けい素鋼板を使用した場合よりも磁束が通りにくく、全
体としての鉄損が大きくなってしまう。このため、図１
５に示したようなステータコアには、無方向性けい素鋼
板を使用せざるを得なかった。

【０００８】そこで、ステータコアのティース部とバッ
クヨーク部とを分割し、ティース部にのみ方向性けい素
鋼板を磁化容易方向が径方向に合致するようにして使用
することにより、鉄損の低減を図った技術が提案されて
いる（実開平３−１１３９４５号公報）。しかしなが
ら、このステータコアのバックヨーク部は、円環状を呈
していることから、一定の磁化容易方向を有する方向性
けい素鋼板を使用することができずに無方向性けい素鋼
板を使用したものであり、ステータコア全体としての鉄
損の低減は十分とは言えなかった。また、円環状のバッ
クヨーク部は、材料取りが容易ではなく、円環中央部の
材料が無駄になって、製造コストを増加させる虞れがあ
る。

【０００９】これに対し、ステータコアのティース部と
バックヨーク部とを分割すると共に、さらにバックヨー
ク部を円周方向に分割し、このバックヨーク部にも方向
性けい素鋼板を磁化容易方向が円周方向に合致するよう
にして使用した技術が提案されている（特開平７−６７
２７２号公報）。このようにすれば、ステータコアに形
成される磁束の方向と材料の磁化容易方向を合致させる
ことが可能で、材料の無駄も防止することができる。し
かしながら、ステータコアがあまりにも多数に分割され
ているために、部品点数が多過ぎて製造すること自体が
容易でないばかりか、製造工数および製造コストの増大
を招くという問題がある。しかも、バックヨーク部が円
周方向に細かく分割されているので、ステータコア全体
の強度ないし剛性が低下するという問題もある。

【００１０】本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて
なされたものであり、本発明の目的は、容易かつ安価に
製造することを確保しつつ、ステータコアの鉄損の低減
を図ることにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、下記す
る手段により達成される。

【００１２】（１） 方向性けい素鋼板からなるティー
ス単体が複数枚積層された積層ティースが、磁化容易方
向が半径方向に合致するように円周方向に複数配置され
て形成され、ステータコイルが巻回されるティース部
と、磁化容易方向が長手方向に合致する方向性けい素鋼
材が複数回巻回されて形成されるバックヨーク部と、を
有することを特徴とする電動機のステータコア。

【００１３】（２） 前記方向性けい素鋼材は、帯状の
方向性けい素鋼板であり、前記バックヨーク部は、前記
帯状の方向性けい素鋼板をその幅方向の一側面を内側に
して曲げ螺旋状に成形して重ねることにより形成される
ことを特徴とする上記（１）に記載の電動機のステータ
コア。

【００１４】（３） 前記方向性けい素鋼材は、方向性
けい素鋼線であり、前記バックヨーク部は、前記方向性
けい素鋼線が複数層をなすように巻回されて形成される
ことを特徴とする上記（１）に記載の電動機のステータ
コア。

【００１５】（４） 磁化容易方向が長手方向に合致す
る方向性けい素鋼板からなるティース単体を複数枚積層
して積層ティースを形成する工程と、前記積層ティース
を、その長手方向が半径方向に一致するように、内型の
外周面上に複数配置する工程と、前記内型に配置された
積層ティースにより構成されるティース部にステータコ
イルを巻回する工程と、前記ティース部の周囲を外型で
囲繞し、前記内型と外型との間に樹脂を流し込んでステ
ータコイルを固定する工程と、前記外型を外し、前記テ
ィース部の外周側に、磁化容易方向が長手方向に合致す
る方向性けい素鋼材を複数回巻回することによりバック
ヨーク部を形成する工程と、前記内型を外す工程と、を
有することを特徴とする電動機のステータの製造方法。

【００１６】

【発明の効果】本発明によれば、請求項毎に次のような
効果を奏する。

【００１７】請求項１に記載の発明によれば、ステータ
コアに形成される磁束の方向と、ステータコアを構成す
る方向性けい素鋼板の磁化容易方向とを一致させること
ができ、ステータコアの鉄損が大幅に低減され磁束がき
わめて通り易くなるため、これを用いたモータの効率及
びトルクを向上させることができる。一方、同じトルク
のモータを作る場合には、バックヨーク部の半径方向の
幅を薄くすることが可能となるので、モータの小型軽量
化を図ることができる。

【００１８】しかも、バックヨーク部は、方向性けい素
鋼材を複数回巻回して形成したので、磁束の方向と磁化
容易方向とを一致させるために多数に分割したものと比
べ、部品点数が少なく製造も容易となる。また、１枚の
円環状に打ち抜いたもののように無駄な材料が発生する
こともなく、材料費の低減も図られる。

【００１９】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明の効果に加え、１本の帯状の板から形成さ
れているので、バックヨーク部の強度ないし剛性がより
向上する。

【００２０】請求項３に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明の効果に加え、バックヨーク部の素材とし
て線状のものを利用しているので、材料の入手や保存が
容易で、バックヨーク部の成形作業性も良好となる。

【００２１】請求項４に記載の発明によれば、ティース
部とバックヨーク部とに方向性けい素鋼板を有効に利用
したステータコアを効率よく製造することができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００２３】図１は、本発明の一実施形態に係るステー
タコアを用いたモータの概略構成を示す断面図、図２
は、ステータコアを軸方向からみた図、図３は、図２の
III −III 線に沿う模式的な断面図である。

【００２４】図１に示すモータ（電動機）は、永久磁石
型同期モータであり、また、いわゆるインナーロータ型
（内側回転）の三相同期モータである。同期モータは、
効率が高いことから、例えば電気自動車や省エネルギを
必要とする製品に対して使用するのに適している。

【００２５】このモータは、筐体としてのフレーム１を
有している。フレーム１は、例えばアルミニウム合金等
により形成されており、円筒部２とカバー３とからな
る。フレーム１の円筒部２の内周面には、ステータ２０
が取り付けられている。また、フレーム１には、軸受
４，４を介して、ロータ４０が回転自在に取り付けられ
ている。ここで、ステータ２０とロータ４０との間に
は、半径方向に所定のエアギャップが設けられている。

【００２６】ステータ２０は、フレーム１内部に挿入さ
れ焼嵌めにより固定されるステータコア２１と、このス
テータコア２１に巻装されるステータコイル３１とを有
している。

【００２７】図１〜図３に示すように、ステータコア２
１は、ステータコイル３１が巻回されるティース部２２
と、このティース部２２の外側に位置される円環状のバ
ックヨーク部２６と、を有している。これらのティース
部２２とバックヨーク部２６とは、相互に分割されてそ
れぞれ別体となっている。

【００２８】図４は、ティース部を構成する最小単位で
あるティース単体を示す斜視図、図５は、積層ティース
を示す図であって、（Ａ）は軸方向からみた図、（Ｂ）
はその右側面図である。

【００２９】ティース単体２４は、表面に絶縁層が形成
された厚さ例えば約０．５ｍｍの方向性けい素鋼板等の
磁化容易方向が存在する高透磁（導磁）率材料の板から
作られている。ここでは特に、磁化容易方向がティース
単体２４の長手方向、すなわち図４中矢印Ａ方向に合致
するように、方向性けい素鋼板を使用している。積層テ
ィース２３は、このティース単体２４を複数枚積層して
形成される。なお、図３では、理解の容易のため、積層
ティース２３におけるティース単体２４同士の接合面を
示す線を図示省略している。そして、ティース部２２
は、積層ティース２３が円周方向に複数配置されて形成
されており、結果的に、方向性けい素鋼板の磁化容易方
向Ｑ（図２参照）が半径方向に合致するようになってい
る。

【００３０】図６は、バックヨーク部の素材を示す斜視
図、図７は、バックヨーク部を形成する様子を示す斜視
図である。

【００３１】バックヨーク部の素材２７としては、表面
に絶縁層が形成された厚さ例えば約０．５ｍｍの帯状の
方向性けい素鋼板が使用されている。ここでは特に、磁
化容易方向が帯状の素材２７の長手方向、すなわち図６
中矢印Ｂ方向に合致するように、方向性けい素鋼板を使
用している。そして、バックヨーク部２６は、帯状の素
材２７をその幅方向の一側面２８を内側にして曲げ、図
７に示すように、螺旋状に成形して複数回巻回し、これ
を軸方向に密着するように重ねることにより形成されて
いる。結果的に、バックヨーク部２６では、方向性けい
素鋼板の磁化容易方向Ｐ（図２参照）が円周方向に合致
するようになっている。

【００３２】なお、このようにステータコア２１を薄い
板を複数枚積層して形成することによって、渦電流によ
る損失を低減している。

【００３３】ステータコア２１の内側には、図２に示し
たように、ティース部２２の個々の積層ティース２３の
間に、複数のスロット２５が形成されている。ステータ
コイル３１は、３個の独立したコイルを有しており、所
定の方法で結線して、スロット２５の中に挿入されるよ
うにして所定の巻き方にてティース部２２に巻回されて
いる。

【００３４】一方、ロータ４０は、円周方向における複
数箇所（例えば等配８箇所）に挿入穴が形成されたロー
タコアと、これらの挿入穴に挿入された永久磁石とを有
している（いずれも図示せず）。これらの永久磁石は、
その厚み方向（半径方向）に磁化されており、ロータ外
周からみてＮ極、Ｓ極が、円周方向で交互になるように
配置される。ロータコアは、厚さ例えば約０．５ｍｍの
けい素鋼板から作られたロータコア単体を複数枚積層し
て形成される。また、ロータコアの中心には、モータシ
ャフト５が圧入されている。

【００３５】次に、ステータ２０の製造方法について説
明する。

【００３６】まず、図４及び図５に示したように、磁化
容易方向が長手方向に合致する方向性けい素鋼板からな
るティース単体２４を、溶接、かしめ、接着等により、
複数枚積層して接合し、積層ティース２３を形成する。

【００３７】次いで、図８に示すように、積層ティース
２３を、ティース単体２４の長手方向が半径方向に一致
するようにして、内型５０の外周面上に所定の個数だけ
配置する。

【００３８】なお、内型５０の外周面上には、積層ティ
ース２３の内端部近傍の断面形状に対応した溝５１（図
１１参照。但し、図１１では円周方向の一部の溝のみを
表示し、他は省略している。）が形成されており、積層
ティース２３は、軸方向からスライド移動させることに
より、溝５１に嵌め込まれて収容されるようになってい
る。

【００３９】そして、図９に示すように、内型５０に配
置された積層ティース２３により構成されるティース部
２２に、ステータコイル３１を巻回する。この場合、テ
ィース部２２の外周側からステータコイル３１を巻くこ
とができるので、巻き易さが増し、作業性が向上する。
次いで、ティース部２２の周囲を外型６０で囲繞する。
外型６０は、例えば一対の半割れ円筒を有し、内型５０
の両方向からはさみ込むようにして取り付ける。その
後、内型５０と外型６０との間に樹脂を流し込んでステ
ータコイル３１を固定する。

【００４０】そして、図１０に示すように、外型６０を
外してから、ティース部２２の外周側に、磁化容易方向
が長手方向に合致する方向性けい素鋼板である帯状の素
材２７を複数回巻回することによりバックヨーク部２６
を形成する。なお、図７に示したように、帯状の素材２
７を螺旋状に曲げ成形し複数回巻回して重ねることによ
りバックヨーク部２６を予め形成しておき、これをティ
ース部２２の外周側に圧入することも可能である。

【００４１】最後に、図１１に示すように、内型５０を
軸方向に引き出すようにして外し、ステータ２０の製造
が完了する。このようにして、ティース部２２とバック
ヨーク部２６とに方向性けい素鋼板を有効に利用したス
テータコア２１が効率よく製造される。

【００４２】上記のように構成されたステータ２０を用
いたモータにおいては、ステータコイル３１に交流電流
を流すことにより、回転磁界が誘起される。このとき、
ステータコイル３１は、ロータ４０に向かって鎖交する
ように磁束を発生させる。ステータコイル３１の所定部
分は、例えばＮ極として働くことにより、ロータ４０の
Ｎ極の永久磁石と反発、Ｓ極の永久磁石と吸引すること
によってマグネットトルクが発生すると共に、ロータコ
アを吸引することによってリラクタンストルクが発生す
る。このようにして、ステータ２０とロータ４０との間
に相互作用が働いてロータ４０が回転され、この相互作
用によりモータのトルクが発生する。

【００４３】このとき生じる磁束のうち、ステータコア
２１に形成される磁束は、バックヨーク部２６では円周
方向に、一方、ティース部２２では半径方向になる。こ
こで、ティース部２２は、方向性けい素鋼板からなるテ
ィース単体２４が複数枚積層された積層ティース２３
が、磁化容易方向が半径方向に合致するように円周方向
に複数配置されて形成され、また、バックヨーク部２６
は、磁化容易方向が長手方向に合致する方向性けい素鋼
板である帯状の素材２７が複数回巻回されて形成されて
いるので、ステータコア２１に形成される磁束の方向
と、ステータコア２１を構成する方向性けい素鋼板の磁
化容易方向が一致する。

【００４４】これにより、ステータコア２１の鉄損は大
幅に低減され、磁束がきわめて通り易くなる。したがっ
て、モータの効率が向上すると共に、モータのトルクを
高めることができる。一方、同じトルクのモータを作る
場合には、バックヨーク部１２６の半径方向の幅を薄く
することが可能となるので、モータの小型軽量化を図る
ことができる。

【００４５】しかも、バックヨーク部１２６は、方向性
けい素鋼板である帯状の素材２７を複数回巻回して形成
したので、形成される磁束の方向と方向性けい素鋼板の
磁化容易方向を一致させるために多数に分割した従来の
ものと比べ、部品点数が少なく製造も容易となる。ま
た、１本の帯状の板を成形して形成されているので、バ
ックヨーク部１２６の強度ないし剛性がより向上する。
さらに、１枚の円環状に打ち抜いた従来のもののように
無駄な材料が発生することもなく、材料費の低減も図ら
れる。

【００４６】図１２は、他の実施形態に係るステータコ
アを軸方向からみた図、図１３は、図１２のXIII−XIII
線に沿う模式的な断面図、図１４は、バックヨーク部の
素材を示す斜視図である。

【００４７】この実施形態では、ステータコア２１ａの
バックヨーク部２６ａは、方向性けい素鋼線である線状
の素材２７ａが複数層をなすように巻回されて形成され
ている点で、上記実施形態と相違している。但し、その
他の点では同様であるので、共通する部材には同一の符
号を付し、その説明を省略する。

【００４８】バックヨーク部の素材２７ａとしては、帯
状の表面に絶縁層が形成された方向性けい素鋼線が使用
されている。ここでは特に、磁化容易方向が帯状の素材
２７ａの長手方向、すなわち図１４中矢印Ｃ方向に合致
するように、方向性けい素鋼線を使用している。そし
て、バックヨーク部２６ａは、図１２及び図１３に示す
ように、この線状の素材２７ａを、ティース部２２の外
周側に複数層をなすように巻回することにより形成され
る。結果的に、バックヨーク部２６ａでは、方向性けい
素鋼線の磁化容易方向Ｐが円周方向に合致するようにな
っている。

【００４９】このステータコア２１ａを使用したもの
も、前述した実施形態のものと同様の効果を得ることが
できる。また、バックヨーク部の素材として線状のもの
を利用しているので、材料の入手や保存が容易で、バッ
クヨーク部の成形作業性も良好となる。

【００５０】なお、以上説明した実施形態は、本発明を
限定するために記載されたものではなく、本発明の技術
的思想内において当業者により種々変更が可能である。

【００５１】例えば、モータのステータコアのティース
（スロット）の数や、モータの極数も種々変更すること
が可能である。また、上記実施形態では、インナーロー
タ型の永久磁石型同期モータについて説明したが、本発
明はこれに限られず、同様な形態のステータコアを有す
る他のモータに対しても適用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態に係るステータコアを用
いたモータの概略構成を示す断面図である。

【図２】 ステータコアを軸方向からみた図である。

【図３】 図２のIII −III 線に沿う模式的な断面図で
ある。

【図４】 ティース部を構成する最小単位であるティー
ス単体を示す斜視図である。

【図５】 積層ティースを示す図であって、（Ａ）は軸
方向からみた図、（Ｂ）はその右側面図である。

【図６】 バックヨーク部の素材を示す斜視図である。

【図７】 バックヨーク部を形成する様子を示す斜視図
である。

【図８】 積層ティースを内型の外周面上に配置する様
子を示す斜視図である。

【図９】 ティース部にステータコイルを巻回した後、
樹脂によりステータコイルを固定する様子を示す図であ
る。

【図１０】 ティース部の外周側にバックヨーク部を形
成する様子を示す斜視図である。

【図１１】 内型を外す様子を示す斜視図である。

【図１２】 他の実施形態のステータコアを軸方向から
みた図である。

【図１３】 図１２のXIII−XIII線に沿う模式的な断面
図である。

【図１４】 バックヨーク部の素材を示す斜視図であ
る。

【図１５】 従来のステータコアを軸方向からみた図で
ある。

【符号の説明】

１…フレーム、 ５…モータシャフト、 ２０…ステータ、 ２１…ステータコア、 ２２…ティース部、 ２３…積層ティース、 ２４…ティース単体、 ２６…バックヨーク部、 ２７，２７ａ…素材、 ３１…ステータコイル、 ４０…ロータ、 ５０…内型、 ６０…外型。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉村 由佳 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 Ｆターム(参考） 5H002 AA03 AA06 AA07 AB04 AB06 AC02 AC04 AC06 AE01 AE08 5H615 AA01 BB01 BB07 BB14 PP01 PP07 PP10 PP11 PP24 PP25 PP28 QQ02 QQ19 RR07 SS04 SS05 SS16 SS18 SS19 SS44 TT04 TT05 TT26

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 方向性けい素鋼板からなるティース単体
   が複数枚積層された積層ティースが、磁化容易方向が半
   径方向に合致するように円周方向に複数配置されて形成
   され、ステータコイルが巻回されるティース部と、 磁化容易方向が長手方向に合致する方向性けい素鋼材が
   複数回巻回されて形成されるバックヨーク部と、 を有することを特徴とする電動機のステータコア。
2. 【請求項２】 前記方向性けい素鋼材は、帯状の方向性
   けい素鋼板であり、前記バックヨーク部は、前記帯状の
   方向性けい素鋼板をその幅方向の一側面を内側にして曲
   げ螺旋状に成形して重ねることにより形成されることを
   特徴とする請求項１記載の電動機のステータコア。
3. 【請求項３】 前記方向性けい素鋼材は、方向性けい素
   鋼線であり、前記バックヨーク部は、前記方向性けい素
   鋼線が複数層をなすように巻回されて形成されることを
   特徴とする請求項１記載の電動機のステータコア。
4. 【請求項４】 磁化容易方向が長手方向に合致する方向
   性けい素鋼板からなるティース単体を複数枚積層して積
   層ティースを形成する工程と、 前記積層ティースを、その長手方向が半径方向に一致す
   るように、内型の外周面上に複数配置する工程と、 前記内型に配置された積層ティースにより構成されるテ
   ィース部にステータコイルを巻回する工程と、 前記ティース部の周囲を外型で囲繞し、前記内型と外型
   との間に樹脂を流し込んでステータコイルを固定する工
   程と、 前記外型を外し、前記ティース部の外周側に、磁化容易
   方向が長手方向に合致する方向性けい素鋼材を複数回巻
   回することによりバックヨーク部を形成する工程と、 前記内型を外す工程と、 を有することを特徴とする電動機のステータの製造方
   法。