JP4983695B2 - ステータコアの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ステータコアの製造方法及びそのステータコアを備える電動機に関する。

電動機の固定子鉄心片を打抜き形成した際、内側に発生するスクラップにより鉄心用材料の板取り歩留りが著しく低下する問題を解決すべく、金属板から積層固定子鉄心を直線状に展開した形状の帯状鉄心片９１を打抜き形成し、この帯状鉄心片を螺旋状に巻回して積層することによって、鉄心用材料の板取り歩留りを向上した積層固定子鉄心９を製造する方法が提供されている（例えば、特許文献１参照）。

上記略直線状の帯状鉄心片９１を製造する場合には、帯状板材を一方向に直線状に案内する案内手段と、帯状板材から鉄心を打ち抜くパンチ（ポンチ）と、該パンチの下方に配置されたダイとを具えた鉄心の製造装置を用いている。 このような従来の製造装置では、帯状板材が案内手段によってダイ上に案内されると、パンチが駆動してダイ内に侵入し、これにより帯板から鉄心が打ち抜かれる。

しかし、上記した従来の製造方法においては、帯状鉄心片のバックヨーク部分が連結されているため、歩留まりを向上すべく帯状鉄心片９１Ａと９１Ｂを向かい合うように配置して打ち抜きすると、帯状板材の短手方向の幅（フープ幅）を大きくせざるを得なかった。従って、フープ幅が大きいために鉄心の製造装置を小さくすることに限界があった。特に高出力を発生する電動機に組み込まれる積層鉄心の製造装置の場合に問題であった。

また、上記した帯状鉄心片９１は、バックヨーク部分が連結されているため、螺旋状に巻回して積層する際に、曲げられたバックヨーク部分が元に戻ろうとする力（いわゆるスプリングバック）が発生するため、真円に巻回していくことが困難であるという問題もあった。

一方、隣接するティース部間でバックヨーク部が切断された、1つのティースを有する積層部材を積層した分割コアを環状に配列して積層固定子鉄心を製造する方法が知られている。この製造方法によればスプリングバックが発生しないため、真円の積層固定子鉄心を得ることが出来る（例えば、特許文献２参照）。

しかし、上記した従来の製造方法においては、打ち抜き加工の基準ガイドとして帯状板材に打ち抜かれたパイロット孔１１が、帯状板材の短手方向（幅方向）両端部に設けられているうえ、分割コアを構成する積層部材が帯状板材の幅方向に多段に配置された状態で打ち抜かれているため、フープ幅が大きくなってしまうという問題が残されていた。さらに、積層部材に案内凸部１２Ａ、１２Ｂが設けられているため、隣接して打ち抜かれる積層部材１０Ａ、１０Ｂ同士を近づけて打ち抜くことが出来ず、材料取りが悪化するという問題があった。
特開２００３−１４３８１４ 特開２００７−２８７９９

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであって、その目的は、材料歩留まりを向上させつつ、帯状板材のフープ幅を狭くできるステータコアの製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は以下に示すいくつかの特徴を備えている。請求項１に記載の発明は、帯状板材を送り出してバックヨーク片とティース片と延鉄片とを備える積層部材を順次打ち抜く工程と、前記積層部材をカシメ積層してコア部材を形成する工程と、同コア部材を環状に配置してステータコアを製造する工程とを備え、前記積層部材を打ち抜くにあたり、先に打ち抜かれる積層部材のティース片と後に打ち抜かれる積層部材のバックヨーク片とが、帯状板材の長手方向において同一直線上に位置するように打ち抜き、かつ、積層部材の延鉄片と打ち抜き加工の基準ガイドであるパイロット孔とが帯状板材の長手方向において同一直線上に位置するように打ち抜くと共に、バックヨーク片及び／又はティース片に平坦部を設けるように打ち抜くことを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、上記請求項１において前記バックヨーク片のステータコア円周方向の一端に凸部を設け、他端に凹部を設けると共に、前記凸部は、前記一端の略中央からステータコア内径側に亘る領域内に設けるように打ち抜くことを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、バックヨーク片とティース片とを一体に形成しつつ、フープ幅を出来るだけ小さくすることができるため、生産性を向上しつつ材料取りを良くすることが可能となる。また、材料となる帯状板材（電磁鋼板からなるロール）も小さいものとなるため材料費を抑えることが出来る。さらに、材料の取り扱い易さ（輸送や在庫管理）が高まる。

請求項２に記載の発明によれば、バックヨーク片のステータコア円周方向の一端に凸部を設け、他端に凹部を設けると共に、前記凸部は、前記一端の略中央からステータコア内径側に亘る領域内に設けるため、材料取りを悪化させずに凹凸を設けることが可能となる。

（第1実施形態）
次に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１〜図３は本発明に関わる電動機の製造方法における一実施例を示しており、本発明に基づいて製造された電動機１は、ステータ２と、ステータ２の内側に配置されるロータ（図示略）と、ブラケットとを備えて構成されている。

ステータ２は、外周が円状で内周が多角形状の円筒状ブラケット３内に配設され、インシュレータ５を介して巻線４が巻装されるステータコア６を備えている。このステータコア６は、積層鋼板を積層して構成され、ブラケット３の内周に固定されるバックヨーク８とこのバックヨーク８から径方向内側に向かって延びる複数の巻胴部７２とティース７とを備えている。ティース７は周方向に等角度間隔に設けられており、各巻胴部７２には、巻線４が集中巻にて巻回されている。巻線４は、図示しない電源装置に接続されており、この電源装置から電力の供給を受けて、回転磁界を発生させることで、ロータ（図示略）を回転させる。

ステータコア６は、ティース７とバックヨーク８と巻胴部７２とを有する複数のコア部材２２から構成されている。各コア部材２２は、ティース片２３１とバックヨーク片２３２と延鉄片２３４とを有する積層部材２３が、カシメ部２３３でカシメ積層されて形成されている。そして、このコア部材２２にインシュレータ５を介して巻胴部７２に巻線４が巻装して形成されて分割コア２１が形成される。

コア部材２２を形成する積層部材２３は、図３に示すように、帯状板材２４の短手方向一端に帯状板材長手方向に向かって延在するバックヨーク片２３２と、このバックヨーク片２３２の略中央部から帯状板材の短手方向他端に向かって延びる延鉄片２３４と、帯状板材２４の短手方向他端に帯状板材長手方向に延在するティース片２３１とから構成される。

次に、上記のように構成されたステータコアの製造方法について説明する。

まず積層部材２３が帯状板材２４から打ち抜かれる打ち抜き手順について説明する。まず渦巻状に巻回された電磁鋼板（図示略）からなる帯状板材２４が、案内手段（図示略）により一方向に直線状にプレス機（図示略）へ送り出される。そして、プレス機に設けられる各打抜ステージ（図示略）によりパイロット孔２４１、カシメ部２３３、積層部材２４の外形が順次打ち抜き又は形成されていく。

帯状板材２４から積層部材２３の外形が打ち抜かれると、積層部材２４は、先に打ち抜かれた積層部材と前記カシメ部２３３によりカシメ積層されてコア部材２２を構成する。

ここで、本発明による積層部材２３の打ち抜きについて図３を用いてより詳細に述べる。図３に示すように、積層部材２３は上下が反転して状態で順次打ち抜かれていく。すなわち、隣り合って打ち抜かれる積層部材のティース片２３１とバックヨーク片２３２とが、帯状板材２４の長手方向で微小間隔離間して同一直線上に位置するように、積層部材２３の外形が打ち抜かれていく。

ここで、帯状板材の短手方向一側面２４２と他側面２４３は、ティース片内径側端部２３１１とバックヨーク片外径側端部２３２１を構成するようになっている。

また、前記パイロット孔２４１は、帯状板材２４のフープ幅のほぼ中央辺り、すなわちティース片２３１とバックヨーク片２３２とで囲まれた、積層部材２３として使用されない廃材部分に打ち抜かれる。

このように積層部材２３が打ち抜かれることで、帯状板材のフープ幅は、積層部材２３径方向幅（ティース片内径側端部２３１１からバックヨーク片外径側端部２３２１までの幅）と略同一となり、フープ幅を非常に小さくすることが可能となる。フープ幅が小さくできれば、その分だけ材料歩留まりが向上する。また、帯状板材のもととなる、渦巻状に巻回された電磁鋼板（図示略）も小さく、軽くなり、取り扱いが容易となると共に、積層部材２３の材料コストを抑えられる。

また、本実施例により製造される積層部材２３のティース片内径側端部２３１１とバックヨーク片外径側端部２３２１には、帯状板材の短手方向一側面２４２と他側面２４３とがそのまま用いられている。従って、この積層部材２３を積層したコア部材２２からなるステータ２のティース面７１及びバックヨーク８は、断面が多角形状となる。

このようにバックヨーク８が多角形状となると、ステータ２をブラケット３に挿入する際の位置決めを容易にすることが可能となる。また、ティース面７１が多角形状となると、ティース面７１とロータ外周面（図示略）との径方向距離を不均一とすることができるため、永久磁石型電動機の場合にロータ極間で生じるコギングトルクを小さくすることが可能となる。

次に、本発明の他の実施形態について図４、図５を参照しながら説明する。なお、上記第１実施形態と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略し、以下、異なる構成についてのみ説明を行う。
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図４に基づいて説明する。本実施形態では積層部材２３のティース片２３１とバックヨーク片２３２形状が、前記第１実施形態と異なるため、この部分を中心に述べる。

積層してステータ２のバックヨーク８を形成するバックヨーク片２３２には、その外径側端部２３２１の両端に切欠部２３２２、２３２３が設けられている。また、積層してステータティース面７１を形成するティース片２３１の内径側端部２３１１にも切欠部２３１２が設けられている。

上記外径側端部２３２１の両端の切欠部２３２２、２３２３は湾曲しており、その曲率半径はブラケット３の内周面の半径と略同一となるように構成されている。これにより、本実施例の積層部材２３からなるステータ２は、上記切欠部２３２２、２３２３がブラケット内周面３３と当接部３１で接すると共に、上記平坦部２３２１とブラケット内周面３３とは非接触の状態となり、空隙部３２ができる。

上記空隙部３２が設けられると、電動機駆動時にステータコア６が振動するような場合に、振動がブラケット３に伝わりにくくなり、ブラケット３を含めたモータ全体の振動・騒音が抑えられる。また、本実施例のステータ２をコンプレッサー用の電動機に適用した場合、上記空隙部３２をコンプレッサー圧縮部の潤滑用油の通路として利用することも可能となる。

上記外径側端部２３２１の両端の切欠２３２２、２３２３と同様に、内径側端部２３１１の切欠部２３１２も湾曲している。この曲率半径の中心は、回転軸の中心と同じになるようにされている。これにより、ロータ外周面（図示略）を円状に構成すれば、ティース面７１とロータ外周面（図示略）との径方向距離を均一とすることが可能になる。
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態を図５に基づいて説明する。本実施形態では積層部材２３のティース片２３１とバックヨーク片２３２形状が、前記各実施形態と異なるため、この部分を中心に述べる。

図５に示すように、積層してステータ２のバックヨーク８を形成するバックヨーク片２３２には、その外径側端部２３２１の両端に切欠部２３２２、２３２３が設けられている。さらに、バックヨーク片２３２の周方向の一端の略中央に凸部２３２５が設けられ、他端には前記凸部に対応する凹部２３２６が設けられている。

一方、ティース片２３１は、内径側端部２３１１に切欠部２３１２が設けられていると共に、周方向に向かって先細りとなる形状となっている。

図５（ｂ）から分かるように、上記凸部２３２５は、隣接するコア部材２２の凹部２３２６に係合するように形成されているため、ステータコア６を環状状態で保持することが可能となる。これにより、コア部材２２によりステータコア６を形成する際にコア部材２２同士を環状に保持することが容易となり、電動機の生産性が飛躍的に向上する。つまり、ステータコア６をブラケット３に挿入する場合や樹脂成形用金型（図示略）に設置する場合に、コア部材２２毎に取り扱うのではなく、ステータコア６全体として取り扱うことができ、生産性が飛躍的に向上できる。

但し、積層部材２３に上記凸部２３２５を設けると、その凸部があるために隣接して打ち抜かれる積層部材２３と間隔を広げる必要がでてくる。これに対し本実施例では、隣接する積層部材２３との間隔を広げることなく上記凸部２３２５を設けるために、図５（ａ）に示すように、ティース片２３１の形状を周方向で先細りする形状としている。

上記のようにティース片２３１の形状が周方向で先細りしているため、このティース片２３１と、同ティース片２３１を備える積層部材２３と隣接して打ち抜かれる積層部材２３のバックヨーク片２３２周方向の一端との間に、凸部２３２５を打ち抜くためのスペースができる。

ここで、ティース片２３１とバックヨーク片２３２とが帯状板材２４の長手方向において同一直線上に位置すると共に、帯状板材２４の短手方向中央付近にパイロット孔２４１が設けられている。従って、上記スペースは、バックヨーク片２３２周方向の一端の略中央から帯状板材２４の短手方向中央付近に存在することになるため、前記凸部２３２５は、前記一端の略中央からステータコア６内径側に亘る領域内に設けることがより望ましい。

従って、本実施例によれば、隣接する積層部材２３との間隔を広げることなく上記凸部２３２５を設けることが可能となり、材料歩留まりを悪化させることがない。

なお、本実施例ではティース片２３１の形状は周方向で先細りとしているが、ティース片２３１の形状はこれに限られず、隣接する積層部材の凸部を打ち抜くためのスペースを確保できる限りにおいて、適宜変更することが可能である。
また、上記各実施例は、ステータ２の内径側にロータ（図示略）を設ける、いわゆるインナーロータ型電動機を用いて説明したが、本発明はこれに限られず、ステータの外径側にロータを設けるアウターロータ型電動機にも適用することが可能である。

本発明の製造方法により作製される電動機の要部断面図。 （ａ）は図１に示した電動機の積層部材の平面図、（ｂ）は積層部材を積層したコア部材の斜視図、（ｃ）はコア部材にインシュレータを介して巻線された分割コアの平面図、（ｄ）は分割コアを円環状に配置して構成された電動機のステータ平面図。 図１に示した電動機のステータを構成する積層部材の製造手順を示す概念図 （ａ）は第２実施形態の電動機のステータを構成する積層部材の製造手順を示す概念図、（ｂ）は第２実施形態の電動機のステータの要部平面図。 （ａ）は第３実施形態の電動機のステータを構成する積層部材の製造手順を示す概念図、（ｂ）は第３実施形態の電動機のステータの要部平面図。 （ａ）（ｂ）は従来の電動機の製造方法を示す概念図。

符号の説明

１ 電動機
２ ステータ
２１ａ〜２１ｌ 分割コア
２２ コア部材
２３ 積層部材
２３１ ティース片
２３１１ ティース片内径側端部
２３１２ 切欠部
２３２ バックヨーク片
２３２１ バックヨーク片外径側端部
２３２２ 、２３２３ 切欠部
２３３ カシメ部
２３４ 延鉄片
２４ 帯状板材
２４１ パイロット孔
３ ブラケット
３１ 当接部
３２ 空隙部
３３ 内周面
４ 巻線
５ インシュレータ
６ ステータコア
７ ティース
７１ ティース面
７２ 巻胴部
８ バックヨーク
９ 積層固定子鉄心
９１ 帯状鉄心片

Claims (2)

1. 帯状板材を送り出してバックヨーク片とティース片と延鉄片とを備える積層部材を順次打ち抜く工程と、前記積層部材をカシメ積層してコア部材を形成する工程と、同コア部材を環状に配置してステータコアを製造する工程とを備え、
   前記積層部材を打ち抜くにあたり、先に打ち抜かれる積層部材のティース片と後に打ち抜かれる積層部材のバックヨーク片とが、帯状板材の長手方向において同一直線上に位置するように打ち抜き、かつ、
   積層部材の延鉄片と打ち抜き加工の基準ガイドであるパイロット孔とが帯状板材の長手方向において同一直線上に位置するように打ち抜くと共に
   バックヨーク片及び／又はティース片に平坦部を設けるように打ち抜くことを特徴とするステータコア製造方法。
   
2. 前記バックヨーク片のステータコア円周方向の一端に凸部を設け、他端に凹部を設けると共に、
   前記凸部は、前記一端の略中央からステータコア内径側に亘る領域内に設けるように打ち抜くことを特徴とする請求項１記載のステータコア製造方法