特開 2025-11940 積層コア

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025011940

(43)【公開日】2025-01-24

(54)【発明の名称】積層コア

(51)【国際特許分類】

   H02K 1/18 20060101AFI20250117BHJP

   H02K 1/22 20060101ALI20250117BHJP

   H01F 3/02 20060101ALI20250117BHJP

   H01F 27/245 20060101ALI20250117BHJP

【ＦＩ】

H02K1/18 B

H02K1/22 Z

H01F3/02

H01F27/245

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023114394

(22)【出願日】2023-07-12

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】金原 宏

【テーマコード（参考）】

5H601

【Ｆターム（参考）】

5H601AA02

5H601AA08

5H601CC01

5H601CC15

5H601DD01

5H601EE19

5H601GA02

5H601GC02

5H601GC12

5H601KK12

(57)【要約】

【課題】、鋼板同士の締結力を高めるとともに、モータ動作時のＮＶの発生を抑制した積層コアを提供する。
【解決手段】鋼板を積層することにより形成される積層コアであって、鋼板２は、積層方向への押圧によって、前記鋼板の板面に凹凸状に形成される第１の球頭部２１と、第１の球頭部２１に近接した位置で、かつ、第１の球頭部２１と同方向の積層方向への押圧によって鋼板の板面に凹凸状に形成される第２の球頭部２２と、を有するカシメ部１１を備え、カシメ部１１は、鋼板２において、第１の球頭部２１を形成する際に生じる積層方向への変形の一部と、第２の球頭部２２を形成する際に生じる積層方向への変形の一部が、互いに重なり合っている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

鋼板を積層することにより形成される積層コアであって、
前記鋼板は、
積層方向への押圧によって、前記鋼板の板面に凹凸状に形成される第１の球頭部と、
前記第１の球頭部に近接した位置で、かつ、前記第１の球頭部と同方向の積層方向への押圧によって前記鋼板の板面に凹凸状に形成される第２の球頭部と、を有するカシメ部を備え、
前記カシメ部は、
前記鋼板において、前記第１の球頭部を形成する際に生じる積層方向への変形の一部と、前記第２の球頭部を形成する際に生じる積層方向への変形の一部が、互いに重なり合っている、
積層コア。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、積層コアに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、モータにおいて利用されるローターやステータには、積層コアが利用されている。この積層コアは、複数の鋼板同士をカシメて積層されている。特許文献１には、ステータをカシメることについて記載されており、このカシメの形状は単純平面の押出し形状である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００１－０９５１８１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

例えば、鋼板同士の締結力を増すためにはカシメ深さを深くすればよいが、深くなりすぎると鋼板の一部が破断してしまう可能性もある。一方で、カシメ深さを浅くして締結力を弱くすると、僅かなアンバランスによって積層間が開いてしまい、この積層コアが利用されているモータの動作時にＮＶ（Noise Vibration）が発生してしまう場合がある。

【0005】

本開示は、鋼板同士の締結力を高めるとともに、モータ動作時のＮＶの発生を抑制した積層コアを提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示にかかる積層コアは、鋼板を積層することにより形成される積層コアであって、前記鋼板は、積層方向への押圧によって、前記鋼板の板面に凹凸状に形成される第１の球頭部と、前記第１の球頭部に近接した位置で、かつ、前記第１の球頭部と同方向の積層方向への押圧によって前記鋼板の板面に凹凸状に形成される第２の球頭部と、を有するカシメ部を備え、前記カシメ部は、前記鋼板において、前記第１の球頭部を形成する際に生じる積層方向への変形の一部と、前記第２の球頭部を形成する際に生じる積層方向への変形の一部が、互いに重なり合っている。
これにより、鋼板において、積層方向に深いカシメ部を形成することができる。

【発明の効果】

【0007】

本開示よれば、鋼板同士の締結力を高めるとともに、モータ動作時のＮＶの発生を抑制した積層コアを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本開示にかかる積層コアの上面図である。

【図2】本開示にかかるカシメ部の形状を示した図である。

【図3】本開示にかかるカシメ部の材料の流入及び流出方向を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

実施の形態１
以下、図面を参照して本実施の形態に係る積層コアについて説明する。図１は、積層コア１の上面図である。言い換えると、図１は、積層コア１の積層方向の端部に配されている鋼板２を上面方向の視点で示した図である。なおここでは、積層コア１について積層方向は上下方向であって、Ｚ方向あるいは高さと記載する場合がある。また、この積層方向に直角である水平の方向を径方向とし、ＸＹ方向として説明する場合がある。

【0010】

図１に示すように、典型的には、積層コア１は軸心や巻線を挿入するための複数の孔が形成されているとともに、上下方向に積層された鋼板同士をカシメるための複数のカシメ部１１が形成されている。なお図１に示すように、典型的には鋼板には、鋼板の中心部を中心とする同一円周上に複数のカシメ部１１が形成されている。

【0011】

図２は、カシメ部１１の形状の一例を示した図である。具体的には、図２（ａ）は、カシメ部１１及びその近傍を径方向からの視点で示した断面図であって、後述する球頭パンチ３１，３２により鋼板２を押圧してカシメ部１１を形成する状態を示している。また、図２（ｂ）は、鋼板２に形成されるカシメ部１１及びその近傍について、鋼板２の板面を上方向からの視点で示した平面図である。なお、図２（ｃ）は、図２（ａ）に示した球頭パンチ３１，３２が設けられている装置３の全体の概略を示した側面図である。

【0012】

図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、カシメ部１１は、第１の球頭部２１と第２の球頭部２２は互いに近接して形成される。例えば、図２（ｃ）に示すように、カシメ部１１を形成する装置には、上下に稼働する上型３ａと固定部である下型３ｂが設けられているとともに、上型３ａには２つの球頭パンチが並列して設けられている。第１の球頭部２１と第２の球頭部２２は、上型３ａの下降により、積層方向である下方向に向けて同時に同方向に押圧されて、鋼板２の板面に凹凸状に形成される。

【0013】

カシメ部１１は、第１の球頭部２１と第２の球頭部２２が近接していることから、鋼板２において、第１の球頭部２１を形成する際に生じる積層方向への変形の一部と、第２の球頭部２２を形成する際に生じる積層方向への変形の一部が、互いに重なり合った状態として形成される。すなわち、第１の球頭部２１の縁部周辺のうち第２の球頭部２２寄りの箇所と、第２の球頭部２２の縁部周辺のうち第１の球頭部２１寄りの箇所が、互いに重なり合う。

【0014】

典型的には、図２（ａ）に示すように、カシメ部１１が形成されている箇所より外側の所定の位置をＡ部、第１の球頭部２１と第２の球頭部２２の間であって上下方向に最も高い位置をＢ部とした場合に、Ｂ部の高さがＡ部の高さより低くなるように、第１の球頭部２１と第２の球頭部２２の形成によって発生したＺ方向への凹凸の変化の一部どうしが重なり合っている。

【0015】

ここで、球頭パンチ３１，３２が設けられている装置によるカシメ部１１を形成する動作と、カシメ部１１を形成することにより発生する材料の流出および周囲からの材料の流入について説明する。

【0016】

図３は、球頭パンチ３１，３２により鋼板２の板面が押圧された場合に、鋼板２を構成している材料のカシメ部１１への流入や流出の方向について示した図である。図３（ａ）は、カシメ部１１及びその近傍を径方向からの視点で示した断面図であって材料の移動を矢印で示しており、図３（ｂ）は、カシメ部１１及びその周囲について図２（ｂ）と同様に上面からの視点で示した図であって、材料の移動方向を矢印で示している。

【0017】

ここでは、第１の球頭部２１と第２の球頭部２２が連続している方向かつ水平な方向をＸ方向とし、さらに、水平方向においてＸ方向に対して直角である方向をＹ方向として説明する。また以下では、第１の球頭部２１と第２の球頭部２２を間であるＢ点が鋼板２の中心であって、鋼板２の内側であるものとして説明する。

【0018】

ここで鋼板２では、カシメ部１１を形成するために球頭パンチ３１，３２により押圧を行うと、周囲からカシメ部１１に材料が流入する。

【0019】

より具体的には、図３（ａ）に示すように、球頭パンチ３１が鋼板２を押圧すると、Ｘ方向外側であるａ方向から第１の球頭部２１に材料が流入する。同様に、球頭パンチ３２が鋼板２を押圧すると、第２の球頭部２２には、Ｘ方向外側であるｄ方向から材料が流入する。

【0020】

さらに同様に図３（ｂ）に示すように、Ｙ方向について、第１の球頭部２１には外側であるｂ方向及びｆ方向から材料が流入し、第２の球頭部２２には外側であるｃ方向及びｅ方向から材料が流入する。すなわち、第１の球頭部２１や第２の球頭部２２に向けて、周囲から材料が流入する。

【0021】

一方で、このとき第１の球頭部２１と第２の球頭部２２の間の位置であるＢ部では、第１の球頭部２１側と第２の球頭部２２側の両方に材料が流れる力が働き、Ｘ方向に伸ばされて平面ひずみの状態となる。

【0022】

さらにこのとき、Ｂ部の位置におけるＹ方向外側であるｇ方向及びｈ方向側から、Ｂ部に向けて材料が流入する。このＢ部へのＹ方向の材料の流入は、第１の球頭部２１へのｂ方向及びｆ方向からの材料の流入、及び、第２の球頭部２２へのｃ方向及びｅ方向からの材料の流入により促されることにより行われる。

【0023】

したがって、Ｂ部ではＸ方向に材料の流出が行われる状態であるとともに、Ｙ方向に材料の流入が行われる状態である。

【0024】

ここでＢ部におけるＸ方向の平面ひずみだけで考えた場合には、Ｂ部では成形限界の外の領域、すなわち破断が生じるような板厚減少を生じる状態となる。一方で、Ｙ方向については、ｇ方向及びｈ方向側からＢ部に向けて、Ｘ方向のひずみによる板厚減少以上の材料が流入される状態となる。したがって鋼板２は、Ｂ部で破断を生じることなく、Ｚ方向に深い凹凸形状を有するカシメ部１１を形成することができる。

【0025】

このようにして、鋼板２において、積層方向に大きく突出する凹凸状のカシメ部１１を形成し、積層した鋼板２同士の締結力を強化することができる。したがって、モータを高出力化した場合であっても、ＮＶの発生が抑制された積層コアを提供することができる。

【0026】

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。すなわち上記の記載は、説明の明確化のため、適宜、省略及び簡略化がなされており、当業者であれば、実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能である。

【0027】

上記の積層コア１は、モータに利用されるロータコアとして用いることが最適事例である。これは、ロータは回転動作を行うため、積層される鋼板２同士に強い締結力が必要となるからである。

【0028】

一方で、積層コア１は、ステータコアであってもよい。但しこの場合には、勘合長さが長くなり、それだけカシメ部における渦損が大きくなる背反があることから、上述したように第１の球頭部２１と第２の球頭部２２の一部が重なり合うカシメ部１１を形成する場合であっても、カシメ部１１をＺ方向に深く形成し過ぎないように大きさを調整する必要がある。

【0029】

なお、ロータにおける渦損はトルクに対する寄与が小さく、ステータの２％程度と無視できる程度である。したがってこの点においても、Ｚ方向に凹凸が大きいカシメ部１１が形成される上述の積層コア１は、ロータコアとしての利用が適している。

【0030】

また、この積層コア１が利用されるモータとしては、磁石埋込式であるＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）モータが最適である。しかしながら、上述のカシメ部１１の形成は、誘導モータのロータや、アウターロータのモータ、アキシャルギャップモータにも適用可能である。すなわち、鋼板が積層された状態で利用される回転体であれば、鋼板どうしで強い締結力が必要であるため、第１の球頭部２１と第２の球頭部２２の一部どうしが重なり合うカシメ部１１を形成することが有効である。

【0031】

また、鋼板２には電磁鋼板を利用することが最適であるが、近年では、低損失なアモルファス箔の適用が検討されている。ここで、アモルファス箔は非常に硬く延性に欠けるという特徴があり、そのため現状ではアモルファス箔において、第１の球頭部２１と第２の球頭部２２の一部が重なり合う状態でＺ方向に深いカシメ部１１を設けることは困難である。しかしながら、将来的に延性を有したアモルファス箔が開発された場合には、第１の球頭部２１と第２の球頭部２２の一部どうしを重ね合わせたカシメ部１１を設けて、板同士の締結力を強固にすることができる。

【0032】

また、上述したモータは車両等において利用される駆動用モータに限られず、ワイパーの駆動用のモータ等のスポット的に使うモータに利用される積層コアに、利用することができる。例えば、これらのスポット的に利用されるモータには、ＳＰＣ（Steel Plate Cold：冷延鋼板）を使ったモータも存在し、このＳＰＣは電磁鋼板と同等以上の延性を有しているため、第１の球頭部２１と第２の球頭部２２の一部どうしを重ね合わせたカシメ部１１を形成することができる。このように、上記で説明した鋼板２は電磁鋼板に限られず、適宜変更可能である。

【0033】

また、第１の球頭部２１と第２の球頭部２２のＲ寸法やカシメ深さ等の寸法については、任意に設定することができる。

【0034】

また、１つのカシメ部１１は、２つの球頭部２１、２２を近接させた状態で形成するものとして説明したが、１つのカシメ部１１を構成する球頭部の個数は２つに限られず、例えば３個や４個等であっても良い。

【0035】

ここで、１つのカシメ部１１を構成する球頭部の個数を増やした場合には、それだけ勘合長が長くなることから、鋼板２どうしでより強固な締結が可能となる。その一方で、１つのカシメ部１１を構成する球頭部の個数を増やすと、周囲からのカシメ部１１への材料の流入が促進されるため、カシメ部１１の周囲に配されている磁石挿入用の孔などが変寸されやすくなる。

【0036】

したがって、１つのカシメ部１１は、２つの球頭部２１、２２によって構成されていることが最適である場合が多いが、鋼板２の状態に応じて、１つのカシメ部１１を構成する球頭部の個数を適宜変更することができる。

【符号の説明】

【0037】

１ 積層コア
２ 鋼板
１１ カシメ部
２１ 第１の球頭部
２２ 第２の球頭部
３１ 球頭パンチ

【図1】

【図2】

【図3】