JP2017135970A - ステータ、及び、ステータの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】補助ヨークをメインヨークに対してスムーズに組み付ける。
【解決手段】回転軸１１に固定された電機子を格納する有底円筒状の回転電機のステータにおいて、ステータは、有底円筒状に形成されたメインヨーク２１と、メインヨーク２１の外周面に配置された補助ヨーク２２と、メインヨーク２１の内部において電機子の外側面と対向するように配置される界磁用のマグネット２３とを有する。補助ヨーク２２は、メインヨーク２１の外周面と補助ヨーク２２の内周面との間に隙間が形成された状態でメインヨーク２１に嵌め込まれてメインヨーク２１に溶接されている。また、メインヨーク２１における補助ヨーク２２の溶接箇所は、メインヨーク２１の周方向においてスポット状に存在している。
【選択図】図４Ａ

Description

本発明は直流モータのステータ及びその製造方法に係り、特に、ヨークに特徴を有するステータ及びその製造方法に関するものである。

直流モータの構成は、一例を挙げると、回転軸に固定された電機子及び整流子と、この電機子の外側を被覆するカップ状のヨークと、このヨークの内壁面に固定された界磁用のマグネット等を有して構成されている。このマグネットは、ヨーク内部に電機子を配設した際に、電機子の側面と対面するように構成されている。

そして、カップ状のヨークの開口側はブラケットにより閉塞されている。なお、ブラケットには、回転軸を突出させるための孔が形成されており、この構成により、回転軸の出力側端部は、出力側へと突出できるように構成されている。また、ヨークの底部とブラケットの孔部付近には、軸受が配設されており、これらの軸受によって回転軸は回転可能に支持されることとなる。また、ブラケットには、ブラシが配置されており、このブラシの径方向内側端部が整流子に摺接するように構成されている。これにより、外部電源に接続されたブラシから、整流子へと電流が供給される。そして、整流子による整流により電流方向が切り替えられる電機子と、界磁用のマグネットとの相互作用によって、この電機子は回転し、ロータとして機能する。

上記のようなヨークは、単に、電機子を被覆したりマグネットを支持したりするだけのものではなく、磁気回路としての役割を果たすものである。このため、磁気回路を構築するために、ヨークの肉厚を所定以上確保する必要がある。

しかしながら、従来のヨークは、磁気回路として必要な肉厚を素材板厚として絞ることにより製造されるため、磁気回路として必要の無い部分の肉厚もまた、磁気回路として必要な部分と同様の肉厚に形成される。つまり、磁気回路として必要の無い部分の肉厚が大きくなることとなる。このため、素材費用が大きくなるとともに、ヨークの質量が大きくなるという問題があった。よって、このような問題を解決するための技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、直流電動機のフレーム構造が開示されている。本技術においては、回転子鉄心は、カップ状のフレーム（メインヨークに相当）に囲繞されており、このフレームの円筒部外側面には、リング状の補助フレームが配置されている。このように構成されていることで、全体としては、肉厚の小さいフレームを作成し、磁気回路として肉厚を大きくする必要がある部分は、補助フレーム（補助ヨークに相当）を巻装することにより、磁気回路として必要な肉厚を確保することができる。そして、補助フレームを用いることで、磁気回路として必要な部分のみ肉厚を大きくし、その他の部分は肉厚を小さくすることができる。この結果、フレームの素材費用低減及び軽量化を図ることができる。

実開平０６−０３１３５４号公報

ところで、上記の補助ヨークは、メインヨークに対して圧入されることで当該メインヨークに組み付けられることがある。この際、補助ヨークをメインヨークに対してスムーズに組み付けられるのが望ましい。一方、補助ヨークをメインヨークに圧入する際にメインヨークに対して補助ヨークから過度な接触圧が作用すると、メインヨークの外周面に形成されたメッキ膜が剥離したり、メインヨークの内側に配置された界磁用のマグネットが破損したりする虞がある。

また、メインヨークに補助ヨークを組み付けることで構成されたステータを備えるモータが車両に搭載され、その車両が走行している際に上下振動が発生すると、その振動は、上記のステータまで伝達される。これにより、補助ヨークに対して負荷荷重が作用する虞がある。

そこで、本発明の目的は、上記の課題を解決することにあり、具体的には、補助ヨークをメインヨークに対してスムーズに組み付けることが可能なステータ及びその製造方法を提供することである。
さらに、本発明の他の目的は、メインヨークに補助ヨークが嵌め込まれることで構成されたステータを有する回転電機が車両に搭載されている場合において、車両走行時に生じる上下振動によって補助ヨークに作用する負荷荷重を低減させることである。

上記課題は、本発明に係るステータによれば、回転軸に固定された電機子を格納する有底円筒状の回転電機のステータであって、該ステータは、有底円筒状に形成されたメインヨークと、該メインヨークの外周面に配置された補助ヨークと、前記メインヨークの内部において前記電機子の外側面と対向するように配置される界磁用のマグネットと、を有し、前記補助ヨークは、前記メインヨークの径方向において前記メインヨークの外周面と前記補助ヨークの内周面との間に隙間が形成された状態で前記メインヨークに嵌め込まれて前記メインヨークに溶接されており、前記メインヨークにおける前記補助ヨークの溶接箇所は、前記メインヨークの周方向においてスポット状に存在していることにより解決される。

上記のように構成された本発明のステータでは、補助ヨークがメインヨークの外周面と補助ヨークの内周面との間に隙間が形成された状態でメインヨークに嵌め込まれている。すなわち、補助ヨークは、メインヨークに対して隙間嵌めされている。これにより、補助ヨークがメインヨークに対してスムーズに組み付けられると共に、補助ヨークをメインヨークに嵌め込む際に補助ヨークからメインヨークに作用する接触圧が抑えられる。この結果、補助ヨークの組み付け時にメインヨークにおいてメッキ膜の剥離やマグネットの破損が生じるのを回避することが可能となる。
また、補助ヨークは、スポット溶接にてメインヨークに固定されている。これにより、メインヨークに補助ヨークを溶接する際に、補助ヨークの全周に亘って溶接する場合よりも簡単に補助ヨークを溶接することが可能となる。

また、上記の構成において、前記ステータは、車両に搭載される前記回転電機のステータであり、前記溶接箇所は、前記車両の高さ方向において前記回転軸の中心位置を基準として設定された位置に存在しているとよい。
特に、前記溶接箇所は、前記高さ方向において前記回転軸の中心位置の直上位置に存在していると好適である。かかる構成であれば、溶接箇所が回転軸の中心位置から見て振動方向と略同じ方向に位置するため、車両走行時に生じる上下振動によって補助ヨークに作用する負荷荷重を低減させることが可能となる。

なお、上記の構成において、前記溶接箇所は、前記回転軸の中心位置を基準として対称となる位置に複数存在していてもよい。
あるいは、上記の構成において、前記溶接箇所は、三つ以上存在し、三つ以上の前記溶接箇所のうちの一つは、前記高さ方向において前記回転軸の中心位置の直上位置または直下位置に存在し、三つ以上の前記溶接箇所のうちの二つは、前記回転軸の中心位置を基準として対称となる位置に存在していてもよい。

また、上記の構成において、前記補助ヨークの肉厚は、前記マグネットの肉厚より小さく、前記メインヨークの肉厚よりも大きく形成されているとよい。かかる構成によれば、面積の広いメインヨークの部分を薄肉化でき、ステータの軽量化及び製造コスト低減を図ることができる。

また、上記の構成において、前記補助ヨークは円環状の部材であり、前記補助ヨークの内径が前記メインヨークの外径よりも大きいとよい。かかる構成であれば、多極の回転電機であっても、補助ヨークが、磁束密度の高い箇所を円環状に連結することができ、好適な磁気回路を形成することができる。また、補助ヨークの内径がメインヨークの外径よりも大きいので、補助ヨークをメインヨークに対してスムーズに嵌める（隙間嵌めする）ことが可能となる。

また、上記の構成において、前記補助ヨークには、前記マグネットの極数分の孔部が形成されており、前記孔部は、前記周方向において、前記メインヨークの内周面に貼設された前記マグネットが存在する範囲内に配置され、前記補助ヨークにおける前記孔部以外の肉部のうち、隣接する孔部間に配置される部分は、前記周方向において、前記メインヨークの内周面に貼設された隣接するマグネット間を跨ぐ位置に配置されているとよい。
上記の構成において、磁束密度が低いマグネット中央部分には、孔部により補助ヨークが対向しない状態とする。一方、孔部以外の肉部のうち、隣接する孔部間に配置される部分は、メインヨークの周方向において、メインヨークの内周面にて隣接しているマグネット間を跨ぐ位置（つまり、磁束密度が高い位置に対向するように）に配置されている。
以上により、磁束密度の高い箇所をカバーしつつマグネット間を連結し、適正な磁気回路を構築することができる。また、補助ヨークのうち、カバーが不要な箇所に孔部を形成することで、軽量化が図れると共に、製造コストが低減される。

また、前述の課題は、本発明のステータの製造方法によれば、回転軸に固定された電機子を格納する有底円筒状の回転電機のステータの製造方法であって、前記ステータは、有底円筒状に形成されたメインヨークと、該メインヨークの外周面に配置された補助ヨークと、前記ステータの内周面において前記電機子の外側面と対向するように配置される界磁用のマグネットと、を有するものであり、前記メインヨークの径方向において前記メインヨークの外周面と前記補助ヨークの内周面との間に隙間が形成された状態で、前記補助ヨークを前記メインヨークに嵌め込む工程と、前記メインヨークに嵌め込まれた前記補助ヨークを、前記メインヨークの周方向において前記メインヨークにおける前記補助ヨークの溶接箇所がスポット状に存在するように、前記メインヨークに溶接する工程と、を行うことにより解決される。
上記の方法であれば、補助ヨークをメインヨークに対してスムーズに組み付けることが可能であり、また、補助ヨークをメインヨークに嵌め込む際に補助ヨークからメインヨークに作用する接触圧を抑えられる。この結果、補助ヨークの組み付け時にメインヨークにおいてメッキ膜の剥離やマグネットの破損が生じるのを回避することが可能となる。
さらに、補助ヨークをスポット溶接にてメインヨークに固定するので、補助ヨークの全周に亘って溶接する場合よりも簡単に補助ヨークを溶接することが可能である。

また、上記の方法において、前記ステータは、車両に搭載される前記回転電機のステータであり、前記補助ヨークを前記メインヨークに溶接する工程では、前記溶接箇所が前記車両の高さ方向において前記回転軸を基準として設定された位置に存在するように、前記補助ヨークを前記メインヨークに溶接するとよい。
上記の方法であれば、補助ヨークをメインヨークに溶接する際、その溶接箇所を振動方向との関係で適切な位置に設定することで、車両走行時に生じる上下振動によって補助ヨークに作用する負荷荷重を低減させることが可能となる。

本発明に係るステータによれば、メインヨークと補助ヨークとを組み合わせることで、磁気回路を構成するヨークが形成されている。そして、本発明に係るステータでは、ヨークを形成するにあたり、補助ヨークをメインヨークに対してスムーズに組み付けることが可能である。これにより、補助ヨークをメインヨークに組み付ける際には、補助ヨークからメインヨークに作用する接触圧が抑えられるようになる。この結果、補助ヨークの組み付け時にメインヨークにおいてメッキ膜の剥離やマグネットの破損が生じるのを回避することが可能となる。
さらに、本発明によれば、メインヨークに補助ヨークを組み付けて構成されたステータを備える回転電機が車両に搭載されている場合、その車両が走行しているときに生じる上下振動によって補助ヨークに作用する負荷荷重を低減させることが可能となる。

本発明の一実施形態に係るモータの概略構成図である。 本発明の一実施形態に係るモータの、車両における設置位置についての説明図である。 本発明の第１実施例に係るステータの構造及び製法を示す図である（その１）。 本発明の第１実施例に係るステータの構造及び製法を示す図である（その２）。 参考例に係るステータの構造及び製法を示す図である（その１）。 参考例に係るステータの構造及び製法を示す図である（その２）。 参考例に係るステータの構造及び製法を示す図である（その３）。 参考例に係るステータの構造及び製法を示す図である（その４）。 本発明の第１実施例に係るステータの構造及び製法を示す図である（その３）。 本発明の第１実施例に係るステータの断面図である。 本発明の第１実施例に係るステータの側面図である。 溶接箇所についての第一変形例を示す図である。 溶接箇所についての第二変形例を示す図である。 磁束密度の分布状態についての説明図である。 本発明の第２実施例に係るステータの側面図である。 図８ＡのＸ−Ｘ断面を示す図である。 本発明の第２実施例に係るステータの製造方法を示す図である。

以下では、本発明の具体的な実施形態（以降、本実施形態）について図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する構成は本発明を限定するものでなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。

図１乃至図９は、本発明のステータの一例を示す図である。具体的に説明すると、図１は、本実施形態に係るステータを利用したモータの構成例を示す概略図である。図２は、図１に図示のモータを車両に搭載したときのモータ設置箇所を示す図である。図３Ａ乃至３Ｇは、第１実施例に係るステータ（第１ステータ）の構造及び製造方法についてのバリエーションを示す図である。なお、図３Ｃ〜図３Ｆは、参考例に係る製造方法によって製造された第１ステータを図示している。図４Ａ及び図４Ｂは、第１ステータの断面図及び側面図である。なお、図４Ａは、図１のＡ−Ａ断面図であるが、説明の都合上、同図にはヨーク、マグネット及びロータの一部（具体的には回転軸）のみを図示しており、それ以外の部品については図示を省略している。

図５及び図６は、後述する補助ヨークの溶接箇所に関するバリエーションを示す図である。なお、図５及び図６は、図４Ａと対応した図であり、図４Ａと同様、ヨーク、マグネット及びロータの一部（具体的には回転軸）のみを図示しており、それ以外の部品については図示を省略している。図７は、マグネット間における磁束密度の分布状態を模式的に示した図である。

図８Ａ及び図８Ｂは、第２実施例に係るステータ（第２ステータ）の断面図及び側面図である。なお、図８Ｂは、図８ＡのＸ−Ｘ断面図であるが、説明の都合上、同図にはヨーク、マグネット及びロータの一部（具体的には回転軸）のみを図示しており、それ以外の部品については図示を省略している。図９は、第２ステータの製造方法の手順を示す図である。

以下に説明する実施形態は、補助ヨークを用いて磁気回路としての機能を発揮するステータであって、補助ヨークをメインヨークに対して容易に固定することが可能なステータ及びその製造方法に関するものである。また、以下では、本実施形態について複数の具体例（具体的には、第１実施例及び第２実施例）を挙げて説明する。

ちなみに、以下の説明中、「出力側」は、モータの動力が伝達されていく側を意味し、図１では紙面の左側に相当する。また、「基端部側」は、出力側とは反対側を意味し、図１では紙面の右側に相当する。

各実施例について説明するにあたり、図１及び２を参照しながら本発明のステータを利用したモータ（以下、モータＭ）の基本構成を説明する。なお、以下に説明するモータＭの構成は、一例に過ぎず、これに限定されるものではない。

モータＭは、回転電機の一例であり、具体的には、図１に図示した構造の直流モータである。また、本実施形態に係るモータＭは、自動車（車両）に搭載されており、例えば自動車の電動パワーステアリング装置に使用され、図２に示すようにハンドル５のステアリングシャフト６に取り付けられている。

より詳しく説明すると、モータＭは、図２に示すように、横置きの姿勢にてステアリングシャフト６に取り付けられている。つまり、モータＭは、回転軸１１の軸方向（以下、単に軸方向）が自動車の高さ方向に対して直交した状態で車内に配置されている。ここで、自動車の高さ方向は、自動車が水平面上を走行しているときの鉛直方向と一致する。したがって、以下では、特に断る場合を除き、自動車の高さ方向を「鉛直方向」と呼ぶこととする。

次に、モータＭの構成機器について説明すると、モータＭは、図１に示すように、ロータ１と、ステータ２と、エンドプレート３と、ブラシ４と、を有する。ロータ１は、図１に示すように、回転中心となる回転軸１１と、電機子１２と、整流子１３と、を有する。

電機子１２は、回転軸１１に固定された状態で回転軸１１と一体回転可能に組み付けられており、ロータコア１２Ａと、ロータコア１２Ａに巻装されるコイル１２Ｂとによって構成されている。整流子１３は、円筒形状をなし、回転軸１１において電機子１２によりも出力側に固定されており、回転軸１１と一体的に回転可能である。また、整流子１３（正確には、整流子１３の構成部品として円周状に並んだ整流子片の各々）は、電機子１２を構成するコイル１２Ｂと電気的に接続されている。

ステータ２は、電機子１２を格納する有底円筒状の部品であり、有底円筒状に形成されたメインヨーク２１と、メインヨーク２１の外側に配置される補助ヨーク２２と、界磁用のマグネット２３と、を有して構成されている。

メインヨーク２１は、カップ形状の磁性体であり、磁性体からなる素材（メインヨーク形成用板素材）を、底部とは反対側に開口部を有するように絞り加工されることで成形されている。メインヨーク２１の底部の中央部分には、基端部側に突出するカップ形状の軸受配設部２１Ａが形成されている。軸受配設部２１Ａの内部には円環状のボール軸受Ｋ１が配置されており、このボール軸受Ｋ１により回転軸１１の基端部側の端部が回転可能に軸支されている。なお、メインヨーク２１のうち、軸受配設部２１Ａ以外の部分を、以下では「メインヨーク本体部２１Ｂ」と呼ぶ。

メインヨーク本体部２１Ｂは、その内周面に貼設されたマグネット２３、２３間を磁束で結合して磁気回路を構成する役割を果たす。また、メインヨーク本体部２１Ｂの出力側端部に設けられた開口部は、エンドプレート３（ブラシホルダ）によって閉塞されている。また、エンドプレート３の中央部には、回転軸１１の出力側端部を貫通させるための貫通孔が形成されており、当該貫通孔の内壁面には円環状のボール軸受Ｋ２が配置されている。このボール軸受Ｋ２により、回転軸１１の出力側の端部が回転可能に軸支されている。

さらに、エンドプレート３の基端部側の面にはブラシ４が配置されている。ブラシ４は、角柱状の部材であり、径方向中央側の端部が整流子１３（厳密には、整流子１３を構成する複数の整流子片の各々）の外側面と当接するように構成されている。そして、ブラシ４には不図示の外部電源から電流が供給され、この電流が整流子１３により整流されて電機子１２中のコイル１２Ｂを流れる。

界磁用のマグネット２３は、瓦型の永久磁石であり、メインヨーク本体部２１Ｂの内側壁（内周面）に複数個、より厳密には極数に対応する個数だけ貼設されている。なお、以下に説明するモータの構成例では４極の構造となっており、すなわち、４個のマグネット２３がメインヨーク２１の内部に固定されている。各マグネット２３は、メインヨーク本体部２１Ｂの内部において、電機子１２の外側面と対面するように配置されている。そして、電機子１２中のコイル１２Ｂ内に整流電流が流れると、当該電機子１２とマグネット２３との相互作用によりロータ１が回転する。

補助ヨーク２２は、円環状の磁性体からなる部材であり、メインヨーク２１の磁気回路としての役割を補強するためにメインヨーク本体部２１Ｂの外周面（側胴部）に巻き付けた状態でメインヨーク２１に固定されている。つまり、メインヨーク２１と補助ヨーク２２とは、協働して１個のヨークをなしている。

具体的に説明すると、補助ヨーク２２は、その内周面がメインヨーク２１の外周面と対向するようにメインヨーク２１に組み付けられることで、メインヨーク２１と共にヨークを構成している。より詳しく説明すると、メインヨーク２１の外径よりも僅かに大きくなっている。そして、補助ヨーク２２は、メインヨーク２１の底から図１中の矢印方向に沿って嵌め込むことでメインヨーク２１に組み付けられる。この際、補助ヨーク２２は、メインヨーク２１の外周面と補助ヨーク２２の内周面との間に隙間が形成された状態でメインヨーク２１に嵌め込まれる。すなわち、補助ヨーク２２は、メインヨーク２１に対して隙間嵌めされる。

以上のように本実施形態では、補助ヨーク２２がメインヨーク２１に対して隙間嵌めされるので、補助ヨーク２２をスムーズにメインヨーク２１に組み付けることが可能である。また、補助ヨーク２２をメインヨーク２１に隙間嵌めによって嵌め込むので、補助ヨーク２２からメインヨーク２１に作用する接触圧が抑えられる。この結果、接触圧が過度に高くなった場合にメインヨーク２１に生じる不具合、例えば、メインヨーク２１の外周面におけるメッキ膜の剥離やメインヨーク２１の内側におけるマグネット２３の破損を回避することが可能となる。

そして、補助ヨーク２２は、図１に図示した補助ヨーク２２の位置までメインヨーク２１に嵌め込まれた後、メインヨーク２１に溶接にて固定される。

ちなみに、本実施形態とは異なる構成ではあるが、メインヨーク２１の外側に補助ヨーク２２を配置するのではなく、メインヨーク２１の内側に補助ヨーク２２を配置することも可能である。かかる場合には、補助ヨーク２２よりも内側（径方向内側）にマグネット２３を配設することになる。

＜第１実施例＞
次に、第１実施例に係るステータ２（以下、第１ステータ２Ａ）の構成について説明する。第１ステータ２Ａの製造方法は、複数種類考えられる。まず、図３Ａ乃至図３Ｇを参照しながら、第１ステータ２Ａの製造方法について説明する。ちなみに、図３Ｃ〜図３Ｆに図示の製造方法は、参考例に係る第１ステータ２Ａの製造方法である。

図３Ａ〜図３Ｄに図示の製造方法では、まず、メインヨーク２１を絞り加工により形成する工程（メインヨーク形成工程）を行う。その後、補助ヨーク２２をメインヨーク２１に嵌め込む工程（補助ヨーク嵌め込み工程）を行う。この際、メインヨーク２１の外周面と補助ヨーク２２の内周面との間に隙間が形成された状態で、図３Ａ〜図３Ｄに図示の矢印方向に沿って補助ヨーク２２をメインヨーク２１の底から嵌め込む（つまり、隙間嵌めする）。

そして、補助ヨーク２２がメインヨーク２１の外周面上の所定位置に達した後、補助ヨーク２２をメインヨーク２１に溶接する工程（溶接工程）を行う。その後、マグネット２３をメインヨーク２１内に固定する工程（マグネット固定工程）を行う。なお、図３Ａ〜図３Ｄでは、補助ヨーク２２の軸方向長さ（全長）が各マグネット２３の軸方向長さ（全長）よりも短くなるように構成されている。つまり、図３Ａ〜図３Ｄの補助ヨーク固定工程では、メインヨーク２１の外周面に対し、マグネット２３の軸方向の長さよりも小さい軸方向の長さを有するように形成された補助ヨーク２２を固定する。

以下、それぞれの製造方法についてより詳細に説明する。
図３Ａの製造方法では、バーリング加工した補助ヨーク２２を、同図に図示の矢印方向に沿ってメインヨーク２１の底部からメインヨーク２１に嵌め込み、その後、補助ヨーク２２をメインヨーク本体部２１Ｂに溶接（厳密には、スポット溶接）にて固定する。その後、マグネット２３をメインヨーク本体部２１Ｂの内側壁（内周面）に貼設する。

図３Ｂの製造方法では、丸目加工した補助ヨーク２２を、同図に図示の矢印方向に沿ってメインヨーク２１の底部からメインヨーク２１に嵌め込み、その後、補助ヨーク２２をメインヨーク本体部２１Ｂに溶接（厳密には、スポット溶接）にて固定する。その後、マグネット２３をメインヨーク本体部２１Ｂの内側壁（内周面）に貼設する。

図３Ｃの製造方法は、図３Ｂにおける補助ヨーク２２の固定方法を溶接から接着剤に換えたものであり、それ以外の点では図３Ｂの製造方法と共通する。図３Ｄは、図３Ａにおける補助ヨーク２２の固定方法を溶接からＴＯＸかしめ（冷間組成成型を利用してボタン形状の接合部を形成して接合する方法）に換えたものであり、それ以外の点では図３Ａの製造方法と共通する。

図３Ｅ及び図３Ｆの各々の製造方法は、いずれも、メインヨーク形成用板素材と補助ヨーク形成用板素材とを同時に絞り加工する方法である。なお、図３Ｅの製造方法は、補助ヨーク２２をメインヨーク２１の内周面に配設する場合に適用される。図３Ｆの製造方法は、補助ヨーク２２をメインヨーク２１の外周面に配設する場合に適用される。

メインヨーク形成用板素材と補助ヨーク形成用板素材とを同時に絞り加工する方法について、以下、その一例を簡単に説明する。まず、磁性体で構成された円盤形状の板体であるメインヨーク形成用板素材と、磁性体で構成された円盤形状の板体である補助ヨーク形成用板素材とを同心円状に積層した状態で、パンチホルダと第１ダイとの間に配置する。

この際、メインヨーク形成用板素材と補助ヨーク形成用板素材との積層順及び径サイズの大小を調整することにより、補助ヨーク２２をメインヨーク２１の外側に形成するか内側に形成するかを選択することが可能である。例えば、図３Ｅのようにメインヨーク２１の内周面に補助ヨーク２２を形成する場合には、第１パンチ（先端が半球ドーム状に形成されたパンチ）に近接する側に補助ヨーク形成用板素材を配置し、第１パンチの進行方向側にメインヨーク形成用板素材を積層するとよい。なお、補助ヨーク形成用板素材の径がメインヨーク形成用板素材の径よりも小さくなるように、ヨーク各部の形状が決められる。

他方、図３Ｆのようにメインヨーク２１の外周面に補助ヨーク２２を形成する場合には、メインヨーク形成用板素材と補助ヨーク形成用板素材との位置関係が上記と逆になるが、以降の絞りの工程に関しては、同様である。

そして、積層状態にあるメインヨーク形成用板素材及び補助ヨーク形成用板素材を、パンチホルダと第１ダイとの間に挟持し、第１パンチを第１ダイに向かって進行させることにより一次絞りが行われる。この一次絞りが行われることにより、メインヨーク形成用板素材の内側面に補助ヨーク形成用板素材が配置された円筒部と、この円筒部の一端部と連続する半球状部分と、により構成されたカップ状の部材が形成される。

そして、上記の半球状部分に軸受配設部２１Ａを形成するために、当該軸受配設部２１Ａの形状に整合する形状を有する第２ダイをセットし、先端部分が軸受配設部２１Ａと整合する形状に形成された第２パンチを進行させる。このようにして、軸受配設部２１Ａの形状を形成する二次絞りが行われる。以上のような手順によりメインヨーク２１と補助ヨーク２２とを同時に絞り込むことで、メインヨーク２１に対して補助ヨーク２２が固定（配設）される。その後、マグネット２３をメインヨーク２１の所定位置に配置する。なお、図３Ｅ及び図３Ｆでは、補助ヨーク２２の軸方向長さ（全長）が各マグネット２３の軸方向長さ（全長）よりも短くなるように構成されている。

図３Ｇの製造方法は、本実施形態に係るステータ２（第１ステータ２Ａ）の製造方法の一例である。図３Ｇの製造方法は、補助ヨーク２２の軸方向長さ（全長）が各マグネット２３の軸方向長さ（全長）よりも長くなるように構成されている点で図３Ａの製造方法と異なるが、それ以外の点では図３Ａと共通する。

以上までに述べた各種の製造方法により、第１ステータ２Ａが製造される。なお、マグネット２３の固定方法については、特に限定されるものではなく、接着剤による貼り付け以外の方法、例えば、溶接によって固定してもよい。

ところで、補助ヨーク２２をメインヨーク２１に固定する際には、メインヨーク２１の外径精度及び内径精度を向上させる必要がある。一方、補助ヨーク２２をメインヨーク２１に嵌め込む際に補助ヨーク２２を圧入すると、メインヨーク２１が変形してメインヨーク２１の真円度が低下する可能性がある。メインヨーク２１の真円度が低下すると、マグネット２３の取り付け精度が低くなり、メインヨーク２１内においてマグネット２３が適切に固定されない虞がある。また、メインヨーク２１の真円度の低下は、コギングトルクやトルクリップルの増加という弊害をもたらす。

そこで、上述の図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｇの製造方法では、補助ヨーク２２をメインヨーク２１に対して隙間嵌めする。このため、前述したように、補助ヨーク２２を嵌め込む際に補助ヨーク２２からメインヨーク２１に対して過度な接触圧が作用するのを抑えられる。

さらに、上記三つの製造方法では、補助ヨーク２２をメインヨーク２１の底部から嵌め込む。以上により、メインヨーク２１の変形を抑えながら補助ヨーク２２をメインヨーク２１に対して嵌め込むことが可能となる。より詳しく説明すると、メインヨーク２１は、絞り加工により形成されるが、この際、素材（メインヨーク形成用板素材）の肉が逃げて絞り加工される。つまり、メインヨーク２１のうちの筒状部（メインヨーク本体部２１Ｂ）の肉厚は、出力側（開口部側）でより厚くなり、底部側でより薄くなる。また、メインヨーク２１の底部が円形となっているので、仮にメインヨーク２１の外周面に補助ヨーク２２からの接触圧が作用したとしても、真円度を良好に維持することが可能となる。

なお、図３Ｅや図３Ｆのように、メインヨーク形成用板素材及び補助ヨーク形成用板素材を同時に絞り加工する方法でも、メインヨーク２１の変形を抑えながら補助ヨーク２２を配設することが可能となる。また、図３Ｅ及び図３Ｆの製造方法によれば、補助ヨーク２２を含むヨークの製造コストを抑えることが可能となる。さらに、図３Ｅ及び図３Ｆの製造方法では、補助ヨーク２２を圧入する際にメインヨーク２１の外周面に形成されたメッキ膜が剥離するという不具合を回避することが可能となる。また、接着材にて補助ヨーク２２をメインヨーク２１の外周面に固定する場合には、接着材のはみ出しによる外観不良が懸念されるが、図３Ｅ及び図３Ｆの製造方法であれば、かかる懸念も解消される。

次に、第１ステータ２Ａの構成例について、図４Ａ及び４Ｂを参照しながら説明する。
第１ステータ２Ａのヨークは、前述したように、メインヨーク２１の外周面に沿わせて補助ヨーク２２を嵌め込むことで構成されている。つまり、補助ヨーク２２は、補助ヨーク２２とマグネット２３との間にメインヨーク２１を挟むように配置される。

また、補助ヨーク２２は、メインヨーク２１に溶接されている。厳密に説明すると、補助ヨーク２２は、メインヨーク２１に対してスポット溶接されている。つまり、メインヨーク２１における補助ヨーク２２の溶接箇所は、メインヨーク２１の周方向においてスポット状に存在している。また、溶接箇所は、鉛直方向において回転軸１１の中心位置を基準として設定された位置に存在している。

より詳しく説明すると、図４Ａに示すように、溶接箇所（図中、黒丸にて表記）は、鉛直方向において回転軸１１の中心位置の直上位置に一つのみ存在している。具体的に説明すると、回転軸１１の中心位置を通って鉛直方向に平行な仮想面（図４Ａ中、一点鎖線にて表記）とメインヨーク２１の外周面とが交差する箇所のうち、より上方に位置する交差箇所が溶接箇所に該当する。

以上のように補助ヨーク２２がスポット溶接にてメインヨーク２１に固定されているので、補助ヨーク２２の全周に亘って溶接（全周溶接）する場合と比較して、補助ヨーク２２の溶接作業（固定作業）が容易となる。かかる効果は、特に溶接箇所が１か所のみである場合に顕著に奏される。

また、補助ヨーク２２がメインヨーク２１にスポット溶接されている箇所（溶接箇所）が鉛直方向において回転軸１１の中心位置の直上位置に存在しているので、自動車走行時に生じる上下振動によって補助ヨーク２２に作用する負荷荷重を、低減させることが可能となる。つまり、溶接箇所が回転軸１１の中心位置から見たときに振動方向と略同じ方向に位置しているため、振動による補助ヨーク２２への負荷荷重が抑えられるようになる。

なお、溶接箇所の位置については、上述した位置にも限定されるものではなく、例えば、図５及び図６に図示した位置（図中における黒丸の位置）であってもよい。図５に図示のケースでは、溶接箇所が回転軸１１の中心位置を基準として対称となる位置に複数存在している。より具体的に説明すると、二つの溶接箇所が、鉛直方向において回転軸１１の中心位置よりも上方位置で、かつ、回転軸１１の中心位置を通って鉛直方向に平行な仮想面（図５中、一点鎖線にて表記）を境にして左右対称な位置に存在している。

図６に図示のケースでは、溶接箇所が三つ存在し、三つの溶接箇所のうちの一つが鉛直方向において回転軸１１の中心位置の直上位置に存在する。厳密には、回転軸１１の中心位置を通って鉛直方向に平行な仮想面（図６中、一点鎖線にて表記）とメインヨーク２１の外周面とが交差する箇所のうち、より上方に位置する交差箇所が溶接箇所として存在する。また、残り二つの溶接箇所は、回転軸１１の中心位置を基準として対称となる位置に存在し、具体的には、鉛直方向において回転軸１１の中心位置よりも下方位置で、かつ、上記仮想面を境にして左右対称な位置に存在している。

なお、図６に図示のケースでは、溶接箇所が三つ存在することとしたが、四つ以上存在してもよい。このとき、一つの溶接箇所は、鉛直方向において回転軸１１の中心位置の直上位置又は直下位置に存在するとよい。

第１ステータ２Ａにおける補助ヨーク２２の配置について説明すると、図４Ａ及び図４Ｂ示すように、補助ヨーク２２は、メインヨーク２１の周方向において、メインヨーク２１の内周面に貼設されたマグネット２３が存在する範囲内に配置されている。すなわち、補助ヨーク２２のうちの少なくとも一部は、マグネット２３の少なくとも一部と径方向に対向する位置に配置されている。

補助ヨーク２２とマグネット２３との関係からより好適な第１ステータ２Ａの構成について述べると、マグネット２３の軸方向の長さをｔ１としたとき、補助ヨーク２２の軸方向長さｔ２がｔ１と同じ、若しくはｔ１よりも短くなるように構成されているとよい。つまり、補助ヨーク２２は、その長さｔ１がマグネット２３の長さｔ２以下となるように構成されているのが望ましい。このような構成であれば、ヨーク素材の使用量が減ってヨークの製造コストが低減するようになる。

より詳しく説明すると、一般的に、隣接するマグネット２３、２３間では磁束密度が最も高くなる。また、図７に示すように、隣接するマグネット２３、２３間の領域のうち、軸方向中央部分が最も磁束密度が高くなり、軸方向中央部から基端部側及び出力側に向かうにつれて磁束密度が低くなっていく。このような磁束分布を考慮した上で、隣接するマグネット２３、２３間の軸方向中央部分を補助ヨーク２２でカバーすれば、補助ヨーク２２を含むヨーク全体が効果的に磁気回路を構成するようになる。

そして、第１ステータ２Ａでは補助ヨーク２２を円環状とし、メインヨーク２１の周方向において４個の間隙（マグネット２３間の間隙）全てをカバーすることとした。これにより、磁束密度の高いマグネット２３、２３間の中央部分が補助ヨーク２２によって全てカバーされるようになる。この結果、補助ヨーク２２自体の軸方向長さｔ２を小さくすることができ、その分、ヨーク（メインヨーク２１及び補助ヨーク２２）の軽量化及び製造コストの低下を図ることが可能となる。

第１ステータ２Ａについて一段と好適な構成を述べると、補助ヨーク２２は、回転軸１１の軸方向においてマグネット２３の中点Ｐ１が補助ヨーク２２の中点Ｐ２と一致するように配置されているのが望ましい。また、補助ヨーク２２に継ぎ目がある場合、この継ぎ目は、メインヨーク２１の周方向においてマグネット２３が存在していない位置、つまり、隣接するマグネット２３、２３間に配置されるのがよい。なお、補助ヨーク２２の継ぎ目を配置する際の候補位置は、図４Ａにおいて、破線丸印で示した箇所（つまり、マグネット２３、２３間）となる。

第１ステータ２Ａについて尚一層好適な構成を述べると、マグネット２３の肉厚（径方向距離）を厚みｔ３とし、補助ヨーク２２の肉厚（径方向距離）を厚みｔ４とし、メインヨーク２１の肉厚（径方向距離）を厚みｔ５としたとき、それぞれの関係は、厚みｔ３＞厚みｔ４＞厚みｔ５となるように構成されているとよい。このような大小関係であれば、磁束密度の高い部分を補助ヨーク２２によってカバーして効果的な磁気回路を構成すると共に、メインヨーク２１を薄肉化してヨークの更なる軽量化及び低コスト化を図ることが可能となる。

なお、本実施形態は、メインヨーク２１（メインヨーク本体部２１Ｂ）の外周面に補助ヨーク２２を嵌め込むものであるが、メインヨーク２１（メインヨーク本体部２１Ｂ）の内周面に補助ヨーク２２を嵌め込むことも可能である。かかる構成では、マグネット２３が補助ヨーク２２の内周面に配置されることになる。

＜第２実施例＞
次に、第２実施例に係るステータ（以下、第２ステータ３０２）について説明する。なお、第２ステータ３０２のうち、第１ステータ２Ａと共通する構成（具体的には、メインヨーク２１及びマグネット２３の構成）については、同一の符号を付し、説明を省略することとする。

第２ステータ３０２は、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、メインヨーク２１と、補助ヨーク３２２と、界磁用のマグネット２３と、を有して構成されている。第２実施例に係る補助ヨーク３２２は、図９に示すように、展開図が梯子状に形成された薄肉の磁性体である。この補助ヨーク３２２は、展開図においては、略長方形状の板体に対し、極数分の孔部３２２ａが形成された形状をしている。なお、図９に図示した補助ヨーク３２２（厳密には、補助ヨーク形成用板素材）は、円環状に丸められた際に一端部側の矩形切欠きが閉じて孔部３２２ａが形成されるよう構成されている。なお、補助ヨーク３２２のうち、孔部３２２ａ以外の部分を、以下では肉部３２２ｂと記す。

また、第２ステータ３０２では、第１ステータ２Ａと同様、メインヨーク２１の外周面に補助ヨーク３２２が配置されている。このため、展開状態の補助ヨーク３２２は、その長辺がメインヨーク本体部２１Ｂの外周長よりも僅かに大きくように構成されている。また、孔部３２２ａは、補助ヨーク３２２の周方向において４カ所に形成されている。

そして、４個の孔部３２２ａは、補助ヨーク３２２がメインヨーク２１の外周面に配置された状態において、マグネット２３の配置位置と整合するように構成されている。より詳しく説明すると、磁束密度が低い部分に孔部３２２ａが配置されるよう構成されている。これに対し、補助ヨーク３２２のうち、隣接する孔部３２２ａ、３２２ａ間に位置する肉部３２２ｂは、隣接するマグネット２３、２３の間（磁束密度が高い部分である）に配置されている。

上記の補助ヨーク３２２を含む第２ステータ３０２は、例えば、図９に図示した手順で組み立てられる。具体的に説明すると、梯子状に形成された補助ヨーク３２２を予め丸めて円環状に形成し、この円環状の補助ヨーク３２２をメインヨーク本体部２１Ｂに嵌め込む。ここで、補助ヨーク３２２の内径は、メインヨーク本体部２１Ｂの外径よりも大きいので、補助ヨーク３２２は、メインヨーク２１に隙間嵌めされることになる。また、補助ヨーク３２２は、メインヨーク２１に隙間嵌めされる際、孔部３２２ａがマグネット２３の配設部分（特に、マグネット２３の中央部分）と整合する位置に配置され、肉部３２２ｂが隣接するマグネット２３、２３間に配置されるように隙間嵌めされる。

なお、第２実施例において、補助ヨーク３２２の軸方向の長さとマグネット２３の軸方向の長さとの大小関係は、第１実施例における大小関係と同様である。つまり、第２実施例では、マグネット２３の軸方向の長さよりも補助ヨーク３２２の軸方向の長さが小さい、あるいは双方の長さが同一となっている。これにより、ヨークの軽量化及び製造コストの低減も図ることが可能となる。また、マグネット２３の厚さと、メインヨーク２１の厚さと、補助ヨーク３２２の厚さとの大小関係についても、第１実施例におけると同様である。

そして、補助ヨーク３２２は、メインヨーク本体部２１Ｂの外周面の所定位置まで嵌め込まれた後、メインヨーク本体部２１Ｂにスポット溶接される。このときの溶接箇所は、図８Ｂに示すように、鉛直方向において回転軸１１の中心位置よりも上方位置に二箇所存在する。また、上記二つの溶接箇所は、回転軸１１の中心位置を基準として対称となる位置に存在している。厳密に説明すると、二つの溶接箇所は、回転軸１１の中心位置を通って鉛直方向に平行な仮想面（図８Ｂ中、一点鎖線にて表記）を境にして左右対称な位置に存在している。

以上までに説明した手順により第２ステータ３０２が完成する。そして、第２実施例においても、補助ヨーク３２２を使用することで、第１実施例と同様にメインヨーク２１を薄肉化することができ、かつ、適正な磁気回路を構築することが可能となる。また、第２実施例では、補助ヨーク３２２に孔部３２２ａが形成されている分、ヨークをより一層軽量化することが可能となる。さらに、第２実施例では、肉部３２２ｂが磁束密度の高い箇所（具体的には、隣接するマグネット２３、２３の間）に位置するように補助ヨーク３２２の配置位置を調整している。これにより、ヨークの軽量化を図りつつ、磁束を有効に利用することが可能となる。

１ ロータ、２ ステータ、
２Ａ 第１ステータ、
３ エンドプレート、３Ａ 貫通孔、４ ブラシ、
１１ 回転軸、１２ 電機子、
１２Ａ ロータコア、１２Ｂ コイル、
１３ 整流子、
２１ メインヨーク、
２１Ａ 軸受配設部、２１Ｂ メインヨーク本体部、
２２ 補助ヨーク、２３ マグネット、
３０２ 第２ステータ、
３２２ 補助ヨーク、孔部 ３２２ａ、肉部 ３２２ｂ、
Ｋ１，Ｋ２ ボール軸受、
Ｍ モータ（回転電機）

Claims (10)

1. 回転軸に固定された電機子を格納する有底円筒状の回転電機のステータであって、
   該ステータは、有底円筒状に形成されたメインヨークと、該メインヨークの外周面に配置された補助ヨークと、前記メインヨークの内部において前記電機子の外側面と対向するように配置される界磁用のマグネットと、を有し、
   前記補助ヨークは、前記メインヨークの外周面と前記補助ヨークの内周面との間に隙間が形成された状態で前記メインヨークに嵌め込まれて前記メインヨークに溶接されており、
   前記メインヨークにおける前記補助ヨークの溶接箇所は、前記メインヨークの周方向においてスポット状に存在していることを特徴とするステータ。
2. 前記ステータは、車両に搭載される前記回転電機のステータであり、
   前記溶接箇所は、前記車両の高さ方向において前記回転軸の中心位置を基準として設定された位置に存在していることを特徴とする請求項１に記載のステータ。
3. 前記溶接箇所は、前記高さ方向において前記回転軸の中心位置の直上位置に存在していることを特徴とする請求項２に記載のステータ。
4. 前記溶接箇所は、前記回転軸の中心位置を基準として対称となる位置に複数存在していることを特徴とする請求項２又は３に記載のステータ。
5. 前記溶接箇所は、三つ以上存在し、
   三つ以上の前記溶接箇所のうちの一つは、前記高さ方向において前記回転軸の中心位置の直上位置または直下位置に存在し、
   三つ以上の前記溶接箇所のうちの二つは、前記回転軸の中心位置を基準として対称となる位置に存在していることを特徴とする請求項２に記載のステータ。
6. 前記補助ヨークの肉厚は、前記マグネットの肉厚より小さく、前記メインヨークの肉厚よりも大きく形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のステータ。
7. 前記補助ヨークは円環状の部材であり、
   前記補助ヨークの内径が前記メインヨークの外径よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載のステータ。
8. 前記補助ヨークには、前記マグネットの極数分の孔部が形成されており、
   前記孔部は、前記周方向において、前記メインヨークの内周面に貼設された前記マグネットが存在する範囲内に配置され、
   前記補助ヨークにおける前記孔部以外の肉部のうち、隣接する孔部間に配置される部分は、前記周方向において、前記メインヨークの内周面に貼設された隣接するマグネット間を跨ぐ位置に配置されていることを特徴とする請求項７に記載のステータ。
9. 回転軸に固定された電機子を格納する有底円筒状の回転電機のステータの製造方法であって、
   前記ステータは、有底円筒状に形成されたメインヨークと、該メインヨークの外周面に配置された補助ヨークと、前記ステータの内周面において前記電機子の外側面と対向するように配置される界磁用のマグネットと、を有するものであり、
   前記メインヨークの外周面と前記補助ヨークの内周面との間に隙間が形成された状態で、前記補助ヨークを前記メインヨークに嵌め込む工程と、
   前記メインヨークに嵌め込まれた前記補助ヨークを、前記メインヨークの周方向において前記メインヨークにおける前記補助ヨークの溶接箇所がスポット状に存在するように、前記メインヨークに溶接する工程と、を行うことを特徴とするステータの製造方法。
10. 前記ステータは、車両に搭載される前記回転電機のステータであり、
    前記補助ヨークを前記メインヨークに溶接する工程では、前記溶接箇所が前記車両の高さ方向において前記回転軸を基準として設定された位置に存在するように、前記補助ヨークを前記メインヨークに溶接することを特徴とする請求項９に記載のステータの製造方法。
    
    

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