JP2007082275A - 二部材の結合構造およびその結合構造を有する回転電機のコア - Google Patents

Abstract

【課題】結合作業が容易であるとともに、その結合強度の均一化を図った二部材の結合構造およびその結合構造を有する回転電機のステータコアを提供する。
【解決手段】隣接する一方のセクターコア４の結合面７に略あり溝形状の溝部８を形成する一方、他方のセクターコア４の結合面７には溝部８とほぼ同一形状のの突起部９を形成するとともに、突起部９のほぼ中央部にスリット１１付きの丸穴１０を設ける。突起部９を溝部８に結合面７に沿って遊嵌状態にて凹凸嵌合させた上で、丸穴１０にピン１２を圧入して突起部９を拡張させることにより、溝部８と突起部９のテーパ部８ｂ，９ｂを圧接させて両部材を結合する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、二つの部材の端面同士を突き合わせつつ凹凸嵌合をもって結合した二部材の結合構造およびその結合構造を有する回転電機のコアに関し、特にコアを円周方向で複数のセクターコアに分割してある構造を前提とした上で、コアの単位要素であるセクターコア同士を結合して円環状のコアを組立てるのに好適なセクターコアの結合構造に関する。

回転電機である電動モータのコアを製造する際に、その巻線作業等の作業性を向上させるために、コアを単一の部材として製造するのではなく、予め円周方向で複数に分割したセクターコア同士を円環状に連結してコアを製造することが行われている。

この種のコアの構成要素であるセクターコア同士の結合構造としては特許文献１，２に記載のように、各セクターコアのヨーク部の円周方向一端面に溝部を、他端面に上記溝部に受容される突起部をそれぞれ形成し、隣接するセクターコア同士の関係において一方のセクターコアの突起部を他方のセクターコアの溝部に対しコアの軸方向または円周方向から圧入して凹凸嵌合させることにより、各セクターコア同士を円環状に結合する構造が知られている。

また、特許文献３に記載のように、上記溝部と突起部とを遊嵌状態にて凹凸嵌合させた上で、突起部と溝部との間の隙間にキーを圧入することで突起部と溝部とを直接的または間接的に圧接させた結合構造も提案されている。
特開昭６１−１２４２４１号公報 特許第３３０６６４９号公報 実開平１−１８０８３９号公報

突起部を溝部に圧入して凹凸嵌合させることによりセクターコア同士を結合する場合には、セクターコア同士の結合力を十分に確保してそのがたつきを防止するために突起部と溝部との間の締め代を大きくとることが望ましいが、締め代を大きくすると突起部を溝部に圧入する際の圧入抵抗が大きくなり、組立作業性が極端に悪くなる。

そこで、上記組立作業性を改善すべく上記特許文献３に記載の結合構造が提案されているが、この結合構造では突起部を溝部に圧入する必要がないので凹凸嵌合そのものは容易となるものの、突起部と溝部の輪郭形状誤差が累積することによって突起部と溝部との隙間の大きさが各凹凸嵌合部ごとに大きく異なるため、キー自体の厚みが均一であっても各凹凸嵌合部ごとにキーと上記隙間との間に締め代ができる場合もあればできない場合もある。したがって、各凹凸嵌合部ごとにセクターコア同士の結合力が大きくばらつき、セクターコア同士のがたつきを生じる恐れがあるため好ましくない。

また、場合によっては上記隙間の寸法に対してキーの幅寸法が過大となることで、上記隙間にキーを圧入する際の圧入抵抗が大きくなり、セクターコア同士の組立作業性が極端に悪くなる恐れがある。

本発明は上記の事情に鑑み、セクターコア同士の結合作業を容易にするとともに、その結合強度の均一化を図った二部材の結合構造およびその結合構造を有する回転電機のコアを提供することを目的としてなされたものである。

請求項１に記載の発明は、先に例示した回転電機のコアを構成することになるセクターコアの如き二つの部材の端面同士を凹凸嵌合にて結合する構造であって、一方の部材の結合面にその結合面に開口する開口幅よりも奥部側の方が幅広となる溝部を形成する一方、他方の部材の結合面には上記溝部に受容可能で且つ合致可能な形状の突起部を形成するとともに、その突起部には外周の一部がスリットをもってすり割られた穴を形成し、上記結合面に沿って二つの部材を相対的にスライド変位させることで上記溝部と突起部を凹凸嵌合させながら二つの部材を結合面の面直角方向には離脱不能に結合し、上記凹凸嵌合状態で穴に圧入部材を圧入して突起部を拡張させることにより溝部と突起部の圧接状態をもって二つの部材を結合してあることを特徴とする。

この結合構造は、例えば請求項７に記載のように、分割式の回転電機のコアを構成することになる複数のセクターコア同士を結合するのに適している。

この場合において、請求項２に記載のように、突起部と溝部が少なくとも一部で傾斜面接触していて両者が互いに引き寄せ合うことにより二つの部材が圧接するようになっていることが、二つの部材同士の結合力向上と相対位置決め精度の向上の上で望ましく、例えば請求項３に記載のように、溝部をあり溝として、その溝部と突起部との嵌合をあり溝嵌合構造とすると、より望ましいものとなる。

また、二つの部材同士の凹凸嵌合を容易に行うために、請求項４に記載のように、溝部と突起部を予め遊嵌状態をもって凹凸嵌合させた上で、事後的に穴に圧入部材を圧入して突起部を拡張させることにより、溝部と突起部の圧接状態をもって二つの部材を結合することが可能となる。

上記突起部を拡張させるには、例えば請求項５に記載のように、スリットをもって予めすり割られた丸穴に圧入部材としてピンを圧入することにより突起部を拡張させる。

したがって、少なくとも請求項１に記載の発明では、突起部と溝部を凹凸嵌合させた上で、事後的に突起部を拡張させて溝部と圧接させてあるため、突起部と溝部の間に予め締め代を設ける必要がなく、例えば、突起部を拡張させる前の上記凹凸嵌合の状態は請求項４に記載のような遊嵌状態で足りることとなる。

また、突起部と溝部を凹凸嵌合させた上でプレス機等の圧入手段またはハンマー等の打撃手段を用いて穴に圧入部材を圧入すると、スリットが開口するのに伴い突起部のうちスリットを挟んで両側の部位がそれぞれ撓み変形しつつ拡張して相手側の溝部に確実に圧接することから、この圧接状態のために二つの結合力がより強力なものとなる。

特に請求項２，３に記載の発明では、突起部と溝部とが一部で傾斜面接触していることから、両部材間の結合方向でのがたつきがより抑制され、両者の結合状態はより強固で且つ安定したものとなる。また請求項６に記載のように、二つの部材の結合面同士を複数組の溝部と突起部との凹凸嵌合をもって結合すると、上記効果が一段と顕著となる。

請求項１に記載の発明によれば、突起部と溝部を凹凸嵌合させた上で穴に圧入部材を圧入して、突起部を拡張させることにより溝部と突起部の圧接状態をもって二つの部材を結合してあるため、従来のように予め突起部と溝部の間に締め代を設けておいて突起部を溝部に圧入する必要がなくなり、その結合作業を容易に行えるようになって組立作業性が向上するほか、突起部を拡張することにより両部材同士の結合力を発生させるため、突起部拡張前の溝部と突起部の輪郭形状がその製造過程における誤差によりばらついていても、突起部拡張後においては突起部と溝部の圧接状態をもって両部材は確実に結合するので、両部材同士の結合強度の均一化が図れる。

請求項２，３に記載の発明によれば、両部材が傾斜面接触によって互いに引き寄せ合うことで圧接しているため、両部材間の結合力がより高まり、結合方向でのがたつきが抑制されて、両部材の相対位置決め精度が向上するとともに、結合状態が一段と強固なものになる利点がある。

請求項４に記載の発明によれば、溝部と突起部を予め遊嵌状態をもって凹凸嵌合させた上で圧接させるようにしたため、予め締め代を設定する必要がなく、その凹凸嵌合を極めて容易に行える。

請求項６に記載の発明によれば、二つの部材の結合面同士を複数組の溝部と突起部との凹凸嵌合をもって結合してあるため、圧接面積の増大化により上記結合強度が一段と向上する利点がある。

図１は本発明のより具体的な実施の形態として回転電機である電動モータのステータコアを示している。

電動モータのステータコア１は、図１の（Ａ），（Ｂ）に示すように電磁鋼板等の積層体からなる円環状のもので、その内周面側において複数のスロット３を隔離形成するべく等ピッチで放射状に突出した複数のポール部２と、そのポール部２の先端に一体に設けられたステータ歯部６とを有しており、このステータコア１は、各スロット３の円周方向の略中央位置を軸心と平行な分割面として、略扇形状のヨーク部５を主要素とする複数（図示の例では８つ）のセクターコア４に分割されている。その結果、各セクターコア４はそれぞれにヨーク部５とポール部２およびステータ歯部６を有していて、ポール部２には周知のように図示しないボビンを介して導線が巻線として巻き付けられることになる。なお、各セクターコア４はそれぞれ同一形状としている。

各セクターコア４の主要素であるヨーク部５の円周方向の一端には溝部８が、同じく円周方向の他端には溝部８に対応する突起部９がそれぞれに設けられていて、隣接するセクターコア４，４同士の関係として一方のセクターコア４の突起部９と他方のセクターコア４の溝部８を相互に凹凸嵌合させることで、各セクターコア４，４同士は上記分割面に相当する位置の結合面７にて互いに密着した状態で結合してある。なお、相互に嵌合することになる溝部８と突起部９は後述するように共に特定の形状に設定してあることから、隣接するセクターコア４，４同士をステータコア１の軸心方向で相対的にスライド変位させることで、少なくとも結合面７に対して面直角な方向には離脱不能に結合されている。

図２は図１の要部であるところの溝部８と突起部９との凹凸嵌合部を示している。なお、同図においては略扇形状のヨーク部５をストレート状に省略して描いてある。

溝部８はその結合面７に開口する開口幅よりも奥部側の方が幅広となるいわゆる変形あり溝状に形成してあって、図２に示すように、溝部８の開口側には一定幅で真直な狭窄部８ａが形成されている一方、その奥部側には狭窄部８ａよりも幅広の一定幅で真直なストレート凹欠部８ｃが形成されていて、狭窄部８ａとストレート凹欠部８ｃは溝部８の奥部側に向かって拡幅する傾斜面たるテーパ部８ｂにて連続させてある。

一方で、突起部９は溝部８に受容された状態でこれに合致する形状のものとして形成されていて、溝部８側の狭窄部８ａに対応する首部９ａと、溝部８側のテーパ部８ｂに対応するテーパ部９ｂ、および溝部８側のストレート凹欠部８ｃに対応するストレート凸部９ｃとを有していて、図２から明らかなように、相手側となる溝部８に対して少なくともストレート凹欠部８ｃとストレート凸部９ｃとの間に十分な隙間を確保した状態で凹凸嵌合可能となっている。また、突起部９のほぼ中央部にはヨーク部５の厚み方向に貫通する丸穴１０が設けられており、丸穴１０はストレート凸部９ｃの先端部側においてその幅寸法を二分するように形成されたスリット１１をもってすり割られている。そして、丸穴１０には円柱状のピン１２が圧入部材として圧入されている。なお、ピン１２の直径は突起部９側の丸穴１０の直径よりも予めわずかに大きく設定してある。

ここで、丸穴１０に対してピン１２を圧入する前の状態では、溝部８と突起部９が遊嵌状態をもって容易に凹凸嵌合するように、両者の狭窄部８ａと首部９ａとの間、およびテーパ部８ｂ，９ｂ同士の間には極小の隙間が確保されているとともに、両者のストレート凹欠部８ｃとストレート凸部９ｃの間には先に述べたようにさらに大きな隙間が確保されている。すなわち、溝部８と突起部９とを遊嵌状態にて凹凸嵌合させた上で、丸穴１０にピン１２を圧入して突起部９を拡張変形させることで、少なくとも両者のテーパ部８ｂ，９ｂ同士が圧接し、それに伴う引き込み力により隣接するセクターコア４，４の結合面７，７同士も互いに圧接して、隣接するセクターコア４，４同士は強固に結合されることになる。なお、ピン１２の圧入後においては、突起部９の拡張度合いに応じて両者のストレート凹欠部８ｃとストレート凸部９ｃの間に隙間が確保されることもあれば両者が当接することもある。

図３，４は上記結合構造を有するステータコア１を組立てる際の詳細を示している。なお、図４においては、略扇形状のヨーク部５をストレート状に省略して描いている。

ステータコア１を組立てるにあたっては、隣接するセクターコア４，４同士の結合面７を同一平面上に位置するように揃えた上で両者をステータコア１の軸心方向に相対的にスライド変位させてその溝部８と突起部９を遊嵌状態にて凹凸嵌合させ、このような操作を何回か繰り返して、図３に示すように一つのステータコア１の組立に必要な複数個のセクターコア４，４同士をそれぞれの結合面７の面直角方向には離脱不能に、且つ全体として円環状のものとなるように仮結合する。

こうして一つのセクターコア１の組立に必要な個数分のセクターコア４，４同士を凹凸嵌合をもって仮結合したならば、プレス機等の圧入手段またはハンマー等の打撃手段を用いて各突起部９の丸穴１０にピン１２を同時に圧入する。

より詳細には、上記溝部８と突起部９との凹凸嵌合状態において、ピン１２をそれぞれの突起部９の丸穴１０に圧入すると、図４の（Ａ）に示すようにピン１２の直径が丸穴１０の直径よりもわずかに大きく設定されていて、しかも丸穴１０がスリット１１をもって予めすり割られていることから、ピン１２が丸穴１０の外周を外側に押し広げる。それに伴いスリット１１がいわゆる口開きすることで丸穴１０の拡径が促されるとともに、突起部９自体が幅方向に拡張変形し、同図の（Ｂ）に示すように少なくとも両者のテーパ部８ｂ，９ｂ同士が圧接する。

このテーパ部８ｂ，９ｂ同士の圧接力は、各セクターコア４の結合面７に面直角な方向の分力を生じて、同図の（Ｃ）に示すように各セクターコア４は互いに引き寄せ合うことから、それぞれの結合面７，７同士は互いに圧接して、各セクターコア４，４間の円周方向および直径方向での相対位置決めがなされるとともに各セクターコア４，４同士はそれぞれに強固に結合する。

したがって、以上のように構成されたステータコア１によれば、隣接する各セクターコア４，４同士が常に且つ互いに引き寄せ合っているため、各セクターコア４，４間の円周方向および直径方向でのがたつきが防止できる上に、その引き寄せ合う力によって隣接する各セクターコア４，４同士の結合面７が密着しているので、突起部９と溝部８の凹凸嵌合部を支点とした各セクターコア４の揺動をも防止できる。

また、各丸穴１０に各ピン１２を同時に圧入して、ステータコア１を構成することになる全てのセクターコア４，４を同時に結合することができる上に、各セクターコア４は磁性鋼板の積層体であるのに対してピン１２はいわゆる一体軸状のものであるので、その圧入は容易であり、各セクターコア４の結合作業を効率よく行うことができる。

さらに、溝部８と突起部９の輪郭形状のばらつきにより、上記仮結合時において各凹凸嵌合部ごとに両者のテーパ部８ｂ，９ｂの隙間の大きさが微妙に異なっていても、突起部９がその隙間の大きさに応じて拡張することで両者のテーパ部８ｂ、９ｂは確実に圧接するため、各セクターコア４同士の結合強度の均一化が図れる。

なお、本実施の形態では各セクターコア４を磁性鋼板の積層体としたが、必要に応じて非積層体であるいわゆる無垢一体構造のものをセクターコア４として用いることも勿論可能である。

図５〜図７は本発明の第２〜４の実施の形態として、第１の実施の形態の要部であるところの図２における突起部９と溝部８の凹凸嵌合部の変形例をそれぞれ示している。なお、第１の実施の形態と同一または相当部分には同一符号を付してある。

第２の実施の形態は、図５に示すように、第１の実施の形態における溝部８をストレート凹部８ｃを有しないいわゆる首長あり溝状の溝部１３としたものである。それに伴って突起部１５は溝部１３とほぼ同一形状としているとともに、突起部１５は溝部１３側の狭窄部１３ａに対応する首部１５ａと、溝部１３側のテーパ部１３ｂに対応するテーパ部１５ｂとを有している。なお、少なくとも溝部１３の奥端面と突起部１５の先端面との間には隙間が設けられている。

一方、第３の実施の形態は、図６に示すように、溝部１４において狭窄部１４ａから続く奥部側の部位を平面視で略円形状の円形凹部１４ｂとしたものである。それに伴って突起部１６は溝部１４とほぼ同一形状としているとともに、突起部１６は溝部１４側の狭窄部１４ａに対応する首部１６ａと、溝部１４側の円形凹部１４ｂに対応する円形凸部１６ｂを有している。なお、溝部１４の円形凹部１４ｂは真円ではなく、少なくとも溝部１４における円形凹部１４ｂの奥部側の半円部と突起部１６における円形凸部１６ｂの先端側の半円部との間には隙間が設けられている。

第２，３の実施の形態では、ともに各セクターコア４の基本構造を第１の実施の形態と同様としており、第１の実施の形態と同様に溝部１３と突起部１５または溝部１４と突起部１６を遊嵌状態にて凹凸嵌合させた上で、丸穴１０にピン１２を圧入して突起部１５，１６を拡張変形させることで、隣接するセクターコア４，４同士は強固に結合され、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。

第４の実施の形態は、図７に示すように、各セクターコア４の基本構造を第１の実施の形態と同様とし、セクターコア４の両結合面７，７に溝部８と突起部９の両者をそれぞれ設けたものである。すなわち、各結合面７には溝部８と突起部９との凹凸嵌合部を二組設けてある。

この第４の実施の形態によれば、各結合面７においてそれぞれの溝部８および突起部９を遊嵌状態にて凹凸嵌合させた上で、それぞれの突起部９の丸穴１０にピン１２を圧入することにより、各突起部９を拡張させて各セクターコア４を結合することは第１の実施の形態と同様であって、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。その上、各結合面７が二組の凹凸嵌合部を有することにより、各セクターコア４，４同士の圧接面積が増加してより強い結合力が得られ、各セクターコア４，４同士の結合状態はより安定したものとなる。

なお、この第４の実施の形態では、第１の実施の形態と同様の突起部９および溝部８を採用しているが、必要に応じて第２，３の実施の形態のような溝部１３および突起部１５または溝部１４および突起部１６を採用することも勿論可能である。

さらに、本発明に係る二部材の結合構造は以上の第１〜４の実施の形態に示した電動モータのステータコア１の他にも機械構造物や建築物等に適用でき、例えば、図８に示す第５の実施の形態のように枠体１７にも適用できる。なお、図８において、第１の実施の形態と同一または相当部分には同一符号を付してある。

第５の実施の形態は、第１の実施の形態における各セクターコア４，４同士の結合構造を矩形状の枠体１７に適用したものであって、枠体１７は図８に示すように、それぞれ二本の縦枠１８および横枠１９から構成されている。各縦枠１８および各横枠１９はともに金属製の角柱状で、各縦枠１８にはその長手方向の両端面に相当する結合面２０から突出した突起部９が設けられている。一方で、各横枠１９にはその一側面に相当する結合面２０の両端部に突起部９を受容する溝部８が形成されており、各溝部８と各突起部９は各結合面２０同士が密着した状態で凹凸嵌合している。また、各突起部９のほぼ中央にはスリット１１付きの丸穴１０が設けられていて、丸穴１０にはピン１２が圧入されている。

この第５の実施の形態によれば、突起部９と溝部８を遊嵌状態にて凹凸嵌合させた上で、丸穴１０にピン１２を圧入して突起部９を拡張させ、突起部９および溝部８の圧接状態をもって各横枠１９と各縦枠１８が結合していることは第１の実施の形態と同様であり、第１の実施の形態と同様の効果を得られる。

なお、本実施の形態では縦枠１８および横枠１９を金属製としたが、金属製に限らず、例えば材料として樹脂材料や木材等を用いることも可能である。

本発明の第１の実施の形態として電動モータのステータコアを示す図で、（Ａ）はその斜視図、（Ｂ）は同図（Ａ）の平面図。 図１における要部であるところの凹凸嵌合部を示す拡大図。 図１における各ステータコアの結合過程を示す斜視図。 （Ａ）〜（Ｃ）ともに図３における凹凸嵌合部のピン圧入時の作用を示す平面図。 第２の実施の形態として図２における凹凸嵌合部の変形例を示す平面図。 第３の実施の形態として図２における凹凸嵌合部のさらなる変形例を示す平面図。 第４の実施の形態として図２における凹凸嵌合部のさらに別の変形例を示す平面図。 第５の実施の形態として四つの部材からなる枠体を示す平面図。

符号の説明

１…ステータコア（コア）
４…セクターコア
７…結合面
８…溝部
９…突起部
１０…丸穴
１１…スリット
１２…ピン（圧入部材）
１３…溝部
１４…溝部
１５…突起部
１６…突起部
１８…縦枠
１９…横枠
２０…結合面

Claims (7)

1. 二つの部材の端面同士を凹凸嵌合にて結合する構造であって、
   一方の部材の結合面にその結合面に開口する開口幅よりも奥部側の方が幅広となる溝部を形成する一方、
   他方の部材の結合面には上記溝部に受容可能で且つ合致可能な形状の突起部を形成するとともに、その突起部には外周の一部がスリットをもってすり割られた穴を形成し、
   上記結合面に沿って二つの部材を相対的にスライド変位させることで上記溝部と突起部を凹凸嵌合させながら二つの部材を結合面の面直角方向には離脱不能に結合し、
   上記凹凸嵌合状態で穴に圧入部材を圧入して突起部を拡張させることにより溝部と突起部の圧接状態をもって二つの部材を結合してあることを特徴とする二部材の結合構造。
2. 溝部と突起部が少なくとも一部で傾斜面接触していることで両者が互いに引き寄せ合うことにより二つの部材が圧接していることを特徴とする請求項１に記載の二部材の結合構造。
3. 溝部があり溝であって、その溝部と突起部があり溝嵌合構造となっていることを特徴とする請求項２に記載の二部材の結合構造。
4. 溝部と突起部を遊嵌状態をもって凹凸嵌合させた上で穴に圧入部材を圧入して突起部を拡張させることにより、溝部と突起部の圧接状態をもって二つの部材を結合してあることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の二部材の結合構造。
5. スリットをもってすり割られた丸穴に圧入部材としてピンを圧入することにより突起部を拡張させるようになっていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の二部材の結合構造。
6. 二つの部材の結合面同士を複数組の溝部と突起部との凹凸嵌合をもって結合してあることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の二部材の結合構造。
7. 円周方向で分割した複数のセクターコア同士を請求項１〜６のいずれかに記載の二部材の結合構造をもって円環状に結合してあることを特徴とする回転電機のコア。
   

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