JP2012050178A - ステータコア、ステータ及びステータコアの組付方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ヨークとティースとの組付方向の自由度を増加するとともに、鉄損の増加を抑制しつつ加工性を向上し、更に積層鋼板の材質の制約を緩和することができるステータコア、ステータ及びステータコアの組付方法を提供する。
【解決手段】ステータコア１１は、外周面から径方向内側に穿設され軸線方向全長に亘って延在する台形状のヨーク側嵌合溝１８を複数有する、積層鋼板からなる環状のヨーク１６と、ヨーク側嵌合溝１８に嵌合する台形柱状のティース側嵌合部２１とヨーク１６から径方向外側に突出してコイルの巻装される突設部２２とを有する、積層鋼板からなる複数のティース１７と、ティース側嵌合部２１に形成された嵌入凹部２４と、ヨーク側嵌合溝１８に形成され嵌入凹部２４に嵌入してヨーク１６に対するティース１７の径方向外側への脱落を抑制する嵌入凸部１９とを備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、回転電機のステータ（固定子）に設けられるステータコア、ステータ及びステータコアの組付方法に関するものである。

従来、こうしたステータコアとして、組立作業性に優れ、しかも、コイルの占積率が高いステータに設けられる、いわゆる分割タイプのものが知られている。例えば特許文献１に記載のステータコアは、ヨーク（４６）のヨーク側嵌合部（７０）と、該ヨークと分離可能に構成されるティース（４８）のティース側嵌合部（６０）とを嵌合することで組み立てられる。この際、突起部（７４）が弾性力によりくびれ部（６２）を内側に押さえ込むため、ティースとヨークとが好適に嵌合されて抜けが防止される。また、第１直線部（６８）と第２直線部（７８）とが当接するため、ティースとヨークとが好適に位置決めされる。これにより、ティースのヨークに対する回動が阻止される。

一方、特許文献２に記載のステータコアは、ヨーク（２１）とティース（１２）との嵌合部において、ティース側は半径方向にＹ字状（１７）を有しており、ヨーク側は扇形の中央部に凸形状（２４）を有する。そして、ティースの切れ目（１６）をヨークの凸形状に対して押込むことにより、ティースのＹ字状をヨークの凸形状により押し広げ、Ｙ字状を塑性変形させ、Ｙ字状の周方向外側の端面（１８）と、ヨーク扇形周方向内側の端面（２５）間の圧縮力にてティースとヨークとを嵌合する。

特開２００４−３２０８２４号公報 特開２００８−３０６８５４号公報

ところで、特許文献１に記載のステータコアでは、ヨークとティースとの嵌合部に隙間が生じた場合、鉄損が増大することになる。また、このような複雑な形状では隙間寸法を精密に管理することは容易ではなく、コスト増大になると予想される。

なお、特許文献１に従来技術として記載されるステータコアでは、ヨークとティースとの嵌合部形状を簡素化したものが記載されている。しかしながら、ヨークとティースとの嵌合を、コイルの巻回される径方向への突出部で行う構造のため、例えばヨークに対しティースを組み付ける場合には、その組付方向（嵌合方向）がコイルと干渉しない径方向外側からのみに自ずと限定されることになり、その自由度が低減されてしまう。

一方、特許文献２に記載のステータコアでは、ティース（Ｙ字状）をヨークに圧入するための距離が長い上に、塑性変形させるために多大な圧入力を要すると予想される。このため、設備の大型化を余儀なくされ、あるいは積層鋼板の機械的性質によっては亀裂などが発生するためにその材質に制約を受けると予想される。

本発明の目的は、ヨークとティースとの組付方向の自由度を増加するとともに、鉄損の増加を抑制しつつ加工性を向上し、更に積層鋼板の材質の制約を緩和することができるステータコア、ステータ及びステータコアの組付方法を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、外周面から径方向内側に穿設され軸線方向全長に亘って延在する台形状のヨーク側嵌合溝を複数有する、積層鋼板からなる環状のヨークと、前記ヨーク側嵌合溝に嵌合する台形柱状のティース側嵌合部と、前記ヨークから径方向外側に突出してコイルの巻装される突設部とを有する、積層鋼板からなる複数のティースと、前記ヨーク側嵌合溝及び前記ティース側嵌合部のいずれか一方に形成された嵌入凹部と、前記ヨーク側嵌合溝及び前記ティース側嵌合部のいずれか他方に形成され、前記嵌入凹部に嵌入して前記ヨークに対する前記ティースの径方向外側への脱落を抑制する嵌入凸部とを備えたことを要旨とする。

同構成によれば、前記ヨーク及び前記複数のティースの組付けに際しては、該ティースの前記突設部に予め前記コイルを巻装した状態であっても、前記ティース側嵌合部を前記ヨーク側嵌合溝に嵌合することで、これらヨーク及びティースを簡易に結合することができる。この場合、前記ヨーク側嵌合溝及び前記ティース側嵌合部は、台形状（長方形状を含む）同士での嵌合であるため、これらヨーク側嵌合溝及びティース側嵌合部間の隙間寸法の精密さを容易に管理することができる。従って、前記ヨーク側嵌合溝及び前記ティース側嵌合部間の隙間に起因する鉄損の増加を抑制しつつ、加工性を向上することができる。また、前記ティース側嵌合部には前記コイルが巻装されないため、前記ヨークに対し前記ティースを径方向及び軸線方向のいずれの方向から組み付けても、前記コイルと干渉することはない。従って、前記ヨークと前記ティースとの組付方向の自由度を増加することができる。さらに、前記ヨークに対する前記ティースの径方向外側への脱落を、前記嵌入凹部に前記嵌入凸部が嵌入することで抑制できる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のステータコアにおいて、前記ヨーク側嵌合溝の前記ティース側嵌合部と当接する周方向両側の当接面及び前記ティース側嵌合部の前記ヨーク側嵌合溝と当接する周方向両側の当接面には、径方向外側に向かって拡幅されるように勾配がそれぞれ設定されており、前記勾配により径方向に案内される前記ティース側嵌合部が前記ヨーク側嵌合溝に対し圧入された状態で、前記嵌入凹部に前記嵌入凸部が嵌入することを要旨とする。

同構成によれば、前記嵌入凹部に前記嵌入凸部が嵌入する状態、即ち前記ヨークに対する前記ティースの径方向外側への脱落が抑制された状態では、前記ティース側嵌合部が前記ヨーク側嵌合溝に対し圧入された状態になるため、これらの当接面同士が密接に圧着することができ、ひいては鉄損を低減することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のステータコアと、前記複数の突設部にそれぞれ巻装された複数の前記コイルで構成される巻線と、前記複数の突設部及び前記複数のコイル間の各々に介装される複数のボビンとを備えたステータにおいて、前記複数のボビンは、周方向両側に延出して前記ヨークの外周面に当接する一対のフランジをそれぞれ有し、周方向で各隣り合う前記ボビンの前記フランジ同士は、互い違いに切り欠かれた切り欠き部において径方向に重ねられていることを要旨とする。

同構成によれば、周方向で各隣り合う前記ボビンの前記フランジ同士は、互い違いに切り欠かれた切り欠き部において径方向に重ねられていることで、前記ヨークの外周面は、前記複数のボビンの前記一対のフランジによって前記ヨーク側嵌合溝を除く全周に亘って覆われる。従って、例えば前記ヨークの外周面の防錆性を向上することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のステータにおいて、前記ボビンの前記一対のフランジに配設される前記切り欠き部は、径方向において互いに異なる側に配置されていることを要旨とする。

同構成によれば、全ての前記ボビンを同一形状に成形しても、周方向で各隣り合う前記ボビンの前記フランジ同士を互い違いに切り欠かれた切り欠き部において径方向に重ねることができる。

請求項５に記載の発明は、外周面から径方向内側に穿設され軸線方向全長に亘って延在する台形状のヨーク側嵌合溝を複数有する、積層鋼板からなる環状のヨークと、前記ヨーク側嵌合溝に嵌合する台形柱状のティース側嵌合部と、前記ヨークから径方向外側に突出してコイルの巻装される突設部とを有する、積層鋼板からなる複数のティースと、前記ヨーク側嵌合溝及び前記ティース側嵌合部のいずれか一方に形成された嵌入凹部と、前記ヨーク側嵌合溝及び前記ティース側嵌合部のいずれか他方に形成され、前記嵌入凹部に嵌入して前記ヨークに対する前記ティースの径方向外側への脱落を抑制する嵌入凸部とを備えステータコアであって、前記ヨークに対し前記ティースを径方向及び軸線方向のいずれかの方向から組み付けることを特徴とするステータコアの組付方法であることを要旨とする。

本発明では、ヨークとティースとの組付方向の自由度を増加するとともに、鉄損の増加を抑制しつつ加工性を向上し、更に積層鋼板の材質の制約を緩和することができるステータコア、ステータ及びステータコアの組付方法を提供することができる。

本発明の一実施形態を示す正面図。 同実施形態を示す横断面図。 同実施形態を示す正面図。 （ａ）（ｂ）は、同実施形態の組付態様を示す説明図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１及び図２は、本発明が適用される回転電機（例えばモータ）のステータ１０を示す正面図及び横断面図である。なお、各図において、矢印で図示した周方向及び径方向は、回転電機の回転軸（ステータ１０の中心）を中心とするものである。同図に示すように、ステータ１０は、ステータコア１１と、複数（２４個）のボビン１２と、巻線１３とを備えて構成される。

ステータコア１１は、図３及び図４に示すように、積層鋼板からなる環状のヨーク１６に、該ヨーク１６の径方向外側に等角度間隔で放射状に突出する複数（２４個）の積層鋼板からなるティース１７が結合されてなる。

すなわち、ヨーク１６は、複数のティース１７の各々に対応してその外周面から径方向内側に穿設され軸線方向全長に亘って延在する台形状のヨーク側嵌合溝１８を複数有する。各ヨーク側嵌合溝１８の周方向両側の内壁面１８ａには、径方向外側に向かって拡幅されるように左右対称の勾配ＳＬがそれぞれ設定されている。なお、ヨーク側嵌合溝１８の両内壁面１８ａには、軸線方向全長に亘って延在するリブ状の嵌入凸部１９がそれぞれ形成されている。

一方、各ティース１７は、ヨーク側嵌合溝１８に嵌合する台形柱状のティース側嵌合部２１と、該ティース側嵌合部２１に連続するとともにヨーク１６から径方向外側に放射状に突出する突設部２２と、該突設部２２の先端から周方向両側にフランジ状に延出する先端部２３とを一体的に有して略Ｔ字形状を呈する。そして、ティース側嵌合部２１の周方向両側の外壁面２１ａにも、径方向外側に向かって拡幅されるように前記勾配ＳＬがそれぞれ設定されている。また、ヨーク側嵌合溝１８の両外壁面２１ａには、軸線方向全長に亘って延在する溝状の嵌入凹部２４がそれぞれ形成されている。

ここで、例えばヨーク１６に対しティース１７を径方向外側から組み付ける場合、勾配ＳＬにより径方向内側に案内されるティース側嵌合部２１がヨーク側嵌合溝１８に対し圧入された状態で、嵌入凹部２４に嵌入凸部１９が嵌入する。これにより、ヨーク１６に対するティース１７の径方向外側への脱落が抑制される。なお、軸線方向に見てヨーク側嵌合溝１８及びティース側嵌合部２１の形状は同等であり、従って、ヨーク１６に対しティース１７を軸線方向に組み付けてもよい。

図２に示すように、前記各ボビン１２は、例えば樹脂材からなり、ティース１７に装着されている。すなわち、ボビン１２は、ティース１７の突設部２２が挿入される筒部２６と、該筒部２６の径方向内側端から周方向両側に延出してヨーク１６の外周面に当接する一対のフランジ２７，２８と、筒部２６の径方向外側端から拡開されて先端部２３が装着される装着部２９とを一体的に有する。そして、フランジ２７，２８は、径方向において互いに異なる側の切り欠かれた切り欠き部２７ａ，２８ａをそれぞれ有する。周方向で各隣り合うボビン１２のフランジ２７，２８同士は、互い違いに切り欠かれた切り欠き部２７ａ，２８ａにおいて径方向に重ねられている。これにより、ヨーク１６の外周面は、ヨーク側嵌合溝１８を除く全周に亘って隙間なく覆われている。なお、ボビン１２は、装着部２９においてティース１７（先端部２３）に対し径方向に抜け止めされている。

ボビン１２の装着されたティース１７には、前記巻線１３を構成するコイル１３ａが巻装されている。つまり、巻線１３は、いわゆる集中巻であって、複数のティース１７の突設部２２にそれぞれ巻装された複数のコイル１３ａと、適宜の渡り線とで構成されている。なお、巻線１３の各コイル１３ａは、径方向で両フランジ２７，２８及び装着部２９間に挟まれることで抜け止めされている。

次に、ステータ１０の組付方法について説明する。
まず、ステータ１０を構成する全てのボビン１２の各々に対し、単体の状態で周知の巻回装置により筒部２６周りにコイル１３ａを巻装する。このとき、ボビン１２に予めティース１７を装着しておいてもよいし、コイル１３ａの巻装後のボビン１２にティース１７を装着するようにしてもよい。

次に、コイル１３ａの巻装された各ティース１７をヨーク１６に対し径方向及び軸線方向のいずれの方向から組み付けて、ティース側嵌合部２１をヨーク側嵌合溝１８に嵌合させる。このとき、各ティース１７は、嵌入凸部１９が嵌入凹部２４に嵌入することで、径方向に抜け止めされる。これにより、ヨーク１６及び全てのティース１７の結合が完了する。特に、図４（ａ）（ｂ）に示すように、各ティース１７をヨーク１６に対し径方向外側から組み付ける場合、前記勾配ＳＬにより径方向に案内されるティース側嵌合部２１がヨーク側嵌合溝１８に対し圧入された状態で、嵌入凸部１９が嵌入凹部２４に嵌入することになり、これらの当接面（内壁面１８ａ及び外壁面２１ａ）同士が密接に圧着する。

なお、ヨーク１６及び全てのティース１７の結合が完了した後、渡り線にて複数のコイル１３ａをそれぞれ電気的に接続することで巻線１３が構成され、ステータ１０の組付けが完了する。

以上詳述したように、本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）本実施形態では、ヨーク１６及び複数のティース１７の組付けに際しては、該ティース１７の突設部２２（ボビン１２の筒部２６）に予めコイル１３ａを巻装した状態であっても、ティース側嵌合部２１をヨーク側嵌合溝１８に嵌合することで、これらヨーク１６及びティース１７を簡易に結合することができる。この場合、ヨーク側嵌合溝１８及びティース側嵌合部２１は、台形状同士での嵌合であるため、これらヨーク側嵌合溝１８及びティース側嵌合部２１間の隙間寸法の精密さを容易に管理することができる。従って、精密加工を必要とせずに、ヨーク側嵌合溝１８及びティース側嵌合部２１間の隙間に起因する鉄損の増加を抑制することができる。つまり、鉄損の増加を抑制しつつ、加工性を向上することができる。そして、高価な組付装置も不要になる。また、ティース側嵌合部２１にはコイル１３ａが巻装されないため、ヨーク１６に対しティース１７を径方向及び軸線方向のいずれの方向から組み付けても、コイル１３ａと干渉することはない。従って、ヨーク１６とティース１７との組付方向の自由度を増加することができる。さらに、ヨーク１６に対するティース１７の径方向外側への脱落を、嵌入凹部２４に嵌入凸部１９が嵌入することで抑制できる。

また、ヨーク側嵌合溝１８及びティース側嵌合部２１の嵌合時の応力集中がないため、ヨーク１６及びティース１７の積層鋼板の材質の制約を緩和することができる。
（２）本実施形態では、嵌入凹部２４に嵌入凸部１９が嵌入する状態、即ちヨーク１６に対するティース１７の径方向外側への脱落が抑制された状態では、ティース側嵌合部２１がヨーク側嵌合溝１８に対し圧入された状態になる。このため、これらの当接面（内壁面１８ａ及び外壁面２１ａ）同士が密接に圧着することができ、ひいては鉄損を低減することができる。また、ヨーク１６に対するティース１７の回動を阻止することができる。

（３）本実施形態では、周方向で各隣り合うボビン１２のフランジ２７，２８同士は、互い違いに切り欠かれた切り欠き部２７ａ，２８ａにおいて径方向に重ねられていることで、ヨーク１６の外周面は、複数のボビン１２の一対のフランジ２７，２８によってヨーク側嵌合溝１８を除く全周に亘って覆われる。従って、例えばヨーク１６の外周面の防錆性を向上することができる。

（４）本実施形態では、ボビン１２の一対のフランジ２７，２８に配設される切り欠き部２７ａ，２８ａは、径方向において互いに異なる側に配置されていることで、全てのボビン１２を同一形状に成形しても、周方向で各隣り合うボビン１２のフランジ２７，２８同士を互い違いに切り欠かれた切り欠き部２７ａ，２８ａにおいて径方向に重ねることができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・前記実施形態において、ヨーク側嵌合溝１８（内壁面１８ａ）及びティース側嵌合部２１（外壁面２１ａ）の勾配ＳＬを割愛して、各々を長方形状としてもよい。

・前記実施形態において、嵌入凸部１９及び該嵌入凸部１９が嵌入する嵌入凹部２４は、ヨーク側嵌合溝１８及びティース側嵌合部２１の軸線方向における一部のみに配置されていてもよい。

・前記実施形態において、ヨーク側嵌合溝１８及びティース側嵌合部２１と、嵌入凸部１９及び嵌入凹部２４との配置関係は逆であってもよい。また、ヨーク側嵌合溝１８に嵌入凸部及び嵌入凹部の両方を配設して、ティース側嵌合部２１にこれら嵌入凸部及び嵌入凹部と嵌入関係となる嵌入凹部及び嵌入凸部を配設してもよい。さらに、嵌入凸部及び嵌入凹部は、軸線方向全長に亘って延在する必要はない。

ＳＬ…勾配、１０…ステータ、１１…ステータコア、１２…ボビン、１３…巻線、１３ａ…コイル、１６…ヨーク、１７…ティース、１８…ヨーク側嵌合溝、１８ａ…内壁面（当接面）、１９…嵌入凸部、２１…ティース側嵌合部、２１ａ…外壁面（当接面）、２２…突設部、２４…嵌入凹部、２７，２８…フランジ、２７ａ，２８ａ…切り欠き部。

Claims (5)

1. 外周面から径方向内側に穿設され軸線方向全長に亘って延在する台形状のヨーク側嵌合溝を複数有する、積層鋼板からなる環状のヨークと、
   前記ヨーク側嵌合溝に嵌合する台形柱状のティース側嵌合部と、前記ヨークから径方向外側に突出してコイルの巻装される突設部とを有する、積層鋼板からなる複数のティースと、
   前記ヨーク側嵌合溝及び前記ティース側嵌合部のいずれか一方に形成された嵌入凹部と、
   前記ヨーク側嵌合溝及び前記ティース側嵌合部のいずれか他方に形成され、前記嵌入凹部に嵌入して前記ヨークに対する前記ティースの径方向外側への脱落を抑制する嵌入凸部とを備えたことを特徴とするステータコア。
2. 請求項１に記載のステータコアにおいて、
   前記ヨーク側嵌合溝の前記ティース側嵌合部と当接する周方向両側の当接面及び前記ティース側嵌合部の前記ヨーク側嵌合溝と当接する周方向両側の当接面には、径方向外側に向かって拡幅されるように勾配がそれぞれ設定されており、
   前記勾配により径方向に案内される前記ティース側嵌合部が前記ヨーク側嵌合溝に対し圧入された状態で、前記嵌入凹部に前記嵌入凸部が嵌入することを特徴とするステータコア。
3. 請求項１又は２に記載のステータコアと、
   前記複数の突設部にそれぞれ巻装された複数の前記コイルで構成される巻線と、
   前記複数の突設部及び前記複数のコイル間の各々に介装される複数のボビンとを備えたステータにおいて、
   前記複数のボビンは、周方向両側に延出して前記ヨークの外周面に当接する一対のフランジをそれぞれ有し、
   周方向で各隣り合う前記ボビンの前記フランジ同士は、互い違いに切り欠かれた切り欠き部において径方向に重ねられていることを特徴とするステータ。
4. 請求項３に記載のステータにおいて、
   前記ボビンの前記一対のフランジに配設される前記切り欠き部は、径方向において互いに異なる側に配置されていることを特徴とするステータ。
5. 外周面から径方向内側に穿設され軸線方向全長に亘って延在する台形状のヨーク側嵌合溝を複数有する、積層鋼板からなる環状のヨークと、
   前記ヨーク側嵌合溝に嵌合する台形柱状のティース側嵌合部と、前記ヨークから径方向外側に突出してコイルの巻装される突設部とを有する、積層鋼板からなる複数のティースと、
   前記ヨーク側嵌合溝及び前記ティース側嵌合部のいずれか一方に形成された嵌入凹部と、
   前記ヨーク側嵌合溝及び前記ティース側嵌合部のいずれか他方に形成され、前記嵌入凹部に嵌入して前記ヨークに対する前記ティースの径方向外側への脱落を抑制する嵌入凸部とを備えステータコアであって、
   前記ヨークに対し前記ティースを径方向及び軸線方向のいずれかの方向から組み付けることを特徴とするステータコアの組付方法。

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