JP2014045651A - 回転電機の固定子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】加工荷重を低減しつつ、固定子コアと外筒との締結を実現し得るようにした回転電機の固定子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】固定子２０は、複数の鋼板を軸方向に積層して形成され且つ周方向に分割された複数の分割コア３２を円環状に組み付けてなる固定子コア３０と、固定子コア３０に巻装された固定子巻線４０と、固定子コア３０の外周に嵌合固定された外筒５０とを備える。固定子コア３０の所定の分割コア３２の外周面には凹部３５が設けられている。外筒５０は、外周面と内周面とを連通する第１及び第２スリット５１ａ，５１ｂが形成され、第１及び第２スリット５１ａ，５１ｂに囲まれた部位に形成された締結部５２ａ，５２ｂを有する。締結部５２の先端部を径方向内方側へ塑性変形させて凹部３５に当接した状態で係合させることにより、外筒５０と固定子コア３０の複数の鋼板とが締結されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、例えば車両において電動機や発電機として使用される回転電機の固定子及びその製造方法に関する。

従来、回転電機の固定子として、周方向に分割された複数の分割コアを円環状に組み付けてなる固定子コアと、該固定子コアの外周に嵌合固定された外筒と、前記固定子コアに巻装された固定子巻線と、を備えたものが一般に知られている。この固定子においては、特に、固定子コアが複数の分割コアを円環状に組み付けてなるものであることから、固定子コアはその外周に嵌合される外筒と強固に固定されている必要がある。

例えば、特許文献１には、図１５に示すように、固定子コア３０Ａの外周面に締結凹部３５Ａを形成するとともに、外筒５０Ａの内周面側に径方向内方へ突出する締結凸部５２Ａを形成しておき、締結凸部５２Ａを治具６１Ａにより外周側から打ち込んで締結凹部３５Ａと締結することが開示されている。この場合、治具６１Ａにより打ち込まれた締結凸部５２Ａが締結凹部３５Ａの両側壁に当接した状態となることにより、外筒５０Ａと固定子コア３０Ａが締結され、両者の周方向への相対回転が防止される。

特許第４５６２０９３号公報

ところで、上記の特許文献１の場合、外筒５０Ａの締結凸部５２Ａを治具６１Ａで打ち込む際には、大きな加工荷重が必要となり、締結凸部５２Ａと締結凹部３５Ａとを十分に当接させることが困難になることがある。このように締結凸部５２Ａと締結凹部３５Ａとの接触面積を十分に採れない場合には、局部応力の集中が発生し、締結凸部５２Ａに割れや疲労破壊等が発生し易くなる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、加工荷重を低減しつつ、固定子コアと外筒との締結を実現し得るようにした回転電機の固定子及びその製造方法を提供することを解決すべき課題とするものである。

上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、複数の鋼板を軸方向に積層して形成され且つ周方向に分割された複数の分割コアを円環状に組み付けてなる固定子コアと、該固定子コアに巻装された固定子巻線と、前記固定子コアの外周に嵌合締結された外筒と、を備えた回転電機の固定子において、前記固定子コアは、外周面に凹部を有し、前記外筒は、外周面と内周面とを連通し周方向に延びる複数の第２スリット及び該第２スリットの間を軸方向に延びる第１スリットが形成されて前記第１及び第２スリットに囲まれた部位に形成された締結部を有し、該締結部の少なくとも一部を径方向内方側かつ周方向に向けて塑性変形させて前記凹部に係合させることにより前記外筒と前記固定子コアの複数の前記鋼板とが締結されていることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、外筒は、少なくとも一部が径方向内方側へ塑性変形されて固定子コアの凹部に係合する締結部を有するので、外筒と固定子コアとの締結を実現し、外筒と固定子コアとの周方向への相対回転を防止することができる。特に、本発明における締結部は、外周面と内周面とを連通する第１及び第２スリットに囲まれた部位に形成されているので、締結部を径方向内方側へ塑性変形させて凹部に係合させる際の加工荷重を大幅に低減することができる。本発明の場合、締結部を径方向内方側かつ周方向に向けて塑性変形させて凹部に係合させる際の加工荷重は、前記特許文献１の場合に比べて、１／３程度に低減できることが本願発明者等により確認されている。

なお、本発明において、外筒の所定部位に設けられる締結部は、コの字形状のスリットを形成することより、容易に形成することができる。この場合、コの字形状のスリットは、外筒の周方向一方側を除いた３方向を囲むように形成することが好ましい。このようにすれば、締結部を径方向内方側へ塑性変形させる際に、締結部の塑性変形させた面を周方向に対向させることができるので、締結部と凹部が、周方向において対向する面同士で係合する構造を確実に得ることができる。

請求項２に記載の発明は、前記スリットは、軸方向に延在する第１スリットと、周方向に延在する第２スリットとを有し、前記第１スリットと前記第２スリットが交差していることを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、締結部を分割してより多く形成することが可能となるので、締結部を塑性変形させる際に、締結部に負荷される加工荷重を小さくすることができる。これにより、締結部を塑性変形させる際に、固定子コアに発生する欠けや割れ等のダメージを低減することができる。また、加工荷重が小さくなることによって、設備コストの低減が可能となる。

請求項３に記載の発明は、前記締結部と前記凹部は、接合されていることを特徴とする。請求項３に記載の発明によれば、締結部と凹部が接合されていることにより、外筒と固定子コアとをより強固に締結することができる。

請求項４に記載の発明は、前記締結部と前記凹部は、周方向において対向する面同士が係合していることを特徴とする。請求項４に記載の発明によれば、外筒と固定子コアとの周方向への相対回転をより確実に防止することができる。

請求項５に記載の発明は、前記締結部と前記凹部は、周方向に分割された前記分割コア毎にそれぞれ設けられていることを特徴とする。請求項５に記載の発明によれば、それぞれの分割コアが外筒と締結されているので、微振動等に入力時にそれぞれの分割コアの動きを抑制することができる。

請求項６に記載の発明は、前記締結部と前記凹部は、溶接固定されていることを特徴とする。請求項６に記載の発明によれば、外筒と固定子コアとの周方向への相対回転をより確実に防止することができる。

請求項７に記載の発明は、前記外筒は、前記固定子コアの外周面との間に隙間を有する状態で前記固定子コアの外周に嵌合されていることを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、複数の鋼板を軸方向に積層して形成され且つ周方向に分割された複数の分割コアを円環状に組み付けてなる固定子コアと、該固定子コアの外周に嵌合締結された外筒と、前記固定子コアに巻装された固定子巻線と、を備えた回転電機の固定子の製造方法において、所定の前記分割コアの外周面に凹部を形成した前記固定子コアと、外周面と内周面とを連通し周方向に延びる複数の第２スリット及び該第２スリットの間を軸方向に延びる第１スリットを所定部位に形成して前記第１及び第２スリットに囲まれた部位に締結部が形成された前記外筒と、を準備する準備工程と、前記固定子巻線と前記固定子コアとを組み付ける組み付け工程と、前記固定子コアの外周に前記外筒を嵌合し、前記締結部の少なくとも一部を径方向内方側かつ周方向に向けて塑性変形させて前記固定子コアの前記凹部に係合させることにより前記外筒と前記固定子コアの複数の前記鋼板とを締結する締結工程と、を有することを特徴とする。

請求項８に記載の発明によれば、上記の準備工程と、組み付け工程と、締結工程とを行うようにしているため、加工荷重を低減しつつ、固定子コアと外筒との締結を実現し得るようにした回転電機の固定子を簡単に製造することができる。

請求項９に記載の発明は、前記締結工程の前に、予め前記締結部の少なくとも一部を径方向内方側へ塑性変形させる予備曲げ工程を行うことを特徴とする。

請求項９に記載の発明によれば、予備曲げ工程を行うことによって、締結工程を行う際に締結部のスプリングバック発生に伴い締結部と固定子コアとの間に形成される径方向の隙間を小さく抑制することができる。そのため、外筒の締結部と固定子コアの凹部との径方向の係合を確実にすることができるので、外筒と固定子コアとの締結を確実にすることが可能となる。

なお、予備曲げ工程における締結部の予備曲げ量は、固定子コアの外周に外筒を嵌合した際に、締結部が凹部の開口エッジ部に接触する状態となるように設定するのが、締結部と凹部とのより確実な係合を得るためには好ましい。しかし、この状態に締結部の予備曲げを行うと、固定子コアの外周に外筒を嵌合する際の嵌合作業に支障を来す恐れがあるため、それらのバランスを考慮して、締結部の予備曲げ量を設定すればよい。また、予備曲げ工程は、準備工程で外筒の所定部位にスリットを形成した後から締結工程で締結部の少なくとも一部を径方向内方側へ塑性変形させる本曲げ加工を行う前までの間であれば何時行ってもよいが、締結工程で固定子コアの外周に外筒を嵌合する前に行えば、予備曲げ加工を容易に行うことができる。

請求項１０に記載の発明は、前記締結工程は、前記固定子コアの外周に前記外筒を嵌合した後、前記外筒を外周側から圧縮して弾性変形させた状態で、前記締結部の少なくとも一部を径方向内方側へ塑性変形させることを特徴とする。

請求項１０に記載の発明によれば、締結部を塑性変形させた後、外筒への加圧を解除した際に、外筒が拡径方向に弾性復帰するのに伴って締結部が周方向に変位するため、その締結部と固定子コアの凹部の開口エッジ部との間に形成される周方向の隙間を小さく抑制することができる。そのため、外筒の締結部と固定子コアの凹部との周方向の係合を確実にすることができるので、外筒と固定子コアとの締結を確実にすることが可能となる。

請求項１１に記載の発明は、前記締結工程において、前記締結部の少なくとも一部を径方向内方側へ塑性変形させる際に、前記締結部の内周面に前記凹部の開口エッジ部と係合する係合段部を形成することを特徴とする。

請求項１１に記載の発明によれば、締結部を塑性変形させた後、外筒への加圧を解除した際に、外筒が拡径する方向に弾性復帰するのに伴って、締結部の内周面に形成された係合段部が固定子コアの凹部の開口エッジ部と係合する。これにより、係合段部と開口エッジ部との間に形成される周方向の隙間を確実に小さく抑制することができる。そのため、外筒の締結部と固定子コアの凹部との周方向の係合をより一層確実にすることができるので、外筒と固定子コアとの締結をより一層確実にすることが可能となる。

請求項１２に記載の発明は、前記締結工程において、前記外筒を、前記固定子コアの外周面との間に隙間を有する状態で前記固定子コアの外周に嵌合させることを特徴とする。

実施形態１に係る回転電機の構成を模式的に示す軸方向断面図である。 実施形態１に係る固定子の全体斜視図である。 実施形態１において固定子コアの外周に外筒を嵌合した状態を示す斜視図である。 実施形態１において固定子コアと外筒との締結状態を示す要部断面図である。 実施形態１に係る固定子の製造方法の各工程を示すブロック図である。 実施形態１に係る固定子の製造方法の締結工程を示す説明図であって、（ａ）はパンチによる加工前の状態を示し、（ｂ）はパンチによる加工後の状態を示す。 実施形態２において固定子コアの外周に外筒を嵌合した状態を示す斜視図である。 実施形態２において固定子コアと外筒の締結状態を示す要部断面図である。 実施形態３において固定子コアの外周に外筒を嵌合した状態を示す斜視図である。 実施形態３において固定子コアと外筒の締結状態を示す要部断面図である。 実施形態４において固定子コアの外周に外筒を嵌合した状態を示す斜視図である。 実施形態４において固定子コアと外筒の締結状態を示す要部断面図であって図１１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 実施形態５に係る固定子の製造方法の各工程を示すブロック図である。 実施形態５に係る固定子の製造方法の各工程を模式的に示す説明図であって、（ａ）は予備曲げ工程を示し、（ｂ）は締結工程において固定子コアの外周に外筒を嵌合した状態を示し、（ｃ）は締結工程において外筒を縮径させた状態を示し、（ｄ）は締結工程において締結部のかしめ加工を施した状態を示し、（ｅ）は締結工程において外筒の縮径を開放した状態を示す。 従来の固定子において固定子コアと外筒とを締結する状態を示す説明図である。

以下、本発明の回転電機の固定子を具体化した一実施形態について図面を参照しつつ具体的に説明する。

〔実施形態１〕
図１は、実施形態１に係る回転電機の構成を模式的に示す軸方向断面図である。本実施形態に係る回転電機は、車両用の電動機として使用されるものであって、図１に示すように、略有底筒状の一対のハウジング部材１０ａ，１０ｂが開口部同士で接合されてなるハウジング１０と、ハウジング１０に軸受け１１，１２を介して回転自在に支承される回転軸１３に固定された回転子１４と、ハウジング１０の内部で回転子１４を包囲する位置でハウジング１０に固定された固定子２０と、を備えている。

回転子１４は、固定子２０の内周側と向き合う外周側に、永久磁石により磁性が周方向に交互に異なる磁極を複数形成している。回転子１４の磁極の数は、回転電機により異なるため限定されるものではない。本実施形態においては、８極（Ｎ極：４、Ｓ極：４）の回転子が用いられている。

次に、図２〜図４を参照して固定子２０について説明する。図２は、実施形態１に係る固定子の斜視図である。図３は、実施形態１において固定子コアの外周に外筒を嵌合した状態を示す斜視図である。図４は、実施形態１において固定子コアと外筒との締結状態を示す要部断面図である。

固定子２０は、図２に示すように、周方向に分割された複数の分割コア３２を円環状に組み付けてなる固定子コア３０と、固定子コア３０に巻装された三相の固定子巻線４０と、固定子コア３０の外周に嵌合固定された円筒状の外筒５０と、を備えている。

固定子コア３０は、所定数（本実施形態では２４個）の分割コア３２を周方向に連結して円環状に形成され、その内周側に周方向に配列された複数のスロット３１を有する。スロット３１は、その深さ方向が径方向と一致するように形成されている。固定子コア３０に形成されたスロット３１の数は、回転子１４の磁極数（８磁極）に対し、固定子巻線４０の一相あたり２個の割合で形成されている。本実施形態では、８×３×２＝４８より、スロット数は４８個とされている。

スロット３１には、固定子コア３０に巻装された固定子巻線４０を構成する導線４５のスロット収容部が設置されている。本実施形態では、図４に示すように、各スロット３１に１２本の導線４５のスロット収容部が径方向に一列に整列した状態で設置されている。

分割コア３２は、一つのスロット３１を区画するとともに、周方向で隣接する分割コア３２との間で一つのスロット３１を区画する形状を呈している。具体的には、分割コア３２は、図４に示すように、径方向内方に突出する一対のティース部３３と、ティース部３３を径方向外方で連結するバックコア部３４とを有している。分割コア３２は、プレス打ち抜き加工により所定形状に形成された複数の電磁鋼板を固定子コア３０の軸方向に積層してかしめ固定することにより形成されている。

なお、２４個のうちの１個の分割コア３２の外周面には、外筒５０に設けられた後述の第１及び第２締結部５２ａ、５２ｂが当接した状態で係合している凹部３５（図４参照）が設けられている。この凹部３５は、所定の幅で分割コア３２の軸方向両端付近まで軸方向に延びる溝状に形成されている。凹部３５の周方向両側の側壁は、径方向内方側の底部に向かうにつれて互いに近づくように傾斜した傾斜面とされている。この凹部３５は、径方向内方に突出する一対のティース部３３のうちの一方のティース部３３と対応する位置に設けられている。

固定子巻線４０は、所定の波形形状に成形した所定数（本実施形態では１２本）の導線４５を所定の状態に積み重ねて帯状の導線集積体を形成し、その導線集積体を渦巻き状に巻き付ける（本実施形態では６周）ことにより円筒形状に成形されている。固定子巻線４０を構成する導線４５は、固定子コア３０のスロット３１に設置されるスロット収容部と、周方向の異なるスロット３１に収容されているスロット収容部同士をスロット３１の外部で接続しているターン部とを有する波形形状に形成されている。導線４５は、矩形断面の導体と、導体の外周を被覆する絶縁皮膜とからなる絶縁被覆平角線が採用されている。

固定子コア３０は、円筒形状に成形された固定子巻線４０に対して、外周側からティース部３３が挿入された所定数の分割コア３２により円環状に組み付けられている。これにより、固定子巻線４０は、図２に示すように、各導線４５の所定のスロット収容部が固定子コア３０の所定のスロット３１内に収容された状態に組付けられる。この場合、各導線４５のスロット収容部は、所定のスロット数（本実施形態では３相×２個（倍スロット）＝６個）ごとのスロット３１に収容されている。また、導線４５の隣り合うスロット収容部同士を接続しているターン部は、固定子コア３０の軸方向の両端面３０ａからそれぞれ突出し、その突出している多数のターン部により、固定子巻線４０の軸方向両端部にコイルエンド部４２が形成されている。

固定子巻線４０に対して所定数の分割コア３２を円環状に組み付けてなる固定子コア３０は、分割コア３２の外周に嵌合された円筒状の外筒５０により円環状に固定（保形）されている。図２及び図３に示すように、外筒５０の所定の１箇所には、軸方向に延在する１本の第１スリット５１ａと、周方向に延在する２本の第２スリット５１ｂとからなるエの字形状のスリット５１が設けられている。これにより、第１スリット５１ａの周方向両側には、１本の第１スリット５１ａと２本の第２スリット５１ｂにより外筒５０の周方向一方側を除いた３方向を囲むように形成されたコの字形状のスリット５１が形成されており、コの字形状のスリット５１に囲まれたそれぞれの部位には、第１及び第２締結部５２ａ、５２ｂが形成されている。

第１及び第２締結部５２ａ、５２ｂは、第１スリット５１ａ側の先端部が径方向内方側へ向けて塑性変形させられて、固定子コア３０の外周面に設けられた凹部３５に当接した状態で係合しており、これにより、外筒５０と固定子コア３０とが締結されている。この場合、第１締結部５２ａの先端部は、内面が凹部３５の周方向一方側（図４の左側）にある側壁の傾斜面に当接している。また、第２締結部５２ｂの先端部は、内面が凹部３５の周方向他方側（図４の右側）にある側壁の傾斜面に当接している。即ち、第１及び第２締結部５２ａ、５２ｂと凹部３５は、周方向において対向する面同士が当接していることにより、外筒５０と固定子コア３０との周方向両側への相対回転がより確実に防止されるようになっている。

また、塑性変形して凹部３５内に進入した第１及び第２締結部５２ａ、５２ｂの先端部は、軸方向両端が凹部３５の軸方向両側の側壁に当接することによって、外筒５０と固定子コア３０の軸方向への相対移動を規制する。さらに、本実施形態では、第１及び第２締結部５２ａ、５２ｂの先端部と凹部３５の底面が溶接固定されている。これにより、外筒５０と固定子コア３０との周方向両側への相対回転、及び軸方向への相対移動が更に確実に防止されるようになっている。

次に、本実施形態の固定子２０の製造方法について説明する。本実施形態の固定子２０の製造方法は、図５に示すように、所定の固定子コア３０及び外筒５０を準備する準備工程１０１と、固定子巻線４０と固定子コア３０とを組み付ける組み付け工程１０２と、外筒５０と固定子コア３０とを締結する締結工程１０３とを順に行うものである。

先ず、準備工程１０１では、所定の分割コア３２の外周面に凹部３５を形成した固定子コア３０と、第１スリット５１ａと第２スリット５１ｂよりなるエの字形状のスリット５１を所定部位に形成して、スリット５１に囲まれたそれぞれの部位に第１及び第２締結部５２ａ、５２ｂが形成された外筒５０を準備する。

次の組み付け工程１０２では、円筒状に成形された固定子巻線４０に対して、外周側から各分割コア３２のティース部３３を挿入して、所定数の分割コア３２を固定子巻線４０の周方向に沿って円環状に組み付ける。これにより、固定子巻線４０が固定子コア３０に巻装された状態に組み付けられる。

次の締結工程１０３では、固定子巻線４０が巻装された固定子コア３０の外周に外筒５０を、固定子コア３０の凹部３５と外筒５０の第１及び第２締結部５２ａ、５２ｂとを位置合わせして軸方向に嵌合する。この場合、固定子コア３０の凹部３５の周方向中央に外筒５０の第１スリット５１ａが位置するように外筒５０を嵌合する。

続いて、図６（ａ）に示すように、パンチ（押圧部材）６１を、外筒５０に形成された第１スリット５１ａの周方向両側にある第１及び第２締結部５２ａ、５２ｂの先端部のそれぞれに外周側から当接させて打ち込むことにより、第１及び第２締結部５２ａ、５２ｂの先端部を径方向内方側へ向けて塑性変形させる。これにより、図６（ｂ）に示すように、第１及び第２締結部５２ａ、５２ｂの先端部の内面を、凹部３５の周方向両側にある側壁の傾斜面にそれぞれ当接させる。その後、第１及び第２締結部５２ａ、５２ｂの先端部と凹部３５の底面を溶接固定して、締結工程１０３を終了する。これにより、外筒５０と固定子コア３０とが強固に締結される。

その後、必要に応じて仕上げ処理等を適宜施して、図２に示す固定子２０を完成させ、全工程を終了する。

以上のように、本実施形態の固定子２０によれば、外筒５０は、少なくとも一部が径方向内方側へ塑性変形されて固定子コア３０の凹部３５に当接した状態で係合する第１及び第２締結部５２ａ、５２ｂを有するので、外筒５０と固定子コア３０との締結を実現し、外筒５０と固定子コア３０との周方向への相対回転を防止することができる。特に、第１及び第２締結部５２ａ、５２ｂは、外周面と内周面とを連通するスリット５１に囲まれた部位に形成されているので、第１及び第２締結部５２ａ、５２ｂを径方向内方側へ塑性変形させて凹部３５に当接させる際の加工荷重を大幅に低減することができる。

また、本実施形態では、第１及び第２締結部５２ａ、５２ｂと凹部３５は、周方向において対向する面同士が当接しているので、外筒５０と固定子コア３０との周方向への相対回転をより確実に防止することができる。また、第１及び第２締結部５２ａ、５２ｂと凹部３５は、溶接固定されているため、外筒５０と固定子コア３０との周方向への相対回転、及び軸方向への相対移動をさらに確実に防止することができる。

特に、本実施形態では、エの字形状のスリット５１を形成することにより２個の第１及び第２締結部５２ａ、５２ｂを形成して、外筒５０と固定子コア３０との周方向両側への相対回転を防止するようにしている。そのため、本実施形態の固定子コア３０は、電動機と発電機の機能を選択的に使用可能に構成された回転電機のように、トルク伝達方向が逆方向に変化する回転電機にも適用することができる。

そして、本実施形態の固定子２０の製造方法によれば、準備工程１０１と、組み付け工程１０２と、締結工程１０３とを行うようにしているため、加工荷重を低減しつつ、固定子コア３０と外筒５０の締結を実現し得るようにした回転電機の固定子を簡単に製造することができる。

〔実施形態２〕
図７は、実施形態２において固定子コアの外周に外筒を嵌合した状態を示す斜視図である。図８は、実施形態２において固定子コアと外筒の締結状態を示す要部断面図である。

実施形態２の固定子２０は、実施形態１の固定子２０と基本的構成が同じであるが、図７及び図８に示すように、外筒５０に設けられるスリット５１の形状が実施形態１と異なる。以下、異なる点を説明する。

実施形態２において、外筒５０の所定の１箇所には、軸方向に延在する１本の第１スリット５３ａと、周方向に延在する２本の第２スリット５３ｂとからなるコの字形状のスリット５３が設けられている。このスリット５３は、１本の第１スリット５３ａと２本の第２スリット５３ｂにより外筒５０の周方向一方側（図７の左側）を除いた３方向を囲むように形成されたコの字形状に形成されており、コの字形状のスリット５３に囲まれた部位には、それぞれ締結部５４が形成されている。

この締結部５４は、第１スリット５３ａ側の先端部が径方向内方側へ向けて塑性変形させられて、固定子コア３０の外周面に設けられた凹部３５に当接した状態で係合しており、これにより、外筒５０と固定子コア３０とが締結されている。この場合、締結部５４の先端部の内面が、凹部３５の周方向一方側（図８の左側）にある側壁の傾斜面に当接している。即ち、締結部５４と凹部３５は、周方向において対向する面同士が当接していることにより、外筒５０と固定子コア３０との周方向一方側への相対回転がより確実に防止されるようになっている。

以上のように構成された実施形態２の固定子２０によれば、外筒５０は、少なくとも一部が径方向内方側へ塑性変形されて固定子コア３０の凹部３５に当接した状態で係合する締結部５４を有するので、締結部５４を径方向内方側へ塑性変形させて凹部３５に当接させる際の加工荷重を大幅に低減しつつ、固定子コア３０と外筒５０との締結を実現することができる等、実施形態１と同様の作用及び効果を奏する。

〔実施形態３〕
図９は、実施形態３において固定子コアの外周に外筒を嵌合した状態を示す斜視図である。図１０は、実施形態３において固定子コアと外筒の締結状態を示す要部断面図である。

実施形態３の固定子２０は、実施形態１の固定子２０と基本的構成が同じであるが、図９及び図１０に示すように、外筒５０に設けられるスリット５５の形状が実施形態１と異なる。以下、異なる点を説明する。

実施形態３において、外筒５０の所定の１箇所には、軸方向に延在する１本の第１スリット５５ａと、周方向に延在する３本の第２スリット５５ｂとからなる王の字形状のスリット５５が設けられている。これにより、第１スリット５５ａの周方向両側には、１本の第１スリット５５ａと２本の第２スリット５５ｂにより外筒５０の周方向一方側を除いた３方向を囲むように形成されたコの字形状のスリット５５が２個ずつ合計４個形成されており、それらコの字形状のスリット５５に囲まれた４箇所の部位には、第１〜第４締結部５６ａ〜５６ｄが形成されている。

即ち、実施形態３の場合には、軸方向両側にある２本の第２スリット５５ｂの間に、第１スリット５５ａと直角に交差する１本の第２スリット５５ｂが形成されていることによって、軸方向両側にある２本の第２スリット５５ｂの間には２個に分割された第１及び第２締結部５６ａ、５６ｂと第３及び第４締結部５６ｃ、５６ｄが形成されている。これにより、４箇所に形成された第１〜第４締結部５６ａ〜５６ｄは、実施形態１の第１及び第２締結部５２ａ、５２ｂに比べて、軸方向幅が約１／２の大きさになっている。そのため、図１０に示すように、第１〜第４締結部５６ａ〜５６ｄの第１スリット５５ａ側の先端部が、径方向内方側へ向けて塑性変形させられて、固定子コア３０の外周面に設けられた凹部３５に当接する際には、第１〜第４締結部５６ａ〜５６ｄに負荷される加工荷重を小さくすることができる。

なお、第１〜第４締結部５６ａ〜５６ｄの先端部は、内面が凹部３５の周方向両側にある側壁の傾斜面にそれぞれ当接した状態で係合している。よって、実施形態３の場合にも、第１〜第４締結部５６ａ〜５６ｄと凹部３５は、周方向において対向する面同士が当接した状態で係合していることにより、外筒５０と固定子コア３０との周方向両側への相対回転がより確実に防止されるようになっている。

以上のように構成された実施形態３の固定子２０によれば、外筒５０は、少なくとも一部が径方向内方側へ塑性変形されて固定子コア３０の凹部３５に当接した状態で係合する第１〜第４締結部５６ａ〜５６ｄを有するので、第１〜第４締結部５６ａ〜５６ｄを径方向内方側へ塑性変形させて凹部３５に当接させる際の加工荷重を大幅に低減しつつ、固定子コア３０と外筒５０との締結を実現することができる等、実施形態１と同様の作用及び効果を奏する。

特に、実施形態３の場合には、スリット５５は、軸方向に延在する１本の第１スリット５５ａと、周方向に延在する３本の第２スリット５５ｂとからなる王の字形状に形成されており、軸方向両側にある２本の第２スリット５５ｂの間に、第１スリット５５ａと直角に交差する１本の第２スリット５５ｂが形成されていることによって、軸方向両側にある２本の第２スリット５５ｂの間に形成された第１及び第２締結部５６ａ、５６ｂ、第３及び第４締結部５６ｃ、５６ｄが２個に分割されている。そのため、第１〜第４締結部５６ａ〜５６ｄを塑性変形させる際に、第１〜第４締結部５６ａ〜５６ｄに負荷される加工荷重を、実施形態１よりもさらに小さくすることができるので、固定子コア３０に発生する欠けや割れ等のダメージを低減することができる。また、加工荷重が大幅に小さくなることによって、設備コストの低減が可能となる。

〔実施形態４〕
図１１は、実施形態４において固定子コアの外周に外筒を嵌合した状態を示す斜視図である。図１２は、実施形態４において固定子コアと外筒の締結状態を示す要部断面図であって図１１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

実施形態４の固定子２０は、実施形態１の固定子２０と基本的構成が同じであるが、図１１及び図１２に示すように、外筒５０に設けられるスリット５７の形状が実施形態１と異なる。以下、異なる点を説明する。

実施形態４において、外筒５０の所定の１箇所には、軸方向に延在する２本の第１スリット５７ａと、周方向に延在する３本の第２スリット５７ｂとからなる逆Ｓの字形状のスリット５７が設けられている。これにより、中央の第２スリット５７ｂの軸方向両側には、１本の第１スリット５７ａと２本の第２スリット５７ｂにより外筒５０の周方向一方側を除いた３方向を囲むように形成されたコの字形状のスリット５７が形成されており、コの字形状のスリット５７に囲まれたそれぞれの部位には、第１及び第２締結部５８ａ、５８ｂが形成されている。

また、固定子コア３０を構成する２４個のうちの１個の分割コア３２の外周面には、外筒５０に設けられた第１及び第２締結部５８ａ、５８ｂがそれぞれ当接（係合）している２個の凹部３５ａ、３５ｂが設けられている。第１及び第２凹部３５ａ、３５ｂは、径方向内方に突出する一対のティース部３３と対応する位置に設けられている。この場合、第１締結部５８ａの先端部は、第１凹部３５ａの周方向一方側（図１２の左側）にある傾斜面よりなる側壁に当接している。また、第２締結部５８ｂの先端部は、第２凹部３５ｂの周方向他方側（図１２の右側）にある傾斜面よりなる側壁に当接している。これにより、実施形態４の場合にも、第１及び第２締結部５８ａ、５８ｂと凹部３５は、周方向において対向する面同士が当接していることにより、外筒５０と固定子コア３０との周方向両側への相対回転がより確実に防止されるようになっている。

なお、第１及び第２締結部５８ａ、５８ｂは、実施形態１の第１及び第２締結部５２ａ、５２ｂに比べて、軸方向幅が約１／２の大きさになっている。そのため、実施形態４の場合にも、図１２に示すように、第１及び第２締結部５８ａ、５８ｂの先端部が、径方向内方側へ向けて塑性変形させられて、固定子コア３０の外周面に設けられた凹部３５に当接する際には、第１及び第２締結部５８ａ、５８ｂに負荷される加工荷重を小さくすることができる。

以上のように構成された実施形態４の固定子２０によれば、外筒５０は、少なくとも一部が径方向内方側へ塑性変形されて固定子コア３０の第１及び第２凹部３５ａ、３５ｂに当接した状態で係合する第１及び第２締結部５８ａ、５８ｂを有するので、第１及び第２締結部５８ａ、５８ｂを径方向内方側へ塑性変形させて第１及び第２凹部３５ａ、３５ｂに当接させる際の加工荷重を大幅に低減しつつ、固定子コア３０と外筒５０との締結を実現することができる等、実施形態１と同様の作用及び効果を奏する。

〔実施形態５〕
図１３は、実施形態５に係る固定子の製造方法の各工程を示すブロック図である。図１４は、実施形態５に係る固定子の製造方法の各工程を模式的に示す説明図であって、（ａ）は予備曲げ工程を示し、（ｂ）は締結工程において固定子コアの外周に外筒を嵌合した状態を示し、（ｃ）は締結工程において外筒を縮径させた状態を示し、（ｄ）は締結工程において締結部のかしめ加工を施した状態を示し、（ｅ）は締結工程において外筒の縮径を開放した状態を示す。なお、図１４（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）において、固定子コアに組み付けられた固定子巻線は省略されている。

実施形態５の固定子２０は、実施形態１の固定子２０（図２参照）と基本的構成が同じであるが、図１３及び図１４に示すように、その製造方法が実施形態１と異なる。以下、実施形態５の固定子２０の製造方法の異なる点を中心に説明するとともに、固定子２０の異なる点を説明する。なお、本実施形態では、固定子２０の実施形態１と共通する部材には同じ符号を付して詳しい説明は省略する。

実施形態５の固定子２０の製造方法は、所定の固定子コア３０及び外筒５０を準備する準備工程２０１と、予め第１及び第２締結部５２ａ、５２ｂの少なくとも一部を径方向内方側へ塑性変形させる予備曲げ工程２０２と、固定子巻線４０と固定子コア３０とを組み付ける組み付け工程２０３と、外筒５０と固定子コア３０とを締結する締結工程２０４とを順に行うものである。

準備工程２０１では、所定の分割コア３２の外周面に凹部３５を形成した固定子コア３０と、第１スリット５１ａと第２スリット５１ｂよりなるエの字形状のスリット５１を所定部位に形成して、スリット５１に囲まれたそれぞれの部位に第１及び第２締結部５２ａ、５２ｂが形成された外筒５０を準備する。なお、固定子コア３０に形成される凹部３５は、実施形態１では、凹部３５の周方向両側の側壁が径方向内方側の底部に向かうにつれて互いに近づくように傾斜した傾斜面とされているのに対して、実施形態５では、凹部３５の周方向両側の側壁が底面及び分割コア３２の外周面と略直角に交わる平面とされている点で異なる。

次の予備曲げ工程２０２では、図１４（ａ）に示すように、図示しないパンチ（押圧部材）を用いて外筒５０の第１及び第２締結部５２ａ、５２ｂに曲げ加工を施して、第１及び第２締結部５２ａ、５２ｂの全体を径方向内方側へ塑性変形させる。この場合、第１及び第２締結部５２ａ、５２ｂの予備曲げ量は、第１及び第２締結部５２ａ、５２ｂと凹部３５とのより確実な係合と、締結工程２０４において行う固定子コア３０の外周に外筒５０を嵌合する嵌合作業の容易さとのバランスを考慮して適宜設定される。本実施形態では、締結工程２０４において固定子コア３０の外周に外筒５０を嵌合した際に、第１及び第２締結部５２ａ、５２ｂと凹部３５の周方向両側の開口エッジ部とが接触する状態、或いは所定距離離間した状態となるように設定されている。なお、この予備曲げ工程２０２は、準備工程２０１で外筒５０にスリット５１を形成した直後に連続して行うようにすれば、作業効率の向上を図ることができる。

次の組み付け工程２０３では、実施形態１と同様に、円筒状に成形された固定子巻線４０に対して、外周側から各分割コア３２のティース部３３を挿入して、所定数の分割コア３２を固定子巻線４０の周方向に沿って円環状に組み付ける。これにより、固定子巻線４０が固定子コア３０に巻装された状態に組み付けられる。

次の締結工程２０４では、図１４（ｂ）に示すように、固定子巻線４０が巻装された固定子コア３０の外周に外筒５０を、固定子コア３０の凹部３５と外筒５０の第１及び第２締結部５２ａ、５２ｂとを位置合わせして軸方向に嵌合する。この場合、固定子コア３０の凹部３５の周方向中央に外筒５０の第１スリット５１ａが位置するように外筒５０を嵌合する。

続いて、図１４（ｃ）に示すように、固定子コア３０の外周に嵌合された外筒５０の外周側に配置された複数のダイス６３を外筒５０の求心方向に進出させて、外筒５０を外周側から圧縮して弾性変形させる。これにより、第１及び第２締結部５２ａ、５２ｂの先端は、凹部３５の周方向中央に向かって互いに近づくように変位する。そして、このように外筒５０を圧縮した状態で、図１４（ｄ）に示すように、パンチ（押圧部材）６２を、外筒５０に形成された第１スリット５１ａの周方向両側にある第１及び第２締結部５２ａ、５２ｂの先端部のそれぞれに外周側から当接させて打ち込むことにより、第１及び第２締結部５２ａ、５２ｂの先端部を径方向内方側へ向けて塑性変形させる。このとき、パンチ６２により第１及び第２締結部５２ａ、５２ｂを塑性変形させる際には、第１及び第２締結部５２ａ、５２ｂの内周面に凹部３５の開口エッジ部と係合する係合段部５９を形成する。

続いて、図１４（ｅ）に示すように、外筒５０の外周側に配置された複数のダイス６３を外筒５０の遠心方向に後退させて外筒５０への加圧を解除する。これにより、外筒５０が拡径する方向に弾性復帰するのに伴って、第１及び第２締結部５２ａ、５２ｂの内周面にそれぞれ形成された係合段部５９が凹部３５の周方向両側の開口エッジ部とそれぞれ係合する。これにより、外筒５０と固定子コア３０とが強固に締結され、締結工程２０４を終了する。

その後、必要に応じて仕上げ処理等を適宜施して、図２に示す固定子２０を完成させ、全工程を終了する。

以上のように、本実施形態の固定子２０の製造方法によれば、締結工程２０４の前に、予め第１及び第２締結部５２ａ、５２ｂを径方向内方側へ塑性変形させる予備曲げ工程２０２を行うようにしている。そのため、締結工程２０４を行う際に第１及び第２締結部５２ａ、５２ｂのスプリングバック発生に伴い第１及び第２締結部５２ａ、５２ｂと固定子コア３０との間に形成される径方向の隙間を小さく抑制することができる。そのため、外筒５０の第１及び第２締結部５２ａ、５２ｂと固定子コア３０の凹部３５との径方向の係合を確実にすることができるので、外筒５０と固定子コア３０との締結を確実にすることが可能となる。

また、本実施形態の締結工程２０４は、固定子コア３０の外周に外筒５０を嵌合した後、外筒５０を外周側から圧縮して弾性変形させた状態で、第１及び第２締結部５２ａ、５２ｂを径方向内方側へ塑性変形させるようにしている。そのため、第１及び第２締結部５２ａ、５２ｂを塑性変形させた後、外筒５０への加圧を解除した際に、外筒５０が拡径方向に弾性復帰するのに伴って第１及び第２締結部５２ａ、５２ｂが周方向に変位するため、第１及び第２締結部５２ａ、５２ｂと凹部３５の開口エッジ部との間に形成される周方向の隙間を小さく抑制することができる。そのため、外筒５０の第１及び第２締結部５２ａ、５２ｂと凹部３５との周方向の係合を確実にすることができるので、外筒５０と固定子コア３０との締結を確実にすることが可能となる。

さらに、締結工程２０４において、第１及び第２締結部５２ａ、５２ｂの先端部を径方向内方側へ塑性変形させる際に、第１及び第２締結部５２ａ、５２ｂの内周面に凹部３５の開口エッジ部と係合する係合段部５９を形成するようにしている。これにより、係合段部５９と開口エッジ部との間に形成される周方向の隙間を確実に小さく抑制することができる。そのため、外筒５０の第１及び第２締結部５２ａ、５２ｂと固定子コア３０の凹部３５との周方向の係合をより一層確実にすることができるので、外筒５０と固定子コア３０との締結をより一層確実にすることが可能となる。

〔他の実施形態〕
本発明は、上記の実施形態１〜４に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更することが可能である。

例えば、実施形態１〜４においては、外筒５０の締結部と固定子コア３０の凹部３５は、１個の分割コア３２に相当する部位に設けられていたが、締結部と凹部を、周方向に分割された分割コア３２毎にそれぞれ設けるようにしてもよい。このようにすれば、それぞれの分割コア３２が外筒５０と締結されているので、微振動等の入力時にそれぞれの分割コア３２の動きを抑制することができる。

１…回転電機、 １０…ハウジング、 １１、１２…軸受け、 １３…回転軸、 １４…回転子、 ２０…固定子、 ３０…固定子コア、 ３１…スロット、 ３２…分割コア、 ３３…ティース部、 ３４…バックコア部、 ３５…凹部、 ３５ａ…第１凹部、 ３５ｂ…第２凹部、 ４０…固定子巻線、 ４２…コイルエンド部、 ４５…導線、 ５０…外筒、 ５１、５３、５５、５７…スリット、 ５１ａ、５３ａ、５５ａ、５７ａ…第１スリット、 ５１ｂ、５３ｂ、５５ｂ、５７ｂ…第２スリット、 ５４…締結部、 ５２ａ、５６ａ、５８ａ…第１締結部、 ５２ｂ、５６ｂ、５８ｂ…第２締結部、 ５６ｃ…第３締結部、 ５６ｄ…第４締結部、 ５９…係合段部、 ６１、６２…パンチ、 ６３…ダイス。

Claims (12)

1. 複数の鋼板を軸方向に積層して形成され且つ周方向に分割された複数の分割コアを円環状に組み付けてなる固定子コアと、該固定子コアに巻装された固定子巻線と、前記固定子コアの外周に嵌合締結された外筒と、を備えた回転電機の固定子において、
   前記固定子コアは、外周面に凹部を有し、
   前記外筒は、外周面と内周面とを連通し周方向に延びる複数の第２スリット及び該第２スリットの間を軸方向に延びる第１スリットが形成されて前記第１及び第２スリットに囲まれた部位に形成された締結部を有し、該締結部の少なくとも一部を径方向内方側かつ周方向に向けて塑性変形させて前記凹部に係合させることにより前記外筒と前記固定子コアの複数の前記鋼板とが締結されていることを特徴とする回転電機の固定子。
2. 前記スリットは、軸方向に延在する第１スリットと、周方向に延在する第２スリットとを有し、前記第１スリットと前記第２スリットが交差していることを特徴とする請求項１に記載の回転電機の固定子。
3. 前記締結部と前記凹部は、接合されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転電機の固定子。
4. 前記締結部と前記凹部は、周方向において対向する面同士が係合していることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の回転電機の固定子。
5. 前記締結部と前記凹部は、周方向に分割された前記分割コア毎にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の回転電機の固定子。
6. 前記締結部と前記凹部は、溶接固定されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の回転電機の固定子。
7. 前記外筒は、前記固定子コアの外周面との間に隙間を有する状態で前記固定子コアの外周に嵌合されていることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の回転電機の固定子。
8. 複数の鋼板を軸方向に積層して形成され且つ周方向に分割された複数の分割コアを円環状に組み付けてなる固定子コアと、該固定子コアの外周に嵌合締結された外筒と、前記固定子コアに巻装された固定子巻線と、を備えた回転電機の固定子の製造方法において、
   所定の前記分割コアの外周面に凹部を形成した前記固定子コアと、外周面と内周面とを連通し周方向に延びる複数の第２スリット及び該第２スリットの間を軸方向に延びる第１スリットを所定部位に形成して前記第１及び第２スリットに囲まれた部位に締結部が形成された前記外筒と、を準備する準備工程と、
   前記固定子巻線と前記固定子コアとを組み付ける組み付け工程と、
   前記固定子コアの外周に前記外筒を嵌合し、前記締結部の少なくとも一部を径方向内方側かつ周方向に向けて塑性変形させて前記固定子コアの前記凹部に係合させることにより前記外筒と前記固定子コアの複数の前記鋼板とを締結する締結工程と、
   を有することを特徴とする回転電機の固定子の製造方法。
9. 前記締結工程の前に、予め前記締結部の少なくとも一部を径方向内方側へ塑性変形させる予備曲げ工程を行うことを特徴とする請求項８に記載の回転電機の固定子の製造方法。
10. 前記締結工程は、前記固定子コアの外周に前記外筒を嵌合した後、前記外筒を外周側から圧縮して弾性変形させた状態で、前記締結部の少なくとも一部を径方向内方側へ塑性変形させることを特徴とする請求項８又は９に記載の回転電機の固定子の製造方法。
11. 前記締結工程において、前記締結部の少なくとも一部を径方向内方側へ塑性変形させる際に、前記締結部の内周面に前記凹部の開口エッジ部と係合する係合段部を形成することを特徴とする請求項１０に記載の回転電機の固定子の製造方法。
12. 前記締結工程において、前記外筒を、前記固定子コアの外周面との間に隙間を有する状態で前記固定子コアの外周に嵌合させることを特徴とする請求項８〜１１の何れか一項に記載の回転電機の固定子の製造方法。

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