JP6877161B2 - 回転電機のステータ - Google Patents

Description

本発明は、ステータコアの外周面をステータホルダの内周面に対してしまりばめで固定して構成される回転電機のステータに関する。

回転電機のステータは、一般的にステータコアの外周面をステータホルダの内周面に対して軸方向に圧入等して組み付けられる。ここで、ステータコアの外周面とステータホルダの内周面との接触が全周及び全幅に及ぶと、圧入等の後には全体的に応力が発生し、その結果、回転電機の磁気特性（鉄損）に影響が及ぶおそれがある。

そこで、例えば特許文献１に記載の回転電機では、ステータコアの外周面に周方向に断続的にコア凸部を形成し、ステータホルダの内周面に積層方向（軸方向）に断続的にホルダ凸部を形成し、ステータコアの外周面がステータホルダの内周面に圧入される際に、コア凸部がホルダ凸部を塑性変形させることが記載されている。

特開２０１４−１８７８４４号公報

ところで、一般的にステータホルダはステータコアと同じ鉄から構成されるが、複数の薄い鋼板を積層して構成されるステータコアとは違い所定の体積を有する金属体であるため、ステータホルダの内周面に凸部又は凹部を加工するのは困難であった。特に、切削加工をする場合、切削工具が摩耗しやすく改善の余地があった。

本発明は前述した課題に鑑みてなされたものであり、製造が容易であり、磁気特性への影響を抑制可能な回転電機のステータを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明は、
複数の鋼板（例えば、後述の実施形態の鋼板１８）を積層して構成される円環状のステータコア（例えば、後述の実施形態のステータコア１２）と、
該ステータコアを保持するステータホルダ（例えば、後述の実施形態のステータホルダ１３）と、を備え、
前記ステータコアの外周面（例えば、後述の実施形態の外周面１２ａ）を前記ステータホルダの内周面（例えば、後述の実施形態の内周面１３ａ）に対してしまりばめで固定して構成される、回転電機のステータ（例えば、後述の実施形態のステータ１１）であって、
前記ステータホルダの内周面は、軸方向から見て前記回転電機の軸心（例えば、後述の実施形態の軸心Ｏ）からの距離が等しい円であるとともに軸方向断面が平坦面であり、
前記ステータコアは、径方向外側において周方向に沿って延在するバックヨーク（例えば、後述の実施形態のバックヨーク１５）と、該バックヨークの周方向中間部から径方向内側に向かって延在するティース（例えば、後述の実施形態のティース１６）と、を有する略Ｔ字状の分割コア（例えば、後述の実施形態の分割コア１４）が周方向に連結されることで構成され、
前記分割コアは、２種類の径方向高さの異なる鋼板（例えば、後述の実施形態の鋼板１８ａ、１８ｂ）が積層されて構成され、
前記ステータコアの外周面には、前記分割コアを構成する２種類の前記鋼板の径方向高さの違いによって形成された、径方向高さが異なる段差部（例えば、後述の実施形態の段差部１２ｂ）が軸方向において周期的に設けられており、
隣り合う前記分割コアの前記段差部が軸方向において異なる位置に配置されている。

また、請求項２に記載された発明は、請求項１に記載の構成に加えて、
前記バックヨークの周方向一端面（例えば、後述の実施形態の周方向一端面１５ａ）には、嵌合凹部（例えば、後述の実施形態の嵌合凹部１９）が形成され、
前記バックヨークの周方向他端面（例えば、後述の実施形態の周方向他端面１５ｂ）には、前記嵌合凹部に対応した形状を有する嵌合凸部（例えば、後述の実施形態の嵌合凸部２０）が形成されており、
隣り合う前記分割コアの前記嵌合凹部及び前記嵌合凸部が互いに嵌め合わされることによって、隣り合う前記分割コア同士が連結されている。

また、請求項３に記載された発明は、請求項１又は２に記載の構成に加えて、
前記ステータコアの外周面には、前記段差部が周方向にも周期的に設けられている。

請求項１に記載の構成によれば、ステータホルダの内周面が軸方向から見て回転電機の軸心からの距離が等しい円であるとともに軸方向断面が平坦面である、即ち、軸方向及び周方向に規則的な波形状又は段形状を有していないので、ステータホルダの内周面に波加工又は段加工を施す必要がなくステータホルダの加工が容易となる。一方で、ステータコアの外周面には、径方向高さが異なる段差部が軸方向において周期的に設けられているので、段差部の凸部がステータホルダの内周面に接触することでステータコアがステータホルダに保持される。
また、段差部の凸部のみがステータホルダの内周面に接触することで、ステータコアの外周面では接触しない領域が広くなり、応力のかからない部分が多くなる。これにより、回転電機の磁気特性への影響を抑制できる。
さらに、ステータコアは、略Ｔ字状の鋼板を積層して構成される分割コアが周方向に連結されることで構成されているので、分割コアを構成する鋼板に段差部を設けることで、原材料からステータコアを加工する際の歩留まりを向上することができる。
また、分割コアは２種類の径方向高さの異なる鋼板が積層されて構成されているので、打ち抜き型を最小限にできこれまでに対し製造コストを低減できる。
さらに、隣り合う分割コアの段差部が軸方向において異なる位置に配置されていることで、ステータコアの周方向にも段差部が形成されることになるので、ステータコアがより適切にステータホルダに保持される。

請求項２に記載の発明によれば、隣り合う分割コア同士はバックヨークの周方向一端面に形成された嵌合凹部とバックヨークの周方向他端面に形成された嵌合凸部が互いに嵌め合わされることによって、隣り合う分割コア同士が連結されているので、分割コアの組付け時のずれや傾きを防止できる。

請求項３に記載の発明によれば、ステータコアの外周面には径方向高さが異なる段差部が周方向にも周期的に設けられているので、ステータコアとステータホルダとの間に作用する応力を分散することができる。

本発明の一実施形態に係る回転電機のステータの分解斜視図である。 分割コア及びステータホルダの一部を示す断面斜視図である。 ステータホルダの内周面とステータコアの外周面との接触状態を説明する断面図である。 変形例に係る、ステータホルダの内周面とステータコアの外周面との接触状態を説明する断面図である。

以下、図面に基づいて本発明の一実施形態の回転電機のステータを説明する。なお、図面は符号の向きを基準に見るものとする。

図１に示すように、本発明の一実施形態に係る回転電機のステータ１１は、回転電機の軸心Ｏを中心とする略円環状のステータコア１２の外周に形成された外周面１２ａを、軸心Ｏを中心とする円筒状のステータホルダ１３の内周に形成された内周面１３ａに対してしまりばめで固定して構成される。なお、本実施形態では、ステータコア１２の外周面１２ａとステータホルダ１３の内周面１３ａとを圧入により固定する場合を例示するが、ステータコア１２の外周面１２ａとステータホルダ１３の内周面１３ａとを焼きばめ等により固定してもよい。

ステータホルダ１３の内周面１３ａは、軸方向から見て回転電機の軸心Ｏからの距離が等しい円であるとともに軸方向断面が平坦面となっている。ここで、「ステータホルダの内周面１３ａが回転電機の軸心Ｏからの距離が等しい円であるとともに軸方向断面が平坦面である」とは、周方向及び軸方向に規則的な波形状又は段形状を形成する切削加工や鋳造を施していないことを意味する。なお、上記した切削加工や鋳造を施していなければステータホルダ１３の内周面１３ａに研磨処理を行ってもよい。また、周期的とは、加工誤差によるばらつきを排除する意図である。

ステータ１１は、ステータホルダ１３の軸方向一端部から径方向外側に突出するフランジ１３ｂをハウジング（不図示）にボルト固定することによって、ステータ１１の内周部に配置される不図示のロータと共にインナーロータ型の回転電機を構成する。

ステータコア１２は、略同一形状の複数の分割コア１４が周方向に連結されることによって構成されている。図２も参照して、分割コア１４は、プレスにより打ち抜いた略Ｔ字状の鋼板１８を軸方向（軸心Ｏに沿う方向）に複数枚積層して構成され、径方向外側において周方向に沿って延在するバックヨーク１５と、バックヨーク１５の周方向中間部から径方向内側に向かって延在するティース１６と、を有する。図１中、符号２５は各ティース１６に巻回されたコイルである。

バックヨーク１５には、積層される鋼板１８同士を連結するためのカシメ部１７が形成されている。カシメ部１７の形状や位置、数等は、適宜変更が可能である。但し、カシメ部１７は、分割コア１４のうち、磁束の通過量の少ない部分（磁気回路影響が少ない部分）に形成することが好ましい。また、積層される鋼板１８同士の連結方法は、適宜変更が可能であり、例えば接着剤等を用いて連結してもよい。

バックヨーク１５の周方向一端面１５ａには、嵌合凹部１９が形成され、バックヨーク１５の周方向他端面１５ｂには、嵌合凹部１９に対応した形状を有する嵌合凸部２０が形成されており、これら嵌合凹部１９及び嵌合凸部２０が互いに嵌め合わされることによって、周方向で隣り合うバックヨーク１５（分割コア１４）同士が連結され、ステータコア１２が構成される。

また、バックヨーク１５には、外周面にダボ部２４が凹設されている。ダボ部２４は、分割コア１４の周方向中間部に位置しており、ステータコア１２をステータホルダ１３に圧入固定する際に位置決めするために用いられる。

図３も参照して、ステータコア１２の外周面１２ａには、径方向高さが異なる段差部１２ｂが軸方向において周期的に設けられている。この段差部１２ｂは、例えば２種類の径方向高さの異なる鋼板１８ａ、１８ｂを用意し、バックヨーク１５の径方向高さが高い鋼板１８ｂをバックヨーク１５の径方向高さの低い鋼板１８ｂの間に周期的に配置することで、鋼板１８ｂの径方向外縁部が凸部１２ｃとなって鋼板１８ａの径方向外縁部から突出することで形成される。図３の例では、段差部１２ｂを、鋼板１８ｂを３枚の鋼板１８ａの間に配置することで形成している。

図４の例では、段差部１２ｂを、２枚の鋼板１８ｂを連続して複数の鋼板１８ａの間に配置することで形成している。図４の例では、図３の例に比べて、鋼板１８ａ、１８ｂを打ち抜くプレス型の取り換えが少なくて済むため生産性が高い。なお、図３及び図４の例に限らず、ステータコア１２の外周面１２ａに径方向高さが異なる段差部１２ｂが軸方向において周期的に設けられていればよく、鋼板１８ａ、１８ｂの配置は任意に選択できる。また、２種類以上の径方向高さの異なる鋼板を用いてもよい。

図１に戻って、隣り合う分割コア１４においては、段差部１２ｂが軸方向において異なる位置に配置されており、さらに段差部１２ｂが周方向にも周期的に設けられている。このように隣り合う分割コア１４の段差部１２ｂが軸方向において異なる位置に配置されていることで、ステータコア１２の周方向にも段差部１２ｂが形成されることになるので、ステータコア１２がより適切にステータホルダ１３に保持される。また、ステータコア１２とステータホルダ１３との間に作用する残留応力を分散することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、ステータホルダ１３の内周面１３ａが軸方向から見て回転電機の軸心Ｏからの距離が等しい円であるとともに軸方向断面が平坦面である、即ち、軸方向及び周方向に規則的な波形状又は段形状を有していないので、ステータホルダ１３の内周面１３ａに波加工又は段加工を施す必要がなくステータホルダ１３の加工が容易となる。一方で、ステータコア１２の外周面１２ａには、径方向高さが異なる段差部１２ｂが軸方向において周期的に設けられているので、段差部１２ｂの凸部１２ｃがステータホルダ１３の内周面１３ａに接触することでステータコア１２がステータホルダ１３に保持される。

また、段差部１２ｂの凸部１２ｃのみがステータホルダ１３の内周面１３ａに接触することで、ステータコア１２の外周面１２ａではステータホルダ１３の内周面１３ａに接触しない領域が広くなり、応力のかからない部分が多くなる。これにより、回転電機の磁気特性への影響を抑制できる。

また、ステータコア１２は、略Ｔ字状の鋼板１８を積層して構成される分割コア１４が周方向に連結されることで構成されているので、原材料からステータコア１２を加工する際の歩留まりを向上することができる。

また、隣り合う分割コア１４同士はバックヨーク１５の周方向一端面１５ａに形成された嵌合凹部１９とバックヨーク１５の周方向他端面１５ｂに形成された嵌合凸部２０が互いに嵌め合わされることによって、隣り合う分割コア１４同士が連結されているので、分割コア１４の組付け時のずれや傾きを防止できる。

また、分割コア１４は２種類の径方向高さの異なる鋼板１８ａ、１８ｂが積層されて構成されているので、打ち抜き型を最小限にできこれまでに対し製造コストを低減できる。

また、隣り合う分割コア１４の段差部１２ｂが軸方向において異なる位置に配置されていることで、ステータコア１２の周方向にも段差部１２ｂが形成されることになるので、ステータコア１２がより適切にステータホルダ１３に保持される。

また、ステータコア１２の外周面１２ａには径方向高さが異なる段差部１２ｂが周方向にも周期的に設けられているので、ステータコア１２とステータホルダ１３との間に作用する残留応力を分散することができる。

なお、上記実施形態では、ステータコア１２の外周面１２ａに径方向高さが異なる段差部１２ｂを軸方向において周期的に設けたが、ステータコア１２の外周面１２ａに径方向高さが異なる段差部１２ｂを周方向において周期的に設けることで、ステータコア１２がステータホルダ１３に保持されるようにしてもよい。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、上記実施形態において、ステータコア１２は、複数の分割コア１４が周方向に連結されることによって構成される分割型のステータコアであったが、一体型のステータコアとしてもよい。

１１ ステータ
１２ ステータコア
１２ａ 外周面
１２ｂ 段差部
１３ ステータホルダ
１３ａ 内周面
１４ 分割コア
１５ バックヨーク
１５ａ 周方向一端面
１５ｂ 周方向他端面
１６ ティース
１８ 鋼板
１８ａ 鋼板
１８ｂ 鋼板
１９ 嵌合凹部
２０ 嵌合凸部
Ｏ 軸心

Claims (3)

1. 複数の鋼板を積層して構成される円環状のステータコアと、
   該ステータコアを保持するステータホルダと、を備え、
   前記ステータコアの外周面を前記ステータホルダの内周面に対してしまりばめで固定して構成される、回転電機のステータであって、
   前記ステータホルダの内周面は、軸方向から見て前記回転電機の軸心からの距離が等しい円であるとともに軸方向断面が平坦面であり、
   前記ステータコアは、径方向外側において周方向に沿って延在するバックヨークと、該バックヨークの周方向中間部から径方向内側に向かって延在するティースと、を有する略Ｔ字状の分割コアが周方向に連結されることで構成され、
   前記分割コアは、２種類の径方向高さの異なる鋼板が積層されて構成され、
   前記ステータコアの外周面には、前記分割コアを構成する２種類の前記鋼板の径方向高さの違いによって形成された、径方向高さが異なる段差部が軸方向において周期的に設けられており、
   隣り合う前記分割コアに設けられた前記段差部は、軸方向において異なる位置に配置されている、回転電機のステータ。
2. 請求項１に記載の回転電機のステータであって、
   前記バックヨークの周方向一端面には、嵌合凹部が形成され、
   前記バックヨークの周方向他端面には、前記嵌合凹部に対応した形状を有する嵌合凸部が形成されており、
   隣り合う前記分割コアの前記嵌合凹部及び前記嵌合凸部が互いに嵌め合わされることによって、隣り合う前記分割コア同士が連結されている、回転電機のステータ。
3. 請求項１又は２に記載の回転電機のステータであって、
   前記ステータコアの外周面には、前記段差部が周方向にも周期的に設けられている、回転電機のステータ。

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