JP2007166754A - 分割コアを備えた回転電機およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】組立作業性がよく且つステータコアとハウジングとの締め代の増加に好適な回転電機およびその製造方法を提供する。
【解決手段】ハウジング１内周面にバックコア６の外周面を接触させ且つバックコア６の円周方向側面を隣接するバックコア６の円周方向側面に接触させて、複数の分割コア５を円環状に配列して備える分割コア５を備えた回転電機において、前記分割コア５のバックコア６を連ねて形成するステータコア２の円周方向周長を増加させる周長増加手段１４、１５を設け、前記周長増加手段によりステータコア２の円周方向周長を増加させることでステータコア２外径を拡径させ、ステータコア２の外周面をハウジング１内周面に締め代をもって密着させるようにした。
【選択図】図３

Description

本発明は、分割コアを備えた回転電機およびその製造方法に関し、特に、分割コアとハウジングとの隙間のない嵌合に好適な分割コアを備えた回転電機およびその製造方法に関するものである。

従来から回転電機のハウジングに対してステータコアを圧入固定する場合に、ステータコアのガタツキ・回動を防止するステータコア取付構造が提案されている（特許文献１参照）。

これは、ステータコアの外周に軸方向に伸びる凹溝を形成する一方、ハウジングを形成するブラケットの内側に軸方向に伸びる凹溝を形成し、同ブラケットにステータコアを圧入する時に、ステータコアの凹溝をブラケットの凹溝に合わせて圧入し、両凹溝にテーパーピンを圧入・固定するようにしている。
実開平５−１５６４７号公報

しかしながら、上記従来例では、放熱性の良い軽合金、例えば、アルミニウム合金製のハウジングに、磁性鋼板の積層体である鉄材からなるステータコアを圧入するものであるため、軽合金材と鉄材の線膨張係数の違いから、ハウジングとステータ間にガタツキ・隙間を生じ、ステータの熱がハウジング側に逃げ難くなり、ステータが過熱するという課題があった。

前記ステータコアとハウジングとの圧入による嵌め合いの締め代を大きくする等により上記ガタツキ・隙間を減少させる方策も考えられるが、締め代が大きくなるほど鉄材のステータコア外周による軽合金製のハウジングの内径部の削れ量が大きくなり常温での圧入作業ができないことから、ハウジングの温度を加熱により上昇させて、その孔径を大きくした状態で圧入する等の焼嵌め工程を必要とし、作業性を向上でき難い課題があった。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、組立作業性がよく且つステータコアとハウジングとの締め代の増加に好適な回転電機およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、ハウジング内周面にバックコアの外周面を接触させ且つバックコアの円周方向側面を隣接するバックコアの円周方向側面に接触させて、複数の分割コアを円環状に配列して備える分割コアを備えた回転電機において、前記分割コアのバックコアを連ねて形成するステータコアの円周方向周長を増加させる周長増加手段を設け、前記周長増加手段によりステータコアの円周方向周長を増加させることでステータコア外径を拡径させ、ステータコアの外周面をハウジング内周面に締め代をもって密着させるようにした。

したがって、本発明では、分割コアのバックコアを連ねて形成するステータコアの円周方向周長を増加させる周長増加手段を設け、前記周長増加手段によりステータコアの円周方向周長を増加させることでステータコア外径を拡径させ、ステータコアの外周面をハウジング内周面に締め代をもって密着させるため、高い締め代によりハウジングとステータコアとを密着させて、回転電機が発熱してハウジングとステータコアの寸法が変化しても隙間の発生を防止でき、隙間による熱抵抗の増加等の不具合を防止でき、回転電機の過熱を防ぐことができる。しかも、ステータコアのハウジングへの組付時には軽圧入でよいため、組立作業性がよい。

以下、本発明の分割コアを備えた回転電機およびその製造方法を一実施形態に基づいて説明する。図１〜図６は、本発明を適用した分割コアを備えた回転電機およびその製造方法の第１実施形態を示し、図１は分割コアを備えた回転電機のステータコアおよびハウジングの正面図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う断面図、図３は第１実施例の分割コアを備えるステータコアとハウジングとの部分拡大図、図４はピン圧入力とステータ・ハウジング間の締め代との関係を示す特性図、図５は組立手順を示す工程図、図６は第２実施例の分割コアを備えるステータコアとハウジングとの部分拡大図である。

図１、２において、分割コアを備えた回転電機（電動機、または発電機、または電動機兼発電機等がある）は、リング状のハウジング１の内周面に、円筒形のステータコア２が、図示しないロータの外周を取り囲むように配置される。ステータコア２の内周面とロータの外周面との間には、所定の間隙が設けられている。リング状のハウジング１は、回転電機のケースであり、図示例では、その一部のみを示している。

前記ステータコア２は、複数個（本実施の形態では２４個）に分割された分割コア５を円環状に連ねる分割コア構造に構成している。各分割コア５は、バックコア部６とティース部７とを備えて略Ｔ字状をなす。バックコア部６はハウジング１内周面に当接して他の分割コア５と共に環状に連なって継鉄部を構成する。

前記ティース部７はバックコア部６からステータコア２の内周側に突出させて形成している。各分割コア５は略Ｔ字型の磁性鋼板を回転軸の軸方向（図１の紙面に垂直方向、以下同一の方向を軸方向という）に所定厚さに積層しかつ一体に固定して構成する。ハウジング１の内方に向かって夫々突出するティース部７の間の凹部（溝部）はスロット８を構成する。

各ティース部７には、その周囲に絶縁体９を配置した後、コイル３をスロット８に収挿し、コイルエンドをステータコア２側方に露出させて巻装する。絶縁体９はスロット８を構成するティース部７の側面からバックコア部６表面に亙る絶縁体９の側板とティース部７の端面に配置する絶縁体９の端板とで構成している。これらの絶縁体９の上から各ティース部７にコイル３を集中巻にて巻装する。コイル３の巻層は必要に応じて複数層に亙って巻回される。

各分割コア５のバックコア部６の円周方向側面は、図３（第１実施例）に拡大して示すように、隣接する分割コア５のバックコア部６の円周方向側面と互いに嵌り合い、一方が凸状をなし他方が凹状をなした半円状の凸部１１および凹部１２を軸方向（磁性鋼板の積層方向）に形成している。バックコア部６同士は、これら凸部１１と凹部１２とを嵌り合わせて環状に連ねられる。このバックコア部６の側面形状は、図示の例では、互いに嵌合する半円状の凸部１１および凹部１２としているが、例えば、一方を三角形状の山形とし且つ他方を三角形状の谷形として互いに嵌合させてもよく、また、互いに嵌合させることなく互いに当接する平面であってもよい。なお、互いを嵌合させる場合には、各分割コア同士の位置決めが容易となる。

また、前記バックコア部６の円周方向の両側面には、表面から略半円形に窪ませて軸方向（磁性鋼板の積層方向）に延びる凹溝１３を形成している。これらの凹溝１３は側面同士を当接させてバックコア部６同士を円周方向に連ねて配置した際には軸方向に連なるピン穴１４を構成し、このピン穴１４はバックコア部６同士の間に夫々形成され、図示例では、分割コア５を２４個備えるものであるため、２４個のピン穴１４を備えることとなる。

そして、これらのピン穴１４の中の等間隔に選択したいずれかのピン穴１４には、ピン穴１４の内径よりも大きい直径のピン１５が圧入されている。ピン穴１４の内径より大きい直径のピン１５を等間隔に選択したピン穴１４に圧入により差込むことで、ピン１５が差込まれたピン穴１４を構成する凹溝１３を備える分割コア５同士はピン穴１４とピン１５との径の差に応じて、互いの間隔が拡大されている。

なお、前記ピン穴１４を構成する凹溝１３の断面形状は、図示例では、半円形に形成したが、図示しないが、三角形や四角形に構成してもよい。その場合には、凹溝同士の対向する辺同士の間隔よりも大きい辺間寸法を備える菱形や四角形のピンを、前記凹溝同士で形成したピン穴（菱形・四角形）に圧入により挿入することとなる。

前記分割コア５同士の間隔の拡大は、分割コア５を連ねて形成するステータコア２の円周長を拡大させ、結果として、ステータコア２の外周径を拡径させる。即ち、ハウジング１への挿入時におけるステータコア２の外周径をハウジング１の内周径に対して軽圧入、例えば、止まり嵌め、若しくは、すきま嵌め、程度となる寸法に形成して、ハウジング１へのステータコア２の圧入の締め代を比較的小さくすることで、両者の組立を容易としている。

これがため、ステータコア２外径とハウジング１内径の寸法精度を隙間嵌めから軽圧入の範囲へと拡大でき、選択嵌合による歩留まりの防止や在庫減少によるコスト削減を図ることができる。

また、前記ハウジング１とステータコア２との密着は、ステータコア２のハウジング１への挿入状態においてステータコア２の外径を拡径させてえるものであるため、ハウジング１内周面に対してステータコア２を圧入する場合におけるような、ハウジング１の内径部の削れ等を発生することがない。

そして、組立てられたハウジング１内に位置するステータコア２の分割コア５のバックコア部６同士の間に形成されるピン穴１４の中の等間隔に選択したいずれかにピン１５を圧入するようにして、ハウジング１の内周面にステータコア２の外周面を締め代をもって密着させている。

前記ハウジング１とステータコア２との締め代は、図４に示すように、ピン１５の圧入力に応じて増加されることとなる。ピン穴１４を選択して複数のピン１５を圧入する場合には、圧入するピン１５の数の増加につれてピン１５の圧入力と前記締め代とが増加してゆく。従って、ピン圧入力を管理し、所定の圧入力が得られるまで場所を変えてピン１５の本数を増すことによって必要な締め代を得ることができる。

前記選択するピン穴１４の数やピン１５の外径を調整することで、ステータコア２のピン圧入による拡径量を調節することができる。例えば、ハウジング１内へのステータコア２の軽圧入による挿入がし易くなるように、ステータコア２の最小外径を設定することができ、また、ステータコア２のハウジング１内への挿入後においては、ハウジング１とステータコア２との間に発生させる締め代を任意に調整することができる。また、ハウジング１の内径寸法やステータコア２の外径寸法にバラツキが発生しても、ピン穴１４に圧入するピン１５の数量を調節したり、圧入するピン１５の直径を調節することにより、予め設定した締め代および密着代を確保することができる。

前記ピン穴１４へのピン１５の挿入により、隣接する分割コア５のバックコア６同士が、ピン穴１４とピン１５との径差に応じた間隔（ギャップ）をもつこととなり、バックコア６の磁束通路を横切ることとなるため、このギャップはできるだけ小さくして、磁束抵抗の増加を抑制することが望ましい。バックコア部６の側面形状を、前記のように、互いに嵌合する半円状や山谷形の凸部および凹部とすることにより、ギャップをもって対面する長さを長くすることは、前記磁束抵抗を低くすることに寄与する。

また、組立後の締め代を大きくできるため、発熱によりハウジング１とステータコア２との寸法が変化しても、ハウジング１内周面とステータコア２外周面との間に隙間を発生することが抑制でき、隙間の発生による熱抵抗の増加が防げるため、回転電機の過熱、および、それに伴う出力の低下や絶縁不良の発生等を防ぐことができる。

以上の構成の分割コアを備えた回転電機の製造方法について、図５に基づいて以下に説明する。

バックコア部６に、予め、一方が一方が凸状をなし他方が凹状をなした半円状の凸部１１および凹部１２が形成されており、半円状の凸部１１および凹部１２の中央には略半円状の凹溝１３が形成されている磁性鋼板を準備し、バックコア部６とティース部７とを備えたＴ字型の磁性鋼板を所定の厚さに積層し且つ一体に固定して分割コア５を構成する。次に、ティース部７の周囲（スロット８を構成する両側面および積層した両端面）に絶縁体９を配置して、図５（Ａ）に示すように、絶縁体９の上からステータコイル３をティース部７に集中巻により巻線する。この分割コア５は、所定数量（図示例では、２４個）を必要とするため、以後の組立に先立つ準備工程等において、先行して実施することが望ましい。

そして、図５（Ｂ）に示すように、前記巻線済みの分割コア５をバックコア部６の側面同士の凹凸部１１、１２を互いに嵌合させて所定数量（２４個）連ねてリング状に連結したステータコア２を構成する。この状態で、ステータコア２の外周部にバンド若しくはベルトを巻付けることにより、分割コア５同士が一体化したステータコア２を得ることができる。各分割コア５のバックコア６の側面同士は、半円状の凹部１２および凸部１１の全面を接触させてリング状に連ねた状態となっており、凹部１２および凸部１１の中央に形成している凹溝１３同士によりピン穴１４が形成されている。ステータコア２は、最小外径となっている。

次いで、図５（Ｃ）に示すように、リング状となったステータコア２をハウジング１の内周に軽圧入すると、ステータコア２とハウジング１とが一体となった組立体を得ることができる。

次いで、図３に示すように、例えば、等間隔に選択した複数のピン穴１４にピン１５を圧入すると、圧入するピン１５の数が増加してゆくに連れて、ステータコア２の外径が拡径され、ハウジング１の内周面への締め代が徐々に増加させてステータコア２の外周を密着させてゆくことができる。所定数のピン１５の圧入が完了すると、ステータコア２とハウジング１とは所定の締め代により密着される。

図６は、本実施形態の第２実施例であり、第１実施例とはピン穴の配置位置が相違している。即ち、本実施例の分割コア５においては、バックコア部６の円周方向中央に外周側より所定深さのスリット２０を軸方向に配置して設け、このスリット２０の先端部（若しくは、中途部）に所定の内径を備えたピン穴１４Ａを形成するようにしている。その他の構成は、第１実施例と同様に構成している。

この実施例の分割コア５においては、分割コア５同士をバックコア部６の半円状の凹部１２および凸部１１を嵌合させてリング状のステータコア２を構成し、ハウジング１の内周面に軽圧入させるまでの工程は、第１実施例と同様である。

組立てられたハウジング１とステータコア２との組立体に対して、本実施例は、スリット２０の先端のピン穴１４Ａに対して、等間隔に位置するピン穴１４Ａを選択してピン１５を順次圧入してゆく。ピン穴１４Ａをピン１５が圧入された分割コア５のバックコア部６は、そのピン穴１４Ａがピン１５の圧入により拡径されるため、スリット２０の幅を拡大する方向に変形され、その変形量に応じて隣接する分割コア５のバックコア部６と強く接触して隣接する分割コア５を円周方向に引離すよう作用する。この作用により、ステータコア２の外周の円周長さが増加され、ステータコア２の外径を拡径させてハウジング１の内周面に締め代をもって密着させることができる。

この実施例においても、ピン圧入の数量を増減させたり、圧入するピン１５の直径を調節することにより、前記締め代および密着代を調節することができる。

また、この実施例では、分割コア５のバックコア６同士の間に隙間が発生しないため、バックコア６の磁束通路は分割コア５間で連続して形成され、磁束抵抗が増加することがない。

本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。

（ア）ハウジング１内周面にバックコア６の外周面を接触させ且つバックコア６の円周方向側面を隣接するバックコア６の円周方向側面に接触させて、複数の分割コア５を円環状に配列して備える分割コア５を備えた回転電機において、前記分割コア５のバックコア６を連ねて形成するステータコア２の円周方向周長を増加させる周長増加手段１４、１５を設け、前記周長増加手段によりステータコア２の円周方向周長を増加させることでステータコア２外径を拡径させ、ステータコア２の外周面をハウジング１内周面に締め代をもって密着させるようにした。したがって、高い締め代によりハウジング１とステータコア２とを密着させて、回転電機が発熱してハウジング１とステータコア２の寸法が変化しても隙間の発生を防止でき、隙間による熱抵抗の増加等の不具合を防止でき、回転電機の過熱を防ぐことができる。しかも、ステータコア２のハウジング１への組付時には軽圧入でよいため、組立作業性がよい。

（イ）図３に示すように、バックコア部６同士の接触部分の両面に設けた凹溝１３同士により形成したピン穴１４に、このピン穴１４より幅寸法の大きいピン１５を圧入することにより、一部若しくは全ての分割コア５のバックコア６同士の接触部分の間隔を増加させることにより、バックコア６を連ねて形成するステータコア２の円周方向周長を増加させる周長増加手段とすると、挿入するピン１５の数を調整することにより前記締め代を調整でき、ハウジング１内径とステータコア２外径の寸法のバラツキを吸収しつつ、所望の締め代を与えることができる。

（ウ）図６に示すように、バックコア６に外周方向から内周方向に延び且つ軸方向に延びる切欠きスリット２０の幅寸法を増加させることにより、一部若しくは全ての分割コア５のバックコア６の円周方向寸法を増加させる周長増加手段とすると、バックコア６同士の間に隙間が発生しないため、バックコア６の磁束通路は分割コア５間で連続して形成され、磁束抵抗が増加することがない。

（エ）また、図６に示すように、切欠き２０に開口する対面させた凹溝により構成したピン穴１４Ａを備え、ピン穴１４Ａ内にピン穴１４Ａの幅より幅広のピン１５を圧入することにより、その幅を増加させるようにすると、ピン穴１４Ａの寸法誤差を小さくでき、精度よくステータコア２の周長を増加させることができる。

（オ）ハウジング１内周面への挿入前に、前記分割コア５のバックコア６を連ねて形成するステータコア２の外径をハウジング１内周面の内径と同等若しくは小径に形成し、ステータコア２をハウジング１内周面に、すきま嵌め若しくは止まり嵌めによる軽圧入により挿入し、圧入後にステータコア２の円周方向周長を増加させてステータコア２外径を拡径させ、ステータコア２の外周面をハウジング１内周面に締め代をもって密着させるようにしたため、ハウジング１へのステータコア２の圧入は軽圧入とでき、組立が容易となる一方、ハウジング１とステータコア２との密着は、ステータコア２のハウジング１への挿入状態においてステータコア２の外径を拡径させて所望の高い締め代を得ることができる。

本発明の一実施形態を示す分割コアを備えた回転電機のステータコアおよびハウジングの正面図。 同じく図１のＡ−Ａ線に沿う断面図。 第１実施例の分割コアを備えるステータコアとハウジングとの部分拡大図。 ピン圧入力とステータ・ハウジング間の締め代との関係を示す特性図。 組立手順を（Ａ）〜（Ｄ）に分けて示す工程図。 第２実施例の分割コアを備えるステータコアとハウジングとの部分拡大図。

符号の説明

１ ハウジング
２ ステータコア
３ コイル
５ 分割コア
６ バックコア部
７ ティース部
８ スロット
９ 絶縁体
１１ 凸部
１２ 凹部
１３ 凹溝
１４、１４Ａ ピン穴
１５ ピン
２０ スリット

Claims (9)

1. ハウジング内周面にバックコアの外周面を接触させ且つバックコアの円周方向側面を隣接するバックコアの円周方向側面に接触させて、複数の分割コアを円環状に配列して備える分割コアを備えた回転電機において、
   前記分割コアのバックコアを連ねて形成するステータコアの円周方向周長を増加させる周長増加手段を設け、
   前記周長増加手段によりステータコアの円周方向周長を増加させることでステータコア外径を拡径させ、ステータコアの外周面をハウジング内周面に締め代をもって密着させるようにしたことを特徴とする分割コアを備えた回転電機。
2. 前記周長増加手段は、一部若しくは全ての分割コアのバックコア同士の接触部分の間隔を増加させることにより、バックコアを連ねて形成するステータコアの円周方向周長を増加させるものであることを特徴とする請求項１に記載の分割コアを備えた回転電機。
3. 前記バックコア同士の接触部分の間隔は、接触部分の両面に設けた凹溝同士により形成したピン穴に、このピン穴より幅寸法の大きいピンを圧入することにより増加されるものであることを特徴とする請求項２に記載の分割コアを備えた回転電機。
4. 前記周長増加手段は、一部若しくは全ての分割コアのバックコアの円周方向寸法を増加させることにより、バックコアを連ねて形成するステータコアの円周方向周長を増加させるものであることを特徴とする請求項１に記載の分割コアを備えた回転電機。
5. 前記バックコアの円周方向寸法は、バックコアに外周方向から内周方向に延び且つ軸方向に延びる切欠きスリットの幅寸法を増加させることにより、増加されるものであることを特徴とする請求項４に記載の分割コアを備えた回転電機。
6. 前記切欠きスリットは、その切欠きに開口する対面させた凹溝によるピン穴を備え、ピン穴内にピン穴の幅より幅広のピンを圧入することにより、その幅が増加されるものであることを特徴とする請求項５に記載の分割コアを備えた回転電機。
7. ハウジング内周面にバックコアの外周面を接触させ且つバックコアの円周方向側面を隣接するバックコアの円周方向側面に接触させて、複数の分割コアを円環状に配列して備える分割コアを備えた回転電機の製造方法において、
   ハウジング内周面への挿入前に、前記分割コアのバックコアを連ねて形成するステータコアの外径をハウジング内周面の内径と同等若しくは小径に形成し、
   ステータコアをハウジング内周面に、すきま嵌め若しくは止まり嵌めによる軽圧入により挿入し、
   圧入後にステータコアの円周方向周長を増加させてステータコア外径を拡径させ、ステータコアの外周面をハウジング内周面に締め代をもって密着させるようにしたことを特徴とする分割コアを備えた回転電機の製造方法。
8. 前記ステータコアの円周方向周長は、一部若しくは全ての分割コアのバックコア同士の接触部分の間隔を両者間にピンを圧入することで増加されることを特徴とする請求項７に記載の分割コアを備えた回転電機の製造方法。
9. 前記ステータコアの円周方向周長は、一部若しくは全ての分割コアのバックコアに外周方向から内周側に延び且つ軸方向に延びるスリットの幅を、スリット内にピンを圧入することで増加されることを特徴とする請求項７に記載の分割コアを備えた回転電機の製造方法。

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