JP2007189782A - 回転電機のステータ、そのステータの製造方法、そのステータ用分割コア、及びそのステータに用いるハウジング - Google Patents

Abstract

【課題】分割コアの周方向への移動防止を安価かつ簡単な構造により行い、かつ小型高出力に耐え得るステータとする。
【課題手段】ハウジング１１内に圧紛製分割コア１２を配置し、その各分割コアのバックヨーク１２ｂの上下凹部１４にハウジング１１上下のＴ字状の挟持片１５ａ、１５ｂを嵌め、その両挟持片によって分割コア１２を筒状ハウジングに取付ける。この分割コアの周方向への移動防止構造は、簡単であり、安価なものである。圧紛コアは、高周波性能が良く、小型高出力化に向いており、通常、成形によって製作されるため、バックヨークの凹部の形成も容易である。円環状分割コア１２の中に治具を配置し、バックヨーク１２ｂに対向する筒状ハウジング１１の平行な切り欠き内を押し出して突起１７を形成し、その突起１７の押し出しによって、分割コア１２の内面を治具２０に当接させて、分割コアの内面の位置決めをする。
【選択図】図１

Description

この発明は、ハイブリッド自動車用、燃料電池自動車用等の回転電機（モータ）のステータ、そのステータ用分割コア及びハウジング、並びにそのステータの製造方法に関するものである。

回転電機のステータＳは、図５に示すように、通常、筒状ハウジング１内にその内面に沿って円環状に分割コア（ティース）２を配置し、その各分割コア２にそれぞれにコイル３を巻回した構成であり、その中に同一心にロータ４を装填し、前記各コイル３に３相交流電源を供給して各コア２に磁場を形成して前記ロータ４を回転させるものである（特許文献１参照）。
特開平１１−３０８８３０号公報

このステータＳにおいて、円環状分割コア２の固定は、円環状に並んだ分割コア２の外周面にハウジング１を焼き嵌めする手段が一般的である。しかし、この焼き嵌めによる固定は、十分な固定力を得ようとすれば、勢い、その焼き嵌め力を大きく設定し過ぎとなり、図５に示す、分割コア２のバックヨーク２ａのコーナ部ａに大きな応力が掛かり、そのコーナ部ａの破損を招く恐れがある。

このため、各分割コア２の下面をハウジング１の内面から内方に突出する爪で支持すると共に、分割コア２の上面にリングを設けて、このリングと前記爪により分割コア２を挟持し、さらに、リングと分割コア２にピンを挿し込み、そのピンにより、分割コア２の周方向への移動を防止した技術がある（特許文献１参照）。

ところで、今日、環境問題の点から、ハイブリッド自動車や燃料電池自動車が開発され、これらの自動車は、回転電機を補助駆動源又は主駆動源とし、その回転電機は当然のこととして小型化が要求される。その回転電機の小型化への一手段として、ステータの小型化がある。
また、例えば、ハイブリッド自動車では、バッテリーからの直流をインバータで３相交流に変換し、その３相交流電源を上記各コイルに供給する。今日、その３相交流には約５００Ｖ程度の高電圧が使用されて回転電機の高出力化が図られている。

この回転電機の小型高出力化を図るためには、回転数の増大（高周波化）が考えられるが、高周波化により、ステータＳのコア２内に発生する渦電流損失が増大し、鉄損が大きくなって回転効率の低下が起こる。
このような実情の下、従来の電磁鋼板製の分割コアに比べ、高周波での鉄損が低い圧紛製分割コアの開発が進められている。この圧紛コアは、粒子内の渦電流を閉じ込めるため、本質的に渦電流を抑制でき、高周波性能が良いものである。

上記ピンによる分割コアの周方向への移動を防止した技術は、そのピンの挿し込み、リングの装着などの作業工程が多いとともに、部品点数も多く、ステータのコストダウン化には適していない。
特に、分割コア２を圧紛製とした場合、コア２にピン孔を形成することは煩雑である。

この発明は、以上の状況に鑑み、分割コアの周方向への移動の防止を安価かつ簡単な構造により行うことを第１の課題とし、それに加えて、小型高出力に耐え得るステータとし得ることを第２の課題とする。

上記第１の課題を達成するために、この発明は、分割コアのバックヨークに凹部を形成し、その凹部にハウジング内面の突片を嵌めて、その突片と凹部の嵌合により、分割コアの周方向への移動を防止する（回り止め）こととしたのである。
この分割コアの回り止め構造は、簡単であり、安価なものである。

つぎに、上記第２の課題を達成するために、この発明は、分割コアを、圧紛により形成することとしたのである。
圧紛コアは、上述のように、高周波性能が良いものであって、小型高出力化に向いており、通常、成形によって製作されるため、バックヨークの凹部の形成も容易であり、第１の課題を併せて容易に達成できるものと言える。

この発明は、以上のように、突片と凹部の嵌合により、分割コアの周方向への移動を防止することとしたので、安価なステータを得ることができる。
また、圧紛コアの採用により、小型高出力のステータとすることができる。

この発明の実施形態としての分割コアは、コイルの巻回されたコア本体の後面にバックヨークを有し、そのバックヨークに上記挟持片が嵌る嵌合凹部が形成されている構成を採用できる。
また、この発明の実施形態としての筒状ハウジングは、その内面に、上記各分割コアの上下面を挟持する内方に突出する上下の挟持片を有し、その両挟持片の少なくとも一方は、前記分割コアのバックヨークの嵌合凹部に嵌り込んでその分割コアの位置決めを行う構成を採用できる。

この発明の実施形態としての回転電機のステータは、筒状ハウジング内にその内面に沿って円環状に分割コアを配置し、その各分割コアにそれぞれにコイルを巻回し、その各分割コアをその上下面を筒状ハウジングの内面から内方に突出する上下の挟持片により挟持して、その両挟持片によって分割コアを筒状ハウジングに取付け、両挟持片の少なくとも一方は、分割コアのバックヨークの嵌合凹部に嵌り込んでその分割コアの周方向の位置決めを行っている構成を採用することができる。

この構成では、上記挟持片が上記ハウジングの内面突片に相当する。このとき、上下の挟持片のどちらか一方のみをバックヨークの凹部に嵌め込めば良いが、両者を嵌め込むことが好ましい。
その挟持片は、上記筒状ハウジングに片を溶接等によって別途に設けても良いが、ハウジングの切り起しにより形成すると安価である。
また、その嵌合凹部に嵌り込む挟持片は、その先端に横方向の係止突起を設けて、その突起を上記バックヨークの内面に係止するようにすれば、ハウジングと分割コアの一体性が向上して、分割コアの周方向への移動防止効果が向上する。また、その突起は、分割コアの前側への位置決め効果も期待できる。

これらのステータにおいて、円環状に配置された分割コア内には、ロータが装填され、その円環状分割コアにより形成される円筒状内面とそのロータ外周面の間隙は、全周に亘って均一である必要がある。
このため、バックヨークに対向する筒状ハウジングの内面に、そのバックヨークの背面に当接する突起を設けて、この突起により分割コアの内面を位置決めすると良い。この突起は、各分割コアの全てに対して設けることもできるが、各分割コアの所要等個数毎に設けることもできる。円環状配置の分割コアの一つでも押せば、その押し込み力は周方向への力を発生させるため、その点を考慮して、突起の数・位置を適宜に設定する。位置は周方向に等間隔が好ましい。

その突起は、上記筒状ハウジングを押し出すことにより形成することができ、その押し出し量を調整することにより、分割コアの内面位置を所要値に設定する。このとき、挟持片の先端突起により、その分割コアの内方への移動量を制限して、そのコア内面位置を所要値に設定するとともに、その先端突起と押し出し突起により、分割コアを内外面で挟持するようにすることもできる。

分割コアは、この発明を実施できる限りにおいて、電磁鋼板製でも良いが、圧粉製とすることが、小型高出力化の面から好ましい。

以上の回転電機のステータは種々の方法で製作できるが、例えば、そのステータの上記筒状ハウジングの上側挟持片がその筒状ハウジングの切り起しにより形成されるものであり、前記筒状ハウジング内に、上記円環状に配置した分割コアの内周面を位置決めする筒状外周面を有する治具を同心に設置し、その治具と前記筒状ハウジングの間に上記分割コアを、前記筒状ハウジングの下側挟持片に載置して前記上側挟持片を内側に起こしてその上下の挟持片により挟持して前記筒状ハウジングに取付けるとともに、前記治具によりその分割コアの内面を位置決めして、各分割コアを筒状ハウジング内にその内面に沿って円環状に配置する構成を採用することができる。

このとき、上記治具による分割コアの内面の位置決めを、上記分割コアのバックヨークに対向する筒状ハウジングを押し出して突起を形成すると共に、その突起を前記バックヨークの背面に当接させて分割コアを押し、その押しにより前記分割コアの内面を上記治具に当接させてその分割コアの内面を位置決めするようにすると良い。
また、筒状ハウジング内に、全ての分割コアを円環状に配置した後、その中に、治具を配置し、上側の挟持片を押し倒して分割コアの上面に当接させて上下の挟持片により分割コアを挟持するとともに、バックヨークに対向する筒状ハウジングを押し出して突起を形成し、その突起の押し出しによって、分割コアの内面を治具に当接させるようにすることもできる。

一実施例を図１〜図４に示し、この実施例は、燃料電池自動車用回転電機やハイブリッド自動車用回転電機のステータＳに係り、従来と同様に、筒状ハウジング１１内にその内面に沿って円環状に分割コア１２を配置し、その各分割コア１２にそれぞれにコイル１３を巻回したものである。通常、コイル１３は、分割コア１２をハウジング１１内に配置する前にそのコア１２に巻回する。

その分割コア１２は、圧紛製であって、その成形時に、図３に示すように、コイル１３の巻回されるコア本体１２ａの後面にバックヨーク１２ｂを有し、そのバックヨーク１２ｂの上下に嵌合凹部１４が形成される。

筒状ハウジング１１は、図２、図４に示すように、その内面に、上記各分割コア１２の上下面を挟持する内方に突出する上下の挟持片１５ａ、１５ｂが切り起こしにより形成されている。その上側の挟持片１５ａは、分割コア１２の配置前は、図４に示すように起こされていない状態とされる。
また、その両挟持片１５ａ、１５ｂはその先端は側方に伸びた突起１６を有して、平面視Ｔ字状をなす。突起１６は、先端両側に設けず、一方のみでも良く、また、両挟持片１５ａ、１５ｂに設けず、一方のみでも良い。

上記分割コア１２のバックヨーク１２ｂに対向する筒状ハウジング１１の内面には、切り起こしにより突起１７が形成される。この突起１７は、分割コア１２がハウジング１１内に配置される前は、図４に示すように、平行な切り欠き線の状態とされる。また、この突起１７は、各分割コア２の全てに対して設けても良いが、この実施例では、２つの分割コア２毎に設けている。

この実施例は以上の構成であり、このステータＳは、まず、図４に示すように、筒状ハウジング１１内に、円環状に配置した分割コア１２の内周面を位置決めする筒状外周面を有する治具２０を同心に設置し、その治具２０と前記筒状ハウジングの間に分割コア１２を、前記筒状ハウジング１１の下側挟持片１５ｂに載置し、その後、上側挟持片１５ａを内側に起こしてその上下の挟持片１５ａ、１５ｂにより挟持して筒状ハウジング１１に取付ける。

つぎに、分割コア１２のバックヨーク１２ｂに対向する筒状ハウジング１１の平行な切り欠き内を押し出して突起１７を形成すると共に（図２参照）、その突起１７をバックヨーク１２ｂの背面に当接させて分割コア１２を押し、その押しにより分割コアの内面を治具２０に当接させてその分割コア１２の内面を位置決めする。
全ての分割コア１２の筒状ハウジング１１への位置決め固定が終了すれば、治具２０を取り出し、ステータＳの製作が完了する。

このとき、筒状ハウジング１１内に、全ての分割コア１２を円環状に配置した後、その中に、治具２０を配置し、上側の挟持片１５ａを押し倒して分割コア１２の上面に当接させて上下の挟持片１５ａ、１５ｂにより分割コア１２を挟持し、つづいて、バックヨーク１２ｂに対向する筒状ハウジング１１の平行な切り欠き内を押し出して突起１７を形成し、その突起１７の押し出しによって、分割コア１２の内面を治具２０に当接させるようにすることもできる。

なお、この発明は、実施例の燃料電池自動車用又はハイブリッド自動車用回転電機のステータＳに限らず、その他の大小を問わず各種の回転電機のステータに採用できることは勿論である。

一実施例の概略斜視図 同実施例の要部拡大一部切り欠き斜視図 同実施例の分割コアの斜視図 同実施例の組み立て説明図 従来例の平面図

符号の説明

１、１１ 筒状ハウジング
２、１２ 分割コア
２ａ、１２ｂ コアのバックヨーク
３、１３ コイル
１４ 嵌合凹部
１５ａ 上側挟持片
１５ｂ 下側挟持片
１６ 挟持片の先端突起
１７ 分割コア押し出し用突起
２０ 治具
Ｓ ステータ

Claims (11)

1. 筒状ハウジング１１内にその内面に沿って円環状に分割コア１２を配置し、その各分割コア１２にそれぞれにコイル１３を巻回した回転電機のステータＳにおいて、
   各分割コア１２をその上下面を上記筒状ハウジング１１の内面から内方に突出する上下の挟持片１５ａ、１５ｂにより挟持して、その両挟持片１５ａ、１５ｂによって前記分割コア１２を前記筒状ハウジング１１に取付け、前記両挟持片１５ａ、１５ｂの少なくとも一方は、分割コア１２のバックヨーク１２ｂの嵌合凹部１４に嵌り込んでその分割コア１２の周方向の位置決めを行っていることを特徴とする回転電機のステータ。
2. 上記挟持片１５ａ、１５ｂを上記筒状ハウジング１１の切り起しにより形成したことを特徴とする請求項１に記載の回転電機のステータ。
3. 上記分割コア１２が圧粉からな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ステータ。
4. 上記嵌合凹部１４に嵌り込む挟持片１５ａ、１５ｂの先端に横方向の係止突起１６を設けて、その突起１６を上記バックヨーク１２ｂの内面に係止したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の回転電機のステータ。
5. 上記分割コア１２のバックヨーク１２ｂに対向する筒状ハウジング１１の内面に、そのバックヨーク１２ｂの背面に当接する突起１７を設けたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の回転電機のステータ。
6. 上記突起１７は、上記筒状ハウジング１１が内面側に押し出されたものであることを特徴とする請求項５に記載の回転電機のステータ。
7. 請求項１乃至６の何れかに記載の回転電機のステータＳ用分割コア１２であって、上記コイル１３の巻回されたコア本体１２ａの後面にバックヨーク１２ｂを有し、そのバックヨーク１２ｂに上記挟持片１５ａ、１５ｂが嵌る嵌合凹部１４が形成されていることを特徴とする回転電機のステータ用分割コア。
8. 請求項１乃至６の何れかに記載の回転電機のステータに用いるハウジングであって、その内面に、上記各分割コア１２の上下面を挟持する内方に突出する上下の挟持片１５ａ、１５ｂを有し、その両挟持片１５ａ、１５ｂの少なくとも一方は、前記分割コア１２のバックヨーク１２ｂの嵌合凹部１４に嵌り込んでその分割コア１２の周方向の位置決めを行うことを特徴とする回転電機のステータに用いるハウジング。
9. 請求項１乃至６の何れかに記載の回転電機のステータＳの製造方法であって、そのステータＳの上記筒状ハウジング１１の上側挟持片１５ａがその筒状ハウジング１１の切り起しにより形成されるものであり、前記筒状ハウジング１１内に請求項７記載の分割コア１２の全てをその筒状ハウジング１１の下側挟持片１５ｂに載置して円環状に配置した後、その中に、その円環状に配置した分割コア１２の内周面を位置決めする筒状外周面を有する治具２０を同心に設置した後、前記筒状ハウジング１１の上側挟持片１５ａを内側に起こして上下の挟持片１５ａ、１５ｂにより分割コア１２を挟持して筒状ハウジング１１に取付けるとともに、前記治具２０によりその分割コア１２の内面を位置決めして、各分割コア１２を筒状ハウジング１１内にその内面に沿って円環状に配置することを特徴とする回転電機のステータの製造方法。
10. 請求項１乃至６の何れかに記載の回転電機のステータＳの製造方法であって、そのステータＳの上記筒状ハウジング１１の上側挟持片１５ａがその筒状ハウジング１１の切り起しにより形成されるものであり、前記筒状ハウジング１１内に、上記円環状に配置した分割コア１２の内周面を位置決めする筒状外周面を有する治具２０を同心に設置し、その治具２０と前記筒状ハウジング１１の間に請求項７記載の分割コア１２を、前記筒状ハウジング１１の下側挟持片１５ｂに載置して前記上側挟持片１５ａを内側に起こしてその上下の挟持片１５ａ、１５ｂにより挟持して前記筒状ハウジング１１に取付けるとともに、前記治具２０によりその分割コア１２の内面を位置決めして、各分割コア１２を筒状ハウジング１１内にその内面に沿って円環状に配置することを特徴とする回転電機のステータの製造方法。
11. 上記治具２０による分割コア１２の内面の位置決めを、上記分割コア１２のバックヨーク１２ｂに対向する筒状ハウジング１１を押し出して突起１７を形成すると共に、その突起１７を前記バックヨーク１２ｂの背面に当接させて分割コア１２を押し、その押しにより前記分割コア１２の内面を上記治具２０に当接させてその分割コア１２の内面を位置決めすることを特徴とする請求項９又は１０に記載の回転電機のステータの製造方法。

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