JP2008092691A

JP2008092691A - 回転電機用固定子

Info

Publication number: JP2008092691A
Application number: JP2006271672A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Yamamoto; 一之山本; Yasuki Kimura; 康樹木村; Yuji Nakahara; 裕治中原
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-10-03
Filing date: 2006-10-03
Publication date: 2008-04-17
Anticipated expiration: 2026-10-03
Also published as: JP4709114B2

Abstract

【課題】積層鉄心の内径精度を確保しつつ、突き合わせ端面同士を簡単かつ確実に一体化することができる回転電機用固定子を提供する。
【解決手段】複数の磁極片２０がジョイント部２３を介して折り曲げ可能に連結された連結体２の複数枚が厚み方向に積層されてなる積層鉄心１の互いに突き合わされる端面には、連結体２ごとに凹部２４と凸部２５が設けられ、この凹部２４と凸部２５は、積層方向からの嵌合のみを許容する組み合わせとなる第１嵌合形態Ｘと、周方向および積層方向の嵌合を許容する組み合わせとなる第２嵌合形態Ｙとが生じる形状に形成されており、各連結体２は、第１嵌合形態Ｘと第２嵌合形態Ｙとが積層方向に沿って所定枚数分ずつ交互に発生するように積層配置され、第１嵌合形態Ｘとなる凹部２４と凸部２５との嵌合により積層鉄心１の端面同士が一体的に結合されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機に使用される固定子に係り、特には、固定子を構成する積層鉄心の構造に関する。

従来の回転電機用固定子には、巻き線を高密度に巻装するために、バックヨーク部、およびこのバックヨーク部から突出したティース部を有する磁極片の複数個がジョイント部を介して折り曲げ可能に互いに連結された連結体を備え、この連結体の複数枚が厚み方向に積層して積層鉄心を構成したものがある（例えば、特許文献１参照）。

そして、回転電機用固定子を成形する際には、従来、各積層鉄心のティース部に巻き線を巻回した後、ジョイント部を折曲して円筒状に形成するとともに、積層鉄心の端面同士を互いに突き合わせ、各積層鉄心の外周側から、例えばＴＩＧ溶接のような溶接手段によって突き合わせた端面同士を固着して一体化するようにしている。

特開平９−１９１５８８号公報

ところで、従来技術のように、回転電機用固定子を構成するために、積層鉄心の端面同士を互いに突き合わせた状態で、各積層鉄心の外周側から、例えばＴＩＧ溶接のような溶接手段によって端面同士を固着すると、溶接の熱によって突き合わせた端面付近の鉄心の一部が変形し、その結果、積層鉄心の内径の精度が悪くなり、回転子とのギャップが周方向においてばらつくという問題がある。

また、積層鉄心の表面の汚れ等によって溶接条件が変動して十分な固着強度が得られない場合がある。さらに、高価な溶接装置を使用する必要があるため、設備投資が必要であり、製品単価が上昇するなどの問題もある。

なお、突き合わせ端面同士を溶接する代わりに、接着剤を用いて固着することも可能であるが、このような接着剤を使用するときには、積層鉄心の突き合わせ端面の汚れ等によって接着強度が不十分となり易く、また、接着剤の経年変化で接着強度が劣化するなど、信頼性が不十分である。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、積層鉄心の内径精度を確保でき、また、積層鉄心の突き合わされた端面同士を簡単かつ確実に固着一体化することができて信頼性も高く、しかも、安価に製作することが可能な回転電機用固定子を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明にあっては、バックヨーク部、およびこのバックヨーク部から突出したティース部を有する複数の磁極片がジョイント部を介して折り曲げ可能に連結された連結体を備え、この連結体の複数枚が厚み方向に積層されて積層鉄心が構成され、この積層鉄心の上記ジョイント部が折曲されて円筒状に形成されるとともに、互いに突き合わされた端面同士が固着されてなる回転電機用固定子において、次の構成を採用している。

すなわち、本発明では、上記積層鉄心の互いに突き合わされる端面には、各連結体ごとに凹部とこれに嵌合される凸部とが設けられ、これらの凹部と凸部は、積層方向からの嵌合を許容するが周方向からの嵌合は許容しない形状の組み合わせとなる第１嵌合形態と、周方向および積層方向の双方からの嵌合を許容する形状の組み合わせとなる第２嵌合形態とがそれぞれ生じるように形成されており、かつ、上記各連結体は、上記第１嵌合形態と第２嵌合形態とが積層方向に沿って所定枚数分ずつ交互に発生するように積層配置され、上記第１嵌合形態となる凹部と凸部との嵌合により上記積層鉄心の上記端面同士が一体的に結合されていることを特徴としている。

本発明によれば、第１嵌合形態を構成する凹部と凸部との嵌合により積層鉄心の互いに突き合わされた端面同士を一体的に結合するので、従来のような溶接や接着は不要である。このため、積層鉄心の内径精度を確保でき、しかも、上記端面同士を簡単かつ確実に固着することができるので信頼性が高く、さらに、安価に製作することが可能な回転電機用固定子を提供することができる。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１における回転電機用固定子の積層鉄心の組み立て途中の状態を示す斜視図、図２は積層鉄心を折り曲げて円筒状に形成した状態の平面図、図３は端面同士を結合して積層鉄心を組み立てた状態を示す平面図である。

この実施の形態１の回転電機用固定子は、積層鉄心１を備え、この積層鉄心１は、バックヨーク部２１、およびこのバックヨーク部２１から突出したティース部２２を有する複数個（本例では９個）の磁極片２０がそれぞれ薄肉のジョイント部２３を介して折り曲げ可能に連結されてなる連結体２を有し、この連結体２の複数枚（本例では３８枚）が厚み方向に積層されて構成されている。なお、上記の磁極片２０の数や連結体２の積層枚数はあくまで一例であって、本発明はこのような数に限定されるものではない。

また、積層鉄心１を構成する各連結体２には、互いに突き合わされる両端面の一方側に凹部２４が、他方側には凹部２４に嵌合される凸部２５が設けられている。なお、各々の連結体２に形成されている凹部２４と凸部２５の形状については、後でさらに詳細に説明する。

そして、回転電機用固定子を成形する際には、この積層鉄心１のティース部２２が円弧の外側に位置するようにジョイント部２３を折曲して積層鉄心１全体を逆反らせて各ティース部２２間の隙間を大きくして隣のティース部２２との干渉を少なくする。そして、この状態で、各ティース部２２に図示しない巻き線を高密度に巻回する。巻き線後は、図２に示すように、ティース部２２が内側に位置するようにジョイント部２３を折曲して円筒状に形成して積層鉄心１の端面同士を互いに突き合わせ、次いで、図３に示すように、互いに突き合わした積層鉄心１の各連結体２の両端面に形成されている凹部２４と凸部２５とを嵌合することにより、端面同士を一体的に結合する。

上記のように、積層鉄心１を構成する各々の連結体２の両端面の一方側には凹部２４が、他方側には凸部２５が設けられているが、これらの凹部２４と凸部２５の具体的な形状は、図４に示すようになっている。

すなわち、凹部は、図４（ａ），（ｂ）に示すようにアリ溝状の２種類の形状のものがあり、以下、両者を区別するために図４（ａ）に示す形状の凹部を第１凹部２４ａと、図４（ｂ）に示す形状の凹部を第２凹部２４ｂと称する。また、凸部は、図４（ｃ），（ｄ）に示すようにアリ状の２種類の形状のものがあり、両者を区別するために図４（ｃ）に示す形状の凸部を第１凸部２５ａと、図４（ｄ）に示す形状の凸部を第２凸部２５ｂと称する。

ここに、第１，第２凹部２４ａ，２４ｂ、および第１，第２凸部２５ａ，２５ｂの各形状の関係は、第１凹部２４ａに対して、第１凸部２５ａは周方向からの挿入ができず積層方向からの挿入のみが可能であり、第２凸部２５ｂは周方向および積層方向の双方からの挿入が可能となるような形状に形成されている。また、第２凹部２４に対して、第１凸部２５ａおよび第２凸部２５ｂは、共に周方向および積層方向の双方からの挿入が可能となるような形状に形成されている。

したがって、これらの第１，第２凹部２４ａ，２４ｂと第１，第２凸部２５ａ，２５ｂの各形状の関係により、これらを嵌合する際には図５（ａ）〜（ｄ）に示すような組み合わせが生じる。すなわち、図５（ａ）に示す第１凹部２４ａと第１凸部２５ａの組み合わせは、第１凹部２４ａに対して第１凸部２５ａの積層方向からの挿入は許容するが周方向からの挿入は許容しない嵌合形態（以下、これを第１嵌合形態という）Ｘとなる。また、図５（ｂ）〜（ｄ）に示すように、第１凹部２４ａと第２凸部２５ｂ、第２凹部２４ｂと第１凸部２５ａ、第２凹部２４ｂと第２凸部２５ｂの各組み合わせは、いずれも周方向および積層方向の双方からの挿入を許容する嵌合形態（以下、これを第２嵌合形態という）Ｙとなる。

そして、各連結体２の突き合わした端面同士を一体的に結合するためには、積層鉄心１の組み立て完了時に上記の第１嵌合形態Ｘと第２嵌合形態Ｙとが積層鉄心１の積層方向に沿って所定枚数分ずつ交互に発生するように、予め各連結体２を次のように積層配置する。

例えば、図６（ａ）に示すように、積層方向の上から順に、１枚目〜２枚目の連結体２については、第１嵌合形態Ｘが生じるように、その一方（図中左側）の端面に第１凹部２４ａ（図中斜線で示す）が、他方（図中右側）の端面に第１凸部２５ａ（図中斜線で示す）が形成され、３枚目〜９枚目の連結体２については、第２嵌合形態Ｙが生じるように、その一方の端面に第２凹部２４ｂが、他方の端面に第２凸部２５ｂが形成されている。また、１０枚目〜１１枚目の連結体２については、第１嵌合形態Ｘが生じるように、一方の端面に第１凹部２４ａ（図中斜線で示す）が、他方の端面に第１凸部２５ｂ（図中斜線で示す）が形成されている。さらに、１２枚目〜１８枚目の連結体２については、第２嵌合形態が生じるように、一方の端面に第２凹部２４ｂが、他の方端面に第２凸部２５ｂが形成されている。以下、第１嵌合形態Ｘと第２嵌合形態Ｙとが連結体２の積層方向に沿って所定枚数分ずつ交互に発生するように配置される。

このようにして連結体２を積層して構成された積層鉄心１の両端部を一体的に結合するには、図６（ａ）に示すように連結体２が積層方向に２層分だけ位置ずれするように、予め積層鉄心１を捩った状態でその端面同士を突き合わせ、次に、図６（ｂ）に示すように、各連結体２の両端面に形成されている凹部と凸部とを嵌合する。この場合、積層鉄心１は積層方向に２層分だけずれているので、各連結体２においては、図５（ａ）に示したような第１嵌合形態Ｘは生じず、図５（ｂ）〜（ｄ）に示したような第２嵌合形態Ｙとなる。したがって、各連結体２の一方の端面に設けられている各凹部に対して、他方の端面に設けられている各凸部を全て周方向から挿入することができる。

この嵌合状態では端面が積層方向に２層分ずれているので、図６（ｃ）に示すように、このずれを無くすように突き合せた端部の上下面が面一となるように積層鉄心１を積層方向に圧入する。この圧入作業によって、図中斜線で示す位置において図５（ａ）に示したような第１嵌合形態Ｘが生じ、第１凹部２４ａに対して第１凸部２５ａが挿入されて両者が嵌合される。その結果、積層鉄心１の突き合わせ端面同士が互いに一体的に結合される。なお、上記の説明では、第１嵌合形態Ｘを生じる際の連結体２の積層枚数は、この例では２枚であったが、その数に限定されるものではない。また、凹部と凸部の位置関係は各連結体２ごとに左右逆であってもよい。

以上のように、この実施の形態１の回転電機用固定子は、積層鉄心１の端面を積層方向にずらせて突き合わせた後、積層方向から圧入するだけで第１嵌合形態Ｘを構成する第１凹部２４ａと第１凸部２５ａとの嵌合により突き合わせ端面同士を一体的に結合することができるので、従来のような溶接や接着は不要である。このため、積層鉄心１の熱変形等の影響を除くことができて内径精度を確保でき、しかも、突き合わせ端面同士を簡単かつ確実に固着することができて信頼性が高く、さらに、安価に製作することが可能となる。

また、この実施の形態１のように、図４に示したような凹凸形状にしておけば、各凹凸部分を互いに嵌合した際の両者に生じる隙間を最小にできるので、磁気的な損失の発生を小さくできるだけでなく、積層鉄心１を形成する際の金型の数を制限することができるため、安価に製作できるという利点がある。

実施の形態２．
図７は本発明の実施の形態２における回転電機用固定子の積層鉄心の組み立て途中の状態を示す平面図、図８は端面同士を結合して積層鉄１を組み立てた状態を示す平面図、図９は一つの積層鉄心の巻線時における状態を示す平面図であり、図１ないし図６に示した実施の形態１と対応もしくは相当する構成部分には同一の符号を付す。

この実施の形態２の回転電機用固定子は、３つの積層鉄心１ａ，１ｂ，１ｃを互いに一体的に連結することにより構成されたもので、各々の積層鉄心１ａ〜１ｃは基本的に同じ構成のものであって、バックヨーク部２１、およびこのバックヨーク部２１から突出したティース部２２を有する３つの磁極片２０がジョイント部２３を介して折り曲げ可能に互いに連結された連結体２を備え、この連結体２の複数枚（本例では４０枚）が厚み方向に積層されてなる。なお、ここでは、３相交流の回転電機を考慮して、ＵＶＷの各相に対応させて各連結体２を構成する磁極片２０の数を３個としているが、これに限らず、３の倍数であってもよい。また、上記の連結体２の積層枚数はあくまで一例であって、本発明はこのような数に限定されるものではない。

また、各積層鉄心１ａ〜１ｃの互いに突き合わされる各端面には、連結体２ごとに凹部２４と凸部２５とが形成されている。この場合の凹部２４と凸部２５の具体的な形状は、図４に示した実施の形態１の場合と同じであって、互いに形状が異なるアリ溝状の第１凹部２４ａと第２凹部２４ｂ、およびアリ状の第１凸部２５ａと第２凸部２５ｂからなる。

そして、回転電機用固定子を成形する際には、図９に示すように、まず、各積層鉄心１ａ〜１ｃのティース部２２が外側に位置するようにジョイント部２３を折曲して積層鉄心１ａ〜１ｃ全体を逆反らせて各ティース部２２間の隙間が大きくなるようにした状態で、各ティース部２２に図示しない巻き線を高密度に巻回する。この実施の形態２の場合、実施の形態１に比べるとティース部２２の数が少ないので、隣り合うティース部２２との距離が開いて巻き線時の互いの干渉が十分少なくなるので、高密度な巻き線を容易に実施できるという利点がある。

巻き線後は、図７に示すように、ティース部２２が内側に位置するようにジョイント部２３を折曲して各積層鉄心１ａ〜１ｃを円弧状に形成し、次いで、図８に示すように、３つの積層鉄心１ａ〜１ｃの端面同士を互いに突き合わせて各連結体２の端面に形成されている凹部２４と凸部２５とを嵌合することにより、突き合わせた端面同士を一体的に結合する。

図１０は、３つの積層鉄心１ａ〜１ｃの端面同士を互いに突き合わせて一体的に結合するときの状態を示すもので、図中、斜線で示す箇所は第１嵌合形態Ｘが生じる凹凸部分を示しており、一方の端面に第１凹部２４ａが、他方の端面に第１凸部２５ａが形成されている。また、斜線で示す箇所以外の端部は、一方の端面に第２凹部２４ｂが、他方の端面に第２凸部２５ａが形成されている。

そして、実施の形態１の場合と同様、最初は各積層鉄心１ａ〜１ｃの端面同士が第２嵌合形態によって周方向から挿入できるように、まず、図１０（ａ１），（ａ２）に示すように、３つの積層鉄心１ａ〜１ｃを積層方向に所定枚数分（本例では２枚分ずつ）だけ位置をずらせた状態で各端面同士を突き合わせる。次に、図１０（ｂ１）、（ｂ２）に示すように、各連結体２の両端面に形成されている凹部と凸部とを嵌合する。この場合、各積層鉄心１ａ〜１ｃは積層方向に互いに位置をずらせて配置されているので、各連結体２において第１嵌合形態Ｘを生じることはなく、全て第２嵌合形態Ｙとなるので周方向から嵌合することができる。

次に、突き合わせた端面同士の積層方向のずれを無くすために、図６（ｃ１），（ｃ２）および（ｄ１），（ｄ２）に示すように、突き合せた端部の上下面が面一となるように積層方向に圧入する。この圧入作業によって、図中斜線で示す位置において第１嵌合形態Ｘが生じ、第１凹部２４に対して第１凸部２５が挿入されて両者が嵌合される。その結果、３つの積層鉄心１ａ〜１ｃの突き合わせ端面同士が互いに一体的に結合される。

なお、上記の実施の形態１，２において、磁極片２０同士を連結するジョイント部２３は、バックヨーク部２１の一部を薄肉に形成することより構成されているが、これに限らず、各磁極片２０のバックヨーク部２１同士を揺動自在にヒンジ結合し、このヒンジ結合箇所をジョイント部２３として構成することもできる。

本発明の実施の形態１における回転電機用固定子の積層鉄心の組み立て途中の状態を示す斜視図である。図１の積層鉄心を折り曲げて円筒状に形成した状態の平面図である。端面同士を結合して積層鉄心を組み立てた状態を示す平面図である。積層鉄心の各連結体の突き合わせ端面に形成される凹凸形状を示す平面図である。積層鉄心の各連結体の突き合わせ端面に形成された凹部と凸部の嵌合形態の説明図である。積層鉄心の端面同士を互いに突き合わせて各連結体を一体的に結合するときの状態を模式的に示す説明図である。本発明の実施の形態２における回転電機用固定子の積層鉄心の組み立て途中の状態を示す平面図である。端面同士を結合して積層鉄心を組み立てた状態を示す平面図である。一つの積層鉄心の巻線時における状態を示す平面図である。３つの積層鉄心の端面同士を互いに突き合わせて各連結体を一体的に結合するときの状態を模式的に示す説明図である。

符号の説明

１，１ａ〜１ｃ積層鉄心、２連結体、２０磁極片、２１バックヨーク部、
２２ティース部、２３ジョイント部、２４凹部、２４ａ第１凹部、
２４ｂ第２凹部、２５凸部、２５ａ第１凸部、２５ｂ第２凸部、
Ｘ第１嵌合形態、Ｙ第２嵌合形態。

Claims

バックヨーク部、およびこのバックヨーク部から突出したティース部を有する複数の磁極片がジョイント部を介して折り曲げ可能に連結された連結体を備え、この連結体の複数枚が厚み方向に積層されて積層鉄心が構成され、この積層鉄心の上記ジョイント部が折曲されて円筒状に形成されるとともに、互いに突き合わされた端面同士が固着されてなる回転電機用固定子であって、
上記積層鉄心の互いに突き合わされる端面には、各連結体ごとに凹部とこれに嵌合される凸部とが設けられ、これらの凹部と凸部は、積層方向からの嵌合を許容するが周方向からの嵌合は許容しない形状の組み合わせとなる第１嵌合形態と、周方向および積層方向の双方からの嵌合を許容する形状の組み合わせとなる第２嵌合形態とがそれぞれ生じるように形成されており、かつ、上記各連結体は、上記第１嵌合形態と第２嵌合形態とが積層方向に沿って所定枚数分ずつ交互に発生するように積層配置され、上記第１嵌合形態となる凹部と凸部との嵌合により上記積層鉄心の上記端面同士が一体的に結合されていることを特徴とする回転電機用固定子。
上記凹部と凸部は、互いに形状に異なる２種類の凹部と、互いに形状の異なる２種類の凸部とを有し、これらの凹部と凸部の形状の４つの組み合わせの内、一つの凹部と一つの凸部の組み合わせだけが上記第１嵌合形態を構成し、他の凹部と凸部の組み合わせは上記第２嵌合形態を構成するものであることを特徴とする請求項１に記載の回転電機用固定子。
上記積層鉄心は、周方向に沿って複数分割された状態で設けられ、各積層鉄心の互いに突き合わされる端面同士がそれぞれ一体的に結合されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機用固定子。
上記連結体を構成する磁極片の数は３の倍数であることを特徴とする請求項３に記載の回転電機用固定子。