JP2008125333A - ステータ - Google Patents

Abstract

【課題】分割ステータコア同士の位置ずれを防止しつつ、分割ステータコアの固定時にかかる応力を緩和する。
【解決手段】バックヨーク部２１ａと、該バックヨーク部２１ａからステータ内方へ突出するティース部２１ｂを有する分割ステータコア２１が円環状に配置されたモータ用のステータ２０であって、前記円環状に配置された分割ステータコア２１の外周面に外嵌される外リング２２を備え、前記分割ステータコア２１は前記バックヨーク部２１ａの外周面に少なくとも1つの凹部を有すると共に、前記外リング２２は前記凹部２１ｃに対応する位置に貫通穴２２ａを有し、連通させた前記貫通穴２２ａと前記凹部２１ｃに圧入ピン２３を圧入して、前記外リング２２と分割ステータコア２１を機械的に固定している。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータのステータに関し、詳しくは、分割ステータコアを外リングを用いて円環状に連結して形成したステータにおいて、外リングによる各分割ステータコアにかかる応力を緩和するものである。

従来より、モータのロータ外周に配置するステータコアとして、巻線のしやすさや占有率向上等の理由から、ステータコアを所定角度に分割した分割ステータコアが用いられている。該分割ステータコアからなるステータでは、各分割ステータコアのティース部にコイルを巻きつけた状態で円環状に配列し、その外周に焼きばめリングを嵌合し、該焼きばめリングを冷却して内径を縮小させて、分割ステータコアの外周面を焼きばめリングで押圧して、分割ステータコア同士を円環状に強固に連結している。

この種の焼きばめリングによって分割ステータコアを一体化して形成しているステータとして、特開２００５−３５４８３８号公報（特許文献１）のステータコアが提供されている。
前記ステータコア１は、図１４（Ａ）に示すように、複数の分割ステータコア２をロータコア３の周囲に沿って周方向に連結して構成されている。前記分割ステータコア２は、図１４（Ｂ）に示すように、ヨーク部２ａと、ヨーク部２ａから内周側に突設したティース部２ｂと、該ティース部２ｂを挟んでヨーク部２ａと対向して設けられた鍔部２ｃと、前記ティース部２ｂに巻きつけたコイル２ｄとを備えている。前記ヨーク部２ａを円環状に連なるように周方向に配置し、熱して膨張した焼きばめリングを外嵌した後に冷却し、内径を縮小させて分割ステータコア２同士を固定している。

特開２００５−３５４８３８号公報

前記した焼きばめリングによって分割ステータコア同士を強力に締結固定したステータでは、モータの回転時にステータに大きいトルクがかかっても、分割ステータコア間に位置ずれが発生することを防止できる。
しかし、焼きばめリングにより分割ステータコア同士を固定する場合、焼きばめリングと接触するヨーク部に、焼きばめリングから強い圧縮力が分割ステータコアの全体に負荷されるため、ステータコアに鉄損が発生しやすくなる。このように、鉄損が発生すると、モータの電気特性に影響を及ぼし、モータ効率を低下させる要因となる。

さらに、分割ステータコアを磁性粉末を加圧成形した圧粉磁性体で形成すると、積層鋼板により形成した分割ステータコアと比べて柔らかいため、焼きばめリングからの圧縮により分割ステータコアにかかる応力で、分割ステータコアが変形したり、損傷が発生する恐れがあり、改善の余地がある。

本発明は、前記問題に鑑みてなされたもので、焼きばめリングで固定する場合よりも分割ステータコアにかかる応力を緩和しながら、分割ステータコア同士の位置ずれが防止でき、特に、分割ステータコアを圧粉磁性体で形成した場合に変形や損傷の発生を確実に防止できるようにすることを課題としている。

前記課題を解決するため、本発明は、バックヨーク部と、該バックヨーク部からステータ内方へ突出するティース部を有する分割ステータコアが円環状に連結されたモータ用のステータであって、
前記円環状に配列される分割ステータコアに外嵌する外リングを備え、
前記各分割ステータコアは前記バックヨーク部の外周面に開口した少なくとも１つの凹部を有すると共に、前記外リングは前記凹部に対応する位置に貫通穴を有し、
前記外リングの貫通穴と前記分割ステータコアの凹部を連通させ、前記貫通穴に圧入材を通して、前記圧入材を前記凹部に押し当てることにより、前記外リングと各分割ステータコアを固定していることを特徴とするステータを提供している。

本発明では、分割ステータコアを外リングで外嵌することで円環状に連結して位置決め保持し、確実に固定するために、焼きばめリングに代えて、外リングの貫通穴から各分割ステータコアに形成した深溝形状の凹部に圧入材を圧入し、機械的に固定している。特に、分割ステータコアには、圧入材を深く圧入できる凹部を設けているため、圧入材と分割ステータコアとを強固に連結することができる。
前記したように、焼きばめリングを用いた固定は、分割ステータコア全体に大きい圧縮応力がかかるが、分割ステータコアの形成した凹部に外リングの貫通孔から圧入材を打ち込んで固定すると、焼きばめによる固定と比べて分割ステータコアの全体にかかる応力を緩和できると共に、外リングと接触する分割ステータコアの鉄損の発生を抑制できる。

前記のように、分割ステータコアの全体への応力を緩和できるため、圧粉磁性体で分割ステータコアを形成している場合に好適となり、分割ステータコアの外リングの締め付けによる変形、破損を防止できる。また、圧粉磁性体で分割ステータコアを形成した場合、三次元形成されるため、圧入材を圧入する凹部を任意の位置に且つ任意の形状で容易に設けることができる。
なお、分割ステータコアを積層鋼板で形成した場合にも、分割ステータコアへの負荷を緩和できる点で本発明を適用することができる。

前記圧入材の形状は限定されないが、分割ステータコア全体への応力を低減する観点から、比較的小径の丸棒状の圧入ピンが好適に用いられる。

また、前記圧入ピン等からなる圧入材と前記外リングは磁性材から形成し、かつ、圧入材は超硬材として前記外リングの硬度よりも高くしていることが好ましい。
このように、ピン等の圧入材と外リングを磁性体材料とすることで、ステータで発生させた磁束が外リングに流れてトルクに寄与することができる。
また、圧入材を超硬材で形成して、その硬度を外リングよりも高くすると、分割ステータコアに大きいトルクがかかった場合であっても、圧入材による分割ステータコア同士の位置がずれることを防ぐことができる。

前記凹部は、前記バックヨーク部の外周面であって前記ティース部と対応する位置に設けていることが好ましい。
ステータの外周から中心点に向かって径方向に圧入材を圧入する場合、応力によって分割ステータコアが変形しないようにするためには、分割ステータコアのバックヨーク部の外周面のうち最も強度が高い位置に圧入材を圧入することが好ましい。バックヨーク部の外周面のうちティース部に対応する位置は、径方向に厚みがあり最も強度が高いので、該位置に凹部を設けることで、圧入材の圧入時に分割ステータコアの変形を防ぐことができる。

前記凹部は各分割ステータコアに１つだけ設けてもよく、また２つ以上設けていてもよい。
凹部を１つとすると、圧入材も各分割ステータコアごとに1つだけでよいため、部品点数を削減でき、かつ、圧入材の取り付け作業も低減できる。
凹部を２つ以上とすると、各凹部と圧入材を小さくすることができ、圧入材の圧入時の応力を小さくすることができる。

前記各分割ステータコアのバックヨーク部の外周面に設ける前記凹部は、周方向の一端側に形成した段状の切欠からなり、隣接する分割ステータコアの切欠と接合させて1つの凹部とする一方、前記バックヨーク部の周方向の他端側には前記切欠を形成せず、隣接するバックヨーク部の外周面を連続させてもよい。
前記構成によれば、隣接する分割ステータコアの段状の切欠同士を当接して1つの凹部とし、該凹部に１つの圧入材を圧入しているため、１つの圧入材で隣接する２つの分割ステータコアを外リングに固定することができ、部品点数を削減および圧入材の圧入作業を低減できる。

前述したように、本発明のステータによれば、円環状に配置した分割ステータコアを圧入材により外リングに固定する構成としているので、焼きばめリングを用いた焼きばめを行わずに、分割ステータコアを一体的に連結して固定することができる。このように、焼きばめリングに代えて圧入材による固定を行っているため、各分割ステータコアにかかる応力が緩和でき、特に、分割ステータコアが圧粉磁性体から形成する場合には、焼きばめによる変形や損傷の発生を防止できる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１乃至図５は本発明の第１実施形態を示す。
本発明のステータ２０は図１に示すように中心点Ｐ１を中心に円環状に配置された複数の分割ステータコア２１と、分割ステータコア２１の外周面に外嵌された外リング２２と、外リング２２と分割ステータコア２１を固定するための圧入ピン２３を備えている。該ステータ２０はロータ１１の周囲に配置されてモータ１０を構成するものである。

分割ステータコア２１は、図２に示すように、隣接する分割ステータコア２１と接合するバックヨーク部２１ａと、バックヨーク部２１ａからステータ２０の径方向内方へ突出するティース部２１ｂとからなり、ティース部２１ｂにはコイル２４が巻きつけられている。
前記分割ステータコア２１は磁性粉末をバインダーを混合し、これを加圧、圧縮した後に加熱処理することにより一体形成した圧粉磁性体からなる。

各分割ステータコア２１のバックヨーク部２１ａの外周面２１ｄには、ステータ２０の軸線方向と周方向の中心部であってティース部２１ｂの径方向外側の位置に断面円形の深溝からなる凹部２１ｃを設けている。
本実施形態では、凹部２１ｃのバックヨーク部２１ａの外周面２１ｄでの直径Ｌ１は、バックヨーク部２１ａ内周面でのティース部２１ｂの周方向の長さＲ１の１／４、凹部２１ｃの径方向の深さＬ２はバックヨーク部２１ａの径方向の深さＲ２の３／４としている。

前記外リング２２は磁性体材料から形成しており、例えば、ＳＳ４００、ＳＰＣＣ等からなる。該外リング２２は、図３に示すように、外リング２２には、前記バックヨーク部２１ａの凹部２１ｃに対応する位置に、断面円形状の貫通穴２２ａを設けている。
貫通穴２２ａの大きさは、バックヨーク部２１ａの外周面２１ｄの凹部２１ｃの直径Ｌ１と同一とし、外リング２２と分割ステータコア２１を嵌め合わせたときに凹部２１ｃと貫通穴２２ａとを連通させている。
外リング２２の内周径は、円環状に配置された分割ステータコア２１の外周径と略同等とし、外リング２２を分割ステータコア２１に外嵌した状態で、分割ステータコア２１に大きな応力がかからないようにしている。

前記圧入ピン２３は、図４に示すように、断面の直径の長さを凹部２１ｃの直径Ｌ１と略同一とした棒状で、軸線方向の長さは凹部２１ｃの径方向の深さＬ２と外リング２２の厚みＲ３を合わせた長さか若干短い長さとしており、連通した凹部２１ｃと貫通穴２２ａにプレスで圧入している。
また、ピン２３は外リング２２と同様の磁性体材料であって、外リング２２より硬度が高い材料から形成している。

前記構成のステータ２０は図５に示す順序で組み立てている。
まず、図５（Ａ）に示すように、分割ステータコア２１のティース部２１ｂに予めコイル２４を巻きつけ、その後、これら分割ステータコア２１を円環状に配置する。
次に、図５（Ｂ）に示すように、円環状となったステータ２０の外リング２２を、上方から外嵌する。その際、外リング２２の貫通穴２２ａと分割ステータコア２１のバックヨーク部２１ａに設けた凹部２１ｃとの位置合わせを行い、貫通穴２２ａと凹部２１ｃが連通して一体となるようにする。この状態で、分割ステータコア２１は円環状に連結した状態で位置決め保持される。
その後、図５（Ｃ）に示すように圧入ピン２３を外リング２２の外周側から貫通穴２２ａを通して凹部２１ｃにプレスで圧入し、図１のように外リング２２と分割ステータコア２１を強固に固定している。

前記構成によれば、円環状に配置した分割ステータコア２１を圧入ピン２３により外リング２２に固定しているため、焼きばめを行わずに、分割ステータコア２１同士を強固に連結固定することができる。焼きばめを行わないため、分割ステータコア２１にかかる応力が緩和され、圧粉磁性体からなる分割ステータコア２１の変形や損傷の発生を防止できる。

図６乃至図９は本発明の第２実施形態を示す。
バックヨーク部２１ａの外周面２１ｄには、ティース部２１ｂの径方向外側の位置でステータ２０の軸線方向の２箇所に円形状の凹部２１ｃ（２１ｃ−１、２１ｃ−２）を設けている。
本実施形態では、凹部２１ｃのバックヨーク部２１ａの外周面２１ｄでの直径Ｌ３はバックヨーク部２１ａ内周面でのティース部２１ｂの周方向の長さＲ１の１／４、凹部２１ｃの径方向の深さＬ２はバックヨーク部２１ａの径方向の深さＲ２の３／４とし、径方向の深さＲ２がバックヨーク部２１ａの外周面２１ｄから中心点Ｐ１に向かうほど凹部２１ｃの直径Ｌ３が小とした台円錐形状としている。なお、凹部を円錐形状とすると、先端に応力が集中するため、凹部の底面は平坦面となる凹部としている。

外リング２２には、バックヨーク部２１ａの凹部２１ｃ−１、２１ｃ−２に対応する位置に貫通穴２２ａ（２２ａ−１、２２ａ−２）を設けている。
外リング２２に形成する貫通穴２２ａも外周面から内周面に向かうほど直径を小さくし、凹部２１ｃと連続して、１つの円錐状の穴になるように設定している
圧入ピン２３−１、２３−２は、図９に示すように、先端が台円錐形状とし、その長さは凹部２１ｃの径方向の深さＬ２と外リング２２の厚みＲ３を合わせた長さか若干短い長さとし、凹部２１ｃと貫通穴２２ａにプレスで圧入できる大きさとしている。

前記構成とすると、外リング２２と各分割ステータコア２１を２箇所で固定しているので、１つの圧入ピンで連結する場合と同様な締結力とすると、各圧入ピン２３を小さくすることができ、圧入ピン２３の圧入時の各分割ステータコアにかかる応力を小さくすることができる。
なお、他の構成および作用効果は第１実施形態と同様のため、同一の符号を付して説明を省略する。

前記凹部２１は台円錐形状とせずに、第１実施形態と同様な同一径としてもよい。さらに、凹部２１ｃおよび貫通穴２２ａは断面矩形状とし、圧入ピン２３も角棒状としてもよい。
さらに、凹部２１ｃおよび貫通穴２２ａの数は１つの分割ステータコア２１につき２つに限定されるものではなく、３以上設けても良い。

図１０乃至図１３に本発明の第３実施形態を示す。
第３実施形態では、凹部の形成位置および形状を変えている。
各分割ステータコア２１のバックヨーク部２１ａの外周面２１ｄの周方向の一端側にＬ字状の切欠２１ｆ−Ａを設け、隣接する分割ステータコア２１の切欠２１ｆ−Ｂを当接して一体の凹部２６としている。バックヨーク部の周方向の他端側には切欠２１ｆを設けず、隣接するバックヨーク部の外周面２１ｄを連続させている。

外リング２２には、バックヨーク部２１ａの一体の凹部２６に対応する位置に略矩形状の貫通穴２２ａを設けている。該貫通穴２２ａは外リング２２を分割ステータコア２１に外嵌した時に、前記切欠２１ｆ−Ａと２１ｆ−Ｂとを組み合わせて形成した１つの凹部２６と連通する大きさとしている。

前記構成によれば、１つの圧入ピン２３で隣接する２つの分割ステータコア２１を外リング２２に固定することができ、部品点数の削減、圧入ピンの圧入作業の削減を図ることができる。
他の構成および作用効果は第１実施形態と同様のため、同一の符号を付して説明を省略する。
なお、前記切欠２１ｆは形状は限定されず、切欠から接合して形成する深座り穴が台円錐形状となるようにしてもよい。また、軸線方向に２以上設けてもよい。

本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の特許請求の範囲内の種々の形態が含まれるものである。

（Ａ）は本発明であるステータの第１実施形態を示す斜視図、（Ｂ）はＡ−Ａ断面図である。 （Ａ）は分割ステータコアの要部拡大図の斜視図、（Ｂ）はＢ−Ｂ断面図である。 （Ａ）は分割ステータコアに外リングを嵌合した要部拡大図の斜視図、（Ｂ）はＣ−Ｃ断面図である。 保持部材の斜視図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は組み立て順序の説明図である。 第２実施形態を示す図である。 （Ａ）は分割ステータコアの要部拡大図の斜視図、（Ｂ）はＤ−Ｄ断面図である。 （Ａ）は分割ステータコアに外リングを嵌合した要部拡大図の斜視図、（Ｂ）はＥ−Ｅ断面図である。 保持部材の斜視図である。 （Ａ）は第３実施形態を示す斜視図、（Ｂ）はＦ−Ｆ断面図である。 （Ａ）は分割ステータコアの要部拡大図の斜視図、（Ｂ）はＧ−Ｇ断面図である。 （Ａ）は分割ステータコアに外リングを嵌合した要部拡大図の斜視図、（Ｂ）はＨ−Ｈ断面図である。 保持部材の斜視図である。 従来例を示す図である。

符号の説明

２０ ステータ
２１ 分割ステータコア
２１ａ バックヨーク部
２１ｂ ティース部
２１ｃ 凹部
２２ 外リング
２２ａ 貫通穴
２３ ピン
２４ コイル
２６ 凹部
Ｐ１ 中心点

Claims (5)

1. バックヨーク部と、該バックヨーク部からステータ内方へ突出するティース部を有する分割ステータコアが円環状に連結されたモータ用のステータであって、
   前記円環状に配列される分割ステータコアに外嵌する外リングを備え、
   前記各分割ステータコアは前記バックヨーク部の外周面に開口した少なくとも１つの凹部を有すると共に、前記外リングは前記凹部に対応する位置に貫通穴を有し、
   前記外リングの貫通穴と前記分割ステータコアの凹部を連通させ、前記貫通穴に圧入材を通して、前記圧入材を前記凹部に押し当てることにより、前記外リングと各分割ステータコアを固定していることを特徴とするステータ。
2. 前記分割ステータコアは圧粉磁性体から形成されている請求項１に記載のステータ。
3. 前記圧入材と前記外リングは磁性材からなり、かつ、圧入材は超硬材として前記外リングの硬度よりも高くしている請求項１または請求項２に記載のステータ。
4. 前記凹部は、前記バックヨーク部の外周面であって前記ティース部と対応する位置に設けている請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のステータ。
5. 前記凹部は、前記バックヨーク部の外周面の周方向の一端側に形成した段状の切欠からなり、隣接する前記分割ステータコアの切欠と接合させて1つの凹部とする一方、前記バックヨーク部の周方向の他端側には前記切欠を形成せず、隣接する前記バックヨーク部の外周面を連続させている請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のステータ。

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