JP2009033874A - 回転電機のステータおよびその製造方法、回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】コア部材の溶接部の強度を向上することを目的とする。
【解決手段】複数のコア片３ａ、４ａが薄肉部３ｂ、４ｂを介して連結された磁性板材３，４を複数枚積層したステータコア６を備え、磁性板材３，４の薄肉部３ｂ、４ｂを屈曲してステータコア６を環状にすると共にステータコア６の両端部を溶接により接合した回転電機のステータ７において、磁性板材３，４の溶接部に絶縁被膜を形成せず、磁性板材３，４の溶接部以外に絶縁被膜を形成したので、溶接の際に絶縁被膜の不純物による気泡の発生が抑制されて、溶接強度を向上することができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、磁性板材を積層して構成される回転電機のステータおよびその製造方法に関するものである。

従来より、特許文献１（例えば特許文献１の図７参照）、特許文献２（例えば特許文献２の図８、図９参照）に示すように、鋼板から帯状のコア部材を打ち抜いたものを積層し、巻線を巻回した後に上記帯状のコア部材を環状に変形し、両端部を溶接により接合した回転電機のステータ構造が知られている。

ここで、コア部材は、特許文献３に示すように、その表裏面に絶縁被膜が形成されている。コア部材の表裏面に絶縁被膜を形成することにより、積層した各コア部材間が絶縁され、交番磁界が発生した場合にも渦電流の発生を抑制することができる。そのため、コア部材の発熱による回転電機のエネルギー損失を低減することができる。

特開平９−１９１５８８号公報 特開平１１−３４６４４７号公報 特開２００５−３２３４５６号公報

上記のようにコア部材の表裏面に絶縁被膜がコーティングされていると、コア部材を環状に変形した後、コア部材の端部を溶接する際に、絶縁被膜に含まれる不純物から気泡が発生し、溶接部の強度を損なうという問題があった。

積層されたコア部材をステータフレームに装着する場合は、外部からの負荷がステータフレームに加わるのでコア部材の溶接部にかかる荷重は小さい。しかし、コア部材がステータフレームに装着されない場合には、外部からの負荷は直接、コア部材に加わり、溶接部に大きな荷重がかかる。

そして、溶接部に気泡が存在すると、繰り返しかかる大きな荷重によって溶接部が破損するという問題が発生する。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、コア部材の溶接部の強度を向上することを目的とする。

この発明に係る回転電機のステータは、複数のコア片が薄肉部を介して連結された磁性板材を複数枚積層したステータコアを備え、磁性板材の薄肉部を屈曲してステータコアを環状にすると共にステータコアの両端部を溶接により接合した回転電機のステータにおいて、磁性板材の溶接部には絶縁被膜を形成せず、磁性板材の溶接部以外に絶縁被膜を形成したものである。

この発明に係る回転電機のステータの製造方法は、磁性板材の両端部近傍に絶縁被膜が存在しない非絶縁被膜部を有し、非絶縁被膜部以外は絶縁被膜が形成された鋼板を用意し、この鋼板から複数のコア片が薄肉部を介して連結された形状の磁性板材を打ち抜く工程と、複数枚の磁性板材を積層してステータコアを形成する工程と、磁性板材の薄肉部を屈曲してステータコアを環状にすると共にステータコアの両端部を溶接により接合する工程を備えたものである。

この発明によれば、磁性板材の溶接部に絶縁被膜を形成せず、磁性板材の溶接部以外に絶縁被膜を形成したので、溶接部の溶接強度が向上できることに加え、磁束の通路である磁性板材の断面積の割合を増加することができ、回転電機の性能を向上することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図に基づいて説明する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による回転電機のステータの構成を示す平面図、図２は本実施の形態の磁性板材をプレス打ち抜きにより形成する工程を示す図、図３は図２により形成された磁性板材が積層された状態を示す平面図、図４は図３に示す磁性板材に巻線が施された状態を示す平面図、図５は本実施の形態の磁性板材の薄肉連結部の構成を示す断面図である。

図において、第１の磁性板材３は複数のコア片３ａが薄肉部３ｂを介して連結されることにより形成され、第２の磁性板材４は各コア片４ａが薄肉部４ｂを介して連結されることにより形成されている。第１の磁性板材３の薄肉部３ｂの平面形状と第２の磁性板材４の薄肉部４ｂの平面形状は左右対称であり、これら第１および第２の磁性板材３、４は順次交互に積層されることによりステータコア６を構成する。図５に示すように、各薄肉部３ｂ、４ｂを挟んで相対向する各コア片３ａ、４ａの縁部同士は、互い違いに重なり合った状態になっている。そして、図４に示すように、第１および第２の磁性板材３、４が積層されたステータコア６の各コア片３ａ、４ａには巻線５が巻回されている。

図１に示すように、ステータコア６は、各磁性板材３、４の各薄肉部３ｂ、４ｂを折曲することによって環状に形成される。ステータコア６の両端部は、当接部１００において相互に当接され、溶接接合されて、回転電機のステータ７を形成する。

本実施の形態においては、図１に示すように、各磁性板材３，４の表裏面の当接部１００近傍、つまり、図１の囲み点線部分に、絶縁被膜が形成されていない非絶縁被膜部１０１を形成する。そして、各磁性板材３，４の当接部１００近傍以外、つまり図１の囲み点線の非絶縁被膜部１０１以外の部分に絶縁被膜が形成されている。ここで、絶縁被膜は、有機材料若しくは無機材料で構成されている。

次に、上記のように構成された実施の形態１の回転電機のステータの製造方法について説明する。図２において、まず、プレス機により各磁性板材３，４を打ち抜くための鋼板１０６を用意する。鋼板１０６はその表裏面に絶縁被膜がコーティングされているが、鋼板１０６の各磁性板材３，４の両端部に相当する箇所には、絶縁被膜が存在しないライン状の非絶縁被膜部１０７を設けている。このような一部絶縁被膜のない鋼板１０６は、事前に鋼板１０６の全面に絶縁被膜をコーティングしておいてから、上記非絶縁被膜部１０７のみ絶縁被膜を除去することにより作成することができる。絶縁被膜の除去の方法は、削り取り、薬品による化学変化、加熱によって炭化させてからふき取る等の方法により除去する。この場合、絶縁被膜の除去は鋼板１０６の表裏面とも実施する必要がある。

図２では、鋼板１０６にライン状の非絶縁被膜部１０７を設けている例を示したが、図６に示すように、鋼板１０６の各磁性板材３，４の両端部に相当する箇所のみに、絶縁被膜が存在しない非絶縁被膜部１０８を設けてもよい。

また、絶縁被膜が全面に形成された鋼板１０６をプレス機に投入しておいて、プレス機内に設置したコーティング除去装置によって絶縁被膜を除去してもよい。

次に、図２の矢印Ａで示す位置において、第１の磁性板材３を加工する第１段階として、図中ハッチングで示す部分をプレス打ち抜きすることにより薄肉部３ｂ周辺を形成する。又、矢印Ｂで示す位置においては、第２の磁性板材４を加工する第１段階として、図中ハッチングで示す部分をプレス打ち抜きすることにより薄肉部４ｂ周辺を形成する。なお、図２の鋼板１０６に設けられたパイロット穴１０５は、鋼板１０６のプレス機金型に対する位置決め基準のためのものである。そして、鋼板１０６は、パイロット穴１０５間のピッチに従ってプレス機内で順次送られ、順次加工が施される。

次に、矢印Ｃで示す位置において、薄肉部３ｂが形成された部分と薄肉部４ｂが形成された部分を順次交互に、図中ハッチングで示す部分をプレス打ち抜きすることにより、それぞれ第１および第２の磁性板材３、４が形成される。そして、これら第１および第２の磁性板材３、４はプレス金型内で順次積層され、これと同時に打ち抜きかしめがなされて図３に示すように一体化されたステータコア６が形成される。次に、積層された第１および第２の磁性板材３、４の各コア片３ａ、４ａに図４に示すように巻線５を施した後、各薄肉部３ｂ、４ｂを折曲させることにより、環状のステータコア６を形成する。そして、ステータコア６の両端部を相互に当接し、溶接接合して回転電機のステータ７を形成する。

以上のように、本実施の形態によれば、複数のコア片３ａ、４ａが薄肉部３ｂ、４ｂを介して連結された磁性板材３，４を複数枚積層したステータコア６を備え、磁性板材３，４の薄肉部３ｂ、４ｂを屈曲してステータコア６を環状にすると共にステータコア６の両端部を溶接により接合した回転電機のステータ７において、磁性板材３，４の表裏面の溶接部に絶縁被膜を形成せず、磁性板材３，４の表裏面の溶接部以外に絶縁被膜を形成したので、溶接の際に絶縁被膜の不純物による気泡の発生が抑制されて、溶接強度を向上することができる。

また、磁束の通路である磁性板材３，４の断面積の割合を増加することができ、回転電機の性能を向上することができる。また、絶縁被膜の材料を少なくできるので、経済的であり、特に、絶縁材料が有機材料で構成されている場合は、地球環境負荷となる有機物質の使用量を低減することができる。

実施の形態２．
図７はこの発明の実施の形態２による回転電機のステータの構成を示す平面図、図８は本実施の形態による磁性板材を積層したステータコアを示す平面図、図９は図８のステータコアにコイルを巻線した状態を示す平面図である。

図８に示すように、磁性板材１０は、複数のコア片１１が薄肉部１２を介して連結されることにより形成されている。そして、磁性板材１０が複数枚積層されて、相互にカシメ等により固定されることにより、ステータコア１５を構成している。そして、図９に示すように、磁性板材１０を積層したステータコア１５の各コア片１１に巻線１３が巻回されている。

図７に示すように、ステータコア１５は、積層された各磁性板材１０の各薄肉部１２を折曲させることによって環状に形成される。各磁性板材１０の両端部は、当接部１００において相互に当接されて、溶接により接合される。

本実施の形態においては、図７に示すように、各磁性板材１０の表裏面の当接部１００近傍、つまり、図７の囲み点線部に、絶縁被膜が形成されいない非絶縁被膜部１０１を形成する。そして、各磁性板材１０の当接部１００近傍以外、つまり図７の囲み点線の非絶縁被膜部１０１以外の部分には絶縁被膜が形成されている。

上記のように構成された実施の形態２の回転電機のステータの製造方法は、上記実施の形態１で説明した方法と同様であるので、その説明は省略する。

以上のように、本実施の形態によれば、複数のコア片１１が薄肉部１２を介して連結された磁性板材１０を複数枚積層したステータコア１５を備え、各磁性板材１０の薄肉部１２を屈曲してステータコア１５を環状にすると共にステータコア１５の両端部を溶接により接合した回転電機のステータ１６において、各磁性板材１０の表裏面の溶接部に絶縁被膜を形成せず、各磁性板材１０の表裏面の溶接部以外に絶縁被膜を形成したので、溶接の際に絶縁被膜の不純物による気泡の発生が抑制されて、溶接強度を向上することができる。

また、磁束の通路である磁性板材１０の断面積の割合を増加することができ、回転電機の性能を向上することができる。また、絶縁被膜の材料を少なくできるので、経済的であり、特に絶縁材料が有機材料で構成されている場合は、地球環境負荷となる有機物質の使用量を低減できる。

実施の形態３．
実施の形態３は、上記実施の形態により製作されたステータをステータフレームに固定せずに回転電機に使用した場合について説明する。

図１０はこの発明のステータを車載用発電機に取り付けた例を示す構造断面図である。図１０において、回転電機３０は、フロントブラケット３１及びリヤブラケット３２からなるケースと、当該ケースにベアリング３３を介して回転自在に取り付けられているシャフト３４と、このシャフト３４に固定されると共に界磁巻線３５を有するロータ３６と、前記ケースに固定されてロータ３６を囲むように配設されると共に巻線３７を有するステータ３８と、シャフト３４のフロント側の端部に固着されたプーリ３９と、シャフト３４のリヤ側外周に位置するようにリヤブラケット３２に取り付けられたブラシホルダ４０と、シャフト３４のリヤ側に装着された一対のスリップリング（図示せず）に摺接するようにブラシホルダ４０内に配設された一対のブラシ４１を備えている。そして、この回転電機３０はプーリ３９及び図示しないベルトを介して図示しないエンジンの回転軸に連結されている。

ステータ３８は、上記実施の形態で説明した構造のものであり、複数のコア片が薄肉部を介して連結された磁性板材を複数枚積層したステータコアを備え、各磁性板材の薄肉部を屈曲してステータコアを環状にすると共にステータコアの両端部を溶接により接合しものであり、各磁性板材の溶接部に絶縁被膜を形成せず、各磁性板材の溶接部以外に絶縁被膜を形成している。

さらに、ステータ３８は軸方向の両サイドをフロントブラケット３１及びリアブラケット３２で挟持している。そして、当該ブラケット３１及び３２をボルト４２により止めることによりステータ３８が当該ブラケットに固定している。また、ブラケット３３及び３４は、そのフランジ部４３を介してボルト等により図示しないエンジンに固定される。

上記構造の回転電機のステータ３８には、ステータフレームが装着されておらず、ブラケット３１及び３２に直接取り付けられているので、ロータ３６を回転させるトルクの反作用の力が外力として直接ステータ３８に付加される。そして、外部からのトルクに対応してステータ３８の溶接部に負荷がかかる。しかしながら、ステータ３８を構成している各磁性板材の溶接部に絶縁被膜を形成せず、各磁性板材の溶接部以外に絶縁被膜を形成しているので、溶接の際に絶縁被膜の不純物による気泡の発生が抑制されて、溶接強度が向上しており、外部からのトルクに対して上記溶接部は十分な強度を有する。

実施の形態４．
図１１はこの発明の実施の形態４を説明したものであり、鋼板に絶縁被膜を形成する動作を示す模式図である。図１１に示すように、絶縁被膜１４１を塗布ローラ１４２によって鋼板１０６上に付着させる。一部に絶縁被膜のない非絶縁被膜部を形成するには、鋼板１０６の一部の塗布を実施しないことで実現可能である。すなわち、上記で説明した図２の場合は、鋼板１０６に対してライン状の非絶縁被膜部１０７の箇所は塗布ローラ１４２による塗布を中断すれば良く、また、図６の場合は、鋼板１０６に対して非絶縁被膜部１０８の箇所のみで塗布ローラ１４２による塗布を中断すれば良い。また、鋼板１０６から複数のコア片が薄肉部を介して連結された磁性板材を打ち抜いた後に、磁性板材に対してそれぞれ絶縁被膜１４１を塗布ローラ１４２によって付着させても良い。また、絶縁被膜の塗布は鋼板１０６若しくは磁性板材の一方の面、つまり鋼板若しくは磁性板材の一方の面にだけに施せばよい。

図１２は絶縁被膜を塗布によって形成した磁性板材を積層して製作したステータコアの一部の断面図を示す。図において、各磁性板材１０の表面の当接部１００近傍、つまり非絶縁被膜部１０１には絶縁被膜１４１が形成されておらず、各磁性板材１０の当接部１００近傍以外、つまり非絶縁被膜部１０１以外の部分には絶縁被膜１４１が形成されている。

以上のように、本実施の形態によれば、鋼板若しくは磁性板材に塗布により絶縁被膜を施すことによって、絶縁被膜が付着している部分と付着していない部分を容易に分離して形成することができる。

また、鋼板の両面に絶縁被膜が存在する場合は、積層した場合に絶縁被膜の厚さが２倍になり、磁気の通路として有効な磁性板材の断面積の割合が低下することになる。しかし、本実施の形態の塗布工法によれば鋼板の片面のみ、すなわち、鋼板の積層する方向の統一した側の一面に絶縁被膜を付着できるので、積層した際に磁性板材の断面積の割合を増加することができる。

また、鋼板において全面に渡ってでなく、コアとして使用される部分だけに絶縁被膜を塗布してもよい。この場合、使用する絶縁被膜の量を必要最小限に減らすことができるので経済的であり、材料使用量が少ないので資源の有効活用につながる。

また、プレス機の中に塗布装置を設置することにより、磁性板材を打ち抜く位置と絶縁被膜を塗布する位置のずれを軽減することができる。また、有機物質の使用量をさらに削減でき、経済効果と資源の有効活用の効果をより獲得することができる。

この発明の実施の形態１による回転電機のステータの構成を示す平面図である。 実施の形態１の磁性板材をプレス打ち抜きにより形成する工程を示す図である。 実施の形態１の磁性板材が積層された状態を示す平面図である。 実施の形態１の磁性板材に巻線が施された状態を示す平面図である。 実施の形態１の磁性板材の薄肉連結部の構成を示す断面図である。 実施の形態１の磁性板材をプレス打ち抜きにより形成する工程を示す図である。 この発明の実施の形態２による回転電機のステータの構成を示す平面図である。 実施の形態２による磁性板材を積層したステータコアを示す平面図である。 実施の形態２によるステータコアにコイルを巻線した状態を示す平面図である。 この発明のステータを車載用発電機に取り付けた例を示す構造断面図である。 この発明の実施の形態４による鋼板に絶縁被膜を形成する動作を示す模式図である。 実施の形態４による磁性板材を積層して製作したステータコアの一部の断面図を示す。

符号の説明

３ 第１の磁性板材、４ 第２の磁性板材、３ａ，４ａ コア片、
３ｂ，４ｂ 薄肉部、５ 巻線、６ ステータコア、７ ステータ、１０ 磁性板材、
１１ コア片、１２ 薄肉部、１３ 巻線、１５ ステータコア、１６ ステータ、
３０ 回転電機、３１，３２ ブラケット、３４ シャフト、３６ ロータ、
３８ ステータ、１００ 当接部、１０１ 非絶縁被膜部、１０６ 鋼板、
１４１ 絶縁被膜、１４２ 塗布ローラ。

Claims (6)

1. 複数のコア片が薄肉部を介して連結された磁性板材を複数枚積層したステータコアを備え、上記磁性板材の薄肉部を屈曲して上記ステータコアを環状にすると共に上記ステータコアの両端部を溶接により接合した回転電機のステータにおいて、
   上記磁性板材の溶接部には絶縁被膜を形成せず、上記磁性板材の上記溶接部以外に絶縁被膜を形成したことを特徴とする回転電機のステータ。
2. 上記絶縁被膜が上記磁性板材の表裏面に形成されている請求項１に記載の回転電機のステータ。
3. 上記絶縁被膜が上記磁性板材の積層間の一方の面に形成されている請求項１に記載の回転電機のステータ。
4. ブラケットに回転自在に取り付けられているシャフトと、上記シャフトに固定されているロータと、上記ブラケットに直接固定されて上記ロータを囲むように配設されている請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のステータを備えた回転電機。
5. 磁性板材の両端部近傍に絶縁被膜が存在しない非絶縁被膜部を有し、上記非絶縁被膜部以外は絶縁被膜が形成された鋼板を用意し、上記鋼板から複数のコア片が薄肉部を介して連結された形状の磁性板材を打ち抜く工程、
   複数枚の上記磁性板材を積層してステータコアを形成する工程、
   上記磁性板材の薄肉部を屈曲して上記ステータコアを環状にすると共に上記ステータコアの両端部を溶接により接合する工程からなる回転電機のステータの製造方法。
6. 上記鋼板に塗布により絶縁被膜を付着させ、上記磁性板材の上記両端部近傍に絶縁被膜が存在しない非絶縁被膜部を形成し、上記非絶縁被膜部以外に絶縁被膜を形成する請求項５に記載の回転電機のステータの製造方法。

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