JP2009142031A - 回転電機用ステータ - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で、生産コストを低く抑えるとともに生産効率を落とすことなく、巻線の絶縁破壊、短絡等の不具合の可能性を低減できる回転電機用ステータを提供する。
【解決手段】軸芯周りに回転するロータと同心に配置されるステータ２０であって、内周部に複数のティース部を有し円筒状に形成されるコア部材３０と、軸芯方向に沿って圧入されるコア部材を包持しつつ、ケース７０に固定されるコアホルダ５０と、ティース部の夫々を覆うように装着され、その外周にコイル４３が巻回されるボビン状の絶縁部材４０と、絶縁部材４０の夫々の外周面のうち、コア部材３０の圧入側端面Ｆに近接する部位と当接し、コア部材３０の全周に亘って設けられるリング状の被覆部材６０と、を備え、コアホルダ５０と被覆部材６０とを当接させて、コアホルダ５０とコア部材の圧入側端面Ｆと被覆部材６０とにより環状密閉空間Ｐを形成している。
【選択図】図７

Description

本発明は、軸芯周りに回転するロータと同心に配置される回転電機用ステータに関する。

従来より、回転電機を構成するステータのコア部材を、積層化された複数の薄板により円筒状に形成しているものが知られている。このような構成にあっては、積層化された複数の薄板を確実に一体のものとしてケースに固定するため、コア部材に対して外周側からコアホルダを嵌め込み、その後、コアホルダとケースとを固定するようにしてあることが好ましい。

コア部材にコアホルダを嵌め込む方法として、特許文献１には、円環状に位置決めされた複数の分割コアからなるコア部材を、コアホルダに圧入するものが記載されている。

また、特許文献２には、円環状に位置決めされた複数の分割コアからなるコア部材の外周に、予め加熱して熱膨張により内径を広げておいたコアホルダを外嵌し、その後コアホルダを冷却して収縮させ、コア部材を径方向に締め付ける、いわゆる焼き嵌めを行うものが記載されている。

特開平６−３１１６７５号公報 特開平９−３０８１４１号公報

しかし、特許文献１に記載されているような、コア部材をコアホルダに圧入するタイプのものでは、圧入時にコア部材の外周側の端部とコアホルダの内周面とが擦れ合って削り屑が生じ、コア部材の圧入側端面に付着してしまう。この削り屑は回転電機が動作した時、その振動によって脱落してコイル部に付着し、コイルの絶縁皮膜を破壊して短絡等の不具合を発生させる原因となり得る。

また、特許文献２に記載されているような、焼き嵌めによりコア部材の外周にコアホルダを外嵌するタイプのものでは、コアホルダを予め加熱しておく必要があるため生産設備の増設が必要で、生産コストが高くなるという問題がある。また、生産時に所定温度以上に加熱する必要があるため、生産効率が低くなってしまうという問題がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で、生産コストを低く抑えるとともに生産効率を落とすことなく、巻線の絶縁破壊、短絡等の不具合が発生する可能性を低減することのできる回転電機用ステータを提供することを目的とする。

この目的を達成するための本発明に係る、軸芯周りに回転するロータと同心に配置される回転電機用ステータの特徴構成は、内周部に複数のティース部を有し円筒状に形成されるコア部材と、軸芯方向に沿って圧入される前記コア部材を包持しつつ、ケースに固定されるコアホルダと、前記ティース部の夫々を覆うように装着され、その外周にコイルが巻回されるとともに、前記コア部材と前記コイルとの間を絶縁するボビン状の絶縁部材と、前記絶縁部材の夫々の外周面のうち、前記コア部材の圧入側端面に近接する部位と当接し、前記コア部材の全周に亘って設けられるリング状の被覆部材と、を備え、前記コアホルダと前記被覆部材とを当接させて、前記コアホルダと前記コア部材の圧入側端面と前記被覆部材とにより環状密閉空間を形成している点にある。

この構成によれば、コア部材に対してコアホルダを圧入により嵌め込むので、コアホルダを予め加熱しておく必要がない。よって、生産コストを低く抑えることができ、生産効率が低下することもない。

また、コア部材が有する複数のティース部にそれぞれ装着された絶縁部材の外周面に当接する被覆部材をコア部材の全周に亘って円筒状に設け、更にコアホルダと被覆部材とを当接させて、コアホルダとコア部材の圧入側端面と被覆部材とにより環状密閉空間を形成しているので、コア部材をコアホルダに圧入する際にコア部材の外周側の端部とコアホルダの内周面とが擦れ合って生じる削り屑を、その空間内部に閉じ込めることができる。よって、非常に簡易な構成で、削り屑がコイル部に到達することを防止し、巻線の絶縁破壊、短絡等の不具合が発生する可能性を低減することができる。

ここで、前記コア部材の圧入方向に対して下手側の前記コアホルダの端部が、径方向内側に屈曲して前記被覆部材の外周面に当接していると好ましい。

この構成によれば、コアホルダの端部を径方向内側に屈曲させるだけで、簡単に環状密閉空間を形成することができ、上記したような効果を得ることができる。

また、前記被覆部材が、径方向外側に延出して前記コアホルダの内周面に当接していても好ましい。

この構成によれば、被覆部材を径方向外側に延出させるだけで、簡単に環状密閉空間を形成することができ、上記したような効果を得ることができる。

これまで説明してきた回転電機用ステータにおいて、前記コア部材は、前記ティース部ごとに分割された分割コアが環状に組み合わされて構成されていると好適である。

コア部材を、ティース部ごとに分割された分割コアを環状に組み合わせて構成すれば、巻線占積率を向上させることができ、回転電機の高効率化を図ることができる。よって、この構成によれば、分割コアをコアホルダに嵌め込んで一体的に固定する際にこれまで説明してきたような構造を採用することで、簡易な構成で生産コストを低く抑え、短絡等の不具合が発生する可能性を低減しながら、回転電機の高効率化という、コア部材を複数の分割コアで構成するメリットを生かすことができる。

〔第一の実施形態〕
以下に、本発明の第一の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態では、本発明をモータ１（電動機）用のステータ２０に適用する例について説明する。
図１は、本実施形態に係るモータ１の全体構成を示す断面図である。図２は、本実施形態に係るモータ１のステータ２０の全体構成を示す平面図であり、図３はその拡大平面図である。

図１に示すように、このモータ１は、ブラシレスタイプのモータであり、ロータ１０と、ステータ２０と、を有する。これらはケース７０に収容されている。

ロータ１０は、ステータ２０の内周に所定の間隔を介して配置され、軸芯Ｚ周りに回転する回転子である。

ステータ２０は、全体として円筒状に構成され、ロータ１０と同心に配置された固定子である。ステータ２０は、コア部材３０と、絶縁部材４０と、コイル４３と、コアホルダ５０と、を有する。本実施形態に係るモータ１は、更に、円筒状の被覆部材６０を有する。

コア部材３０は、内周部に複数のティース部３２ａを有し円筒状に形成される。本実施形態においては、コア部材３０は、ティース部３２ａごとにヨーク部３２ｂにおいて円周方向に対して交差する方向に分割された複数の分割コア３１が環状に組み合わされて構成されている。それぞれの分割コア３１は、同一形状の複数枚の薄板３３を積層して形成される。薄板３３は電磁鋼板を使用する。各分割コア３１はコアホルダ５０により径方向に圧力を受け、その圧力により、分割コア３１は互いに周方向に各分割面で当接しあうことで相互につっぱり、固定一体化する。

絶縁部材４０は、コア部材３０とコイル４３との間を電気的に絶縁するボビン状の部材であり、分割コア３１のティース部３２ａの夫々を覆うように装着される。絶縁部材４０は、外周側鍔部４１ａと内周側鍔部４１ｂの間にコイル収容部４１ｃを有し、コイル収容部４１ｃの外周に絶縁皮膜を有する線材が所定数巻回されてコイル４３を構成する。なお、図面中、コイル４３は省略して描かれている。このように分割コア３１の状態でコイル４３を巻回することで、巻線占積率を向上させることができ、モータ１を高効率化することができる。よって、用途に応じてモータ１の小型化・高出力化を図ることができる。

コアホルダ５０は、複数の分割コア３１が環状に組み合わされたコア部材３０を包持するリング状の保持部材である。コアホルダ５０は、鍔部５１ａと、包持部５１ｂと、屈曲部５１ｃと、を有し、これらの構成部は一体に形成されている。鍔部５１ａは、コアホルダ５０の端部から径方向外側に延在しており、鍔部５１ａを挿通するボルト５２で、コアホルダ５０がケース７０に固定されている。

図４及び図５に示すように、コアホルダ５０には、鍔部５１ａの側から分割コア３１を環状に組み合わせて仮止めされたコア部材３０が軸芯Ｚ方向に沿って圧入される。圧入時には、絶縁部材４０の外周側鍔部４１ａを後述する被覆部材６０で被覆してから圧入する。コアホルダ５０の屈曲部５１ｃは、コア部材３０の圧入側端面Ｆよりも圧入方向下手側において径方向内側に屈曲しており、屈曲部５１ｃの端部が被覆部材６０の外周面に当接する。

ところで、絶縁部材４０は分割コア３１のティース部３２ａに装着されている。このとき、絶縁部材４０の外周側鍔部４１ａの高さはコイルの厚みよりもやや高い程度であり、一方、分割コア３１のティース部３２ａはヨーク部３２ｂと比較して周方向の幅が狭くなっている場合が多い。そのため、絶縁部材４０の外周側鍔部４１ａの周方向の幅は、各分割コア３１のヨーク部３２ｂの幅に比べて狭くなる。したがって、複数の分割コア３１が環状に組み合わされた状態では、図６に示すように、互いに隣り合う分割コア３１の、絶縁部材４０の外周側鍔部４１ａどうしの間には間隙Ｅができてしまう。

本実施形態に係るモータ１では、この間隙Ｅを埋めるように被覆部材６０が設けられる。被覆部材６０は、絶縁部材４０の夫々の外周面のうち、コア部材３０の圧入側端面Ｆに近接する部位と当接し、コア部材３０の全周に亘って設けられるリング状の部材である。本実施形態においては、絶縁部材４０の外周側鍔部４１ａと当接してコア部材３０の全周に亘って設けられている。被覆部材６０は、例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂を射出成形して形成される。このように樹脂材を用いて被覆部材６０を形成すれば、間隙Ｅが存在することにより外周側鍔部４１ａを結んでできる形状が真円から外れたとしても、その歪みを樹脂材の弾性によって吸収しながら絶縁部材４０の夫々の外周面を被覆することができる。また、被覆部材６０の厚みは、絶縁部材４０の外周側鍔部４１ａとコアホルダ５０の屈曲部５１ｃの端部とのクリアランスよりもわずかに大きくなっており、コア部材３０がコアホルダ５０に圧入された時に、被覆部材６０は絶縁部材４０とコアホルダ５０と間で適度に締め付けられることになる。

なお、コアホルダ５０の屈曲部５１ｃの端部を圧入方向上手側へ更に屈曲させてあることも好ましい。このようにすれば、コアホルダ５０にコア部材３０を圧入する際に、屈曲部５１ｃの端部と被覆部材６０とを適切に摺動させることができる。

このように、被覆部材６０が絶縁部材４０の外周側鍔部４１ａの外周面を覆うように全周に亘って設けられ、上記した間隙Ｅが埋められる。そしてまた、コアホルダ５０の屈曲部５１ｃの端部は、図７に示すように、コア部材３０の圧入側端面Ｆよりも圧入方向下手側において径方向内側に屈曲して被覆部材６０の外周面に当接しているので、コアホルダ５０とコア部材３０の圧入側端面Ｆと被覆部材６０とにより環状密閉空間Ｐが形成されることになる。

この環状密閉空間Ｐは、コアホルダ５０に対してコア部材３０が圧入される時にコア部材３０の外周側端部とコアホルダ５０の内周面とが擦れ合って生じ、コア部材３０の圧入側端面Ｆに付着する削り屑Ｓを、その内部に閉じ込める機能を果たす。よって、たとえモータ１が作動した時に振動によって削り屑Ｓがコア部材３０の圧入側端面Ｆから脱落したとしても、環状密閉空間Ｐの内部に留まることになる。したがって、削り屑Ｓがコイル４３に到達することを防止し、巻線の絶縁破壊、短絡等の不具合が発生する可能性を低減することができる。

また、環状密閉空間Ｐを形成する部材の一つであるコアホルダ５０は、コア部材３０を包持してケース７０に固定するためにもともと用いられる部材である。よって、密閉空間Ｐを形成するための部品点数の増加を必要最小限に抑えることができる。更に、被覆部材６０は射出成形等により短時間で安価に大量生産をすることが可能である。したがって、これらの点からも生産コストを低く抑えることができる。

〔第二の実施形態〕
本発明の第二の実施形態について図面を参照して説明する。
本実施形態に係るモータ１の全体構成は、上述した第一の実施形態に係るモータ１の全体構成とほぼ同様であるが、ステータ２０の具体的構造が一部異なっている。以下では、この相違点について説明する。

図８は、本実施形態に係るステータ２０の構造を示す断面図である。本実施形態においては、コアホルダ５０には第一の実施形態における屈曲部５１ｃは設けられておらず、包持部５１ｂよりも圧入方向下手側はケース７０に沿って伸長している。一方、被覆部材６０は、絶縁部材４０の外周側鍔部４１ａの外周面を覆うように全周に亘って設けられるとともに、絶縁部材４０の外周側鍔部４１ａから径方向外側に延出して、延出部６１の端部がコアホルダ５０の内周面に当接している。これにより、コアホルダ５０とコア部材３０の圧入側端面Ｆと被覆部材６０とにより環状密閉空間Ｐが形成されている。

本例では、コア部材３０がコアホルダ５０に圧入された後において被覆部材６０の姿勢が安定するように、延出部６１は被覆部材６０の軸芯Ｚ方向の幅に対して中央部付近に形成されている。また、延出部６１の端部とコアホルダ５０の内周面とは、互いに一定の押し荷重を及ぼし合いながら当接している。よって、環状密閉空間Ｐを強固に形成することができる。

以上のように、本実施形態においては、被覆部材６０が絶縁部材４０の外周側鍔部４１ａの外周面を覆うように全周に亘って設けられるとともに、径方向外側に延出して延出部６１の端部がコアホルダ５０の内周面に当接して、環状密閉空間Ｐが形成される。したがって、この場合も、圧入時に発生する削り屑Ｓをその内部に閉じ込めることができ、簡易な構成で、巻線の絶縁破壊、短絡等の不具合が発生する可能性を低減することができる。

〔その他の実施形態〕
（１）上記の各実施形態においては、コアホルダ５０が径方向内側に屈曲し、被覆部材６０の外周面に当接して環状密閉空間Ｐを形成する例、及び、被覆部材６０が径方向外側に延出し、コアホルダ５０の内周面に当接して環状密閉空間Ｐを形成する例について説明した。しかし、少なくともコアホルダ５０と被覆部材６０とが何れかの部位で当接して環状密閉空間Ｐを形成していれば良く、例えば、コアホルダ５０が径方向内側に屈曲しつつ被覆部材６０が径方向外側に延出して、それぞれ縁部で当接する構造となっていても良い。

（２）上記の各実施形態においては、被覆部材６０が絶縁部材４０の外周側鍔部４１ａと当接してコア部材３０の全周に亘って設けられている例について説明した。しかし、被覆部材６０が当接するのは必ずしも絶縁部材４０の外周側鍔部４１ａである必要はなく、絶コア部材３０の圧入側端面Ｆに近接する何れかの部位と当接していれば良い。

（３）上記の各実施形態においては、コア部材３０として分割コア３１を環状に組み合わされて構成したものを用いる例について説明した。しかし、コア部材３０として、ヨーク部３２ｂが円周方向に一体となった一体コアを用いても良い。

（４）上記の各実施形態においては、本発明をモータ（電動機）１用のステータ２０に適用する例について説明した。しかし、モータ１だけでなく、回転軸から入力される回転によって電力を発生させるジェネレータ（発電機）や、必要に応じてモータ及びジェネレータの双方の機能を果たすモータ・ジェネレータ用のステータ２０にも適用することができる。

本発明は、軸芯周りに回転するロータと同心に配置される回転電機用ステータに好適に利用することができる。

モータの全体構成を示す断面図 ステータの全体構成を示す平面図 分割コアどうしの嵌め合いの様子を示した拡大平面図 コアホルダへのコア部材の圧入の様子を示した斜視図 コアホルダへのコア部材の圧入の様子を示した断面図 分割コアが環状に組み合わされた状態での正面図 第一の実施形態に係るステータの構造を示す断面図 第二の実施形態に係るステータの構造を示す断面図

符号の説明

１ モータ
１０ ロータ
２０ ステータ
３０ コア部材
３２ａ ティース部
４０ 絶縁部材
４３ コイル
５０ コアホルダ
６０ 被覆部材
７０ ケース
Ｚ 軸芯
Ｐ 環状密閉空間
Ｆ 圧入側端面

Claims (4)

1. 軸芯周りに回転するロータと同心に配置されるステータであって、
   内周部に複数のティース部を有し円筒状に形成されるコア部材と、
   軸芯方向に沿って圧入される前記コア部材を包持しつつ、ケースに固定されるコアホルダと、
   前記ティース部の夫々を覆うように装着され、その外周にコイルが巻回されるとともに、前記コア部材と前記コイルとの間を絶縁するボビン状の絶縁部材と、
   前記絶縁部材の夫々の外周面のうち、前記コア部材の圧入側端面に近接する部位と当接し、前記コア部材の全周に亘って設けられるリング状の被覆部材と、を備え、
   前記コアホルダと前記被覆部材とを当接させて、前記コアホルダと前記コア部材の圧入側端面と前記被覆部材とにより環状密閉空間を形成している回転電機用ステータ。
2. 前記コア部材の圧入方向に対して下手側の前記コアホルダの端部が、径方向内側に屈曲して前記被覆部材の外周面に当接している請求項１に記載の回転電機用ステータ。
3. 前記被覆部材が、径方向外側に延出して前記コアホルダの内周面に当接している請求項１に記載の回転電機用ステータ。
4. 前記コア部材は、前記ティース部ごとに分割された分割コアが環状に組み合わされて構成されている請求項１から３のいずれか一項に記載の回転電機用ステータ。

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