JP2010017057A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の板材からなる固定子の表面に突出部が形成されることなく、安価にレイアウト性を高めることができると共に、複数の板材を容易に固定可能な固定子を有する回転電機を提供する。
【解決手段】磁性材料からなる板材を軸線方向に複数枚積層して構成された固定子４を有する磁石発電機１において、固定子４の軸線方向の両側に配された側部板材４１Ａ，４１Ｂの一方の面に、軸線方向に沿う突起が形成されており、固定子４の側部板材４１Ａ，４１Ｂ以外の中間板材４２に、側部板材４１Ａ，４１Ｂの突起を挿通可能な貫通孔が形成され、中間板材４２はリベット６２によって積層した状態で固定され、側部板材４１Ａ，４１Ｂのリベット６２に対応する位置に、リベット６２の頭部６２ａを受容して側部板材４１Ａ，４１Ｂからの突出を回避するための貫通孔６３が形成されている。
【選択図】図３

Description

この発明は、回転電機に関するものである。

従来から、磁石発電機やモータなどの回転電機は、固定子と回転子を有している。この固定子は一般的に磁性材料などからなる板材を積層した構造が採用されている。また、積層された板材をリベットかしめによって固定し、固定子コアとして一体化したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。ここで、特許文献１の固定子コアは、電磁鋼板をプレス加工した複数枚からなる第１コアシートおよび第２コアシートと、第１、第２コアシートよりも肉厚の厚いコアエンドプレートとを積層し、リベット孔に通したリベットの端部を座屈変形させてかしめることによって一体化されている。
また、コアエンドプレートである端部積層板のリベット孔に皿もみ加工を施す一方、リベットの頭部を皿状に形成することで、端部積層板からのリベット頭部の突出を防止しているものがある（例えば、特許文献２参照）。
特開２００７−２５２０７６号公報 特開２００３−２４４９１７号公報

上述した特許文献１の固定子コアのように、板厚の異なる２種類以上の板材を積層する場合には、リベットを用いて固定するのが一般的であった。これは、異なる板厚の板材を積層すると、同一型内で自動かしめをすることができないからである。
ところで、上述の特許文献１のように構成した固定子コアでは、リベットのかしめ高さなどを管理するために、専用の治具（金型）が必要であった。
さらに、板材の積層方法（固定子コアの厚みなど）が異なると、リベットの種類も変更する必要があり、製品管理が煩雑になる問題があった。

また、上述の特許文献２にあっては、端部積層板からのリベット頭部の突出を防止できるため、隣接して取り付けられる部材に加工を施す必要がなくなり、レイアウト性を高めることができるという点では優れているが、リベット孔の加工やリベット頭部の加工が複雑になり、製造コストがかかってしまうという問題があった。
ここで、同一の板厚の板材だけでもダボかしめ等を行って一体化し、この分リベット点数を減少することも考えられるが、ダボかしめを行うための装置が必要になり、結局製造コストがかかってしまう。

そこで、この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、複数の板材からなる固定子の表面に突出部が形成されることなく、安価にレイアウト性を高めることができると共に、複数の板材を容易に固定可能な固定子を有する回転電機を提供するものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、磁性材料からなる板材を軸線方向に複数枚積層して構成された固定子を有する回転電機において、前記固定子の軸線方向の両側に配された側部板材の一方の面に、軸線方向に沿う突起が形成され、前記固定子の前記側部板材以外の中間板材に、前記側部板材の前記突起を挿通可能な貫通孔が形成され、前記中間板材は固定部材によって積層した状態で固定され、前記側部板材の前記固定部材に対応する位置に、前記固定部材の端部を受容して前記側部板材からの突出を回避するための孔が形成されていることを特徴とする。

このように構成することで、側部板材の突起と中間板材の貫通孔との位置を合わせ、側部板材を中間板材に押し当てると、突起が貫通孔内に圧入され、側部板材と中間板材とが固定される。
また、側部板材には、中間板材側の面に突起が形成されているだけの簡単な構成であるため、複数の板材を固定して固定子を製造した際に、固定子の表面に突出部が形成されない。これに加え、中間板材を固定部材によって積層固定するにあたって、側部板材の固定部材に対応する位置に固定部材の端部を受容して前記側部板材からの突出を回避するための孔を形成するので、固定部材に複雑な加工を施すことなく、側部板材からの固定部材の突出を防止できる。

請求項２に記載した発明は、前記側部板材が、前記固定部材の端部よりも軸線方向に厚く形成されていることを特徴とする。
このように構成することで、確実に固定部材の端部を側部板材に没入させることができる。

請求項３に記載した発明は、前記突起と前記貫通孔との形状が、軸線方向に直交する水平面内において異なる形状で構成されていることを特徴とする。
このように構成することで、突起を貫通孔に圧入する際に、突起と貫通孔とが点接触しながら突起を圧入することができる。

請求項４に記載した発明は、前記水平面内において、前記突起が円形状で形成され、前記貫通孔が多角形状に形成されており、前記突起を前記貫通孔に圧入した際に、前記突起が前記貫通孔の各辺に接触するように構成されていることを特徴とする。
このように構成することで、貫通孔の各辺で突起を保持することができる。また、突起を円形形状で製造したため、製品精度を確保しやすく、生産効率を向上することができる。

請求項５に記載した発明は、前記水平面内において、前記突起が略真円形状で形成されており、前記貫通孔が略正方形状に形成されていることを特徴とする。
このように構成することで、突起と貫通孔の中心軸が水平面内において一致していれば、貫通孔の４辺において突起を確実に点接触で保持することができる。また、貫通孔が正方形状で構成されるため、容易に中間板材を製造することができる。

請求項６に記載した発明は、前記貫通孔が、前記中間板材の同心円上で周方向に略等間隔に形成され、正多角形状からなる前記貫通孔の対向する頂部が、前記中間板材の径方向に一致するように前記貫通孔が形成されていることを特徴とする。
このように構成することで、貫通孔の対向する２辺と突起との点接触している２点の位置が固定子の同一径方向からずれて配置される。このため、固定子が水平面内において径方向に振動した際に、突起と貫通孔との点接触箇所が当該振動に対して側部板材と中間板材との位置ずれを抑制する方向に作用する。

請求項１に記載した発明によれば、側部板材の突起と中間板材の貫通孔との位置を合わせ、側部板材を中間板材に押し当てると、突起が貫通孔内に圧入され、側部板材と中間板材とが固定される。このため、側部板材と中間板材とを容易に固定することができる。
また、側部板材には、中間板材側の面に突起が形成されているだけの簡単な構成であるため、複数の板材を固定して固定子を製造した際に、固定子の表面に突出部が形成されない。これに加え、中間板材を固定部材によって積層固定するにあたって、側部板材の固定部材に対応する位置に固定部材の端部を受容して前記側部板材からの突出を回避するための孔を形成するので、固定部材に複雑な加工を施すことなく、側部板材からの固定部材の突出を防止できる。
このため、固定部材を用いて中間板材を固定しつつ固定子に密着するように配される部材に突出部との干渉を回避するための加工を施す必要がないので、安価にレイアウト性を高めることができる。

請求項２に記載した発明によれば、確実に固定部材の端部を側部板材に没入させることができるので、側部板材からの固定部材の突出を確実に防止することができ、確実にレイアウト性を高めることができる。

請求項３に記載した発明によれば、突起を貫通孔に圧入する際に、突起と貫通孔とが点接触しながら突起を圧入することができる。このため、圧入時の接触抵抗を低下することができる。また、圧入後においては、突起の保持強度を向上することができる。

請求項４に記載した発明によれば、貫通孔の各辺で突起を保持することができるため、突起の保持強度を確実に確保することができる。また、突起を円形形状で製造したため、製品精度を確保しやすく、生産効率を向上することができる。

請求項５に記載した発明によれば、突起と貫通孔の中心軸が水平面内において一致していれば、貫通孔の４辺において突起を確実に点接触で保持することができる。また、貫通孔が正方形状で構成されるため、容易に中間板材を製造することができる。

請求項６に記載した発明によれば、貫通孔の対向する２辺と突起との点接触している２点の位置が固定子の同一径方向からずれて配置される。このため、固定子が水平面内において径方向に振動した際に、突起と貫通孔との点接触箇所が当該振動に対して側部板材と中間板材との位置ずれを抑制する方向に作用する。よって、振動に対しても強い高品質な固定子を容易に製造することができる。

次に、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１、図２に示すように、本実施形態に係る回転電機である磁石発電機１は、例えば自動二輪車に用いられるアウターロータ型の発電機であって、エンジンのクランクシャフト２の先端に固定された回転子３と、エンジンのケース７に固定される固定子４とを備えている。

回転子３は、有底筒状のロータヨーク３０を有している。このロータヨーク３０のエンド部（底壁）３１には、径方向略中央にボス部５が設けられている。ボス部５は、エンド部３１から内側（図２における上側）に向かって突出形成されている。このボス部５の中央には貫通孔６が形成され、貫通孔６にクランクシャフト２が挿入、固定されるようになっている。

また、エンド部３１の外側（図２における下側）には、図示しないクラッチ部材を取り付けるためのフランジ部３３が形成されている。さらに、エンド部３１におけるフランジ部３３と周壁３２との間には油抜孔（貫通孔）３５が周方向に略等間隔に複数形成されている。つまり、油抜孔３５は、エンド部３１の周縁部に形成されており、ロータヨーク３０のエンド部３１側に取り付けられるクラッチと平面視において干渉しない位置に形成されている。

ロータヨーク３０の周壁３２には、その内周壁３２ａ側に複数の永久磁石８が周方向に磁極が交互となるように配されている。一方、周壁３２の外周壁３２ｂ側には、エンジンの点火時期などを検出するための複数のリラクタ（凸部）９が周方向に等間隔で一体形成されている。

ここで、永久磁石８は、ロータヨーク３０の内周壁３２ａに当接するように設けられたマグネットホルダ５１上に載置するように配されている。マグネットホルダ５１は例えば樹脂で形成されたリング状の部材である。マグネットホルダ５１の上面には周方向に略等間隔に垂直上方に突出した突起５４が形成されている。隣接する突起５４間に永久磁石８を配置することで、永久磁石８の位置決めを容易に行うことができる。

磁石発電機１が取り付けられているエンジンにおいては、その点火時期などを制御するために、エンジンの回転速度情報やクランクシャフト２の回転角度情報が必要となる。このため、クランクシャフト２の回転に伴ってパルス信号を発生するパルス発生器（不図示）が用いられている。このパルス発生器は、ロータヨーク３０の外周面側、つまり、リラクタ９に対向するように配設される。

そして、リラクタ９のエッジ部（角部）がパルス発生器のピックアップを横切ることでパルス発生器からパルス信号（正電圧パルスと負電圧パルス）を発生させ、これを不図示の制御部（ＣＤＩユニットなど）が受信することによってエンジンの回転速度情報やクランクシャフト２の回転角度情報を得ることができるようになっている。

固定子４は、円環状の固定子鉄心１７を有している。固定子鉄心１７は、磁性材料の板材を軸線方向に積層して形成したものであって、中央にボス部５が挿通可能なボス孔１５が形成されている。また、固定子鉄心１７には、固定子４をエンジンのケース７に締結固定するためのネジ孔２０が複数箇所（本実施形態では４箇所）周方向に沿って形成されている。さらに、固定子鉄心１７には、放射状に径方向外側に向かって延出する複数のティース１６が周方向に等間隔に設けられている。これらティース１６には、それぞれインシュレータ２４が装着され、このインシュレータ２４を介して電機子コイル１８が巻装されている。

電機子コイル１８は、所定の本数のコイルがそれぞれティース１６に巻回されてなるもので、その端末部は、３本の発電出力用リード線１９からなるハーネス２６の引き出し位置付近まで導き出されている。これら電機子コイル１８の各端末部と発電出力用リード線１９の各端末部は、各々重ね合わせた状態で半田付けしたり、圧着スリーブを用いてかしめたりして接合してある。この接合部分には、固定子鉄心１７に固定された絶縁キャップ２２が装着されている。

このように構成された磁石発電機１においては、クランクシャフト２と共に回転子３が回転すると、永久磁石８が固定子４の周りを回転するため、電機子コイル１８に誘導起電力が発生する。そして、この電機子コイル１８に流れる電流は、発電出力用リード線１９を介して不図示のバッテリや付属電機機器に供給されるようになっている。

次に、固定子鉄心１７の構造について説明する。
図３〜図６に示すように、固定子鉄心１７は、磁性材料からなる板材を複数枚積層したものである。本実施形態において、固定子鉄心１７は、両側（図４の上端および下端）に配された側部板材４１（４１Ａ，４１Ｂ）と、側部板材４１Ａ，４１Ｂ間に配された中間板材４２とで構成されている。側部板材４１および中間板材４２は、平面視において略同一の外形で形成されている。

中間板材４２は、固定子鉄心１７の一部を形成しており、上述したティース１６やネジ孔２０が形成されている。中間板材４２は、軸線を中心に円形のボス孔１５が形成され、ボス孔１５の径方向外側にはコア部４３が形成されている。ティース１６は、コア部４３を基端として、周方向略等間隔に放射状に延設されている。ネジ孔２０は、コア部４３に形成されている。

このコア部４３には、後述する側部板材４１の突起４５に対応した位置に貫通孔４６が周方向に略等間隔に形成されている（本実施形態では３箇所）。また、コア部４３には、リベット孔６１が周方向に略等間隔に形成され（本実施形態では３箇所）、ここに、固定部材であるリベット６２が挿入されている。すなわち、中間板材４２は、磁性材料からなる板材を複数枚積層した状態でリベット固定されている。

側部板材４１は、中間板材４２と同様、固定子鉄心１７の一部を形成しており、上述したティース１６やネジ孔２０が形成されている。側部板材４１は、軸線を中心に円形のボス孔１５が形成され、ボス孔１５の径方向外側にはコア部４３が形成されている。ティース１６は、コア部４３を基端として、周方向略等間隔に放射状に延設されている。ネジ孔２０は、コア部４３に形成されている。

このコア部４３には、中間板材４２のリベット孔６１に対応する位置に貫通孔６３が形成されている。この貫通孔６３の直径Ｅ１は、リベット６２の頭部（端部）６２ａの直径Ｅ２よりも大きく設定され、リベット６２の頭部６２ａを受容可能になっている。また、側部板材４１の厚さＨ１は、リベット６２の頭部６２ａの厚さＨ２よりも軸線方向に厚く設定されている。したがって、リベット６２の頭部６２ａは、側部板材４１に没入され、側部板材４１からの突出を回避することができるようになっている。

側部板材４１の一方の面（中間板材４２側の面）には、コア部４３に対して垂直上方に突出した突起４５が周方向に略等間隔に形成されている（本実施形態では３箇所）。これら突起４５は、中間板材４２の貫通孔４６に対応する位置であってコア部４３の同心円上で周方向に略等間隔に形成されている。突起４５は、平面視で円形の円柱状に形成されており、その先端は面取りがなされている。そして、突起４５が形成されている面と反対側の面は、略平坦面として形成されている。

ここで、中間板材４２の貫通孔４６は、平面視で正方形状に形成されており、突起４５を挿入したときに貫通孔４６の４辺と突起４５とが点接触して保持される大きさに形成されている。また、貫通孔４６は、対向する２つの頂部が同一の径方向に位置する向きで形成されている。

次に、固定子鉄心１７の製造方法について説明する。
図７に示すように、固定子鉄心１７を製造するには、まず、中間板材４２を所定枚数積層する。このとき、コア部４３に形成されたネジ孔２０、リベット孔６１、および貫通孔４６の位置が軸線方向に一致するようにして積層する。そして、中間板材４２の一方の面からリベット孔６１にリベット６２を挿入し、他方の面から突出したリベット６２の先端を座屈変形させてかしめ、中間板材４２を積層した状態で固定する。

中間板材４２が積層固定された後、その両側から側部板材４１Ａ，４１Ｂを圧入する。つまり、側部板材４１Ａ，４１Ｂの突起４５を中間板材４２の貫通孔４６内に挿入するようにして圧入し、側部板材４１Ａ，４１Ｂが所定位置まで圧入できれば固定子鉄心１７が製造されることとなる。このとき、側部板材４１Ａ，４１Ｂには、貫通孔６３が形成されているので、リベット６２の頭部６２ａ、およびリベット６２の座屈変形した先端部は、側部板材４１Ａ，４１Ｂから突出することがない（図３（ａ）、図３（ｂ）参照）。

ここで、本実施形態においては、リベット６２の座屈変形した先端部もリベット６２の頭部６２ａと略同一形状に形成されているものとする。すなわち、側部板材４１Ａ，４１Ｂの厚さＨ１がリベット６２の頭部６２ａの厚さＨ２よりも軸線方向に厚く設定されているということは、側部板材４１Ａ，４１Ｂの厚さＨ１がリベット６２の座屈変形した先端部の厚さよりも厚く設定されているということはいうまでもない。また、側部板材４１Ａ，４１Ｂの貫通孔６３の直径Ｅ１がリベット６２の頭部６２ａの直径Ｅ２よりも大きく設定されているということは、側部板材４１Ａ，４１Ｂの貫通孔６３の直径Ｅ１がリベット６２の座屈変形した先端部の直径よりも大きく設定されているということはいうまでもない。

このように製造された固定子鉄心１７は、電機子コイル１８が巻回されるなどして固定子４として製造される。その後、固定子鉄心１７は、ロータヨーク３０内に配置されるとともに、ネジ孔２０を利用してエンジンのケース７と締結固定される。

したがって、上述の実施形態によれば、固定子鉄心１７の両側に位置する側部板材４１（４１Ａ，４１Ｂ）に突起４５を形成し、側部板材４１Ａ，４１Ｂに挟まれた中間板材４２の突起４５に対応する位置に貫通孔４６を形成したため、側部板材４１Ａ，４１Ｂの突起４５と中間板材４２の貫通孔４６との位置を合わせ、側部板材４１Ａ，４１Ｂを中間板材４２に押し当てると、突起４５が貫通孔４６内に圧入され、側部板材４１Ａ，４１Ｂと中間板材４２とが固定される。このため、複数の板材４１，４２を容易に固定して固定子鉄心１７を製造することができる。

また、側部板材４１Ａ，４１Ｂには、中間板材４２側の面に突起４５が形成されているだけの簡単な構成であるため、複数の板材４１，４２を固定して固定子鉄心１７を製造した際に、固定子鉄心１７の表面に突出部が形成されない。これに加え、中間板材４２を固定部材であるリベット６２によって積層固定するにあたって、側部板材４１Ａ，４１Ｂのリベット６２（リベット孔６１）に対応する位置にリベット６２の頭部６２ａを受容する貫通孔６３を形成するので、リベット６２やリベット孔６１に複雑な加工を施すことなく、側部板材４１Ａ，４１Ｂからのリベット６２の突出を防止できる。
このため、固定子鉄心１７（固定子４）に密着するように配されるエンジンのケース７に突出部との干渉を回避するための加工を施す必要がないので、安価にレイアウト性を高めることができる。

また、側部板材４１Ａ，４１Ｂの厚さＨ１がリベット６２の頭部６２ａの厚さＨ２よりも軸線方向に厚く設定されているので、確実にリベット６２の頭部６２ａを側部板材４１Ａ，４１Ｂに没入させて側部板材４１からの突出を回避することができる。このため、側部板材４１Ａ，４１Ｂからのリベット６２の突出を確実に防止することができ、確実にレイアウト性を高めることができる。

さらに、突起４５を円柱状に形成し、貫通孔４６を平面視正方形に形成したため、突起４５を貫通孔４６に圧入する際に、突起４５と貫通孔４６とが貫通孔４６の各辺において点接触しながら突起４５を圧入することができる。したがって、圧入時の接触抵抗を低下することができる。また、圧入後においては、突起４５の保持強度を向上することができる。

また、突起４５を円柱状に形成したため、製品精度を確保しやすく、生産効率を向上することができる。

さらに、貫通孔４６を、中間板材４２のコア部４３の同心円上で周方向に略等間隔に形成し、正方形状に形成された貫通孔４６の対向する一対の頂部が、中間板材４２のコア部４３の径方向に一致するように貫通孔４６を形成したため、貫通孔４６の対向する２辺と突起４５との点接触している２点の位置が固定子鉄心１７（固定子４）の同一径方向からずれて配置される。このため、固定子４が水平面内において径方向に振動した際に、突起４５と貫通孔４６との点接触箇所が当該振動に対して側部板材４１と中間板材４２との位置ずれを抑制する方向に作用する。よって、振動に対しても強い高品質な固定子４を容易に製造することができる。

なお、本発明の技術範囲は上述した実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。すなわち、本実施形態で挙げた具体的な形状、構成などは一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
例えば、本実施形態では回転電機として磁石発電機１を用いて説明をしたが、複数の板材を積層して固定子鉄心を構成するような構造であれば、回転電機を磁石発電機１に代わってモータとして使用してもよい。

また、本実施形態では突起を円形、貫通孔を正方形に形成した場合で説明をしたが、突起と貫通孔とが点接触で保持される構造であれば他の形状（例えば、図８参照）でもよい。
さらに、上述の実施形態では、中間板材４２を積層した状態で固定するための固定部材としてリベット６２を用いた場合について説明した。しかしながら、これにかぎられるものではなく、ボルト・ナットを用いて中間板材４２を用いてもよい。この場合、側部板材４１Ａ，４１Ｂの貫通孔６３の直径Ｅ１（図３（ｂ）参照）をボルト・ナットの各頭部の直径よりも大きく設定すればよい。また、側部板材４１Ａ，４１Ｂの厚さＨ１をボルト・ナットの各頭部の厚さよりも厚く設定することが望ましい。

本発明の実施形態における磁石発電機の平面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 本発明の実施形態におけるリベットによる固定状態を示す図であり、（ａ）は図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（ｂ）は、図３（ａ）のＣ部拡大図である。 図２のＤ部拡大図である。 本発明の実施形態における中間板材の平面図である。 本発明の実施形態における側部板材の平面図である。 本発明の実施形態における固定子鉄心の製造過程を示す部分断面図である。 本発明の実施形態における突起と貫通孔との別の構成を示す説明図である。

符号の説明

１…磁石発電機（回転電機） ３…回転子 ４…固定子 ８…永久磁石 １８…電機子コイル ３０…ロータヨーク ３１…エンド部（底壁） ４１（４１Ａ，４１Ｂ）…側部板材 ４２…中間板材 ４５…突起 ４６…貫通孔 ６２…リベット（固定部材） ６２ａ…頭部（端部） ６３…貫通孔（孔） Ｈ１，Ｈ２…厚さ Ｅ１，Ｅ２…直径

Claims (6)

1. 磁性材料からなる板材を軸線方向に複数枚積層して構成された固定子を有する回転電機において、
   前記固定子の軸線方向の両側に配された側部板材の一方の面に、軸線方向に沿う突起が形成され、
   前記固定子の前記側部板材以外の中間板材に、前記側部板材の前記突起を挿通可能な貫通孔が形成され、
   前記中間板材は固定部材によって積層した状態で固定され、
   前記側部板材の前記固定部材に対応する位置に、前記固定部材の端部を受容して前記側部板材からの突出を回避するための孔が形成されていることを特徴とする回転電機。
2. 前記側部板材が、前記固定部材の端部の厚さよりも軸線方向に厚く形成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 前記突起と前記貫通孔との形状が、軸線方向に直交する水平面内において異なる形状で構成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。
4. 前記水平面内において、前記突起が円形状で形成され、前記貫通孔が多角形状に形成されており、
   前記突起を前記貫通孔に圧入した際に、前記突起が前記貫通孔の各辺に接触するように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の回転電機。
5. 前記水平面内において、前記突起が略真円形状で形成されており、前記貫通孔が略正方形状に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の回転電機。
6. 前記貫通孔が、前記中間板材の同心円上で周方向に略等間隔に形成され、
   正多角形状からなる前記貫通孔の対向する頂部が、前記中間板材の径方向に一致するように前記貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の回転電機。
   
   

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