JP2010263691A - ステータ組立体 - Google Patents

Abstract

【課題】円筒部のうちフランジ部に近い部分の円環強度を低下させること。
【解決手段】
コイル組立体４が内周面に配置された円筒部３１と、円筒部３１の周縁に直角方向に張り出したフランジ部３２を有する円筒部材３を有するステータ組立体１において、フランジ部３２に切欠き部３２１Ａ、３２１Ｂ、３２１Ｃ、３２２Ａ、３２２Ｂ、３２２Ｃが設けられていることにより、フランジ部３２の円環強度を低下させ、他の部位と締結力を近似させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、コイル組立体が内周面に配置された円筒部と、円筒部の周縁に直角方向に張り出したフランジ部を有する円筒部材を有するステータ組立体に関する。

従来、この種の技術として、下記のステータ組立体１００がある。
図６にステータ組立体１００の上面図を示す。ステータ組立体１００は、分割コイル１０１が１８個環状に配置されたコイル組立体１０５と円筒部材１０２を有している。分割コイル１０１に取付けられている巻き線１０４は、図６のうち３つの分割コイル１０１で示し、他の分割コイル１０１では、巻き線１０４は省略して記載する。コイル組立体１０５は、円筒部材１０２の内周面に配置されている。
円筒部材１０２は、円筒部１０２Ａ、フランジ１０２Ｂ、及び、取付部１０２Ｃを有する。円筒部材１０２の円筒状の円筒部１０２Ａの端面に、垂直方向の外周に向かってフランジ１０２Ｂが形成されている。フランジ部１０２Ｂに等間隔で、フランジ部１０２Ｂよりもさらに垂直方向の外周に突出した取付部１０２Ｃが形成されている。図８に、図６のＨＨ断面図を示す。

図７に、ステータ組立体を製造するための全工程Ｓ１〜Ｓ７をフローチャートで示す。
始めに、導線である巻き線１０４をティースに係合できる形に巻く（Ｓ２）。ティースに絶縁体であるインシュレータを取付ける（Ｓ３）。巻き線１０４をインシュレータを介してティースに取り付け分割コイル１０１を形成する。分割コイル１０１を形成後、分割コイル１０１を環状に１８個並びつけ、コイル組立体１０５とする（Ｓ４）。環状に取付けられたコイル組立体１０５に対して、円筒状の円筒部材１０２をヤキバメし、図６のステータ組立体１００の状態にする（Ｓ５）。次に、図示しない、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の端子を接続する（Ｓ６）ことでステータ組立体１００は完成する。

図６のステータ組立体１００を形成するために、円筒部材１０２のヤキバメ（Ｓ５）までを行うことにより、ステータ組立体１００を形成することができる。
具体的には、円筒部材１０２の温度を上げ、円筒部材１０２を熱膨張させ、円筒部材１０２を拡張させ、分割コイル１０１を１８個環状に並べられたコイル組立体１０５に対して円筒部材１０２を包含させる。円筒部材１０２が冷やされ収縮することにより、コイル組立体１０５は、円筒部材１０２に嵌合される。

特開平１１−３０８８２０号公報 特開２００７−１８９７８５号公報 特開２００７−１８９７８６号公報

しかしながら、従来技術には、以下の問題があった。
円筒部材１０２の冷却後、すなわち、製品完成時にはコイル組立体１０５を締結する円筒部材１０２の形状にアンバランスが生じるため、ステータ組立体１００の真円度が悪化する問題がある。真円度が悪くなると、コイル組立体１０５とロータとの距離の差にばらつきが生じ、モータの性能が悪くなる恐れがあるからである。
具体的には、図１２に軸方向の内径差を表す図に示す。図１２中、縦軸は、コアの内径の長さＹを表し、横軸は、円筒部１０２Ａの軸方向位置を示す。ステータ組立体１００の軸方向の内径の長さを内径Ｍで表す。図１２の軸方向位置１〜５は、図８に示す、図６のステータ組立体１００のＨＨ断面図における円筒部１０２Ａの軸方向位置１〜５に対応する。図８は、円筒部材１０２が理解しやすいように表した模式図であるため、実際の大きさとは異なる。
円筒部材１０２のフランジ部１０２Ｂに近い軸方向位置１の部分は、その他の円筒部１０２Ａに比べて円環強度が高い。そのため、他の軸方向位置３〜５と比べて、内径Ｍ１は著しく内径が小さくなっている。Ｍ２もＭ１の影響を受け小さくなっている。特に、内径Ｍ１から内径Ｍ５までの最大内径差Ｔ１は大きい。
以上のように、軸方向位置で内径差にアンバランスが生じるとステータ組立体１００の真円度が悪化するため問題となる。

軸方向位置で内径差にアンバランスが生じる原因を、内径の真円度を測定し、測定データをＦＦＴで解析し、図９乃至図１１に示すような分析を行った。
ＦＦＴ解析により、周波数成分（２次、３次、４次、５次）を解析した。その結果、４次以上の周波数成分は、図１１に示すように、フランジ側、中央、反フランジ側では同じような位置でデータが変形している。
しかし、図９及び図１０に示すように、２次、３次の周波数成分は、フランジ側、中央、反フランジ側で異なるデータ変形をしている。
２次の周波数成分については、材料の異方性の問題が考えられるが、現在のところその原因は不明である。
３次の周波数成分については、フランジ側のみが、中央、反フランジ側とで位置の違いにより異なる結果が出ている。また、中央、反フランジ側は、取付部近辺の振幅が大きい。それに対して、フランジ側の取付部近辺の振幅は小さく、取付部の中間のフランジ部の振幅が大きくなっている。そのため、３次周波数成分から、フランジ部１０２Ｂに形成された３箇所の取付部１０２Ｃの円環強度の影響があると考え、その影響をなくすために本発明を行った。
そこで、本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、円筒部材のうちフランジ部に近い部分の円環強度を低下させ、他の部位と締結力を近似させたステータを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るステータ組立体は、以下の構成を有する。
（１）コイル組立体が内周面に配置された円筒部と、円筒部の周縁に直角方向に張り出したフランジ部を有する円筒部材を有するステータ組立体において、フランジ部に切欠き部が設けられていること、を特徴とすることにある。
（２）（１）に記載するステータ組立体において、フランジ部には、取付部が形成されていること、切欠き部は、取付部の両側に形成された取付切欠き部であること、を特徴とすることにある。
（３）（２）に記載するステータ組立体において、切欠き部は、取付切欠き部の中間に位置する中間切欠き部を有すること、を特徴とすることにある。

上記ステータ組立体の作用及び効果について説明する。
（１）フランジ部に切欠き部が設けられていることにより、フランジ部の円環強度を低下させ、他の部位と締結力を近似させることができる。
（２）フランジ部には、取付部が形成されていること、切欠き部は、取付部の両側に形成された取付切欠き部であることにより、特に円環強度が強い取付部の円環強度を低下させることができ、他の部位と締結力を近似させることができる。
（３）切欠き部は、取付切欠き部の中間に位置する中間切欠き部を有することにより、フランジ部の円環強度を均一に低下させることができるため、他の部位と締結力を近似させることができる。

本発明の第１実施形態に係るステータ組立体１の上面図である。 本発明の第１実施形態に係る図１に示すステータ組立体１のＪＪ断面図である。 図１に示すステータ組立体１のＫＫ断面の模式図である。 ステータ１及びステータ１００の軸方向位置とその内径のグラフである。 図４の内径差の比較のグラフである。 従来技術に係るステータ組立体１００の上面図である。 ステータを製造するための全工程Ｓ１〜Ｓ１０をフローチャートである。 図６に示すステータ組立体１００のＨＨ断面の模式図である。 ＦＦＴ解析による周波数成分（２次）の解析グラフを示す。 ＦＦＴ解析による周波数成分（３次）の解析グラフを示す。 ＦＦＴ解析による周波数成分（４次）の解析グラフを示す。 ステータ１００の軸方向位置とその内径のグラフである。

次に、本発明に係るステータ組立体１の一実施の形態について図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
＜ステータの全体構成＞
図１には、ステータ組立体１の正面図を示す。
ステータ組立体１は、円筒状の円筒部材３と、円筒部材３内部に取付けられたコイル組立体４を有する。
円筒部材３は、円筒形状の円筒部３１、円筒部３１に形成されたフランジ部３２、フランジ部３２の一部である取付部３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃを有する。
コイル組立体４は、分割コイル２が１８個環状に配置された状態をいう。分割コイル２に取付けられている巻き線５は、図１のうち３つの分割コイル２で示し、他の分割コイル２では、巻き線５は省略して記載する。コイル組立体４は、円筒部材３の内周面に配置されている。

＜円筒部材の構成＞
図２に、ステータ組立体１のＪＪ断面図を示す。
図１に示すように、円筒部材３のうち円筒部３１は、円筒形状をしており、円筒部３１の内周径は、本実施例においては例えば、２１０ｍｍである。また、円筒部３１の肉厚は、本実施例においては例えば、１．６ｍｍである。
図２に示すように、フランジ部３２は、円筒部３１の端部から直角方向に張り出している。フランジ部３２の円周方向の長さは、本実施例においては例えば、６．５ｍｍである。また、フランジ部３２の肉厚は、本実施例においては例えば、２ｍｍである。
図１に示すように、フランジ部３２には、所定の間隔で、フランジ部３２よりも外周方向に飛び出す形で、３つの取付部３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃが形成されている。取付部３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃの円周方向の長さは、本実施例においては例えば、３０ｍｍである。したがって、円周方向の長さが６．５ｍｍのフランジ部３２よりも円周方向に長い。
取付部３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃには、それぞれ取り付け孔３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃが形成されている。

図１に示すように、取付部３２Ａの両側のフランジ部３２には、取付切欠き部３２１Ａが形成されている。取付部３２Ｂの両側のフランジ部３２にも同様に、取付切欠き部３２１Ｂが、取付部３２Ｃの両側のフランジ部３２にも、取付切欠き部３２１Ｃが形成されている。本実施例においては、取付切欠き部３２１Ａ、３２１Ｂ、３２１Ｃは、フランジ部３２及び円筒部３１まで切り欠いた状態で形成されている。
取付部３２Ａと取付部３２Ｂの中間のフランジ部３２には、中間切欠き部３２２Ａが形成されている。また、取付部３２Ｂと取付部３２Ｃの中間のフランジ部３２には、中間切欠き部３２２Ｂが形成され、取付部３２Ｃと取付部３２Ａの中間のフランジ部３２には、中間切欠き部３２２Ｃが形成されている。本実施例においては、中間切欠き部３２２Ａ、３２２Ｂ、３２２Ｃは、フランジ部３２及び円筒部３１まで切り欠いた状態で形成されている。

中間切欠き部３２２Ａ、３２２Ｂ、３２２Ｃは、フランジ部３２の環状にほぼ１２０度おきにほぼ等間隔、等幅で形成されている。
取付切欠き部３２１Ａの切欠き部の面積と中間切欠き部３２２Ａの切欠き部の面積とを比較すると、取付切欠き部３２１Ａの２箇所分の切欠き部の面積と中間切欠き部３２２Ａの１箇所分の切欠き部の面積とが同じ面積となる。その他の、取付切欠き部及び中間切欠き部も同様である。したがって、取付切欠き部と中間切欠き部とは同じ面積であるため、フランジ部３２には、環状にほぼ６０度角おきに同じ面積の切欠き部を有する。

＜ステータの製造方法＞
図７に、ステータ組立体１を製造するための全工程Ｓ１〜Ｓ７をフローチャートで示す。
始めに、導線である巻き線５をティースに係合できる形に巻く（Ｓ２）。ティースに絶縁体であるインシュレータを取付ける（Ｓ３）。巻き線５をインシュレータを介してティースに取り付け分割コイル２を形成する。分割コイル２を形成後、分割コイル２を環状に１８個配置し、コイル組立体４とする（Ｓ４）。環状に取付けられたコイル組立体４に対して、円筒状の円筒部材３をヤキバメし、図６のステータ組立体１の状態にする（Ｓ５）。次に、図示しない、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の端子を接続する（Ｓ６）ことでステータ組立体１は完成する。

図１のステータ組立体１を形成するために、円筒部材３をヤキバメ（Ｓ５）までを行うことにより、ステータ組立体１を形成することができる。
具体的には、円筒部材３の温度を上げ、円筒部材３を熱膨張させることにより、円筒部材３を拡張させ、分割コイル２を１８個、環状に配置したコイル組立体４に対して円筒部材３を包含させる。円筒部材３が冷やされ収縮することにより、コイル組立体４は、円筒部材３に嵌合される。

＜切欠き部の作用効果＞
円筒部材３をヤキバメした後の冷却後、すなわち、製品完成時には、コイル組立体４を締結する円筒部材３の形状にアンバランスが生じるため、ステータ組立体１の真円度が悪化する問題がある。
円筒部材３を冷却されることにより、円筒部材３は収縮し、収縮する際に、円筒部材３の円環強度の違いによりその形状にアンバランスが生じる。

具体的には、図４に軸方向の内径差を表す図に示す。図４中、縦軸は、コアの内径の長さＸを表し、横軸は、円筒部の軸方向位置を示す。
ステータ組立体１の軸方向の内径の長さを内径Ｎで表す。また、従来技術であるステータ組立体１００との違いが理解しやすいように、ステータ組立体１００の軸方向の内径の長さを内径Ｍで表す。図４の軸方向位置１〜５は、図３に示す、図１のステータ組立体１のＪＪ断面図における円筒部３１の軸方向位置１〜５に対応する。図３は、円筒部材３が理解しやすいように表した模式図であるため、実際の大きさとは異なる。
先に図１２で説明した、従来技術で切欠き部を有さないステータ組立体１００では、最も円環強度が高く、内径が著しく小さいのが軸方向位置１の内径Ｍ１である。ステータ組立体１において最も円環強度が高く、内径が著しく小さいのが軸方向位置１の内径Ｎ１である。
しかし、ステータ組立体１では、取付切欠き部３２１Ａ、３２１Ｂ、３２１Ｃ及び中間切欠き部３２２Ａ、３２２Ｂ、３２２Ｃを有するため、内径Ｎ１の円環強度が低くなる。したがって、ステータ組立体１００の内径Ｍ１よりもステータ組立体１の内径Ｎ１のほうが、内径が大きくなる。
ステータ組立体１００において内径Ｍ１と最も内径差があるのが、内径Ｍ５である。内径Ｍ１から内径Ｍ５の内径差を内径差Ｔ１とする。
また、ステータ組立体１で内径Ｎ１と最も内径差があるのが、内径Ｎ４である。内径Ｎ１から内径Ｎ４の内径差を内径差Ｔ２とする。

図５に示すように、ステータ組立体１００の内径差Ｔ１を１とするならば、ステータ組立体１の内径差Ｔ２は、Ｔ２／Ｔ１によれば、０．６８となる。すなわち、ステータ組立体１は、ステータ組立体１００と比較して、３２％、内径差が小さい。
なぜならば、ステータ組立体１は、取付切欠き部３２１Ａ、３２１Ｂ、３２１Ｃ及び中間切欠き部３２２Ａ、３２２Ｂ、３２２Ｃを有するため、円環強度が高いフランジ３２の部分を低くすることができる。円環強度が高いフランジ部３２の円環強度が低くなることにより、他の円筒部３１と強度を近似させることができるからである。
よって、ステータ組立体１においては、周方向の締結力の差が小さくなるため、円筒部材３１の内径真円度が向上することにより、完成品であるステータ組立体１の真円度を向上させることができる。

以上詳細に説明したように、本実施例によれば、
（１）コイル組立体４が内周面に配置された円筒部３１と、円筒部３１の周縁に直角方向に張り出したフランジ部３２を有する円筒部材３を有するステータ組立体１において、フランジ部３２に切欠き部が設けられていることにより、フランジ部３２の円環強度を低下させ、他の部位と締結力を近似させることができる。それにより、コイル組立体４とロータとの距離の差に生じることを防止することができるため、モータの性能を確保することができる。
（２）取付部３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃの両側に形成された取付切欠き部３２１Ａ、３２１Ｂ、３２１Ｃが形成されていることにより、特に円環強度が強い取付部３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃの円環強度を低下させることができ、他の部位と締結力を近似させることができる。
（３）取付切欠き部３２１Ａ、３２１Ｂ、３２１Ｃの中間に位置する中間切欠き部３２２Ａ、３２２Ｂ、３２２Ｃを有することにより、フランジ部３２の円環強度を均一に低下させることができるため、他の部位と締結力を近似させることができる。

尚、本発明は、上記実施の形態に限定されることなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で色々な応用が可能である。
例えば、取付部３２Ａに切欠きではなく孔を形成することによっても、本実施形態と同様の効果、すなわち円環強度を低くすることができる。
また、本実施例においては、取付切欠き部３２１Ａ、３２１Ｂ、３２１Ｃは、フランジ部３２及び円筒部３１まで切り欠いた状態で形成されているとしたが、円筒部３１まで切り欠かなくとも、フランジ部３２まできり欠いた状態でも、同様の効果を得ることができる。中間切欠き部３２２Ａ、３２２Ｂ、３２２Ｃも同様である。

１ ステータ組立体
２ 分割コイル
３ 円筒部材
３１ 円筒部
３２ フランジ部
３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ 取付部
３２１Ａ、３２１Ｂ、３２１Ｃ 取付切欠き部
３２２Ａ、３２２Ｂ、３２２Ｃ 中間切欠き部
４ コイル組立体
５ 巻き線

Claims (3)

1. コイル組立体が内周面に配置された円筒部と、該円筒部の周縁に直角方向に張り出したフランジ部を有する円筒部材を有するステータ組立体において、
   前記フランジ部に切欠き部が設けられていること、
   を特徴とするステータ組立体。
2. 請求項１に記載するステータ組立体において、
   前記フランジ部には、取付部が形成されていること、
   前記切欠き部は、前記取付部の両側に形成された取付切欠き部であること、
   を特徴とするステータ組立体。
3. 請求項２に記載するステータ組立体において、
   前記切欠き部は、前記取付切欠き部の中間に位置する中間切欠き部を有すること、
   を特徴とするステータ組立体。

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