JP2011030320A - 回転電機及び回転電機の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造時の作業性を良好に維持しながらもコアの形状特性を向上させることができるようにした、回転電機を提供する。
【解決手段】回転子２０と固定子１０とを有する回転電機１であって、回転子及び固定子のうちの少なくともいずれかが円環状に形成された円環状コアを有し、円環状コアは、円周方向に複数分割された分割コア１１によって形成され、分割コア１１の一端部に凹状に形成された凹状連結部と、分割コアの他端部に凸状に形成され、隣接する分割コアの凹状連結部に嵌合される凸状連結部と、凸状連結部に形成された切り欠き部と、を有して構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、薄板を積層して形成される円環状のコアを有する回転電機及びこの製造方法に関する。

例えば、モータ（電動機）のコア（固定子あるいは回転子）は、薄板状のコアシートを積層して円環状に形成されるものがある。
かかるモータにおいて、製造時の巻線の形成にかかる作業効率の向上や巻線の占積率を向上させるため、モータの固定子を円環状の円周方向に複数分割（分割された固定子を以下分割セグメントという）し、分割セグメント毎に巻線を施したものがある。
例えば、特許文献１には、複数の分割セグメントを円環状の固定子にする手法として、特許文献２には、隣接する分割セグメント間が僅かに連通するように分割セグメントが連なった形状のコアシートを形成しておき、コアシートの連通部分を屈曲させて円環状に形成するものが開示されている。
また、特許文献２には、分割コアに凹凸のはめあい形状を形成し、隣接する分割コアを凹凸部分で嵌合させて円環状に連結する技術が開示されている。

特開２００３−０６１３１９号公報 特開２００４−２３６４９７号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、円環状にする前工程で分割コア間を連通させる必要があるため、固定子を形成するコアシートの形状が大きくなり、コアシート製造のためのプレス等の生産設備やそれにかかる金型が大型で高価なものとなり生産コスト増加の一因となっている。また、連結部の変形や摩擦抵抗によりモーターコアの円環時の精度確保が困難という課題もある。
また、特許文献２のように分割コアに凸部及び凹部に各分割コアを円滑に嵌合させるためには、それぞれの凸部よりも凹部の形状を一回り大きく形成して凸部と凹部との嵌合部に隙間を設ける必要がある。
ところが、嵌合部に隙間を設けるとコアを円環状にした際に円環状コアの形状特性（特に真円度）精度向上を阻害してしまう。コアの形状特性が低下するとコギングトルクが増大し、モータの性能低下の一因となる。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたもので、製造時の作業性を良好に維持しながらもコアの形状特性を向上させることができるようにした、回転電機及び回転電機の製造方法を提供することを目的とする。

本願発明（請求項１）は、回転子と固定子とを有する回転電機であって、前記回転子及び前記固定子のうちの少なくともいずれかが円環状に形成された円環状コアから構成され、前記円環状コアは、円周方向に複数分割された分割コアによって形成され、前記分割コアの一端部に凹状に形成された凹状連結部と、前記分割コアの他端部に凸状に形成され、隣接する前記分割コアの前記凹状連結部に嵌合される凸状連結部と、前記凸状連結部に形成された切り欠き部と、を有していることを特徴としている。

また、前記凸状連結部は、前記凹上連結部よりも大きく形成されていることが好ましい（請求項２）。
また、前記切り欠き部は、溝部と、前記溝部よりも拡幅されたポケット部とを有していることが好ましい（請求項３）。
また、本願発明（請求項４）にかかる回転電機の製造方法は、円環状のコアを有する回転電機の製造方法であって、凹状に形成された凹状連結部と、他端部に形成され切り欠き部を有する凸状連結部とが設けられた分割コアを形成する工程と、前記分割コアの前記凹状連結部に前記凸状連結部を嵌合させて前記円環状のコアを形成する工程と、を有していることを特徴としている。

本願発明（請求項１，４）によれば、凸状連結部と凹状連結部との嵌合部に隙間を設けなくとも、凸状連結部に形成された切り欠き部の弾性変形によって凸状連結部と凹状連結部との嵌合にかかる製造時の作業性を良好に維持しながらも、嵌合部の隙間をなくすように形状を設定することができ、円環状コアの形状特性（組立精度、真円度、同心度）を向上させて、コギング等の不具合を低減することができる。

また、本願発明（請求項２）によれば、凸状連結部と凹状連結部とを嵌合させる場合には切り欠き部の変形により、無理なく凹状連結部へ凸状連結部を挿入することができるとともに、各連結（嵌合）された状態で凹状連結部からの圧縮力により凸状連結部の切り欠き部の隙間を略０にすることができるので、円環状コアの形状特性をさらに向上させることができる。また、切り欠き部の隙間をなくすことにより円環状コアの強度、剛性を向上させることができる。

また、本願発明（請求項３）によれば、切り欠き部の変形幅を増大させることができ、凸状連結部の寸法を凹状連結部よりも大きく設定してもよりスムースに凹状連結部へ凸状連結部を挿入することができる。

本発明の第１実施形態にかかる回転電機を模式的に示す図である。 本発明の第１実施形態にかかる分割コアを模式的に示す図である。 本発明の第１実施形態にかかる分割コアの連結部を模式的に示す図である。 本発明の第１実施形態にかかる分割コアの連結部を模式的に示す図である。 本発明の第２実施形態にかかる分割コアの連結部を模式的に示す図である。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。
図１に示すように、本実施形態にかかる回転電機（ここでは、ＰＭモータ）１は、固定子１０及び回転子２０を有して構成されている。
回転子２０は図示しない軸受けにより端部を枢支されており、回転軸２２周りに回転するようになっている。また、回転子２０の外周には、永久磁石２１が複数設置されている。

固定子１０は、複数（ここでは１２個）の分割コア１１が次々に連結されて円環形状をなす円環状コア１０Ａを有している。各分割コア１１は、それぞれコイルが巻回されている。
また、それぞれの分割コア１１は、後述する形状に打ち抜いて形成された薄板状の電磁鋼板を多数積層して形成されている。

図２に示すように各分割コア１１は、固定子１０の外周を円環状に形成する外周部１３と、外周部１３から回転中心２２側に延びるティース部１４と、固定子の内側の円環を形成する内周部１５が形成されている。
隣接する分割コア１１のティース部１４及び内周部１５で仕切られたスロット１６（図１参照）が形成されており、スロット１６には絶縁材（図示略）を介して巻回されたコイル（図示略）が収納されている。

分割コア１１の外周部１３の円周方向の一端側（一端部）に凸部（凸側連結部）３１が形成され、外周部１３の円周方向の多端側（多端部）には切り欠き部（凹側連結部）３０が設けられている。

分割コア１１の凸側連結部３１は、図１に示すように、隣接する分割コア１１の凹側連結部３０に嵌めあうことで連結されるようになっている。
凸側連結部３１の寸法（ここでは、外周部本体１３Ａから突出した部分の幅寸法Ｂ）は、凹側連結部３０の切り欠かれた部分の幅寸法ｂよりも大きく形成されている。

また、図３に示すように、凸側連結部３１は、外周部１３から突出した部分に切り欠き３２が形成されている。切り欠き（切り欠き部）３２は、凸側連結部３１の先端から外周部本体１３Ａ側に延びる所定の幅の溝形状に形成されている。なお、切り欠き３２の寸法は電磁鋼板の材質種類及び板厚ならびに回転電機１に求められる特性に応じて予め実験等により予め設定されている。

本発明の第１実施形態はこのように構成されているので、回転電機１を組み立てる際には、まず、分割コア１１の形状に形成された金型を装着した打ち抜き機により電磁鋼板を打ち抜き、積層することにより、分割コア１１が形成される。形成された分割コア１１には、それぞれコイルが設けられる。
そして、コイル等が形成した分割コア１１の凸側連結部３１を隣接する分割コア１１の凹側連結部３０に次々と嵌合させて１２個の分割コア１１が円環状に連結されて固定子１０が形成される。
そして、固定子１０の円環内部に回転子２０が挿入され図示しない軸受け部で回転子２０が枢支されるとともに固定子１０及び回転子２０がケーシングに収納されることで回転電機１が形成される。

分割コア１１の凸側連結部３１を隣接する分割コア１１の凹側連結部３０に挿入する際、切り欠き３２が弾性変形して凸側連結部３１の幅が凹側連結部３０の幅寸法ｂよりも小さくなるため、凸側連結部３１と凹側連結部３０とを無理なく嵌合させて分割コア１１を連結することができる。

また、図４に示すように隣接する分割コア１１を連結した状態では、凸側連結部３１の切り欠きぶ３２の切り欠かれた部分の幅寸法ｂが０（即ち、隙間がゼロ）となり、分割コア１１の円環形状を良好にし、特に真円度、同心度を向上することができる。さらに、円環組立時に分割コア１１の凸側連結部３１の切り欠き３２が撓んで隙間がゼロになることにより、凸側連結部３１と凹側連結部３０との連結強度が向上し、分割コア１１を円環状に形成した際の強度、剛性を向上させることができる。
また、切り欠き３２は、電磁鋼板の打ち抜きにより容易に形成することができる上、円環状コア１０Ａが複数に分割された分割コア１１で形成されるので、打ち抜きの寸法を小さく抑え、大型で高価な生産設備を用いることなく精度の高い円環状コア１０Ａを製造することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、本実施形態において特に説明をしない箇所については上述の第１実施形態と同様に構成されており、同符号を用いて説明する。
図５に示すように、本実施形態では分割コア１１の凸側連結部４１の形状が第１実施形態のものと異なっている。
凸側連結部４１は、外周部１３から突出した部分に切り欠き（切り欠き部）４２を有しており、切り欠き４２は、凸側連結部３１の先端から外周部本体１３Ａ側に延びる幅ｂの溝部３３と溝部３３の外周部本体１３Ａ側に連続して形成され、溝部よりも幅寸法が拡幅された（即ち、凸側連結部４１の切り欠かれていない部分が小さくなるように）ポケット部３４が形成されている。

本発明の第２実施形態はこのように構成されているので、ポケット部３４により切り欠き４２がより柔軟に弾性変形することができるので凸側連結部４１の挿入寸法（幅寸法）Ｂをより大きく設定することにより、分割コア１１を円環状に形成した際の強度、剛性を向上させることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明にかかる回転電機は上述の実施形態のものに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して適用可能である。
例えば、実施形態では、回転電機の一例として永久磁石を用いたＰＭモータに本発明を適用したが、本発明はＰＭモータに限らず、誘導モータや発電機等の円環状のコアを有する種々の回転電機に適用することができる。

１ 回転電機
１０ 固定子
１１ 分割コア
１３ 外周部
１３Ａ 外周部本体
１４ ティース部
１５ 内周部
１６ スロット
２０ 回転子
２１ 永久磁石
２２ 回転中心（回転軸）
３０ 切り欠き部（凹側連結部）
３１ 凸部（凸側連結部）
３２，４２ 切り欠き（切り欠き部）
４３ 溝部
４４ ポケット部

Claims (4)

1. 回転子と固定子とを有する回転電機であって、
   前記回転子及び前記固定子のうちの少なくともいずれかが円環状に形成された円環状コアから構成され、
   前記円環状コアは、円周方向に複数分割された分割コアによって形成され、
   前記分割コアの一端部に凹状に形成された凹状連結部と、
   前記分割コアの他端部に凸状に形成され、隣接する前記分割コアの前記凹状連結部に嵌合される凸状連結部と、
   前記凸状連結部に形成された切り欠き部と、を有している
   ことを特徴とする、回転電機。
2. 前記凸状連結部は、前記凹上連結部よりも大きく形成されている
   ことを特徴とする、請求項１記載の回転電機。
3. 前記切り欠き部は、溝部と、前記溝部よりも拡幅されたポケット部とを有している
   ことを特徴とする、請求項１又は２記載の回転電機。
4. 円環状のコアを有する回転電機の製造方法であって、
   凹状に形成された凹状連結部と、他端部に形成され切り欠き部を有する凸状連結部とが設けられた分割コアを形成する工程と、
   前記分割コアの前記凹状連結部に前記凸状連結部を嵌合させて前記円環状のコアを形成する工程と、を有している
   ことを特徴とする、回転電機の製造方法。

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