JP2011066991A - ステータおよび回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、磁性体薄板材料から打ち抜かれた略円弧形の分割コア片の積層体を環状に配列するようにし、磁性体薄板材料の歩留まりを向上し、低コスト化が図られる放熱フィンを有するステータおよびそのステータを備える回転電機を得る。
【解決手段】分割ステータコア７Ａ，７Ｂのそれぞれは、電磁鋼板を打ち抜いて作製され、かつ放熱フィン部が外周面の一部から径方向外方に延設された複数枚の略円弧形の分割コア片を、放熱フィン部が積層方向に重なるように積層して構成された分割コア体を周方向に突き合わせて環状に配列して構成される。ステータコア１０は、放熱フィン部の積層体である放熱フィン１４の位置が互いに周方向にずれた状態で複数の分割ステータコア７Ａ，７Ｂを積層して構成され、放熱フィン１４が積層方向に不連続に配置されている。
【選択図】図６

Description

この発明は、放熱性の高いステータおよびそのステータを備える回転電機に関するものである。

従来のステータコアは、磁性体薄板材料から打ち抜かれ、かつ外周の少なくとも一部分に凹凸状部が形成された略リング状のコア材料を、所定枚数毎に互いに凹凸状部の位置がずれた状態で積層して作製され、該凹凸状部が積層方向に不連続に配置されて放熱フィンを構成している(例えば、特許文献１参照）。

特開平０９−０４６９４２号公報

しかしながら、従来のステータコアでは、コア材料が磁性体薄板材料から略リング状に打ち抜かれるので、コア材料を磁性体薄板材料の送り方向に最小の送りピッチで打ち抜いたとしても、コア材料の外周側および内周側の磁性体薄板材料の未使用部分が多くなり、材料歩留まりが低下し、ステータコアの低コスト化が図られない。さらに、放熱フィンを構成する凹凸状部がコア材料の外周に形成されているので、磁性体薄板材料の送りピッチが大きくなり、材料歩留まりがさらに低下し、ステータコアの低コスト化が図られない。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、磁性体薄板材料から打ち抜かれた略円弧形の分割コア片の積層体を環状に配列するようにし、磁性体薄板材料の歩留まりを向上し、低コスト化が図られる放熱フィンを有するステータおよびそのステータを備える回転電機を得ることを目的とする。

本発明に係るステータは、複数の分割ステータコアを積層して構成されるステータコアと、該ステータコアに巻装されたステータコイルと、を備えている。そして、上記複数の分割ステータコアは、それぞれ、磁性体薄板材料を打ち抜いて作製され、かつ放熱フィン部が外周面の一部から径方向外方に延設された複数枚の略円弧形の分割コア片を、該放熱フィン部が積層方向に重なるように積層して構成された分割コア体を周方向に突き合わせて環状に配列して構成されている。さらに、上記ステータコアは、上記放熱フィン部の積層体の位置が互いに周方向にずれた状態で上記複数の分割ステータコアを積層して構成され、該放熱フィン部の積層体が積層方向に不連続に配置されている。

本発明によれば、ステータコアが略円弧形の分割コア片により構成されているので、環状体を磁性体薄板材料から打ち抜く場合に比べ、材料歩留まりが高くなり、低コスト化が図られる。
また、分割コア片が略円弧形に構成されているので、分割コア片の内外径差を利用して、放熱フィン部を分割コア片の外周部に形成できる。そこで、分割コア片に放熱フィン部を設けることが磁性体薄板材料の順送りピッチの増大をもたらさないので、材料歩留まりをさらに高くすることができる。

この発明の一実施の形態に係るステータコアを構成する分割コア片を示す正面図である。 この発明の一実施の形態に係るステータコアを構成する第１分割ステータコアを示す正面図である。 この発明の一実施の形態に係るステータコアを構成する第２分割ステータコアを示す正面図である。 この発明の一実施の形態に係るステータコアの第１および第２分割ステータコアの積層状態を示す正面図である。 この発明の一実施の形態に係るステータコアを示す正面図である。 この発明の一実施の形態に係るステータコアの要部を示す斜視図である。 この発明の一実施の形態に係るステータコアを構成する分割コア片の製造方法を説明する平面図である。 この発明の一実施の形態に係るステータの構成を説明する要部断面図である。 この発明の一実施の形態に係るステータを備える回転電機を模式的に示す側面図である。

以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１はこの発明の一実施の形態に係るステータコアを構成する分割コア片を示す正面図、図２はこの発明の一実施の形態に係るステータコアを構成する第１分割ステータコアを示す正面図、図３はこの発明の一実施の形態に係るステータコアを構成する第２分割ステータコアを示す正面図、図４はこの発明の一実施の形態に係るステータコアの第１および第２分割ステータコアの積層状態を示す正面図、図５はこの発明の一実施の形態に係るステータコアを示す正面図、図６はこの発明の一実施の形態に係るステータコアの要部を示す斜視図、図７はこの発明の一実施の形態に係るステータコアを構成する分割コア片の製造方法を説明する平面図、図８はこの発明の一実施の形態に係るステータの構成を説明する要部断面図、図９はこの発明の一実施の形態に係るステータを備える回転電機を模式的に示す側面図である。

図１乃至図６において、分割コア片１は、磁性体薄板材料である、０．５ｍｍの板厚の絶縁被覆された電磁鋼板を打ち抜いて作製され、中心角を１２０度とする円弧形のコアバック部２と、それぞれ、所定の周方向幅を有し、コアバック部２から径方向内方に延在して、周方向に等角ピッチに配列された複数のティース部３と、それぞれ、コアバック部２と隣り合うティース部３とにより画成された複数のスロット部４と、それぞれ、所定の周方向幅を有し、周方向に互いに離間してコアバック部２の外周面から径方向外方に延在する２つの放熱フィン部５と、を有する。この分割コア片１は、周方向の中央を通る直線に対して線対称の形状となっている。また、放熱フィン部５の外周面は、コアバック部２の円弧形の中心を軸心とする円筒面の一部により構成されている。

第１分割ステータコア７Ａは、図２に示されるように、１０枚の分割コア片１を打ち抜き方向を揃えて積層して構成された分割コア体８を、周方向の端面同士を突き合わせて周方向に配列し、突き合わせ部を外周側から溶接して環状に作製されている。第２分割ステータコア７Ｂは、１０枚の分割コア片１を打ち抜き方向を揃えて積層して構成された分割コア体８を、周方向の端面同士を突き合わせて周方向に配列し、突き合わせ部を外周側から溶接して環状に作製されている。第２分割ステータコア７Ｂは、このように第１分割ステータコア７Ａと同一形状に構成されているが、図３に示されるように、第１分割ステータコア７Ａに対して周方向に６０度ずれるように向きを変えている。

そして、ステータコア１０は、図４に示されるように、互いに周方向に６０度ずれるように向きを変えた第１および第２分割ステータコア７Ａ，７Ｂを、交互に積層して構成されている。これにより、それぞれ１０個の第１および第２分割ステータコア７Ａ，７Ｂは、１０枚の放熱フィン部５の積層体である放熱フィン１４の位置が互いに周方向にずれた状態で積層され、放熱フィン１４が積層方向に不連続に配置されている。

さらに、ステータコア１０の軸方向長さと同等の長さを有する断面円弧形の短冊状に作製された金属製のつなぎ板１５が、図５および図６に示されるように、分割コア体８間の突き合わせ部を覆うように径方向外方からステータコア１０の外周面に宛がわれ、ステータコア１０に溶接されている。これにより、溶接部１６が各つなぎ板１５の周方向両側の位置にそれぞれ１条ずつ、軸方向の一端から他端に至るように延在される。そこで、積層方向に積層された多数枚の分割コア片１が、互いに、或いはつなぎ板１５を介して溶接一体化される。

このように構成されたステータコア１０は、分割コア片１のコアバック部２、ティース部３、スロット部４が積層方向に連なってコアバック１１、ティース１２、スロット１３を構成している。そして、１０枚の放熱フィン部５を積層して５ｍｍの軸方向厚みｔに構成された放熱フィン１４が、軸方向に１０ｍｍピッチで１列に配列されて、ステータコア１０のコアバック１１の外周面に、周方向に１２列に配設されている。

つぎに、分割コア片１の製造方法について説明する。
分割コア片１は、０．５ｍｍの板厚の絶縁被覆された電磁鋼板の帯状体１７を所定のピッチで順送りし、プレス機械にセットされた金型（図示せず）により打ち抜かれる。この時、最小順送りピッチは、図７に示されるように、引き続いて抜かれる分割コア片１の抜き穴１ａ間のコアバック部２ａとティース部３ａとの間の最小隙間Ａ（例えば、３ｍｍ）により決められる。そして、順送りピッチを最小順送りピッチとすることにより、電磁鋼板の材料歩留まりが最大となる。この最小隙間Ａは、電磁鋼板の剛性および厚み、金型形状などにより決められる。つまり、引き続いて抜かれる抜き穴１ａ間のコアバック部２ａとティース部３ａとの間の隙間が狭すぎると、プレス時の帯状体１７の押えが不十分となり、打ち抜かれた分割コア片１に形状不良が発生する。

そこで、放熱面積の大面積化、および電磁鋼板の材料歩留まり向上の観点から、引き続いて抜かれる抜き穴１ａ間の放熱フィン部５ａとティース部３ａとの間の隙間Ｂが最小隙間Ａと等しくなるように、放熱フィン部５の形状を設定することが好ましい。即ち、隙間Ｂを最小隙間Ａと等しくすることが、放熱フィン部５の高さｈを最大とし、放熱面積の大面積化につながる。この放熱フィン部５の最大高さｈは、ステータコア１０の分割数および分割コア片１の内外径差（コアバック部２の外径とティース部３の内径との差）などにより決まる。

本発明では、ステータコア１０が略円弧形の分割コア片１により構成されているので、分割コア片１を周方向に連結した環状体を電磁鋼板の帯状体１７から打ち抜く場合に比べ、材料歩留まりが高くなり、ステータコア１０の低コスト化が図られる。
また、分割コア片１が略円弧形に構成されているので、分割コア片１の内外径差を利用して、放熱フィン部５をコアバック部２の外周部に形成できる。そこで、分割コア片１に放熱フィン部５を設けることが帯状体１７の順送りピッチの増大をもたらさないので、材料歩留まりをさらに高くすることができる。

また、金属製のつなぎ板１５が、分割コア体８間の突き合わせ部を覆うように径方向外方からステータコア１０に宛がわれ、ステータコア１０に溶接されているので、積層された分割コア片１がつなぎ板１５を介して連結され、ステータコア１０の機械的強度が大きくなる。

ここで、上述の説明では、１０枚の分割コア片１を打ち抜き方向を揃えて積層して分割コア体８を作製するものとしているが、打ち抜き方向を揃えて積層された５枚の分割コア片１の第１の積層体に、打ち抜き方向を揃えて積層された５枚の分割コア片１の第２の積層体の表裏を反転させて積層して分割コア体８を作製してもよい。これにより、電磁鋼板の帯状体１７の幅方向における板厚の偏差が平均化され、分割コア体８の周方向の両端部での積層方向の厚みがほぼ等しくなり、分割コア体８の突き合わせ部での段差の発生、第１および第２分割ステータコア７Ａ，７Ｂ間での隙間の発生が抑えられる。

つぎに、このステータコア１０を用いたステータ２１およびステータ２１を備えた回転電機２０の構成について図８および図９を参照しつつ説明する。
ステータ２１は、ステータコア１０の各ティース１２に導体線を所定回巻回して形成されたステータコイル２２を装着して、構成されている。そして、ステータ２１は、ステータコア１０のコアバック１１の軸方向両端面が軸方向両側から第１および第２エンドカバー２３、２４に当接され、ボルト２５の締め付けにより、第１および第２エンドカバー２３，２４の間に支持されている。そして、ロータが、図示していないが、第１および第２エンドカバー２３，２４に設けられた軸受に支持されて、ステータ２１の内周側に回転自在に配設されている。

このように構成された回転電機２０では、ステータコア１０が第１および第２エンドカバー２３，２４に内包されていないので、小型化が図られる。また、放熱フィン１４がステータコア１０に一体に構成されているので、ステータコイル２２からステータコア１０のティース１２およびコアバック１１を介して放熱フィン１４に至る伝熱経路の熱抵抗が小さくなる。そこで、ステータコイル２２での発熱は速やかに放熱フィン１４に伝達され、放熱フィン１４から外気に直接放熱されるので、ステータ２１を嵌め込むケースに放熱フィンを構成する場合に比べ、冷却効果が高くなり、ステータ２１の過度の温度上昇を確実に抑えることができる。

なお、上記実施の形態では、電磁鋼板を打ち抜いて分割コア片を作製するものとしているが、分割コア片の材料は、電磁鋼板に限定されるものではなく、磁性体薄板材料であればよい。
また、上記実施の形態では、厚み０．５ｍｍの電磁鋼板を用いるものとしているが、電磁鋼板の厚みは０．５ｍｍに限定されるものではなく、例えば０．３５ｍｍでもよい。

また、上記実施の形態では、分割コア片がステータコアを周方向に３分割した形状としているが、ステータコアの分割数は３分割に限定されるものではなく、分割コア片の積層作業や分割コア体の一体化作業の作業性を考慮して設定すればよく、例えば４分割や６分割でもよい。また、ステータコアの分割は、打ち抜き型が１種類で済み、部品点数が削減されることから、等分割することが好ましい。

また、上記実施の形態では、ステータコアが、同一形状に構成された第１および第２分割ステータコアを互いに周方向に６０度ずらして交互に積層して構成されているものとしているが、例えば、３つの分割ステータコアを互いに周方向に所定の角度ずらして交互に積層してもよい。

また、上記実施の形態では、分割コア体が１０枚の分割コア片を積層して構成されているものとしているが、分割コア片の積層枚数は１０枚に限定されない。また、第１および第２分割ステータコアの分割コア体を構成する分割コア片の積層枚数がそれぞれ１０枚となっているが、第１および第２分割ステータコアの分割コア体を構成する分割コア片の積層枚数を互いに異なるようにしてもよい。これらにより、放熱フィンの軸方向厚みｔやピッチを任意に設定でき、放熱フィンによる冷却性能を変えることができる。

１ 分割コア片、５ 放熱フィン部、７Ａ 第１分割ステータコア、７Ｂ 第２分割ステータコア、８ 分割コア体、１０ ステータコア、１４ 放熱フィン、１５ つなぎ板、１７ 帯状体（磁性体薄板材料）、２０ 回転電機、２１ ステータ、２２ ステータコイル、２３ 第１エンドカバー、２４ 第２エンドカバー、２５ ボルト。

Claims (3)

1. 複数の分割ステータコアを積層して構成されるステータコアと、該ステータコアに巻装されたステータコイルと、を備えるステータであって、
   上記複数の分割ステータコアは、それぞれ、磁性体薄板材料を打ち抜いて作製され、かつ放熱フィン部が外周面の一部から径方向外方に延設された複数枚の略円弧形の分割コア片を、該放熱フィン部が積層方向に重なるように積層して構成された分割コア体を周方向に突き合わせて環状に配列して構成され、
   上記ステータコアは、上記放熱フィン部の積層体の位置が互いに周方向にずれた状態で上記複数の分割ステータコアを積層して構成され、該放熱フィン部の積層体が積層方向に不連続に配置されていることを特徴とするステータ。
2. つなぎ板が、上記分割コア体の周方向の突き合わせ部を覆うように上記ステータコアの外周面上に配設され、該ステータコアの外周面に溶接されて、積層された上記分割コア片を一体化していることを特徴とする請求項１記載のステータ。
3. 請求項１又は請求項２記載のステータと、上記ステータを支持する第１および第２エンドカバーと、を備えた回転電機であって、
   上記ステータは、上記ステータコアの軸方向両端面が軸方向両側から上記第１および第２エンドカバーに当接され、ボルトの締め付けにより、該第１および第２エンドカバーの間に支持されていることを特徴とする回転電機。

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