JP2011199991A - 回転電機のステータ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、コアにおける磁気特性が向上する等の電動機のステータを提供するものである。
【解決手段】この発明の電動機のステータは、コア１は、ヨーク片部及びティース片部からなる、Ｔ字形状のコア片を積層して形成されたものであって、ティース４、及びヨーク３の構成要素であるヨークブロック部を有する同一形状の複数のコアブロック６により構成され、コアブロック６は、ヨークブロック部の一方の端部に、外側に突出した突出部１３が設けられ、他方の端部に内側に切り欠かれた凹部１４が設けられ、隣接したコアブロック６同士は、一方のコアブロック６の突出部１３を、他方のコアブロック６の凹部１４に嵌挿し、かつ突出部１３と凹部１４との協同で形成された貫通孔１５にピン１６を挿入して連結されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、ロータの周囲を囲って設けられ、円環状のヨーク、このヨークから内径側に周方向に等分間隔で突出したティースを有するコアと、各前記ティースに導線を集中巻で巻回した各コイル部同士を渡り線で接続したコイルとを備えた回転電機のステータ、及びその製造方法に関するものである。

従来、複数の板状のコア片を帯状に整列配置して形成されたコア部材を、各コア片の縁部同士が重なるように積層するとともに縁部同士を回転自在に連結し、突出部を回転することにより環状に形成した電動機のコアが知られている（例えば、特許文献１参照）。
このコアでは、上記特許文献１の図１に示すように、連結した６個のコア片のうち、中間部の４個のコア片については、左右両側の縁部にそれぞれ凹凸部が形成されている。
一方、左右の２個のコア片については、左側コア片では左側縁部に凹凸部が形成されてなく、右側コア片では右側縁部に凹凸部が形成されていない。
即ち、連結した６個のコア片のうち、左右の２個のコア片は、他の４個のコア片と形状が異なっている。
そして、６個のコア片からなるコア部材を積層してコアブロックを形成し、隣接した各コアブロック同士を、周方向の断面同士を当接し、溶接することで環状のコアを製造している。

特開２０００−１１６０７４号公報（図１）

しかしながら、このものの場合、各コアブロック同士は、溶接により連結されており、コアブロック間で歪みが発生し、また左右両側の２個のコアブロックと中間部の４個のコアブロックとでは形状が異なることから磁気的な非対称性が生じるためにコギングトルクが発生するという問題点があった。
また、複数の板状のコア片を帯状に整列配置したコア部材は、隣接したコア片同士が接触しており、このコア部材を製造するには、それ専用の金型装置が必要であり、それだけ製造コストも嵩むという問題点もあった。

この発明は、かかる問題点を解決することを課題とするものであって、コアにおける磁気特性が向上する等の回転電機のステータ、及びその製造方法を提供するものである。

この発明に係る回転電機のステータは、ロータの周囲を囲って設けられ、円環状のヨークと、このヨークから内径側に周方向に等分間隔で突出したティースとを有するコアと、
各前記ティースに導線を集中巻で巻回した各コイル部同士を渡り線で接続したコイルとを備えた回転電機のステータであって、
前記コアは、ヨーク片部及びティース片部からなる、Ｔ字形状のコア片を積層して形成されたものであって、前記ティース、及び前記ヨークの構成要素であるヨークブロック部を有する同一形状の複数のコアブロックにより構成され、
前記コアブロックは、前記ヨークブロック部の一方の端部に、外側に突出した突出部が設けられ、他方の端部に内側に切り欠かれた凹部が設けられ、
隣接した前記コアブロック同士は、一方のコアブロックの前記突出部を、他方のコアブロックの前記凹部に嵌挿し、かつ突出部と凹部との協同で形成された貫通孔にピンを挿入して連結されている。

この発明に係る回転電機のステータの製造方法は、薄板電磁鋼板を金型で打ち抜いて前記コア片を製作するコア片製作工程と、前記コア片を積層してコアブロックを製作するコアブロック製作工程と、このコアブロックの前記ティースに前記導線を集中巻で巻回して前記コイル部を形成してステータブロックを製作するステータブロック製作工程と、前記渡り線で前記コイル部同士を接続した、隣接した前記ステータブロック同士を、一方の前記コアブロックの前記突出部を他方の前記コアブロックの前記凹部に嵌挿し、かつ前記貫通孔にピンを挿入して連結する連結工程とを備えたものである。

この発明に係る回転電機のステータによれば、隣接したコアブロック同士は、一方のコアブロックの突出部を、他方のコアブロックの凹部に嵌挿し、かつ突出部と凹部との協同で形成された貫通孔にピンを挿入して連結されるので、隣接したコアブロック同士を溶接により連結したコアと比較して、コアの磁気特性が大幅に向上する。

また、この発明に係る回転電機のステータの製造方法によれば、コアブロックの構成要素であるコア片は、薄板電磁鋼板を金型で打ち抜いて簡単に製作される。

この発明の実施の形態１の電動機のステータの部分断面図である。 図１のステータを構成するコア片の部分正面図である。 図１のステータを製造する一工程を示す説明図である。 図１のステータを製造する一工程を示す説明図である。 図１のステータを製造する一工程を示す説明図である。 図１のステータを製造する一工程を示す説明図である。 図１のステータを製造する一工程を示す説明図である。 図１のステータを製造する一工程を示す説明図である。 図１のステータを製造する一工程を示す説明図である。 図１のステータを製造する一工程を示す説明図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１の回転電機である電動機のステータを示す部分断面図である。
このステータは、コア１と、このコア１に巻装されたコイル２とを備えている。
コア１は、円環状のヨーク３と、このヨーク３から内径側に周方向に等分間隔で突出したティース４とを備えている。
このコア１は、図２に示すＴ字形状のコア片５を積層して形成された複数のコアブロック６同士を、周方向に沿って連結することで形成される。

薄板電磁鋼板であるコア片５は、ヨーク片部７と、このヨーク片部７の中心部から径方向の内側に延びたティース片部８とから構成されている。
ヨーク片部７の一方の端部には、斜め上方に延びた突出片部９が形成されている。この突出片部９の下側湾曲面には、半円状に内側に切り欠かれた第１の半円片部１０が形成されている。ヨーク片部７の他方の端部には、斜め上方に切り欠かれた凹片部１１が形成されている。この凹片部１１の下側湾曲面には、半円状に外側に切り欠かれた第２の半円片部１２が形成されている。
コアブロック６は、突出片部９を積層した突出部１３と、凹片部１１からなる凹部１４とを有している。
コアブロック６同士は、突出部１３が隣接したコアブロック６の凹部１４に嵌挿した時に生じる、第１の半円片部１０と第２の半円片部１２で形成された貫通孔１５にピン１６に挿入することで連結される。

隣接したコアブロック６には、各ティース４に導線を集中巻で巻回して構成されたコイル部１７が巻装されている。隣接したコイル部１７同士は、渡り線１９を通じて電気的に接続されている。コア１に巻装されたコイル２は、各コイル部１７及び渡り線１９により構成されている。
コアブロック６とこのコアブロック６に巻装されたコイル部１７とにより、ステータブロック２０を構成している。

次に、上記構成のステータの製造手順を説明する。
先ず、金型を用いて薄板電磁鋼板３１を打ち抜き、コア片５を製作する。このとき、図３（ａ）に示すように、１ピース毎を製作することも、図３（ｂ）に示すように、２ピース毎に製作することもできる。
図３（ｂ）のものの場合には、隣接したコア片５同士は、横方向にティース片部８同士、ヨーク片部７同士が対向した状態で反転して打ち抜かれており、一枚の薄板電磁鋼板３１から、より有効にコア片５を製作することができ、図３（ａ）のものと比較してコア片５の歩留まりが高い。
また、コア片５は、磁化容易軸と同一方向に延びたティース片部８を有している。
なお、打ち抜いて製作される複数のコア片５は、薄板電磁鋼板３１ではそれぞれ離間して配置されており、使用される金型装置は、特注なものではなく、一般的に使用されるものでよい。

次に、コア片５を積層してコアブロック６を形成する（図４）。
この後、３個のコアブロック６についてそれぞれほぼ９０度の回動角度で治具（図示せず）を用いて保持する。
そして、この状態で各コアブロック６について、ヨークブロック部３０の内壁面及びティース４の外周面をインシュレータ（図示せず）で覆った後、ティース４に導線を巻回してコイル部１７を形成して、ステータブロック２０を製造する（図５）。
一番目のコアブロック６について、コイル部１７を巻装したら、隣の２番目のコアブロック６についても、コアブロック６にインシュレータを嵌挿した後、コアブロック６を巻線機（図示せず）の手前まで回動し、コアブロック６にコイル部１７を巻装し、ステータブロック２０を製造する。
同様の作業を繰り返すことで３番目のコアブロック６についてもコイル部１７を巻装したステータブロック２０を製造する。
図５において、左側がコアブロック６にインシュレータが嵌挿される前、その隣が導線巻回中、さらにその隣が導線巻回終了の状態を示している。

この後、コアブロック６の突出部１３を、隣接したコアブロック６の凹部１４に嵌挿し、その嵌挿時に生じる貫通孔１５にピン１６に挿入し、３個のステータブロック２０を互いに連結したステータユニット２１を製造する（図６〜図８）。
なお、突出部１３は、円弧形状であり、この突出部１３が嵌挿される凹部１４も円弧形状であり、突出部１３は凹部１４に案内されて嵌挿されるに従って隣接したステータブロック２０間の交差角度は狭まり、最終的にはコアブロック６の端面同士は面接触したステータユニット２１が製造される。
そして、隣接したステータユニット２１同士もコアブロック６の突出部１３を、隣接したコアブロック６の凹部１４に嵌挿し、その嵌挿時に生じる貫通孔１５にピン１６に挿入して連結する（図９）。
そして、最後のステータユニット２１については、隣接したステータユニット２１間であって周方向に沿った空間部に軸線方向（矢印Ａ方向）から突出部１３を凹部１４に嵌挿し、貫通孔１５にピン１６に挿入することで、ステータの製造は終了する。

以上説明したように、この実施の形態の電動機のステータによれば、隣接したコアブロック６同士は、一方のコアブロック６の突出部１３を、他方のコアブロック６の凹部１４に嵌挿し、かつ突出部１３と凹部１４との協同で形成された貫通孔１５にピン１６を挿入して連結されている。
従って、磁気的特性に悪影響を与える溶接を用いてコアブロック６同士を連結することなく、円環状のコア１を製造することができ、電動機でのコギングトルクの発生が低減される。
また、コアブロック６は同一形状であり、円環状のコア１には磁気的に非対称性が生じないので、電動機でのコギングトルクの発生が低減される。

また、突出部１３及び凹部１４は円弧形状であり、突出部１３は、凹部１４に案内されて嵌挿されるに従って隣接したコアブロック６間の交差角度は狭まり、最終的にはコアブロック６の端面同士が面接触ようになっている。
従って、コイル部１７同士を接続する渡り線１９の長さは、コアブロック６の突出部１３を、隣接したコアブロック６の凹部１４に軸線方向に沿って嵌挿することでコアブロック６同士を連結したものと比較して短くすることができる。

また、ティース４に導線を巻回してコイル部１７を形成する際には、隣接したコアブロック６は、約９０度の交差角度で離間しており、ティース４に導線を円滑に巻回することができる。

また、コア片５は、磁化容易軸と同一方向に延びたティース片部８を有しているので、電動機の出力が向上する。

なお、上記実施の形態では、回転電機のステータとして電動機のステータについて説明したが、発電機のステータにもこの発明は適用でき、この発明を適用することで、コアの磁気特性が向上し、発電出力が向上する。
また、３個のステータブロック２０をステータユニット２１の一単体として、ステータを製造したが、この例は一例であり、ステータブロック２０を一単体としてステータを製造してもよいし、ステータユニット２１を２個または４個以上のステータブロック２０で構成してもよい。
さらに、各コアブロック６のそれぞれの突出部１３を、隣接したコアブロック６の凹部１４に嵌挿させて、先ず円環状のコア１を製造し、その後各ティース４に導線を巻回して、コア１にコイル２を巻装するようにしてもよい。

また、突出部１３、及びこの突出部１３に嵌挿される凹部１４は円弧形状に限定されるものではない。例えば、コアブロックの両端面のうち一方の端面に、端面に対して垂直に延びた突出部を設け、他方の端面に、隣接したコアブロックの突出部が嵌挿する、端面に対して垂直に穿設された凹部を設けるとともに、突出部及び凹部には、突出部及び凹部の協同で形成される貫通孔が形成されるものであってもよい。
この場合には、対向したコアブロックの端面同士を直線的に移動させて対面接触させることで、隣接したコアブロックは連結される。

１ コア、２ コイル、３ ヨーク、４ ティース、５ コア片、６ コアブロック、７ ヨーク片部、８ ティース片部、９ 突出片部、１０ 第１の半円片部、１１ 凹片部、１２ 第２の半円片部、１３ 突出部、１４ 凹部、１５ 貫通孔、１６ ピン、１７ コイル部、１９ 渡り部、２０ ステータブロック、２１ ステータユニット、３０ ヨークブロック部、３１ 薄板電磁鋼板。

Claims (6)

1. ロータの周囲を囲って設けられ、円環状のヨークと、このヨークから内径側に周方向に等分間隔で突出したティースとを有するコアと、
   各前記ティースに導線を集中巻で巻回した各コイル部同士を渡り線で接続したコイルとを備えた回転電機のステータであって、
   前記コアは、ヨーク片部及びティース片部からなる、Ｔ字形状のコア片を積層して形成されたものであって、前記ティース、及び前記ヨークの構成要素であるヨークブロック部を有する同一形状の複数のコアブロックにより構成され、
   前記コアブロックは、前記ヨークブロック部の一方の端部に、外側に突出した突出部が設けられ、他方の端部に内側に切り欠かれた凹部が設けられ、
   隣接した前記コアブロック同士は、一方のコアブロックの前記突出部を、他方のコアブロックの前記凹部に嵌挿し、かつ突出部と凹部との協同で形成された貫通孔にピンを挿入して連結されていることを特徴とする回転電機のステータ。
2. 前記突出部及び前記凹部は円弧形状であり、突出部は、凹部に案内されて嵌挿されるに従って隣接した前記コアブロック間の交差角度は狭まり、最終的にはコアブロックの端面同士が面接触する請求項１に記載の回転電機のステータ。
3. 前記コア片は、磁化容易軸と同一方向に延びた前記ティース片部を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機のステータ。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載の回転電機のステータの製造方法であって、
   薄板電磁鋼板を金型で打ち抜いて前記コア片を製作するコア片製作工程と、
   前記コア片を積層してコアブロックを製作するコアブロック製作工程と、
   このコアブロックの前記ティースに前記導線を集中巻で巻回して前記コイル部を形成してステータブロックを製作するステータブロック製作工程と、
   前記渡り線で前記コイル部同士を接続した、隣接した前記ステータブロック同士を、一方の前記コアブロックの前記突出部を他方の前記コアブロックの前記凹部に嵌挿し、かつ前記貫通孔にピンを挿入して連結する連結工程と
   を備えたことを特徴とする回転電機のステータの製造方法。
5. さらに、前記渡り線で前記コイル部同士を接続して複数の前記ステータブロック同士を接続したステータユニットを製作するステータユニット工程を備えたことを特徴とする請求項４に記載の回転電機のステータの製造方法。
6. 前記コア片製作工程では、隣接した前記コア片同士は、一方向に沿って前記ティース片部同士、前記ヨーク片部同士が対向した状態で反転して打ち抜かれることを特徴とする請求項４または５に記載の回転電機のステータの製造方法。

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