JP2014036507A - ステータ - Google Patents

Abstract

【課題】 ステータコアの連結作業時の端部同士の位置ずれによる変形を防止し、連結部の磁気特性の劣化を抑制する回転電機のステータを提供する。
【解決手段】 ステータコア２０の第１端部２９１及び第２端部２９２は、当該ステータコア２０が環状をなすとき周方向に対向し、互いに嵌合する一対の連結凹部３１及び連結凸部３２と、連結凹部３１及び連結凸部３２の嵌合に先行して端部２９１、２９２の連結時の径方向位置を位置決めするように案内する一対の案内凸部３６及び案内凹部３７を有する。これにより、案内凸部３６及び案内凹部３７によって位置決めされた状態で連結凹部３１及び連結凸部３２が連結するため、連結凹部３１及び連結凸部３２の連結完了までに大きな応力を受けることを回避する。したがって、連結部の変形を防止することができ、磁気特性の劣化を抑制することができる。
【選択図】図６

Description

本発明は、回転電機のステータに関する。

従来、回転電機のステータを構成するステータコアの製造方法として、展開状態のコアを環状に折り曲げて端部を連結する方式のものがある。この種のステータコアは、折り曲げ可能な複数の接続部を介して周方向につながった複数のコアエレメントから構成され、展開状態から複数の接続部を折り曲げて環状に変形させ、展開状態における周方向の端部同士を突き合わせて連結することで環状をなす。
例えば特許文献１には、周方向の一方の端部に凸部、他方の端部に凹部を設け、凸部を凹部に圧入する構成のステータコアが開示されている。

特許第４５７９７７５号公報

特許文献１の構成では、環状に変形させたステータコアの端部を連結する作業時に端部同士の径方向の位置がずれると、凸部及び凹部に応力がかかり、変形するおそれがある。この位置ずれを回避しようとすると、折り曲げ加工の精度が必要になる。
連結時には両端部が外側に開こうとする力を抑えながら連結しなければならないため、仮に組立治具を用いて位置決めしようとしても位置精度を充分に確保することは難しい。

また、位置ずれした状態で凹凸部を嵌合させると、連結が完了する前に凹凸部の一部が接触しながら圧入されることとなるため、変形し積み重ねが困難になったり、応力が残り接触部位の磁気特性が劣化するという問題がある。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ステータコアの連結作業時の端部同士の位置ずれによる変形を防止し、連結部の磁気特性の劣化を抑制する回転電機のステータを提供することにある。

本発明は、環状に折り曲げて端部を連結する方式のステータコアを有する回転電機のステータにおいて、ステータコアの端部が、当該ステータコアが環状をなすとき周方向に対向し、互いに嵌合する一対以上の連結凹凸部と、連結凹凸部の嵌合に先行して端部の連結時の径方向位置を位置決めするように案内する一対以上の案内凹凸部を有することを特徴とする。

これにより、案内凹凸部によって位置決めされた状態で連結凹凸部が連結するため、連結凹凸部の連結完了までに大きな応力を受けることを回避する。したがって、連結作業時の端部同士の位置ずれによる変形を防止することができる。その結果、確実な連結力を得ることができる。また、連結部の変形が小さくなるため、連結部の磁気特性の劣化を抑制することができる。

特に、ステータコアが複数枚のコアシートを積層して構成されており、展開状態で積層した後、環状に折り曲げて端部を連結する製造方法を採用する場合には、連結時に外側に開こうとする力が大きくなり、応力をより受けやすくなる。
また、連結部が締り嵌め寸法で形成され、圧入によって連結する構成では、やはり、連結時に応力をより受けやすくなる。
したがって、このようなステータコアに適用される場合、本発明の案内凹凸部を設ける効果が一層発揮される。

本発明の第１実施形態による回転電機としての交流発電機の正面図である。 図１の交流発電機の断面図である。 本発明の第１実施形態によるステータコアＡｓｓｙの断面図である。 本発明の第１実施形態によるステータコアの正面図である。 図４のステータコアの展開状態の図である。 図４のステータコアの端部の連結過程を示す要部拡大図である。 本発明の第２実施形態によるステータコアの図である。 図７のステータコアの端部の連結過程を示す要部拡大図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。第１実施形態によるステータが適用される「回転電機」としての交流発電機は、二輪車に搭載され、バッテリの充電、及び、点火プラグやランプへの通電等のための磁石式発電機として使用される。

図１、図２に示すように、交流発電機１は、ステータ１０、ロータ５０、位置センサ１６等から構成される。ステータ１０は、取付ボルト４によってエンジンカバー３に取り付けられている。ステータ１０は、ステータコアＡｓｓｙ２００、インシュレータ１２、コイル１３を有している。本実施形態では、１２個のコイルがステータ１０の中心から放射状に配置されている。
コイル１３への配線は、ケーブル１７を経由してコネクタ１８に電気的に接続されている。コネクタ１８には、また、位置センサ１６からの信号線が接続されている。

ロータ５０は、ロータボディ５１及びロータベース５２から構成されている。
ロータボディ５１は、筒部５１１及び底部５１２からなるカップ状であり、筒部５１１はステータ１０の径外方向に位置している。筒部５１１の内壁には、Ｎ磁極５３１とＳ磁極５３２とが周方向に交互に配置された磁石５３が取り付けられている。また、筒部５１１の外壁には位置検出部５１３が設けられており、位置センサ１６が位置検出部５１３を検出することで、ロータ５０の回転状態を検出している。

ロータベース５２は、中央部に取付孔５２１及びキー溝５２２が形成されている。この取付孔５２１及びキー溝５２２にエンジンのクランク軸２が直結されることにより、ロータ５０は、クランク軸２と一体に回転する。
ロータ５０が回転すると、コイル１３の周囲の磁界が連続的に変化し、この磁界の変化によってコイル１３に誘導電流が発生する。この誘導電流は、コイル１３の配線によって単相、三相等の交流電流として出力される。

以下、ステータ１０について、図３〜図６を参照して詳細な構成を説明する。
図３に示すように、ステータコアＡｓｓｙ２００は、ステータコア２０の両面にアッパーコア４０が接合され、リベット４１で固定されて構成される。アッパーコア４０は、平面形状や対応する孔位置がステータコア２０とほぼ一致している。また、アッパーコア４０の外縁部は、軸方向の反ステータコア側に折り曲げられており、インシュレータ１２の径方向位置を規制している。

図４に示すように、ステータコア２０は、環状部２２から複数のティース部２３が径外方向に放射状に延びている。ティース部２３の先端には、鍔部２４が周方向の両方向に突出しており、コイル１３の巻回範囲を規制する。ティース部２３には、インシュレータ１２を介してコイル１３が巻回される。
ステータコア２０には、取付ボルト４を通す通孔２７、配線のための端子を通す端子孔２８１、リベットを通すリベット孔２８２等の孔が形成されている。

次に、ステータコア２０の製造過程を含めた構成について、図３〜図６を参照して説明する。ステータコア２０は複数枚のコアシート２０１を積層して構成されており、各コアシート２０１は、図５に示すように、展開状態で、１２個のコイルエレメント２１が折り曲げ可能な接続部２５を介して周方向につながれて構成されている。この展開状態のコアシート２０１を図５の破線矢印Ｒの方向に変形させ、第１端部２９１と第２端部２９２とを突き合わせて連結する。その結果、１２個の環状部２２が二点鎖線で示すように配列され、中央孔１４の内周面を形成する。
ここで本実施形態では、展開状態のコアシート２０１を複数枚積層した後、積層されたステータコア２０を一度に環状に変形する製造方法を採用するものとする。

各コイルエレメント２１は、環状部２２、ティース部２３、及び、ティース部２３の先端に突出した２つの鍔部２４を有している。鍔部２４は、破線矢印Ｆで示すように、周方向に延びるように折り曲げられる。
接続部２５は、隣接するコイルエレメント２１の環状部２２同士の径外側部位を折り曲げ可能に接続している。また、環状部２２同士の間の空間は、接続部２５に臨む傾斜スリット２６となっている。傾斜スリット２６の底部は、折り曲げの応力集中を防止するように逃がし形状が形成されている。

次に、第１端部２９１及び第２端部２９２に設けられる連結部の詳細な構成について、図５、図６を参照して説明する。
図６に示すように、第１端部２９１は、中央孔１４の内周面と同軸の基準線Ｃ２に沿って案内凸部３６が設けられており、案内凸部３６の径外側に連結凹部３１が設けられている。案内凸部３６は、第１端部２９１の端面３３から周方向に突出しており、連結凹部３１は、端面３３から周方向に凹んでいる。
第２端部２９２は、基準線Ｃ２に沿って案内凹部３７が設けられており、案内凹部３７の径外側に連結凸部３２が設けられている。案内凹部３７は、第２端部２９２の端面３８から周方向に凹んでおり、連結凸部３２は、端面３８から周方向に突出している。
ここで端面３３と端面３８とは対向し、連結凹部３１及び連結凸部３２と案内凸部３６及び案内凹部３７とは、互いに径の異なる同心円上に位置している。

連結凹部３１と連結凸部３２とは、連結時に嵌合可能に周方向に対向し、特許請求の範囲に記載の「一対の連結凹凸部」に相当する。また、案内凸部３６と案内凹部３７とは、同様に、連結時に嵌合可能に周方向に対向し、特許請求の範囲に記載の「一対の案内凹凸部」に相当する。第１端部２９１又は第２端部２９２の同一側の端部に設けられる連結凹凸部と案内凹凸部とは、一方が凹部のとき他方が凸部である。
ここで、本実施形態では、連結凸部３２の幅Ｗ２は、連結凹部３１の幅Ｗ１よりもわずかに大きく、締り嵌め寸法に設定されている。一方、案内凸部３６と案内凹部３７とは隙間嵌め寸法に設定され、圧入力を要することなく嵌合可能である。
連結凸部３２及び案内凸部３６の先端は、半円、若しくは半円に近い角丸め形状に形成されている。また、案内凹部３７の口元は、嵌合時の案内となるよる角丸めされている。

以上のような構成の第１端部２９１及び第２端部２９２の連結過程については、まず図６（ａ）に示すように、案内凸部３６が案内凹部３７の口元で案内されて嵌合しかかることにより、両端部２９１、２９２の径方向位置が位置決めされる。
そして、案内凸部３６が案内凹部３７に案内された状態で、両端部２９１、２９２を突き合わせる方向に力を加えると、図６（ｂ）に示すように連結凸部３２が連結凹部３１に圧入され、端面３８と端面３８とが突き当たる位置で、第１端部２９１及び第２端部２９２の連結が完了する。
このように、連結凹部３１及び連結凸部３２の嵌合が完了すると同時に、案内凸部３６及び案内凹部３７の嵌合が完了するように構成されている。

上記の構成による第１実施形態のステータは、以下の効果を奏する。
（１）ステータコア２０の第１端部２９１及び第２端部２９２に設けられた案内凸部３６及び案内凹部３７は、連結凹部３１及び連結凸部３２の嵌合に先行して両端部２９１、２９２の連結時の径方向位置を位置決めするように案内する。
これにより、案内凸部３６及び案内凹部３７によって位置決めされた状態で連結凹部３１及び連結凸部３２が連結するため、連結凹部３１及び連結凸部３２の連結完了までに大きな応力を受けることを回避する。したがって、連結作業時の端部同士の位置ずれによる変形を防止することができる。その結果、確実な連結力を得ることができる。また、連結部の変形が小さくなるため、連結部の磁気特性の劣化を抑制することができる。

（２）本実施形態では、ステータコア２０が複数枚のコアシート２０１を積層して構成されている。このような積層式の構成では、コアシート２０１を１枚ずつ環状にしてから積層する方法よりも、コアシート２０１を展開状態で積層した後、環状に折り曲げて端部を連結する方法の方が製造工数を低減することができるため有利である。しかし、積層後に環状に変形させる場合、連結時に、材料のばね性によって外側に開こうとする力が大きくなり、応力をより受けやすくなる。そこで、案内凸部３６及び案内凹部３７による上記（１）の効果がより有効となる。

（３）本実施形態では、連結凹部３１と連結凸部３２とが締り嵌め寸法で形成され、圧入によって連結するため、隙間嵌め又は中間嵌めで連結する構成に比べ、連結時に応力をより受けやすくなる。そこで、案内凸部３６及び案内凹部３７による上記（１）の効果がより有効となる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態のステータについて、図７、図８を参照して説明する。
図７に示すように、第２実施形態のステータを構成するステータコア７０は、連結部の構成を除き、従来技術である特許文献１に記載のステータコアに類似している。ステータコア７０は、複数枚のコアシート７０１を積層して構成されており、各コアシート７０１は、６個のコイルエレメント７１が、接続部７５を介して周方向につながれて構成されている。
なお、積層されたコアシート７０１を固定するためのリベット等の図示は省略する。

各コイルエレメント７１は、環状になったとき環の外郭をなす外環部７２、外環部７２の内側に位置し中央孔７８の内周面を形成する内環部７４、及び、外環部７２と内環部７４とを径方向に接続するティース部７３を有している。隣接するティース部７３同士の間に形成されるスロット７７には、図示しないコイルが巻回される。接続部７５は、隣接するコイルエレメント７１の外環部７２同士の径外側部位を折り曲げ可能に接続している。

複数のコアシート７０１が積層された状態で、ステータコア７０は環状に変形され、第１端部７９１と第２端部７９２との連結部が連結される。連結部の詳細な構成について、図８を参照して説明する。
図８に示すように、第１端部７９１は、外環部７２の中心線Ｃ７に沿って連結凸部８１が設けられており、外環部７２の内縁及び外縁に沿って案内凹部８６が設けられている。連結凸部８１は、案内凹部８６の底面８３から周方向に突出している。案内凹部８６の端面８４は、連結凸部８１の先端よりもさらに先端側に位置している。
第２端部７９２は、外環部７２の中心線Ｃ７に沿って連結凹部８２が設けられており、外環部７２の内縁及び外縁に沿って案内凸部８７が設けられている。連結凹部８２は、端面８８から凹んでいる。案内凸部８７の基面８９は、連結凹部８２の底よりもさらに底側に位置している。

すなわち第２実施形態では、「一対の連結凹凸部」としての連結凸部８１、連結凹部８２を挟んで、「二対の案内凹凸部」としての案内凹部８６、案内凸部８７が径方向の両側に設けられている。
また、連結凸部８１は、先端部８１１が根元部８１２に対し径方向に膨らむように形成されている。一方、連結凹部８２は、口元部８２１の奥側に、径方向に狭まったくびれ部８２２が形成されている。くびれ部８２２の幅は、先端部８１１の幅よりもわずかに小さく設定されている。
また、案内凹部８６の口元、及び、案内凸部８７の先端角部には、嵌合時の案内となる面取りが形成されている。

以上のような構成の第１端部７９１及び第２端部７９２の連結過程については、まず図８（ａ）に示すように、案内凹部８６と案内凸部８７とが互いの面取りに案内されて嵌合しかかることにより、両端部７９１、７９２の径方向位置が位置決めされる。
次に、図８（ｂ）に示す位置まで嵌合すると、連結凸部８１の先端部８１１が連結凹部８２のくびれ部８２２に当接する。ここで、両端部７９１、７９２を互いに突き合わせる方向に力をかけることにより、先端部８１１がくびれ部８２２を乗り越えて圧入される。
そして、図８（ｃ）に示すように、底面８３と端面８８、及び、端面８４と基面８９とが突き当たる位置で、第１端部７９１及び第２端部７９２の連結が完了する。
なお、部品寸法公差の設定上、底面８３と端面８８、又は、端面８４と基面８９のいずれか一組が優先して突き当たる構成としてもよい。
第２実施形態でも、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

このように第２実施形態は、第１実施形態に対し、コアエレメントの数が１２個か６個かという点、連結部に対してティース部が外側に位置するか内側に位置するかという点、案内凹凸部が一対か二対かという点等が異なる。つまり、このような相違点は本発明の本質的な部分ではなく、上記実施形態の構成に限定されない。もちろん連結凹凸部についても、一対に限らず、二対以上設けられてもよい。

（その他の実施形態）
その他、ステータコアは、複数枚のコアシートが積層される構成に限らず、一枚の板で形成されてもよい。連結凹凸部は、締り嵌め寸法で形成されて圧入される構成に限らず、隙間嵌め、或いは中間嵌め寸法で形成されてもよい。この場合、一度連結した部分が外れないようにする外れ止め手段を設けることが好ましい。
また、本発明によるステータを用いた回転電機は、二輪車用の交流発電機に限らず、各種用途の発電機、或いはブラシレスモータ等のモータに適用することができる。
以上、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施することができる。

１ ・・・交流発電機（回転電機）、
１０ ・・・ステータ、
１３ ・・・コイル、
２０、７０ ・・・ステータコア、
２１、７１ ・・・コアエレメント、
２５、７５ ・・・接続部、
２９１、７９１・・・第１端部、
２９２、７９２・・・第２端部、
３１、８２・・・連結凹部、 ３２、８１・・・連結凸部、
３６、８７・・・案内凸部、 ３７、８６・・・案内凹部。

Claims (6)

1. ステータコア（２０、７０）と、前記ステータコアに絶縁されつつ巻回されるコイル（１３）と、を備える回転電機のステータ（１０）であって、
   前記ステータコアは、
   折り曲げ可能な複数の接続部（２５、７５）を介して周方向につながった複数のコアエレメント（２１、７１）から構成され、展開状態から前記複数の接続部を折り曲げて環状に変形させ、展開状態における周方向の一方の端部である第１端部（２９１、７９１）と他方の端部である第２端部（２９２、７９２）とを突き合わせて連結することで環状をなし、
   前記ステータコアの前記第１端部及び前記第２端部は、
   当該ステータコアが環状をなすとき周方向に対向し、互いに嵌合する一対以上の連結凹凸部（３１、３２、８１、８２）と、
   前記連結凹凸部の嵌合に先行して、前記第１端部と前記第２端部との連結時の径方向位置を位置決めするように案内する一対以上の案内凹凸部（３６、３７、８６、８７）と、
   を有することを特徴とするステータ。
2. 前記ステータコアは、複数枚のコアシート（２０１、７０１）を積層して構成されていることを特徴とする請求項１に記載のステータ。
3. 前記連結凹凸部は、締り嵌め寸法で形成され、圧入によって連結することを特徴とする請求項１または２に記載のステータ。
4. 前記連結凹凸部と前記案内凹凸部とは、互いに径の異なる同心円上に位置していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のステータ。
5. 前記連結凹凸部の嵌合が完了すると同時に、前記案内凹凸部の嵌合が完了するように構成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のステータ。
6. 前記第１端部又は前記第２端部の同一側の端部に設けられる前記連結凹凸部と前記案内凹凸部とは、一方が凹部のとき他方が凸部であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のステータ。

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