JP2017028890A - 回転電機のステータ - Google Patents

Abstract

【課題】ステータコアに対するカフサの位置決めをより簡易に行えるステータを提供する。【解決手段】円環状のヨーク２０と、前記ヨーク２０の内周面から突出する複数のティース２２とを有するステータコア１２と、前記ティース２２に巻回されたステータコイルと、前記ヨーク２０の軸方向端面に配置された略円環状の環状プレート１８と、前記環状プレート１８の内側位置において前記ステータコア１２の軸方向端面に配置されたカフサ１６と、を備え、前記カフサ１６の外周縁に、位置決用凸部３４があり、前記環状プレート１８の内周形状は、前記カフサ１６の外周形状と同形状である。【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機のステータに関し、特に、ステータコアの軸方向端面にカフサが設置されたステータに関する。

周知の通り、回転電機のステータは、ステータコアと、ステータコアのティースに巻回されたステータコイルと、を有する。このステータコイルの巻回作業の作業性を向上するために、ステータコアの軸方向端面に、カフサと呼ばれる部品を配置することがある。特許文献１には、カフサを配置したステータが開示されている。

特許文献１に開示されているカフサは、複数のカフサティースと、複数のカフサティースを連結する外側環状部および内側環状部と、を有している。複数のカフサティースは、対応するステータコアのティース（以下、カフサティースと区別するために「コアティース」と呼ぶ）に重ねて配置されている。

こうしたカフサは、各カフサティースが、対応するコアティースの上に配置されるように、ステータコアに対して適切に位置決めされなければならない。この位置決めのために、特許文献１のカフサは、複数の突起を有している。複数の突起は、内側環状部の底面に設けられており、その幅は、スロットの内径側開口の幅とほぼ同じとなっている。そして、複数の突起を、スロットの内径側開口に嵌め込むことで、カフサの位置決めが図られている。

特開２００７−３１２５４９号公報

しかしながら、特許文献1の技術では、スロットの個数と同数の突起を設けており、スロットの個数が多い場合には、多数の突起をスロットに嵌め込まなければならず、製造工程が煩雑であった。

そこで、本発明では、ステータコアに対するカフサの位置決めをより簡易に行えるステータを提供することを目的とする。

本発明の回転電機のステータは、円環状のヨークと、前記ヨークの内周面から突出する複数のティースとを有するステータコアと、前記ティースに巻回されたステータコイルと、前記ヨークの軸方向端面に配置された略円環状の環状プレートと、前記環状プレートの内側位置において前記ステータコアの軸方向端面に配置されたカフサと、を備え、前記カフサの外周縁に、位置決め用の凹または凸が１以上あり、前記環状プレートの内周形状は、前記カフサの外周形状と同形状である、ことを特徴とする。

本発明によれば、環状プレートの内周形状が、カフサの外周形状と同形状であるため、カフサを環状プレートの内側に嵌め込むだけで、ステータに対するカフサ位置決めを行える。

本発明の実施形態であるステータの分解斜視図である。 ステータの概略縦断面図である。 コアティースをステータの中心側から見た模式図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態である回転電機のステータ１０の分解斜視図である。ただし、図１では、見やすさのため、ステータコイル１４の図示を省略している。また、図２は、ステータ１０の概略縦断面図であり、図３は、ステータコイル１４が巻回されたコアティース２２をステータ１０中心側から見た模式図である。

ステータ１０は、ステータコア１２と、ステータコイル１４と、カフサ１６と、環状プレート１８と、を有している。ステータコア１２は、円環状のヨーク２０と、当該ヨーク２０の内周側に突き出す複数のコアティース２２と、に大別される。複数のコアティース２２は、所定間隔で、周方向に並んでおり、隣接するコアティース２２の間には、ステータコイル１４が挿入されるスロットが形成されている。なお、図１では、一部のコアティース２２のみを図示しているが、実際には、コアティース２２は、等間隔で全周に亘って配置されている。こうしたステータコア１２は、軸方向に積層された複数の電磁鋼板（例えばケイ素鋼板）から構成されている。複数の電磁鋼板は、互いに位置決めされて、接合され、ステータコア１２を構成する。この電磁鋼板の位置決め方法としては、従来から多数提案されており、例えば、各電磁鋼板に、カシメ用の凸部および凹部を形成し、一つの電磁鋼板の凸部を他の電磁鋼板の凹部に嵌め込んでいき、複数の電磁鋼板を位置決めするとともに結合するようにしてもよい。本実施形態では、各電磁鋼板の外周縁から外側に張り出し、位置決用孔２６が形成されたタブ２４を設けておき、この位置決用孔２６に位置決ピン５０を挿入して、複数の電磁鋼板の位置決めを図っている。

ステータコイル１４は、三相のコイル、すなわち、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルを有しており、各相のコイルの一端は、入力端子（図示せず）に接続されており、他端は、中性点（図示せず）において他相のコイルに結線されている。こうしたステータコイル１４は、巻線をコアティース２２に巻回することで構成される。この巻線の巻回方法としては、集中巻でもよいし、分布巻でもよい。また、ステータコイル１４を構成する巻線は、周囲がエナメル等の絶縁体で被覆されていれば、断面矩形の角線でもよいし、断面円形の丸線でもよい。

カフサ１６は、樹脂等の絶縁性材料からなる部材で、ステータコア１２の軸方向一端面に設置される。このカフサ１６は、複数のカフサティース２８と、複数のカフサティース２８の外周端を連結する外側リング３２と、複数のカフサティース２８の内周端を連結する内側リング３０と、を有している。カフサティース２８、外側リング３２、内側リング３０は、射出成型等の成型方法により単一部品として構成されている。

カフサティース２８は、コアティース２２の上端面に載置される部位で、コアティース２２と同数設けられている。なお、図１では、一部のカフサティース２８のみを図示しているが、カフサティース２８も、コアティース２２と同様に、等間隔で全周に亘って配置されている。カフサ１６は、図３に示すように、各カフサティース２８の周方向中心が、対応するコアティース２２の周方向中心と一致するように位置決めして設置される。

また、カフサティース２８は、コアティース２２よりも僅かに大きい幅を有している。したがって、カフサティース２８は、ステータコア１２のスロット側に若干突出しており、隣接する二つのカフサティース２８の間に形成される開口部の幅は、ステータコア１２のスロットの幅より小さくなっている。巻線１５は、こうしたカフサティース２８の角部を支点として折り曲げられ、巻回される。

図３の図示例では、図面左下から上方に延びる巻線１５ａを、カフサティース２８の左側角部を支点として右方向に折り曲げ、また、図面右下から上方に延びる巻線１５ｂを、カフサティース２８の右側角部を支点として左方向に折り曲げている。こうした巻線１５の折り曲げの際、巻線１５の被覆材の破損等を防止するために、カフサティース２８の角部は面取りされており、緩やかな円弧面となっている。また、巻線１５の巻回時に受ける荷重に耐えられるように、カフサティース２８は、ある程度の強度を有しており、数ｍｍ以上、例えば５〜６ｍｍの厚みを有する。

内側リング３０は、複数のカフサティース２８の内周側端部を接続する環状体である。この内側リング３０は、カフサティース２８に比べて、やや薄くなっている。

外側リング３２は、複数のカフサティース２８の外周側端部を接続する環状体である。この外側リング３２の底面は、カフサティース２８の底面と同一面内にあり、カフサティース２８をコアティース２２に載置した際、外側リング３２は、ヨーク２０の軸方向端面に載置される。また、外側リング３２の外径は、ヨーク２０の外径より、数ｍｍ〜数ｃｍ、小さくなっている。この外側リング３２は、外周縁から径方向外側に突出する位置決用凸部３４を有している。位置決用凸部３４は、外側に凸の半円形をしており、１８０度対称の位置に一つずつ、合計二個設けられている。

環状プレート１８は、ステータコア１２の軸方向一端面、すなわち、カフサ１６の設置面と同じ面に設置されるプレートである。環状プレート１８は、カフサ１６の外側リング３２の外径とほぼ同じ内径を有し、ステータコア１２の外径と同じ外径を有した環状体である。環状プレート１８は、内周縁から径方向外側に向かって凹んだ位置決用凹部３６を有している。位置決用凹部３６は、カフサ１６の位置決用凸部３４に対応した形状、すなわち、外側に凸の半円形となっている。換言すれば、環状プレート１８の内周形状は、カフサ１６の外周形状と同形状となっている。

また、環状プレート１８は、他の電磁鋼板と同様に、外周縁から径方向外側に張り出し、位置決用孔１２６が形成されたタブ１２４を有している。そして、環状プレート１８は、他の電磁鋼板と同様に、この位置決用孔１２６に位置決ピン５０を挿通することにより、他の電磁鋼板に対して位置決めされる。換言すれば、環状プレート１８は、その中央部分に、カフサ１６の外周形状と同形の穴があることを除けば、ステータコア１２を構成する電磁鋼板と同じ構成となっている。したがって、位置決めに際しては、他の電磁鋼板と同様に取り扱うことができる。

ここで、これまでの説明で明らかな通り、本実施形態では、ステータコア１２の軸方向端面に、環状プレート１８とカフサ１６とを設置し、カフサ１６の外周縁に１以上の凸部３４を設けるとともに、環状プレート１８の内周形状を、カフサ１６の外周形状と同じにしている。かかる構成とすることで、カフサ１６を、従来技術より容易に位置決めできる。

すなわち、既述した通り、カフサ１６は、カフサティース２８の周方向中心が、コアティース２２の周方向中心と一致するように位置決めされなければならない。このカフサ１６の位置決めのために、特許文献１では、内側リングの底面に、スロットに嵌り込む突起を設けていた。しかし、特許文献１の技術では、スロットの個数分、突起をスロットに嵌め込まなければならず、製造工程が煩雑であった。

また、一部では、カフサティース２８およびコアティース２２の一方に溝、他方に突起を設けて、溝に突起を嵌め込むことで、カフサ１６の位置決めを図ることが提案されている。しかし、コアティース２２に溝を形成した場合、ステータコア１２の電磁気特性に悪影響が出る恐れがある。一方、カフサティース２８に溝を形成した場合、カフサティース２８の剛性が低下し、巻線の巻回時に生じる荷重に耐えることができないおそれがあった。

そこで、本実施形態では、カフサ１６の外側に、カフサ１６の外周形状と同じ内周形状を有した環状プレート１８を設けている。そして、カフサ１６の位置決用凸部３４を、環状プレート１８の位置決用凹部３６に嵌め込むように、カフサ１６を設置している。これにより、カフサ１６を、ステータコア１２に対して容易に位置決めできる。

ここで、カフサ１６をステータコア１２に対して適切に位置決めするためには、環状プレート１８がステータコア１２に対して適切に位置決めされていなければならない。本実施形態では、環状プレート１８に、他の電磁鋼板と同様の位置決用孔１２６を設け、この位置決用孔１２６に位置決ピン５０を挿通することで、環状プレート１８のステータコア１２に対する位置決めを図っている。換言すれば、本実施形態では、電磁鋼板の位置決めと同時に、環状プレート１８の位置決めも行っている。そして、この電磁鋼板の位置決め工程は、環状プレート１８を設けない従来技術でも必須の工程である。つまり、本実施形態によれば、特段の工程追加をしなくても、環状プレート１８をステータコア１２に対して適切に位置決めすることができ、ひいては、カフサ１６を容易に位置決めすることができる。

また、本実施形態では、電磁気上、必要なステータコア１２の上に、カフサ１６の外周形状と同形状の穴を有した環状プレート１８を載置し、カフサ１６の位置決めを図っている。この環状プレート１８には、磁束は殆ど流れないため、かかる環状プレート１８を設けても、ステータコア１２の電磁気特性には、殆ど影響がない。したがって、本実施形態によれば、ステータコア１２の電磁気特性を悪化させることなく、カフサ１６を容易に位置決めできる。

なお、ステータコア１２の軸方向端面に、外周に１以上の凹凸が形成されたカフサ１６と、カフサ１６の外周形状と同じ形状の内周形状を有した環状プレート１８と、が設置されているのであれば、その他の構成は、適宜、変更されてもよい。例えば、本実施形態では、カフサ１６に凸部３４を、環状プレート１８に凹部３６を設けているが、カフサ１６に凹部を、環状プレート１８に凸部を設けてもよい。また、凹部や凸部の個数や形状は、適宜、変更されてもよい。さらに、本実施形態では、環状プレート１８や電磁鋼板の位置決めのために、位置決用孔２６および位置決ピン５０を用いているが、適切に位置決めが出来るのであれば、他の位置決め方法で位置決めされてもよい。例えば、各電磁鋼板や環状プレート１８にカシメ用の凹凸を形成し、これらの凹凸を互いに嵌合することで位置決めされてもよい。いずれにしろ、電磁鋼板を積層する際には、何らかの位置決めが図られるため、環状プレート１８も、この電磁鋼板と同様に位置決めされればよい。

１０ ステータ、１２ ステータコア、１４ ステータコイル、１５ 巻線、１６ カフサ、１８ 環状プレート、２０ ヨーク、２２ コアティース、２４，１２４ タブ、２６，１２６ 位置決用孔、２８ カフサティース、３０ 内側リング、３２ 外側リング、３４ 位置決用凸部、３６ 位置決用凹部、５０ 位置決ピン。

Claims (1)

1. 円環状のヨークと、前記ヨークの内周面から突出する複数のティースとを有するステータコアと、
   前記ティースに巻回されたステータコイルと、
   前記ヨークの軸方向端面に配置された略円環状の環状プレートと、
   前記環状プレートの内側位置において前記ステータコアの軸方向端面に配置されたカフサと、
   を備え、
   前記カフサの外周縁に、位置決め用の凹または凸が１以上あり、
   前記環状プレートの内周形状は、前記カフサの外周形状と同形状である、
   ことを特徴とする回転電機のステータ。

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