JP2019062621A - ステータコア組立体、ステータコア組立体を有する回転電機及びステータの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】バスバーの加工工数を削減するとともに、バスバーの内部抵抗の増加を抑制することのできるステータコア組立体を得る。【解決手段】回転電機のステータを形成するステータコア組立体において、ステータコアとバスバーとを有し、ステータコアは、同数からなる複数の磁極片と複数の継鉄片とを有し、磁極片と継鉄片とが交互に連結配置されることで形成され、複数の磁極片は、それぞれ、第１のバックヨーク部とティース部とを有し、複数の継鉄片は、それぞれ、第２のバックヨーク部を有し、各磁極片と各継鉄片とは、それぞれ折り曲げ部が形成された薄肉部で連結されており、バスバーは、ステータコアの長手方向に沿って、各折り曲げ部に重なる位置に配置されている。【選択図】図９

Description

本発明は、回転電機を形成する、ステータコア組立体、ステータコア組立体を有する回転電機、及びステータの製造方法に関する。

従来、例えば車両用に用いられる回転電機のステータでは、ステータコアに絶縁物を取り付け、ステータコアの複数のティース部に電線を巻回して、複数の相のコイルを形成している。このようなステータには、各相のコイルをバスバーに接続して導通させるものがある（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。

特開２００８−３１２２７７号公報 特開２００７−２０２２６３号公報

しかしながら、特許文献１に記載された従来のステータでは、バスバーを直線状に製作し、単独で環状に加工した後に、ステータに組付けている。このため、バスバーの加工工数が多くなっている。

特許文献２に記載された従来のステータでは、ステータの外周側に端子が位置しないように、バスバーに、単独で複雑な折り曲げ加工を行っている。そして、バスバーを折り曲げた後に、ステータに組付けている。よって、バスバーの加工工数が多くなっている。

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、バスバーの加工工数を削減することのできる、ステータコア組立体、バスバー及びステータコア組立体の製造方法を得る。

本発明に係るステータコア組立体は、回転電機のステータを形成するステータコア組立体であって、ステータコアとバスバーとを有し、ステータコアは、複数の磁極片と複数の継鉄片とを有し、磁極片と継鉄片とが交互に連結配置されることで形成され、複数の磁極片は、それぞれ、第１のバックヨーク部とティース部とを有し、複数の継鉄片は、それぞれ、第２のバックヨーク部を有し、各磁極片と各継鉄片とは、それぞれ折り曲げ部が形成された薄肉部で連結されており、バスバーは、ステータコアの長手方向に沿って、各折り曲げ部に重なる位置に配置されている。

この発明によれば、バスバーをステータコアと一緒に折り曲げて、環状に形成している。これにより、バスバーを単独で環状に形成する工程が不要となり、回転電機の加工費を削減することができる。

本発明の実施の形態１におけるステータコア組立体とコイルが配置された、回転電機のステータを示す図である。 実施の形態１のステータコア組立体を示す図である。 実施の形態１のステータコア組立体の斜視図である。 実施の形態１のステータコア組立体を形成するバスバーの斜視図である。 実施の形態１のステータコア組立体を形成するステータコアを示す図である。 図５ＡのＡ部拡大図である。 実施の形態１のステータコア組立体を、逆方向に曲げた状態を示す図である。 実施の形態１のステータコア組立体を形成するステータコアの部分拡大図である。 図７Ａのステータコアを逆方向に曲げた状態を示す図である。 図７Ａのステータコアを正方向に曲げた状態を示す図である。 実施の形態１のステータコア組立体における、電線が巻回される領域を示す図である。 実施の形態１のステータコア組立体の変形例を示す図である。 実施の形態１のステータコア組立体の変型例を逆方向に曲げた状態を示す図である。 実施の形態１のステータコア組立体の製造フローを示す図である。 実施の形態２のステータコア組立体を示す図である。 実施の形態２のステータコア組立体の部分拡大図である。 実施の形態２のステータコア組立体を構成するバスバーの斜視図である。 実施の形態２のステータコア組立体を構成するバスバーの上面図である。 実施の形態２のステータコア組立体における、折り曲げ前後のバスバーの状態を示す図である。 実施の形態２のステータコア組立体の変型例を示す図である。 実施の形態３のステータコア組立体を示す図である。 実施の形態３のステータコア組立体を構成する、バスバー組立体を示す図である。 実施の形態３のステータコア組立体を構成する、バスバー組立体を示す斜視図である。 実施の形態４のステータコア組立体を示す図である。 図１９のステータコア組立体の部分拡大図である。 図２０Ａのステータコア組立体を逆方向に曲げた状態を示す図である。 図２０Ａのステータコア組立体を正方向に曲げた状態を示す図である。

以下、本発明のステータコア組立体の好適な実施の形態につき、図面を用いて説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１におけるステータコア組立体１００を有する回転電機のステータ２００を、軸方向からみた図である。図２は、図１のステータコア組立体１００が、環状に形成される前の状態を示す図である。また、図３は、図２のステータコア組立体１００の斜視図である。

図１のステータ２００は、環状に形成されたステータコア組立体１００と、コイル１２０とを有している。図２及び図３に示すように、ステータコア組立体１００は、複数の端子５Ａを有するバスバー５と、絶縁物４と、１つのステータコア１とを有している。

図４は、折り曲げ前のバスバー５を示す図である。バスバー５は、絶縁物４にインサート成形されることで、図３に示すバスバー組立体５１を形成する。そして、バスバー組立体５１が、ステータコア１に組み付けられることで、ステータコア組立体１００が形成される。バスバー５の複数の端子５Ａは、絶縁物４から露出している。

図５Ａは、折り曲げ前のステータコア１を示す図である。ステータコア１は、打ち抜き加工された薄板状の電磁鋼板を、回転電機の軸方向に複数枚積層することよって形成されている。図５Ａに示すように、本実施の形態１に係るステータコア１は、６個の磁極片２と６個の継鉄片３とを交互に連続して配置した形状に形成されている。また、ステータコア１の一方の端部を形成する磁極片２には、結合凸部１０が形成されている。また、ステータコア１の他方の端部を形成する継鉄片３には、結合凹部１１が形成されている。
なお、磁極片と継鉄片の数を同数としているが、本発明の磁極片と継鉄片が同数でない場合がある。

図５Ｂは、図５ＡのＡ部拡大図である。ステータコア１を形成する複数の磁極片２は、それぞれ、ステータ２００の径方向外側に形成された第１のバックヨーク部７Ａを有している。さらに、複数の磁極片２は、それぞれ、ステータ２００の径方向内側に延びるティース部８を有している。一方、複数の継鉄片３は、それぞれ、第２のバックヨーク部７Ｂを有している。そして、各磁極片２と各継鉄片３との境界には、それぞれ折り曲げ部６が形成されている。

なお、ここでは、磁極片２の第１のバックヨーク部７Ａと、継鉄片３の第２のバックヨーク部７Ｂとを区別しているが、第１のバックヨーク部７Ａと第２のバックヨーク部７Ｂとは連続している。

図５Ｂに示すように、各折り曲げ部６は、それぞれ、ティース部８側に開口する切欠き６Ａと薄肉部９により形成されている。各切欠き６Ａの開口部６Ｂは、径方向内側に向かうにつれて広くなるテーパ状に形成されている。また、各切欠き６Ａは、テーパ状の開口部６Ｂと連続する円形の開口６Ｄを有している。各切欠き６Ａの円形の開口６Ｄの薄肉部９側は、ステータコア１をティース部８側に折り曲げるときの折り曲げ中心点６Ｃとなる。そして、ステータコア１は、各折り曲げ中心点６Ｃを中心として径方向内側に折り曲げられ、環状に形成される。

従来、ステータコアを環状に形成する手順には二通りある。一つは、直線状のステータコアを、図６に示すように、各ティース部８が径方向外側になるように曲げる。そして、各ティース部８に電線を巻回する。その後、ステータコアを、各ティース部８が径方向内側になるように曲げることにより、環状に形成する方法である。以下、各ティース部８が径方向外側になるように曲げることを、「逆方向に曲げる」といい、各ティース部８が径方向内側になるように曲げることを、「正方向に曲げる」という。

もう一つは、直線状のステータコアの各ティース部８に電線を巻回した後、ステータコアを正方向に曲げて、環状に形成する方法である。なお、図６には、ステータコア１に加え、バスバー５と絶縁物４が示されている。

図７Ａから図７Ｃは、本実施の形態１に係るステータコア１の折り曲げ状態を示す図である。図７Ａは、ステータコア１が直線の状態を示している。図７Ｂは、ステータコア１を逆方向に曲げた状態を示している。そして、図７Ｃは、ステータコア１を正方向に曲げた状態を示している。

図７Ａにおいて、１つの継鉄片３の両端に形成された、各折り曲げ部６の各折り曲げ中心点６ＣのピッチをＰ１とする。同様に、図７Ｂにおける各折り曲げ中心点６ＣのピッチをＰ２とし、図７Ｃにおける各折り曲げ中心点６ＣのピッチをＰ３とする。また、図７Ａにおいて、１つの継鉄片３の一端側に形成された切欠き６Ａの外側の端部６Ｅと、他端側に形成された切欠き６Ａの外側の端部６ＦとのピッチをＱ１とする。同様に、図７Ｂにおける各切欠き６Ａの端部６Ｅと６ＦのピッチをＱ２とし、図７Ｃにおける各切欠き６Ａの端部６Ｅと６ＦのピッチをＱ３とする。

図７Ａから図７Ｃにおいて、各折り曲げ中心点６Ｃのピッチは変化しない。よって、Ｐ１、Ｐ２及びＰ３は同一である。一方、図７ＢのピッチＱ２は、図７ＡのピッチＱ１よりも長くなる。そして、図７ＣのピッチＱ３は、図７ＡのピッチＱ１よりも小さくなる。

図８は、ステータコア組立体１００の１つのティース部８を示す図である。図８に斜線で示す領域１２に電線が巻回されることで、図１に示したコイル１２０が形成される。また、図８に示すステータコア組立体１００のコアバック１３の径方向外側には、図示しない回転電機のフレームが配置される。よって、バスバー５は、各端子５Ａが、コアバック１３より径方向外側に突出しない位置に配置される必要がある。そこで、図９に一点鎖線で示すように、従来のバスバー５Ｃは、ステータコア１の折り曲げ中心Ｃよりも径方向内側であって、かつ、ティース部８の領域１２よりも径方向外側の位置に配置されていた。なお、図面において網掛けを施した部位は、絶縁物４を示している。

従来のバスバー５Ｃの位置では、バスバー５Ｃがステータコア１の各折り曲げ中心点６Ｃと重ならない。このため、ステータコア１を折り曲げる工程において、バスバー５Ｃを容易に折り曲げることができない。そして、バスバー５Ｃを折り曲げるときに、バスバー５Ｃに大きな伸縮を生じさせてしまう。また、バスバー５Ｃを折り曲げるときに、バスバー５Ｃの位置がずれてしまうこともあった。バスバー５Ｃの位置がずれてしまうと、各ティース部８に電線を巻回する際に、電線とバスバー５Ｃの各端子５Ａとが干渉するおそれがある。

そこで、図９に示すように、実施の形態１のステータコア組立体１００では、バスバー５に複数の屈曲部１４を形成している。バスバー５は、ステータコア１の長手方向に沿って配置される。そして、バスバー５の各屈曲部１４が、それぞれステータコア１の各折り曲げ部６の折り曲げ中心点６Ｃと重なるように配置される。これにより、図１０に示すように、ステータコア１の各折り曲げ部６を折り曲げたときに、バスバー５の各屈曲部１４が一緒に折れ曲がる。

図７Ａから図７Ｃの説明で記載したように、１つの磁極片２の両端部に形成された２つの折り曲げ中心点６ＣのピッチＰ１〜Ｐ３は、ステータコア１を折り曲げても変わらない。よって、バスバー５を、ステータコア１の各折り曲げ中心点６Ｃに重ねて配置すれば、ステータコア１を折り曲げるときに、バスバー５に大きな伸縮を生じさせることなく、バスバー５を折り曲げることができる。

このように、実施の形態１のステータコア組立体１００によれば、直線状のバスバー５と絶縁物４とを一体化してバスバー組立体５１を形成する。そして、バスバー組立体５１を直線状のステータコア１に組み付けている。バスバー組立体５１は、ステータコア１の各折り曲げ中心点６Ｃと、バスバー５の各屈曲部１４とが重なるように、ステータコア１に組み付けられる。そして、ステータコア１の各折り曲げ部６を折り曲げる工程で、同時にバスバー５を折り曲げて、最終的に、ステータコアが環状に形成される。これにより、事前にバスバーを環状に形成する作業が不要となり、回転電機の加工費が削減できる。また、バスバー５を折り曲げる際のバスバー５の伸縮量を小さくすることができ、バスバー５の内部抵抗の増加を抑制することができる。これにより、回転電機の効率を向上させることができる。さらに、バスバー５の各屈曲部１４を、ステータコア１の各折り曲げ中心点６Ｃの位置に重ねることにより、バスバー５の各端子５Ａを、ステータコア１の径方向内側に寄せて配置することができる、これにより、ステータ２００の外径を小さくすることができ、回転電機を小型化することができる。

次に、実施の形態１のステータコア組立体１００を用いたステータの製造方法について説明する。図１１は、ステータ２００の製造フローを示す図である。

まず、ステップ１で電磁鋼板を打抜き加工して、複数枚積層することにより、直線状のステータコア１を形成する。
また、バスバー５と絶縁物４とをインサート成形により一体化して、バスバー組立体５１を形成する。
次に、ステップ２で、バスバー５がステータコア１の各折り曲げ部６の位置に重なるように、バスバー組立体５１をステータコア１に取り付けて、ステータコア組立体１００を形成する。
次に、ステップ３で、ステータコア組立体１００を構成するステータコア１の各折り曲げ部６を、逆方向に曲げる。
次に、ステップ４で、各ティース部８に電線を巻回してコイル１２０を形成する。
次に、ステップ５で、ステータコア１の各折り曲げ部６を、正方向に曲げて、環状に形成する。以上により、ステータ２００が完成する。なお、各ティース部８に電線を巻回する作業は、直線状のステータコア１に対して行ってもよい。この場合、電線を巻回したステータコア１は、逆方向に曲げずに正方向に曲げる。

実施の形態２．
図１２は、実施の形態２のステータコア組立体１０１の折り曲げ前の状態を示す図である。図１３は、実施の形態２のステータコア組立体１０１の部分拡大図である。また、図１４Ａ及び図１４Ｂは、実施の形態２のステータコア組立体１０１を構成する、バスバー５を示す図である。実施の形態２のステータコア組立体１０１は、バスバー５の屈曲部の形状が実施の形態１のステータコア組立体１００とは異なる。他の構成は、実施の形態１と同様である。

図１３及び図１４Ａに示すように、実施の形態２のステータコア組立体１０１に用いられるバスバー５は、ステータコア１の各継鉄片３に対応する位置に、それぞれ凸部１５を有している。各凸部１５は、図１４Ｂに示すように、それぞれ、３つの屈曲部１６Ａ〜１６Ｃにより形成されている。そして、図１５に示すように、３つの屈曲部１６Ａ〜１６Ｃのうち、屈曲部１６Ｂと屈曲部１６Ｃは、ステータコア１の折り曲げ部６に位置している。

各凸部１５は、バスバー５が折り曲げられたときに変形して、バスバー５を伸縮させようとする力を吸収する。例えば、図１５に破線で示すように、ステータコア１が径方向外側に折り曲げられた場合には、各屈曲部１６Ａ〜１６Ｃがさらに屈曲して、バスバー５を縮めようとする力を吸収する。一方、ステータコア１が径方向内側に折り曲げられた場合には、各屈曲部１６Ａ〜１６Ｃが広がり、バスバー５を伸ばそうとする力を吸収する。

このように、実施の形態２のステータコア組立体１０１は、バスバー５の、ステータコア１の各継鉄片３に対応する位置に、それぞれ凸部１５を有している。そして、ステータコア１が折り曲げられた場合に、各凸部１５の３つの屈曲部１６を屈曲させ、または広げて、バスバー５を伸縮させようとする力を吸収する。これにより、バスバー５の伸縮量を小さくすることができ、バスバー５の内部抵抗の増加を抑制することができる。また、ステータコア１が折り曲げられた場合に、バスバー５の位置がずれることを防止して、ステータ２００の品質を安定させることができる。

なお、実施の形態２のステータコア組立体１０１では、凸部１５を、径方向外側に凸となる形状としたが、凸部１５の形状は、これに限るものではない。例えば凸部１５の形状は、径方向内側に凸となる形状としてもよいし、複数の凸部１５を連続させて形成してもよい。さらに、実施の形態２では、凸部１５の形状を三角形状としたが、図１６に示すように円弧状の凸部１５としてもよい。

実施の形態３．
図１７は、実施の形態３のステータコア組立体１０２を示す図である。また、図１８Ａ及び図１８Ｂは、実施の形態３のステータコア組立体１０２を構成する、バスバー５と絶縁物４とを一体成型したバスバー組立体５１を示している。実施の形態３のステータコア組立体１０２は、絶縁物４によってバスバー５を被覆する範囲が、実施の形態１とは異なる。他の構成は、実施の形態１と同様である。

図１７、図１８Ａ及び図１８Ｂに示すように、実施の形態３のステータコア組立体１０２は、バスバー５の、各屈曲部１４から磁極片２側を絶縁物４で被覆することにより固定している。そして、実施の形態３のステータコア組立体１０２は、各屈曲部１４を、ステータコア１の各折り曲げ部６に配置している。

このように構成された実施の形態３のステータコア組立体１０２によれば、バスバー５を折り曲げようとした場合に、各屈曲部１４から磁極片２側が絶縁物４で固定されている。このため、バスバー５を、各屈曲部１４において安定させて折り曲げることができる。よって、バスバー５の折り曲げ位置のばらつきが抑制できる。

実施の形態４．
図１９は、実施の形態４のステータコア組立体１０３の折り曲げ前の状態を示す図である。また、図２０Ａから図２０Ｃは、実施の形態４のステータコア組立体１０３の折り曲げ状態を示す図である。実施の形態４のステータコア組立体１０３は、バスバー５を被覆している絶縁物４の範囲が、実施の形態１のステータコア組立体１００とは異なる。また、実施の形態４のバスバー５は、屈曲部１４を有していない点が、実施の形態１とは異なる。他の構成は、実施の形態１と同様である。

図２０Ａに示すように、実施の形態４のステータコア組立体１０３では、バスバー５を、ステータコア１の折り曲げ中心点６Ｃの位置よりもティース部８側に配置している。また、バスバー５を被覆している絶縁物４と、バスバー５が絶縁物４から露出している部位との境界である境界部２０を、折り曲げ部６に対して磁極片２側に離間させている。これにより、図２０Ｂに示すように、実施の形態４のステータコア組立体１０３を径方向外側に折り曲げた場合には、バスバー５が、ステータコア１の径方向外側に移動する。一方、図２０Ｃに示すように、ステータコア組立体１０３を径方向内側に折り曲げた場合には、バスバー５が、ステータコア１の径方向内側に移動する。

このように構成された実施の形態４のステータコア組立体１０３によれば、バスバー５を単独で環状に形成する工程が削減でき、回転電機の加工費を低減させることができる。また、バスバー５の伸縮量を小さくすることができ、バスバー５の内部抵抗の増加を抑制することができる。よって、回転電機の効率を向上させることができる。さらに、バスバー５を、ステータコア組立体１０３の径方向の最も内側に配置することができる。これにより、ステータコア１を小径化することができ、回転電機を小型化することができる。

１ ステータコア、２ 磁極片、３ 継鉄片、４ 絶縁物、５ バスバー、６ 折り曲げ部、６Ａ 切り欠き、６Ｂ 開口部、６Ｃ 折り曲げ中心点、６Ｄ 開口、７Ａ 第１のバックヨーク部、７Ｂ 第２のバックヨーク部、８ ティース部、９ 薄肉部、１０ 結合凸部、１１ 結合凹部、１２ 領域、１３ コアバック、１４ 屈曲部、１５ 凸部、１６Ａ〜１６Ｃ 屈曲部、２０ 境界部、５１ バスバー組立体、１００〜１０３ ステータコア組立体、１２０ コイル、２００ ステータ。

Claims (12)

1. 回転電機のステータを形成するステータコア組立体であって、
   ステータコアとバスバーとを有し、
   前記ステータコアは、同数からなる複数の磁極片と複数の継鉄片とを有し、
   磁極片と継鉄片とが交互に連結配置されることで形成され、
   前記複数の磁極片は、それぞれ、第１のバックヨーク部とティース部とを有し、
   前記複数の継鉄片は、それぞれ、第２のバックヨーク部を有し、
   各前記磁極片と各前記継鉄片とは、それぞれ折り曲げ部が形成された薄肉部で連結されており、
   前記バスバーは、前記ステータコアの長手方向に沿って、各前記折り曲げ部に重なる位置に配置されている、
   ステータコア組立体。
2. 前記バスバーは、各前記折り曲げ部の折り曲げ中心点に重なる位置に配置されている、
   請求項１に記載のステータコア組立体。
3. 前記バスバーは、各前記折り曲げ部に対応する部位に、それぞれ屈曲部を有する、
   請求項２に記載のステータコア組立体。
4. 前記バスバーは、各前記継鉄片に対応する部位における、一端側の前記屈曲部と他端側の前記屈曲部との間に、それぞれ、さらに少なくとも１つの屈曲部を有する、
   請求項３に記載のステータコア組立体。
5. 前記バスバーは、各前記磁極片に対応する部位の一部が絶縁物で被覆されており、
   前記バスバーは、各前記継鉄片に対応する部位と、各前記折り曲げ部に対応する部位が、前記絶縁物から露出している、
   請求項１から４のいずれか１項に記載のステータコア組立体。
6. 前記バスバーは、各前記磁極片に対応する部位の一部が絶縁物で被覆されており、
   前記バスバーは、各前記継鉄片に対応する部位と、各前記折り曲げ部に対応する部位と、各前記折り曲げ部に対応する部位から、各前記磁極片側にあらかじめ定められた距離離れた位置までの部位が、前記絶縁物から露出している、
   請求項１に記載のステータコア組立体。
7. 前記バスバーは、前記絶縁物と一体化されてバスバー組立体を形成しており、
   前記バスバー組立体は、前記ステータコアに組付けられている、
   請求項５または６に記載のステータコア組立体。
8. 前記ステータコアは、各前記折り曲げ部で折り曲げられており、
   前記バスバーは、前記ステータコアに沿って折り曲げられており、
   前記ステータコア及び前記バスバーは、環状に形成されている、
   請求項１から７のいずれか１項に記載のステータコア組立体。
9. 請求項８に記載のステータコア組立体を有する回転電機。
10. 第１のバックヨーク部とティース部とを有する複数の磁極片と第２のバックヨーク部を有する前記複数の磁極片と同数の継鉄片とを有し、磁極片と継鉄片とが交互に連結配置され、各前記磁極片と各前記継鉄片とが、それぞれ折り曲げ部が形成された薄肉部で連結された電磁鋼板を複数枚積層して、直線状のステータコアを形成する工程と、
    直線状のバスバーを、前記ステータコアの長手方向に沿って、かつ各前記折り曲げ部に重なる位置に取付けて、ステータコア組立体を形成する工程と、
    前記複数の磁極片の各前記ティース部に電線を巻回してコイルを形成する工程と、
    前記ステータコアの、各前記折り曲げ部を折り曲げるとともに、前記バスバーを前記ステータコアに沿って折り曲げて、前記ステータコア組立体を環状に形成する工程とを有する、
    ステータの製造方法。
11. 前記直線状のバスバーを、前記ステータコアの長手方向に沿って、かつ各前記折り曲げ部に重なる位置に取付けて、ステータコア組立体を形成する工程は、
    前記直線状のバスバーを、各前記折り曲げ部の各折り曲げ中心に重なる位置に取付けて、ステータコア組立体を形成する工程である、
    請求項１０に記載のステータの製造方法。
12. 前記直線状のバスバーは、絶縁物と一体化したバスバー組立体である、
    請求項１０または１１に記載のステータの製造方法。

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