JP3755493B2 - 回転電機のステータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転電機のステータ、特にそのステータコアの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転電機の一種に発電機（オルタネータ）がある。オルタネータはフレームに固定されたステータと、回転するロータとから成る。このうちステータはステータコアとステータコイルとを含み、ステータコアは環状のヨークと、多数のティース（歯部）及び多数のスロットとを有する。ティースはヨークの内周面から半径方向内向きに突出し、ロータから磁束を導く。スロットは隣接するティースにより区画され、その中にステータコイルが収納される。
【０００３】
ステータコイルは開口側から順次スロットに巻装される。スロットの開口部の幅は、ステータコイルの巻装の容易化の点からは広い方が良い。しかし、磁気回路の形成の点からは狭い方が良く、狭くすることによりゴギングトルクが減少する利点もある。この相反する２つの要求を公知の突起状のティースで満たすことは困難である。
【０００４】
そこで、本願の出願人は先に特開２０００−５０５４０号（以下、「従来例」と呼ぶ）で、ティースを２つの部分即ち本体歯部と取付歯部とで形成した回転電機の組立式固定子コアを出願した。
【０００５】
この従来例では、図３に示すように、ステータコア７０はヨーク７２、ティース（歯部）７４及びスロット７９を含み、ティース７４は基歯部７５と別歯部８０とを有する。基歯部７５はヨーク７２の内周面に形成された一対の側壁部７６と、両側壁部７６間の凹部７７とから成る。一方、別歯部８０は基部８１と、これから突出した凸部（軸部）８２とから成る。凸部８２の高さ方向中間部の幅即ち凹部７７の深さ方向中間部の幅Ｃが、凸部８２の周方向の幅即ち凹部７７の幅Ｂよりも大きくされ、幅Ｂが凸部８２の先端の周方向の幅即ち凹部７７の底面の幅Ａよりも小さくされている。
【０００６】
この従来例によれば、別歯部８０を基歯部７５に取り付ける前にステータコイル（不図示）を幅の広いスロット７９に収納するので、巻装が容易である。そして、スロット７９に巻装したステータコイルは別歯部８０の基部８１の張出し部８１ａによりスロット７９からの脱落を防止される。また、幅Ａが幅Ｂよりも小さいので、凸部８２の凹部７７への挿入が容易になる。加えて、幅Ｃが幅Ｂより大きいので、一旦挿入した凸部８２が凹部７７内でがたついたり、凹部７７から抜け出すことが防止される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例では、別歯部８０の凸部８２の先端面８２ａと基歯部７５の凹部７７の底面７７ａとの間の公差、及び側壁部７６の先端面７６ａと基部８１の対向面８１ｂとの間の公差が共に零とされていた。具体的には、側壁部７６の高さと凸部８２の高さとが等しくされていた。これにより、別歯部８０を基歯部７５に取り付けた状態で、凸部８２の先端面８２ａを凹部７７の底面７７ａに当接させ、側壁部７６の先端面７６ａを基部８１の対向面８１ｂに当接させようとしている。
【０００８】
しかし、上記２つの公差を共に零にするためには、基歯部７５の側壁部７６及び別歯部８０の凸部８２に精密な仕上げ加工を施さなければならず、加工コストが上昇する。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、ティースを形成する２つの部分の加工が容易化され、加工コストが安価な回転電機のステータの提供を目的としてなされたものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本願の発明者は、ティースを構成する２つの部材間に隙間を設けることを考えた。但し、この隙間はステータコアのティースに形成される磁気回路を遮断する磁気抵抗となり易い。そこで、実質上磁気抵抗とならないような形状及び大きさの隙間を形成することを思い付いて、本発明を完成した。
【００１１】
本発明にかかる回転電機のステータは、請求項１に記載しているように、環状のヨークと、ヨークの周面に円周方向に隔設され磁束の通路を形成すると共に複数のスロットを区画する複数のティースとを備えるステータコアであって、各ティースは、ヨークからロータに向かって突出し円周方向に隔設された一対の側壁部及び両側壁部により区画される凹部を含む本体歯部と、ロータに対向しスロットの開口部に張り出した基部及び基部から反ロータ側に突出し凹部に挿入される凸部を含む取付歯部と、を含むステータコアと；各スロット内に収納されたステータコイルと；から成る。そして、各本体歯部の各側壁部の先端面と取付歯部の基部の対向面との間に隙間が形成され、取付歯部の凸部の先端面は、本体歯部の凹部の底面に当接し、本体歯部の両側壁部の先端面の面積は、取付歯部の凸部の先端面の面積よりも狭く、本体歯部の各側壁部の幅は凹部の幅の１／１０から１／３であり、隙間の高さは取付歯部の各側壁部の幅の１／１００から１／５である、ことを特徴とする
本発明のステータでは、ティースがステータコアに形成された本体歯部と、ステータコアとは別体の取付歯部とから成る。この場合、理論上隙間は本体歯部の側壁部と取付歯部の基部との間、又は取付歯部の凸部と本体歯部の凹部との間の何れに設けることもできる。しかし、隙間が磁気抵抗となることを考えて、当接面積が大きい凹部の底面と凸部の先端面との間ではなく、当接面積が小さい側壁部の先端面と基部の対向面との間に隙間を形成した。その上で、側壁部及び凸部の加工精度の緩和と、隙間の形成による磁気抵抗の増加の抑制との両方を考慮しつつ、隙間の大きさ（幅、高さ）を定めた。
【００１２】
このステータにおいて、ステータコアの本体歯部の側壁部の高さにはマイナス公差を、及び／又は取付歯部の凸部の高さにはプラス公差を与える。公差を与えられた側壁部及び／又は凸部は高さの管理が緩くできる。
【００１５】
本発明の隙間は、取付歯部又は保持部及び本体歯部又はティースの加工を容易にすると共に、極力磁気抵抗とならないように意図的に設けるものであり、加工や組立上の都合でたまたま存在する隙間とは区別されるべきである。
【００１９】
請求項２のステータは、請求項１において、本体歯部の凹部は深さが増加するにつれて幅が漸増し中央付近で最大となった後漸減し、取付歯部の凸部は高さが増加するにつれて幅が漸増し中央付近で最大となった後漸減している。
【００２０】
請求項３のステータは、請求項１において、取付歯部の基部は、中央部、中央部の両外側の一対の対向部及び両対向部の両外側の一対の張出し部を含み、各対向部が各側壁部に対向し、両張出し部がスロットの開口に張り出している。
【００２１】
【発明の実施の形態】
＜回転電機＞
回転電機はモータ、発電機及びモータ／発電機を含む。このうち、例えば同期モータは、ステータのコイルに交流を流して回転磁界を形成し、固定磁極としてのロータを吸引又は反発して回転させる。また、例えば三相交流発電機は、ロータの回転磁束によりステータのコイルに電力を発生させる。
【００２２】
尚、モータ／発電機はモータ及び発電機の両方の機能を持ち、電源（バッテリ）の充電量が少ないときは発電機として機能し発生した電力をバッテリに充電し、エンジンの駆動力が不足してるときはモータとして機能しエンジンの駆動力を補助する。
＜ステータ＞
ステータはステータコアと、ステータコイルとから成る。ステータコアは環状のヨークと、その内周面又は外周面に円周方向に隔設された複数のティースとを含む。本発明では、各ティースはステータコアに形成された本体歯部と、ステータコアとは別体の取付歯部とから成る。
【００２３】
本発明では、隣接するティースにより区画されるスロット内に、ステータコイルが収納され、ティースを利用して巻装される。例えば、３相交流発電機の場合、３本のステータコイルが巻装される。
＜本体歯部、保持部＞
本発明における本体歯部は、一対の側壁部と、両側壁部間に形成される凹部とを含む。一対の側壁部は、ヨークの内周面から内向きに又は外周面から外向きに突出し、円周方向に隔設され、対称な形状を持つ。横断面形状は細長い矩形状で、幅は全高さに亘って均一でも良いが、付け根に向かうにつれて漸増していても良い。厚さ（ステータコアの軸方向寸法）はヨークの厚さと同じである。
【００２４】
側壁部間の間隔即ち凹部の幅は側壁部の内側面の形状により決まり、全深さに亘って均一でも良いが、深さが深くなるにつれて漸減しているか、又は深さ中央付近まで漸増しその後漸減していることが望ましい。凹部の深さは上記側壁部の高さにより決まる。
＜取付歯部、ティース＞
本発明における取付歯部は、基部とこれから突出した凸部とを含み、断面Ｔ字形状を持つことができる。基部は外向き又は内向きに湾曲した矩形状を持ちロータに対向し、その一辺（円周方向の辺）はスロットのピッチに対応し、他辺はヨークの厚さに対応している。基部は中央部と、その両外側に位置し側壁部に対向する一対の対向部と、さらにその両外側に位置しスロットの開口に張り出す張出し部とを持つことができる。
【００２５】
凸部は基部の中央部から基部の湾曲方向と反対方向に突出している。凸部の高さは側壁部の高さよりも高く、幅及び長さは本体歯部の凹部のそれに対応している。従って、幅は均一でも良いが、先端に向かって漸減しているか、又は深さ中央付近まで漸増しその後漸減していることが望ましい。取付歯部を本体歯部に嵌合したとき、凸部の先端部は凹部の底面に当接する。
＜隙間＞
両側壁部の先端面とこれに対向する基部の両対向面との間に隙間を形成することが望ましいが、何れか一方の先端面と対向面との間のみに形成しても良い。隙間を形成するためには、具体的には、側壁部の高さにマイナス公差を設けるか、又は凸部の高さにプラス公差を設ければよい。両方に公差を設ければ、側壁部及び凸部の加工が容易になり、一方のみに公差を設ければ側壁部又は凸部の加工が容易になる。また、側壁部や凸部の高さは公差を設けず、基部の対向面にくぼみを形成しても良い。
【００２６】
隙間の大きさは、例えば側壁部の先端の幅を凹部の開口部の幅の１／１０から１／３程度とし、これにより両側壁部の先端面の面積は凸部の先端面の面積よりも狭くなる。また、隙間の高さは側壁部の幅の１／１００から１／５程度とすることができる。
【００２７】
【実施例】
以下、本発明の実施例を添付図面を基にして説明する。この実施例では、回転電機が３相交流発電機であり、ティースは本体歯部と取付歯部とから成る。
（構成）
図１において、発電機はロータ１０及びステータ２０等から成る。ロータ１０はフレーム（不図示）に回転可能に支持されたシャフト（不図示）、シャフトに取り付けられたロータコア１１、ロータコア１１の空間１２に収容されたＳ極及びＮ極の磁石１３等を含む。
【００２８】
一方、ステータ２０は全体として円筒形状で、上記フレームに取り付けられ、その内部空間にロータ１０を収納している。ステータ２０は、ステータコア２２と、ステータコイル３４とに大別される。
【００２９】
ステータコア２２は多数枚の薄板鉄板を積層して成り、環状のヨーク２３と、多数のティース（歯部）２４とを含む。詳述すると、ヨーク２３の内周面に形成されたティース２４は本体歯部２５と取付歯部４０とから成る。
【００３０】
図２に拡大して示すように、本体歯部２５は半径方向内向きに突出した一対の側壁部２７を含む。各側壁部２７の内側面は幅が漸減している開口側の垂直面２８ａと、幅が漸増している奥側の傾斜面２８ｂとから成る。外側面２９は半径と平行に延びている。高さにはマイナス公差を設けている。一対の側壁部２７間に形成された凹部３０の幅は入口側より一定の割合で増大し、中央付近で最大となり、奥側は一定の割合で減少している。
【００３１】
隣接するティース２４（より正確には側壁部２７）によりスロット３３が区画され、断面矩形状を持つ。スロット３３の幅は凹部３０の幅よりも広く、深さは凹部３０の深さよりも深い。スロット３３内にステータコイル３４が収納され、ティース２４に巻装されている。
【００３２】
取付歯部４０の基部４１は全体的に外向きに湾曲した矩形板状を持ち、その一辺は隣接するスロット３３の円周方向ピッチにほぼ等しく、その他辺はヨーク２３の厚さに等しい。基部４１は中央部４２と、その両外側の一対の対向部４３と、さらにその両外側の張出し部４４とを持つ。中央部４２から凸部４５が基部４１の湾曲方向と反対方向即ち半径方向外向きに突出している。対向部４３の対向面４３ａは側壁部２７の先端面２７ａに対向し、張出し部４４はスロット３３の開口に張り出している。
【００３３】
凸部４５の幅及び長さは上記本体歯部２５の凹部３０のそれに対応している。高さにはプラス公差が設けられ、側壁部２７の高さよりも少し高くされている。その結果、凸部４５の先端面４５ａが凹部３０の底面３０ａに当接した状態で、側壁部２７の先端面２７ａは対向面４３ａに当接せず、両者間には隙間５０が形成されている。
【００３４】
尚、ステータコイル３４をステータコア２２へ巻装する際は、本体歯部２５に取付歯部４０を嵌合する前に、膜状のインシュレータ４６をスロット３３の底面及び両側面に配置する。この状態でステータコイル３４をスロット３３に収納し、インシュレータ４６の両端を開口側で重ねる。次に、取付歯部４０の凸部４５を本体歯部２５の凹部３０に嵌合させ、凸部４５の先端面４５ａが凹部３０の底部３０ａに当接するまで挿入する。凸部４５及び凹部３０は幅が途中まで漸増し、その後漸減しているので、一旦挿入した取付歯部４０が本体歯部２５から抜け出す心配はない。
（作用効果）
３相交流発電機の作動時、ロータ１０のＮ極の磁石１３から出た磁束はエアーギャップを通ってステータコア２２の中を進み、Ｓ極に戻る。ロータ１０がエンジン等により回転されると、ステータコア２２の中を流れていた磁束は回転移動し、ロータ１０の磁束をステータコイル３４で鎖交することになり、ステータコイル３４に３相の起電力が発生する。
【００３５】
本実施例によれば、第１に、ステータコア２２のティース２４を構成する本体歯部２５の側壁部２７及び取付歯部４０の凸部４５の加工が容易になる。即ち、その底面３０ａを基準面として側壁部２７の高さを求め、これにマイナス公差を与えている。よって、側壁部２７の高さは従来例のように特定の寸法である必要はなく、このマイナス公差の範囲内にあれば良く、その分加工が容易になる。一方、その先端面４５ａを基準面として凸部４５の高さを求め、これにプラス公差を与えている。よって、凸部４５の高さも特定の値である必要はなく、このプラス公差の範囲内にあれば良く、その分加工が容易になる。
【００３６】
第２に、上記第１の効果が得られながら、側壁部２７と対向部４３との間の隙間５０はステータコア２２の磁気抵抗を殆ど増加させない。即ち、ロータ１０の回転時、ステータコア２２のティース２４では図１中矢印Ｘで示す方向に磁束が形成され、側壁部２７と対向部４３との間の隙間５０はこれと交差する方向である。しかし、側壁部２７の幅は小さく、しかも隙間５０の厚さ（高さ）は非常に小さい。よって隙間５０の形成による磁気抵抗の増加は実質的に問題にならない。
【００３７】
【発明の効果】
以上述べてきたように、請求項１に記載した本発明の回転電機のステータによれば、隙間を形成したことにより、本体歯部の側壁部の高さ及び／又は取付歯部の凸部の高さの管理が緩やかになる。その結果、側壁部及び／又は凸部の加工、ひいては本体歯部及び取付歯部の加工が容易になる。しかも、隙間は幅、長さ及び高さが小さいので実質的に磁気抵抗にならない。また、面積の広い凸部の先端面と凹部の底面とが当接し両者間に隙間がないので、この部分では磁気抵抗が発生しない。
【００３９】
請求項２のステータによれば、本体歯部により取付歯部の脱出が防止される。請求項３のステータによれば、本体歯部と取付歯部との間に隙間が確保され、しかも取付歯部によりステータコイルの脱落が防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の回転電機のステータコアの要部横断面図である。
【図２】図１の要部拡大図である。
【図３】従来例のステータコアの要部横断面図である。
【符号の説明】
１０：ロータ ２０：ステータ
２２：ステータコア ２３：ヨーク
２４：ティース ２５：本体歯部
３０：凹部 ４０：取付歯部
４５：凸部 ５０：隙間

Claims (3)

1. 環状のヨークと、該ヨークの周面に円周方向に隔設され磁束の通路を形成すると共に複数のスロットを区画する複数のティースとを備えるステータコアであって、各該ティースは、該ヨークからロータに向かって突出し円周方向に隔設された一対の側壁部及び該両側壁部により区画される凹部を含む本体歯部と、ロータに対向し該スロットの開口部に張り出した基部及び該基部から反ロータ側に突出し該凹部に挿入される凸部を含む取付歯部と、を含むステータコアと、
   各該スロット内に収納されたステータコイルと、から成り、
   各該本体歯部の各該側壁部の先端面と該取付歯部の基部の対向面との間に隙間が形成され、
   前記取付歯部の前記凸部の先端面は、前記本体歯部の前記凹部の底面に当接し、
   前記本体歯部の前記両側壁部の先端面の面積は、前記取付歯部の前記凸部の先端面の面積よりも狭く、
   前記本体歯部の各前記側壁部の幅は前記凹部の幅の１／１０から１／３であり、
   前記隙間の高さは前記取付歯部の各該側壁部の幅の１／１００から１／５である、
   ことを特徴とする回転電機のステータ。
2. 前記本体歯部の前記凹部は深さが増加するにつれて幅が漸増し中央付近で最大となった後漸減し、前記取付歯部の前記凸部は高さが増加するにつれて幅が漸増し中央付近で最大となった後漸減している請求項１に記載のステータ。
3. 前記取付歯部の前記基部は、中央部、該中央部の両外側の一対の対向部及び該両対向部の両外側の一対の張出し部を含み、各該対向部が各前記側壁部に対向し、該両張出し部が前記ステータコイルの脱落を防止している請求項１に記載のステータ。

Images