JP4032352B2 - 固定子および回転電機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固定子および回転電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、回転電機の固定子製造工程の作業性向上、および回転特性の向上を目的として、固定子巻線が装着されるティースと、このティースを保持するコアバックとを別体で成型しておき、ティースに固定子巻線を巻いた後、コアバックへ取り付ける方法が公知である（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−２１５２３０号公報（第３―５頁、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この方法では、ティースの取付部とコアバックの被取付部との間にギャップが生じるため磁気抵抗が増大し、回転特性が低下してしまうという問題があった。逆にティースの取付部とコアバックの被取付部との間のギャップを小さくするため、ティースの取付部とコアバックの被取付部との嵌合をきつくすると、ティースをコアバックへ取り付ける際に、ティースの取付部またはコアバックの被取付部が破損するという問題が生じる。
【０００５】
【本発明の目的】
本発明の目的は、ティースの取付部とコアバックの被取付部との間のギャップを小さくでき、かつティースをコアバックへ取り付ける際のティースの取付部またはコアバックの被取付部の破損を防止することができる取付構造を有する固定子およびこれを用いた回転電機を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の発明によれば、ティースとコアバックとが別体で成型された後、ティースをコアバックに取り付けてなる固定子において、コアバックは、回転電機の回転軸方向に２分割された第１筒状体および第２筒状体からなる。そして、固定子は、ティースの反回転軸側端面に設けられた凸状の取付部を、第１筒状体に設けられた凹状の第１被取付部、および第２筒状体に設けられた凹状の第２被取付部で、挟むことにより形成される。
これにより、第１、２筒状体に回転軸方向の力を加えることにより、ティースの取付部と第１、２筒状体の第１、２被取付部との間のギャップを縮めることができるので、ティースとコアバックとを別体で成型することに伴う回転特性の低下を、防止することができる。さらに、第１筒状体と第２筒状体とを回転電機の回転軸方向に２等分割しておけば、ティースをコアバックの回転軸方向の中央に配置させることができる。
【０００７】
また、請求項１に記載の発明によれば、ティースの取付部は、反回転軸側端面から凸状に突起する方向に向かい、回転軸方向の長さが徐々に大きくなっている。また、コアバックの第１被取付部および第２被取付部は、各々、第１筒状体および第２筒状体の回転軸方向における端部から切欠きを設けることによって形成され、この切欠きの深さは、第１筒状体および第２筒状体の内周側から外周側に向かい、徐々に大きくなっている。
これにより、第１、２筒状体に回転軸方向の力を加えることにより、ティースの取付部は、第１、２筒状体により形成されるコアバックの内周側から外周側に向かって押出されるので、ティースの取付部とコアバックの第１、２被取付部との間のギャップをなくすことができる。また、コアバックに回転軸方向の力を加えても、ティースがコアバックの内周側から回転軸の方に向かって抜け出るのを防止することができる。
また、ティースを第１、２筒状体に取り付ける際に、ティースに巻かれた固定子巻線と第１、２筒状体とがほとんど接触しないので、固定子巻線の絶縁皮膜の損傷が少ない。
【０００８】
〔請求項２の手段〕
請求項２に記載の発明によれば、固定子を形成した後も、第１筒状体において第１被取付部を有する端部と、第２筒状体において前記第２被取付部を有する端部とが接触しない。
これにより、第１、２筒状体に対して回転軸方向に力を加えた際に、第１筒状体において第１被取付部を有する端部と、第２筒状体において第２被取付部を有する端部とが接触することによる干渉を防ぐことができる。すなわち、端部同士の接触による干渉が生じると、第１、２筒状体に対して回転軸方向にさらに力を加えても、取付部と第１、２被取付部との間のギャップを縮めることができなくなる。しかし、固定子形成後も、端部同士が接触しないように予め設計しておけば、このような問題を防ぐことができる。
【０００９】
〔請求項３の手段〕
請求項３に記載の発明によれば、固定子巻線巻軸方向に垂直な投影面への取付部の投影面積は、同じ投影面への反回転軸側端面の投影面積よりも小さい。
これにより、ティースへ固定子巻線を装着することが可能になるため、ティースとコアバックとが別体の状態で、加工した固定子巻線をティースに装着することができる。このため、固定子巻線の加工の自由度が増し、占積率を向上させることができる。
【００１０】
〔請求項４の手段〕
請求項４に記載の発明によれば、第１筒状体および前記第２筒状体は、略円筒状に設けられ、反回転軸側端面と、反回転軸側端面が接触するコアバック側の接触面とは互いに平面をなしている。
これにより、コアバックとティースとの接触部の内、第１被取付部と取付部との接触部、および第２被取付部と取付部との接触部を除いた部分で充分な接触面積を確保することができるので、ティースとコアバックとの取付剛性を強化できる。すなわち、ティース側の反回転軸側端面と、この反回転軸側端面が接触するコアバック側の接触面とが互いに曲面をなしていると、ティースおよびコアバックの加工精度によっては、各々の曲率に差が生じる可能性がある。これにより接触面積が小さくなるおそれがある。しかし、両方を平面にして、互いに接するようにしておけばこのような問題は生じない。
【００１１】
〔請求項５の手段〕
請求項５に記載の発明によれば、ティース、第１筒状体および第２筒状体は、各々、磁気粉末材料を用いて個別に成型される。
これにより、凸状の取付部や凹状の被取付部のような複雑な形状も、金型を用いて圧縮成型することができるので、従来の積層板を用いる方法に比べ、製作が容易になる。
【００１３】
〔請求項６の手段〕
請求項６に記載の発明によれば、回転電機の固定子は、請求項１ないし請求項５のうちのいずれか１つに記載の固定子が用いられる。
これにより、請求項１ないし請求項５の効果のうちのいずれか１つの効果を有する固定子を用いた回転電機を提供することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
〔実施形態の構成〕
本発明の実施形態を図１ないし図５に基づいて説明する。なお、本実施形態に係る固定子は、回転電機に用いられる固定子である。そして、直流電動機に適用されると、固定子巻線に流れる電流によって磁界を作る界磁石となる。また、交流発電機に適用されると、固定子巻線に誘起電圧を発生させる電機子となる。
【００１５】
本実施形態に係る固定子は、図１に示すごとく、固定子巻線（図示せず）が装着される複数のティース１と、ティース１を保持する筒状のコアバック２とを含んで構成される。さらにコアバック２は、直流電動機や交流発電機などの回転電機の回転軸方向に２等分割された第１筒状体２１および第２筒状体２２から構成される。そして、固定子は、ティース１に設けられた凸状の取付部１１が、第１筒状体２１に設けられた凹状の第１被取付部２３、および第２筒状体２２に設けられた凹状の第２被取付部２４で、挟まれることにより形成される。なお、ティース１、ならびにコアバック２の第１筒状体２１および第２筒状体２２は、ニッケル−鉄合金、軟鉄、けい素鋼、ニッケル、コバルトなどの磁気粉末材料を用いて個別に圧縮成型される。
【００１６】
ティース１は、図２（ａ）に示すごとく、取付部１１、鉄心部１２および片部１３から構成されている。取付部１１は、ティース１の反回転軸側端面１４（鉄心部１２の反回転軸側端面１４にもなっている）から凸状に突起するようにして設けられている。そして、回転軸方向の長さが、凸状に突起する方向に向かい（反回転軸の方向に向かい）、徐々に大きくなっている。鉄心部１２は、固定子巻線が装着される固定子鉄心をなす部分である。鉄心部１２の反回転軸側端面１４は平面をなしている。そして、図３に示すごとく、反回転軸側端面１４の固定子巻線巻軸方向に垂直な投影面への投影面積は、同じ投影面への取付部１１の投影面積よりも大きくなっている。片部１３は、ティース１の回転軸側端部（鉄心部１２の回転軸側端部にもなっている）に設けられ、固定子と回転子との間のギャップを形成する。ここで、固定子巻線巻軸とは、コイル素線を巻いて固定子巻線を形成する際の中心軸をなすものである。そして、固定子巻線巻軸方向とは、ティース１の突起方向、すなわち取付部１１の中心と片部１３の中心とを結ぶ方向に略一致する方向である。
【００１７】
コアバック２の第１筒状体２１および第２筒状体２２は、略円筒状に設けられ、各々、凹状の第１被取付部２３および第２被取付部２４を、取り付けられるティース１の数だけ有している。第１、２被取付部２３、２４は、図２（ｂ）に示すごとく第１、２筒状体２１、２２の回転軸方向における端部から切欠きを設けることによって形成されている。この切欠きの深さは、第１、２筒状体２１、２２の内周側から外周側に向かい、徐々に大きくなっている。また、取付部１１、および第１、２被取付部２３、２４は、固定子を形成した後も、第１筒状体２１において第１被取付部２３を有する端部と、第２筒状体２２において第２被取付部２４を有する端部とが接触しないように設計されている。さらに、第１、２筒状体２１、２２の内周部は、第１、２被取付部２３、２４の切欠きごとに平面が加工され、多角柱の側面のような内周面をなしている。そして、各切欠きに対応した内周側の平面は、ティース１の反回転軸側端面１４が接触する接触面２５、２６をなしている。
【００１８】
〔実施形態の作用〕
次に、本実施形態の作用を説明する。まず、ティース１、第１筒状体２１および第２筒状体２２が、個別に磁気粉末材料を用いて圧縮成型される。そして、ティース１の取付部１１の方から、鉄心部１２に固定子巻線を装着する。次に、図５（ａ）に示すごとく、ティース１に設けられた取付部１１を、第１筒状体２１に設けられた第１被取付部２３、および第２筒状体２２に設けられた第２被取付部２４で挟みこむ。そして、第１、２被取付部２３、２４を有しない第１、２筒状体２１、２２の端部から、回転軸方向の力を加える。これにより、図５（ｂ）に示すごとく、ティース１の取付部１１は、第１、２筒状体２１、２２により形成されるコアバック２の内周側から外周側に向かって押出される。
【００１９】
取付部１１および第１、２被取付部２３、２４の寸法は、第１筒状体２１において第１被取付部２３を有する端部と、第２筒状体２２において第２被取付部２４を有する端部とが接触して干渉しないように設計されている。このため、取付部１１の押出しは、取付部１１と第１、２被取付部２３、２４とのギャップがなくなり、ティース１の反回転軸側端面１４と第１、２筒状体２１、２２の接触面２５、２６とが接触するまで続けられる。
【００２０】
〔実施形態の効果〕
以上のように、コアバック２を回転軸方向に２分割して第１、２筒状体２１、２２とし、ティース１の反回転軸側端面１４に設けた凸状の取付部１１を、第１、２筒状体２１、２２に設けた凹状の第１、２被取付部２３、２４で挟み、第１、２筒状体２１、２２に回転軸方向の力を加えることにより、固定子を形成する。
これにより、従来、コアバック２にティース１を嵌合する際に生じていた嵌合部分におけるギャップを縮めて、回転電機の回転特性の低下を防止することができる。さらに、第１、２筒状体２１、２２を回転電機の回転軸方向に２等分割しておけば、ティース１をコアバック２の回転軸方向の中央に配置させることができる。
【００２１】
また、取付部１１は、反回転軸側端面１４から凸状に突起する方向に向かい、徐々に回転軸方向の長さが大きくなっており、第１、２被取付部２３、２４は、各々、第１、２筒状体２１、２２の端部から切欠きを設けることによって形成され、この切欠きの深さは、第１、２筒状体２１、２２の内周から外周に向かい徐々に大きくなっている。
これにより、ティース１の取付部１１は、第１、２筒状体２１、２２により形成されるコアバック２の内周側から外周側に向かって押出されるので、ティース１とコアバック２との嵌合部において生じていたギャップをなくすことができる。また、コアバック２に回転軸方向の力を加えても、ティース１がコアバック２の内周側から回転軸の方に向かって抜け出るのを防止することができる。
また、ティース１を第１、２筒状体２１、２２に取り付ける際に、ティース１に巻かれた固定子巻線と第１、２筒状体２１、２２とがほとんど接触しないので、固定子巻線の絶縁皮膜の損傷が少ない。
【００２２】
また、取付部１１および第１、２被取付部２３、２４の寸法は、固定子形成後も、第１筒状体２１において第１被取付部２３を有する端部と、第２筒状体２２において第２被取付部２４を有する端部とが接触して干渉しないように設計されている。
これにより、取付部１１と第１、２被取付部２３、２４とのギャップがなくなるまで、コアバック２に回転軸方向の力を加えることができる。
【００２３】
また、固定子巻線巻軸方向に垂直な投影面への取付部１１の投影面積は、同じ投影面への反回転軸側端面１４の投影面積よりも小さい。
これにより、ティース１の取付部１１の方から、鉄心部１２に固定子巻線を装着することが可能になる。このため、ティース１とコアバック２とが別体の状態で、加工した固定子巻線をティース１に装着することができるため、固定子巻線の加工の自由度が増し、占積率を向上させることができる。
【００２４】
また、ティース１の反回転軸側端面１４は平面をなし、第１、２筒状体２１、２２の内周部は、第１、２被取付部２３、２４の切欠きごとに平面が加工され、多角柱の側面のような内周面（接触面２５、２６）をなしている。
これにより、ティース１とコアバック２との接触部の内、取付部１１と第１、２被取付部２３、２４との接触部を除いた部分で充分な接触面積を確保することができるので、ティース１とコアバック２との取付剛性を強化できる。すなわち図４に示すごとく、ティース１側の反回転軸側端面１４と、コアバック２側の接触面２５、２６とが互いに曲面をなしていると、ティース１およびコアバック２の加工精度によっては、各々の曲率に差が生じる可能性がある。このため接触面積が小さくなるおそれがある。しかし、両方を平面にしておけばこのような問題は生じない。
【００２５】
さらに、ティース１、および第１、２筒状体２１、２２は、各々、磁気粉末材料を用いて個別に成型される。
これにより、凸状の取付部１１や凹状の第１、２被取付部２３、２４のような複雑な形状も、金型を用いて圧縮成型することができるので、従来の積層板を用いる方法に比べ、製作が容易になる。
【００２６】
〔他の実施形態〕
本実施形態のティース１、ならびにコアバック２の第１筒状体２１および第２筒状体２２は磁気粉末材料を用いて個別に圧縮成型されているが、従来の積層板を用いる方法で成型してもよい。あるいは、予め成型されたティース１に固定子巻線を装着し、続いて、コアバック２を成型するのに必要な量の磁気粉末材料と、固定子巻線が装着されたティース１とを一体的に成型することにより、固定子を形成してもよい。
また、本実施形態のティース１は片部を有しているが、なくても構わない。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の固定子の構成を示す斜視図である。
【図２】（ａ）は実施形態のティースを示す斜視図である。（ｂ）は実施形態の筒状体を示す部分斜視図である。
【図３】実施形態のティースの背面図である。
【図４】ティースとコアバックとの曲率差による取付剛性の低下を説明する説明図である。
【図５】（ａ）はティースの取付部を、第１、２筒状体の第１、２被取付部で挟んだ状態を示す状態図である。（ｂ）はティースの取付部を、第１、２筒状体の第１、２被取付部で挟んだ後、回転軸方向に力を加えた状態を示す状態図である。
【符号の説明】
１ ティース
１１ 取付部
１２ 鉄心部
１３ 片部
１４ 反回転軸側端面
２ コアバック
２１ 第１筒状体
２２ 第２筒状体
２３ 第１被取付部
２４ 第２被取付部
２５ 接触面（第１筒状体側）
２６ 接触面（第２筒状体側）

Claims (6)

1. 固定子巻線が装着されるティースと、
   このティースとは別体で成型され、前記ティースが保持される筒状のコアバックと
   を備えた固定子であって、
   前記コアバックは、
   前記固定子が用いられる回転電機の回転軸方向に２分割された第１筒状体および第２筒状体からなり、
   前記ティースの反回転軸側端面に設けられた凸状の取付部を、前記第１筒状体に設けられた凹状の第１被取付部、および前記第２筒状体に設けられた凹状の第２被取付部で、挟むことにより形成され、
   前記取付部は、前記反回転軸側端面から凸状に突起する方向に向かい、前記回転軸方向の長さが徐々に大きくなっており、
   前記第１被取付部および前記第２被取付部は、各々、前記第１筒状体および前記第２筒状体の前記回転軸方向における端部から切欠きを設けることによって形成され、
   この切欠きの深さは、前記第１筒状体および前記第２筒状体の内周側から外周側に向かい、徐々に大きくなっていることを特徴とする固定子。
2. 請求項１に記載の固定子において、
   前記固定子を形成した後も、前記第１筒状体において前記第１被取付部を有する端部と、前記第２筒状体において前記第２被取付部を有する端部とが接触しないことを特徴とする固定子。
3. 請求項１または請求項２に記載の固定子において、
   前記固定子巻線巻軸方向に垂直な投影面への前記取付部の投影面積は、前記投影面への前記反回転軸側端面の投影面積よりも小さいことを特徴とする固定子。
4. 請求項１ないし請求項３のうちのいずれか１つに記載の固定子において、
   前記第１筒状体および前記第２筒状体は、略円筒状に設けられ、
   前記反回転軸側端面と、前記反回転軸側端面が接触する前記コアバック側の接触面とは互いに平面をなしていることを特徴とする固定子。
5. 請求項１ないし請求項４のうちのいずれか１つに記載の固定子において、
   前記ティース、前記第１筒状体および前記第２筒状体は、各々、磁気粉末材料を用いて個別に成型されることを特徴とする固定子。
6. 請求項１ないし請求項５のうちのいずれか１つに記載の固定子を用いた回転電機。

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