JP4088138B2 - 回転電機のステータ構造 - 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構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のステータ構造として、例えば図７に示すようなものが知られている。このステータ構造では、複数のティース５１をリング状のコアバック５２に周方向に離間して嵌合保持し、その隣接するティース５１間のスロット５３にはステータコイル（図示せず）を装着して、コアバック５２をステータケース５４にネジ止めするようにしている。
【０００３】
このため、ティース５１には、図８に斜視図をも示すように、その基部５５に切り欠き５６を形成し、また、コアバック５２には、図９に斜視図を示すように、その内周側にティース５１の基部５５と相似の形状の受け部５７を複数等間隔で形成している。なお、ティース５１及びコアバック５２は、それぞれケイ素鋼板等の薄板を積層して形成されている。
【０００４】
ところが、かかるステータ構造にあっては、積層鋼板からなるコアバック５２の受け部５７に、同様の積層鋼板からなるティース５１の基部５５を軸方向から圧入して嵌合するため、互いの嵌合部口元と圧入緊度がタイトとなる。このため、組み付け時の位置決めに高精度が要求され、自動組み立てを困難にしている。
【０００５】
また、コアバック５２にティース５１を嵌合するため、回転磁界に対するティース嵌合部を支点とした十分な首振り強度、すなわちコアバック５２とティース５１の結合剛性が得られにくい。このため、回転磁界によりティース５１に歪みが生じて、嵌合部が消耗したり、騒音が発生したりすることが懸念される。
【０００６】
また、コアバック５２がリング形状となっているため、その製造にあたっては薄板をリング状にプレス抜きすることになる。このため、材料の歩留まりが悪くなると共に、プレス設備及び金型が大型となって設備費が嵩むことが懸念される。
【０００７】
さらに、スロット５３に装着されるステータコイルで発生する銅損熱は、ティース５１からコアバック５２を経てステータケース５４に逃げることになり、またティース５１で発生する鉄損熱も、コアバック５２を経てステータケース５４に逃げることになるため、抜熱性が低下することが懸念される。
【０００８】
また、コアバック５２はステータケース５４にネジ止めにより固定するため、組み立てが面倒になることも懸念される。
【０００９】
このような点を解決し得るものとして、ステータケースの内周側に複数のティースを周方向に離間して配置すると共に、隣接するティース間にそれぞれブロック化したコアバックを嵌合したステータ構造が提案されている（例えば、特許文献１）。
【００１０】
【特許文献１】
特開平９-４６９４０号公報 （段落番号００１１〜００１９、図１、図５）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の特許文献１に記載のステータ構造にあっては、ティース端面がステータケースの内周面に確実に密着するように組み付けるのは極めて困難である。このため、ティース端面とステータケース内周面との間に空隙が形成されて、ステータコイルで発生する銅損熱及びティースで発生する鉄損熱の抜熱性が低下することが懸念される。
【００１２】
従って、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、ステータの組み立て性及び抜熱性を向上できる回転電機のステータ構造を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため請求項１記載の発明は、断面クサビ形のアウターリング及びインナーリングをそれぞれの肉厚部が逆向きとなるように係合した摩擦締結要素を、ステータケースの内周面に上記アウターリングの外周面を接して配置し、この摩擦締結要素の上記インナーリングの内周面に接して複数のティースを周方向に離間して配置し、その隣接するティース間に上記インナーリングの内周面に接してそれぞれブロック状のコアバックを嵌合した回転電機のステータ構造であって、上記ステータケースは、それぞれロータを軸受するサイドケース及びメインケースを有し、上記摩擦締結要素、ティース及びコアバックは、上記アウターリングまたはインナーリングの肉厚部が上記メインケース側またはサイドケース側に位置するように上記サイドケースまたはメインケースに保持し、上記ティース及びコアバックのそれぞれの上記メインケース側端面またはサイドケース側端面は第１のシムを介して上記メインケースまたはサイドケースに接触させると共に、上記アウターリングまたはインナーリングの肉厚部端面は第２のシムを介して上記メインケースまたはサイドケースに接触させ、上記サイドケース及びメインケースをボルトにより締め付けて固定したことを特徴とする。
【００１４】
請求項１の発明によると、摩擦締結要素の作用により、ティースの基部端面をインナーリングに確実に密着できると共に、アウターリングをステータケースに確実に密着できるので、ステータコイルで発生する銅損熱及びティースで発生する鉄損熱の抜熱性の向上がもたらされる。また、コアバックをブロック化することで、ティース及びコアバックを簡単に組み付けることができるので、ステータの組み立て性を向上でき、自動組み立ても容易に可能となる。さらに、摩擦締結要素を用いることで、分解及び再組み立ても容易に行なうことが可能になる。
【００１５】
また、摩擦締結要素、ティース及びコアバックはサイドケースまたはメインケースに保持され、サイドケースとメインケースとはボルトにより固定されるので、ステータの組み立て性の向上及び回転電機の小型化が図れる。また、ボルトの締め付けにより、摩擦締結要素のアウターリングまたはインナーリングが第２のシムを介して軸方向に押圧されて、アウターリングがサイドケースの内周面に圧接されると共に、インナーリングはアウターリングにより締め付けられ、かつ、ティース及びコアバックは、第１のシムを介して軸方向の移動が規制されるので、ティースの基部端面及びコアバックは、摩擦締結要素を介してサイドケースまたはメインケースに確実に密着した状態で保持することが可能となる。さらに、ブロック化したコアバックを嵌合保持する際の締め上げ量も、焼き嵌めや冷やし嵌めにより嵌合保持する場合と比較して、第２のシムの厚みにより数値管理し易くなる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による回転電機のステータ構造の実施の形態について、図を参照して説明する。
【００１７】
（参考例）
図１乃至図４は参考例を示すもので、図１は要部の構成を示す図、図２はティースの斜視図、図３はコアバックの斜視図、図４はステータケース構造を示す部分断面図である。
【００１８】
参考例では、ステータケースを構成するケースアッパ１の内周面側に、軸方向に延在するティース受け部２を周方向に等間隔離間して複数形成し、その各ティース受け部２に、図２に示すような積層鋼板からなるティース３を圧入して嵌合保持し、その隣接するティース３間すなわちスロット４に、図３に示すような積層鋼板からなるブロック状のコアバック５を、ケースアッパ１の内周面に接して嵌合して、各スロット４にステータコイル６のコイル辺を装着する。
【００１９】
ケースアッパ１は、剛性を有する鋳物等により形成し、その周方向に離間した適宜の複数箇所には、それぞれ軸方向に延在して締結用のボルト７が貫通する貫通孔８を形成する。
【００２０】
なお、参考例のティース３は、ステータサイズが図７に示した従来のものと同じとすると、従来のティース５１よりも径方向寸法を長くする。また、ティース３とコアバック５との間にエアギャップが生じる場合には、必要に応じてコアバック５を冷やし嵌めもしくはケースアッパ１を焼き嵌めすることにより縮径化する。
【００２１】
上記のケースアッパ１は、ティース３、コアバック５及びステータコイル６を装着した状態で、図４に示すように、ケースアッパ１、ティース３及びコアバック５のそれぞれの一端面を、ロータ（図示せず）を軸受するサイドケース９の端面に直接接触させるようにし、ティース３及びコアバック５のそれぞれの他端面はリング状のシム１０を介して、サイドケース９とともにロータを軸受するメインケース１１の端面に接触させ、かつメインケース１１側からケースアッパ１に形成した貫通孔８を通してサイドケース９に締結用のボルト７を螺合することにより、サイドケース９とメインケース１１との間に締め付け固定する。なお、ボルト７の頭部とメインケース１１との間には、リング状のシム１２を介在させる。
【００２２】
このように、参考例では、ティース３をケースアッパ１に直接嵌合するようにしたので、ティース３をケースアッパ１に確実に密着させることができる。従って、ステータコイル６で発生する銅損熱及びティース３で発生する鉄損熱の抜熱性を向上させることができる。また、ティース３をケースアッパ１に圧入して嵌合する際の位置決め精度を、積層鋼板同士を圧入嵌合する場合よりも緩和、すなわち要求精度を低くできると共に、ブロック化したコアバック５を、比較的周方向幅の広い隣接するティース間の基部に嵌合するので、コアバック５を軸方向からティース３間に挿入する際の位置決め精度も緩和できる。従って、ステータの組み立て性が向上でき、自動組み立ても容易にできる。
【００２３】
（実施の形態）
図５及び図６は、本発明による回転電機のステータ構造の実施の形態を示すもので、図５は要部の構成を示す図、図６はステータケース構造を示す部分断面図である。
【００２４】
本実施の形態では、ステータケースを、それぞれロータ（図示せず）を軸受するサイドケース２１及びメインケース２２により構成して、サイドケース２１の内周面に接して摩擦締結要素２３を配置し、この摩擦締結要素２３の内周面に接して図２に示したような積層鋼板からなるティース２４を周方向に等間隔で離間して複数配置すると共に、その隣接するティース２４の間すなわちスロット２５に、積層鋼板からなるブロック状のコアバック２６を摩擦締結要素２３の内周面に接して嵌合して、その各スロット２５にステータコイル２７のコイル辺を装着するようにする。
【００２５】
摩擦締結要素２３は、熱伝導性の良好な金属からなる断面クサビ形のアウターリング２３ａ及びインナーリング２３ｂをそれぞれの肉厚部が逆向きとなるように係合して構成し、アウターリング２３ａの外周面をサイドケース２１の内周面に接触させ、インナーケース２３ｂの内周面にティース２４及びコアバック２６を接触させて配置する。この摩擦締結要素２３は、例えばドイツＲＩＮＧＦＥＤＥＲ社製のシュパンリングを用いることができる。
【００２６】
本実施の形態では、アウターリング２３ａの肉厚部がメインケース２２側に位置するようにサイドケース２１に保持する。
【００２７】
上記のサイドケース２１は、摩擦締結要素２３、ティース２４、コアバック２６及びステータコイル２７を装着した状態で、図６に示すように、ティース２４及びコアバック２６のそれぞれのメインケース２２側端面を第１のシムであるリング状のシム２８を介してメインケース２２の端面に接触させるようにし、アウターリング２３ａの肉厚部端面は第２のシムであるリング状のシム２９を介してメインケース２２に接触させるようにして、締結用のボルト３０によりメインケース２２に締め付け固定する。
【００２８】
このように、本実施の形態では、サイドケース２１の内周面に接して熱伝導性の良好な金属からなる摩擦締結要素２３を配置し、この摩擦締結要素２３の内周面に接して、複数のティース２４を周方向に離間して配置すると共に、その隣接するティース間にブロック化したコアバック２６を嵌合するようにしたので、摩擦締結要素２３の作用によりティース２４の基部端面をインナーリング２３ｂに確実に密着できると共に、アウターリング２３ａをサイドケース２１の内周面に確実に密着させることができる。従って、ステータコイル２７で発生する銅損熱及びティース２４で発生する鉄損熱を、摩擦締結要素２３を介してサイドケース２１に効率よく熱伝導できるので、抜熱性を向上することができる。また、コアバック２６をブロック化することで、ティース２４及びコアバック２６を摩擦締結要素２３に簡単に組み付けることができるので、ステータの組み立て性を向上でき、自動組み立ても容易にできる。
【００２９】
また、ステータケースをサイドケース２１とメインケース２２とにより構成して、ボルト３０により固定するようにしたので、回転電機を小型化できる。しかも、ボルト３０の締め付けにより、摩擦締結要素２３のアウターリング２３ａはシム２９を介して軸方向に押圧されてサイドケース２１の内周面に圧接され、インナーリング２３ｂはアウターリング２３ａに締め付けられ、かつ、ティース２４及びコアバック２６はシム２８を介して軸方向の移動が規制されるので、ティース２４の基部端面及びコアバック２６をサイドケース２１に確実に密着した状態で保持することができる。従って、良好な抜熱性を長期間に亘って安定して維持することができる。
【００３０】
さらに、摩擦締結要素２３を用いることにより、分解・再組み立ても容易に行なうことができると共に、ブロック化したコアバック２６を嵌合保持する際の締め上げ量も、焼き嵌めや冷やし嵌めにより嵌合保持する場合と比較して、シム２９の厚みにより数値管理し易くなる。
【００３１】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【００３２】
例えば、実施の形態において、摩擦締結要素２３はインナーリング２３ｂの肉厚部がメインケース２２側に位置するようにサイドケース２１に保持し、このインナーケース２３ｂの肉厚部端面とメインケース２２との間にシムを介在させるようにしたり、あるいは摩擦締結要素２３をメインケース２２側に保持して、アウターリング２３ａまたはインナーリング２３ｂの肉厚部端面とサイドケース２１の端面との間にシムを介在させて、サイドケース２１とメインケース２２とをボルト３０により締め付け固定したりすることもできる。
【００３３】
また、実施の形態において、ステータケースを、参考例と同様にケースアッパを有して構成し、このケースアッパに摩擦締結要素２３、ティース２４及びコアバック２６を保持するようにして、ケースアッパを締結用のボルトにより、サイドケース２１とメインケース２２との間に締め付け固定するよう構成することもできる。なお、この場合、例えば、摩擦締結要素２３、ティース２４及びコアバック２６の一方の端面は、サイドケース２１またはメインケース２２の端面に直接接触させるようにし、摩擦締結要素２３の他方の端面でアウターリング２３ａまたはインナーリング２３ｂの肉厚部端面とメインケース２２またはサイドケース２１の端面との間、並びにティース２４及びコアバック２６の他方の端面とメインケース２２またはサイドケース２１の端面との間にはそれぞれリング状のシムを介在させる。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、ステータケースにティースを、摩擦締結要素を介して接触させるようにし、その隣接するティース間にブロック化したコアバックを嵌合させるようにしたので、積層鋼板からなるコアバックに同様に積層鋼板からなるティースを圧入嵌合する場合に比べてステータの組み立て性を向上できると共に、ステータケースにティースを単に接触させる場合と比較して、ティースを摩擦締結要素を介してステータケースに確実に密着させることができるので、ステータコイルで発生する銅損熱及びティースで発生する鉄損熱の抜熱性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】参考例に係り、回転電機のステータ構造の要部の構成を示す図である。
【図２】同上、図１に示すティースの斜視図である。
【図３】同上、図１に示すコアバックの斜視図である。
【図４】同上、ステータケース構造を示す部分断面図である。
【図５】実施の形態に係り、回転電機のステータ構造の要部の構成を示す図である。
【図６】同上、ステータケース構造を示す部分断面図である。
【図７】従来のステータ構造を示す図である。
【図８】図７に示すティースの斜視図である。
【図９】図７に示すコアバックの斜視図である。
【符号の説明】
１ ケースアッパ
２ ティース受け部
３ ティース
４ スロット
５ コアバック
６ ステータコイル
７ ボルト
８ 貫通孔
９ サイドケース
１０ シム
１１ メインケース
１２ シム
２１ サイドケース
２２ メインケース
２３ 摩擦締結要素
２３ａ アウターリング
２３ｂ インナーリング
２４ ティース
２５ スロット
２６ コアバック
２７ ステータコイル
２８ シム（第１のシム）
２９ シム（第２のシム）
３０ ボルト

Claims (1)

1. 断面クサビ形のアウターリング及びインナーリングをそれぞれの肉厚部が逆向きとなるように係合した摩擦締結要素を、ステータケースの内周面に上記アウターリングの外周面を接して配置し、この摩擦締結要素の上記インナーリングの内周面に接して複数のティースを周方向に離間して配置し、その隣接するティース間に上記インナーリングの内周面に接してそれぞれブロック状のコアバックを嵌合した回転電機のステータ構造であって、
   上記ステータケースは、それぞれロータを軸受するサイドケース及びメインケースを有し、
   上記摩擦締結要素、ティース及びコアバックは、上記アウターリングまたはインナーリングの肉厚部が上記メインケース側またはサイドケース側に位置するように上記サイドケースまたはメインケースに保持し、
   上記ティース及びコアバックのそれぞれの上記メインケース側端面またはサイドケース側端面は第１のシムを介して上記メインケースまたはサイドケースに接触させると共に、
   上記アウターリングまたはインナーリングの肉厚部端面は第２のシムを介して上記メインケースまたはサイドケースに接触させ、上記サイドケース及びメインケースをボルトにより締め付けて固定したことを特徴とする回転電機のステータ構造。

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