JP5368595B2 - 回転電機及び回転電機のステータコアの固定方法 - Google Patents

Description

この発明はハウジングに対してステータコアを固定ピンによって固定する回転電機及び回転電機のステータコアの固定方法に関する。

従来のこの種の回転電機として、ステータとロータを備えるモータの前記ステータをモータハウジング内部に嵌合固定するモータハウジング構造において、前記モータのステータの外周面に設けたガイド溝と、このステータに外部嵌合する前記モータハウジングの適所に位置する雌ねじ部とを設け、この雌ねじ部に雄ねじを締結して前記ステータとモータハウジングの位置決め及び相互の回転止めを行うようにしたものがある（例えば特許文献１参照）。

特開２０１１−３０３５１号公報（第４頁、図２、３）

上記のような従来の技術においては、ねじ込まれたねじの摩擦力で固定するため、締め付け時の軸力により、ステータコア内径の変形が懸念される。また、ハウジングのねじ位置やガイド溝位置などの部品精度及び、組付時位置ずれを吸収するために、ステータ外周のガイド溝とおねじ外径と一定のすきまが設けられているが、ねじが緩んだ場合、ねじ先端とガイド溝のそのすきま分だけ、ステータコアがずれる恐れがあった。

この発明は上記のような課題を解消するためになされたものであり、ステータコアの径方向の変形が防止され、しかもステータコアの固定の信頼性が向上された回転電機及びその回転電機のステータコアの固定方法を得ることを目的としている。

この発明に係る回転電機は、固定ピンが挿入される径方向の貫通穴が設けられた円筒状のハウジングと、このハウジングの内周面に配置され、上記貫通穴に対応する位置に穴が設けられた介装部材と、この介装部材を介して上記ハウジングに内嵌状態に保持され、上記穴に対応する外周面に凹部が設けられたステータコアとを備えた回転電機であって、上記凹部内に進入された上記固定ピンの挿入方向先端部と上記凹部の底面との間には隙間が形成され、かつ、上記介装部材の上記穴の内周部分は、上記固定ピンの挿入により塑性変形されて上記凹部内に進入されてなることを特徴とするものである。

また、この発明に係る回転電機のステータコアの固定方法は、固定ピンが挿入される径方向の貫通穴が設けられた円筒状のハウジングに対して、外周面に上記固定ピンの先端部を受け入れる凹部を有するステータコアを固定する回転電機のステータコアの固定方法であって、上記ハウジングの内周面と上記ステータコアの外周面との間に、上記固定ピンの外径よりも小径の穴を有する介装部材を、該小径の穴と上記貫通穴と上記凹部が一致するように介在させ、上記固定ピンを上記貫通穴から上記凹部内に挿入する際に、該固定ピンの先端部で上記介装部材の小径の穴の内周部分を塑性変形させて上記ステータコアの上記凹部内に進入させる一方、上記固定ピンと上記凹部の底部との間には隙間を設けるようにしたものである。

この発明に係る回転電機においては、ハウジングの貫通穴から、介装部材の穴を経て、ステータコアの凹部に挿入された固定ピンが、介装部材の穴を通過する際に該穴の内周部分を塑性変形させてステータコアの凹部に進入させ、ステータコアをハウジングに固定するようにしたものであることにより、ステータコアの固定が確実となる。また、固定状態において、ステータコアの凹部内に進入させた固定ピンの先端部と凹部の底面との間に、隙間が形成されるようにしたので、固定ピンがステータコアに直接当接されていない為ステータコアの径方向の変形が防止される。

また、この発明に係る回転電機のステータコアの固定方法においては、固定ピンをハウジングの貫通穴からステータコアの凹部内に挿入する際に、該固定ピンの先端部で介装部材の小径の穴の内周部分を塑性変形させ、ステータコアの凹部内に進入させる一方、固定ピンと凹部の底部との間には隙間を設けるようにしたので、ステータコアの径方向の変形が防止され、しかもステータコアの固定が確実となり信頼性も向上する。

この発明の実施の形態１に係る回転電機を概略的に示す断面図。 図１に示されたステータコアの固定部を軸方向から見た概略断面図。 図２に示された固定部の拡大断面図であり、（ａ）は固定ピンの組付前、（ｂ）は固定ピンの組付後を示す。 図３に示された固定部における固定方法及び固定構造の要部を示す詳細断面図であり、（ａ）は介装部材の塑性変形前、（ｂ）は固定ピンによる塑性変形後を示す。 この発明の実施の形態２に係る回転電機のステータコアの固定部おける固定方法及び固定構造の要部を示す詳細断面図であり、（ａ）は介装部材の塑性変形前、（ｂ）は固定ピンによる塑性変形後を示す。 この発明の実施の形態３に係る回転電機のステータコアの固定部おける固定方法及び固定構造の要部を示す詳細断面図であり、（ａ）は介装部材の塑性変形前、（ｂ）は固定ピンによる塑性変形後を示す。 この発明の実施の形態４に係る回転電機のステータコアの固定部おける固定方法及び固定構造の要部を示す詳細断面図であり、（ａ）は介装部材の塑性変形前、（ｂ）は固定ピンによる塑性変形後を示す。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る回転電機を概略的に示す断面図、図２は図１に示されたステータコアの固定部を軸方向から見た概略断面図、図３は図２に示された固定部の拡大断面図であり、（ａ）は固定ピンの組付前、（ｂ）は固定ピンの組付後を示す。図４は図３に示された固定部における固定方法及び固定構造の要部を示す詳細断面図であり、（ａ）は介装部材の塑性変形前、（ｂ）は固定ピンによる塑性変形後を示す。図において、回転電機は、アルミ製のフレームからなる円筒状のハウジング１、ハウジング１の内周面に円筒状のリングからなる介装部材２を介して固定された円筒状のステータコア３、ハウジング１の両端部に固定されたブラケット１１、ブラケット１１に軸受１２を介して回転自在に支承されたシャフト４、シャフト４に取り付けられ、ステータコア３と電磁的な相互作用でトルクを発生するロータコア４１などを備えている。

ステータコア３は例えばケイ素鋼板などの鉄系の材料で構成されており、内周部側の磁極３１にコイル３２が巻装されている。なお、図２、図３ではコイル３２の図示を省略している。ステータコア３の外周面には、巻線時に使用される軸方向に平行で開口部が狭く底部側が広い断面台形状の溝からなる凹部３３が各磁極３１に対応して設けられている。ハウジング１にはステータコア３の回転方向の移動を規制するための固定ピン５が挿入される径方向の貫通穴１３が所定の凹部３３の位置に対応して複数（この例では周方向に３箇所）設けられている。介装部材２は鉄系の板材で円筒状に形成され、貫通穴１３に対応する位置に該貫通穴１３の内径よりも小径の穴２１が設けられており、ハウジング１の内周面に内嵌状態に係止され、さらにその内周面側にステータコア３が焼き嵌めなどで嵌合され同軸保持されている。

この際、介装部材２に設置された穴２１とステータコア３の外周部に設けられた巻線時に使用する凹部３３の位置を合せた状態で組み付ける。ここで、図３（ａ）、図４（ａ）に示すように、介装部材２に設けられた穴２１の内径は、ステータコア３の凹部３３の最小差渡し寸法（この例では溝の縁部の幅）Ｌより小さく、かつ固定ピン５の直径よりも小さい寸法関係になっており、便宜上、この穴２１を小径の穴２１と呼ぶ。小径の穴２１は、塑性変形し易くするために、図４（ａ）に示すようにハウジング１側（図の左側）の周縁部Ａを面取り加工することで、小径の穴２１以外の部分の厚みＴ（後述する図５に図示）よりも薄く形成されている。また、固定ピン５の先端部５ａの外周縁部は面取り加工されて、傾斜面Ｂが形成されている。その他の構成は、従来のものと同様であるので説明を省略する。

次に、この発明の典型的な特徴部分であるステータコア３の固定構造及び固定方法について説明する。まず、ハウジング１の貫通穴１３、介装部材２の穴２１、及びステータコア３の凹部３３の中心位置Ｃが合致するように介装部材２及びステータコア３をハウジング１に対して組み付ける。そして、ハウジング１の外径側から固定ピン５を貫通穴１３に圧入してゆく。図４（ａ）は固定ピン５の先端部５ａが介装部材２の穴２１の手前に至った状態に対応する。

その後、固定ピン５をさらに圧入すると、介装部材２の小径の穴２１に圧入される。この際、小径の穴２１の近傍は固定ピン５の圧入で塑性変形する寸法設定になっているため、固定ピン５の先端部の外周面によって塑性変形し、小径の穴２１の内周部分が固定ピン５と凹部３３の縁部で挟まれる形でステータコア３の凹部３３に入り込み、ステータコア３に対する回転方向の係止部２１Ｘが形成される。図４（ｂ）は固定ピン５の圧入が完了した状態に対応する。

上記のように、実施の形態１によれば、固定ピン５をハウジング１の貫通穴１３に圧入するときに、該固定ピン５によって介装部材２の小径の穴２１の内周部分を塑性変形させ、介装部材２の一部を固定ピン５とステータコア３の凹部３３の中に入り込ませることで、ステータコア３の回転方向の移動を阻止すようにしたので、固定ピン５とステータコア３の結合が強固になり信頼性も向上する。このため、従来技術における固定ねじの場合のように、ねじが緩んですきまが生じ、ステータコアがずれることがない。また、固定状態で固定ピン５とステータコア３は直接当接せず、固定ピン５の先端部５ａとステータコア３の凹部３３の底面とは隙間が形成されているため、ステータコア３の変形を抑制することができ、変形による特性変化を防止することができる。また、耐久性も向上する。

なお、固定ピン５を周方向の３箇所に合計３本設けた場合について説明したが、本数や設置位置などは固定力に応じて適宜設定することができる。また、ステータコア３の外周面に形成された軸方向に平行な溝からなる凹部３３を利用して固定するようにしたが、これに限定されるものではない。上記のような溝が設けられていないステータコアの場合、ステータコアの外周部に例えば有底の丸穴などを設けることで同様に構成できる。また、固定ピン５は断面が円形の他、長円形にしても良い。

実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２に係る回転電機のステータコアの固定部おける固定方法及び固定構造の要部を示す詳細断面図であり、（ａ）は介装部材の塑性変形前、（ｂ）は固定ピンによる塑性変形後を示す。図５（ａ）に示すように、介装部材２の小径の穴２１Ａは、内径が図４（ａ）に示す実施の形態１と同様であるが、外径側（図の左側）に固定ピン５の直径よりも大径の段部２２が形成され、固定ピン５を圧入する部分の厚みｔがそれ以外の介装部材２の厚みＴより薄く形成されている。その他の構成は実施の形態１と同様である。

上記のように構成された実施の形態２においては、小径の穴２１Ａの厚みｔを介装部材２の他の部分の厚みＴより薄くしたことにより、固定ピン５が介装部材２の小径の穴２１Ａの内周部分を塑性変形させる際の力を小さくすることが出来、組付性が向上するという実施の形態１に加えた更なる効果が得られる。

実施の形態３．
図６はこの発明の実施の形態３に係る回転電機のステータコアの固定部おける固定方法及び固定構造の要部を示す詳細断面図であり、（ａ）は介装部材の塑性変形前、（ｂ）は固定ピンによる塑性変形後を示す。図６（ａ）において、固定ピン５Ａは、圧入部の外径がステータコア３側ほど小径に、つまり、先端部５ａの傾斜面Ｂ１が図４（ａ）に示す実施の形態１よりも大きい長いテーパ状に形成されている。また、介装部材２Ｂの小径の穴２１Ｂの形状は図４（ａ）の場合と略同一であるが、この例では図４（ａ）の場合よりも内径が小さく、塑性変形部分が増えるように形成されている。その他の構成は実施の形態１と同様である。

上記のように構成された実施の形態３においては、固定ピン５Ａの圧入に伴う介装部材２Ｂの塑性変形部分が増加し、介装部材２Ｂの小径の穴２１Ｂの内周部分近傍が、ステータコア３の凹部３３の中により深く入り込み、図６（ｂ）に示すように介装部材２Ｂからなる係止部２１Ｘの回転方向の幅Ｗも大きくなるため、固定力がより強固となるという実施の形態１に加えた更なる効果が得られる。

実施の形態４．
図７はこの発明の実施の形態４に係る回転電機のステータコアの固定部おける固定方法及び固定構造の要部を示す詳細断面図であり、（ａ）は介装部材の塑性変形前、（ｂ）は固定ピンによる塑性変形後を示す。図７（ａ）において、介装部材２Ｃの小径の穴２１Ｃは、ステータコア３側ほど小径に、つまり、塑性変形部分が増えるようにテーパ状に形成されている。その他の構成は実施の形態３と同様である。

上記のように構成された実施の形態４においては、実施の形態３と略同様に介装部材２Ｃの塑性変形部分が増加していることで、固定ピン５Ａの圧入に伴う、ステータコア３の凹部３３の中に入り込む介装部材２Ｃが増加し、図７（ｂ）に示すように係止部２１Ｘの回転方向の幅や深さも実施の形態３と同様に大きくなり、固定力がより強固となるという実施の形態１に加えた更なる効果が得られる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態の一部または全部を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。例えば、円柱状の固定ピン５、５Ａをハウジング１に圧入固定する例を示したが、固定ピン５をおねじ構造として、ハウジング１にねじ固定する構造でも、同様の効果が得られる。また、介装部材２は円筒状のリングによって構成したが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、回転方向に対して１箇所で固定する場合、介装部材２を帯状の板材で構成するなど、適宜変更できる。また、構成部材の材料なども特に限定されないことは言うまでもない。

１ ハウジング、 １３ 貫通穴、 ２、２Ｂ、２Ｃ 介装部材、 ２１、２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ （小径の）穴、 ２１Ｘ 係止部、 ２２ 段部、 ３ ステータコア、 ３３ 凹部（溝）、 ４ シャフト、 ５、５Ａ 固定ピン、 ５ａ 先端部、 Ａ 周縁部、 Ｂ、Ｂ１ 傾斜面、 Ｃ 中心位置、 Ｌ 最小差渡し寸法（溝の幅）、 Ｗ 係止部の幅。

Claims (10)

1. 固定ピンが挿入される径方向の貫通穴が設けられた円筒状のハウジングと、このハウジングの内周面に配置され、上記貫通穴に対応する位置に穴が設けられた介装部材と、この介装部材を介して上記ハウジングに内嵌状態に保持され、上記穴に対応する外周面に凹部が設けられたステータコアとを備えた回転電機であって、上記凹部内に進入された上記固定ピンの挿入方向先端部と上記凹部の底面との間には隙間が形成され、かつ、上記介装部材の上記穴の内周部分は、上記固定ピンの挿入により塑性変形されて上記凹部内に進入されてなることを特徴とする回転電機。
2. 上記介装部材は、上記ハウジングに内嵌状態に保持されたリングからなることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 上記ステータコアの上記凹部は、該ステータコアの外周部に軸方向に平行に形成された断面が台形状で、開口部が狭く底部側が広い溝からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機。
4. 上記凹部の最小差渡し寸法は、上記介装部材に設けられた上記穴の直径よりも大きく形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の回転電機。
5. 上記固定ピンの挿入方向の先端部は、先端側ほど小径となるように傾斜されていることを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の回転電機。
6. 上記介装部材に設けられた上記穴は、上記貫通穴よりも小径に形成され、かつ、周縁部の厚みが、該穴以外の部分よりも薄く形成されたものであることを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の回転電機。
7. 固定ピンが挿入される径方向の貫通穴が設けられた円筒状のハウジングに対して、外周面に上記固定ピンの先端部を受け入れる凹部を有するステータコアを固定する回転電機のステータコアの固定方法であって、上記ハウジングの内周面と上記ステータコアの外周面との間に、上記固定ピンの外径よりも小径の穴を有する介装部材を、該小径の穴と上記貫通穴と上記凹部が一致するように介在させ、上記固定ピンを上記貫通穴から上記凹部内に挿入する際に、該固定ピンの先端部で上記介装部材の小径の穴の内周部分を塑性変形させて上記ステータコアの上記凹部内に進入させる一方、上記固定ピンと上記凹部の底部との間には隙間を設けることを特徴とする回転電機のステータコアの固定方法。
8. 上記介装部材の上記小径の穴の部分の厚みは、該小径部以外の厚みよりも薄く形成されていることを特徴とする請求項７に記載の回転電機のステータコアの固定方法。
9. 上記介装部材の上記小径の穴の内周面は、上記ハウジング側から上記ステータコア側に向けて小径となる傾斜面からなることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の回転電機のステータコアの固定方法。
10. 上記固定ピンは、挿入方向の先端部側ほど小径となるように外周面が傾斜されていることを特徴とする請求項７から請求項９の何れかに記載の回転電機のステータコアの固定方法。

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