JP5371490B2 - ステータおよびモータ - Google Patents

Description

本発明は、ステータおよびモータに関するものである。

一般的に、インナーロータ型のモータは、環状のステータ（固定子）の内側に形成された空間にロータ（回転子）が配置され、ロータがステータに対して回転可能に構成されたものである。このようなモータのステータとして、ヨーク部とティース部とを有するステータ鉄心片を複数枚積層して分割ステータコアを構成し、該分割ステータコアを環状に連結してステータコアを形成し、ティース部にコイルを巻回したものが提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。

特許文献１のステータは、複数の分割ステータコアをピンで連結することで、リング状のステータコアを形成している。また、特許文献２のステータは、ステータコアの外周面に熱硬化性樹脂のシートを巻くとともに、分割ステータコアの外周部に設けた有孔突起部にボルトを通して端板を貫通させることで、複数の分割ステータコアを円環状に保持するようにしている。

特開２０００−２０１４５８号公報 特開２００７−２９５７４０号公報

ところで、特許文献１のステータは、分割ステータコアをピンで連結することで、小型高効率のモータの生産性を向上することが可能となるが、ピンのガタなどでステータコアを円環状に保持することが困難である。特に、電気自動車の駆動モータなど大きな回転力を発生するモータではピンやカシメなどでの固定だけではステータコアの真円度を保持することが困難である。

また、特許文献２のステータは、ステータコアの外側に熱硬化性樹脂シートを巻いて円環固定する場合、円環の固定は容易であるが、加熱工程が必要となり、生産性が低下し、製造コストもかかる。また、有孔突起部が形成された分割ステータコアと有孔突起部の無い分割ステータコアとでステータコアが構成されており、それぞれ異なる型で製造する必要がある。つまり、製造コストがかかるとともに、端部において円環保持が困難になるという問題がある。

そこで、本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、分割ステータコアを用いる場合に、真円度を保持することができ、高効率化を図ることができるステータおよびモータを提供するものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、ティース部（例えば、実施形態におけるティース１５）とヨーク部（例えば、実施形態におけるヨーク１３）とを有するステータ鉄心片（例えば、実施形態における平板鋼板５１）が複数積層されて形成される分割ステータコア（例えば、実施形態における分割コア１１）を複数連結して円環状にすることで形成されるステータ（例えば、実施形態におけるステータ１）において、前記ステータ鉄心片に、前記ティース部を境に前記ヨーク部の形状が非対称となるように突出部（例えば、実施形態における突出部３１）が形成され、前記ステータ鉄心片における前記ティース部を同一位置で積層するとともに、前記突出部が交互に位置するように積層して前記分割ステータコアが形成され、前記突出部が隣接する分割ステータコア同士の連結部（例えば、実施形態における連結部３３）として構成され、該連結部には前記隣接する分割ステータコア同士を連結する連結孔（例えば、実施形態における連結孔３４）が形成され、該連結孔には前記隣接する分割ステータコア同士を回動自在に支持する連結ピン（例えば、実施形態における連結ピン３５）が設けられ、前記分割ステータコアを複数連結し、円環状に形成したときに複数の前記連結ピンと結合し、円環状態を保持可能な端面板（例えば、実施形態における端面板４１）を備えており、前記突出部に前記ステータ鉄心片の外側より外方へ向かって突出された外方突出部（例えば、実施形態における外方突出部３２）が形成され、前記連結部が前記外方突出部に形成されており、円環状態において、隣接する前記分割ステータコアの前記外方突出部は、軸方向視で互いに軸方向端面の一部が周方向に露出するような形状に形成されており、前記分割ステータコアの外周面に冷媒が通流可能に構成されていることを特徴としている。

請求項４に記載した発明は、上述のいずれかに記載のステータを備えたモータであって、前記端面板の径方向長さが前記突出部の外周縁よりも長く形成され、前記ステータを収納するハウジング（例えば、実施形態におけるモータハウジング９１）と前記端面板とを接触させ、前記ハウジングの内面（例えば、実施形態における内周面９２）と前記ステータの外周面との間に冷媒通路（例えば、実施形態における空間部Ｓ）を形成することを特徴としている。

請求項１に記載した発明によれば、複数の分割ステータコアを回動自在の連結ピンで繋ぐことにより、帯状に展開することが可能となる。したがって、隣接するティース部間の距離が大きく確保されるため、巻線を容易にティース部間に挿入することができる。つまり、ステータを小型化することができ、結果として小型・高効率なモータを製造することができる。また、分割ステータコアを円環状に保持するための端面板を設けたため、大きな回転力が加わっても、強固に円環状態を保持することができる。つまり、分割ステータコアの真円度を保持することができる。さらに、端面板と分割ステータコアとの間を連結ピンを用いて結合するため、端面板を固定するための新たな固定構造が不要であり、簡易な構成で分割ステータコアを円環状態に保持することができる。

また、連結部を外方突出部に形成することにより、磁路上に連結部が配されることがなくなり、ステータコアを分割しても磁気抵抗を増加させることがなくなる。したがって、ステータコアを分割して帯状に展開することが可能となり、巻線を容易にティース部間に挿入することができる。つまり、ステータを小型化することができ、結果として小型・高効率なモータを製造することができる。

さらに、外方突出部によりステータコアの外周面の表面積が増加しており、該外周面に冷媒を通流させることにより、ステータを効果的に冷却することができる。したがって、モータの高出力化を図ることができる。

請求項２に記載した発明によれば、端面板、ステータ外周面およびハウジングとで囲まれた空間を冷媒通路として構成することにより、モータ全体の容積を小さくすることができるとともに、冷却性能を向上することができる。

本発明の実施形態におけるステータの斜視図である。 本発明の実施形態におけるステータの正面図である。 本発明の実施形態における分割コアの正面図である。 図３のＡ−Ａ線に沿う断面部である。 本発明の実施形態における分割コアの斜視図である。 本発明の実施形態における分割コアが帯状に連結された状態を示す部分斜視図である。 本発明の実施形態における帯状に配された分割コアにコイルを挿入する状態を示す部分斜視図である。 本発明の実施形態における帯状に配された分割コアを円環状にした状態を示す正面図である。 本発明の実施形態における端面板の正面図である。 図９のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 本発明の実施形態における円環状のステータに端面板を配置した状態を示す部分断面図である。 図１１の状態から連結ピンの頭部をカシメて端面板をステータに固定した状態を示す部分断面図である。 本発明の実施形態におけるステータをモータハウジングに圧入固定する前の状態を示す斜視図である。 本発明の実施形態におけるステータをモータハウジングに圧入固定した後の状態を示す部分断面図である。 本発明の実施形態におけるステータをモータハウジングに圧入固定した後の状態を示す斜視図である。 本発明の実施形態における冷媒の流れを説明する図である。 本発明の実施形態における連結ピンの別の態様を示す部分断面図である。 本発明の実施形態におけるステータとモータハウジングとの固定方法の別の態様を示す斜視図である。 本発明の実施形態におけるステータとモータハウジングとの固定方法のさらに別の態様を示す部分断面図である。

次に、本発明の実施形態を図１〜図１９に基づいて説明する。なお、本実施形態では車両などに取り付けるモータのステータ構造の場合で説明する。
図１はステータの斜視図であり、図２はステータの平面図である。なお、図２においては、コイル２０はステータコア１０面上での断面図で示し、端面板４１（後に詳述）の図示を省略している。図１、図２に示すように、ステータ１は、円環状に構成されたステータコア１０と、ステータコア１０のティース１５に巻回されたコイル２０とを備えている。ステータ１の円環状の中心に形成された空間には、図示しないロータが回転可能に配置される。

ステータコア１０は、複数の分割コア１１が環状に連結されて構成されている。ステータコア１０は、円環状の外周を構成するヨーク１３と、ヨーク１３から円環状の中心に指向して突出されたティース１５と、ティース１５の先端を構成する先端部１７と、を備えている。また、隣接するティース１５同士の間には、空間部（以下、スロット１９という。）が形成されている。そして、ティース１５に巻き回したコイル２０をスロット１９に配置することで、上記のようにステータ１が形成される。

図３は分割コアの平面図である。図３に示すように、分割コア１１は、ヨーク１３、ティース１５、および先端部１７が形成された平板鋼板５１が複数積層されて構成されている。この分割コア１１を構成する平板鋼板５１は、プレス成型により容易に製造することができる。ここで、一つの分割コア１１には、一つのティース１５が形成されている。つまり、ティース１５ごとに分割コア１１は分割されている。

ここで、ヨーク１３には、ティース１５を境に該ヨーク１３の形状が非対称となるように平面視で一方側に突出部３１が形成されている。また、突出部３１には平板鋼板５１の外周より径方向外方へ向かって突出された外方突出部３２が形成されている。この外方突出部３２は隣接する分割コア１１との連結部３３として構成されている。連結部３３にはステータ１の軸方向に沿う方向に連結孔３４が形成されており、該連結孔３４には隣接する分割コア１１同士を連結するための連結ピン３５が挿通可能に構成されている。

なお、ヨーク１３における突出部３１が形成された反対側には、隣接する平板鋼板５１の突出部３１の内周面３６に当接可能な突起３７が形成されている。この突起３７は、分割コア１１を帯状に配置した際に、隣接する分割コア１１，１１のヨーク１３，１３間に形成される隙間３８を塞ぐ大きさで形成されている。

図４は図３のＡ−Ａ線に沿う断面図である。また、図５が分割コア１１の斜視図である。図４、図５に示すように、分割コア１１は平板鋼板５１が複数枚積層され、それらが接合されて所望の厚みを有している。このとき、上下に隣接（積層）する平板鋼板５１の表裏面が逆になるように積層されている。つまり、突出部３１がティース１５を境に交互に突出されるように積層されている。

ヨーク１３の突出部３１が形成された側における隣接する分割コア１１に面した側面が、第１環状時当接部２８として構成される。また、ヨーク１３の突起３７が形成された側における隣接する分割コア１１に面した側面が、第２環状時当接部２９として構成される。つまり、第２環状時当接部２９の外形は、第１環状時当接部２８と略同一形状の凹状に形成されている。分割コア１１が帯状に連結された状態では、第１環状時当接部２８と第２環状時当接部２９とが離反するように構成され（図３参照）、分割コア１１が環状に連結された状態では、第１環状時当接部２８と第２環状時当接部２９とが当接する（図２参照）ように構成されている。

また、第２環状時当接部２９におけるティース１５側の端部に、突起３７が形成されている。この突起３７により、コイル２０が第１環状時当接部２８と第２環状時当接部２９との間（隙間３８）に入り込んで損傷するのを防止できるようになっている。さらに、上下方向に隣接する分割コア１１の表裏面が逆になるように積層されているため、突起３７が上下方向において交互に配置されるように積層されている。このようにすることで、後に取り付けられるコイル２０が第１環状時当接部２８と第２環状時当接部２９との隙間に入り込むことをより確実に防止することができる。

次に、分割コア１１を連結してステータコア１０を形成する手順を説明する。
図６は分割コアの帯状時の部分斜視図である。図６に示すように、平板鋼板５１を積層・接合し、所望の厚みに形成された分割コア１１を複数用意し、その分割コア１１を同じ向きに並べる。そして、隣接する分割コア１１同士を連結する。このとき、隣接する分割コア１１同士の連結部３３が平面視で重なるように（上下方向に交互に配置されるように）配置し、連結部３３に形成された連結孔３４が軸方向に連通するように配置する。そして、連通した連結孔３４に連結ピン３５を挿通し、例えば連結ピン３５の頭部をカシメることにより、分割コア１１同士を連結する。したがって、分割コア１１を帯状に連結した際に、帯状の状態を確実に保持できる。このようにして、複数の分割コア１１を帯状に連結する。なお、本実施形態では、２段カシメが可能な連結ピン３５を採用している。つまり、連結ピン３５を連結孔３４に挿通した後に、まず連結ピン３５の両端をカシメて隣接する分割コア１１，１１を連結し、その後端面板４１を取り付けるためにもう一度連結ピン３５をカシメることができるようになっている。

分割コア１１を全て連結した後、スロット１９にコイル２０を配置する。具体的には、図７に示すように、帯状に配置された分割コア１１のスロット１９内に予め分布巻きされたコイル２０を挿入する。このとき分割コア１１が帯状に配置されているため、スロット１９が大きく確保されており、コイル２０を容易にスロット１９内に挿入することができる。

次に、図８に示すように、スロット１９内にコイル２０が挿入された後、帯状に連結された分割コア１１を環状に変形し、帯状時の両端の分割コア１１同士を連結させて円環状にする。このとき、第１環状時当接部２８と隣接する分割コア１１の第２環状時当接部２９とが当接する。また、隣接する分割コア１１同士は、連結ピン３５を中心に回動することにより帯状に配された分割コア１１を容易に円環状にすることができる。

次に、円環状に保持された分割コア１１に端面板４１を取り付ける。図９に示すように、端面板４１は、正面視略真円形状の部材であり、ヨーク１３の外周縁および外方突出部３２を覆う大きさで形成されている。また、図１０に示すように、端面板４１は側面視における断面形状が略コ字状に形成され、第１折曲部４２がヨーク１３の外周縁に当接し、第２折曲部４３が外方突出部３２の外周縁に当接するように形成されている。また、端面板４１には、連結ピン３５に形成された端面板カシメ用の突起４５（図１１参照）が挿通可能な貫通孔４４が形成されている。

図１１に示すように、端面板４１の貫通孔４４を連結ピン３５の突起４５に挿通するとともに、第１折曲部４２および第２折曲部４３がそれぞれヨーク１３の外周縁および外方突出部３２に当接するように配置する。なお、端面板４１の外周面４６は、外方突出部３２の外周縁よりも若干径方向外側に位置するように形成されている。

図１２に示すように、連結ピン３５の頭部（突起４５）をカシメることにより端面板４１がステータ１に取り付けられる。端面板４１は正面視略真円形状に形成されているため、ステータ１も略真円形状に強固に保持される。端面板４１は、ステータ１の両面に取り付けられる。

次に、このように略真円形状に保持されたステータ１をモータハウジング９１に取り付ける。図１３に示すように、本実施形態ではモータハウジング９１と端面板４１とが当接して圧入固定される。つまり、端面板４１の外周面４６とモータハウジング９１の内周面９２とが当接して圧入固定される。

図１４に示すように、ステータ１をモータハウジング９１に圧入固定することにより、端面板４１、ステータ１およびモータハウジング９１の内周面９２で囲まれた空間部Ｓが形成される。

図１５に示すように、本実施形態では、空間部Ｓに冷媒（例えば、冷却用油）を供給できるように構成されている。具体的には、端面板４１に冷却用油などの冷媒を供給するための供給配管６１が設けられているとともに、冷媒を空間Ｓ内から排出するための排出口６２が形成されている。なお、供給配管６１はモータを車両に設置したときに上方になるように配置し、排出口６２は下方になるように配置すると冷媒の流れがスムーズになり好ましい。

図１６に示すように、空間Ｓ内に供給された冷媒は、ステータ１の外周面に沿って矢印の方向に流通して、ステータ１およびコイル２０を冷却できるようになっている。また、本実施形態では、平板鋼板５１に外方突出部３２が形成されているため、ステータ１の外周面積が大きくなっているため、冷却効率を向上することができる。また、ステータ１（端面板４１）とモータハウジング９１とを圧入固定した際に形成された空間Ｓを冷媒流路に利用しているため、ステータ１の冷却用にウォータジャケットなどをモータハウジング９１に形成する必要がなくなるため、モータの小型化を図ることができる。

本実施形態によれば、複数の分割コア１１を回動自在の連結ピン３５で繋ぐことにより、帯状に展開することが可能となる。したがって、隣接するティース１５，１５間の距離（スロット１９）が大きく確保されるため、コイル２０を容易にティース１５，１５間に挿入することができる。つまり、ステータ１を小型化することができ、結果として小型・高効率なモータを製造することができる。また、分割コア１１を円環状に保持するための端面板４１を設けたため、大きな回転力が加わっても、強固に円環状態を保持することができる。つまり、分割コア１１の真円度を保持することができる。さらに、端面板４１と分割コア１１との間を連結ピン３５を用いて結合するため、端面板４１を固定するための新たな固定構造が不要であり、簡易な構成で分割コア１１を円環状態に保持することができる。

また、連結部３３を外方突出部３２に形成することにより、磁路上に連結部３３が配されることがなくなり、ステータコア１０を分割しても磁気抵抗を増加させることがなくなる。したがって、ステータコア１０を分割して帯状に展開することが可能となり、コイル２０を容易にティース１５，１５間に挿入することができる。つまり、ステータ１を小型化することができ、結果として小型・高効率なモータを製造することができる。

また、外方突出部３２によりステータコア１０の外周面の表面積が増加しており、該外周面に冷媒を通流させることにより、ステータ１を効果的に冷却することができる。したがって、モータの高出力化を図ることができる。

さらに、端面板４１、ステータ１の外周面およびモータハウジング９１とで囲まれた空間部Ｓを冷媒通路として構成することにより、モータ全体の容積を小さくすることができるとともに、冷却性能を向上することができる。

尚、本発明は上述した実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な構造や数値などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
例えば、本実施形態において、第１帯状時接合部と第２帯状時接合部とが略直線形状で構成された場合の説明をしたが、一方に凸形状を有し、他方に凹形状を有して嵌合できるようにしてもよい。

また、本実施形態において、分割コアを連結する連結ピンを２段カシメができるように構成し、分割コアを連結した後、端面板をカシメて取り付けするように構成した場合の説明をしたが、図１７に示すように、分割コア１１を連結する際に、中空リベット６１を用いて連結し、端面板４１を取り付ける際には、端面板４１の貫通孔４４および中空リベット６１の貫通孔６２を挿通する連結ピン６３を用いて端面板４１を固定するようにしてもよい。

また、本実施形態において、端面板とモータハウジングとを圧入固定することでステータを取り付けた場合の説明をしたが、図１８に示すように、ボルト締結用のフランジ７１，７２を端面板４１およびモータハウジング９１に設けて、ボルト締結してもよい。

さらに、本実施形態において、ステータの両面に端面板を取り付けた場合の説明をしたが、図１９に示すように、端面板４１は一方のみに設け、他方はモータハウジング９１に形成された端面板４１と断面略同一形状のステータ保持部８１にステータ１を当接させるようにしてもよい。
そして、本実施形態では、平板鋼板５１を一枚ずつ突出部３１がティース１５を挟んで交互に位置するように積層した場合の説明をしたが、同じ向きに数枚積層された平板鋼板５１を複数個用意して、それぞれの突出部３１がティース１５を挟んで交互に位置するようにして積層してもよい。

１…ステータ １１…分割コア（分割ステータコア） １３…ヨーク（ヨーク部） １５…ティース（ティース部） ３１…突出部 ３２…外方突出部 ３３…連結部 ３４…連結孔 ３５…連結ピン ４１…端面板 ５１…平板鋼板（ステータ鉄心片） ９１…モータハウジング（ハウジング） ９２…内周面（内面） Ｓ…空間部（冷媒通路）

Claims (2)

1. ティース部とヨーク部とを有するステータ鉄心片が複数積層されて形成される分割ステータコアを複数連結して円環状にすることで形成されるステータにおいて、
   前記ステータ鉄心片に、前記ティース部を境に前記ヨーク部の形状が非対称となるように突出部が形成され、
   前記ステータ鉄心片における前記ティース部を同一位置で積層するとともに、前記突出部が交互に位置するように積層して前記分割ステータコアが形成され、
   前記突出部が隣接する分割ステータコア同士の連結部として構成され、
   該連結部には前記隣接する分割ステータコア同士を連結する連結孔が形成され、
   該連結孔には前記隣接する分割ステータコア同士を回動自在に支持する連結ピンが設けられ、
   前記分割ステータコアを複数連結し、円環状に形成したときに複数の前記連結ピンと結合し、円環状態を保持可能な端面板を備えており、
   磁路を避けるように前記ステータ鉄心片の外側より外方へ向かって突出された外方突出部が形成され、前記連結部が前記外方突出部に形成されており、
   円環状態において、隣接する前記分割ステータコアの前記外方突出部は、軸方向視で互いに軸方向端面の一部が周方向に露出するような形状に形成されており、
   前記分割ステータコアの外周面に冷媒が通流可能に構成されていることを特徴とするステータ。
2. 請求項１に記載のステータを備えたモータであって、
   前記端面板の径方向長さが前記突出部の外周縁よりも長く形成され、前記ステータを収納するハウジングと前記端面板とを接触させ、
   前記ハウジングの内面と前記ステータの外周面との間に冷媒通路を形成することを特徴とするモータ。

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