JP5510088B2 - 回転電機のステータ - Google Patents

Description

本発明は回転電機のステータに関し、より詳細には、ステータの機械的強度の向上に関する。

ハイブリッド車や電気自動車に搭載される発電電動機などの回転電機には、コイルを有するステータを外周側に配置し、磁石を有するロータを内周側に配置したインナーロータ回転磁石形のものが多用されている。この種の回転電機のステータでは、従来、電磁鋼板などを環状に打ち抜いて形成した積層材料を積層してステータコアを形成している。環状の積層材料では歩留まりが低いので、等しい中心角で円周方向に分割した積層材料を積層する分割コアを用いることも一般的になってきている。複数の分割コアは、圧入や焼き嵌めなどの一体化技術により、筒状のステータホルダの内周面に嵌着される。これらの一体化技術では、まず、ステータホルダの内径が分割コアの外径よりもごくわずかに小さくなるように両者を別々に製作しておく。そして、圧入では、外力を加えて分割コアをステータホルダに強制的に押し込み、両者を一体化成形する。また、焼き嵌めでは、ステータホルダを加熱して膨張させ、分割コアを収容したのちにステータホルダを冷却して収縮させ、両者を一体化成形する。

分割コアを用いたステータで構成された交流モータの一例が特許文献１に開示されている。特許文献１のハイブリッド車両駆動装置に用いられる交流モータは、複数のステータ片（分割コア）をリング状に配列して構成されるステータと、ステータが圧入固定されるステータ保持リング（ステータホルダ）とを具備している。特許文献１に限らず一般的に、ステータホルダは円筒状とされ、その内径や肉厚などの諸寸法は分割コアの大きさや要求される機械的強度に合わせて適宜設計される。そのため、規格品の標準寸法の鋼管を使用することができず、金属製の矩形板材を円筒状に曲げ相互に当接した２つの辺縁を溶接してステータホルダを製造する場合が多い。

特許第３６６６７２７号公報

ところで、圧入や焼き嵌めなどにより、分割コアをステータホルダの内周面に嵌着する際には、ステータホルダに半径方向外向きの膨張力が作用して変形する。このとき、ステータホルダの溶接部の機械的強度が十分でないと、溶接部が弱点となってステータが破損するおそれが生じる。また、製造時だけでなく、回転電機の使用時にも繰り返し荷重や振動、衝撃などが作用するため、長期にわたってステータの機械的強度を維持することが必要である。ステータホルダの溶接部に補強材を追加したり肉厚寸法を大きくしたりすれば機械的強度が向上するのは当然であるが、部材点数や部材重量が増加して回転電機の大形化、重量化を招いてしまい、さらには製造工数も増加してコストアップになる。

本発明は、上記背景技術の問題点に鑑みてなされたもので、従来の部材点数および部材重量で製造コストを増加させることなく従来よりも機械的強度を向上した回転電機のステータを提供することを解決すべき課題とする。

上記課題を解決する請求項１に係る回転電機のステータの発明は、円筒状のステータホルダと、前記ステータホルダの内周面に嵌着されたコアと、前記コアに巻回されたコイルとを備える回転電機のステータにおいて、前記ステータホルダは、金属製の矩形板材が軸線回りに円筒状に曲げられて前記軸線方向に延在して相互に当接した前記矩形板材の２つの辺縁が溶接されて形成され前記コアを嵌着保持する円筒部と、前記円筒部の端部が半径方向に屈曲延出されたフランジ部から切り出されて形成され、溶接部の両側にわたって延在し前記円筒部から半径方向に突出する取り付け部と、前記コイルを外部に電気接続する端子台が取り付けられるとともに、前記溶接部の両側に形成された固定部により前記取り付け部に固定された台座部材と、を有することを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１において、前記矩形板材の前記２つの辺縁は、相互に嵌合する嵌合部を有することを特徴とする。

請求項１に係る回転電機のステータの発明では、ステータホルダは、金属製の矩形板材が円筒状に曲げられて２つの辺縁が溶接されて形成された円筒部と、円筒部の端部で溶接部の両側にわたって延在する取り付け部と、溶接部の両側に形成された固定部により取り付け部に固定された台座部材と、を有している。つまり、溶接部の元の２つの辺縁にまたがって固定されている台座部材は、溶接部を補強して機械的強度を向上している。台座部材は、端子台を取り付けるために従来から用いられている部材であり、溶接部の補強材の役割を兼ねることができる。したがって、従来の部材点数および部材重量で製造コストを増加させることなく、従来よりもステータの機械的強度を向上できる。

請求項２に係る発明では、円筒部の原材である矩形板材の２つの辺縁は、相互に嵌合する嵌合部を有している。このため、矩形板材を円筒状に曲げたときに２つの辺縁が嵌合部で嵌合しつつ相互に当接し、嵌合部を含んで溶接が行われる。したがって、嵌合部は前述の台座部材と協働して溶接部を補強しており、ステータの機械的強度をより一層向上できる。

本発明を実施する回転電機の構造を模式的に説明する軸線延長方向からみた平面図である。 実施形態におけるステータホルダの形状を説明する斜視図である。 実施形態のステータの取り付け部付近を外周側から見た断面図である。

本発明の実施形態の回転電機のステータについて、図１〜図３を参考にして説明する。図１は、本発明を実施する回転電機９の構造を模式的に説明する軸線ＡＸ延長方向からみた平面図である。回転電機９は、軸線ＡＸを中心として概ね軸対称に構成されており、同軸内側にロータ９１が配置され、同軸外側にステータ１が配置されている。ロータ９１は略円筒状であり、図１の紙面表裏方向に薄板環状の電磁鋼板が積層されて形成されている。また、ロータ９１の外周側の周方向にＮ極およびＳ極が交互に並ぶように、図略の複数の永久磁石が埋め込まれている。

実施形態のステータ１は、円筒状のステータホルダ２と、焼き嵌めによりステータホルダ２の内周面に嵌着されたコア３とを備えている。コア３は、図の例では２０個の分割コア３１が環状に配置されて構成されている。各分割コア３１は、紙面表裏方向に薄板状の電磁鋼板が積層されて形成され、半径方向内向きに延出する図略の磁極ティースを有している。各磁極ティースに導体が巻回されて図略のコイルが形成されている。

ステータホルダ２は、円筒部４、取り付け部５、後述する台座部材６(図１および図２では破線で示される)などで構成されている。図２は、ステータホルダ２の形状を説明する斜視図である。円筒部４および取り付け部５は、金属製の矩形板材から形成されている。

詳述すると、金属製の矩形板材が、まず軸線ＡＸ回りに円筒状に屈曲される。次に、軸線ＡＸ方向に延在して相互に当接した２つの辺縁４１、４５が溶接されて円筒部４が形成される。２つの辺縁４１、４５は、嵌合部を有している。すなわち、一方の辺縁４１には、根本側が狭く突出する先端側が広い略等脚台形状の凸嵌合部４２が予め形成されている。他方の辺縁４５には、凸嵌合部４２が嵌入する凹嵌合部４６が予め形成されている。凸嵌合部４２および凹嵌合部４６は、溶接に先立ち相互に嵌合される。２つの辺縁４１、４５が凸嵌合部４２および凹嵌合部４６を含んで溶接され、円筒部４になる。溶接によって２つの辺縁４１、４５が結合された部位が溶接部４９である。

次に、円筒部４の一方の端部が半径方向に屈曲延出されてフランジ部が形成される。フランジ部のうち溶接部の両側にわたる部分から、取り付け部５が切り出されて形成される。図１および図２に示されるように、取り付け部５は、中央取り付け部５１、一方取り付け部５２、および他方取り付け部５３の３つの部分からなっている。中央取り付け部５１は、溶接部４９の両側にわたって周方向に延在し、円筒部４から半径方向外向きに突出している。一方取り付け部５２は、一方の辺縁４１側から半径方向外向きに突出するように形成されている。同様に、他方取り付け部５３は、他方の辺縁４２側から半径方向外向きに突出するように形成されている。また、一方取り付け部５２および他方取り付け部５３にはそれぞれ、本発明の固定部に相当する固定孔５５、５６か穿設されている。

中央、一方および他方取り付け部５１、５２、５３の図中上面には、共通な平面が構成される。また、中央取り付け部５１と一方取り付け部５２との間には、ボルトの六角頭部を回転不能に挟持する一方挟持部５７が形成され、中央取り付け部５１と他方取り付け部５３との間にも他方挟持部５８が形成されている。

また、フランジ部の３箇所には、半径方向外向きに延びた取付フランジ８１、８２、８３が切り出されて形成される。２つの取付フランジ８１、８２にはそれぞれ、固定孔８１１、８２１および位置決め孔８１２、８２２が穿設され、３番目の取付フランジ８３には固定孔８３１のみが穿設される。位置決め孔８１２、８２２は、図略のケースにステータ１を組み付ける際に組み付け位置を定めるためのものであり、固定孔８１１、８２１、８３１はケースにステータ１を固定するためのものである。さらに、取り付け部５および取付フランジ８１、８２、８３以外の全周にわたり、幅狭の外周リブ８４が形成される。外周リブ８４は、ステータホルダ２の端部の強度を向上するためのものである。

上述の円筒部４の端部の屈曲延出加工、およびフランジ部の切り出し加工は、例えばプレス成形で行うことができ、これに限定されない。

図３は、完成したステータ１の取り付け部５付近を外周側から見た断面図である。図示されるように、台座部材６は、取り付け部５に固定されている。詳述すると、台座部材６は、図１および図２に示されるように略矩形であり、鋼製板材を基にして形成されている。台座部材６には、取り付け部５側の２つの固定孔５５、５６の位置に対応して、雌ねじを有する袋小路状の締込孔６１、６２が形成されている。また、取り付け部５側の一方挟持部５７および他方挟持部５８の位置に対応して、台座部材６を貫通する固定孔６３、６４が形成されている。そして、図３に示されるように、２本の台座固定ボルト６７、６８がそれぞれ、取り付け部５側の２つの固定孔５５、５６の図中下方から挿入され、台座部材６の締込孔６１、６２に締め込まれる。台座固定ボルト６７、６８の長さは、締込孔６１、６２に収まる適正長さとされている。これにより、台座部材６は、中央、一方および他方取り付け部５１、５２、５３の図中上面に載置されて固定される。

台座部材６の固定は、ステータホルダ２にコア３を焼き嵌めて嵌着する以前に行われる。これにより、台座部材６はステータホルダ２の溶接部４９の機械的強度を向上する補強材の役割を兼ねる。つまり、焼き嵌めの際にステータホルダ２に加わる半径方向外向きの膨張力に対し、凸および凹嵌合部４２、４６と協働して溶接部４９を補強する。なお、台座部材６と凸および凹嵌合部４２、４６が溶接部４９を補強する作用は、使用時の繰り返し荷重や振動、衝撃に対しても効果的となる。

ステータホルダ２にコア３を嵌着した後、端子台７が台座部材６に載置されて固定される。図３に示されるように、樹脂製の端子台７には、取り付け部５側の一方挟持部５７および他方挟持部５８の位置に対応して、その底面を貫通する固定孔７１、７２が形成されている。そして、２本の端子台固定ボルト７３、７４がそれぞれ、取り付け部５側の一方挟持部５７および他方挟持部５８に図中下方から挿入され、六角頭部７３１、７４１が回転不能に挟持される。端子台固定ボルト７３、７４の各軸部７３２、７４２は、台座部材６の固定孔６３、６４および端子台７の固定孔７１、７２を通り抜けて端子台７の内部に到達する。端子台７の内部側では、２個の固定ナット７５、７６がそれぞれ、固定ボルト７３、７４の軸部７３２、７４２に螺合して締め込まれる。これにより、端子台７が台座部材６に固定される。この後、端子台７を用い、コイルが外部に電気接続される。

本実施形態において、台座部材６は、端子台７を取り付けるために従来から用いられている部材であり、溶接部４９の補強材の役割を兼ねることができる。したがって、従来の部材点数および部材重量で製造コストを増加させることなく、従来よりもステータ１の機械的強度を向上できる。

１：ステータ
２：ステータホルダ
３：コア ３１：分割コア
４：円筒部
４１：辺縁 ４２：凸嵌合部 ４５：辺縁 ４６：凹嵌合部
４９：溶接部
５：取り付け部
５１：中央取り付け部 ５２：一方取り付け部 ５３：他方取り付け部
５５、５６：固定孔（固定部） ５７：一方挟持部 ５８：他方挟持部
６：台座部材
６１、６２：締込孔 ６３、６４：固定孔 ６７、６８：台座固定ボルト
７：端子台
７１、７２：固定孔 ７３、７４：端子台固定ボルト ７５、７６：固定ナット
８１、８２、８３：取付フランジ ８４：外周リブ
９：回転電機

Claims (2)

1. 円筒状のステータホルダと、前記ステータホルダの内周面に嵌着されたコアと、前記コアに巻回されたコイルとを備える回転電機のステータにおいて、
   前記ステータホルダは、金属製の矩形板材が軸線回りに円筒状に曲げられて前記軸線方向に延在して相互に当接した前記矩形板材の２つの辺縁が溶接されて形成され前記コアを嵌着保持する円筒部と、
   前記円筒部の端部が半径方向に屈曲延出されたフランジ部から切り出されて形成され、溶接部の両側にわたって延在し前記円筒部から半径方向に突出する取り付け部と、
   前記コイルを外部に電気接続する端子台が取り付けられるとともに、前記溶接部の両側に形成された固定部により前記取り付け部に固定された台座部材と、
   を有することを特徴とする回転電機のステータ。
2. 請求項１において、前記矩形板材の前記２つの辺縁は、相互に嵌合する嵌合部を有することを特徴とする回転電機のステータ。

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