JP5659803B2 - 回転電機及び回転電機の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機に関し、特にステータとハウジングの固定方法の改良に関するものである。

回転電機はロータとステータとハウジングなどから構成される。ステータをハウジングに固定する方法として、特許文献１は、ステータ取付面を有するハウジングにステータを焼き嵌めする方法を開示している。ステータとハウジングを焼き嵌めによって固定する場合、加熱炉などの設備費と設置スペースおよびその管理費は回転電機の製造コストを高める要因になる。また、焼き嵌めによりステータにはハウジングからの応力が加わる。ステータコアに生じたひずみは、トルク脈動の増加やモータ効率の低下を引き起こす。

これに対し、特許文献２は、ステータの外周面とハウジングの内周面の間に接着剤を注入して固定する方法を開示している。この場合、ステータは、ステータの外径よりもわずかに大きな直径の内周面を有するハウジングに載置される。

特開２００４−２０１４２８号公報 特開平９−１０３０４１号公報

ステータとハウジングを接着剤により固定する製造方法の場合、接着剤の使用量が多くなると、製造コストが高くなる。このため、回転電機の製造方法において接着剤の使用量削減に対する要望が高まっている。

この発明に関わる回転電機は、ステータコアにコイルが巻回されているステータと、外周部を貫通する注入口が設けられていて、ステータを囲繞するハウジングと、ハウジングに支持されたロータと、ステータとハウジングの間に形成された隙間を充填し、金属破砕体を含む接着層とを備えているものである。

この発明に関わる回転電機は、上記のような構成とした結果、ステータをハウジングに安定して固定できる。また、接着剤の使用量が減少するので、回転電機の製造費上昇を抑制することができる。

本発明の実施の形態に係わる回転電機の正面模式図である。 本発明の実施の形態に係わるステータとハウジングの固定部を示す部分断面図である。 粒体の断面形状を示す図である。 本発明に係わる回転電機の製造方法のうち、前工程を示す図である。 金属シートおよびコイル巻き線の廃材から粒体を形成する工程を示す模式図である。 粒体を隙間に投入する工程を示す図である。 本発明の実施の形態２に係わる回転電機の製造方法を示している。 本発明の実施の形態３に係わる回転電機の製造方法を示している。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係わる回転電機の正面模式図である。回転電機１０はステータ１とハウジング２とロータ５から構成される。ステータ１はステータコア１ａとコイル巻線１ｂを備えている。ステータコア１ａは電磁鋼板などの金属シートからプレスで打ち抜かれたものを積層して形成される。ハウジング２は、例えばアルミのダイキャスト製である。

ロータ５は回転軸４、永久磁石９などから構成される。回転軸４はハウジング２に回動可能に支持されている。永久磁石９はロータ５の外周に取り付けられる。ステータ１を中空状のハウジング２の内側に収納することにより、隙間３が形成される。隙間３には接着層８が充填されている。

図２は、ステータ１とハウジング２の固定部分を示す部分断面図である。鋳造でハウジング２を製造する場合、鋳抜き後のハウジングの内周面２ａには追加工を行なわないことが望ましい。ステータ１の外周面１ｃとハウジング２の内周面２ａとの間には、隙間３が形成されている。接着層８は、粒体６と結合材７から構成される。結合材７は粒体６と粒体６との間に浸透するとともに、ステータ１、ハウジング２、及び、粒体６を互いに接着により結合する。ハウジング２の内周面２ａが鋳抜き後の状態でも接着層８は接着強度を確保できる。

ステータ１はハウジング２に収納されるとき、設置面２ｄに載置される。ハウジング２の外周部２２には、注入口２ｃが設けられている。注入口２ｃは、ハウジング２の外周面２ｂから内周面２ａに向けて、ステータ１の径方向に貫通している。ハウジング２の設置面２ｄには、注入口２ｃとつながっている凹状の注入溝２ｅが、リング状に設けられている。

注入溝２ｅは、設置面２ｄにおいて、ステータ１の径方向に１箇所以上設けられる。図の例では、注入溝２ｅは２箇所設けられている。注入溝２ｅの幅は粒体６のサイズよりも小さい。結合材７は注入溝２ｅを浸漬し、隙間３へ流れ込む。結合材７は所定条件下で固化し、ステータ１とハウジング２と粒体６を結合する接着層８が形成される。図には注入口２ｃが１箇所設けられているが、ハウジング２の周方向に複数設けても同様の効果が得られる。

粒体６の断面形状の例を説明する。図３（１）〜図３（３）は、略円形状の固形体、図３（４）は略Ｉ字状の固形体、図３（５）は略Ｌ字状の固形体、図３（６）は略Ｖ字状の固形体を示している。結合材７の種類については、アクリル系接着剤などの有機系接着剤の他に、セメントなどの無機系接着剤などを用いてもよい。結合材７は、隙間３に粒体６を充填した場合でも、ステータ１の外周面１ｃとハウジング２の内周面２ｃの間、および注入溝２ｅの間に十分な結合面を得ることができる粘度を有する。

次に、本願発明の実施の形態１にかかる回転電機の製造方法について説明する。まず図４に示すように、ハウジング２にステータ１が取り付けられる。ステータ１は位置決め治具１３を用いてハウジング２の中央部に位置決めされる。粒体６は、ステータコア１ａ若しくはコイル１ｂと同じ材料からなる金属の破砕物である。

電磁鋼板などの金属シートをプレス加工することにより、ステータコア１ａの各層の一部を構成する略Ｔ字型の金属片が得られる。図５は、略Ｔ字型の部分が打ち抜かれた後の金属シートの廃材１１が示されている。得られた略Ｔ字型の金属片を円形に配置すると共に、積層することにより、ステータコア１ａが形成される。

ステータコア１ａにコイル１ｂを巻くことにより、ステータ１が形成される。このようにして得られたステータ１をハウジング２に収納することにより、ステータ１の外周面１ｃとハウジング２の内周面２ａとの間に、隙間３が形成される。

続いて隙間３の上方開口部から複数の粒体６と結合材７を投入する。粒体６は、略Ｔ字型の金属片が打ち抜かれた金属シートから得られる廃材１１や、コイル巻き線の廃材１２を細かく破砕することにより得られる。結合材７が、適度な過熱、冷却、あるいは時間経過により、固まることにより、ステータ１の外周面１ｃ、ハウジング２の内周面２ａ、及び、粒体６が互いに接着される。このようにして、接着層８が形成され、ステータ１がハウジング２に接着により固定される。

ステータ１とハウジング２を接着剤のみで結合する場合、接着強度を確保するためには、接着層の厚さを０．１ｍｍ以下、好ましくは０．０３〜０．１ｍｍ程度に設定することが要求される。しかし、鋳造でハウジング２を製造した場合、鋳抜き後のハウジング２の寸法公差は±２〜１０ｍｍ程度である。ハウジング２の成形後に内周面２ａの追加工を行なわなければ、接着層が０．１ｍｍよりかなり厚くなる。接着層が厚くなると、接着強度が低下する。

本実施の形態によれば、ステータ１の外周面１ｃとハウジング２の内周面２ａの隙間３に粒体６を充填し、結合材７によってステータ１を固定するため、接着層８が厚くなる場合においても、高強度にステータ１とハウジング２を固定することができる。また、結合材７の使用量を低減することが可能となり、製造コストの抑制を図ることができる。

粒体６に鉄や銅などの金属材料を用いることで、接着層８の放熱性や磁気特性が向上し、製品の特性向上を図ることができる。加えて、この実施の形態では、ステータ１の外周面１ｃとハウジング２の内周面２ａの隙間３に入れる粒体６に、ステータコア１ａを電磁鋼板などの金属シートからプレス加工して形成した際に生じる廃材１１や、コイル巻線１ｂの廃材１２を用いたので、廃材の再利用が可能となり、工場内での材料歩留まりが良くなる。

実施の形態２．
実施の形態２に係る回転電機の製造方法を図に基づいて説明する。まず図４に示したように、ステータ１がハウジング２に取り付けられる。ステータ１は位置決め治具１３などを用いてステータ１の中央部に位置決めされる。次に、図６に示すようにステータ１が位置決めされた状態で、粒体６が隙間３へ投入される。その後、図７に示すようにハウジング２に設けられた注入口２ｃからディスペンサ１４を使って結合材７が注入される。結合材７は、ハウジング２におけるステータ１の設置面２ｄに設けられた凹状の溝２ｅを介して隙間３内に流入し、接着層８が形成される。結合材７が硬化した後に、位置決め治具１３が取り除かれる。

通常、プレス加工や廃材の破砕工程と、隙間３に接着層８を形成する工程との間にはタイムラグがある。ある特定の一回のプレス加工で得られた略Ｔ字型の金属片と、その特定のプレス加工時に生じた廃材から得られる粒体６を、異なる回転電機の製造に用いても同様の効果を奏することは言うまでもない。

また、あるロットで製造された略Ｔ字型の金属片と、この金属片とは異なるロット（異なる回のプレス加工）で得られた廃材とが１つの回転電機の製造に用いられる場合も本願発明に含まれる。また、隙間３に入れられる粒体６の全てが、回転電機を製造する際に生じる廃材で構成される場合の他、隙間３に入れられる粒体６の一部がそのような廃材で構成されていても良い。

本実施の形態によれば、ハウジング２の外周面２ｂから内周面２ａの底部へ貫通している注入口２ｃと、注入口２ｃとつながるように設けられた凹状の注入溝２ｅを介して結合材７が注入されるため、結合材７が隙間３内に均一に流入され、ステータ１を安定して固定することができる。

実施の形態３．
実施の形態３に係る回転電機の製造方法を図に基づいて説明する。前工程では、図４と同様に、ステータ１がハウジング２に取り付けられ、位置決め治具１３などを用いてステータ１が位置決めされる。次に、図８に示すようにステータ１が位置決めされた状態で、あらかじめ粒体６が混入された結合材７がディスペンサ１４を使ってハウジング２に設けられた注入口２ｃから注入される。結合材７は、ハウジング２におけるステータ１の設置面２ｄに設けられた凹状の溝２ｅを介して隙間３内に流入し、接着層８が形成される。結合材７が硬化した後に、位置決め治具１３が取り除かれる。

本実施の形態によれば、ステータ１をハウジング２に位置決め挿入した後で、あらかじめ粒体６が混入された結合材７を、ハウジング２に設けられた注入口２ｃと注入溝２ｅを介して隙間３へ直接注入するため、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

１ ステータ、１ａ ステータコア、１ｂ コイル巻線、１ｃ 外周面、２ ハウジング、２ａ 内周面、２ｂ 外周面、２ｃ 注入口、２ｄ 設置面、２ｅ 注入溝、３ 隙間、４ 回転軸、５ ロータ、６ 粒体、７ 結合材、８ 接着層、１０ 回転電機、１１ 廃材、１２ 廃材、１３ 位置決め治具、１４ ディスペンサ、２２ 外周部

Claims (3)

1. ステータコアにコイルが巻回されているステータと、
   前記ステータを囲繞するハウジングと、
   前記ステータの外周面と前記ハウジングの内周面との間に形成された隙間と、
   前記ハウジングの外周部に設けられ、前記ハウジングの外周面から内周面に貫通している接着剤の注入口と、
   前記隙間に形成され、前記接着剤とステータコアの廃材とコイルの廃材のいずれか一方または双方から形成されている２種類以上の形状を有する金属破砕体とを含む接着層とを備えている回転電機。
2. ステータコアにコイルが巻回されているステータと、
   前記ステータを囲繞するハウジングと、
   前記ステータの外周面と前記ハウジングの内周面との間に形成された隙間と、
   前記ハウジングの外周部に設けられ、前記ハウジングの外周面から内周面に貫通している接着剤の注入口と、
   前記注入口と接続され、前記ハウジングにおける前記ステータの設置面に設けられた溝と、
   前記隙間に形成され、前記接着剤とステータコアの廃材とコイルの廃材のいずれか一方または双方から形成されている金属破砕体とを含む接着層とを備えている回転電機。
3. コイルが巻回されたステータをハウジングの中央部に位置決めする工程と、
   前記ステータの外周面と前記ハウジングの内周面との間に形成された隙間の開口部から金属破砕体を投入する工程と、
   前記開口部とは異なる注入口であって、前記ハウジングの外周面から内周面に貫通する注入口から接着剤を注入する工程と、
   前記金属破砕体を含む接着剤を固化する工程と、を備えている回転電機の製造方法。

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