JP6432436B2 - 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するものである。

回転電機のステータにおいて、ストレートティースに対しコイルを巻装したボビンを挿入する構成が知られている。特許文献１に開示のスイッチド・リラクタンスモータにおいては、ステータティースにおける内径側先端部において左右対称に凹部を設けてボビンを内径側から挿入してボビンを固定している。

特開２００１−１５７３８７号公報

ところが、ステータティースにおける内径側先端部、即ち、スロット側面に凹部を設けてボビンを位置決めしようとすると、凹部により磁路が妨げられ、磁気性能の低下を招く懸念がある。

本発明の目的は、磁気性能を低下させることなくボビンを少なくとも周方向に位置決めすることができる回転電機のステータを提供することにある。

請求項１に記載の発明では、ロータの外周側において内周側がギャップを介して対向するように配置され、内周面に開口し周方向に並設されたスロット、および、前記スロットの間に形成されバックヨーク側から内径側に向かって延びるストレートティースを有するステータコアと、前記ストレートティースに挿入される筒状のボビンと、前記ボビンに巻装されるコイルと、を備え、前記ステータコアにおける前記スロットの底部は、前記バックヨークの最小幅となる第１のスロット底面部と、前記第１のスロット底面部において前記バックヨークが最小幅になる部分を基準とした仮想円の中心側に位置する第２のスロット底面部を有し、前記第２のスロット底面部に、前記仮想円の中心側に凹部が設けられ、前記ボビンにおける前記ステータコアのバックヨーク側において前記凹部に対応する突起が形成され、前記ステータコアの前記凹部に前記ボビンの前記突起が嵌められて前記ボビンが前記ステータコアの内周面において少なくとも周方向に位置決めされていることを要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、ステータコアにおけるスロットの底部は、バックヨークの最小幅となる第１のスロット底面部と、第１のスロット底面部においてバックヨークが最小幅になる部分を基準とした仮想円の中心側に位置する第２のスロット底面部を有する。凹部が、第２のスロット底面部に、仮想円の中心側に設けられている。一方、ボビンにおけるステータコアのバックヨーク側において凹部に対応する突起が形成されている。そして、ステータコアの凹部にボビンの突起が嵌められてボビンがステータコアの内周面において少なくとも周方向に位置決めされる。これにより、磁気性能を低下させることなくボビンを少なくとも周方向に位置決めすることができる。

請求項２に記載のように、請求項１に記載の回転電機のステータにおいて、前記凹部は、前記ステータコアのスロットの底部における角部に形成されているとよい。
請求項３に記載のように、請求項１または２に記載の回転電機のステータにおいて、前記ステータコアの前記凹部に前記ボビンの前記突起が嵌合しているとよい。

請求項４に記載のように、請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転電機のステータにおいて、前記ステータコアの前記凹部と前記ボビンの前記突起とは、抜け止め構造をなすとよい。

請求項５に記載のように、請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転電機のステータにおいて、前記ボビンの前記突起は、軸方向において分割されてなるとよい。

本発明によれば、磁気性能を低下させることなくボビンを少なくとも周方向に位置決めすることができる。

実施形態における回転電機の一部断面図。 回転電機のステータの一部拡大断面図。 回転電機のステータの一部拡大断面図。 回転電機のティース、ボビン等の分解斜視図。 （ａ）は回転電機のステータの一部平面図、（ｂ）は回転電機のステータの一部正面図。 別例の回転電機のステータの一部断面図。 別例のボビン等の斜視図。 別例の回転電機のティース、ボビン等の分解斜視図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、回転電機１０のステータ２０は、ステータコア３０と、筒状のボビン（インシュレータボビン）４０と、コイル５０を備える。

ステータコア３０は、ロータ６０の外周側において内周側がギャップＧを介して対向するように配置される。ステータコア３０は、電磁鋼板を複数枚積層して構成されている。ステータコア３０は、スロット３１およびストレートティース３５を有する。スロット３１は、内周面に開口し、周方向に並設されている。ストレートティース３５は、スロット３１の間に形成され、バックヨーク３６側から内径側に向かって延びている。図４に示すように、ストレートティース３５は、鍔が設けられておらず、幅Ｗｔが一定である。また、ストレートティース３５は、高さＨｔが一定である。

図４，５に示すように、樹脂製のボビン４０は、両端が開口する四角筒状部４１と、四角筒状部４１の一方の開口部に設けられた第１鍔部４２と、四角筒状部４１の他方の開口部に設けられた第２鍔部４３とを有する。第１鍔部４２および第２鍔部４３は、四角筒状部４１の開口部において外径側に突出し、全周にわたり形成されている。

図４，５に示すように、ボビン４０の四角筒状部４１における内部孔は、幅Ｗｂがストレートティース３５の幅Ｗｔより僅かに大きく、高さＨｂがストレートティース３５の高さＨｔより僅かに大きい。このボビン４０がストレートティース３５に挿入される。

ボビン４０の四角筒状部４１の周りには、コイル５０が、第１鍔部４２と第２鍔部４３との間において巻装されている。図１においてステータコア３０のバックヨーク３６の外周側が、半径Ｒ１である。また、ストレートティース３５の内径側の先端面が、半径Ｒ３である。

図２に示すように、ステータコア３０におけるスロットの底部３２は、第１のスロット底面部３２ａと第２のスロット底面部３２ｂを有する。第１のスロット底面部３２ａは、バックヨーク３６の最小幅となっている。第１のスロット底面部３２ａの半径はＲ２である。第２のスロット底面部３２ｂは、第１のスロット底面部３２ａを基準とした仮想円（仮想線で示す半径Ｒ２の円）３３の中心側に位置している。図３に示すように、第２のスロット底面部３２ｂに、基準とした仮想円３３の中心側に凹部３４が設けられている。

凹部３４は、ステータコア３０のスロット３１の底部３２における角部に形成されている。凹部３４は、図４に示すように、軸方向に連続して延設されている。
詳しくは、図２に示すように、スロット３１の底部３２は、中央が、円弧をなす第１のスロット底面部３２ａであり、中央の円弧の第１のスロット底面部３２ａの両側は平面よりなる第２のスロット底面部３２ｂとなっている。この平面よりなる第２のスロット底面部３２ｂにボビン４０が面接触する。スロット３１の底部３２の角部において仮想円３３の中心側に凹部３４が形成されている。即ち、スロット底面が円弧の場合の仮想線（３３）よりも中心側が余肉となり、この余肉部分に凹部３４が形成されている。

これにより、バックヨーク幅が狭くなることがない。つまり、磁路となるバックヨークの最小幅を維持しながら凹部３４を形成している。
このように仮想円３３の中心側に凹部３４が形成されていても磁気特性上邪魔にならず凹部３４は磁気特性上の劣化を招くことがない範囲で作製している。

図２，３に示すように、ボビン４０におけるステータコア３０のバックヨーク３６側において凹部３４に対応する突起４５が形成されている。突起４５は、図４に示すように、軸方向に連続して延びている。樹脂製のボビン４０を金型で製作するときに金型に窪みを形成しておくことにより突起４５を設けることができる。

ステータコア３０の凹部３４にボビン４０の突起４５が嵌められてボビン４０がステータコア３０の内周面において少なくとも周方向に位置決めされている。ここで、ステータコア３０の凹部３４にボビン４０の突起４５が嵌合している。詳しくは、突起４５と凹部３４の嵌め合いをきつくしており、凹部３４に対し突起４５を圧入して摩擦により周方向および径方向に突起４５の移動が規制されている。

次に、作用について説明する。
回転電機のステータの組み立ては、以下のように行う。
まず、ステータコア３０と、筒状のボビン４０と、コイル５０を用意する。ステータコア３０はストレートティース３５を有する。ステータコア３０には、スロット３１の底部３２に凹部３４が設けられている。また、ボビン４０には突起４５が形成されている。

そして、ボビン４０の四角筒状部４１の周りにコイル５０を第１鍔部４２および第２鍔部４３により規制された状態で巻装する。即ち、ボビン４０にコイル５０を巻線する。
その後、図４に示すように、コイル５０を巻装したボビン４０を、ステータコア３０の内径側からストレートティース３５に対して挿入する。このとき、図２，３に示すように、ステータコア３０の凹部３４にボビン４０の突起４５を嵌め入れて嵌合させる。これにより、ボビン４０がステータコア３０の内周面において周方向に位置決めされ、位置ずれが防止される。

このとき、ボビン４０の突起４５をステータコア３０の凹部３４に圧入にて差し込むだけでよく、内径方向に抜けることもない。従って径方向にも移動が規制され、位置決めされる。

このように、ステータコア３０のスロット３１の底部３２に形成した凹部（溝）３４にボビン４０の突起４５を挿入してボビン４０およびコイル５０をステータコア３０に固定する。バックヨーク３６の最小幅となるスロットの底部が円弧の場合（図２，３において仮想線（３３）で示す半径Ｒ２のスロットの底部とした場合）と同等のバックヨークの幅が確保でき、磁気性能の低下を招くこともない。

つまり、ボビン４０の突起４５を、ステータコア３０の底部３２に設けた凹部３４に挿入することで、性能を落とさず、低コストなコイル固定構造とすることができる。このようにして、スロット３１の底部３２に設けた凹部３４にボビン４０の突起４５を嵌めることでコイル５０を固定することができる。また、図２に示すごとく、スロット３１の底部３２を平面（３２ｂ）にして凹部３４を設けることで、スロット３１の底部が円弧（３３）の場合と同等の磁路（図４に示した磁力線による磁路）を確保することができる。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）回転電機のステータの構成として、ロータ６０の外周側において内周側がギャップＧを介して対向するように配置され、内周面に開口し周方向に並設されたスロット３１、および、スロット３１の間に形成されバックヨーク３６側から内径側に向かって延びるストレートティース３５を有するステータコア３０を備える。さらに、ストレートティース３５に挿入される筒状のボビン４０と、ボビン４０に巻装されるコイル５０を備える。ステータコア３０におけるスロット３１の底部３２は、バックヨーク３６の最小幅となる第１のスロット底面部３２ａと、第１のスロット底面部３２ａを基準とした仮想円３３の中心側に位置する第２のスロット底面部３２ｂを有し、第２のスロット底面部３２ｂに、基準とした仮想円３３の中心側に凹部３４が設けられている。一方、ボビン４０におけるステータコア３０のバックヨーク３６側において凹部３４に対応する突起４５が形成されている。ステータコア３０の凹部３４にボビン４０の突起４５が嵌められてボビン４０がステータコア３０の内周面において少なくとも周方向に位置決めされている。これにより、磁気性能を低下させることなくボビン４０を少なくとも周方向に位置決めすることができる。

（２）凹部３４は、ステータコア３０のスロット３１の底部３２における角部に形成されている。よって、バックヨーク３６の磁路を確保する上で好ましい。また、凹部の深さを深くできるので、より確実に位置決めできる。

（３）ステータコア３０の凹部３４にボビン４０の突起４５が嵌合しているので、位置決めする上で好ましい。また突起４５が凹部３４に圧入されているので摩擦により径方向の移動も規制され、位置決めされる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・図３に示した凹部３４の形状、突起４５の形状に代えて、図６に示すように、ステータコア３０の凹部７０において周方向に延びる窪み７１を形成するとともにボビン４０の突起８０に周方向に延びる突出部８１を形成することにより抜け止め構造をなすようにしてもよい。

即ち、凹部７０は、入口を狭くすることにより挿入したら抜けにくくなっており、突起８０は先端が根元よりも幅広であり、突起８０に対応した凹部７０の形状としている。
このように、ステータコア３０の凹部７０とボビン４０の突起８０とは、抜け止め構造をなすものとすることにより、固定性能を向上させることができる。

・図４に示した構成に代わり、図７に示すように、突起４５ａ，４５ｂで示すように図４の突起４５を軸方向に２つに分割してもよい。このように分割して短くすることにより突起の製作の際に精度良く突起を作ることができ、突起の凹部への挿入性を向上させることができる。なお、軸方向に延びる突起の分割数は限定しない。

このように、ボビン４０の突起は、軸方向において分割されてなるとよい。
・図８に示すように、凹部および突起の数は限定しない。つまり、図４の場合は１つのスロット３１に対し１つの凹部３４を設けるとともにボビン４０に凹部３４に対応する突起４５を設けたが、図８においては、１つのスロット３１に対し２つの凹部９０，９１を設けるとともにボビン４０に凹部９０，９１に対応する突起９２，９３を設けている。なお、図８は例示であり、１つのスロットに対し３つ以上の凹部を設けるとともにボビンに凹部に対応する突起を設けてもよい。

・図４においてはボビン４０の両側に突起４５を形成したが、片側だけでもよい。
・ボビンの突起４５は凹部３４に圧入されていなくてもよく、少なくとも周方向への移動が規制できればよい（少なくとも周方向に位置決めできればよい）。

・第１のスロット底面部３２ａは、仮想円の半径Ｒ２に沿った円弧（曲面）で形成したが、直線（平面）としても良い。その場合、第１のスロット底面部３２ａにおいてバックヨーク３６の最小幅になる部分を基準に仮想円を形成して、その仮想円の中心側の範囲に凹部３４を形成すれば良い。

要は、ステータコア３０におけるスロット３１の底部は、バックヨークの最小幅となる第１のスロット底面部と、第１のスロット底面部においてバックヨークが最小幅になる部分を基準とした仮想円の中心側に位置する第２のスロット底面部を有し、第２のスロット底面部に、仮想円の中心側に凹部が設けられていればよい。

また、第２のスロット底面部３２ｂは直線（平面）で形成したが、円弧（曲面）で形成しても良い。

３０…ステータコア、３１…スロット、３２…底部、３２ａ…第１のスロット底面部、３２ｂ…第２のスロット底面部、３３…仮想円、３４…凹部、３５…ストレートティース、４０…ボビン、４５…突起、５０…コイル、６０…ロータ、Ｇ…ギャップ。

Claims (5)

1. ロータの外周側において内周側がギャップを介して対向するように配置され、内周面に開口し周方向に並設されたスロット、および、前記スロットの間に形成されバックヨーク側から内径側に向かって一定幅で延びるストレートティースを有するステータコアと、
   前記ストレートティースに挿入される筒状のボビンと、
   前記ボビンに巻装されるコイルと、
   を備え、
   前記ステータコアは一体に形成されており、
   前記ステータコアにおける前記スロットの底部は、前記バックヨークの最小幅となる第１のスロット底面部と、前記第１のスロット底面部において前記バックヨークが最小幅になる部分を基準とした仮想円の中心側に位置する第２のスロット底面部を有し、前記第２のスロット底面部に、前記仮想円の中心側に凹部が設けられ、
   前記ボビンにおける前記ステータコアのバックヨーク側において前記凹部に対応する突起が形成され、
   前記ステータコアの前記凹部に前記ボビンの前記突起が圧入によって差し込まれた状態で嵌合して前記ボビンが前記ステータコアの内周面において少なくとも周方向に位置決めされていることを特徴とする回転電機のステータ。
2. 前記凹部は、前記ステータコアのスロットの底部における角部に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機のステータ。
3. 前記ステータコアの前記凹部と前記ボビンの前記突起とは、抜け止め構造をなすことを特徴とする請求項１又は２に記載の回転電機のステータ。
4. 前記ボビンの前記突起は、軸方向において分割されてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転電機のステータ。
5. ロータの外周側において内周側がギャップを介して対向するように配置され、内周面に開口し周方向に並設されたスロット、および、前記スロットの間に形成されバックヨーク側から内径側に向かって延びるストレートティースを有するステータコアと、
   前記ストレートティースに挿入される筒状のボビンと、
   前記ボビンに巻装されるコイルと、
   を備え、
   前記ステータコアにおける前記スロットの底部は、前記バックヨークの最小幅となる第１のスロット底面部と、前記第１のスロット底面部において前記バックヨークが最小幅になる部分を基準とした仮想円の中心側に位置する第２のスロット底面部を有し、前記第２のスロット底面部に、前記仮想円の中心側に凹部が設けられ、
   前記ボビンにおける前記ステータコアのバックヨーク側において前記凹部に対応する突起が形成され、
   前記ステータコアの前記凹部に前記ボビンの前記突起が嵌められて前記ボビンが前記ステータコアの内周面において少なくとも周方向に位置決めされており、
   前記ステータコアの前記凹部と前記ボビンの前記突起とは、抜け止め構造をなすことを特徴とする回転電機のステータ。