KR20160078253A

KR20160078253A - 스테이터용 서포터

Info

Publication number: KR20160078253A
Application number: KR1020150179817A
Authority: KR
Inventors: 데츠시 미즈타니; 유이치로 이토
Original assignee: 도요타 지도샤（주）
Priority date: 2014-12-24
Filing date: 2015-12-16
Publication date: 2016-07-04
Also published as: CN105743240A; KR101758807B1; US20160190876A1; EP3038234A1; JP2016123154A

Abstract

스테이터 서포터(20)는, 스테이터 코어(12)의 축 방향 단면에 겹쳐서 배치된다. 스테이터 서포터(20)는 외측 환형부(21)와, 내측 환형부(23)와, 외측 환형부(21) 및 내측 환형부(23)의 사이에 방사상으로 연결 배치된 복수의 서포터 티스(25)를 갖는다. 외측 환형부(21)에는, 외주면의 외측으로 돌출되는 위치 결정 돌기부(28)가 설치되고, 위치 결정 돌기부(28)의 두께는 외측 환형부(21)의 두께보다 작다.

Description

스테이터용 서포터{SUPPORTER FOR STATOR}

본 발명은, 스테이터 코어의 축 방향 단면(端面)에 겹쳐지는 스테이터용 서포터에 관한 것이다.

종래부터, 회전 전기기기를 구성하는 스테이터 코어의 스테이터 티스(teeth)에는, 스테이터 코일이 권회(卷回)된다. 여기서 스테이터 티스에 대한 스테이터 코일의 권회 작업의 작업성을 향상시키기 위해, 스테이터 코어의 축 방향 단면에, 수지에 의해 형성되는 서포터를 겹치는 경우가 있다.

일본 공개특허 특개2007-312549호에는, 스테이터 코어의 축 방향 단면에 스테이터 서포터를 배치한 회전 전기기기 스테이터가 기재되어 있다. 스테이터 서포터는, 외측 환형부 및 내측 환형부와, 외측 환형부 및 내측 환형부의 사이에 양자를 방사상으로 연결 배치한 복수의 서포터 티스를 포함하여 구성된다. 외측 환형부는, 스테이터 코어의 요크에 겹쳐서 배치되고, 복수의 서포터 티스는, 각각 대응하는 스테이터 티스에 겹쳐서 배치된다.

일본 공개특허 특개2007-312549호에 기재된 구성에서는, 스테이터 서포터의 내측 환형부의 스테이터 코어 측의 측면에 있어서, 이웃하는 스테이터 티스 사이의 슬롯을 향해 돌출되는 위치 결정 돌기부가 형성되어 있다. 위치 결정 돌기부는, 슬롯의 단부(端部)에 감입(嵌入)된다. 이러한 구성에서는, 위치 결정 돌기부를 이용하여, 스테이터 코어에 대하여 스테이터 서포터를 위치 결정하여 배치할 수 있다. 그러나, 스테이터에 있어서의 스테이터 코일의 점적률(占積率)을 높게 하고, 또한 스테이터 서포터와 로터의 간섭을 방지하기 위해, 스테이터 서포터의 내측 환형부의 직경 방향 길이를 작게 하는 것이 요망된다. 이에 따라, 내측 환형부의 위치 결정 돌기부가 형성되는 부분의 직경 방향 길이가 작아져버린다. 이러한 위치 결정 구조에 있어서, 스테이터 코일의 벤딩 형성 시에 스테이터 서포터에 힘이 가해지면, 폭이 좁은(작은) 내측 환형부에 응력이 집중하여, 파손의 원인이 된다. 그 때문에, 위치 결정 돌기부를 직경 방향 길이(폭)가 넓은 외주 측의 외측 환형부에 설치하는 것을 생각할 수 있지만, 원환형의 외측 환형부에 이형(異形)인 돌기부를 형성하면, 사용 시에 변형이 발생되어버린다.

본 발명은, 외측 환형부에 위치 결정 돌기부를 갖는 구성으로 사용할 때에 있어서의 변형의 발생을 억제할 수 있는 스테이터용 서포터를 제공한다.

본건에 관련된 스테이터용 서포터는, 모터의 스테이터 코어의 축 방향 단면에 겹쳐진다. 상기 서포터는 외측 환형부와, 내측 환형부와, 서포터 티스와 돌기부를 구비하고 있다. 상기 서포터 티스는, 상기 외측 환형부 및 상기 내측 환형부의 사이에 배치된다. 상기 서포터 티스는 상기 모터의 회전축을 중심으로 하여 방사상으로 연장되는 형상이다. 상기 서포터 티스는 상기 외측 환형부와 상기 내측 환형부를 연결한다. 돌기부는, 상기 외측 환형부의 직경 방향 외주면에 설치되고, 직경 방향 외측으로 돌출되며, 상기 돌기부의 축 방향 두께는 상기 외측 환형부의 축 방향 두께보다 작다.

상술의 서포터에 의하면, 외측 환형부에 위치 결정 돌기부를 갖는 구성으로 사용할 때에 있어서의 변형의 발생을 억제할 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시형태의 특징, 이점, 기술적 및 산업적 의의는, 같은 숫자들이 같은 구성 요소들을 지시하는 첨부 도면을 참조하여 이하에 설명한다.
도 1은 본 발명에 관련된 실시형태의 스테이터 서포터를 장착한 회전 전기기기 스테이터의 둘레 방향 일부를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1로부터 스테이터 서포터를 취출하여 둘레 방향 일부를 위에서 본 도면이다.
도 3은 도 2의 A부를 비스듬하게 상측에서 본 사시도이다.
도 4는 도 2의 B-B 단면도이다.
도 5는 도 3의 C부의 확대도이다.
도 6은 스테이터 서포터를 지그에 의해 스테이터 코어의 축 방향 단면에 위치 결정하여 겹쳐서 배치하는 상태를 나타내는 개략 사시도이다.
도 7은 스테이터 코어의 축 방향 단면에 스테이터 서포터를 배치하고, 스테이터 티스에 스테이터 코일을 권회한 상태에 있어서의 도 2의 D-D 단면 대응도이다.
도 8은 스테이터 서포터의 다른 예를 나타내고 있는 도 5에 대응하는 도면이다.
도 9는 실시형태의 스테이터 서포터에 있어서, 위치 결정 돌기부의 두께를 외측 환형부의 두께와 동등하게 한 경우에서의, 냉열 사이클을 소정 횟수 반복하여 실행한 경우에 있어서의, 위치 결정 돌기부의 주변부에서의 응력 분포의 일례를 나타내는 도면이다.
도 10은 실시형태의 스테이터 서포터에 있어서, 위치 결정 돌기부의 두께를 외측 환형부의 두께와 동등하게 한 경우에서의, 서포터 티스의 둘레 방향 위치와, 최하단(最下端)으로부터 대응하는 둘레 방향 위치에서의 스테이터 서포터의 상단(上端)까지의 높이의 관계를 나타내는 도면이다.
도 11은 비교예의 스테이터 서포터를 장착한 회전 전기기기 스테이터를 나타내고 있는 도 1에 대응하는 도면이다.
도 12는 도 11로부터 스테이터 서포터를 취출하여 상측에서 본 도면이다.
도 13은 비교예의 스테이터 서포터에 냉열 사이클을 소정 횟수 반복하여 실행한 경우에 있어서, 위치 결정 오목부의 주변부에서의 응력 분포의 일례를 나타내는 도면이다.
도 14는 비교예의 스테이터 서포터에 있어서, 서포터 티스의 둘레 방향 위치와, 최하단으로부터 대응하는 둘레 방향 위치에서의 스테이터 서포터의 상단까지의 높이의 관계를 나타내는 도면이다.

이하에 도면을 이용하여 본 발명에 관련된 실시형태에 대하여, 상세하게 설명한다. 이하에서 설명하는 형상, 재질, 수량 등은 설명을 위한 예시이며, 스테이터용 서포터 또는 회전 전기기기 스테이터의 사양에 의해 변경이 가능하다. 이하에서는, 동일한 구성에는 동일한 부호를 붙여서 설명한다. 또한, 스테이터용 서포터가 장착되는 회전 전기기기 스테이터는, 회전축에 고정된 로터와 조합하여 회전 전기기기를 구성한다. 회전 전기기기는, 모터 또는 발전기, 또는 모터 및 발전기의 양방의 기능을 갖는 모터 제너레이터로서 이용된다.

도 1은, 본 실시형태의 스테이터 서포터(20)를 장착한 회전 전기기기 스테이터(10)의 둘레 방향 일부를 나타내는 사시도이다. 이하, 회전 전기기기 스테이터(10)는 단순히 스테이터(10)라고 한다. 본 실시형태에 있어서는, 서포터를 스테이터 서포터라고 칭한다.

스테이터(10)는 스테이터 코어(12)와, 스테이터 서포터(20)와, 스테이터 코일(40)을 구비한다. 스테이터 코일(40)은, U상(相) 코일(41u), V상 코일(41v), 및 W상 코일(41w)의 집합체로서 구성된다.

스테이터 코어(12)는, 자성(磁性)재인 전자 강판을 복수 개, 축 방향으로 적층함으로써 형성된다. 스테이터 코어(12)는, 원환형의 요크(13)와, 요크(13)의 내주면의 둘레 방향 복수 위치로부터 직경 방향 내측으로 돌출되는 복수의 스테이터 티스(14)(도 7)를 갖는다. 스테이터 코어(12)는, 이웃하는 스테이터 티스(14)의 사이에 형성된 복수의 슬롯(15)을 갖는다.

스테이터 코어(12)는, 수지 바인더와 자성재 분말을 가압 성형함으로써 형성되어도 된다. 여기서, 「둘레 방향」이란, 스테이터(10)의 중심축 O(도 6 참조)를 중심으로 하는 원주 방향을 말한다. 또한, 「직경 방향」이란, 중심축 O에 대하여 직교하는 방사 방향을 말하고, 「축 방향」이란 스테이터(10)의 축 방향을 말한다.

스테이터 서포터(20)는, 스테이터 코어(12)의 축 방향 일단(一端)면(도 1의 상단면)에 겹쳐서 배치된다. 도 2는, 도 1로부터 스테이터 서포터(20)를 취출하여 둘레 방향 일부를 위에서 본 도면이다. 도 3은, 도 2의 A부를 비스듬하게 상측에서 본 사시도이다. 도 4는 도 2의 B-B 단면도이다. 도 5는 도 3의 C부의 확대도이다.

스테이터 서포터(20)는, 스테이터 코일(40)을 구성하는 후술하는 도체 세그먼트(42)의 벤딩 성형 작업의 보조를 위해 이용된다. 스테이터 서포터(20)는, 외측 환형부(21) 및 내측 환형부(23)와, 복수의 서포터 티스(25)와, 위치 결정 돌기부(28)를 포함하고, 전체가 절연 재료인 수지의 사출 성형에 의해 일체로 형성된다.

외측 환형부(21)는 원환의 판상이고, 사용 시에 스테이터 코어(12)의 요크(13)의 축 방향 일단면(도 1의 상단면)에 겹쳐서 배치된다. 내측 환형부(23)는 원환형으로 형성되고, 외측 환형부(21)의 내측에 외측 환형부(21)와 각각의 중심축이 일치하도록 배치된다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 내측 환형부(23)의 축 방향의 두께 T1은 외측 환형부(21)의 축 방향의 두께 T2보다 작다(T1<T2). 내측 환형부(23)의 직경 방향의 길이 d1은 외측 환형부(21)의 직경 방향의 길이 d2보다 작다(d1<d2). 외측 환형부(21)의 직경 방향의 외주면의 2개소 위치에는 후술의 위치 결정 돌기부(28)가 형성된다. 여기서, 두께란, 축 방향의 길이이다.

복수의 서포터 티스(25)는, 외측 환형부(21) 및 내측 환형부(23)의 사이에 방사상에 배치되어, 양자를 연결한다. 각 서포터 티스(25)의 직경 방향 내측 단부의 스테이터 코어(12)와 대향하는 측의 부분은, 내측 환형부(23)에 있어서의 스테이터 코어(12) 측의 측면으로까지 연장되어 이 측면에 결합되어 있다. 각 서포터 티스(25)에 있어서 스테이터 코어(12) 측의 하면은, 스테이터 코어(12)의 스테이터 티스(14)(도 7) 상에 위치하고, 이 하면이 각 스테이터 티스(14)와 동일한 둘레 방향의 폭을 갖는다. 또, 이웃하는 서포터 티스(25)의 사이에 구멍인 서포터 슬롯(26)이 형성된다.

도 4에 나타내는 바와 같이 각 서포터 티스(25)의 축 방향의 두께 T3은, 외측 환형부(21)의 축 방향의 두께 T2보다 크다(T3>T2). 서포터 티스(25) 및 외측 환형부(21)의 하면은, 평면 상에 배치된다. 각 서포터 티스(25)는, 스테이터 코어(12)가 대응하는 복수의 스테이터 티스(14)(도 7)의 축 방향 일단면에 이 축 방향 일단면을 덮도록 직경 방향으로 연장되어 겹쳐서 배치된다. 각 서포터 티스(25)의 축 방향 외단(外端)부(도 3 내지 도 5의 상단부)의 외주면에 있어서 둘레 방향 양단부에는, 단면 원호형의 모따기(25a)가 형성된다.

각 서포터 티스(25)의 모따기(25a)에는 스테이터(10)의 제조 시에, 도체 세그먼트(42)가 접촉하여 구부러진다. 이러한 스테이터 서포터(20)에 의해, 도체 세그먼트(42)의 벤딩 형성 시에 벤딩부의 위치가 규제된다.

위치 결정 돌기부(28)는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 스테이터 서포터(20)의 외측 환형부(21)의 직경 방향의 외주면에 있어서, 위상이 180도 다른 축 대칭의 2개소 위치에 직경 방향 외측으로 돌출 형성된다. 이에 따라, 2개의 위치 결정 돌기부(28)는, 외측 환형부(21)의 직경 방향의 외주면의 둘레 방향에 있어서 등간격으로 떨어진 2개의 위치에 형성된다.

2개의 위치 결정 돌기부(28)의 형상은 동일하므로, 이하, 도 1 내지 도 5를 이용하여 2개의 위치 결정 돌기부(28) 중 1개의 위치 결정 돌기부(28)를 중심으로 설명한다. 도 2에 나타내는 바와 같이 스테이터 서포터(20)를 축 방향에서 본 경우에 있어서 위치 결정 돌기부(28)의 형상은 대략 삼각형의 산형이다. 도 4에 나타내는 바와 같이 위치 결정 돌기부(28)의 축 방향의 두께 T4는, 외측 환형부(21)의 축 방향의 두께 T2보다 작다(T4<T2). 예를 들면, 위치 결정 돌기부(28)의 두께 T4는, 외측 환형부(21)의 두께 T2의 2/3 이하, 바람직하게는 1/2 이하이다. 위치 결정 돌기부(28)의 하면도, 서포터 티스(25) 및 외측 환형부(21)의 하면과 함께 평면상에 배치된다.

또, 도 2에 나타내는 바와 같이 스테이터 서포터(20)를 축 방향에서 본 경우에, 위치 결정 돌기부(28)의 직경 방향의 외주면과 외측 환형부(21)의 직경 방향의 외주면은, 오목 형상으로 우묵한 원호형의 단면을 갖는 곡면부(29)로 매끄럽게 연속된다. 곡면부(29)는, 곡률 반경 R을 갖는다. 이 곡률 반경 R을 크게 함으로써 위치 결정 돌기부(28)의 외주면과 외측 환형부(21)의 외주면의 연속부에서의 응력 집중의 완화를 도모할 수 있다.

도 6은, 스테이터 서포터(20)를 지그에 의해 스테이터 코어의 축 방향 단면에 위치 결정하여 겹쳐서 배치하는 상태를 나타내는 개략 사시도이다. 각 위치 결정 돌기부(28)는, 스테이터 코어(12)의 축 방향 일단면에 스테이터 서포터(20)를 위치 결정하여 겹쳐서 배치하는 경우에, 계지(係止) 지그(50)의 오목부(52)에 위치 결정 돌기부(28)를 계합(係合)시켜 위치 결정하기 위해 이용된다.

구체적으로는, 스테이터 코어(12)에 스테이터 서포터(20)를 고정하는 경우, 도 6에 나타내는 바와 같이 스테이터 코어(12)의 축 방향을 상하 방향에 일치시켜 도시하지 않은 지지 부재에 스테이터 코어(12)를 지지한 상태에서, 스테이터 코어(12)의 상단면에 스테이터 서포터(20)를 배치한다. 그리고, 스테이터 코어(12)의 직경 방향 외측에 미리 퇴피시켜 둔 2개의 계지 지그(50)를 직경 방향 외측으로부터 직경 방향 내측으로 이동시킨다. 각 계지 지그(50)는, 회전 전기기기의 제조 장치의 일부로서 설치되고, 블록 형상으로 형성된다. 각 계지 지그(50)에 있어서, 스테이터 서포터(20)의 외주면과의 대향면에는, 단면 V자형의 오목부(52)가 형성된다. 그리고, 각 계지 지그(50)의 오목부(52)가 대응하는 위치 결정 돌기부(28)에 계합하면서, 각 계지 지그(50)가 직경 방향 내측으로 이동하여, 스테이터 서포터(20)의 외주면을 직경 방향 외측으로부터 사이에 두도록 가압한다. 이에 따라, 스테이터 서포터(20)가 소정 위치에 위치 결정 배치된다. 이 상태에서, 스테이터 서포터(20)와 스테이터 코어(12)의 중심축의 중심 맞춤이 행해지고, 또한, 둘레 방향에 대하여 소정 위치에 위치 결정된다.

또, 스테이터 서포터(20)가 위치 결정된 상태에서, 스테이터 티스(14) 상에 스테이터 서포터(20)의 서포터 티스(25)가 겹쳐서 배치되고, 스테이터 코어(12)의 요크(13) 상에 스테이터 서포터(20)의 외측 환형부(21)가 겹쳐서 배치된다. 각 계지 지그(50)는, 스테이터 코어(12)의 직경 방향으로만 이동 가능하게 도시하지 않은 고정 부분에 지지된다. 각 계지 지그(50)는, 위치 결정 돌기부(28)와 계합하는 오목부를 갖는 것이면, 도 6에 나타내는 블록 형상에 한정하지 않고, 기둥 형상 등 여러 가지의 형상을 갖는 구성을 채용할 수 있다.

상기와 같이 위치 결정 돌기부(28)가 형성됨으로써, 후술과 같이 위치 결정 돌기부(28)의 강도를 높게 할 수 있고, 또한 사용 시에 있어서의 변형의 발생을 억제할 수 있다.

또, 스테이터 코어(12) 상에 스테이터 서포터(20)가 위치 결정되어 배치된 상태에서 스테이터 티스(14)에 스테이터 코일(40)이 권회된다. 도 7은, 스테이터 코어(12)의 축 방향 단면에 스테이터 서포터(20)를 겹쳐서 배치하고, 스테이터 티스(14)에 스테이터 코일(40)을 권회한 상태에 있어서의 도 2의 D-D 단면 대응도이다. 도 7에 나타내는 바와 같이 스테이터 서포터(20)는 스테이터 코어(12)의 축 방향 일단면뿐만 아니라, 축 방향 타단(他端)면에 겹쳐서 배치되어도 된다. 스테이터 코어(12)의 축 방향 타단면에 배치되는 스테이터 서포터(20)에도 위치 결정 돌기부(28)가 형성된다.

스테이터 코일(40)은, 스테이터 서포터(20)를 개재하여 스테이터 티스(14)에 권회되어 있다. 스테이터 코일(40)을 형성하는 경우, 복수의 U자형의 도체 세그먼트(42)를 직경 방향으로 나열한 상태에서 스테이터 코어(12)의 축 방향 타단(도 7의 하단)보다 외측에 배치한다. 도 7에서는, 도체 세그먼트(42)가 벤딩 형성되어 U자형으로부터 변화된 후의 상태를 나타내고 있다. 각 도체 세그먼트(42)는, 도체 소선(素線)이 절연 피막으로 피복됨과 함께, 도체 소선의 양단부가 절연 피막으로부터 노출되어 있다. 그리고, 스테이터 코어(12)의 하측으로부터 상측으로, 각 도체 세그먼트(42)의 직선 형상의 다리부를 스테이터 코어(12)의 둘레 방향으로 떨어진 2개의 슬롯(15)에 삽입하고, 스테이터 코어(12)의 상단으로부터 돌출시킨 부분을 둘레 방향에 대하여 경사지는 방향으로 벤딩 형성한다. 이때, 도체 세그먼트(42)의 다리부가 스테이터 서포터(20)의 서포터 티스(25)의 모따기(25a)에 접촉하여 구부러진다. 스테이터 서포터(20)는 수지에 의해 형성되므로, 도체 세그먼트(42)가 접촉해도 절연 피막의 손상을 방지할 수 있다.

도체 세그먼트(42)의 다리부의 양단부에서 스테이터 코어(12)의 축 방향 일단면으로부터 상측으로 돌출된 부분의 선단(先端)부에는, 축 방향으로 연장되는 축 방향 단부(44)(도 1 참조)가 형성된다. 도체 세그먼트(42)의 축 방향 단부(44)는, 다른 도체 세그먼트(42)의 축 방향 단부(44)와 직경 방향으로 중첩되어 용접 접합된다. 이에 따라, 복수의 스테이터 티스(14)를 걸치도록 코일의 1 감김 부분이 형성된다. 이것을 직경 방향으로 나열하여 배치된 복수의 도체 세그먼트(42)의 축 방향 단부(44)의 직경 방향으로 중첩된 부분을 접합하도록 반복함으로써, 1개의 단위 코일인 코일 요소가 형성된다. 그리고, 스테이터 코어(12)의 둘레 방향 복수 개소에 권회되어 배치된 코일 요소가 환형으로 연결됨으로써, U, V, W상의 각 상 코일(41u, 41v, 41w)이 형성된다.

도 1에서는, 복수의 코일 요소가 환형으로 연결되어 이루어지는, U상 제 1 연결 코일 요소(45u)와, 다른 복수의 코일 요소가 환형으로 연결되어 이루어지는 U상 제 2 연결 코일 요소(46u)를 형성한 경우를 나타내고 있다. U상 제 1 연결 코일 요소(45u)의 일단과 U상 제 2 연결 코일 요소(46u)의 일단이 연결되어, U상 코일(41u)이 형성된다. U상 제 2 연결 코일 요소(46u)는, U상 제 1 연결 코일 요소(45u)에 대하여 둘레 방향 일방 측(도 1의 우측)으로 1개 어긋난 슬롯(15)(도 7 참조)에 삽입된다.

V상 코일(41v) 및 W상 코일(41w)도 U상 코일(41u)과 동일하게 형성된다. U상 코일(41u), V상 코일(41v) 및 W상 코일(41w)은, 스테이터 코어(12)의 둘레 방향으로 어긋난 슬롯(15)에 삽입된다. 이에 따라, 스테이터 코어(12)의 스테이터 티스(14)에 분포권(卷)으로 권회된 3상의 스테이터 코일(40)이 형성된다.

또, 스테이터 티스(14)에 스테이터 코일(40)이 권회된 상태에서, 스테이터 코어(12)에 스테이터 코일(40)이 고정된다. 이때, 예를 들면 스테이터 코어(12) 및 스테이터 코일(40)의 상측으로부터 바니시를 적하함 등에 의해, 스테이터 코어(12)와 스테이터 코일(40)의 사이에 바니시를 함침시켜 고화시킨다.

본 예에서는 스테이터 코일(40)은 스테이터 티스(14)에 분포권으로 권회되지만, 스테이터 티스(14)에 집중권(卷)으로 권회되어도 된다. 또, 위치 결정 돌기부(28)는, 스테이터 서포터(20)의 직경 방향의 외주면의 1개소에만 형성되어도 되지만, 위치 결정 작업의 작업성을 높게 하는 면에서는, 위치 결정 돌기부(28)는 스테이터 서포터(20)의 외주면의 2개소 이상으로 형성하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 외측 환형부(21)의 외주면에 있어서, 외주를 따라 등간격으로 떨어진 3개소 이상의 위치에 위치 결정 돌기부(28)가 형성되어도 된다. 위치 결정 돌기부가 외측 환형부의 직경 방향의 외주면의 둘레 방향에 있어서 등간격으로 떨어진 복수 위치에 외측으로 돌출되도록 형성됨으로써, 외측 환형부(21)에 가해지는 힘이 둘레 방향에 있어서 대략 균등하게 분배된다. 이에 따라, 외측 환형부(21)의 응력을 둘레 방향에 있어서 복수 위치에 대략 균등하게 분배할 수 있다.

도 8은, 스테이터 서포터(20)의 다른 예를 나타내고 있는 도 5에 대응하는 도면이다. 도 5에 나타낸 위치 결정 돌기부(28)는, 대략 삼각형의 산형의 형상을 갖지만, 도 8의 위치 결정 돌기부(28)와 같이 단면 원호형의 형상을 갖는 구성으로 해도 된다. 위치 결정 돌기부(28)는, 도 5, 도 8에 나타낸 구성 이외의 형상을 갖는 구성으로 해도 된다.

상기 스테이터 서포터(20)에 의하면, 스테이터 코어(12)에 대한 위치 결정을 위한 위치 결정 돌기부(28)를 외측 환형부(21)에 갖는 구성으로 사용할 때에 있어서의 변형의 발생을 억제할 수 있다. 구체적으로는, 외측 환형부(21)의 외주면에 위치 결정 돌기부(28)가 돌출 형성되고, 이 위치 결정 돌기부(28)의 두께 T4가 외측 환형부(21)의 두께 T2보다 작다. 이 때문에, 스테이터 서포터(20)의 사용 시에 있어서의 변형의 발생을 억제할 수 있다. 더 구체적으로는, 스테이터 서포터(20)는 금형 내에서의 수지의 사출 성형에 의해 형성된다. 그리고, 스테이터 서포터(20)의 둘레 방향 일부에서 위치 결정 돌기부(28)가 형성되면, 금형 내에서 스테이터 서포터(20)의 둘레 방향 일부의 직경 방향 길이가 커진다. 이에 따라, 금형을 고온으로부터 저온으로 온도 변화시키는 경우에 있어서, 냉각에 의한 수지의 고화의 정도가 둘레 방향 일부에서 나머지의 부분과 달라져버린다. 이것으로부터, 수지가 둘레 방향 일부에서 크게 수축한다는 소위 싱크 마크(sink mark)가 발생할 가능성이 있다. 이 싱크 마크에 의해 스테이터 서포터(20)에 변형이 발생함으로써 하측면에 커브가 발생하여, 스테이터 서포터(20)의 최하단으로부터 상단까지의 높이가 외주 측과 내주 측에서 크게 다를 가능성이 있다. 실시형태에서는, 위치 결정 돌기부(28)의 두께 T4가 외측 환형부(21)의 두께 T2보다 작으므로, 변형의 발생을 억제하여 커브의 발생을 억제할 수 있다. 이에 따라 스테이터 서포터(20)의 하측면의 평면도가 향상한다.

또, 위치 결정 돌기부(28)가 외측 환형부(21)의 외주면으로 돌출 형성되므로, 외측 환형부(21)의 외주면에 대하여 위치 결정 돌기부(28)가 돌출되는 부분의 둘레 방향 길이 S1(도 2) 및 직경 방향 길이 d4(도 4)를 모두 크게 할 수 있다. 그리고, 계지 지그(50)와 위치 결정 돌기부(28)의 결합부에서의 접촉 면적을 크게 할 수 있다. 이에 따라, 스테이터 코일(40)의 벤딩 형성 시 등에 있어서, 위치 결정 돌기부(28)로부터 계지 지그(50)에 둘레 방향으로 힘이 가해진 경우에도 외측 환형부(21)에 대한 위치 결정 돌기부(28)의 결합 강도를 높게 할 수 있고, 위치 결정 돌기부(28) 자체의 강도도 높게 할 수 있다.

또, 실시형태와 달리, 직경 방향 길이가 작은 내측 환형부(23)에 위치 결정 돌기부를 형성하는 경우에는, 스테이터 코일(40)의 벤딩 형성 시에 스테이터 서포터에 스테이터 코일(40)로부터 힘이 가해지는 경우에 내측 환형부(23)에 응력이 과도하게 집중할 가능성이 있다. 이에 따라, 스테이터 서포터의 필요한 강도를 확보할 수 없을 가능성이 있다. 이것에 대하여, 실시형태에서는, 외측 환형부(21)에 위치 결정 돌기부(28)가 형성된다. 이 외측 환형부의 직경 방향 길이 d2는, 내측 환형부(23)의 직경 방향 길이 d1보다 크게 하기 쉽다. 이에 따라, 스테이터 코일(40)의 벤딩 형성 시에 스테이터 서포터(20)에 스테이터 코일(40)로부터 둘레 방향으로 힘이 가해지는 경우에도 스테이터 서포터(20)의 필요한 강도를 확보할 수 있는 구조를, 용이하게 실현할 수 있다.

또한, 위치 결정 돌기부(28) 대신에 외측 환형부(21)의 외주면에 위치 결정 오목부를 형성하는 경우와 달리, 스테이터 서포터(20)의 일부에 과도하게 응력이 집중하는 것을 방지할 수 있다.

또, 위치 결정 돌기부(28) 및 외측 환형부(21)의 외주면이, 오목 형상으로 우묵한 원호형의 단면을 갖는 곡면부(29)로 매끄럽게 연속되므로, 외측 환형부(21)와 위치 결정 돌기부(28)의 결합부에서의 응력 집중의 완화를 도모할 수 있다.

도 9는, 실시형태의 스테이터 서포터(20)에 있어서, 위치 결정 돌기부(28)의 두께를 외측 환형부(21)의 두께와 동등하게 한 경우에서의, 냉열 사이클을 소정 횟수 반복하여 실행한 경우에 있어서의, 위치 결정 돌기부(28)의 주변부에서의 응력 분포의 일례를 나타내고 있다. 도 9의 위치 결정 돌기부(28)를 축 방향에서 본 경우의 형상은, 도 5에 나타낸 위치 결정 돌기부(28)의 형상과 동일하다. 「냉열 사이클」은, 소정의 저온으로 스테이터 서포터(20)를 온도 저하시키는 상태와, 소정의 고온으로 스테이터 서포터(20)를 온도 상승시키는 상태를 1회씩 순서대로 행하는 것이다. 그리고, 이 냉열 사이클을 소정 횟수 반복한 후의 스테이터 서포터(20)의 응력 분포를 시뮬레이션에 의해 계산하여 구했다. 냉열 사이클의 반복을 실행함으로써, 회전 전기기기의 기동과 정지에 의해 온도 변화의 반복이 발생하는 것에 수반하는 응력의 발생을 모의적으로 실현할 수 있다. 도 9에서는, 비스듬한 격자로 나타내는 부분에서 가장 응력이 높아져 있고, 점재 형상으로 원을 표시한 부분에서 가장 응력이 낮아져 있다. 도 9에 사지로 나타내는 부분은 응력이 중간인 것을 나타내고 있다.

도 9로부터 알 수 있는 바와 같이 도 9의 구성에서는 스테이터 서포터(20)의 응력이 높아지는 영역을 작게 할 수 있었다. 또, 그 응력이 높아지는 영역에서의 응력의 최고값을 비교적 작게 할 수 있었다. 또한, 위치 결정 돌기부(28)와 외측 환형부(21)의 외주면의 연속부인 오목부(30)에서의 형상이 급격하게 변화되지 않고, 오목부(30)에서의 응력 집중을 완화할 수 있었다. 또, 도 1 내지 도 8에 나타내는 실시형태의 경우에도 도 9의 구성과 동일하게, 외측 환형부(21)의 형상을 확보할 수 있고, 외측 환형부(21)의 외주면이 둘레 방향 일부에서 깎이도록 작아지지 않는다. 이에 따라, 도 1 내지 도 8에 나타내는 실시형태의 응력 분포를, 도 9의 구성의 응력 분포와 동등하게 할 수 있거나, 또는 개선할 수 있다.

도 10은, 실시형태의 스테이터 서포터(20)에 있어서, 위치 결정 돌기부(28)의 두께를 외측 환형부(21)의 두께와 동등하게 한 경우에서의, 서포터 티스(25)의 둘레 방향 위치와, 최하단으로부터 대응하는 둘레 방향 위치에서의 스테이터 서포터(20)의 상단까지의 높이의 관계를 나타내고 있다. 도 10에 나타내는 예에서도, 도 9에 나타낸 구성의 경우와 동일하게, 냉열 사이클을 소정 횟수 반복하여 실행한 경우에 대하여 나타내고 있다.

또, 도 10의 예에서는, 스테이터 서포터(20)가 48개의 서포터 티스(25)를 갖고, 1에서 48까지의 번호로 서포터 티스(25)의 위치를 규정하고 있다. 또, 위치 결정 돌기부(28)는 외측 환형부(21)의 둘레 방향에 있어서 등간격으로 떨어진 4개소 위치에 돌출 형성되어 있다. 도 10의 가로축은, 서포터 티스(25)의 둘레 방향 위치로서 서포터 티스(25)의 번호를 나타내고 있다. 도 10의 세로축은, 스테이터 서포터(20)를 수평면에 재치한 상태에서 스테이터 서포터(20)의 최하단으로부터 대응하는 서포터 티스(25)와 동일한 둘레 방향 위치에서의 상단까지의 높이를 나타내고 있다. 이 높이의 값이 전체적으로 작은 것은, 스테이터 서포터(20)의 하면의 평면도가 높은 것을 의미한다. 높이는, 스테이터 서포터(20)의 직경 방향이 다른 2개의 위치로 나누어서 나타내고 있다. 구체적으로는, 도 2의 점 P1로 나타내는 바와 같이, 외측 환형부(21)에 있어서 내주단(端)으로부터 소정 길이분 외측으로 어긋난 직경 방향 위치의 상면에 대한 높이를, 도 10에 검은색 마름모형으로 나타내고 있다. 또, 도 2의 점 P2로 나타내는 바와 같이, 서포터 티스(25)에 있어서 직경 방향 외단으로부터 소정 길이분 내측으로 어긋난 직경 방향 위치의 상면에 대한 높이를, 도 10에 흰색 사각형으로 나타내고 있다. 도 2의 점 P3으로 나타내는 바와 같이, 서포터 티스(25)에 있어서, 내측 환형부(23)의 직경 방향 내단(內端)으로부터 소정 길이분 외측으로 어긋난 직경 방향 위치의 상면에 대한 높이는, 도 2의 점 P2의 경우(도 10의 흰색 사각형)와 대략 동(同) 정도였다. 도 10의 시뮬레이션 결과로부터, 스테이터 서포터(20)의 직경 방향 위치에 관계없이, 최하단으로부터의 높이를 작게 할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

또, 도 1 내지 도 8에 나타내는 실시형태의 경우에도 도 9의 구성과 동일하게, 외측 환형부(21)의 형상을 확보할 수 있고, 둘레 방향 일부에서 외주면이 깎이도록 작아지지 않는다. 이에 따라, 도 1 내지 도 8에 나타내는 실시형태의 스테이터 서포터(20)도, 도 10에 나타낸 결과와 동일하게, 스테이터 서포터(20)의 직경 방향 위치에 관계없이, 최하단으로부터의 높이를 작게 할 수 있다.

다음으로, 도 11 내지 도 14를 이용하여 비교예의 스테이터 서포터(20)를 설명한다. 도 11은, 비교예의 스테이터 서포터(20)를 장착한 회전 전기기기 스테이터(10)를 나타내고 있는 도 1에 대응하는 도면이다. 도 12는, 도 11로부터 스테이터 서포터(20)를 취출하여 상측에서 본 도면이다.

도 11, 도 12에 나타내는 비교예에서는, 스테이터 서포터(20)의 둘레 방향의 1개소 위치에 있어서 외측 환형부(21)의 두께를 크게 하여, 둘레 방향에 있어서 동일한 위치의 서포터 티스(25)의 두께와 동일해지도록 하고 있다. 그리고, 외측 환형부(21)의 두께를 크게 한 부분의 직경 방향 외측면에 단면 V자형의 오목부를 형성함으로써, 위치 결정 오목부(31)가 형성되어 있다. 위치 결정 오목부(31)도, 도 1 내지 도 6, 도 8에서 나타낸 실시형태의 위치 결정 돌기부(28)와 동일하게, 스테이터 코어(12)에 대하여 스테이터 서포터(20)를 위치 결정하는 기능을 갖는다. 비교예의 위치 결정 오목부(31)를 이용하는 경우, 회전 전기기기의 제조 장치의 일부로서 설치된 위치 결정 핀이 스테이터 서포터(20)의 직경 방향 외측으로부터 내측으로 이동하고, 위치 결정 오목부(31)에 계합하면서 스테이터 서포터(20)를 양측으로부터 가압한다. 이에 따라, 스테이터 코어(12)에 스테이터 서포터(20)가 위치 결정되어, 중심 맞춤과 둘레 방향의 위치 결정이 행해진다. 비교예에 있어서, 그 밖의 구성은, 도 1 내지 도 6, 도 8의 실시형태의 경우와 동일하다.

도 13은, 비교예의 스테이터 서포터(20)에 냉열 사이클을 소정 횟수 반복하여 실행한 경우에 있어서, 위치 결정 오목부(31)의 주변부에서의 응력 분포의 일례를 나타내고 있다. 도 13에 있어서, 비스듬한 격자, 사지, 점재 형상의 원을 표시한 부분의 의미는, 도 9의 경우와 동일하다. 도 13에서 알 수 있는 바와 같이, 비교예에서는 위치 결정 오목부(31)의 안쪽 단(端)의 근방에서 가장 응력이 높아졌다. 또, 이 응력이 높아진 부분에서의 응력의 최고값은, 도 9에 나타낸 구성의 경우에서 비스듬한 격자를 나타낸 부분의 응력의 최고값보다 높아졌다. 이에 따라, 비교예에서는 냉열 사이클의 반복에 의해 열응력이 발생하고 위치 결정 오목부(31)의 가까이에서 스테이터 서포터(20)의 하면에 커브가 발생하여, 파손되기 쉬워짐으로써, 내구성이 저하될 가능성이 있다. 도 9, 도 13의 비교로부터, 도 13에 나타내는 비교예와 같이 위치 결정 오목부(31)를 형성한 경우에는, 도 9에 나타내는 구성과 같이 위치 결정 돌기부(28)를 형성한 경우에 비해, 응력이 높아지는 부분의 범위가 커지고, 또한, 응력의 최고값이 높아졌다. 이 때문에, 실시형태에서는 냉열 사이클을 반복한 경우에도, 비교예에 비해 스테이터 서포터(20)에 발생하는 응력을 작게 할 수 있는 것이 이해된다.

도 14는, 비교예의 스테이터 서포터(20)에 있어서 냉열 사이클을 소정 횟수 반복하여 실행한 경우에 있어서의, 서포터 티스(25)의 둘레 방향 위치와, 최하단으로부터 둘레 방향 위치에 대응하는 스테이터 서포터(20)의 상단까지의 높이의 관계를 나타내고 있다. 도 14에서는, 검은색 마름모형에 의해 도 12의 점 P1의 위치에 대한 높이를 나타내고 있다. 또, 도 14의 흰색 사각형에 의해 도 12의 점 P2의 위치에 대한 높이를 나타내고 있다. 도 14의 흰색 삼각형에 의해 도 12의 점 P3의 위치에 대한 높이를 나타내고 있다. 도 14에 있어서의 그 밖의 의미는, 도 13의 경우와 동일하다. 또한, 도 14에서 서포터 티스(25)의 둘레 방향 위치에서의 「25」는 위치 결정 오목부(31)의 형성 위치를 나타내고 있다.

도 14와 도 12의 비교로부터, 비교예에서는 스테이터 서포터(20)의 하면에서의 커브가 커져, 최하단으로부터 직경 방향 내단 부근의 상단까지의 높이가 커졌다. 이 때문에, 실시형태에서는 냉열 사이클을 반복한 경우에도, 비교예에 비해 스테이터 서포터(20)의 변형을 작게 할 수 있어, 커브도 작게 할 수 있는 것이 이해된다.

Claims

모터의 스테이터 코어(12)의 축 방향 단면에 겹쳐지는 스테이터용 서포터(20)에 있어서,
외측 환형부(21)와,
내측 환형부(23)와,
상기 외측 환형부(21) 및 상기 내측 환형부(23)의 사이에 배치되는 서포터 티스(25) ― 상기 서포터 티스(25)는 상기 모터의 회전축을 중심으로 하여 방사상으로 연장되는 형상이며, 상기 서포터 티스(25)는 상기 외측 환형부(21)와 상기 내측 환형부(23)를 연결함 ―와,
상기 외측 환형부(21)의 직경 방향 외주면에 설치되고, 직경 방향 외측으로 돌출되는 돌기부(28) ― 상기 돌기부(28)의 축 방향 두께는 상기 외측 환형부(21)의 축 방향 두께보다 작음 ―를 포함하는 스테이터용 서포터(20).
제 1 항에 있어서,
상기 돌기부(28)는, 상기 외측 환형부(21)의 직경 방향 외주면의 둘레 방향에 있어서 등간격으로 복수 배치되는 스테이터용 서포터(20).
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 돌기부(28)의 직경 방향 외주면 및 상기 외측 환형부(21)의 직경 방향 외주면은, 오목 형상으로 우묵한 원호형을 갖는 곡면(29)으로 매끄럽게 연속되는 스테이터용 서포터(20).