JP2007189785A - 回転電機のステータ、そのステータの製造方法及びそのステータに用いるハウジング - Google Patents

Abstract

【課題】分割コアを安価かつ簡単な構造により円環状に支持固定し、かつ小型高出力に耐え得るステータとする。
【課題手段】ハウジング１１内に圧粉製分割コア１２を円環状に配置する。その際、各分割コアをそのバックヨーク１２ｂの上下面を上下の挟持片１５、１６により支持し、その挟持により、ハウジング１１内に分割コア１２を支持固定する。この支持固定構造は、簡単であり、安価なものである。圧粉コアは、高周波性能が良く、小型高出力化に向いている。上側挟持片１５は円環状リング１８に設けられたものとし、その円環状リングを筒状ハウジング周縁のフランジ１７にビス１９止めすることにより、上側挟持片１５を、分割コア１２のバックヨークの表面に圧接させ、この圧接力により、上下の両挟持片１５、１６の挟持力を確保する。そのビス止めによる挟持力の調節は比較的に容易であり、分割コアの締結力を必要最小限のものとすることが容易である。
【選択図】図１

Description

この発明は、ハイブリッド自動車用、燃料電池自動車用等の回転電機（モータ）のステータ、そのステータの製造方法及びそのステータに用いるハウジングに関するものである。

回転電機のステータＳは、図１８に示すように、通常、筒状ハウジング１内にその内面に沿って円環状に分割コア２を配置し、その各分割コア（ティース）２にそれぞれにコイル３を巻回した構成であり、その中に同一心にロータ４を装填し、前記各コイル３に３相交流電源を供給して各コア２に磁場を形成して前記ロータ４を回転させるものである（特許文献１参照）。
特開平１１−３０８８３０号公報

このステータＳにおいて、円環状分割コア２の固定は、円環状に並んだ分割コア２の外周面にハウジング１を焼き嵌めする手段が一般的である。しかし、この焼き嵌めによる固定は、十分な固定力を得ようとすれば、勢い、その焼き嵌め力を大きく設定し過ぎとなり、図１８に示す、分割コア２のバックヨーク２ａのコーナ部ａに大きな応力が掛かり、そのコーナ部ａの破損を招く恐れがある。

このため、各分割コア２の下面をハウジング１の内面から内方に突出する爪で支持すると共に、分割コア２の上面にリングを設けて、このリングと前記爪により分割コア２を挟持し、さらに、リングと分割コア２にピンを挿し込み、そのピンにより、分割コア２の周方向への移動を防止した技術がある（特許文献１参照）。

ところで、今日、環境問題の点から、ハイブリッド自動車や燃料電池自動車が開発され、これらの自動車は、回転電機を補助駆動源又は主駆動源とし、その回転電機は当然のこととして小型化が要求される。その回転電機の小型化への一手段として、ステータの小型化がある。
また、例えば、ハイブリッド自動車では、バッテリーからの直流をインバータで３相交流に変換し、その３相交流電源を上記各コイルに供給する。今日、その３相交流には約５００Ｖ程度の高電圧が使用されて回転電機の高出力化が図られている。

この回転電機の小型高出力化を図るためには、回転数の増大（高周波化）が考えられるが、高周波化により、ステータＳのコア２内に発生する渦電流損失が増大し、鉄損が大きくなって回転効率の低下が起こる。
このような実情の下、従来の電磁鋼板製の分割コアに比べ、高周波での鉄損が低い圧粉製分割コアの開発が進められている。この圧粉コアは、粒子内の渦電流を閉じ込めるため、本質的に渦電流を抑制でき、高周波性能が良いものである。

上記ピンによる分割コアの周方向への移動を防止した技術は、そのピンの挿し込み、リングの装着などの作業工程が多いとともに、部品点数も多く、ステータのコストダウン化には適していない。
特に、分割コア２を圧粉製とした場合、コア２にピン孔を形成することは煩雑である。

この発明は、以上の状況に鑑み、分割コアを安価かつ簡単な構造により筒状ハウジング内に支持固定することを第１の課題とし、それに加えて、小型高出力に耐え得るステータとし得ることを第２の課題とする。

上記第１の課題を達成するために、この発明は、まず、筒状ハウジングの内面から内方に突出する上下の挟持片により上記円環状の分割コアを挟持して支持するようにしたのである。
分割コアの上下面からの挟持による締結は、その挟持力を与える力を調整する等によってその挟持力を管理し易いため、分割コアの締結力を必要最小限のものとすることができる。

つぎに、この発明は、上記両挟持片の少なくとも一方を、上記筒状ハウジングの周縁に沿う環状リングに設けられたものとし、その環状リングを前記筒状ハウジングの周縁のフランジにビス止めすることにより、前記一方の挟持片を、分割コアのバックヨークの表面に圧接させ、この圧接力により、上下の両挟持片の挟持力を確保するようにしたのである。
そのビス止めによる挟持力の調節は比較的に容易であり、分割コアの締結力を必要最小限のものとすることが容易である。

上記第２の課題を達成するために、この発明は、分割コアを、圧粉により形成することとしたのである。
圧粉コアは、上述のように、高周波性能が良いものであって、小型高出力化に向いており、通常、成形によって製作されるため、バックヨークの凹部の形成も容易であり、第１の課題を併せて容易に達成できるものと言える。

この発明は、以上のように、上下の挟持によって、分割コアを筒状ハウジングに支持固定するようにしたので、安価かつ簡単な構造なものとなって、安価なステータを得ることができる。
また、圧粉コアの採用により、小型高出力のステータとすることができる。

この発明の実施形態は、筒状ハウジング内にその内面に沿って円環状に分割コアを配置し、その各分割コアにそれぞれにコイルを巻回した回転電機のステータにおいて、前記筒状ハウジングの上下縁に前記各分割コアの上下面を挟む挟持片が内側に向かってそれぞれ設けられ、その両挟持片の少なくとも一方は、前記筒状ハウジングの周縁に沿う環状リングに設けられ、その環状リングは前記筒状ハウジングの周縁のフランジにビス止めされ、そのビス止めにより、前記一方の挟持片は、分割コアのバックヨークの表面に圧接されて、この圧接力により上下の両挟持片の挟持力を確保した構成を採用することができる。

そのビス止め位置は、有効な挟持力が得られる範囲において任意であるが、例えば、上記一方の挟持片としたり、別の位置としたりすることができる。

分割コアは、この発明を実施できる限りにおいて、電磁鋼板製でも良いが、圧粉製とすることが、小型高出力化の面から好ましい。

以上の回転電機のステータは種々の方法で製作できるが、例えば、上記筒状ハウジングは、その上側周縁にフランジを有するとともに、下側周縁に内面から内方に突出する下側挟持片を有するものとし、筒状ハウジング内に、その下側挟持片に前記分割コアをそのバックヨークの下面を載せて円環状に配置して支持した後、前記フランジに、そのフランジの周方向に沿い周囲に内方に突出する上側挟持片を有する環状リングを当てがい、その環状リングを前記フランジにビス止めし、そのビス止めにより、前記上側の挟持片を、分割コアのバックヨークの表面に圧接して、この圧接力により上記上下の両挟持片の挟持力を確保し、各分割コアを筒状ハウジング内にその内面に沿って円環状に配置支持する構成を採用することができる。

一実施例を図１〜図７（ａ）に示し、この実施例は、燃料電池自動車用回転電機やハイブリッド自動車用回転電機のステータＳに係り、従来と同様に、筒状ハウジング１１内にその内面に沿って円環状に分割コア１２を配置し、その各分割コア１２にそれぞれにコイル１３を巻回したものである。通常、コイル１３は、分割コア１２をハウジング１１内に配置する前にそのコア１２に巻回する。

その分割コア１２は、圧粉製であって、その成形時に、図１６に示すように、コイル１３の巻回されるコア本体（ティース）１２ａの後面にバックヨーク１２ｂを有する。

筒状ハウジング１１の上側周縁には外向きのフランジ１７が形成され、そのフランジ１７に円環状リング１８が当てがわれる。その円環状リング１８の周方向等間隔に上側挟持片１５が一体に形成されている。この挟持片１５は各分割コア１２にそれぞれ対応させてもよいが、２つおき等とその対応させる分割コア１２の数は任意である。各分割コア１２は円環状に締結されると、その周方向に相互の抗力によって一体となるため、その一体となった円環状の分割コア１２を周囲等間隔などの任意の位置で上下面でもって挟持すれば良いからである。

筒状ハウジング１１の下側周縁には内向きのフランジ１６が形成されており、このフランジ１６が下側挟持片となって上記挟持片１５とによって、各分割コア１２の上下面を挟持する。フランジ１６も周方向に分割された片とすることもできる。この分割片も、上記挟持片１５と同様に、周囲等間隔位置において、その数等は任意である。

この筒状ハウジング１１はその中央に同心に治具２０が配置される。この治具２０の外周面は円状とされ、この外周面に分割コア１２が円環状に配置されてその内側面が当接すると、その円環状の分割コア１２の中心にロータを装填した際、各分割コア１２のなす内周面とロータの外周面が所要の隙間を確保するようにその曲率が設定されている。

挟持片１５付きの円環状リング１８の製作方法としては、例えば、図４、図５ａ〜図７ａに示す方法を採用することができる。すなわち、図４に示すように、挟持片１５の突出長さの幅を有するリング板１８ａを用意し、そのリング板１８ａをプレス加工して、図５ａに示す、円環状リング１８の内側に挟持片１５を有するとともに、その各挟持片１５にビス孔（透孔）１８ｂを形成する。
つぎに、図６ａに示すように、プレス加工等により、各挟持片１５の基部を斜め上方に少し立ち上げるとともに、ビス孔１８ｂより先端部１５ａをＬ字状に成形する。その先端部１５ａの水平部は円環状リング１８の下面より突出している（下位に位置する）。

この実施例の筒状ハウジング１１等は、以上の構成であり、つぎに、この筒状ハウジング１１による分割コア１２の支持固定について説明する。
まず、図２（ａ）に示すように、筒状ハウジング１１内に治具２０を同一心で配置し、その周りに分割コア１２を円環状に配置する（図２（ｂ））。その際、各分割コア１２をそのバックヨーク１２ｂの下面を下側挟持片１６に載せて支持する。

つぎに、図１、図３に示すように、円環状リング１８を筒状ハウジング１１の上側フランジ１７に当てがい、各ビス孔１８ｂにビス１９を挿し通してフランジ１７のねじ孔１７ａにねじ込む。このねじ込みにより、円環状リング１８はフランジ１７に圧接され、それにつれて、上側挟持片１５が円環状に配置された分割コア１２のバックヨーク１２ｂに当接する。このため、そのビス１９のねじ込み量を調節することにより、その当接力も調整され、その当接力（ねじ込み量）は、回転トルクが作用しても、各分割コア１２が筒状ハウジング１１内にその内面に沿って円環状に配置支持され続けるように実験などによって適宜に設定する。

ビス孔１８ｂは、各上側挟持片１５の十分な当接力が得られる限りにおいてそのリング１８の周方向の数（間隔）は任意である。例えば、３個の分割コア１２毎にビス孔１８ｂを設けることができる。

図１３〜図１５には他の実施例を示し、この実施例は、先の実施例において、各上側挟持片１５にビス孔１８ｂを形成したものである。この円環状リング１８は、例えば、上述の図４、図５（ａ）〜図７（ａ）に示したと同様に、図４、図５（ｂ）〜図７（ｂ）に示すように製作する。

この実施例の筒状ハウジング１１等も上記実施例と同様に、まず、図１４に示すように、治具２０の周りに分割コア１２を円環状に配置した後、その各分割コア１２をそのバックヨーク１２ｂの下面を前記下側挟持片１６に載せて支持する。

つぎに、円環状リング１８を筒状ハウジング１１の上側フランジ１７に当てがい、各ビス孔１８ｂにビス１９を挿し通してフランジ１７のねじ孔１７ａにねじ込み、円環状リング１８をフランジ１７に圧接する。それにつれて、上側挟持片１５が円環状に配置された分割コア１２のバックヨーク１２ｂに当接するため、そのビス１９のねじ込み量を調節し、回転トルクが作用しても、各分割コア１２が筒状ハウジング１１内にその内面に沿って円環状に配置支持されるようにする。

円環状リング１８の製作方法としては、図８〜図１２に示す方法を採用することもできる。すなわち、プレス加工により、図８に示す一本の長尺片１８’をその一側縁に挟持片１５を有するものとする（図９〜図１０）。そのものを、図１２に示すようにロール加工により円環状にする。その円環状にした際の突き合わせ端は溶接等によって接合することができる。
各図９〜図１２において、各（ａ）は、図１に示した実施例の場合、各（ｂ）は図１３に示した実施例の場合を示す。

各実施例において、下側挟持片１６は、図１７に示すように、筒状ハウジング１１の下縁を切り起こすことによって形成することができる。
また、下側挟持片１６も上側挟持片１５と同一構成（円環状リング１８を使用する等）としたり、下側挟持片１６を上記上側挟持片１５と同一構成（図１、図１３の構成）とするとともに、上側挟持片１５を上記下側挟持片１６と同一構成（図１、図１３の構成）としたりすることもできる。

なお、この発明は、実施例の燃料電池自動車用又はハイブリッド自動車用回転電機のステータＳに限らず、その他の大小を問わず各種の回転電機のステータに採用できることは勿論である。

一実施例の斜視図 同実施例の組立説明図 同実施例の組立説明図 同実施例の組立説明図 実施例の環状リングの製作説明図 実施例の環状リングの製作説明図 実施例の環状リングの製作説明図 図６におけるＡ−Ａ線断面図 実施例の他の環状リングの製作説明図 同環状リングの製作説明図 同環状リングの製作説明図 図１０におけるＡ−Ａ線断面図 同環状リングの製作説明図 他の実施例の斜視図 同実施例の組立説明図 同実施例の組立説明図 各実施例の分割コアの斜視図 他の実施例の要部斜視図 従来例の平面図

符号の説明

１、１１ 筒状ハウジング
２、１２ 分割コア
２ａ、１２ｂ コアのバックヨーク
３、１３ コイル
１５ 上側挟持片
１５ａ 上側挟持片の先端部
１６ 下側挟持片（フランジ）
１７ 筒状ハウジングの上縁フランジ
１７ａ ねじ孔
１８ 円環状リング
１８ｂ 環状リングのビス孔
１９ ビス
２０ 治具
Ｓ ステータ

Claims (6)

1. 筒状ハウジング（１１）と、その筒状ハウジング（１１）内にその内面に沿って円環状に配置された分割コア（１２）と、その各分割コア（１２）にそれぞれに巻回したコイル（１３）と、前記筒状ハウジング（１１）の上下周縁部にその内側に向かってそれぞれ設けられた前記各分割コア（１２）の上下面を挟む挟持片（１５、１６）と、その両挟持片（１５、１６）の少なくとも一方が設けられた前記筒状ハウジング（１１）の周縁に沿う環状リング（１８）とから成り、
   上記環状リング（１８）は上記筒状ハウジング（１１）の周縁のフランジ（１７）にビス（１９）止めされ、そのビス止めにより、上記一方の挟持片（１５）は、分割コア（１２）のバックヨーク（１２ｂ）の表面に圧接されて、この圧接力により上記上下の両挟持片（１５、１６）の挟持力を確保したことを特徴とする回転電機のステータ。
2. 上記ビス止めが、上記一方の挟持片（１５）とは別の位置にな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. 上記ビス止めが、上記一方の挟持片（１５）の位置にな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。
4. 上記分割コア（１２）が圧粉からなることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の回転電機のステータ。
5. 請求項１乃至４の何れかに記載の回転電機のステータに用いるハウジングであって、
   上記筒状ハウジング（１１）と、その筒状ハウジング（１１）の下側周縁部に設けられた上記両挟持片（１５、１６）の下側挟持片（１６）と、前記筒状ハウジング（１１）の周縁のフランジ（１７）にビス（１９）止めされる環状リング（１８）と、その環状リング（１８）に設けられた上記両挟持片（１５、１６）の上側挟持片（１５）とから成り、
   上記環状リング（１８）のフランジ（１７）へのビス止めにより、上記上側の挟持片（１５）は、分割コア（１２）のバックヨーク（１２ｂ）の表面に圧接されて、この圧接力により、各分割コア（１２）を上下の挟持片（１５、１６）により挟持して、その両挟持片（１５、１６）の挟持によって前記分割コア（１２）をその筒状ハウジング（１１）に取付けたものであることを特徴とする回転電機のステータに用いるハウジング。
6. 請求項１乃至４の何れかに記載の回転電機のステータ（Ｓ）の製造方法であって、
   上記筒状ハウジング（１１）は、その上側周縁にフランジ（１７）を有するとともに、下側周縁に内面から内方に突出する下側挟持片（１６）を有し、筒状ハウジング（１１）内に、その下側挟持片（１６）に前記分割コア（１２）をそのバックヨーク（１２ｂ）の下面を載せて支持した後、前記フランジ（１７）に、そのフランジ（１７）の周方向に沿い周囲に内方に突出する上側挟持片（１５）を有する環状リング（１８）を当てがい、その環状リング（１８）を前記フランジ（１７）にビス（１９）止めし、そのビス止めにより、前記上側の挟持片（１５）を、分割コア（１２）のバックヨーク（１２ｂ）の表面に圧接して、この圧接力により前記上下の両挟持片（１５、１６）の挟持力を確保し、各分割コア（１２）を筒状ハウジング（１１）内にその内面に沿って円環状に配置支持することを特徴とする回転電機のステータの製造方法。

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