JP2023182065A - ステータの製造方法および回転電機の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ステータコアのインシュレータのみを連結する構造では、その把持力は弱く、ステータとロータを組み合わせてモータを製造する過程においてステータコアが分割されてしまう恐れがある。【解決手段】円環状に配置された前記ステータコアの隣り合う分割コアの接合部および隣り合うインシュレータの接合部の少なくともいずれかの接合部の一部または全部を溶融して固定することでステータコアの分割およびズレを防ぎ、安定した磁気特性を持つステータを製造する方法を提供することができる。【選択図】図13
Description
本願は、ステータの製造方法および回転電機の製造方法に関するものである。
ステータコアに取り付けられた隣り合う一方のインシュレータの端部に円弧状の凸部の連結手段を有し、他方のインシュレータの端部に凹部の連結手段を有し、凸部と凹部の連結手段による蝶番構造でステータコアの連結体を直線形状から円環形状に変形してステータを組み立てる構造が知られている(例えば特許文献1参照)。
しかしながら、このようなステータにあっては、インシュレータのみを連結する構造であるため、その把持力は弱く、ステータとロータを組み合わせてモータを製造する過程においてステータコアが分割されてしまう恐れがある。また、ステータコアが均一に円環上に組み付けられずモータの効率が低下してしまう問題もあった。
本願は、上述のような問題点を解決するためになされたものであり、ステータコアの分割およびズレを防ぎ、安定した磁気特性を持つステータを製造する方法を提供することを目的とする。
本願に開示されるステータの製造方法は、分割コアと、分割コアと巻線との間を絶縁するインシュレータと、を有するステータコアが複数円環状に配置されて組み立てられる方法であって、円環状に配置されたステータコアの隣り合う分割コアの係合部および隣り合うインシュレータの係合部の少なくともいずれかの係合部の一部または全部を溶融して固定すること特徴とする。
本願に開示されるステータの製造方法によれば、円環状に配置されたステータコアの隣り合う分割コアの係合部および隣り合うインシュレータの係合部の少なくともいずれかの係合部の一部または全部を溶融して固定することにより、ステータコアの分割およびズレを防ぎ、安定した磁気特性を持つステータを製造する方法を提供することができる。
以下、本願に係るステータの製造方法の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、同一内容および相当部については同一符号を配し、その詳しい説明は省略する。以降の実施形態も同様に、同一符号を付した構成について重複した説明は省略する。
実施の形態1.
実施の形態1における回転電機のステータについて、図1を用いて説明する。図1は、回転電機を構成するステータ1とロータ2の斜視図である。ロータ2は、ステータ1の内周面に空隙を介してステータ1に対向して配置され、ロータ2に固定された回転軸3が、軸受け(図示せず)により回転自在に支持されている。従って、回転電機を製造する場合、製造したステータ1にロータ2を取り付ける工程を加えることが必要である。回転電機の構造および製造方法は、実施の形態2~5でも同様である。
実施の形態1における回転電機のステータについて、図1を用いて説明する。図1は、回転電機を構成するステータ1とロータ2の斜視図である。ロータ2は、ステータ1の内周面に空隙を介してステータ1に対向して配置され、ロータ2に固定された回転軸3が、軸受け(図示せず)により回転自在に支持されている。従って、回転電機を製造する場合、製造したステータ1にロータ2を取り付ける工程を加えることが必要である。回転電機の構造および製造方法は、実施の形態2~5でも同様である。
図2および図3に示すように、ステータ1は、磁極である分割コア4、分割コア4と巻線との間を絶縁するインシュレータを有するステータコア5が円環状に組み合わされることにより構成されている。インシュレータは、上部インシュレータ6、下部インシュレータ7からなる。なお、以下の説明において、周方向は、ステータ1の周方向を、軸方向は、回転軸3の長さ方向、径方向は、ステータ1の径方向を示すこととする。
ステータコア5には、銅線またはアルミ線が、上部インシュレータ6、下部インシュレータ7を介してステータコア5の外周に巻線されてコイルを構成している。なお、本実施の形態では、説明のし易さから、コイルを図から省略している。他の実施の形態についても同様である。
次に、ステータコア5を組合わせてステータ1を製造する方法につき、説明する。図4は、ステータコア5の斜視図である。ステータコア5は、中央に分割コア4があり、分割コア4の軸方向上部には上部インシュレータ6、分割コア4の軸方向下部には下部インシュレータ7を有する。分割コア4、上部インシュレータ6、下部インシュレータ7は、それぞれが軸方向に対し水平に配置されるように構成されている。また、分割コア4は、薄い電磁鋼板が軸方向に、カシメ、溶接、または接着などにより多数接合され、バックヨーク部8、ティース部9、及びティース先端部10を形成している。
バックヨーク部8は、ステータ1を組み上げた際に、回転軸の周りに環状となるように形成されており、ティース部9は、バックヨーク部8から内径側に突出している。ティース先端部10は、ティース部9の内径側に設けられ、バックヨーク部8と同様に、ティース部9から周方向に突出して形成されている。
図5はステータコア5を径方向内側から見た正面図である。図5に示すように、上部インシュレータ6は、周方向の一方の端部に上部インシュレータ突部11および他方の端部に上部インシュレータ穴部12を有し、下部インシュレータ7は、周方向の一方の端部に下部インシュレータ穴部13および他方の端部に下部インシュレータ突部14を有する。上部インシュレータ突部11および上部インシュレータ穴部12は、分割コア4の周方向端部に位置し、下部インシュレータ穴部13および下部インシュレータ突部14も同様に分割コア4の周方向端部に位置している。また、上部インシュレータ突部11および下部インシュレータ突部14は、上部インシュレータ穴部12および下部インシュレータ穴部13から突出して形成されている。後述するように、突出した部分を加熱で溶融した際、上部インシュレータ突部11と上部インシュレータ穴部12との係合部、および下部インシュレータ突部14と下部インシュレータ穴部13との係合部を固定するのに十分な溶融量を生ずる長さであることが望ましい。
上部インシュレータ突部11、下部インシュレータ突部14、上部インシュレータ穴部12、および下部インシュレータ穴部13は、分割コア4の周方向において常に同じ位置にある。ただし、上部インシュレータ突部11および下部インシュレータ突部14と上部インシュレータ穴部12と下部インシュレータ穴部13の中心位置が同一軸上にある必要はない。
このように構成されたステータコア5を円環状に並べる場合、まず全てのステータコア5の上部インシュレータ突部11、および下部インシュレータ突部14を基準としてステータコア5を位置決めする。そして、図6のように、ステータコア5は、上部インシュレータ突部11および下部インシュレータ突部14を基準として隣り合うステータコア5をずらして円環状に並べる。
その後、上部インシュレータ突部11および下部インシュレータ突部14を基準(中心)として、上部インシュレータ穴部12と下部インシュレータ穴部13を隣り合うステータコア5の上部インシュレータ突部11と下部インシュレータ突部14へステータコア5を回転させながら挿入する。これにより回転電機のステータ1を構成するステータコア5を、同時に回転電機の真円に沿って位置決めしつつ、固定することができる。
図7および図8は、ステータコア5が円環状に配置され、固定された組立途中のステータ1を示す図であり、図7は、ステータ1の側面図を、図8は、上面から見た一部拡大図を示す。図8に示すように、上部インシュレータ突部11は、隣り合う別のステータコア5の上部インシュレータ穴部12に挿入される。図示は省略するが、同様に下部インシュレータ穴部13に、隣り合う別のステータコア5の下部インシュレータ突部14が挿入される。このように隣り合うステータコア5は連結され、円環状に組み合わせられる。これにより、図8に示すように、隣り合うステータコア5の分割コア4は互いに接触した状態で固定される。なお、挿入時の利便性から、上部インシュレータ穴部12および下部インシュレータ穴部13には、スリット15(図4、図7参照)を設けている。
次に、図7のA部を拡大した図9で説明するように、全てのステータコア5を位置決め、円環状に組み合わせた後、各ステータコア5の上部インシュレータ突部11と上部インシュレータ穴部12の付近を加熱、溶融し一体化する。図示していないが、下部インシュレータ穴部13と下部インシュレータ突部14との係合部も溶融し一体化する。
すなわち、上部インシュレータ穴部12から突出した上部インシュレータ突部11の部分を加熱して溶融させ、さらにその熱を伝熱させることで、上部インシュレータ突部11と上部インシュレータ穴部12の係合部16を溶融させ一体化する。また、この時、溶融したインシュレータが、図10に示すように、上部インシュレータ穴部12のスリット15に流れこむことでさらなる強度の確保ができる。下部インシュレータ穴部13と下部インシュレータ突部14も同様に加熱し、溶融する。
上部インシュレータ穴部12と下部インシュレータ穴部13から突出した上部インシュレータ突部11、および下部インシュレータ突部14の部分を溶融させたが、この溶融させた箇所が蓋のような形状となることで、回転電機の軸方向へのズレ抑制となる。
以上のように、本実施の形態によれば、インシュレータの端部に形成された突部を別のステータコアのインシュレータの端部に形成された穴部に係合させ、ステータコアを円環状に配置して固定した後、穴部から突出した突部を加熱溶融してステータを組み立てることにより、ステータコアの連結が強固となり、ステータコアの分割およびズレを防ぎ、安定した磁気特性を持つステータを得ることで回転電機の効率低下を防止することができる。これにより、製造途中においてモータが分割されることなく、また均一にステータを組むことができるため、真円度のバラツキといったモータ効率低下の削減、といった従来にない顕著な効果を奏する。
実施の形態2.
実施の形態2におけるステータについて、図11を用いて説明する。実施の形態1では、上部インシュレータ突部11と上部インシュレータ穴部12、および下部インシュレータ穴部13と下部インシュレータ突部14を係合させることにより、ステータコア5を配置し、その後、上部インシュレータ突部11と上部インシュレータ穴部12、および下部インシュレータ穴部13と下部インシュレータ突部14を溶融することでステータ1を組み立てた。実施の形態2では、図11に示すように、治具17によりステータコア5をガイドしてステータ1の形状である円環状に配置し、図12のように隣合う上部インシュレータ6の側面を接触させる。図示はしないが、隣り合う下部インシュレータ7の側面も同様に接触させる。その後、接触している上部インシュレータ6の係合部および接触している下部インシュレータ7の係合部の一部または全部を溶融させ、ステータ1を組み立てる。
実施の形態2におけるステータについて、図11を用いて説明する。実施の形態1では、上部インシュレータ突部11と上部インシュレータ穴部12、および下部インシュレータ穴部13と下部インシュレータ突部14を係合させることにより、ステータコア5を配置し、その後、上部インシュレータ突部11と上部インシュレータ穴部12、および下部インシュレータ穴部13と下部インシュレータ突部14を溶融することでステータ1を組み立てた。実施の形態2では、図11に示すように、治具17によりステータコア5をガイドしてステータ1の形状である円環状に配置し、図12のように隣合う上部インシュレータ6の側面を接触させる。図示はしないが、隣り合う下部インシュレータ7の側面も同様に接触させる。その後、接触している上部インシュレータ6の係合部および接触している下部インシュレータ7の係合部の一部または全部を溶融させ、ステータ1を組み立てる。
係合部の溶融させる部分への加熱は、軸方向からの加熱、径方向からの加熱、周方向への加熱のいずれでもよい。また、必ずしも一方向からである必要はなく、軸方向からの加熱、径方向からの加熱および周方向への加熱の少なくとも2つの方向からの加熱でもよい。図13には、軸方向からの加熱部分B、径方向からの加熱部分Cを示している。
以上のように、本実施の形態によれば、ステータコアの連結が強固となり、ステータコアの分割およびズレを防ぎ、安定した磁気特性を持つステータを得ることで回転電機の効率低下を防止することができる。これにより、製造途中においてモータが分割されることなく、また均一にステータを組むことができるため、真円度のバラツキといったモータ効率低下の削減、といった従来にない顕著な効果を奏する。また、接触する隣り合うインシュレータの係合部を直接加熱し溶融することで、インシュレータに突部および穴部などを設ける必要がなく簡易な構造でステータの連結を強固にすることができる。
実施の形態3.
実施の形態3に係るステータについて、図14を用いて説明する。実施の形態2では、隣り合う上部インシュレータ6および下部インシュレータ7の側面を接触させ溶融したが、本実施の形態では、図14に示すように、隣り合う一方の上部インシュレータ6の端部に溶着部18を、隣り合う他方の上部インシュレータ6の端部に被溶着部19を形成する。溶着部18と被溶着部19とは、一部が径方向に重なるように形成する。下部インシュレータ7にも同様の溶着部と被溶着部を形成する。溶着部18および被溶着部19を係合させることで、円環状に組み立てられ、これにより分割コア4は隙間などが生じないよう接触する。
実施の形態3に係るステータについて、図14を用いて説明する。実施の形態2では、隣り合う上部インシュレータ6および下部インシュレータ7の側面を接触させ溶融したが、本実施の形態では、図14に示すように、隣り合う一方の上部インシュレータ6の端部に溶着部18を、隣り合う他方の上部インシュレータ6の端部に被溶着部19を形成する。溶着部18と被溶着部19とは、一部が径方向に重なるように形成する。下部インシュレータ7にも同様の溶着部と被溶着部を形成する。溶着部18および被溶着部19を係合させることで、円環状に組み立てられ、これにより分割コア4は隙間などが生じないよう接触する。
その後、溶着部18と被溶着部19の径方向に重なる係合部を、径方向外側から加圧しながら溶融することで、径方向外側からの加圧力でステータコア5を位置決めしながら固定することまでを一貫して行うことができる。
実施の形態2同様、溶融する部分への加熱は、軸方向からの加熱、径方向からの加熱、または周方向への加熱のいずれでもよい。また、必ずしも一方向からである必要はなく、軸方向からの加熱、径方向からの加熱および周方向への加熱の少なくとも2つの方向からの加熱でもよい。
以上のように、本実施の形態によれば、ステータコアの連結が強固となり、ステータコアの分割およびズレを防ぎ、安定した磁気特性を持つステータを得ることで回転電機の効率低下を防止することができる。これにより、製造途中においてモータが分割されることなく、また均一にステータを組むことができるため、真円度のバラツキといったモータ効率低下の削減、といった従来にない顕著な効果を奏する。また、径方向に重なるように係合する溶着部と被溶着部をインシュレータに形成することにより、係合部を加圧しながら溶融することでステータコアを位置決めしながら固定することまでを一貫して行うことが可能となる。
実施の形態4.
実施の形態4におけるステータについて、図15を用いて説明する。上部インシュレータ6および下部インシュレータ7の一体化は、必ずしも上部インシュレータ6および下部インシュレータ7を溶融させる必要はなく、溶融させるための別部材を利用してもよい。
実施の形態4におけるステータについて、図15を用いて説明する。上部インシュレータ6および下部インシュレータ7の一体化は、必ずしも上部インシュレータ6および下部インシュレータ7を溶融させる必要はなく、溶融させるための別部材を利用してもよい。
例えば図15に示すように、隣り合う上部インシュレータ6が接触する係合部を周方向に一部切り欠き、切り欠いた部分に嵌め込めるような溶融部材20を押し当て、溶融させることで係合部を溶融部材20と一体化させることが可能である。また、下部インシュレータ7も同様に溶融部材20を溶融させてもよい。
嵌め込む溶融部材20は、上部インシュレータ6および下部インシュレータ7と同じ部材である必要はなく、より安価な樹脂部材、またはより強度を出せる部材を使用して溶融させてもよい。
実施の形態2および3同様、溶融する部分への加熱は、軸方向からの加熱、径方向からの加熱、周方向への加熱のいずれでもよい。また、必ずしも一方向からである必要はなく、軸方向からの加熱、径方向からの加熱および周方向への加熱の少なくとも2つの方向からの加熱でもよい。
以上のように、本実施の形態によれば、ステータコアの連結が強固となり、ステータコアの分割およびズレを防ぎ、安定した磁気特性を持つステータを得ることで回転電機の効率低下を防止することができる。これにより、製造途中においてモータが分割されることなく、また均一にステータを組むことができるため、真円度のバラツキといったモータ効率低下の削減、といった従来にない顕著な効果を奏する。また、溶融させるための別部材を係合部に用いることにより、より安価に、またはより強度の高いステータを得ることができる。
実施の形態5.
実施の形態5におけるステータについて、図16を用いて説明する。ステータコア5を一体化する部材は必ずしも上部インシュレータ6および下部インシュレータ7である必要はなく、分割コア4と別部材として、隣り合うステータコア5の分割コア4を連結する分割コア連結部材21であってもよい。分割コア4には分割コア連結部材21を挿入できる分割コア連結部材用穴部22を設け、分割コア連結部材21を挿入する。その後、分割コア連結部材21と分割コア連結部材用穴部22の係合部分、あるいは互いに接触している分割コア4同士の係合部を加熱し、溶融する。
実施の形態5におけるステータについて、図16を用いて説明する。ステータコア5を一体化する部材は必ずしも上部インシュレータ6および下部インシュレータ7である必要はなく、分割コア4と別部材として、隣り合うステータコア5の分割コア4を連結する分割コア連結部材21であってもよい。分割コア4には分割コア連結部材21を挿入できる分割コア連結部材用穴部22を設け、分割コア連結部材21を挿入する。その後、分割コア連結部材21と分割コア連結部材用穴部22の係合部分、あるいは互いに接触している分割コア4同士の係合部を加熱し、溶融する。
このような構成により、分割コア4を連結することで、ステータコア5を組み合わせることが可能となり、ステータ1にコイルを巻線するときから、ステータ1を構成するすべてのステータコア5を連結することが可能となり、後工程での組立が不要となる。
分割コア連結部材21は上部インシュレータ6および下部インシュレータ7と同様の部材である必要はなく、より安価な樹脂部材、またはより強度を出せる部材を溶融させてもよい。
実施の形態2から4同様、分割コア連結部材21と分割コア連結部材用穴部22との挿入部分あるいは分割コア4同士を溶融する部分への加熱は、軸方向からの加熱、径方向からの加熱、周方向への加熱のいずれでもよい。また、必ずしも一方向からである必要はなく、軸方向からの加熱、径方向からの加熱および周方向への加熱の少なくとも2つの方向からの加熱でもよい。
以上のように、本実施の形態によれば、ステータコアの連結が強固となり、ステータコアの分割およびズレを防ぎ、安定した磁気特性を持つステータを得ることで回転電機の効率低下を防止することができる。これにより、製造途中においてモータが分割されることなく、また均一にステータを組むことができるため、真円度のバラツキといったモータ効率低下の削減、といった従来にない顕著な効果を奏する。また、分割コア連結部材と分割コア連結部材用穴部との係合により、後工程の組立が不要となる。また、分割コア連結部材の材質を選択することにより、より安価にまたはより強度のあるステータを得ることができる。
本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、1つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
1:ステータ、2:ロータ、3:回転軸、4:分割コア、5:ステータコア、6:上部インシュレータ、7:下部インシュレータ、8:バックヨーク部、9:ティース部、10:ティース先端部、11:上部インシュレータ突部、12:上部インシュレータ穴部、13:下部インシュレータ穴部、14:下部インシュレータ突部、15:スリット、16:係合部、17:治具、18:溶着部、19:被溶着部、20:溶融部材、21:分割コア連結部材、22:分割コア連結部材用穴部。
Claims (6)
- 分割コアと、前記分割コアと巻線との間を絶縁するインシュレータと、を有するステータコアが複数円環状に配置されて組み立てられるステータの製造方法において、
円環状に配置された前記ステータコアの隣り合う分割コアの係合部および隣り合うインシュレータの係合部の少なくともいずれかの係合部の一部または全部を溶融して固定すること特徴とするステータの製造方法。 - 分割コアと、前記分割コアと巻線との間を絶縁するインシュレータと、を有するステータコアが複数円環状に配置されて組み立てられるステータの製造方法において、前記ステータコアを円環状に配置し、隣り合う前記インシュレータの一方のインシュレータの端部に形成された突部と他方のインシュレータの端部に形成された穴部とを係合した後、前記突部を溶融して固定することを特徴とするステータの製造方法。
- 分割コアと、前記分割コアと巻線との間を絶縁するインシュレータと、を有するステータコアが複数円環状に配置されて組み立てられるステータの製造方法において、円環状に配置された前記ステータコアの隣り合う前記インシュレータの一方のインシュレータの端部に形成された溶着部と、他方のインシュレータの端部に形成され、前記溶着部の一部と径方向に重なる被溶着部とが係合した後、係合部を径方向に加圧しながら溶着することを特徴とするステータの製造方法。
- 分割コアと、前記分割コアと巻線との間を絶縁するインシュレータと、を有するステータコアが複数円環状に配置されて組み立てられるステータの製造方法において、
円環状に配置された前記ステータコアの隣り合うインシュレータの係合部に前記インシュレータとは別部材からなる溶着部材を有し、前記溶着部材を溶融して固定すること特徴とするステータの製造方法。 - 分割コアと、前記分割コアと巻線との間を絶縁するインシュレータと、を有するステータコアが複数円環状に配置されて組み立てられるステータの製造方法において、
円環状に配置された前記ステータコアの前記分割コアを連結するための分割コア連結部材を隣合う分割コアに取り付け、取付箇所を溶融して固定することを特徴とするステータの製造方法。 - 請求項1から5のいずれか1項のステータの製造方法にロータの取り付け工程を加えて、回転電機を製造する回転電機の製造方法。
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2022
- 2022-06-14 JP JP2022095449A patent/JP2023182065A/ja active Pending
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