JP5607591B2 - ステータ用外筒、ステータ、及びステータの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ステータ用外筒、ステータ、及びステータの製造方法に関し、より詳しくは、複数の分割コアを含むステータコアを、外筒の焼き嵌めにより固定した構造、外筒の焼き嵌めにより固定する方法に関する。

分割コアを円環状に配置したステータコアに外筒を嵌めて固定する方法として、焼き嵌め法が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。焼き嵌め法では、ステータコアの外径よりも小さな内径を有する外筒を準備し、この外筒を加熱して内径を拡径した状態で外筒内にステータコアを挿入する。そして、外筒を冷却して縮径させることで、ステータコアと外筒とが、その寸法差により生じる応力によって強く固定される。

なお、外筒の軸方向端部には、外筒の外周面から外側に向かって突出したフランジが形成されている。このフランジは、ステータをハウジングに締結するための締結用フランジであって、例えば、ボルトが挿通される貫通孔を有する。

特開２０１０‐２５９３１５号公報 特開２０１０‐１４８３２９号公報

ところで、焼き嵌め工程では、外筒が変形し、締結用フランジも筒内に倒れ込むように変形する。締結用フランジは、ハウジングとの締結力を確保するため、外筒の径方向に対して略平行となり高い平面度を有する必要がある。しかし、焼き嵌め工程での変形により、平面度が悪化するという問題がある。

なお、締結用フランジの平面度が損なわれると、ボルトの本数を増やす、或いはボルトの締め付け力を上げる等の対策が必要となる。しかし、前者の場合には、例えば、ハウジングの取り付け座面数を増やす必要があり、搭載スペースの拡大が問題となる。後者の場合には、例えば、ハウジングの剛性を高める必要があり、材料コストのアップにつながる。

本発明に係るステータ用外筒は、軸方向端部の少なくとも一方に、外周面から外側に向かって突出した締結用フランジを有し、複数の分割コアを含むステータコアを焼き嵌めにより固定するステータ用外筒において、前記締結用フランジは、前記外周面に近づく方向に傾斜していることを特徴とする。

本発明に係るステータ用外筒において、前記締結用フランジは、前記焼き嵌めによる変形量に相当する分だけ、前記外周面に近づく方向に傾斜している、或いは前記締結用フランジは、前記焼き嵌めにより径方向に対して略平行にもどる程度の曲げ角度で、前記外周面に近づく方向に傾斜していることが好適である。

本発明に係るステータは、複数の分割コアを含むステータコアと、焼き嵌めにより前記ステータコアに外嵌される外筒とを備えたステータにおいて、前記外筒は、軸方向端部の少なくとも一方に、外周面から外側に向かって突出した締結用フランジを有し、前記締結用フランジは、前記焼き嵌め前において、前記外周面に近づく方向に傾斜しており、前記焼き嵌めにより、前記外筒の径方向に対して略平行となることを特徴とする。

本発明に係るステータの製造方法は、軸方向端部の少なくとも一方に、外周面から外側に向かって突出した締結用フランジを有する外筒を作製する工程と、加熱した前記外筒内に、複数の分割コアを含むステータコアを挿入して固定する焼き嵌め工程とを備えたステータの製造方法において、前記外筒を作製する工程では、前記焼き嵌めにより径方向に対して略平行にもどる程度の曲げ角度で、前記締結用フランジを前記外周面に近づく方向に傾斜させて形成することを特徴とする。

本発明によれば、焼き嵌め後において、外筒の締結用フランジの良好な平面度を確保することが可能となる。これにより、ハウジングとの締結力を確保でき、例えば、締結部材の本数を低減することができる、或いは締結部材の締め付け力を下げることができる。

本発明の実施形態であるステータを示す平面図である。 図１のＡ‐Ａ線断面図である（ステータコアは省略）。 本発明の実施形態であるステータ用外筒を示す斜視図であって、焼き嵌め前の状態を示す図である。 図３のＢ‐Ｂ線断面図である。

図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。
実施形態では、ハイブリッド自動車等の電動車両駆動用モータジェネレータに適用可能なステータ１０を例示するが、本発明の適用はこれに限定されない。本発明は、例えば、レゾルバステータ等にも適用することができる。

実施形態の説明では、ステータ１０、ステータコア２０、外筒３０の軸方向・径方向を、単に軸方向・径方向と称する場合がある。また、特に断らない限り、内側とは、径方向内側を意味し、外側とは、径方向外側を意味する。また、平面視とは、ステータ１０等を軸方向の一方側から軸方向に沿って見ることを意味する。

以下、図１及び図２を参照し、ステータ１０の構成を説明する。
図１は、ステータ１０の平面視図（平面図）であり、図２は、外筒３０の締結用フランジ３３が設けられた部分を軸方向に切断したＡ‐Ａ線断面図である。

ステータ１０は、ステータコア２０と、ステータコア２０に外嵌された外筒３０とを含んで構成される。その他、ステータ１０は、例えば、複数の各相巻線から形成される三相のコイル、コイルエンドに設けられたバスバーモジュール（いずれも図示せず）などを含む。また、ステータ１０は、図示しないハウジングによりカバーされる。ハウジングは、例えば、ステータ１０と、その内側に配置されるロータとから構成されるモータジェネレータの全体をカバーする。

ステータコア２０は、円環状を呈し、その内周に複数のスロット２１を有する。複数のスロット２１は、その深さ方向が径方向と略一致するように形成されている。ステータコア２０に形成されるスロット２１の数は、例えば、ロータの磁極数に対してコイルの一相あたり２個の割合で形成される。

ステータコア２０は、複数の分割コア２２を含む。つまり、ステータコア２０は、複数の分割コア２２を周方向に連結して構成されている。図１に例示する形態では、分割コア２２は、内側に延びる一対のティース部２３と、ティース部２３を外側で連結するバックヨーク部２４とを有する。そして、分割コア２２に１つのスロット２１が形成され、また、隣接する分割コア２２との間で１つのスロット２１が形成されている。なお、分割コア２２は、例えば、電磁鋼板を軸方向に積層して又は圧粉磁心により形成されている。

コイルは、スロット２１に通された絶縁被覆導線が、ティース部２３に巻き付けられて構成されている。コイルは、予め環状に巻回して形成することができ、該コイルに対して外周側からティース部２３を挿入するように分割コア２２を配列することで、コイルがティース部２３に巻回された形態を得ることができる。

外筒３０は、例えば、磁束が通過可能な低炭素鋼により構成され、略円筒形状を有している。外筒３０は、複数の分割コア２２を含むステータコア２０を焼き嵌めにより固定している。焼き嵌めは、上記のように、締め付けタイプの接合である（詳細については後述する）。つまり、外筒３０は、その内周面３１がステータコア２０のバックヨーク部２４に当接した状態で設けられている。ここで、「内周面３１」とは、外筒３０の径方向内側を向いた面であり、外筒３０の径方向外側を向いた面が「外周面３２」である。

外筒３０は、その軸方向一端部に、外周面３２から外側に向かって突出した締結用フランジ３３を有する。締結用フランジ３３は、平面視略三角形状を呈している。締結用フランジ３３には、締結部材（例えば、ボルト）を軸方向に挿通可能な貫通孔であるボルト挿通孔３４が形成されている。ステータ１０は、このボルト挿通孔３４に挿通されたボルトを用いてハウジングに固定される。

図１に例示する形態では、６つの締結用フランジ３３が設けられており、各締結用フランジ３３は、外筒３０の中心軸を挟んで他の１つの締結用フランジ３３と対向配置されている。各締結用フランジ３３の間隔は、２種類存在し、４箇所が同等で他の２箇所がやや長くなっているが、全ての間隔が同じであってもよい。また、締結用フランジ３３の形状は、全てが同一である必要はなく、一部が異なっていてもよい。また、締結用フランジ３３の形状は、平面視略三角形状に限定されず、半円形状や台形形状であってもよい。

締結用フランジ３３は、径方向に対して略平行に設けられ、良好な平面度（径方向に対する平行の度合い）が確保されている。換言すると、締結用フランジ３３は、外周面３２に対して略垂直に設けられる。ここで、「略平行」とは、実質的に平行と見なすことができる状態を含み、具体的には、締結用フランジ３３と径方向に沿った仮想線Ｚとがなす角度が±３°（＋を外周面３２側とする）の範囲内であることを意味する。当該角度は、より好ましくは９０°±２°、特に好ましくは９０°±１°の範囲内である。

締結用フランジ３３は、生産性等の観点から、例えば、プレス曲げ加工により成形される。つまり、締結用フランジ３３は、外筒３０の軸方向一端部において、一体成形されている。なお、締結用フランジ３３は、焼き嵌め前において、外周面３２に近づく方向に傾斜しており、焼き嵌めにより、径方向に対して略平行となる。

以下、焼き嵌め前の外筒のことを「ステータ用外筒３０ｘ（外筒３０ｘ）」として、図３及び図４を参照しながら、外筒３０ｘの構成、及び外筒３０ｘを用いたステータ１０の製造方法を詳説する。なお、外筒３０ｘの構成要素の符号にもｘを付する。
図３は、外筒３０ｘの斜視図であり、図４は、外筒３０ｘの締結用フランジ３３ｘが設けられた部分を軸方向に切断したＢ‐Ｂ線断面図である。

外筒３０ｘでは、その軸方向一端部に設けられた複数の締結用フランジ３３ｘが、いずれも外周面３２ｘに近づく方向に傾斜している。つまり、締結用フランジ３３ｘは、径方向に略平行ではなく、締結用フランジ３３ｘと外筒３０ｘの径方向に沿った仮想線Ｚ１とがなす角度（以下、オーバー角度θ１とする）が、例えば、３°を超えている。好適な傾斜の程度は、後述するように種々の条件により異なるが、オーバー角度θ１が、０°〜４５°であることが好ましく、０°〜１０°であることがより好ましい。０°〜５°であることが特に好ましい。換言すると、締結用フランジ３３ｘと外周面３２ｘとがなす角度を８７°未満の鋭角に設定する。

締結用フランジ３３ｘは、上記のように、プレス曲げ加工により形成されることが好適である。プレス曲げ加工された締結用フランジ３３ｘは、焼き嵌め過程で高温が加わると、残留応力により元の形状に戻る所謂スプリングバックが生じ易い。つまり、外筒３０ｘのプレス曲げ加工により形成される角度であって、締結用フランジ３３ｘと外筒３０ｘの軸方向に沿った仮想線Ｚ２とがなす角度（以下、曲げ角度θ２とする）が、小さくなるように変形する。

締結用フランジ３３ｘは、焼き嵌め後において良好な平面度を確保するため、焼き嵌めによる変形量、即ちスプリングバック量に相当する分だけ、外周面３２ｘに近づく方向に傾斜している。つまり、締結用フランジ３３ｘは、焼き嵌めによる変形量を考慮して、曲げ角度θ２を締結用フランジ３３ｘが径方向に平行となる角度（９０°）に設定せず、９０°にオーバー角度θ１を加えてプレス曲げ加工される。締結用フランジ３３ｘの変形量が大きいほど、オーバー角度θ１を大きく設定して、締結用フランジ３３ｘの先端を外周面３２ｘに近接させることが好適である。

なお、焼き嵌めによる締結用フランジ３３ｘの変形量は、例えば、締結用フランジ３３ｘ（外筒３０ｘ）の材質・厚み、プレス加工時の圧力、ボルト挿通孔３４ｘのサイズ、焼き嵌め温度などに応じて変動する。例えば、締結用フランジ３３ｘの厚みが薄いほど、変形量が大きくなるため、オーバー角度θ１・曲げ角度θ２を大きく設定する。また、焼き嵌め温度が高くなるほど、オーバー角度θ１・曲げ角度θ２を大きく設定することが好適である。

また、締結用フランジ３３ｘは、焼き嵌めにより径方向に対して略平行にもどる程度の曲げ角度θ２で、外周面３２ｘに近づく方向に傾斜していると言える。つまり、締結用フランジ３３ｘは、焼き嵌めしたときに、径方向に対して略平行にもどる曲げ角度θ２でプレス曲げ加工される。なお、オーバー角度θ１・曲げ角度θ２は、上記種々の条件を考慮したシミュレーションや実際の実験により設定できる。

ここで、外筒３０ｘを用いたステータ１０の製造方法を説明する。

ステータ１０は、複数の分割コア２２を含むステータコア２０を、外筒３０ｘの焼き嵌めにより固定することで製造される。ステータ１０の製造工程は、外筒３０ｘを作製する工程と、焼き嵌め工程とを備える。その他、当該製造工程には、ステータコア２０を作製する工程、コイルを作製する工程などが含まれる。これらの工程は、従来公知の方法によりなされる（説明は省略する）。

以下、外筒３０ｘを作製する工程、及び焼き嵌め工程について説明する。
外筒３０ｘを作製する工程では、例えば、軸方向一端部に、軸方向に沿った複数の締結用フランジ３３ｘが形成された筒状体（内径は、ステータコア２０の外径より小さい）を準備し、この締結用フランジ３３ｘをプレス曲げ加工して、外周面３２ｘから外側に向かって突出した形状とする。このとき、締結用フランジ３３ｘの焼き嵌め工程での変形量（スプリングバック量）を考慮して、焼き嵌め工程で締結用フランジ３３ｘが径方向に対して略平行にもどる程度の曲げ角度θ２で、締結用フランジ３３ｘを外周面３２ｘに近づく方向に傾斜させる。つまり、締結用フランジ３３ｘが径方向に平行となる９０°に、オーバー角度θ１を加えてプレス曲げ加工する。

焼き嵌め工程では、加熱した外筒３０ｘ内に、コイルが巻回されたステータコア２０を挿入する。外筒３０ｘは、例えば、図示しないヒーターにより、内径が拡径して膨張する温度（例えば、３００℃程度）に加熱される。高温に加熱されて膨張した外筒３０ｘ内には、ステータコア２０を挿入することができる。このとき、締結用フランジ３３ｘも、曲げ角度θ２が小さくなる方向に変形する。そして、図示しない送風機などの冷却手段により外筒３０ｘを冷却して内径を縮径させる。これにより、ステータコア２０が外筒３０により締め付けられて強く固定される。外筒３０では、締結用フランジ３３が径方向に対して略平行であり、曲げ角度θ２は、約９０°（例えば、９０°±３°）となる。

以上のように、外筒３０ｘを用いて、上記製造方法により製造されたステータ１０は、締結用フランジ３３が径方向に対して略平行となり、良好な平面度が確保されている。このため、ステータ１０とハウジングとの締結性が良好となり、少ないボルト数で、或いは小さな締め付け力での締結が可能となる。

上記実施形態は、本発明の目的を損なわない範囲で設計変更することができる。
例えば、上記実施形態では、締結用フランジ３３が外筒３０の軸方向一端部のみに設けられるものとして説明したが、外筒の軸方向両端部に締結用フランジが設けられてもよい。この場合、それぞれの端部に設けられた締結用フランジの数や形状は、互いに異なっていてもよい。また、焼き嵌め前の外筒において、締結用フランジの傾斜の程度が互いに異なっていてもよい。

１０ ステータ、２０ ステータコア、２１ スロット、２２ 分割コア、２３ ティース部、２４ バックヨーク部、３０，３０ｘ 外筒、３１，３１ｘ 内周面、３２，３２ｘ 外周面、３３，３３ｘ 締結用フランジ、３４，３４ｘ ボルト挿通孔。

Claims (5)

1. 軸方向端部の少なくとも一方に、外周面から外側に向かって突出した締結用フランジを有し、複数の分割コアを含むステータコアを焼き嵌めにより固定するステータ用外筒において、
   前記締結用フランジは、前記外周面に近づく方向に傾斜していることを特徴とするステータ用外筒。
2. 請求項１に記載のステータ用外筒において、
   前記締結用フランジは、前記焼き嵌めによる変形量に相当する分だけ、前記外周面に近づく方向に傾斜していることを特徴とするステータ用外筒。
3. 請求項１に記載のステータ用外筒において、
   前記締結用フランジは、前記焼き嵌めにより径方向に対して略平行にもどる程度の曲げ角度で、前記外周面に近づく方向に傾斜していることを特徴とするステータ用外筒。
4. 複数の分割コアを含むステータコアと、
   焼き嵌めにより前記ステータコアに外嵌される外筒と、
   を備えたステータにおいて、
   前記外筒は、軸方向端部の少なくとも一方に、外周面から外側に向かって突出した締結用フランジを有し、
   前記締結用フランジは、前記焼き嵌め前において、前記外周面に近づく方向に傾斜しており、前記焼き嵌めにより、前記外筒の径方向に対して略平行となることを特徴とするステータ。
5. 軸方向端部の少なくとも一方に、外周面から外側に向かって突出した締結用フランジを有する外筒を作製する工程と、
   加熱した前記外筒内に、複数の分割コアを含むステータコアを挿入して固定する焼き嵌め工程と、
   を備えたステータの製造方法において、
   前記外筒を作製する工程では、前記焼き嵌めにより径方向に対して略平行にもどる程度の曲げ角度で、前記締結用フランジを前記外周面に近づく方向に傾斜させて形成することを特徴とする製造方法。

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