JP5937458B2 - ステータ、ステータを用いたアウターロータ型回転電機、および、ステータの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ステータ、ステータを用いたアウターロータ型回転電機、および、ステータの製造方法に関する。

従来、回転電機のステータとして、スリットを有する板状部材を曲げることにより環状に形成したヨークと、ヨークから放射状に延びている複数のティースと、を有するものがある。例えば特許文献１に開示されたステータは、インナーロータ型の電動機のものであって、円筒部材の内壁に圧入することによって固定されている。

特許第４９４８４７４号公報

特許文献１に開示されたステータは、固定するために円筒部材に圧入する必要がある。さらに、ステータが圧入された円筒部材をハウジングなどに取り付ける必要がある。そのため、円筒部材などの固定用部材が必要となり部品点数が多く、また圧入などの固定工程が必要となり組付工数が多いという問題があった。

また、アウターロータ型回転電機に用いられるステータのヨークを板状部材から曲げて作る場合、特許文献１に開示されたインナーロータ型回転電機用のものと同じように円筒部材の内壁に圧入する固定方法を採用することができない。アウターロータ型回転電機用のステータの径外方向には、当該ステータとの間に所定のエアギャップを隔てるようにアウターロータを配置する必要があるからである。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、部品点数を削減するとともに組付工数を低減することができるステータを提供することである。

本発明は、アウターロータ型回転電機に用いられ、環状に形成されており、周方向の一箇所において周方向の一方と他方とが連結されているステータであって、径内面から放射状に延びている複数のスリットを有するヨークと、ヨークから放射状に延びている複数のティースと、ティースに巻回されているコイルとを備える。ヨークは、ボルトが挿通可能な取付孔を有する。スリットは、周方向に隣り合う一対のティースの間に位置している。取付孔は、周方向に隣り合う一対のスリットの間に位置している。
したがって、例えば円筒部材などの固定用部材を用いることなくステータを例えばハウジング等に直接取り付けることができる。そのため、固定用部材が不要であり、部品点数を削減することができる。また、ステータが固定された固定用部材をハウジングなどに取り付ける工程が不要であり、組付工数を削減することができる。

また、ヨークの取付孔は、複数のスリットを有する板状部材を環状に曲げるとき、位置決め手段および操作手段として用いることができる。具体的には、先ず、板状部材を所定の治具にセットする。このとき、板状部材の一端部にある取付孔に位置決めピンを挿して当該一端部を固定する。次に、板状部材の他端部にある取付孔に操作ピンを挿して当該他端部を一端部に突き合わせるように板状部材を曲げる。以上により、板状部材を環状に曲げることができる。このような作り方は、自動機械のみならず、人力で作るときも利用可能であり、比較的容易に板状部材を曲げることができる。

本発明の一実施形態によるステータが適用された交流発電機の正面図である。 図１の交流発電機の縦断面図である。 図１の交流発電機のステータコアの正面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。 図３のステータコアを構成する積層コアの正面図である。 図５の積層コアの展開状態を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
（一実施形態）
本発明の一実施形態によるステータが適用された「回転電機」としての交流発電機を図１および図２に示す。図１は、図２の交流発電機１を矢印Ｉ方向から見た図である。交流発電機１は、二輪車に搭載され、バッテリの充電、および、点火プラグおよびランプへの電力供給などのために利用される。

先ず、交流発電機１の概略構成を図１〜図４に基づき説明する。
図１および図２に示すように、交流発電機１は、アウターロータ型回転電機であり、ステータ１０、アウターロータ５０および位置センサ１６を備えている。

図１〜図４に示すように、ステータ１０は、ステータコア２００、インシュレータ１２および複数のコイル１１から構成されている。ステータコア２００は、エンジンのクランク軸２と同軸上に配置されている環状のヨーク２２と、ヨーク２２から放射状に突き出す複数のティース２３と、を形成している。ティース２３の径外端はツバ部２４を形成している。ステータコア２００は、ボルト４によりエンジンカバー３に取り付けられている。

インシュレータ１２は、絶縁体からなり、ティース２３に取り付けられている。コイル１１は、インシュレータ１２を介してティース２３に巻回されている。コイル１１は、配線１７を経由してコネクタ１８に電気的に接続されている。

アウターロータ５０は、ロータベース５２、ロータボディ５１、磁石５３１および磁石５３２から構成されている。ロータベース５２は、クランク軸２に嵌合可能なボス部５２１と、ボス部５２１から径外方向に突き出すフランジ部５２２と、を形成している。ボス部５２１は、嵌合孔５２３と、嵌合孔５２３の内壁に形成されたキー溝５２４と、を有している。ロータベース５２は、キー溝５２４を用いてクランク軸２に相対回転不能に連結可能である。

ロータボディ５１は、ボス部５２１と同軸上に配置された筒部５１１と、筒部５１１のうちフランジ部５２２側の一端部を塞ぐ底部５１２と、を形成している。ロータボディ５１の底部５１２は、ロータベース５２のフランジ部５２２に固定されている。底部５１２の外壁には、位置検出用の突起である位置検出部５１３が形成されている。

磁石５３１および磁石５３２は、周方向に交互にロータボディ５１の筒部５１１の径内面に固定されている。磁石５３１は、「磁極」としてのＮ極が径内方向に位置するように設けられ、磁石５３２は、「磁極」としてのＳ極が径内方向に位置するように設けられている。
本実施形態では、アウターロータ５０はフライホイールとしても機能する。

位置センサ１６は、径方向においてロータボディ５１の位置検出部５１３に対向しているか否かを検出することができ、アウターロータ５０の回転位置に応じた電気信号を出力する回転位置検出手段である。位置センサ１６は、コネクタ１８に電気的に接続されている。
以上のように構成された交流発電機１は、アウターロータ５０が回転すると、アウターロータ５０の磁石５３１、５３２が作る磁界が変化することによってコイル１１に誘導電流を発生させる。この誘導電流は、単相または３相等の交流電流として出力される。

次に、本実施形態の特徴であるステータコア２００の構成を図１〜図６に基づき説明する。
ステータコア２００は、板状部材を曲げることにより環状に形成された積層コア２０と、打ち抜き工法などで製作され軸方向で積層コア２０を挟む一対のアッパーコア４０と、を有している。積層コア２０および一対のアッパーコア４０は、軸方向に見た形状と孔位置とがほぼ一致しており、リベット孔２８２に挿通されたリベット４１によって一体に固定されている。アッパーコア４０は、積層コア２０を挟み込むことで機械的強度を補強する補強手段として機能している。

積層コア２０のヨーク２２は、周方向に並ぶ複数のヨーク部２５１と、周方向に隣り合う一対のヨーク部２５１同士を接続している接続部２５２と、を形成している。また、積層コア２０のヨーク２２は、径内面から放射状に延びている複数のスリット２６を有している。接続部２５２およびスリット２６は、周方向に隣り合う一対のティース２３の間に位置している。

接続部２５２は、スリット２６の開口幅が大小するように曲げ可能である。言い換えれば、接続部２５２は、周方向に隣り合う一対のヨーク部２５１の先端同士が接近および離間するように曲げ可能である。
スリット２６の先端部すなわち深部には、積層コア２０を曲げるときの応力を接続部２５２内で分散させる為のノッチ２６１が設けられている。図５に示すように、ノッチ２６１は、ヨーク部２５１の基端の幅を小さくするように周方向に延びる長孔状である。これにより、ヨーク部２５１は、周方向に隣接するヨーク部２５１に対して基端部を支点に先端部が軸方向に撓むことができる。また、ノッチ２６１の応力分散効果により、極所的な薄肉部が生じ無い為、機械的強度と、良好な磁路が確保される。

ステータコア２００のヨーク２２は、ステータ１０を外部すなわちエンジンカバー３にボルト４で取り付けるとき用いる取付孔２７、および、配線のための端子を通す端子孔２８１などの孔を有している。取付孔２７は、周方向に隣り合う一対のスリット２６の間に位置している。また、取付孔２７の周方向中心位置は、ステータコア２００のティース２３の周方向中心位置と一致している。また、周方向に隣り合う一対の取付孔２７の間には、ヨーク部２５１が一つ以上配置されている。ヨーク部２５１は、ボルト４がエンジンカバー３に締め付けられるとき当該ボルト４に軸方向に押圧され、周方向に隣接するヨーク部２５１に対して軸方向に撓む。

次に、積層コア２０の製造方法を図５および図６に基づき説明する。
積層コア２０は、積層された複数枚のコアシート２０１を環状に曲げることによって作られる。具体的には、先ず、図６に示すように接続部２５２を介して複数のコアエレメント２１が直線状に連なっているコアシート２０１を複数枚積層させ、所定の治具にセットする。このとき、コアシート２０１の一端部２０２にある取付孔２７に位置決めピンを挿して当該一端部２０２を固定する。取付孔２７は、位置決め手段として機能する。この段階では、スリット２６は、開口側が大きく開いており、開口部の双璧がなす角度である開口角度θは、θ＜３６０／α（αはティースの数）となるよう設定されている。

次に、コアシート２０１の他端部２０３にある取付孔２７に操作ピンを挿して当該他端部２０３を一端部２０２に突き合わせるようにコアシート２０１を曲げる。このとき、径方向幅が比較的小さく且つノッチ２６１に隣接する接続部２５２が積極的に曲がる。取付孔２７は、操作手段として機能する。接続部２５２はスリット２６をなす２辺の一部が接触後、接触部を支点にさらに曲げられることにより、塑性変形し曲げ加工が完了する。このとき、前述のように開口角度θが（３６０／α）を下回るように設定されている為、スリット２６は接続部２５２から離れた内径側で接触することになる。接続部２５２に対して離れた点を支点に力が加わることなり、より小さな力で加工を完了することが出来る。この為、スリット２６の接触部や加工治具と接触する部位への力が抑制され、結果発生する残留応力による磁気特性の悪化を減少させることが出来る。

次に、案内凸部３６が案内凹部３７に案内された状態で一端部２０２と他端部２０３とを突き合わせ、連結凸部３２が連結凹部３１に圧入され、一端部２０２と他端部２０３が連結される。
次に、ツバ部２４が周方向に延びるように曲げられ、積層コア２０が完成する。

以上説明したように、本実施形態によるアウターロータ型の交流発電機１のステータ１０は、環状に曲げられて成るヨーク２２と、ヨーク２２から放射状に延びている複数のティース２３と、ティース２３に巻回されているコイル１１と、を備える。ヨーク２２は、エンジンカバー３に取り付けるとき用いるボルト４が挿通可能な取付孔２７を有する。
したがって、例えば円筒部材などの固定用部材を用いることなくステータ１０をエンジンカバー３に直接取り付けることができる。そのため、固定用部材が不要であり、部品点数を削減することができる。また、ステータ１０が固定された固定用部材をエンジンカバー３などに取り付ける工程が不要であり、組付工数を削減することができる。

また、ステータコア２００の取付孔２７は、コアシート２０１を環状に曲げるとき、位置決め手段および操作手段として用いることができる。具体的には、コアシート２０１の一端部２０２にある取付孔２７に位置決めピンを挿して当該一端部２０２を固定しつつ、コアシート２０１の他端部２０３にある取付孔２７に操作ピンを挿して当該他端部２０３を一端部２０２に突き合わせるようにコアシート２０１を曲げる。このような作り方は、自動機械のみならず、人力で作るときも利用可能であり、比較的容易にコアシート２０１を曲げることができる。

また、本実施形態では、スリット２６は、周方向に隣り合う一対のティース２３の間に位置している。そのため、ステータコア２００の径内部が変形し易く、エンジンカバー３への取り付けが行い易い。

また、本実施形態では、取付孔２７は、周方向に隣り合う一対のスリット２６の間に位置している。そのため、取付孔２７の加工時に変形が少ないため、高い寸法精度を得ることができる。また、例えばスリット２６を跨ぐように取付孔が形成されるとボルト４の締め付け時に取付孔の縁部が逃げるように変形してしまうが、本実施形態では上記変形を回避することができる。

また、本実施形態では、取付孔２７の周方向中心位置は、ステータコア２００のティース２３の周方向中心位置と一致している。そのため、ティース２３の基端部の強度を確保することができる。

また、本実施形態では、ステータコア２００のヨーク２２は、周方向に並ぶ複数のヨーク部２５１と、周方向に隣り合う一対のヨーク部２５１同士を接続している曲げ可能な接続部２５２と、を形成している。また、周方向に隣り合う一対の取付孔２７の間には、ヨーク部２５１が一つ以上配置されている。そのため、ヨーク部２５１は、ボルト４がエンジンカバー３に締め付けられるとき当該ボルト４に軸方向に押圧され、周方向に隣接するヨーク部２５１に対して軸方向に撓むことができる。このようにヨーク部２５１が撓むことでボルト４の抜け止め効果を得ることができる。

（他の実施形態）
本発明の他の実施形態では、ステータコアは、複数枚のコアシートが積層される構成に限らず、一枚の板で形成されてもよい。
本発明の他の実施形態では、ステータは、３本のボルトに限らず、２本以下のボルトまたは４本以上のボルトにより固定されてもよい。
本発明の他の実施形態では、取付孔の周方向中心位置は、ティースの周方向中心位置と一致していなくてもよい。
本発明の他の実施形態では、周方向に隣り合う一対の取付孔の間には、一つのスリットが位置していてもよい。すなわち、周方向に隣り合う一対の取付孔は、周方向に隣り合う一対のヨーク部に形成されてもよい。
本発明の他の実施形態では、ステータは、交流発電機に限らず、他の型式の発電機、あるいは各種電動機に適用可能である。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１・・・・交流電動機（アウターロータ型回転電機）
１０・・・ステータ
１１・・・コイル
２０１・・コアシート（板状部材）
２０２・・一端部
２０３・・他端部
２２・・・ヨーク
２３・・・ティース
２６・・・スリット
２７・・・取付孔

Claims (8)

1. アウターロータ型回転電機（１）に用いられ、環状に形成されており、周方向の一箇所において周方向の一方と他方とが連結されているステータ（１０）であって、
   径内面から放射状に延びている複数のスリットを有するヨーク（２２）と、
   前記ヨークから放射状に延びている複数のティース（２３）と、
   前記ティースに巻回されているコイル（１１）と、
   を備え、
   前記ヨークは、ボルト（４）が挿通可能な取付孔（２７）を有しており、
   前記スリットは、周方向に隣り合う一対の前記ティースの間に位置しており、
   前記取付孔は、周方向に隣り合う一対の前記スリットの間に位置していることを特徴とするステータ。
2. 前記ヨークは、周方向に隣り合う一対の前記スリットの間に位置しているリベット孔（２８２）を有することを特徴とする請求項１に記載のステータ（１０）。
3. 前記ステータのうち連結されている箇所である前記周方向の一箇所を連結箇所とすると、
   前記取付孔は、周方向に等間隔に設けられている複数の第１の取付孔と、前記連結箇所に対して一つの前記第１の取付孔とは反対側に設けられている一つの第２の取付孔とから構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のステータ（１０）。
4. 前記ステータのうち連結されている箇所である前記周方向の一箇所を連結箇所とすると、
   前記取付孔は、周方向に等間隔に設けられている複数の第１の取付孔と、前記連結箇所に対して一つの前記第１の取付孔とは反対側に設けられている一つの第２の取付孔とから構成されており、
   前記リベット孔は、前記第２の取付孔の近傍であって、周方向において前記第２の取付孔との間に一つの前記スリットを挟む位置に設けられていることを特徴とする請求項２に記載のステータ（１０）。
5. 前記取付孔の周方向中心位置は、前記ティースの周方向中心位置と一致していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のステータ（１０）。
6. 周方向に隣り合う一対の前記取付孔の間には、二つ以上の前記スリットが位置していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のステータ（１０）。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載のステータ（１０）と、
   周方向に交互に異なる磁極（５３１、５３２）を有し、前記ステータに対して回転するとき生じる磁界の変化によって前記コイルに誘導電流を発生させるアウターロータ（５０）と、
   を備えることを特徴とするアウターロータ型回転電機（１）。
8. 環状であり且つボルト（４）が挿通可能な取付孔（２７）を有するヨーク（２２）と、前記ヨークから放射状に延びている複数のティース（２３）と、前記ティースに巻回されているコイル（１１）とを備え、アウターロータ型回転電機（１）に用いられるステータ（１０）の製造方法であって、
   前記ヨークおよび前記ティースは、短手方向に延び且つ長手方向に並ぶ複数のスリットを有する板状部材が、前記スリットの開口幅を狭めるように曲げられて、一端部（２０２）と他端部（２０３）とが接続されて形成され、
   前記スリットの開口角度をθとし、前記ティースの数をαとすると、前記スリットは、
   θ＜３６０／α
   の関係が成り立つように設定されていることを特徴とするステータの製造方法。

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