JP6157379B2 - Rotating electric machine stator - Google Patents
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Description
この発明は、回転電機のステータの構造に関するものである。 The present invention relates to a structure of the rotary electric machine stator.
従来のステータにおいて、ティース部とヨーク部が別体の部品として構成され、ティース部にコイルが巻線された後にティース部とヨーク部が圧入嵌合にて組みつけられる構造のステータが知られている。例えば特許文献1には、磁束路となるヨークは、内周面の周方向に並ぶ複数の圧入溝を有し、それぞれの圧入溝にティースが圧入により組み付けられているステータが開示されている。
In a conventional stator, a stator having a structure in which a tooth portion and a yoke portion are configured as separate parts, and the tooth portion and the yoke portion are assembled by press-fitting after the coil is wound around the tooth portion is known. Yes. For example,
また特許文献2において、ティース部は各ティースごとに分割されており、ティース部の軸方向両端部にティース部と同形状の端板が設けられ、端板を介してティース部は連結されており、ティース部の外周はモータケーシング内周に当接しているステータが開示されている。
Moreover, in
上記のようなティース部とヨーク部が別体であるステータは、ティース部とヨーク部を製造するにあたり、ティース部とヨーク部が一体となった状態からティース部とヨーク部を分離するようにプレスで打ち抜いて製造することが一般的に行われている。この場合ティース部とヨーク部を組立てるに際して、以下に示す理由により、ティース部とヨーク部の周方向の位置が分離前と同じとなるように組立てることが重要である。 The stator having the teeth portion and the yoke portion as separate members is pressed to separate the teeth portion and the yoke portion from the state in which the teeth portion and the yoke portion are integrated in manufacturing the teeth portion and the yoke portion. It is generally carried out by punching out with. In this case, when assembling the teeth portion and the yoke portion, it is important to assemble so that the circumferential positions of the teeth portion and the yoke portion are the same as before separation for the following reasons.
すなわち一般的にステータに用いられる電磁鋼板は長手方向と幅方向において電磁特性の異方性を有していることが多く、そのためティース部とヨーク部も異方性を有する。ティース部とヨーク部の周方向の位置の組合せが合わないと、ステータの電磁特性がばらつくことになり、回転電機の性能に問題が生じてしまう。 That is, in general, the electromagnetic steel sheet used for the stator often has anisotropy of electromagnetic characteristics in the longitudinal direction and the width direction, and therefore the teeth portion and the yoke portion also have anisotropy. If the combination of the positions in the circumferential direction of the teeth portion and the yoke portion is not matched, the electromagnetic characteristics of the stator will vary, causing problems in the performance of the rotating electrical machine.
更に複数のティース部を同形状にするとともに、ヨーク部外周に対して同軸に構成するための金型を作製することが考えられるが、当然金型ごとにばらつきが生じる。このためティース部とヨーク部の周方向の位置が合わない場合に、ティース部とヨーク部の当接部間に微小な隙間が生じたり、ティース部に周方向における傾きが生じたり、更にはヨーク部外周とティース部内周の間の同軸性が損なわれることがあり、組立精度の低下が生じることがある。その結果、回転電機の性能に問題が生じることがある。 Further, it is conceivable to make a plurality of teeth portions in the same shape and to manufacture a mold for forming the same coaxially with the outer periphery of the yoke portion. For this reason, when the circumferential positions of the teeth portion and the yoke portion do not match, a minute gap is generated between the contact portions of the teeth portion and the yoke portion, the teeth portion is inclined in the circumferential direction, and further the yoke The coaxiality between the outer periphery of the part and the inner periphery of the tooth part may be impaired, and assembly accuracy may be reduced. As a result, a problem may occur in the performance of the rotating electrical machine.
またティース部とヨーク部が別体であるステータの場合、上記特許文献1のようにティース部はティースごとに別体に構成したり、あるいは特許文献2のように端板を介して連結される構造が考えられる。この場合ティース部はステータ内周で連結される構造となるが、上記特許文献1及び特許文献2のどちらの場合も構造体としての剛性は低いものとなり、ヨーク部との組立においてティースの位置決めに課題を有している。
Further, in the case of a stator in which the teeth part and the yoke part are separate bodies, the tooth parts are configured separately for each tooth as in
例えば特許文献1においては、ヨーク部内周は圧入溝を有し、ティース部が圧入溝に嵌合することで組立てられることにより、ヨーク部に対してティース部の位置決めがなされる。しかしながら、どの圧入溝にどのティースを圧入組立するかは規定できないため、ステータの電磁特性がばらついてしまう等の問題が生じ、モータの性能に問題が生じることがある。また特許文献2においては、端板によって各ティースの位置決めがなされる。しかしながら、ヨーク部に対して各ティースを周方向に位置決めする手段がないため、ステータの電磁特性がばらついてしまう等の問題が生じ、モータの性能に問題が生じることがある。
For example, in
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、ティース部とヨーク部を嵌合組立する際にティース部とヨーク部を正しく組み合わせ、電磁特性のばらつきや、ティース部とヨーク部の当接部に起因する組立ばらつきを低減することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described problems. When the teeth portion and the yoke portion are assembled and assembled, the teeth portion and the yoke portion are correctly combined, so that variations in electromagnetic characteristics and the teeth portion can be achieved. It is an object to reduce assembly variation caused by the contact portion of the yoke portion.
この発明に係る回転電機のステータは、1つの電磁鋼板から打ち抜かれることによって形成された内輪コアと外輪コアとを有し、内輪コアを軸方向から外輪コアに圧入することにより形成されるものであって、外輪コアには周方向の位置を認識するための指標を設け、内輪コアの軸方向一端部には端板を取り付けると共に端板の内周側には内輪コアを外輪コアに圧入する際に指標を基準に内輪コアの周方向の位置を決めるための軸方向に曲げて構成された突起部を設けたものである。 The stator of the rotating electrical machine according to the present invention has an inner ring core and an outer ring core formed by being punched from one electromagnetic steel sheet, and is formed by press-fitting the inner ring core into the outer ring core from the axial direction. The outer ring core is provided with an index for recognizing the circumferential position, and an end plate is attached to one end of the inner ring core in the axial direction, and the inner ring core is press-fitted into the outer ring core on the inner peripheral side of the end plate. In this case, a protrusion is formed that is bent in the axial direction to determine the position of the inner ring core in the circumferential direction with reference to the index.
上記のように構成された回転電機のステータにおいては、内輪コアと外輪コアを正しく組み合わせることができ、電磁特性のばらつきを低減できるとともに、内輪コアと外輪コアの当接部に起因する組立のばらつきを低減することができる。 In the stator of the rotating electrical machine configured as described above, the inner ring core and the outer ring core can be correctly combined, the variation in electromagnetic characteristics can be reduced, and the variation in assembly caused by the contact portion between the inner ring core and the outer ring core. Can be reduced.
実施の形態1.
以下この発明の実施形態を図に基づいて説明する。図1は実施の形態1による回転電機を示す断面図である。図1においては、回転電機1の一例として3相交流モータが示されており、回転電機1は回転磁界を発生させるステータ2、ステータ2の内周側に配置されて回転磁界により回転するロータ3、ロータ3の回転に伴って回転する出力軸4、出力軸4を軸支するベアリング5及びベアリング6、ステータ2とベアリング5を保持するハウジング7、ベアリング6を保持するブラケット8、出力軸4の回転角度を検出するセンサ9、パワーMOSFETなどからなるパワー素子(半導体スイッチング素子)10、制御基板11から構成される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 is a cross-sectional view showing a rotating electrical machine according to
本実施の形態においては、センサ9、パワー素子10及び制御基板11といったモータを駆動制御する装置が一体となった構成例を示したが、駆動制御装置が別体となって構成される回転電機であってもよい。図2はステータ部を示す平面図、図3はステータに巻回されるコイルを示す斜視図である。尚図2においては、コイルを省略して図示されている。
In the present embodiment, the configuration example is shown in which the motor 9, such as the sensor 9, the
ステータ2はステータコア21とステータコア21に巻線されたコイル22とを有し、コイル22に3相交流電流を流すことにより回転磁界を形成し、回転磁界内に配置されるロータ3を回転させる。コイル22は3相のコイル(U相コイル、V相コイル、W相コイル)を有している。ロータ3はたとえば表面磁石型(SPM)で構成されている。他にもロータ3は埋込磁石型(IPM)、電磁石型、鉄心型など様々な態様を取りえる。
The
図4はステータコアを形成する内輪コアを示す斜視図、図5は外輪コアを示す斜視図である。ステータコア21、内輪コア25及び外輪コア26は薄板の積層体から構成されているが、図においては判りやすくするため、薄板の一枚一枚は図示していない。ステータコア21は周方向に略一定間隔で複数配置されるティース23、及びティース23の内周部を連結する連結部24から構成される内輪コア25と、ステータ2のコアバックを構成する筒状の外輪コア26から構成される。
FIG. 4 is a perspective view showing an inner ring core forming a stator core, and FIG. 5 is a perspective view showing an outer ring core. The
内輪コア25と外輪コア26はそれぞれ電磁鋼板をプレスで打ち抜かれた後、電磁鋼板を積層してかしめなどの手段によってそれぞれ一体化されて構成される。内輪コア25と外輪コア26はプレスで打ち抜かれる過程において、初期は一体であるが、プレス工程内で金型によって分離され別々の部品となる。
The
外輪コア26の外周には指標となる3か所の切欠き101、102、103が設けられる。3か所の切欠きは周方向に等間隔に設けられており、切欠き101の幅寸法が他の切欠き102、103の幅寸法とわずかに相違させることで、外輪コア26の外周に設けられた切欠きを基準にして、外輪コア26の周方向の位置を一義的に決めることができる。外輪コア26の外周の切欠きの数は3個に限るものではなく、周方向に略等間隔に複数設けてもよい。あるいは積層かしめの形状やかしめの寸法を変えることによって周方向の位置決め基準としてもよい。
Three
内輪コア25の軸方向の両端部には図6に示すように突起部41を有する形状の端板27と突起部を有さない端板28が取り付けられる。図7は内輪コア25に端板27及び端板28を取り付けた状態を示す斜視図、図8は端板27を示す斜視図、図9は端板28を示す斜視図である。又図10は内輪コア25の1つのティース23について、端板27及び端板28を取り付けた状態を示す斜視図、図11は図10における正面図である。端板27及び端板28は例えば板金で形成される。そして板金を曲げることにより突起部41は軸方向において凸部を形成することが出来るようになる。
As shown in FIG. 6, an
端板27及び端板28は例えばプレスによってエッジ部を丸める。エッジ部の丸めはプレスによるものだけでなく、例えば切削やバレルなどによってもよい。端板27及び端板28はエッジ部が丸められた面120、121が、内輪コア25の軸方向外側になるように、内輪コア25に例えばレーザー溶接によって取り付けられる。内輪コア25と端板27、端板28の固定はレーザー溶接に限るものではなく、例えば抵抗溶接やかしめ、更には接着などの方法が考えられる。
The
端板28はモータ組立時にロータ3を挿通する側のステータ2端面に取り付け、端板27はその反対側に取り付ける。図1の回転電機1は組立工程において、コイル22の結線側の反対側からロータ3を挿通する構造であるため、端板27をコイル22の結線側に取り付け、端板28がコイル22の結線側とは反対側に取り付ける。そのため、端板28の内径はロータ3の外径よりも大きく、端板27の内径はベアリング5の外径より大きい寸法であれば、回転電機1を組み立てることができる。
The
端板27の内周側には突起部41が1つ構成されている。突起部41の数は1つとは限らず、等間隔とならないように複数配置してもよい。さらに突起部41は軸方向に略直角に曲げられている。内輪コア25が電磁鋼板の長手方向に対してどの角度であったかを記録しておき、端板27を内輪コア25に組み付けるときに突起部41を周方向の特定の角度になるように端板27を内輪コア25に組み付ける。
One
内輪コア25には絶縁部材(図示せず)を介してコイル22が巻線される。コイル22は図3に示すような形状のコイルを溶接などにより複数接続したセグメントコイルである。コイル22は内輪コア25の外周側の開口部からティース23の間に挿入され、いわゆる分布巻と呼ばれる巻き方で内輪コア25に巻線される。分布巻で構成することにより、トルク性能が向上し、振動騒音を低減することが出来る。内輪コア25にコイル22が巻線された後、内輪コア25を軸方向から外輪コア26に圧入する。図12は内輪コア25に外輪コア26を圧入した後のステータコアを示す平面図である。但しコイルの図示は省略されている。
本例ではコイル22はセグメントコイルの分布巻の例を示したが、コイルが複数に分割されていないようなコイルであってもよいし、分布巻ではなく集中巻であってもよい。
A
In this example, the
圧入時には突起部41を基準に内輪コア25の周方向の位置決めを行い、外輪コア26の外周の切欠きを基準に内輪コア25に対する外輪コア26の周方向の位置決めを行う。図12においては、外輪コア26の切欠き101と端板27の突起部41が同じ周方向位置となるように組み立てられている。上述のように、内輪コア25と外輪コア26は元々は一体であったものが、プレスで打ち抜かれる過程で分離されており、圧入工程において再び組み合わされる。そのため内輪コア25を外輪コア26に圧入するにあたり、内輪コア25と外輪コア26の電磁鋼板の長手方向に対する方向を正しく合わせることが重要である。
At the time of press-fitting, the
図13は1つの電磁鋼板から内輪コア25と外輪コア26を形成する過程を示す平面図である。例えば外輪コア26の外周の切欠き101と外輪コア26の中心とを結ぶ線が電磁鋼板の長手方向Aと一致している。この状態では内輪コア25の方向を確認できる目印がないため、内輪コア25の方向を決めた状態でプレス機から内輪コア25を取り出し、端板27を内輪コア25に取り付け、目印となる突起部41が指標となる切欠き101と一致するよう調整する。これにより図12に示すように、後の行程で正しく外輪コア26に対して内輪コア25を取り付けることが出来る。
FIG. 13 is a plan view showing a process of forming the
電磁鋼板には長手方向と幅方向で異方性があるため、内輪コア25と外輪コア26はそれぞれ周方向の角度によって電磁的特性が異なる。内輪コア25と外輪コア26の圧入において、周方向に正しく位置を合わせることでステータ2の電磁的特性のばらつきを生じさせることなく、組み立てることができる。また内輪コア25と外輪コア26は元々一体であったものをプレスによって分離したものであり、当然ティースごとにわずかな形状のばらつきが生じる。形状ばらつきとしては、例えば内輪コア25と外輪コア26の当接部の形状が考えられる。又同一の電磁鋼板から形成する場合に元の位置においてティース23と外輪コア26の当接部104が一致しない場合、ティース23が外輪コア26に対して傾いてしまうことにより形状がばらついてしまうことがある(後の説明における図14参照)。更にはティースの長さのばらつき等も考えられる。
Since the magnetic steel sheet has anisotropy in the longitudinal direction and the width direction, the
内輪コア25と外輪コア26の当接部の形状がばらついた場合、内輪コア25と外輪コア26の電磁鋼板の長手方向に対する方向(図13におけるA方向)が正しく合わせられないことが生じ、内輪コア25と外輪コア26の当接部において微小な隙間が生じることがある。これによりティース23ごとに外輪コア26に流れる磁束の流れがばらつくため、ステータ2の電磁特性のばらつきの原因となる。またティース23の外輪コア26との当接部104(図12参照)の形状がばらつくと、内輪コア25と外輪コア26の電磁鋼板の長手方向に対する方向が正しく合わせられない場合が生じ、ティース23は内輪コア25の中心線からずれた形で外輪コア26と固定される。そのためティース23ごとに磁束の流れがばらつくため、ステータ2の電磁特性のばらつきの原因となる。
When the shape of the contact portion between the
図14はティースと外輪コアとの当接部を示す拡大平面図であり、図14(A)は当接部の形状が理想的な場合、図14(B)、(C)は当接部の形状がばらついた場合であり、図14(B)は内輪コア25と外輪コア26の組み合わせが正しい場合、図14(C)は内輪コア25と外輪コア26の組み合わせが正しくない場合である。図14(B)の場合、当接部104がステータの半径方向に対して傾いているが、内輪コア25と外輪コア26が正しく組み合わされているため、内輪コア25と外輪コア26を組み立てるとその傾きの影響は小さい。一方、図14(C)の場合、当接部104がステータの半径方向に対して傾いており、さらに内輪コア25と外輪コア26の組み合わせが正しくないため、内輪コア25と外輪コア26を組み立てると当接部104の形状にならってティース23が曲がったり、あるいは当接部104に隙間が生じることとなり、ステータ2の電磁特性のばらつきの原因となる。またティース23の長さがばらついた場合、内輪コア25の内周と外輪コア26の外周の同軸度が悪化し、ステータ2とロータ3の間のエアギャップがばらつき、回転電機1が発生させるトルクの低下、振動及び騒音が生じる場合がある。
FIG. 14 is an enlarged plan view showing the contact portion between the teeth and the outer ring core. FIG. 14A shows an ideal shape of the contact portion, and FIGS. 14B and 14C show the contact portion. 14B shows a case where the combination of the
本実施形態においては、以上のような形状のばらつきが生じても、内輪コア25と外輪コア26を電磁鋼板の長手方向に対する方向に対して正しく合わせて組立を行うことができるので、上記のばらつきの影響をキャンセルしてステータ2を組み立てることができる。
In the present embodiment, even when the above-described variation in shape occurs, the
また端板27に周方向の位置決め基準の機能を持たせることによって次のような利点が生じる。即ち本実施形態のような構成を有するステータ2の場合、外輪コア26に周方向の磁束を流す必要があり、外輪コア26は径方向に一定の幅を設ける必要がある。従って周方向の位置決め基準を設けるのは容易である。しかし内輪コア25の場合はティース23において径方向に磁束を流す必要があるが、ティース23の本数が多くなるとティース一本一本の幅は小さくならざるをえず、周方向の位置決め基準をティース23に設けるのは困難である。
Further, by providing the
また一部のティースの長さを変えたり、内輪コア25と外輪コア26の当接部の形状を変えるといった方法で周方向の位置決め基準を設けることもできるが、ティース23ごとの磁束の流れにばらつきが生じてしまう。また各ティース23を連結する内輪コア25の内周の連結部24に磁束が流れるとトルクが低下するため、連結部24の幅は極力小さくする必要がある。さらに連結部24の内周はロータ3と対向するため、形状にばらつきがあるとコギングトルクの増加などにつながる。以上より連結部24の内周に周方向の位置決め基準を設けることは困難である。以上のように内輪コア25においては、組立途中の状態において剛性が低く、電磁特性を低下させずに周方向の位置決め基準を設けることは非常に困難である。
In addition, it is possible to provide a circumferential positioning reference by changing the length of a part of the teeth or changing the shape of the contact portion between the
更に突起部41を軸方向に曲げることで次のような効果がある。即ち通常端板27はステータ2の電磁特性の向上に寄与しないため、ステータ2の軸方向の長さを小さくし、更にコイル22の抵抗を低減するためにもなるべく薄肉とすることが好ましい。一方端板27に設けた突起部41をステータ2の組立の際の位置決め基準とするためには、軸方向における一定の寸法と剛性が必要であり、端板27が薄板であった場合にはこの観点からは位置決め基準とすることは困難である。そこで本実施形態に示すように突起部41を軸方向に曲げて構成することで、位置決め基準として必要な軸方向の寸法と剛性を確保できる。更にこれと同時に端板27を薄板で形成することができ、従ってステータ2の軸方向の長さを短くして、コイル22の抵抗を低減できる。
Furthermore, the following effects can be obtained by bending the
また突起部の軸方向の折り曲げ角度は略直角に限らず、例えば図15に示すように、略180度の折り曲げ角度にして突起部106を設けても良い。これにより突起部の剛性を確保することができる。更にはわずかであるが、突起部の軸方向寸法も平坦な場合に比べると確保することができる。尚上記においては、略180度の折り曲げ角度にした場合を示したが、他の角度、例えば160度等の角度であっても良い。
Further, the bending angle of the protruding portion in the axial direction is not limited to a substantially right angle, and the protruding
以上の説明において、端板27と端板28は板金にて形成した例を示したが、端板27と端板28を樹脂等の絶縁部材で形成してもよい。端板27と端板28を樹脂で形成することにより、端板27と端板28を様々な形状で構成することができ、さらに端板27と端板28を絶縁部材とすることができるので、コイル22と内輪コア25間の絶縁を確保することができる。このように端板27を樹脂で形成した場合、図16に示すように、単なるブロック形状の突起部107を形成することが出来る。このようにブロック形状に形成することにより、折り曲げた場合よりも回転電機を組み立てる際の目印にし易く、組み立てやすいという利点がある。また端板28を省略し、端板27のみ用いることもできる。この場合、ステータ2の軸方向の長さをさらに短縮でき、コイル22の抵抗を低減できる。
In the above description, the
実施の形態2.
図17は実施の形態2によるステータにおける端板を示す斜視図である。本実施の形態においては、端板27は凸形状の突起部を有するのではなく、内周側に凹形状の切欠き110を有する。端板27はロータ3の挿入方向と反対側に位置するため、端板27の内径は内輪コア25の内径よりも小さくできる。そこで端板27の内径を内輪コア25の内径よりも小さくして連結部111の幅を大きくとり、更に連結部111の周方向の一部に凹形状の切欠き110を設ける。
FIG. 17 is a perspective view showing an end plate in the stator according to the second embodiment. In the present embodiment, the
凹形状の切欠き110を設けることにより、内輪コア25と外輪コア26を組み合わせる際に、凹形状の切欠き110と外輪コア26の外周の切欠き101に対して組立治具の位置決め基準を当てて両者を組立てることができる。これにより内輪コア25と外輪コア26の方向を正確に合わせて組み立てることができる。よって電磁鋼板における電磁特性のばらつきをなくし、更に形状のばらつきをキャンセルすることができ、性能のよい回転電機を得ることができる。
By providing the concave notch 110, when the
上記実施の形態1においては凸形状の突起部41を目印にして内輪コア25と外輪コア26を正しく組み合わせた例を示したが、本実施形態においては、凹形状の切欠き110を目印にして内輪コア25と外輪コア26を正しく組み合わせるものである。
尚本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
In the first embodiment, the example in which the
It should be noted that the present invention can be freely combined with each other within the scope of the invention, and each embodiment can be appropriately modified or omitted.
1 回転電機、2 ステータ、22 コイル、25 内輪コア、26 外輪コア、
27 端板、41 突起部、101 切欠き、110 切欠き。
1 rotating electrical machine, 2 stator, 22 coil, 25 inner ring core, 26 outer ring core,
27 End plate, 41 Protrusion, 101 Notch, 110 Notch.
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