(57)【要約】【課題】  軽量化を図ると共に、環境温度の変化によってステータコアに加わってしまう圧縮力を低減することが可能な回転電機および該回転電機の製造方法を提供する。【解決手段】  リング部２４と複数のティース部２３を有するケイ素鋼からなるステータコア２２を備えたステータ２０と、ステータコア２２と中間リング４７を介して嵌合するハウジング４０と、を備えたブラシレスモータ１であって、中間リング４７とハウジング本体４３は、ステータコア２２を形成するケイ素鋼よりも比重が小さい金属材料で形成された。ステータコア２２，中間リング４７，ハウジング本体４３は、線膨張係数がステータコア２２，中間リング４７，ハウジング本体４３の順に大きくなるように設定された。【選択図】  図２
2006333614.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状のリング部と該リング部の内周側から径方向内側へ向けて放射状に突出する複数のティース部を有する磁性金属材料からなるステータコアを備えたステータと、
前記ステータコアの外周面に円筒状の中間リングを介して嵌合するハウジングと、を備えた回転電機であって、
前記中間リングと前記ハウジングは、前記ステータコアを形成する磁性金属材料よりも比重が小さい金属材料で形成されたことを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記ステータコア，前記中間リング，前記ハウジングは、これらを形成する金属材料の線膨張係数が前記ステータコア，前記中間リング，前記ハウジングの順に大きくなるように設定されたことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記ハウジングの内周面には、前記中間リングを軸方向に係止して軸方向位置を規定するためのストッパが径方向内側へ突出して形成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記中間リングには、前記ステータコアを軸方向に係止して軸方向位置を規定するためのストッパが径方向内側へ突出して形成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項５】
環状のリング部と該リング部の内周側から径方向内側へ向けて放射状に突出する複数のティース部を有する磁性金属材料からなるステータコアを備えたステータと、前記ステータコアの外周面に円筒状の中間リングを介して嵌合するハウジングと、を備えた回転電機の製造方法であって、
前記中間リングを加熱膨張し該中間リング内に前記ステータコアを焼嵌して前記中間リング内に前記ステータコアを固定した第１の結合部品を形成する工程と、
前記ハウジングを加熱膨張し該ハウジング内に前記第１の結合部品を焼嵌して前記ハウジング内に前記第１の結合部品を固定した第２の結合部品を形成する工程を含むことを特徴とする回転電機の製造方法。
【請求項６】
前記中間リングと前記ハウジングは、前記ステータコアを形成する磁性金属材料よりも比重が小さい金属材料で形成されてなることを特徴とする請求項５に記載の回転電機の製造方法。
【請求項７】
前記ステータコア，前記中間リング，前記ハウジングは、これらを形成する金属材料の線膨張係数が前記ステータコア，前記中間リング，前記ハウジングの順に大きくなるように設定されたことを特徴とする請求項５又は６に記載の回転電機の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回転電機およびその製造方法に係り、特にハウジング内にステータコアが嵌合固定された回転電機および該回転電機の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転電機の組み付けにおいて、円筒状のハウジング内側にステータコアを固定する方法として圧入や焼嵌が行われている。特に、アルミニウム製のハウジングの場合には、焼嵌が多く用いられている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の回転電機では、環状に配置した複数の分割ステータの外周には鉄製の円筒状のスリーブが焼嵌にて固定され、さらにこのスリーブの外周面に円筒状のアルミニウム製のハウジングが焼嵌にて固定されている。このような構成によって、特許文献１に記載の回転電機では、ステータのティース間に十分な磁路を確保することができる。
【０００３】
【特許文献１】特開平２００３−２８４２６９号公報（第５頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記構成の回転電機では、十分な磁路を確保することはできるものの、中間リングが鉄製であるため、全体としては重量が大きくなるという問題があった。
また、スリーブやステータコアは鉄製であるがハウジングはアルミニウム製であるため、これら材料の線膨張係数の違いから、回転電機の環境温度が変わるとステータコアに圧縮力が加わり、モータ特性に影響が及ぶおそれがあるという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、上記問題に鑑み、軽量化を図ると共に、環境温度の変化によってステータコアに加わってしまう圧縮力を低減することが可能な回転電機および該回転電機の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題は、本発明によれば、環状のリング部と該リング部の内周側から径方向内側へ向けて放射状に突出する複数のティース部を有する磁性金属材料からなるステータコアを備えたステータと、前記ステータコアの外周面に円筒状の中間リングを介して嵌合するハウジングと、を備えた回転電機であって、前記中間リングと前記ハウジングは、前記ステータコアを形成する磁性金属材料よりも比重が小さい金属材料で形成されることにより解決される。
【０００７】
このように、本発明の回転電機では、ステータコアとハウジングとの間に円筒状の中間リングを介在させてステータコアをハウジング内に嵌合固定している。そして、これら中間リングおよびハウジングは、ステータコアを形成する磁性金属材料よりも比重が小さい金属材料で形成されるので、中間リングやハウジングがステータコアを形成する磁性金属材料で形成される場合と比べて、回転電機全体として重量を軽量化することができる。
【０００８】
また、前記ステータコア，前記中間リング，前記ハウジングは、これらを形成する金属材料の線膨張係数が前記ステータコア，前記中間リング，前記ハウジングの順に大きくなるように設定されると好適である。回転電機の環境温度が変動すると、ハウジングは中間リングやステータコアよりも大きな割合で膨張・収縮する。しかし、このハウジングの膨張・収縮は、ステータコアよりも線膨張係数が大きい中間リングによってある程度まで吸収される。これにより、ハウジングの変形による圧縮力の影響がステータコアに直接及ぶことが防止されるので、ステータコアの変形を低減することができる。したがって、環境温度が変動に伴ってステータコアが変形してしまうことによる磁束の変化を低減して、モータ特性の安定化を図ることができる。
【０００９】
また、前記ハウジングの内周面には、前記中間リングを軸方向に係止して軸方向位置を規定するためのストッパが径方向内側へ突出して形成されると、ハウジング内に中間リングを軸方向に挿入して組み付けるときに、容易に軸方向の位置決めを行うことができる。
また、前記中間リングには、前記ステータコアを軸方向に係止して軸方向位置を規定するためのストッパが径方向内側へ突出して形成されると、中間リング内にステータコアを軸方向に挿入して組み付けるときに、容易に軸方向の位置決めを行うことができる。
【００１０】
また、前記課題は、本発明によれば、環状のリング部と該リング部の内周側から径方向内側へ向けて放射状に突出する複数のティース部を有する磁性金属材料からなるステータコアを備えたステータと、前記ステータコアの外周面に円筒状の中間リングを介して嵌合するハウジングと、を備えた回転電機の製造方法であって、前記中間リングを加熱膨張し該中間リング内に前記ステータコアを焼嵌して前記中間リング内に前記ステータコアを固定した第１の結合部品を形成する工程と、前記ハウジングを加熱膨張し該ハウジング内に前記第１の結合部品を焼嵌して前記ハウジング内に前記第１の結合部品を固定した第２の結合部品を形成する工程を含むことにより解決される。
【００１１】
このようにすれば、ステータコアを加熱させることなく、ハウジング内に中間リングおよびステータコアを固定することができるので、ステータコアの変形を低減することができる。
【００１２】
また、前記中間リングと前記ハウジングは、前記ステータコアを形成する磁性金属材料よりも比重が小さい金属材料で形成されてなると好適である。
また、前記ステータコア，前記中間リング，前記ハウジングは、これらを形成する金属材料の線膨張係数が前記ステータコア，前記中間リング，前記ハウジングの順に大きくなるように設定されると好適である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の回転電機およびその製造方法によれば、磁性金属材料からなるステータコアの外周側に、この磁性金属材料よりも比重が小さい金属材料からなる中間リングおよびハウジングを嵌合させる構成であるので、回転電機全体として軽量化を図ることができる。
また、線膨張係数がステータコア，中間リング，ハウジングの順に大きくなるように設定されるので、環境温度の変化によってステータコアに加わってしまう圧縮力を低減して、モータ特性を安定化させることが可能な回転電機および該回転電機の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の一実施形態について、回転電機としてのブラシレスモータ１を例にとって図面を参照して説明する。また、以下に説明する配置、形状等は、本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨に沿って各種改変することができることは勿論である。
図１〜図６は本発明の一実施形態に係るものであり、図１はブラシレスモータの断面図、図２は図１のブラシレスモータを軸方向から見た断面説明図、図３は図１のブラシレスモータのストッパの断面説明図、図４は中間リングとステータの組み付け工程の説明図、図５はハウジング本体，中間リングとステータの組み付け工程の説明図、図６はブラシレスモータの組み付け工程の説明図である。
【００１５】
図１に基づき、本発明の実施例に係るインナロータ型のブラシレスモータ１の構成を説明する。ブラシレスモータ１は、回転軸１２が取着されたロータ１０と、ロータ１０を回転可能に支承する軸受４１、４２と、ロータ１０の径方向外側に配置されたステータ２０と、ステータ２０への駆動電流を制御する制御回路基板３０と、これらを収納するハウジング４０とを主要構成要素としている。
【００１６】
図２にロータ１０及びステータ２０の断面図を示す。本例のロータ１０は、回転軸１２が取着されたシャフト１４の外周面にマグネット１６が配設された構成となっている。マグネット１６は僅かに湾曲した板状に形成され、板厚方向に磁束が向くように磁化されている。
本例のロータ１０は磁極数が１０極であり、ロータ１０の外周面には磁束の向きが異なる２種類のマグネット１６をロータ１０の回転角で３６度ずつずれた位置に交互に配設した構成となっている。
【００１７】
本例のステータ２０は、所定形状の薄肉板状のコアシート２２ａを積層して一体に形成したステータコア２２と、ステータコア２２のティース部２３に巻装された巻線２７を主要構成要素としている。
コアシート２２ａは、絶縁皮膜等の絶縁処理を表面に施した同板厚のケイ素鋼板等の磁性材料をプレス加工により所定形状に形成したものである。
【００１８】
ステータコア２２は、環状のリング部２４と、リング部２４の内周側から径方向内側へ放射状に突出する複数のティース部２３とを有している。本例では、１２のティース部２３が周方向に中心角略３０度毎の等角度間隔に形成されている。
ロータ１０およびステータ２０が組み付けられた状態では、マグネット１６とティース部２３とは径方向に対向した状態となり、マグネット１６の外周面とティース部２３の先端面との間には径方向に所定の隙間が形成される。
【００１９】
本例の制御回路基板３０は、円環状の基板に電子部品が配設されて構成されており、不図示のホール素子，位置検出用磁石等から構成される位置検出器からの位置検出信号に基づいて巻線２７の各相への電流を切換える。これにより、ステータ２０に回転磁界が発生し、ロータ１０は安定的に回転することができる。
【００２０】
本例のハウジング４０は、有底円筒状のハウジング本体４３と、ハウジング本体４３の開口を塞ぐ円板状の蓋部４６とを備えている。ハウジング４０は、ステータコア２２を構成するケイ素鋼板等の磁性材料よりも比重が小さい非鉄金属であるアルミニウム製である。ハウジング本体４３は、周壁部４４と、周壁部４４の一端側から延出する円板部４５からなる。円板部４５の中心部には、回転軸１２を挿通させるための挿通孔４５ａが形成されている。また、円板部４５の裏面には、挿通孔４５ａと同軸状に軸受４１が配設されている。また、蓋部４６の裏面には、軸受取付部４６ａが形成されており、この軸受取付部４６ａに軸受４２が取付けられている。また、軸受取付部４６ａに嵌合させるように円環状の制御回路基板３０が取り付けられている。
【００２１】
また、本例では、ハウジング本体４３の周壁部４４の内周面４４ａに円筒状の中間リング４７を介してステータ２０が嵌合して取付けられている。
本例の中間リング４７は、所定の厚みを有する円筒状の部材である。中間リング４７は、ステータコア２２を構成するケイ素鋼板等の磁性材料よりも比重が小さい非鉄金属であるアルミニウム製である。軸方向長さは、ステータコア２２の軸方向長さと略同一となっており、ステータコア２２の外周面の全体を覆うように配設されている。このように軸方向長さを同じに設定すると、後述する環境温度に変化によるステータコア２２の変形を低減するのに好適である。
本例では、中間リング４７の厚みは、ステータコア２２のリング部２４やハウジング本体４３の周壁部４４の厚みよりも薄く設定されており、これによりモータ径が必要以上に大きくなってしまうことを防止している。
【００２２】
本例では、ハウジング本体４３，中間リング４７，ステータコア２２が互いに焼嵌によって嵌合し一体に取付けられている。本例では、このため一体に取付ける前の部品の状態で、ステータコア２２の外径の方が、中間リング４７の内径よりも焼嵌代分だけ大きく設定されている。また、中間リング４７の外径の方が、ハウジング本体４３の内径よりも焼嵌代分だけ大きく設定されている。
【００２３】
また、図３に示すように、互いに嵌合させる場合の位置決め用のストッパ４４ｂ，４７ｂがそれぞれハウジング本体４３の内周面４４ａ，中間リング４７の一端部に形成されている。ストッパ４４ｂは、ハウジング本体４３の周壁部４４の内周面４４ａの一部から径方向内側に突出する突起である。ストッパ４７ｂは、中間リング４７の一端面の一部から軸方向に延出し、さらに径方向内側へ突出する突起である。
焼嵌時、加熱膨張させた中間リング４７内にステータコア２２を軸方向の他端側から挿入していくと、ステータコア２２の端部が中間リング４７の一端側に形成されたストッパ４７ｂに当て止まる。これにより、中間リング４７とステータコア２２の軸方向位置を規定することができる。
【００２４】
また、加熱膨張させたハウジング本体４３内に中間リング４７およびステータコア２２の結合部品２を軸方向の他端側（開口側）から挿入していくと、中間リング４７の端部が周壁部４４の内周面４４ａに形成されたストッパ４４ｂに当て止まる。これにより、ハウジング本体４３内での結合部品２の軸方向位置を規定することができる。
なお、ストッパ４７ｂはストッパ４４ｂと軸方向の反対側（ハウジング本体４３の開口側）の端部に設けてもよい。このようにすれば、ステータ２０が中間リング４７からハウジング本体４３の開口側へ抜け出てしまうことを防止することができる。
【００２５】
本例では、ハウジング４０は純度９９．９９６％のアルミニウムで形成され、中間リング４７は純度９９．５％のアルミニウムで形成され、ステータコア２２はケイ素鋼で形成されている。これらの線膨張係数は、２０〜１００℃の範囲において、それぞれハウジング４０が２４．５８×１０−６／℃，中間リング４７が２３．５×１０−６／℃，ステータコア２２が１３×１０−６／℃である。すなわち、線膨張係数は、ステータコア２２が最も小さく、中間リング４７がその次に大きく、ハウジング４０が最も大きくなっている。
【００２６】
したがって、ブラシレスモータ１の環境温度が上昇すると、全体にわずかに拡径するが、ハウジング本体４３および中間リング４７の方がステータコア２２よりも線膨張係数が大きいため拡径度合いが大きく、ハウジング本体４３および中間リング４７によるステータコア２２の径方向内側への圧縮力がわずかに小さくなる。したがって、ステータコア２２はわずかに小さくなった保持力で中間リング４７内に保持される。
また、環境温度が低下すると、全体に径方向内側へわずかに縮径するが、ハウジング本体４３および中間リング４７の方がステータコア２２よりも線膨張係数が大きいため縮径度合いが大きく、ハウジング本体４３および中間リング４７によるステータコア２２の径方向内側への圧縮力がわずかに大きくなる。したがって、ステータコア２２はわずかに大きくなった保持力で中間リング４７内に保持される。
【００２７】
ここで、ハウジング本体４３とステータコア２２の間にはこれらの線膨張係数の中間の線膨張係数を有する中間リング４７が介在しているので、ハウジング本体４３が直接ステータコア２２と当接している場合と比べて、環境温度の上下変化に伴う径方向の圧縮力の変化分が低減される。
すなわち、ハウジング本体４３の線膨張係数よりも、中間リング４７の線膨張係数の方が、ステータコア２２の線膨張係数に近いので、環境温度が変化してこれらが径方向に拡縮する場合に、中間リング４７が緩衝材として機能する。つまり、中間リング４７は、ハウジング本体４３の径方向の圧縮力を吸収して、ステータコア２２に加わる圧縮力を軽減することができる。これにより、環境温度の変化に伴うステータコア２２の変形を低減して、変形に伴う磁束の変化を低減することによって、モータ特性を安定化させることができる。
【００２８】
なお、ハウジング４０をステータコア２２と同様の鋼材で形成すれば互いの線膨張係数が近くなるので、環境温度が変化してもハウジング４０によるステータコア２２への圧縮力の変化が少ないため、中間リング４７を設けなくてもよい。しかしながら、この場合は、ハウジング本体４３を鋼材で形成する必要があるので、本例のようにアルミニウムで形成する場合と比べてモータ重量が大幅に増加してしまう。
このため、本例では、ハウジング本体４３を軽量なアルミニウム製としてモータ重量の軽量化を図ると共に、ハウジング本体４３とステータコア２２の間に中間リング４７を介在させて、環境温度の変化によるモータ特性の低減を達成している。
【００２９】
なお、上記実施形態では、中間リング４７をハウジング本体４３よりも純度の低いアルミニウムとして、中間リング４７の線膨張係数をハウジング本体４３の線膨張係数よりも小さく、かつ、ステータコア２２の線膨張係数よりも大きく設定している。しかし、これに限らず、ハウジング本体４３，中間リング４７，ステータコア２２はこの順に線膨張係数が大きく設定できればよい。例えば、中間リング４７をアルミニウム製とする代わりに、銅製（線膨張係数：１７．７×１０−６／℃）としてもよい。
【００３０】
また、ハウジング本体４３および中間リング４７を共にアルミニウム製とする場合は、中間リング４７に用いるアルミニウムよりもハウジング本体４３に用いるアルミニウムの純度が高ければ、上記ほど純度の高いものを用いなくてもよい。
【００３１】
次に、図４〜図６に基づいて、本例のブラシレスモータ１の製造方法について説明する。
図４は中間リング４７とステータ２０とを焼嵌する工程を表している。まず、環状に形成された中間リング４７を加熱膨張させ、コアシート２２ａを一体に積層したステータコア２２に巻線２７を巻回したステータ２０を、加熱膨張した中間リング４７内に軸方向から挿入していく。そして、冷却することにより中間リング４７を縮径させ、中間リング４７とステータ２０とを強固に固定し、中間リング４７とステータ２０とが一体になった結合部品２を形成する。
【００３２】
図５はハウジング本体４３と、中間リング４７とステータ２０の結合部品２とを焼嵌する工程を表している。この工程では、まず、有底円筒状に形成されたハウジング本体４３を加熱膨張させ、結合部品２を加熱膨張したハウジング本体４３内に軸方向から挿入していく。そして、冷却することによりハウジング本体４３を縮径させ、ハウジング本体４３と結合部品２とを強固に固定し、これらの結合部品３を形成する。
【００３３】
図６は、この結合部品３に軸受４１と、回転軸１２，シャフト１４，マグネット１６を一体に組み付けたロータ１０とを挿入する。このとき、ロータ１０の回転軸１２は、ハウジング本体４３の挿通孔４５ａから外部に突出する。
また、軸受４２と制御回路基板３０を取り付けた蓋部４６をさらに軸方向からハウジング本体４３の開口を塞ぐように取付ける。以上のようにしてブラシレスモータ１を組み付けることができる。
【００３４】
なお、上記実施形態では、ハウジング本体４３，中間リング４７，ステータコア２２を互いに焼嵌して一体に取付けているが、これに限らず、互いに圧入して一体に取付けてもよい。例えば、ステータコア２２を中間リング４７に圧入し、これらの一体物をハウジング本体４３に軽焼嵌または軽圧入してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態に係るブラシレスモータの断面図である。
【図２】図１のブラシレスモータを軸方向から見た断面説明図である。
【図３】図１のブラシレスモータのストッパの断面説明図である。
【図４】中間リングとステータの組み付け工程の説明図である。
【図５】ハウジング本体，中間リングとステータの組み付け工程の説明図である。
【図６】ブラシレスモータの組み付け工程の説明図である。
【符号の説明】
【００３６】
１‥ブラシレスモータ、２，３‥結合部品、１０‥ロータ、１２‥回転軸、
１４‥シャフト、１６‥マグネット、２０‥ステータ、２２‥ステータコア、
２２ａ‥コアシート、２３‥ティース部、２４‥リング部、２７‥巻線、
３０‥制御回路基板、４０‥ハウジング、４１，４２‥軸受、
４３‥ハウジング本体、４４ｂ，４７ｂ‥ストッパ、４４‥周壁部、
４４ａ‥内周面、４５‥円板部、４５ａ‥挿通孔、４６‥蓋部、４６ａ‥軸受取付部、
４７‥中間リング
【図１】
2006333614.tif 000003
【図２】
2006333614.tif 000004
【図３】
2006333614.tif 000005
【図４】
2006333614.tif 000006
【図５】
2006333614.tif 000007
【図６】
2006333614.tif 000008