(57)【要約】【課題】組み立てやすく、また性能の低下を招くことの少ない分割コア型ステータを提供する。【解決手段】ステータ１をティース部４毎に分割した分割コアプレート２ａを積層してなる分割コア２を、直接ケース１０内部に、または、薄肉円筒部材の内部に、周方向に予圧縮状態で固定することにより構成する。このようなステータ１において、分割コア２のヨーク部３の、ティース４から周方向に張り出した翼状部５の長さをＬとすると、翼状部５の端部５ｂからＬ／５近傍の位置で、積層方向に隣り合う分割コアプレート２ａを一体化する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ティース毎に分割した分割コアプレートを積層してなる分割コアを、直接ケース内部に、または、薄肉円筒部材の内部に、周方向に予圧縮状態で固定する分割コア型ステータにおいて、
前記分割コアのヨーク部の、前記ティースから周方向に張り出した翼状部分の長さをＬとすると、前記翼状部分端部からＬ／５近傍の位置で、積層方向に隣り合う前記分割コアプレートを一体化することを特徴とする分割コア型ステータ。
【請求項２】
前記翼状部分端部からＬ／５近傍の位置に加え、前記翼状部分の付け根部においても、積層方向に隣り合う前記分割コアプレートを一体化する請求項１に記載の分割コア型ステータ。
【請求項３】
前記分割コアプレートをダボカシメにより積層方向に一体化する請求項１または２に記載の分割コア型ステータ。
【請求項４】
前記分割コアプレートを溶接により積層方向に一体化する請求項１または２に記載の分割コア型ステータ。
【請求項５】
前記分割コアプレートを、ステータの外周近傍を溶接することにより積層方向に一体化する請求項４に記載の分割コア型ステータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、分割コア型ステータに関する。特にステータの機械的強度を向上するための構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の分割コア型ステータとして、Ｖ字形切欠部の有無により２種類以上の異形状に切断された鉄心個片を交互又は順に積層して左右の端部を櫛歯形状にしたものが知られている。これは、一片の積層鉄心片の右端部の櫛歯形状と、他片の積層鉄心片の左端部の櫛歯形状とを嵌合させて積層鉄心片相互間の磁路を形成しながら、所定数の該積層鉄心片を順に嵌合させて環状磁路を形成している。櫛歯形状の嵌合部に於いては、固定子鉄心の内径側及び外径側のＶ字形切欠部の無い鉄心個片を積層方向から加圧切曲げして、嵌合部のＶ字形切欠部の有る鉄心個片をカシメ固着し、積層鉄心片相互間の磁路を形成している（例えば、特許文献１、参照。）。
【０００３】
または、分割コアのヨークの突合わせ部付近に積層電磁鋼板の積み厚方向に貫通した穴を設け、その穴にボルトを通して分割コア型ステータを組み立てて、ステータ全体を円筒状部材内部に焼嵌めたあと、ボルトを取り去る組み立て方法が提案されている（例えば、特許文献２、参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−１８７５９３号公報
【特許文献２】
特開２００２−２９１１８２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとしている問題点】
しかしながら、特開平１１−１８７５９３号公報においては、異形状のコアが必要になり、かつ、それらを所定の枚数毎に積層しなければならないので工程が煩雑となりコスト高を招く恐れがある。また、鋼板の板圧のバラツキや鋼板の打ち抜き端面に生じたバリなどにより凹凸がうまく組み合わせられず、ステータ全体の組み立てに支障をきたす恐れがある。また、カシメによって、ステータ全体の形状を保持するために、ステータ内周面の真円度が得られにくいという問題点があった。
【０００６】
また、特開２００２−２９１１８２号公報においては、分割コア型ステータを円筒状部材内部に焼嵌める際の、コアヨーク突合わせ部の変形や、めくれ上がりを抑え、ステータ全体の変形や分割コアのガタ落ちを防止している。しかしながら、ボルト穴を設けることによってヨーク部の磁路断面積が狭くなり、磁気飽和が生じて電動機性能が低下するという問題点があった。
【０００７】
そこで、本発明は上記の問題を鑑みて、組み立てやすく、また性能の低下を招くことの少ない分割コア型ステータを提供することを目的とする。
【０００８】
【問題点を解決するための手段】
本発明は、分割コア型ステータを、ティース毎に分割した分割コアプレートを積層してなる分割コアを、直接ケース内部に、または、薄肉円筒部材の内部に、周方向に予圧縮状態で固定することにより構成する。このような分割コア型ステータにおいて、前記分割コアのヨーク部の、前記ティースから周方向に張り出した翼状部分の長さをＬとすると、前記翼状部分端部からＬ／５近傍の位置で、積層方向に隣り合う前記分割コアプレートを一体化する。
【０００９】
【作用及び効果】
このように、翼状部分端部からＬ／５近傍の位置で、積層方向に隣り合う分割コアプレートを一体化する。これにより、翼状部分の周方向の応力に対する剛性を向上することができる。その結果、組み立てやすく、また性能の低下を招くことの少ない、分割コア型ステータを提供することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
第１の実施形態について説明する。電動機、発電機等の回転電機に用いるステータ１の概略を図１に示す。図１（ａ）には、ステータ１をケース１０に収納した時の断面を、図１（ｂ）には、ステータ１のみの斜視図を示す。なお、ここではステータコイルは省略する。
【００１１】
ステータ１を、分割コア２を周方向に均等に配置することにより構成する。ここでは、薄板鋼板により略Ｔ字形状に構成した分割コアプレート２ａを複数積層することにより分割コア２を構成する。このような分割コア２を周方向に均等に配置して、環状構造を形成することによりステータ１を構成する。
【００１２】
このようなステータ１を、直接ケース１０に焼嵌め等の予圧縮状態で固定し、さらにこの内側に図示しないロータを回転空隙を介して配置することにより回転電機を構成する。または薄肉円筒状部材等に焼嵌めすることにより固定し、これをケースに収納してもよい。
【００１３】
次に、分割コアプレート２ａの構成を、図２を用いて説明する。
【００１４】
分割コアプレート２ａを、ヨーク部３とティース部４とから構成する。ティース部４は、ステータ１を組み立てた際の半径方向に突出する部分である。ここでは、ティース部４を内周方向に突出するように形成する。分割コアプレート２ａを複数積層した際に、このティース部４に図示しないステータコイルを巻装することによりステータコイルを構成する。
【００１５】
これに対してヨーク部３は、周方向に分割コア２を並べてステータ１を組み立てた際に環状となる部分とする。ヨーク部３は、ティース部４に対して周方向に突出した翼状部５を有する。ここでは、ティース部４の両側に、略周方向に沿って長さＬの翼状部５を構成する。
【００１６】
このような分割コアプレート２ａを積層し、ケース１０に焼嵌め等により固定する際には、分割コアプレート２ａ内に周方向の応力が生じる。また、分割コアプレート２ａの寸法誤差等により周方向の応力に分布が生じる。このとき周方向にかかる圧力が過剰に大きいと、ステータ１全体の変形や、分割コア２のガタ落ちが生じる可能性がある。
【００１７】
そこで、分割コアプレート２ａの翼状部５の周方向端部５ａからかかる圧力に対する剛性を向上するために、翼状部５に積層方向の位置を固定する固定部６を形成する。分割コアプレート２ａを積層し、固定部６において積層方向に隣り合う分割コアプレート２ａ同士を接合する。
【００１８】
ここでは、この固定部６において、ダボカシメによって分割コアプレート２ａを積層方向に一体化する。または、固定部６を、溶接によって積層方向に一体化する。これにより、特にコスト上昇を招くことなく、製造することができる。ただし、一体化工法は、これらに限定されるものではない。
【００１９】
次に、このような固定部６の形成位置について説明する。なお、ここでは翼状部５の長さをＬとする。つまり、ティース部４に対してヨーク部３が周方向に突出している長さを、それぞれＬとする。
【００２０】
まず、薄板の一端を固定して他端に圧力Ｐを作用させた場合について、図３を用いて説明する。これは、固定部６を持たない従来のステータに相当する。なお、図３における変形は、長さＬに対して過大に示している。
【００２１】
薄板に起こり得る変形量ｂは、加圧Ｐを作用させた端部の変形量をδ（≪Ｌ）とすると、（１）式で示される。
【００２２】
【式１】
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ここで、ｘは固定端からの距離を示している。
【００２３】
なお、図３（ａ）に示すような変形を為す場合にはｎ＝０となる。図３（ｂ）に示すような変形を為す場合にはｎ＝１となる。図３（ｃ）のような変形を為す場合にはｎ＝２となる。
【００２４】
それぞれの座屈が生じない限界の圧力（座屈限界圧力）をＰｃは、以下の式に示される。
【００２５】
【式２】
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Ｅは薄板のヤング率、Ｉは断面二次モーメントを示す。
【００２６】
ここで、座屈限界圧力Ｐｃの最も小さい変形が生じるので、固定部６を有さない従来のステータにおいては、ｎ＝０となる。そこで、従来の分割コアプレートにおいては、座屈限界圧力Ｐｃ０は以下のようになる。
【００２７】
【式３】
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一方、本実施形態では、翼状部５は固定部６において積層方向の変形が０（ｂ＝０）となる。ここで、固定部６で分断された二つの翼状部５Ａ、５Ｂは、互いに独立して変形する。
【００２８】
そこで、翼状部５の付け根部５ａから固定部６までの間（以下、翼状部５Ａ）は、変形量が０となる部分が二箇所あるので、図３（ｃ）に示したｎ＝２の変形モードの一部となる。図３（ｃ）に示すように、変形が０となる位置の間の距離は全体の長さの４／５の位置にあたる。よって、翼状部５Ａにおける変形はｎ＝２の変形モード全体の４／５にあたる。一方、固定部６から翼状部５の端部５ｂまでの間（以下、翼状部５Ｂ）は、図３（ａ）に示したｎ＝０の変形モードとなる。
【００２９】
ここで、固定部６を翼状部５の付け根部５ａからの距離がｘの位置に形成すると座屈限界圧力Ｐｃは以下のようになる。
【００３０】
まず、翼状部５Ａの座屈限界圧力Ｐｃ２Ａについて説明する。このときの翼状部５Ａの長さはｘである。よって翼状部５Ａの変形は、全体の長さが５／４ｘでありｎ＝２の変形モードにおける一部と考えられる。よって、座屈限界圧力Ｐｃ２Ａは次式で示される。
【００３１】
【式４】
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一方、翼状部５Ｂの長さは、（Ｌ−ｘ）である。よって、翼状部５Ｂの変形は全体の長さが（Ｌ−ｘ）でありｎ＝０の変形モードであると考えられる。よって、座屈限界圧力Ｐｃ０Ｂは、次式で示される。
【００３２】
【式５】
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以上より、翼状部５全体の変形は固定部６の位置に応じて以下のようになる。
【００３３】
固定部６が０＜ｘ＜４／５Ｌの位置に形成された場合には、端部５ｂから加えられる圧力が座屈限界圧力Ｐｃを超した時点で図４（ａ）に示すような変形を生じる。このときの、座屈限界圧力Ｐｃは（５）式に従う。一方、固定部６がｘ＝４／５Ｌの位置に形成された場合には、端部５ｂから加えられる圧力が座屈限界圧力Ｐｃを超した時点で図４（ｂ）に示すような変形を生じる。このときの座屈限界圧力Ｐｃは、２５×ＥＩπ２／４Ｌ２となる。固定部６が４／５Ｌ＜ｘ＜Ｌの位置に形成された場合には、端部５ｂから加えられる圧力が座屈限界圧力Ｐｃを超えた時点で図４（ｃ）に示すような変形を生じる。このときの座屈限界圧力Ｐｃは（４）式に従う。
【００３４】
その結果、翼状部５全体の座屈限界圧力Ｐｃは図５に示すようになる。ここで、強度比は、従来のステータの座屈限界圧力Ｐｃ０（（３）式）に対する、本実施形態の座屈限界圧力Ｐｃの比を示している。このように、翼状部５に固定部６を形成することで、従来のステータより座屈限界圧力Ｐｃを大きく設定することができる。特に、付け根部５ａから固定部６までの長さが翼状部５全体の４／５近傍となるように固定部６を構成する。言い換えれば、端部５ｂからの長さがＬ／５近傍となる位置に固定部６を構成する。これにより、最も大きな座屈限界圧力Ｐｃを設定することができ、ステータ１を組み立てる際に生じる周方向の圧力に対する剛性を向上することができる。なお、このときの強度比は２５となる。
【００３５】
次に、本実施形態の効果について説明する。
【００３６】
ステータ１をティース部４毎に分割した分割コアプレート２ａを積層してなる分割コア２を、直接ケース１０内部に、または、薄肉円筒部材の内部に、周方向に予圧縮状態で固定することにより構成する。このようなステータ１において、分割コア２のヨーク部３の、ティース４から周方向に張り出した翼状部５の長さをＬとすると、翼状部５の端部５ｂからＬ／５近傍の位置で、積層方向に隣り合う分割コアプレート２ａを一体化する。これにより、翼状部５の剛性が上がり、焼嵌め等の固定の際に、翼状部５の変形やそれにより分割コア２のガタ落ちが生じるのを避けることができる。その結果、コスト高を招くことなく、組み立てやすく、また性能の低下を招くことの少ない、ステータ１を提供することができる。
【００３７】
また、分割コアプレート２ａをダボカシメにより積層方向に一体化する。または、分割コアプレート２ａを溶接により積層方向に一体化する。これにより、通常の抜き打ち、積層行程を利用して分割コア２を製造できるため、コスト高を招くことがない。
【００３８】
次に、第２の実施形態について説明する。ここで用いる分割コアプレート２ａの構成を図６に示す。以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００３９】
ここでは、翼状部５の付け根部５ａにおいて、積層方向に隣接した分割コアプレート２ａ同士を接合する。つまり、分割コア２には二つの固定部６ａ、６ｂを備える。固定部６ａを、第１の実施形態と同様に、翼状部５の端部５ｂからの距離がＬ／５近傍の位置に構成する。一方、固定部６ｂを、翼状部５の付け根部５ａに構成する。
【００４０】
なお、この固定部６ａ、６ｂは、ダボカシメによって積層方向に一体化する。または、固定部６ａ、６ｂを、溶接によって積層方向に一体化する。これによりコストを抑えて分割コア型のステータ１を設計・製作することができる。ただし、一体化工法はこれらに限定するものではない。
【００４１】
このように、付け根部５ａを積層方向に一体化して分割コア２を構成する。これにより、翼状部５に変形が生じた場合に、応力が集中し易い部分の剛性を向上することができる。また、付け根部５ａを固定することで、第１の実施形態で検討した座屈限界圧力Ｐｃを確実に設定することができ、分割コアプレート２ａの剛性を向上することができる。
【００４２】
次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第１の実施形態とは異なる効果のみを説明する。
【００４３】
翼状部５の端部５ｂからＬ／５近傍の位置に加え、翼状部５の付け根部５ａにおいても、積層方向に隣り合う分割コアプレート２ａを一体化する。これにより、剛性を確実に保持することができ、焼嵌め等により固定する際、翼状部５の変形による分割コア２のガタ落ちを生じる事のないステータ１を構成することができる。
【００４４】
次に、第３の実施形態について説明する。以下、第２の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００４５】
第２の実施形態と同様に、固定部６ａ、６ｂを備える。ここでは固定部６ａ、６ｂを溶接にて積層方向に一体化する。この際に、溶接部分をステータ１の外周近傍とする。つまり、固定部６ａを、翼状部５の端部５ｂからの距離がＬ／５の位置のステータ１外周近傍に構成する。固定部６ｂを、付け根部５ａにおけるステータ１の外周近傍に構成する。つまり、ケース１０の近傍に固定部６ａ、６ｂを形成する。
【００４６】
次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第２の実施形態と異なる効果のみを説明する。
【００４７】
分割コアプレート２ａを、ステータ１の外周近傍を溶接することにより積層方向に一体化する。これにより、溶接部となる固定部６ａ、６ｂとケース１０との間に電流ループが形成されないので、回転電機の効率を悪化させるのを防ぐことができる。また、薄肉円筒部材を用いた場合にも同様の効果が得られる。
【００４８】
なお、ここでは焼嵌めによりステータ１をケース等に収納する場合の効果について説明したが、この限りでない。構成時に、分割コア２に周方向に加圧し、予圧縮の状態で分割コア２を固定する場合には、上記実施形態と同様の構成とすることで分割コアプレート２ａの剛性を向上することができる。
【００４９】
このように、本発明は、上記実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術思想の範囲内で様々な変更を為し得ることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態におけるステータの概略構成図である。
【図２】第１の実施形態に用いる分割コアの概略構成図である。
【図３】従来のステータに用いた分割コアの変形状態を示す図である。
【図４】第１の実施形態に用いた分割コアの変形状態を示す図である。
【図５】第１の実施形態における固定部形成位置に応じた強度比を示す図である。
【図６】第２の実施形態に用いる分割コアの概略構成図である。
【図７】第２の実施形態に用いる分割コアの概略構成図である。
【符号の説明】
１    ステータ（分割コア型ステータ）
２    分割コア
２ａ  分割コアプレート
３    ヨーク部
４    ティース部（ティース）
５    翼状部（翼状部分）
５ａ  付け根部
５ｂ  端部
６    固定部（分割コアプレートを一体化する位置）
１０  ケース（ケースまたは薄肉円筒部材）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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