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JP6142826B2 - 回転電機のコア及び回転電機のコアの製造方法 - Google Patents

回転電機のコア及び回転電機のコアの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、回転電機のコア及びその製造方法に関する。
特許文献1には、筒状をなすコア本体と、同コア本体とは別体の複数のティースと、コイルが巻かれるとともに各ティースに装着されるボビンとを備えたステータコアが開示されている。このステータコアにおいては、コア本体の内周面に複数の溝が周方向に間隔をおいて形成されており、同溝にはティースの基端部が圧入されている。そして、各ティースはコア本体の内周面から中心軸線に向けて突出している。また、各ティースの先端側壁には周方向に沿って延びる延設部が一体形成されている。各延設部は回転電機のコア全体として略円筒状をなし、ロータコアの外周面に対して周方向の広い範囲にわたって対向することとなる。そのため、各延設部を通じて磁束が集約されることで、モータのトルク変動が押えられるとともにモータのトルクが向上するとされている。
特開2002−171704号公報
ところで、特許文献1に記載のステータコアにおいては、コア本体の内周面に形成された溝にティースの基端部が圧入されているため、コア本体とティースとの境界においては大きな圧縮応力が残留することとなる。そのため、磁束の流れにくい部位が形成されることとなり、磁束密度が低下することでモータの損失が増大することとなる。
本発明の目的は、回転電機の損失を低減することができる回転電機のコア及び回転電機のコアの製造方法を提供することにある。
上記目的を達成するための回転電機のコアは、筒部及び同筒部の内周面から中心軸線に向けて突出するとともに周方向において間隔をおいて形成された複数のティースが一体形成されたコア本体と、コイルが巻かれた複数のボビンと、を備え、前記ティースに前記ボビンが装着されている。前記ティースは、第1ティースと、周方向において同第1ティースと1つおきに交互に設けられる第2ティースとを含み、前記ボビンは、前記第1ティースに装着される第1ボビンと、前記第2ティースに装着される第2ボビンと、を含み、前記第1ボビンには、同第1ボビンが装着される前記第1ティースに当接するとともに周方向に沿って延びる第1延設部と、周方向に沿って延びて前記第2ティースに当接する第2延設部とが設けられている。
また、上記目的を達成するための回転電機のコアの製造方法は、筒部及び同筒部の内周面から中心軸線に向けて突出するとともに周方向において間隔をおいて形成された複数のティースが一体形成されたコア本体と、コイルが巻かれた複数のボビンと、を備え、前記ティースに前記ボビンが装着されている回転電機のコアを製造する方法である。前記ティースは、第1ティースと、周方向において同第1ティースと1つおきに交互に設けられる第2ティースとを含み、前記ボビンは、前記第1ティースに装着される第1ボビンと、前記第2ティースに装着される第2ボビンと、を含み、前記第1ボビンには、同第1ボビンが装着される前記第1ティースに当接するとともに周方向に沿って延びる第1延設部と、周方向に沿って延びて前記第2ティースに当接する第2延設部とが設けられ、前記第2ティースに対して内周側から前記第2ボビンを外挿する第1工程と、前記第1工程の後に、前記第1ティースに対して内周側から前記第1ボビンを外挿する第2工程と、を含む。
上記構成によれば、第1ボビンに第1延設部と第2延設部とが設けられているため、第2ティースに対して第2ボビンを内周側から外挿した後に、第1ティースに対して第1ボビンを内周側から外挿して装着することで、第1ティース及び第2ティースにそれぞれ第1延設部及び第2延設部が当接することとなる。このため、例えばコイルの巻数を多くして周方向において隣接するボビンのコイル間の距離を短くすることが可能となり、回転電機の磁束密度を高めることができる。
また、コア本体は筒部とティースとが一体形成されたものとされているため、筒部とティースとが分割体とされる構成とは異なり、筒部とティースとの境界が存在しない。このため、磁束の流れにくい部位が形成されることを抑制することができる。
よって、各ティースの先端に周方向に沿って延びる延設部を設ける構成を採用しながらも、回転電機の磁束密度を効果的に高めることができる。
本発明によれば、回転電機の損失を低減することができる。
一実施形態に係る回転電機のコアの断面図。 同実施形態の回転電機のコアのコア本体の断面図。 (a)は同実施形態の第1ボビンの断面図、(b)は同実施形態の第2ボビンの断面図。 同実施形態の回転電機のコアの組み立て工程を説明する断面図であって、第1工程が実行された直後の断面図。 同実施形態の回転電機のコアの組み立て工程を説明する断面図であって、(a)は第2工程において1つ目の第1ボビンが第1ティースに外挿される様子を示す断面図、(b)は第2工程において1つ目の第1ボビンが第1ティースに装着された直後の断面図。 (a)〜(d)は比較例に係る回転電機のコアの組み付け工程を説明する断面図。
以下、図1〜図6を参照して、回転電機のコア及び回転電機のコアの製造方法を電動モータのステータコア及びその製造方法として具体化した一実施形態について説明する。
図1に示すように、ステータコア10のケース12は、内周側に円柱状の空間を有している。ケース12の内周側には磁性体からなるコア本体20が設けられている。コア本体20は、例えば多数枚の金属板を積層することによって形成されている。
図2に示すように、コア本体20は、円筒状をなす筒部21と、同筒部21の内周面から中心軸線Cに向けて突出するとともに周方向において等間隔にて形成された複数のティース24,26とを有している。筒部21と各ティース24,26とは一体形成されている。
図1に示すように、筒部21の外周面には複数の固定片22が外周側に向けて突設されており、同固定片22には挿通孔23が形成されている。各挿通孔23に挿通されるねじ14によって、ケース12に対してコア本体20が固設されている。
図1及び図2に示すように、上記ティース24,26は周方向において交互に設けられている。すなわち、第1ティース24と第2ティース26とが周方向において1つおきに形成されている。
図2に示すように、第1ティース24の内周面24aは円弧状をなしており、同内周面24aにおける周方向の両端には切欠部25が形成されている。また、第2ティース26の内周面26aの両端部は円弧状をなしており、同内周面26aには一対の凹部27が周方向において間隔をおいて形成されている。凹部27は、同凹部27に隣接する第1ティース24の突出方向Aに沿って延びている。また、前記一対の凹部27の間には内周面26aよりも内周側に向けて突出した三角形状の突出部28が形成されている。
図1に示すように、第1ティース24にはコイル35が巻かれた第1ボビン30が装着されている。また、第2ティース26にはコイル45が巻かれた第2ボビン40が装着されている。
図3(a)に示すように、第1ボビン30は、筒状をなし、第1ティース24に外嵌されるボビン本体31と、同ボビン本体31の基端(同図の上端)に形成されたフランジ31aと、同ボビン本体31の先端に形成されたフランジ31bとを有している。
また、ボビン本体31の先端には、前記コア本体20と同一の金属材料からなる第1延設部32が固設されている。第1延設部32の外周面及び内周面は共に円弧状をなしている。図1に示すように、第1延設部32の外周面が第1ティース24の内周面24aに当接している。
図3(a)に示すように、第1延設部32の外周面には、第1ティース24の突出方向Aに沿って延びるとともに第1ティース24の切欠部25に嵌合される一対の爪部32bが突設されている。第1延設部32の先端側壁には周方向の両外側に向けて突出する突片32aが形成されている。
また、第1延設部32の突片32aにおける周方向の両側には、前記コア本体20と同一の金属材料からなる第2延設部33が上記フランジ31bを介して固定されている。第2延設部33の外周面及び内周面は共に円弧状をなしている。図1に示すように、第2延設部33の外周面が第2ティース26の内周面26aに当接している。
図3(a)に示すように、各第2延設部33の外周面には、第2ティース26の凹部27に嵌合される爪部33bが突設されている。各爪部33bは、第1ボビン30が装着される第1ティース24の突出方向Aに沿ってそれぞれ延びている。第2延設部33の先端側壁には周方向の第1延設部32に近接する側に向けて突出する突片33aが形成されている。この突片33aと第1延設部32の突片32aとの間には第1ボビン30のフランジ31bが介在している。なお、ボビン本体31及びフランジ31a,31bは共に樹脂材料からなり、インサート成形によって第1延設部32及び第2延設部33に固定されている。
図3(b)に示すように、第2ボビン40は、筒状をなし、第2ティース26に外嵌されるボビン本体41と、同ボビン本体41の基端に形成されたフランジ41aと、同ボビン本体41の先端に形成されフランジ41bとを有している。ボビン本体41及びフランジ41a,41bは共に樹脂材料からなる。
図3(a)に示すように、第1ボビン30に巻かれたコイル35の巻数は、同コイル35の外周面が前記突出方向Aに沿うように同突出方向Aにおいて略同一とされている。
また、図3(b)に示すように、第2ボビン40に巻かれたコイル45の巻数は、同コイル45の外周面が前記突出方向Aに沿うようにボビン本体41の先端側(同図の下側)ほど少なくされている。
次に、図4及び図5を参照して、ステータコア10の組み立て工程の手順について説明する。
ステータコア10の組み立てに際しては、まず、図4に示すように、コア本体20の第2ティース26の各々に対して内周側から第2ボビン40が外挿され、第2ボビン40のフランジ41aがコア本体20の筒部21の内周面に当接される(第1工程)。
次に、図5(a)、(b)に示すように、コア本体20の第1ティース24の各々に対して内周側から第1ボビン30が外挿される。このとき、第1ティース24の切欠部25に対して第1延設部32の爪部32bが嵌合され、第1ティース24の内周面24aに第1延設部32の外周面が当接される。また、第2ティース26の凹部27に対して第2延設部33の爪部33bが嵌合され、第2ティース26の内周面26aに第2延設部33の外周面が当接される。そして、第2延設部33の周方向外側の端面が第2ティース26の突出部28の傾斜面に当接される(第2工程)。
次に、比較例のステータコア110と対比しつつ本実施形態のステータコア10の作用について説明する。
図6(a)〜(d)に示すように、比較例のステータコア110のコア本体120は、略T字状をなす複数のコア分割体121から構成されている。各コア分割体121はティース部124を有しており、同ティース部124の先端側壁には延設部125が突設されている。また、ティース部124にはボビン130が装着されており、同ボビン130にはコイル135が巻かれている。ボビン130は2つに分割された一対のピースからなる。従って、ティース部124に延設部125を形成しつつも、同ティース部124にボビン130を装着することができる。
このステータコア110においては、図6(b)に示すように、コア分割体121の周方向の両端面に形成された凸部121a及び凹部121bが、同コア分割体121に周方向に隣接する他のコア分割体121の凹部121b及び凸部121aにそれぞれ嵌合されることによってコア本体120が形成される。そして、図6(c)に示す金属製のケース112を加熱して膨張させてその内周側にコア本体120を挿入する、所謂焼き嵌めすることによって、図6(d)に示すように、コア本体120に外嵌される。
しかしながら、この場合には、ケース112の内周面、コア本体120の外周面、及び各コア分割体121の周方向の両端面には大きな圧縮応力が残留することとなる。従って、このように大きな圧縮応力が残留する部位では磁束が流れにくくなり、磁束密度が低下することでモータの損失が増大することとなる。
これに対して、本実施形態のステータコア10においては、第1ボビン30に第1延設部32と第2延設部33とが設けられている。このため、第2ティース26に対して第2ボビン40を装着した後に、第1ティース24に対して第1ボビン30を装着することで、第1ティース24の内周面24a及び第2ティース26の内周面26aにそれぞれ第1延設部32及び第2延設部33が当接することとなる。
よって、コイル35,45の巻数を多くすることで周方向に互いに隣接するボビン30,40のコイル35,45間の距離、すなわちコイル35の外周面と同コイル35に隣接するコイル45の外周面との距離を短くすることが可能となる。このため、各ティース24,26にボビン30,40を装着することができるため、各ティース24,26に延設部32,33を設定することが可能となり、モータの磁束密度を高めることができる。
また、コア本体20は筒部21とティース24,26とが一体形成されたものとされているため、筒部21とティース24,26との境界が存在しない。このため、磁束の流れにくい部位が形成されることを抑制することができる。
なお、第1延設部32の爪部32bと第1ティース24の切欠部25とが嵌合され、第2延設部33の爪部33bと第2ティース26の凹部27とが嵌合されている。しかしながら、これらの部位の体格は小さく、同部位に作用する圧縮応力は比較例のステータコア110に残留する圧縮応力や先の特許文献1に記載のステータコアに残留する圧縮応力に比べて無視できるほど小さい。
よって、各ティース24,26の先端に周方向に沿って延びる延設部32,33を設ける構成を採用しながらも、モータの磁束密度を効果的に高めることができる。
以上説明した本実施形態に係る回転電機のコア及び回転電機のコアの製造方法によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
(1)ステータコア10は、筒部21及び同筒部21の内周面から中心軸線Cに向けて突出するとともに周方向において間隔をおいて形成された複数のティース24,26が一体形成されたコア本体20と、コイル35,45が巻かれた複数のボビン30,40と、を備え、ティース24,26にボビン30,40がそれぞれ装着されている。ティース24,26は、第1ティース24と、周方向において同第1ティース24と1つおきに交互に設けられる第2ティース26とからなる。ボビン30,40は、第1ティース24に装着される第1ボビン30と、第2ティース26に装着される第2ボビン40とからなる。第1ボビン30には、同第1ボビン30が装着される第1ティース24の内周面24aに当接するとともに周方向に沿って延びる第1延設部32と、周方向に沿って延びて第2ティース26の内周面26aに当接する第2延設部33とが設けられている。
こうした構成によれば、第1ボビン30に第1延設部32と第2延設部33とが設けられているため、第1ティース24の内周面24a及び第2ティース26の内周面26aにそれぞれ第1延設部32及び第2延設部33が当接することとなる。このため、例えばコイル35,45の巻数を多くして周方向において隣接するボビン30,40のコイル35,45間の距離、すなわちコイル35の外周面とコイル45の外周面との距離を短くすることが可能となり、モータの磁束密度を高めることができる。
また、コア本体20は筒部21とティース24,26とが一体形成されたものとされているため、筒部とティースとが分割体とされる構成とは異なり、筒部21とティース24,26との境界が存在しない。このため、磁束の流れにくい部位が形成されることを抑制することができる。
よって、各ティース24,26の先端に周方向に沿って延びる延設部32,33を設ける構成を採用しながらも、モータの磁束密度を効果的に高めることができる。従って、モータの損失を低減することができる。
(2)第2延設部33は第2ティース26に嵌合されている。
こうした構成によれば、第2ティース26の内周面26aに対して第2延設部33を当接させつつ固定することができる。従って、第2ティース26の内周面26aに対して第2延設部33を適切に当接させることができ、ステータコア10内部の磁束を強めることができる。
(3)第1ボビン30には、同第1ボビン30が装着される第1ティース24の周方向の両側に隣接する第2ティース26にそれぞれ対応する2つの第2延設部33が一体に設けられている。第2延設部33には爪部33bが形成され、第2ティース26の内周面26aには爪部33bが嵌合される凹部27が形成されている。爪部33b及び凹部27は第2延設部33を有する第1ボビン30が装着される第1ティース24の突出方向Aに沿って延びている。
こうした構成によれば、第1ティース24に第1ボビン30を内周側から外嵌して装着する際に、第2延設部33に形成された爪部33bを、第2ティース26の内周面26aに形成された凹部27に対して円滑に嵌合させることができる。
(4)第1延設部32は第1ティース24に嵌合されている。
こうした構成によれば、第1ティース24の内周面24aに対して第1延設部32を当接させつつ固定することができる。従って、第1ティース24の内周面24aに対して第1延設部32を適切に当接させることができ、ステータコア10内部の磁束を強めることができる。
(5)第1延設部32には爪部32bが形成され、第1ティース24の内周面24aには爪部32bが嵌合される切欠部25が形成され、爪部32b及び切欠部25は第1ティース24の突出方向Aに沿って延びている。
こうした構成によれば、第1ティース24に第1ボビン30を内周側から外嵌して装着する際に、第1延設部32に形成された爪部32bを、第1ティース24の内周面24aに形成された切欠部25に対して円滑に嵌合させることができる。
(6)ステータコア10を製造する方法は、第2ティース26に対して内周側から第2ボビン40を外挿する第1工程と、第1工程の後に、第1ティース24に対して内周側から第1ボビン30を外挿する第2工程と、を含む。
こうした方法によれば、コイル35,45の巻数を多くしてコイル35の外周面と同コイル35に隣接するコイル45の外周面との距離が短くされた場合であっても、第1ティース24及び第2ティース26にそれぞれ第1延設部32及び第2延設部33を当接させることができる。従って、上記効果(1)に準じた効果を奏することができる。
なお、本発明に係る回転電機のコアは、上記実施形態にて例示した構成に限定されるものではなく、これを適宜変更した例えば次のような形態として実施することもできる。
・第1延設部の外周面に切欠部などの凹部を形成し、第1ティースの内周面に同凹部に嵌合する爪部などの凸部を設けるようにしてもよい。
・例えば第1ティースの側面に凹部を形成し、第1ボビンのボビン本体に同凹部に嵌合する爪部を形成することなどにより、第1ティースに対して第1延設部が当接した状態を保持することができるのであれば、第1ティースに第1延設部が嵌合されない構成を採用することもできる。また、各ティースに対して接着剤を介してボビンを固定するようにしてもよい。
・第1ボビンのボビン本体と第1延設部及び第2延設部とを別体として形成し、これらを接着剤を介して互いに固定するようにしてもよい。
・第2延設部の外周面に凹部を形成し、第2ティースの内周面に同凹部に嵌合する爪部などの凸部を設けるようにしてもよい。
・例えば第1ティースの側面に凹部を形成し、第1ボビンのボビン本体に同凹部に嵌合する爪部を形成することなどにより、第2ティースに対して第2延設部が当接した状態を保持することができるのであれば、第2ティースに第2延設部が嵌合されない構成を採用することもできる。
・第1ボビンに一体に設けられる第2延設部を1つとすることもできる。すなわち、第1ボビンが装着される第1ティースの周方向の片側に隣接する第2延設部のみを第1ボビンに一体に設けるようにしてもよい。
・本発明をステータコアの外周側に設けられるロータコアに対して適用することもできる。すなわち、筒部と同筒部の内周面から中心軸線に向けて突出する複数のティースとを有するコア本体を備えたロータコアに対して本発明を適用してもよい。
・本発明を発電機を構成するコアに対して適用することもできる。
10…ステータコア(コア)、12…ケース、14…ねじ、20…コア本体、21…筒部、22…固定片、23…挿通孔、24…第1ティース、24a…内周面、25…切欠部(凹部)、26…第2ティース、26a…内周面、27…凹部、28…突出部、30…第1ボビン、31…ボビン本体、31a…フランジ、31b…フランジ、32…第1延設部、32a…突片、32b…爪部(凸部)、33…第2延設部、33a…突片、33b…爪部(凸部)、35…コイル、40…第2ボビン、41…ボビン本体、41a…フランジ、41b…フランジ、45…コイル、110…ステータコア、112…ケース、120…コア本体、121…コア分割体、121a…凸部、121b…凹部、124…ティース部、125…延設部、130…ボビン、131…ボビン本体、131a…フランジ、131c…フランジ、135…コイル、C…中心軸線。

Claims (5)

  1. 筒部及び同筒部の内周面から中心軸線に向けて突出するとともに周方向において間隔をおいて形成された複数のティースが一体形成されたコア本体と、コイルが巻かれた複数のボビンと、を備え、前記ティースに前記ボビンが装着されている回転電機のコアであって、
    前記ティースは、第1ティースと、周方向において同第1ティースと1つおきに交互に設けられる第2ティースとを含み、
    前記ボビンは、前記第1ティースに装着される第1ボビンと、前記第2ティースに装着される第2ボビンと、を含み、
    前記第1ボビンには、同第1ボビンが装着される前記第1ティースに当接するとともに周方向に沿って延びる第1延設部と、周方向に沿って延びて前記第2ティースに当接する第2延設部とが設けられている、
    回転電機のコア。
  2. 前記第1ボビンには、同第1ボビンが装着される前記第1ティースの周方向の両側に隣接する前記第2ティースにそれぞれ対応する2つの前記第2延設部が設けられている、
    請求項1に記載の回転電機のコア。
  3. 前記第2延設部は前記第2ティースに嵌合されている、
    請求項1又は請求項2に記載の回転電機のコア。
  4. 前記第2延設部及び前記第2ティースの内周面の一方には凸部が形成され、他方には前記凸部が嵌合される凹部が形成され、
    前記凸部及び前記凹部は前記第2延設部を有する前記第1ボビンが装着される前記第1ティースの突出方向に沿って延びている、
    請求項3に記載の回転電機のコア。
  5. 筒部及び同筒部の内周面から中心軸線に向けて突出するとともに周方向において間隔をおいて形成された複数のティースが一体形成されたコア本体と、コイルが巻かれた複数のボビンと、を備え、前記ティースに前記ボビンが装着されている回転電機のコアを製造する方法であって、
    前記ティースは、第1ティースと、周方向において同第1ティースと1つおきに交互に設けられる第2ティースとを含み、
    前記ボビンは、前記第1ティースに装着される第1ボビンと、前記第2ティースに装着される第2ボビンと、を含み、
    前記第1ボビンには、同第1ボビンが装着される前記第1ティースに当接するとともに周方向に沿って延びる第1延設部と、周方向に沿って延びて前記第2ティースに当接する第2延設部とが設けられ、
    前記第2ティースに対して内周側から前記第2ボビンを外挿する第1工程と、
    前記第1工程の後に、前記第1ティースに対して内周側から前記第1ボビンを外挿する第2工程と、を含む、
    回転電機のコアの製造方法。
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