JP7056220B2 - ステータ及び回転電機 - Google Patents

Description

本発明はステータ及び回転電機に関する。

モータのステータとして、複数の分割コアを環状に整列させ、外側からヨークによりカバーした構成が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

上記のステータの製造方法としては、例えば、複数の分割コアを環状に並べた上で、治具により外側から内側に向けて仮圧入して整列させ、その後、有底筒状のヨークの内側に圧入することで製造する方法が知られている。

特開２０１２－２３９６１号公報

ところで、分割コアから構成されたステータコアに対して、帯状のヨーク（帯状ヨーク）を巻き付け、帯状ヨークの両端部を接合することで、ステータコアに帯状ヨークを取り付けることがある。
こうした場合に、帯状ヨークの両端部を接合させる際に、帯状ヨークの接合部と、ステータコアとの位置関係によっては、接合部に掛かる力が不均一となって、帯状ヨークの接合状態がバランスを欠いたものとなることがある。
すなわち、帯状ヨークのステータコアに対する取り付け精度を向上させることが課題となっている。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、帯状ヨークのステータコアに対する取り付け精度を向上できるステータ及び回転電機を提供することにある。

上記課題は、本発明に係るステータによれば、回転電機に備えられるステータであって、回転軸が挿通されるステータコアと、前記ステータコアの外周部に巻き付けられる帯状のヨークと、を有し、前記ヨークは、前記ステータコアに巻き付いた状態で周方向の両端部を接合する接合部を有し、前記接合部は、前記ステータコアの軸方向中央のステータコア中央部に重なる位置に配され、前記周方向の第１端部に設けられる凸部と前記周方向の前記第１端部とは異なる第２端部に設けられる凹部と、を有し、前記ヨークの軸方向の長さは、前記ステータコアの軸方向の長さよりも長く、前記凸部は、前記第１端部に接続される接続部と、該接続部の軸方向の幅よりも広い大きさに構成され、内部に孔部が形成された頭部と、を有し、前記凸部を前記凹部にかしめることで、前記ヨークの前記第１端部と前記第２端部が接合されることにより解決される。
このように、ヨークの接合部を、ステータコアのステータコア中央部に対向して配置することで、ヨークの接合部に均等に力を加えることができる。これにより、ヨークをステータコアに取り付ける際に、ヨークの両端部の接合状態を良好なものとすることができる。
そのため、上記のステータによれば、ヨークのステータコアに対する取り付け精度が良好となる。
また、こうすることで、ヨークのステータコアへの取り付けを周方向に力を加えるかしめ加工により実現できる。そのため、ヨークをステータコアに取り付ける際のステータコアの変形を抑制できる。

上記のステータにおいて、前記接合部の前記軸方向中央の接合部中央部と、前記ステータコア中央部とが重なる位置に配されるとよい。
こうすることで、ヨークのステータコアに対する取り付け精度をより一層良好なものとすることができる。

上記のステータにおいて、前記ステータコアの前記外周部は、側面視において、前記ヨークの外側面により隠れるように配されるとよい。
こうすることで、ヨークによりステータの外側面の全域に対して内側に締付ける力を加えることができる。これにより、ステータコアの外側面に均等に力が加えられるため、ステータコアの変形を抑制できる。

上記のステータにおいて、前記ステータコアは、環状に並べられた分割可能な複数のティースを有し構成されるとよい。
上記のステータによれば、ステータコアに対してヨークを巻き付けて取り付けることで、ステータコアを構成する複数のティースを適切に整列させることができる。

また、上記の課題は、本発明の回転電機によれば、上記のステータを備えることにより解決される。
こうすることで、回転電機を構成するステータのバランスを良好にできる。

本発明のステータ及び回転電機によれば、帯状ヨークのステータコアに対する取り付け精度を向上できる。

モータを備えるポンプ装置の概略構成図である。 ステータの側面図である。 ステータの分解構成図である。 ヨークの接合部の接合前の状態を示す図である。 ヨークの接合部の構成を説明する図である。 ヨークの接合部の接合状態を示す図である。 ステータコアにヨークを取り付けた状態を示す図である。

以下、図１乃至図７を参照しながら、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
以下の実施形態では、回転軸が挿通されるステータコアと、ステータコアの外周部に巻き付けられる帯状のヨークと、を有するステータを備えるモータ（回転電機）について説明する。
なお、以下に説明する構成は本発明を限定するものでなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。

＜ポンプ装置１＞
図１には、本実施形態に係るモータ２を備えるポンプ装置１の概略構成図を示した。ポンプ装置１は、モータ２を動力源として、流体の吸い上げや送り込みを行う装置である。
図１に示されるように、ポンプ装置１は、構成として、モータ２、キャン３、インレットパイプ４、アウトレットパイプ５、インペラ６を備える。

モータ２は、ブラシレスモーターであり、主要な構成として、ロータ７、回転軸８、及びステータ１０を備える。
ロータ７は、永久磁石を含み構成される。なお、ロータ７は、モータ２の回転軸８に固定されており、回転軸８と一体となって回転する。
回転軸８は、インレットパイプ４に近い側の端部にインペラ６が取り付けられた状態で保持されるとともに、インレットパイプ４から遠い側の端部はキャン３のロータ収容部３Ａの底部に設けられた軸保持部３Ｂに保持される。

キャン３は、ロータ収容部３Ａと、ステータ収容部３Ｃとを、それぞれ反対側に有しており、これにより、ロータ収容部３Ａからステータ収容部３Ｃへの流体の浸入を防止している。すなわち、ロータ７及び回転軸８が保持されるロータ収容部３Ａには、流体が浸入するが、キャン３によりステータ収容部３Ｃには流体の浸入が防止される。

ステータ１０は、主要な構成として、ステータコア２０と、ステータコア２０の外周部２４に巻き付けられる帯状のヨーク３０とを有する。
ステータコア２０は、複数のティース２１を円環状に並べて構成される。
ステータコア２０には、ステータコア２０の複数のティース２１のそれぞれに巻回される巻線及び回路を含む巻線部２５が取り付けられている。そして、巻線部２５の複数の相（例えば三相）のそれぞれの巻線に流れる電流を制御することにより、磁界が制御され、それによってステータ１０に対してロータ７が回転軸８を中心として回転する。なお、ロータ７の回転に伴い、回転軸８に固定されたインペラ６も一体となって回転することとなる。
そして、インペラ６が回転することにより、インレットパイプ４から流体を吸引するとともに、吸引した流体をアウトレットパイプ５から排出することができる。

＜ステータ１０の構成及びステータ１０の製造方法＞
次に、図２乃至図７を参照しながら、モータ２に備えられるステータ１０の構成及びステータ１０の製造方法について説明する。

図２乃至図７の各図の概要は以下の通りである。
図２は、ステータ１０の側面図である。なお、上記の側面図とは、回転軸８の延出方向である軸方向８Ａに対して垂直の方向からステータ１０を眺めた図に相当する。
図３は、ステータ１０の分解構成図である。
図４は、ヨーク３０の接合部３５の接合前の状態を示す図である。
図５は、ヨーク３０の接合部３５の構成を説明する図である。
図６は、ヨーク３０の接合部３５の接合状態を示す図である。
図７は、ステータコア２０にヨーク３０を取り付けた状態を示す図である。

図２、図３及び図４に示されるように、ステータコア２０の外周部２４に対して、帯状のヨーク３０が巻き付けられた状態で取り付けられる。
なお、図２においては、ヨーク３０の内側面に配されるステータコア２０を破線にて示している。

ここで、図３乃至図７を参照しながら、ステータコア２０に対するヨーク３０の取り付け工程について説明する。

まず、ステータコア２０の構成について説明する。
図４、図６及び図７に示すように、ステータコア２０は、分割可能な複数のティース２１を円環状に並べて構成したものである。
図４に示されるように、ティース２１は、略Ｔ字状の金属部材からなり、ティース外周部２１Ａ、ティース内周部２１Ｂ及び連結部２１Ｃを有する。
ティース外周部２１Ａは、ステータコア２０の外周部２４を構成し、ティース内周部２１Ｂは、ステータコア２０の内周部２３を構成する。
なお、ティース外周部２１Ａの外側面と、ティース内周部２１Ｂの内側面はそれぞれ僅かに湾曲している。
また、連結部２１Ｃは、ティース外周部２１Ａの径方向の中央部と、ティース内周部２１Ｂの径方向の中央部を連結する。この連結部２１Ｃには、巻線が巻き付けられる。

以下においてはステータコア２０に対し取り付けられる巻線部２５は省略して説明する。
まず、ステータコア２０を構成する複数のティース２１を円環状に配置し仮組みする。そして、図３に示されるように、仮組みされたステータコア２０を、内径決め治具４０の上に配置する。
具体的には、ステータコア２０の内周部２３の内側の開口に、内径決め治具４０の挿通部４１を通した状態で、ステータコア２０を内径決め治具４０の上に配置する。

内径決め治具４０は、基部４２と、基部４２から上方に延出した円柱状の挿通部４１とを有している。
具体的には、内径決め治具４０の基部４２の径は、ステータコア２０の中心から外周部２４までの径（外径）より大きいこととする。これにより、基部４２によりステータコア２０を支持することが可能となる。
そして、内径決め治具４０の挿通部４１は、ステータコア２０の中心から内周部２３までの径（内径）に略一致する。換言すれば、挿通部４１の径は、ステータコア２０の内周部２３の径に応じて選択され、挿通部４１の径によりステータコア２０の内径が定まることとなる。

次に、図４に示されるように、ステータコア２０の外周部２４に対して巻き付けるヨーク３０をセットする。ヨーク３０は、帯状の金属板であり、ステータコア２０と磁気回路を構成する。
なお、ヨーク３０の第１端部３２Ａと第２端部３２Ｂとを接合する前の時点では、ヨーク３０と、ティース２１のティース外周部２１Ａとの間には隙間が空いておりバリの発生が抑制される。

ここで、図３及び図５に示されるように、ヨーク３０は、ヨーク３０の長手方向における両端部である第１端部３２Ａと第２端部３２Ｂとが接合部３５により接合可能となっている。上記の長手方向における端部とは、ヨーク３０をステータコア２０に巻き付けた場合における、周方向の端部に相当する。
なお、ヨーク３０の長手方向の長さ（長辺の長さ）は、ステータコア２０の外周部２４の周と略同等となっている。

接合部３５の構成について詳細に説明すると、接合部３５は、第１端部３２Ａに設けられた凸部３３と、第２端部３２Ｂに設けられた凹部３４を含み構成される。

凸部３３は、第１端部３２Ａの短手方向、すなわち軸方向８Ａの中央部（軸方向中央）から、ヨーク３０の長手方向に沿って外側に延出した突起である。
具体的には、凸部３３は、第１端部３２Ａの軸方向８Ａの中央部に接続される接続部３３Ａ、接続部３３Ａの軸方向８Ａの幅よりも広い大きさに構成された頭部３３Ｂを有する。ここで、頭部３３Ｂの内部には孔部３３Ｃが形成されており、これにより、頭部３３Ｂを僅かに変形しやすくしている。

そして、凹部３４は、第２端部３２Ｂから内側に向けて構成された切り欠き部である。
具体的には、凹部３４は、第２端部３２Ｂの軸方向８Ａの中央部から内側に形成された入口部３４Ａと、入口部３４Ａからさらに内側に形成された保持部３４Ｂを有する。
入口部３４Ａは、凸部３３の接続部３３Ａと略同等の幅に構成される。また、保持部３４Ｂは、頭部３３Ｂと略同等の大きさに構成される。

そして、図６に示されるように、第１端部３２Ａと第２端部３２Ｂを近づける向きにヨーク３０に対して力を加える。以下では、上記の加工を、かしめ加工と称する。
この際、図６に示されるように、各ティース２１は、ヨーク３０から中心方向に向けて押し付けられるため、ティース内周部２１Ｂが挿通部４１に当接した位置で揃うこととなる。そのため、各ティース２１のティース外周部２１Ａの位置も揃うこととなる。
これにより、ステータコア２０の真円度を良好に保ちながらヨーク３０を巻き付けることができる。

そして、上記のかしめ加工を継続し、凸部３３の頭部３３Ｂが凹部３４に入口部３４Ａに当接すると、頭部３３Ｂが変形しながら、凹部３４の入口部３４Ａを通じて保持部３４Ｂに入り込む。これにより、図７に示されるように、接合部３５の凸部３３が凹部３４に嵌合し、ヨーク３０の第１端部３２Ａと第２端部３２Ｂが接合することとなる。

ここで図２を参照しながら、ヨーク３０の接合部３５と、ステータコア２０との配置の関係について説明する。
図２に示されるように、ヨーク３０の軸方向８Ａの長さＨ２は、ステータコア２０の軸方向８Ａの長さＨ１よりも長い。

また、ステータコア２０の軸方向８Ａにおける中央部であるステータコア中央部２２は、側面視において接合部３５と重なる位置に配される。
特に、ステータコア中央部２２は、側面視において接合部３５の軸方向８Ａの中央部である接合部中央部３６と重なる位置に配されると好適である。

上記のステータコア中央部２２は、例えばステータコア２０の軸方向８Ａにおける中央を通り、軸方向８Ａとは垂直の線（ステータコア中心線２２Ａ）と一致することとしてもよい。
また、接合部中央部３６は、接合部３５の軸方向８Ａにおける中央を通り、軸方向８Ａとは垂直の線（接合部中心線）と一致することとしてよい。

また、ステータコア２０の外周部２４は、側面視において、ヨーク３０の外側面３１Ａにより隠れるように配される。換言すれば、ステータコア２０の外周部２４は、ヨーク３０により覆われている。

なお、上記のようにステータコア２０とヨーク３０を配置することで、ステータコア２０にヨーク３０を取り付けるために、ヨーク３０にかしめ加工を施すときに、接合部３５に対して均等に荷重を掛けることが可能となる。
これにより、ステータコア２０の真円度を維持したまま、ステータコア２０に対してヨーク３０を精度良く取り付けることができる。

＜まとめ＞
以上説明した本実施形態に係るステータ１０及び、ステータ１０を備えるモータ２の主な特徴は以下の通りである。

［１］ステータ１０は、モータ２（回転電機）に備えられる。ステータ１０は、回転軸８が挿通されるステータコア２０と、ステータコア２０の外周部２４に巻き付けられる帯状のヨーク３０と、を有する。ヨーク３０は、ステータコア２０に巻き付いた状態で周方向の両端部を接合する接合部３５を有する。接合部３５は、ステータコア２０の軸方向中央のステータコア中央部２２に重なる位置に配され、ヨーク３０の軸方向の長さは、ステータコア２０の軸方向の長さよりも長い。
このように、ヨーク３０の接合部３５を、ステータコア２０のステータコア中央部２２に対向して配置することで、ヨーク３０の接合部３５に均等に力を加えることができる。これにより、ヨーク３０をステータコア２０に取り付ける際に、ヨーク３０の両端部の接合状態を良好なものとすることができる。
そのため、上記のステータ１０によれば、ヨーク３０のステータコア２０に対する取り付け精度が良好となる。

［２］上記のステータ１０において、接合部３５の軸方向中央の接合部中央部３６と、ステータコア中央部２２とが重なる位置に配される。
こうすることで、ヨーク３０のステータコアに対する取り付け精度をより一層良好なものとすることができる。

［３］上記のステータ１０において、接合部３５は、周方向の第１端部３２Ａに設けられる凸部３３と周方向の第１端部３２Ａとは異なる第２端部３２Ｂに設けられる凹部３４と、を有する。凸部３３を凹部３４にかしめることで、ヨーク３０の第１端部３２Ａと第２端部３２Ｂが接合される。
こうすることで、ヨーク３０のステータコア２０への取り付けを周方向に力を加えるかしめ加工により実現できる。そのため、ヨーク３０をステータコア２０に取り付ける際のステータコア２０の変形を抑制できる。

［４］上記のステータ１０において、ステータコア２０の外周部２４は、側面視において、ヨーク３０の外側面３１Ａにより隠れるように配される。
こうすることで、ヨーク３０によりステータ１０の外側面３１Ａの全域に対して内側に締付ける力を加えることができる。これにより、ステータコア２０の外側面３１Ａに均等に力が加えられるため、ステータコア２０の変形を抑制できる。

［５］上記のステータ１０において、ステータコア２０は、環状に並べられた分割可能な複数のティース２１を有し構成される。
上記のステータ１０によれば、ステータコア２０に対してヨーク３０を巻き付けて取り付けることで、ステータコア２０を構成する複数のティース２１を適切に整列させることができる。

［６］また、モータ２は、上記［１］～［５］に記載のステータ１０を備える。
こうすることで、モータ２（回転電機）を構成するステータ１０のバランスを良好にできる。

＜その他の実施形態＞
本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。
例えば、接合部３５の形状は上記の例に限定されるものではない。
具体的には、凸部３３をＴ字状、凹部３４を矩形状に構成してもよい。
また、上記の例では、接合部３５に１つの凸部３３と凹部３４のペアを設けた例を示したが、接合部３５には凸部３３と凹部３４のペアが複数設けられていてもよい。
また、本発明に係るモータは、ポンプ装置１以外の装置に対しても適用可能である。

１ ポンプ装置
２ モータ
３ キャン
３Ａ ロータ収容部
３Ｂ 軸保持部
３Ｃ ステータ収容部
４ インレットパイプ
５ アウトレットパイプ
６ インペラ
７ ロータ
８ 回転軸
８Ａ 軸方向
１０ ステータ
２０ ステータコア
２１ ティース
２１Ａ ティース外周部
２１Ｂ ティース内周部
２１Ｃ 連結部
２２ ステータコア中央部
２２Ａ ステータコア中心線
２３ 内周部
２４ 外周部
２５ 巻線部
３０ ヨーク
３０Ａ 主部
３１Ａ 外側面
３１Ｂ 内側面
３２Ａ 第１端部
３２Ｂ 第２端部
３３ 凸部
３３Ａ 接続部
３３Ｂ 頭部
３３Ｃ 孔部
３４ 凹部
３４Ａ 入口部
３４Ｂ 保持部
３５ 接合部
３６ 接合部中央部
３７ 爪係合穴
４０ 内径決め治具
４１ 挿通部
４２ 基部

Claims (5)

1. 回転電機に備えられるステータであって、
   回転軸が挿通されるステータコアと、
   前記ステータコアの外周部に巻き付けられる帯状のヨークと、を有し、
   前記ヨークは、
   前記ステータコアに巻き付いた状態で周方向の両端部を接合する接合部を有し、
   前記接合部は、前記ステータコアの軸方向中央のステータコア中央部に重なる位置に配され、前記周方向の第１端部に設けられる凸部と前記周方向の前記第１端部とは異なる第２端部に設けられる凹部と、を有し、
   前記ヨークの軸方向の長さは、前記ステータコアの軸方向の長さよりも長く、
   前記凸部は、前記第１端部に接続される接続部と、該接続部の軸方向の幅よりも広い大きさに構成され、内部に孔部が形成された頭部と、を有し、
   前記凸部を前記凹部にかしめることで、前記ヨークの前記第１端部と前記第２端部が接合されることを特徴とするステータ。
2. 前記接合部の前記軸方向中央の接合部中央部と、前記ステータコア中央部とが重なる位置に配されることを特徴とする請求項１に記載のステータ。
3. 前記ステータコアの前記外周部は、側面視において、前記ヨークの外側面により隠れるように配されることを特徴とする請求項１又は２に記載のステータ。
4. 前記ステータコアは、環状に並べられた分割可能な複数のティースを有し構成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のステータ。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載のステータを備える回転電機。

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