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発明の名称 ステータコア、モータ、ステータ製造方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−74875(P2007−74875A)
公開日 平成19年3月22日(2007.3.22)
出願番号 特願2005−261868(P2005−261868)
出願日 平成17年9月9日(2005.9.9)
代理人 【識別番号】100075258
【弁理士】
【氏名又は名称】吉田 研二
発明者 立松 和高 / 水谷 良治 / 遠藤 康浩
要約 課題
分割されたステータをコンパクトに統合する。

解決手段
モータの回転軸の周囲に設置されるステータコアは、周方向に分割された複数の分割コア30,32,...からなる。分割コアは圧粉磁心により成形され、その際には隣接する分割コアと結合するための構造として、上端面に直方体形状の穴部35,36,39,40が形成される。分割コア間の結合は、かすがい42を穴部に圧入することにより行われる。
特許請求の範囲
【請求項1】
モータの回転軸の周囲に設置されるステータコアであって、
ステータコアは、周方向に分割された複数の分割コアからなり、
各分割コアは、隣接する分割コアとの結合構造を有する形状に、圧粉磁心により成形されてなり、
隣接する分割コアは、結合構造を用いて結合されている、
ことを特徴とするステータコア。
【請求項2】
請求項1に記載のステータコアおいて、
少なくとも一対の隣接する分割コアにおいては、結合構造は固定部材が挿入される穴構造であり、
隣接する分割コアは、穴構造に挿入された固定部材を用いて結合されている、ことを特徴とするステータコア。
【請求項3】
請求項2に記載のステータコアおいて、
隣接する分割コアの穴構造に対しては共通の固定部材が挿入され、これにより隣接する分割コアが互いに結合される、ことを特徴とするステータコア。
【請求項4】
請求項3に記載のステータコアおいて、
固定部材は突起部を有するかすがい型部材であり、突起部が各穴構造に圧入されることで隣接する分割コアが結合される、ことを特徴とするステータコア。
【請求項5】
請求項3に記載のステータコアおいて、
穴構造は互いに対面する位置に設けられ、
固定部材は、両穴構造を貫いて挿入される棒状部材である、ことを特徴とするステータコア。
【請求項6】
請求項2に記載のステータコアおいて、
隣接する分割コアの結合には、別途形成された連結部材が用いられ、
固定部材は、分割コアと連結部材とを結合し、これにより隣接する分割コアが互いに結合される、ことを特徴とするステータコア。
【請求項7】
請求項2に記載のステータコアおいて、
固定部材は、モータ格納用のケースにステータを取り付けるための構造を備える、ことを特徴とするステータコア。
【請求項8】
請求項1に記載のステータコアおいて、
少なくとも一対の隣接する分割コアにおいては、結合構造はモータの回転軸方向の同一側端面に設けられる、ことを特徴とするステータコア。
【請求項9】
請求項1に記載のステータコアおいて、
少なくとも一対の隣接する分割コアにおいては、結合構造は相手方の結合構造と嵌合する構造であり、
隣接する分割コアは、結合構造を嵌合させて互いに結合されている、ことを特徴とするステータコア。
【請求項10】
請求項9に記載のステータコアおいて、
結合構造は、相手方の結合構造に対しモータの回転軸方向に嵌合する構造である、ことを特徴とするステータコア。
【請求項11】
請求項1に記載のステータコアおいて、
結合構造は、固定部材がカシメられる構造であり、
隣接する分割コアは、固定部材をこの結合構造にカシメることで結合される、ことを特徴とするステータコア。
【請求項12】
請求項1乃至11のいずれか1項に記載のステータコアを用いて形成されたモータ。
【請求項13】
モータの回転軸の周囲に設置されるステータを製造する方法であって、
周方向に分割された複数の分割コアを、隣接する分割コアとの結合構造を有する形状に、圧粉磁心により成形するステップと、
成形された分割コアにコイルを装着するステップと、
コイルが装着された分割コアを、結合構造を用いて結合し、環状に組み立てる組み立てステップと、
を含む、ことを特徴とするステータ製造方法。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、モータのステータコアに関する技術、特に、圧粉磁心を用いてステータコアを形成する技術に関する。
【背景技術】
【0002】
モータのステータにおいては、コイルの巻回を容易にする等の理由により、ステータコアを分割形成し、各分割コアにコイルを設置した後でステータを組み立てる場合がある。下記特許文献1には、コイルを巻回するティース毎に分割されたステータコアを圧入又は焼嵌めにより円筒形のハウジングに挿入して、ステータの組み立てを行う技術が開示されている。
【0003】
【特許文献1】特開2004−328965号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記特許文献1に記載の技術では、ハウジングを別途設けるため、そのスペースの分だけモータが大型化してしまう。また、ステータコアに応力がかかるために、磁気特性が悪化し、モータの性能低下を招くことになる。
【0005】
本発明の目的は、ステータをコンパクトに形成するための新たな技術を開発することにある。
【0006】
本発明の別の目的は、分割コア全体に応力を作用させることなく、隣接する分割コアと結合させる技術を確立することにある。
【0007】
本発明のさらに別の目的は、圧粉磁心を用いて、組み立て容易性を向上させた分割コアを生成することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明のステータコアは、モータの回転軸の周囲に設置されるステータコアであって、ステータコアは、周方向に分割された複数の分割コアからなり、各分割コアは、隣接する分割コアとの結合構造を有する形状に、圧粉磁心により成形されてなり、隣接する分割コアは、結合構造を用いて結合されている。
【0009】
ステータコアは、そこに巻かれるコイルとともに、モータのステータを構成するものである。モータにおいては、ロータとステータの間の電磁気的作用により、ロータが回転軸回りに回転する。ステータ、そしてステータコアは、この回転軸を囲むように(通常はロータの外側に)設置される。
【0010】
ステータは、周方向(ロータの回転方向)に分割された複数の分割コアからなる。典型的には、ステータは弧状のコアバックと、コアバックからロータ側に向かう突起形状のティースを備えており、分割コアは一つ又は複数のティースを含むように形成される。分割コアは、圧粉磁心により所望の形状に成形される。すなわち、鉄粉等の磁性粉末と樹脂等の絶縁物の混合物を型を用いて固めることで型に応じた形状に成形される。成形にあたっては、焼き鈍し等の付随的な処理を施される場合もある。
【0011】
各分割コアには、この成形の際に、隣接する分割コアとの結合に用いられる結合構造が形成される。つまり、圧粉磁心を成形する型に対し対応する形状を設けておくことで、圧粉磁心の成形と同時に結合構造が作られる。そして、隣接する分割コアは、この結合構造を用いて結合される。
【0012】
この構成によれば、上記特許文献1のように、分割コアをハウジングに圧入したり焼嵌めしたりする必要がないため、ハウジングの分だけステータの省スペース化を図ることができる。また、分割コアの磁性粉末には分割コアを結合による応力が作用しないため、鉄損の増加を防ぎ、ステータの特性を向上させることができる。さらにこの結合態様を採用した場合、結合構造は成形時に同時に形成されるため、二次的な加工を必要とせず、製造工程を簡略化することが可能となる。
【0013】
本発明のステータコアの一態様においては、少なくとも一対の隣接する分割コア(つまり、隣接するある二つの分割コア、又は複数若しくは全部の隣接する分割コア)においては、結合構造は固定部材が挿入される穴構造であり、隣接する分割コアは、穴構造に挿入された固定部材を用いて結合されている。穴構造は、非貫通孔であってもよいし、貫通孔であってもよい。また、穴構造は、一つのみ設けられてもよいし、複数設けられてもよい。この構成によれば、固定部材を穴構造に挿入して固定することで、簡易に隣接する分割コアを結合することが可能となる。固定部材は、隣接する分割コアにおいて、別々のものであってもよいし、共通のもの(一つながりのもの)であってもよい。
【0014】
本発明のステータコアの一態様においては、隣接する分割コアの穴構造に対しては共通の固定部材が挿入され、これにより隣接する分割コアが互いに結合される。また、本発明のステータコアの一態様においては、この共通の固定部材は突起部を有するかすがい型部材であり、突起部が各穴構造に圧入されることで隣接する分割コアが結合される。かすがい型部材は、単に二つの穴構造の間を結ぶ「かすがい」であってもよいし、三つ以上の穴構造(あるいは三つ以上の分割コア)の間を結ぶものであってもよい。
【0015】
本発明のステータコアの一態様においては、穴構造は互いに対面する位置に設けられ、固定部材は、両穴構造に貫いて挿入される棒状部材である。棒状部材の例としては、穴構造に捻入して挿入されるボルトを挙げることができる。
【0016】
本発明のステータコアの一態様においては、隣接する分割コアの結合には、別途形成された連結部材が用いられ、固定部材は、分割コアと連結部材とを結合し、これにより隣接する分割コアが互いに結合される。例えば、穴構造に挿入される固定部材としてのビスを用いて、板状の金属からなる連結部材を取り付けることで、隣接する分割コアを結合することができる。
【0017】
本発明のステータコアの一態様においては、固定部材は、モータ格納用のケースにステータを取り付けるための構造を備える。一般に、モータは、ステータ等が剥きだしにならないようにケースに格納される。このため、ステータ等とケースとを結合する取付具を設ける必要があるが、この構造を固定部材に設けることで取付具設置に要する工程を減らすことが可能となる。
【0018】
本発明のステータコアの一態様においては、少なくとも一対の隣接する分割コアにおいては、結合構造はモータの回転軸方向の同一側端面に設けられる。つまり、隣り合う分割コアにおいては、回転軸方向の先端側または後端側の端面の同じ側に結合構造が設けられる。特に、全ての分割コアにおいて同一側端面に結合構造が設けられた場合には、結合部材の取付工程を著しく容易化することができる。もちろん、両端面に結合構造を設けて強行な結合を行ってもよい。
【0019】
本発明のステータコアの一態様においては、少なくとも一対の隣接する分割コアにおいては、結合構造は相手方の結合構造と嵌合する構造であり、隣接する分割コアは、結合構造を嵌合させて互いに結合されている。また、本発明のステータコアの一態様においては、結合構造は、相手方の結合構造に対しモータの回転軸方向に嵌合する構造である。典型的には、一方の分割コアの結合構造を凸形状とし、他方の分割コアの結合構造を凹形状とすることで、両者を嵌合することができる。また、両分割コアの結合構造をガイドレール状に構成し、これをスライドさせて嵌め合わせることも有効である。こうした嵌合は、組み立て工程を簡単化する観点からは、隣接する分割コアをモータ回転軸方向に相対的に移動させることで実現できると便利である。つまり、嵌合方向が回転軸方向に設定されていることが望ましい。なお、隣接する分割コアには、複数対の嵌合構造が設けられてもよい。
【0020】
本発明のステータコアの一態様においては、結合構造は、固定部材がカシメられる構造であり、隣接する分割コアは、固定部材をこの結合構造にカシメることで結合される。ここで、カシメとは、結合部分を工具で叩いたり締めつけたりして塑性変形を生じさせ、結合させることをいう。具体例としては、板状の固定部材の外表面に工具を当てて加圧し、固定部材を結合構造にめりこませてカシメ結合を行う態様が挙げられる。隣接する分割コアをカシメにより強固に結合する場合には、例えば、モータの回転軸方向の両端面に結合構造を設け、この両結合構造にまたがる固定部材を両端面においてカシメればよい。また、それほど強度を必要としない場合には、両端面付近でそれぞれ別々の結合部材をカシメてもよいし、片側端面付近でのみ結合部材をカシメてもよい。分割コアにおいては、このカシメを行う位置にカシメのための結合構造が設けられる。カシメのための結合構造は、例えば、カシメの効きを高める穴や窪みにより実現してもよいし、カシメられた固定部材が邪魔にならないようにその付近を周囲よりも一段低くした構造としてもよい。
【0021】
本発明のモータは、前記いずれかのステータコアを用いて形成されたものである。モータの種類や大きさは特に限定されるものではなく、例えば、電気自動車やハイブリッド車において車両の駆動用に広く用いられている(典型的には三相の)交流モータにも適用可能である。また、本発明のステータ製造方法は、周方向に分割された複数の分割コアを、隣接する分割コアとの結合構造を有する形状に、圧粉磁心により成形するステップと、成形された分割コアにコイルを装着するステップと、コイルが装着された分割コアを、結合構造を用いて結合し、環状に組み立てる組み立てステップと、を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【0022】
図1は、本実施の形態にかかるモータ10の構成を概略的に示した斜視図である。モータ10は、回転動力を外部に伝達するモータ軸12を備えており、モータ軸12はロータ14の回転軸に沿って設置されている。ロータ14は、永久磁石または電磁石を備え、その周囲に設けられたステータとの磁気的相互作用により回転する。そして、ステータ16は、圧粉磁心によって成形されたステータコア18、及び、ステータコア18に巻回されたコイル(簡単のため図示を省略している)を備えている。このコイルに電流を流すことでステータ16は磁極として機能する。
【0023】
ステータコア18は、回転軸の周方向に分割された複数の分割コア20,22,24,...を組み合わせて構成されている。すなわち、ステータコア18は、分割コア20,22,24,...を圧粉磁心によって成形し、コイルを巻回したあとで円筒形状に結合されている。
【0024】
図2は、ステータコア18の一部をなす分割コア30,32の結合について説明する斜視図である。分割コア30は、円筒形状の外周をなすコアバック33と、そのコアバックから回転中心に向かって突き出たティース34からなる。ティース34は、コイルが巻かれ、コイルに流される電流に応じた磁極となるものである。また、コアバック33の上端面の両端付近には、隣接する分割コアとの結合のための構造として、直方体形状の穴部35,36が設けられている。この穴部35,36は、対応する凸型の形状を圧粉磁心成形用の型に設けることで形成されたものである。
【0025】
同様にして、分割コア32は、コアバック37とティース38を備えている。また、コアバック37の上端面の両端付近には、穴部39,40が設けられている。
【0026】
分割コア30,32は、互いのコアバック33,37を隣接させて組み立てられる。組み立てには、かすがい42が用いられる。かすがい42は、両端に突起部44,46を備えたコの字形状の金属部材である。突起部44,46は、それぞれ分割コア30の穴部36と分割コア32の穴部39に圧入される。これにより、隣接する分割コア30,32が固定されることとなる。
【0027】
隣接する分割コア同士の結合は、これ以外にも様々に行うことができる。以下では、図3乃至図9を用いて、複数の変形例について説明する。
【0028】
図3に示した分割コア50においては、その基本的な形状は図2に示した分割コア30,32と同様である。しかし、コアバック52には図2に示した穴部は設けられておらず、代わりに、コアバック52の(モータの回転軸方向でみた)上側の一端に直方体状の切欠部54が設けられている。そして、この切欠部54には、下側にのびる円柱形状の穴部56が設けられている。また、コアバック52の上側の他端には出張部58が設けられており、出張部58には上下方向に貫通する円柱形状の穴部60が設けられている。
【0029】
分割コア50は、同様の形状をなす分割コア62と接するように組み立てられる。すなわち、分割コア50の切欠部54は、分割コア62の出張部64に重ねられる。この際には、切欠部54に設けられた穴部56は、出張部64に設けられた穴部66と同軸上に位置する。そして、穴部56,66に対しては、上側から長いボルト68が捻入される。これにより、隣接する分割コア50,62が固定されることとなる。なお、切欠部及び出張部は、分割コアの下側に設けられてもよい。
【0030】
図4に示した分割コア70は、図3に示した分割コア50とほぼ同様の形状をなしている。つまり、コアバック72の上側の一端には切欠部74が設けられ、切欠部74には下側にのびる円柱形状の穴部76が設けられている。また、コアバック72の上側の他端には出張部78が設けられている。ただし、出張部78に貫通孔はなく、代わりに、出張部78の下端から下側に伸びる円柱形状の突起80が形成されている。
【0031】
分割コア70は、同様の形状をなす分割コア82と接するように組み立てられる。図5は、分割コア70,82の結合について説明した断面図である。ここでは、分割コア70に設けられた円柱形状の穴部76に対し、上側から分割コア82に形成された円柱形状の突起84が挿入されている。これにより、穴部76と突起84が強固に嵌合し、両分割コア70,82が結合される。
【0032】
この嵌合による結合態様は、隣接する全ての分割コア間の結合に適用することができる。ただし、組み立てにおける最後の分割コアにおいては、両隣の分割コアの形状に邪魔されて両者の間に入り込ませることができない。そこで、最後に組み立てられる分割コアについては、穴部と突起を設けるのではなく、両端とも穴部あるいは突起を設けるように構成すればよい。あるいは、最後の分割コアに限らず、例えば、両端が穴部である分割コアと両端が突起である分割コアを交互に配置することも有効である。また、最後の分割コアについては、図2に説明したボルトを用いた結合態様を採用するようにしてもよい。
【0033】
図6に示した分割コア90,92は、図2に示した分割コア30,32と基本的形状は同様である。ただし、この例では、直方体形状の穴部及びそれを利用したかすがいによる結合は採用されていない。代わりに、ここでは、分割コア90のコアバック94と分割コア92のコアバック96とがカシメ部材98により結合されている。
【0034】
このカシメ部材98は、コアバック94,96の上面に設置されるコの字型形状の板状部材である。カシメ部材98は、その上側から工具を用いて押圧され、その下のコアバックとともに塑性変形してカシメ結合される。すなわち、コアバック94においては凹み100によりコアバック94とカシメ部材98とが結合し、コアバック96においては凹み102によりコアバック96とカシメ部材98とが結合している。この結果、両分割コア90,92はカシメ部材を通じて結合される。なお、コアバック94,96のカシメ位置には、予め窪み形状を形成しておくなど、カシメを確実に行うための構造を設けることが有効である。
【0035】
カシメは様々に行いうる。図7は、カシメによりコアバックを結合する態様についての変形例を示す図であり、図6に示した分割コア90,92の結合部付近を回転中心の側から描いた図である。この態様では、分割コア90,92は、コアバック94,96の上側及び下側においてカシメられている。すなわち、上側においては、コの字形状のカシメ部材103が分割コア90,92をまたいで設置されている。そして、分割コア92の側で上側から押圧されてカシメられている。また、下側においては、コの字形状のカシメ部材105が分割コア90,92をまたいで設置され、分割コア90の側でカシメられている。これにより、両分割コア90,92が二つのカシメ部材103,106を通じて強固に結合される。
【0036】
図8に示した分割コア110,112は、図2に示した分割コア30,32と基本的形状は同様である。ただし、この例では、直方体形状の穴部及びそれを利用したかすがい42による結合は採用されていない。代わりに、ここでは、コアバック114,116の上側両端にビス受け穴117,118等が設けられている。また、ビス受け穴の上には、連結部材としての金属板119が渡されている。そして、この金属板119にはビスを通すためのビス穴120,122が設けられている。このビス穴120,122を通してその下側のビス受け穴にビス124,126を打ち込むことで、金属板119を通じて両分割コア110,112が結合される。
【0037】
図9に示したかすがい130は、図2に示したかすがい42の変形構成例を示す図である。このかすがい130は、かすがい42と同様に、両端に突起部132,134を有しており、穴部に挿入されて分割コア間を結合する。特徴的な点は、両突起部132,134を結ぶ板状部136の中央付近から、分岐路138が伸びている点である。そして、分岐路138の先端にはボルト穴140が設けられている。
【0038】
このボルト穴140は、モータを取り囲むケースにステータを設置するためのものである。一般に、モータは、その外表面の少なくとも一部をケースで覆われる。このためには、何らかの形でモータとケースを連結するための部材が必要となる。ここでは、その結合部材をかすがい130が兼ねることで、製造工程及びモータの構成を簡略化している。
【図面の簡単な説明】
【0039】
【図1】モータ全体の構成例を概略的に示した斜視図である。
【図2】分割コアの結合例を示す斜視図である。
【図3】分割コアの別の結合例を示す斜視図である。
【図4】分割コアの別の結合例を示す斜視図である。
【図5】図4の結合例を説明する断面図である。
【図6】分割コアの別の結合例を示す斜視図である。
【図7】図6の結合例の変形態様を説明する図である。
【図8】分割コアの別の結合例を示す斜視図である。
【図9】図2の結合例の変形態様を説明する図である。
【符号の説明】
【0040】
10 モータ、12 モータ軸、14 ロータ、16 ステータ、18 ステータコア、20,22,24,30,32 分割コア、33,37 コアバック、33, コアバック、34,38 ティース、35,36,29,40 穴部、36 穴部、42 かすがい、44,46 突起部。




 

 


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