JP2012016216A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機の部品点数を低減することにある。
【解決手段】ステータコア１１は環状のヨーク２１とこれに一体となった複数のティース２２とを有し、ステータケース１２に取り付けられている。ティース２２には外側に電線が巻回されたボビン２３が装着され、ボビン２３にはヨーク２１の端面に重なる固定用舌部２７が設けられている。ボビン２３の取付孔とステータコア１１の貫通孔を貫通してステータケース１２にねじ結合されるねじ部材３３により、ボビン２３がステータコア１１に固定されるとともにステータコア１１がステータケース１２に固定される。
【選択図】図１

Description

本発明は回転電機に関する。

電動機や発電機として使用される回転電機は、コイルが装着されるティースを備えたステータコアと、ステータコアが取り付けられるステータケースに回転自在に装着されるロータとを有している。回転電機には、ステータコアの内部に形成された円筒形状の空間内にロータが配置されるインナーロータ型と、ステータコアの外側にロータの円筒部が配置されるアウターロータ型とがある。

予め電線を巻回して形成されるコイルをステータコアのそれぞれのティースに装着するようにし、巻線が集中巻となったタイプの回転電機は、コイルつまりステータコイルをティースに固定する必要がある。特許文献１には、コイルをティースに固定するために、コイルに係止される係止部が設けられた端板をステータコアの両端面に取り付けるようにしたモータが記載されている。

特開平５−３８０８６号公報

従来のように、ステータコアの両端面に端板を取り付けてコイルを固定するようにすると、コイルを固定するための端板を製造し、これを回転電機の構成部品とする必要がある。このため、回転電機の部品点数が増加し、組立工数が増加することになり、回転電機の製造コスト、部品精度管理や製造管理コストなどのコストアップを招来させることになる。

本発明の目的は、回転電機の部品点数を低減することにある。

本発明の回転電機は、軸方向に複数の貫通孔が設けられた環状のヨークと前記ヨークに一体に設けられた径方向に突出する複数のティースとを有するステータコアと、電線が巻回される筒状体部と取付孔が形成され前記ヨークの端面に重なる固定用舌部とを有するボビンと、前記ステータコアが取り付けられるステータケースとを備え、前記ボビンは前記ティースに装着され、前記ステータコアと前記ボビンとが各々前記貫通孔と前記取付孔を貫通する留め部材により固定されるとともに、前記ステータケースに取り付けられることを特徴とする。

本発明によれば、回転電機の部品点数を低減することができ、これにより回転電機の製造コスト、部品精度管理や製造管理のコストを低減することができる。

本発明の一実施の形態である回転電機を示す断面図である。 図１に示されたステータコアの半円部分を拡大して示す平面図である。 図２に示されたステータコアの一部を拡大して示す平面図である。 図１に示されたボビンを示す斜視図である。 電線が巻回された状態のボビンを示す斜視図である。 ボビンがティースに装着された状態のステータコアの一部を示す平面図である。 図１の一部を拡大して示す断面図である。 ボビンの他の具体例を示す斜視図である。 図８に示したボビンが装着された回転電機における図７と同様の部分を示す断面図である。 ボビンの他の具体例を示す斜視図である。 図１０に示されたボビンが装着された状態における図６と同様の部分を示す平面図である。 さらに他の具体例であるボビンが装着された状態における図６と同様の部分を示す平面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１に示す回転電機１０はアウターロータ型つまり外転形である。この回転電機１０はステータコア１１が取り付けられるステータケース１２と、ステータケース１２に回転自在に装着されるロータ１３とを有している。ステータケース１２に設けられた支持軸１４には、ロータ１３に設けられたボス部１５が軸受１６により取り付けられており、ロータ１３は支持軸１４を中心に回転する。ロータ１３の中心部には主軸１７が設けられ、外周部にはステータコア１１の外周面を覆う円筒部１８が設けられており、主軸１７および円筒部１８は支持軸１４と同軸となっている。円筒部１８の内面には永久磁石１９が取り付けられており、図示する回転電機は同期型となっている。ステータケース１２は円板状の部材により形成されているが、これの外周部に一体に円筒部を設け、その円筒部によりロータ１３の外側を覆うようにしても良い。その場合には、ロータ１３の円筒部はステータケース１２の内部に配置されることになる。

ステータコア１１は電磁鋼板を積層することにより形成されており、ステータコア１１は、図２に示されるように、ヨーク２１とヨーク２１に一体となって径方向外方に突出するティース２２とを有している。ステータコア１１は分割コアの構造となっており、図２にはステータコア１１の半円部分が示されている。

図３に１つの分割コアの形状を示す。１つのコア構成体１１ａは支持軸１４の中心軸Ｏを中心に６０度となった円周方向長さを有する。本実施の形態では、６つのコア構成体１１ａを組み合わせることにより、１つのステータコア１１が形成されている。

ステータコア１１をヨーク２１が環状に一体となった構造とすると、電磁鋼板のブランク材を打ち抜き加工するためのプレス機械の抜き型を大型化しなければならず、廃材となるスクラップの量が多くなるだけでなく、高価格のプレス機械を用いて電磁鋼板を打ち抜き加工する必要がある。これに対し、図２に示すように、ステータコア１１をティース２２が一体となった円弧状のヨーク片２１ａを有する複数のコア構成体１１ａにより製造するようにすると、コア構成体１１ａを構成する電磁鋼板を小型化することができ、抜き型を大型化することなく、低価格の小型のプレス機械によりコア構成体１１ａを製造することができる。ただし、１つのステータコア１１を形成するための分割コアの数は、６つに限られることなく、ステータコア１１のサイズに応じて任意に設定される。１つのコア構成体１１ａには８つのティース２２が一体に設けられており、６つのコア構成体１１ａにより形成されるステータコア１１は４８個のティース２２を有している。ただし、ティース２２の数はこれに限られることなく、出力トルクに応じて、例えば２４本等任意に設定される。また、小型の回転電機を製造する場合には、ステータコア１１を分割コアとすることなく、環状のヨーク２１が一体となったステータコア１１とすることが可能である。

それぞれのティース２２には、図４に示されるボビン２３が装着される。ボビン２３は絶縁性材料である樹脂により成形されており、角柱形状のティース２２の両端面と両側面を覆うように四角形に形成された筒状体部２４と、この筒状体部２４の両端部に設けられるフランジ部２５，２６とを有している。筒状体部２４の内部には、ティース２２の形状に対応した四角形のティース挿入孔２４ａが形成されている。ボビン２３の一端部にはヨーク２１の一方の端面に対応させて固定用舌部２７が設けられており、筒状体部２４と一体の構造となっている。ボビン２３をティース２２に装着すると、固定用舌部２７はステータコア１１のヨーク２１の端面に重なることになる。

図２に示されるように、ヨーク２１にはそれぞれのティース２２に対応させて貫通孔２８が形成されており、固定用舌部２７には貫通孔２８に対応させて取付孔２９が形成されている。したがって、各ティース２２にボビン２３を装着すると、固定用舌部２７に形成された取付孔２９は、ヨーク２１に形成された貫通孔２８に同軸状となって重ね合わされる。

図４に示すボビン２３の筒状体部２４の外側には、ボビン２３をティース２２に組み付ける前に、予め図示しない巻線機により電線が巻回されてコイル３１が形成される。図５はボビン２３にコイル３１が巻回された状態を示す。図２に示されるように、円周方向に隣り合う各ティース２２相互間のスロットは、ティース２２の径方向外方に向けて広くなるようにテーパ形状となっており、ボビン２３に巻回されるコイル３１は、テーパ形状に対応させて、図５において左側の端部よりも右側の端部の方が巻数が多くなっている。

図１に示されるように、ステータケース１２にはねじ孔３２が形成されており、このねじ孔にねじ結合されるねじ部材３３によって、ボビン２３がヨーク２１の部分でステータコア１１に固定されるとともにステータコア１１がステータケース１２に固定される。このように、ステータコア１１をステータケース１２に固定するための留め部材としてのねじ部材３３によって、ボビン２３もステータコア１１に固定されるので、ねじ部材３３はステータコア１１とボビン２３の両方の部材のステータケース１２に対する固定を兼用することになる。したがって、ボビン２３をステータコア１１に固定するための部材とステータコア１１をステータケース１２に固定する部材との２つの部材を用いることが不要となる。これにより、回転電機１０の部品を低減することが可能となり、簡単な構造でコイル３１をステータコア１１に取り付けることが可能となる。また、回転電機の製造コスト、部品精度管理や製造管理のコストを低減することができる。貫通孔２８と取付孔２９は、それぞれ円形の孔により形成されているが、留め部材としてのねじ部材３３が取り付けられる形状であれば、円形に限られることなく、任意の形状とすることができる。

図６はねじ部材３３によりボビン２３とステータコア１１とがステータケース１２に固定された状態における１つのコア構成体１１ａを示しており、各々のボビン２３はねじ部材３３により固定用舌部２７の部分でヨーク２１に固定されるとともにねじ部材３３によりステータコア１１がステータケース１２に固定される。ステータコア１１をステータケース１２に取り付ける際には、予めコイル３１が巻回されたボビン２３をティース２２に装着した状態のもとで、６つのコア構成体１１ａを組み合わせることによりステータコア１１の組立が完了する。組み立てられたステータコア１１は、ねじ部材３３によりステータケース１２に取り付けることになり、ねじ部材３３によりボビン２３はステータコア１１に対しても固定されることになる。

図７に示されるように、固定用舌部２７にはねじ部材３３の頭部が突き当てられるようになっているが、固定用舌部２７を図５のようにボビン２３の一端部の下側に設けると、固定用舌部２７はステータコア１１の図７における下側の端面とステータケース１２の取付面との間に挟み込まれることになる。このように、固定用舌部２７を設ける位置は、図７に示すように、ステータコア１１の上面に重なる位置に設ける形態と、下面に重なる位置に設ける形態とがある。

図８はボビン２３の他の具体例を示す斜視図であり、図９は図８に示すボビン２３をステータコア１１に装着した状態を示す断面図である。

図８に示すボビン２３の一端部には２つの固定用舌部２７が対向するようにして設けられ、筒状体部２４に一体の構造となっている。一方の固定用舌部２７はヨーク２１の一方の端面に対応する第１の固定用舌部となっており、他方の固定用舌部２７は他方の端面に対応する第２の固定用舌部となっている。したがって、各ティース２２にボビン２３を装着すると、それぞれの固定用舌部２７に形成された取付孔２９がヨーク２１に形成された貫通孔２８に対して同軸状となる。これにより、ステータコア１１をステータケース１２に固定するためのねじ部材３３によりボビン２３は２つの固定用舌部２７によりステータコア１１に固定される。図８および図９に示すように、ステータコア１１の両端面に対応させてボビン２３に２つの固定用舌部２７を設けることにより、ボビン２３のステータコア１１に対する取付強度が高められる。

図１０はボビン２３の他の具体例を示す斜視図であり、図１１は図１０に示されたボビン２３が装着されたステータコアの一部を示す平面図である。

図１０に示すボビン２３の固定用舌部２７は、その円周方向の一方側には円周方向に突出する凸部３４が第１の連結部として設けられており、円周方向の他方側には凸部３４と同一の方向に切り込まれた凹部３５が第２の連結部として設けられている。１つのステータコア１１に装着される全てのボビン２３には同一の形状となった固定用舌部２７が形成されている。したがって、それぞれのティース２２にボビン２３を装着すると、それぞれの固定用舌部２７の凸部３４が円周方向に隣り合う他の固定用舌部２７の凹部３５内に係合する。これにより、全てのボビン２３は隣り合う固定用舌部２７がそれぞれ連結部としての凸部３４と凹部３５の係合により環状に連結された状態となる。

図１０および図１１に示すボビン２３においては、図６に示した形態と相違して円周方向に１つ置きのボビン２３がねじ部材３３によりステータコア１１に固定されている。それぞれの固定用舌部２７は円周方向に隣り合う他の固定用舌部２７に連結されて、全てのボビン２３が環状に連結されているので、円周方向に１つ置きとすることなく、２つ置きないし３つ置き等のように複数置きにボビン２３をねじ部材３３によりステータコアに固定するようにしても良い。このように、少なくとも１つ置きにボビン２３をステータコア１１に固定することにより、ステータコア１１をステータケース１２に固定するためのねじ部材３３の本数を、図６に示す場合よりも少なくすることができる。使用するねじ部材３３の本数は、ステータコア１１のステータケース１２に対する取付強度や回転電機１０の組立効率等によって選択される。

図１０に示される固定用舌部２７には、取付孔２９が形成された金属製のブッシュ３６がボビン２３を成形する際にインサート成形される。このように、樹脂製のボビン２３に金属製のブッシュ３６を埋め込むようにすると、固定用舌部２７の強度を高めることができる。

図１２はさらに他の具体例であるボビンが装着されたステータコアの一部を示す平面図である。

このステータコア１１に装着されるボビン２３は、主ボビン２３ａとこれの円周方向両側に配置される２つの副ボビン２３ｂとにより１対ないし１組のボビン対つまりボビン群が形成されており、複数対のボビン対がステータコア１１に装着される。主ボビン２３ａの固定用舌部２７にはその円周方向両側に突出する凸部３４が主連結部として設けられ、副ボビン２３ｂの固定用舌部２７には凸部３４が係合する凹部３５が副連結部として設けられている。したがって、主ボビン２３ａの両側に装着される２つの副ボビン２３ｂは、主ボビン２３ａの凸部３４が副ボビン２３ｂの凹部３５に入り込んで係合し、３つのボビン２３ａ，２３ｂが連結されて１対のボビン対が形成された状態となる。

１対ないし１群となったボビンは、主ボビン２３ａをねじ部材３３により固定用舌部２７をステータコア１１に固定するとともにステータコア１１をステータケース１２に固定すると、副ボビン２３ｂもステータコア１１に凸部３４と凹部３５を介して固定される。このように、複数のボビン２３により相互に連結される１対のボビン対を形成すると、１つのボビンをステータコア１１に固定することにより、１対のボビン対をステータコア１１に固定することができる。

副ボビン２３ｂには円周方向両側に凹部３５が形成されているので、同一形状の副ボビン２３ｂを主ボビン２３ａの円周方向両側のいずれにも配置することができる。ただし、主ボビン２３ａの凸部３４が係合する凹部３５を副ボビン２３ｂの固定用舌部２７の一方側に設けるようにしても良い。

図１０および図１２に示すボビン２３においても、図８に示したように、ボビン２３に上下に２つの固定用舌部２７を設けると、それぞれの固定用舌部２７に凸部３４と凹部３５が設けられた形態となる。また、図５および図８に示した固定用舌部２７に、図１０に示したブッシュ３６をインサート成形すると、それぞれの固定用舌部２７の強度を高めることができる。

図１はアウターロータ型の回転電機１０を示すが、インナーロータ型の回転電機においては、円筒部を有するステータケース内にステータコアが取り付けられ、ステータケースに回転自在に装着されるインナーロータには永久磁石が設けられることになる。このように、回転電機の形態としては、アウターロータ型とインナーロータ型のいずれにも本発明を適用することができる。図示する回転電機１０はコイル３１に電力を供給して主軸１７を回転させる電動モータとして使用されるが、主軸１７を回転させて発電機としても使用することができる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、同期型の回転電機に限られず、誘導型の回転電機にも本発明を適用することができる。また、本発明は三相型、単相型の回転電機および直流電動機にも適用することができる。

１０…回転電機、１１…ステータコア、１１ａ…コア構成体、１２…ステータケース、１３…ロータ、１４…支持軸、１５…ボス部、１６…軸受、１７…主軸、１８…円筒部、１９…永久磁石、２１…ヨーク、２１ａ…ヨーク片、２２…ティース、２３…ボビン、２４…筒状体部、２５，２６…フランジ部、２７…固定用舌部、２８…貫通孔、２９…取付孔、３１…コイル、３２…ねじ孔、３３…ねじ部材、３４…凸部、３５…凹部。

Claims (8)

1. 軸方向に複数の貫通孔が設けられた環状のヨークと前記ヨークに一体に設けられた径方向に突出する複数のティースとを有するステータコアと、
   電線が巻回される筒状体部と取付孔が形成され前記ヨークの端面に重なる固定用舌部とを有するボビンと、
   前記ステータコアが取り付けられるステータケースとを、備え、
   前記ボビンは前記ティースに装着され、前記ステータコアと前記ボビンとが各々前記貫通孔と前記取付孔を貫通する留め部材により固定されるとともに、前記ステータケースに取り付けられることを特徴とする回転電機。
2. 請求項１記載の回転電機において、複数の前記ティースが一体に設けられた円弧状のヨーク片を有する複数のコア構成体を環状に組み合わせて前記ステータコアを形成することを特徴とする回転電機。
3. 請求項１または２記載の回転電機において、それぞれの前記ティースが前記ヨークから径方向外方に突出して前記ヨークに一体に設けられ、前記ステータコアの外周面を覆う円筒部が設けられたアウターロータを有することを特徴とする回転電機。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転電機において、それぞれの前記ボビンに前記ヨークの一方の端面に重なる第１の固定用舌部と、他方の端面に重なる第２の固定用舌部とを設けることを特徴とする回転電機。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転電機において、それぞれの前記ボビンの前記固定用舌部を前記留め部材により前記ステータコアとともに前記ステータケースに固定することを特徴とする回転電機。
6. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転電機において、それぞれの前記固定用舌部の円周方向一方側に第１の連結部を設ける一方、円周方向他方側に円周方向に隣り合う他の前記固定用舌部の前記第１の連結部が係合する第２の連結部を設け、円周方向に少なくとも１つ置きの前記ボビンを前記留め部材により前記ステータコアとともに前記ステータケースに固定することを特徴とする回転電機。
7. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転電機において、前記固定用舌部の円周方向両側に主連結部が設けられた主ボビンと、当該主ボビンに円周方向両側に隣り合い前記主連結部に係合する副連結部が前記固定用舌部に設けられた複数の副ボビンとによりボビン対を形成し、１つのボビン対を構成する複数の前記ボビンを前記主ボビンの前記固定用舌部に取り付けられる前記留め部材により前記ステータコアとともに前記ステータケースに固定することを特徴とする回転電機。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の回転電機において、前記取付孔が形成された金属製のブッシュを前記ボビンの成形時に前記固定用舌部にインサート成形することを特徴とする回転電機。

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