JP4807219B2 - ステータコアおよび回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、ステータコアおよび回転電機に関するものであり、特に複数の分割ステータコアを環状に締め付けることで形成されたステータコアおよび回転電機に関する。

近年、ハイブリット自動車等に永久磁石型同期モータが用いられている。そして、従来から、ステータの組立ての容易化が図られたステータコアが各種提案されている。

たとえば、特開平５−９５６４５号公報に記載されたステータコアは、コイルが巻回される巻体を外周面上に複数有する内側ステータコアと、内周面に内側ステータコアが装着される環状の外側ステータコアとを備えている。

また、特開２００４−３２８９６５号公報に記載されたステータは、筒状の固定部材と、ティースが形成されたコアを固定部材内に圧入して環状に形成されたステータコアとを備えている。

コアは、一端部側が大きな周長を有し、他端部側が小さな周長とされている。そして、周長の長い端部と周長の短い端部とが交互となるように、各コアを組み合わせることでステータコアが構成されている。
特開平５−９５６４５号公報 特開２００４−３２８９６５号公報

ステータコアの構成としては、特開２００４−３２８９６５号公報などのように、分割ステータコアを筒状のハウジング内に圧入して構成する場合に限られず、環状に配置した複数の分割ステータコアを焼き嵌めなどの手法で環状の固定部材で固定する手法がある。

このような圧入する手法や焼き嵌めする手法のいずれの手法においても、製作上の観点から各部材に交差を設けておくのが一般的に行なわれる。

このため、各分割ステータコアを環状に固定して、ステータコアを構成した際に、いずれかの分割ステータコアがステータコアの径方向内方に突出したり、いずれかの分割ステータコアが僅かに回転した状態で固定される場合等がある。

このため、各分割ステータコアのステータティースの径方向端面が同一円周上に並ばず、いずれかのステータティースが径方向内方に突出した状態となることがある。このように構成されたステータコア内にロータを配置してロータを駆動すると、位置によってロータとステータコアとの間に生じる吸引力が変動し、ロータが振動したり、ロータとステータティースとが接触するおそれがある。

いずれかの分割ステータコアが回転した状態で固定されると、この分割ステータコアと、隣り合う分割ステータコアとの間に隙間が生じ、他の分割ステータコア間の磁気的抵抗より高くなる。このため、ステータコア内の周方向の磁気抵抗の分布にばらつきが生じ、形成されたステータコア内で磁束の流れに偏りが生じる。

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、その第１の目的は、各ステータティースの端面が所定の位置に配置されたステータコアおよび回転電機を提供することである。本発明の第２の目的は、各分割ステータコア間の隙間にばらつきが抑制して、周方向の磁気抵抗の均一化の図られたステータコアおよび回転電機を提供することである。

本発明に係るステータコアは、他の局面では、複数の分割ステータコアを環状に配置して形成された組立ステータコアと、組立ステータコアの外周面に配置され、各分割ステータコアを組立ステータコアの径方向内方に向けて押圧して、分割ステータコアを環状に配列した状態で固定可能な固定部材とを備える。そして、分割ステータコア間には変形可能
な脆弱部が設けられている。上記脆弱部は、分割ステータコアの周方向端部に設けられ、径方向に複数配列すると共に、固定部材を組立ステータコアに組み付ける組み付け時に固定部材からの押圧力により変形可能とされる。上記脆弱部は、組立ステータコアの周方向に変形可能とされる。上記脆弱部は、該脆弱部内に形成された空隙部を含む。

本発明に係る回転電機は、他の局面では、複数の分割ステータコアを環状に配置して形成された組立ステータコアと、組立ステータコアの外周面に配置され、各分割ステータコアを組立ステータコアの径方向内方に向けて押圧して、分割ステータコアを環状に配列した状態で固定可能な固定部材とを備える。さらに、分割ステータコアの周方向端部に設けられ、径方向に複数配列する共に、分割ステータコア間に形成され、固定部材を組立ステータコアに組み付ける組み付け時に、固定部材からの押圧力により変形可能な脆弱部と、組立ステータコアの内周側に設けられた回転可能な回転シャフトと、回転シャフトに固設されたロータとを備える。上記脆弱部は、組立ステータコアの周方向に変形可能とされ、上記脆弱部は、該脆弱部内に形成された空隙部を含む。

本発明に係るステータコアおよび回転電機によれば、固定部材から受ける押圧力が大きな分割ステータコアにおいては、脆弱部が変形することにより、固定部材から受ける押圧力が低減することができる。これにより、特定の分割ステータコアが他の分割ステータコアよりも径方向内方に突出することを抑制することができる。

本発明に係るステータコアおよび回転電機によれば、所定の位置からずれた分割ステータコアが、固定部材や隣り合う分割ステータコアから受ける押圧力によって、脆弱部を変形させることで所定の位置に変位することができる。これにより、各分割ステータコアを所定の位置に配列させることができ、分割ステータコア間の磁気抵抗を均一にすることができ、磁束の流れに偏りが生じることを抑制することができる。

本発明に係るステータコアおよび回転電機によれば、所定の位置からずれた分割ステータコアは、固定部材または隣り合う分割ステータコアから受ける押圧力によって、分割ステータコア自身が変形するか、または、固定部材を変形させることで、所定の位置に変位することができる。

本発明に係る実施の形態について、図１から図２０を用いて説明する。なお、下記の実施の形態では、本発明をハイブリッド車両に搭載されるモータジェネレータ（回転電機）に適用可能であるが、ハイブリッド車両以外の各種車両（たとえば燃料電池車や電気自動車を含む電動車両）や、産業機器、空調機器、環境機器等の様々な機器に搭載される回転電機に対しても本発明は適用可能である。

また、下記の実施の形態において同一または相当する部分には同一の参照符号を付す。さらに、各実施の形態の各構成要素は、全てが必須のものであるとは限らず、一部の構成要素を省略可能な場合があることも当初から予定している。

（実施の形態１）
本実施の形態１について、図１から図１４を用いて説明する。図１は、本実施の形態１に係る回転電機１００の断面図である。この図１に示す回転電機１００は、環状に形成されたステータコア１０と、ステータコア１０のステータティース１４に巻回される図示されないコイルと、このステータコア１０の内周に回転可能に設けられた回転シャフト１１３と、この回転シャフト１１３に固設されたロータ１１２とを備えている。

ロータ１１２は、鉄または鉄合金などの磁性体によって構成され、複数の電磁鋼板を積層して形成されたロータコア１１０と、このロータコア１１０の表面に設けられた複数の永久磁石１１１とを備えている。

図１に示す例においては、ＳＰＭ（Surface Permanent Magnet）とされているが、ＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）としてもよい。なお、この図１に示す例においては、ステータコア１０に巻回されるコイルは省略している。

ステータコア１０は、円筒状に構成されている。そして、ロータ１１２との間で生じる磁束によって、ロータ１１２を回転させる。なお、このステータコア１０を備えた回転電機をハイブリット自動車に適用した場合には、バッテリから電流がインバータなどを介して供給されて、ロータ１１２が回転する。

ステータコア１０は、円環状の固定部材１１と、この固定部材１１の内周面に配置された組立ステータコア１２とを備えている。

組立ステータコア１２は、複数の分割ステータコア１３を固定部材１１の内周面に環状に配置することにより形成されている。

固定部材１１は、組立ステータコア１２の外周面に配置され、各分割ステータコア１３を組立ステータコア１２の径方向内方に向けて押圧して、分割ステータコア１３を環状に配列した状態で固定することができる。

図２は、分割ステータコア１３の拡大平面図である。この図２に示されるように、分割ステータコア１３は、円弧状に形成された本体部５３と、この本体部５３の内周面に形成され、組立ステータコア１２の径方向内方に向けて突出するステータティース１４とを備えている。組立ステータコア１２の径方向内方に位置するステータティース１４の端面１４ａは、円弧状に湾曲している。そして、ステータティース１４には、図示されない電機子巻線が巻回され、コイルが形成される。

本体部５３は、扇型形状をしており、周方向に位置する端面５３ｂは図１に示す組立ステータコア１２の径方向に沿って延びている。すなわち、本体部５３は、径方向内方に向かうにしたがって、周方向の長さが短くになるように先細状に形成されている。

本体部５３の外周面５３ａには、脆弱部１５が形成されている。脆弱部１５は、本体部５３の外表面から突出し環状に形成された枠体１５ｂと、この枠体１５ｂによって規定された空隙部１５ａとを備えている。

すなわち、脆弱部１５は、分割ステータコア１３より剛性が小さく、外部から所定以上の押圧力が加えられると、塑性変形したり、脆性破壊したりして変形可能とされている。特に、脆弱部１５は、図１に示す組立ステータコア１２および固定部材１１の径方向に容易に変形可能とされている。

このように構成されたステータコア１０の製造方法について、図３から図７を用いて説明する。図３は、ステータコア１０の第１製造工程を示す断面図である。この図３に示すように、複数の分割ステータコア１３を環状に配置して、組立ステータコア１２を形成する。このように、分割ステータコア１３を配置すると、各分割ステータコア１３のステータティース１４の端面１４ａも環状に配列する。なお、各ステータティース１４の端面１４ａの曲率は全て一致しており、各端面１４ａは、同一円周上に配列する。

なお、分割ステータコア１３のステータティース１４には、予め電機子巻線を巻回する。組立ステータコア１２の状態で各ステータティース１４に電機子巻線を巻回するよりも、独立した状態の分割ステータコア１３のステータティース１４に電機子巻線を巻回する方が、容易に電機子巻線を巻回することができる。

図４は、ステータコア１０の第２製造工程を示す断面図である。この図４に示されるように、組立ステータコア１２の内部に内金型２０を挿入する。内金型２０は、円柱とされており、内金型２０の外周面２０ａは、各ステータティース１４の端面１４ａに周接する。

なお、内金型２０を僅かに径方向に拡径可能なように構成してもよい。これにより、組立ステータコア１２内に内金型２０を挿入する際には、縮径状態として挿入して、挿入の際に、内金型２０と各分割ステータコア１３との接触を抑制することができる。

そして、内金型２０の挿入が完了すると、内金型２０を僅かに拡径させる。これにより、各ステータティース１４の端面１４ａと内金型２０の外周面２０ａとを接触させて、端面１４ａを内金型２０の外周面２０ａに沿って整列させることができる。

図５は、ステータコア１０の第３製造工程を示す断面図である。この図５に示すように、固定部材１１を組立ステータコア１２の外周面に焼き嵌めにより装着する。これにより、各分割ステータコア１３は、固定部材１１から径方向内方に向けて押圧される。

各分割ステータコア１３は、径方向内方に向かうに従って先細状に構成されているため、各分割ステータコア１３は、径方向内方に向けての変位が隣り合う分割ステータコア１３によって拘束される。このため、隣り合う分割ステータコア１３同士の押圧力が大きくなり、各分割ステータコア１３間の摩擦力が増大し、組立ステータコア１２が固定部材１１の内周面に固定される。

さらに、内金型２０を組立ステータコア１２内に挿入した状態で、固定部材１１を装着するので、ステータティース１４の端面１４ａが内金型２０の外周面２０ａに押圧され、端面１４ａが外周面２０ａに正確に沿って配列する。

図６は、図５における分割ステータコア１３の一部を拡大した断面図である。分割ステータコア１３を製造する際には、ある程度の交差を付けて製造するのが一般的である。また、各分割ステータコア１３を製造する際に、僅かな誤差が生じる場合がある。

このため、いずれかの分割ステータコア１３において、端面１４ａが内金型２０の外周面２０ａに当接した状態で、外周面５３ａが隣り合う分割ステータコア１３の外周面５３ａより径方向外方に突出した状態となる場合がある。

このように特定の分割ステータコア１３が他の分割ステータコア１３より径方向外方に突出すると、その部分で固定部材１１が径方向外方に湾曲する。そして、この分割ステータコア１３が固定部材１１から径方向内方に向けて押圧される押圧力は、他の分割ステータコア１３が受ける押圧力より大きくなる。

図７は、図６に示す分割ステータコア１３の第１状態後の第２状態を示す断面図である。この図７に示すように、他の分割ステータコア１３より径方向外方に突出した分割ステータコア１３に形成された脆弱部１５が変形する。

図７に示す例においては、脆弱部１５の空隙部１５ａが潰れるように枠体１５ｂが塑性変形する。このように、脆弱部１５が径方向内方に向けて塑性変形することにより、その部分における固定部材１１の膨らみが小さくなり、その分割ステータコア１３を押圧する押圧力が低減される。

なお、図７に示す例のように、脆弱部１５の枠体１５ｂが塑性変形する場合に限られず、脆弱部１５が脆性破壊してもよい。すなわち、固定部材１１の膨らみを小さくすることができ、かつ、分割ステータコア１３と固定部材１１との間で、分割ステータコア１３を径方向に押圧する内部応力を低減することができる手段であればよい。

このようにして、特定の分割ステータコア１３に固定部材１１から過大な押圧力が加えられることを抑制し、各分割ステータコア１３に加えられる押圧力がいずれも所定の範囲内となるようにする。

そして、図１に示すように、図５に示す内金型２０を組立ステータコア１２から引き抜く。この際、各分割ステータコア１３に固定部材１１から加えられる押圧力が所定の範囲内とされているので、いずれの分割ステータコア１３についても径方向内方に向けて突出することを抑制することができる。

そして、各分割ステータコア１３の端面１４ａが同一円周上に配列した状態を維持することができる。

このようにして構成されたステータコア１０内にロータ１１２を配置することにより、各ステータティース１４と、ロータ１１２との間のギャップを均一にすることができる。これにより、図示されない電機子巻線に電流が供給され、各ステータティース１４とロータ１１２との間に生じる磁束量を均一なものとすることができ、ロータ１１２に振動が生じることを抑制することができる。

図８は、本実施の形態１の第１変形例に係る回転電機を示す断面図である。この図８に示すように、脆弱部５５を固定部材１１の内周面に設けてもよい。図９は、図８に示すステータコア１０の製造工程において、固定部材１１を焼き嵌めしたときの断面図であり、図１０は、固定部材１１の脆弱部が変形した状態を示す断面図である。

図９に示すように、特定の分割ステータコア１３の外周面５３ａが、他の分割ステータコア１３よりも、径方向外方に位置している。そして、図１０に示すように、この分割ステータコア１３が位置する固定部材１１の内周面に形成された脆弱部５５が径方向に変形する。

これにより、固定部材１１がこの分割ステータコア１３を押圧する押圧力が低減され、内金型２０を引き抜いた際に、この分割ステータコア１３が径方向内方に変位することを抑制することができる。

なお、上記脆弱部１５、５５は、分割ステータコア１３の外周面５３ａ、固定部材１１の内表面から外方に向けて突出するように形成されているが、分割ステータコア１３の内部や固定部材１１の内部に形成してもよい。

さらに、固定部材１１と分割ステータコア１３との間に脆弱部１５、５５が形成された環状部材を配置するようにしてもよい。

図１１は、本実施の形態１の第２変形例を示す断面図である。この図１１に示されるように、分割ステータコア１３の外周面５３ａに径方向外方に向けて突出する突出部６５を形成してもよい。

そして、分割ステータコア１３および突出部６５の硬度を、固定部材１１の硬度より高くする。これにより、固定部材１１の内周面を脆弱部とし、突出部６５によって変形可能としている。

図１２は、図１１に示す分割ステータコアおよび固定部材の第１状態後の第２状態を示す断面図である。この図１２に示すように、外周面５３ａが、他の分割ステータコア１３よりも径方向外方に位置している特定の分割ステータコア１３に形成された突出部６５が、固定部材１１内に入り込む。

このように、固定部材１１のうち、径方向外方に突出した分割ステータコア１３を押圧する部分が突出部６５を受け入れるように変形する。そして、固定部材１１のうち、径方向外方に突出する分割ステータコア１３を押圧する部分が径方向内方に変位して、当該部分の固定部材１１の膨らみが低減される。

これにより、外周面５３ａが他の分割ステータコア１３より径方向外方に位置する特定の分割ステータコア１３を固定部材１１が押圧する押圧力を低減することができる。したがって、この図１１および図１２に示す例においても、上記他の例と同様に、内金型２０を引き抜いたときに、特定の分割ステータコア１３が径方向内方に変位することを抑制することができる。

なお、図１１、図１２においては、突出部６５を各分割ステータコア１３の外周面５３ａに形成した例を示したが、これに限られない。図１３および図１４は、本実施の形態１の第３変形例を示す断面図である。

この図１３，図１４に示すように、固定部材１１の硬度を分割ステータコア１３の硬度より高くして、固定部材１１の内表面に径方向内方に向けて突出する突出部６５を形成してもよい。

これにより、特定の分割ステータコア１３が他の分割ステータコア１３より径方向外方に位置する場合において、固定部材１１のうち、この特定の分割ステータコア１３を押圧する部分に形成された突出部６５がこの特定の分割ステータコア１３内に入り込む。

このように、突出部６５が上記特定の分割ステータコア１３の一部を変形させて、分割ステータコア１３内に入り込むことにより、固定部材１１の膨らみが緩和されて、固定部材１１の押圧力が低減される。

（実施の形態２）
図１５から図２０を用いて、本実施の形態２に係る回転電機およびステータコアについて説明する。なお、上記図１から図１４に示された構成と同一の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図１５は、本実施の形態２に係る回転電機の断面図であり、図１６は、分割ステータコア２３の断面図である。図１６に示されるように、分割ステータコア２３の周方向の一方の端面には、複数の脆弱部２５が径方向に配列されている。この脆弱部２５も、内部に空隙部２５ａが形成されている。

そして、分割ステータコア２３の周方向に位置する他方の端面には、隣り合う分割ステータコア２３の脆弱部２５を受け入れる凹部２６が形成されている。

図１５において、ステータコア１０は、環状の固定部材１１と、上記のように構成された分割ステータコア２３を固定部材１１の内周面に環状に配列して形成した組立ステータコア２２とを備えている。

図１７から図２０を用いて、本実施の形態２に係るステータコア１０の製造方法について説明する。図１７は、本実施の形態２に係るステータコア１０の第１製造工程を示す断面図であり、図１８は、第２製造工程を示す断面図である。図１７に示されるように、各分割ステータコア２３の脆弱部２５と、凹部２６とを組み合わせて、複数の分割ステータコア２３を環状に組み合わせる。

そして、図１８において、環状に形成された組立ステータコア２２内に円柱状の内金型２０を挿入する。そして、組立ステータコア２２の外周面に固定部材１１を焼き嵌めする。

図１９は、図１８の一部を拡大した断面図である。図２０は、図１９に示された位置ずれした分割ステータコア２３の第１状態後の第２状態を示す断面図である。図１９に示されるように、固定部材１１を焼き嵌めした際に、特定の分割ステータコア２３が回転した状態で固定されることがある。このような状態で分割ステータコア２３が固定されるのは、たとえば、内金型２０を挿入する際や、固定部材１１を焼き嵌めする際に、分割ステータコア２３と内金型２０とが接触したり、固定部材１１を装着する際に、位置ずれすること等が原因となっている。

たとえば、この図１９に示すように、所定の位置から左回転した分割ステータコア２３においては、外周面５３ａのうち、右側の部分が他の分割ステータコア２３より径方向外方に位置する。

さらに、この位置ずれした分割ステータコア２３の周方向右側の端面では、径方向外方側の部分が、隣り合う分割ステータコア２３の端面から離間しており、径方向内方側のみで接触している。さらに、ステータティース１４の端面１４ａでは、周方向右側の部分が、内金型２０の外周面２０ａから浮き上がっている。

このように位置ずれした分割ステータコア２３の外周側に固定部材１１が焼き嵌めされると、この分割ステータコア２３の外周面５３ａのうち、周方向右側の部分が強く押圧される。さらに、周方向右側に位置する端面のうち、径方向内方に部分のみが、隣り合う分割ステータコア２３から押圧される。

このため、左回転して、所定の位置からずれた分割ステータコア２３は、周囲から右回転するような押圧力を受ける。

このため、図２０に示すように、位置ずれした分割ステータコア２３は、その周方向端面に形成された脆弱部２５および隣り合う分割ステータコア２３の脆弱部２５を変形することで、所定の位置に収まることができる。

そして、周方向に位置する両端面は、隣り合う分割ステータコア２３の端面と良好に接触することができる。これにより、形成されるステータコア１０の周方向の磁気抵抗の分布が略均一となる。

特に、部分的に磁気抵抗の高い部分が形成されることを抑制することができるので、鉄損を低減することができ、効率のよい回転電機を提供することができる。

さらに、ステータティース１４の端面１４ａも、内金型２０の外周面２０ａに沿わせることができ、ロータ１１２の振動の発生等の弊害の抑制を図ることができる。

なお、実施の形態１に係る脆弱部１５と実施の形態２に係る脆弱部２５とのいずれをも備えた分割ステータコアを用いることにより、製造過程において、所定の位置から回転または径方向に突出した分割ステータコアが生じたとしても、周方向の磁気抵抗を均等に分布させることが出来ると共に、各ステータティースの端面を同一円周上に配列させることができる。

以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明は、回転電機のステータコアに好適であり、特に、ハイブリット自動車や電気自動車に搭載される回転電機に好適である。

本実施の形態１に係る回転電機の断面図である。 分割ステータコアの拡大平面図である。 ステータコアの第１製造工程を示す断面図である。 ステータコアの第２製造工程を示す断面図である。 ステータコアの第３製造工程を示す断面図である。 図５における分割ステータコアの一部を拡大した断面図である。 図６に示す分割ステータコアの第１状態後の第２状態を示す断面図である。 本実施の形態１の第１変形例に係る回転電機を示す断面図である。 図８に示すステータコアの製造工程において、固定部材を焼き嵌めしたときの断面図である。 図９に示す分割ステータコアが位置する固定部材の脆弱部が変形した状態を示す断面図である。 本実施の形態１の第２変形例を示す断面図である。 図１１に示す分割ステータコアおよび固定部材の第１状態後の第２状態を示す断面図である。 本実施の形態１の第３変形例を示す断面図である。 図１３に示す分割ステータコアおよび固定部材の第１状態後の第２状態を示す断面図である。 本実施の形態２に係る回転電機の断面図である。 分割ステータコアの断面図である。 本実施の形態２に係るステータコアの第１製造工程を示す断面図である。 本実施の形態２に係るステータコアの第２製造工程を示す断面図である。 図１８の一部を拡大した断面図である。 図１９に示された位置ずれした分割ステータコア２３の第１状態後の第２状態を示す断面図である。

符号の説明

１０ ステータコア、１１ 固定部材、１２ 組立ステータコア、１３ 分割ステータコア、１４ ステータティース、１４ａ 端面、１５ｂ 枠体、１５ａ 空隙部、１５ 脆弱部、２０ 内金型。

Claims (2)

1. 複数の分割ステータコアを環状に配置して形成された組立ステータコアと、
   前記組立ステータコアの外周面に配置され、前記各分割ステータコアを前記組立ステータコアの径方向内方に向けて押圧して、前記分割ステータコアを環状に配列した状態で固定可能な固定部材と、
   前記分割ステータコアの周方向端部に設けられ、径方向に複数配列する共に、前記分割ステータコア間に形成され、前記固定部材を前記組立ステータコアに組み付ける組み付け時に前記固定部材からの押圧力により変形可能な脆弱部と、
   を備え、
   前記脆弱部は、前記組立ステータコアの周方向に変形可能とされ、
   前記脆弱部は、該脆弱部内に形成された空隙部を含む、ステータコア。
2. 複数の分割ステータコアを環状に配置して形成された組立ステータコアと、
   前記組立ステータコアの外周面に配置され、前記各分割ステータコアを前記組立ステータコアの径方向内方に向けて押圧して、前記分割ステータコアを環状に配列した状態で固定可能な固定部材と、
   前記分割ステータコアの周方向端部に設けられ、径方向に複数配列する共に、前記分割ステータコア間に形成され、前記固定部材を前記組立ステータコアに組み付ける組み付け時に、前記固定部材からの押圧力により変形可能な脆弱部と、
   前記組立ステータコアの内周側に設けられた回転可能な回転シャフトと、
   前記回転シャフトに固設されたロータと、
   を備え、
   前記脆弱部は、前記組立ステータコアの周方向に変形可能とされ、
   前記脆弱部は、該脆弱部内に形成された空隙部を含む、回転電機。

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