JP6017990B2 - 回転電機用ステータ - Google Patents

Description

本発明は回転電機用ステータに関し、特にティースの構造の改良に関する。

従来から、回転電機においては、鉄損を減らすために、薄板状の電磁鋼板を積層して形成されるステータコアを有するステータが用いられる。

下記特許文献１には、電磁鋼板を積層して形成されるステータコアと、ステータコアに装着されたステータコイルとを有するステータが記載されている。また、この引用文献１には、ステータコアが、環状のヨークと、ヨークから径方向内側に突出し、周方向に所定の間隔をおいて形成される複数のティースとを有する。

下記特許文献２には、プレス加工により、ティースの先端部を回転電機の軸方向に所定の角度だけ折曲させた電磁鋼板を積層して形成されるステータが記載されている。ティースの先端部が折れ曲がった電磁鋼板を積層することで、隣接する電磁鋼板の先端部の端面は、それぞれ、同一平面上に位置するのではなく、段違いに位置するようになる。このように各端面を段違いに位置させることにより、隣接する電磁鋼板の先端部の端面間の導通を防止し、渦電流損失を抑制している。

特開２０１０−２７３４１８号公報 特開２００３−６１２７３号公報

上記特許文献２のようなステータを有する回転電機においては、ティースの先端部が軸方向に折れ曲がっているので、ステータがロータに対して軸方向にズレてしまう。このズレは、ロータとステータ間のエアギャップを拡大させ、トルク低下の原因になるという問題がある。また、ティースの先端部を軸方向に曲げ加工することにより、電磁鋼板において主磁束が通る領域の磁気特性が機械的歪によって劣化してしまい、鉄損が増加してしまうという問題がある。鉄損が増加すると、その結果、トルクが低下してしまう。

本発明の目的は、簡易な構造で、隣接する電磁鋼板間の導通を抑制しつつ鉄損の増加を防止し、トルクの低下を抑制することができる回転電機用ステータを提供することにある。

本発明は、電磁鋼板を積層して形成され、周方向に所定の間隔を置いて複数のティースが設けられるステータコアを有する回転電機用ステータにおいて、各電磁鋼板のティースは、周方向における端部を軸方向に折り曲げて形成される折曲部を有し、ステータコアは、環状のヨークを有し、ティースはヨークから径方向内側に延出するように設けられ、ティースの基部には、周方向における端部からティースの内側へと延びるスリットが形成されていることを特徴とする。

また、ティースは、テーパティースであることを特徴とする。

本発明の回転電機用ステータによれば、簡易な構造で、隣接する電磁鋼板間の導通を抑制しつつ鉄損の増加を防止し、トルクの低下を抑制することができる。

本実施形態に係る回転電機の構成を示す図である。 ステータの一部を拡大した平面図である。 図２のＡ−Ａ線による断面図である。

以下、本発明に係る回転電機用ステータの実施形態について、図を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る回転電機の構成を示す図である。なお、図中の矢印Ｘは、軸方向を示す。

回転電機１０は、例えば車両の原動機として用いられる。回転電機１０は、ロータシャフト１２に固定されたロータ１４と、ロータ１４を囲うように回転電機１０のケース１６に固定されたステータ１８とを有する。

ロータ１４は、ロータシャフト１２と同心の円筒状の磁性体であり、電磁鋼板を軸方向Ｘに積層して構成される。電磁鋼板には軸方向Ｘに延びる磁石挿入孔２２が形成され、この磁石挿入孔２２に永久磁石２４が挿入され配置される。

ロータシャフト１２は、ケース１６に設けられる軸受２６によりステータ１８に対して回転可能に支持される。本実施形態のロータシャフト１２は、回転電機１０の出力を車両の駆動輪（図示せず）に伝達する出力シャフトであり、このロータシャフト１２と駆動輪は、歯車機構（図示せず）を介して接続される。

ステータ１８は、ロータ１４の周囲に空隙を空けて配置される。ステータ１８は、ステータコイル２８を有し、このステータコイル２８の通電により、ステータ１８に回転磁界が発生する。そして、この回転磁界に吸引される力が、永久磁石２４を有するロータ１４に発生して、ロータ１４が回転する。

次に、本実施形態のステータ１８の構成について、図２，３を用いて説明する。図２は、ステータ１８の一部を拡大した平面図であり、図３は、図２のＡ−Ａ線による断面図である。なお、図中の矢印Ｃは、周方向を示し、矢印Ｒは、径方向を示す。

ステータ１８は、ロータ１４と同心の円筒状の磁性体であり、電磁鋼板を軸方向Ｘ（図１参照）に積層して構成されるステータコア３０を有する。具体的には、ステータコア３０は、絶縁被膜に覆われた薄板状の電磁鋼板をプレスで打ち抜いて、打ち抜かれた電磁鋼板を軸方向Ｘに所定の枚数積層して、積層された複数の電磁鋼板を加圧カシメ等の処理を施して結合され形成される。このように、表面に絶縁被膜を有する電磁鋼板をプレスで打ち抜くので、プレス打ち抜きによる破断部分においては、その表面に絶縁被膜がない状態となる。

ステータコア３０は、環状のヨーク（「バックコア」とも呼ぶ）３２と、このヨーク３２の内周から径方向Ｒの内側、すなわち内径側に向けて延出するように形成されるティース３４とを有する。

ティース３４は、周方向Ｃに所定の間隔をおいて複数設けられる。ティース３４は、径方向Ｒの内側に向かうにつれて先細りになるテーパティースである。そして、隣り合うティース３４の間には、溝状の空間であるスロット３６が形成される。

ステータコイル２８と、周方向Ｃにおけるティース３４の端部３８との間には空隙４０が形成される。この空隙４０に、樹脂（図示せず）を浸透及び充填させることで、ステータコイル２８の機械的強度と絶縁性を確保する。樹脂は、例えばワニスである。しかし、本発明はこの構成に限定されない。例えば、樹脂モールドによりステータコイル３２の少なくとも一部を固定してもよい。樹脂モールドの場合、ステータコイル３２のコイルエンド近傍の全体を樹脂で固定することもできる。

本実施形態のティース３４は、周方向Ｃにおける端部３８を軸方向Ｘに折り曲げて形成される折曲部４２を有することを特徴とする。この折曲部４２は、図３に示されるように、各電磁鋼板にそれぞれ形成される。

仮に、ティース３４に折曲部４２が形成されていない電磁鋼板を積層すると、隣接する電磁鋼板の端部３８の側面３８ａは、それぞれ、同一平面上に位置する。側面３８ａは、プレス加工による破断部分であり、絶縁被膜は施されていない。よって、このように隣接する側面３８ａが同一平面上にある場合、これらの側面３８ａ間の導通を確実に防止することは困難である。

しかし、本実施形態のティース３４には、周方向Ｃにおける端部３８に折曲部４２が形成されている。このように折曲部４２が形成されている電磁鋼板を積層すると、隣接する電磁鋼板の端部３８の側面３８ａは、それぞれ、段違いに位置する。隣接する側面３８ａが、同一平面上ではなく段違いに位置するので、これらの側面３８ａ間の導通を防止することができ、この導通の起因する渦電流の損失を低減することができる。渦電流の損失が低減されるので、結果として、回転電機１０のトルクの低下を抑制することができる。

また、各電磁鋼板の端部３８に折曲部４２がそれぞれ形成されることにより、電磁鋼板を積層する工程において、周方向におけるティース３４の位置のズレを未然に防ぐことができ、結果として、各電磁鋼板の位置決めを容易に行うことができる。

また、ステータコイル３２が樹脂モールドにより固定される場合においては、モールド成形時にステータコア３０が電磁鋼板の積層方向、すなわち軸方向Ｘに圧縮される。上述のように折曲部４２の形成によって隣接する電磁鋼板の端部３８の側面３８ａが段違いに位置していれば、ステータコア３０がモールド成形時に圧縮されたとしても、これらの側面３８ａ同士の接触は難しく、側面３８ａ間の導通は防止される。

本実施形態のティース３４は、上述したように径方向Ｒの内側に向かうにつれて先細りになるテーパ形状である。よって、折曲部４２は、ティース３４内で主磁束が通る領域（図２の破線間の領域）を避けるように端部３８に形成することができる。この構成により、曲げ加工の機械的歪による磁気特性の劣化が主磁束へ影響を及ぼしてしまうことを抑制し、鉄損の増加を必要最低限に抑えることができる。鉄損の増加が抑制されるので、その結果、回転電機１０のトルクの低下を抑制することができる。

また、本実施形態のティース３４は、このティース３４とヨーク３２との接続部分である基部に、周方向Ｃにおける端部３８からティース３４の内側へと延びるスリット４４が形成されている。このようにスリット４４を設けることで、端部３８の折り曲げ加工が容易になり、製造工程を簡易にすることができる。

そして、スリット４４は、ティース３４内で主磁束が通る領域、すなわち図２の破線間の領域より外側に形成される。これにより、スリット４４が主磁束へ影響を及ぼすことを抑制し、鉄損の増加を必要最低限に抑えることができる。鉄損の増加が抑制されるので、その結果、回転電機１０のトルクの低下を抑制することができる。

１０ 回転電機、１２ ロータシャフト、１４ ロータ、１６ ケース、１８ ステータ、２２ 磁石挿入孔、２４ 永久磁石、２６ 軸受、２８ ステータコイル、３０ ステータコア、３２ ヨーク、３４ ティース、３６ スロット、３８ 端部、４０ 空隙、４２ 折曲部、４４ スリット。

Claims (2)

1. 電磁鋼板を積層して形成され、周方向に所定の間隔を置いて複数のティースが設けられるステータコアを有する回転電機用ステータにおいて、
   各電磁鋼板のティースは、周方向における端部を軸方向に折り曲げて形成される折曲部を有し、
   ステータコアは、環状のヨークを有し、
   ティースはヨークから径方向内側に延出するように設けられ、
   ティースの基部には、周方向における端部からティースの内側へと延びるスリットが形成されている、
   ことを特徴とする回転電機用ステータ。
2. 請求項１に記載の回転電機用ステータにおいて、
   ティースは、テーパティースである、
   ことを特徴とする回転電機用ステータ。

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