JP2003164081A - 回転電機のステータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】耐久性および出力を維持しつつ高周波を抑制で
きる回転電機を提供する。 【解決手段】回転軸を中心に回転自在のロータ２と回転
空隙を介して配置され、分割ステータコア２２ａを周方
向に複数並べることにより形成したステータコア２２の
ティース部２６に、集中巻きによりコイル２４を形成し
たステータ５を備えた回転電機において、隣り合うティ
ース先端部２６ａ間に周方向に予圧縮状態のプレート３
０を装着する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転電機に用いるステ
ータ、特にステータのティース支持構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の回転電機のステータは、例えば特
開２００１−２１８４２９にあるように、組付け時には
ティース部の先端が組付治具により支えられていても、
組付け後には常に開放されるので、ロータが回転して磁
束が通過する毎に繰り返し磁力を受けるような構造にな
っている。これは、いわゆる片持ち梁の先端に上下繰り
返し荷重が加わった状態と同じである。ロータの回転数
が増加すると、この繰り返し荷重の周期は当然短くな
る。また、回転電機の発生トルク・電力が大きくなると
荷重の最大振幅も大きくなる。その結果、ティース先端
で高周波の振動を発生して、それが回転電機の高周波音
の原因となっている。

【０００３】このような課題を解決する方法として、特
開２００１−１９００３８が提案されている。これは、
ステータのヨーク部とティース部を分割して形成し、ス
テータ組み立て時には、隣り合うティース同士の先端部
を接触させることにより振動を抑制している。

【０００４】

【発明が解決しようとしている問題点】しかしながら、
特開２００１−１９００３８においては、ティース部本
体はヨーク部とティース先端部２６ａとの二重支持構造
となっており、ティース部を精度よく形成しなければテ
ィース部やヨーク部に無理なひずみを発生させて、ステ
ータの機械的耐久性を損なってしまう、または、組付け
時に部品を傷つけてしまうという問題がある。

【０００５】また、隣り合うティース間を接触させた部
位がティ−ス本体に対して直角になっている形状といえ
ども、磁束が空気を介してロータに伝わるよりもティー
ス先端部に流れやすいため、回転電機の出力密度を低下
させるという問題がある。

【０００６】そこで本発明は、耐久性および出力を維持
しつつ、ティース先端部に生じる振動による回転電機の
高周波音を抑制できる回転電機を提供することを目的と
する。

【０００７】

【問題点を解決するための手段】第１の発明は、回転軸
を中心に回転自在のロータと回転空隙を介して配置さ
れ、ティース部に集中巻きによりコイルを形成したステ
ータを備えた回転電機において、周方向に予圧縮状態で
隣り合う前記各ティース部先端間にプレートを装着す
る。

【０００８】第２の発明は、第１の発明において、前記
プレートを前記ティース部先端間に圧入により装着す
る。

【０００９】第３の発明は、第１の発明において、前記
プレートを前記ティース部先端間に焼嵌め、あるいは、
冷やし嵌めにより装着する。

【００１０】第４の発明は、第１の発明において、前記
プレートが折り曲げ可能となるように前記プレートに切
り込み部を形成し、前記プレートの幅が狭くなるように
折り曲げ状態で前記ティース部先端間に挿入し、挿入後
に外部から力を加えて折り曲げ状態を戻すことにより、
前記プレートを突っ張り状態で装着する。

【００１１】第５の発明は、第４の発明において、前記
プレートにより閉塞された前記コイル周辺の空間を冷媒
を流す冷媒通路として形成し、前記折り曲げ状態で挿入
したプレートのロータ側から樹脂モールドを充填するこ
とにより前記ティース部間をシールすると共に、前記樹
脂モールド充填圧力により前記プレートの折り曲げ状態
を戻すようにした。

【００１２】第６の発明は、第１の発明において、弾性
体により形成した前記プレートを前記ティース部先端間
に径方向に曲げた状態で装着した。

【００１３】第７の発明は、第６の発明において、前記
プレートを、前記回転空隙に向かって凹形状となるよう
に曲げて装着した。

【００１４】第８の発明は、第６または７の発明におい
て、前記プレートにより閉塞された前記コイル周辺の空
間を冷媒を流す冷媒通路として形成し、前記プレートを
熱膨張率のことなる複数のプレートを積層して構成し、
且つ、前記ロータ側のプレートには前記冷媒通路側より
熱膨張率が高い材質を用いる。

【００１５】

【作用及び効果】第１の発明によれば、周方向に予圧縮
状態で隣り合う各ティース部先端間にプレートを装着す
ることで、プレートが突っ張り状態となり隣り合うティ
ース部先端が互いに固定されるので、回転電機の出力を
低下させることなくティース部先端に生じる振動による
回転電機の高周波音を抑制できる。

【００１６】第２の発明によれば、ティース部先端にプ
レートを圧入することにより、周方向に予圧縮状態でプ
レートを装着することができる。

【００１７】第３の発明によれば、焼嵌めまたは冷やし
嵌めによりプレートを装着することで、材料の収縮と膨
張によりステータとプレートの接触による損傷を最小限
に留めることができる。

【００１８】第４の発明によれば、プレートの幅が狭く
なるように折り曲げ状態でティース部先端間に挿入し、
挿入後に外部から力を加えて折り曲げ状態を戻すことに
より、前記プレートを突っ張り状態で装着することで、
ステータとプレートの損傷を最小限に留めることができ
る。

【００１９】第５の発明によれば、プレートの折り曲げ
状態を樹脂モールド充填圧力により戻すことで、特に突
っ張り工程を設ける必要がなくなり、コストアップする
ことなくティース部先端を固定することができる。

【００２０】第６の発明によれば、弾性体により形成し
たプレートをティース部の先端間に径方向に曲げた状態
で装着することで、ティース先端の支持力を保持すると
ともに、ティース部先端の寸法のバラツキを容認するこ
とができる。

【００２１】第７の発明によれば、プレートを回転空隙
に向かって凹形状となるように曲げて装着することで、
プレートがロータと干渉することを避けられる。

【００２２】第８の発明によれば、プレートを熱膨張率
のことなる複数のプレートを積層して構成し、且つ、ロ
ータ側のプレートには冷媒通路側より熱膨張率が高い材
質を用いることで、特に高出力などの高温時にロータ側
の材料が伸びようとするので、ティース間に圧力を与え
て振動発生を低減することができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】第１の実施形態の回転電機である
モータの縦断面を図１に、図１におけるモータのＸ−Ｘ
横断面を図２に示す。

【００２４】回転電機のケース１は、円筒板１Ａとこれ
の軸方向両端の開口を閉塞する側板１Ｂ、１Ｃから形成
する。ケース１内には円筒形のステータ５を配置し、そ
のさらに内側に円柱形のロータ２を配置する。

【００２５】ロータ２には周方向に均等に複数の対とな
った永久磁石４を、ここでは６対の永久磁石４を埋め込
む。ロータ２は、その回転軸２Ａの両端をそれぞれベア
リング３を介して側板１Ｂ、１Ｃに支持することによ
り、回転軸２Ａを中心に回転自在となっている。

【００２６】ステータ５は、電磁鋼板をロータ２の回転
軸方向に所定枚数積層して形成する。電磁鋼板により形
成されたティース部２６とヨーク部２７からなる略Ｔ字
形状の分割ステータコア２２ａを所定枚数積層した後、
ティース部２６にコイル２４を集中巻きにより形成す
る。このような分割ステータコア２２ａを用いることで
コイル２４を形成する作業が容易になる。また後述する
プレート３０で閉塞したコイル２４周囲の空間は、過熱
したコイル２４を冷却するための冷媒、例えば低温の油
を流す冷却通路２３とする。

【００２７】このように形成した分割ステータコア２２
ａを周方向に複数個、ここでは９個並べることで円筒状
のステータコア２２を組み立てる。周方向に隣り合う分
割ステータコア２２ａはヨーク部２７の嵌合部２７ａで
嵌合するように形成する。ここでは、隣り合う分割ステ
ータコア２２ａの一方に凸部を、他方に凹部を形成する
ことにより嵌合部２７ａとする。これにより、ステータ
５を径方向に固定するとともに、ステータ５の機械的強
度を向上することができる。

【００２８】さらにステータ５を固定するために、その
外周に内周がステータ５の外周にほぼ等しいリング状の
ステータ支持部材２１を設けてステータ５の外周部を押
さえる。

【００２９】このようなモータにおいて、ロータ２はテ
ィース先端部２６ａとロータ２に埋め込んだ永久磁石４
間で磁力が作用し合うことにより回転する。このとき、
ティース先端部２６ａにはその磁力の反作用が働く。テ
ィース先端部２６ａに働くこの反作用により、ステータ
５には半径方向に押し出したり引っ張ったり、あるいは
倒したり起こしたりする動きが生じる。このような動き
が生じると、ロータ２が回転するたびにティース先端部
２６ａが振動し、特に隣り合うティース間距離２６が繰
り返し変化するので、高周波振動が発生することにな
る。

【００３０】通常、隣り合うティース部２６間の嵌合部
２７ａや外周に配置されたリング２１によりこれらの動
きはある程度束縛されるものの、本実施形態では最も力
が作用しているティース先端部２６ａを各ティース先端
部２６ａ間に予圧縮状態で装着されるプレート３０によ
り拘束することで、さらに高周波の振動の発生を抑制す
る。

【００３１】図３にプレート３０を、図４にプレート３
０を各隣り合うティース先端部２６ａ間に設置したステ
ータ５の詳細を示す。

【００３２】プレート３０は回転軸方向にステータ５と
同一の長さで、回転軸と直交する断面が略屋根形となる
ように形成する。プレート３０のロータ２と対峙する内
周面３０ａは、ロータ２の外周と平行になるように形成
し、また外周側の外周面３０ｂはコイル２４が形成され
ているコイル形成部２４ａとある一定の距離を保つよう
に形成する。ここでは、外周面３０ｂは外周側に凸形状
を成す屋根形の傾斜平面により形成する。

【００３３】またプレート３０の周方向の幅を各々隣り
合うティース先端部２６ａ間の距離より僅かに大きく形
成する。例えば、プレート３０の幅が弾性限界内の応力
で隣り合うティース先端部２６ａ間の幅に変形されるよ
うにプレート３０を形成する。これにより、後述するよ
うにプレート３０をティース先端部２６ａ間に予圧縮状
態で装着したときに、プレート３０がティース先端部２
６ａを支持する力を維持することができる。

【００３４】プレート３０を形成するのにティース部２
６の形成部材より大きな非磁性体、例えば、ステンレス
や樹脂を用いる。これにより、ティース先端部２６ａか
らの磁束の漏れを最小限にすることができ、ステータ５
の電磁性能を維持することができる。また、後述のよう
にプレート３０の弾性力によりティース先端部２６ａを
支持するので、プレート３０は弾性体により形成する。

【００３５】プレート３０をティース先端部２６ａ間に
予圧縮状態で装着する方法として、外部からプレート３
０に圧力をかけてティース先端部２６ａ間に圧入する方
法がある。この方法は、ヨーク部２７が分割されている
分割型ステータや一体型ステータのどちらにも利用する
ことができる。

【００３６】または、図３に示したプレート３０を冷や
したり、ティース先端部２６ａあるいはステータコア２
２全体を温めたり、あるいはその両方を行う、いわゆる
焼嵌めや冷やし嵌めにて挿入することができる。この方
法で設置することで、ヨーク部２７が分割されているヨ
ーク分割型ステータや一体型ステータのどちらにも適用
可能である上に、ステータコア２２を温めたりとプレー
ト３０を冷やしたりすることによって起こる材料の収縮
または膨張の影響で、プレート３０の周方向の幅に対す
るティース先端部２６ａ間距離が広くなる。そのため、
挿入時に積層構造のステータコア２２とプレート３０の
接触を最小限にできるので、接触する面を傷つけること
を最小限に留めることができる。

【００３７】このようなプレート３０をすべてのティー
ス先端部２６ａ間の開口部分に装着することで、例えば
焼嵌めまたは冷やし嵌めにより設置したときにはプレー
ト３０とティース先端部２６ａの温度差がなくなったと
きに、ティース先端部２６ａとプレート３０に周方向の
弾性変形が発生する。このように予圧を与えた状態でプ
レート３０をティース先端部２６ａ間に狭持すること
で、ティース部２６のそれぞれ隣り合うティース先端部
２６ａが互いに固定される。その結果、ロータ２が回転
したときに作用する磁力の作用反作用によるティース先
端部２６ａの動きが制限されるので、モータの高周波音
を低減することができる。

【００３８】第２の実施形態におけるプレート３１の断
面を図５、図６に示す。

【００３９】プレート３１に、中央のヒンジ部３１ｆを
中心に折り曲げ可能にした切込み部３１ｃを形成する。
プレート３１の内周面３１ａの中央部でプレート形成部
３１ｄ、３１ｅの端部が接続し、外周方向にいくにした
がって徐々に間隔を増加させる。つまりプレート形成部
３１ｄ、３１ｅの端部間には内周側に向かって凸のくさ
び形空間である切込み部３１ｃが形成されるようにす
る。

【００４０】このようなプレート３１をティース先端部
２６ａ間に挿入する際には図６のようにヒンジ部３１ｆ
で折り曲げ、すなわち、ヒンジ部３１ｆをロータ２側に
突出させた状態で挿入する。このようにプレート３１を
折り曲げ状態で挿入することにより、プレート３１全体
の幅を狭くすることができるので、ステータコア２２と
接触するのを防ぐことができる。挿入後、内周側からプ
レート３１の内周面３１ａの少なくともヒンジ部３１ｆ
に圧力をかけることにより、図５のように内周面３１ａ
が連続する円弧を形成する突っ張り状態にする。これに
より、プレート３１の幅がティース先端間距離よりも広
くなり、予圧縮したプレート３１によって、隣り合うテ
ィース先端部２６ａの位置を固定することができる。

【００４１】ここで、内周側から圧力をかける方法とし
て、図７に示すように樹脂モールド４０を流し込む際の
充填圧力を使う方法がある。樹脂モールド４０は、コイ
ル２４付近に例えば低温の油を流通させる冷却通路２３
を形成するためにティース先端部２６ａ間の開口部をシ
ールするためのものである。ステータ５の内周側にステ
ータ５の内径とほぼ同径の外周をもつ円柱形の樹脂モー
ルド用金型４１を配置し、この樹脂モールド用金型４１
の周囲に樹脂を流し込むことによりティース先端部２６
ａ間に樹脂モールド４０を形成する。このときに、樹脂
モールド４０の形成部の内側に図５に示した状態、つま
り内周側にプレート３１が突出している折り曲げ状態で
挿入してから樹脂モールド４０を形成部に流し込むこと
で、プレート３１には外周方向に向かう力が働く。この
とき力は周方向全域にかかるが、ティース先端にプレー
ト３１の外周側への移動を防止するためのストッパー部
２８を形成することで、ストッパー部２８を支点、中央
部を力点として設置することができる。

【００４２】このように、突っ張り状態にする外力とし
て樹脂モールド４０の充填時の圧力を利用することで、
特に突っ張り工程を設ける必要がなく大きなコストアッ
プをすることなくプレート３１を設置することができ
る。また、ステータ５を構成する電磁鋼板を傷つけるの
を避けることができる。さらに、内周側から圧力をかけ
ることでプレート３１は、いわゆる予圧を与えられるこ
とになりティース先端部２６ａを支持するので、ロータ
２が回転したときに作用する磁力の反作用によるティー
ス先端部２６ａの動きが制限され、その結果モータの高
周波音を低減することができる。

【００４３】第３の実施形態のステータ５の形状、主に
プレート３２の形状を図８に示す。

【００４４】プレート３２を、非磁性体であり弾性体で
ある、例えばステンレス鋼などの板状部材を周方向中央
部が内周側に凸となるように曲げて、板バネ状にしてテ
ィース先端部２６ａに設置する。

【００４５】設置する際には、例えばプライア構造の専
用工具を用いて、プレート３２を弾性変形内で曲げてお
き、この状態のままティース先端部２６ａに置いてから
工具が加えている力を抜く。このとき、プレート３２は
板状に戻ろうとするので、その弾性力がティース先端部
２６ａに作用してティース先端部２６ａで突っ張り状態
となる。そのため、ロータ２が回転したときに作用する
磁力の作用反作用によるティース先端部２６ａの動きが
制限され、その結果モータの高周波が低減される。

【００４６】このように、ティース先端部２６ａに非磁
性体の板状プレート３２を曲げて配置すると、周方向に
弾性力が働くことによりティース先端部２６ａの支持力
が残っているだけでなく、板状のプレート３２が組付け
後も曲がったままでいるのでティース先端部２６ａの寸
法のバラツキを精密に管理する必要がなくなる。

【００４７】第４の実施形態に用いる主にプレート３３
の形状を図９に示す。

【００４８】第３の実施形態に用いたプレート３２を周
方向中央部が外周側に凸となるように曲げる。これによ
り、ティース先端部２６ａの弧状と凹凸が合い、ロータ
２との距離は周方向に均等化される。このため、ティー
ス先端部２６ａのプレート３３より内周側に突出してい
る出っ張り部２９を極力小さくすることができる。その
結果、コイル２４を形成するコイル形成部２４ａを最大
にとることができ、ステータ５の電磁力の密度を増加さ
せることができる。また、隣り合うティース先端部２６
ａの間隔が大きく開いていても、板状のプレート３３の
曲がり方向が外側に凸であるので内側に設置されている
ロータ２との干渉を避けられる。

【００４９】第５の実施形態に用いる主にプレート３４
の形状を図１０に示す。

【００５０】プレート３４は、熱膨張率の異なる複数の
非磁性・弾性体である板状部材を張り合わせることによ
り形成した一つの板状部材であり、第４の実施形態と同
様にティース先端部２６ａ間に設置する。ここでは、２
種類の非磁性・弾性体である板状部材を張り合わせてプ
レート３４を形成するが、熱膨張率の高い材質を曲げた
際の内側に、ここでは内周側３４ｆに配置した。また、
前述のようにプレート３４により閉塞されたコイル２４
周囲の空間を、コイル２４の冷却を行う低温の油を循環
させる冷却通路２３とする。

【００５１】このように形成することで、冷却通路２３
側である外周側３４ｇには熱膨張率の低い材質を、空気
層の温度の高い内周側３４ｆでは熱膨張率の高い材質を
配置するので、高温側の高熱膨張率の材質が余計に伸び
ようとする。プレート３４内に温度差が生じるにつれ、
つまりモータが高出力状態であればあるほど伸びようと
するためにティース先端部２６ａ間に予圧を加えてティ
ース先端部２６ａの動きを拘束し、振動発生を低減する
ことができる。

【００５２】また、モータが高出力状態の時には、ティ
ース先端部２６ａも昇温して熱膨張するので、隣り合う
ティース先端部２６ａ間の幅が狭くなり、さらにプレー
ト３４の突っ張り力が大きくなるので、振動発生を低減
することができる。このとき、プレート３４は、ティー
ス先端部２６ａの熱膨張による変形に対応できるような
弾性限界をもつ材料を用いることで、プレート３４の機
械的強度を維持することができる。

【００５３】なお、本実施形態は分割ステータコア２２
ａを組み合わせて形成されるステータ５に適用したが、
本発明は一体型ステータにも適用できる。このように、
本発明は、上記の実施形態に限定されるわけではなく、
特許請求の範囲に記載した技術思想の範囲以内で様々な
変更が成し得ることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態におけるモータの縦断面図であ
る。

【図２】第１の実施形態におけるモータの横断面図であ
る。

【図３】第１の実施形態におけるプレートの形状を示す
図である。

【図４】第１の実施形態のプレートをティース部間に設
置したときの構成図である。

【図５】第２の実施形態における挿入後のプレートの断
面形状を示す図である。

【図６】第２の実施形態における挿入時のプレートの断
面形状を示す図である。

【図７】第２の実施形態のプレートに樹脂を充填すると
きの方法を示す図である。

【図８】第３の実施形態のプレートをティース部間に設
置したときの構成図である。

【図９】第４の実施形態のプレートをティース部間に設
置したときの構成図である。

【図１０】第５の実施形態のプレートをティース部間に
設置したときの構成図である。

【符号の説明】 ２ ロータ ５ ステータ ２２ ステータコア ２２ａ 分割ステータコア ２３ 冷却通路 ２４ コイル ２６ ティース部 ２６ａ ティース先端部 ３０〜３４ プレート ４０ 樹脂モールド

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転軸を中心に回転自在のロータと回転空
   隙を介して配置され、ティース部に集中巻きによりコイ
   ルを形成したステータを備えた回転電機において、 周方向に予圧縮状態で隣り合う前記各ティース部先端間
   にプレートを装着することを特徴とする回転電機のステ
   ータ。
2. 【請求項２】前記プレートを前記ティース部先端間に圧
   入により装着する請求項１に記載の回転電機のステー
   タ。
3. 【請求項３】前記プレートを前記ティース部先端間に焼
   嵌め、あるいは、冷やし嵌めにより装着する請求項１に
   記載の回転電機のステータ。
4. 【請求項４】前記プレートが折り曲げ可能となるように
   前記プレートに切り込み部を形成し、 前記プレートの幅が狭くなるように折り曲げ状態で前記
   ティース部先端間に挿入し、挿入後に外部から力を加え
   て折り曲げ状態を戻すことにより、前記プレートを突っ
   張り状態で装着した請求項１に記載の回転電機のステー
   タ。
5. 【請求項５】前記プレートにより閉塞された前記コイル
   周辺の空間を冷媒を流す冷媒通路として形成し、 前記折り曲げ状態で挿入したプレートのロータ側から樹
   脂モールドを充填することにより前記ティース部間をシ
   ールすると共に、 前記樹脂モールド充填圧力により前記プレートの折り曲
   げ状態を戻すようにした請求項４に記載の回転電機のス
   テータ。
6. 【請求項６】弾性体により形成した前記プレートを前記
   ティース部先端間に径方向に曲げた状態で装着した請求
   項１に記載の回転電機のステータ。
7. 【請求項７】前記プレートを、前記回転空隙に向かって
   凹形状となるように曲げて装着した請求項６に記載の回
   転電機のステータ。
8. 【請求項８】前記プレートにより閉塞された前記コイル
   周辺の空間を冷媒を流す冷媒通路として形成し、 前記プレートを熱膨張率のことなる複数のプレートを積
   層して構成し、且つ、前記ロータ側のプレートには前記
   冷媒通路側より熱膨張率が高い材質を用いる請求項６ま
   たは７に記載の回転電機のステータ。