JP2006174638A - 回転電機のステータ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 樹脂モールド成形の加熱状態において、樹脂成形圧力によるコアズレ現象の発生を確実に防止することができる回転電機のステータ構造を提供すること。
【解決手段】 積層鋼鈑によるステータコア５の両端に第１カラー２０，２１と第２カラー２２を配置し、両カラー２０，２１，２２をボルト２３，２４及びナット２５，２６により軸方向に締結し、その締結力により前記ステータコア５を固定したステータ骨格体をステータ成形型に入れ、該ステータ成形型に加熱溶融樹脂を流し込む樹脂モールド成形により樹脂モールド部２７を形成した回転電機のステータ構造において、前記ステータコア５の線膨張係数αcを、前記ボルト２３，２４の線膨張係数αbよりも大きな値に設定した。
【選択図】 図４

Description

本発明は、ハイブリッド車や電気自動車等の動力源として適用される回転電機のステータ構造に関するものである。

ハイブリッド駆動ユニットに適用される回転電機としては、例えば、複合電流によって駆動され、アウターロータと、インナーロータと、アウターロータとインナーロータとの間に挟まれた一つのステータと、からなる回転電機が知られている。この回転電機のステータ構造は、積層鋼鈑によるステータコアの両端に第１カラーと第２カラーを配置し、両カラーを軸方向力付与部材により軸方向に締結し、周方向に配列される複数のステータコア間の空間部を、冷却水路を除き樹脂モールド部により埋めるようにしている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−３４１５３号公報。

しかしながら、従来の回転電機のステータ構造にあっては、積層鋼鈑によるステータコアの両端に第１カラーと第２カラーを配置し、両カラーを軸方向力付与部材により軸方向に締結し、その締結力により前記ステータコアを固定した骨格体をステータ成形型に入れ、該ステータ成形型に加熱溶融樹脂を流し込む樹脂モールド成形により樹脂モールド部を形成していた。この場合のステータコアは、鋼板打ち抜き時のバリやダレによって微小な空隙を有しており、無垢材料に対して軸方向の線膨張係数が定性的に小さくなる。従って、樹脂モールド成形する際の加熱工程において、軸方向力付与部材の熱膨張量が大きく、軸力抜けが発生してステータコアの締結力が減少するため、樹脂成形圧力によりステータコアが押し流され、コアズレ現象が生じる可能性がある、という問題があった。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、樹脂モールド成形の加熱状態において、樹脂成形圧力によるコアズレ現象の発生を確実に防止することができる回転電機のステータ構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の回転電機のステータ構造では、積層鋼鈑によるステータコアの両端に第１カラーと第２カラーを配置し、両カラーを軸方向力付与部材により軸方向に締結し、その締結力により前記ステータコアを固定したステータ骨格体をステータ成形型に入れ、該ステータ成形型に加熱溶融樹脂を流し込む樹脂モールド成形により樹脂モールド部を形成した回転電機のステータ構造において、
前記ステータコアの線膨張係数を、前記軸方向力付与部材の線膨張係数よりも大きな値に設定したことを特徴とする。

よって、本発明の回転電機のステータ構造にあっては、ステータコアの線膨張係数が、軸方向力付与部材の線膨張係数よりも大きな値に設定されているため、樹脂モールド成形する際の加熱工程において、ステータコアの熱膨張量が軸方向力付与部材の熱膨張量よりも大きく、軸方向力付与部材による軸力抜けが防止され、ステータコアの締結力が確保される。この結果、樹脂モールド成形の加熱状態において、樹脂成形圧力によるコアズレ現象の発生を確実に防止することができる。

以下、本発明の回転電機のステータ構造を実現する最良の形態を、図面に示す実施例１〜実施例５に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。
図１は本発明のステータ構造が適用された複軸多層モータＭ（回転電機）を示す断面図、図２は実施例１の複軸多層モータＭの1/3モデルを示す縦断正面図、図３は実施例１の複軸多層モータＭのステータコイルに印加する複合電流の一例を示す図である。

前記複軸多層モータＭは、外観的には１つのモータであるが２つのモータジェネレータ機能を有する。この複軸多層モータＭは、モータケース１に固定され、コイルを巻いた固定電機子としてのステータＳと、前記ステータＳの内側に配置し、永久磁石を埋設したインナーロータIRと、前記ステータＳの外側に配置し、永久磁石を埋設したアウターロータORと、を同軸上に三層配置することで構成されている。

前記インナーロータIRは、その内筒面が第１モータ中空軸２の段差軸端部に対して圧入（或いは、焼きばめ）により固定されている。このインナーロータIRには、図２に示すように、積層された電磁鋼鈑による積層コア３に対し磁束形成を考慮した配置によるインナーロータマグネット４が軸方向に１２本埋設されている。また、インナーロータIRは、コギングトルク低減対策として、軸方向で２分割し、インナーロータマグネット４の配置を周方向にずらし、例えば、10度のスキュー角度を設定している。ここで、「コギングトルク」とは、ステータＳとインナーロータIRとの間に発生する軸吸引力に基づくトルクの回転角に対する変化、いわゆる、トルクムラのことをいう。但し、Ｗ字配置による４本のインナーロータマグネット４が１極対を構成し、全周で３極対としてある。

前記ステータＳは、モータケース１に固定された静止部材であり、電磁鋼鈑を積層してなる複数のステータコア５と、各ステータコア５に巻き付けたコイル６（巻き線）と、を有している。前記コイル付きステータコア５は、６相コイルを３回繰り返しながら円周上に１８個配置され、該６相コイルに対しては、図外のインバータから軸方向積層したバスバー７を介して複合電流が印加される。この複合電流は、図３に示すように、インナーロータIRを駆動させるための第１の交流電流と、アウターロータORを駆動させるための第２の交流電流とを複合させたものである。

前記アウターロータORは、その外筒面がアウターロータケース８に対してロー付け、或いは、接着により固定されている。そして、アウターロータケース８の正面側には正面側連結ケース９が固定され、背面側には背面側連結ケース１０が固定されている。そして、この背面側連結ケース１０に第２モータ軸１１がスプライン結合されている。このアウターロータORには、図２に示すように、積層された電磁鋼鈑による積層コア１２に対し磁束形成を考慮した配置によるアウターロータマグネット１３が、両端位置に空間を介して軸方向に１２本埋設されている。このアウターロータマグネット１３は、インナーロータマグネット４と異なり、２本のアウターロータマグネット１３，１３が１極対を構成し、全周で６極対としてある。

図４は実施例１のステータ骨格体を示す一部平面図であり、積層鋼鈑による前記１８個のコイル付きステータコア５の両端に第１カラー２０，２１と第２カラー２２を配置し、両カラー２０，２１，２２を軸方向に締結固定するボルト２３，２４及びナット２５，２６（軸方向力付与部材）により軸方向に締結し、その締結力により前記コイル付きステータコア５を固定することで、ステータ骨格体を構成している。

そして、前記ステータ骨格体をステータ成形型に入れ、該ステータ成形型に加熱溶融樹脂を流し込む樹脂モールド成形により樹脂モールド部２７を形成している。なお、前記樹脂モールド部２７には、ステータＳを冷却する冷却媒体を通す冷却媒体通路２８が周方向に隣接するステータコア５，５間の位置に形成されている。

図５はコイル付きステータコア５を示す図であり、前記ステータコア５の線膨張係数αc、前記ボルト２３，２４の線膨張係数αb、前記コイル６の線膨張係数をαm、としたとき、前記ステータコア５の線膨張係数αcを、前記ボルト２３，２４の線膨張係数αbよりも大きな値に設定すると共に、前記ステータコア５の線膨張係数αcと前記コイル６の線膨張係数αmとを同等に設定している。

図６は実施例１〜３でのステータコア５を示す図であり、実施例１のステータコア５は、図６(b)に示すように、表面に接着剤を兼ねた絶縁皮膜５ａを有する薄板の電磁鋼板５ｂを積層して構成し、且つ、前記電磁鋼板５ｂと前記絶縁皮膜５ａを合わせたコア全体での等価線膨張係数（＝ステータコア５の線膨張係数αc）が、前記ボルト２３，２４の線膨張係数αbよりも大きくなるように、絶縁皮膜５ａの種類を選定している。ここで、絶縁皮膜５ａとしては、等価線膨張係数がボルト２３，２４の線膨張係数αbに対し、大きな線膨張係数を持った材料が選択される。

次に、作用を説明する。

従来は、薄板の電磁鋼鈑を積層し、かしめや溶接等によりステータコアを形成し、且つ、そのステータコアをボルト・ナット等による軸方向力付与部材で締結することで、ステータコアを固定していた。この場合のステータコアは、鋼板打ち抜き時のバリやダレによって微小な空隙を有しており、無垢材料に対して軸方向の線膨張係数が定性的に小さくなる。従って、樹脂モールド成形する際の加熱工程において、軸方向力付与部材の熱膨張量が大きく、軸力抜けが発生してステータコアの締結力が減少するため、樹脂成形圧力によりステータコアが押し流され、コアズレ現象が生じる可能性があった。

これに対し、実施例１のステータ構造では、ステータＳを製造するにあたり、コイル付きステータコア５の両端に第１カラー２０，２１と第２カラー２２を配置し、両カラー２０，２１，２２を軸方向に締結固定するボルト２３，２４及びナット２５，２６により軸方向に締結し、その締結力により前記コイル付きステータコア５を固定することで、ステータ骨格体を構成する（図４参照）。

そして、冷却媒体通路２８となる位置に抜き型を配置したステータ骨格体を円筒上の空間を有するステータ成形型に入れ、且つ、該ステータ成形型に加熱溶融樹脂を流し込む樹脂モールド成形により樹脂モールド部２７を形成する。

この樹脂モールド成形をする際の加熱工程において、ステータコア５の線膨張係数αcが、ボルト２３，２４の線膨張係数αbよりも大きな値に設定されているため、ステータコア５の熱膨張量がボルト２３，２４の熱膨張量よりも大きくなり、ボルト２３，２４による上記軸力抜けが防止され、ステータコア５の締結力が確保される。この結果、樹脂モールド成形の加熱状態において、樹脂成形圧力によるコアズレ現象の発生が確実に防止される。そして、複数のステータコア５が周方向の位置ズレを生じたままで樹脂により固定されてしまい、例えば、所望の出力性能が出ないとか、トルクむらを生じるというような不具合を解消することができる。

次に、効果を説明する。
実施例１の回転電機のステータ構造にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。

(1) 積層鋼鈑によるステータコア５の両端に第１カラー２０，２１と第２カラー２２を配置し、両カラー２０，２１，２２をボルト２３，２４及びナット２５，２６により軸方向に締結し、その締結力により前記ステータコア５を固定したステータ骨格体をステータ成形型に入れ、該ステータ成形型に加熱溶融樹脂を流し込む樹脂モールド成形により樹脂モールド部２７を形成した回転電機のステータ構造において、前記ステータコア５の線膨張係数αcを、前記ボルト２３，２４の線膨張係数αbよりも大きな値に設定したため、樹脂モールド成形の加熱状態において、樹脂成形圧力によるコアズレ現象の発生を確実に防止することができる。

(2) 前記回転電機は、円筒状のステータＳの内外に、それぞれ独立に制御可能なアウタロータOR及びインナロータIRを配置した複軸多層モータＭであるため、ステータＳに対しアウタロータORとインナロータIRとの間にて位相管理やエアギャップ管理が要求される複軸多層モータＭにおいて、要求に応える高いステータＳのコア位置精度や形状精度を確保することができる。

(3) 前記ステータコア５は、表面に接着剤を兼ねた絶縁皮膜５ａを有する薄板の電磁鋼板５ｂを積層して構成し、且つ、前記電磁鋼板５ｂと前記絶縁皮膜５ａを合わせたコア全体での等価線膨張係数が、前記ボルト２３，２４の線膨張係数αbよりも大きくなるように、絶縁皮膜５ａの種類を選定したため、電磁鋼板５ｂを積層する際の接着剤を兼ねた絶縁皮膜５ａを利用し、容易にステータコア５の線膨張係数αcをボルト２３，２４の線膨張係数αbよりも大きな値に設定することができる。加えて、絶縁皮膜５ａの線膨張係数を調整することでコア部全体の等価線膨張係数を調整するので、電磁鋼板５ｂと絶縁皮膜５ａの厚さの比率を変える必要がなく、積層方向の占積率が変わらない。

実施例２は、絶縁コーティング厚さの調整によりコア部全体の等価線膨張係数を調整するようにした例である。

すなわち、実施例２のステータ構造では、図６(c)に示すように、前記ステータコア５は、表面に接着材を兼ねた絶縁皮膜５ａを有する薄板の電磁鋼板５ｂを積層して構成し、且つ、前記絶縁皮膜５ａのコーティング厚さtaと前記電磁鋼板５ｂの厚さtbの比率によって線膨張係数を、交互に配置された電磁鋼板５ｂと絶縁皮膜５ａを含めた等価線膨張係数が、ボルト２３，２４の線膨張係数αbよりも大きな値になるように調整している。なお、他の構成は実施例１と同様であり、作用についても実施例１と同様であるので説明を省略する。

次に、効果を説明する。
実施例２の回転電機のステータ構造にあっては、実施例１の(1),(2)の効果に加え、下記の効果を得ることができる。

(4) 前記ステータコア５は、表面に接着材を兼ねた絶縁皮膜５ａを有する薄板の電磁鋼板５ｂを積層して構成し、且つ、前記絶縁皮膜５ａのコーティング厚さtaと前記電磁鋼板５ｂの厚さtbの比率によって線膨張係数を調整したため、絶縁皮膜５ａの材料を変えることなく、容易にステータコア５の線膨張係数αcをボルト２３，２４の線膨張係数αbよりも大きな値に設定することができる。

実施例３のステータコアは、磁性材料をバインダーにて混成して圧縮成形した圧粉材料にて構成し、バインダーの種類により線膨張係数を調整するようにした例である。

すなわち、実施例３のステータ構造では、図６(d)に示すように、前記ステータコア５は、磁性材料５ｃをバインダー５ｄにて混成して圧縮成形した圧粉材料にて構成し、且つ、該ステータコア５の線膨張係数αcが前記ボルト２３，２４の線膨張係数αbよりも大きくなるように、バインダー５ｄの種類を選定している。なお、他の構成は実施例１と同様であり、作用についても実施例１と同様であるので説明を省略する。

次に、効果を説明する。
実施例３の回転電機のステータ構造にあっては、実施例１の(1),(2)の効果に加え、下記の効果を得ることができる。

(5) 前記ステータコア５は、磁性材料５ｃをバインダー５ｄにて混成して圧縮成形した圧粉材料にて構成し、且つ、該ステータコア５の線膨張係数αcが前記ボルト２３，２４の線膨張係数αbよりも大きくなるように、バインダー５ｄの種類を選定したため、磁性材料５ｃとバインダー５ｄの成分比率を変更する必要がなく、ステータコア５の磁束密度に影響を与えることなく、ステータコア５の線膨張係数αcをボルト２３，２４の線膨張係数αbよりも大きな値に設定することができる。

実施例４は、ステータコア５の両端面とコイル６との間に中間調整部材１４を介在させ、ステータコア５の等価線膨張係数を調整するようにした例である。

すなわち、実施例４のステータ構造では、図７に示すように、前記ステータコア５の両端面とコイル６（巻き線）との間に中間調整部材１４を介在させ、且つ、該中間調整部材１４は、ステータコア５と組み合わせた状態での等価線膨張係数が、前記ボルト２３，２４の線膨張係数αbよりも大きくなる線膨張係数の材料を選定する。ここで、ステータコア５と中間調整部材１４を組み合わせた状態での等価線膨張係数の微調整は、中間調整部材１４の板厚を調整することで行う。また、前記中間調整部材１４とコイル６間には、両者５，６間の絶縁確保のために用いるインシュレータ部材１５が介装されている。なお、他の構成は実施例１と同様であり、作用についても実施例１と同様であるので説明を省略する。

次に、効果を説明する。
実施例４の回転電機のステータ構造にあっては、実施例１の(1),(2)の効果に加え、下記の効果を得ることができる。

(6) 前記ステータコア５の両端面とコイル６（巻き線）との間に中間調整部材１４を介在させ、且つ、該中間調整部材１４は、ステータコア５と組み合わせた状態での等価線膨張係数が、前記ボルト２３，２４の線膨張係数αbよりも大きくなる材料を選定したため、電磁鋼板５ｂや絶縁皮膜５ａなどコア自体の線膨張係数調整が不要であり、且つ、コア材料以外の中間調整部材１４にて、コア部全体の線膨張係数を調整するので、磁気性能への影響を考慮する必要がなく、ステータコア５の線膨張係数αcをボルト２３，２４の線膨張係数αbよりも大きな値に設定することができる。

実施例５は、実施例４において、中間調整部材をインシュレータ部材と兼用させた例である。

すなわち、実施例５のステータ構造では、図８に示すように、前記ステータコア５の両端面とコイル６との間に、前記中間調整部材１４と、ステータコア５とコイル６間の絶縁確保のために用いるインシュレータ部材１５と、を兼ねた絶縁調整部材１６を介在させた構成としている。なお、他の構成は実施例４と同様であり、作用についても実施例４と同様であるので説明を省略する。

次に、効果を説明する。
実施例５の回転電機のステータ構造にあっては、実施例４の効果に加え、下記の効果を得ることができる。

(7) 前記ステータコア５の両端面とコイル６との間に、前記中間調整部材１４と、ステータコア５とコイル６間の絶縁確保のために用いるインシュレータ部材１５と、を兼ねた絶縁調整部材１６を介在させたため、実施例４に比べ部品点数が減少すると共に、絶縁調整部材１６はコイル６の巻き付けによりステータコア５に固定されるので、別途の固定手段が不要である。

以上、本発明の回転電機のステータ構造を実施例１〜実施例５に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

例えば、実施例１〜５では、ステータコア側の線膨張係数を調整する例を示したが、ステータコア側の線膨張係数の調整手法としては、これら以外の手法によるものや、実施例１〜５の組み合わせ手法によるものであっても良い。さらに、ステータコア側の線膨張係数はそのままで、軸方向力付与部材の線膨張係数を材料の選定等により調整するようにしても良い。要するに、ステータコアの線膨張係数を、軸方向力付与部材の線膨張係数よりも大きな値に設定したものであれば本発明に含まれる。

実施例１〜５では、回転電機として、２ロータ・１ステータによる複軸多層モータへの適用例を示したが、本発明の回転電機のステータ構造は、１ロータ・１ステータのモータ等、少なくとも一つのステータを有する回転電機であれば、他の回転電機にも適用できる。

実施例１のステータ構造が適用された複軸多層モータ（回転電機）を示す断面図である。 実施例１の複軸多層モータＭの1/3モデルを示す縦断正面図である。 実施例１の複軸多層モータＭのステータコイルに印加する複合電流の一例を示す図である。 実施例１の複軸多層モータＭのステータ骨格体を示す一部平面図である。 実施例１の複軸多層モータＭのコイル付きステータコアを示す図である。 実施例１，２，３の複軸多層モータＭのステータ構造を示すステータコア図(a)及びステータコアのＡ部拡大断面図(b),(c),(d)である。 実施例４の複軸多層モータＭのステータ構造を示す図である。 実施例５の複軸多層モータＭのステータ構造を示す図である。

符号の説明

Ｍ 複軸多層モータ（回転電機）
Ｓ ステータ
IR インナーロータ
OR アウターロータ
１ モータケース
２ 第１モータ中空軸
３ 積層コア
４ インナーロータマグネット
５ ステータコア
５ａ 絶縁皮膜
５ｂ 電磁鋼板
５ｃ 磁性材料
５ｄ バインダー
６ コイル（巻き線）
７ バスバー
８ アウターロータケース
９ 正面側連結ケース
１０ 背面側連結ケース
１１ 第２モータ軸
１２ 積層コア
１３ アウターロータマグネット
１４ 中間調整部材
１５ インシュレータ部材
１６ 絶縁調整部材
２０，２１ 第１カラー
２２ 第２カラー
２３，２４ボルト（軸方向力付与部材）
２５，２６ ナット（軸方向力付与部材）
２７ 樹脂モールド部
２８ 冷却媒体通路
αc ステータコア５の線膨張係数
αb ボルト２３，２４の線膨張係数
αm コイル６の線膨張係数

Claims (7)

1. 積層鋼鈑によるステータコアの両端に第１カラーと第２カラーを配置し、両カラーを軸方向力付与部材により軸方向に締結し、その締結力により前記ステータコアを固定したステータ骨格体をステータ成形型に入れ、該ステータ成形型に加熱溶融樹脂を流し込む樹脂モールド成形により樹脂モールド部を形成した回転電機のステータ構造において、
   前記ステータコアの線膨張係数を、前記軸方向力付与部材の線膨張係数よりも大きな値に設定したことを特徴とする回転電機のステータ構造。
2. 請求項１に記載された回転電機のステータ構造において、
   前記回転電機は、円筒状のステータの内外に、それぞれ独立に制御可能なアウタロータ及びインナロータを配置した複軸多層モータであることを特徴とする回転電機のステータ構造。
3. 請求項１または２に記載された回転電機のステータ構造において、
   前記ステータコアは、表面に接着剤を兼ねた絶縁皮膜を有する薄板の電磁鋼板を積層して構成し、且つ、前記電磁鋼板と前記絶縁皮膜を合わせたコア全体での等価線膨張係数が、前記軸方向力付与部材の線膨張係数よりも大きくなるように、絶縁皮膜の種類を選定したことを特徴とする回転電機のステータ構造。
4. 請求項１または２に記載された回転電機のステータ構造において、
   前記ステータコアは、表面に接着材を兼ねた絶縁皮膜を有する薄板の電磁鋼板を積層して構成し、且つ、前記絶縁皮膜のコーティング厚さと前記電磁鋼板の厚さの比率によって線膨張係数を調整したことを特徴とする回転電機のステータ構造。
5. 請求項１または２に記載された回転電機のステータ構造において、
   前記ステータコアは、磁性材料をバインダーにて混成して圧縮成形した圧粉材料にて構成し、且つ、該ステータコアの線膨張係数が前記軸方向力付与部材の線膨張係数よりも大きくなるように、バインダーの種類を選定したことを特徴とする回転電機のステータ構造。
6. 請求項１または２に記載された回転電機のステータ構造において、
   前記ステータコアの両端面と巻き線との間に中間調整部材を介在させ、且つ、該中間調整部材は、ステータコアと組み合わせた状態での等価線膨張係数が、前記軸方向力付与部材の線膨張係数よりも大きくなる材料を選定したことを特徴とする回転電機のステータ構造。
7. 請求項６に記載された回転電機のステータ構造において、
   前記ステータコアの両端面と巻き線との間に、前記中間調整部材と、ステータコアと巻き線間の絶縁確保のために用いるインシュレータ部材と、を兼ねた絶縁調整部材を介在させことを特徴とする回転電機のステータ構造。

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