JP2007159332A

JP2007159332A - 回転電機

Info

Publication number: JP2007159332A
Application number: JP2005354504A
Authority: JP
Inventors: Shinya Sano; 新也佐野; Hiroshi Aihara; 浩相原; Keiji Takizawa; 敬次滝澤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-12-08
Filing date: 2005-12-08
Publication date: 2007-06-21
Also published as: EP1959539A1; WO2007066793A1; CN101326698A; US20090072655A1

Abstract

【課題】固定子２０の熱衝撃による固定ボルト５の軸力の低下を防止して、振動、騒音の発生を低減する。
【解決手段】鋼板の一部に径方向に張り出した耳金１２を有する複数の鋼板をカシメて積層固定したボルト固定部１９を有する第１の積層ブロック１６と、耳金１２を有しない複数の鋼板をカシメて積層固定した第２の積層ブロック１７を転積し、積層方向に対し側面の表面を溶接して積層一体化する。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機の固定子の構造に関する。

近年、エンジンと電動機を組み合わせたハイブリッド自動車が多く製作されるようになってきている。このようなハイブリッド自動車に搭載されている駆動用の電動機は、磁界を発生される固定子２０と出力を取り出す可動子３とこれらを収納するケース２から構成されている。図７に示すように、電動機の固定子２０の固定子コア１は固定子コア１を通る磁界による誘導電流を低減させるために、電磁鋼板１１を積層して形成されている。

このような固定子２０は、次のようにして製作される。まず、定尺サイズの電磁鋼板を打ち抜き機構によって、コイルのスロット１５、ボルト孔１４のあいた耳金１２を有する固定子コア１の形状に打ち抜く。次に、打ち抜いた１００〜１５０枚の固定子形状の電磁鋼板１１を順次積層し、カシメ部１３をプレス機でカシメて電磁鋼板１１を固定して固定子コア1を製作する。出来上がった固定子コア１のスロット１５の中に絶縁紙を挿入してからコイルを巻く。コイルを巻くと固定子２０の両端面にはコイルエンド４が形成される。コイル巻きが終了したら、固定子２０の全体にワニスを含浸させて、コイルをスロットに固定すると共に絶縁の強化を図る（例えば、特許文献１、２参照）。このとき、ワニスは固定子の電磁鋼板の外表面のみならず、電磁鋼板の積層面の隙間にも入り込む。組み立てられた固定子２０は図８に示すようにケース２に固定ボルト５によって固定され、中心には可動子３が取り付けられる。このように、固定子コア１を構成する電磁鋼板はカシメによって固定された後、固定ボルト５によってケース２に固定されることによって全体形状が保持、固定されている。

特開２００５−１３７０５７号公報特開平６−２４５４１５号公報

ハイブリッド自動車が電動機によって走行している場合、電動機には通常の駆動力のほかに走行状態の急変によって、大きな負荷変動が起こることがある。一時的にこのような大きな負荷変動が生じると固定子コア１の温度上昇による熱衝撃が発生し、固定子２０を構成する電磁鋼板１１が急膨張して、電磁鋼板１１の間に入り込んでいるワニスを潰してしまうことがある。電磁鋼板１１の間に入り込んだワニスはこのように一度圧縮されて潰されてしまうと元の厚さに戻ることがないため、固定子２０の温度が通常の温度に低下して、電磁鋼板１１の熱膨張が通常の熱膨張に戻ると、固定ボルト５によって締め付けられている固定子コア１の全体厚さが減少し、固定ボルト５の締め付け力の低下が発生する。そして固定ボルト５の締め付け力の低下によって、固定子２０の電動機への固定力が低下し、電動機の振動、騒音が発生するという問題があった。ボルトの締め付け厚さが厚いほど、熱衝撃で潰されるワニスが多いことから、ボルトの固定力低下を防止するためには、ボルト固定部の積層厚さを少なくすることが有用になってくる。しかし、ボルトは固定子１をケース２に固定するのみでなく、電磁鋼板を積層固定する機能も果たしていることから、単にボルト固定部の厚さを薄くするのみでは、問題は解決されず、ボルト固定部の厚さを薄くすると共に積層電磁鋼板の固定を確実にしなければならないという問題があった。

また、従来の電動機の固定子２０は図８に示すように、固定子２０の下部の着座面３０のみがケース２に着座して、ケースと接触、固定されるようになっていることから、ケース２と固定子１との接触面積が不足し、振動、騒音が大きくなるという問題があった。

そこで、本発明の目的は、固定子の熱衝撃による固定ボルトの軸力の低下を防止して、電動機の振動、騒音の発生を低減すると共に、固定子とケースとの固定度を大きくして振動、騒音を低減した回転電機を提供することにある。

本発明の目的は、固定子と固定子を支持する支持部とを有する回転電機において、固定子は、鋼板を積層し、積層方向にカシメ及び積層方向に対し側面の表面を溶接して積層一体化され、鋼板の一部に径方向に張り出した耳金が設けられ、耳金を積層してボルト固定部が形成され、ボルトによって支持部に締結固定されていることによって達成することができる。

また、本発明の目的は、固定子は、鋼板の一部に径方向に張り出した耳金を有する複数の鋼板をカシメて積層固定したボルト固定部を有する第１の積層ブロックと、耳金を有しない複数の鋼板をカシメて積層固定した第２の積層ブロックとを有し、第１の積層ブロックと第２の積層ブロックを転積し、積層方向に対し側面の表面を溶接して積層一体化することによっても達成できる。

さらに、本発明の目的は、固定子と固定子を支持する支持部とを有する回転電機において、固定子は、固定子の周方向の１８０度ずれた位置に径方向に張り出した耳金を有する複数の鋼板をカシメて積層固定したボルト固定部を有する複数の積層ブロックを、ボルト固定部が周方向に等間隔になるように転積され、積層方向に対し側面の表面を溶接して積層一体化され、ボルトによって支持部に締結固定されていることによっても達成することができる。

本発明による回転電機は、固定子の熱衝撃による固定ボルトの軸力の低下を防止して、振動、騒音の発生を低減すると共に、固定子とケースと固定度を大きくして振動、騒音を低減することができるという効果を奏する。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。図１、２は本発明の第１の実施形態の回転電機の固定子コア１の説明図、図３、４は本発明の第２の実施形態の回転電機の固定子コア１の説明、図５、６は本発明の第３の実施形態の回転電機の固定子コア１の説明図である。

図１は本発明の第１の実施形態における固定子コア１の製造過程を示す図である。固定子コア１はボルト孔１４のあいている耳金１２のある第１の積層ブロック１６と耳金１２のない第２の積層ブロック１７によって構成されている。第１の積層ブロック１６は、従来技術で説明したのと同様、まず、定尺サイズの電磁鋼板を打ち抜き機構によって、コイル用のスロット１５、ボルト孔１４のあいた耳金１２を有する第１の積層ブロック１６の形状に打ち抜き、打ち抜いた５０〜６０枚の固定子形状の電磁鋼板１１ａを順次積層してカシメ部１３をプレス機でカシメ固定して製作する。また、同様に耳金のない第２の積層ブロック１７も、５０〜６０枚の電磁鋼板１１ｂをスロット１５を有する円形に打ち抜いて、それを積層、カシメ固定して製作する。このようにして出来上がった第１の積層ブロック１６と、第２の積層ブロック１７を積層する。このとき、打ち抜きによる返りなどが同一方向に偏って、全体が傾いた形状に積層されないように、各ブロックを固定子コアの周方向に一定角度ずつ回して積層していく。これを転積という。第１の実施形態のように全体が３ブロックになっている時には、各ブロックを１２０度ずつ回転させて積層していく方法がとられる。

転積した各ブロックはその外面を溶接１８によって固定される。溶接は図１に示すように積層方向に対し側面の表面にＴｉＧ溶接などによって表面のごく薄い部分を溶接し、溶接部における渦電流の発生、鉄損の増加を最小限に抑えるようにしている。また、固定子端面の平面度を確保するために、固定子コア１の端面を構成する鋼板（固定子端部６）は溶接しないようにして組みたてる。このように各電磁鋼板はカシメ及び溶接によって積層固定されていることから、ボルトによって固定しなくとも十分な固定強度を有している。

組み立てた固定子コア１は高さＨ_１であり、第１の積層ブロック１６は厚さが前記のＨ_１より小さいＨ_２で、これがボルト固定部１９の厚さとなる。組みあがった固定子コア１にコイルが巻回され、ワニスが含浸された、固定子２０として組み立てられた後、図２に示すように電動機のケース２に組み込まれて、ボルト５によって固定される。図２に示すようにボルトの固定子コア１の固定厚さはＨ_２であり、従来技術の固定子コア1のボルト固定部の厚さＨ_１に比較して、約１／３の厚さとなっている。

このようにして構成された固定子コア１は、カシメと溶接の併用によって十分な積層固定強度を有する構造となっており、従来技術の固定子に比較して、積層固定強度を低下させることなくボルト固定厚さを少なくできることから、熱衝撃によるボルトの軸力低下が少なく、振動、騒音を抑えることができるという効果を奏する。

本発明の第２の実施形態は、図３に示すように、固定子コア１のボルト固定部１９を固定子コア１の上部に配置したものである。そのほかの製造方法などは、上述の第１の実施形態と同様である。図４に示すように、固定子コア１は上部でケース２にボルト５によって固定されている。第１の実施形態と同様に、積層固定強度を低下させることなくボルト固定厚さを少なくできることから、熱衝撃によるボルトの軸力低下が少なく、振動、騒音を抑えることができるという効果を奏するとともに、固定子２０の下部の直径を従来のＤ_１からＤ_２に小さくできることから、全体の電動機サイズをコンパクトにすることができるという効果を奏する。

図５は本発明の第３の実施形態における固定子コア１の製造過程を示す図である。固定子コア１は３個の積層ブロック２２から製作される。それぞれの積層ブロックは、ボルト孔１４があいている耳金１２を固定子コア１の周方向に１８０度ずらした位置に有する電磁鋼板２１を第１の実施形態と同様に打ち抜き、打ち抜いた５０〜６０枚の固定子形状の電磁鋼板２１を順次積層してカシメ部１３をプレス機でカシメ固定して製作する。複数個の積層ブロック２２が同様の方法で製作される。製作された積層ブロック２２は打ち抜きによる鋼板の返りなどが同一方向に偏って、全体が傾いた形状に積層されないように、転積していく。転積は、各ブロックが有するボルト固定部１９が、固定子コア１の周方向に等間隔になるように１２０度ずつまわして行われる。これによって、各ボルト固定部１９は６０度ずつの間隔を持って互いに重ならないように配置される。転積が終わったら、第１の実施形態と同様に固定子コアの外面を溶接１８によって固定する。

組みあがった固定子コア１のスロット１５にコイルを巻き、固定子２０の全体にワニスを含浸させて、固定子２０が完成する。完成した固定子２０は図６に示すようにケース２に挿入されて、固定ボルト５によって固定される。第３の実施形態では、各積層ブロック２２に全体積層厚さの１／３の厚さのボルト固定部１９を２個ずつ、合計６個有し、ケース２も各ボルト固定部１９の下部の位置に対応した位置に固定用台座３１が設けられており、固定子２０は６箇所でケース２にボルトにより固定されている。

本発明の第３の実施形態では、本発明の第１の実施形態と同様、各電磁鋼板はカシメ及び溶接によって積層固定されていることから、各積層ブロック２２の固定ボルト５が２本となっても十分な固定強度を有している。これにより、積層固定強度を低下させることなくボルト固定厚さを少なくできることから、熱衝撃によるボルトの軸力低下が少なく、振動、騒音を抑えることができるという効果を奏する。また、各積層ブロック２２のボルト固定部１９が固定子の周方向に１８０度ずつずらして設けられていることから、上記の製造工程で述べたように、１２０ずつ転積しても、各ボルト固定部１９が周方向に重なることが無く、６箇所のボルト固定部１９によって固定子２０をケース２に固定することができる。これによって、固定子２０とケース２の接触面積が増大することによる固定力の増大する。更に、固定子２０とケース２を固定子コア１の積層方向の中間部で固定することにより固定子２０とケース２全体の剛性が向上し、マスダンパ効果によって、騒音及び振動、騒音を低減することができるという効果を奏する。また、本発明の第３の実施形態は、同一形状の電磁鋼板を打ち抜きして、重ね合わせして製作することから、生産効率の向上を図ることができるという効果を奏する。

本発明は、固定子を有する回転電機であれば、電動機に限らず適用することができる。

本発明の第１の実施形態における固定子コアの製造過程を示す図である。本発明の第１の実施形態における回転電機の断面図である。本発明の第２の実施形態における固定子コアの斜視図である。本発明の第２の実施形態における回転電機の断面図である。本発明の第３の実施形態における固定子コアの製造過程を示す図である。本発明の第３の実施形態における回転電機の断面図である。従来技術による固定子コアの斜視図である。従来技術による電動機の断面図である。

符号の説明

１固定子コア、２ケース、３可動子、４コイルエンド、５固定ボルト、６固定子端部、１１、１１ａ、１１ｂ電磁鋼板、１２耳金、１３カシメ部、１４ボルト孔、１５スロット、１６第１の積層ブロック、１７第２の積層ブロック、１８溶接、１９ボルト固定部、２０固定子、２１電磁鋼板、２２積層ブロック、３０着座面、３１固定用台座。

Claims

固定子と前記固定子を支持する支持部とを有する回転電機において
前記固定子は、
鋼板を積層し、積層方向にカシメ及び積層方向に対し側面の表面を溶接して積層一体化され、
前記鋼板の一部に径方向に張り出した耳金が設けられ、
前記耳金を積層してボルト固定部が形成され、
ボルトによって支持部に締結固定されていること、
を特徴とする回転電機。
固定子は、
鋼板の一部に径方向に張り出した耳金を有する複数の鋼板をカシメて積層固定したボルト固定部を有する第１の積層ブロックと、
耳金を有しない複数の鋼板をカシメて積層固定した第２の積層ブロックとを有し、
前記第１の積層ブロックと第２の積層ブロックを転積し、
積層方向に対し側面の表面を溶接して積層一体化されたこと
を特徴とする請求項１に記載の回転電機。
固定子と前記固定子を支持する支持部とを有する回転電機において
前記固定子は、
固定子の周方向の１８０度ずれた位置に径方向に張り出した耳金を有する複数の鋼板をカシメて積層固定したボルト固定部を有する複数の積層ブロックを、
前記ボルト固定部が周方向に等間隔になるように転積され、
積層方向に対し側面の表面を溶接して積層一体化され、
ボルトによって支持部に締結固定されていること、
を特徴とする回転電機。