JP2008199785A - ステータコアおよび回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】各分割ステータコアの位置関係について、各分割ステータコア同士の相互影響が抑制され、モータ特性の精度を確保しやすいステータコアおよび回転電機を提供する．
【解決手段】ステータコアは、環状の固定部材１１と、固定部材１１の内周面に環状に配置された複数の分割ステータコア１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃと、固定部材１１の内周面に複数設けられ、各分割ステータコア１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃを係止可能な第１係止部１１ａ，１１ａ２，１１ａ３と、各分割ステータコア１１に形成され、第１係止部１１ａ，１１ａ２，１１ａ３と係合可能な第２係止部１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃとを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、ステータコアおよび回転電機に関し、特に、複数の分割ステータコアを備えたステータコアおよび回転電機に関する。

従来から各種ステータコアを備えた回転電機が提案されている。たとえば、特開平５−９５６４５号公報に記載された回転電機は、複数の脚部が放射状に延びる巻枠と、この巻枠の外周に設けられた環状の外枠とを備えている。

しかし、このようなステータコアにおいては、各脚部が近接し合っており、各脚部にコイルを巻回する作業が非常に手間のかかる作業となっていた。

そこで、従来からコイルを巻回する作業の手間の軽減が図られたステータコアおよび回転電機が提案されている。

たとえば、特開平１０−４２５２７号公報に記載された回転電機およびステータコアは、円筒状ハウジングと、この円筒状ハウジングの内周面に沿って複数配列された分割ステータコアとを備えている。このステータコアにおいては、分割ステータコアごとにコイルを巻回することができ、容易にコイルを巻回することができる。

また、特開平２００４−３２８９６５号公報に記載された回転電機も、ハウジング内に環状に複数配列されたＴ字型の分割ステータコアを備えており、各分割ステータコアごとにコイルを巻回することができ、容易にコイルを巻回することができる。
特開平５−９５６４５号公報 特開平１０−４２５２７号公報 特開平２００４−３２８９６５号公報

しかし、上記特開平１０−４２５２７号公報および特開２００４−３２８９６５号公報に記載された回転電機およびステータコアは、ハウジングが焼き嵌めされることで、各分割ステータコアが互いに周方向に押圧しあって固定されている。

このため、一部の分割ステータコアの位置が所定の位置からずれると、他の全ての分割ステータコアもその影響を受けて、所定の位置からずれることになる。

特に、製造過程や使用過程において、１つの分割ステータコアが位置ずれすることにより、隣接する分割ステータコアが位置ずれし、結果として、大きく位置ずれする分割ステータコアが生じる場合があり、大きくモータ特性が劣化する場合がある。

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、各分割ステータコアの位置関係について、各分割ステータコア同士の相互影響が抑制され、モータ特性の精度を確保しやすい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、環状の固定部材と、固定部材の内周面に環状に配置された複数の分割ステータコアと、固定部材の内周面に複数設けられ、各分割ステータコアを係止可能な第１係止部と、各分割ステータコアに形成され、第１係止部と係合可能な第２係止部とを備える。

好ましくは、各分割ステータコアは、固定部材の周方向に互いに離れて設けられ、分割ステータコア間にエアギャップが設けられる。

好ましくは、上記第１係止部は、固定部材の内表面から径方向内方に向けて突出する突出部とされ、分割ステータコアは、固定部材の周方向に沿って延びる本体部と、本体部から固定部材の径方向外方に向けて突出する第２係止部としての凸部とを含みむ。そして、上記凸部は、固定部材の周方向に隣り合う突出部間に嵌め込まれる。好ましくは、上記突出部は、径方向内方に向けて先細状とされる。本発明に係る回転電機は、上記ステータコアを備える。

本発明に係るステータコアおよび回転電機によれば、各分割ステータコアの位置関係について、各分割ステータコア同士の相互影響を小さくすることで、任意の分割ステータコアが位置ずれしたとしても、他の分割ステータコアが位置ずれした分割ステータコアから受ける影響を小さく抑えることができ、モータ特性の精度の確保を図ることができる。

図１から図７を用いて、本実施の形態に係るステータコアおよび回転電機について説明する。

図１は、ハイブリッド自動車に搭載されるモータを模式的に表わした断面図である。図中のモータを搭載するハイブリッド自動車は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関と、充放電可能な２次電池（バッテリ）とを動力源とする。

図１を参照して、モータ（回転電機）１００は、ロータ（回転子）１０と、ロータ１０の外周上に配設されたステータ１２とを備える。ロータ１０は、中心軸Ｏを中心に回転する回転シャフト１２３を備えている。

ロータ１０は、ロータコア１１０と、ロータコア１１０の表面に設けられた永久磁石１１１とを含む。なお、この図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。ロータコア１１０は、中心軸Ｏに沿って円筒状に延びる形状を有する。ロータコア１１０は、中心軸Ｏの軸方向に積層された複数の電磁鋼板１２１を含む。

ステータ１２は、環状のステータコア１２Ａと、このステータコア１２Ａに設けられたコイル７０とを備えている。

ステータコア１２Ａは、固定部材１１と、この固定部材１１の内周面に環状に配列された複数の分割ステータコア１３とを備えている。そして、各分割ステータコア１３は、固定部材１１の径方向に向けて突出するステータティース１４を備えており、このステータティース１４には、コイル７０が巻回されている。

コイル７０は、３相ケーブル６０によって制御装置９５に電気的に接続されている。３相ケーブル６０は、Ｕ相ケーブル６１、Ｖ相ケーブル６２およびＷ相ケーブル６３からなる。コイル７０は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルからなり、これらの３つのコイルの端子に、それぞれ、Ｕ相ケーブル６１、Ｖ相ケーブル６２およびＷ相ケーブル６３が接続されている。

制御装置９５には、ハイブリッド自動車に搭載されたＥＣＵ（Electrical Control Unit）８０から、モータ１００が出力すべきトルク指令値が送られる。制御装置９５は、そのトルク指令値によって指定されたトルクを出力するためのモータ制御電流を生成し、そのモータ制御電流を、３相ケーブル６０を介してコイル７０に供給する。

図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。この図２に示されるように、各分割ステータコア１３は、それぞれ固定部材１１に固定されているので、たとえば、製造過程や使用過程において、所定の位置からずれた分割ステータコア１３が生じたとしても、他の分割ステータコア１３までも位置ずれすることが抑制される。このため、たとえ、位置ずれした分割ステータコア１３が生じたとしても、他の分割ステータコア１３の位置を正確な位置に維持させることができるので、モータ１００の特性が大きく劣化することを抑制することができる。

各分割ステータコア１３は、固定部材１１の周方向に間隔を隔てて設けられており、各分割ステータコア１３間には、エアギャップＧＰが形成されている。

このため、位置ずれした分割ステータコア１３と、この位置ずれした分割ステータコア１３に隣り合う分割ステータコア１３とが接触することが抑制されている。

図３は、図２の一部を拡大した断面図である。この図３に示す例においては、分割ステータコア１３Ｂに対して、固定部材１１の周方向に隣り合う位置に分割ステータコア１３Ａが設けられている。そして、分割ステータコア１３Ｂに対して、分割ステータコア１３Ａと反対側には、分割ステータコア１３Ｃが位置している。

分割ステータコア１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃは、固定部材１１の周方向に延びる本体部１６Ａ，１６Ｂ、１６Ｃと、この本体部１６Ａ，１６Ｂ、１６Ｃの径方向内方側の周面から径方向内方に向けて突出するステータティース１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃと、本体部１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃの径方向外方側の周面から径方向外方に向けて突出する凸部１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃとを備えている。各ステータティース１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃには、それぞれコイル７０が装着されている。

固定部材１１の内周面には、固定部材１１の径方向内方に向けて突出する突出部１１ａ（１１ａ１〜１１ａ１２）が周方向に間隔を隔てて形成されており、これにより、固定部材１１の内周面には、２つの隣り合う突出部１１ａ（１１ａ１〜１１ａ１２）によって規定された複数の凹部５０（５０Ａ〜５０Ｌ）が周方向に間隔を隔てて設けられている。

そして、各分割ステータコア１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃの凸部１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃは、ぞれぞれ、固定部材１１の凹部５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ内に嵌め込まれている。

そして、凸部１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃの表面のうち、一方の側面２６ａ，２６ｂ，２６ｃは、突出部１１ａ１２，１１ａ１，１１ａ２の側面１１ｄ１２，１１ｄ１，１１ｄ２によって支持されており、他方の側面２８ａ，２８ｂ，２８ｃは、突出部１１ａ１，１１ａ２，１１ａ３の側面１１ｃ１，１１ｃ２，１１ｃ３によって支持されている。

さらに、各凸部１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃの表面のうち、径方向外方に位置する周面２４ａ，２４ｂ，２４ｃは、各凹部５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃの底面によって支持されている。このように、各凸部１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃは、上記３箇所によって支持されており、その位置が固定されている。

分割ステータコア１３Ｂの本体部１６Ｂの一方の側面２５ｂと、この側面２５ｂ側に位置する分割ステータコア１３Ａの本体部１６Ａの側面２７ａとは離間しており、エアギャップＧＰ１が形成されている。

また、同様に分割ステータコア１３Ｂの本体部１６Ｂの他方の側面２７ｂと、この側面２７ｂ側に位置する分割ステータコア１３Ｃの本体部１６Ｃの側面２５ｃとは、離間しており、エアギャップＧＰ２が形成されている。

すなわち、分割ステータコア１３Ｂのうち、本体部１６Ｂの両側面２５ｂ、２７ｂは、隣り合う分割ステータコア１３Ａ，１３Ｃと接触しておらず、外部から応力がかかっていない。

このように、分割ステータコア１３Ｂのうち、本体部１６Ｂより径方向外方側に位置する凸部１５Ｂには、外部からの圧縮力がかかっている一方で、本体部１６Ｂには、直接外部からの応力がかかっていない。

このため、分割ステータコア１３Ｂにおいて、たとえば、ステータティース１４Ｂの端面から入り込んだ磁束は、良好に分割ステータティース１３Ｂの本体部１６Ｂ内を流通することができる。

ここで、外部から圧縮力がかかっている凸部１５Ｂは、本体部１６Ｂに対して径方向外方側に位置しており、磁束は殆ど凸部１５Ｂ内を流通しないようになっている。このため、外部からの圧力によって生じる転位などが凸部１５Ｂ内に生じていたとしても、分割ステータコア１３Ｂ内を流れる磁束の流通を殆ど阻害しないものとなっており、鉄損の低減が図られている。

そして、各分割ステータコア１３Ａ、１３Ｂ，１３Ｃの本体部１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃは、各凸部１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃより固定部材１１の周方向に張り出している。

このため、各本体部１６Ａ，１６Ｂ、１６Ｃ同士は、固定部材１１の周方向に近接しており、固定部材１１の周方向に隣り合う本体部１６Ａ，１６Ｂ、１６Ｃ間を磁束が通る際に、磁気抵抗が大きくなることを抑制することができる。なお、各本体部１６Ａ，１６Ｂ、１６Ｃは、各突出部１１ａ１、１１ａ２、１１ａ３、１１ａ１２の上面の一部を覆うように配置されている。

このように構成されたモータ１００のステータ１２の製造方法について、図４から図６を用いて説明する。

図４は、ステータ１２の製造工程の第１工程を示す断面図である。この図４に示すように、各分割ステータコア１３Ａ〜１３Ｌのステータティース１４に、それぞれ、コイル７０を装着（巻回）する。そして、円柱状の金型９０の周面９０ａに沿って複数の分割ステータコア１３Ａ〜１３Ｌを環状に配置する。この際、各分割ステータコア１３Ａ〜１３Ｌのステータティース１４の端面は、金型９０の周面９０ａに接触している。ここで、各分割ステータコア１３Ａ〜１３Ｌの凸部１５Ａ〜１５Ｌによって、凹部３０が複数間隔を隔てて規定されている。

図５は、図４に示された製造工程後の工程を示す断面図である。この図５に示すように、環状に配列された複数の分割ステータコア１３Ａ〜１３Ｌの外周面側に環状の固定部材１１を配置して、焼き嵌めする。

この際、固定部材１１の内周面に複数形成された突出部１１ａが、各凹部３０の径方向外方側に位置するように、固定部材１１は配置されている。

図６は、図５の一部を拡大した断面図である。この図６に示すように、突出部１１ａ１、１１ａ２は、固定部材１１の径方向内方に向けて先細状に形成されている。

そして、突出部１１ａ１は、凸部１５Ａと凸部１５Ｂとによって規定された凹部３０Ａに対して径方向外方側に位置しており、突出部１１ａ２は、凸部１５Ｂと凸部１５Ｃとによって規定された凹部３０Ｂに対して径方向外方側に位置している。なお、凹部３０Ａ，３０Ｂの内周面も径方向内方に向けて細くなるように形成されている。

ここで、固定部材１１が冷却されるにしたがって、固定部材１１は縮径するように変形する。このため、突出部１１ａ１、１１ａ２は、凹部３０Ａ、３０Ｂ内に入り込みはじめる。これにより、凸部１５Ｂの側面２６ｂと、突出部１１ａ１の側面１１ｄ１とが接触し、さらに、凸部１５Ｂの側面２８ｂと、突出部１１ａ２の側面１１ｃ２とが接触し始める。

この際、固定部材１１が縮径するように変形するために、側面２６ｂと側面１１ｄ１とが密着し始めると共に、側面２８ｂと側面１１ｃ２とが密着し始め、凸部１５Ｂが突出部１１ａ１と突出部１１ａ２によって押圧され始める。また、同様に、凸部１５Ｃにおいても、突出部１１ａ２と突出部１１ａ３によって押圧され始める。そして、各突出部１１ａが各凹部３０内に入り込むことで、各分割ステータコア１３間に隙間が生じて、互いに離れる。

さらに、突出部１１ａ１が凹部３０Ａ内に入り込むことで、各突出部１１ａ１、１１ａ２によって規定された凹部５０Ａの底面と、凸部１５Ｂの周面２４ｂとが接触することで、固定部材１１の装着が完了し、ステータコア１２Ａが構成される。

なお、上記のように、各分割ステータコア１３を焼き嵌めにより、固定部材１１に固定する場合に限られず、圧入によって各分割ステータコア１３を固定部材１１にそれぞれ独立に固定してもよい。

図７は、本実施の形態に係る回転電機１００の変形例を示す断面図である。この図７に示されるように、各分割ステータコア１３の表面のうち、径方向外方側に位置する周面には、径方向内方に向けて凹む凹部（第２係合部）８３がそれぞれ形成されている。

そして、固定部材１１の内表面には、複数の係止部８０が形成されている。この係止部（第１係止部）８０は、互いに固定部材１１の周方向に離れるように付勢され、凹部８３を規定する分割ステータコア１３の内表面を押圧する押圧部材８１、８２を備えている。

このように、押圧部材８１、８２が凹部８３の内表面を固定部材１１の周方向に向けて押圧することで、各分割ステータコア１３が固定部材１１に固定される。

なお、各分割ステータコア１３を固定部材１１に装着する際には、各分割ステータコア１３を、径方向内方側から各係止部８０に向けて押圧する。これにより、各係止部８０が凹部８３内に入り込む。そして、凹部８３の内表面が係止部８０によって押圧され、分割ステータコア１３が固定される。なお、本実施の形態においては、圧入、焼き嵌めによって各分割ステータコア１３を固定しているが、これらの手法に限られない。

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、ステータコアおよび回転電機に適用でき、特に、複数の分割ステータコアを備えたステータコアおよび回転電機に好適である。

ハイブリッド自動車に搭載されるモータを模式的に表わした断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。 図２の一部を拡大した断面図である。 ステータの製造工程の第１工程を示す断面図である。 図４に示された製造工程後の工程を示す断面図である。 図５の一部を拡大した断面図である。 本実施の形態に係る回転電機の変形例を示す断面図である。

符号の説明

１１ａ 突出部、１２ ステータ、１３ 分割ステータコア、１４ ステータティース、１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ 凸部、１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ 本体部、３０Ａ，３０Ｂ 凹部、８０ 各係止部、８１ 押圧部材、ＧＰ エアギャップ。

Claims (5)

1. 環状の固定部材と、
   前記固定部材の内周面に環状に配置された複数の分割ステータコアと、
   前記固定部材の内周面に複数設けられ、前記各分割ステータコアを係止可能な第１係止部と、
   前記各分割ステータコアに形成され、前記第１係止部と係合可能な第２係止部と、
   を備えたステータコア。
2. 各前記分割ステータコアは、前記固定部材の周方向に互いに離れて設けられ、前記分割ステータコア間にエアギャップが設けられた、請求項１に記載のステータコア。
3. 前記第１係止部は、前記固定部材の内表面から径方向内方に向けて突出する突出部とされ、
   前記分割ステータコアは、前記固定部材の周方向に沿って延びる本体部と、前記本体部から前記固定部材の径方向外方に向けて突出する前記第２係止部としての凸部とを含み、
   前記凸部は、前記固定部材の周方向に隣り合う前記突出部間に嵌め込まれた、請求項１または請求項２に記載のステータコア。
4. 前記突出部は、径方向内方に向けて先細状とされた、請求項１から請求項３のいずれかに記載のステータコア。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載のステータコアを備えた回転電機。

Images