JP2008306796A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】積層締結するためのかしめ部材によるステータコアへの磁気的影響を確実に低減可能な回転電機を提供する。
【解決手段】ステータコア５２は、環状のヨーク部６０と、鋼板をロータ４０の回転軸方向に積層した構造を有し、かつ、ヨーク部６０の内周面に周方向に配列された複数のティース部７０とを含む。ティース部７０の周方向端部の少なくとも一方には、鋼板を締結するためのかしめ部材１２が配置される。かしめ部材１２によってティース部７０における積層鋼板の締結力が強められるため、ステータコア５２に形成される磁力線ｍｔを妨げることなく、鋼板間に生じた磁気反発力によってティース部７０が積層方向に膨らむのを抑制できる。その結果、トルク発生に有効な磁束の減少が抑えられるため、回転電機の出力トルクの低下を防ぐことができる。また、鋼板の振動による回転電機の騒音を抑制することができる。
【選択図】図４

Description

この発明は、回転電機に関し、特に、鋼板を積層締結して形成された固定子を有する回転電機に関する。

固定子（以下、ステータとも称する）と回転子（以下、ロータとも称する）とからなる回転電機において、ステータは、複数のスロットが形成されたステータコアと、スロット間に設けられるティースに巻回されたコイルとから構成される。また、ロータは、ロータコアと、磁力を帯びた磁石と、回転軸となるシャフトとから構成される。

かかる構成において、コイルに電力が供給されることにより、磁界が発生する。発生した磁界に基づいて、ロータとステータとの間に磁束の流れが形成されることによって、ロータは回転力を得る。

このような回転電機のステータコアにおいては、電磁鋼板をプレスにより環状に打ち抜いてヨーク部とティース部とが一体となったコアシートを作成し、このコアシートを軸方向に積層して筒状のステータコアを形成する方法が従来から主流となっている。

たとえば特開２０００−１７５３８５号公報（特許文献１）は、珪素鋼板を積層締結してステータコアを形成した集中巻方式のブラスレスＤＣモータを開示する。特許文献１によれば、ステータコアに形成される磁束の通路に可能な限り影響を与えないように、積層された珪素鋼板は、ステータコアの歯部（ティース部）の幅寸法の外径方向の延長上の範囲に配置されたかしめ部によって締結される。

また、特開２００３−２３５１８７号公報（特許文献２）には、各バックヨークが屈曲可能な連結部を介して連結された複数のティースで形成される鉄心部材を、積層して抜きかしめにより固着一体化し、上記連結部を屈曲させることにより環状に成形して構成される積層鉄心が開示される。特許文献２によれば、鉄心部材の両端および中央部に配置されるティースには、抜きかしめのための凹部および凸部が形成される。この凹部および凸部は、該ティースのバックヨークおよび先端の中央部分に位置する。そして、積層時に積層方向に相隣なる凹、凸部同士を嵌合することにより抜きかしめて一体化される。
２０００−１７５３８５号公報 ２００３−２３５１８７号公報

上記特許文献１および２に記載されるステータコアにおいては、いずれも、ティースにおける磁束の流れを妨げる度合いを低減して磁気的影響を緩和するように、かしめ部を配置する位置が決められている。

しかしながら、特許文献１では、ヨーク部にかしめ部が配置されているため、ティース部の締結力が弱いという問題がある。そのため、ティース部の内部を磁束が流れると、ティース部の先端部分では、電磁鋼板が同一の磁極に磁化されることによって隣接する電磁鋼板間に磁気反発力が発生し、電磁鋼板が積層方向に膨らんでしまうことになる。

この結果、ティース部の先端部分から流れ出た磁束の一部が所定の磁路を外れて漏れ、漏れ磁束が発生するため、トルクの発生に有効な磁束が減少し、回転電機の出力トルクを低下させることになる。

さらには、電磁鋼板間に発生した磁気反発力が加振力となって電磁鋼板を振動させるため、回転電機の騒音が問題となる。

その一方で、特許文献２では、凹部および凸部がバックヨークのみならずティースにも配置されるため、ティースの締結力が強められるものの、その配置位置がティースの先端の中央部分であるために、ティースにおける磁束の流れが妨げられるという問題がある。

それゆえ、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、積層締結するためのかしめ部材によるステータコアへの磁気的影響を確実に低減可能な回転電機を提供することである。

この発明によれば、回転電機は、ステータコアと、ステータコアに対して回転自在に設けられたロータとを備える。ステータコアは、環状のヨーク部と、鋼板をロータの回転軸方向に積層した構造を有し、かつ、ヨーク部の内周面に周方向に配列された複数のティース部と、ティース部の周方向端部に配され、鋼板を締結するためのかしめ部材とを含む。

上記の回転電機によれば、ティース部の周方向端部に配されたかしめ部材によってティース部における積層鋼板の締結力が強められるため、ステータコアに形成される磁束の流路を妨げることなく、鋼板間の磁気反発力によってティース部が積層方向に膨らむのを抑制することができる。その結果、トルク発生に有効な磁束の減少が抑えられるため、回転電機の出力トルクの低下を防ぐことができる。また、鋼板の振動による回転電機の騒音を抑制することができる。

好ましくは、かしめ部材は、ティース部の周方向に沿った一方端部と他方端部とにそれぞれ配される。

上記の回転電機によれば、周方向の両端部に配されたかしめ部材によってティース部における積層鋼板の締結力が鋼板面内で均等となるため、ティース部が回転軸方向に膨らむのをより確実に抑制することができる。その結果、回転電機の出力トルクの低下および騒音の発生をより効果的に防ぐことができる。

好ましくは、ティース部は、ヨーク部からヨーク部の半径方向に突出する本体部と、本体部の先端に形成された鍔部とを含む。かしめ部材は、鍔部の周方向端部に配される。

上記の回転電機によれば、隣接するティース部の鍔部間の磁気抵抗が高くなるため、該鍔部への磁束回り込みを回避できる。その結果、トルク発生に有効な磁束の減少をより一層抑制でき、回転電機の出力トルクの低下をより確実に防ぐことができる。

この発明によれば、積層締結するためのかしめ部材がステータコアを流れる磁束に与える影響が低減されるため、回転電機の出力トルクの低下を防止することができる。また、鋼板の振動による回転電機の騒音を抑制することができる。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による回転電機を回転軸方向から見たときのロータおよびステータの平面図である。

図１を参照して、回転電機は、ロータ４０と、ステータ５０と、図示しないシャフトとを備える。

ロータ４０は、ステータ５０の内周側に配置され、略円筒状のロータコア４１と、回転軸方向（紙面垂直方向に相当）からロータコア４１に埋め込まれた永久磁石４２とを含む。

永久磁石４２は、周方向ＤＲ２に沿って複数個配置される。複数の永久磁石４２は、ロータ４０の径方向に着磁され、かつ、磁石の極性が隣接する磁石間で反転するように周方向ＤＲ２に配置される。

ステータ５０は、ステータコア５２と、ステータコア５２に巻回されたコイル（図示せず）とを含む。

ステータコア５２は、中空円筒形状からなり、環状のヨーク部６０と、ヨーク部６０の内周面に周方向ＤＲ２に配列された複数個のティース部７０とを有する。

複数個のティース部７０の各々は、本体部７２と、本体部７２の先端に形成された鍔部７４とを有している。本体部７２は、ヨーク部６０から径方向に帯状に延在している。鍔部７４は、本体部７２よりも内周側に形成されている。鍔部７４は、たとえば弧の平面形状を有しており、本体部７２と比べて、周方向に沿った長さが長くなって形成されている。

なお、ヨーク部６０と、互いに隣り合う２つのティース部７０とに囲まれた空間には、スロット部７６が規定されている。スロット部７６は、ロータコア４１に向かい合う内周側で開口している。コイルは、本体部７２に巻き付けられており、ヨーク部６０と鍔部７４とに挟まれるように配置されている。これにより、コイルはティース部７０に対する位置が固定されている。コイルの一部は、スロット部７６の空間を占めている。

以上の構成からなる回転電機において、ステータコア５２は、複数の電磁鋼板を回転軸方向に積層した構造からなる。電磁鋼板を積層締結するための構造としては、図２に示すように、電磁鋼板にかしめ部材１０を設けておき、積層時に隣接する電磁鋼板間でかしめ部材１０を嵌合させるのが一般的である。

図２は、従来のステータコアの積層締結構造を説明するための図である。
図２を参照して、ロータ４０には、鍔部７４と対向するように永久磁石４２が配置されている。ステータ５０のコイルに交流電流を流すと、ステータ５０が生成した回転磁界により回転電機の内部に磁束が流れ、所定の環状経路をたどる磁力線ｍｔが形成される。

具体的には、磁束は、ヨーク部６０から所定のティース部７０へ流れ、ティース部７０の鍔部７４から出て隣接するティース部７０の鍔部７４へ入り、隣接するティース部７０の本体部７２を流れて再びヨーク部６０へ戻る。そして、永久磁石４２と磁力線ｍｔとの間の磁気吸引力および磁気反発力によってトルクが発生することにより、ロータ４０が回転する。したがって、ステータコア５２の内部において磁力線ｍｔが阻止されれば、磁束が減少し、回転電機の出力トルクを低下させることになる。

そのため、従来では、かしめ部材１０の位置として、磁束の流れを妨げないように、ヨーク部６０の所定の位置を選ぶことによって磁気的影響の緩和を図っている。

しかしながら、図２に示したような締結構造では、かしめ部材１０が配置されているヨーク部６０と比較して、ティース部７０における電磁鋼板の締結力が弱くなる。そのため、以下に述べるように、ティース部７０を磁束が流れたときに隣接する電磁鋼板間に発生する磁気反発力によって、ティース部７０が積層方向に膨らんでしまうという問題がある。

図３は、図２に示すＸ方向から見たティース部７０を説明するための図である。
図３を参照して、ティース部７０は、電磁鋼板５２０を回転軸方向に積層して形成され、かつ、該ティース部７０を跨ぐようにコイル（図示せず）が巻回されている。コイルを通電することによって、ティース部７０では径方向に貫くように磁束が流れる。これにより、ティース部７０の鍔部７４は、コイルの通電方向に応じてＮ極およびＳ極のいずれかに磁化される。

このとき、ティース部７０の鍔部７４では、積層された電磁鋼板が全て同じ極に磁化されているため、隣接する電磁鋼板間には磁気反発力が発生する。これにより、隣接する電磁鋼板間には間隙が生じるため、ティース部７０全体としては、積層方向となる回転軸方向に膨らんだ形状となる。そして、ティース部７０が回転軸方向に膨らむと、ティース部７０の鍔部７４から流れ出た磁束の一部が所定の環状経路を外れて漏れ、漏れ磁束が発生することになる。その結果、トルクの発生に有効な磁束が減少し、回転電機の出力トルクが低下する。

また、発生した磁気反発力が回転軸方向の加振力となって電磁鋼板を振動させることによって、回転電機から騒音が発生するという問題も生じる。

そこで、本実施の形態による回転電機では、ティース部７０が回転軸方向に膨らむのを抑制するために、ティース部７０の周方向に沿った端部にかしめ部材を配置する構成とする。

図４は、この発明の実施の形態１に従うステータコアの積層締結構造を説明するための図である。図５は、図４に示すＸ方向から見たティース部７０を説明するための図である。

図４を参照して、かしめ部材１２は、ティース部７０の周方向端部に配置される。具体的には、かしめ部材１２は、ティース部７０の周方向に沿った端部であって、かつ、電磁鋼板間に発生する磁気反発力を相殺するのに十分な締結力が発生するような位置に設けられる。したがって、本実施の形態に従うかしめ部材１２の配置位置には、図４に示されるような本体部７２の周方向端部に限定されず、鍔部７４の周方向端部も含まれている。

このようにかしめ部材１２をティース部７０の周方向端部に配置することにより、所定の環状経路をたどる磁力線ｍｔを妨げることなく、ティース部７０の締結力を強めることができる。その結果、図５に示されるように、コイルを通電したときにティース部７０が回転軸方向に膨らむのが抑制されるために、有効な磁束の減少による回転電機の出力トルクの低下を防止することができる。

また、ティース部７０においては電磁鋼板が振動するのが抑えられるため、回転電機の騒音を抑制することができる。

なお、ティース部７０の周方向端部の一方のみにかしめ部材１２を配置することによっても、従来の積層締結構造と比較して、ティース部７０の締結力を強めることが可能であるが、図４で示したように、周方向に沿った両端部にかしめ部材１２を配置する構成とすれば、締結力が電磁鋼板の面内方向に均等に与えられるため、ティース部７０が回転軸方向に膨らむのをより確実に抑制することができる。

［実施の形態２］
図６は、この発明の実施の形態２に従うステータコアの積層締結構造を説明するための図である。

図６を参照して、本実施の形態２において、かしめ部材１４は、ティース部７０の周方向端部のうち、ティース部７０の鍔部７４における周方向に延びた部分の周方向端部の領域８０に配置される。

このように鍔部７４の周方向端部の領域８０にかしめ部材１４を配置することによって、先の実施の形態１と同様に、所定の環状経路をたどる磁力線ｍｔを妨げることなく、ティース部７０の締結力を強めることができる。これにより、回転電機の出力トルクの低下および騒音の発生を抑制することができる。

さらに、本実施の形態によれば、ティース部７０の鍔部７４から流れ出た磁束の一部が、所定の環状経路を外れて隣接するティース部７０の鍔部７４に回り込むのを回避することが可能となる。

詳細には、図７を参照して、従来のステータコアの積層締結構造においては、隣り合うティース部７０の鍔部７４同士が近接しているために、両者間の磁気抵抗が小さくなり、図中の矢印で示すように、一方のティース部７０を流れる磁束の一部が直接的に他方のティース部７０の鍔部７４に入る、いわゆる磁束回り込みが生じる。そのため、トルクの発生に有効な磁束が減少し、回転電機の出力トルクが低下することになる。

これに対して、本実施の形態２に従うステータコアの締結構造では、図６に示したように、かしめ部材１４を鍔部７４の周方向端部の領域８０に配置することによって、該領域８０の組成が変化して磁気抵抗が高くなるため、磁束が流れ難くなる。よって、隣接するティース部７０の鍔部７４にかけて磁束が回り込むのを回避することができる。その結果、回転電機の出力トルクの低下をより確実に防止することが可能となる。

図８は、本実施の形態２におけるステータコアの効果を説明するための図である。
図８を参照して、従来の積層締結構造を採用したステータコアを有する回転電機と、本実施の形態２による積層締結構造を採用したステータコアを有する回転電機とを、同一の駆動条件にて駆動させた場合には、本実施の形態において、出力トルクに数パーセント（たとえば２％）の改善が得られているのが分かる。これは、上述したように、ティース部７０の締結力が高められたこと、かつ、鍔部７４間の磁束回り込みが回避されたことによって、トルク発生に有効な磁束が増加したことに起因している。したがって、本実施の形態に従う回転電機を駆動力発生用のモータとして車両に搭載することにより、モータの駆動効率が高められるため、車両の燃費向上を図ることができる。

なお、上述した実施の形態１および２はいずれも、電磁鋼板を積層して形成されたティース部の締結構造に関するものであって、ヨーク部の締結構造については何らの限定を与えるものではない。

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。本発明の範囲は上記した説明ではなく、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。

この発明は、回転電機および回転電機を動力源として搭載する車両に適用することができる。

この発明の実施の形態１による回転電機を回転軸方向から見たときのロータおよびステータの平面図である。 従来のステータコアの積層締結構造を説明するための図である。 図２に示すＸ方向から見たティース部を説明するための図である。 この発明の実施の形態１に従うステータコアの積層締結構造を説明するための図である。 図４に示すＸ方向から見たティース部を説明するための図である。 この発明の実施の形態２に従うステータコアの積層締結構造を説明するための図である。 従来のステータコアの積層締結構造を説明するための図である。 この発明の実施の形態２におけるステータコアの効果を説明するための図である。

符号の説明

１０，１２，１４ かしめ部材、４０ ロータ、４１ ロータコア、４２ 永久磁石、５０ ステータ、５２ ステータコア、６０ ヨーク部、７０ ティース部、７２ 本体部、７４ 鍔部、７６ スロット部、５２０ 電磁鋼板。

Claims (3)

1. ステータコアと、
   前記ステータコアに対して回転自在に設けられたロータとを備え、
   前記ステータコアは、
   環状のヨーク部と、
   鋼板を前記ロータの回転軸方向に積層した構造を有し、かつ、前記ヨーク部の内周面に周方向に配列された複数のティース部と、
   前記ティース部の周方向端部に配され、前記鋼板を締結するためのかしめ部材とを含む、回転電機。
2. 前記かしめ部材は、前記ティース部の周方向に沿った一方端部と他方端部とにそれぞれ配される、請求項１に記載の回転電機。
3. 前記ティース部は、
   前記ヨーク部から前記ヨーク部の半径方向に突出する本体部と、
   前記本体部の先端に形成された鍔部とを含み、
   前記かしめ部材は、前記鍔部の周方向端部に配される、請求項１または請求項２に記載の回転電機。

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