JP2009219192A - モータの電機子コア - Google Patents

Abstract

【課題】電磁コイルの収容スペースを圧迫することなく、ティースの付根部側の応力集中を防止できるモータの電機子コアを提供する。
【解決手段】電磁コイルが係合されるティース１６ｕ，１６ｖ，１６ｗとリターンパス部１５ｕ，１５ｖ，１５ｗを一体に形成する。ティース１６ｕ，１６ｖ，１６ｗとリターンパス部１５ｕ，１５ｖ，１５ｗの境界部のコーナーに、リターンパス部１５ｕ，１５ｖ，１５ｗの内周面に対して凹状に湾曲した凹状湾曲部３０を設ける。凹状湾曲部３０によって応力集中を緩和するとともに、ティース１６ｕ，１６ｖ，１６ｗでの電磁コイルの収容スペースの圧迫を無くす。
【選択図】図３

Description

この発明は、モータの電機子コアに関するものである。

モータの電機子コアとして、円環状のコア本体の内周に複数のティースが一体に形成され、各ティースに電磁コイルが巻回されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の電機子コアは、各ティースとコア本体の境界部のコーナーに、各ティースの側面からコア本体の内周面に向かって滑らかに連続するように湾曲部が設けられ、各境界部のコーナーの応力集中を防止するようになっている。
特開２００３−３２９２１号公報

しかし、この従来の電機子コアにおいては、境界部のコーナーの湾曲部がティースの側面に対して外側に膨出する凸状の湾曲部となっているため、この湾曲部がティースの周囲の電磁コイルの収容スペースを圧迫し、コア全体の大型化の原因になることが考えられる。

そこで、この発明は、電磁コイルの収容スペースを圧迫することなく、ティースの付根部側の応力集中を防止することのできるモータの電機子コアを提供しようとするものである。

上記の課題を解決する請求項１に記載の発明は、電磁コイル（例えば、後述の実施形態における環状コイル１３Ｕ，１３Ｗ）が係合される複数のティース（例えば、後述の実施形態におけるティース１６ｕ，１６ｖ，１６ｗ）と、ティース同士を接続するコア本体（例えば、後述の実施形態におけるリターンパス部１５ｕ，１５ｖ，１５ｗ）が一体に形成されたモータの電機子コア（例えば、後述の実施形態におけるステータ１）において、前記各ティースとコア本体の境界部のコーナーに、前記コア本体の前記ティース側の一般面（例えば、後述の実施形態における一般面ａ）に対して凹状に湾曲した凹状湾曲部（例えば、後述の実施形態における凹状湾曲部３０）を設けたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のモータの電機子コアにおいて、前記ティースとコア本体は圧粉磁性材によって形成されていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のモータの電機子コアにおいて、前記コア本体のうちの、前記凹状湾曲部が形成される面と逆側の面には、前記コア本体の凹状湾曲部のない領域と厚みが同じになるように膨出部（例えば、後述の実施形態における膨出部５０）を設けたことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、前記ティースとコア本体を有する３相のコア要素（例えば、後述の実施形態におけるステータリング１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗ）が積層され、このコア要素の積層方向と略直交する方向に、前記各コア要素のティースが所定の順序で配列されるとともに、積層方向両側のコア要素の各ティースが積層方向の各一端側にオフセットして配置され、前記各コア要素のティースに前記電磁コイルが蛇行して係合される請求項１〜３のいずれか１項に記載のモータの電機子コアであって、前記積層方向中央のコア要素（例えば、後述の実施形態におけるステータリング１０Ｖ）の前記境界部のコーナーには、当該コア要素のティースと前記電磁コイルの間隔が狭い略半分の領域に前記凹状湾曲部を設けるとともに、当該コア要素のティースと前記電磁コイルの間隔が広い残余の略半分の領域に前記一般面に対して凸状に湾曲した凸状湾曲部（例えば、後述の実施形態における凸状湾曲部３５）を設けたことを特徴とする。
これにより、積層方向中央のコア要素のティースは、一方の境界部当たり略半分の領域のみが凹状湾曲部となる。

請求項５に記載の発明は、前記凹状湾曲部を設ける略半分の領域は、前記電磁コイルの中央のコア要素のティースから隣接するコア要素のティースへの乗り移り部のうちの、中央のコア要素のティースに近接する部位が配置される領域であり、前記凸状湾曲部を設ける残余の略半分の領域は、前記電磁コイルの乗り移り部のうちの、隣接するコア要素のティースに近接する部位が配置される領域であることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項４または５に記載のモータの電機子コアにおいて、前記積層方向中央のコア要素を、積層方向にさらに２分割した分割コア要素（例えば、後述の実施形態における第１分割リング２５および第２分割リング２６）によって構成し、この各分割コア要素のティースの一方側の境界部のコーナーに前記凹状湾曲部を設けるとともに、他方側の境界部のコーナーに前記凸状湾曲部を設け、前記２つの分割コア要素を、前記凹状湾曲部と凸状湾曲部が積層方向で対になるように反転して積層したことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、各ティースとコア本体の境界部のコーナーに設けた凹状湾曲部によってティースの付根部側の応力集中を緩和することができるとともに、凹状湾曲部がコア本体のティース側の一般面よりも凹状に窪むことから、ティースにおける電磁コイルの収容スペースの圧迫も無くすことができる。したがって、これにより電機子コア全体の小型化も図ることができる。

請求項２に記載の発明によれば、ティースとコア本体が強度的に不利な圧粉磁性材から成るため、ティースの付根部の応力集中の低減効果が特に有効になる。また、凹状湾曲部も圧粉成形の際に比較的容易に形成することができる。

請求項３に記載の発明によれば、コア本体のうちの、凹状湾曲部が形成される面と逆側の面に、コア本体の凹状湾曲部のない領域と厚みが同じになるように膨出部を設けたため、コア本体の凹状湾曲部を設けた領域に凹状湾曲部のない領域とほぼ同断面積の磁路を確保することができ、その結果、モータ効率を高めることが可能になる。

請求項４に記載の発明によれば、積層方向中央のコア要素の一方の境界部当たり略半分の領域のみが凹状湾曲部となり、残余の略半分の領域は凸状湾曲部となるため、磁路断面積の減少部分をより少なくすることができる。

請求項５に記載の発明によれば、電磁コイルの乗り移りの関係で電磁コイルとティースの間隔が狭まる領域と広がる領域に、凹状湾曲部と凸状湾曲部がそれぞれ設けられるため、電磁コイルが密集し易い部位のみが凹状湾曲部となり、磁路断面積の減少部分をより少なくすることが可能になる。

請求項６に記載の発明によれば、同形状の２つの分割コア要素を反転させて積層することで積層方向中央のコア要素を構成することができるため、製造の容易化と生産効率の向上を図ることができる。

以下、この発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、この発明にかかる電機子コアをステータ１として用いたクローポール型モータ１００を示すものであり、図２は、同モータ１００のステータ１単体の斜視図、図３は、ステータ１を円周方向に沿って切ったときの断面図、図４は、ステータ１を内周面側から見た図である。
モータ１００は、例えば、ハイブリッド車両のエンジンとトランスミッションの間で両者に直結され、モータ動力を、トランスミッションを介して車輪に伝達するとともに、車輪やエンジンの動力を用いて発電を行うのに用いられる。ステータ１は、エンジンブロックに一体に結合されるアルミニウム製のモータハウジング（図示せず）の内部に取り付けられ、その内周側に同軸にロータ４０が回転可能に配置されている。ロータ４０側には円周方向に沿って複数の永久磁石４１が取り付けられ、ステータ１は、ロータ４０を回転させるための回転磁界を発生する。

ステータ１は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３相のステータリング１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗ（コア要素）と、これらに係合されるＵ相とＷ相の２相の環状コイル１３Ｕ，１３Ｗ（電磁コイル）と、を備えている。なお、図３においては、環状コイル１３Ｕ，１３Ｗが省略されている。各ステータリング１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗは、圧粉磁性材によって形成され、外周壁をなす円環状のリターンパス部１５ｕ，１５ｖ，１５ｗ（コア本体）と、リターンパス部１５ｕ，１５ｖ，１５ｗの内周から径方向内側に突出して環状コイル１３Ｕ，１３Ｗが係合される複数のティース１６ｕ，１６ｖ，１６ｗと、を備えている。ステータリング１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗは、リターンパス部１５ｕ，１５ｖ，１５ｗが軸方向に積層され、その状態で各ティース１６ｕ，１６ｖ，１６ｗが円周方向に沿って所定の順序で配列されるようになっている。また、各ティース１６ｕ，１６ｖ，１６ｗの径方向内側の端部には、ティース１６ｕ，１６ｖ，１６ｗの一般部断面よりも一回り大きく外側に張り出し、ロータ４０の外周面に対峙して磁束の入出が行われる磁極爪１７ｕ，１７ｖ，１７ｗが設けられている。

軸方向両側のステータリング１０Ｕ，１０Ｗは同構造とされ、両者が鏡面対象になるようにステータリング１０Ｖを間に挟んで組み付けられる。そして、ステータリング１０Ｕ，１０Ｗの各ティース１６ｕ，１６ｗは、リターンパス部１５ｕ，１５ｗとの連接領域から軸方向の一端側に山形状に膨出し、膨出部の先端側は、３相のステータリング１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗが組み立てられた状態において、他方のステータリング１０Ｗ，１０Ｕの内側領域の近傍まで達するようになっている。

また、軸方向中央のステータリング１０Ｖの各ティース１６ｖは、リターンパス部１５ｖとの連接領域から軸方向の両側に膨出し、膨出した各端部に周方向逆向きに屈曲する屈曲部１８が設けられている。より詳細には、各ティース１６ｖは、リターンパス部１５ｖを中心として軸方向両側に同量膨出する略矩形状の基本断面部１９と、この基本断面部１９の軸方向の両端から周方向逆向きに収斂しつつ僅かに突出する略三角形状の屈曲部１８と、を備え、全体として略Ｚ字状断面に形成されている。

環状コイル１３Ｕ，１３Ｗは平角線から成り、線材がそれぞれ所定数周回されて環状の帯として束ねられ、その後にプレス成形によって軸方向に蛇行した波形形状に造形されている。一方の環状コイル１３Ｕは、ステータリング１０Ｕのティース１６ｕの断面の膨出部形状に略沿う山形状の蛇行曲げ部２０ｕがティース１６ｕと同数形成され、他方の環状コイル１３Ｗは、同様にステータリング１０Ｗのティース１６ｗの断面の膨出部形状に略沿う山形状の蛇行曲げ部２０ｗがティース１６ｗと同数形成されている。

環状コイル１３Ｕ，１３Ｗは、ステータ１を組み立てる際に蛇行曲げ部２０ｕ，２０ｗを各ステータリング１０Ｕ，１０Ｗのティース１６ｕ，１６ｗに合致させるようにして、ステータリング１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗの内側に組み付けられる。こうしてステータリング１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗ内に組み付けられた環状コイル１３Ｕ，１３Ｗは蛇行曲げ部２０ｕ，２０ｗがステータリング１０Ｕ，１０Ｗの山形状の各ティース１６ｕ，１６ｗに沿って配置され、隣接する蛇行曲げ部２０ｕ，２０ｗの間には、軸方向中央のステータリング１０Ｖの略Ｚ状のティース１６ｖが配置される（図４参照）。これにより、環状コイル１３Ｕ，１３Ｗは、ティース１６ｖの周囲の相反領域にそれぞれ沿って配置される。
両環状コイル１３Ｕ，１３Ｗの蛇行曲げ部２０ｕ，２０ｗは、相手環状コイル１３Ｗ，１３Ｕに対向する側に膨出し、互いに電気角で２４０°の位相差を持つように配置される。そして、両環状コイル１３Ｕ，１３ＷはＶ字状に結線され、互いの位相差が１２０°を成す正弦波で通電されることにより、回転磁界を発生する。

ところで、軸方向中央のステータリング１０Ｖは軸方向の中央で２分割され、第１分割リング２５と第２分割リング２６（分割コア要素）によって構成されている。具体的には、各分割リング２５，２６は、リターンパス部１５ｖから各ティース１６ｖに亙る部位が軸方向で２分割され、各分割リング２５，２６のティース１６ｖには屈曲部１８がそれぞれ一つ設けられている。なお、各分割リング２５，２６はティース１６ｖの膨出方向が軸方向で逆向きになるように背中合わせに組み付けられるが、両者は同一のものが用いられる。

図５，図６は、軸方向両側のステータリング１０Ｕ，１０Ｗのリターンパス部１５ｕ，１５ｗと一つのティース１６ｕ，１６ｗの接続部分を示す斜視図と平面図である。
これらの図に示すように、ティース１６ｕ，１６ｗとリターンパス部１５ｕ，１５ｗの円周方向両側の境界部のコーナーには、リターンパス部１５ｕ，１５ｗの内周側の一般面ａに対して凹状に湾曲した凹状湾曲部３０が形成されている。この凹状湾曲部３０は、各ティース１６ｕ，１６ｗの付根部をリターパス部１５ｕ，１５ｗ側に延長させるように、各ティース１６ｕ，１６ｗの外面に滑らかに連なっているが、さらに、型成形時の型抜き性を考慮して、リターンパス部１５ｕ，１５ｗの端面３１（ティース１６ｕ，１６ｗの膨出方向の端面３１）に対してオーバーハング部を持たないように形成されている。
凹状湾曲部３０は、各ティース１６ｕ，１６ｗの付根部側の応力集中を防止するためのものであるが、各ティース１６ｕ，１６ｗの付根部を膨出させるものではないため、各ティース１６ｕ，１６ｗにおける環状コイル１３Ｕ，１３Ｗの収納スペースを圧迫しない。

図７，図８は、軸方向中央のステータリング１０Ｖのリターンパス部１５ｖと一つのティース１６ｖの接続部分を示す分解斜視図である。
これらの図に示すように、ティース１６ｖとリターンパス部１５ｖの円周方向の両側の各境界部のコーナーの略半分の領域には、リターンパス部１５ｖの内周側の一般面ａに対して凹状に湾曲した凹状湾曲部３０が形成され、各境界部のコーナーの残余の略半分の領域には、リターンパス部１５ｖの内周側の一般面ａに対して凸状に湾曲した凸状湾曲部３５が形成されている。
具体的には、第１，第２分割リング２５，２６の各ティース１６ｖの一方側の境界部には凹状湾曲部３０が形成され、各ティース１６ｖの他方側の境界部には凸状湾曲部３５が形成されている。そして、これらの分割リング２５，２６は、各ティース１６ｖの凹状湾曲部３０と凸状湾曲部３５が同境界部上で対を成すように反転して積層されている。

ステータリング１０Ｖに形成される凹状湾曲部３０と凸状湾曲部３５は、いずれも各ティース１６ｖの付根部側の応力集中を防止するためのものであるが、ティース１６ｖと電磁コイル１３Ｕ，１３Ｗの間隔が広くなるか狭くなるかに応じて作り分けられている。
図４には、凹状湾曲部３０と凸状湾曲部３５がそれぞれ記載され、凹状湾曲部３０にはクロスハッチングが入れられている。
同図に示すように、蛇行してステータリング１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗ内に組み付けられる環状コイル１３Ｕ，１３Ｗは、隣接するティース１６ｕ，１６ｖと、１６ｖ，１６ｗを乗り移る領域があり、例えば、環状コイル１３Ｕの図中左側のティース１６ｖから右側のティース１６ｕの山形状の膨出部に乗り移る領域では、上半分側で一方のティース１６ｖに近接するかたちで偏り、下半分側で他方のティース１６ｕに近接するかたちで偏る。このため、ティース１６ｖの上半分側で環状コイル１３Ｕが近接する領域には凹状湾曲部３０が形成されており、下半分側で環状コイル１３Ｕが近接しない領域には凸状湾曲部３５が形成されている。各ティース１６ｖの他の境界部においても凹状湾曲部３０と凸状湾曲部３５が同様にして割り振られている。
したがって、軸方向中央のステータリング１０Ｖの場合も、環状コイル１３Ｕ，１３Ｗが偏って配置される領域に環状湾曲部３０が設けられているため、応力集中を防止するための構造がティース１６ｖの収容スペースを圧迫することがない。

以上のように、このモータ１００のステータ１においては、各ステータリング１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗのティース１６ｕ，１６ｖ，１６ｗの付根部に凹状湾曲部３０が設けられているため、各ティース１６ｕ，１６ｖ，１６ｗの付根部側の応力集中を緩和することができ、しかも、凹状湾曲部３０が各リターンパス部１５ｕ，１５ｖ，１５ｗの内周面（一般面）に対して凹状に窪むことから、環状コイル１３Ｕ，１３Ｗの収容スペースを圧迫することもない。このため、ステータ１全体の小型化も図ることができる。

そして、このステータ１においては、各ステータリング１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗが強度的に不利な圧粉磁性材によって形成されるため、凹状湾曲部３０による各ティース１６ｕ，１６ｖ，１６ｗの付根部の応力緩和は特に有効になる。また、凹状湾曲部３０については、上記の実施形態のように型抜き方向にオーバーハングができないように成形型を工夫しさえすれば、圧粉成形の際に容易に形成することができる。したがって、製造工数の増加を来たすこともない。

また、軸方向中央のステータリング１０Ｖについては、各ティース１６ｖの片側の境界部につき環状コイル１３Ｕ，１３Ｖが近接する半分の領域を凹状湾曲部３０、環状コイル１３Ｕ，１３Ｖが近接しない残余の半分の領域を凸状湾曲部３５としているため、境界部での応力緩和を図りつつも、磁路面積が減少する領域を最低限に抑えることができる。したがって、このステータ１においては、ステータリング１０Ｖの応力集中の緩和とモータ効率の向上を両立させることができる。

さらに、この実施形態のステータ１においては、軸方向中央のステータリング１０Ｖを第１分割リング２５と第２分割リング２６によって構成するとともに、各分割リング２５，２６のティース１６ｖの両側の境界部に凹状湾曲部３０と凸状湾曲部３５を形成して、両分割リング２５，２６を上下反転させて積層して用いるようにしているため、第１分割リング２５と第２分割リング２６を同一部品にし、製造の容易化と生産効率の向上を図ることができる。

図９は、この発明の他の実施形態のステータリング１０Ｕ，１０てのリターンパス部１５ｕ，１５ｗと一つのティース１６ｕ，１６ｗの接続部分を示す平面図である。
この実施形態では、各ティース１６ｕ，１６ｗとリターンパス部１５ｕ，１５ｗの境界部のコーナーにリターンパス部１５ｕ，１５ｗの内周面（一般面）に対して窪んだ凹状湾曲部３０が形成されるとともに、リターンパス部１５ｕ，１５ｗの外周面のうちの、ティース１６ｕ，１６ｗの両側の凹状湾曲部３０を結ぶ範囲に対応する領域に径方向外側に膨出する膨出部５０が形成されている。この膨出部５０は、リターンパス部１５ｕ，１５ｗ上の凹状湾曲部３０が形成されている領域が、凹状湾曲部３０の形成されていない領域とほぼ同厚みになるように形成されている。

この実施形態の場合、第１の実施形態と同様にリターンパス部１５ｕ，１５ｗの内周面側に凹状湾曲部３０が形成されるものの、凹形状によって断面が削られた分を外周側の膨出部５０で補うことができるため、リターンパス部１５ｕ，１５ｗ上での磁路面積の減少を抑制することができる。したがって、この実施形態においては、モータ効率をより高めることができる。

なお、この発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。例えば、上記の実施形態においては、この発明にかかる電機子コアをステータ側に用いたが、この発明にかかる電機子コアはロータ側に適用することも可能である。さらに、モータは回転タイプに限らず、直線的に作動するリニアモータであっても良い。

この発明の一実施形態のモータの部分断面斜視図。 同実施形態のステータの斜視図。 同実施形態のステータを周方向に沿って切った断面図。 同実施形態のステータを内周側から見た図。 同実施形態の積層方向両側のステータリングの一部を示す斜視図。 同実施形態の積層方向両側のステータリングの一部を示す平面図。 同実施形態の積層方向中央のステータリングの一部を示す分解斜視図。 同実施形態の積層方向中央のステータリングの一部を示す別の角度から見た分解斜視図。 この発明の他の実施形態のステータリングの一部を示す斜視図。

符号の説明

１…ステータ（電機子コア）
１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗ…ステータリング（コア要素）
１３Ｕ，１３Ｗ…環状コイル（電磁コイル）
１５ｕ，１５ｖ，１５ｗ…リターンパス部（コア本体）
１６ｕ，１６ｖ，１６ｗ…ティース
２５…第１分割リング（分割コア要素）
２６…第２分割リング（分割コア要素）
３０…凹状湾曲部
３５…凸状湾曲部
５０…膨出部
ａ…一般面

Claims (6)

1. 電磁コイルが係合される複数のティースと、ティース同士を接続するコア本体が一体に形成されたモータの電機子コアにおいて、
   前記各ティースとコア本体の境界部のコーナーに、前記コア本体の前記ティース側の一般面に対して凹状に湾曲した凹状湾曲部を設けたことを特徴とするモータの電機子コア。
2. 前記ティースとコア本体は圧粉磁性材によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載のモータの電機子コア。
3. 前記コア本体のうちの、前記凹状湾曲部が形成される面と逆側の面には、前記コア本体の凹状湾曲部のない領域と厚みが同じになるように膨出部を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のモータの電機子コア。
4. 前記ティースとコア本体を有する３相のコア要素が積層され、
   このコア要素の積層方向と略直交する方向に、前記各コア要素のティースが所定の順序で配列されるとともに、積層方向両側のコア要素の各ティースが積層方向の各一端側にオフセットして配置され、前記各コア要素のティースに前記電磁コイルが蛇行して係合されるモータの電機子コアであって、
   前記積層方向中央のコア要素の前記境界部のコーナーには、当該コア要素のティースと前記電磁コイルの間隔が狭い略半分の領域に前記凹状湾曲部を設けるとともに、当該コア要素のティースと前記電磁コイルの間隔が広い残余の略半分の領域に前記一般面に対して凸状に湾曲した凸状湾曲部を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のモータの電機子コア。
5. 前記凹状湾曲部を設ける略半分の領域は、前記電磁コイルの中央のコア要素のティースから隣接するコア要素のティースへの乗り移り部のうちの、中央のコア要素のティースに近接する部位が配置される領域であり、前記凸状湾曲部を設ける残余の略半分の領域は、前記電磁コイルの乗り移り部のうちの、隣接するコア要素のティースに近接する部位が配置される領域であることを特徴とする請求項４に記載のモータの電機子コア。
6. 前記積層方向中央のコア要素を、積層方向にさらに２分割した分割コア要素によって構成し、
   この各分割コア要素のティースの一方側の境界部のコーナーに前記凹状湾曲部を設けるとともに、他方側の境界部のコーナーに前記凸状湾曲部を設け、
   前記２つの分割コア要素を、前記凹状湾曲部と凸状湾曲部が積層方向で対になるように反転して積層したことを特徴とする請求項４または５に記載のモータの電機子コア。

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