JP2011254624A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】保持リングによる分割コアの保持力を維持しつつ、保持リングからの面圧によるコア内部の鉄損を低減し、且つコアの座屈を防止する回転電機を提供すること。
【解決手段】スリット１６１ｄは、分割コア１６のバックヨーク部１６１ｂの外周面１６１ｃ縁部にバックヨーク部１６１ｂの周方向両端部を残して貫設されている。これにより、スリット１６１ｄが緩衝部位となってブリッジ部１６１ｅが保持リング１５の円筒部１５１からの面圧の大部分を受けることになるので、ブリッジ部１６１ｅを除くバックヨーク部１６１ｂが保持リング１５の円筒部１５１から受ける面圧を低減して発生する応力を低減することができる。よって、保持リング１５による分割コア１６の保持力の維持と、バックヨーク部１６１ｂ内部の鉄損の低減による回転電機１の効率向上およびバックヨーク部１６１ｂの座屈の防止による回転電機１の損傷防止とを両立させることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、ステータのコアに通電することによりロータを駆動する回転電機に関する。

保持リングの円筒部の内周面に、夫々コイルが巻回された複数のコアが円環状に保持されて形成されたステータと、ステータと半径方向に対向するように形成されたロータとを備えた回転電機に関する従来技術が、例えば、特許文献１に開示されている。これは、主にハイブリッド車両の車輪駆動用のモータとして使用されるもので、複数のコアを円環状に並べた状態で保持リングの円筒部の内周面に固定し、その後、保持リングをモータハウジング内に取り付けている。

特許第３６６６７２７号公報

上述した特許文献１に開示された回転電機においては、複数の分割コア６が保持リングの円筒部の内周部に圧入されて固定されている。図７において、ステータの保持リング５の円筒部５１の内周面に、複数の分割コア６を円環状に並べて取り付けた場合の、各分割コア６における応力の発生状態を示す。夫々の分割コア６は図略のコイルが巻回されたティース部６１と、ティース部６１の半径方向外方に接続されたバックヨーク部６２とを有している。互いに隣接する分割コア６は、バックヨーク部６２の円周方向の端部同士を突き合わせた状態で、保持リング５の円筒部５１の内周部に所定の締め代（分割コア６の外径−保持リング５の円筒部５１の内径）を持って圧入されている。

図７に示すように、分割コア６の保持リング５の円筒部５１への圧入により、各々のバックヨーク部６２の外周面は、保持リング５の円筒部５１の内周面から半径方向内方に略均等な押圧力（面圧）を受けている。また、バックヨーク部６２の両端部は、隣接した分割コア６のバックヨーク部６２から、円周方向の押圧力を受けている。したがって、バックヨーク部６２には、圧縮応力が発生しやすくなる。

ここで、回転電機の各々の部材には寸法上のばらつきがあり、このばらつきによって上述した締め代も変動する。寸法上のばらつきを考慮して、最悪の場合でも上述した所定の締め代が維持されるように各部材の寸法を設定すると、締め代が大きくなった場合、保持リング５の円筒部５１の内周面からバックヨーク部６２の外周面に加えられる面圧が増大する。そして、バックヨーク部６２に発生した応力が過大になった場合、バックヨーク部６２内部の鉄損（応力鉄損）を増大させ、回転電機の効率を低下させる。また、各々の分割コア６は多数の薄い電磁鋼板が積層されて形成されているため、バックヨーク部６２の座屈、すなわちバックヨーク部６２が圧縮荷重により軸方向に折れ曲がる変形が発生し、回転電機が損傷するおそれがある。

複数の分割コア６を保持リング５の円筒部５１の内周面に固定する方法として、上述した常温による圧入以外に焼き嵌めがある。これは、保持リング５を加熱して、その円筒部５１の内径を拡張させた状態で円環状に並べた複数の分割コア６を嵌め込み、その後、保持リング５を冷却して、その円筒部５１の内径を収縮させることにより、保持リング５の円筒部５１の内周面に複数の分割コア６を固定する方法である。しかしながら、この方法によっても、分割コア６と冷却後の保持リング５の円筒部５１との間の締め代が大きい場合には、バックヨーク部６２に発生する過大な応力によって、バックヨーク部６２内部の鉄損が増大して回転電機の効率が低下する点およびバックヨーク部６２が座屈して回転電機が損傷するおそれがある点については、圧入による場合と同様であった。

分割コア６を保持リング５の円筒部５１に強固に取り付けるためには、分割コア６と保持リング５の円筒部５１との間に所定以上の締め代を必要とし、該締め代が大きければ保持リング５の円筒部５１の内周面からバックヨーク部６２の外周面に加えられる面圧は増大し、バックヨーク部６２に発生する応力も増大する。すなわち、保持リング５による分割コア６の保持力の維持と、バックヨーク部６２内部の鉄損の増大による回転電機の効率の低下およびバックヨーク部６２の座屈による回転電機の損傷とは相反する課題であった。

保持リング５の円筒部５１の内周面からバックヨーク部６２の外周面に加えられる面圧は、保持リング５の円筒部５１の厚さを薄くすることにより低減させることができる。しかしながら、保持リング５の円筒部５１の厚さを薄くすると保持リング５の円筒部５１の内周部に複数の分割コア６を圧入もしくは焼き嵌めしたときに保持リング５の円筒部５１が破断するおそれがある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、保持リングによる分割コアの保持力を維持しつつ、保持リングからの面圧によるコア内部の鉄損を低減し、且つコアの座屈を防止する回転電機を提供することにある。

上述した課題を解決するために、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、ハウジングに対し回転可能に取り付けられたロータと、前記ロータに対し半径方向外方に対向して設けられ、円筒部を有し前記ハウジングに取り付けられた保持リング、および電磁鋼板を積層して構成され、各々コイルが巻回されるとともに前記円筒部の内周面に固定された複数の分割コアを有するステータと、を備え、各々の前記分割コアは、前記保持リングに取り付けられた状態において、半径方向に延び、コイルが巻回されたティース部と、前記ティース部の半径方向外方に接続され、円周方向に延在したバックヨーク部と、を有しており、複数の前記分割コアは、隣接する前記バックヨーク部の端面が互いに当接して円環状に配置された状態で、前記保持リングの円筒部の内周に圧入又は焼き嵌めにより締め代を持って面圧を付与されて前記保持リングに嵌着されている回転電機において、前記分割コアの前記バックヨーク部にスリットが前記バックヨーク部の周方向両端部を残して貫設されていることである。

請求項２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、前記スリットは、該スリットから前記バックヨーク部の外周までの距離と前記保持リングの円筒部の内周から外周までの距離とが同じになるように形成されていることである。

請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、前記スリットは、前記面圧が大きくなるほど、前記保持リングの円筒部の内周から外周までの距離に対する前記スリットから前記バックヨーク部の外周までの距離の割合が大きくなるように形成されていることである。

請求項４に係る発明の構成上の特徴は、請求項１〜３の何れか一項において、前記分割コアは、前記積層された各電磁鋼板同士が前記スリットから前記バックヨーク部の外周までの間でダボカシメされていることである。

請求項５に係る発明の構成上の特徴は、請求項１〜３の何れか一項において、前記分割コアは、前記積層された各電磁鋼板同士が前記スリットから前記バックヨーク部の外周までの間で接着されていることである。

請求項６に係る発明の構成上の特徴は、ハウジングに対し回転可能に取り付けられたロータと、前記ロータに対し半径方向外方に対向して設けられ、円筒部を有し前記ハウジングに取り付けられた保持リング、および電磁鋼板を積層して構成され、各々コイルが巻回されるとともに前記円筒部の内周面に固定された複数の分割コアを有するステータと、を備え、各々の前記分割コアは、前記保持リングに取り付けられた状態において、半径方向に延び、コイルが巻回されたティース部と、前記ティース部の半径方向外方に接続され、円周方向に延在したバックヨーク部と、を有しており、複数の前記分割コアは、隣接する前記バックヨーク部の端面が互いに当接して円環状に配置された状態で、前記保持リングの円筒部の内周に圧入又は焼き嵌めにより締め代を持って面圧を付与されて前記保持リングに嵌着され、少なくとも前記バックヨーク部の円周方向中央部分において、前記バックヨーク部には円周方向を長手方向とするスリットが形成されていることである。

請求項７に係る発明の構成上の特徴は、請求項６において、前記スリットの円周方向における長さは、前記ティース部の円周方向長さ以上であることである。

請求項８に係る発明の構成上の特徴は、請求項１〜７の何れか一項において、前記バックヨーク部の外周縁部に前記スリットが形成されたことである。

請求項１に係る発明によれば、スリットは、分割コアのバックヨーク部にバックヨーク部の周方向両端部を残して貫設されている。これにより、スリットが緩衝部位となってスリットとバックヨーク部の外周との間の部分（以下、ブリッジ部という）が保持リングの円筒部からの面圧の大部分を受けることになるので、ブリッジ部を除くバックヨーク部が保持リングの円筒部から受ける面圧を低減して発生する応力を低減することができる。よって、保持リングによる分割コアの保持力の維持と、バックヨーク部内部の鉄損の低減による回転電機の効率向上およびバックヨーク部の座屈の防止による回転電機の損傷防止とを両立させることができる。

請求項２に係る発明によれば、スリットは、該スリットからバックヨーク部の外周までの距離、すなわちブリッジ部の半径方向の厚さと、保持リングの円筒部の内周から外周までの距離、すなわち保持リングの円筒部の半径方向の厚さとが同じになるように形成されている。ブリッジ部の半径方向の厚さと保持リングの円筒部の半径方向の厚さとを同じにすることにより、ブリッジ部が保持リングの円筒部からの面圧の大部分を受けることになるので、ブリッジ部を除くバックヨーク部で発生する応力を低減、例えば従来発生していた応力の半分にすることができる。保持リングからの見かけ上の分割コアの剛性は低下することになるので、保持リングの円筒部の半径方向の厚さを従来の円筒部の半径方向の厚さよりも薄くすることができ、その結果、分割コアの外径を円筒部の半径方向の厚さを薄くした分だけ広げてその部分にブリッジ部を形成することができる。

ハウジングの小型化が進む中、保持リングの円筒部の外径は一定以上に大きくすることができないが、保持リングの円筒部の外径は従来の円筒部の外径のままで、保持リングの円筒部の半径方向の厚さを従来の円筒部の半径方向の厚さの例えば１／２にし、分割コアの外径を従来の円筒部の半径方向の厚さの１／２だけ広げてその部分にブリッジ部を形成し、保持リングの円筒部の剛性とブリッジ部の剛性とを略等しくすることができ、ブリッジ部で保持リングの円筒部からの面圧の大部分を受けることができる。よって、回転電機の大きさは従来の回転電機の大きさと同じままで、ブリッジ部以外のバックヨーク部の面積（体積）を従来と略同一にして磁束の流れを従来と同様に確保でき、保持リングによる分割コアの保持力の維持と、バックヨーク部内部の鉄損の低減による回転電機の効率向上およびバックヨーク部の座屈の防止による回転電機の損傷防止とを両立させることができる。

請求項３に係る発明によれば、スリットは、保持リングの円筒部からの面圧が大きくなるほど、保持リングの円筒部の内周から外周までの距離、すなわち保持リングの円筒部の半径方向の厚さに対するスリットからバックヨーク部の外周までの距離、すなわちブリッジ部の半径方向の厚さの割合が大きくなるように形成されている。これにより、ブリッジ部の強度が向上するので、保持リングの円筒部からの面圧が大きくなっても該面圧の大部分を受けることができ、ブリッジ部を除くバックヨーク部で発生する応力を低減させることができる。

請求項４に係る発明によれば、分割コアは、積層された各電磁鋼板同士がスリットからバックヨーク部の外周までの間でダボカシメされている。これにより、バックヨーク部、特にブリッジ部が座屈して軸方向に折れ曲がることを防止することができ、回転電機の損傷を防止することができる。

請求項５に係る発明によれば、分割コアは、積層された各電磁鋼板同士がスリットからバックヨーク部の外周までの間で接着されている。これにより、ブリッジ部の半径方向の厚さが薄くてダボカシメができない場合であっても、バックヨーク部、特にブリッジ部が座屈して軸方向に折れ曲がることを防止することができ、回転電機の損傷を防止することができる。

請求項６に係る発明によれば、スリットは、少なくともバックヨーク部の円周方向中央部分において円周方向が長手方向となるように形成されている。これにより、スリットが緩衝部位となってブリッジ部が保持リングの円筒部からの面圧の大部分を受けることになるので、ブリッジ部を除くバックヨーク部が保持リングの円筒部から受ける面圧を低減して発生する応力を低減することができる。よって、保持リングによる分割コアの保持力の維持と、バックヨーク部内部の鉄損の低減による回転電機の効率向上およびバックヨーク部の座屈の防止による回転電機の損傷防止とを両立させることができる。

請求項７に係る発明によれば、スリットは、その円周方向における長さが、ティース部の円周方向長さ以上となるように形成されている。スリットが円周方向に長いほど、ブリッジ部を除くバックヨーク部が保持リングの円筒部から受ける面圧を低減して発生する応力を低減することができる。よって、バックヨーク部内部の鉄損をさらに低減させて回転電機の効率を大幅に向上させることができ、またバックヨーク部の座屈を防止して回転電機の損傷を防止することができる。

請求項８に係る発明によれば、スリットは、分割コアのバックヨーク部の外周縁部に貫設されている。これにより、保持リングの円筒部からの面圧はバックヨーク部の外周縁部に設けられたブリッジ部のみで受けることになるので、バックヨーク部の大部分において保持リングの円筒部から受ける面圧を低減して発生する応力を低減することができる。よって、保持リングによる分割コアの保持力の維持と、バックヨーク部内部の鉄損の低減による回転電機の効率向上およびバックヨーク部の座屈の防止による回転電機の損傷防止とを両立させることができる。

本発明の実施の形態の回転電機を備えたハイブリッド車両の車輪駆動系を示す断面図である。 本実施形態の回転電機のステータの平面図である。 図２に示すステータに含まれる分割コア単体の平面図である。 （Ａ）は、本実施形態の回転電機の保持リングの円筒部と分割コアとの締め代と面圧との関係を示す図、（Ｂ）は、従来の回転電機の保持リングの円筒部と分割コアとの締め代と面圧との関係を示す図である。 （Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、本実施形態の回転電機の分割コアが保持リングに取り付けられた場合に発生する最小主応力分布、磁束密度分布および鉄損密度分布を、有限要素法（ＦＥＭ）を用いて解析した結果を示す図である。 （Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、従来の回転電機の分割コアが保持リングに取り付けられた場合に発生する最小主応力分布、磁束密度分布および鉄損密度分布を、有限要素法（ＦＥＭ）を用いて解析した結果を示す図である。 回転電機の分割コアに応力が発生するメカニズムを説明するための模式図である。

本発明の実施の形態による回転電機について図１乃至図３を参照して説明する。この回転電機１は、ハイブリッド車両の車輪駆動用の同期モータである。なお、図１において、左方を回転電機１およびクラッチ装置３の前方といい、右方を後方ということがあるが、実際の車両上における方向とは無関係である。また、説明中において回転軸方向または軸方向という場合、特に断らなければ、回転電機１の回転軸Ｃに沿った方向、すなわち図１における左右方向を意味する。また、図２および図３において、分割コア１６に嵌合されたボビン１６２，１６３およびコイル１６４は省略されている。

図１に示すように、モータハウジング１１（本発明の「ハウジング」に該当する）は、回転電機１を構成するロータ１３およびステータ１４を内蔵した状態で、前方をモータカバー１２により封止されている。モータカバー１２の前方には、図示しない車両のエンジンが取り付けられ、モータハウジング１１の後方には、図示しないトランスミッションが配設されている。また、ロータ１３とエンジンとの間には、湿式多板クラッチであるノーマリクローズタイプのクラッチ装置３が介装されている。さらに、回転電機１は、トランスミッションを介して図示しない車両の駆動輪と接続されており、回転電機１による駆動力が駆動輪に入力される。

回転電機１が搭載された車両は、エンジンにより走行する場合、エンジンがトランスミッションを介して駆動輪を回転させる。このとき回転電機１を作動してエンジンを補助することもできる。また、回転電機１により走行する場合、回転電機１がトランスミッションを介して駆動輪を回転させる。この時、クラッチ装置３をレリーズさせて、エンジンと回転電機１との間の接続を解除している。さらに、回転電機１は、クラッチ装置３を介してエンジンにより駆動され、発電機としても機能する。

モータカバー１２の内周端には、軸受３１を介してクラッチ装置３のインプットシャフト３２が、回転軸Ｃを中心に回転可能に取り付けられている。回転軸Ｃは、エンジン、回転電機１およびトランスミッションのタービンシャフト２の回転軸でもある。インプットシャフト３２は、エンジンのクランクシャフトと接続されている。また、インプットシャフト３２は、クラッチ装置３の係合部３３を介して、クラッチアウタ３４と接続されている。係合部３３が係脱することにより、インプットシャフト３２とクラッチアウタ３４との間が断続される。クラッチアウタ３４は、回転電機１のロータ１３に連結されるとともに、半径方向内方へと延びて、内端においてタービンシャフト２とスプライン嵌合している。また、クラッチアウタ３４とモータハウジング１１の固定壁１１１との間には、双方の間の相対回転が可能なように、ベアリング装置３５が介装されている。

回転電機１のロータ１３は、クラッチアウタ３４を介して、モータハウジング１１に回転可能に取り付けられている。ロータ１３は、積層された複数の電磁鋼板１３１を一対の保持プレート１３２ａ，１３２ｂにより挟み、これに固定部材１３３を貫通させて端部をかしめることにより形成されている。また、ロータ１３の円周上には、図示しない複数の界磁極用マグネットが設けられている。一方の保持プレート１３２ｂは、クラッチアウタ３４に取り付けられ、これにより、ロータ１３はクラッチアウタ３４と連結されている。

また、モータハウジング１１の内周面には、ロータ１３と半径方向に対向するように、回転電機１のステータ１４が取り付けられている。ステータ１４は、保持リング１５の内周面に、回転磁界発生用の複数の分割コア１６が円環状に並ぶように焼き嵌めにより締め代を持って面圧を付与されて嵌着されて形成されている（図２示）。保持リング１５は、鋼板をプレス成形して形成されており、リング状の円筒部１５１と、円筒部１５１の軸方向の一側の端部に接続され、全周に亘って半径方向外方に延びる外周フランジ１５２とを有し、さらに、外周フランジ１５２の円周上の３箇所には、夫々半径方向外方にさらに延びた取付フランジ１５３が形成されている（図２示）。

取付フランジ１５３は、ステータ１４をモータハウジング１１に取り付けるために形成されており、夫々１個の取付穴１５４、あるいは１個の取付穴１５４および１個の位置決め用穴１５５が貫通している（図２示）。保持リング１５において、円筒部１５１と外周フランジ１５２および取付フランジ１５３とが接続された部位は、全周に亘って、所定の大きさの曲率を有する曲面に形成されている。

一方、各々の分割コア１６は、複数のケイ素鋼板（電磁鋼板）が積層されることにより形成されたティース部１６１ａを備えている。ティース部１６１ａには一対のボビン１６２，１６３が装着され、ボビン１６２，１６３は、ティース部１６１ａの外周面を囲むように互いに嵌合している。さらに、ボビン１６２，１６３の回りには、回転磁界を発生させるためのコイル１６４が巻回されている。ティース部１６１ａの周囲に巻回されたコイル１６４は、図示しないバスリングを介して外部のインバータと接続される。上述した構成を備えた回転電機１において、コイル１６４に例えば三相の交流電流が供給されることによりステータ１４において回転磁界が発生し、回転磁界に起因する吸引力または反発力によって、ロータ１３がステータ１４に対し回転される。

上述した分割コア１６は、保持リング１５に取り付けられた状態において半径方向に延び、コイル１６４が巻回されたティース部１６１ａと、ティース部１６１ａの半径方向外方に接続され、円周方向に延在したバックヨーク部１６１ｂとを有している（図２，３示）。これにより各々の分割コア１６は、およそＴ字状を呈している。保持リング１５に取り付けられた複数の分割コア１６は、隣接するものとの間で、バックヨーク部１６１ｂの端部同士を突き合わせることにより円環状に並び、コア列ＣＲを形成している（図２示）。

また、各々の分割コア１６には、少なくともバックヨーク部１６１ｂの円周方向中央部分において、円周方向が長手方向とするスリット１６１ｄが形成されている。すなわち、バックヨーク部１６１ｂの外周面１６１ｃから所定距離だけ半径方向内方に位置する外周縁部において、バックヨーク部１６１ｂの周方向両端部を残して円周方向に延在し、且つバックヨーク部１６１ｂを軸方向に貫通したスリット１６１ｄが形成されている（図２，３示）。各スリット１６１ｄは、円周方向における長さが、ティース部１６１ａの円周方向長さ以上となるように形成されている。各スリット１６１ｄは、スリット幅が、鋼板の厚さ（ｔ）の２倍より小さい場合、例えばｔ＝０．３ｍｍのときスリット幅が０．６ｍｍより狭い場合は、エッチング加工やレーザ加工が必要であるが、例えば０．６ｍｍから０．８ｍｍと比較的広い場合は、プレス加工により形成される。なお、バックヨーク部１６１ｂに形成されるスリット１６１ｄは、図３に示した形状に限定されるべきではなく、バックヨーク部１６１ｂ上を円周方向に延在していれば種々の形状が適用可能である。

各スリット１６１ｄからバックヨーク部１６１ｂの外周面１６１ｃまでの部位、すなわち各ブリッジ部１６１ｅは、各スリット１６１ｄが緩衝部位となって保持リング１５の円筒部１５１からの面圧の大部分を受けることになる（図２示）。そこで、ブリッジ部１６１ｅを除くバックヨーク部１６１ｂで発生する応力を例えば半減するために、スリット１６１ｄからバックヨーク部１６１ｂの外周面１６１ｃまでの距離、すなわちブリッジ部１６１ｅの半径方向の厚さｄｂと、保持リング１５の円筒部１５１の内周から外周までの距離、すなわち保持リング１５の円筒部１５１の厚さｄｒとが同じになるように形成されている（図３示）。

また、保持リング１５の円筒部１５１の厚さｄｒに対するブリッジ部１６１ｅの半径方向の厚さｄｂの割合が大きくなるように各スリット１６１ｄを形成し、ブリッジ部１６１ｅの強度を向上させることにより、保持リング１５の円筒部１５１からの面圧が大きくなっても該面圧の大部分を受けることができ、ブリッジ部１６１ｅを除くバックヨーク部１６１ｂで発生する応力を低減させることができる。

また、各スリット１６１ｄは、スリット１６１ｄの端部からバックヨーク部１６１ｂの端部までの部位（以下、ブリッジ脚部１６１ｆという）が、回転電機１が回転したときに分割コア１６に掛かる回転トルクや車両が例えば側面衝突したときに分割コア１６に掛かる軸方向力により破断しないように形成されている。すなわち、ブリッジ脚部１６１ｆの円周方向の長さｃｂは、上述の回転トルクや軸方向力から決定されている（図３示）。

上述したように、ブリッジ部１６１ｅは、スリット１６１ｄが緩衝部位となって保持リング１５の円筒部１５１からの面圧の大部分を受けることになるので、ブリッジ部１６１ｅが圧縮荷重により軸方向に折れ曲がる座屈を防止するために、３箇所の点Ｑにおいてダボカシメされている（図３示）。なお、分割コア１６のブリッジ部１６１ｅを除く部位では、発生する応力は低減されているので、分割コア１６の略中央部の１箇所の点Ｒにおいてダボカシメすればよい（図３示）。また、ブリッジ部１６１ｅの半径方向の厚さが薄くてダボカシメができない場合は、ブリッジ部１６１ｅで積層された各電磁鋼板同士を接着剤により接着するとよい。

上述したように、複数の分割コア１６は、円筒部１５１の内周面に焼き嵌めにより取り付けられる。保持リング１５は所定温度に加熱されて、その内径が拡張される。加熱された円筒部１５１に対し、分割コア１６のバックヨーク部１６１ｂを互いに当接させて、複数の分割コア１６を円環状に並べた状態で挿入していく。分割コア１６が円筒部１５１内に挿入された後、保持リング１５は冷却されて収縮し、各々の分割コア１６を強固に保持することができる。

また、分割コア１６を保持リング１５内に取り付ける方法として、常温における圧入を適用してもよい。さらに、圧入により分割コア１６を保持リング１５内に保持させる場合、分割コア１６と円筒部１５１との間に接着剤を介在させ、その保持力を増大させてもよい。分割コア１６が取り付けられた保持リング１５は、モータハウジング１１に固定される。取付フランジ１５３をモータハウジング１１のボス部１１２に当接させた後、取付ボルト１７を取付穴１５４に挿通し、ボス部１１２に螺合させることにより、取付フランジ１５３はモータハウジング１１に取り付けられる。

図４（Ａ）は、本実施形態の保持リング１５の円筒部１５１と分割コア１６との締め代Ｖと面圧Ｐとの関係を示す図、図４（Ｂ）は、従来の保持リング５の円筒部５１と分割コア６との締め代Ｖと面圧Ｐとの関係を示す図である。図５（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、本実施形態の分割コア１６が保持リング１５に取り付けられた場合に発生する最小主応力分布、磁束密度分布および鉄損密度分布を、有限要素法（ＦＥＭ）を用いて解析した結果を示す図である。図６（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、従来の分割コア６が保持リング５に取り付けられた場合に発生する最小主応力分布、磁束密度分布および鉄損密度分布を、有限要素法（ＦＥＭ）を用いて解析した結果を示す図である。

図４（Ａ），（Ｂ）に示す面圧Ｐ１，Ｐ１は、保持リング５，１５の円筒部５１，１５１に対し分割コア６，１６１を円周方向および軸方向に保持可能、すなわち保持リング５，１５の円筒部５１，１５１に対し分割コア６，１６１が円周方向に回転せず軸方向に抜けない最小の面圧を表している。また、面圧Ｐ２，Ｐ３は、保持リング５，１５の円筒部５１，１５１の引張限界、すなわち保持リング５，１５の円筒部５１，１５１が破断する最大の面圧を表している。本実施形態の場合、保持リング１５の円筒部１５１の軸方向の断面積は、従来の保持リング５の円筒部５１の軸方向の断面積の略半分にしているため、面圧Ｐ２は面圧Ｐ３に対し略半分になっている。そして、本実施形態の分割コア１６１においては、保持リング１５の円筒部１５１からの面圧Ｐによりブリッジ部１６１ｅが撓むので、締め代Ｖにより本実施形態の保持リング１５の円筒部１５１に掛かる負荷は、同一の締め代Ｖにより従来の保持リング５の円筒部５１に掛かる負荷よりも小さくなる。

従って、本実施形態においては、締め代Ｖを大きくしても面圧Ｐの増加を抑えることができる。すなわち、従来は、締め代をＶ４にしたときに最大の面圧Ｐ３１（＜Ｐ３）、例えば５．２ＭＰａに達していたが、本実施形態では、締め代Ｖ４より１．５倍以上大きい締め代Ｖ２にしたときに面圧Ｐ３１の半分の最大の面圧Ｐ２１（＜Ｐ２）、例えば２．６ＭＰａに達している。このように本実施形態の締め代の成立範囲Ｖ１〜Ｖ２、例えば０．０７４ｍｍ〜０．４８ｍｍ（Δ０．４０６ｍｍ）を従来の締め代の成立範囲Ｖ３〜Ｖ４、例えば０．０２４ｍｍ〜０．２９８ｍｍ（Δ０．２７４ｍｍ）よりも拡張することができる。よって、回転電機１の各々の部材の寸法上のばらつきの許容範囲（加工公差）は従来のものよりも広がるので、保持リング１５の円筒部１５１と分割コア１６との面圧が過度に増大することを抑制することができる。

そして、図５（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）および図６（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）から明らかなように、従来の分割コア６のバックヨーク部６２に発生した応力は過大な応力、例えば３３．４ＭＰａの圧縮応力となっていたが（図６（Ａ）示）、本実施形態の分割コア１６のバックヨーク部１６１ｂに発生した応力は、ブリッジ部１６１ｅ（点線の長円ａで囲まれた部分）のみが過大な応力、例えば３３．４ＭＰａの圧縮応力となり、その他の部分、特にバックヨーク部１６１ｂの両端部（点線の楕円ｂで囲まれた部分）の応力は低減された応力、例えば３．８ＭＰａの圧縮応力となる（図５（Ａ）示）。また、本実施形態の分割コア１６のバックヨーク部１６１ｂの両端部（点線の楕円で囲まれた部分）における磁束密度（図５（Ｂ）示）は、従来の分割コア６のバックヨーク部６２の両端部（点線の楕円で囲まれた部分）における磁束密度（図６（Ｂ）示）よりも低減されている。そして、本実施形態の分割コア１６のバックヨーク部１６１ｂの両端部（点線の楕円で囲まれた部分）における鉄損密度（図５（Ｃ）示）は、従来の分割コア６のバックヨーク部６２の両端部（点線の楕円で囲まれた部分）における鉄損密度（図６（Ｃ）示）よりも緩和されている。

以上説明したように、本実施形態の回転電機１によれば、スリット１６１ｄは、分割コア１６のバックヨーク部１６１ｂにバックヨーク部１６１ｂの周方向両端部を残して貫設されている。これにより、スリット１６１ｄが緩衝部位となってブリッジ部１６１ｅが保持リング１５の円筒部１５１からの面圧の大部分を受けることになるので、ブリッジ部１６１ｅを除くバックヨーク部１６１ｂが保持リング１５の円筒部１５１から受ける面圧を低減して発生する応力を低減することができる。よって、保持リング１５による分割コア１６の保持力の維持と、バックヨーク部１６１ｂ内部の鉄損の低減による回転電機１の効率向上およびバックヨーク部１６１ｂの座屈の防止による回転電機１の損傷防止とを両立させることができる。

また、本実施形態の回転電機１によれば、スリット１６１ｄは、ブリッジ部１６１ｅの半径方向の厚さと、保持リング１５の円筒部１５１の半径方向の厚さとが同じになるように形成されている。ブリッジ部１６１ｅの半径方向の厚さと保持リング１５の円筒部１５１の半径方向の厚さとを同じにすることにより、ブリッジ部１６１ｅが保持リング１５の円筒部１５１からの面圧の大部分を受けることになるので、ブリッジ部１６１ｅを除くバックヨーク部１６１ｂで発生する応力を低減、例えば従来発生していた応力の半分にすることができる。保持リング１５からの見かけ上の分割コア１６の剛性は低下することになるので、保持リング１５の円筒部１５１の半径方向の厚さを従来の円筒部５１の半径方向の厚さよりも薄くすることができ、その結果、分割コア１６の外径を円筒部１５１の半径方向の厚さを薄くした分だけ広げてその部分にブリッジ部１６１ｅを形成することができる。

モータハウジング１１の小型化が進む中、保持リング１５の円筒部１５１の外径は一定以上に大きくすることができないが、保持リング１５の円筒部１５１の外径は従来の円筒部５１の外径のままで、保持リング１５の円筒部１５１の半径方向の厚さを従来の円筒部５１の半径方向の厚さの例えば１／２にし、分割コア１６の外径を従来の円筒部５１の半径方向の厚さの１／２だけ広げてその部分にブリッジ部１６１ｅを形成し、保持リング１５の円筒部１５１の剛性とブリッジ部１６１ｅの剛性とを略等しくすることができ、ブリッジ部１６１ｅで保持リング１５の円筒部１５１からの面圧の大部分を受けることができる。よって、回転電機１の大きさは従来の回転電機の大きさと同じままで、ブリッジ部１６１ｅ以外のバックヨーク部１６１ｂの面積（体積）を従来と略同一にして磁束の流れを従来と同様に確保でき、保持リング１５による分割コア１６の保持力の維持と、バックヨーク部１６１ｂ内部の鉄損の低減による回転電機１の効率向上およびバックヨーク部１６１ｂの座屈の防止による回転電機１の損傷防止とを両立させることができる。

また、本実施形態の回転電機１によれば、スリット１６１ｄは、保持リング１５の円筒部１５１からの面圧が大きくなるほど、保持リング１５の円筒部１５１の半径方向の厚さに対するブリッジ部１６１ｅの半径方向の厚さの割合が大きくなるように形成されている。これにより、ブリッジ部１６１ｅの強度が向上するので、保持リング１５の円筒部１５１からの面圧が大きくなっても該面圧の大部分を受けることができ、ブリッジ部１６１ｅを除くバックヨーク部１６１ｂで発生する応力を低減させることができる。

また、本実施形態の回転電機１によれば、分割コア１６は、積層された各電磁鋼板同士がスリット１６１ｄからバックヨーク部１６１ｂの外周面１６１ｃまでの間でダボカシメされている。これにより、バックヨーク部１６１ｂ、特にブリッジ部１６１ｅが座屈して軸方向に折れ曲がることを防止することができ、回転電機１の損傷を防止することができる。

また、本実施形態の回転電機１によれば、分割コア１６は、積層された各電磁鋼板同士がスリット１６１ｄからバックヨーク部１６１ｂの外周面１６１ｃまでの間で接着されている。これにより、ブリッジ部１６１ｅの半径方向の厚さが薄くてダボカシメができない場合であっても、バックヨーク部１６１ｂ、特にブリッジ部１６１ｅが座屈して軸方向に折れ曲がることを防止することができ、回転電機１の損傷を防止することができる。

また、本実施形態の回転電機１によれば、スリット１６１ｄは、少なくともバックヨーク部１６１ｂの円周方向中央部分において円周方向が長手方向となるように形成されている。これにより、スリット１６１ｄが緩衝部位となってブリッジ部１６１ｅが保持リング１５の円筒部１５１からの面圧の大部分を受けることになるので、ブリッジ部１６１ｅを除くバックヨーク部１６１ｂが保持リング１５の円筒部１５１から受ける面圧を低減して発生する応力を低減することができる。よって、保持リング１５による分割コア１６の保持力の維持と、バックヨーク部１６１ｂ内部の鉄損の低減による回転電機１の効率向上およびバックヨーク部１６１ｂの座屈の防止による回転電機１の損傷防止とを両立させることができる。

また、本実施形態の回転電機１によれば、スリット１６１ｄは、その円周方向における長さが、ティース部１６１ａの円周方向長さ以上となるように形成されている。スリット１６１ｄが円周方向に長いほど、ブリッジ部１６１ｅを除くバックヨーク部１６１ｂが保持リング１５の円筒部１５１から受ける面圧を低減して発生する応力を低減することができる。よって、バックヨーク部１６１ｂ内部の鉄損をさらに低減させて回転電機１の効率を大幅に向上させることができ、またバックヨーク部１６１ｂの座屈を防止して回転電機１の損傷を防止することができる。

また、本実施形態の回転電機１によれば、スリット１６１ｄは、分割コア１６のバックヨーク部１６１ｂの外周面１６１ｃ縁部に貫設されている。これにより、保持リング１５の円筒部１５１からの面圧はバックヨーク部１６１ｂの外周面１６１ｃ縁部に設けられたブリッジ部１６１ｅのみで受けることになるので、バックヨーク部１６１ｂの大部分において保持リング１５の円筒部１５１から受ける面圧を低減して発生する応力を低減することができる。よって、保持リング１５による分割コア１６の保持力の維持と、バックヨーク部１６１ｂ内部の鉄損の低減による回転電機１の効率向上およびバックヨーク部１６１ｂの座屈の防止による回転電機１の損傷防止とを両立させることができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、次のように変形または拡張することができる。本発明は、複数の電磁鋼板を積層して形成された分割コアのみではなく、金属磁性粉末を加圧成形して形成した分割コアにも適用可能である。また、回転電機１は、同期モータ、誘導モータ、直流モータ等の家庭用電器に設けられるモータあるいは一般的な産業用機械を駆動するモータに適用可能である。

１：回転電機、１１：モータハウジング（ハウジング）、１３：ロータ、１４：ステータ、１５：保持リング、１６：分割コア、１５１：円筒部、１６１ａ：ティース部、１６１ｂ：バックヨーク部、１６１ｃ：外周面、１６１ｄ：スリット、１６１ｅ：ブリッジ部。

Claims (8)

1. ハウジングに対し回転可能に取り付けられたロータと、
   前記ロータに対し半径方向外方に対向して設けられ、円筒部を有し前記ハウジングに取り付けられた保持リング、および電磁鋼板を積層して構成され、各々コイルが巻回されるとともに前記円筒部の内周面に固定された複数の分割コアを有するステータと、を備え、
   各々の前記分割コアは、前記保持リングに取り付けられた状態において、半径方向に延び、コイルが巻回されたティース部と、
   前記ティース部の半径方向外方に接続され、円周方向に延在したバックヨーク部と、を有しており、
   複数の前記分割コアは、隣接する前記バックヨーク部の端面が互いに当接して円環状に配置された状態で、前記保持リングの円筒部の内周に圧入又は焼き嵌めにより締め代を持って面圧を付与されて前記保持リングに嵌着されている回転電機において、
   前記分割コアの前記バックヨーク部にスリットが前記バックヨーク部の周方向両端部を残して貫設されていることを特徴とする回転電機。
2. 請求項１において、
   前記スリットは、該スリットから前記バックヨーク部の外周までの距離と前記保持リングの円筒部の内周から外周までの距離とが同じになるように形成されていることを特徴とする回転電機。
3. 請求項１において、
   前記スリットは、前記面圧が大きくなるほど、前記保持リングの円筒部の内周から外周までの距離に対する前記スリットから前記バックヨーク部の外周までの距離の割合が大きくなるように形成されていることを特徴とする回転電機。
4. 請求項１〜３の何れか一項において、
   前記分割コアは、前記積層された各電磁鋼板同士が前記スリットから前記バックヨーク部の外周までの間でダボカシメされていることを特徴とする回転電機。
5. 請求項１〜３の何れか一項において、
   前記分割コアは、前記積層された各電磁鋼板同士が前記スリットから前記バックヨーク部の外周までの間で接着されていることを特徴とする回転電機。
6. ハウジングに対し回転可能に取り付けられたロータと、
   前記ロータに対し半径方向外方に対向して設けられ、円筒部を有し前記ハウジングに取り付けられた保持リング、および電磁鋼板を積層して構成され、各々コイルが巻回されるとともに前記円筒部の内周面に固定された複数の分割コアを有するステータと、を備え、
   各々の前記分割コアは、前記保持リングに取り付けられた状態において、半径方向に延び、コイルが巻回されたティース部と、
   前記ティース部の半径方向外方に接続され、円周方向に延在したバックヨーク部と、を有しており、
   複数の前記分割コアは、隣接する前記バックヨーク部の端面が互いに当接して円環状に配置された状態で、前記保持リングの円筒部の内周に圧入又は焼き嵌めにより締め代を持って面圧を付与されて前記保持リングに嵌着され、
   少なくとも前記バックヨーク部の円周方向中央部分において、前記バックヨーク部には円周方向を長手方向とするスリットが形成されていることを特徴とする回転電機。
7. 請求項６において、
   前記スリットの円周方向における長さは、前記ティース部の円周方向長さ以上であることを特徴とする回転電機。
8. 請求項１〜７の何れか一項において、
   前記バックヨーク部の外周縁部に前記スリットが形成されたことを特徴とする回転電機。