JP2015029370A

JP2015029370A - 回転電機用ステータコアおよびブラシレスモータ

Info

Publication number: JP2015029370A
Application number: JP2013157482A
Authority: JP
Inventors: 大久保　雅通; Masamichi Okubo; 雅通大久保
Original assignee: Mitsuba Corp
Current assignee: Mitsuba Corp
Priority date: 2013-07-30
Filing date: 2013-07-30
Publication date: 2015-02-12

Abstract

【課題】クローズステータ構造の回転電機に用いられるステータコアの組み付け時の作業性を改善すると共に、構成部品の種類を削減する。
【解決手段】ステータコア１はインナーコア２とアウターコア３から構成される。インナーコア２とアウターコア３は接合部１３にて接合される。接合部１３は、嵌合接続部Ａ,Ｂにより、径方向と積層方向の二重嵌合構造となっており、径方向からのスライド移動によってティース４の外端部がコアピース７と接合される。ティース４の外端部には周方向に沿って凹部１４(in)と凸部１５(in)が交互に形成されている。コアピース７の内周側にも凹部１６(out)と凸部１７(out)が交互に形成されており、これらの凹凸嵌合にて嵌合接続部Ａが形成される。凸部１５(in)，凸部１７(out)には、ボス部１８(in),１９(out)と窪み部２３(in),２４(out)が設けられており、これらにより嵌合接続部Ｂが形成される。
【選択図】図５

Description

本発明は、電動モータ等の回転電機に使用されるステータコア（固定子鉄心）およびブラシレスモータに関し、特に、コイルが配設されるスペースが径方向に開放されていないクローズステータ構造のステータコアに関する。

近年、電動パワーステアリング装置等に使用されるブラシレスモータでは、コギング低減等の観点から、ステータ側の隣接するティースの端部同士を連結し、コイル配設スペースの径方向両端を閉ざしたクローズ構造のステータコアを採用したものが提案されている。クローズ構造のステータコアを用いたモータでは、ティース先端の連結部を介してロータからの磁束が漏れるため、ロータの回転に伴う磁束変化を和らげる効果が得られ、コギングの低減が図られる。また、磁束を漏らすことにより、界磁側からの磁束変化も同様に和らげられるため、トルクリップルの低減も図られる。

特開平１０−２７１７１６号公報特開２００６−８１３０２号公報

一方、このようなクローズ構造のステータコアでは、ティースの径方向両端が隣接するティースと接続されており、コイルが配設されるスペース（スロット）が閉じた状態となっている。このため、フライヤ式やノズル式の巻線機によってティースにコイルを巻装することができず、巻線を形成するためには、予め、略コの字状に成形された銅線部材をスロット内に差し込み、その端部をそれぞれ他の銅線部材の必要箇所と溶接する必要がある。例えば、２４スロットのモータでは、溶接箇所を合わせるためコイルを捻った上で、４８箇所にて溶接を行わなければならず、作業性の点で問題があった。また、コイルの種類も多くなるため（３相２４スロットでは８種類）、部品管理上や生産コストの点でも問題があった。

本発明の目的は、いわゆるクローズステータ構造の回転電機に用いられるステータコアの組み付け時の作業性を改善すると共に、構成部品の種類を削減することにある。

本発明の回転電機用ステータコアは、薄板状のインナーコアシートを複数枚積層して構成されたインナーコアと、薄板状のアウターコアシートを複数枚積層して構成され、前記インナーコアの外側に取り付けられるアウターコアと、を有してなる回転電機用のステータコアであって、前記インナーコアは、径方向に向かって延び放射状に配置された複数個のティースと、前記ティースの径方向内側に設けられ隣接する前記ティースの端部同士を接続するブリッジ部と、を備え、前記アウターコアは、前記ティースの径方向外側に取り付けられるコアピースを複数個備え、前記インナーコアシートの前記ティース外端部を径方向に凹部又は凸部に形成し、該凹部と凸部を周方向に沿って該ティース毎に交互に配置すると共に、積層方向に隣接する前記インナーコアシートの前記凹部と前記凸部が積層方向に交互に配置されるよう前記コアシートを積層し、前記アウターコアシートの前記コアピース内径側に該コアピース毎に径方向に凹部又は凸部を形成し、該凹部と凸部を周方向に沿って該コアシート毎に交互に配置すると共に、積層方向に隣接する前記アウターコアシートの前記凹部と前記凸部が積層方向に交互に配置されるよう前記コアシートを積層し、前記ティースと前記コアピースは、前記ティースの前記凹部と前記コアピースの前記凸部、及び、前記ティースの前記凸部と前記コアピースの前記凹部によって形成される第１嵌合接続部によって嵌合状態にて接合されることを特徴とする。

前記回転電機用ステータコアにおいて、前記第１嵌合接続部を径方向から接合可能とし、前記アウターコアを、径方向からのスライド移動により前記インナーコアに取り付けられるようにしても良い。前記凹部と前記凸部が積層方向に交互に配置された前記インナーコア及び前記アウターコアの前記凸部の間に、前記凹部によって嵌合凹部を形成し、前記インナーコアの前記嵌合凹部に前記アウターコアの前記凸部を、前記アウターコアの前記嵌合凹部に前記インナーコアの前記凸部をそれぞれ挿入するようにしても良い。

また、前記インナーコアと前記アウターコアの前記各凸部に、積層方向に向かって同一方向に突出するボス部と、該ボス部の反対面に形成される窪み部とを設け、前記インナーコア側の前記ボス部と前記アウターコア側の前記窪み部、及び、前記アウターコア側の前記ボス部と前記インナーコア側の前記窪み部をそれぞれ嵌合可能に形成し、前記ティースと前記コアピースを、前記ボス部と前記窪み部によって形成される第２嵌合接続部によって嵌合状態にて接合するようにしても良い。この場合、前記第２嵌合接続部を径方向から接合可能とし、前記アウターコアを、径方向からのスライド移動により前記インナーコアに取り付けられるようにしても良い。

さらに、前記インナーコア側に形成された前記ボス部の外径側と、前記アウターコア側に形成された前記ボス部の内径側のそれぞれに、対向する各前記凸部の先端部が該ボス部に当接した後乗り上げる案内面を設けても良く、これにより、前記第２嵌合接続部における前記ボス部と前記窪み部をスムーズに嵌合させることが可能となる。

一方、前記アウターコアに前記コアピースを複数個連設し、前記アウターコアを前記インナーコアの外側に巻き付けるようにして取り付けても良い。また、前記アウターコアを、前記ティースの径方向外側に個々に取り付けられる複数個の前記コアピースと、前記コアピースの外側に嵌装され前記コアピースを前記インナーコアの外側に固定する嵌装部材と、を有する構成としても良い。

さらに、前記ステータコアと、該ステータコアの内周側に回転自在に軸支されたロータとを有するブラシレスモータとして利用可能となるので、ブラシレスモータとしてコギングの低減やトルクリップルの低減を図ることが可能となる。

本発明の回転電機用ステータコアによれば、インナーコアとアウターコアとを有してなるステータコアにて、凹凸嵌合構成の嵌合接続部によってインナーコアとアウターコアを接合するようにしたので、嵌め込み作業によって両者を容易に接合することができ、ステータコアの製造工数を大幅に削減することが可能となる。

本発明の一実施形態である電動モータ用のステータコアの構成を示す斜視図である。インナーコアの平面図である。アウターコアの平面図である。インナーコアにアウターコアを取り付ける過程を示す説明図である。接合部の構成を示す斜視図である。接合部における接合過程を示す説明図である。本発明によるステータコアの変形例を示す説明図である。ボス部案内面の変形例を示す説明図である。本発明のステータコアを用いたブラシレスモータの一例を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態である電動モータ用のステータコアの構成を示す斜視図である。図１に示すように、ステータコア１は、インナーコア２とアウターコア３とから構成されている。インナーコア２とアウターコア３はそれぞれ、厚さ０.５ｍｍ程度の電磁鋼板からなる平板状のコアシート（インナーコアシート２１,アウターコアシート２２）を積層して形成されている。インナーコア２は、径方向に向かって延び放射状に配置された複数個のティース４と、ティース４の径方向内側に設けられ、隣接するティース４の端部同士を接続するブリッジ部５とを有している。隣接するティース４の間には、コイルが収容されるスロット６が形成される。

アウターコア３は、略台形状のコアピース７が複数個互いに連設された形となっており、図４に示すように、インナーコア２の外側に巻き付けるように取り付けられる。隣接するコアピース７の間は切欠部８となっており、連結部９によって接続されている。切欠部８の最奥部には、連結部９内に入り込む形で応力集中緩和用の円孔部１１が形成されている。インナーコア２にアウターコア３を取り付けると、スロット６の径方向両端部は、ブリッジ部５とコアピース７によって閉鎖され、いわゆるクローズステータ構造となる。本発明のステータコア１では、アウターコア３が巻き付けられる前のインナーコア２の外側が開放されたティース４に対し、フライヤ式やノズル式の巻線機によってコイル１０を巻装でき、ティース４に巻装されたコイル１０はスロット６内に収容される。その後、インナーコア２の外周にアウターコア３を取り付け、アウターコア３の両端部を溶接し（溶接部１２）、ステータコア１を形成する。

一方、ステータコア１では、インナーコア２とアウターコア３の接合部１３は、径方向と軸方向（積層方向）の二重嵌合構造（嵌合接続部Ａ,Ｂ）となっており、径方向からのスライド移動により、ティース４の外端部がコアピース７と接合されるようになっている。図５は、接合部１３の構成を示す斜視図である。前述のように、インナーコア２を形成するインナーコアシート２１には、径方向に向かってティース４が突設されており、このティース４の外端部には、嵌合部として、周方向に沿って凹部１４(in)と凸部１５(in)がティース４毎に交互に形成されている。インナーコアシート２１は、ティース４を１ピッチずつずらしながら回転積層され、図５に示すように、インナーコア２では、凹部１４(in)と凸部１５(in)が上下（軸方向）に交互に配置される。なお、以下の説明において、(in)はインナーコア２側の部分，部材、(out)はアウターコア３側の部分，部材であることを示す。

これに対し、アウターコア３を形成するアウターコアシート２２の各コアピース７にも、嵌合部として、凹部１６(out)と凸部１７(out)がコアピース７毎に１個ずつ交互に形成されている。凹部１６(out)と凸部１７(out)は、アウターコア３をインナーコア２の外周に取り付けたとき、内径側、すなわち、ティース４と対向する側（径方向）に形成されている。図３に示すように、アウターコアシート２２は、予め、長尺状に形成されたアウターコアシート２２をコアピース７毎に長手方向にずらしながら積層され、図５に示すように、アウターコア３もまた、凹部１６(out)と凸部１７(out)が上下に交互に配置される。凹部１４(in)や凸部１５(in)、凹部１６(out)、凸部１７(out)は共に同じ半径の半円形に形成されており、アウターコア３の凹部１６(out)と凸部１７(out)はそれぞれ、インナーコア２の凸部１５(in)と凹部１４(in)と嵌合するようになっている。

また、ティース４の凸部１５(in)とコアピース７の凸部１７(out)にはそれぞれ、軸方向に向かって同一方向に半球状のボス部１８(in),１９(out)が突設されている。ボス部１８(in),１９(out)は、上下方向に隣接する各凹部１４(in)、凹部１６(out)に臨んで設けられている。従って、インナーコア２やアウターコア３を上方から見ると、図２,３に示すように、各凹部１４(in),１６(out)の窪んだ部分に配置される形となる。また、ティース４やコアピース７のボス部１８(in),１９(out)の反対面（裏面）側は、窪み部２３(in),２４(out)となっている。これらのボス部１８(in),１９(out)と窪み部２３(in),２４(out)により、嵌合接続部Ｂが形成される。

前述のように、アウターコア３はインナーコア２の外周に取り付けられるが、その際、接合部１３が嵌合し、両者はガタなく固定される。図６は、接合部１３における接合過程を示す説明図である。図５,６に示すように、インナーコア２では、凹部１４(in)と凸部１５(in)が交互に配置され、凸部１５(in)の間には、凹部１４(in)によって嵌合凹部２５(in)が形成されている。また、アウターコア３も、アウターコア３と同様に、凹部１６(out)と凸部１７(out)が交互に配置され、凸部１７(out)の間には、凹部１６(out)によって嵌合凹部２６(out)が形成されている。そして、アウターコア３をインナーコア２に取り付けるに際し、インナーコア２の嵌合凹部２５(in)にはアウターコア３の凸部１７(out)が、また、アウターコア３の嵌合凹部２６(out)にはインナーコア２の凸部１５(in)がそれぞれ挿入される（図６（ａ））。

各嵌合凹部２５(in),２６(out)に凸部１７(out),１５(in)をそれぞれ挿入すると、各凸部１７(out),１５(in)に形成されたボス部１９(out),１８(in)は、相手側の凸部１５(in),１７(out)の先端に当接する（図６（ｂ））。両者当接後、さらに、凸部１７(out),１５(in)を各嵌合凹部２５(in),２６(out)に押し込むと、凸部１７(out),１５(in)が上下方向に撓みつつ、半球状となったボス部１９(out),１８(in)が相手側の凸部１５(in),１７(out)の先端部を乗り越え、相手側の凸部１５(in),１７(out)上の窪み部２３(in),２４(out)（ボス部１８(in),１９(out)の裏側）に嵌まり込む（図６（ｃ））。

この際、少なくとも、ボス部１９(out)の内径側とボス部１８(in)の外径側は、対向する各凸部１５(in),１７(out)の先端部がボス部１９(out),１８(in)に当接した後、容易に乗り上げ可能な案内面２７（ここでは球面）となっている。従って、凸部１５(in),１７(out)の先端部は、容易にボス部１９(out),１８(in)を乗り越え、それぞれ窪み部２３(in),２４(out)に嵌合する。これにより、接合部１３では、嵌合接続部Ａにて、インナーコア２の凸部１５(in)とアウターコア３の凹部１６(out)、及び、アウターコア３の凸部１７(out)とインナーコア２の凹部１４(in)が径方向に凹凸嵌合すると共に、嵌合接続部Ｂにて、ボス部１８(in),１９(out)が相手方の窪み部２３(in),２４(out)と軸方向に凹凸嵌合する。

このように、本発明のステータコア１にあっては、ティース４を有しコイル１０が巻装されるインナーコア２の外周に、コアピース７を連設したアウターコア３を巻き付けるように取り付ける。このため、クローズ構造のステータコアにおいても、予め、アウターコア３を巻き付ける前のインナーコア２に、フライヤ式やノズル式の巻線機によってコイルを巻装した後、アウターコアを取り付ける形で回転電機のステータを形成することができ、従来のような煩雑な溶接作業や多品種の部品管理を伴うことなく、分布巻きのステータを形成することが可能となる。また、アウターコア３をインナーコア２に取り付けるに際し、二重の嵌合構造（嵌合接続部Ａ,Ｂ)を有する接合部１３により、一度の嵌め込み作業によって両者を容易かつ確実に接合することができる。従って、溶接作業の簡易化も相俟って、ステータの製造工数を大幅に削減することが可能となる。

図９は、本発明の回転電機用ステータコア１を用いたブラシレスモータ１００（以下、モータ１００）の一例を示す断面図である。モータ１００は、リラクタンスモータをベースとしつつ、ロータにマグネットを配することにより、マグネットの磁力を補助的に利用したマグネット補助型のリラクタンスモータとなっており、電動パワーステアリング装置の駆動源として使用される。モータ１００は、図９に示すように、通常のリラクタンスモータと同様に、外側にステータ（固定子）１０１、内側にロータ（回転子）１０２を配したインナーロータ型のブラシレスモータとなっている。

ステータ１０１は、有底円筒形状のモータケース１０３の内側に固定されている。ステータ１０１は、本発明のステータコア１と、ステータコア１にインシュレータ１０４を介して取り付けられたコイル１０と電気的に接続されるバスバーユニット（端子ユニット）１０５とから構成されている。モータケース１０３は、鉄等にて有底円筒状に形成されており、その開口部には、図示しない固定ネジによってアルミダイキャスト製のブラケット１０６が取り付けられる。

ステータコア１の一端側には、バスバーユニット１０５が取り付けられている。バスバーユニット１０５は、合成樹脂製の本体部内に銅製のバスバーがインサート成形された構成となっている。バスバーユニット１０５の周囲には、複数個の給電用端子１０７が径方向に突設されている。バスバーユニット７の取り付けに際し、給電用端子１０７は、ステータコア１から引き出されたコイル１０の端部１０８が溶接される。バスバーユニット１０５では、バスバーはモータ１００の相数に対応した個数（ここでは、Ｕ相,Ｖ相,Ｗ相分の３個と各相同士の接続用の１個の計４個）設けられている。各コイル１０は、その相に対応した給電用端子１０７と電気的に接続される。ステータコア１は、バスバーユニット１０５を取り付けた後、モータケース１０３内に圧入固定される。

ステータ１０１の内側にはロータ１０２が挿入されている。ロータ１０２はロータシャフト１０９を有しており、ロータシャフト１０９はベアリング１１０ａ,１１０ｂによって回転自在に軸支されている。ベアリング１１０ａはモータケース１０３の底部中央に、ベアリング１１０ｂはブラケット１０６の中央部にそれぞれ固定されている。ロータシャフト１０９には、円筒形状のロータコア１１１と、回転角度検出手段であるレゾルバ１１２のロータ（レゾルバロータ）１１３が取り付けられている。ロータコア１１１もまた、円板状の電磁鋼板を多数積層して形成されている。レゾルバ１１２のステータ（レゾルバステータ）１１４は、合成樹脂製のレゾルバブラケット１１５に収容されており、取付ネジ１１６によってブラケット１０６の内側に固定される。

このように、本発明の回転電機用ステータコア１は、ブラシレスモータ１００のステータコア１として用いられ、これにより、コギングの低減やトルクリップルの低減を図っている。

本発明は前記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変更可能であることは言うまでもない。
例えば、前述の実施の形態では、アウターコア３として、コアピース７を連設したものを使用した例を示したが、図７（ａ）に示すように、コアピース７を個々に分割形成したコアピース３１をインナーコア２の外周にそれぞれ取り付け、その外側に「たが」を嵌めるように、円筒状のケース（嵌装部材）３２を取り付けても良い（図７（ｂ））。この場合、ケース３２としてモータのケースを使用し、インナーコア２にコアピース３１を取り付けた後、これを直接嵌装部材を兼ねたモータケース内に嵌め込んでも良い。

また、前述の実施の形態では、案内面２７を球面状とした構成を示したが、これを図８に示したような平面状のスロープとしても良く、さらに、案内面２７の反対側の面を係合面２８として、抜け止め作用を強化しても良い。

なお、前述の実施形態とは逆に、アウターコア側にティースを設け、インナーコアに巻き付ける構成も可能である。但し、このような構成の場合、予めアウターコアにコイルを巻装し、その後、アウターコアをインナーコアに巻き付けると、巻き付けの際にティース同士が接近し、ティース間の距離が短くなる。すると、分布巻きのようにスロットを跨いで巻線を行う仕様の場合、コアの巻き付けに伴って巻装ティース間の距離が縮まり、コイルが上下方向にはみ出たりするなどして、コイル長を調整しきれない場合が生じる。このため、ティースの配置はアウター・インナー何れも可能ではあるが、インナーコア側にティースを配し巻線を行う方が好ましい。

本発明による固定子は、スタータモータなど、電動パワーステアリング装置以外の他の車載電動装置や、ハイブリッド自動車、電気自動車、エアコン等の電気製品等に使用されるモータや、オルタネータ等の発電機など、広く回転電機一般に適用可能である。

１ステータコア
２インナーコア
３アウターコア
４ティース
５ブリッジ部
６スロット
７コアピース
８切欠部
９連結部
１０コイル
１１円孔部
１２溶接部
１３接合部
１４凹部
１５凸部
１６凹部
１７凸部
１８ボス部
１９ボス部
２１インナーコアシート
２２アウターコアシート
２３窪み部
２４窪み部
２５嵌合凹部
２６嵌合凹部
２７案内面
２８係合面
３１コアピース
３２ケース
Ａ嵌合接続部
Ｂ嵌合接続部
１００ブラシレスモータ
１０１ステータ
１０２ロータ
１０３モータケース
１０４インシュレータ
１０５バスバーユニット
１０６ブラケット
１０７給電用端子
１０８コイル端部
１０９ロータシャフト
１１０ａ,１１０ｂベアリング
１１１ロータコア
１１２レゾルバ
１１３レゾルバロータ
１１４レゾルバステータ
１１５レゾルバブラケット
１１６取付ネジ

Claims

薄板状のインナーコアシートを複数枚積層して構成されたインナーコアと、
薄板状のアウターコアシートを複数枚積層して構成され、前記インナーコアの外側に取り付けられるアウターコアと、を有してなる回転電機用のステータコアであって、
前記インナーコアは、径方向に向かって延び放射状に配置された複数個のティースと、前記ティースの径方向内側に設けられ隣接する前記ティースの端部同士を接続するブリッジ部と、を備え、
前記アウターコアは、前記ティースの径方向外側に取り付けられるコアピースを複数個備え、
前記インナーコアシートの前記ティース外端部を径方向に凹部又は凸部に形成し、該凹部と凸部を周方向に沿って該ティース毎に交互に配置すると共に、積層方向に隣接する前記インナーコアシートの前記凹部と前記凸部が積層方向に交互に配置されるよう前記コアシートを積層し、
前記アウターコアシートの前記コアピース内径側に該コアピース毎に径方向に凹部又は凸部を形成し、該凹部と凸部を周方向に沿って該コアピース毎に交互に配置すると共に、積層方向に隣接する前記アウターコアシートの前記凹部と前記凸部が積層方向に交互に配置されるよう前記コアシートを積層し、
前記ティースと前記コアピースは、前記ティースの前記凹部と前記コアピースの前記凸部、及び、前記ティースの前記凸部と前記コアピースの前記凹部によって形成される第１嵌合接続部によって嵌合状態にて接合されることを特徴とする回転電機用ステータコア。
請求項１記載の回転電機用ステータコアにおいて、
前記第１嵌合接続部は径方向から接合可能であり、
前記アウターコアは、径方向からのスライド移動により前記インナーコアに取り付けられることを特徴とする回転電機用ステータコア。
請求項１又は２記載の回転電機用ステータコアにおいて、
前記インナーコア及び前記アウターコアは、前記凹部と前記凸部が積層方向に交互に配置され、前記凸部の間に前記凹部によってそれぞれ嵌合凹部が形成され、
前記インナーコアの前記嵌合凹部には前記アウターコアの前記凸部が挿入され、
前記アウターコアの前記嵌合凹部には前記インナーコアの前記凸部が挿入されることを特徴とする回転電機用ステータコア。
請求項１〜３の何れか１項に記載の回転電機用ステータコアにおいて、
前記インナーコアと前記アウターコアの前記各凸部に、積層方向に向かって同一方向に突出するボス部と、該ボス部の反対面に形成される窪み部とを設け、
前記インナーコア側の前記ボス部と前記アウターコア側の前記窪み部、及び、前記アウターコア側の前記ボス部と前記インナーコア側の前記窪み部は、それぞれ嵌合可能に形成され、
前記ティースと前記コアピースは、前記ボス部と前記窪み部によって形成される第２嵌合接続部によって嵌合状態にて接合されることを特徴とする回転電機用ステータコア。
請求項４記載の回転電機用ステータコアにおいて、
前記第２嵌合接続部は径方向から接合可能であり、
前記アウターコアは、径方向からのスライド移動により前記インナーコアに取り付けられることを特徴とする回転電機用ステータコア。
請求項４又は５記載の回転電機用ステータコアにおいて、
前記インナーコア側に形成された前記ボス部の外径側と、前記アウターコア側に形成された前記ボス部の内径側のそれぞれに、対向する各前記凸部の先端部が該ボス部に当接した後乗り上げる案内面を設けたことを特徴とする回転電機用ステータコア。
請求項１〜６の何れか１項に記載の回転電機用ステータコアにおいて、
前記アウターコアは、前記コアピースが複数個連設され、前記インナーコアの外側に巻き付けるように取り付けられることを特徴とする回転電機用ステータコア。
請求項１〜６の何れか１項に記載の回転電機用ステータコアにおいて、
前記アウターコアは、前記ティースの径方向外側に個々に取り付けられる複数個の前記コアピースと、前記コアピースの外側に嵌装され前記コアピースを前記インナーコアの外側に固定する嵌装部材と、を有することを特徴とする回転電機用ステータコア。
請求項１〜７記載の回転電機用ステータコアと、該ステータコアの内周側に回転自在に軸支されたロータとを有するブラシレスモータ。