JP2016025724A

JP2016025724A - 回転電機のコア

Info

Publication number: JP2016025724A
Application number: JP2014147777A
Authority: JP
Inventors: 孝頼榊原; Takayori Sakakibara
Original assignee: Toyota Boshoku Corp
Current assignee: Toyota Boshoku Corp
Priority date: 2014-07-18
Filing date: 2014-07-18
Publication date: 2016-02-08
Anticipated expiration: 2034-07-18
Also published as: JP6287658B2

Abstract

【課題】渦電流損を低減することができる。
【解決手段】ステータコア１０は、磁性鋼板の両面に絶縁皮膜が設けられた複数枚のコア板２０を積層することにより形成されている。コア板２０の各々には透孔２１，２２が形成され、透孔２１，２２の各々の内部には、絶縁材料よりなり、コア板２０同士を固定する固定材４０が充填されている。固定材４０は、コア板２０の積層方向においてコア板２０を挟持する挟持部４６，４７を有している。
【選択図】図２

Description

本発明は、磁性鋼板の両面に絶縁皮膜が設けられた複数枚のコア板を積層することにより形成される回転電機のコアに関する。

従来、モータのコアは、例えば電磁鋼板などの磁性鋼板により形成された複数枚のコア板を積層することにより形成されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１には、各コア板の両面に凹凸部を形成し、コア板の凹部に、同コア板に隣接する他のコア板の凸部を嵌合させる構成が開示されている。また、各コア板の両面には絶縁皮膜が設けられている。

特開平７―２３５３７号公報

ところで、特許文献１に記載のコアの場合、絶縁皮膜が設けられた磁性鋼板にプレス加工を行なうことによって前記凹凸部を有するコア板が形成されるため、磁性鋼板及び絶縁皮膜が剪断される。そのため、凹凸部の剪断面及びコア板の本体側の剪断面に絶縁皮膜が存在しない部位が生じることとなる。従って、凹凸部の剪断面と、同凹凸部が嵌合されるコア板の本体側の剪断面とが接触する部位ではコア板間の電気的な絶縁を確保することができず、渦電流損が発生する。その結果、モータの運転効率が低下するといった問題が生じる。

本発明の目的は、渦電流損を低減することができる回転電機のコアを提供することにある。

上記目的を達成するための回転電機のコアは、磁性鋼板の両面に絶縁皮膜が設けられたコア板を複数枚積層することにより形成されるものであり、前記コア板の各々には透孔が形成され、前記透孔の各々の内部には絶縁材料よりなり、前記コア板同士を固定する固定材が充填され、前記固定材は、前記コア板の積層方向において同コア板を挟持する挟持部を有している。

同構成によれば、各コア板の透孔の内部に充填される固定材の挟持部によって、コア板がその積層方向において挟持されるため、コア板同士が離間することを適切に回避することができ、コア板同士を固定することができる。また、このような構成によれば、コア板の透孔の内側縁が絶縁材料よりなる固定材に接触することとなり、各透孔の内側縁同士が接触することがない。従って、これら透孔の内側縁間を渦電流が流れることを適切に抑制することができる。

本発明によれば、渦電流損を低減することができる。

一実施形態に係るステータコアの斜視図。図１の２−２線に沿った断面図。図１の３−３線に沿った断面図。ステータコアの透孔に固定材を充填する装置の断面図。図２の５−５線に沿った断面図。図３の６−６線に沿った断面図。変形例のステータコアの断面図であって、図２に対応する断面図。

以下、図１〜図６を参照して、一実施形態について説明する。
図１に示すように、モータのステータコア１０は、複数枚のコア板２０を積層することにより形成されている。コア板２０は、磁性鋼板により形成され、その表裏両面には図示しない絶縁皮膜が設けられている。なお、磁性鋼板としては、例えば電磁鋼板が好ましい。

コア板２０は、円環状の基部２３と、基部２３の内周面から中心に向けて延びるとともに周方向に等間隔にて形成された複数の磁極部２４とを有している。
図１及び図２に示すように、ステータコア１０における上から１〜３枚目、７〜９枚目、１３〜１５枚目、・・・のコア板２０（以下、第１コア板群３１と称する。）の基部２３には、周方向に間隔をおいて複数の第１透孔２１が形成されている。なお、本実施形態では、図１に示すように、第１透孔２１が、１時、２時、３時、５時、６時、７時、９時、１０時、及び１１時の位置に形成されている。

また、ステータコア１０における上から４〜６枚目、１０〜１２枚目、・・・のコア板２０（以下、第２コア板群３２と称する。）の基部２３には、前記第１透孔２１に対応して複数の第２透孔２２が形成されている。従って、ステータコア１０においては、第１コア板群３１と第２コア板群３２とが交互に積層されている。

第１透孔２１は、コア板２０の基部２３の接線方向に長い平面視矩形状をなしている。また、第２透孔２２は第１透孔２１と同一の形状を有している。ただし、図２に示すように、第２透孔２２は、その一部が第１透孔２１の一部と同一位置に形成されているが、第２透孔２２の残りの部分は第１透孔２１に対して前記接線方向に偏倚している。

各透孔２１，２２の内部には、絶縁材料よりなり、コア板２０同士を固定する固定材４０が充填されている。固定材４０としては、常温で固化可能な熱可塑性樹脂である液晶ポリマー（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＰｏｌｙｍｅｒ）、より具体的には液晶ポリエステルが用いられている。

図２に示すように、固定材４０は、各透孔２１，２２の内部においてコア板２０の積層方向（以下、単に積層方向と称する。）に沿って延びる基部４１と、同基部２３から延びる第１延設部４２及び第２延設部４３とを有している。第１延設部４２は第１透孔２１の残りの内部空間に充填された部位であり、第２延設部４３は第２透孔２２の残りの内部空間に充填された部位である。第１延設部４２と第２延設部４３とは基部４１から互いに反対方向に向けて延びている。

固定材４０は、基部４１から延びるとともに、ステータコア１０における一番上に位置するコア板２０の外側端面に当接する上側突出部４４、及び基部４１から延びるとともに、ステータコア１０における一番下に位置するコア板２０の外側端面に当接する下側突出部４５を有している。また、各突出部４４，４５は、基部４１からコア板２０の接線方向の両側に向けて延びている。従って、上側突出部４４と各第２延設部４３とによって、積層方向において各第１コア板群３１を挟持する挟持部４６が構成される。また、下側突出部４５と各第１延設部４２とによって、積層方向において各第２コア板群３２を挟持する挟持部４７が構成される。

図１及び図３に示すように、コア板２０には、同コア板２０に隣接する他のコア板２０との間で凹凸の関係により嵌合される嵌合部２８が形成されている。なお、本実施形態では、図１に示すように、前記嵌合部２８が、４時、８時、及び１２時の位置に形成されている。

図３に示すように、一番上に位置するコア板２０の嵌合部２８には、基部２３の接線方向に沿って延びる平面視矩形状の孔２９が形成されている。また、上から２枚目以降のコア板２０の嵌合部２８は、プレス加工により上方に向けて突出されており、前記接線方向の中央に近接するほど上方に位置する断面山形状をなしている。そして、コア板２０の嵌合部２８の凸面２８ａが、同コア板２０の直上に位置するコア板２０の嵌合部２８の凹面２８ｂに嵌合されている。また、上から２枚目のコア板２０の嵌合部２８の凸面２８ａは、一番上に位置するコア板２０の孔２９に嵌合されている。

次に、本実施形態のステータコア１０の製造工程について説明する。
まずは、平板状の電磁鋼板に対してプレス加工を行なうことにより、第１透孔２１或いは第２透孔２２を有するコア板２０が打ち抜き成形される。またこのとき、コア板２０に前記嵌合部２８が形成される。

そして、第２透孔２２を有する３枚のコア板２０（第２コア板群３２）を積層し、その上に、第１透孔２１を有する３枚のコア板２０（第１コア板群３１）を積層する工程が繰り返される。こうして積層された複数枚のコア板２０を積層方向に加圧することにより、互いに隣接するコア板２０の嵌合部２８同士が嵌合される。

続いて、例えば図４に示す成形機５０を用いて、各コア板２０の透孔２１，２２の内部に、液晶ポリエステルよりなる固定材４０が充填される。そして、この固定材４０が固化されることにより、コア板２０同士が固定される。

図４に示すように、成形機５０は、ステータコア１０を支持する基台５１、及びステータコア１０の上面に当接される上枠５２を備えている。基台５１の上面及び上枠５２の下面には、固定材４０の下側突出部４５及び上側突出部４４を成形する型としての凹部５１１，５２１が形成されている。また、成形機５０は、ステータコア１０の外周を包囲する環状の外枠（図示略）を備えている。また、上枠５２には、加熱部５２６が設けられている。

前記成形機５０にステータコア１０が取り付けられた状態において、射出機６０から溶融状態の固定材４０が射出されると、固定材４０は、上枠５２の注入口５２２から注入通路５２３及び口金５２４を通じて、各コア板２０の透孔２１，２２の内部に充填される。このとき、前記加熱部５２６により、液晶ポリエステルよりなる固定材４０は高温に維持されて、低い粘性が維持され、良好な流動性が確保される。この場合、ステータコア１０の温度は常温とされている。そして、上枠５２には、ステータコア１０の過加熱を防止し、ステータコア１０をほぼ常温に維持するための冷却水の通路５２５が形成されている。

次に、本実施形態の作用について説明する。
各コア板２０の透孔２１，２２の内部に充填される固定材４０の挟持部４６，４７によって、コア板２０がその積層方向において挟持されるため、コア板２０同士が離間することを適切に回避することができ、コア板２０同士を固定することができる。

また、このような固定態様によれば、図５に示すように、コア板２０の透孔２１，２２の内側縁が絶縁材料よりなる固定材４０に接触することとなり、同透孔２１，２２の内側縁同士が接触することがない。従って、これら透孔２１，２２の内側縁間を渦電流が流れることを適切に抑制することができ、渦電流損を低減することができる。

なお、図６に示すように、嵌合部２８においては、プレス加工に起因して、電磁鋼板２０Ａ及びその表裏両面に設けられた絶縁皮膜２０Ｂが剪断されるため、嵌合部２８の剪断面及びコア板２０の本体側の剪断面に絶縁皮膜２０Ｂが存在しない部位が生じることとなる。従って、嵌合部２８の剪断面と、同嵌合部２８が嵌合される他のコア板２０の本体側の剪断面とが接触する部位ではコア板２０間の電気的な絶縁を確保することができず、渦電流損が発生する。

ただし、本実施形態では、こうした嵌合部２８によるコア板２０同士の固定箇所が３箇所とされており、他の９箇所においては、前述したように、前記固定材４０によってコア板２０同士が固定されている。このため、嵌合部２８のみによってコア板２０同士を固定する構成に比べて、嵌合部２８による固定箇所が少なくて済み、ステータコア１０全体としての渦電流損を低減することができる。

以上説明した本実施形態に係るステータコア１０によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）ステータコア１０のコア板２０の各々には透孔２１，２２が形成され、透孔２１，２２の各々の内部には、絶縁材料よりなり、コア板２０同士を固定する固定材４０が充填されている。固定材４０は、コア板２０の積層方向においてコア板２０を挟持する挟持部４６，４７を有している。

こうした構成によれば、固定材４０の挟持部４６，４７によって、コア板２０同士が離間することを適切に回避することができ、コア板２０同士を固定することができる。また、このような構成によれば、コア板２０の透孔２１，２２の内側縁同士が接触することがなく、これら透孔２１，２２の内側縁間を渦電流が流れることを適切に抑制することができる。従って、渦電流損を低減することができ、モータの運転効率を向上させることができる。

（２）挟持部４６，４７が上側突出部４４及び下側突出部４５を有しているため、積層方向の両端に位置するコア板２０についても突出部４４，４５によって適切に挟持することができ、コア板２０が離間することを適切に回避することができる。

（３）固定材４０は、透孔２１，２２の各々の内部において積層方向に沿って延びる基部４１を有している。また、固定材４０は、基部４１からコア板２０の接線方向の一方に沿って延びるとともに積層方向に間隔をおいて設けられる複数の第１延設部４２と、基部４１から前記一方とは反対の方向に向けて延びるとともに積層方向において互いに隣り合う第１延設部４２の間に位置する第２延設部４３とを有している。

こうした構成によれば、上側突出部４４と複数の第２延設部４３とによって各第１コア板群３１が挟持されるとともに、下側突出部４５と複数の第１延設部４２とによって各第２コア板群３２が挟持される。従って、各第１コア板群３１及び各第２コア板群３２を均一な力で挟持することができる。このため、各突出部４４，４５及び各延設部４２，４３に求められる強度が小さくなり、固定材４０の体格を抑えることができる。

（４）コア板２０には、コア板２０に隣接する他のコア板２０との間で凹凸の関係により嵌合される嵌合部２８が形成されている。
こうした構成によれば、コア板２０の嵌合部２８を同コア板２０に隣接する他のコア板２０の嵌合部２８に凹凸の関係により嵌合させることにより、コア板２０の各々が固定される。このため、複数枚積層されたコア板２０を成形機５０まで搬送することが容易にできるとともに、各コア板２０の透孔２１，２２に固定材４０を充填することが容易にできる。

（５）固定材４０として常温で固化する熱可塑性樹脂材料を用いているので、固定材４０の充填に先立ってコア板２０を予備加熱したり、固定材４０の充填後にコア板２０を冷却したりする必要がない。このため、加熱工程及び冷却工程を省略することができ、ステータコア１０の製造工程を簡略化することができる。

なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・固定材４０を常温よりも高い温度で固化する熱可塑性樹脂などの絶縁材料によって形成することもできる。

・嵌合部２８の数を２つ以下にすることもできる。また、複数枚積層されたコア板を積層状態に保持することができるのであれば、嵌合部２８を省略することもできる。また、少なくとも１つの固定材４０が設けられていればよく、嵌合部２８の数を４つ以上にすることもできる。

・透孔をコア板２０の径方向に長い形状にすることもできる。また、透孔の平面視形状を４角形以外の多角形状にすることや長円形状などにすることもできる。
・各第１コア板群３１及び各第２コア板群３２を３枚のコア板２０によって構成したが、２枚のコア板や４枚以上のコア板によって各コア板群を構成することもできる。また、１枚のコア板毎に透孔の形状を変更するようにすることもできる。

・図７に示すように、基部１４１、上側突出部１４４、及び下側突出部１４５からなる固定材１４０を採用することもできる。すなわち、上記実施形態において例示した第１延設部４２及び第２延設部４３を省略することもできる。この場合、コア板１２０の同一位置に同一形状の透孔１２１が形成されている。また、各突出部１４４，１４５は、基部１４１からコア板１２０の接線方向の両側に向けて延びている。こうした構成においても、上側突出部１４４と下側突出部１４５とによって、コア板１２０がその積層方向において挟持されるため、コア板１２０同士が離間することを適切に回避することができ、コア板１２０同士を固定することができる。

・モータのロータコアに対して本発明を適用することもできる。また、発電機のコアに対して本発明を適用することもできる。

１０，１１０…ステータコア、２０，１２０…コア板、２０Ａ…電磁鋼板、２０Ｂ…絶縁皮膜、２１…第１透孔、２２…第２透孔、２３…基部、２４…磁極部、２８…嵌合部、２８ａ…凸面、２８ｂ…凹面、２９…孔、３１…第１コア板群、３２…第２コア板群、４０…固定材、４１…基部、４２…第１延設部、４３…第２延設部、４４，１４４…上側突出部、４５，１４５…下側突出部、４６，４７…挟持部、５０…成形機、５１…基台、５１１…凹部、５２…上枠、５２１…凹部、５２２…注入口、５２３…注入通路、５２４…口金、５２５…冷却水の通路、５２６…加熱部、６０…射出機、１２１…透孔。

Claims

磁性鋼板の両面に絶縁皮膜が設けられた複数枚のコア板を積層することにより形成される回転電機のコアにおいて、
前記コア板の各々には透孔が形成され、
前記透孔の各々の内部には、絶縁材料よりなり、前記コア板同士を固定する固定材が充填され、
前記固定材は、前記コア板の積層方向において同コア板を挟持する挟持部を有している、
回転電機のコア。
前記挟持部は、前記積層方向の両端に位置する前記コア板の外側に突出し、同コア板の外側端面に当接する突出部を含む、
請求項１に記載の回転電気のコア。
前記固定材は、前記透孔の各々の内部に位置するとともに前記積層方向に沿って延びる基部と、同基部から前記コア板の面方向に沿って延びるとともに前記積層方向に間隔をおいて設けられた複数の延設部とを有し、
前記挟持部は、前記複数の延設部を含む、
請求項１又は請求項２に記載の回転電機のコア。
前記延設部は、前記基部から一方に延びるとともに前記積層方向に間隔をおいて設けられる複数の第１延設部と、同基部から前記一方とは反対の方向に向けて延びるとともに前記積層方向において互いに隣り合う前記第１延設部の間に位置する第２延設部と、を含む、
請求項３に記載の回転電機のコア。
前記コア板には、同コア板に隣接する他の前記コア板との間で凹凸の関係により嵌合される嵌合部が形成されている、
請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の回転電機のコア。