JP2016082627A

JP2016082627A - 回転電機のステータ

Info

Publication number: JP2016082627A
Application number: JP2014209258A
Authority: JP
Inventors: 利典大河内; Toshinori Okochi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-10-10
Filing date: 2014-10-10
Publication date: 2016-05-16

Abstract

【課題】複数のコアプレートがカシメ積層されたステータにおいて渦電流による損失を低減する。【解決手段】第２コアプレート４２の第２カシメ部５２ｃと第１コアプレート４１の第１カシメ部５１ｃとで、カシメ位置を互いにずらすことで、第２カシメ部５２ｃと第１カシメ部５１ｃの導通が遮断され、ステータティース２４のカシメ部５１ｃ，５２ｃがステータ軸方向全体に渡って導通しない。その結果、ステータコア２１におけるループ状の導通経路は、第１コア部３１内の第１カシメ部５１ａ，５１ｃを通る導通経路と、第２コア部３２内の第２カシメ部５２ａ，５２ｃを通る導通経路とに分断され、渦電流が循環するループを小さくすることができる。【選択図】図９

Description

本発明は、複数のコアプレートがカシメ積層されたステータコアを備える回転電機のステータに関する。

下記特許文献１の回転電機のステータでは、ステータコアは、軸方向に積層された複数のコアプレートを含み、軸方向に隣接するコアプレート同士が複数箇所のカシメ部により結合されている。

特開２０１２−１６５４９４号公報特開２００８−４３１０２号公報

特許文献１のように、コアプレート同士を複数箇所のカシメ部により結合する際には、コアプレートの絶縁被膜が各カシメ部で破壊されることで、コアプレート同士が複数箇所のカシメ部で導通する。その結果、カシメ部を通るループ状の導通経路が形成され、ループ内を貫く磁束が変動すると、渦電流がこの導通経路を循環して流れる。積層されたすべてのコアプレートにおいてカシメ部の位置が同一である場合は、渦電流が循環するループが大きくなり、渦電流による損失が増大する。

本発明は、複数のコアプレートがカシメ積層されたステータにおいて渦電流による損失を低減することを目的とする。

本発明に係る回転電機のステータは、上述した目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明に係る回転電機のステータは、複数のコアプレートが軸方向にカシメ積層されたステータコアを備える回転電機のステータであって、ステータコアは、軸方向に結合された第１及び第２コア部を含み、第１コア部は、軸方向に積層された複数の第１コアプレートを含み、軸方向に隣接する第１コアプレート同士が複数箇所の第１カシメ部により結合され、第２コア部は、軸方向に積層された複数の第２コアプレートを含み、軸方向に隣接する第２コアプレート同士が複数箇所の第２カシメ部により結合され、第１及び第２カシメ部は、カシメ位置が互いにずれた位置ずれカシメ部を含むことを要旨とする。

本発明の一態様では、第１コア部と第２コア部が第３コアプレートを介して結合され、第３コアプレートにおいては、位置ずれカシメ部と軸方向に対向する位置にカシメよけ穴が設けられていることが好適である。

本発明によれば、ステータコア内のループ状の導通経路が、第１コア部内の第１カシメ部を通る導通経路と、第２コア部内の第２カシメ部を通る導通経路とに分断されることで、渦電流が循環するループを小さくすることができる。その結果、渦電流による損失を低減することができる。

本発明の実施形態に係る回転電機のステータの軸方向から見た概略構成を示す図である。図１のＡ−Ａ断面に相当する図である。第１コアプレート４１の構成例を示す図である。第２コアプレート４２の構成例を示す図である。第３コアプレート４３の構成例を示す図である。第１カシメ部５１ａの構成例を示す図である。すべてのコアプレート４０においてカシメ部５０ａ，５０ｂ，５０ｃの位置が同一である場合の構成例を示す図である。すべてのコアプレート４０においてカシメ部５０ａ，５０ｂ，５０ｃの位置が同一である場合の渦電流の経路を説明する図である。本発明の実施形態に係るステータの渦電流の経路を説明する図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。

図１〜５は、本発明の実施形態に係る回転電機のステータの概略構成を示す図である。図１はステータの軸方向から見た構成例を示し、図２は図１のＡ−Ａ断面に相当する図を示し、図３は第１コアプレート４１の構成例を示し、図４は第２コアプレート４２の構成例を示し、図５は第３コアプレート４３の構成例を示す。ステータは、複数のコアプレート４１〜４３がステータ軸方向にカシメ積層されたステータコア２１と、ステータコア２１に巻装されたコイル２２とを含んで構成される。ステータコア２１は、ステータ周方向に沿って延びる円環状のステータヨーク２３と、各々がステータヨーク２３よりステータ径方向内側（図示しないロータ側）へ突出する複数のステータティース２４とを含む。複数のステータティース２４はステータ周方向に互いに間隔をおいて（等間隔で）配置され、コイル２２は各ステータティース２４に巻装されている。ステータ周方向に分割した分割コアを結合してステータコア２１を構成することも可能である。

ステータコア２１においては、図２に示すように、第１コア部３１と第２コア部３２がステータ軸方向に交互に配置されている。第１コア部３１はステータ軸方向にカシメ積層された複数の第１コアプレート４１を含み、第２コア部３２はステータ軸方向にカシメ積層された複数の第２コアプレート４２を含む。ステータ軸方向において第１コア部３１と第２コア部３２が第３コアプレート４３を介してカシメ結合されている。カシメ積層されるコアプレート４１〜４３としては、電磁鋼板の板面に絶縁被膜が形成されたものが用いられる。

第１コアプレート４１は、図３に示すように、ステータ周方向に沿って延びる円環状のヨーク部３３と、各々がヨーク部３３よりステータ径方向内側へ突出する複数のティース部３４とを含む。複数のティース部３４はステータ周方向に互いに間隔をおいて（等間隔で）配置されている。第２コアプレート４２も同様に、図４に示すように、ステータ周方向に沿って延びる円環状のヨーク部３５と、各々がヨーク部３５よりステータ径方向内側へ突出する複数のティース部３６とを含み、複数のティース部３６がステータ周方向に互いに間隔をおいて（等間隔で）配置されている。第３コアプレート４３も同様に、図５に示すように、ステータ周方向に沿って延びる円環状のヨーク部３７と、各々がヨーク部３７よりステータ径方向内側へ突出する複数のティース部３８とを含み、複数のティース部３８がステータ周方向に互いに間隔をおいて（等間隔で）配置されている。第１コア部３１（複数の第１コアプレート４１）のヨーク部３３と第３コアプレート４３のヨーク部３７と第２コア部３２（複数の第２コアプレート４２）のヨーク部３５をステータ軸方向に積み重ねることでステータヨーク２３が形成される。そして、第１コア部３１（複数の第１コアプレート４１）のティース部３４と第３コアプレート４３のティース部３８と第２コア部３２（複数の第２コアプレート４２）のティース部３６をステータ軸方向に積み重ねることでステータティース２４が形成される。

第１コアプレート４１には、複数（図３の例では３つ）の第１カシメ部５１ａ，５１ｂ，５１ｃが設けられている。図３の例では、第１カシメ部５１ａ，５１ｂはヨーク部３３に配置され、第１カシメ部５１ｃはティース部３４に配置されている。第１カシメ部５１ａのステータ周方向位置は第１カシメ部５１ｃのステータ周方向位置に対してステータ周方向一方側へずれており、第１カシメ部５１ｂのステータ周方向位置は第１カシメ部５１ｃのステータ周方向位置に対してステータ周方向他方側へずれている。第１コア部３１においては、ステータ軸方向に隣接する第１コアプレート４１同士が複数箇所の第１カシメ部５１ａ，５１ｂ，５１ｃにより結合されている。第１カシメ部５１ａの構成例を図６に示す。図６の例では、第１カシメ部５１ａとして、第１コアプレート４１の表面（一方の板面）４１ａに突起６１ａが形成されるとともに、第１コアプレート４１の裏面（他方の板面）４１ｂに窪み６１ｂが形成されている。ステータ軸方向に隣接する第１コアプレート４１の第１カシメ部５１ａにおいて、一方の突起６１ａが他方の窪み６１ｂに嵌合することで、隣接する第１コアプレート４１同士がカシメ結合される。他の第１カシメ部５１ｂ，５１ｃの構成例も図６の構成例と同様である。

第２コアプレート４２には、複数（図４の例では３つ）の第２カシメ部５２ａ，５２ｂ，５２ｃが設けられている。図４の例では、第２カシメ部５２ａ，５２ｂはヨーク部３５に配置され、第２カシメ部５２ｃはティース部３６に配置されている。第２カシメ部５２ａのステータ周方向位置は第２カシメ部５２ｃのステータ周方向位置に対してステータ周方向一方側へずれており、第２カシメ部５２ｂのステータ周方向位置は第２カシメ部５２ｃのステータ周方向位置に対してステータ周方向他方側へずれている。第２コア部３２においては、ステータ軸方向に隣接する第２コアプレート４２同士が複数箇所の第２カシメ部５２ａ，５２ｂ，５２ｃにより結合されている。第２カシメ部５２ａ，５２ｂ，５２ｃの構成例も図６の構成例と同様である。

図３，４に示すように、第２コアプレート４２（ヨーク部３５）に形成された第２カシメ部５２ａ，５２ｂの板面位置は、第１コアプレート４１（ヨーク部３３）に形成された第１カシメ部５１ａ，５１ｂの板面位置にそれぞれ一致し、第２カシメ部５２ａ，５２ｂが第１カシメ部５１ａ，５１ｂとステータ軸方向にそれぞれ対向する。ここでの板面位置はステータ軸方向に垂直な平面内の位置を表す。ただし、本実施形態では、図３，４に示すように、第２コアプレート４２（ティース部３６）に形成された第２カシメ部５２ｃの板面位置は、第１コアプレート４１（ティース部３４）に形成された第１カシメ部５１ｃの板面位置に対してずれており、第２カシメ部５２ｃは第１カシメ部５１ｃとステータ軸方向に対向しない。このように、第１カシメ部５１ａ，５１ｂ，５１ｃ及び第２カシメ部５２ａ，５２ｂ，５２ｃは、カシメ位置（板面位置）がステータ軸方向に対向しないよう互いにずれた位置ずれカシメ部５１ｃ，５２ｃを含む。

第３コアプレート４３には、複数（図５の例では２つ）の第３カシメ部５３ａ，５３ｂが設けられている。図５の例では、第３カシメ部５３ａ，５３ｂはヨーク部３７に配置されている。第３カシメ部５３ａ，５３ｂの構成例も図６の構成例と同様である。図３〜５に示すように、第３コアプレート４３（ヨーク部３７）に形成された第３カシメ部５３ａ，５３ｂの板面位置は、第１カシメ部５１ａ，５１ｂ（第２カシメ部５２ａ，５２ｂ）の板面位置にそれぞれ一致し、第３カシメ部５３ａ，５３ｂが第１カシメ部５１ａ，５１ｂ（第２カシメ部５２ａ，５２ｂ）とステータ軸方向にそれぞれ対向する。さらに、図３〜５に示すように、第３コアプレート４３（ティース部３８）において、第１カシメ部（位置ずれカシメ部）５１ｃとステータ軸方向に対向する板面位置には、第１カシメ部５１ｃの突起を避けるためのカシメよけ穴５３ｃが設けられ、第２カシメ部（位置ずれカシメ部）５２ｃとステータ軸方向に対向する板面位置には、第２カシメ部５２ｃの突起を避けるためのカシメよけ穴５３ｄが設けられている。カシメよけ穴５３ｃの大きさは第１カシメ部５１ｃより大きく、カシメよけ穴５３ｄの大きさは第２カシメ部５２ｃより大きく、第１及び第２カシメ部５１ｃ，５２ｃの突起高さは第３コアプレート４３の厚さ以下に設定される。

ステータ軸方向に隣接する第３コアプレート４３と第１コアプレート４１において、第３カシメ部５３ａと第１カシメ部５１ａが結合され、第３カシメ部５３ｂと第１カシメ部５１ｂが結合されることで、第３コアプレート４３と第１コアプレート４１がカシメ結合される。そして、ステータ軸方向に隣接する第３コアプレート４３と第２コアプレート４２において、第３カシメ部５３ａと第２カシメ部５２ａが結合され、第３カシメ部５３ｂと第２カシメ部５２ｂが結合されることで、第３コアプレート４３と第２コアプレート４２がカシメ結合される。これによって、ステータ軸方向において第１コア部３１と第２コア部３２が第３コアプレート４３を介してカシメ結合される。その際に、第１カシメ部（位置ずれカシメ部）５１ｃの突起はカシメよけ穴５３ｃ内に位置し、第２カシメ部（位置ずれカシメ部）５２ｃの突起はカシメよけ穴５３ｄ内に位置する。

第１コアプレート４１同士を第１カシメ部５１ａ，５１ｂ，５１ｃにより結合する際には、例えば図６に示すように、第１コアプレート４１の絶縁被膜６０が第１カシメ部５１ａ，５１ｂ，５１ｃで破壊されることで、第１コアプレート４１同士が複数箇所の第１カシメ部５１ａ，５１ｂ，５１ｃで導通する。同様に、第２コアプレート４２同士が複数箇所の第２カシメ部５２ａ，５２ｂ，５２ｃで導通する。ここで、図７，８に示すように、ステータ軸方向に積層されたすべてのコアプレート４０において、カシメ部５０ａ，５０ｂ，５０ｃの板面位置が同一である場合を考えると、ステータ軸方向全体に渡って各カシメ部５０ａ，５０ｂ，５０ｃが導通し、例えば図８の矢印ａに示すようなカシメ部５０ａ，５０ｃを通るループ状の導通経路が形成される。そして、図７の矢印ｂに示すようなループ内を貫く磁束が変動すると、図８の矢印ａに示すような渦電流がこの導通経路を循環して流れる。その際には、渦電流が循環するループが大きいほど、渦電流による鉄損が増大する。

これに対して本実施形態によれば、位置ずれカシメ部として、第２コアプレート４２（ティース部３６）の第２カシメ部５２ｃと第１コアプレート４１（ティース部３４）の第１カシメ部５１ｃとで、カシメ位置を互いにずらすことで、第２カシメ部５２ｃと第１カシメ部５１ｃの導通が遮断され、ステータティース２４のカシメ部５１ｃ，５２ｃがステータ軸方向全体に渡って導通しない。これによって、ステータコア２１におけるループ状の導通経路は、図９の矢印ｃに示すような第１コア部３１内の第１カシメ部５１ａ，５１ｃを通るループ状の導通経路と、図９の矢印ｄに示すような第２コア部３２内の第２カシメ部５２ａ，５２ｃを通るループ状の導通経路とに分断される。その結果、図９の矢印ｃ，ｄに示すように渦電流が循環するループを小さくすることができ、渦電流による鉄損を低減することができる。その際には、ステータ軸方向において板面位置がずれながらカシメ部を必ず設定できるため、ステータコア２１の引き剥がし強度の低下を防ぐことができる。また、第３コアプレート４３にカシメ部（位置ずれカシメ部）５１ｃ，５２ｃの突起を避けるためのカシメよけ穴５３ｃ，５３ｄを形成することで、第３コアプレート４３と第１コアプレート４１間、及び第３コアプレート４３と第２コアプレート４２間にカシメ部５１ｃ，５２ｃの突起による隙間が形成されるのを防ぐことができる。

以上の実施形態では、位置ずれカシメ部として、ティース部３４の第１カシメ部５１ｃとティース部３６の第２カシメ部５２ｃとで、カシメ位置を互いにずらすものとした。ただし、本実施形態では、位置ずれカシメ部として、ヨーク部３３の第１カシメ部５１ａ，５１ｂとヨーク部３５の第２カシメ部５２ａ，５２ｂとで、カシメ位置を互いにずらすことも可能である。その場合は、第３コアプレート４３（ヨーク部３７）において、第１カシメ部５１ａ，５１ｂとステータ軸方向に対向する板面位置、及び第２カシメ部５２ａ，５２ｂとステータ軸方向に対向する板面位置に、カシメよけ穴をそれぞれ設けることが好ましい。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

２１ステータコア、２２コイル、２３ステータヨーク、２４ステータティース、３１第１コア部、３２第２コア部、３３，３５，３７ヨーク部、３４，３６，３８ティース部、４１第１コアプレート、４２第２コアプレート、４３第３コアプレート、５１ａ，５１ｂ，５１ｃ第１カシメ部、５２ａ，５２ｂ，５２ｃ第２カシメ部、５３ａ，５３ｂ第３カシメ部、５３ｃ，５３ｄカシメよけ穴、６０絶縁被膜、６１ａ突起、６１ｂ窪み。

Claims

複数のコアプレートが軸方向にカシメ積層されたステータコアを備える回転電機のステータであって、
ステータコアは、軸方向に結合された第１及び第２コア部を含み、
第１コア部は、軸方向に積層された複数の第１コアプレートを含み、軸方向に隣接する第１コアプレート同士が複数箇所の第１カシメ部により結合され、
第２コア部は、軸方向に積層された複数の第２コアプレートを含み、軸方向に隣接する第２コアプレート同士が複数箇所の第２カシメ部により結合され、
第１及び第２カシメ部は、カシメ位置が互いにずれた位置ずれカシメ部を含む、回転電機のステータ。
請求項１に記載の回転電機のステータであって、
第１コア部と第２コア部が第３コアプレートを介して結合され、
第３コアプレートにおいては、位置ずれカシメ部と軸方向に対向する位置にカシメよけ穴が設けられている、回転電機のステータ。