JP2017225217A

JP2017225217A - 回転電機のステータ

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Publication number: JP2017225217A
Application number: JP2016117596A
Authority: JP
Inventors: ▲高▼橋　豊; 豊 ▲高▼橋; Yutaka Takahashi
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2016-06-14
Filing date: 2016-06-14
Publication date: 2017-12-21
Anticipated expiration: 2036-06-14
Also published as: JP6364444B2

Abstract

【課題】本発明は、重量の増加やレイアウトの制限を回避しつつ、軸方向の振動と周方向の振動との両方を低減できる回転電機のステータを提供することを課題とする。【解決手段】本発明に係るステータ１は、周方向に配列する複数のステータ片２と、複数のステータ片２を保持する筒状のステータホルダ３と、を備え、ステータホルダ３の外周面３ｂには、複数のリブが設けられ、各リブは、軸方向に傾斜しながら延在する傾斜リブ５であることを特徴とする。【選択図】図５

Description

本発明は、回転電機のステータに関する。

近年、回転電機は、車両に搭載されて駆動力を生成する電動機として、又は減速時に電気を生成する発電機として利用されている。
このような回転電機のステータは、回転磁界を生成するためのステータコイルと、ステータコイルが巻き回しされるステータコアと、を備える。
また、ステータコアが周方向に分割された複数のステータ片から構成される場合、ステータは、複数のステータ片を保持する円筒状のステータホルダをさらに備える。

ところで、ロータの回転時、ロータからステータ（ステータ片）に対し、電磁加振力（磁気による径方向の吸引力及び反発力）が作用する。
また、電磁加振力は、ロータの磁極次数分だけ発生するため、複数のステータ片に電磁加振力が作用し、ステータホルダが円環振動する。
以上から、ステータホルダの振動がハウジング等に伝達し、回転電機から騒音が生じることがある。

このような騒音を抑制するため、従来技術においては、ステータホルダの外周面に複数のリブを形成し、ステータホルダの剛性を高めてステータホルダの振動を低減している。
例えば、特許文献１のステータホルダでは、軸方向に延びるリブが周方向に複数形成されている。また、特許文献２のステータホルダでは、周方向に延びるリブが軸方向に複数形成されている。

特開２０００−６００５９号公報特開２０１４−１６６０３１号公報

しかしながら、特許文献１によれば、軸方向の振動を低減できるものの、周方向の振動を低減できない。一方で、特許文献２によれば、軸方向の振動を低減できるものの、周方向の振動を低減に関し更なる改善の余地がある。
また、軸方向と周方向との両方の振動を低減するため、軸方向に延びるリブと周方向に延びるリブとの両方をステータホルダに形成すると、重量の増加やレイアウトの制限が生じ、好ましくない。
よって、重量の増加やレイアウトの制限を回避しつつ、軸方向の振動と周方向の振動との両方を低減できるステータホルダ（ステータ）の開発が望まれている。

そこで、本発明は、前記する背景に鑑みて創案された発明であって、重量の増加やレイアウトの制限を回避しつつ、軸方向の振動と周方向の振動との両方を低減できる回転電機のステータを提供することを課題とする。

前記課題を解決するための手段として、本発明に係るステータホルダは、周方向に配列する複数のステータ片と、前記複数のステータ片を保持する筒状のステータホルダと、を備え、前記ステータホルダの外周面には、複数のリブが設けられ、前記各リブは、前記軸方向に傾斜しながら延在する傾斜リブであることを特徴とする。

前記発明によれば、傾斜リブがステータホルダの軸方向と周方向との剛性を高める。よって、ステータホルダによる軸方向の振動と周方向の振動とが低減する。
また、前記発明によれば、従来技術で説明した軸方向に延びるリブと周方向に延びるリブとの両方を形成していないため、重量の増加やレイアウトの制限という不利益を回避できる。

ここで、ステータに作用する電磁加振力は、ロータの回転に伴い、周方向に変位する。
このため、周方向に隣り合う傾斜リブ間に軸方向に延びる隙間が形成されている場合、その傾斜リブ間の剛性が低く、振動を低減できない。

よって、前記課題を解決するため、前記発明において、前記傾斜リブの一部は、周方向に隣り合う他の傾斜リブに対し、前記軸方向から視て重なり合っていることが好ましい。

前記構成によれば、周方向に隣り合う傾斜リブ間に、軸方向に延びる隙間が形成されなくなるため、前記するような課題を解決できる。

また、前記発明において、前記各傾斜リブは、同形状であり、かつ、周方向に等間隔で配置されていることが好ましい。

前記構成によれば、ステータホルダの剛性を周方向に均等に向上することができる。

また、前記発明において、前記傾斜リブは、前記ステータホルダの外周面において一端から他端まで延在していることが好ましい。

前記構成によれば、ステータホルダにおいて剛性が向上する部位が多くなり、より振動を低減できる。

また、前記発明において、前記ステータホルダの開口部には、径方向外側に張り出すフランジ部が設けられ、前記傾斜リブの端部が前記フランジ部に接合していることが好ましい。

前記構成によれば、ステータホルダの開口部近傍の剛性が向上し、振動をより低減できる。

また、前記発明において、前記複数の傾斜リブの数は、前記ロータの磁極数の整数倍であることが好ましい。

一般に、ロータの磁極の次数（磁極数の整数倍）に対応する電磁加振力がステータに作用する。よって、前記構成によれば、電磁加振力による振動を効果的に低減することができる。

本発明によれば、重量の増加やレイアウトの制限を回避しつつ、軸方向の振動と周方向の振動との両方を低減できるステータホルダを提供することができる。

実施形態のステータを適用した電動機を前側（軸方向一方側）から視た前面図である。ステータ片を外周側かつ上方から視た斜視図である。ステータ片の分解斜視図である。ステータホルダを後側（軸方向他方側）から斜視した斜視図である。ステータホルダを軸方向に切って展開し、外周側から視た展開図である。変形例の傾斜部を説明するための図である。

つぎに、実施形態のステータを適用した電動機について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明のステータは、電動機に限らず、発電機に適用してもよい。

（電動機）
電動機１００は、電気エネルギーを回転軸１０１の回転運動に変換するためのものである。
図１に示すように、電動機１００は、軸線Ｏ回りに回転自在な回転軸１０１と、回転軸１０１に貫通された円筒状のロータ１０２と、ロータ１０２の外周側を囲む円筒状のステータ１と、これらを収容するハウジング（不図示）と、を備える。
なお、説明の都合上、軸線Ｏが延びる方向を前後方向とする。

（ロータ）
ロータ１０２は、ステータ１により生成された回転磁界により回転する部品である。
ロータ１０２は、特に図示しないが、ロータコアと、ロータコア内に埋設された複数の永久磁石と、を備える。

ロータコアは、環状の電磁鋼板を複数重ねて成る円筒状部品であり、中央部に貫通孔が形成されている。また、その貫通孔には、回転軸１０１が圧入されており、ロータコアと回転軸１０１とが一体になっている。
さらに、本実施形態のロータ１０２は、８極数（４極対数）のものが用いられている。このため、ロータ１０２の回転時（ステータ１の回転磁界の生成時）、ステータ１に作用する電磁加振力（図１の矢印Ｆ参照）が８つとなっている。

（ステータ）
ステータ１は、ロータ１０２を回転させる回転磁界を生成するための部品である。
図１に示すように、ステータ１は、軸線Ｏを中心として周方向に配列し、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれを構成する１８個のステータ片２と、１８個のステータ片２を保持するためのステータホルダ３と、を備える。

図２、図３に示すように、ステータ片２は、Ｔ字状の分割コア１０と、分割コア１０を被覆するインシュレータ２０と、インシュレータ２０に巻き回しされたコイル３０と、を備える。
なお、以下の説明において、径方向内側又は径方向外側を、単に「内側」又は「外側」と称する場合がある。また、ステータ１を前側から視た場合、右回りを「右側」と称し、左回りを「左側」と称する場合がある。

図３に示すように、分割コア１０は、略Ｔ字状の電磁鋼板１１を厚み方向に複数重ねて成る部品である。
分割コア１０は、前後方向（軸方向）から視て略円弧状の本体部１２と、本体部１２の内周面から内側（径方向内側）に突出するティース１３と、を備える。

ティース１３は、インシュレータ２０の後述する巻回部２１を介して、コイル３０が巻き回しされる部位である。
ティース１３は、本体部１２に比べ周方向の幅が小さい。このため、周方向に隣り合う分割コア１０のティース１３間に、コイル３０を軸方向に配索するための空間（スロット）が形成される。

本体部１２の周方向の左側面１２ａには、凸部１４が形成されている。
本体部１２の周方向の右側面１２ｂには、周方向の左側に配置された分割コア１０の凸部１４に嵌合する凹部１５が形成されている。この凸部１４と凹部１５とによれば、周方向に配列された分割コア１０同士が径方向に位置ずれし難い。

インシュレータ２０は、例えば可撓性を有する樹脂など、電気絶縁材料で形成された部品である。
インシュレータ２０は、ティース１３を被覆しコイル３０が巻回される巻回部２１と、分割コア１０の本体部１２の前面から前方に突出する案内部２２と、を備える。

なお、本実施形態のインシュレータ２０は、図３に示すように、後方に向って開口する略Ｕ字状の上側巻回部２１ａと案内部２２とが形成されたインシュレータ本体２３と、前方に向って開口する略Ｕ字状の下側巻回部２１ｂと、の２部材により構成されている。
そして、上側巻回部２１ａと下側巻回部２１ｂとがティース１３を前後方向から挟み込むことで、ティース１３の周囲を被覆する巻回部２１が構成される。

案内部２２には、径方向外側に開口する溝２４が形成されている。この溝２４は、周方向に延びており、他のステータ片２の案内部２２（溝２４）と協働してコイル３０を周方向に案内するための部位である。
そして、図１に示すように、巻回部２１から引き出された各コイル３０の導線は、複数の案内部２２に巻き回しされて、バスバーＵ、Ｖ、Ｗ又は中性端子Ｎの位置まで引き回されている。

（ステータホルダ）
図４に示すように、ステータホルダ３は、軸方向（前後方向）に開口する円筒状の金属部品である。
ステータホルダ３は、内周側に複数のステータ片２が嵌め込まれ、複数のステータ片２の周方向に配列した状態を保持している（図１参照）。
ステータホルダ３の前側開口部３ａには、径方向外側に張り出すフランジ部４が形成されている。
また、ステータホルダ３の外周面３ｂには、径方向外側に突出する複数の傾斜リブ５が形成されている。

フランジ部４は、ステータホルダ３をハウジングに取り付けるための部位である。
フランジ部４には、ハウジング（不図示）に螺合するボルトの軸部を貫通させるため、複数の貫通孔４ａが形成されている。また、フランジ部４は、貫通孔４ａを貫通するボルトの頭部に締め付けられ、ステータホルダ３がハウジングに固定される。

（傾斜リブ）
傾斜リブ５は、ステータホルダ３の外周面３ｂに沿って延びる断面矩形状の金属棒であり、溶接によりステータホルダ３の外周面３ｂに接合している。

図５に示すように、傾斜リブ５は、外周側から視て略直線状を呈している。
傾斜リブ５は、ステータホルダ３の外周面３ｂ上で、軸方向（前後方向）に対してθ°分だけ傾斜している。つまり、傾斜リブ５の一端部（前端部５ａ）は、軸方向よりも左側（左回り方向）に位置し、傾斜リブ５の一端部（後端部５ｂ）は、軸方向よりも右側（右回り方向）に位置している。
以上から、ステータホルダ３は、軸方向の剛性（図５の矢印Ａ１，Ａ２参照）と周方向の剛性（矢印Ｂ１，Ｂ２参照）との両方が向上している。

傾斜リブ５は、ステータホルダ３の外周面３ｂの前端から後端まで延在している。このため、ステータホルダ３の前端から後端に亘って剛性が高められている。

傾斜リブ５の前端部５ａは、溶接によりフランジ部４の後面４ｂに接合している。このため、ステータホルダ３の前側開口部３ａの近傍の剛性がさらに向上する。

各傾斜リブ５は、同形状であり、かつ、周方向に等間隔（図５のＬ１参照）で配置されている。このため、ステータホルダ３の剛性は、周方向に均等に向上している。

また、各傾斜リブ５の前端部５ａは、周方向左側に位置する他の傾斜リブ５の後端部５ｂに対し、軸方向から視て重なり合っている（図５の符号Ｓの範囲を参照）。言い換えると、ステータホルダ３の全周に傾斜リブ５が形成されている。
このため、ロータ１０２の回転により電磁加振力が周方向に変位しても、ステータホルダ３の振動を低減できるようになっている。

また、傾斜リブ５の数は、８つであり、ロータ１０２の極数（８極数）に対応している。このため、ステータホルダ３に伝達する電磁加振力の振動を効果的に低減できるようになっている。

以上、実施形態によれば、傾斜リブ５により、ステータホルダ３の軸線方向の剛性（図５の矢印Ａ１，Ａ２参照）と周方向の剛性（矢印Ｂ１，Ｂ２参照）とが向上する。よって、振動の低減による騒音の低減化を図ることができる。
また、従来技術で説明した軸方向に延びるリブと周方向に延びるリブのそれぞれを形成する必要がないため、重量増加やレイアウトの制限という不利益を回避できる。

以上、実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されない。
例えば、傾斜リブ５の数は、ロータ１０２の磁極数に対応して８つであるが、これに限定されず、これよりも多くても少なくてもよい。
ただし、ステータ１には、ロータ１０２の磁極の次数に対応する電磁加振力が作用することから、傾斜リブ５の数はロータ１０２の磁極数の整数倍（本実施形態の場合は、８つ、１６つなど）に対応する方が好ましい。

また、図６に示すように、傾斜リブ５の形状は曲線状であってもよい（図６の傾斜リブ５Ａ、５Ｂ参照）。
また、各傾斜リブ５は、同形状でなく、かつ、周方向に均等に配置されていなくてもよい（図６の傾斜リブ５Ａ−５Ｃ参照）。
また、傾斜リブ５は、ステータホルダ３の前端から後端まで延在していなくてもよく、又は、フランジ部４に接合していなくてもよい（図６の傾斜リブ５Ｃ参照）。

１ステータ
２ステータ片
３ステータホルダ
４フランジ部
５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ傾斜リブ
１０分割コア
２０インシュレータ
３０コイル
１００電動機
１０２ロータ

Claims

周方向に配列する複数のステータ片と、
前記複数のステータ片を保持する筒状のステータホルダと、
を備え、
前記ステータホルダの外周面には、複数のリブが設けられ、
前記各リブは、前記軸方向に傾斜しながら延在する傾斜リブであることを特徴とする回転電機のステータ。
前記傾斜リブの一部は、周方向に隣り合う他の傾斜リブに対し、前記軸方向から視て重なり合っていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機のステータ。
前記各傾斜リブは、同形状であり、かつ、周方向に等間隔で配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の回転電機のステータ。
前記傾斜リブは、前記ステータホルダの外周面において一端から他端まで延在していることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の回転電機のステータ。
前記ステータホルダの開口部には、径方向外側に張り出すフランジ部が設けられ、
前記傾斜リブの端部が前記フランジ部に接合していることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の回転電機のステータ。
前記複数の傾斜リブの数は、前記ロータの磁極数の整数倍であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の回転電機のステータ。