JP2019050683A

JP2019050683A - 回転電機

Info

Publication number: JP2019050683A
Application number: JP2017174063A
Authority: JP
Inventors: 後藤　友幸; Tomoyuki Goto; 友幸後藤; 哲也百武; Tetsuya Momotake; 服部　宏之; Hiroyuki Hattori; 宏之服部; 慎司若松; Shinji Wakamatsu
Original assignee: Toyota Motor Corp; Soken Inc
Current assignee: Toyota Motor Corp; Soken Inc
Priority date: 2017-09-11
Filing date: 2017-09-11
Publication date: 2019-03-28

Abstract

【課題】回転電機において、ステータの剛性を向上させることにより、ステータの振動を大幅に抑制することである。【解決手段】回転電機１０は、ステータ１２と、ステータの内周側に対向配置されたロータ３０とを含む。ステータ１２は、円環状のヨーク、及びヨークから内周側に向かって伸びる複数のティース１５を有するステータコア１３と、複数のティースに巻回された複数のコイル１６と、複数のティース１５において、コイル１６よりもステータ１２の内周側に固定された円環状の非磁性体２０，２１とを有する。非磁性体２０，２１は、軸方向一方側から見た場合にロータ３０とオーバーラップするような半径方向長さを有し、ロータが回転しても接触することのない軸方向位置に配置される。【選択図】図１

Description

本発明は、ステータと、ステータの内周側に対向配置されたロータとを備える回転電機に関する。

特許文献１には、回転電機ステータにおいて、複数のティースの補強を行う構成が記載されている。この構成では、複数のティースの先端部において、コイルの配置範囲よりも内周側の軸方向端面に、リング形状の非磁性体である補強部材を固定することにより、複数のティースの補強を行っている。これにより、電気絶縁性能低下の原因となり得る異物をスロット内に堆積させずにティースの剛性を向上できるとされている。

特開２０１７−４１９８２号公報

特許文献１に記載された構成では、リング形状の非磁性体の内径が、複数のティースの先端を結ぶステータコアの内径と同じか、またはそれより大きくなっている。これにより、非磁性体の半径方向長さが小さくなるので、ステータの剛性を向上させる面から改善の余地がある。

本発明の目的は、ステータの剛性を向上させることにより、ステータの振動を大幅に抑制できる回転電機を提供することである。

本発明の回転電機は、ステータと、前記ステータの内周側に対向配置されたロータとを備え、前記ステータは、円環状のヨーク、及び前記ヨークから内周側に向かって伸びる複数のティースを有するステータコアと、前記複数のティースに巻回された複数のコイルと、前記複数のティースにおいて、前記コイルよりも前記ステータの内周側に固定された円環状の非磁性体と、を含み、前記非磁性体は、軸方向一方側から見た場合に前記ロータとオーバーラップするような半径方向長さを有し、前記ロータが回転しても接触することのない軸方向位置に配置される、回転電機である。

本発明の回転電機によれば、円環状の非磁性体の半径方向長さを大きくできるので、非磁性体の剛性を高くできる。これにより、非磁性体が固定された複数のティースの剛性も高くできるので、ステータの剛性を向上させることができる。このため、ステータの振動を大幅に抑制できる。

本発明の回転電機において、好ましくは、前記非磁性体の内周縁は、前記ロータの半径方向について前記ロータの中央よりも内側に位置している。

この好ましい構成によれば、非磁性体の半径方向長さをより大きくできるので、非磁性体の剛性をより高くできる。これにより、ステータの剛性をより向上させることができる。

また、本発明の回転電機において、好ましくは、前記非磁性体の外周側端部は、前記コイルのうち、前記ステータコアの軸方向端面より軸方向に突出した部分の内周側に接着している。

この好ましい構成によれば、非磁性体の剛性をより高くできるので、ステータの剛性をより向上させることができる。

また、本発明の回転電機において、好ましくは、前記非磁性体は、樹脂材料により形成される。

この好ましい構成によれば、非磁性体を金属により形成する場合に比べて軽量化を図れ、かつ、非磁性体をセラミックスにより形成する場合に比べて靱性を高くでき、破損しにくくなる。また、非磁性体の半径方向長さが大きいので、非磁性体を樹脂材料により形成する場合でも、非磁性体の剛性を十分に高くできる。

本発明の回転電機によれば、ステータの剛性を向上させることにより、ステータの振動を大幅に抑制できる。

本発明に係る実施形態の回転電機の断面図である。図１のＡ部の拡大断面図である。図１の回転電機を構成するステータの斜視図である。比較例の回転電機の断面図である。本発明に係る実施形態の別例の回転電機の断面図である。本発明に係る実施形態の別例の回転電機の断面図である。図６のＢ部の拡大断面図である。

以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。以下で説明する形状、材料、及び個数は、説明のための例示であって、回転電機の仕様に応じて適宜変更することができる。以下ではすべての図面において同等の要素には同一の符号を付して説明する。また、本文中の説明においては、必要に応じてそれ以前に述べた符号を用いるものとする。

図１は、実施形態の回転電機１０の断面図であり、図２は図１のＡ部拡大断面図である。図３は、回転電機１０を構成するステータ１２の斜視図である。回転電機１０は、３相交流電流で駆動する永久磁石型同期電動機である。例えば、回転電機１０は、ハイブリッド車両または電気自動車等の車両を駆動するモータとして、または、発電機として、または、その両方の機能を有するモータジェネレータとして用いられる。回転電機１０は、円環状のステータ１２と、ロータ３０と、回転軸４０と、ケース４２とを備える。

ステータ１２は、ステータコア１３と、複数のコイル１６と、ステータコア１３の軸方向両端部に固定された２つの円環状の非磁性体２０，２１とを含んで構成される。ステータコア１３は、円環状のヨーク１４の内周面の周方向複数位置から内周側に向かって伸びる複数のティース１５を有する。ステータ１２の周方向に隣り合うティース１５の間には、後述のコイル１６の一部が挿入されるスロット（図示せず）が形成される。

ステータコア１３は、例えば複数の厚みが小さい円環状の電磁鋼板を軸方向に積層してなる積層体によって形成される。複数のコイル１６は、複数のティース１５のそれぞれに１つずつ集中巻きで巻回される。ヨーク１４の外周部の周方向複数位置には、外周側に突出する突部１４ａが形成される。その突部１４ａにボルト１７を軸方向に貫通させ、そのボルト１７の先端部を後述のケース４２の座面４４にねじ込むことにより、ステータ１２がケース４２の内側に固定される。図１から図３の構成では、コイル１６がステータコア１３のティース１５に集中巻きで巻回されているが、コイルは、複数のティース１５に跨って巻回される分布巻きとしてもよい。

また、２つの非磁性体２０，２１のうち、一方（図１の下側）の非磁性体２０は、複数のティース１５において、軸方向一端面（図１の下端面）の先端部におけるコイル１６よりも、ステータ１２の内周側に固定される。非磁性体２０は、例えば樹脂材料、またはセラミックス、または非磁性金属等の非磁性材料により円環状に形成される。樹脂材料としては、電気絶縁性を有するものが用いられる。例えば樹脂材料として、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等が用いられる。また、図２に示すように、非磁性体２０のうち、ティース１５側の軸方向端面の外周縁部には全周にわたり筒部２０ａが突出形成される。この筒部２０ａの軸方向端面がティース１５の軸方向端面に突き当てられて接着等により固定される。また、非磁性体２０の外周面は、コイル１６のうち、ステータコア１３の軸方向端面より軸方向に突出した部分であるコイルエンド１６ａの内周側に接触させず、コイルエンド１６ａと非磁性体２０とはステータの半径方向に離れている。なお、筒部２０ａの軸方向端面の周方向複数位置に突部を形成するとともに、ティース１５の軸方向端面に凹部を形成し、その凹部に突部を嵌め込むことにより、ティース１５に非磁性体２０を固定してもよい。また、その嵌め込みと接着との組み合わせによりティース１５に非磁性体２０を固定してもよい。

また、一方の非磁性体２０は、軸方向一方側（図１の下側）から見た場合に後述のロータ３０とオーバーラップするような半径方向長さ（図１の左右方向長さ）を有し、ロータ３０が回転しても接触することのない軸方向位置に配置される。さらに、一方の非磁性体２０の内周縁は、ロータ３０の半径方向についてロータ３０の中央（図１の一点鎖線Ｃ１，Ｃ２）よりも内側に位置しており、回転軸４０の外周面に対し、半径方向に近接対向している。上記の筒部２０ａにより、非磁性体２０とロータ３０との軸方向の接触を防止しやすい。

２つの非磁性体２０，２１のうち、他方（図１の上側）の非磁性体２１は、複数のティース１５において、軸方向他端面（図１の上端面）の先端部におけるコイル１６よりも、ステータ１２の内周側に固定される。他方の非磁性体２１も、一方の非磁性体２０と同様に、軸方向一方側から見た場合に後述のロータ３０とオーバーラップするような半径方向長さを有し、ロータ３０が回転しても接触することのない軸方向位置に配置される。他方の非磁性体２１において、その他の構成及び他の部材との位置関係は、一方の非磁性体２０の場合と同様である。

ロータ３０は、円筒状の部材であるロータコア３１と、ロータコア３１の周方向複数位置において軸方向に埋め込んで配置された永久磁石（図示せず）とを含んで構成される。回転軸４０がロータ３０の内側に挿入されて固定される。ロータコア３１は、例えば複数の厚みが小さい円環状の電磁鋼板を軸方向に積層してなる積層体によって形成される。ロータ３０は、ケース４２の内側に配置される。

ケース４２は、軸方向他端（図１の上端）が開口した有底筒状のケース本体４３と、ケース本体４３の開口を塞ぐようにケース本体４３の軸方向他端面（図１の上端面）にボルト４６で固定されるカバー４５とを含んで構成される。ケース４２の内側では、ロータ３０は、ステータ１２の内周側に半径方向に対向して配置される。この状態で、回転軸４０の両端部は、ケース本体４３の軸方向一端に配置された軸受４７と、カバー４５に配置された軸受４８とによって、ケース４２に対し回転可能に支持される。ロータ３０の外周面とステータ１２の内周面との間には、半径方向の隙間が形成される。さらに、ロータ３０では、複数の永久磁石の半径方向における磁気特性が周方向に交互に異なっている。これによって、回転電機１０が形成される。

上記の回転電機１０によれば、円環状の非磁性体２０，２１の半径方向長さを大きくできるので、非磁性体２０，２１の剛性を高くできる。これにより、非磁性体２０，２１が固定された複数のティース１５の剛性も高くできるので、円環状のステータ１２の剛性を向上させることができる。このため、ステータ１２の振動を大幅に抑制できる。また、この振動を抑制できることで振動に起因する騒音も抑制できる。

図４は、比較例の回転電機１０ａの断面図である。比較例の構成では、ステータ１２の軸方向両端に固定した非磁性体５０，５１は、軸方向一方側から見た場合にロータ３０とオーバーラップしないように、図１から図３の構成に比べて、非磁性体５０，５１の半径方向長さが小さくなっている。このような非磁性体５０，５１を用いた比較例の構成では、ステータ１２の剛性を向上させる面から改善の余地がある。特に、比較例で非磁性体５０，５１を樹脂材料により形成した場合には剛性が低下しやすい。

また、比較例の回転電機１０ａでは、コイル１６に電流が流れると、ティース１５とロータ３０との間に電磁吸引力が、半径方向の加振力として作用する。これにより、ステータ１２が半径方向に振動する。その振動が、ステータ固定用のボルト１７、またはケース４２においてボルト１７が締結される座面４４の近傍を介して、ケース本体４３、及びカバー４５に伝わって、放射音を発生させる傾向となる。

一方、上記の図１から図３の実施形態の回転電機１０によれば、非磁性体２０，２１の剛性を図４の比較例の構成に比べて大きく向上させることができる。これにより、上記と同じようにステータ１２が半径方向に振動する傾向となった場合でも、ステータ１２の半径方向の振動の大きさを、比較例の場合に比べて小さく抑えることができる。

また、実施形態によれば、非磁性体２０，２１の内周縁は、ロータ３０の半径方向についてロータ３０の中央よりも内側に位置している。これにより、非磁性体２０，２１の半径方向長さをより大きくできるので、非磁性体２０，２１の剛性をより高くできる。このため、ステータ１２の剛性をより向上させることができる。

さらに、実施形態において、非磁性体２０，２１を樹脂材料により形成した場合には、非磁性体２０，２１を金属により形成する場合に比べて軽量化を図れ、かつ、非磁性体をセラミックスにより形成する場合に比べて靱性を高くでき、破損しにくくなる。また、非磁性体２０，２１の半径方向長さが大きいので、非磁性体２０，２１を樹脂材料により形成した場合でも、非磁性体の剛性を十分に高くできる。また、非磁性体２０，２１を樹脂材料により形成した場合には、非磁性体をステンレス合金等の金属により形成する場合に比べてコストを低減しやすい。

図５は、実施形態の別例の回転電機１０ｂの断面図である。本例の構成では、ステータ１２の軸方向一端部に固定した非磁性体５０の半径方向長さ（図５の左右方向長さ）を、図１から図３の構成に比べて小さくしている。そして、非磁性体５０を軸方向一方側（図５の下側）から見た場合に、非磁性体５０がロータ３０とオーバーラップしないように、非磁性体５０の半径方向長さを設定している。このような別例の構成では、図１から図３の構成に比べてステータ１２の剛性は低下するが、図４の比較例の構成に比べてはステータ１２の剛性を高くできる。その他の構成及び作用は、図１から図３の構成と同様である。

図６は、実施形態の別例の回転電機１０ｃの断面図である。図７は、図６のＢ部の拡大断面図である。本例の構成では、図１から図３の構成と異なり、各非磁性体２０，２１の外周面等、外周側端部を、コイル１６のうち、ステータコア１３の軸方向端面より軸方向に突出した部分であるコイルエンド１６ａの内周側に接触させている。そして、各非磁性体２０，２１の外周側端部を、コイルエンド１６ａに接着剤により接着している。このとき、コイル１６の絶縁皮膜として、耐損傷性の高いものを用いることが好ましい。

上記の構成によれば、非磁性体２０，２１の剛性をより高くできるので、ステータ１２の剛性をより向上させることができる。その他の構成及び作用は、図１から図３の構成と同様である。

１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ回転電機、１２ステータ、１３ステータコア、１４ヨーク、１４ａ突部、１５ティース、１６コイル、１６ａコイルエンド、１７ボルト、２０，２１非磁性体、２０ａ筒部、３０ロータ、３１ロータコア、４０回転軸、４２ケース、４３ケース本体、４４座面、４５カバー、４６ボルト、４７，４８軸受、５０，５１非磁性体。

Claims

ステータと、前記ステータの内周側に対向配置されたロータとを備え、
前記ステータは、
円環状のヨーク、及び前記ヨークから内周側に向かって伸びる複数のティースを有するステータコアと、
前記複数のティースに巻回された複数のコイルと、
前記複数のティースにおいて、前記コイルよりも前記ステータの内周側に固定された円環状の非磁性体と、を含み、
前記非磁性体は、軸方向一方側から見た場合に前記ロータとオーバーラップするような半径方向長さを有し、前記ロータが回転しても接触することのない軸方向位置に配置される、回転電機。
請求項１に記載の回転電機において、
前記非磁性体の内周縁は、前記ロータの半径方向について前記ロータの中央よりも内側に位置している、回転電機。