JP2019129622A - 回転電機及びステータ - Google Patents

Abstract

【課題】構成の簡素化を図った上で、騒音の発生を抑制できる回転電機及びステータを提供する。【解決手段】コイルが装着された筒状のステータコア１１と、ボルト３０を介してステータコア１１が締結されたケース２と、を備え、ステータコア１１には、ステータコア１１の径方向を長軸方向としてステータコア１１を軸方向に貫通するとともに、ボルト３０が挿通される挿通部６５が形成されている。【選択図】図３

Description

本発明は、回転電機及びステータに関する。

回転電機では、コイルに電流が供給されることでステータコアに磁界が形成され、ロータの永久磁石とステータコアとの間に磁気的な吸引力や反発力（電磁加振力）が生じる。これにより、ロータがステータに対して回転する。

ところで、上述した回転電機では、上述した電磁加振力によってステータに円環０次モードの振動（ステータコアが同心円形状に拡縮する振動）が発生する可能性がある。ステータの振動は、ステータを保持するケースを通じて周囲に伝達される。この際、電磁加振力が、ケースの構造に起因する共振モードを励起すると、耳障りとなる音となって車室に伝達される可能性がある。

そこで、例えば下記引用文献１には、ステータコアが、複数の電磁鋼板が積層されてなる複数のブロックに分割された構成が開示されている。各ブロックには、ステータコアをケースに固定するための耳金部が形成されている。各ブロックに形成された耳金部は、各ブロック間で位相を異ならせて配置されている。これにより、各ブロック間で振動の腹の位置が重なるのを回避し、回転電機の振動及び騒音を低減できるとされている。

特開２０１０−１４１９４６号公報

しかしながら、上述した従来技術にあっては、耳金部の位置を設定したり、各ブロック間でケースとステータコアとの固定位置を軸方向で異ならせたりする等の必要があるため、構成の複雑化に繋がる可能性があった。

本発明は、構成の簡素化を図った上で、騒音の発生を抑制できる回転電機及びステータを提供することを目的とする。

（１）上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る回転電機は、コイル（例えば、実施形態におけるコイル１２）が装着された筒状のステータコア（例えば、実施形態におけるステータコア１１）と、締結部材（例えば、実施形態におけるボルト３０）を介して前記ステータコアが締結されたケース（例えば、実施形態におけるケース２）と、を備え、前記ステータコアには、前記ステータコアの径方向を長軸方向として前記ステータコアを軸方向に貫通するとともに、前記締結部材が挿通される挿通部（例えば、実施形態における挿通部６５）が形成されている。

（２）上記（１）の態様に係る回転電機において、前記ケースには、前記締結部材が締結される取付孔（例えば、実施形態における取付孔５０）が形成され、前記挿通部内及び前記取付孔内に跨って配置されるとともに、内側に前記締結部材が挿入されたダウェル（例えば、実施形態におけるダウェル５５）を備えていてもよい。

（３）上記（１）又は（２）の態様に係る回転電機では、前記締結部材は、ボルトであり、前記軸方向において、前記締結部材の頭部と前記ステータコアとの間、及び前記ステータコアと前記ケースとの間の少なくとも一方には、前記軸方向の荷重を支持するとともに、前記締結部材及び前記ケースに対する前記ステータコアの径方向の変位を許容する受容体（例えば、実施形態における受容体６０，７０，１００）が介在していてもよい。

（４）上記（３）の態様に係る回転電機において、前記受容体は、ワッシャ（例えば、実施形態におけるワッシャ６１，７２，１０１，１０２，１０３）を含んでいてもよい。

（５）上記（３）又は（４）の態様に係る回転電機において、前記受容体は、スラスト軸受（例えば、実施形態における軸受６２，７１）を含んでいてもよい。

（６）本発明の一態様に係るステータは、コイルが装着された筒状のステータコアを備え、前記ステータコアには、前記ステータコアをケースに締結する締結部材が挿通される挿通部が形成され、前記挿通部は、前記ステータコアの径方向を長軸方向として前記ステータコアを軸方向に貫通している。

上記（１），（６）の態様によれば、回転電機の動作中において、ステータコアには、ステータコアを径方向に拡縮変形させる電磁加振力が発生する。すると、ステータコアは、挿通部内において締結部材と挿通部の内面との隙間の範囲内で、締結部材及びケースに対して径方向に変位する。これにより、ステータコアの拡縮変形に伴う締結部材及びケースに対するステータコアの径方向の変位が許容される。したがって、ステータコアの振動が、ステータコアからケースに直接、又はステータコアから締結部材を介してケースに間接で伝達されるのが抑制される。その結果、回転電機の振動が例えば車室内等に騒音となって伝達されるのを抑制できる。
しかも、ステータコアにおける挿通部の位置や、ステータコアとケースとの取付位置等の変更を伴わないので、比較的簡素な構成で騒音の発生を抑制できる。

上記（２）の態様によれば、挿通部内及び取付孔内にダウェルを介在させることで、締結部材及びケースに対するステータの周方向の位置決めを高精度に行うことができる。そのため、モータトルク等に起因するステータの周方向への移動を規制できる。

上記（３）の態様によれば、ステータコアの変位に伴い、受容体がステータコアの径方向の変位を許容する。これにより、ステータコアの振動が、ケースに直接、又は締結部材を介してケースに間接で伝達されるのを確実に抑制できる。

上記（４）の態様によれば、径方向を長軸方向とする挿通部を形成した場合であっても、締結部材、ケース及びステータコアに作用する軸方向の荷重を支持できる。

上記（５）の態様によれば、締結部材、ケース及びステータコアに作用する軸方向の荷重を支持した上で、締結部材及びケースに対するステータコアの径方向の変位をより確実に許容できる。

実施形態に係る回転電機の概略構成図（断面図）。 図１のＩＩ−ＩＩ線に相当する断面図。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に相当する断面図。 実施形態の変形例に係るステータにおいて、図３に対応する断面図。 実施形態の変形例に係るステータにおいて、図３に対応する断面図。 実施形態の変形例に係るステータの断面図。 実施形態の変形例に係るステータの断面図。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
［回転電機］
図１は、実施形態に係る回転電機１の全体構成を示す概略構成図（断面図）である。
図１に示す回転電機１は、例えばハイブリッド自動車や電気自動車等の車両に搭載される走行用モータである。但し、本発明の構成は、走行用モータに限らず、発電用モータやその他用途のモータ、車両用以外の回転電機（発電機を含む）にも適用可能である。

回転電機１は、ケース２と、ステータ３と、ロータ４と、出力シャフト５と、を備えている。
出力シャフト５は、ケース２に回転可能に支持されている。
ロータ４は、ロータコア６と、ロータコア６に取り付けられた磁石（不図示）と、を有している。ロータコア６は、出力シャフト５に外嵌された筒状に形成されている。なお、以下の説明では、出力シャフト５の軸線Ｃに沿う方向を単に軸方向といい、軸線Ｃに直交する方向を径方向といい、軸線Ｃ周りの方向を周方向という場合がある。

＜ステータ＞
ステータ３は、ステータコア１１と、ステータコア１１に装着されたコイル１２と、を備えている。

図２は、ステータ３の部分平面図である。
図２に示すように、ステータコア１１は、ロータ４を径方向の外側から取り囲む筒状に形成されている。ステータコア１１は、電磁鋼板に対して打ち抜き加工等を施して形成された環状のプレートが軸方向に積層されて構成されている。なお、ステータコア１１は、いわゆる圧粉コアであっても構わない。

ステータコア１１は、バックヨーク部２１と、複数のティース部２２と、を有している。
バックヨーク部２１は、軸線Ｃと同軸上に配置された筒状に形成されている。バックヨーク部２１の外周面には、径方向の外側に突出する取付片２４が形成されている。取付片２４は、ボルト３０を介してケース２に固定される。取付片２４は、周方向に間隔をあけて複数形成されている。本実施形態では、例えば６０°間隔で６個の取付片２４が形成されている。但し、取付片２４の個数や位置等は、適宜変更が可能である。

各ティース部２２は、バックヨーク部２１の内周面から径方向の内側に突出している。各ティース部２２は、周方向に間隔をあけて複数形成されている。周方向で隣り合うティース部２２間には、コイル１２が挿通されるスロット２３が形成されている。スロット２３は、ステータコア１１を軸方向に貫通している。

コイル１２は、ステータコア１１のスロット２３内に一部が収容された状態で、ステータコア１１に装着されている。コイル１２は、周方向に関して互いに１２０°の位相差をもって配置されたＵ相コイル、Ｖ相コイル及びＷ相コイルを有している。

図１に示すように、ケース２は、出力シャフト５を回転可能に支持した状態で、ステータ３及びロータ４を内部に収容している。ケース２において、ステータコア１１の取付片２４と軸方向で対向する位置には、上述した取付片２４を支持する台座部３１が形成されている。

図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に相当する断面図である。
続いて、ケース２（台座部３１）とステータ３（取付片２４）との取付構造Ｐについて詳述する。なお、取付構造Ｐは、各取付片２４において何れも同様の構成である。そのため、以下の説明では、一の取付片２４と台座部３１との取付構造Ｐを例にして説明する。以下の説明では、軸方向のうち、ステータ３から台座部３１に向かう方向を第１側、台座部３１からステータ３に向かう方向を第２側として説明する。

図３に示すように、台座部３１には、取付孔５０が形成されている。取付孔５０は、軸方向に延びるとともに、軸方向の第２側に向けて開口している。取付孔５０は、軸方向の第１側に向かうに従い内径が小さい多段形状になっている。具体的に、取付孔５０は、大径部５１、中径部５２及び小径部５３が連なって形成されている。小径部５３の内周面には、ボルト（締結部材）３０が螺着される雌ねじ部が形成されている。なお、台座部３１のうち、取付孔５０の周囲に位置する部分には、軸方向の第２側に膨出するボス部５４が形成されている。ボス部５４は、取付孔５０の周囲を取り囲んでいる。

中径部５２内には、ダウェル５５が挿入されている。ダウェル５５は、軸方向に延びる筒状に形成されている。ダウェル５５は、ケース２に対するステータ３の周方向の位置決めを行うものである。ダウェル５５は、軸方向の第２側端部が取付孔５０から突出した状態で、中径部５２内に挿入されている。ダウェル５５における軸方向の第１側端面は、中径部５２内において、中径部５２と大径部５１とを接続する第１接続面５２ａに軸方向の第２側から近接又は当接している。なお、ダウェル５５の内径は、小径部５３の内径以上に設定されている。

大径部５１内には、第１受容体６０が配置されている。第１受容体６０は、ステータ３と台座部３１との間で軸方向に作用する締結力（軸力）を支持するとともに、ステータ３の拡縮変形に伴う台座部３１及びボルト３０に対するステータ３の径方向への変位を許容する。具体的に、第１受容体６０は、第１ワッシャ６１及び第１軸受６２を備えている。
第１ワッシャ６１は、取付孔５０と同軸上に配置されている。第１ワッシャ６１は、ダウェル５５に外挿された状態で、大径部５１内に配置されている。具体的に、第１ワッシャ６１は、大径部５１内において、大径部５１と中径部５２とを接続する第２接続面５１ａに軸方向の第２側から当接している。なお、本実施形態において、第１ワッシャ６１は例えば金属製である。

第１軸受６２は、大径部５１内において、第１ワッシャ６１よりも軸方向の第２側に位置する部分に収容されている。第１軸受６２は、例えばスラスト軸受である。すなわち、第１軸受６２は、軌道板６２ａと保持器６２ｂとの間に、転動体６２ｃが保持された構成である。第１軸受６２は、軸方向の第２側端部が取付孔５０（ボス部５４）から突出した状態で大径部５１内に収容されている。

ここで、取付片２４には、取付片２４を軸方向に貫通する挿通部６５が形成されている。図２に示すように、挿通部６５は、径方向を長軸方向とする長円形に形成されている。すなわち、挿通部６５は、径方向に互いに平行に延びる一対のガイド面６５ａと、各ガイド面６５ａの径方向の外側端部同士、及び各ガイド面６５ａの径方向の内側端部同士をそれぞれ接続する接続面６５ｂと、により画成されている。本実施形態において、ガイド面６５ａは、周方向で対向するとともに、径方向に互いに平行に延びる平坦面に形成されている。一方、接続面６５ｂの平面視形状は、径方向に凸の湾曲面とされている。但し、挿通部６５の平面視形状は、径方向を長軸方向とする構成であれば、例えば長方形や楕円形等であってもよい。

図３に示すように、取付片２４は、軸方向の第２側から第１軸受６２に当接している。この際、取付片２４とボス部５４との間には軸方向に隙間が設けられている。取付片２４が第１軸受６２に当接した状態において、挿通部６５内にはダウェル５５における軸方向の第２側端部が進入している。すなわち、ダウェル５５は、取付孔５０内及び挿通部６５内に跨って配置されている。ダウェル５５の外周面のうち、周方向を向く部分がガイド面６５ａに周方向で近接又は当接し、かつ径方向を向く部分が接続面６５ｂに対して径方向で離間した状態で挿通部６５内に配置されている。図示の例（回転電機１の非動作時）において、ダウェル５５は、挿通部６５内における径方向の中央部に配置されている。なお、ダウェル５５は、挿通部６５内における軸方向の全体に亘って配置されていてもよい。

取付片２４のうち、軸方向の第２側に位置する部分には、第２受容体７０が配置されている。第２受容体７０は、ステータ３とボルト３０の頭部３０ｂとの間で軸方向に作用する締結力（軸力）を支持するとともに、ステータ３の拡縮変形に伴う台座部３１及びボルト３０に対するステータ３の径方向への変位を許容する。具体的に、第２受容体７０は、第２軸受７１及び第２ワッシャ７２を備えている。

第２軸受７１は、上述した第１軸受６２と同様の構成である。すなわち、第２軸受７１は、軌道板７１ａと保持器７１ｂとの間に、転動体７１ｃが保持されている。
第２ワッシャ７２は、第２軸受７１に対して軸方向の第２側に配置されている。第２ワッシャ７２は、第２軸受７１と同軸上に配置されている。

ボルト３０は、取付片２４の挿通部６５を通して取付孔５０の小径部５３内に螺着されている。具体的に、ボルト３０の軸部３０ａの内径は、挿通部６５における周方向の幅、及びダウェル５５の内径よりも小さくなっている。軸部３０ａは、第２ワッシャ７２及び第２軸受７１の内側を通して挿通部６５内に進入した後、ダウェル５５内に挿入されている。軸部３０ａにおける軸方向の第１側端部は、ダウェル５５から突出して小径部５３内で螺着されている。

ボルト３０の頭部３０ｂは、軸方向の第２側から第２ワッシャ７２に当接している。これにより、取付片２４は、取付片２４と台座部３１との間に第１受容体６０を挟み、頭部３０ｂと取付片２４との間に第２受容体７０を挟んだ状態で、台座部３１に軸方向に固定されている。

＜作用＞
次に、上述した回転電機１の作用として、円環０次モードによる振動発生時の動作について説明する。
図２、図３に示すように、回転電機１の動作中において、ステータコア１１には、ステータコア１１を径方向に拡縮変形させる電磁加振力が発生する。すると、ステータコア１１は、挿通部６５内において接続面６５ｂとボルト３０の軸部３０ａとの隙間の範囲内で、ボルト３０及び台座部３１に対して径方向に変位する（図２における矢印Ｂ）。ステータコア１１の変位に伴い、第１受容体６０（主に第１軸受６２）が台座部３１と取付片２４との間でステータコア１１の径方向の変位を許容するとともに、第２受容体７０（主に第２軸受７１）が取付片２４と頭部３０ｂとの間でステータコア１１の径方向の変位を許容する。これにより、ステータコア１１の振動が、取付片２４から台座部３１に直接、又は取付片２４からボルト３０を介して台座部３１に間接でケース２に伝達されるのが抑制される。

ステータコア１１が径方向に変位する過程において、挿通部６５のガイド面６５ａがダウェル５５の外周面に摺接する。しかし、ダウェル５５は、ステータコア１１の振動方向（径方向）に直交する方向（周方向）でガイド面６５ａに接触しているため、円環０次モードに起因する振動がダウェル５５を介して台座部３１に伝達されるのが抑制される。なお、本実施形態のように取付片２４を周方向に等間隔で設けることで、ステータコア１１が全周に亘って均等に変形し易くなる。これにより、ステータコア１１の変形時においても、軸線Ｃに対するステータコア１１の同軸度を維持できる。なお、本実施形態では、円環０次モードの振動発生時について主に説明したが、ステータコア１１が全周に亘って均等に変形することで、円環０次以外の変形モードにおいても、ステータコア１１の同軸度は維持される。

このように、本実施形態では、ステータコア１１の取付片２４において、挿通部６５が軸方向に貫通するとともに、径方向に延在する構成とした。
この構成によれば、ステータコア１１の拡縮変形に伴うボルト３０及びケース２に対するステータコア１１の径方向の変位が許容される。これにより、ステータコア１１の振動が、取付片２４から台座部３１に直接、又は取付片２４からボルト３０を介して台座部３１に間接でケース２に伝達されるのが抑制される。その結果、回転電機１の振動が車室内等に騒音となって伝達されるのを抑制できる。
しかも、本実施形態では、取付片２４の位置や、取付片２４と台座部３１との取付位置等の変更を伴わないので、比較的簡素な構成で、円環０次モードの振動に伴う騒音の発生を抑制できる。

本実施形態では、挿通部６５内及び取付孔５０内に跨って配置されるとともに、内側にボルト３０が挿入されたダウェル５５を備える構成とした。
この構成によれば、挿通部６５内及び取付孔５０内にダウェル５５を介在させることで、ボルト３０及び台座部３１に対するステータ３の周方向の位置決めを高精度に行うことができる。そのため、モータトルク等に起因するステータ３の周方向への移動を規制できる。

本実施形態では、ボルト３０の頭部３０ｂと取付片２４との間、及び取付片２４と台座部３１との少なくとも一方に、軸方向の荷重を支持するとともに、ボルト３０及び台座部３１に対するステータコア１１の径方向の変位を許容する受容体６０，７０を備える構成とした。
この構成によれば、ステータコア１１の変位に伴い、第１受容体６０が台座部３１と取付片２４との間でステータコア１１の径方向の変位を許容するとともに、第２受容体７０が取付片２４と頭部３０ｂとの間でステータコア１１の径方向の変位を許容する。これにより、ステータコア１１の振動が、取付片２４から台座部３１に直接、又は取付片２４からボルト３０を介して台座部３１に間接でケース２に伝達されるのを確実に抑制できる。

本実施形態では、受容体６０，７０に軸受６２，７１を用いる構成とした。
この構成によれば、ボルト３０、台座部３１及びステータコア１１に作用する軸方向の荷重を支持した上で、ボルト３０及び台座部３１に対するステータコア１１の径方向の変位をより確実に許容できる。

本実施形態では、受容体６０，７０にワッシャ６１，７２を用いる構成とした。
この構成によれば、挿通部６５を長円形状に形成した場合であっても、ボルト３０、台座部３１及びステータコア１１に作用する軸方向の荷重を支持できる。

（変形例）
次に、上述した実施形態の変形例について説明する。
上述した実施形態では、ボルト３０の頭部３０ｂと取付片２４との間、及び取付片２４と台座部３１との間の双方にワッシャ６１，７２及び軸受６２，７１をそれぞれ介在させる構成について説明したが、この構成のみに限られない。例えば、図４に示すように、ボルト３０の頭部３０ｂと取付片２４との間、及び取付片２４と台座部３１との間のうち、一方に第１ワッシャ６１及び第１軸受６２を介在させ、他方に第２ワッシャ７２のみを介在させてもよい。第２ワッシャ７２のみを介在させる場合には、第２ワッシャ７２として弾性変形可能な材料（例えば、樹脂製）を選択することが好ましい。これにより、ステータコア１１の径方向の変位に対して第２ワッシャ７２が弾性変形することで、ステータコア１１の振動を減衰させることができる。
図５に示すように、ボルト３０の頭部３０ｂと取付片２４との間、及び取付片２４と台座部３１との間の双方に樹脂製のワッシャ６１，７２を介在させてもよい。

例えば、図６に示すように、受容体１００として、金属ワッシャ１０１，１０２との間に樹脂ワッシャ１０３を介在させる構成であってもよい。樹脂ワッシャ１０３には、金属ワッシャ１０１，１０２に比べて摩擦係数が低い材料として、例えばＰＴＦＥ等を用いることが好ましい。
この構成によれば、図７に示すように、ステータコア１１が径方向に変位しようとした場合に、各金属ワッシャ１０１，１０２が樹脂ワッシャ１０３に対して径方向に摺動する。これにより、ステータコア１１の径方向の変位を許容できる。しかも、樹脂ワッシャ１０３を金属ワッシャ１０１，１０２で挟持することで、ボルト３０、台座部３１及びステータコア１１に作用する軸方向の荷重を支持できる。

以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれら実施例に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付のクレームの範囲によってのみ限定される。
例えば、上述した実施形態では、ボルト３０の頭部３０ｂと取付片２４との間、及び取付片２４と台座部３１との間に受容体６０，７０を介在させる構成について説明したが、受容体６０，７０を有さない構成であってもよい。
上述した実施形態では、挿通部６５内及び取付孔５０内に跨るダウェル５５を配置する構成について説明したが、この構成のみに限られない。例えばボルト３０に段付きボルト等を用いることで、ボルト３０によって台座部３１に対するステータコア１１の周方向の位置決めを行ってもよい。
上述した実施形態では、締結部材としてボルト３０を採用した場合について説明したが、この構成のみに限られない。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上述した変形例を適宜組み合わせてもよい。

１…回転電機
２…ケース
３…ステータ
１１…ステータコア
１２…コイル
３０…ボルト（締結部材）
５０…取付孔
５５…ダウェル
６０…第１受容体（受容体）
６１…第１ワッシャ（ワッシャ）
６２…第１軸受（スラスト軸受）
６５ｂ…接続面
７０…第２受容体
７２…第２ワッシャ（ワッシャ）
１００…受容体
１０１…金属ワッシャ
１０２…金属ワッシャ
１０３…樹脂ワッシャ

Claims (6)

1. コイルが装着された筒状のステータコアと、
   締結部材を介して前記ステータコアが締結されたケースと、を備え、
   前記ステータコアには、前記ステータコアの径方向を長軸方向として前記ステータコアを軸方向に貫通するとともに、前記締結部材が挿通される挿通部が形成されている回転電機。
2. 前記ケースには、前記締結部材が締結される取付孔が形成され、
   前記挿通部内及び前記取付孔内に跨って配置されるとともに、内側に前記締結部材が挿入されたダウェルを備える請求項１に記載の回転電機。
3. 前記締結部材は、ボルトであり、
   前記軸方向において、前記締結部材の頭部と前記ステータコアとの間、及び前記ステータコアと前記ケースとの間の少なくとも一方には、前記軸方向の荷重を支持するとともに、前記締結部材及び前記ケースに対する前記ステータコアの径方向の変位を許容する受容体が介在している請求項１又は請求項２に記載の回転電機。
4. 前記受容体は、ワッシャを含んでいる請求項３に記載の回転電機。
5. 前記受容体は、スラスト軸受を含んでいる請求項３又は請求項４に記載の回転電機。
6. コイルが装着された筒状のステータコアを備え、
   前記ステータコアには、前記ステータコアをケースに締結する締結部材が挿通される挿通部が形成され、
   前記挿通部は、前記ステータコアの径方向を長軸方向として前記ステータコアを軸方向に貫通しているステータ。

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