JP2021170878A - 回転電機の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ステータの振動及びそれに伴う騒音を抑制するとともに生産コストの増加を抑制し、高品質な回転電機および回転電機の製造方法を提供する。【解決手段】回転電機は、回転子、回転子に対向して配置され、複数のティースおよび複数のティース間に形成された複数のスロットを有するステータ鉄心と、複数のスロットに巻回されたステータ巻線とを有するステータ、複数のティース間に設けられた非磁性体部、を備え、複数のティースは、径方向内側に突出して形成された複数のティースの先端部同士が非磁性体部によって固定されていることを特徴とするものである。【選択図】図２

Description

本願は、回転電機および回転電機の製造方法に関するものである。

従来、回転電機に用いられるステータは、径方向内側に向かって放射状に突出している複数のティースを有しており、各ティース間には径方向内側が開口されたスロットがそれぞれ形成され、このスロットを介して各ティースに銅線が巻かれているため、各ティース間に隙間を有している（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５‐９６０２４号公報 特開２０１９‐４７６５８号公報 特開２００６‐１８７１７５号公報

しかしながら、特許文献１に開示された回転電機では、ティース間に隙間を有しているのでステータの剛性が低く、回転電機の作動時のトルクによってステータ鉄心の変形が周期的に発生し、振動および騒音の悪化などの問題が発生する。ステータの剛性を上げるために、フレームまたはステータ鉄心自体の剛性を増やす、またはフレームとステータ鉄心間の締め代を増やすなどが考えられるが、ステータ鉄心を固定するために使用するフレームへの圧入時の面圧が増加するため摩擦熱が上昇し、焼付き及びかじりなどが発生し、生産性の悪化を招く問題点があった。

また、フレームへ圧入できたとしてもステータ鉄心に対して過度な圧縮応力が不均一に生じやすく、それに伴い磁束密度の分布にばらつきが発生し、磁束の流れが部分的に阻害され、モータ作動時にコギングトルクが大きくなってしまうという問題点もあった(例えば、特許文献２参照)。
さらに、ステータの剛性不足の問題点を解決するために、例えばステータ鉄心を樹脂でモールディングすることが考えられるが、生産コストが増加する問題点もあった（例えば、特許文献３参照)。

本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、回転電機のステータに対して、フレームへの圧入時における焼付き及びかじりなどの生産性低下を生じさせず、ステータ鉄心への過大な圧縮応力によるコギングトルクの悪化も発生させることなく、ステータの振動及びそれに伴う騒音を抑制するとともに生産コストの増加を抑制し、高品質な回転電機および回転電機の製造方法を提供することを目的とする。

本願に開示される回転電機は、回転子、前記回転子に対向して配置され、複数のティースおよび前記複数のティース間に形成された複数のスロットを有するステータ鉄心と、前記複数のスロットに巻回されたステータ巻線とを有するステータ、前記複数のティース間に設けられた非磁性体部、を備え、前記複数のティースは、径方向内側に突出して形成された前記複数のティースの先端部同士が前記非磁性体部によって固定されていることを特徴とするものである。
また、本願に開示される回転電機の製造方法は、回転子に対向して配置され、複数のティースおよび前記複数のティース間に形成された複数のスロットを有するステータ鉄心と、前記複数のスロットに巻回されたステータ巻線とを有するステータ、前記複数のティース間に設けられた非磁性体部、を有し、前記複数のティースは、径方向内側に突出して形成された前記複数のティースの先端部同士が前記非磁性体部によって固定されている回転電機の製造方法であって、前記ステータ鉄心は、前記複数のティースが薄肉部により連結された直線状のステータ鉄心であり、前記直線状のステータ鉄心に前記ステータ巻線を巻回した後、前記非磁性体部を挟みながら円形に成形することを特徴とするものである。

本願に開示される回転電機および回転電機の製造方法によれば、回転電機のステータに対して、フレームへの圧入時における焼付き及びかじりなどの生産性低下を生じさせず、ステータ鉄心への過大な圧縮応力によるコギングトルクの悪化も発生させることなく、ステータの振動及びそれに伴う騒音を抑制するとともに生産コストの増加を抑制し、高品質な回転電機および回転電機の製造方法が得られる。

実施の形態１による回転電機の断面図である。 実施の形態１による回転電機のステータを示す断面図である。 実施の形態２による回転電機の直線状のステータ鉄心を示す図である。 実施の形態３による回転電機のステータを示す断面図である。

実施の形態１．
以下、図面に基づいて実施の形態１について説明する。なお、各図面において、同一符号は同一あるいは相当部分を示す。

図１は、実施の形態１の回転電機の断面図である。ここでは回転電機１として電動パワーステアリング用電動モータを事例として説明を行う。電動パワーステアリング用電動モータである回転電機１は、ハンドルに対してアシストトルクを出力する電動モータ２と、電動モータ２の出力軸の駆動を制御する制御回路ユニット３を備えている。また、回転電機１は、１０極１２スロットのデルタ結線構造となっている。

電動モータ２は、回転子４と、ハウジング５に嵌着されたフレーム６と、フレーム６の内壁面に固定されたステータ７と、ステータ７の片側端面に固定されたターミナルユニット８と、回転子４の端部に圧入され減速機構（図示せず）と連結されるボス９とを備えている。回転子４は、フロントベアリング１０およびリヤベアリング１１により回転自在に支持されたシャフト１２と、シャフト１２に固定されたコア１３と、コア１３の表面に固定されたマグネット１４と、マグネット１４の表面を覆う保護カバー１５とを有している。

ステータ７は、軸線方向に延びたスロット（図１において図示せず）が周方向に間隔をおいて形成されたステータ鉄心１６と、このステータ鉄心１６のスロットにボビン１７を介して銅線を巻回し構成されたステータ巻線１８を備えている。制御回路ユニット３は、ヒートシンク１９の一端側にパワー素子２０等を実装し電動モータ２に電力を供給するための駆動部２１、マイコン２２などを実装し電力の供給を制御するための制御回路２３、駆動部２１に電力を供給するターミナル部２４を備えており、駆動部２１のパワー素子２０には駆動部モータターミナル２５が接合されており、ターミナルユニット８と電気的に接合されている。もう一端側には、シャフト１２を支持するためのフロントベアリング１０、回転子４の回転角度を検出する回転位置センサであるレゾルバ２６が取り付けられている。

図２は、実施の形態１による回転電機のステータの断面図である。図２では、図１に示すフレーム６に圧入されたステータ鉄心１６とボビン１７を図示している。ステータ鉄心１６にはボビン１７が取り付けられている。ボビン１７は、ティース１００の先端部３１以外を覆うように形成されている。例えばステンレスのプレートで形成された非磁性体部１０１が、フレーム６に圧入時に隣り合ったティース１００およびボビン１７間で固定される位置に組み付けられている。複数のティース１００は、非磁性体部１０１を介してティース１００間で周方向の応力を有している。複数のティース１００は、径方向内側に突出して形成された複数のティース１００の先端部３１同士が非磁性体部１０１によって固定されている。また、非磁性体部１０１は例えばＳＵＳ３０４で形成されており、スロット３０の内周側に配置されている。

以上のように、実施の形態１による回転電機１では、回転子４、回転子４に対向して配置され、複数のティース１００および複数のティース１００間に形成された複数のスロット３０を有するステータ鉄心１６と、複数のスロット３０に巻回されたステータ巻線１８とを有するステータ７、複数のティース１００間に設けられた非磁性体部１０１、を備え、複数のティース１００は、径方向内側に突出して形成された複数のティース１００の先端部３１同士が非磁性体部１０１によって固定されているものである。
実施の形態１による回転電機１では、周方向の応力によりティース１００の剛性が高まり、ステータ７の拡縮方向の振動が抑制され、それに伴う騒音の悪化も抑制することができる。また、ステータ７の径方向の圧を増加させることが無いため、フレーム６とステータ鉄心１６間の圧入時の面圧も増加すること無く、摩擦熱が上昇し、焼付き及びかじりなどが発生し、生産性の悪化を招くことがない。さらには、圧入後、ステータ鉄心１６に対して過度な圧縮応力が不均一に生じ、それに伴い磁束密度の分布にばらつきが発生し、磁束の流れが部分的に阻害され、モータ作動時にコギングトルクが大きくなってしまうという問題点も発生しない。

実施の形態２．
図３は、実施の形態２による回転電機の直線状のステータ鉄心を示す図である。実施の形態２については、実施の形態１と異なる点のみを説明し、実施の形態１と同一の構成については説明を省略する。
ステータ７は、複数のティース１００が薄肉部１０２で連結された直線状のステータ鉄心１６にステータ巻線１８を巻回した後に、非磁性体部１０１であるプレートを挟みながら円形に成形することにより製造される。そして、フレーム６に圧入されることで、図２に示したステータ鉄心１６にはボビン１７が組み付けられている。ボビン１７は、ティース１００の先端部以外を覆うように形成される。例えば、ＳＵＳ３０４のようなプレートである非磁性体部１０１は、フレーム６への圧入時に隣り合ったティース１００及びボビン１７間で固定される位置に組み付けられる。ティース１００は、非磁性体部１０１を介してティース１００間で周方向の応力を有している。

以上のように、実施の形態２による回転電機の製造方法では、回転子４に対向して配置され、複数のティース１００および複数のティース１００間に形成された複数のスロット３０を有するステータ鉄心１６と、複数のスロット３０に巻回されたステータ巻線１８とを有するステータ７、複数のティース１００間に設けられた非磁性体部１０１、を有し、複数のティース１００は、径方向内側に突出して形成された複数のティース１００の先端部３１同士が非磁性体部１０１によって固定されている回転電機の製造方法であって、ステータ鉄心１６は、複数のティース１００が薄肉部１０２により連結された直線状のステータ鉄心１６であり、直線状のステータ鉄心１６にステータ巻線１８を巻回した後、非磁性体部１０１を挟みながら円形に成形するものである。実施の形態２による回転電機の製造方法では、ステータ鉄心１６を円形に成形する際に非磁性体部１０１を挟むことが可能なため、フレーム６へ圧入後のステータ鉄心１６に非磁性体部１０１を圧入するよりも生産性を向上させることができる。また、実施の形態２においても実施の形態１と同様に、周方向の応力によりティース１００の剛性が高まり、ステータ７の拡縮方向の振動が抑制され、それに伴う騒音の悪化も抑制することができる。また、ステータ径方向の圧を増加させることが無いため、フレーム６とステータ鉄心１６間の圧入時の面圧も増加すること無く、摩擦熱が上昇し、焼付き及びかじりなどが発生し、生産性の悪化を招くことがない。さらには、圧入後、ステータ鉄心１６に対して過度な圧縮応力が不均一に生じ、それに伴い磁束密度の分布にばらつきが発生し、磁束の流れが部分的に阻害され、モータ作動時にコギングトルクが大きくなってしまうという問題点も発生しない。

実施の形態３．
図４は、実施の形態３による回転電機のステータを示す断面図である。実施の形態３については、実施の形態１と異なる点のみを説明し、実施の形態１と同一の構成については説明を省略する。実施の形態３による回転電機１では、ティース１００に設けられた非磁性体部１０１がボビン１７ｂと一体に形成されている。
ステータ鉄心１６にはボビン１７ｂが取り付けられており、ボビン１７ｂは、例えば樹脂のような非磁性体で構成されている。ボビン１７ｂは、ティース１００の先端部３１を覆うように形成されており、フレーム６への圧入時にティース間接触部２００の非磁性体部１０１で隣り合ったボビン１７ｂ同士が圧縮され、ボビン１７ｂを介して、より詳細には非磁性体部１０１を介してティース１００間で周方向の応力を有している。
実施の形態３による回転電機１においても、複数のティース１００は、非磁性体部１０１を介してティース１００間で周方向の応力を有している。複数のティース１００は、径方向内側に突出して形成された複数のティース１００の先端部３１同士が非磁性体部１０１によって固定されている。

以上のように、実施の形態３による回転電機１では、実施の形態１および実施の形態２と同様に、周方向の応力によりティース１００の剛性が高まり、ステータ７の拡縮方向の振動が抑制され、それに伴う騒音の悪化を抑制することができる。また、ステータ径方向の圧を増加させることが無いため、フレーム６とステータ鉄心１６間の圧入時の面圧も増加すること無く、摩擦熱が上昇し、焼付き及びかじりなどが発生し、生産性の悪化を招くことがない。
さらには、圧入後、ステータ鉄心１６に対して過度な圧縮応力が不均一に生じ、それに伴い磁束密度の分布にばらつきが発生し、磁束の流れが部分的に阻害され、モータ作動時にコギングトルクが大きくなってしまうという問題点も発生しない。また、複数のティース１００は、ボビン１７ｂの非磁性体部１０１を介して複数のティース１００間で周方向の応力を有しており、複数のティース１００の先端部３１同士を固定する機能も担うため、従来装置に対して部品点数も変わることなく、生産性への影響も発生せずに品質を向上させることができる。

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１ 回転電機、２ 電動モータ、３ 制御回路ユニット、４ 回転子、５ ハウジング、６ フレーム、７ ステータ、８ ターミナルユニット、９ ボス、１０ フロントベアリング、１１ リヤベアリング、１２ シャフト、１３ コア、１４ マグネット、１５ 保護カバー、１６ ステータ鉄心、１７、１７ｂ ボビン、１８ ステータ巻線、１９ ヒートシンク、２０ パワー素子、２１ 駆動部、２２ マイコン、２３ 制御回路、２４ ターミナル部、２５ 駆動部モータターミナル、２６ レゾルバ、３０ スロット、３１ 先端部、１００ ティース、１０１ 非磁性体部、１０２ 薄肉部、２００ ティース間接触部

本願は、回転電機の製造方法に関するものである。

本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、回転電機のステータに対して、フレームへの圧入時における焼付き及びかじりなどの生産性低下を生じさせず、ステータ鉄心への過大な圧縮応力によるコギングトルクの悪化も発生させることなく、ステータの振動及びそれに伴う騒音を抑制するとともに生産コストの増加を抑制した高品質な回転電機の製造方法を提供することを目的とする。

また、本願に開示される回転電機の製造方法は、回転子に対向して配置され、複数のティースおよび前記複数のティース間に形成された複数のスロットを有するステータ鉄心と、前記複数のスロットに巻回されたステータ巻線とを有するステータ、前記複数のティース間に設けられた非磁性体部、を有し、前記複数のティースは、径方向内側に突出して形成された前記複数のティースの先端部同士が前記非磁性体部によって固定されている回転電機の製造方法であって、前記ステータ鉄心にはボビンが取り付けられ、前記非磁性体部は前記ボビンと一体に形成されており、前記ステータ鉄心は、前記複数のティースが薄肉部により連結された直線状のステータ鉄心であり、前記直線状のステータ鉄心に前記ステータ巻線を巻回した後、前記非磁性体部を挟みながら円形に成形することを特徴とするものである。

本願に開示される回転電機の製造方法によれば、回転電機のステータに対して、フレームへの圧入時における焼付き及びかじりなどの生産性低下を生じさせず、ステータ鉄心への過大な圧縮応力によるコギングトルクの悪化も発生させることなく、ステータの振動及びそれに伴う騒音を抑制するとともに生産コストの増加を抑制した高品質な回転電機の製造方法が得られる。

Claims (5)

1. 回転子、
   前記回転子に対向して配置され、複数のティースおよび前記複数のティース間に形成された複数のスロットを有するステータ鉄心と、前記複数のスロットに巻回されたステータ巻線とを有するステータ、
   前記複数のティース間に設けられた非磁性体部、を備え、
   前記複数のティースは、径方向内側に突出して形成された前記複数のティースの先端部同士が前記非磁性体部によって固定されていることを特徴とする回転電機。
2. 前記非磁性体部は、前記スロットの内周側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 前記ステータ鉄心には、ボビンが取り付けられており、
   前記ボビンは、前記ティースの前記先端部以外を覆うように形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機。
4. 前記ステータ鉄心には、ボビンが取り付けられており、
   前記非磁性体部は前記ボビンと一体に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機。
5. 回転子に対向して配置され、複数のティースおよび前記複数のティース間に形成された複数のスロットを有するステータ鉄心と、前記複数のスロットに巻回されたステータ巻線とを有するステータ、
   前記複数のティース間に設けられた非磁性体部、を有し、
   前記複数のティースは、径方向内側に突出して形成された前記複数のティースの先端部同士が前記非磁性体部によって固定されている回転電機の製造方法であって、
   前記ステータ鉄心は、前記複数のティースが薄肉部により連結された直線状のステータ鉄心であり、
   前記直線状のステータ鉄心に前記ステータ巻線を巻回した後、前記非磁性体部を挟みながら円形に成形することを特徴とする回転電機の製造方法。

Images