JP2023098255A - 回転電機 - Google Patents
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Abstract
【課題】分割コアを有する回転電機で、トルクリップルを低減する。【解決手段】複数のコアピース40a、40bが周方向に連結されて構成された環状のステータコアを備える。複数のコアピース41a、41bのそれぞれは、周方向に延びるコアバックピースと、コアバックピースから径方向に延びるティースと、を有する。周方向に隣り合うコアバックピース同士の連結部の少なくとも1つは、第1連結部である。第1連結部を介して周方向に連結された一対のコアバックピースのそれぞれは、第1面44a、45aと、第1面に径方向に連続して繋がる第2面44b、45bと、を有する。第1連結部を介して周方向に連結された一対のコアバックピースにおいて、一方のコアバックピースの第1面と他方のコアバックピースの第1面とは、互いに接触し、一方のコアバックピースの第2面と他方のコアバックピースの第2面とは、互いに離れて対向して配置されている。【選択図】図5
Description
本発明は、回転電機に関する。
例えば特許文献1に示されるように、固定子が周方向に配列された複数の分割コアを備える回転電機が知られている。
上記のような回転電機においては、寸法公差などに起因して、周方向に連結された分割コア同士の間に意図しない隙間が生じる場合があった。そのため、周方向に連結された分割コア同士の連結部に磁束が流れにくくなり、トルクリップルが増大する問題があった。
本発明は、上記事情に鑑みて、トルクリップルを低減できる構造を有する回転電機を提供することを目的の一つとする。
本発明の回転電機の一つの態様は、中心軸を中心として回転可能なロータと、複数のコアピースが周方向に連結されて構成された環状のステータコアを有し、前記ロータと隙間を介して径方向に対向するステータと、を備える。前記複数のコアピースのそれぞれは、周方向に延びるコアバックピースと、前記コアバックピースから径方向に延びるティースと、を有する。前記複数のコアピースにおける前記コアバックピースは、周方向に連結されて環状のコアバックを構成している。周方向に隣り合う前記コアバックピース同士の連結部の少なくとも1つは、第1連結部である。前記第1連結部を介して周方向に連結された一対の前記コアバックピースのそれぞれは、第1面と、前記第1面に径方向に連続して繋がる第2面と、を有する。前記第1連結部を介して周方向に連結された一対の前記コアバックピースにおいて、一方のコアバックピースの前記第1面と他方のコアバックピースの前記第1面とは、互いに接触し、前記一方のコアバックピースの前記第2面と前記他方のコアバックピースの前記第2面とは、互いに離れて対向して配置されている。
本発明の一つの態様によれば、回転電機においてトルクリップルを低減できる。
以下の実施形態において、適宜図に示す中心軸Jは、回転電機の中心軸を示す仮想軸である。以下の説明においては、特に断りのない限り、中心軸Jに平行な方向を単に「軸方向」と呼び、中心軸Jを中心とする径方向を単に「径方向」と呼び、中心軸Jを中心とする周方向、つまり中心軸Jの軸回りを単に「周方向」と呼ぶ。
各図に適宜示す矢印θは、周方向を示している。周方向のうち矢印θが向く側(+θ側)を「周方向一方側」と呼ぶ。周方向一方側は、Z軸の矢印が向く側(+Z側)から見て中心軸Jを中心として時計回りに進む側である。周方向のうち矢印θが向く側と逆側(-θ側)を「周方向他方側」と呼ぶ。周方向他方側は、Z軸の矢印が向く側から見て中心軸Jを中心として反時計回りに進む側である。以下の実施形態において、径方向内側は「径方向一方側」に相当し、径方向外側は「径方向他方側」に相当する。
<第1実施形態>
図1に示すように、本実施形態の回転電機100は、インナーロータ型のモータである。回転電機100は、ハウジング10と、ロータ20と、ステータ30と、を備える。ハウジング10は、ロータ20およびステータ30を内部に収容している。ロータ20は、中心軸Jを中心として回転可能である。ロータ20は、中心軸Jを中心として軸方向に延びるシャフト21と、シャフト21の外周面に固定されたロータ本体22と、を有する。シャフト21は、ハウジング10に保持された一対のベアリング23,24によって、中心軸J回りに回転可能に支持されている。図示は省略するが、ロータ本体22は、シャフト21に固定されたロータコアと、ロータコアに固定されたマグネットと、を有する。
図1に示すように、本実施形態の回転電機100は、インナーロータ型のモータである。回転電機100は、ハウジング10と、ロータ20と、ステータ30と、を備える。ハウジング10は、ロータ20およびステータ30を内部に収容している。ロータ20は、中心軸Jを中心として回転可能である。ロータ20は、中心軸Jを中心として軸方向に延びるシャフト21と、シャフト21の外周面に固定されたロータ本体22と、を有する。シャフト21は、ハウジング10に保持された一対のベアリング23,24によって、中心軸J回りに回転可能に支持されている。図示は省略するが、ロータ本体22は、シャフト21に固定されたロータコアと、ロータコアに固定されたマグネットと、を有する。
ステータ30は、ロータ20と隙間を介して対向している。本実施形態においてステータ30は、ロータ20の径方向外側に位置する。ステータ30は、ロータ20を囲む環状である。ステータ30は、ステータコア40と、ステータコア40に取り付けられた複数のコイル50と、を有する。
図2および図3に示すように、ステータコア40は、中心軸Jを囲む環状である。より詳細には、ステータコア40は、中心軸Jを中心とする円環状である。ステータコア40は、コアバック41と、複数のティース42と、を有する。コアバック41は、中心軸Jを囲む環状である。より詳細には、コアバック41は、中心軸Jを中心とする円環状である。複数のティース42は、コアバック41から径方向内側に延びている。複数のティース42は、周方向に間隔を空けて並んで配置されている。複数のティース42は、周方向の一周に亘って等間隔に配置されている。各ティース42には、コイル50が1つずつ取り付けられている。
ステータコア40は、複数のコアピース40pが周方向に連結されて構成されている。図3に示すように、複数のコアピース40pのそれぞれは、周方向に延びるコアバックピース41pと、コアバックピース41pから径方向に延びるティース42と、を有する。各コアピース40pには、コアバックピース41pとティース42とが1つずつ設けられている。複数のコアピース40pにおけるコアバックピース41pは、周方向に連結されて環状のコアバック41を構成している。本実施形態においてコアピース40pは、12個設けられている。
本実施形態において複数のコアピース40pは、第1コアピース40aと第2コアピース40bと第3コアピース40cとの3種類のコアピース40pを含む。第1コアピース40aと第2コアピース40bとは、それぞれ3つずつ設けられている。第3コアピース40cは、6つ設けられている。
図4に示すように、本実施形態では、1つの第1コアピース40aと1つの第2コアピース40bと2つの第3コアピース40cとによって、コアピース群40Gが構成されている。コアピース群40Gにおいては、1つの第1コアピース40aと、2つの第3コアピース40cと、1つの第2コアピース40bとが周方向一方側(+θ側)から周方向他方側(-θ側)に向かってこの順に並んで配置されている。コアピース群40Gにおいて、第1コアピース40aと第2コアピース40bとは、2つの第3コアピース40cを周方向に挟んで配置されている。図3に示すように、本実施形態においてコアピース群40Gは、周方向に並んで3つ設けられている。
周方向に隣り合うコアピース群40G同士は、互いに連結されている。より詳細には、周方向に隣り合うコアピース群40G同士は、一方のコアピース群40Gに含まれる第1コアピース40aと他方のコアピース群40Gに含まれる第2コアピース40bとが連結されることで、互いに連結されている。
第1コアピース40aは、コアバックピース41pとして第1コアバックピース41aを有する。第2コアピース40bは、コアバックピース41pとして第2コアバックピース41bを有する。周方向に隣り合う第1コアピース40aと第2コアピース40bとは、第1コアバックピース41aと第2コアバックピース41bとが周方向に連結されることで、互いに連結されている。周方向に互いに隣り合う第1コアバックピース41aと第2コアバックピース41bとにおいて、第2コアバックピース41bは、第1コアバックピース41aの周方向一方側(+θ側)に位置する。
本実施形態において周方向に隣り合うコアバックピース41p同士の連結部43のうち、第1コアバックピース41aと第2コアバックピース41bとの連結部43は、第1連結部43aである。つまり、本実施形態において第1コアバックピース41aと第2コアバックピース41bとは、第1連結部43aを介して周方向に連結された一対のコアバックピース41pに相当する。本実施形態において第1連結部43aは、3つ設けられており、当該一対のコアバックピース41pは、3対設けられている。
図5に示すように、第1コアバックピース41aは、第1面44aと、第1面44aに径方向に連続して繋がる第2面44bと、を有する。第2コアバックピース41bは、第1面45aと、第1面45aに径方向に連続して繋がる第2面45bと、を有する。つまり、第1連結部43aを介して周方向に連結された一対のコアバックピース41pのそれぞれは、第1面44a,45aと、第1面44a,45aに径方向に連続して繋がる第2面44b,45bと、を有する。
第1コアバックピース41aにおいて、第1面44aと第2面44bとは、第1コアバックピース41aにおける周方向一方側(+θ側)の面の一部である。第1面44aと第2面44bとのそれぞれは、第1コアバックピース41aの軸方向一端部から軸方向他端部まで設けられている。
第1面44aは、軸方向に見て、第1コアバックピース41aの径方向内側面における周方向一方側(+θ側)の端部から径方向外側に、径方向に対して周方向に斜めに傾く向きに直線状に延びている。第1面44aは、軸方向に見て、径方向外側に向かうに従って周方向一方側に位置する。第1面44aは、周方向一方側かつ径方向内側を向く平坦面である。
第2面44bは、軸方向に見て、第1面44aの径方向外側の端部から径方向外側に、径方向に対して周方向に斜めに傾く向きに直線状に延びている。第2面44bの径方向外側の端部は、第1コアバックピース41aの径方向外側の面における周方向一方側(+θ側)の端部に繋がっている。本実施形態において第2面44bの径方向外側の端部における周方向位置は、例えば、第1面44aの径方向内側の端部における周方向位置と同じである。
第2面44bは、軸方向に見て、径方向外側に向かうに従って周方向他方側(-θ側)に位置する。第2面44bは、周方向一方側(+θ側)かつ径方向外側を向く平坦面である。軸方向に見て、第2面44bの径方向に対する傾きの大きさは、第1面44aの径方向に対する傾きの大きさよりも大きい。軸方向に見て、第2面44bが延びる方向における第2面44bの寸法は、第1面44aが延びる方向における第1面44aの寸法よりも小さい。第2面44bの面積は、第1面44aの面積よりも小さい。つまり、本実施形態において第1面44aの面積は、第2面44bの面積よりも大きい。第2面44bの面積に対する第1面44aの面積の比は、例えば、1.5以上、3.5以下である。
第1面44aと第1コアバックピース41aの径方向内側面との接続部分44dは、軸方向に見て、丸みを帯びている。接続部分44dは、軸方向に見て、周方向一方側(+θ側)かつ径方向内側に凸となる円弧状である。第2面44bと第1コアバックピース41aの径方向外側面との接続部分44eは、軸方向に見て、丸みを帯びている。接続部分44eは、軸方向に見て、周方向一方側かつ径方向外側に凸となる円弧状である。接続部分44dの曲率半径と接続部分44eの曲率半径とは、例えば、互いに同じである。
第1コアバックピース41aにおいて、第1面44aと第2面44bとは、軸方向に見て、周方向一方側(+θ側)に凸となる凸角部44cを構成している。凸角部44cは、軸方向に見て、第1コアバックピース41aと周方向に隣り合う第2コアバックピース41bに向かって凸となっている。本実施形態において凸角部44cの頂部は、丸みを帯びている。凸角部44cの頂部は、第1面44aと第2面44bとの接続部分である。凸角部44cの頂部は、軸方向に見て、周方向一方側に凸となる円弧状である。凸角部44cの頂部の曲率半径は、例えば、接続部分44dの曲率半径および接続部分44eの曲率半径と同じである。凸角部44cの頂部は、第1コアバックピース41aの径方向の中心よりも径方向外側に位置する。凸角部44cの角度φ1は、鈍角である。角度φ1は、軸方向に見て、第1面44aと第2面44bとが成す角度のうち小さい方の角度である。角度φ1は、例えば、135°以上、155°以下である。
第2コアバックピース41bにおいて、第1面45aと第2面45bとは、第2コアバックピース41bにおける周方向他方側(-θ側)の面の一部である。第1面45aと第2面45bとのそれぞれは、第2コアバックピース41bの軸方向一端部から軸方向他端部まで設けられている。
第1面45aは、軸方向に見て、第2コアバックピース41bの径方向内側面における周方向他方側(-θ側)の端部から径方向外側に、径方向に対して周方向に斜めに傾く向きに直線状に延びている。第1面45aは、軸方向に見て、径方向外側に向かうに従って周方向一方側(+θ側)に位置する。第1面45aは、周方向他方側かつ径方向外側を向く平坦面である。第1面45aは、第1コアバックピース41aの第1面44aと平行である。第1面45aは、第1面44aの周方向一方側に対向して配置されている。第1コアバックピース41aの第1面44aと第2コアバックピース41bの第1面45aとは、互いに接触している。軸方向に見て、第1面45aが延びる方向における第1面45aの寸法は、第1面44aが延びる方向における第1面44aの寸法とほぼ同じである。第1面45aの面積は、第1面44aの面積とほぼ同じである。
第2面45bは、軸方向に見て、第1面45aの径方向外側の端部から径方向外側に、径方向に対して周方向に斜めに傾く向きに直線状に延びている。第2面45bの径方向外側の端部は、第2コアバックピース41bの径方向外側の面における周方向他方側(-θ側)の端部に繋がっている。第2面45bは、軸方向に見て、径方向外側に向かうに従って周方向他方側に位置する。第2面45bは、周方向他方側かつ径方向内側を向く平坦面である。
軸方向に見て、第2面45bの径方向に対する傾きの大きさは、第1面45aの径方向に対する傾きの大きさとほぼ同じである。軸方向に見て、第2面45bの径方向に対する傾きの大きさは、第1コアバックピース41aにおける第2面44bの径方向に対する傾きの大きさよりも小さい。軸方向に見て、第2面45bが延びる方向における第2面45bの寸法は、第1面45aが延びる方向における第1面45aの寸法、および第2面44bが延びる方向における第2面44bの寸法よりも小さい。第2面45bの面積は、第1面45aの面積、および第2面44bの面積よりも小さい。つまり、本実施形態において第1面45aの面積は、第2面45bの面積よりも大きい。第2面45bの面積に対する第1面45aの面積の比は、例えば、1.5以上、3.5以下である。
第2面45bは、第2面44bの周方向一方側(+θ側)に隙間G1を空けて対向して配置されている。つまり、第1コアバックピース41aの第2面44bと第2コアバックピース41bの第2面45bとは、互いに離れて対向して配置されている。隙間G1は、軸方向に延びている。隙間G1は、径方向外側および軸方向両側に開口している。隙間G1は、ステータコア40の外周面に開口している。隙間G1の周方向の寸法は、径方向外側に向かうに従って大きくなっている。つまり、第2面44bと第2面45bとは、径方向外側に向かうに従って互いに周方向に離れている。
以上のように、第1連結部43aを介して周方向に連結された一対のコアバックピース41pにおいて、一方のコアバックピース41p(第1コアバックピース41a)の第1面44aと他方のコアバックピース41p(第2コアバックピース41b)の第1面45aとは、互いに接触し、一方のコアバックピース41p(第1コアバックピース41a)の第2面44bと他方のコアバックピース41p(第2コアバックピース41b)の第2面45bとは、互いに離れて対向して配置されている。このように、周方向に隣り合うコアバックピース41p同士のそれぞれに、互いに接触して対向する第1面44a,45aと、互いに接触せずに対向する第2面44b,45bと、を設けることで、寸法公差などに起因するバラつきを第2面44b,45b同士の隙間G1の間隔で逃がしつつ、第1面44a,45a同士を確実に接触させることができる。そのため、第1連結部43aを介して連結されるコアバックピース41p同士の間に意図しない隙間が生じることを抑制でき、コアバックピース41p同士の接触面積を第1面44a,45aの面積の分だけ安定して確保することができる。これにより、第1連結部43aにおける磁束の流れやすさがバラつくことを抑制でき、第1連結部43aに磁束を流しやすくできる。したがって、好適にステータコア40に磁束を流すことができ、トルクリップルを低減できる。
また、本実施形態では、第1面44a,45aの面積が第2面44b,45bの面積よりも大きいため、周方向に隣り合う第1コアバックピース41aと第2コアバックピース41bとの接触面積を大きくできる。これにより、より好適にステータコア40に磁束を流すことができ、トルクリップルをより低減できる。
また、例えば、第1面44a,45aが第2面44b,45bよりも大きすぎると、第2面44b,45bが小さくなり過ぎて、第2面44b,45b同士の隙間G1が小さくなり過ぎる場合がある。この場合、寸法公差などを隙間G1で逃がしにくくなる恐れがある。これに対して、本実施形態では、第2面44b,45bの面積に対する第1面44a,45aの面積の比は、1.5以上、3.5以下である。そのため、第1面44a,45aを好適に大きくしつつ、第2面44b,45bが小さくなり過ぎることを抑制できる。これにより、第2面44b,45b同士の隙間G1が小さくなり過ぎることを抑制でき、寸法公差などを隙間G1で逃がしにくくなることを抑制できる。したがって、第1面44a,45a同士をより確実に接触させやすくできる。
また、本実施形態では、ティース42は、コアバックピース41pから径方向一方側(径方向内側)に延び、第2面44b,45bは、第1面44a,45aの径方向他方側(径方向外側)に繋がっている。そのため、互いに接触する第1面44a,45aをコアバック41のうち径方向においてティース42に近い部分に配置することができ、かつ、第2面44b,45b同士の隙間G1をコアバック41のうち径方向においてティース42から遠い部分に配置することができる。これにより、ロータ20からティース42に流れる磁束を第1面44a,45a同士の接触部分に流しやすくでき、かつ、第1面44a,45a同士の接触部分を流れる磁束をティース42に流しやすくできる。つまり、ステータコア40内の磁束の流れが、第2面44b,45b同士の隙間G1によって阻害されることを好適に抑制できる。したがって、より好適にステータコア40に磁束を流すことができ、トルクリップルをより好適に低減できる。
また、本実施形態では、コアバックピース41pからティース42が延びる径方向一方側は、径方向内側であり、第2面44b,45bが第1面44a,45aに対して繋がる径方向他方側は、径方向外側である。このような場合、複数のティース42の先端部同士の周方向の間隔が狭くなるため、ステータコア40が複数のコアピース40pに分割されていない場合には、ティース42にコイル50を取り付けにくくなる。これに対して、本実施形態では、ステータコア40が複数のコアピース40pによって構成されている。そのため、各コアピース40pのティース42に対してコイル50を取り付けてから各コアピース40p同士を連結することで、各ティース42に対してコイル50を容易に取り付けることができる。
第1面45aと第2コアバックピース41bの径方向内側面との接続部分45dは、軸方向に見て、丸みを帯びている。接続部分45dは、軸方向に見て、周方向他方側(-θ側)かつ径方向内側に凸となる円弧状である。第2面45bと第2コアバックピース41bの径方向外側面との接続部分45eは、軸方向に見て、丸みを帯びている。接続部分45eは、軸方向に見て、周方向他方側かつ径方向外側に凸となる円弧状である。接続部分45dの曲率半径と接続部分45eの曲率半径とは、例えば、互いに同じである。接続部分45dの曲率半径および接続部分45eの曲率半径は、例えば、接続部分44dの曲率半径および接続部分44eの曲率半径と同じである。
第2コアバックピース41bにおいて、第1面45aと第2面45bとは、軸方向に見て、周方向一方側(+θ側)に凹となる凹角部45cを構成している。凹角部45cは、軸方向に見て、第2コアバックピース41bと周方向に隣り合う第1コアバックピース41aから離れる向きに凹となっている。本実施形態において凹角部45cの底部は、丸みを帯びている。凹角部45cの底部は、第1面45aと第2面45bとの接続部分である。凹角部45cの底部は、軸方向に見て、周方向一方側に凸となる円弧状である。凹角部45cの底部の曲率半径は、例えば、接続部分45dの曲率半径、接続部分45eの曲率半径、および凸角部44cの頂部における曲率半径よりも小さい。これにより、凸角部44cの第2面44bが凹角部45cの第2面45bに干渉することを抑制できる。凹角部45cの底部は、第2コアバックピース41bの径方向の中心よりも径方向外側に位置する。
凹角部45cの角度φ2は、鈍角である。角度φ2は、軸方向に見て、第1面45aと第2面45bとが成す角度のうち小さい方の角度である。角度φ2は、例えば、135°以上、155°以下である。凹角部45cの角度φ2は、凸角部44cの角度φ1よりも大きい。凸角部44cの角度φ1と凹角部45cの角度φ2との差は、例えば、1°以上、3°以下程度である。
凸角部44cと凹角部45cとは、互いに周方向に対向している。そのため、凸角部44cの頂部を凹角部45cの底部に噛み合わせることができる。これにより、第1コアバックピース41aと第2コアバックピース41bとが互いに径方向にずれることを抑制できる。したがって、ステータコア40をハウジング10内に固定する場合などにおいて、ステータコア40に径方向の力が加えられても、第1コアバックピース41aと第2コアバックピース41bとが互いに径方向にずれることを抑制できる。
ここで、本実施形態では、第2面44b,45bの面積に対する第1面44a,45aの面積の比は、1.5以上、3.5以下であるため、第1面44a,45aの面積と第2面44b,45bの面積とが大きく異なり過ぎることを抑制できる。これにより、第1面44aと第2面44bとによって構成される凸角部44cの頂部の径方向位置、および第1面45aと第2面45bとによって構成される凹角部45cの底部の径方向位置が、コアバック41における径方向端部に寄り過ぎることを抑制できる。したがって、凸角部44cの頂部と凹角部45cの底部とを、コアバック41の径方向の中心に比較的近い位置で互いに噛み合わせることができる。そのため、周方向に隣り合う第1コアバックピース41aと第2コアバックピース41bとを、凸角部44cおよび凹角部45cを介して、安定して連結することができる。これにより、第1コアバックピース41aと第2コアバックピース41bとが互いに径方向にずれることをより好適に抑制できる。
また、本実施形態において凸角部44cの角度φ1および凹角部45cの角度φ2は、鈍角である。そのため、凸角部44cの角度φ1および凹角部45cの角度φ2を鋭角にする場合に比べて、金型を用いた打ち抜き加工などで凸角部44cおよび凹角部45cのそれぞれを作りやすい。
ここで、凸角部44cの角度φ1および凹角部45cの角度φ2を大きくするほど、金型を用いた打ち抜き加工などで凸角部44cおよび凹角部45cのそれぞれを作りやすくできる。しかしながら、凸角部44cの角度φ1および凹角部45cの角度φ2が大きくなり過ぎると、凸角部44cの頂部と凹角部45cの底部とが互いに噛み合いにくくなり、周方向に隣り合う第1コアバックピース41aと第2コアバックピース41bとを径方向に好適に引っ掛かり合わせにくくなる。そのため、ステータコア40に径方向の力が加えられた際に、第1コアバックピース41aと第2コアバックピース41bとが径方向にずれやすくなる。これに対して、本実施形態では、凸角部44cの角度φ1および凹角部45cの角度φ2は、135°以上、155°以下である。そのため、凸角部44cの角度φ1および凹角部45cの角度φ2を好適に大きくしつつ、凸角部44cの角度φ1および凹角部45cの角度φ2が大きくなり過ぎることを抑制できる。これにより、凸角部44cおよび凹角部45cを、金型を用いた打ち抜き加工などで作りやすくしつつ、凸角部44cと凹角部45cとを好適に噛み合わせて第1コアバックピース41aと第2コアバックピース41bとが径方向にずれることを好適に抑制できる。
図3に示すように、周方向に隣り合うコアバックピース41p同士の連結部43のうち一部の連結部43は、第2連結部43bである。本実施形態において第2連結部43bは、複数設けられている。図4に示すように、第2連結部43bは、1つのコアピース群40Gに3つ設けられている。コアピース群40Gにおける1つの第2連結部43bは、第1コアバックピース41aと、第3コアピース40cが有するコアバックピース41pとしての第3コアバックピース41cとの第2連結部43bである。コアピース群40Gにおける他の1つの第2連結部43bは、第2コアバックピース41bと第3コアバックピース41cとの第2連結部43bである。コアピース群40Gにおける残りの1つの第2連結部43bは、第3コアバックピース41c同士の第2連結部43bである。本実施形態においてコアピース群40Gは3つ設けられているため、第2連結部43bは、合計で9つ設けられている。
第2連結部43bを介して周方向に連結されたコアバックピース41p同士において、周方向一方側(+θ側)に位置するコアバックピース41pの周方向他方側(-θ側)の端部には、周方向他方側に凸となる嵌合凸部46aが設けられている。嵌合凸部46aの周方向他方側の縁部は、軸方向に見て、周方向他方側に凸となる略半円弧状である。第2連結部43bを介して周方向に連結されたコアバックピース41p同士において、周方向他方側に位置するコアバックピース41pの周方向一方側の端部には、周方向他方側に凹となる嵌合凹部46bが設けられている。嵌合凹部46bの内縁部は、軸方向に見て、周方向他方側に凹となる略半円弧状である。嵌合凹部46bには、嵌合凸部46aが嵌め合わされている。本実施形態において嵌合凸部46aの周方向他方側の縁部は、嵌合凹部46bの内縁部と隙間なく接触している。
嵌合凸部46aと嵌合凹部46bとは、それぞれコアバックピース41pにおける径方向の中央部に位置する。第2連結部43bを介して周方向に連結されたコアバックピース41p同士において、周方向一方側(+θ側)に位置するコアバックピース41pにおける周方向他方側(-θ側)の端部のうち嵌合凸部46aの径方向両側に位置する部分は、周方向他方側に位置するコアバックピース41pにおける周方向一方側の端部のうち嵌合凹部46bの径方向両側に位置する部分とそれぞれ互いに接触している。本実施形態において第2連結部43bにおけるコアバックピース41p同士の境界部は、それぞれ後述するプッシュバック加工によって作られているため、互いに隙間なく接触している。
第1コアピース40aの第1コアバックピース41aは、周方向他方側(-θ側)の端部に嵌合凸部46aを有する。第2コアピース40bの第2コアバックピース41bは、周方向一方側(+θ側)の端部に嵌合凹部46bを有する。第3コアピース40cは、周方向一方側の端部に嵌合凹部46bを有し、かつ、周方向他方側の端部に嵌合凸部46aを有する。
図2に示すように、本実施形態において複数のコアピース40pのそれぞれは、軸方向に積層された複数の板部材48によって構成されている。各コアピース40pにおける各板部材48は、周方向に隣り合うコアピース40pにおける各板部材48とそれぞれ連結されている。ステータコア40は、複数の板部材48が周方向に連結されて構成された環状の環状板部材49が軸方向に複数積層されて構成されている。
板部材48の材料は、圧延鋼材である。より詳細には、板部材48の材料は、電磁鋼板である。各板部材48は、電磁鋼板製の母材を金型によって打ち抜くことで作られている。図3に示すように、各板部材48の軸方向を向く表面には、圧延されることで圧延鋼材に生じる無数の線状疵LFがある。線状疵LFが延びる方向は、板部材48を構成する圧延鋼材が圧延された方向、すなわち圧延方向である。なお、図3において、線状疵LFは、連続的かつ規則的に示されているが、これに限られない。線状疵LFは、圧延方向に延びていれば、断続的かつ不規則に板部材48の表面上に設けられていてもよい。これは、後述する図8についても同様である。
本実施形態において第1連結部43aを介して周方向に連結されたコアピース40p同士における板部材48の圧延方向は、互いに異方向である。つまり、周方向に隣り合う第1コアピース40aと第2コアピース40bとにおいては、板部材48の線状疵LFが延びる方向が互いに異なっている。本実施形態において第2連結部43bを介して周方向に連結されたコアピース40p同士における板部材48の圧延方向は、互いに同一方向である。つまり、周方向に隣り合う第1コアピース40aと第3コアピース40cとにおいて、周方向に隣り合う第2コアピース40bと第3コアピース40cとにおいて、および周方向に隣り合う第3コアピース40c同士においては、板部材48の線状疵LFが延びる方向が互いに同じである。
各環状板部材49において、板部材48の線状疵LFが延びる方向、すなわち圧延方向は、コアピース群40Gごとに異なっている。つまり、各環状板部材49において、同じコアピース群40Gに含まれている板部材48の線状疵LFが延びる方向は互いに同じであり、異なるコアピース群40Gに含まれている板部材48の線状疵LFが延びる方向は互いに異なっている。なお、同じコアピース40pにおいて軸方向に隣り合う板部材48同士における線状疵LFが延びる方向は、互いに同じであってもよいし、互いに異なっていてもよい。
図6に示すように、本実施形態のステータコア40の外周面には、溶接部47が設けられている。溶接部47は、ステータコア40の外周面の一部が溶接されて作られた部分である。溶接部47は、周方向に隣り合うコアピース40p同士の連結部43における径方向外端部に設けられている。溶接部47は、周方向に隣り合うコアピース40p同士を固定している。溶接部47は、各連結部43において、軸方向に間隔を空けて複数設けられている。図6では、第1連結部43aの径方向外端部に、3つの溶接部47が設けられた例を示している。各溶接部47は、軸方向に延びている。第1連結部43aのうち溶接部47が設けられた部分においては、第1連結部43aにおける第2面44b,45b同士の隙間G1に溶接部47の一部が入り込み、溶接部47の一部によって第2面44b,45b同士が接続されている場合がある。この場合であっても、溶接する前に第1面44a,45a同士を接触させることで、周方向に隣り合う第1コアバックピース41aと第2コアバックピース41bとを好適に接触させることができる。
次に、本実施形態のステータ30の製造方法について説明する。図7に示すように、本実施形態においてステータ30の製造方法は、プッシュバック工程S1と、打ち抜き工程S2と、積層工程S3と、切り離し工程S4と、コイル装着工程S5と、接合工程S6と、を含む。
図8に示すように、プッシュバック工程S1は、母材である圧延鋼材ESに対して、プッシュバック加工を施す工程である。圧延鋼材ESは、例えば、電磁鋼板である。図8における上下方向は、圧延鋼材ESの圧延方向RDである。圧延鋼材ESの表面には、圧延方向RDに延びる複数の線状疵LFがある。プッシュバック工程S1において作業者等は、金型を圧延鋼材ESに対して板厚方向の一方側から押し付けて、圧延鋼材ESの一部を板部材48の形状に切り抜いた後、当該切り抜いた部分を板厚方向の他方側から別の金型によって押し戻す。これにより、当該切り抜かれた部分が圧延鋼材ESから分離せず、圧延鋼材ESには、板部材48の外形状に切断された境界部が作られる。本実施形態のプッシュバック工程S1において作業者等は、当該境界部を、板部材群48Gごとに作る。板部材群48Gは、コアピース群40Gに含まれる4つのコアピース40pをそれぞれ構成する板部材48が1つずつ周方向に連結されて構成されている。板部材群48Gが軸方向に複数積層されることで、コアピース群40Gが構成される。
なお、本明細書において「作業者等」とは、各作業を行う作業者および組立装置などを含む。各作業は、作業者のみによって行われてもよいし、組立装置のみによって行われてもよいし、作業者と組立装置とによって行われてもよい。
打ち抜き工程S2は、板部材群48Gを圧延鋼材ESから打ち抜く工程である。打ち抜き工程S2において作業者等は、プッシュバック工程S1において作られた境界部のうち板部材群48Gの外形に沿った境界部を、金型などを用いて分離させ、板部材群48Gを4つの板部材48が連結された状態のまま圧延鋼材ESから打ち抜く。
本実施形態では、圧延鋼材ES上において圧延方向RDおよび圧延鋼材ESの板厚方向の両方と直交する方向、すなわち図8の左右方向に沿って間隔を空けて一列に並ぶ複数の板部材群48Gを圧延鋼材ESから打ち抜く。本実施形態において当該一列に並ぶ複数の板部材群48Gは、圧延方向RDに沿って複数列設けられている。隣り合う当該列に含まれる板部材群48G同士は、図8の左右方向に、互いに一つの板部材48の左右方向の幅程度ずれており、かつ、圧延方向RDにおいて互いに反転した姿勢となっている。また、隣り合う当該列に含まれる板部材群48G同士の一部は、圧延方向RDの位置が同じとなる部分を含んでいる。このようにして圧延鋼材ESから複数の板部材群48Gを打ち抜くことで、板部材48を製造する際の歩留まりを向上できる。
また、圧延鋼材ESからコアピース群40Gを構成する板部材群48Gごとに板部材48を打ち抜くため、コアピース群40Gにおいて周方向に連結されたコアピース40pの板部材48における圧延方向が互いに同一となる。つまり、第2連結部43bを介して周方向に連結されたコアピース40p同士における板部材48の圧延方向は、互いに同一方向である。このように、コアピース群40Gを構成する板部材群48Gを圧延鋼材ESから打ち抜く場合、上述したようにプッシュバック加工を用いた後に板部材群48Gを打ち抜くことで、板部材群48Gにおける板部材48同士の連結部に隙間が生じることを抑制できる。これにより、第2連結部43bにおいてコアピース40p同士の周方向の間に隙間が生じることを抑制できる。したがって、第2連結部43bに磁束を好適に流すことができ、トルクリップルをより低減できる。
また、圧延鋼材ESからコアピース群40Gを構成する板部材群48Gごとに板部材48を打ち抜くため、周方向に隣り合うコアピース群40G同士においては、コアピース40pの板部材48における圧延方向が互いに異なる。つまり、第1連結部43aを介して周方向に連結されたコアピース40p同士における板部材48の圧延方向は、互いに異方向である。ここで、例えば、複数の板部材48が環状に連結された環状板部材49ごと圧延鋼材ESから打ち抜く方法を採用すれば、プッシュバック加工を用いることで、すべてのコアピース40p同士の連結部において隙間が生じることを好適に抑制できる。しかしながら、この場合には、環状板部材49の内側に位置する圧延鋼材ESの部分を、板部材48を製造するための材料として利用できず、板部材48を製造する際の歩留まりが低下する問題がある。
これに対して、本実施形態では、板部材群48Gごと圧延鋼材ESから打ち抜くため、例えば、図8のようにして複数の板部材群48Gを打ち抜くことで歩留まりを向上できる。一方、コアピース群40G同士の連結部43は、プッシュバック加工によって連結された状態で境界部を作ることができないため、第2連結部43bのように隙間なく作ることはできない。しかしながら、本実施形態では、上述したように、コアピース群40G同士の連結部43を、第1面44a,45aおよび第2面44b,45bを有する第1連結部43aとすることで、第1連結部43aを介して連結されるコアピース40p同士の接触面積を好適に確保できる。したがって、本実施形態によれば、ステータコア40を製造する際の歩留まりを向上できるとともに、第1連結部43aおよび第2連結部43bのそれぞれにおいて磁束を流れやすくでき、トルクリップルを好適に低減することができる。
なお、複数の板部材48が環状に連結された環状板部材49ごと圧延鋼材ESから打ち抜く方法を採用する場合、環状板部材49の内側に位置する圧延鋼材ESの部分を、ロータ20のロータコアを構成する積層鋼板を製造する材料として利用することが考えられる。この場合には、回転電機100の歩留まりが低下することを抑制できる。この場合、ステータコア40の板部材48を構成する材料とロータコアの積層鋼板を構成する材料とが同じになる。ここで、ロータコアの積層鋼板を構成する材料に求められる品質は、ステータコア40の板部材48を構成する材料に求められる品質よりも低い。そのため、ステータコア40の板部材48を構成する材料とロータコアの積層鋼板を構成する材料とを同じにする場合、ロータコアの積層鋼板を構成する材料として、必要以上に品質が高く高価な材料を使用することとなり、回転電機100の製造コストが増大する問題がある。これに対して、本実施形態では、上述したようにして、ステータコア40を製造するための圧延鋼材ESの一部を、ロータコアの積層鋼板を作る材料として利用することなく、歩留まりを向上できる。そのため、回転電機100の製造コストが増大することを抑制できる。
積層工程S3は、打ち抜き工程S2において打ち抜かれた板部材群48Gを複数積層して、コアピース群40Gを作る工程である。積層工程S3において作業者等は、積層した板部材群48G同士においてそれぞれ積層方向に隣り合う板部材48同士をカシメなどにより互いに固定する。
切り離し工程S4は、コアピース群40Gを構成する4つのコアピース40p同士を切り離す工程である。コイル装着工程S5は、切り離し工程S4において切り離された各コアピース40pのティース42にコイル50を装着する工程である。接合工程S6は、コイル50を装着した後のコアピース40p同士を周方向に連結して、ステータコア40を組み立てる工程である。接合工程S6において作業者等は、3つのコアピース群40Gを分割して作られた12個のコアピース40pを周方向に連結してステータコア40を組み立てる。接合工程S6において作業者等は、コアピース40pの連結部43を径方向外側から溶接して溶接部47を作り、周方向に隣り合うコアピース40p同士を固定する。以上の工程により、各ティース42にコイル50が装着された環状のステータコア40が製造され、ステータ30が製造される。
<第2実施形態>
以下の説明において、上述した実施形態と同様の構成については適宜同一の符号を付すなどにより説明を省略する場合がある。図9に示すように、本実施形態のステータコア140の第1連結部143aにおいては、第2面144b,145bが、第1面144a,145aの径方向外側に繋がっている。つまり、本実施形態において第2面144b,145bは、第1面144a,145aに対して、径方向においてティース42がコアバックピース141pから延びる側と同じ側にそれぞれ繋がっている。
以下の説明において、上述した実施形態と同様の構成については適宜同一の符号を付すなどにより説明を省略する場合がある。図9に示すように、本実施形態のステータコア140の第1連結部143aにおいては、第2面144b,145bが、第1面144a,145aの径方向外側に繋がっている。つまり、本実施形態において第2面144b,145bは、第1面144a,145aに対して、径方向においてティース42がコアバックピース141pから延びる側と同じ側にそれぞれ繋がっている。
第1面144aおよび第2面144bは、第1連結部143aを介して周方向に連結される一対のコアピース140a,140bのうち、周方向他方側(-θ側)に位置するコアピース140aのコアバックピース141aに設けられている。第1面145aおよび第2面145bは、第1連結部143aを介して周方向に連結される一対のコアピース140a,140bのうち、周方向一方側(+θ側)に位置するコアピース140bのコアバックピース141bに設けられている。
第1連結部143aの形状は、第1実施形態の第1連結部43aを径方向に反転した形状となっている。本実施形態において第2面144b,145b同士の隙間G2は、径方向内側に開口している。隙間G2の周方向の寸法は、径方向内側に向かうに従って大きくなっている。ステータコア140の各部におけるその他の構成は、第1実施形態のステータコア40の各部におけるその他の構成と同様である。
<第3実施形態>
以下の説明において、上述した実施形態と同様の構成については適宜同一の符号を付すなどにより説明を省略する場合がある。図10に示すように、本実施形態のステータコア240において、周方向に隣り合うコアピース240p同士の連結部は、全てが第1連結部43aである。そのため、各コアピース240pにおけるコアバックピース241pの形状を互いに同一の形状とすることができ、各コアピース240pの形状を互いに同一の形状とすることができる。これにより、各コアピース240pを構成する複数の板部材48を打ち抜く金型を1種類とすることができ、ステータコア240の製造コストを低減できる。
以下の説明において、上述した実施形態と同様の構成については適宜同一の符号を付すなどにより説明を省略する場合がある。図10に示すように、本実施形態のステータコア240において、周方向に隣り合うコアピース240p同士の連結部は、全てが第1連結部43aである。そのため、各コアピース240pにおけるコアバックピース241pの形状を互いに同一の形状とすることができ、各コアピース240pの形状を互いに同一の形状とすることができる。これにより、各コアピース240pを構成する複数の板部材48を打ち抜く金型を1種類とすることができ、ステータコア240の製造コストを低減できる。
各コアピース240pにおけるコアバックピース241pは、周方向一方側(+θ側)の端部に第1面44aおよび第2面44bを有し、周方向他方側(-θ側)の端部に第1面45aおよび第2面45bを有する。ステータコア240の各部におけるその他の構成は、第1実施形態のステータコア40の各部におけるその他の構成と同様である。
本発明は上述の実施形態に限られず、本発明の技術的思想の範囲内において、他の構成および他の方法を採用することもできる。周方向に隣り合うコアバックピース同士の連結部は、少なくとも1つが第1連結部であればよい。つまり、第1連結部の数は、1つ以上であれば、特に限定されない。周方向に隣り合うコアバックピース同士の連結部は、上述した第3実施形態のように第2連結部を含まなくてもよいし、第1連結部および第2連結部の両方と異なる構造の第3連結部を含んでもよい。第2連結部の構造は、特に限定されず、第1連結部と同様の構造となっていてもよい。
第1連結部を介して周方向に連結された一対のコアバックピースのそれぞれは、第1面と、第1面に径方向に連続して繋がる第2面と、を有するならば、どのような形状であってもよい。第1連結部を介して周方向に連結された一対のコアバックピース同士において互いに第1面同士が接触するならば、第1面は、どのような向きを向く面であってもよいし、どのような形状の面であってもよい。第2面は、どのような形状であってもよく、2つ以上の平坦面が接続されて構成されてもよい。第1面の面積および第2面の面積は、特に限定されない。第1面の面積は、第2面の面積より小さくてもよいし、第2面の面積と同じであってもよい。第1面とコアバックピースの径方向外側の面または径方向内側の面との接続部分、および第2面とコアバックピースの径方向外側の面または径方向内側の面との接続部分は、丸みを帯びていなくてもよく、鋭角な角形状であってもよい。
第1連結部を介して周方向に連結された一対のコアバックピースのうち一方のコアバックピースにおいて、第1面と第2面とは、軸方向に見て、他方のコアバックピースに向かって凸となる凸角部を構成しなくてもよい。また、当該他方のコアバックピースにおいて、第1面と第2面とは、軸方向に見て、当該一方のコアバックピースから離れる向きに凹となる凹角部を構成しなくてもよい。凸角部の角度および凹角部の角度は、特に限定されない。凸角部の頂部および凹角部の底部は、丸みを帯びていなくてもよく、鋭角な角形状であってもよい。
本発明が適用される回転電機は、アウターロータ型のモータであってもよい。この場合、例えば、ティースがコアバックピースから延びる径方向一方側は、径方向外側であり、かつ、当該径方向一方側と逆側の径方向他方側は、径方向内側である。回転電機は、モータに限られず、発電機であってもよい。回転電機の用途は、特に限定されない。回転電機は、車両に搭載されてもよいし、車両以外の機器に搭載されてもよい。以上、本明細書において説明した構成および方法は、相互に矛盾しない範囲内において、適宜組み合わせることができる。
20…ロータ、30…ステータ、40,140,240…ステータコア、40a…第1コアピース(コアピース)、40b…第2コアピース(コアピース)、40c…第3コアピース(コアピース)、40p,140a,140b,240p…コアピース、41…コアバック、41a…第1コアバックピース(コアバックピース)、41b…第2コアバックピース(コアバックピース)、41c…第3コアバックピース(コアバックピース)、41p,141a,141b,141p,241p…コアバックピース、42…ティース、43…連結部、43a,143a…第1連結部、43b…第2連結部、44a,45a,144a,145a…第1面、44b,45b,144b,145b…第2面、44c…凸角部、45c…凹角部、48…板部材、100…回転電機、ES…圧延鋼材、J…中心軸、RD…圧延方向、φ1,φ2…角度
Claims (11)
- 中心軸を中心として回転可能なロータと、
複数のコアピースが周方向に連結されて構成された環状のステータコアを有し、前記ロータと隙間を介して径方向に対向するステータと、
を備え、
前記複数のコアピースのそれぞれは、
周方向に延びるコアバックピースと、
前記コアバックピースから径方向に延びるティースと、
を有し、
前記複数のコアピースにおける前記コアバックピースは、周方向に連結されて環状のコアバックを構成し、
周方向に隣り合う前記コアバックピース同士の連結部の少なくとも1つは、第1連結部であり、
前記第1連結部を介して周方向に連結された一対の前記コアバックピースのそれぞれは、
第1面と、
前記第1面に径方向に連続して繋がる第2面と、
を有し、
前記第1連結部を介して周方向に連結された一対の前記コアバックピースにおいて、
一方のコアバックピースの前記第1面と他方のコアバックピースの前記第1面とは、互いに接触し、
前記一方のコアバックピースの前記第2面と前記他方のコアバックピースの前記第2面とは、互いに離れて対向して配置されている、回転電機。 - 前記第1面の面積は、前記第2面の面積よりも大きい、請求項1に記載の回転電機。
- 前記第2面の面積に対する前記第1面の面積の比は、1.5以上、3.5以下である、請求項2に記載の回転電機。
- 前記一方のコアバックピースにおいて、前記第1面と前記第2面とは、軸方向に見て、前記他方のコアバックピースに向かって凸となる凸角部を構成し、
前記他方のコアバックピースにおいて、前記第1面と前記第2面とは、軸方向に見て、前記一方のコアバックピースから離れる向きに凹となる凹角部を構成し、
前記凹角部の角度は、前記凸角部の角度よりも大きく、
前記凸角部と前記凹角部とは、互いに周方向に対向している、請求項1から3のいずれか一項に記載の回転電機。 - 前記凸角部の角度および前記凹角部の角度は、鈍角である、請求項4に記載の回転電機。
- 前記凸角部の角度および前記凹角部の角度は、135°以上、155°以下である、請求項5に記載の回転電機。
- 前記ティースは、前記コアバックピースから径方向一方側に延び、
前記第2面は、前記第1面の径方向他方側に繋がっている、請求項1から6のいずれか一項に記載の回転電機。 - 前記径方向一方側は、径方向内側であり、
前記径方向他方側は、径方向外側である、請求項7に記載の回転電機。 - 前記複数のコアピースのそれぞれは、軸方向に積層された複数の板部材によって構成され、
前記板部材の材料は、圧延鋼材であり、
周方向に隣り合う前記コアバックピース同士の連結部のうち一部の連結部は、第2連結部であり、
前記第2連結部を介して周方向に連結された前記コアピース同士における前記板部材の圧延方向は、互いに同一方向である、請求項1から8のいずれか一項に記載の回転電機。 - 前記第1連結部を介して周方向に連結された前記コアピース同士における前記板部材の圧延方向は、互いに異方向である、請求項9に記載の回転電機。
- 周方向に隣り合う前記コアバックピース同士の連結部は、全てが前記第1連結部である、請求項1から8のいずれか一項に記載の回転電機。
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