JP2024084866A - 回転電機用ステータ及び回転電機用ステータの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ステータコアの外周面の全体わたってステータコアとステータ支持部との密着性を高める。【解決手段】車両駆動用の回転電機用ステータであって、磁性体である第１金属材料により形成されるステータコアと、ステータコアの外周面の少なくとも一部に形成され、非磁性体である第２金属材料を含む接合層と、ステータコアの外周面に一体的に接合され、第２金属材料により形成されるステータ支持部と、ステータコアは、外周面の軸方向端部における周方向の一部の第１区間において他の第２区間よりも径方向内側に凹みかつ軸方向に延在する凹部を有し、ステータ支持部は、周方向の第２区間においてステータコアの軸方向端面の外周縁部を覆い、かつ、周方向の第１区間において凹部内に延在する、回転電機用ステータが開示される。【選択図】図１２

Description

本開示は、回転電機用ステータ及び回転電機用ステータの製造方法に関する。

ステータコアをボルトによりケースに固定し、径方向でケースとステータコアとの間に隙間を形成し、当該隙間に、冷却用の油が流れるパイプを配置する技術が知られている。

特開２０１４－１５８４００号公報

しかしながら、上述のような従来技術では、ステータコアをケースに固定するためにボルトを用いるので、ステータコアとケースとの間の空気層が形成されやすい。このため、ケースを介してステータコアを冷却する場合に、ステータコアとケースとの間の空気層に起因して、ステータコアからケースへの熱の移動が妨げられ、伝熱性が良好でないという問題が生じる。

そこで、１つの側面では、本開示は、ステータコアの外周面の全体わたってステータコアとステータ支持部との密着性を高めることを目的とする。

１つの側面では、車両駆動用の回転電機用ステータであって、
磁性体である第１金属材料により形成されるステータコアと、
前記ステータコアの外周面の少なくとも一部に形成され、非磁性体である第２金属材料を含む接合層と、
前記ステータコアの外周面に一体的に接合され、前記第２金属材料により形成されるステータ支持部と、
前記ステータコアは、外周面の軸方向端部における周方向の一部の第１区間において他の第２区間よりも径方向内側に凹みかつ軸方向に延在する凹部を有し、
前記ステータ支持部は、周方向の前記第２区間において前記ステータコアの軸方向端面の外周縁部を覆い、かつ、周方向の前記第１区間において前記凹部内に延在する、回転電機用ステータが提供される。

１つの側面では、本開示によれば、ステータコアの外周面の全体わたってステータコアとステータ支持部との密着性を高めることが可能となる。

一実施例によるモータ１の断面構造を概略的に示す断面図である。 図１のＱ１部の拡大図である。 一体化された状態のステータ支持部とステータコアを示す斜視図である。 単品状態のステータコアを示す斜視図である。 ステータコアの凹部の拡大図である。 凹部を有さない周方向位置（第２区間内）でのステータコアの断面図である。 凹部を有する周方向位置（第１区間内）でのステータコアの断面図である。 一体化された状態のステータ支持部とステータコアの一部であって、凹部を有する部分を軸方向に視た平面図である。 ステータ支持部とステータコアとの接合部の拡大図である。 図９のＱ３部の模式図である。 接合層を設けない場合の模式図である。 ステータの製造方法の流れを示す概略フローチャートである。 加圧治具をセットした状態を概略的に示す正面図である。 アルミナイジング処理中の状態を概略的に示す正面図である。 アルミナイジング処理中の状態を概略的に示す断面図である。 図１５のＱ４部の拡大図である。 鋳込工程中の状態を概略的に示す断面図である。 中子の一例を示す斜視図である。 図１６のＱ５部の拡大図である。 ステータコアとステータ支持部とが一体化した組立体を概略的に示す断面図である。

以下、添付図面を参照しながら各実施例について詳細に説明する。なお、図面の寸法比率はあくまでも一例であり、これに限定されるものではなく、また、図面内の形状等は、説明の都合上、部分的に誇張している場合がある。

図１は、一実施例によるモータ１の断面構造を概略的に示す断面図である。

図１には、モータ１の回転軸１２が図示されている。以下の説明において、軸方向とは、モータ１の回転軸（回転中心）１２が延在する方向を指し、径方向とは、回転軸１２を中心とした径方向を指す。従って、径方向外側とは、回転軸１２から離れる側を指し、径方向内側とは、回転軸１２に向かう側を指す。また、周方向とは、回転軸１２まわりの回転方向に対応する。

モータ１は、例えばハイブリッド車両や電気自動車で使用される車両駆動用のモータであってよい。ただし、モータ１は、他の任意の用途に使用されるものであってもよい。

モータ１は、インナーロータ型であり、ステータ２１がロータ３０の径方向外側を囲繞するように設けられる。ステータ２１は、ステータコア２２の径方向外側がステータ支持部１０に接合される。ステータ支持部１０の構成及びステータコア２２とステータ支持部１０との接合方法については後述する。

ステータ２１は、ステータコア２２と、ステータコイル２９とを含む。

ステータコア２２は、鉄を主成分とする材料（第１金属材料の一例）により形成される。例えば、ステータコア２２は、例えば円環状の磁性体の積層鋼板からなるが、変形例では、ステータコア２２は、磁性粉末が圧縮して固められた圧粉体により形成されてもよい。なお、ステータコア２２は、周方向で分割される分割コアにより形成されてもよいし、周方向で分割されない形態であってもよい。

ステータコイル２９は、ステータコア２２に巻装される。ステータコイル２９は、例えば、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、及びＷ相コイルを含む。ステータコイル２９は、ステータコア２２の軸方向両側から突出するコイルエンド２９Ａ、２９Ｂを有する。ステータコイル２９は、セグメントコイルの形態のコイル片（図示せず）をステータコア２２に組み付けることでステータコア２２に巻装されてもよい。なお、セグメントコイルとは、各相のコイルを、組み付けやすい単位（例えば２つのスロットに挿入される単位）で分割した形態である。コイル片は、例えば、断面略矩形の線状導体（平角線）を、絶縁被膜（図示せず）で被覆してなる。線状導体は、銅により形成されるが、変形例では、線状導体は、鉄のような他の導体材料により形成されてもよい。

ロータ３０は、ステータ２１の径方向内側に配置される。ロータ３０は、ロータコア３２と、ロータシャフト３４とを備える。ロータコア３２は、ロータシャフト３４の径方向外側に固定され、ロータシャフト３４と一体となって回転する。ロータシャフト３４は、ステータ支持部１０にベアリング１４ａ、１４ｂを介して回転可能に支持される。なお、ロータシャフト３４は、モータ１の回転軸１２を画成する。

ロータコア３２は、例えば円環状の磁性体の積層鋼板から形成される。ロータコア３２の内部には、永久磁石３２１が挿入される。永久磁石３２１の数や配列等は任意である。変形例では、ロータコア３２は、磁性粉末が圧縮して固められた圧粉体により形成されてもよい。

ロータコア３２の軸方向の両側には、エンドプレート３５Ａ、３５Ｂが取り付けられてよい。エンドプレート３５Ａ、３５Ｂは、ロータコア３２を支持する支持機能の他、ロータ３０のアンバランスの調整機能（切削等されることでアンバランスを無くす機能）を有してよい。

ロータシャフト３４は、図１に示すように、中空部３４Ａを有する。中空部３４Ａは、ロータシャフト３４の軸方向の全長にわたり延在する。中空部３４Ａは、油路として機能してもよい。例えば、中空部３４Ａには、図１にて矢印Ｒ１で示すように、軸方向の一端側から油が供給され、ロータシャフト３４の径方向内側の表面を伝って油が流れることで、ロータコア３２を径方向内側から冷却できる。また、ロータシャフト３４の径方向内側の表面を伝う油は、ロータシャフト３４の両端部に形成される油穴３４１、３４２を通って径方向外側へと噴出され（矢印Ｒ５、Ｒ６）、コイルエンド２９Ａ、２９Ｂの冷却に供されてもよい。

なお、図１では、特定の構造のモータ１が示されるが、モータ１の構造は、ロータコア３２がステータ支持部１０により支持されている限り、任意である。従って、例えば、ロータシャフト３４は、中空部３４Ａを有さなくてもよいし、中空部３４Ａよりも有意に内径の小さい中空部を有してもよい。また、図１では、特定の冷却方法が開示されているが、モータ１の冷却方法は任意である。従って、例えば、中空部３４Ａ内に挿入される油導入管が設けられてもよいし、ステータ支持部１０内の油路から径方向外側からコイルエンド２９Ａ、２９Ｂに向けて油が滴下されてもよい。

図２は、ステータ支持部１０の一例の説明図であり、図１のＱ１部の拡大図である。

ステータ支持部１０は、アルミを主成分とする材料（第２金属材料の一例）により形成される。例えば、ステータ支持部１０は、後述のように冷却水が通る冷却水路９５を形成する関係上、好ましくは、耐腐食性が良好なアルミ合金により形成される。アルミ合金としては、例えば、Ａｌ－Ｓｉ系合金や、Ａｌ－Ｍｇ系合金、Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系合金等、任意である。

ステータ支持部１０は、ケース油路３５及び冷却水路９５を形成する中空部（空洞）を有する構造である。かかる中空部を有するステータ支持部１０は、一ピースの部材であり、鋳造で形成されてもよいし、３Ｄプリント技術を利用して形成されてもよい。

ステータ支持部１０は、径方向でステータコア２２に接する態様でステータコア２２を径方向内側に保持する。すなわち、ステータ支持部１０は、ステータコア２２の外周面２２２（径方向外側の表面）を隙間なく覆う態様で、ステータコア２２を保持する。このようにして、ステータ支持部１０は、ステータコア２２を含むステータ２１を回転不能に支持する。

ステータ支持部１０とステータコア２２とは、ボルトによる締結ではなく、接合により一体化される。すなわち、ステータ支持部１０は、ステータコア２２の外周面２２２に、その径方向内側の表面が接合される。ステータ支持部１０とステータコア２２との接合方法については後述する。

ステータ支持部１０は、好ましくは、ステータコア２２の外周面２２２の略全体に、その径方向内側の表面が接する態様（面接触する態様）でステータコア２２を保持する。この場合、ステータ支持部１０内の冷却水路９５を通る冷却水によりステータコア２２の全体を効率的に冷却できる。本実施例では、一例として、ステータ支持部１０は、図２に示すように、ステータコア２２の軸方向の全長にわたり延在し、ステータコア２２の外周面２２２の略全体に、その内周面が接する。なお、ステータコア２２の外周面２２２の“略全体”とは、ステータコア２２の溶接溝（図示せず）のような箇所（ステータコア２２の外周面２２２とステータ支持部１０の内周面とが径方向で離間しうる箇所）を許容する概念である。

ステータ支持部１０は、内部にケース油路３５及び冷却水路９５を形成する。この際、径方向内側からステータコア２２、冷却水路９５、及びケース油路３５の順に隣接して配置される。なお、“隣接”とは、ステータ支持部１０に係る材料部分以外は介在しない態様を指す。

冷却水路９５は、任意の形態であってよく、例えば図２に示すように、多数の円柱部１９５１（径方向に延在する円柱部）まわりに形成される形態であってもよい。この場合、冷却水とステータ支持部１０との間の接触面積（熱交換量）を効率的に増加させることができる。

ケース油路３５は、任意の形態であってよく、例えば図２に示すように、多数の円柱部１３５１（径方向に延在する円柱部）まわりに形成される形態であってもよい。この場合、油とステータ支持部１０との間の接触面積を効率的に増加させることができる。その結果、ケース油路３５内の油と冷却水路９５内の水との間の熱交換を効果的に促進できる。

ケース油路３５は、油滴下部３５１を有してよい。この場合、ケース油路３５内の油は、油滴下部３５１を通ってコイルエンド２９Ａ、２９Ｂに滴下されてよい（矢印Ｒ７、Ｒ８）。このようにして、ケース油路３５は、冷却水路９５内の冷却水により冷却された状態で、コイルエンド２９Ａ、２９Ｂの冷却に供されてもよい。

本実施例によれば、冷却水路９５を形成するステータ支持部１０が、ステータコア２２に接するので、冷却水とステータコア２２との間には、ステータ支持部１０の内周壁部だけが存在するだけである。ここで、冷却水は、ラジエータ（図示せず）で外気（例えば車両の走行時に通過する空気）と熱交換されて冷却され、油は、冷却水路９５内の冷却水と熱交換されて冷却されるものであるので、冷却水の方が油よりも低温である。従って、冷却水とステータコア２２との間に、例えば油等の他の媒体や部材が介在する場合に比べて、冷却水によりステータコア２２を効率的に冷却できる。

また、本実施例によれば、上述したように、ステータ支持部１０の内部に冷却水路９５及びケース油路３５の双方が設けられるので、例えばケースとステータコア２２との間に径方向の隙間を形成して当該隙間に冷却用のパイプを通すような比較例（図示せず）に比べて、モータ１の径方向の体格を効率的に低減できる。

また、本実施例によれば、上述したように、ステータコア２２とステータ支持部１０とが接合されるので、ステータコア２２がケースにボルトで締結されるような比較例（図示せず）に比べて、ボルトを使用しない分だけ部品点数を低減できるとともに、ボルトの締め付けによるステータコア２２の歪の発生を回避できる。

なお、本実施例では、好ましい例として、ケース油路３５は、冷却水路９５及びケース油路３５を備えているが、冷却水路９５及びケース油路３５のうちの一方だけを備えてもよいし、双方を備えていなくてもよい。

次に、図３～図９を参照して、ステータ支持部１０とステータコア２２について更に説明する。

図３は、一体化された状態のステータ支持部１０とステータコア２２を示す斜視図である。図４は、単品状態のステータコア２２を示す斜視図である。図５は、ステータコア２２の凹部２４の拡大図である。図６から図８は、ステータコア２２の軸方向端面２２０と外周面２２２とがなす角部に係る構造の説明図である。図６は、回転軸１２を通る平面で切断した断面図であって、凹部２４を有さない周方向位置（第２区間ＳＣ２内）でのステータコア２２の断面図である。図７は、回転軸１２を通る平面で切断した断面図であって、凹部２４を有する周方向位置（第１区間ＳＣ１内）でのステータコア２２の断面図である。図８は、一体化された状態のステータ支持部１０とステータコア２２の一部であって、凹部２４を有する部分を軸方向に視た平面図である。図８には、説明用に、ステータコア２２が透視により点線で示されている。

ステータコア２２は、外周面２２２の軸方向端部２２２１における周方向の一部の第１区間ＳＣ１において凹部２４を有する。凹部２４は、第１区間ＳＣ１とは異なる第２区間ＳＣ２よりも径方向内側に凹む形態である。なお、凹部２４は、ステータコア２２が積層鋼板により形成される場合、鋼板をプレス機で打ち抜く際に形成されてよい。

凹部２４は、第１区間ＳＣ１にわたって周方向に延在する。なお、本実施例では、凹部２４の周方向の幅ｗ（図５参照）は、凹部２４の軸方向全長にわたって一定であるが、変化してもよい。

凹部２４の深さｈ（すなわち径方向の寸法）（図５及び図７参照）は、任意であるが、好ましくは２ｍｍ以下であり、より好ましくは、１ｍｍ程度である。

凹部２４は、ステータコア２２の軸方向端面２２０側で開口し、軸方向に延在する。凹部２４の軸方向の長さｄは、比較的短くてよく、好ましくは、１０ｍｍ以下であり、より好ましくは５ｍｍ以下である。この場合、凹部２４による機能（図８を参照して後述）を確保しつつ、凹部２４の形成範囲を最小限に留めることができ、コスト低減を図ることができる。

凹部２４は、周方向の複数の箇所に設けられてもよい。例えば、図４に示す例では、凹部２４は、周方向の２箇所（１８０度ピッチ）で形成されている。また、凹部２４は、ステータコア２２の軸方向両側にそれぞれ形成されてもよい。この場合、第１区間ＳＣ１は、軸方向両側で同一位相であってもよいし、軸方向両側で互いに対してずれてもよい。

ここで、本実施例では、ステータ支持部１０とステータコア２２との間の接合の信頼性を効果的に高めるために、ステータ支持部１０とステータコア２２との間に、接合層６１が設けられる。具体的には、ロータコア３２の外周面２２２には、接合層６１が形成される。接合層６１は、ロータコア３２の外周面２２２にステータ支持部１０を接合する際に、ステータ支持部１０と一体化することで、ステータ支持部１０とステータコア２２との間の接合の信頼性を高める機能を有する。具体的には、ステータ支持部１０がアルミを主成分とする材料により形成される場合、接合層６１は、アルミを主成分とする材料が、ステータコア２２の外周面２２２に接合しやすくするための層である。この場合、接合層６１は、鉄とアルミの合金層であってよい。

図９は、ステータ支持部１０とステータコア２２との接合部の拡大図（写真）である。図１０は、図９のＱ３部の模式図である。接合層６１が形成されるので、図９及び図１０に示すように、ステータコア２２の外周面２２２にステータ支持部１０を隙間なく接合させることができる。なお、接合層６１を設けずに焼嵌めによりステータ支持部１０’とステータコア２２とを結合させる場合、図１１に示すように、ステータ支持部１０’とステータコア２２との間に、ステータコア２２の外周面２２２の凹凸（軸方向に沿った径方向の凹凸）に起因した空気層（隙間）７０が形成されやすい。これに対して、本実施例によれば、図９及び図１０に示すように、ステータコア２２の外周面２２２の凹凸を埋める態様でステータ支持部１０を形成できる。

すなわち、図１１に示すような比較例では、ステータコア２２とステータ支持部１０’との間に、ステータコア２２の外周面の凹凸に起因した空気層が形成されやすく、かかる空気層に起因して熱抵抗が増加しやすい。

これに対して、本実施例によれば、ステータコア２２とステータ支持部１０とは、上述したように接合されるので、ステータコア２２の外周面２２２の凹凸（軸方向に沿った径方向の凹凸）は、ステータ支持部１０の材料により埋められる。すなわち、ステータ支持部１０におけるステータコア２２からの熱の受熱面となる接合面は、空気層を含まない。従って、本実施例によれば、ステータコア２２とステータ支持部１０との間の密着性を高め、ステータコア２２とステータ支持部１０との間の熱抵抗を効果的に低減できる。この結果、本実施例によれば、ステータコア２２からステータ支持部１０への熱伝達が促進され、ステータコア２２をステータ支持部１０を介して効率的に冷却できる。

ところで、ステータコア２２の外周面２２２に上述した接合層６１を形成する場合、接合層６１を形成する範囲が広いほど、ステータ支持部１０とステータコア２２との間の密着性が高くなる範囲が広くなる。ステータコア２２とステータ支持部１０との間の接合の信頼性を高める観点や、ステータコア２２に対する冷却能力を高める観点からは、ステータコア２２の外周面２２２の全面にわたって接合層６１を形成する方が望ましい。

しかしながら、後述するように製造上の制約等に起因して、ステータコア２２の外周面２２２の軸方向端部２２２１に接合層６１を形成することが難しい場合がある。この場合、例えば、製造上の要因に起因して、ステータコア２２の外周面２２２の表面積に対する接合層６１が形成される範囲の密度は、ステータコア２２の軸方向両側において、ステータコア２２の軸方向の中央部よりも小さくなりやすい。

この点、本実施例では、ステータコア２２は、軸方向端部２２２１に凹部２４を有し、凹部２４内には、図７に示すように、ステータ支持部１０が延在する。すなわち、ステータコア２２とステータ支持部１０とは、凹部２４においても実質的に隙間なく密着される。

凹部２４にステータ支持部１０が延在する場合、ステータコア２２とステータ支持部１０との間の接合の信頼性を高めることができる。具体的には、図８に示すように、ステータ支持部１０とステータコア２２との間に、回転軸１２まわりにステータコア２２をステータ支持部１０に対して相対的に回転させる回転方向の荷重Ｆ１が発生した場合を想定する。この場合、凹部２４の周方向の側壁２４１とステータ支持部１０との間の周方向の係合に起因して、荷重Ｆ１に対する反力Ｆ２を発生させることができる。これにより、凹部２４以外の領域におけるステータ支持部１０とステータコア２２との間の接合層６１にかかる力（せん断力）を低減でき、回転方向の荷重Ｆ１に起因してステータ支持部１０とステータコア２２との間の密着性が阻害される可能性を、低減できる。なお、図８では、荷重Ｆ１は、時計回りであるが、反時計回りの場合も同様である。

また、本実施例では、ステータコア２２は、周方向の第２区間ＳＣ２において、図６に示すように、軸方向端面２２０の外周縁部２２０１が、ステータ支持部１０により覆われる。

軸方向端面２２０の外周縁部２２０１がステータ支持部１０により覆われる場合、ステータコア２２とステータ支持部１０との間の結合の信頼性を高めることができる。具体的には、図６に示すように、ステータ支持部１０とステータコア２２との間に、ステータコア２２をステータ支持部１０に対して軸方向に相対的に変位させる荷重Ｆ１０が発生した場合を想定する。この場合、軸方向端面２２０の外周縁部２２０１とステータ支持部１０との間の軸方向の係合に起因して、荷重Ｆ１０に対する反力Ｆ２０を発生させることができる。これにより、凹部２４以外の領域におけるステータ支持部１０とステータコア２２との間の接合層６１にかかる力を低減でき、軸方向の荷重Ｆ１０に起因してステータ支持部１０とステータコア２２との間の密着性が阻害される可能性を、低減できる。なお、図６では、荷重Ｆ１０は、図６の左向きであるが、図６の右向きの場合も同様である。すなわち、この場合、軸方向逆側で軸方向端面２２０の外周縁部２２０１とステータ支持部１０との間の軸方向の係合に起因して、同様の反力Ｆ２０を発生させることができる。

なお、外周縁部２２０１の径方向の延在範囲は、任意であり、例えば凹部２４の深さｈと同様であってもよい。また、ステータコア２２は、好ましくは、第２区間ＳＣ２の全体にわたり、軸方向端面２２０の外周縁部２２０１が、ステータ支持部１０により覆われる。これにより、全周にわたって上述した反力Ｆ２０を発生させることができる。

このようにして、本実施例によれば、ステータ支持部１０とステータコア２２とを一体的に接合して、ステータ支持部１０とステータコア２２の間の密着性を高めつつ、ステータ支持部１０とステータコア２２との間の接合の信頼性を効果的に高めることができる。

具体的には、本実施例によれば、上述したように、ステータコア２２の軸方向端面２２０の外周縁部２２０１を覆う態様でステータコア２２にステータ支持部１０が結合され、かつ、外周面２２２の凹部２４に埋設される態様でステータコア２２にステータ支持部１０が結合される。これにより、本実施例によれば、ステータコア２２の外周面２２２の軸方向端部２２２１に接合層６１が形成されない又は形成される密度が比較的低い場合でも、ステータ支持部１０とステータコア２２との間の接合の信頼性を確保できる。

従って、本実施例によれば、ステータコア２２の外周面２２２の全体のうちの軸方向端部２２２１だけに接合層６１をあえて形成しないような製造方法を実現することも可能であり、接合層６１形成することに関連した製造方法の自由度を高めることができる。

次に、図１２以降を参照して、モータ１のステータ２１の製造方法について説明する。

図１２は、ステータ２１の製造方法の流れを示す概略フローチャートである。図１３から図１９は、図１２に示す製造方法を説明するための図である。具体的には、図１３は、加圧治具８０をセットした状態を概略的に示す正面図である。図１３等には、軸方向に対応するＸ方向と、Ｘ１側及びＸ２側が定義されている。ここでは、Ｘ１側を上側とし、Ｘ２側を下側として説明する。図１４は、アルミナイジング処理中の状態を概略的に示す正面図である。図１５は、アルミナイジング処理中の状態を概略的に示す断面図である。図１５Ａは、図１５のＱ４部の拡大図である。図１６は、鋳込工程中の状態を概略的に示す断面図である。図１７は、中子７９５Ａの一例を示す斜視図である。図１８は、図１６のＱ５部の拡大図である。図１９は、ステータコア２２とステータ支持部１０とが一体化した組立体を概略的に示す断面図である。

ステータ２１の製造方法は、まず、ステータコア２２を準備することを含む（ステップＳ３０）。ステータコア２２は、例えば円環状の磁性体の積層鋼板からなる。この場合、各鋼板は、互いに結合されていなくてもよいし、溶接等により結合されていてもよい。

次いで、ステータ２１の製造方法は、ステータコア２２に対して、加圧治具８０をセットすることを含む（ステップＳ３１）。

加圧治具８０は、軸方向両側からステータコア２２の軸方向端面２２０に軸方向に当接及び加圧し、ステータコア２２に軸力を付与する機能を有する。

本実施例では、一例として、加圧治具８０は、上側加圧治具８１と、下側加圧治具８２と、締付ボルト８３とを含む。

上側加圧治具８１は、ステータコア２２のＸ１側の軸方向端面２２０を覆うとともに、ステータコア２２におけるロータコア３２が収容される空間ＳＰ１（図１４参照）を軸方向のＸ１側から塞ぐ。下側加圧治具８２は、ステータコア２２のＸ２側の軸方向端面２２０を覆うとともに、ステータコア２２におけるロータコア（図示せず）が収容される空間ＳＰ１（図１４参照）を軸方向のＸ２側から塞ぐ。締付ボルト８３は、上側加圧治具８１と下側加圧治具８２との間に軸方向の力（軸力）を発生する。具体的には、締付ボルト８３が締め付けられると、上側加圧治具８１と下側加圧治具８２との間の距離が縮まることで軸方向の力が発生し、上側加圧治具８１とステータコア２２のＸ１側の軸方向端面２２０との間の当接（軸方向の当接）が強固となり、下側加圧治具８２とステータコア２２のＸ２側の軸方向端面２２０との間の当接（軸方向の当接）が強固となる。なお、上側加圧治具８１及び／又は下側加圧治具８２は、油圧等を利用した他の機構により軸方向に駆動されてもよい。

次いで、ステータ２１の製造方法は、加圧治具８０をセットした状態で、不活性ガスをステータコア２２の空間ＳＰ１内に充填することを含む（ステップＳ３２）。

図１４には、不活性ガスを空間ＳＰ１内に充填するための不活性ガス充填装置９０が模式的に示される。図１４に示す例では、不活性ガス充填装置９０は、管部材９１と、不活性ガス供給路９２と、バルブ９３と、不活性ガス供給源９４とを含む。この場合、不活性ガス供給源９４からの不活性ガスは、不活性ガス供給路９２及び管部材９１を介して空間ＳＰ１内に充填される。なお、バルブ９３は、空間ＳＰ１内の圧力を減圧できる減圧弁（圧力弁）であってよい。これにより、後述するステップＳ３３やステップＳ３６での温度上昇に起因して空間ＳＰ１内の不活性ガスが膨張した場合でも、空間ＳＰ１内の圧力を適切に保つことができる。

なお、この場合、上側加圧治具８１には、管部材９１が気密に接続される。管部材９１は、上側加圧治具８１と一体に形成されてもよい。管部材９１は、図１４に模式的に示すように、一端が空間ＳＰ１内に延在し、他端が不活性ガス供給路９２に接続される。なお、不活性ガス供給路９２は、管部材９１に取り外し可能に接続されてもよいし、一体的に接続されてもよい。

次いで、ステータ２１の製造方法は、ステータコア２２の外周面２２２に、接合層６１（図９参照）を形成する工程（接合層形成工程）を含む（ステップＳ３３）。接合層６１は、上述したように、次の工程で導入されるアルミを主成分とする材料が、ステータコア２２の外周面２２２に接合しやすくするための層である。本実施例では、接合層６１は、一例として、鉄とアルミの合金層である。鉄とアルミの合金層は、例えば、アルミナイジング処理を行うことで形成できる。アルミナイジング処理の場合、ステータコア２２の外周面２２２の一部が溶融し、アルミとの合金層が形成される。ステータコア２２の外周面２２２の一部が溶融して接合層６１が形成されるので、接合層６１とステータコア２２とは強固に一体化される。

本実施例では、ステップＳ３３としてアルミナイジング処理が実行される。具体的には、加圧治具８０をセットした状態で、ステータコア２２をアルミ槽５０（例えば溶融アルミニウム槽）に浸漬させる。図１５は、加圧治具８０をセットした状態で、ステータコア２２がアルミ槽５０に浸漬された状態が示されている。図１５には、溶融アルミニウムの液面Ｌ１３が模式的に示されている。本実施例では、加圧治具８０をセットした状態で、ステータコア２２は、上側加圧治具８１の一部が溶融アルミニウム内に浸かる態様で、アルミ槽５０に浸漬される。ただし、変形例では、例えば、加圧治具８０をセットした状態で、ステータコア２２は、上側加圧治具８１が溶融アルミニウム内にギリギリ浸からない態様で、アルミ槽５０に浸漬されてもよいし、上側の軸方向端部２２２１が溶融アルミニウム内に浸からない態様で、アルミ槽５０に浸漬されてもよい。

本実施例によれば、ステータコア２２は、加圧治具８０が取り付けられた状態で、アルミ槽５０に浸漬されるので、ステータコア２２が積層鋼板により形成される場合でも、層間に溶融アルミニウムが侵入したり、空間ＳＰ１内に溶融アルミニウムが浸入したりする可能性を低減できる。

アルミナイジング処理は、好ましくは、不活性ガスを空間ＳＰ１内に充填した状態で実現される。

アルミナイジング処理が空間ＳＰ１内に不活性ガスが充填された状態で実現される場合、そうでない場合（すなわちアルミナイジング処理が空間ＳＰ１内に不活性ガスが充填されない状態で実現される場合）に比べて、ステータコア２２を形成する鋼板の絶縁膜へのダメージを低減できる。

具体的には、ステータコア２２を形成する鋼板は、比較的高い温度（例えば６００℃以上）の、酸素を含む雰囲気に晒されると、酸化スケール（錆）が発生しやすくなる。このような酸化スケールが発生すると、各鋼板の表面に付与されている絶縁膜が破壊され、ステータコア２２の磁気性能が所期の性能でなくなる可能性がある。アルミナイジング処理が、空間ＳＰ１内に不活性ガスが充填されない状態（すなわち酸素を含む雰囲気）で実現される場合、ステータコア２２が、溶融アルミニウムに起因して高温の雰囲気に晒されることになる。その結果、ステータコア２２の各鋼板の絶縁膜が破壊され、ステータコア２２の磁気性能が所期の性能でなくなる可能性がある。

この点、アルミナイジング処理が不活性ガスを空間ＳＰ１内に充填した状態で実現される場合、ステータコア２２が、溶融アルミニウムに起因して高温の雰囲気に晒されても、当該雰囲気が酸素を実質的に含まないので、酸化スケールの発生が防止又は効果的に低減される。この結果、ステータコア２２の各鋼板の絶縁膜が保護されるので、ステータコア２２の磁気性能が所期の性能でなくなる可能性を、効果的に低減できる。また、空間ＳＰ１内の圧力（内圧）が高まることで、ステータコア２２が積層鋼板により形成される場合でも、層間に溶融アルミニウムが侵入する可能性を低減できる。

ところで、本実施例では、図１５に示すように、液面Ｌ１３がステータコア２２の上側の軸方向端面２２０よりも高いので、ステータコア２２の外周面２２２全体に接合層６１が形成されうる。

しかしながら、実際には、ステータコア２２の外周面２２２の軸方向端部２２２１や軸方向端面２２０の外周縁部２２０１のような、上側加圧治具８１及び下側加圧治具８２の近傍の部位には、接合層６１が形成され難い傾向がある。これは、図１５Ａにハッチングにより模式的に示すように、上側加圧治具８１の外周面８１１及び下側加圧治具８２の外周面８２１には、塗型（離型剤）１５００が塗布されており、かかる塗型１５００の影響で、かかる部位への接合層６１の形成が不十分となるためである。

接合層６１は、上述したように、ステータコア２２とステータ支持部１０の間の密着性を高める機能を有するので、ステータコア２２における接合層６１の形成が不十分となる部位（ステータコア２２の外周面２２２の軸方向端部２２２１等）においては、密着性の不足に係る不都合（例えば浮きや剥がれ等）が生じうる。

この点、本実施例では、図６から図８等を参照して上述したように、ステータコア２２は、外周面２２２の軸方向端部２２２１に凹部２４内と、軸方向端面２２０の外周縁部２２０１上とに、アルミ材料の部位（ステータ支持部１０の一部）が形成されるので、このような不都合を効果的に防止できる。

また、上述のような塗型１５００に起因した不都合（ステータコア２２の軸方向端部２２２１において接合層６１の形成が不十分となる）は、上側加圧治具８１及び下側加圧治具８２に起因してステータコア２２の軸方向両側で生じる。

この点、本実施例では、図６から図８等を参照して上述したように、ステータコア２２は、軸方向両側で、外周面２２２の軸方向端部２２２１の凹部２４内と、軸方向端面２２０の外周縁部２２０１上とに、アルミ材料の部位（ステータ支持部１０の一部）が形成されるので、このような不都合を効果的に防止できる。

次いで、ステータ２１の製造方法は、接合層６１が形成されたステータコア２２を、図１６に示すように、鋳造用の金型にセットすることを含む（ステップＳ３４）。この際、ステータコア２２は、上述した加圧治具８０が取り付けられた状態で、鋳造用の金型にセットされる。なお、鋳造用の金型は、アルミ槽５０と共通であってよい。換言すると、アルミナイジング処理は、鋳造用の金型内で実行されてもよい。

また、この際、上述したケース油路３５を形成するための中子及び冷却水路９５を形成するための中子（図１７の中子７９５Ａ参照）を鋳造用の金型にセットする。

なお、図１７に示す中子７９５Ａは、冷却水路９５を形成するための円筒部７９５１を備え、円筒部７９５１には、円柱部１９５１を形成するための穴１９５１Ａ（径方向の貫通穴）が複数形成される。なお、中子７９５Ａの形態は、冷却水路９５の形態に応じて適宜設計されてよい。これは、ケース油路３５を形成するための中子７３５Ａについても同様である。

図１６には、上述したケース油路３５を形成するための中子７３５Ａと、冷却水路９５を形成するための中子７９５Ａとが、鋳造用の金型にセットされた状態が模式的に示される。図１６に模式的に示すように、中子７９５Ａは、径方向内側のステータコア２２に対して径方向外側に離間してセットされ、中子７３５Ａは、中子７９５Ａに対して径方向外側に離間してセットされる。また、中子７３５Ａは、径方向外側の鋳造用の金型に対して径方向内側に離間してセットされてよい。

次いで、ステータ２１の製造方法は、ステータコア２２（接合層６１が形成されたステータコア２２）がセットされた鋳造用の金型に、アルミを主成分とする材料（以下、単に「アルミ材料」とも称する）を、溶かした状態（溶湯）で注湯することで、ステータ支持部１０を鋳造する工程（鋳込工程）を含む（ステップＳ３６）。なお、本実施例では、溶かしたアルミ材料の重さだけで鋳造する金型鋳造（アルミ重力鋳造）方法が採用されるが、他の鋳造方法が利用されてもよい。なお、本実施例では、ステータコア２２には凹部２４（図４参照）が形成されているので、凹部２４内へとアルミ材料が到達する。

本実施例では、鋳込工程は、上述したように、ステータコア２２に加圧治具８０が取り付けられた状態で実行される。

本実施例では、図１８に示すように、上側加圧治具８１は、ステータコア２２の軸方向端面２２０における外周縁部２２０１よりも径方向内側に当接する。すなわち、上側加圧治具８１は、ステータコア２２の軸方向端面２２０における外周縁部２２０１には軸方向で当接せず、外周縁部２２０１よりも径方向内側だけに軸方向に当接する。これは、ステータコア２２の全周にわたって同じである。また、下側加圧治具８２についても同様である。

従って、ステータコア２２の軸方向端面２２０のうちの、外周縁部２２０１上のアルミ材料の部位（すなわちステータ支持部１０の一部）を形成できるとともに、上述した凹部２４内にアルミ材料の部位（すなわちステータ支持部１０の一部）を形成できる。すなわち、図６に示したように、ステータコア２２の軸方向端面２２０の外周縁部２２０１を覆う態様でステータコア２２にステータ支持部１０を結合し、かつ、図７に示したように、外周面２２２の凹部２４に入り込む態様でステータコア２２にステータ支持部１０を結合できる。

このように本実施例では、上側加圧治具８１及び下側加圧治具８２は、鋳込工程によって、周方向の第２区間ＳＣ２においてステータコア２２の軸方向端面２２０の外周縁部２２０１をアルミ材料の部位が覆い、かつ、周方向の前記第１区間ＳＣ１において凹部２４内にアルミ材料の部位が延在するように、ステータコア２２の軸方向端面２２０に当接する。

なお、鋳造用の金型にセットされたステータコア２２の外周面２２２には、上述のアルミナイジング処理により接合層６１が形成されている。従って、鋳造用の金型に、溶かしたアルミ材料を導入すると、アルミ材料が接合層６１に含まれるアルミと一体化する。このようにして、接合層６１を介してステータコア２２の外周面２２２にステータ支持部１０を強固に接合できる。

また、中子７９５Ａは、径方向内側のステータコア２２に対して径方向外側に離間してセットされ、中子７３５Ａは、中子７９５Ａに対して径方向外側に離間してセットされ、かつ、径方向外側の鋳造用の金型に対して径方向内側に離間してセットされている。従って、これらの径方向の隙間をアルミ材料が埋める態様でアルミ材料が注湯される。この結果、ステータ支持部１０に係る部分がステータコア２２の径方向外側に出来上がる。

次いで、ステータ２１の製造方法は、上述したケース油路３５及び冷却水路９５を形成するための中子７３５Ａ、７９５Ａ（図１６）を“崩壊”させることを含む（ステップＳ３８）。これにより、ステータ支持部１０の内部に上述したケース油路３５及び冷却水路９５が形成される。

次いで、ステータ２１の製造方法は、上述した加圧治具８０をステータコア２２から取り外すことを含む（ステップＳ３９）。これにより、ステータコア２２とステータ支持部１０とが一体化した組立体（図１９参照）を得ることができる。なお、本ステップＳ３９は、上述したステップＳ３８よりも前に実行されてもよい。すなわち、加圧治具８０をステータコア２２から取り外す工程は、ステップＳ３８よりも前に実行されてもよい。

また、加圧治具８０をステータコア２２から取り外す工程の後又は前に、応力低減処理を実行してもよい。

ここで、アルミは鉄に比べて熱膨張係数が約２倍である。従って、アルミを主成分とする材料から形成されるステータ支持部１０と、鉄を主成分とする材料から形成されるステータコア２２との一体物である鋳物（図１９参照）については、固体収縮のような熱収縮を起こす際、ステータ支持部１０とステータコア２２の間の熱収縮量の有意な差異に起因して、ステータコア２２に応力が生じる。このような応力を低減するための応力低減処理として好適な熱処理は、ステータ支持部１０を形成するアルミ材料内の原子配列を変化させる処理であり、具体的には、ステータ支持部１０の内径が拡大する方向に、アルミ材料の結晶構造を変化させる処理である。例えば、応力低減処理は、ステータ支持部１０の内径が拡大する方向にステータ支持部１０の塑性変形を生じさせる冷却処理であってよい。この場合、冷却処理は、サブゼロ処理（深冷処理）である。サブゼロ処理は、一般的に、焼入れした鋼に対して実行される処理であるが、本実施例の場合は、上述した鋳物に対して実行されてよい。なお、サブゼロ処理で利用される寒剤としては、ドライアイスや、炭酸ガス、液体窒素等であってよい。また、サブゼロ処理に代えて、更に低温の超サブゼロ処理が実行されてもよい。

次いで、ステータ２１の製造方法は、上述のようにステータ支持部１０が接合されたステータコア２２に、コイル片（図示せず）を組み付けることを含む（ステップＳ４０）。この場合、コイル片は、ステータコア２２のスロット内に軸方向に（又は径方向内側から）容易に組み付けることができる。

次いで、ステータ２１の製造方法は、コイル片同士を結合すること（結合工程）を含む（ステップＳ４２）。

このようにして、図１２に示す例によれば、アルミナイジング処理により接合層６１を形成することで、ステータコア２２とステータ支持部１０とが強固に接合したステータ２１を容易に製造できる。なお、このようにして製造されたステータ２１の径方向内側に、ロータ３０（図１参照）が組み付けられ、モータ１を形成できる。

以上、各実施例について詳述したが、特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。また、前述した実施例の構成要素を全部又は複数を組み合わせることも可能である。また、各実施形態の効果のうちの、従属項に係る効果は、上位概念（独立項）とは区別した付加的効果である。

１・・・モータ（回転電機）、２１・・・ステータ、２２・・・ステータコア、２２２・・・外周面、２２２１・・・軸方向端部、２２０・・・軸方向端面、２２０１・・・外周縁部、１０・・・ステータ支持部、２４・・・凹部、８０・・・加圧治具、６１・・・接合層、ＳＣ１・・・第１区間、ＳＣ２・・・第２区間

Claims (6)

1. 車両駆動用の回転電機用ステータであって、
   磁性体である第１金属材料により形成されるステータコアと、
   前記ステータコアの外周面の少なくとも一部に形成され、非磁性体である第２金属材料を含む接合層と、
   前記ステータコアの外周面に一体的に接合され、前記第２金属材料により形成されるステータ支持部と、
   前記ステータコアは、外周面の軸方向端部における周方向の一部の第１区間において他の第２区間よりも径方向内側に凹みかつ軸方向に延在する凹部を有し、
   前記ステータ支持部は、周方向の前記第２区間において前記ステータコアの軸方向端面の外周縁部を覆い、かつ、周方向の前記第１区間において前記凹部内に延在する、回転電機用ステータ。
2. 前記凹部は、軸方向に開口し、かつ、前記ステータコアの軸方向全長よりも短い範囲にわたり軸方向に延在する、請求項１に記載の回転電機用ステータ。
3. 前記ステータコアは、軸方向両側で、前記凹部を有し、
   前記ステータ支持部は、軸方向両側で、周方向の前記第２区間において前記ステータコアの軸方向端面の外周縁部を覆い、かつ、周方向の前記第１区間において前記凹部内に延在する、請求項１又は２に記載の回転電機用ステータ。
4. 前記ステータコアの外周面の表面積に対する前記接合層が形成される範囲の密度は、前記ステータコアの外周面の軸方向端部において、前記ステータコアの外周面の軸方向の中央部よりも小さい、請求項１～３のうちのいずれか１項に記載の回転電機用ステータ。
5. 前記ステータ支持部は、径方向に視て前記ステータコアに重なる範囲内に、冷却水が流れる流路を有する、請求項１～４のうちのいずれか１項に記載の回転電機用ステータ。
6. 磁性体である第１金属材料により形成されるステータコアであって、外周面の軸方向端部における周方向の一部の第１区間において他の第２区間よりも径方向内側に凹みかつ軸方向に延在する凹部を有するステータコアを、金型にセットするセット工程と、
   前記ステータコアの軸方向端面に軸方向に当接する軸方向両側の治具により前記ステータコアに軸方向の荷重を与えた状態で、前記ステータコアの外周面に接合層を形成するための処理を行う接合層形成工程と、
   前記接合層形成工程の後、前記治具により前記ステータコアに軸方向の荷重を与えた前記状態を維持しつつ、前記ステータコアの外周面全体及び軸方向端面の外周縁部を覆う態様で、非磁性体である第２金属材料を鋳込む鋳込工程とを含む、回転電機用ステータの製造方法。