JP5012155B2

JP5012155B2 - 積層コア及び回転電機

Info

Publication number: JP5012155B2
Application number: JP2007100295A
Authority: JP
Inventors: 康浩遠藤; 裕小松
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-04-06
Filing date: 2007-04-06
Publication date: 2012-08-29
Anticipated expiration: 2027-04-06
Also published as: JP2008259349A

Description

本発明は、積層コア及び回転電機の技術に関する。

一般に、回転電機は、固定子（積層コア）と回転子とを備え、積層コアと回転子が電磁気的に相互作用することにより、回転子を回転させ、駆動力を発生させる。積層コアは、複数の電磁鋼板を電磁鋼板に設けたカシメ部を介して固着されることによって形成される環状のヨーク部及びヨーク部の半径方向に突出するティース部を備えるものである。

カシメ部は、電磁鋼板を半抜き加工して形成される平カシメ、くさび状のパンチを使用して形成されるＶカシメ等がある。積層コアに用いられるカシメ部の種類によって、積層コアの性能が異なるため、回転電機の用途において、様々なカシメを用いた積層コアが提案されている。

例えば、特許文献１には、ヨーク部及びティース部に設けられるカシメ部を平カシメとして、ヨーク部に設けられるカシメ部の大きさをティース部に設けられるカシメ部の大きさより大きくした積層コアが提案されている。

例えば、特許文献２には、積層コアのヨーク部に設けられるカシメ部を平カシメ、ティース部に設けられるカシメ部をＶカシメとした積層コアが提案されている。

例えば、特許文献３には、積層コアのティース部及びヨーク部に設けられるカシメ部を平カシメ又はＶカシメとした積層コアが提案されている。

一般的に、積層コアは、複数個に分割された分割積層コアが環状になるように配置され、その外周に設けられるリングを焼きばめすることにより製造される。この場合、ヨーク部には、焼きばめしたリングが収縮し、ヨーク部に応力が加えられる。

ヨーク部に応力が加わる場合に、特許文献１〜３の積層コアでは、ヨーク部に、Ｖカシメよりカシメ深さを深くとることが困難な平カシメが用いられているため、ヨーク部を構成する電磁鋼板の固着強度を高くすることは難しい。

また、特許文献２，３の積層コアでは、ティース部に、平カシメより電磁鋼板同士の隙間が生じ易いＶカシメが用いられているため、ティース部の積層厚が厚くなり、電磁鋼板の占積率（電磁鋼板の厚さ／積み厚）が低下する場合がある。また、電磁鋼板の占積率が低下すれば、ティース部の外周に設けられるコイルの占積率も低下し、回転電機のトルク、出力等を低下させる場合がある。

特開平９−１９１５８８号公報特開２００１−９５１８１号公報特開平１１−１１３１９５号公報

本発明は、コイルの占積率及び電磁鋼板の固着強度を向上させる積層コア及び当該積層コアを備える回転電機である。

本発明は、複数の電磁鋼板を前記電磁鋼板に設けたカシメ部を介して固着されることによって形成される環状のヨーク部及び前記ヨーク部の半径方向に突出するティース部を備える積層コアであって、前記ヨーク部には、第１のカシメ部を設け、前記ティース部には、前記第１のカシメ部の形状と異なる形状であって、前記ヨーク部より前記電磁鋼板の占積率を高める第２のカシメ部を設ける。

また、前記積層コアにおいて、前記ヨーク部に設けられる第１のカシメ部は、Ｖカシメであり、前記ティース部に設けられる第２のカシメ部は、平カシメであることが好ましい。

また、前記積層コアにおいて、前記ヨーク部に設けられる第１のカシメ部の底辺の幅が前記ヨーク部に設けられる第１のカシメ部の深さより小さく、前記ティース部に設けられる第２のカシメ部の底辺の幅が前記ティース部に設けられる第２のカシメ部の深さより大きいことが好ましい。

また、前記積層コアにおいて、前記ティース部に設けられる第２のカシメ部の深さが前記ヨーク部に設けられる第１のカシメ部の深さより小さいことが好ましい。

また、前記積層コアにおいて、前記ティース部に設けられる第２のカシメ部の底辺の幅が前記ヨーク部に設けられる第１のカシメ部の底辺の幅より大きいことが好ましい。

また、本発明は、複数の電磁鋼板が前期電磁鋼板に設けたカシメ部を介して固着することによって形成される環状のヨーク部及び前記ヨーク部の半径方向に突出するティース部を備える積層コアを含む回転電機であって、前記ヨーク部には、第１のカシメ部を設け、前記ティース部には、前記第１のカシメ部の形状と異なる形状であって、前記ヨーク部より前記電磁鋼板の占積率を高める第２のカシメ部を設ける。

また、前記回転電機において、前記ヨーク部に設けられる第１のカシメ部は、Ｖカシメであり、前記ティース部に設けられる第２のカシメ部は、平カシメであることが好ましい。

また、前記回転電機において、前記ヨーク部に設けられる第１のカシメ部の底辺の幅が前記ヨーク部に設けられる第１のカシメ部の深さより小さく、前記ティース部に設けられる第２のカシメ部の底辺の幅が前記ティース部に設けられる第２のカシメ部の深さより大きいことが好ましい。

また、前記回転電機において、前記ティース部に設けられる第２のカシメ部の深さが前記ヨーク部に設けられる第１のカシメ部の深さより小さいことが好ましい。

また、前記回転電機において、前記ティース部に設けられる第２のカシメ部の底辺の幅が前記ヨーク部に設けられる第１のカシメ部の底辺の幅より大きいことが好ましい。

本発明によれば、ヨーク部には、第１のカシメ部を設け、ティース部には、前記第１のカシメ部の形状と異なる形状であって、前記ヨーク部より電磁鋼板の占積率を高める第２のカシメ部を設けることにより、コイルの占積率及び電磁鋼板の固着強度を向上させる積層コア及び当該積層コアを備える回転電機を提供することができる。

本発明の実施の形態について以下説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る積層コアの構成の一例を示す一部模式平面図である。積層コア１は、複数の分割積層コア１０と、リング１２と、コイル１４とを有する。分割積層コア１０は、分割ヨーク部１６と、ティース部１８とを有する。

分割積層コア１０が、環状に配置されることによって、環状のヨーク部１７及びヨーク部１７の半径方向に突出するティース部１８が形成される。積層コア１は、ヨーク部１７の外周（分割ヨーク部１６の外周）に、リング１２を配置・焼きばめすることによって得られる。また、各ティース部１８には、コイル１４が配置されている。

図２は、本実施形態に係る分割積層コアの構成の一例を示す模式斜視図である。図２に示すように、分割積層コア１０は、電磁鋼板２０を積層コア１の軸方向（図２に示す矢印Ｘ）に積層したものである。電磁鋼板２０同士は、電磁鋼板２０に設けたカシメ部（２２，２４）を介して固着されている。

本実施形態の分割積層コア１０において、電磁鋼板２０に設けられるカシメ部（２２，２４）のうち、分割ヨーク部１６には、ティース部１８より固着強度の強いカシメ部２２を設け、ティース部１８には、分割ヨーク部１６より電磁鋼板２０の占積率を高めるカシメ部２４が設けられている。

分割ヨーク部１６の電磁鋼板２０に設けられる固着強度の強いカシメ部２２には、固着強度、積層コアの製造時の作業性等の点で、Ｖカシメを用いることが好ましい。

ティース部１８の電磁鋼板２０に設けられる電磁鋼板２０の占積率を高めるカシメ部２４には、占積率、積層コアの製造時の作業性等の点で、平カシメを用いることが好ましい。以下、平カシメ及びＶカシメについて説明する。

図３は、電磁鋼板が平カシメを介して固着されることによって形成されたティース部の一部模式断面図である。

図３に示すカシメ部２４（平カシメ）は、電磁鋼板を半抜き加工等して、電磁鋼板の積層方向に形成された半抜き状の凹部２４ａ及び凸部２４ｂを有するものであるが、平カシメの形状は、半抜き状に限定されるものではない。図４は、平カシメの他の形状を示すティース部の一部模式断面図である。図４に示すように、カシメ部２４（平カシメ）の形状は、台形状のものでもよい。平カシメは、カシメ部２４の底辺の幅（図４に示すＷ２）が、カシメ部２４の深さ（図４に示すＤ）より大きいものである。

ティース部１８を構成する電磁鋼板２０同士は、電磁鋼板２０のカシメ部２４（平カシメ）の凸部２４ｂを他の電磁鋼板２０のカシメ部２４の凹部２４ａに嵌め込むことにより固着される。平カシメの場合、後述するＶカシメより、カシメ部２４の深さ（図４に示すＤ）、幅（図４に示すＷ１）カシメ部２４の底辺の幅（図４に示すＷ２）等の寸法を制御し易く、凹部２４ａと凸部２４ｂとの間に隙間が生じ難い。そのため、電磁鋼板２０同士の間の隙間も生じ難く、電磁鋼板２０の占積率を高めることができる。したがって、ティース部１８の積層厚を小さくすることができ、ティース部１８の外周に設けられるコイル１４の占積率を向上させることができる。また、コイルの占積率が向上すれば、回転電機のトルク、出力等を増加させることができる。

カシメ部２４の深さ、幅等は、特に制限されるものではないが、電磁鋼板２０の強度の点で、カシメ部２４の深さが、電磁鋼板２０の厚みに対して１／２程度であることが好ましい。

図５は、電磁鋼板がＶカシメを介して固着されることによって形成されたヨーク部の一部模式断面図である。

図５に示すカシメ部２２（Ｖカシメ）は、くさび状のパンチ等を使用して、電磁鋼板２０の積層方向に形成されたＶ字状の凹部２２ａ及び凸部２２ｂを有するものであるが、Ｖカシメの形状は、Ｖ字状に限定されるものではない。図６は、Ｖカシメの他の形状を示す分割ヨーク部の一部模式断面図である。図６に示すように、カシメ部２２（Ｖカシメ）の形状は、台形状のものでもよい。Ｖカシメは、カシメ部２２の底辺の幅（図６に示すＷ２）が、カシメ部２２の深さ（図６に示すＤ）より小さいものである。

分割ヨーク部１６を構成する電磁鋼板２０同士は、電磁鋼板２０のカシメ部２２（Ｖカシメ）の凸部２２ｂを他の電磁鋼板のカシメ部２２（Ｖカシメ）の凹部２２ａに嵌め込むことにより固着される。Ｖカシメの場合、平カシメより、カシメ部２２の深さ（図６に示すＤ）を大きくすることができるため、電磁鋼板２０の固着強度を高めることができる。したがって、リング１２の収縮により、分割ヨーク部１６に応力が加えられても、分割ヨーク部１６の破損を防止することができる。

このように、本実施形態に係る積層コアにおいて、ヨーク部に、ティース部より固着強度の強いカシメ部（例えばＶカシメ）を設け、ティース部に、ヨーク部より電磁鋼板の占積率を高めるカシメ部（例えば平カシメ）を設けることによって、ティース部の電磁鋼板の占積率を高め、ヨーク部の固着強度を向上させることができる。そして、ティース部の電磁鋼板の占積率を高めることができれば、ティース部の外周に設けられるコイルの占積率を高くすることができるため、回転電機のトルク、出力等の向上を図ることができる。また、ヨーク部の固着強度を向上させることができれば、積層コアの製造時において、リングの収縮による応力によっても、ヨーク部の破損を生じること防ぐことができる。

電磁鋼板の占積率及び電磁鋼板の固着強度を向上させる積層コアを提供するためには、必ずしも上記構成に限定されるものではない。例えば、ティース部に設けられるカシメ部の深さ（例えば、図４に示すカシメ部２４の深さＤ）がヨーク部に設けられるカシメ部の深さ（例えば、図６に示すカシメ部２２の深さＤ）より小さいものであってもよい。また、ティース部に設けられるカシメ部の底辺の幅（例えば、図４に示すカシメ部２４の底辺の幅Ｗ２）がヨーク部に設けられるカシメ部の底辺の幅（例えば、図６に示すカシメ部２２の底辺の幅Ｗ２）より大きいものであってもよい。さらに、ヨーク部のカシメ部の底辺の幅（例えば、図６に示すカシメ部２２の底辺の幅Ｗ２）がヨーク部のカシメ部の深さ（例えば、図６に示すカシメ部２２の深さＤ）より小さく、ティース部のカシメ部の底辺の幅（例えば、図４に示すカシメ部２４の底辺の幅Ｗ２）がティース部のカシメ部の深さ（例えば、図４に示すカシメ部２４の深さＤ）より大きいものであってもよい。本実施形態の積層コアは、上記構成のうち少なくともいずれか１つを備えることによって、電磁鋼板の占積率及び電磁鋼板の固着強度を向上させることができる。

ヨーク部に設けられるカシメ部には、固着強度、積層コアの製造時の作業性等の点で、Ｖカシメを用い、ティース部に設けられるカシメ部には、占積率、積層コアの製造時の作業性等の点で、平カシメを用いることが好ましい。

次に本実施形態に係る積層コアを備える回転電機について説明する。

図７は、本実施形態に係る回転電機の構成の一例を示す模式図である。回転電機は、ＡＣモータ、ＳＲモータ、クローポール型モータ等のパルスモータ等特に制限されるものでない。本実施形態では、ＳＲモータ（以下単にモータと呼ぶ）を例に以下説明する。図７に示すように、回転電機２は、積層コア１、回転子２６、積層コア１及び回転子２６を収容する枠体（不図示）を備えている。本実施形態に用いられる積層コア１は、上記説明した積層コアと同様の構成を有する。また、積層コア１は、枠体の内側に固定されている。

回転子２６は、シャフト２８、回転子コア３０を備えるものである。図７に示すように回転子２６は、中央に配設されたシャフト２８の周りに回転子コア３０が固定されている。また、回転子２６は、積層コア１との間に所定のギャップを有するように挿入配置されている。

回転子コア３０には、複数の永久磁石（３２ａ，３２ｂ・・・）が設けられている。また、回転子コア３０は、プレス装置により打ち抜き加工された複数の上記電磁鋼板を積層して一体化すること等により構成されている。回転子コア３０の構成はこれに限定されるものではなく、上記磁性粉を金型に投入し加圧成形されたものであってもよい。シャフト２８は、枠体にベアリング（不図示）を介して支持されている。

次に、本実施形態に係る回転電機２の稼動について説明する。例えば、積層コア１のティース部１８ａに設けられたコイル（不図示）に電流を流すことによって、永久磁石３２ａからティース部１８ａ内へ磁束が流れ、永久磁石３２ａがティース部１８ａに引きつけられる。さらに、別のティース部１８ｂのコイル（不図示）に電流を流すことによって、他の永久磁石３２ｂがティース部１８ｂに引き付けられる。これを連続的に行うことによって回転子２６が回転し、トルクが発生する。

以上、図７により本実施形態に係る回転電機２について説明したが、回転電機の構成は、これに限定されるものではなく、例えば、永久磁石が回転子コア内に埋め込まれた埋め込み型モータ等であってもよく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更があっても、それらは、本発明に含まれるものである。

本発明の実施形態に係る積層コアの構成の一例を示す一部模式平面図である。本実施形態に係る分割積層コアの構成の一例を示す模式斜視図である。電磁鋼板が平カシメを介して固着されることによって形成されたティース部の一部模式断面図である。平カシメの他の形状を示すティース部の一部模式断面図である。電磁鋼板がＶカシメを介して固着されることによって形成されたヨーク部の一部模式断面図である。Ｖカシメの他の形状を示す分割ヨーク部の一部模式断面図である。本実施形態に係る回転電機の構成の一例を示す模式図である。

符号の説明

１積層コア、２回転電機、１０分割積層コア、１２リング、１４コイル、１６分割ヨーク部、１７ヨーク部、１８，１８ａ，１８ｂティース部、２０電磁鋼板、２２，２４カシメ部、２２ａ，２４ａ凹部、２２ｂ，２４ｂ凸部、２６回転子、２８シャフト、３０回転子コア、３２ａ，３２ｂ永久磁石。

Claims

複数の電磁鋼板が前記電磁鋼板に設けたカシメ部を介して固着することによって形成される環状のヨーク部及び前記ヨーク部の半径方向に突出するティース部を備える積層コアであって、
前記ヨーク部には、第１のカシメ部を設け、前記ティース部には、前記第１のカシメ部の形状と異なる形状であって、前記ヨーク部より前記電磁鋼板の占積率を高める第２のカシメ部を設けることを特徴とする積層コア。
請求項１に記載の積層コアであって、前記ヨーク部に設けられる第１のカシメ部は、Ｖカシメであり、前記ティース部に設けられる第２のカシメ部は、平カシメであることを特徴とする積層コア。
請求項１又は２に記載の積層コアであって、
前記ヨーク部に設けられる第１のカシメ部の底辺の幅が前記ヨーク部に設けられる第１のカシメ部の深さより小さく、前記ティース部に設けられる第２のカシメ部の底辺の幅が前記ティース部に設けられる第２のカシメ部の深さより大きいことを特徴とする積層コア。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の積層コアであって、
前記ティース部に設けられる第２のカシメ部の深さが前記ヨーク部に設けられる第１のカシメ部の深さより小さいことを特徴とする積層コア。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の積層コアであって、
前記ティース部に設けられる第２のカシメ部の底辺の幅が前記ヨーク部に設けられる第１のカシメ部の底辺の幅より大きいことを特徴とする積層コア。
複数の電磁鋼板が前期電磁鋼板に設けたカシメ部を介して固着することによって形成される環状のヨーク部及び前記ヨーク部の半径方向に突出するティース部を備える積層コアを含む回転電機であって、
前記ヨーク部には、第１のカシメ部を設け、前記ティース部には、前記第１のカシメ部の形状と異なる形状であって、前記ヨーク部より前記電磁鋼板の占積率を高める第２のカシメ部を設けることを特徴とする回転電機。
請求項６に記載の回転電機であって、前記ヨーク部に設けられる第１のカシメ部は、Ｖカシメであり、前記ティース部に設けられる第２のカシメ部は、平カシメであることを特徴とする回転電機。
請求項６又は７に記載の回転電機であって、
前記ヨーク部に設けられる第１のカシメ部の底辺の幅が前記ヨーク部に設けられる第１のカシメ部の深さより小さく、前記ティース部に設けられる第２のカシメ部の底辺の幅が前記ティース部に設けられる第２のカシメ部の深さより大きいことを特徴とする回転電機。
請求項６〜８のいずれか１項に記載の回転電機であって、
前記ティース部に設けられる第２のカシメ部の深さが前記ヨーク部に設けられる第１のカシメ部の深さより小さいことを特徴とする回転電機。
請求項６〜９のいずれか１項に記載の回転電機であって、
前記ティース部に設けられる第２のカシメ部の底辺の幅が前記ヨーク部に設けられる第１のカシメ部の底辺の幅より大きいことを特徴とする回転電機。