JP5114354B2 - 分割コアおよびそれを用いた回転電機 - Google Patents

Description

この発明は、分割コアおよびそれを用いた回転電機に関し、より特定的には、鋼板を積層して構成される分割コアおよびそれを用いた回転電機に関するものである。

従来、回転電機は、たとえば特開２００４−１８７４７８号公報（特許文献１）、特開平１１−１６４５２６号公報（特許文献２）、特開２００７−１９５２７８号公報（特許文献３）および特開平７−１１１７４５号公報（特許文献４）に開示されている。
特開２００４−１８７４７８号公報 特開平１１−１６４５２６号公報 特開２００７−１９５２７８号公報 特開平７−１１１７４５号公報

特許文献１では、各ティースの先端には、屈曲片が延設される構造が開示されている。
特許文献２では、展開コアは多数の鋼板を積層して構成され、ティースの先端から突出方向へさらに突出するように１対の突片部がそれぞれ形成される構成が開示されている。

特許文献３では、各磁極の先端に屈曲自在な１対の舌片を設けることが開示されている。

特許文献４では、高珪素積板と低珪素積板とが交互に積層され、全体として鉄損を低くする電動機の構造が開示されている。

従来の技術では、ステータの鉄損を低下させつつ、コイルを十分に保持するということが困難であった。

そこで、この発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、鉄損を低下させつつコイルを確実に保持することが可能な分割コアおよびそれを用いた回転電機を提供することを目的とする。

この発明に従った分割コアは、ステータの一部を構成するように周方向に分割された分割コアであって、珪素鋼板により構成され、コイルを巻付けるためのティース部を有する第一部材と、珪素鋼板より珪素含有率が低く、第一部材に対してステータの中心軸方向に積層され、コイルを巻付けるためのティース部と、ティース部の先端に設けられてコイル挿入後に曲げられてコイルを位置決めする鍔部とを有する第二部材とを備える。

このように構成されたステータの分割コアでは、第一鋼板が珪素を多く含むため、鉄損の抑制を図ることができる。

さらに、第二部材は、コイル挿入後に曲げられてコイルを位置決めする鍔部を有するため、コイルを確実に保持することができる。

好ましくは、第二部材はＳＰＣＣ(steel plate cold commercial)により構成される。
好ましくは、第二部材は第一部材よりも少なくなるように積層される。

好ましくは、この発明に従った回転電機は、上述の分割コアを備える。

この発明に従えば、鉄損の発生を抑制でき、かつ、コイルを確実に保持することが可能な分割コアおよびそれを用いた回転電機を提供することができる。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態では同一または相当する部分については同一の参照符号を付し、その説明については繰返さない。

図１は、この発明の実施の形態に従った分割コアで構成されるステータを有する回転電機の断面図である。図１を参照して、回転電機２２００は、ステータ２３００と、ステータ２３００の内周側に設けられたロータ２４００とを有する。ステータ２３００はリング状であり、ロータ２４００を取囲むように配置されている。

ステータ２３００は、周方向に分割された分割コア２３１０と、分割コア２３１０に巻付けられるコイル２３９０とを有する。コイル２３９０は分割コア２３１０に巻付けられ、その先端の鍔部２３３２によって保持されている。

図２は、この発明の実施の形態に従った分割コアを構成する第一部材を示す平面図である。図３は、この発明の実施の形態に従った分割コアを構成する第二部材を示す平面図である。図２を参照して、第一部材２３２０は、珪素鋼板により構成されている。第一部材２３２０は、コイルを差込むためのティース部２３２１を有する。ティース部２３２１は内周方向へ延びている。

図３を参照して、第二部材２３３０は、ＳＰＣＣにより構成される。第二部材２３３０の珪素含有率は第一部材２３２０の珪素含有率よりも低い。そのためＳＰＣＣにより構成される第二部材２３３０は曲げ加工が容易である。第二部材２３３０には、内周方向に向かって延びるティース部２３３１が形成されている。ティース部２３３１の間がスロットであり、このスロットにコイルが巻かれる。ティース部２３３１の先端に鍔部２３３２が設けられている。鍔部２３３２はコイル挿入後に外周方向に曲げられてコイルを保持する。ＳＰＣＣには表面に絶縁被膜が設けられていない。これに対して、珪素鋼板には表面に絶縁被膜が設けられている。

この絶縁被膜により鉄損の発生を抑制することができる。
図４は、図２で示す第一部材と図２で示す第二部材を積層して構成された分割コアの斜視図である。図４を参照して、分割コアを構成するために第一部材２３２０と第二部材２３３０とを積層する。第一部材２３２０と第二部材２３３０との積層方法は特に制限されるものではなく、第一部材２３２０が少なくとも１枚、第二部材２３３０が少なくとも１枚含まれていればよい。この例では、第二部材２３３０の数は第一部材２３２０の数よりも少なくなるように積層されている。

図５および６は、図４で積層した分割コアにコイルを挿入する方法の第一および第二工程を説明するための図である。図５を参照して、ティース間のスロットにコイル２３９０を嵌め合わせる。コイル２３９０は予め円環状に形成されており、その外側から分割コア２３１０を挿入する。このとき、挿入時に干渉しないように鍔部２３３２は円周方向に延びるように配置されている。

図６は、分割コアにコイルを挿入した後の鍔部を曲げる工程を説明するための図である。図６で示すように、ティースにコイル２３９０を挿入した後に鍔部２３３２を円周方向へ曲げる。この曲げ加工により外周側へ鍔部２３３２が折り曲げられる。その結果、鍔部２３３２によりコイル２３９０が保持される。

図７は、この発明に従った分割コアで構成されるステータを有する回転電機の断面図である。図７を参照して、回転電機２２００は、環状に形成されたステータ２３００と、このステータ２３００内に挿入され、回転中心線Ｏを中心に回転可能に設けられた回転シャフト２４１０と、回転シャフト２４１０に固設され、回転中心線Ｏを中心に回転可能に設けられたロータ２４００とを備えている。

ロータ２４００には、複数の電磁鋼板を積層することで形成されたロータコア２４２０と、ロータコア２４２０に装着された複数の永久磁石２４３０とを備えている。ロータコア２４２０の外周縁部近傍には、回転中心線Ｏに対して延びる複数の磁石挿入穴２４５０が周方向に間隔を隔てて設けられている。そして、永久磁石２４３０は磁石挿入穴２４５０内に挿入され、磁石挿入穴２４５０内に充填された樹脂２４４０によって固定されている。

図８は、この発明の実施の形態に従った回転電機を備えた車両の駆動部の構成を説明するための図である。図８では、この発明に従った車輌に搭載される回転電機を駆動させるための電気回路をしている。図８を参照して、ＰＣＵ（パワーコントロールユニット）２７００は、コンバータ２７１０と、インバータ２７２０と、制御装置２７３０と、コンデンサＣ１，Ｃ２と、電源ラインＰＬ１〜ＰＬ３と、出力ライン２７４０Ｕ，２７４０Ｖ，２７４０Ｗとを含む。コンバータ２７１０は、バッテリ３０００とインバータ２７２０の間に接続され、インバータ２７２０は、出力ライン２７４０Ｕ，２７４０Ｖ，２７４０Ｗを介して回転電機２２００と接続される。

コンバータ２７１０に接続されるバッテリ３０００は、たとえばニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池である。バッテリ３０００は、発生した直流電圧をコンバータ２７１０に供給し、また、コンバータ２７１０から受ける直流電圧によって充電される。

コンバータ２７１０は、パワートランジスタＱ１，Ｑ２とダイオードＤ１，Ｄ２と、リアクトルＬとからなる。パワートランジスタＱ１，Ｑ２は、電源ラインＰＬ２，ＰＬ３間
に直列に接続され、制御装置２７３０からの制御信号をベースに受取る。ダイオードＤ１，Ｄ２は、それぞれパワートランジスタＱ１，Ｑ２のエミッタ側からコレクタ側へ電流を流すようにパワートランジスタＱ１，Ｑ２のコレクタ−エミッタ間にそれぞれ接続される。リアクトルＬは、バッテリ３０００の正極と接続される電源ラインＰＬ１に一端が接続され、パワートランジスタＱ１，Ｑ２の接続点に他端が接続される。

このコンバータ２７１０は、リアクトルＬを用いてバッテリ３０００から受ける直流電圧を昇圧し、その昇圧した昇圧電圧を電源ラインＰＬ２に供給する。また、コンバータ２７１０は、インバータ２７２０から受ける直流電圧を降圧してバッテリ３０００を充電する。

インバータ２７２０は、Ｕ相アーム２７５０Ｕ、Ｖ相アーム２７５０ＶおよびＷ相アーム２７５０Ｗからなる。各相アームは、電源ラインＰＬ２，ＰＬ３間２並列に接続される。Ｕ相アーム２７５０Ｕは、直列に接続されたパワートランジスタＱ３，Ｑ４を含み、Ｖ相アーム２７５０Ｖは、直列に接続されたパワートランジスタＱ５，Ｑ６を含み、Ｗ相アーム２７５０Ｗは、直列に接続されたパワートランジスタＱ７，Ｑ８を含む。ダイオードＤ３〜Ｄ８は、それぞれパワートランジスタＱ３〜Ｑ８のエミッタ側からコレクタ側へ電流を流すようにパワートランジスタＱ３〜Ｑ８のコレクタ−エミッタ間にそれぞれ接続される。そして、各相アームにおける各パワートランジスタの接続点は、出力ライン２７４０Ｕ，２７４０Ｖ，２７４０Ｗを介してモータジェネレータとしての回転電機２２００の各相コイルの半中性点側にそれぞれ接続されている。

インバータ２７２０は、制御装置２７３０からの制御信号に基づいて、電源ラインＰＬ２から受ける直流電圧を交流電圧に変換して回転電機２２００へ出力する。また、インバータ２７２０は、回転電機２２００によって発電された交流電圧を直流電圧に整流して電源ラインＰＬ２に供給する。

コンデンサＣ１は、電源ラインＰＬ１，ＰＬ３間に接続され、電源ラインＰＬ１の電圧レベルを平滑化する。また、コンデンサＣ２は、電源ラインＰＬ２，ＰＬ３間に接続され、電源ラインＰＬ２の電圧レベルを平滑化する。

制御装置２７３０は、モータトルク指令値、回転電機２２００の各相電流値、およびインバータ２７２０の入力電圧に基づいて回転電機２２００の各相コイル電圧を演算し、その演算結果に基づいてパワートランジスタＱ３〜Ｑ８をオン／オフするＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を生成してインバータ２７２０へ出力する。

また、制御装置２７３０は、上述したモータトルク指令値およびモータ回転数に基づいてインバータ２７２０の入力電圧を最適化するためのパワートランジスタＱ１，Ｑ２のデューティ比を演算し、その演算結果に基づいてパワートランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフするＰＷＭ信号を生成してコンバータ２７１０へ出力する。

さらに、制御装置２７３０は、回転電機２２００によって発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ３０００を充電するため、コンバータ２７１０およびインバータ２７２０におけるパワートランジスタＱ１〜Ｑ８のスイッチング動作を制御する。

ＰＣＵ２７００においては、コンバータ２７１０は、制御装置２７３０からの制御信号に基づいて、バッテリ３０００から受ける直流電圧を昇圧して電源ラインＰＬ２に供給する。そして、インバータ２７２０は、コンデンサＣ２によって平滑化された直流電圧を電源ラインＰＬ２から受け、その受けた直流電圧を交流電圧に変換して回転電機２２００へ出力する。

また、インバータ２７２０は、回転電機２２００の回生動作によって発電された交流電圧を直流電圧に変換して電源ラインＰＬ２へ出力する。そして、コンバータ２７１０は、コンデンサＣ２によって平滑化された直流電圧を電源ラインＰＬ２から受け、その受けた直流電圧を降圧してバッテリ３０００を充電する。

図９から図１２は、この発明の実施の形態に従った分割コアにおける第一部材と第二部材との積層状態の一例を示す図である。図９を参照して、軸方向の両端を第二部材２３３０で構成し、それ以外を第一部材２３２０で構成してもよい。

また、図１０で示すように、軸方向の両端と中央部を第二部材２３３０で構成し、それ以外を第一部材２３２０で構成してもよい。この図９および図１０で示す配置では、第一部材２３２０の数が多くなり、ＳＰＣＣで構成される第二部材２３３０の数を最小とすることができる。この場合コイルの性能を重視したものとなる。

図１１を参照して、第一部材２３２０と第二部材２３３０とを交互に積層してもよい。また、図１２で示すように、複数の第一部材２３２０に対して第二部材２３３０を１枚積層してもよい。

このような図１１および図１２で示す構成では、コイルを固定し、かつギャップの磁束密度を改善し、かつコイルの渦損を低減することができる。

以上示したように、本発明に従った回転電機２２００およびその分割コア２３１０においては、珪素鋼板により構成される第一部材２３２０が含まれるため、鉄損の発生を抑制することができる。

また、ＳＰＣＣにより構成される第二部材２３３０には鍔部２３３２が設けられているため、鍔部２３３２を図６で示すように外側方向へ折り曲げることによりコイル２３９０を保持することができる。

また、鍔部２３３２によるギャップ磁束変動を緩和できる。具体的には、鍔部２３３２がギャップ磁束を正弦波状にし、トルクリップルを抑制するという機能を持つ。これにより優れた磁気特性を発揮することができる。また、コイルの渦損を低減できる。具体的には、コイル２３９０のギャップ面からの距離を管理できる。また、鍔部２３３２によるシールド効果によりコイル２３９０を横切る漏れ磁束量の低減を図ることができる。

この発明に従った分割コア２３１０は、珪素鋼板により構成され、コイル２３９０を巻付けるためのティース部２３２１を有する第一部材２３２０と、珪素鋼板より珪素含有率が低く、第一部材２３２０に対してステータの中心軸方向に積層され、コイル２３９０を巻付けるためのティース部２３３１と、ティース部２３３１の先端に設けられてコイル２３９０挿入後に曲げられてコイル２３９０を位置決めする鍔部２３３２とを有する第二部材２３３０とを備える。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態に従った分割コアで構成されるステータを有する回転電機の断面図である。 この発明の実施の形態に従った分割コアを構成する第一部材を示す平面図である。 この発明の実施の形態に従った分割コアを構成する第二部材を示す平面図である。 図２で示す第一部材と図２で示す第二部材を積層して構成された分割コアの斜視図である。 図４で積層した分割コアにコイルを挿入する方法の第一工程を説明するための図である。 図４で積層した分割コアにコイルを挿入する方法の第二工程を説明するための図である。 この発明に従った分割コアで構成されるステータを有する回転電機の断面図である。 この発明の実施の形態に従った回転電機を備えた車両の駆動部の構成を説明するための図である。 この発明の実施の形態に従った分割コアにおける第一部材と第二部材との積層状態の一例を示す図である。 この発明の実施の形態に従った分割コアにおける第一部材と第二部材との積層状態の一例を示す図である。 この発明の実施の形態に従った分割コアにおける第一部材と第二部材との積層状態の一例を示す図である。 この発明の実施の形態に従った分割コアにおける第一部材と第二部材との積層状態の一例を示す図である。

符号の説明

２２００ 回転電機、２３００ ステータ、２３１０ 分割コア、２３２０ 第一部材、２３２１ ティース部、２３３０ 第二部材、２３３１ ティース部、２３３２ 鍔部、２３９０ コイル、２４００ ロータ、２４１０ 回転シャフト、２４２０ ロータコア、２４３０ 永久磁石、２４４０ 樹脂、２４５０ 磁石挿入穴、２７１０ コンバータ、２７２０ インバータ、２７３０ 制御装置、３０００ バッテリ。

Claims (4)

1. ステータの一部を構成するように周方向に分割された分割コアであって、
   珪素鋼板により構成され、コイルを巻付けるためのティース部を有する第一部材と、
   前記珪素鋼板より珪素含有率が低く、前記第一部材に対してステータの中心軸方向に積層され、コイルを巻付けるためのティース部と、前記ティース部の先端に設けられてコイル挿入後に曲げられてコイルを位置決めする鍔部とを有する第二部材とを備えた、ステータの分割コア。
2. 前記第二部材はＳＰＣＣ(steel plate cold commercial)により構成される、請求項１に記載の分割コア。
3. 前記第二部材は前記第一部材よりも少なくなるように積層される、請求項１または２に記載の分割コア。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の分割コアを備えた、回転電機。

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