JP5659541B2

JP5659541B2 - 回転電機のステータコア

Info

Publication number: JP5659541B2
Application number: JP2010088530A
Authority: JP
Inventors: 良介宇鷹
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-04-07
Filing date: 2010-04-07
Publication date: 2015-01-28
Anticipated expiration: 2030-04-07
Also published as: JP2011223704A; US8410657B2; US20110248598A1

Description

本発明は、扇状の分割コアを円環状に固定した回転電機のステータコアであって、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両に搭載される電動機や発電機等に適用される回転電機のステータコアに関する。

従来、回転電機のステータコアとしては例えば特許文献１に記載のものが有る。これは、図１に示す軟磁性薄板材を積層した扇状の分割コア１を図２に示すように円環状に固着させたステータコア２である。ステータコアの固着方法の一例として、ステータコア２は、図３に示すように、円環状に配列した分割コア（円環状コア）１を鋼製の円筒状のリング３に焼ばめによって挿入固定して形成する方法がある。これは、リング３を予め加熱して開口部分を拡げておき、これに円環状コア１を挿入する。そして、リング３を常温に戻すとリング３が収縮するので、この際の圧縮応力で円環状コア１が締め付けられて嵌合固定されるようになっている。

特開２００９−１１０６３号公報

しかし、上記の従来のステータコア２においては、リング３によって円環状コア１に圧縮応力が掛かると図４に一例を示すようにモータ損失が悪化する。図４は円環状コア１に圧縮応力により掛かる圧縮荷重［Ｎ］と、損失密度［ｋＷ／ｍ］との関係を示す。回転電機の励磁周波数に相当する周波数ｆ＝１００Ｈｚ及び２００Ｈｚの場合は、圧縮荷重が少しずつ増加するに従って損失密度も少しずつ大きくなり、これに応じてモータ損失が悪化している。周波数ｆ＝４００Ｈｚの場合は、圧縮荷重が０〜１０Ｎまでの間に損失密度が顕著に大きくなっている。

また、円環状コア１に圧縮応力が掛かると例えば図５に一例を示すように透磁率が悪くなってステータコア２に磁束が通り難くなる。図５は円環状コア１に圧縮応力により掛かる圧縮荷重［Ｎ］と、比透磁率との関係を示す。ロータ回転数に相当する周波数ｆ＝１００Ｈｚ、２００Ｈｚ及び４００Ｈｚの場合において、荷重が少しずつ増加するに従って比透磁率が少しずつ小さくなっている。言い換えれば透磁率が下がって磁束が通り難くなっている。この場合も、磁界を作るための電流値が増大しコイルで発生する銅損が増加してしまう。

このように、リング３によって円環状コア１に圧縮応力が掛かるとステータコア２の磁気特性が悪くなって、モータ損失が大きくなる問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、扇状の分割コアを円環状に固定する際に当該コアに圧縮荷重が掛からないようにすることができ、これによってモータ損失の悪化を防止して向上させることができる回転電機のステータコアを提供することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、回転軸を中心に回転する円柱状のロータに所定間隔の間隙を介して配設され、扇状の積層鋼板による分割コアを円環状に配列してなる回転電機のステータコアにおいて、前記円環状に配列された分割コアは、回転軸に対して傾斜状に溶接した溶接部で一体に結合されていることを特徴とする。
この構成によれば、傾斜状に溶接した溶接部では、軸方向の磁界の発生がロータの回転に応じて時間的にずれて発生し、このため渦電流も分散されて僅かずつ流れる。これによって軸方向に沿って溶接部分がある構成と比べ、渦電流損を減少させることができ、モータ効率を向上させることができる。

また、円環状に配列された分割コアは、各分割コアの両側の接合辺の内、一方の接合辺の回転軸方向の一端部から他方の接合辺の回転軸方向の他端部までを溶接したことを特徴とする。
この構成によれば、従来のようにリングで円環状の分割コアを焼ばめせず、分割コア同士を溶接して全体を結合しているので、従来のようなリングによって円環状コアに圧縮応力が掛かるといったことが無くなる。従って、圧縮応力が掛かることによるステータコアの磁気特性の悪化が無くなるので、モータ損失の悪化を防止して向上させることができる。

請求項２に記載の発明は、前記円環状に配列された分割コアは、前記ロータの周方向に隣り合うＮ極またはＳ極の１ピッチ分で、軸方向の一端部から他端部までを回転軸に対して傾斜状に溶接した溶接部で一体に結合されていることを特徴とする。

この構成によれば、分割コアの外周面に周方向に隣り合うＮ極またはＳ極の１ピッチ分で溶接部を形成して一体化しているので、一方の極Ｎにおいて流れる渦電流と、他方の極Ｓにおいて流れる渦電流とが、溶接部を互いに逆方向に流れ、これによって互いの渦電流が相殺される。従って、渦電流が殆ど流れなくなるので、渦電流損を減少させることができ、モータ効率を向上させることができる。

扇状の分割コアの接合状態を示す斜視図である。ステータコアの平面図である。円環状の分割コアをリングで焼ばめた状態を示す斜視図である。円環状コアに掛かる圧縮荷重と損失密度との関係図である。円環状コアに掛かる圧縮荷重と比透磁率との関係図である。本発明の第１実施形態に係る回転電機の構成を示す回転軸方向の断面図である。第１実施形態の回転電機のステータコアの構成を示す斜視図である。本発明の第１実施形態に係る回転電機のステータコアの構成を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。但し、本明細書中の全図において相互に対応する部分には同一符号を付し、重複部分においては後述での説明を適時省略する。

（第１実施形態）
図６は、本発明の第１実施形態に係る回転電機（モータ）の構成を示す回転軸方向の断面図である。

図６に示す回転電機１０は、例えばハイブリッド車両や電気自動車等の車両に搭載されており、回転軸１１に挿通され嵌合された円環状で薄板状の鋼板が多数積層された積層鋼板１２と、この積層鋼板１２の外周近傍部分に円周方向に所定間隔で軸方向に埋め込まれた永久磁石１３とを有して成るロータ１４を備えると共に、このロータ１４の外周面に対して所定間隔の間隙を介して配置された円環状を成し、図示せぬ電力変換用のインバータに接続された三相巻線１６と、この三相巻線１６が巻装された積層鋼板によるステータコア１７とを有して成るステータ１８を備えて構成されている。

本実施形態の特徴は、ステータコア１７の結合構造にある。ステータコア１７は、図７に示すように、回転軸１１の軸方向Ｙ１１の断面が扇状の分割コア１７ａ〜１７ｊを円環状に配列し、各分割コア１７ａ〜１７ｊにおける軸方向Ｙ１１の両側の平行な接合辺の内、一方の接合辺の一端部から他方の接合辺の他端部までを、軸方向Ｙ１１に対して傾斜状に溶接して溶着した構造となっている。言い換えれば、各分割コア１７ａ〜１７ｊを軸方向Ｙ１１の両端面の一端部から当該一端部に対して斜め位置の他端部までを、符号２１で示す斜めに横切る斜線状の溶接部分を有しているが、ここで、その溶接部分を斜め溶接部２１と称す。

つまり、各分割コア１７ａ〜１７ｊは、個々が扇状の鋼板を多数積層した積層鋼板となっているので、その積層鋼板の外周面が斜め溶接部２１で溶接されて一体に固着されている。更に、各分割コア１７ａ〜１７ｊの軸方向Ｙ１１の両側の隣接辺の一端部と他端部とが溶接されるので、隣接分割コア同士が溶着され、これによって全ての分割コア１７ａ〜１７ｊが円環状に一体に結合し、ステータコア１７となる。

このように第１実施形態の回転電機のステータコア１７は、円環状に配列された分割コア１７ａ〜１７ｊが、各分割コア１７ａ〜１７ｊの両側の接合辺の内、一方の接合辺の回転軸方向Ｙ１１の一端部から他方の接合辺の他端部までを、回転軸１１に対して傾斜状に溶接した斜め溶接部２１で一体に結合されて成る。

このような斜め溶接部２１で結合されたステータコア１７は、従来のようにリングで円環状の分割コアを焼ばめせず、分割コア同士を溶接して全体を結合しているので、従来のようなリングによって円環状コアに圧縮応力が掛かるといったことが無くなる。従って、圧縮応力が掛かることによるステータコアの磁気特性の悪化が無くなるので、モータ損失の悪化を防止して向上させることができる。

ところで、ステータ１８の内側のロータ１４が回転した場合を考えると、ロータ１４とステータ１８との間で半径方向、周方向及び軸方向Ｙ１１に磁界が発生する。ここで、分割コア１７ａ〜１７ｊが軸方向Ｙ１１の隣接接合辺に沿って溶接されているとすると、半径方向または周方向に発生した磁界の変化によってその溶接部分に一気に渦電流が流れる。これによって溶接部分の鉄の電気抵抗によって所定の渦電流損が発生してしまう。

しかし、本実施形態では軸方向Ｙ１１に対して傾斜状の斜め溶接部２１とした。この斜め溶接部２１では、軸方向Ｙ１１の磁界の発生がロータ１４の回転に応じて時間的にずれて発生し、このため渦電流も分散されて僅かづつ流れる。これによって上記の軸方向Ｙ１１に沿って溶接部分がある構成と比べ、渦電流損を減少させることができ、モータ効率を向上させることができる。

（第２実施形態）
図８は、本発明の第２実施形態に係る回転電機のステータコアの構成を示す斜視図である。

図８に示すステータコア１７−１は、各分割コア１７ａ〜１７ｊが、符号２３で示すようにロータ１４の周方向に隣り合うＮ極またはＳ極の１ピッチ分で斜めに溶接された構造となっている。即ち、ロータ１４に周方向に埋め込まれた永久磁石１３によりＮ極とＳ極とが交互に配列された状態において、各極を半径方向に通過して磁束が最も流れるｄ軸（例えばＮ極のｄ軸）に対応するステータコア１７−１の外周面の一端部から、そのｄ軸に隣接する他極Ｓを通過するｄ軸に対応するステータコア１７−１の外周面の他端部に渡って斜め溶接部２３が形成されている。

この例では、ステータコア１７−１の外周に、隣合うｄ軸上の一端部から他端部までＮ極またはＳ極の１ピッチ分で斜め溶接部２３が形成されているとしたが、１磁極分のピッチであればｄ軸上間での形成でなくともよい。

つまり、円環状の分割コア１７ａ〜１７ｊの周回面に、ロータ１４のＮ極またはＳ極の１ピッチ分で、軸方向Ｙ１１の一端部から他端部まで軸方向Ｙ１１に対して傾斜状に斜め溶接部２３が形成されている。これによって、各分割コア１７ａ〜１７ｊを形成する積層鋼板の外周面が斜め溶接部２３で溶接されて一体に固着される。更に、各分割コア１７ａ〜１７ｊの軸方向Ｙ１１の隣接辺同士も斜めに通過する斜め溶接部２３で溶接されるので、全ての分割コア１７ａ〜１７ｊが円環状に一体に結合される。

このように第２実施形態の回転電機のステータコア１７−１は、従来のようにリングで円環状の分割コアを焼ばめせず、分割コア１７ａ〜１７ｊ同士を溶接して全体を結合しているので、従来のような圧縮応力が掛かるといったことが無くなる。従って、ステータコア１７−１の磁気特性の悪化が無くなるので、モータ損失の悪化を防止して向上させることができる。

また、全ての分割コア１７ａ〜１７ｊを一体に結合する際に、その外周面にＮ極またはＳ極の１ピッチ分で斜めに溶接部２３を形成して行っているので、一方の極Ｎにおいて流れる渦電流と、他方の極Ｓにおいて流れる渦電流とが、斜め溶接部２３を互いに逆方向に流れ、これによって互いの渦電流が相殺される。従って、渦電流が殆ど流れなくなるので、渦電流損を減少させることができ、モータ効率を向上させることができる。

実施形態においては本発明の好適な例を示したが、実際の溶接部の傾斜角度範囲や軸方向端面における溶接開始位置が実施例と異なる場合でも本発明の意図から外れるものでは無い。

１０回転電機
１１回転軸
１２積層鋼板
１３永久磁石
１４ロータ
１６三相巻線
１７，１７−１ステータコア
１７ａ〜１７ｊ分割コア
１８ステータ
２１，２３斜め溶接部

Claims

回転軸を中心に回転する円柱状のロータに所定間隔の間隙を介して配設され、扇状の積層鋼板による分割コアを円環状に配列してなる回転電機のステータコアにおいて、
前記円環状に配列された分割コアは、回転軸に対して傾斜状に溶接した溶接部で一体に結合され、
前記円環状に配列された分割コアは、各分割コアの両側の接合辺の内、一方の接合辺の回転軸方向の一端部から他方の接合辺の回転軸方向の他端部までを溶接したことを特徴とする回転電機のステータコア。
前記円環状に配列された分割コアは、前記ロータの周方向に隣り合うＮ極またはＳ極の１ピッチ分で、回転軸方向の一端部から他端部までを溶接した溶接部で一体に結合されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機のステータコア。