JP5740436B2 - 回転電機のステータコア - Google Patents

Description

本発明は、回転電機のステータコアに関する。

特許文献１には、薄板金属を複数枚積層することによって構成されたコアブロックが記載されている。当該コアブロックの複数の薄板金属同士は、一箇所のかしめ部と複数箇所の接着により互いに固着させて積層されている。

このように、かしめ部と接着剤を併用して薄板金属同士を積層することにより、良好な積層状態を維持することを図る共に、かしめ部を一箇所に限定することにより、鉄損の増加の抑制を図っている。

特開２００９−７２０１４号公報

しかしながら、薄板金属同士を接着により接合するためには、各薄板金属に接着剤を塗布する工程が必要となることから、生産性が悪化する虞がある。

さらに、特許文献１においては、かしめ部を設ける位置が、渦電流損失を考慮したものとなっていない。すなわち、かしめ部が、コイル通電時に発生する磁束密度、及び磁束密度の時間的変化が比較的大きいステータのティースに対応する位置に設けられるので、かしめ部における渦電流損失が増加してしまう。

本発明は前述した課題に鑑みてなされたものであり、積層鋼板の一体固定において求められる諸性能を満足することが可能、すなわち、渦電流損失の増加抑制、締結強度の向上、積層精度の向上、及び生産性の向上が可能な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、請求項１に記載された発明は、
各々が複数の鋼板（例えば、後述の実施形態における鋼板１２）を軸方向に積層して別体に形成された複数の分割コア（例えば、後述の実施形態における分割コア１０）を、円環状に配列することによって構成された回転電機のステータコア（例えば、後述の実施形態における回転電機のステータコア１）であって、
各々の前記分割コアは、
所定の径方向幅を有して円弧状に延びるバックヨーク（例えば、後述の実施形態におけるバックヨーク２０）と、
前記バックヨークの周方向中間部から径方向内側に突出し、周囲にコイルが巻回されるティース（例えば、後述の実施形態におけるティース３０）と、
積層された前記複数の鋼板同士を互いに係止させることによって一体に固定するかしめ部（例えば、後述の実施形態におけるかしめ部４０）と、
を有し、
前記かしめ部は、前記分割コアの前記バックヨークにおいて、各々の前記分割コア毎に１個ずつ形成され、
前記かしめ部は、所定の鋼板において、短辺及び長辺を有する矩形状の領域が軸方向一方側に突出する突起部（例えば、後述の実施形態における突起部４１）と、該突起部の裏面に形成され、前記突起部と同形状の領域が軸方向一方側に凹んだ凹部（例えば、後述の実施形態における凹部４２）と、を有して平かしめ状に構成され、
前記所定の鋼板の前記突起部は、前記所定の鋼板と積層方向に隣接する鋼板の前記凹部に係合して互いに係止され、
前記かしめ部の中心位置は、軸方向から見たときに、前記ティースの周方向両端面（例えば、後述の実施形態における周方向両端面３１）と前記バックヨークの内周面（例えば、後述の実施形態における内周面２６）とが交わる２つの内周側交点（例えば、後述の実施形態における内周側交点Ｐ１）と、前記ティースの周方向両端面を延長させた仮想線（例えば、後述の実施形態における仮想線Ｌ、Ｒ）と前記バックヨークの外周面（例えば、後述の実施形態における内外周面２５）とが交わる２つの外周側交点（例えば、後述の実施形態におけるＰ２）と、を対角状に直線で結んだ場合に分割される４つの対角領域（例えば、後述の実施形態における対角領域Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４）の内、径方向外側の対角領域（例えば、後述の実施形態における対角領域Ｓ１）の内部に配置され、
前記かしめ部の長辺は、径方向に沿うように配置され、
前記かしめ部の径方向内側端部（例えば、後述の実施形態における径方向内側端部４５）は、径方向内側の対角領域（例えば、後述の実施形態における対角領域Ｓ３）の内部に配置される
ことを特徴とする。

また、請求項２に記載された発明は、
各々が複数の鋼板（例えば、後述の実施形態における鋼板１２）を軸方向に積層して別体に形成された複数の分割コア（例えば、後述の実施形態における分割コア１０）を、円環状に配列することによって構成された回転電機のステータコア（例えば、後述の実施形態における回転電機のステータコア１）であって、
各々の前記分割コアは、
所定の径方向幅を有して円弧状に延びるバックヨーク（例えば、後述の実施形態におけるバックヨーク２０）と、
前記バックヨークの周方向中間部から径方向内側に突出し、周囲にコイルが巻回されるティース（例えば、後述の実施形態におけるティース３０）と、
積層された前記複数の鋼板同士を互いに係止させることによって一体に固定するかしめ部（例えば、後述の実施形態におけるかしめ部４０Ａ）と、
を有し、
前記かしめ部は、前記分割コアの前記バックヨークにおいて、各々の前記分割コア毎に１個ずつ形成され、
前記かしめ部は、所定の鋼板において、径方向内側に凸形となる三角形状の領域が軸方向一方側に突出する突起部（例えば、後述の実施形態における突起部４１）と、該突起部の裏面に形成され、前記突起部と同形状の領域が軸方向一方側に凹んだ凹部（例えば、後述の実施形態における凹部４２）と、を有して平かしめ状に構成され、
前記所定の鋼板の前記突起部は、前記所定の鋼板と積層方向に隣接する鋼板の前記凹部に係合して互いに係止され、
前記かしめ部は、軸方向から見たときに、前記ティースの周方向両端面（例えば、後述の実施形態における周方向両端面３１）と前記バックヨークの内周面（例えば、後述の実施形態における内周面２６）とが交わる２つの内周側交点（例えば、後述の実施形態における内周側交点Ｐ１）と、前記ティースの周方向両端面を延長させた仮想線（例えば、後述の実施形態における仮想線Ｌ、Ｒ）と前記バックヨークの外周面（例えば、後述の実施形態における内外周面２５）とが交わる２つの外周側交点（例えば、後述の実施形態におけるＰ２）と、を対角状に直線で結んだ場合に分割される４つの対角領域（例えば、後述の実施形態における対角領域Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４）の内、径方向外側の対角領域（例えば、後述の実施形態における対角領域Ｓ１）の内部に配置される
ことを特徴とする。

また、請求項３に記載された発明は、請求項２に記載の構成に加えて、
前記三角形状の径方向内側の頂点の開角（例えば、後述の実施形態における開角θ）は、通電時の前記バックヨークにおける磁束密度の時間的変化量が所定値以下の領域に前記かしめ部が位置するように設定される
ことを特徴とする。

また、請求項４に記載された発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載の構成に加えて、
前記かしめ部の前記三角形状又は前記矩形状の角部（例えば、後述の実施形態に角部４６）は、Ｒ形状に形成される
ことを特徴とする。

請求項１に記載の構成によれば、矩形状のかしめ部の中心位置を径方向外側の対角領域の内部に配置するので、かしめ部を磁束密度、及び磁束密度の時間的変化が比較的小さい領域に配置することができ、コイル通電時にかしめ部において発生する渦電流損失の増加を抑制することが可能である。
また、矩形状のかしめ部の長辺が径方向に沿うように配置されることにより、矩形状のかしめ部の短辺が径方向に沿うように配置される場合に比べて、磁束密度、及び磁束密度の時間的変化の大きい領域にかしめ部が位置してしまうことを抑制できるため、コイル通電時にかしめ部において発生する渦電流損失の増加を抑制することができる。
したがって、かしめ部の面積を大きくして締結強度及び積層精度（積層平行度、積層直角度、かしめ部近傍積厚）を向上した場合であっても、渦電流損失の増加を抑制することが可能である。
また、矩形状のかしめ部の長辺が径方向に沿うように配置されることにより、矩形状のかしめ部の短辺が径方向に沿うように配置される場合に比べて、かしめ部とティースの径方向内側端部との間の距離が増大してしまうことを抑制できるため、ティースの径方向内側端部における積層精度の低下を抑制することができる。
また、かしめ部を一点のみで構成するので、生産性が良好となるとともに、かしめ部を分割コア毎に二点以上設ける場合に比べて、渦電流損失の増加を抑制することができる。
また、かしめ部を一点のみで構成する場合には、例えばかしめ部を丸形状にすると複数の鋼板同士が相対回転し易くなってしまうが、かしめ部を矩形状に構成することで、回転方向の力に対しても締結強度を確保することができる。
また、かしめ部は平かしめ状に構成されるので、例えばＶ突起かしめ状とする場合に比べて隣接する鋼板同士の間の隙間の発生を抑制して、鋼板の占積率を向上させるとともに、かしめ部の面積全体を有効に機能させて締結強度又は積層精度を向上することが可能である。
また、かしめ部の径方向内側端部が、径方向内側の対角領域の内部に配置されるので、かしめ部の径方向内側端部とティースの径方向内側端部との間の距離が増大してしまうことを抑制でき、かしめ部から比較的離間した位置となるティースの径方向内側端部における積層精度の低下を抑制することができる。

請求項２に記載の発明によれば、三角形状のかしめ部を径方向外側の対角領域の内部に配置するため、かしめ部を磁束密度、及び磁束密度の時間的変化が比較的小さい領域に配置することができ、通電時にかしめ部において発生する渦電流損失の増加を抑制することが可能である。
また、径方向内側に凸形となる三角形状に構成されているため、かしめ部４０を磁束密度、及び磁束密度の時間的変化が比較的小さい径方向外側の対角領域の内部に配置しながら、かしめ部４０の面積を確保しやすくすることができる。したがって、かしめ部の面積を大きくして締結強度及び積層精度を向上しながら、渦電流損失の増加を抑制することが可能である。
また、かしめ部を一点のみで構成するので、生産性が良好となるとともに、かしめ部を分割コア毎に二点以上設ける場合に比べて、渦電流損失の増加を抑制することができる。
また、かしめ部を一点のみで構成する場合には、例えばかしめ部を丸形状にすると複数の鋼板同士が相対回転し易くなってしまうが、かしめ部を三角形状に構成することで、回転方向の力に対しても締結強度を確保することができる。
また、かしめ部は平かしめ状に構成されるので、例えばＶ突起かしめ状とする場合に比べて隣接する鋼板同士の間の隙間の発生を抑制して、鋼板の占積率を向上させるとともに、かしめ部の面積全体を有効に機能させて締結強度又は積層精度を向上することが可能である。

請求項３に記載の発明によれば、径方向外側の対角領域の内部において、更に所望の磁束密度の時間的変化量の領域の内部にかしめ部を配置することによって、より効果的に渦電流損失の増加を抑制することができる。

請求項４に記載の発明によれば、所定の鋼板の突起部が、所定の鋼板と積層方向に隣接する鋼板の凹部に係合する際に係合しやすくすることができるとともに、締結強度を確保しやすくすることができる。
また、かしめ部を打抜きで形成する際には、角部と直線部の抜け状態（ダレ又はせん断長さ）を近づけ、パンチの角にかかる負担を軽減することで、安定した抜け状態を維持することができる。

第１実施形態に係る回転電機のステータコアの部分斜視図である。 （ａ）は、第１実施形態に係る分割コアを軸方向から見た平面図であり、（ｂ）は、分割コアのかしめ部近傍の断面図である。 （ａ）は、第２実施形態に係る分割コアを軸方向から見た平面図であり、（ｂ）は、分割コアのかしめ部近傍の断面図である。 渦電流損失の解析結果を示す図である。 締結強度の解析結果を示す図である。 積層平行度の解析結果を示す図である。 積層直角度の解析結果を示す図である。 かしめ部近傍積厚の解析結果を示す図である。 （ａ）は、第１比較例に係る分割コアを軸方向から見た平面図であり、（ｂ）は、分割コアのかしめ部近傍の断面図である。 （ａ）は、第２比較例に係る分割コアを軸方向から見た平面図であり、（ｂ）は、分割コアのかしめ部近傍の断面図である。 分割コア中の磁束密度の分布を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は、分割コア中の磁束密度の時間的変化を示す図である。 バックヨークの周方向中間部付近における、磁束密度の時間的変化の分布を示す図である。 第３比較例に係る分割コアを軸方向から見た平面図であり

以下、図面に基づいて本発明の各実施形態を説明する。なお、図面は符号の向きを基準に見るものとする。

（第１実施形態）
図１に示すように、本実施形態のステータコア１は、複数の分割コア１０を周方向に沿って円環状に配列することによって構成されている。このステータコア１を備えるステータは、その内部に設けられるロータと組み合わされて回転電機を構成し（何れも不図示）、例えば、電動機又は発電機として用いられる。

各々の分割コア１０は、プレスにより打ち抜いた略Ｔ字状の金属製の鋼板１２を軸方向（図１中、上下方向）に複数枚積層して、別体に形成される。図２（ａ）も参照し、分割コア１０は、所定の径方向幅を有して円弧状に延びるバックヨーク２０と、バックヨーク２０の周方向中間部から径方向内側に突出し、周囲にインシュレータ等を介してコイル（不図示）が巻回されるティース３０と、を有する。したがって、分割コア１０は、その周方向中間部を通る仮想線Ｍに対して、略線対称に形成される。

なお、図２（ａ）中、バックヨーク２０の径方向幅をａ、分割コア１０（バックヨーク２０）の周方向幅の半分の値をｂ、分割コア１０の径方向幅をｃとして表しており、本実施形態の分割コア１０ではａ＜ｂ＜ｃとなるように設定される。

バックヨーク２０は、周方向一端面２１に、その径方向中間部から周方向に突出する凸部２２が形成されており、周方向他端面２３に、その径方向中間部から凸部２２の形状に対応する凹部２４が形成される。なお、図２においては、簡単のため、凸部２２及び凹部２４の図示を省略する。以下の図においても同様である。そして、凸部２２が凹部２４に所定の締め代で圧入嵌合されることによって、周方向に隣接する分割コア１０同士が連結される。

また、分割コア１０は、積層された複数の鋼板１２同士を互いに係止させることによって一体に固定するかしめ部４０を有している。かしめ部４０は、分割コア１０のバックヨーク２０において、各々の分割コア１０毎に１個ずつ設けられる。

図２（ｂ）に示すように、かしめ部４０は、プレスによる打ち抜き等によって形成されており、所定の鋼板１２において、径方向に垂直である短辺と径方向に沿う長辺とを有する矩形状の領域が軸方向一方側に一定量突出する突起部４１と、突起部４１の裏面（軸方向他方面）に形成され、突起部４１と同形状の領域が軸方向一方側に凹んだ凹部４２と、を有する。そして、所定の鋼板１２の突起部４１が、軸方向に隣接する鋼板１２の凹部４２に係合することによって、鋼板１２同士が互いに係止される。

また、かしめ部４０は、その周方向両端面４３及び径方向両端面４４が、軸方向に向かって直線状に延びるように形成されて、平かしめ状に構成される。

また、かしめ部４０の４つの角部４６は、曲線からなるＲ形状に形成される。なお、このＲ形状の曲線は、鋼板１２の板厚（軸方向厚さ）よりも大きくすることが望ましい。このように構成することで、鋼板１２の突起部４１が、隣接する鋼板１２の凹部４２に係合する際に係合し易くなると共に、かしめ圧入緊迫力が確保し易くなるため、隣接する鋼板１２の締結強度を確保し易くすることが可能である。さらに、かしめ部４０を打ち抜きで形成する際には、角部４６と直線部の抜け状態（ダレ又はせん断長さ）を近づけ、パンチの角にかかる負担を軽減することで、安定した抜け状態を維持することができる。

かしめ部４０の中心位置Ｏは、分割コア１０の周方向中間部を通る仮想線Ｍ上で、且つバックヨーク２０の外周面２５の外径側端部からの径方向距離がａ／２以内となるように設定される。すなわち、軸方向から見たときに、ティース３０の周方向両端面３１とバックヨーク２０の内周面２６とが交わる２つの内周側交点Ｐ１と、ティース３０の周方向両端面３１を延長させた仮想線Ｌ、Ｒとバックヨーク２０の外周面２５とが交わる２つの外周側交点Ｐ２と、を対角状に直線で結んだ場合に分割される４つの対角領域を、それぞれ径方向外側、周方向一方側、径方向内側、周方向他方側においてＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４と表した場合、かしめ部４０の中心位置Ｏは、径方向外側の対角領域Ｓ１の内部に配置される。また、かしめ部４０の径方向内側端部４５は、径方向内側の対角領域Ｓ３の内部に配置される。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る回転電機のステータコア１について説明する。なお、第２実施形態のステータコア１は、第１実施形態と基本的構成が同一であり、かしめ部の構成が異なるのみであるため、同一又は相当部分については同一符号を付すことにより説明を省略又は簡略化する。

図３に示すように、本実施形態におけるかしめ部４０Ａでは、突起部４１及び凹部４２が、軸方向から見て径方向内側に凸形となる三角形状とされている。

また、かしめ部４０Ａは、第１実施形態のかしめ部４０と同様、その周方向両端面４３及び径方向端面４４が、軸方向に向かって直線状に延びるように形成されて、平かしめ状に構成される。また、かしめ部４０の３つの角部４６は、曲線からなるＲ形状に形成される。このＲ形状の曲線は、鋼板１２の板厚（軸方向厚さ）よりも大きくすることが望ましい。

ここで、かしめ部４０Ａの中心位置Ｏは、分割コア１０の周方向中間部を通る仮想線Ｍ上で、且つバックヨーク２０の外周面２５の外径側端部からの径方向距離がａ／４となるように設定される。さらに、かしめ部４０は、その全体が、径方向外側の対角領域Ｓ１の内部に配置される。

（第１及び第２実施形態と第１及び第２比較例との比較）
次に、上述した第１及び第２実施形態の分割コア１０における、積層された複数の鋼板１２の一体固定に求められる諸性能、すなわち、渦電流損失、締結強度、積層精度（積層平行度、積層直角度、かしめ部近傍積厚）について、それぞれ解析を行い、その結果を図４〜８に示した。

ここで、図４〜８には、第１及び第２実施形態と比較するため、第１及び第２比較例における解析結果も示されている。

図９に示すように、第１比較例に係る分割コア１０においては、バックヨーク２０の周方向両側部に一対のかしめ部４０Ｂが設けられており、当該かしめ部４０Ｂは、突起部４１及び凹部４２が軸方向から見て丸形状とされている。また、かしめ部４０Ｂは、第１及び第２実施形態のかしめ部４０、４０Ａと同様、軸方向に向かって直線状に延びるように形成されて平かしめ状に構成される。

図１０に示すように、第２比較例に係る分割コア１０においては、バックヨーク２０の周方向中間部にかしめ部４０Ｃが設けられている。当該かしめ部４０Ｃは、突起部４１及び凹部４２の長辺が、軸方向から見て径方向に沿うような矩形状とされている。

ここで、かしめ部４０Ｃは、突起部４１及び凹部４２が、軸方向に垂直な平面４１ａ、４２ａと、平面４１ａ、４２ａから径方向両側に向かうにしたがって軸方向他方側に延在する一対の傾斜面４１ｂ、４２ｂと、から構成されて、Ｖ突起かしめ状とされている。また、かしめ部４０Ｃの４つの角部は、第１及び第２実施形態とは異なり、直角をなすように形成される。

また、第１実施形態のかしめ部４０は、第２比較例のかしめ部４０Ｃに比べて、軸方向から見たときの面積が１２％程度大きくなるように設定されており、第２実施形態のかしめ部４０Ａは、第２比較例のかしめ部４０Ｃに比べて、軸方向から見たときの面積が２０％程度大きくなるように設定されている。

なお、図４〜７においては、第１比較例に係る分割コア１０における値を１００とし、図８においては、第１比較例に係る分割コア１０における値を−１００とすることで基準値としている。

また、図４における渦電流損失とは、コイル通電時にかしめ部４０、４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃにおいて発生する渦電流損失を意味する。図５における締結強度とは、複数の鋼板１２同士の締結強度を意味する。図６における積層平行度とは、積層された複数の鋼板１２の上下面平行度を意味し、値が小さい程、平行に近づく。図７における積層直角度とは、分割コア１０の軸方向一端面と外周面とがなす角度の大きさを表し、値が小さい程、直角に近づく。図８におけるかしめ部近傍積厚とは、｛鋼板１２の板厚（軸方向厚さ）×積層枚数｝に対する、かしめ部４０近傍の分割コア１０の軸方向厚さの偏差を表す。

＜渦電流損失の解析＞
先ず、図４に示すように、第１、第２実施形態、及び第２比較例の渦電流損失は、第１比較例の渦電流損失の８０％程度まで低下している。この結果は、かしめ部４０、４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃが設けられる位置の違いが、主たる原因であると考えられるので、以下詳述する。

本発明のように、複数の分割コア１０を連結してなるステータコア１において、コイル通電により発生する磁束及びロータ側から発生する磁束は、所定のティース３０から、周方向一方側及び他方側へ向かってバックヨーク２０を経由し、他のティース３０を通過し、ロータを通過して所定のティース３０へ帰還するようなループとなる。

ここで、図１１には、所定の大きさの電流が通電された際の分割コア１０における磁束密度の分布が濃淡によって示されており、濃い部分は磁束密度が大きく、淡い部分は磁束密度が小さいことを示している。図１２には、分割コア１０において、バックヨーク２０の径方向中間部の周方向一方側に位置する第１位置＃１と、バックヨーク２０の径方向中間部の周方向中間部に位置する第２位置＃２と、ティース３０の径方向中間部の周方向中間部に位置する第３位置＃３と、における通電時の磁束密度の時間的変化の大きさが示されている。図１３には、バックヨーク２０の周方向中間部付近における通電時の磁束密度の時間的変化の分布が濃淡によって示されており、濃い部分は磁束密度の時間的変化が大きく、薄い部分は磁束密度の時間的変化が小さいことを示している。

図１１に示されるように、分割コア１０の磁束密度は、ティース３０と、一対のティース３０間の周方向位置におけるバックヨーク２０と、において比較的大きくなる。また、図１２に示されるように、分割コア１０の磁束密度の時間的変化は、第２位置＃２、第１位置＃１、第３位置＃３の順で大きくなる。すなわち、磁束密度の時間的変化は、ティース３０と、一対のティース３０間の周方向位置におけるバックヨーク２０と、において大きく、バックヨーク２０の周方向中間部においては小さい。

このように、ティース３０と、一対のティース３０間の周方向位置におけるバックヨーク２０と、においては、磁束密度、及び磁束密度の時間的変化が共に大きくなることから、これらの位置にかしめ部を設けた場合、渦電流損失が大きくなってしまう。そのため、かしめ部は、磁束密度、及び磁束密度の時間的変化が比較的小さいバックヨーク２０の周方向中間部付近に設けられることが望ましい。

さらに、図１１及び図１３を参照すると、バックヨーク２０の周方向中間部付近において、径方向外側に向かうに従って磁束密度、及び磁束密度の時間的変化が小さくなっていることがわかる。すなわち、径方向内側の対向領域Ｓ３、周方向両側の対向領域Ｓ２、Ｓ４、径方向外側の対向領域Ｓ１の順で、磁束密度、及び磁束密度の時間的変化が小さくなっていることがわかる。したがって、分割コア１０に設けられるかしめ部は、バックヨーク２０の周方向中間部付近の内、径方向外側に設けられることが望ましい。

そして、第１実施形態（図２参照）では、かしめ部４０の中心位置Ｏが、径方向外側の対角領域Ｓ１の内部に配置されるので、コイル通電時にかしめ部４０において発生する渦電流損失の増加が抑制される。

特に、第１実施形態では、矩形状のかしめ部４０の長辺が径方向に沿うように配置されることにより、図１４に第３比較例として示すように矩形状のかしめ部４０の短辺が径方向に沿うように配置される場合に比べて、磁束密度の変化の大きい領域にかしめ部４０が位置してしまうことを抑制できるため、コイル通電時にかしめ部４０において発生する渦電流損失の増加を抑制することができる。なお、図１４に示すように、かしめ部４０の短辺が径方向に沿うように配置された場合に、第１実施形態のかしめ部４０と面積が略等しい条件の下、渦電流損失の解析を行った結果、図１３に示すかしめ部４０において発生する渦電流損失は、第１実施形態のかしめ部４０に比べて１．６倍程度増加することが明らかとなった。

第２実施形態（図３参照）では、三角形状のかしめ部４０Ａを径方向外側の対角領域Ｓ１の内部に配置するため、かしめ部４０Ａを、磁束密度、及び磁束密度の時間的変化の小さい領域に配置することができ、通電時にかしめ部４０Ａにおいて発生する渦電流損失の増加が抑制される。

ここで、かしめ部４０Ａを構成する三角形状の径方向内側の頂点の開角θは、
コイル通電時のバックヨーク２０における磁束密度の時間的変化量（図１３参照）が所定値以下の領域にかしめ部４０Ａが位置するように、比較的小さく設定されているので、より効果的に渦電流損失の増加が抑制される。

第２比較例（図１０参照）では、かしめ部４０Ｃが、径方向外側の対角領域Ｓ１近傍に配置されるので、渦電流損失の増加が抑制される。

一方、第１比較例（図９参照）においては、一対のかしめ部４０Ｂが、一対のティース３０間の周方向位置におけるバックヨーク２０に設けられる、すなわち、磁束密度、及び磁束密度の時間的変化が大きい位置に設けられるため、渦電流損失が増加してしまう。このように、第１比較例のかしめ部４０Ｂは、積層された複数の鋼板１２の一体固定に求められる性能を満たさない。

＜締結強度の解析＞
次に、図５に示すように、締結強度については、第２比較例、第２実施形態、第１実施形態、第１比較例の順に大きくなる。ここで、積層された複数の鋼板１２の一体固定に求められる締結強度としては、約「４５」以上の値が必要とされ、第１、第２実施形態、及び第１比較例においては、当該条件を満足する。

このような結果となる理由は、以下の通りであると考えられる。すなわち、第１、第２実施形態、及び第２比較例においては、かしめ部４０、４０Ａ、４０Ｃが各々の分割コア１０毎に１個ずつ形成されるので、分割コア１０毎に一対のかしめ部４０Ｂが形成される第１比較例に比べて、締結強度が減少する。

さらに、第１実施形態のかしめ部４０は、第２比較例のかしめ部４０Ｃに比べて、軸方向から見たときの面積が１２％程度大きくなるように設定されており、第２実施形態のかしめ部４０Ａは、第２比較例のかしめ部４０Ｃに比べて、軸方向から見たときの面積が２０％程度大きくなるように設定されているため、第１及び第２実施形態は第２比較例に比べて締結強度が大きく向上する。

また、第２比較例のＶ突起かしめ状のかしめ部４０Ｃにおいては、図１０（ｂ）に示すように、突起部４１及び凹部４２の斜面４１ｂ、４２ｂの径方向両端部がＲ付けされた形状とされるため、軸方向に隣接する鋼板１２の突起部４１と凹部４２との係合を高い精度で行うことができない。また、Ｖ突起かしめでは、径方向に沿った二辺（二面）しか積層保持に対して有効に機能しない。この結果、第２比較例においては、かしめ部４０Ｃ近傍において隣接する鋼板１２同士の隙間が増大することで、かしめ部４０Ｃの面積全体を有効に機能させて締結強度を得ることが出来ないものと考えられる。これに対して、第１及び第２実施形態におけるかしめ部４０、４０Ａは平かしめ状に構成されるので、隣接する鋼板１２同士の隙間の発生を抑制し、第２比較例に比べて締結強度が向上する。

また、第１及び第２実施形態のかしめ部４０、４０Ａの角部４６は、Ｒ形状に形成されるので、かしめ圧入緊迫力が確保し易くなり、隣接する鋼板１２の締結強度が向上する。

このように、第１、第２実施形態、及び第１比較例は、複数の鋼板１２を締結するのに十分な締結強度を有することになるが、第２比較例は、締結強度が低く、積層された複数の鋼板１２の一体固定に求められる性能を満たさない。

なお、第２比較例のかしめ部４０Ｃの面積を、第１及び第２実施形態のかしめ部４０、４０Ａと同程度まで拡大することで、第２比較例の締結強度を向上することも考えられるが、その場合、渦電流損失が大きくなってしまうため、締結強度の向上と渦電流損失の抑制を同時に満たすのは困難である。

＜積層平行度及び積層直角度の解析＞
また、図６及び図７に示すように、積層平行度及び積層直角度については、第２比較例において最も悪化しており、第１、第２実施形態、及び第１比較例において良好な値となっている。ここで、積層された複数の鋼板１２の一体固定に求められる値としては、積層平行度は約「２００」以下の値が必要とされ、積層直角度は約「５００」以下の値が必要とされるが、第１、第２実施形態、及び第１比較例においては、当該条件を満足する。しかしながら、第２比較例は、積層された複数の鋼板１２の一体固定に求められる積層平行度、及び積層直角度を、共に満たさない。

これは、上述した通り、第１比較例のかしめ部４０Ｂは、分割コア１０毎に一対ずつ設けられるため、第１及び第２実施形態のかしめ部４０、４０Ａは、第２比較例のかしめ部４０Ｃに比べてそれぞれ面積が１２％、２０％程度大きく、且つかしめ部４０、４０Ａの面積全体が積層保持に対して有効に機能しやすい（かしめ部４０、４０Ａにおいて隣接する鋼板１２同士の間に隙間が発生しにくい）ため、第１、第２実施形態、及び第１比較例においては良好な積層平行度及び積層直角度が得られた結果であると考えられる。

特に、第１実施形態では、矩形状のかしめ部４０の長辺が径方向に沿うように配置されることにより、図１４に第３比較例として示すように矩形状のかしめ部４０の短辺が径方向に沿うように配置される場合に比べて、かしめ部４０とティース３０の径方向内側端部３２との間の距離が増大してしまうことを抑制できるため、かしめ部４０から比較的離間した位置となるティース３０の径方向内側端部３２における積層平行度の低下を抑制することができ、分割コア１０全体としての積層平行度の低下も抑制することが可能である。なお、図１４に示すように、かしめ部４０の短辺が径方向に沿うように配置された場合、本実施形態のかしめ部４０（図２参照）と面積が略等しい条件の下、積層平行度の解析を行った結果、図１４に示す分割コア１０の積層平行度は、第１実施形態の分割コア１０に比べて５倍程度悪化した。なお、本実施形態の分割コア１０のように、分割コア１０（バックヨーク２０）の周方向幅の半分の値ｂと、分割コア１０の径方向幅ｃと、の関係がｂ＜ｃであり、かしめ部４０とティース３０の径方向内側端部３２との間の距離が比較的大きくなる場合において、上記構成は特に有効である。

＜かしめ部近傍積厚の解析＞
また、図８に示すように、かしめ部近傍積厚については、第２比較例において非常に大きくなって悪化し、第１、第２実施形態、及び第１比較例においては良好な値となっている。

これは、第２比較例のＶ突起かしめ状のかしめ部４０Ｃにおいては、図１０（ｂ）に示すように、突起部４１及び凹部４２の斜面４１ｂ、４２ｂの径方向両端部がＲ付けされた形状とされるため、軸方向に隣接する鋼板１２の突起部４１と凹部４２との係合を高い精度で行うことができないためであると考えられる。この結果、第２比較例においては、かしめ部４０Ｃ近傍において隣接する鋼板１２同士の隙間が増大することで、鋼板１２の占積率が悪化し、かしめ部近傍積厚も大きく増加したものと考えられる。

したがって、第１及び第２実施形態のかしめ部４０、４０Ａのように、平かしめ状に構成することが、積層鋼板の占積率を向上させるためには有効である。

＜回転耐強度の解析＞
また、図４〜８には示していないが、第１及び第２実施形態、並びに第１及び第２比較例について、回転方向への力を付与した場合の、複数の鋼板１２同士の回転耐強度についても解析を行った。

その結果、第１、第２実施形態、及び第１比較例においては、良好な回転耐強度強度を有していたが、第２比較例においては、回転耐強度が低く、複数の鋼板１２同士が相対回転し易い状態となっていた。

これは、第２比較例においては、上述したように締結強度が低く、積層精度（積層平行度、積層直角度、かしめ部近傍積厚）が悪いことが原因であると考えられる。

なお、第１実施形態においては、かしめ部４０を矩形状に構成することにより、第２実施形態においては、かしめ部４０Ａを三角形状に構成することにより、丸形状にした場合に比べて、回転方向の力に対しても締結強度を確保している。

以上説明したように、第１実施形態に係る回転電機のステータコア１によれば、矩形状のかしめ部４０の中心位置Ｏを径方向外側の対角領域Ｓ１の内部に配置するので、かしめ部４０を磁束密度、及び磁束密度の時間的変化が比較的小さい領域に配置することができ、コイル通電時にかしめ部４０において発生する渦電流損失の増加を抑制することが可能である。

また、矩形状のかしめ部４０の長辺が径方向に沿うように配置されることにより、矩形状のかしめ部４０の短辺が径方向に沿うように配置される場合に比べて、磁束密度、及び磁束密度の時間的変化の大きい領域にかしめ部４０が位置してしまうことを抑制できるため、コイル通電時にかしめ部４０において発生する渦電流損失の増加を抑制することができる。

したがって、かしめ部４０の面積を大きくして締結強度及び積層精度（積層平行度、積層直角度、かしめ部近傍積厚）を向上した場合であっても、渦電流損失の増加を抑制することが可能である。

また、矩形状のかしめ部４０の長辺が径方向に沿うように配置されることにより、矩形状のかしめ部４０の短辺が径方向に沿うように配置される場合に比べて、かしめ部４０とティース３０の径方向内側端部３２との間の距離が増大してしまうことを抑制できるため、ティース３０の径方向内側端部３２における積層精度の低下を抑制することができる。

また、かしめ部４０を一点のみで構成するので、生産性が良好となるとともに、かしめ部４０を分割コア１０毎に二点以上設ける場合に比べて、渦電流損失の増加を抑制することができる。

また、かしめ部４０を一点のみで構成する場合には、例えばかしめ部４０を丸形状にすると複数の鋼板同士が相対回転し易くなってしまうが、かしめ部４０を矩形状に構成することで、回転方向の力に対しても締結強度を確保することができる。

また、かしめ部４０は平かしめ状に構成されるので、例えばＶ突起かしめ状とする場合に比べて隣接する鋼板１２同士の間の隙間の発生を抑制して、鋼板１２の占積率を向上させるとともに、かしめ部４０の面積（周長、すなわち四辺）全体を有効に機能させて締結強度又は積層精度を向上することが可能である。

かしめ部４０の径方向内側端部４５が、径方向内側の対角領域Ｓ３の内部に配置されるので、かしめ部４０の径方向内側端部４５とティース３０の径方向内側端部３２との間の距離が増大してしまうことを抑制でき、かしめ部４０から比較的離間した位置となるティース３０の径方向内側端部３２における積層精度の低下を抑制することができる。

また、第２実施形態に係る回転電機のステータコア１によれば、三角形状のかしめ部４０Ａを径方向外側の対角領域Ｓ１の内部に配置するため、かしめ部４０Ａを磁束密度、及び磁束密度の時間的変化が比較的小さい領域に配置することができ、通電時にかしめ部４０Ａにおいて発生する渦電流損失の増加を抑制することが可能である。

また、径方向内側に凸形となる三角形状に構成されているため、かしめ部４０Ａを磁束密度、及び磁束密度の時間的変化が比較的小さい径方向外側の対角領域Ｓ１の内部に配置しながら、かしめ部４０Ａの面積を確保しやすくすることができる。したがって、かしめ部４０Ａの面積を大きくして締結強度及び積層精度を向上しながら、渦電流損失の増加を抑制することが可能である。

また、かしめ部４０Ａを一点のみで構成するので、生産性が良好となるとともに、かしめ部４０Ａを分割コア１０毎に二点以上設ける場合に比べて、渦電流損失の増加を抑制することができる。また、かしめ部４０Ａを一点のみで構成する場合には、例えばかしめ部４０Ａを丸形状にすると複数の鋼板同士が相対回転し易くなってしまうが、かしめ部４０Ａを三角形状に構成することで、回転方向の力に対しても締結強度を確保することができる。

また、かしめ部４０Ａは平かしめ状に構成されるので、例えばＶ突起かしめ状とする場合に比べて隣接する鋼板１２同士の間の隙間の発生を抑制して、積層鋼板の占積率を向上させとともに、かしめ部４０Ａの面積（周長、すなわち三辺）全体を有効に機能させて締結強度又は積層精度を向上することが可能である。

また、かしめ部４０Ａを構成する三角形状の径方向内側の頂点の開角θは、通電時のバックヨーク２０における磁束密度の時間的変化量が所定値以下の領域にかしめ部４０Ａが位置するように設定される。したがって、径方向外側の対角領域Ｓ１の内部において、更に所望の磁束密度の時間的変化量の領域の内部にかしめ部４０Ａを配置することによって、より効果的に渦電流損失の増加を抑制することができる。

また、第１及び第２実施形態のかしめ部４０、４０Ａの角部４６は、Ｒ形状に形成されるので、所定の鋼板１２の突起部４１が、所定の鋼板１２と積層方向に隣接する鋼板１２の凹部４２に係合する際に係合し易くすることができる。
また、かしめ圧入緊迫力が確保し易くなるため、隣接する鋼板１２の締結強度を確保し易くすることが可能である。さらに、かしめ部４０、４０Ａを打ち抜きで形成する際には、角部４６と直線部の抜け状態（ダレ又はせん断長さ）を近づけ、パンチの角にかかる負担を軽減することで、安定した抜け状態を維持することができる。また、かしめ部４０、４０Ａを打抜きで形成する際には、角部４６において発生するせん断応力を緩和することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、第１実施形態の矩形状のかしめ部４０は、その全体が、径方向外側の対角領域Ｓ１の内部に位置するように配置しても構わない。

１ 回転電機のステータコア
１０ 分割コア
１２ 鋼板
２０ バックヨーク
２１ 周方向一端面
２２ 凸部
２３ 周方向他端面
２４ 凹部
２５ 外周面
２６ 内周面
３０ ティース
３１ 周方向両端面
３２ 径方向内側端部
４０、４０Ａ かしめ部
４１ 突起部
４１ａ 平面
４１ｂ 斜面
４２ 凹部
４２ａ 平面
４２ｂ 斜面
４３ 周方向両端面
４４ 径方向両端面
４５ 径方向内側端部
４６ 角部
Ｏ 中心位置
Ｐ１ 内周側交点
Ｐ２ 外周側交点
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４ 対角領域
Ｌ、Ｍ、Ｒ 仮想線
θ 開角

Claims (4)

1. 各々が複数の鋼板を軸方向に積層して別体に形成された複数の分割コアを、円環状に配列することによって構成された回転電機のステータコアであって、
   各々の前記分割コアは、
   所定の径方向幅を有して円弧状に延びるバックヨークと、
   前記バックヨークの周方向中間部から径方向内側に突出し、周囲にコイルが巻回されるティースと、
   積層された前記複数の鋼板同士を互いに係止させることによって一体に固定するかしめ部と、
   を有し、
   前記かしめ部は、前記分割コアの前記バックヨークにおいて、各々の前記分割コア毎に１個ずつ形成され、
   前記かしめ部は、所定の鋼板において、短辺及び長辺を有する矩形状の領域が軸方向一方側に突出する突起部と、該突起部の裏面に形成され、前記突起部と同形状の領域が軸方向一方側に凹んだ凹部と、を有して平かしめ状に構成され、
   前記所定の鋼板の前記突起部は、前記所定の鋼板と積層方向に隣接する鋼板の前記凹部に係合して互いに係止され、
   前記かしめ部の中心位置は、軸方向から見たときに、前記ティースの周方向両端面と前記バックヨークの内周面とが交わる２つの内周側交点と、前記ティースの周方向両端面を延長させた仮想線と前記バックヨークの外周面とが交わる２つの外周側交点と、を対角状に直線で結んだ場合に分割される４つの対角領域の内、径方向外側の対角領域の内部に配置され、
   前記かしめ部の長辺は、径方向に沿うように配置され、
   前記かしめ部の径方向内側端部は、径方向内側の対角領域の内部に配置される
   ことを特徴とする回転電機のステータコア。
2. 各々が複数の鋼板を軸方向に積層して別体に形成された複数の分割コアを、円環状に配列することによって構成された回転電機のステータコアであって、
   各々の前記分割コアは、
   所定の径方向幅を有して円弧状に延びるバックヨークと、
   前記バックヨークの周方向中間部から径方向内側に突出し、周囲にコイルが巻回されるティースと、
   積層された前記複数の鋼板同士を互いに係止させることによって一体に固定するかしめ部と、
   を有し、
   前記かしめ部は、前記分割コアの前記バックヨークにおいて、各々の前記分割コア毎に１個ずつ形成され、
   前記かしめ部は、所定の鋼板において、径方向内側に凸形となる三角形状の領域が軸方向一方側に突出する突起部と、該突起部の裏面に形成され、前記突起部と同形状の領域が軸方向一方側に凹んだ凹部と、を有して平かしめ状に構成され、
   前記所定の鋼板の前記突起部は、前記所定の鋼板と積層方向に隣接する鋼板の前記凹部に係合して互いに係止され、
   前記かしめ部は、軸方向から見たときに、前記ティースの周方向両端面と前記バックヨークの内周面とが交わる２つの内周側交点と、前記ティースの周方向両端面を延長させた仮想線と前記バックヨークの外周面とが交わる２つの外周側交点と、を対角状に直線で結んだ場合に分割される４つの対角領域の内、径方向外側の対角領域の内部に配置される
   ことを特徴とする回転電機のステータコア。
3. 前記三角形状の径方向内側の頂点の開角は、通電時の前記バックヨークにおける磁束密度の時間的変化量が所定値以下の領域に前記かしめ部が位置するように設定される
   ことを特徴とする請求項２に記載の回転電機のステータコア。
4. 前記かしめ部の前記三角形状又は前記矩形状の角部は、Ｒ形状に形成される
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の回転電機のステータコア。