JP6724735B2

JP6724735B2 - 回転電機のステータ

Info

Publication number: JP6724735B2
Application number: JP2016217969A
Authority: JP
Inventors: 元也小川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-11-08
Filing date: 2016-11-08
Publication date: 2020-07-15
Anticipated expiration: 2036-11-08
Also published as: JP2018078691A

Description

本発明は、回転電機のステータに関する。

従来、回転電機のステータとしては、特許文献１に記載されているものがある。このステータのステータコアは、厚さ方向に積層された複数のコアプレートを備え、コアプレートは、電磁鋼板を打ち抜き加工して形成される。コアプレートのロータ収容孔及びスロットは、電磁鋼板の外周側かつ厚さ方向他方側がダイに支持されている状態で、電磁鋼板のダイ支持位置よりも内周側を厚さ方向一方側からパンチを打ち抜くことで形成される。その際、電磁鋼板の内周側縁部に厚さ方向他方側に突出するバリが生成する。また、コアプレート外周面は、電磁鋼板の外周側かつ厚さ方向他方側がダイに支持されている状態で、電磁鋼板のダイ支持位置よりも内周側を厚さ方向一方側からパンチを打ち抜くことで形成され、その際、電磁鋼板の外周側縁部に厚さ方向一方側に突出するバリが生成する。

この回転電機のステータは、図１１、すなわち、従来例のステータコア１１０における軸方向（厚さ方向）の一部断面図に示すように、内周側のバリ１７１が軸方向一方側（Ｘ方向一方側）に突出している状態のコアプレート１３０と、内周側のバリ１７１が軸方向他方側に突出している状態のコアプレート１３０が軸方向に交互に配設される。その結果、内周側のバリ１７１が軸方向に向き合い、外周側のバリ１７３も軸方向に向き合うように、複数のコアプレート１３０が積層される。

図１１に示すように、内周側のバリ１７１が向き合う２つのコアプレート１３０の外周側のバリ１７３は、当該２つのコアプレート１３０の軸方向隙間を塞がない方向に軸方向の異なる側に突出する。内周側のバリ１７１が向き合う２つのコアプレート１３０の軸方向隙間の外周側には、バリ１７３に塞がれない外周側開口１８６が設けられる。また、外周側のバリ１７３が向き合う２つのコアプレート１３０の内周側のバリ１７１も、当該２つのコアプレート１３０の軸方向隙間を塞がない方向に軸方向の異なる側に突出する。外周側のバリ１７３が向き合う２つのコアプレート１３０の軸方向隙間の内周側には、バリ１７１に塞がれない内周側開口１８５が設けられる。

従来例のステータコア１１０は、内周側のバリ１７１が軸方向一方側（Ｘ方向一方側）に突出している状態のコアプレート１３０と、内周側のバリ１７１が軸方向他方側に突出している状態のコアプレート１３０を軸方向に交互に配設することによって、内周及び外周側開口１８５,１８６が形成されるようにしている。そして、ワニス等の接着材料１７７が、内周及び外周側開口１８５,１８６を介してコアプレート１３０の軸方向隙間に浸入し易いようにして、軸方向に隣り合うコアプレート１３０が接着され易いようにしている。

特開２０１６−０３２３３１号公報

上記従来のステータでは、内周側開口１８５が設けられる軸方向隙間における径方向外周側が向き合う２つの外周側のバリ１７３によって塞がれる。また、逆に、外周側開口１８６が設けられる軸方向隙間における径方向内周側が向き合う２つの内周側のバリ１７１によって塞がれる。したがって、接着材料１７７が内周及び外周側開口１８５,１８６から矢印Ｐ,Ｑ方向に浸入する際に外周及び内周側に流動する空気が、向き合う２つの外周及び内周側のバリ１７１,１７３によって外部に抜けにくくなり、外周及び内周側の隅に空気溜まり１７４,１７５ができ易くなって、接着材料１７７が隅まで行き渡りにくいことがある。

そこで、本発明の目的は、接着材料が軸方向に隣り合うコアプレート間に行き渡り易くて、コアプレート同士の接着をより確実に実行できる回転電機のステータコアを提供することにある。

本発明に係る回転電機のステータは、環状のヨーク、及び周方向に互いに間隔をおいた状態で前記ヨークから径方向の内側に突出する複数のティースを有するステータコアを備え、前記ステータコアは、厚さ方向に積層された複数のコアプレートを含み、前記コアプレートは、前記厚さ方向の一方側に突出するバリを有する内周側縁部と、前記厚さ方向の他方側に突出するバリを有する外周側縁部と、前記厚さ方向の他方側に突出するバリが開口縁部に設けられ、前記周方向において前記ティースの中心に対して前記ティースの片側に位置すると共に、前記径方向において前記ティースの内周側に位置する内周側空気孔と、前記厚さ方向の一方側に突出するバリが開口縁部に設けられ、前記周方向において前記ティースの中心に対して前記ティースの前記片側とは反対側に位置すると共に、前記径方向において前記内周側空気孔よりも外周側に位置する外周側空気孔と、を有し、前記内周側空気孔が前記ティースにおいて前記周方向の一方側に位置している第１状態の前記コアプレートと、前記第１状態を裏返した状態であって、前記内周側空気孔が前記ティースにおいて前記周方向の他方側に位置している第２状態の前記コアプレートが前記厚さ方向に交互に配設される。

本発明に係る回転電機のステータコアによれば、コアプレートが、ティースの内周側に内周側空気孔を有し、それよりも外周側に外周側空気孔を有する。したがって、接着材料が外周及び内周側開口から浸入する際に内周及び外周側に流動する空気が内周及び外周側空気孔を介して外部に流出し易くなり、接着材料の浸入時に空気が軸方向隙間の隅に溜まりにくくなる。よって、接着材料が軸方向に隣り合うコアプレート間に行き渡り易くなって、コアプレート同士の接着をより確実に実行できる。

また、コアプレートにおいて、内周側空気孔と外周側空気孔が、ティースの周方向の中心に対して互いに逆側の領域に設けられ、さらに、内周側空気孔がティースの周方向一方側に位置している第１状態のコアプレートと、内周側空気孔がティースの周方向他方側に位置している第２状態のコアプレートが厚さ方向に交互に配設される。したがって、複数のコアプレートが積層されている状態で、内周側空気孔が厚さ方向に重なることがなく、外周側空気孔も厚さ方向に重なることがない。よって、厚さ方向に隣り合う２つのコアプレートにおいて、内周側空気孔の開口縁部に形成されるバリが厚さ方向に向き合って空気の流動経路を塞ぐことがなく、外周側空気孔の開口縁部に形成されるバリが厚さ方向に向き合って空気の流動経路を塞ぐこともない。その結果、空気が内周及び外周側空気孔を介して外部に円滑に流出し易くなり、この点からも接着材料が厚さ方向に隣り合うコアプレート間を隅まで行き渡り易くなる。

本発明の一実施形態に係るステータをＸ方向一方側から見たときの平面図である。コアプレートをＸ方向一方側から見たときの平面図である。ステータコアにおけるθ方向の一部を示す平面図である。図２のＡ‐Ａ線断面図である。（ａ）は、電磁鋼板に、内周側縁部、及び外周側空気孔を形成している最中の軸方向の一部断面図であり、ロータ収容孔、スロット、及び外周側空気孔を形成している最中の軸方向の一部断面図である。（ｂ）は、内周側縁部、及び外周側空気孔形成後の電磁鋼板における外周側空気孔の中心軸を通過する軸方向の一部断面図である。外周側空気孔形成時のプレスの向きと、バリの形成方向について説明する模式図である。（ａ）は、電磁鋼板に、外周側縁部、及び内周側空気孔を形成している最中の軸方向の一部断面図である。（ｂ）は、外周側縁部、及び内周側空気孔形成後の電磁鋼板における内周側空気孔の中心軸を通過する軸方向の一部断面図である。ステータコアにおいて４つのコアプレートが積層された部分における接着材料含浸中の軸方向の断面図である。ステータコアにおいて４つのコアプレートが積層された別の部分における接着材料含浸中の軸方向の断面図である。従来のステータコアの平面図である。図１０のＯ-Ｏ線断面の一部であり、従来のステータコアにおける図９に対応する図である。

以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて新たな実施形態を構築することは当初から想定されている。また、以下の説明及び図面で、Ｒ方向は、ステータコア１０（コアプレート３０）の径方向を表し、θ方向は、ステータコア１０（コアプレート３０）の周方向を表し、Ｚ方向は、ステータコア１０（コアプレート３０）の軸方向（厚さ方向）を表す。Ｘ方向、Ｒ方向、及びθ方向は、互いに直交する。

図１は、本発明の一実施形態に係るステータ１をＸ方向一方側から見たときの平面図であり、図２は、コアプレート３０をＸ方向一方側から見たときの平面図である。なお、図１及び図２では、内周及び外周側空気孔８０,８１の配置を分かり易く示すため、内周及び外周側空気孔８０,８１を誇張して描いている。

図１に示すように、ステータ１は、ステータコア１０、及びステータコイル２０を備える。ステータコア１０には、中心部にロータ収容孔１５が設けられる。ステータコア１０は、環状のヨーク１１、及びθ方向に互いに間隔をおいた状態でヨーク１１からＲ方向内側に突出する複数のティース１２を有する。θ方向に隣り合うティース１２の間には、スロット１３が設けられる。ステータコイル２０は、スロット１３を通りティース１２に巻装される。ロータ（図示せず）は、ロータ収容孔１５に収容される。

ステータコア１０は、Ｘ方向に積層された複数の同一形状のコアプレート３０を含む。図２を参照して、複数のコアプレート３０の各々は同一形状であり、コアプレート３０は、環状のヨーク３１、及びθ方向に互いに間隔をおいた状態でヨーク３１からＲ方向内側に突出する複数のティース３２を有する。θ方向に隣り合うティース３２の間には、スロット３３が設けられる。複数のコアプレート３０は、Ｘ方向から見たときヨーク３１及びティース３２が重なるように積み重ねられる。ヨーク３１は、Ｘ方向に重ねられた複数のヨーク３１を含み、ティース１２は、Ｘ方向に積み重ねられた複数のティース３２を含む。複数のコアプレート３０のＸ方向に重なった複数のロータ収容孔３５によりステータコア１０のロータ収容孔１５が形成され、複数のコアプレート３０のＸ方向に重なった複数のスロット３３によりステータコア１０のスロット１３が形成される。

図２に示すように、コアプレート３０は、複数の一対の内周側空気孔８０及び外周側空気孔８１を有し、一対の内周側空気孔８０及び外周側空気孔８１は、θ方向の所定間隔毎に形成されている。一対の内周側空気孔８０及び外周側空気孔８１は、Ｒ方向から見たときティース３２に重なる位置に配置されている。内周及び外周側空気孔８０,８１の夫々は、コアプレート３０をＸ方向に貫通する。図１、図２に示す状態で、一対の内周側空気孔８０及び外周側空気孔８１に関して、内周側空気孔８０は、θ方向においてティース１２（ティース３２）の中心αに対してティース１２（ティース３２）の片側（図１、図２に示す状態では、θ方向の時計回り側）に設けられ、Ｒ方向においてティース１２（ティース３２）の内周側に設けられる。他方、一対の内周側空気孔８０及び外周側空気孔８１に関して、外周側空気孔８１は、θ方向においてティース１２（ティース３２）の中心αに対してティース１２（ティース３２）の上記片側とは反対側（図１、図２に示す状態では、θ方向の反時計回り側）に設けられ、Ｒ方向において内周側空気孔８０よりも外周側に設けられる。より詳しくは、図１、図２に示す例では、外周側空気孔８１は、ヨーク１１（ヨーク３１）に設けられる。

図３は、ステータコア１０におけるθ方向の一部を示す平面図である。なお、図３において点線で描かれた内周及び外周側空気孔８０,８１は、視認できるコアプレート３０にＸ方向に隣り合う視認できないコアプレート３０の内周及び外周側空気孔８０,８１を示す。図３に示すように、ステータ１では、内周側空気孔８０がティース１２においてθ方向の一方側に位置している第１状態のコアプレート３０と、第１状態を裏返した状態であって、内周側空気孔８０がティース１２においてθ方向の他方側に位置している第２状態のコアプレート３０とがＸ方向に交互に配設される。

図４は、図２のＡ‐Ａ線断面図である。なお、図４〜図９、及び図１１では、バリの構成を分かり易く図示するため、バリを誇張して描いている。図４に示すように、コアプレート３０は、ロータ収容孔３５に面する内周側縁部にＸ方向一方側（図４の紙面における下側）に突出するバリ７１を有し、外周側空気孔８１の開口縁部にＸ方向一方側に突出するバリ７２を有する。また、コアプレート３０は、外周側縁部にＸ方向他方側（図４の紙面における上側）に突出するバリ７３を有し、内周側空気孔８０の開口縁部にＸ方向他方側に突出するバリ７４を有する。

これらのバリ７１〜７４は、コアプレート３０が電磁鋼板の打ち抜き加工によって製造されることに起因して生成する。以下、図５〜図７を用いて、コアプレート３０の製造方法について説明する。図５（ａ）は、電磁鋼板４１に、内周側縁部９０（図２参照）、及び外周側空気孔８１を形成している最中の軸方向の一部断面図であり、ロータ収容孔３５、スロット３３、及び外周側空気孔８１を形成している最中の軸方向の一部断面図である。また、図５（ｂ）は、内周側縁部９０、及び外周側空気孔８１形成後の電磁鋼板４１における外周側空気孔８１の中心軸を通過する軸方向の一部断面図である。また、図６は、外周側空気孔８１形成時のプレスの向きと、バリの形成方向について説明する模式図である。

図５（ａ）に示すように、電磁鋼板４１に内周側縁部９０及び外周側空気孔８１を形成する際には、電磁鋼板４１のＸ方向の表側面（一方側面）４１ａにパンチ（可動型）５１を対向させ、電磁鋼板４１のＸ方向の裏側面（他方側面）４１ｂをダイ（固定型）５２により支持する。パンチ５１には、Ｘ方向から見たときに、外周側空気孔８１形成箇所に重なる箇所にＸ方向に延在する外周側空気孔形成部５１ａが設けられ、ダイ５２には、外周側空気孔形成部５１ａにＸ方向に重なる箇所に、外周側空気孔形成部５１ａの先端側を収容可能な凹部５２ａが設けられる。電磁鋼板４１を表側面４１ａ側から矢印Ｆで示す方向にパンチ５１で打ち抜くことで、ロータ収容孔３５及び外周側空気孔８１を形成する。図５（ｂ）に示すように、パンチ５１での電磁鋼板４１の打ち抜き後、ダイ５２により支持されていた電磁鋼板４１の内周側縁部（ロータ収容孔３５及びスロット３３の縁部）９０には、せん断加工によるバリ７１が生成され、外周側空気孔８１の開口縁部には、せん断加工によるバリ７２が生成される。バリ７１,７２は、電磁鋼板４１の裏側面４１ｂからＸ方向一方側（図５における下側）に突出する。図６に示すように、外周側空気孔８１形成時には、プレスで電磁鋼板４１に矢印Ｇで示す表側から裏側への力が作用する。その結果、外周側空気孔８１にＸ方向一方側（図６における下側）に突出するバリ７２が生成される。

次に、電磁鋼板４１に、外周側縁部９１（図２参照）、及び内周側空気孔８０を形成する方法について説明する。図７（ａ）は、電磁鋼板４１に、外周側縁部９１、及び内周側空気孔８０を形成している最中の軸方向の一部断面図である。また、図７（ｂ）は、外周側縁部９１、及び内周側空気孔８０形成後の電磁鋼板４１における内周側空気孔８０の中心軸を通過する軸方向の一部断面図である。

外周側縁部９１、及び内周側空気孔８０を形成する際には、図７（ａ）に示すように、電磁鋼板４１の表側面４１ａにパンチ６１を対向させ、電磁鋼板４１の裏側面４１ｂをダイ６２により支持する。ダイ６２には、Ｘ方向から見たときに、内周側空気孔８０形成箇所に重なる箇所にＸ方向に延在する内周側空気孔形成部６２ａが設けられ、パンチ６１には、内周側空気孔形成部６２ａにＸ方向に重なる箇所に、内周側空気孔形成部６２ａの先端側を収容可能な凹部６１ａが設けられる。そして、電磁鋼板４１を矢印Ｈで示す方向に表側面４１ａ側からパンチ６１で打ち抜くと、外周側縁部９１及び内周側空気孔８０が形成される。パンチ６１で打ち抜かれた電磁鋼板４１の外周側縁部９１には、せん断加工によるバリ７３が生成される。また、内周側空気孔８０の開口縁部には、せん断加工によるバリ７４が生成される。バリ７３,７４は、電磁鋼板４１の表側面４１ａからＸ方向他方側（図７における上側）に突出する。

図５〜図７で説明した電磁鋼板４１の打ち抜き加工によりコアプレート３０が製造される。その際には、パンチ５１で打ち抜く工程を先に行ってからパンチ６１で打ち抜く工程を後に行うことも可能であるし、パンチ６１で打ち抜く工程を先に行ってからパンチ５１で打ち抜く工程を後に行うことも可能である。

コアプレート３０の製造後は、バリ７１〜７４を取り除くことなく、複数のコアプレート３０を、上述の第１状態と上述の第２状態とがＸ方向で交互に現れるようにＸ方向に積層する。そして、積層されたコアプレート３０間に樹脂（例えばワニス）等の接着材料を含浸してＸ方向に隣り合うコアプレート３０を接着する。

図８及び図９は、ステータコア１０において４つのコアプレート３０が積層された部分における接着材料含浸中の軸方向の断面図である。また、図１０は、従来のステータコア１１０の平面図であり、図１１は、図１０のＯ-Ｏ線断面の一部であり、従来のステータコア１１０における図９に対応する図である。

なお、図８の紙面において上側に位置する２つのコアプレート３０の断面図は、図３のＢ-Ｂ線断面図であり、図８の紙面において下側に位置する２つのコアプレート３０の断面図は、図３のＣ-Ｃ線断面図である。また、図９の紙面において上側に位置する２つのコアプレート３０の断面図は、図３のＤ-Ｄ線断面図であり、図９の紙面において下側に位置する２つのコアプレート３０の断面図は、図３のＥ-Ｅ線断面図である。また、図８で最も上側に図示されているコアプレート３０は、図３で最も上に図示されているコアプレート３０に対応し、図９で最も上側に図示されているコアプレート３０は、図３で上から２番目に配設されているコアプレート３０に対応する。以下、図８〜図１１を用いて、ステータコア１０における接着材料含浸動作及び作用効果について説明する。

図１１に示すように、従来のステータコア１１０では、内周側開口１８５が設けられる軸方向隙間における径方向外周側が、向き合う２つの外周側のバリ１７３によって塞がれ、逆に、外周側開口１８６が設けられる軸方向隙間における径方向内周側が、向き合う２つの内周側のバリ１７１によって塞がれる。したがって、接着材料１７７の含浸時に、接着材料１７７が矢印Ｐ方向に外周側開口１８６を介して外周側から内周側に移動したとき、接着材料１７７に押し出されて内周側に流動する空気が、向き合う２つの内周側のバリ１７１によって外部に抜けにくくなることがある。そして、２つのコアプレート１３０の軸方向隙間の内周側に空気溜まり１７４が生成して、接着材料１７７が内周側の隅まで行き渡りにくいことがある。また、接着材料１７７が矢印Ｑ方向に内周側開口１８５を介して内周側から外周側に移動したとき、接着材料１７７に押し出されて外周側に流動する空気が、向き合う２つの外周側のバリ１７３によって外部に抜けにくくなることがある。そして、２つのコアプレート１３０の軸方向隙間の外周側に空気溜まり１７５が生成して、接着材料１７７が外周側の隅まで行き渡りにくいことがある。

これに対し、ステータコア１０では、図８に示すように、接着材料７７の含浸時に、接着材料７７が矢印Ｉ方向に外周側開口８６を介して外周側から内周側に移動すると、接着材料７７に押し出されて内周側に流動した空気が、矢印Ｊ,Ｋに示す方向に、内周側空気孔８０を通過してＸ方向に隣り合うコアプレート３０間の軸方向隙間に流動した後、外部に流出し、コアプレート３０間の軸方向隙間の内周側に空気溜まりが生成しにくくなる。また、逆に、図９に示すように、接着材料７７が矢印Ｌ方向に内周側開口８５を介して内周側から外周側に移動すると、接着材料７７に押し出されて外周側に流動した空気が、矢印Ｍ,Ｎに示す方向に、外周側空気孔８１を通過してＸ方向に隣り合うコアプレート３０間の軸方向隙間に流動した後、外部に流出し、コアプレート３０間の軸方向隙間の外周側に空気溜まりが生成しにくくなる。よって、接着材料７７が軸方向に隣り合うコアプレート１３０間のＲ方向の隅まで行き渡り易くて、コアプレート３０同士の接着をより確実に実行できる。

更には、コアプレート３０において、内周側空気孔８０と外周側空気孔８１が、ティース３２の周方向の中心に対して互いに逆側の領域に設けられ、さらに、内周側空気孔８０がティース３２の周方向一方側に位置している第１状態のコアプレート３０と、内周側空気孔８０がティース３２の周方向他方側に位置している第２状態のコアプレート３０がＸ方向に交互に配設される。したがって、複数のコアプレート３０が積層されている状態で、内周側空気孔８０がＸ方向に重なることがなく、外周側空気孔８１もＸ方向に重なることがない。よって、内周側空気孔８０の開口縁部に形成されるバリ７４がＸ方向に向き合って空気の流動経路を塞ぐことがなく、外周側空気孔８１の開口縁部に形成されるバリ７２がＸ方向に向き合って空気の流動経路を塞ぐこともない。その結果、空気が内周及び外周側空気孔８０,８１を介して外部に円滑に流出し易くなり、この点からも接着材料７７がＸ方向に隣り合うコアプレート３０間を隅まで行き渡り易くなる。

尚、本発明は、上記実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載された事項およびその均等な範囲において種々の改良や変更が可能である。

例えば、上記実施形態では、外周側空気孔８１が、ヨーク３１に設けられる場合について説明したが、外周側空気孔は、内周側空気孔よりも外周側に設けられればよく、ティースに設けられてもよい。また、コアプレートには、内周及び外周側空気孔以外にも空気抜き用の貫通孔が設けられてもよく、コアプレートがティースをＮ個（Ｎは整数）有する場合、コアプレートに、２Ｎ個よりも多い数の空気抜き穴（内周及び外周側空気孔も含む）が設けられてもよい。

１ステータ、１０ステータコア、１１ヨーク、１２ティース、３０コアプレート、７１, ７２, ７３, ７４バリ、８０内周側空気孔、８１外周側空気孔、９０内周側縁部、９１外周側縁部、Ｘ厚さ方向、 θ 周方向、Ｒ径方向、 α ティースの中心。

Claims

環状のヨーク、及び周方向に互いに間隔をおいた状態で前記ヨークから径方向の内側に突出する複数のティースを有するステータコアを備え、
前記ステータコアは、厚さ方向に積層された複数のコアプレートを含み、
前記コアプレートは、
前記厚さ方向の一方側に突出するバリを有する内周側縁部と、
前記厚さ方向の他方側に突出するバリを有する外周側縁部と、
前記厚さ方向の他方側に突出するバリが開口縁部に設けられ、前記周方向において前記ティースの中心に対して前記ティースの片側に位置すると共に、前記径方向において前記ティースの内周側に位置する内周側空気孔と、
前記厚さ方向の一方側に突出するバリが開口縁部に設けられ、前記周方向において前記ティースの中心に対して前記ティースの前記片側とは反対側に位置すると共に、前記径方向において前記内周側空気孔よりも外周側に位置する外周側空気孔と、を有し、
前記内周側空気孔が前記ティースにおいて前記周方向の一方側に位置している第１状態の前記コアプレートと、前記第１状態を裏返した状態であって、前記内周側空気孔が前記ティースにおいて前記周方向の他方側に位置している第２状態の前記コアプレートが前記厚さ方向に交互に配設される、回転電機のステータ。