JP7424439B1

JP7424439B1 - 回転電機

Info

Publication number: JP7424439B1
Application number: JP2022152672A
Authority: JP
Inventors: 拓植松; 茂夫桜井
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 2022-09-26
Filing date: 2022-09-26
Publication date: 2024-01-30
Anticipated expiration: 2042-09-26
Also published as: JP2024047186A; WO2024070454A1

Abstract

【課題】風損を低減するための樹脂被覆層の剥がれを抑制できる回転電機を提供する。【解決手段】ロータとステータを備える回転電機において、ロータおよびステータの一方は、ロータおよびステータの他方と対向する周面に形成され、周方向と交差する方向に延びる溝部と、溝部を被覆する樹脂製の被覆部と、を有する。溝部は、第１位置の溝幅に対して第１位置よりも開口から径方向に離れた第２位置の溝幅が広く形成された抜け止め部を含む。抜け止め部は、溝部に充填された樹脂材料を係止して被覆部を抜け止めする。【選択図】図３

Description

本発明は、回転電機に関する。

従来から回転電機の機械的損失の一つとして、ロータとロータ近傍の空気との摩擦抵抗で生じる風損が知られている。風損は、ロータやステータの表面形状に凹凸があるとより大きくなる。例えば、コイルを収容するステータのスロットや、トルクリプルの軽減のためにステータ表面やロータ表面に形成される溝などは、ロータの回転時に渦流を生じさせることで風損の増加要因となる。例えば、特許文献１には、回転電機の風損を低減するために、凹凸を埋める樹脂製の被覆層をステータの内周側に形成し、ステータの内周面を平坦化する構成も提案されている。

特開２０１６－１８５０３２号公報

特許文献１のように、ステータ表面に樹脂被覆層を形成して風損を抑制する場合、振動や遠心力などの外力によって樹脂被覆層がステータ表面から剥がれやすい。

本発明は、上記の状況に鑑みてなされたものであって、風損を低減するための樹脂被覆層の剥がれを抑制できる回転電機を提供する。

本発明の一態様は、ロータとステータを備える回転電機である。ステータは、ロータと対向する周面に形成され、周方向と交差する方向に延びる溝部と、溝部を被覆する樹脂製の被覆部と、を有する。溝部は、第１位置の溝幅に対して第１位置よりも開口から径方向に離れた第２位置の溝幅が広く形成された抜け止め部を含む。抜け止め部は、溝部に充填された樹脂材料を係止して被覆部を抜け止めする。

上記の溝部は、ステータのティース部の先端に形成されてもよく、被覆部は、ステータの内周側の全周に形成されてもよい。
また、被覆部の樹脂材料は、ステータのスロット内をさらに被覆し、スロット内に配置されるコイルとステータを絶縁してもよい。
また、スロットは、コイルの外径側に冷媒を流す流路を有していてもよい。

本発明の一態様によれば、風損を低減するための樹脂被覆層の剥がれを抑制できる回転電機を提供できる。

本実施形態の回転電機の構成例を示す図である。図１の部分拡大図である。図２の破線で囲んだ箇所の拡大図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
実施形態では説明を分かり易くするため、本発明の主要部以外の構造や要素については、簡略化または省略して説明する。また、図面において、同じ要素には同じ符号を付す。なお、図面に示す各要素の形状、寸法などは模式的に示したもので、実際の形状、寸法などを示すものではない。

以下の説明では、回転軸Ａｘの延長方向と平行な方向を軸方向と称し、回転軸Ａｘを中心とする周方向を単に周方向と称し、回転軸Ａｘを中心とする径方向を単に径方向と称する。また、以下の説明において、「軸方向に延びる」とは、厳密に軸方向に延びる場合に加えて、軸方向に対して、４５°未満の範囲で傾いた方向に延びる場合も含む。また、本明細書において、「径方向に延びる」とは、厳密に径方向、すなわち、軸方向に対して垂直な方向に延びる場合に加えて、径方向に対して、４５°未満の範囲で傾いた方向に延びる場合も含む。また「平行」とは、厳密に平行な場合に加えて、互いに成す角が４５°未満の範囲で傾いた場合も含む。

図１は、本実施形態の回転電機の構成例を示す図である。図２は、図１の部分拡大図である。図１、図２は、回転電機において回転軸Ａｘに直交する方向の横断面を示している。

図１に示す回転電機１は、一例として車両用モータなどに適用されるインナーロータ型モータである。回転電機１は、ロータ２と、ロータ２の外周に配置される円筒形状のステータ３とを有する。図１、図２において、回転電機１の回転軸Ａｘの延長方向は紙面垂直方向である。

ロータ２は、例えば磁石埋込型または表面磁石型のロータである。ロータ２は、例えば複数の電磁鋼板を軸方向に積層して全体形状が円筒形状をなすロータコア４を有する。ロータコア４には、周方向に沿って等間隔に主磁極が構成されるように複数の永久磁石（不図示）が配置されている。また、ロータコア４の中心には、回転軸Ａｘに沿ってロータコア４を軸方向に貫通するようにシャフト５が嵌入されている。シャフト５は、図示しない軸受により軸支されている。

ロータコア４の外周には、トルクリプルの軽減のためにそれぞれ軸方向に延びる溝４ａが形成されている。溝４ａは、ロータ２の周方向に等間隔をあけて並列して複数形成されている。なお、複数の溝４ａは、軸方向に対して傾いてスキュー状に形成されていてもよい。

また、ロータコア４の外周には、樹脂製のロータ被覆層６が形成されている。ロータ被覆層６は、ロータコア４の外周面および溝４ａを被覆し、溝４ａの隙間を埋めてロータ２の外周面を軸方向からみたときに均一な円形にする機能を担う。ロータ被覆層６は、例えば熱硬化性樹脂で形成され、磁束を透過させる非磁性体である。

ステータ３は、回転軸Ａｘを中心とする中央の空間部分にロータ２を収容する。すなわち、ステータ３は、ロータ２の外周に僅かなエアギャップを隔ててロータ２と同心状に配置される。

ステータ３は、ステータコア７と、コイル８と、樹脂製のステータ被覆層９とを有する。ステータコア７は、図１に示す形状に打ち抜いた複数の電磁鋼板を軸方向に積層して形成される。ステータコア７は、径方向外側で周方向全周に亘って形成されるヨーク部７ａと、ヨーク部７ａの内周側から径方向内側に延びる複数のティース部７ｂとを有する。

複数のティース部７ｂは、周方向に等間隔をおいて複数並んで設けられている。また、隣り合うティース部７ｂの間には、それぞれスロットが形成される。各々のスロットには、ロータ２の外周に沿って、例えば分布巻きや集中巻きでコイル８が装着されている。これにより、ステータ３には、周方向に沿ってコイル８により等間隔に磁極が構成される。回転電機１においては、コイル８の電流制御でステータ３の磁界を順番に切り替えることで、ロータ２にはステータ３の磁界との吸引力または反発力が生じる。これにより、回転軸Ａｘを中心としてロータ２が回転し、回転電機１が駆動する。

また、図２に示すように、径方向内側に位置するティース部７ｂの先端部には、周方向両側に拡がるツバ部７ｃが形成されている。また、ティース部７ｂの先端部において、ロータ２の外周に対向する面には、トルクリプルの軽減のために軸方向に延びる溝７ｄが形成されている。

ステータ被覆層９は、ステータコア７のティース部７ｂの先端と、各スロットを被覆する樹脂層であって、絶縁性を有し非磁性体である樹脂材料（例えば、熱硬化性樹脂）で形成される。なお、ステータ被覆層９の樹脂材料は、ロータ被覆層６の樹脂材料と同じであってもよく、異なっていてもよい。

図２に示すように、ステータ被覆層９は、ステータ３の径方向内側の位置では周方向全周に亘って環状に形成されている。具体的には、ステータ３の径方向内側では、ティース部７ｂの先端部と、隣り合うティース部７ｂの隙間がステータ被覆層９で被覆される。そして、ロータ２の外周に臨むステータ３の内周面は、軸方向から見たときにステータ被覆層９によって均一な円形に形成される。

これにより、ステータ３の内周にスロットの凹部やティース部７ｂの先端の溝７ｄはステータ被覆層９の樹脂材料で埋められて外側に露出せず、ステータ３の内周面はステータ被覆層９により周方向に均一となる。また、ステータ３の内周側をステータ被覆層９で全周に亘って被覆することで、スロットの凹部の位置に樹脂のバリが形成されることも抑制される。

また、ステータ被覆層９はスロット内でティース部７ｂの表面およびヨーク部７ａの表面を薄膜状に被覆する。これにより、スロット内のステータ被覆層９は、ステータコア７とコイル８を絶縁する機能を担う。また、各スロットにおいてコイル８とヨーク部７ａの間には径方向に所定長さの隙間１０が設けられる。コイル８とヨーク部７ａの隙間１０は、軸方向に延びてステータ３を貫通しており、コイル８を冷却する冷媒（例えばオイルなど）をステータ３の軸方向に流すための流路として機能する。

図３は、図２の破線で囲んだ箇所の拡大図である。ステータ３に形成されている溝７ｄには、ステータ被覆層９の樹脂材料が充填されている。軸方向と直交する横断面において、溝７ｄは、内径側の第１位置の溝幅ｗ１１（径方向と直交方向の幅）に対して、第１位置よりも開口から離れた外径側の第２位置の溝幅ｗ１２が広く形成されている抜け止め部７ｅを有している（ｗ１１＜ｗ１２）。そのため、ステータ被覆層９に対して内径側へ引き抜く外力がかかると、抜け止め部７ｅの樹脂材料が溝幅の狭い第１位置で係止されて引き抜き方向の力への抵抗となる。したがって、溝７ｄの抜け止め部７ｅによりステータ被覆層９がステータ３の内周側に剥離しにくくなる。

同様に、ロータ２に形成されている溝４ａには、ロータ被覆層６の樹脂材料が充填されている。軸方向と直交する横断面において、溝４ａは、外径側の第１位置の溝幅ｗ２１（径方向と直交方向の幅）に対して、第１位置よりも開口から離れた内径側の第２位置の溝幅ｗ２２が広く形成されている抜け止め部４ｂを有している（ｗ２１＜ｗ２２）。そのため、ロータ被覆層６に対して外径側へ引き抜く外力がかかると、抜け止め部４ｂの樹脂材料が溝幅の狭い第１位置で係止されて引き抜き方向の力への抵抗となる。したがって、溝４ａの抜け止め部４ｂによりロータ被覆層６がロータ２の外周側に剥離しにくくなる。

以上のように、本実施形態の回転電機１において、ステータ３は、ロータ２と対向する内周面に形成され、周方向と交差する軸方向に延びる溝７ｄと、溝７ｄを被覆する樹脂製のステータ被覆層９と、を有する。溝７ｄの形成により、回転電機１のトルクリプルが抑制され、ステータ被覆層９によってステータ３の内周面が周方向に均一になり、溝７ｄやスロットによる風損が抑制される。
また、溝７ｄは、第１位置の溝幅ｗ１１に対して第１位置よりも開口から径方向外側に離れた第２位置の溝幅ｗ１２が広く形成された抜け止め部７ｅを含む。抜け止め部７ｅは、溝７ｄに充填された樹脂材料を係止してステータ被覆層９を抜け止めする。これにより、風損を低減するためのステータ被覆層９の剥がれが抑制される。

また、ロータ２は、ステータ３と対向する外周面に形成され、周方向と交差する軸方向に延びる溝４ａと、溝４ａを被覆する樹脂製のロータ被覆層６と、を有する。溝４ａの形成により、回転電機１のトルクリプルが抑制され、ロータ被覆層６によってロータ２の外周面が周方向に均一になり、溝４ａによる風損が抑制される。
また、溝４ａは、第１位置の溝幅ｗ２１に対して第１位置よりも開口から径方向内側に離れた第２位置の溝幅ｗ２２が広く形成された抜け止め部４ｂを含む。抜け止め部４ｂは、溝４ａに充填された樹脂材料を係止してロータ被覆層６を抜け止めする。これにより、風損を低減するためのロータ被覆層６の剥がれが抑制される。

本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行ってもよい。
例えば、上記実施形態では回転電機１がモータである場合について説明したが、回転電機１は発電機であってもよい。

上記実施形態では、ロータ２とステータ３のそれぞれに抜け止め部を有する溝を形成する例を説明した。しかし、抜け止め部を有する溝はロータ２またはステータ３のいずれか一方に形成されていてもよい。さらに、ロータ２やステータ３において、周方向の一部の溝が抜け止め部を有していてもよく、必ずしもすべての溝が抜け止め部を有していなくてもよい。

また、ロータ２に形成されるロータ被覆層６は、ロータコア４の周方向において溝４ａの位置に部分的に形成されるものであってもよい。

また、抜け止め部を有する溝の形状は、上記実施形態および図３の例に限定されない。例えば、軸方向に直交する溝の横断面形状が、溝奥が幅広で開口に近づくにつれて溝幅が狭まってゆくくさび状であってもよい。また、溝の横断面形状は、径方向に対して必ずしも線対称の形状でなくてもよく、例えば、溝の片側にのみ内側に突出する部位が形成されていてもよい。

加えて、今回開示された実施形態は、全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及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１…回転電機、２…ロータ、３…ステータ、４…ロータコア、４ａ…溝、４ｂ…抜け止め部、５…シャフト、６…ロータ被覆層、７…ステータコア、７ａ…ヨーク部、７ｂ…ティース部、７ｃ…ツバ部、７ｄ…溝、７ｅ…抜け止め部、８…コイル、９…ステータ被覆層、１０…隙間

Claims

ロータとステータを備える回転電機であって、
前記ステータは、
前記ロータと対向する周面に形成され、周方向と交差する方向に延びる溝部と、
前記溝部を被覆する樹脂製の被覆部と、を有し、
前記溝部は、第１位置の溝幅に対して前記第１位置よりも開口から径方向に離れた第２位置の溝幅が広く形成された抜け止め部を含み、
前記抜け止め部は、前記溝部に充填された樹脂材料を係止して前記被覆部を抜け止めする
回転電機。
前記溝部は、前記ステータのティース部の先端に形成され、
前記被覆部は、前記ステータの内周側の全周に形成される
請求項１に記載の回転電機。
前記被覆部の樹脂材料は、前記ステータのスロット内をさらに被覆し、前記スロット内に配置されるコイルと前記ステータを絶縁する
請求項２に記載の回転電機。
前記スロットは、前記コイルの外径側に冷媒を流す流路を有する
請求項３に記載の回転電機。