JP7491261B2 - ステータ - Google Patents

Description

本発明は、コアバックとティースとに分割されたステータコアを備えるステータに関する。

ステータは、回転電機の固定部分であって、鋼板が積層されたステータコアと、ステータコアに巻かれるステータコイルとを備える。ステータコアは、環状のバックヨーク（コアバック）と、バックヨークの内周側から突出して設けられるティースとを有する。

分割されたステータコア（分割コア）は、例えばバックヨークとティースとが分割されて構成される。特許文献１には、環状のバックヨークの内周に沿って複数の凹部を設け、ティースの基端部をバックヨークの凹部に嵌合した分割コアが開示されている。

特開２０１９－０６８６５７号公報

ところで、ステータコアは、焼き嵌め等の圧入によって回転電機のケースに固定される。このとき、ステータコアに圧入による径方向の加圧力が作用することによってステータコアに面内応力が発生し、ステータコアの鉄損が増加する。

上述したコアバックとティースとに分割されたステータコアにおいては、圧入によってケースに固定された状態では、コアバック及びティースのそれぞれに面内応力が発生し、ステータコアの鉄損が増加する。

そこで、本発明は、コアバックとティースとに分割されたステータコアにおいてコアバック及びティースのそれぞれの鉄損を抑制することができるステータを提供することを目的とする。

本発明に係るステータは、環状のコアバックと、コアバックの内周側から突出して設けられるティースと、に分割されたステータコアと、コアバック及びティースを軸方向に締め付け押圧するエンドプレートと、を備えることを特徴とする。

本発明に係るステータにおいて、コアバックは、ティースよりも鉄損が大きく、エンドプレートのコアバックを締め付け押圧する面は、エンドプレートのティースを締め付け押圧する面よりもステータコアに向かって突出していることが好ましい。

本発明に係るステータにおいて、コアバックは、ティースよりも鉄損が大きく、エンドプレートによって締め付け押圧される前のコアバックの軸方向の長さは、エンドプレートによって締め付け押圧される前のティースの軸方向の長さよりも長いことが好ましい。

本発明のステータによれば、コアバックとティースとに分割されたステータコアのコアバック及びティースのそれぞれに面外応力を発生させてコアバック及びティースのそれぞれの鉄損を抑制することができる。

実施形態に係る回転電機を示す模式図である。 実施形態の一例であるステータを示す斜視図である。 ステータコアの面内応力及び面外応力と鉄損との関係を示すグラフ図である。 実施形態の他の一例であるステータを示す斜視図及びＡＡ断面図である。 実施形態の他の一例であるステータを示す斜視図及びＢＢ断面図である。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。以下の説明において、具体的な形状、材料、方向、数値等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等に合わせて適宜変更することができる。

図１及び図２を用いて、実施形態の一例であるステータ２０を備える回転電機１０について説明する。図１は、回転電機１０を示す模式図である。図２は、ステータ２０のステータコア２１を示す斜視図である。以下では、回転電機１０の回転軸１１を軸方向とした周方向及び径方向に従って説明する。

回転電機１０は、本発明に係るステータ２０を備える装置である。回転電機１０は、ハイブリッド車両、電気自動車等の電動車両に搭載される。回転電機１０は、力行時にはバッテリ（図示なし）から供給された電力によりモータとして機能して電動車両の車輪を駆動し、制動時には発電機として機能して回生エネルギーを回収してバッテリを充電する。

回転電機１０は、回転軸１１と、回転軸１１に固設された回転子としてのロータ１２と、ロータ１２と相互作用によって回転モーメントを発生させる固定子としてのステータ２０と、回転軸１１、ロータ１２及びステータ２０を収容するケース１３と、後述するステータコア２１をケース１３に固定する複数のボルト１４とを備える。

ロータ１２には、複数の永久磁石（図示なし）が配設されている。ロータ１２は、後述するステータコイル２３に駆動電流が供給されると、供給された駆動電流によってステータコイル２３に発生した電磁力によってステータ２０に対して回転する。

ステータ２０は、上述したようにロータ１２と相互作用によって回転モーメントを発生させる。ステータ２０では、詳細は後述するが、エンドプレート２２によって後述するステータコア２１のコアバック２５及びティース２６の軸方向両端部を締め付け押圧することによってステータコア２１の鉄損を抑制することができる。

ステータ２０は、鋼板が積層されて構成されたステータコア２１と、ステータコア２１の軸方向の少なくとも一端側（本例では両端側）に設けられたエンドプレート２２と、ステータコア２１のスロット（後述するティース２６間の周方向の隙間）に巻かれたステータコイル２３とを有する。

図２に示すように、ステータコア２１は、上述したように薄い鋼板を積層して構成され、複数のスロットが内側に形成され、スロットにはステータコイル２３が挿入される。ステータコア２１は、環状に構成されるコアバック２５と、コアバック２５の内周側から突出して設けられるティース２６とを有する。

ステータコア２１は、コアバック２５とティース２６とを分割することによって構成されている。より詳細には、ステータコア２１では、コアバック２５の内周に沿って複数の凹部２５Ａが形成され、ティース２６の基端部が凹部２５Ａに嵌合されている。

エンドプレート２２は、非磁性体で構成される環状のプレートである。エンドプレート２２は、ステータコア２１の軸方向の両端側に設けられる。また、エンドプレート２２は、径方向においてコアバック２５及びティース２６に亘ってそれぞれ設けられる。エンドプレート２２は、後述するボルト１４によってステータコア２１と共にケース１３に締結される。

ステータコア２１及びエンドプレート２２がケース１３に固定された状態では、ステータコア２１がエンドプレート２２によって締め付け押圧され、積層されたステータコア２１に軸方向の加圧力が作用する。換言すれば、コアバック２５及びティース２６がエンドプレート２２によって締め付け押圧され、コアバック２５及びティース２６に軸方向の加圧力が作用する。これにより、詳細は後述するが、コアバック２５及びティース２６に面外応力が発生して、ステータコア２１の鉄損を抑制することができる。

ボルト１４は、ステータコア２１の貫通孔及びエンドプレート２２の貫通孔を貫通してケース１３に螺合され、ステータコア２１、エンドプレート２２及びケース１３を締結して、ステータコア２１及びエンドプレート２２をケース１３に固定する。

図３を用いて、ステータコア２１の面内応力及び面外応力と鉄損との関係について説明する。

図３（Ａ）のグラフに示すように、ステータコア２１をケース１３に固定する前において、ステータコア２１は、ステータコア２１の材質に起因する鉄損を有している。

ステータコア２１をケース１３に固定する際には、焼き嵌め等の圧入が行われる。このとき、ステータコア２１には径方向に加圧力が作用するため面内応力が発生する。ここで、面内応力とは、鋼板の径方向に作用する加圧力による鋼板面内に発生する応力である。図３（Ｂ）のグラフに示すように、ステータコア２１に面内応力が発生した場合には、ステータコア２１の鉄損が増加する。

しかし、図３（Ｃ）のグラフに示すように、ステータコア２１に面外応力が発生した場合には、鉄損が抑制されることが確認されている。ここで、面外応力とは、鋼板の軸方向に作用する加圧力による鋼板面内に発生する応力である。そのため、ステータコア２１に面内応力が発生している状態において、ステータコア２１に軸方向に加圧力を作用させることによって面外応力を発生させて、ステータコア２１の鉄損を抑制することができる。

本例では、コアバック２５とティース２６とが分割されたステータコア２１において、ステータコア２１及びエンドプレート２２がケース１３に固定された状態では、コアバック２５及びティース２６がエンドプレート２２によって締め付け押圧され、コアバック２５及びティース２６に軸方向の加圧力が作用する。これにより、コアバック２５及びティース２６に面外応力が発生して、コアバック２５及びティース２６のそれぞれの鉄損を抑制することができる。その結果、ステータコア２１の鉄損を抑制することができる。

以下では、ステータコア２１において、コアバック２５とティース２６とが異なる材質で構成され、コアバック２５とティース２６との鉄損が異なる例について説明する。より詳細には、ステータコア２１において、コアバック２５の鉄損がティース２６の鉄損よりも大きくなるように構成されている。本例では、コアバック２５を構成する鋼板として電磁鋼板が好適に用いられる。また、ティース２６を構成する鋼板としてアモルファス金属又はナノ結晶が好適に用いられる。

そして、以下では、上述したコアバック２５とティース２６とが分割されたステータコア２１において、上述したようにコアバック２５の鉄損がティース２６の鉄損よりも大きい場合に、コアバック２５の鉄損抑制量をティース２６の鉄損抑制量よりも大きくする例について説明する。

図４を用いて、実施形態の他の一例であるステータについて詳細に説明する。図４は、ステータコア３１を示す斜視図及びＡＡ断面図である。

ステータは、上述したように、鋼板が積層されて構成されたステータコア３１と、ステータコア３１の軸方向の両端側に設けられたエンドプレート３２とを有する。また、上述したように、ステータコア３１は、コアバック３５とティース３６とが分割されて構成されている。

エンドプレート３２は、エンドプレート３２のステータコア３１と対向する面がコアバック３５を締め付け押圧する対向面３２Ａと、ティース２６を締め付け押圧する対向面３２Ｂとからなる段差を有して形成され、対向面３２Ａが対向面３２Ｂよりもステータコア３１に向かって突出している。

上述のように構成することによって、ボルト１４によってステータコア３１、エンドプレート３２及びケース１３を締結して（図１参照）、エンドプレート３２によってステータコア３１の軸方向に締め付け加圧力が作用した際には、コアバック３５の圧縮量がティース３６の圧縮量よりも大きくなり、コアバック３５に発生する面外応力がティース２６に発生する面外応力よりも大きくなる。

なお、図４では、エンドプレート３２の対向面３２Ａと対向面３２Ｂとの段差を極端に拡大して示しており、締め付け押圧されて形成されたコアバック３５とティース３６との段差も極端に拡大して示している。

このとき、上述したように、コアバック３５の鉄損がティース３６の鉄損よりも大きいため、コアバック３５にティース３６よりも大きい面外応力を発生させることによって、鉄損の大きさに応じた面外応力を発生させて、鉄損の大きさに応じて鉄損を抑制することができる。

このようにして、エンドプレート３２のコアバック３５を締め付け押圧する対向面３２Ａをエンドプレート３２のティース３６を締め付け押圧する対向面３２Ｂよりもステータコア３１に向かって突出して形成することによって、ティース３６よりも鉄損の大きいコアバック３５について、ティース３６よりも鉄損を抑制することができる。

図５を用いて、実施形態の他の一例であるステータについて詳細に説明する。図５は、ステータコア４１を示す斜視図及びＢＢ断面図である。

ステータは、上述した実施形態と同様に、鋼板が積層されて構成されたステータコア４１と、ステータコア４１の軸方向の両端側に設けられたエンドプレート４２（図示なし）とを有する。また、上述したように、ステータコア４１は、コアバック４５とティース４６とを分割することによって構成されている。

ステータコア４１では、ケース１３に固定される前、即ち、エンドプレート４２によって締め付け押圧される前のコアバック４５の軸方向の長さ（高さＨ１）は、エンドプレート４２によって締め付け押圧される前のティース４６の軸方向の長さ（高さＨ２）よりも長い。

上述のように構成することによって、ボルト１４によってステータコア４１、エンドプレート４２及びケース１３を締結して（図１参照）、エンドプレート４２によってステータコア４１の軸方向に加圧力が作用した際には、コアバック４５の圧縮量がティース４６の圧縮量よりも大きくなり、コアバック４５に発生する面外応力がティース４６に発生する面外応力よりも大きくなる。

このとき、上述したように、コアバック４５の鉄損がティース４６の鉄損よりも大きいため、コアバック４５にティース４６よりも大きい面外応力を発生させることによって、鉄損の大きさに応じた面外応力を発生させて、鉄損の大きさに応じて鉄損を抑制することができる。

このようにして、エンドプレート４２によって締め付け押圧される前のコアバック４５の軸方向の長さをエンドプレート４２によって締め付け押圧される前のティース４６の軸方向の長さよりも長く構成することによって、ティース４６よりも鉄損の大きいコアバック４５について、ティース４６よりも鉄損を抑制することができる。

なお、図５では、締め付け押圧される前のコアバック４５とティース４６との高低差を極端に拡大して示している。

なお、本発明は上述した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の範囲内において種々の変更や改良が可能であることは勿論である。

１０ 回転電機、１１ 回転軸、１２ ロータ、１３ ケース、１４ ボルト、２０ ステータ、２１ ステータコア、２２ エンドプレート、２３ ステータコイル、２５ コアバック、２５Ａ 凹部、２６ ティース、３１ ステータコア、３２ エンドプレート、３２Ａ 対向面、３２Ｂ 対向面、３５ コアバック、３６ ティース４１ ステータコア、４２ エンドプレート、４５ コアバック、４６ ティース

Claims (2)

1. 環状のコアバックと、前記コアバックの内周側から突出して設けられるティースと、に分割されたステータコアと、
   前記コアバック及び前記ティースを軸方向に締め付け押圧するエンドプレートと、
   を備え、
   前記コアバックは、前記ティースよりも鉄損が大きく、
   前記エンドプレートの前記コアバックを締め付け押圧する面は、前記エンドプレートの前記ティースを締め付け押圧する面よりも前記ステータコアに向かって突出している、
   ステータ。
2. 請求項１に記載のステータであって、
   前記コアバックは、前記ティースよりも鉄損が大きく、
   前記エンドプレートによって締め付け押圧される前の前記コアバックの軸方向の長さは、前記エンドプレートによって締め付け押圧される前の前記ティースの軸方向の長さよりも長い、
   ステータ。

Images