KR20140128368A

KR20140128368A - 모터의 스테이터 코어

Info

Publication number: KR20140128368A
Application number: KR1020147024013A
Authority: KR
Inventors: 요헤이 가메다; 가즈오 이와타; 겐 오쿠라; 요시키 오노
Original assignee: 닛폰 하츠죠 가부시키가이샤
Priority date: 2012-02-14
Filing date: 2013-02-14
Publication date: 2014-11-05
Also published as: KR101636463B1; EP2816707A4; WO2013121786A1; EP2816707A1; CN104126265A; JPWO2013121786A1; US20150001985A1

Abstract

악부를 통과하여 코일에 도달하는 자속의 누출을 억제하면서, 부품점수의 증대 없이, 조립, 부품관리를 극히 용이하게 하는 것을 가능하게 하는 모터의 스테이터 코어를 제공한다.
환형의 요크부(15) 및 이 요크부(15)의 내주에 직경방향 내측으로 돌출하는 티스부(17)를 구비한 모터의 스테이터 코어(13)에 있어서, 직경방향 내측으로 돌출하는 티스부(17)의 선단에 티스부(17)에 감겨 형성되는 코일에 직경방향으로 대향하는 악부(21)를 구비하고, 이 악부(21)에 압축잔류응력부(M)를 가지는 것을 특징으로 한다.

Description

모터의 스테이터 코어{STATOR CORE FOR MOTOR}

이 발명은 모터의 스테이터 코어에 관한 것이다.

근년 각종 전기기기, 전기자동차, 하이브리드 자동차, 로봇 등의 신기술의 진전에 동반하여, 이들에 이용되는 모터나 발전기에 요구되는 성능이 고도화되고 있다. 예를 들면, 산업용 모터, 전기자동차나 하이브리드 자동차 등에 있어서는, 고토크화, 고출력화, 스페이스 절감화 등이 요구되고 있다.

특허문헌 1에는 상기 고토크화, 고출력화, 스페이스 절감화의 요청에 응하기 위해, 스테이터 코어의 티스부에 집중감김으로 슬롯부에 수납된 스테이터 코일을 구비한 매립형 영구자석 동기회전 전기기기가 제안되어 있다. 이 기술에서는 집중감김에 의해 티스간격이 크게 되는 결과, 로터와의 자기작용에 관여하지 않는 슬롯부를 통과하는 누출자속이 크게 되기 때문에, 적어도 코일표면측에 위치하는 코일도선의 도체단면적을 작게 한 복수의 도선을 병렬하여 접속한 구성으로 하는 등에 의해, 누출자속에 의해 코일 내에서 생기는 와전류를 억제하는 것이 개시되어 있다. 더구나, 이 스테이터 코어는 복수매의 자성강판으로 적층형성되고, 각 강판의 티스부의 선단에는 로터회전방향(원주방향)을 따른 악부(鍔部)가 돌설되고 로터로부터의 자속이 직접코일에 도달하여 와전류를 생기게 하는 문제를 억제하고 있다.

그렇데 해도 악부의 코일측 테두리변부(21a)로부터 코일을 통과하여 티스(17) 테두리변에 도달하는 누출자속은 존재하므로, 본래에는 모터효율의 향상에는 충분하지는 않았다. 그래서 악부를 가지는 스테이터에서는 악부 테두리변부로부터 코일을 통과하는 누출자속을 가능한한 피하기 위해, 코일은 악부의 뿌리로부터 요크(15) 측에 가능한한 떨어지게 하여 슬롯부에 감기는 것이 바람직하지만, 이를 위해서는 악부와 코일 사이에 스페이서를 설치할 필요가 있는 등 부품점수나 공정수의 증가를 초래하거나, 코일 감김수를 희생하여 스페이스를 확보해야 하기 때문에 스테이터의 여진자극(勵振磁極)으로서의 고효율화, 나아가 모터의 소형화에의 장해가 되고 만다.

이에 대하여, 특허문헌 2에 기재된 스테이터 코어는 악부를 티스부의 선단부로부터 요크부로 향하는 방향으로 적층된 복수의 자성판에 의해 구성하고 있다. 이것에 의해, 각 자성판의 면은 로터로부터 유입하는 자속의 방향과 거의 직교하므로, 로터로부터의 자속은 각 자성판의 면을 따라서 티스부에 전도되는 것에 의해, 슬롯영역의 코일에 전달하는 자속량이 악부와의 사이에 스페이스를 두지 않아도 저감되고 있다. 그 외에도, 티스부를 통과하는 자속의 양이 증대하므로, 토크에 기여하는 자속의 양도 증대하고, 자속이 효율적으로 이용되어, 모터의 고토크화, 고출력화가 가능한 고성능의 스테이터가 얻어진다.

그러나, 적층된 복수의 자성판은 스테이터 코어와는 별체의 구성이고, 복수의 티스부 마다에 별체의 자성판을 형성할 필요 때문에, 부품점수가 현저하게 증대하여, 조립, 부품관리가 극히 번잡하게 된다는 문제가 있었다.

일본 특허 공개 제 2004-208464 호 공보 일본 특허 공개 제 2009-38904 호 공보

해결하려는 문제점은 종래의 악부를 통과하여 코일에 도달하는 자속의 누출을 억제하는 방법에서는 악부와 코일 사이의 스페이스의 확보가 필요하여 소형화의 장해가 되고, 부품점수가 현저하게 증대하고, 조립, 부품관리가 극히 번잡했었다는 점이다.

본 발명은 악부를 통과하여 코일에 도달하는 자속의 누출을 억제할 수 있으면서, 부품점수의 증대가 없고, 조립, 부품관리가 극히 용이하게 하기 위해, 환형의 요크부 및 이 요크부의 내주에 직경방향 내측으로 돌출하는 티스부를 구비한 모터의 스테이터 코어에 있어서, 상기 직경방향 내측으로 돌출한 티스부의 선단에 이 티스부에 감겨 형성되는 코일에 대향하여 로터회전방향(원주방향)을 따라서 악부를 구비하고, 티스부를 적층구성하는 단판 마다의 악부에 압축잔류응력부 또는 비자성부를 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 모터의 스테이터 코어는 상기 구성이므로, 악부의 압축잔류응력부 또는 비자성부에 의해 악부를 통과하여 코일에 도달하는 자속의 누출을 억제할 수 있어서, 고토크화, 고출력화가 가능한 고성능의 스테이터 코어를 얻는 것이 가능해 지면서도, 악부에 압축잔류응력부 또는 비자성부를 형성하는 것뿐이고, 악부와 코일 사이의 스페이스 확보도 불필요하므로, 부품점수의 증대가 없어서, 조립, 부품관리를 극히 용이하게 할 수 있다.

도 1은 전동모터의 개략을 도시하는 구성도이다. (실시예 1)
도 2는 스테이터 코어의 적층을 도시하는 요부사시도이다. (실시예 1)
도 3은 스테이터 코어의 요부정면도이다. (실시예 1)
도 4는 도 3의 IV-IV선 화살표 단면도이다. (실시예 1)
도 5는 악부의 압축가공을 도시하는 단면도이다. (실시예 1)
도 6은 스테이터 코어를 모터 케이스와 함께 도시하는 요부정면도이다. (실시예 2)
도 7은 스테이터 코어를 모터 케이스와 함께 도시하는 요부정면도이다. (실시예 3)

악부를 통과하여 코일에 도달하는 자속의 누출을 억제할 수 있으면서, 부품점수의 증대가 없고, 조립, 부품관리를 극히 용이하게 한다는 목적을 환형의 요크부(15) 및 이 요크부(15)의 원주에 직경방향 내측으로 돌출하는 티스부(17)를 구비한 모터의 스테이터 코어(13)에 있어서, 직경방향 내측으로 돌출한 티스부(17)의 선단에 티스부(17)에 감겨 형성되는 코일에 대향하여 로터 회전방향(원주방향)을 따른 악부(21)를 구비하고, 티스부를 적층형성하는 단판 마다의 악부(21)에 압축잔류응력부(S) 또는 비자성부(M)를 가지는 모터의 스테이터 코어(13)에 의해 실현된다.

실시예 1

도 1은 전동모터의 개략을 도시하는 구성도, 도 2는 스테이터 코어의 적층을 도시하는 요부사시도, 도 3은 스테이터 코어의 요부정면도, 도 4는 도 3의 IV-IV선 화살표 단면도이다. 이하의 설명에 있어서, 원주방향 및 직경방향은 스테이터 코어의 원주방향 및 직경방향을 의미한다. 또한, 원주방향은 로터회전방향이기도 하다.

도 1 ~ 도 4와 같이, 전동모터(1)는 로터(5) 및 스테이터(7)를 구비하고 있다. 로터(5)는 회전축(9)에 설치되어 있다. 스테이터(7)는 내주면이 로터(5)의 외주면에 대향하도록 배치되며, 삼상교류전동기로서 구성되어 있다.

로터(5)는 전자동판(電磁銅板)을 타발가공에 의해 환형으로 형성한 부재를 복수매 적층한 구성이고, 회전축(9)에는 열끼움 또는 스플라인 감합 등에 의해 고정되어 있다. 로터(5)의 외경측에는 영구자석(11)가 설치되어 있다. 영구자석(11)은 직경방향으로 자력선이 향하도록 또한 1개 놓을 때마다 자속의 방향이 반전하도록 배치되어 있다.

스테이터(7)는 스테이터 코어(13)와 코일(도시하지 않음)로 이루어지고, 모터 케이스(8)에 열끼움 등에 의해 조임여유를 가지고 설치되어 있다.

스테이터 코어(13)는 예를 들면 전자동판을 타발가공에 의해 환형으로 형성한 복수매를 적층형성한 적층체의 구성이고, 환형의 요크부(15) 및 이 요크부(15) 내주에 직경방향 내측으로 돌출하는 티스부(17)를 구비하고, 인접하는 티스부(17) 사이의 슬롯(19)에서 티스부(17)에 코일이 감겨져 있다.

티스부(17)의 선단에 악부(21)가 구비되어 있다. 이 악부(21)는 티스부(17)에 감겨져 형성되는 코일에 직경방향으로 대향한다.

본 발명의 실시예에서는 악부(21)에 코일을 통과시켜서 티스(17) 테두리변에 도달하는 누출자속을 저감하기 위한 압축잔류응력부(S)를 가지고 있다. 압축잔류응력부(S)는 티스부(17)를 적층구성하는 단판 마다의 악부(21)의 적층방향 일측면을 코일측 테두리변(21a) 측에서 압축가공하는 것에 의해 단면이 쐐기형으로 형성되고, 코일측 테두리변(21a)의 경사를 따라서 구비되어 있다. 이렇게 하여, 본 실시예에서는 압축잔류응력부(S)가 악부(21)의 코일측 테두리변(21a) 측만을 따라서 형성되어 악부(21)의 반(反)코일측 테두리변은 압축가공되지 않고, 원래의 판두께를 유지하고 있다.

악부(21)의 적층방향에서 코일측 테두리변(21a)측 사이에는 공간(G)이 압축응력잔류부(S)에 대응하여 각각의 사이에 형성되어 있다. 공간(G)은 압축잔류응력부(S)와는 역으로 코일측에서 최대가 되도록 쐐기형으로 형성되어 있다.

도 5는 악부의 압축가공을 도시하는 단면도이다.

도 5와 같이, 악부(21)를 펀치(23) 및 다이(25)에 의해 압축가공하여, 악부(21)에 압축응력잔류부(S)를 형성했다. 압축률은 코일측 테두리변(21a)으로부터 판두께(t)의 1.5 배의 범위에서 티스측 상면으로부터 코일측 테두리변(21a)에서 50%가 되도록 경사가공하고 있고, 압축잔류응력부(S)는 도 5의 악부 상면의 경사개시점보다 0.5t(코일측 테두리변 21a 측)의 범위로 형성되어 있다. 또한, 압축률은 50%에 한하지 않고, 50%를 초과 혹은 하회하는 범위에서, 악부(21)의 투자율(透磁率), 강도, 방열성과의 관계에 있어서 모터사양 등에 따라서 임으로 설정할 수 있다.

펀치(23) 및 다이(25)에 따른 압축가공은 전자동판을 타발가공할 때에, 스테이터 코어(13) 일 매마다 행하고 있다. 이 가공은 순송(順送)금형 내에 조립하는 것에 의해 최종윤곽을 형성하기 전에 행할 수도 있다.

여기서, 압축변형시의 가공경화에 기초하는 강도의 증가와 투자율의 저하와의 관계는 알려져 있고, 변형도가 증가할 수록 투자율이 저하하고, 강도가 증가한다. 본 발명의 실시예에서는 압축가공에 의해 코일측 테두리변(21a)측의 투자율을 저하시키기 위해 코일측 테두리변(21a)으로 향하여 악부(21)의 단면이 쐐기형으로 점차 얇아지지만, 강도는 증가한다. 코일측 테두리변(21a) 측은 구조상 악부(21)의 자유단이 되기 때문에 압축가공에 의해 강도가 증가하는 것은 토크변동 등을 받을 때에 유리한 구조가 된다. 또한 보다 코일에 가까운 코일측 테두리변(21a)측 정도에서 투자율이 저하한다.

즉, 로터로부터 유입하는 자속의 방향에서 코일측 공간에 대하여 투자율을 확실히 저하시키고, 또한 압축가공에 의해 얇아지는 코일측 테두리변(21a)의 강도를 높일 수가 있다. 또한, 코일측 테두리변(21a)의 박판화와 공극(空隙, G)에 의해 스테이터 코어의 방열성이 좋아지고, 스테이터 전체의 온도상승도 억제된다.

따라서, 로터로부터의 자속이 직접 코일에 도달하여 와전류를 생기게 하는 문제를 억제할 수 있고, 온도상승의 억제로부터 동손(銅損) 및 철손(鐵損)의 저감이 상승(相乘)하고, 또한 고속회전, 토크변동에도 적응할 수 있다.

더욱이, 압축잔류응력부(S)는 코일측 테두리변(21a)을 따라서 악부(21)의 선단으로부터 티스부(17) 측의 기부까지 형성되어 있으므로, 로터로부터 유입하는 자속의 방향으로 전체적으로 교차함과 함께 압축잔류응력부(S)보다도 직경방향의 내측의 반코일측 테두리변측은 악부(21)의 뿌리의 판두께를 유지한다. 이 때문에, 압축잔류응력부(S) 보다도 직경방향의 내측의 반코일측 테두리변에서는 로터로부터 유입하는 자속이 악부(21)를 따라서 로터회전방향(원주방향)으로 유도되게 되고, 로터로부터의 자속이 직접 코일에 전달되는 것을 보다 확실하게 억제할 수 있다.

더하여, 코일측 테두리변(21a)의 압축잔류응력부(S)는 원주방향의 선단으로부터 기부로 티스부(17)로 향하여 직경방향 외측으로 경사하여 있으므로, 로터로부터 유입하는 자속을 티스부(17)로 무리 없이 유도할 수 있다.

더욱이, 악부(21)의 압축가공에 의해 생기는 공간(G)에 있어서의 공기의 투자율은 매우 작으므로, 공간(G)의 발생에 의해 자기저항이 증가하고 있다. 그 밖에도, 공간(G)은 코일측 테두리변(21a)에 도달할수록 크게 되는 단면이 쐐기형으로 형성되어 있어서, 코일측 테두리변(21a) 사이에서의 자기저항을 증가시키고 있다. 이러한 점에 있어서도, 로터로부터의 자속이 직접 코일에 도달하는 것을 보다 확실히 억제할 수 있다.

이와 같이, 악부(21)의 압축잔류응력부(S)에 의해 악부(21)를 통과하여 코일에 도달하는 자속의 누출을 억제할 수 있고, 코일의 와전류손의 저감에 의해 코일온도상승이 억제된다. 더욱이, 코일측 테두리변(21a)의 박판화와 공간(G)에 의해 방열성이 올라가 스테이터 전체의 온도상승을 억제하고, 코일온도상승에 따른 코일저항의 증가로 발생하는 동손의 저감, 코일의 와전류손의 저감에 의해, 고토크화, 고출력화가 가능한 고성능의 스테이터 코어(13)를 얻을 수가 있다.

더욱이, 악부(21)에 압축잔류응력부(S)를 형성하는 것뿐이므로 부품점수의 증대가 없어서, 조립, 부품관리를 극히 용이하게 할 수 있다.

실시예 2

도 6은 실시예 2에 관한 것이며, 스테이터 코어의 요부정면도이다. 또한 기본적인 구성은 실시예 1과 같고, 동일 구성부분에는 같은 부호를 붙이고, 대응하는 구성부분에는 같은 부호에 A를 붙여서, 중복한 설명은 생략한다.

본 실시예의 스테이터(7A)의 스테이터 코어(13A)에서는 악부(21)의 코일측(21a)에 비자성부(M)를 형성했다. 비자성부(M)는 탄소강에 있어서의 고온에서 안정한 상(相)이 급속냉각에 의해 실온에서 잔류하지 않는 소위 잔류오스테나이트상이고, 목적으로 하는 개소 이외의 표면에 침탄방지제를 도포한 후, 가스침탄소입(燒入)에 의해 형성했다. 또한, 목적 개소에 고체침탄제를 도포하여 비산화성 분위기 중에서 소입하여 형성했다. 더욱이, 목적 개소에 고체침탄제를 도포후 혹은 침단성 가스 중에서 목적으로 하는 영역에 유도가열코일을 국소적으로 배치한 고주파유도가열이나 스폿레이저가열에 의해 형성해도 된다. 또한 이들의 침탄소입에 있어서, 침탄농도에 의해서 조직을 마르텐사이트상으로 변태시켜서, 그 부분의 상변태(相變態) 팽창에 의해 원주로부터 압축력을 받는 압축잔류응력부(S)로서 형성할 수도 있다. 즉, 악부는 침탄소입에 의해 비자성(잔류오스테나이트상)부(M)와 압축잔류응력부(S)가 혼재해도 된다.

이와 같이, 비자성부(M), 또는 비자성부(M) 및 압축잔류응력부(S)의 형성으로 실시예 1과 같은 작용효과를 발휘할 수 있다.

침탄소입은 스테이터 코어(13A) 일 매마다 행하거나, 또는 적층체로서 행하는 등 어떤 것도 적용할 수 있다.

실시예 3

도 7은 스테이터 코어 분할체의 정면도이다. 또한 기본적인 구성은 실시예 1과 같고, 동일 구성부분에 대해서는 같은 부호를 붙이고, 대응하는 구성부분에는 같은 부호에 B를 붙여서, 중복한 설명은 생략한다.

본 실시예의 스테이터(7B)의 스테이터 코어 분할체(13B)는 스테이터 코어 분할체(27)를 접합하여 환형으로 배치했다.

각 스테이터 코어 분할체(13B)는 요크부 구성부(29) 및 티스부(31)를 구비하고 있고, 예를 들면 전자동판을 타발가공에 의해 형성한 복수 매를 적층형성한 적층체의 구성이다. 요크부 구성부(29)는 환형의 요크부(15B)를 원주방향으로 소정 간격으로 분할한 구성으로 되어 있다. 이 스테이터 코어 분할체(27)의 복수를 원주방향으로 접합하여 환형으로 형성하고, 모터 케이스(8)에 열끼움 등에 의해 조임여유를 가지고 설치되어 있다.

이 스테이터 코어 분할체(27)의 티스부(31)는 상기와 같이 악부(21)에 실시예 2와 같이 침탄소입에 의해, 비자성부(M), 압축잔류응력부(S)를 형성했다.

이와 같이, 비자성부(M) 또는 압축잔류응력부(S)의 형성으로 실시예 1과 같은 작용효과를 발휘할 수 있다.

실시예 4

본 실시예는 실시예 2의 처리를 행하거나, 또는 실시예 2와 마찬가지의 처리를 행하고, 그 후 실시예 1의 압축가공을 행했다. 그 결과, 침탄소입으로 경화한 작용으로 실시예 1 ~ 3 보다도 큰 값을 가지고 비경화부 또는 비압축가공부에 미치는 광범위한 압축잔류응력부(S)를 형성할 수가 있다. 이에 의해, 악부(21)를 통과하여 코일에 도달하는 자속의 누출을 보다 한 층 억제할 수 있다.

(기타)

상기 각 실시예에서는 악부(21)의 코일측 테두리변(21a)을 따라서 전 테두리부에 비자성부(M), 또는 비자성부(M) 및 압축잔류응력부(S)를 형성했지만, 코일측 테두리변(21a)의 길이방향으로 부분적으로 형성할 수도 있고, 악부(21) 전체에 형성할 수도 있다.

악부(21)의 코일측 테두리변(21a)은 티스부(17)로 향하여 직경방향 외측으로 경사하지 않는 형상으로 형성할 수도 있다.

13, 13A, 13B 스테이터 코어
15, 15B 요크부
17, 31 티스부
21 악부
27 스테이터 코어 분할체
29 요크부 구성부
S 압축잔류응력부
M 비자성부

Claims

환형의 요크부 및 이 요크부의 내주에 직경방향 내측으로 돌출하는 티스부를 구비한 모터의 스테이터 코어에 있어서,
상기 직경방향 내측으로 돌출한 티스부의 선단에 이 티스부에 감겨 형성되는 코일에 대향하여 원주방향을 따라서 악부를 구비하고,
상기 티스부를 적층구성하는 단판마다의 악부에 압축잔류응력부 또는 비자성부를 가지는 것을 특징으로 하는 스테이터 코어.
청구항 1에 있어서,
상기 압축잔류응력부는 상기 악부의 압축가공에 의해 형성한 것을 특징으로 하는 스테이터 코어.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 압축잔류응력부 또는 비자성부는 상기 악부의 침탄소입에 의해 형성한 것을 특징으로 하는 스테이터 코어.
청구항 1 내지 청구항 3중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 압축잔류응력부 또는 비자성부는 상기 악부의 침탄소입 후 압축가공에 의해 형성한 것을 특징으로 하는 스테이터 코어.
청구항 1 내지 청구항 4중 어느 하나의 항에 있어서,
복수의 요크부 구성부에 상기 티스부를 각각 구비한 스테이터 코어 분할체를 접합하여 환형으로 배치한 것을 특징으로 하는 스테이터 코어.
청구항 1 내지 청구항 5중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 압축잔류응력부 또는 비자성부는 상기 악부의 코일측 테두리변측만을 따라서 형성된 것을 특징으로 하는 스테이터 코어.
청구항 6에 있어서,
상기 코일측 테두리변은 원주방향의 선단으로부터 기부로 상기 티스부로 향하여 직경방향 외측으로 경사져 있는 것을 특징으로 하는 스테이터 코어.