WO2011152198A1 - 回転電機および回転電機のステータ - Google Patents

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WO2011152198A1
WO2011152198A1 PCT/JP2011/061258 JP2011061258W WO2011152198A1 WO 2011152198 A1 WO2011152198 A1 WO 2011152198A1 JP 2011061258 W JP2011061258 W JP 2011061258W WO 2011152198 A1 WO2011152198 A1 WO 2011152198A1
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WO
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back yoke
stator
peripheral surface
radial direction
outer peripheral
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PCT/JP2011/061258
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Inventor
佐藤　知宏
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アイシン精機株式会社
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/14—Stator cores with salient poles
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    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/18—Means for mounting or fastening magnetic stationary parts on to, or to, the stator structures
    • H02K1/185—Means for mounting or fastening magnetic stationary parts on to, or to, the stator structures to outer stators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K2213/03—Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information

Definitions

  • the present invention relates to a rotating electrical machine that drives a rotor by energizing a stator core and a stator of the rotating electrical machine.
  • a rotating electrical machine comprising a stator formed by holding a plurality of cores each having a coil wound thereon in an annular shape on an inner peripheral surface of a holding ring, and a rotor formed to face the stator in a radial direction (For example, refer to Patent Document 1).
  • This is mainly used as a motor for driving a wheel of a hybrid vehicle, and a plurality of cores are press-fitted into the inner peripheral surface of the holding ring in an annular state, and then the holding ring is inserted into the motor housing. It is attached.
  • FIG. 10 shows the state of stress generation in the core teeth 6 included in each core when a plurality of cores are arranged in an annular shape on the inner peripheral surface of the retaining ring 5 of the stator.
  • Each core tooth 6 has a tooth portion 61 around which a coil (not shown in FIGS. 10 and 11) is wound, and a back yoke portion 62 connected radially outward of the tooth portion 61. .
  • the adjacent core teeth 6 are press-fitted into the inner peripheral surface of the holding ring 5 with the circumferential ends of the back yoke portion 62 butting each other.
  • each back yoke portion 62 receives a substantially uniform pressing force (surface pressure) radially inward from the holding ring 5. ing. Further, both end portions of the back yoke portion 62 receive a circumferential pressing force from the back yoke portion 62 of the adjacent core teeth 6. Therefore, moments inward in the radial direction are likely to be generated at both ends of the back yoke portion 62 that has lost its escape.
  • the tooth portion 61 of the core tooth 6 is formed to have a predetermined rigidity or more, and therefore, as described above, the teeth portion 61 and the back yoke portion are caused by the moment generated at both ends of the back yoke portion 62. Compressive stress is likely to occur at the joint SP with 62 (shown in FIG. 10).
  • Each core tooth 6 is formed by laminating a large number of thin electromagnetic steel sheets, and when the generated stress is excessive, some of the electromagnetic steel sheets are bent in the axial direction of the stator. 6 leads to buckling. Moreover, the stress generated in the core teeth 6 increases the iron loss (stress iron loss) in the core teeth 6 and decreases the efficiency of the rotating electrical machine.
  • the slits 63 are not formed at both ends of the back yoke portion 62, and the surface pressure applied to the outer peripheral surface of the back yoke portion 62 can be directly transmitted. Furthermore, the surface pressure applied to the central portion of the back yoke portion 62 is also transmitted to both ends via the bridge portion 64 outside the slit 63. For this reason, as in the case described above, a compressive stress is generated at the joint SP between the tooth portion 61 and the back yoke portion 62 due to the moment generated at both ends of the back yoke portion 62 (shown in FIG. 11).
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a rotating electrical machine and a stator of the rotating electrical machine that reduce damage to the core teeth due to surface pressure from the holding ring with a simple configuration. .
  • the structure of the invention of the rotating electrical machine according to claim 1 includes a rotor that is rotatably attached to a housing, a radially outwardly facing rotor, and a cylindrical portion. And a plurality of core teeth attached to the inner peripheral surface of the cylindrical portion by press-fitting or shrink-fitting in a state where the coils are wound around each other and arranged in an annular shape.
  • Each of the core teeth extends in the radial direction in a state where the core teeth are attached to the retaining ring, and is connected to the teeth portion around which the coil is wound, and radially outward of the teeth portion, in the circumferential direction.
  • a plurality of core teeth attached to the retaining ring, and the end portions of the back yoke portion are pushed between adjacent ones.
  • the outer peripheral surfaces of the respective back yoke portions are arranged in an annular shape with respect to a reference circle at a certain distance from the stator axis at the center portion in the circumferential direction.
  • the configuration of the invention according to claim 2 is that, in the rotating electric machine according to claim 1, the convex portion and the concave portion are formed by a sine curve or a cosine curve.
  • each of the core teeth is located in a circumferential direction at a portion located radially inward from the outer peripheral surface of the back yoke portion. And a slit that extends through the back yoke portion in the axial direction.
  • the radial distance from the reference circle to the convex portion and the radial distance from the reference circle to the concave portion Is the same.
  • the average value of the radial length from the axial center of the stator to the outer peripheral surface of the back yoke portion is calculated from the reference circle. This is the same as the length in the radial direction.
  • the structure of the stator of the rotating electrical machine according to claim 6 includes a holding ring having a cylindrical portion, a tooth portion that extends in the radial direction and is wound around each of the coils, and is connected to the outside of the tooth portion in the radial direction. It has a back yoke part extending in the circumferential direction, and press fits into the inner peripheral surface of the cylindrical part in an annularly arranged state by abutting the ends of the back yoke part between adjacent ones.
  • a stator of a rotating electrical machine having a plurality of core teeth attached by shrink-fitting, and the outer peripheral surface of each back yoke portion is at a constant distance from the axial center of the stator in the circumferential central portion. That is, it has convex portions protruding outward in the radial direction with respect to a certain reference circle and concave portions recessed inward in the radial direction with respect to the reference circle at both ends in the circumferential direction.
  • the convex portion smoothly projects radially outward and the concave portion has a radius on the outer peripheral surface of the back yoke portion. It is formed so as to be smoothly recessed inward in the direction, and the convex portion and the concave portion are smoothly connected to each other.
  • the convex portion projects smoothly outward in the radial direction, and the concave portion smoothes radially inward.
  • the convex part and the concave part are smoothly connected to each other.
  • the outer peripheral surface of the back yoke portion protrudes radially outward with respect to a reference circle at a constant distance from the axis of the stator at the center portion in the circumferential direction. It has a convex part and a concave part recessed inward in the radial direction with respect to the reference circle at both ends in the circumferential direction.
  • the stress iron loss in a core tooth can be reduced and the efficiency of a rotary electric machine can be increased.
  • the outer peripheral surface of the back yoke part including the convex part and the concave part can be easily formed by press molding or the like, and does not increase the number of parts, so that a low-cost rotating electrical machine can be obtained.
  • the convex portion and the concave portion are formed by a sine curve or a cosine curve, the amount of calculation for forming the convex portion and the concave portion can be reduced, and the convex portion and the concave portion can be reduced. It can be formed easily.
  • each core tooth extends in the circumferential direction and has a slit that penetrates the back yoke portion in the axial direction, so that the slit serves as a buffer portion and is held.
  • the surface pressure applied from the ring to the outer peripheral surface of the back yoke portion can be reduced, and the buckling of the core teeth can be further reduced.
  • the radial distance from the reference circle to the convex portion and the radial distance from the reference circle to the concave portion are the same, so
  • the balance between the holding force and the amount of reduction in the contact pressure that both ends of the back yoke receives from the holding ring can be made appropriate to further maintain both the maintenance of the holding force of the core teeth and the reduction of the buckling of the core teeth. it can.
  • the average value of the radial length from the stator shaft center to the outer peripheral surface of the back yoke portion is the same as the radial length of the reference circle, so that the core by the retaining ring
  • the balance between the holding force of the teeth and the reduction amount of the surface pressure received by the both ends of the back yoke portion from the holding ring can be made more appropriate.
  • the outer peripheral surface of the back yoke portion is radially outward with respect to a reference circle at a constant distance from the stator axis at the circumferential central portion.
  • the protruding convex portion and the concave portion recessed inward in the radial direction with respect to the reference circle are provided at both ends in the circumferential direction.
  • the surface pressure which the both ends of a back yoke part receive from a holding ring can be reduced, maintaining the surface pressure which the center part of the circumferential direction of a back yoke part receives from a holding ring. Accordingly, a radially outward moment is generated at both ends of the back yoke portion. Therefore, the above-mentioned moment inward in the radial direction can be reduced, the stress at the joint portion between the back yoke portion and the tooth portion can be reduced, and the buckling of the core teeth can be prevented. That is, it is possible to achieve both maintenance of the holding power of the core teeth by the holding ring and reduction of the buckling of the core teeth.
  • the stress iron loss in a core tooth can be reduced and the efficiency of a rotary electric machine can be increased.
  • the outer peripheral surface of the back yoke part including the convex part and the concave part can be easily formed by press molding or the like, and does not increase the number of parts, so that it can be a low-cost rotating electrical machine stator.
  • the convex portions and the concave portions that are both smoothly formed are smoothly connected to each other, the generation of stress in the core teeth can be further reduced.
  • the convex portions and the concave portions that are both smoothly formed are smoothly connected to each other, the generation of stress in the core teeth can be further reduced.
  • Sectional drawing which showed the state mounted in the vehicle of the electric motor by one Embodiment of this invention 1 is a plan view of the stator of the electric motor shown in FIG. Plan view of a single core tooth included in the stator shown in FIG. Plan view of a single core tooth according to a modified embodiment
  • the figure for demonstrating the coordinate of the outer peripheral surface shape of a back yoke part Enlarged view showing the shape of the outer peripheral surface of the back yoke portion according to this embodiment in comparison with the prior art product
  • the electric motor 1 (corresponding to the rotating electric machine of the present invention) is a synchronous motor for driving wheels of a hybrid vehicle.
  • the present invention should not be limited to this, and can be applied to any electric motor such as a motor provided in a home electric appliance or a motor for driving a general industrial machine.
  • the direction of the rotation axis or the axial direction means the direction along the rotation axis C of the electric motor 1, that is, the left-right direction in FIG.
  • the left side is sometimes referred to as the front of the electric motor 1 and the clutch device 3, and the right side is sometimes referred to as the rear, but is not related to the actual direction on the vehicle.
  • the bobbins 162 and 163 and the coil 164 of the core body 16 are omitted. Further, in FIGS. 6 and 7, the slit 161d is omitted.
  • the motor housing 11 (corresponding to the housing of the present invention) is sealed in front by a motor cover 12 with the rotor 13 and the stator 14 built therein.
  • a vehicle engine (not shown) is attached to the front of the motor cover 12, and a transmission (not shown) is disposed behind the motor housing 11.
  • a normally closed type clutch device 3 which is a wet multi-plate clutch is interposed between the rotor 13 constituting the electric motor 1 and the engine.
  • the electric motor 1 is connected to driving wheels of a vehicle (not shown) via a transmission, and the driving force by the electric motor 1 is input to the driving wheels.
  • An input shaft 32 of the clutch device 3 is attached to the inner peripheral end of the motor cover 12 via a bearing 31 so as to be rotatable about the rotation axis C.
  • the rotation axis C is also the rotation axis of the turbine shaft 2 of the engine, the electric motor 1 and the transmission.
  • the input shaft 32 is connected to the crankshaft of the engine. Further, the input shaft 32 is connected to the clutch outer 34 via the engaging portion 33 of the clutch device 3. By engaging / disengaging the engaging portion 33, the input shaft 32 and the clutch outer 34 are intermittently connected.
  • the clutch outer 34 is coupled to the rotor 13 of the electric motor 1, extends radially inward, and is splined to the turbine shaft 2 at the inner end.
  • a bearing device 35 is interposed between the clutch outer 34 and the fixed wall 111 of the motor housing 11 so as to allow relative rotation between the two.
  • the rotor 13 of the electric motor 1 is rotatably attached to the motor housing 11 via a clutch outer 34.
  • the rotor 13 is formed by sandwiching a plurality of laminated electromagnetic steel plates 131 between a pair of holding plates 132a and 132b, and penetrating a fixing member 133 therethrough and caulking the end portions thereof.
  • a plurality of field pole magnets (not shown) are provided on the circumference of the rotor 13.
  • One holding plate 132 b is attached to the clutch outer 34, whereby the rotor 13 is connected to the clutch outer 34.
  • a stator 14 of the electric motor 1 is attached to the inner peripheral surface of the motor housing 11 so as to face the rotor 13 in the radial direction.
  • the stator 14 is formed by attaching a plurality of core bodies 16 for generating a rotating magnetic field so as to be arranged in an annular shape on an inner peripheral surface of a cylindrical portion 151 of a stator ring 15 (corresponding to a holding ring of the present invention). (Shown in FIG. 2).
  • the stator ring 15 is formed by press-molding a steel plate. As shown in FIG. 2, the stator ring 15 is connected to a ring-shaped cylindrical portion 151 and one end of the cylindrical portion 151 in the axial direction, and extends over the entire circumference. And an outer peripheral flange 152 extending radially outward.
  • mounting flanges 153 that extend further outward in the radial direction are formed at three locations on the circumference of the outer peripheral flange 152.
  • the attachment flange 153 is formed to attach the stator 14 to the motor housing 11, and one or a pair of attachment holes 154 pass therethrough.
  • a portion where the cylindrical portion 151 is connected to the outer peripheral flange 152 and the mounting flange 153 is formed into a curved surface having a predetermined curvature over the entire periphery.
  • each core body 16 includes a core tooth 161 formed by laminating a plurality of silicon steel plates (electromagnetic steel plates).
  • a pair of bobbins 162 and 163 are attached to the core teeth 161, and the bobbins 162 and 163 are fitted to each other so as to surround the outer peripheral surface of the core teeth 161.
  • a coil 164 for generating a rotating magnetic field is wound around the bobbins 162 and 163 (shown in FIG. 1).
  • the coil 164 wound around the core body 16 is connected to an external inverter via a bus ring (not shown).
  • a rotating magnetic field is generated in the stator 14 when, for example, a three-phase alternating current is supplied to the coil 164, and the rotor 13 is caused by the attractive force or the repulsive force caused by the rotating magnetic field. It is rotated relative to the stator 14.
  • each of the core teeth 161 extends in the radial direction when attached to the stator ring 15, and are connected to the teeth portion 161a around which the coil 164 is wound, and radially outward of the teeth portion 161a, and extend in the circumferential direction. And the existing back yoke portion 161b. As a result, each of the core teeth 161 is approximately T-shaped (shown in FIG. 3).
  • the plurality of core teeth 161 attached to the stator ring 15 are arranged in an annular shape by abutting the end portions of the back yoke portion 161 b with each other, and the core row CR is formed.
  • Each core tooth 161 is formed with a slit 161d extending in the circumferential direction at a portion located radially inward from the outer peripheral surface 161c of the back yoke portion 161b (FIG. 3). Shown).
  • Each slit 161d penetrates the back yoke portion 161b in the axial direction.
  • the slit 161d formed in the back yoke portion 161b should not be limited to the shape shown in FIG.
  • the core teeth 161 applicable to the stator 14 are not limited to those shown in FIG. 3, and the core in which the slits 161d are not formed in the back yoke portion 161e as shown in FIG. Teeth 161A may be sufficient.
  • the outer peripheral surface 161c of the core teeth 161 or the core teeth 161A is not formed in an arc shape having a single curvature. That is, as shown in FIG. 7, the outer peripheral surface 161 c is radially outward with respect to a perfect circle (hereinafter referred to as a reference circle ⁇ ) at a certain distance from the axial center of the stator 15 at the center in the circumferential direction. It has a convex portion ⁇ projecting smoothly in the direction. Further, both end portions in the circumferential direction have concave portions ⁇ that are smoothly recessed radially inward with respect to the reference circle ⁇ , and the convex portions ⁇ and the concave portions ⁇ are smoothly connected.
  • a perfect circle hereinafter referred to as a reference circle ⁇
  • both end portions in the circumferential direction have concave portions ⁇ that are smoothly recessed radially inward with respect to the reference circle ⁇ , and the convex portions ⁇ and the concave portions ⁇ are smoothly
  • the convex portion ⁇ and the concave portion ⁇ that are smoothly connected to each other are formed by one sine curve (or cosine curve). Supplementing the convex portion ⁇ and the concave portion ⁇ , the radial distance from the reference circle ⁇ to the convex portion ⁇ and the radial distance from the reference circle ⁇ to the concave portion ⁇ are the same on the outer peripheral surface 161c of the core teeth 161, 161A. is there. In addition, the average value of the length in the radial direction from the axial center of the stator 14 to the outer peripheral surface 161c of the back yoke portions 161b and 161e is the same as the radial length of the reference circle ⁇ .
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing one core tooth 161.
  • CL indicates a straight line connecting the center in the circumferential direction of the outer peripheral surface 161 c and the axis of the stator 14.
  • the horizontal direction in FIG. 5 indicates an angle ⁇ with respect to the straight line CL, assuming a straight line connecting each position of the outer peripheral surface 161c and the axis of the stator 14.
  • the vertical direction represents the radial distance R from the axial center of the stator 14 at each position of the outer peripheral surface 161c (see FIG. 6).
  • the above-mentioned reference circle ⁇ is shown in a straight line.
  • the lateral width of the core teeth 161 corresponds to an angle ⁇ c on the circumference of the stator 14 (24 ° in the present embodiment) occupied by one of the core teeth 161.
  • the preset specifications of the stator 14 include an inner diameter d of the stator ring 15 and an average tightening allowance s.
  • the average fastening allowance s is set to a value that takes into consideration the holding force of the stator ring 15 against the core teeth 161 and the prevention of buckling of the core teeth 161.
  • the average outer diameter D corresponds to the diameter of the reference circle ⁇ described above.
  • the tightening allowance amplitude ⁇ s is set to a value in consideration of preventing buckling of the core teeth 161.
  • a sine curve (cosine curve) or cosine curve (cosine curve) that forms the outer peripheral surface 161c is formed so that the center in the circumferential direction of the outer peripheral surface 161c is a local maximum point and both ends in the circumferential direction are local minimum points.
  • the sine curve or cosine curve formed as the outer peripheral surface 161c is hereinafter referred to as a convex sine curve.
  • the outer diameter of the core row located at the maximum point of the convex sine curve is set as the calculated maximum outer diameter D1
  • the outer diameter of the core row located at the minimum point is set as the minimum outer diameter D2.
  • a predetermined number n of operation points EP (1) to EP (n) are provided uniformly. Although not limited to this, for example, twelve calculation points EP (n) are arranged in the positive direction of the horizontal axis at intervals of 1 °, and twelve calculation points EP ( n) may be arranged at intervals of 1 [deg.] division angle.
  • T (n) Based on ( ⁇ s / 2) ⁇ cos ⁇ (n), a value T (n) on the convex sine curve is obtained.
  • the value T (n) on the convex sine curve corresponds to 1 ⁇ 2 of the difference from the average outer diameter D of the outer peripheral surface 161c for each of the center point CP and each calculation point EP (n).
  • a radial distance R (n) from the axis of the stator 14 is calculated for each center point CP and each calculation point EP (n).
  • Each point on the convex sine curve corresponding to the center point CP and each calculation point EP (n) (hereinafter referred to as a locus point LP (n)) is specified.
  • the calculated locus points LP (n) are continued by a spline curve drawing method using a CAD system or the like to form the outer peripheral surface 161c by a convex sine curve.
  • the details of the spline curve drawing method are described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-290106, which is a patent publication.
  • the central portion in the circumferential direction has the convex portion ⁇ that protrudes smoothly outward in the radial direction, and the both ends in the circumferential direction have the concave portion ⁇ that is smoothly recessed inward in the radial direction.
  • the outer peripheral surface 161c in which the convex portion ⁇ and the concave portion ⁇ are smoothly connected is formed (shown in FIG. 7).
  • the shape of the outer peripheral surface 161 c is formed based on the angle ⁇ (n) of each locus point LP (n) with respect to the straight line CL and the radial distance R (n) from the axis of the stator 14. is doing.
  • the core teeth 161 may be placed on the XY coordinates, and the shape of the outer peripheral surface 161c may be formed based on the XY coordinates of each locus point LP (n).
  • the plurality of core bodies 16 are attached to the inner peripheral surface of the cylindrical portion 151 by shrink fitting.
  • the completed stator ring 15 is heated to a predetermined temperature and its inner diameter is expanded.
  • the back yoke portion 161a of the core teeth 161 is brought into contact with the heated cylindrical portion 151, and the plurality of core bodies 16 are inserted in an annular shape.
  • the stator ring 15 is cooled and contracted, and each core body 16 can be firmly held.
  • press-fitting at normal temperature may be applied.
  • an adhesive may be interposed between the core body 16 and the cylindrical portion 151 to increase the holding force.
  • the stator ring 15 to which the core body 16 is attached is fixed to the motor housing 11.
  • the mounting bolt 17 is inserted into the mounting hole 154 and screwed into the boss 112, so that the mounting flange 153 is attached to the motor housing 11.
  • FIG. 8 is a diagram showing a result of analyzing the stress distribution generated when the core teeth 161 according to the present embodiment are attached to the stator ring 15 by using the finite element method (FEM).
  • FIG. 9 is a diagram showing a stress distribution generated in the core teeth 161 in which the outer peripheral surface 161c is formed using the reference circle ⁇ .
  • each of the regions 1 to 8 divided according to the generated stress indicates the same stress generation site in both drawings. That is to say, for example, the region 6 in FIG. 8 and the region 6 in FIG. 9 indicate that the same stress is generated. As shown in FIG.
  • the outer peripheral surface 161c of the back yoke portion 161b protrudes outward in the radial direction with respect to the reference circle ⁇ that is a fixed distance from the axis of the stator 14 at the center portion in the circumferential direction.
  • the convex part ⁇ and the concave part ⁇ recessed inward in the radial direction with respect to the reference circle ⁇ are provided at both ends in the circumferential direction.
  • the stress iron loss in the core teeth 161 can be reduced and the efficiency of the electric motor 1 can be increased.
  • the outer peripheral surface of the back yoke portion 161b including the convex portion ⁇ and the concave portion ⁇ can be easily formed by press molding or the like, and does not increase the number of parts, so that the low-cost electric motor 1 can be obtained.
  • the convex portion ⁇ and the concave portion ⁇ are formed by a sine curve or a cosine curve, the amount of calculation for forming the convex portion ⁇ and the concave portion ⁇ is reduced, and the convex portion ⁇ and the concave portion ⁇ are easily formed. can do.
  • Each of the core teeth 161 extends in the circumferential direction and has a slit 161d that penetrates the back yoke portion 161b in the axial direction, so that the slit 161d serves as a buffer portion, and the stator ring 15 and the back yoke.
  • the surface pressure applied to the outer peripheral surface 161c of the part 161b can be reduced, and the buckling of the core teeth 161 can be further reduced.
  • the radial distance from the reference circle ⁇ to the convex portion ⁇ and the radial distance from the reference circle ⁇ to the concave portion ⁇ are the same, so that the holding force of the core teeth 161 by the stator ring 15 is maintained. And the balance between the reduction amount of the contact pressure received from the stator ring 15 by both ends of the back yoke portion 161b, and the balance between maintaining the holding force of the core teeth 161 and reducing the buckling of the core teeth 161 is further achieved. be able to.
  • the average value of the radial length from the axial center of the stator 14 to the outer peripheral surface 161c of the back yoke portion 161b is made the same as the radial length of the reference circle ⁇ , so that the core teeth 161 are held by the stator ring 15.
  • the balance between the force and the reduction amount of the surface pressure received from the stator ring 15 by the both ends of the back yoke portion 161b can be made more appropriate.
  • the convex portion ⁇ and the concave portion ⁇ that are both smoothly formed are smoothly connected to each other, the generation of stress in the core teeth 161 can be further reduced.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be modified or expanded as follows.
  • the convex sine curve is not necessarily used, and the convex portion ⁇ and the concave portion ⁇ may be formed using a quadratic function curve or the like.
  • the present invention can be applied not only to the core teeth formed by laminating a plurality of electromagnetic steel plates, but also to the core teeth formed by pressure forming metal magnetic powder.
  • the electric motor 1 according to the present invention is applicable to a synchronous motor, an induction motor, a DC motor, or any other rotating electric machine.
  • the rotating electric machine and the stator of the rotating electric machine according to the present invention can be used for a four-wheeled vehicle such as a hybrid vehicle or an electric vehicle, a two-wheeled vehicle and other vehicles, or other household electric machines or industrial machines.
  • 1 is an electric motor (rotary electric machine), 11 is a motor housing (housing), 13 is a rotor, 14 is a stator, 15 is a stator ring (holding ring), 151 is a cylindrical portion, 161 and 161A are core teeth, 161a Is a teeth portion, 161b and 161e are back yoke portions, 161c is an outer peripheral surface, 161d is a slit, 164 is a coil, ⁇ is a convex portion, ⁇ is a concave portion, and ⁇ is a reference circle.

Abstract

　回転電機のステータは、円筒状の保持リングに、複数のコア体が円環状に並べられた状態で保持されることにより形成されている。各々のコア体に含まれるコアティースは、保持リングに取り付けられた状態において、半径方向に延び、コイルが巻回されたティース部と、ティース部の半径方向外方に接続され、円周方向に延在したバックヨーク部とを有している。バックヨーク部の外周面は、円周方向の中央部において、ステータの軸心から一定の距離にある基準円に対して、半径方向外方に突出した凸部と、円周方向の両端部において、基準円に対して半径方向内方に凹んだ凹部とを有している。

Description

回転電機および回転電機のステータ
　本発明は、ステータコアに通電することによりロータを駆動する回転電機および回転電機のステータに関する。
　保持リングの内周面に、それぞれコイルが巻回された複数のコアが円環状に保持されて形成されたステータと、ステータと半径方向に対向するように形成されたロータとを備えた回転電機に関する従来技術があった（例えば、特許文献１参照）。これは、主にハイブリッド車両の車輪駆動用のモータとして使用されるもので、複数のコアを円環状に並べた状態で保持リングの内周面に圧入し、その後、保持リングをモータハウジング内に取り付けている。
特許第３６６６７２７号公報 特開２００８―８６１７２号公報 特開２００８―１２５３３３号公報
　図１０において、ステータの保持リング５の内周面に、複数のコアを円環状に並べて取り付けた場合の、各コアに含まれるコアティース６における応力の発生状態を示す。それぞれのコアティース６はコイル（図１０および図１１において図示せず）が巻回されたティース部６１と、ティース部６１の半径方向外方に接続されたバックヨーク部６２とを有している。互いに隣接するコアティース６は、バックヨーク部６２の円周方向の端部同士を突き合わせた状態で、保持リング５の内周面に圧入されている。
　図１０に示すように、コアティース６の保持リング５への圧入により、各々のバックヨーク部６２の外周面は、保持リング５から半径方向内方にほぼ均等な押圧力（面圧）を受けている。また、バックヨーク部６２の両端部は、隣接したコアティース６のバックヨーク部６２から、円周方向の押圧力を受けている。したがって、逃げ場を失ったバックヨーク部６２の両端部には、それぞれ半径方向内方へ向けたモーメントが発生しやすくなる。
　通常、コアティース６のティース部６１は、所定以上の剛性を有するように形成されているため、上述したように、バックヨーク部６２の両端部に発生したモーメントにより、ティース部６１とバックヨーク部６２との接合部ＳＰ（図１０示）に圧縮応力が発生しやすくなる。各々のコアティース６は多数の薄い電磁鋼板が積層されて形成されており、発生した応力が過大であった場合、一部の電磁鋼板がステータの軸方向に曲がった状態となる、いわゆるコアティース６の座屈につながる。
　また、コアティース６に発生した応力は、コアティース６内の鉄損（応力鉄損）を増大させ、回転電機の効率を低下させる。
　保持リング５への取り付けによるコアティース６の座屈を低減する方法として、図１１に示したように、バックヨーク部６２に円弧状のスリット６３を貫通させる方法が考えられる。これによれば、バックヨーク部６２に形成されたスリット６３が、保持リング５からの面圧に対する緩衝部位となって、ある程度コアティース６の座屈を低減することができる。
　しかしながら、バックヨーク部６２の両端部においては、スリット６３が形成されておらず、バックヨーク部６２の外周面に加えられた面圧が直接伝わることが可能である。さらに、バックヨーク部６２の中央部に加わった面圧も、スリット６３の外方のブリッジ部６４を介して両端部に伝わる。このため、上述した場合と同様に、バックヨーク部６２の両端部に発生したモーメントによって、ティース部６１とバックヨーク部６２との接合部ＳＰに圧縮応力が発生する（図１１示）。
　また、コア列を保持リングに固定する方法として、上述した常温による圧入以外に焼き嵌めがある。これは、保持リングを加熱して、その内径を拡張させた状態でコア列を嵌め込み、その後、保持リングを冷却して内径を収縮させることにより、保持リングにコア列を固定する方法である。
　しかしながら、この方法によっても、冷却後の保持リングとコア列との間の締め代が大きい場合には、外周面に加えられた面圧によって電磁鋼板が座屈しやすい点については、圧入による場合と同様であった。
　コアを保持リングに強固に取り付けるためには、コアと保持リングとの間に所定以上の締め代（コアの外径－保持リングの内径）を必要とし、当該締め代が大きければコアに発生する応力も増大する。すなわち、保持リングにおいて強固にコアを保持することと、コアティースの座屈とは相反する課題であった。
　これまで述べてきたコアの座屈を低減するための従来技術として、保持リングの円筒部に複数の貫通孔を形成するものがあった（上述した特許文献２参照）。これは、保持リングに形成された貫通孔により、保持リングが半径方向に拡張可能となり、保持リングからコアに加えられる面圧を低減することができるものである。
　しかしながら、その反面、貫通孔が形成されることにより、保持リングは、その強度が低下しやすくなる。また、保持リングに複数の貫通孔を形成するための工程が必要となり、保持リングの製造コストの増大につながる。
　さらに、コアに発生する応力を緩和するために、圧入や焼き嵌めの工程によらずに、保持リングにコアを固定する方法を提案するものがあった（上述した特許文献３参照）。これは、それぞれのコアのバックヨーク部の外周面に凹部を形成するとともに、凹部に対応する保持リングの位置に複数の貫通穴を形成し、貫通穴と凹部とにピンを圧入してコアを保持リングに固定するものであった。
　しかしながら、これによれば、コアおよび保持リングに凹部や貫通穴を形成する工程が必要となり、コアと保持リングに圧入するピンを設けなければならないため、部品点数が増え、製造コストの増大が避けられない。
　本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な構成によって、保持リングからの面圧によるコアティースの損傷を低減する回転電機および回転電機のステータを提供することにある。
　上述した課題を解決するために、請求項１に係る回転電機の発明の構成は、ハウジングに対し回転可能に取り付けられたロータと、ロータに対し半径方向外方に対向して設けられ、円筒部を有しハウジングに取り付けられた保持リングと、各々コイルが巻回されるとともに、円環状に並んだ状態で円筒部の内周面に圧入または焼き嵌めにより取り付けられた複数のコアティースとを有するステータと、を備え、各々のコアティースは、保持リングに取り付けられた状態において、半径方向に延び、コイルが巻回されたティース部と、ティース部の半径方向外方に接続され、円周方向に延在したバックヨーク部と、を有しており、保持リングに取り付けられた複数のコアティースは、隣接するものとの間で、バックヨーク部の端部同士を突き合わせることにより、円環状に並べられている回転電機であって、各々のバックヨーク部の外周面は、円周方向の中央部において、ステータの軸心から一定の距離にある基準円に対して、半径方向外方に突出した凸部と、円周方向の両端部において、基準円に対して半径方向内方に凹んだ凹部とを有することである。
　請求項２に係る発明の構成は、請求項１の回転電機において、凸部および凹部は、正弦曲線または余弦曲線により形成されていることである。
　請求項３に係る発明の構成は、請求項１または２の回転電機において、各々のコアティースは、バックヨーク部の外周面から、所定距離だけ半径方向内方に位置する部位において、円周方向に延在するとともに、バックヨーク部を軸方向に貫通するスリットを有することである。
　請求項４に係る発明の構成は、請求項１乃至３のうちのいずれかの回転電機において、コアティースにおいて、基準円から凸部までの半径方向距離と、基準円から凹部までの半径方向距離とを同一としたことである。
　請求項５に係る発明の構成は、請求項１乃至４のうちのいずれかの回転電機において、ステータの軸心からバックヨーク部の外周面までの半径方向長さの平均値を、基準円の半径方向長さと同一としたことである。
　請求項６に係る回転電機のステータの発明の構成は、円筒部を有する保持リングと、半径方向に延び、各々コイルが巻回されるティース部およびティース部の半径方向外方に接続され、円周方向に延在したバックヨーク部を有し、隣接するものとの間で、バックヨーク部の端部同士を突き合わせることにより、円環状に並んだ状態で円筒部の内周面に圧入または焼き嵌めにより取り付けられた複数のコアティースと、を備えた回転電機のステータであって、各々のバックヨーク部の外周面は、円周方向の中央部において、ステータの軸心から一定の距離にある基準円に対して、半径方向外方に突出した凸部と、円周方向の両端部において、基準円に対して半径方向内方に凹んだ凹部とを有することである。
　請求項７に係る発明の構成は、請求項１乃至５のうちのいずれかの回転電機において、バックヨーク部の外周面において、凸部は半径方向外方に滑らかに突出するとともに、凹部は半径方向内方に滑らかに凹むように形成され、凸部と凹部は、互いに滑らかに接続されていることである。
　請求項８に係る発明の構成は、請求項６の回転電機のステータにおいて、バックヨーク部の外周面において、凸部は半径方向外方に滑らかに突出するとともに、凹部は半径方向内方に滑らかに凹むように形成され、凸部と凹部は、互いに滑らかに接続されていることである。
　請求項１に係る回転電機によれば、バックヨーク部の外周面は、円周方向の中央部において、ステータの軸心から一定の距離にある基準円に対して、半径方向外方に突出した凸部と、円周方向の両端部において、基準円に対して半径方向内方に凹んだ凹部とを有している。
　これにより、バックヨーク部の円周方向の中央部が保持リングから受ける面圧を維持しながら、バックヨーク部の両端部が保持リングから受ける面圧を低減することができる。したがって、バックヨーク部の両端部の半径方向外方へのモーメントが発生し、上述した半径方向内方へのモーメントを低減することができる。よって、バックヨーク部とティース部との接合部位における応力を低減し、コアティースの座屈を防止することができる。
　すなわち、保持リングによるコアティースの保持力の維持と、コアティースの座屈の低減とを両立させることができる。
　また、コアティースにおける応力の発生を低減できるため、コアティース内の応力鉄損を低減して、回転電機の効率を増大させることができる。
　また、凸部および凹部を含むバックヨーク部の外周面は、プレス成形等により容易に形成でき、部品点数を増大させることもないため、低コストの回転電機にすることができる。
　請求項２に係る回転電機によれば、凸部および凹部は正弦曲線または余弦曲線により形成されていることにより、凸部および凹部を形成するための演算量を低減して、凸部および凹部を容易に形成することができる。
　請求項３に係る回転電機によれば、各々のコアティースは、円周方向に延在するとともに、バックヨーク部を軸方向に貫通するスリットを有することにより、スリットが緩衝部位となって、保持リングからバックヨーク部の外周面に加わる面圧を低減することができ、コアティースの座屈をいっそう低減することができる。
　請求項４に係る回転電機によれば、コアティースにおいて、基準円から凸部までの半径方向距離と、基準円から凹部までの半径方向距離とを同一としたことにより、保持リングによるコアティースの保持力と、バックヨーク部の両端部が保持リングから受ける面圧の低減量とのバランスを適正にし、コアティースの保持力の維持と、コアティースの座屈の低減とをさらに両立させることができる。
　請求項５に係る回転電機によれば、ステータの軸心からバックヨーク部の外周面までの半径方向長さの平均値を、基準円の半径方向長さと同一としたことにより、保持リングによるコアティースの保持力と、バックヨーク部の両端部が保持リングから受ける面圧の低減量とのバランスを、いっそう適正にすることができる。
　請求項６に係る回転電機のステータによれば、バックヨーク部の外周面は、円周方向の中央部において、ステータの軸心から一定の距離にある基準円に対して、半径方向外方に突出した凸部と、円周方向の両端部において、基準円に対して半径方向内方に凹んだ凹部とを有している。
　これにより、バックヨーク部の円周方向の中央部が保持リングから受ける面圧を維持しながら、バックヨーク部の両端部が保持リングから受ける面圧を低減することができる。したがって、バックヨーク部の両端部の半径方向外方へのモーメントが発生する。よって、上述した半径方向内方へのモーメントを低減して、バックヨーク部とティース部との接合部位における応力を低減し、コアティースの座屈を防止することができる。
　すなわち、保持リングによるコアティースの保持力の維持と、コアティースの座屈の低減とを両立させることができる。
　また、コアティースにおける応力の発生を低減できるため、コアティース内の応力鉄損を低減して、回転電機の効率を増大させることができる。
　また、凸部および凹部を含むバックヨーク部の外周面は、プレス成形等により容易に形成でき、部品点数を増大させることもないため、低コストの回転電機のステータにすることができる。
　請求項７に係る回転電機によれば、ともに滑らかに形成された凸部と凹部とが、互いに滑らかに接続されていることにより、いっそうコアティースにおける応力の発生を低減することができる。
　請求項８に係る回転電機のステータによれば、ともに滑らかに形成された凸部と凹部とが、互いに滑らかに接続されていることにより、いっそうコアティースにおける応力の発生を低減することができる。
本発明の一実施形態による電動モータの車両に搭載された状態を示した断面図 図１に示した電動モータのステータの平面図 図２に示したステータに含まれるコアティース単品の平面図 変形実施形態によるコアティース単品の平面図 バックヨーク部の外周面形状を形成する方法を説明するための模式図 バックヨーク部の外周面形状の座標を説明するための図 本実施形態によるバックヨーク部の外周面形状を従来技術品と比較して示した拡大図 本実施形態によるコアティースに発生する応力分布を示した図 従来技術品によるコアティースに発生する応力分布を示した図 コアティースに応力が発生するメカニズムを説明するための模式図 スリットを有するコアティースに応力が発生するメカニズムを説明するための模式図
　図１乃至図９に基づき、本発明の一実施形態による電動モータ１について説明する。電動モータ１（本発明の回転電機に該当する）は、ハイブリッド車両の車輪駆動用の同期モータである。しかしながら、本発明はこれに限定されるべきものではなく、家庭用電器に設けられるモータあるいは一般的な産業用機械を駆動するモータといった、あらゆる電動モータに適用することが可能である。
　尚、説明中において回転軸方向または軸方向という場合、特に断らなければ、電動モータ１の回転軸Ｃに沿った方向、すなわち図１における左右方向を意味する。また、図１において、左方を電動モータ１およびクラッチ装置３の前方といい、右方を後方ということがあるが、実際の車両上における方向とは無関係である。また、図２において、コア体１６のボビン１６２、１６３およびコイル１６４は省略されている。さらに、図６および図７において、スリット１６１ｄは省略されている。
　図１に示すように、モータハウジング１１（本発明のハウジングに該当する）は、ロータ１３およびステータ１４を内蔵した状態で、前方をモータカバー１２により封止されている。モータカバー１２の前方には、図示しない車両のエンジンが取り付けられ、モータハウジング１１の後方にはトランスミッション（図示せず）が配設されている。
　また、電動モータ１を構成するロータ１３とエンジンとの間には、湿式多板クラッチであるノーマリクローズタイプのクラッチ装置３が介装されている。さらに、電動モータ１は、トランスミッションを介して図示しない車両の駆動輪と接続されており、電動モータ１による駆動力が駆動輪に入力される。
　図１に示した電動モータ１が搭載された車両は、エンジンにより走行する場合、エンジンがトランスミッションを介して駆動輪を回転させる。また、電動モータ１により走行する場合、電動モータ１がトランスミッションを介して駆動輪を回転させる。この時、クラッチ装置３をレリーズさせて、エンジンと電動モータ１との間の接続を解除している。さらに、電動モータ１は、クラッチ装置３を介してエンジンにより駆動され、発電機としても機能する。
　モータカバー１２の内周端には、軸受３１を介してクラッチ装置３のインプットシャフト３２が、回転軸Ｃを中心に回転可能に取り付けられている。回転軸Ｃは、エンジン、電動モータ１およびトランスミッションのタービンシャフト２の回転軸でもある。インプットシャフト３２は、エンジンのクランクシャフトと接続されている。
　また、インプットシャフト３２は、クラッチ装置３の係合部３３を介して、クラッチアウタ３４と接続されている。係合部３３が係脱することにより、インプットシャフト３２とクラッチアウタ３４との間が断続される。
　クラッチアウタ３４は、電動モータ１のロータ１３に連結されるとともに、半径方向内方へと延びて、内端においてタービンシャフト２とスプライン嵌合している。また、クラッチアウタ３４とモータハウジング１１の固定壁１１１との間には、双方の間の相対回転が可能なように、ベアリング装置３５が介装されている。
　電動モータ１のロータ１３は、クラッチアウタ３４を介して、モータハウジング１１に回転可能に取り付けられている。ロータ１３は、積層された複数の電磁鋼板１３１を一対の保持プレート１３２ａ、１３２ｂにより挟み、これに固定部材１３３を貫通させて端部をかしめることにより形成されている。また、ロータ１３の円周上には、図示しない複数の界磁極用マグネットが設けられている。一方の保持プレート１３２ｂは、クラッチアウタ３４に取り付けられ、これにより、ロータ１３はクラッチアウタ３４と連結されている。
　また、モータハウジング１１の内周面には、ロータ１３と半径方向に対向するように、電動モータ１のステータ１４が取り付けられている。ステータ１４は、ステータリング１５（本発明の保持リングに該当する）の円筒部１５１の内周面に、回転磁界発生用の複数のコア体１６が円環状に並ぶように取り付けられて形成されている（図２示）。
　ステータリング１５は鋼板をプレス成形して形成されており、図２に示すように、リング状の円筒部１５１と、円筒部１５１の軸方向の一側の端部に接続され、全周に亘って半径方向外方に延びる外周フランジ１５２を有している。
　また、外周フランジ１５２の円周上の３箇所には、それぞれ半径方向外方にさらに延びた取付フランジ１５３が形成されている。取付フランジ１５３は、ステータ１４をモータハウジング１１に取り付けるために形成されており、それぞれ一個あるいは一対の取付穴１５４が貫通している。
　ステータリング１５において、円筒部１５１と外周フランジ１５２および取付フランジ１５３とが接続された部位は、全周に亘って、所定の大きさの曲率を有する曲面に形成されている。
　一方、各々のコア体１６は、複数のケイ素鋼板（電磁鋼板）が積層されることにより形成されたコアティース１６１を備えている。コアティース１６１には一対のボビン１６２、１６３が装着され、ボビン１６２、１６３は、コアティース１６１の外周面を囲むように互いに嵌合している。さらに、ボビン１６２、１６３の回りには、回転磁界を発生させるためのコイル１６４が巻回されている（図１示）。コア体１６の周囲に巻回されたコイル１６４は、図示しないバスリングを介して外部のインバータと接続される。
　上述した構成を備えた電動モータ１において、コイル１６４に例えば三相の交流電流が供給されることによりステータ１４において回転磁界が発生し、回転磁界に起因する吸引力または反発力によって、ロータ１３がステータ１４に対し回転される。
　上述したコアティース１６１は、ステータリング１５に取り付けられた状態において半径方向に延び、コイル１６４が巻回されたティース部１６１ａと、ティース部１６１ａの半径方向外方に接続され、円周方向に延在したバックヨーク部１６１ｂとを有している。これにより各々のコアティース１６１は、およそＴ字状を呈している（図３示）。
　図２に示したように、ステータリング１５に取り付けられた複数のコアティース１６１は、隣接するものとの間で、バックヨーク部１６１ｂの端部同士を突き合わせることにより円環状に並び、コア列ＣＲを形成している。
　また、各々のコアティース１６１には、バックヨーク部１６１ｂの外周面１６１ｃから、所定距離だけ半径方向内方に位置する部位において、円周方向に延在したスリット１６１ｄが形成されている（図３示）。それぞれのスリット１６１ｄは、バックヨーク部１６１ｂを軸方向に貫通している。バックヨーク部１６１ｂに形成されるスリット１６１ｄは、図３に示した形状に限定されるべきではなく、バックヨーク部１６１ｂ上を円周方向に延在していれば種々の形状が適用可能である。
　また、ステータ１４に適用可能なコアティース１６１は、図３に示したもののみに限定されるべきものではなく、図４に示したような、バックヨーク部１６１ｅにスリット１６１ｄが形成されていないコアティース１６１Ａであってもよい。
　コアティース１６１またはコアティース１６１Ａの外周面１６１ｃは、単一の曲率を有する円弧状に形成されているものではない。すなわち外周面１６１ｃは、図７に示したように、円周方向の中央部において、ステータ１５の軸中心から一定の距離にある真円（以下、基準円φという）に対して、半径方向外方に滑らかに突出した凸部αを有している。また、円周方向の両端部においては、基準円φに対して半径方向内方に滑らかに凹んだ凹部βを有しており、凸部αと凹部βとは、滑らかに接続されている。
　本実施形態において、互いに滑らかに接続された凸部αおよび凹部βは、１つの正弦曲線（または余弦曲線）により形成されている。
　凸部αおよび凹部βについて補足すると、コアティース１６１，１６１Ａの外周面１６１ｃにおいて、基準円φから凸部αまでの半径方向距離と、基準円φから凹部βまでの半径方向距離とが同一である。また、ステータ１４の軸中心からバックヨーク部１６１ｂ，１６１ｅの外周面１６１ｃまでの半径方向長さの平均値は、基準円φの半径方向長さと同一である。
　以下、図５および図６に基づき、バックヨーク部１６１ｂの外周面１６１ｃ（以下、外周面１６１ｃという）の形成方法について説明する。
　図５は、１個のコアティース１６１を表した模式図である。図５において、ＣＬは外周面１６１ｃの円周方向の中央と、ステータ１４の軸心とを結んだ直線を示している。図５における横方向は、外周面１６１ｃの各位置とステータ１４の軸心とを結んだ直線を想定し、当該直線の直線ＣＬに対する角度θを示している。また、縦方向は、外周面１６１ｃの各位置についての、ステータ１４の軸心からの半径方向距離Ｒを表している（図６参照）。
　したがって、図５において、上述した基準円φは直線に展開して示されている。また、図５においてコアティース１６１の横方向の幅は、コアティース１６１の１個あたりが占める、ステータ１４の円周上の角度θｃ（本実施形態においては２４°）に該当している。
　予め設定されたステータ１４の仕様には、ステータリング１５の内径ｄと、平均締め代ｓとが含まれている。平均締め代ｓは、ステータリング１５によるコアティース１６１に対する保持力およびコアティース１６１の座屈防止を考慮した値に設定されている。最初に、これらから、式：Ｄ＝ｄ＋ｓに基づいて、コア列ＣＲの平均外径Ｄを決定する。平均外径Ｄは、上述した基準円φの径に該当する。
　次に、ステータ１４の仕様に含まれている締め代変化幅（締め代振幅）Δｓを用いて、それぞれ、式：Ｄ１＝Ｄ＋Δｓおよび式：Ｄ２＝Ｄ－Δｓに基づき、コア列ＣＲの最大外径：Ｄ１および最小外径：Ｄ２を算出する。したがって、Ｄ＝（Ｄ１＋Ｄ２）／２となる。尚、締め代振幅Δｓは、コアティース１６１の座屈防止を考慮した値に設定されている。
　次に、外周面１６１ｃにおける円周方向の中心が極大点、円周方向の両端部が極小点となるように、外周面１６１ｃを形成する正弦曲線（サインカーブ）または余弦曲線（コサインカーブ）を描く。外周面１６１ｃとして形成された正弦曲線または余弦曲線を、以下、凸サイン曲線という。ここで、凸サイン曲線の極大点に位置するコア列の外径を算出された最大外径Ｄ１とし、極小点に位置するコア列の外径を最小外径Ｄ２とする。
　凸サイン曲線を描くために、図５における基準円φを示す直線上に、外周面１６１ｃの円周方向の中心から両端部まで（－θｃ／２≦θ≦θｃ／２の範囲で）、それぞれ所定数ｎの演算点ＥＰ（１）～ＥＰ（ｎ）を均等に設ける。これに限定されるものではないが、例えば、横軸の正方向に１２個の演算点ＥＰ（ｎ）を分割角度１°間隔で配置し、横軸の負方向に１２個の演算点ＥＰ（ｎ）を分割角度１°間隔で配置すればよい。
　次に、基準円φを示す直線上の円周方向の中心点ＣＰおよび各演算点ＥＰ（ｎ）ごとに、各々の直線ＣＬに対する角度θ（ｎ）を用いて、式：Ｔ（ｎ）＝（Δｓ／２）・cosθ（ｎ）に基づき、凸サイン曲線上の値Ｔ（ｎ）を求める。凸サイン曲線上の値Ｔ（ｎ）は、中心点ＣＰおよび各演算点ＥＰ（ｎ）ごとの、外周面１６１ｃの平均外径Ｄとの差の１／２に相当する。
　最後に、式：Ｒ（ｎ）＝Ｄ／２＋Ｔ（ｎ）に基づき、中心点ＣＰおよび各演算点ＥＰ（ｎ）ごとに、ステータ１４の軸心からの半径方向距離Ｒ（ｎ）を算出し、それぞれ中心点ＣＰおよび各演算点ＥＰ（ｎ）に対応する凸サイン曲線上の各点（以下、軌跡点ＬＰ（ｎ）という）を特定する。その後、ＣＡＤシステム等を用いたスプライン曲線の作図方法により、演算した軌跡点ＬＰ（ｎ）を連続させ、凸サイン曲線による外周面１６１ｃを形成する。尚、スプライン曲線の作図方法の詳細については、特許公開公報である特開平５－２９０１０６号等に記載されている。
　上述した方法により、円周方向の中央部において、半径方向外方に滑らかに突出した凸部αを有するとともに、円周方向の両端部において、半径方向内方に滑らかに凹んだ凹部βを有し、凸部αと凹部βとが滑らかに接続された外周面１６１ｃが形成される（図７示）。
　上述した方法においては、外周面１６１ｃの形状は、各軌跡点ＬＰ（ｎ）の直線ＣＬに対する角度θ（ｎ）と、ステータ１４の軸心からの半径方向距離Ｒ（ｎ）とに基づいて形成している。しかしながら、これらに代えて、図６に示すように、コアティース１６１をＸＹ座標上に置き、外周面１６１ｃの形状を各軌跡点ＬＰ（ｎ）のＸＹ座標に基づいて形成してもよい。
　この場合、各軌跡点ＬＰのＸＹ座標はそれぞれ、式：Ｘ（ｎ）＝Ｒ（ｎ）・sinθ（ｎ）および式：Ｙ（ｎ）＝Ｒ（ｎ）・cosθ（ｎ）を用いて算出される。
　上述したように、複数のコア体１６は、円筒部１５１の内周面に焼き嵌めにより取り付けられる。完成したステータリング１５は所定温度に加熱されて、その内径が拡張される。加熱された円筒部１５１に対し、コアティース１６１のバックヨーク部１６１ａを互いに当接させて、複数のコア体１６を円環状に並べた状態で挿入していく。
　コア体１６が円筒部１５１内に挿入された後、ステータリング１５は冷却されて収縮し、各々のコア体１６を強固に保持することができる。
　また、コア体１６をステータリング１５内に取り付ける方法として、常温における圧入を適用してもよい。さらに、圧入によりコア体１６をステータリング１５内に保持させる場合、コア体１６と円筒部１５１との間に接着剤を介在させ、その保持力を増大させてもよい。
　図１に示すように、コア体１６が取り付けられたステータリング１５は、モータハウジング１１に固定される。取付フランジ１５３をモータハウジング１１のボス部１１２に当接させた後、取付ボルト１７を取付穴１５４に挿通し、ボス部１１２に螺合させることにより、取付フランジ１５３はモータハウジング１１に取り付けられる。
　図８は、本実施形態によるコアティース１６１がステータリング１５に取り付けられた場合に発生する応力分布を、有限要素法（ＦＥＭ）を用いて解析した結果を示した図である。また、図９は、外周面１６１ｃを基準円φを用いて形成したコアティース１６１に発生する応力分布を示した図である。図８および図９において、発生する応力ごとに区分けされた領域１～領域８のそれぞれの領域は、両図において互いに同等の応力発生部位を示している。すなわち、例えば、図８における領域６と図９における領域６とには、互いに同等の応力が発生していることを表している。
　図８に示したように、バックヨーク部１６１ｂの外周面１６１ｃを、凸サイン曲線を用いて形成したコアティース１６１をステータリング１５に取り付けた場合、外周面１６１ｃを基準円φを用いて形成したコアティース１６１の場合（図９）に比べ、バックヨーク部１６１ｂに発生する応力が均一化され、ティース部１６１ａとバックヨーク部１６１ｂとの接合部に発生する圧縮応力が大幅に低減している。
　本実施形態によれば、バックヨーク部１６１ｂの外周面１６１ｃは、円周方向の中央部において、ステータ１４の軸心から一定の距離にある基準円φに対して、半径方向外方に突出した凸部αと、円周方向の両端部において、基準円φに対して半径方向内方に凹んだ凹部βとを有している。
　これにより、バックヨーク部１６１ｂの円周方向の中央部がステータリング１５から受ける面圧を維持しながら、バックヨーク部１６１ｂの両端部がステータリング１５から受ける面圧を低減することができる。したがって、バックヨーク部１６１ｂの両端部の半径方向外方へのモーメントが発生し、上述した半径方向内方へのモーメントを低減することができる。よって、バックヨーク部１６１ｂとティース部１６１ａとの接合部位における応力を低減し、コアティース１６１の座屈を防止することができる。
　すなわち、ステータリング１５によるコアティース１６１の保持力の維持と、コアティース１６１の座屈の低減とを両立させることができる。
　また、コアティース１６１における応力の発生を低減できるため、コアティース１６１内の応力鉄損を低減して、電動モータ１の効率を増大させることができる。
　また、凸部αおよび凹部βを含むバックヨーク部１６１ｂの外周面は、プレス成形等により容易に形成でき、部品点数を増大させることもないため、低コストの電動モータ１にすることができる。
　また、凸部αおよび凹部βは正弦曲線または余弦曲線により形成されていることにより、凸部αおよび凹部βを形成するための演算量を低減して、凸部αおよび凹部βを容易に形成することができる。
　また、各々のコアティース１６１は、円周方向に延在するとともに、バックヨーク部１６１ｂを軸方向に貫通するスリット１６１ｄを有することにより、スリット１６１ｄが緩衝部位となって、ステータリング１５からバックヨーク部１６１ｂの外周面１６１ｃに加わる面圧を低減することができ、コアティース１６１の座屈をいっそう低減することができる。
　また、コアティース１６１において、基準円φから凸部αまでの半径方向距離と、基準円φから凹部βまでの半径方向距離とを同一としたことにより、ステータリング１５によるコアティース１６１の保持力と、バックヨーク部１６１ｂの両端部がステータリング１５から受ける面圧の低減量とのバランスを適正にし、コアティース１６１の保持力の維持と、コアティース１６１の座屈の低減とをさらに両立させることができる。
　また、ステータ１４の軸中心からバックヨーク部１６１ｂの外周面１６１ｃまでの半径方向長さの平均値を、基準円φの半径方向長さと同一としたことにより、ステータリング１５によるコアティース１６１の保持力と、バックヨーク部１６１ｂの両端部がステータリング１５から受ける面圧の低減量とのバランスを、いっそう適正にすることができる。
　また、ともに滑らかに形成された凸部αと凹部βとが、互いに滑らかに接続されていることにより、いっそうコアティース１６１における応力の発生を低減することができる。
　＜他の実施形態＞
　本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、次のように変形または拡張することができる。
　バックヨーク部１６１ｂの外周面１６１ｃを形成する場合、必ずしも凸サイン曲線を使用しなければならないわけではなく、２次関数曲線等を用いて凸部αおよび凹部βを形成してもよい。
　本発明は、複数の電磁鋼板を積層して形成されたコアティースのみではなく、金属磁性粉末を加圧成形して形成したコアティースにも適用可能である。
　また、本発明による電動モータ１は、同期モータ、誘導モータ、直流モータあるいはそれ以外のあらゆる回転電機に適用可能である。
　本発明に係る回転電機および回転電機のステータは、ハイブリッド車両または電気自動車等の四輪車両、二輪車両およびその他の車両、またはその他の家庭電機もしくは産業用機械に利用することが可能である。
　図面中、１は電動モータ（回転電機）、１１はモータハウジング（ハウジング）、１３はロータ、１４はステータ、１５はステータリング（保持リング）、１５１は円筒部、１６１，１６１Ａはコアティース、１６１ａはティース部、１６１ｂ，１６１ｅはバックヨーク部、１６１ｃは外周面、１６１ｄはスリット、１６４はコイル、αは凸部、βは凹部、φは基準円を示している。

Claims (8)

  1. 　ハウジングに対し回転可能に取り付けられたロータと、
    　前記ロータに対し半径方向外方に対向して設けられ、円筒部を有し前記ハウジングに取り付けられた保持リングと、各々コイルが巻回されるとともに、円環状に並んだ状態で前記円筒部の内周面に圧入または焼き嵌めにより取り付けられた複数のコアティースとを有するステータと、
    　を備え、
    　各々の前記コアティースは、前記保持リングに取り付けられた状態において、
    　半径方向に延び、前記コイルが巻回されたティース部と、
    　前記ティース部の半径方向外方に接続され、円周方向に延在したバックヨーク部と、
    　を有しており、
    　前記保持リングに取り付けられた複数の前記コアティースは、
    　隣接するものとの間で、前記バックヨーク部の端部同士を突き合わせることにより、円環状に並べられている回転電機であって、
    　各々の前記バックヨーク部の外周面は、
    　円周方向の中央部において、前記ステータの軸心から一定の距離にある基準円に対して、半径方向外方に突出した凸部と、
    　円周方向の両端部において、前記基準円に対して半径方向内方に凹んだ凹部とを有する回転電機。
  2. 　前記凸部および前記凹部は、
    　正弦曲線または余弦曲線により形成されている請求項１記載の回転電機。
  3. 　各々の前記コアティースは、
    　前記バックヨーク部の外周面から、所定距離だけ半径方向内方に位置する部位において、円周方向に延在するとともに、前記バックヨーク部を軸方向に貫通するスリットを有する請求項１または２に記載の回転電機。
  4. 　前記コアティースにおいて、
    　前記基準円から前記凸部までの半径方向距離と、前記基準円から前記凹部までの半径方向距離とが同一である請求項１乃至３のうちのいずれか一項に記載の回転電機。
  5. 　前記ステータの軸心から前記バックヨーク部の外周面までの半径方向長さの平均値は、前記基準円の半径方向長さと同一である請求項１乃至４のうちのいずれか一項に記載の回転電機。
  6. 　円筒部を有する保持リングと、
    　半径方向に延び、各々コイルが巻回されるティース部および前記ティース部の半径方向外方に接続され、円周方向に延在したバックヨーク部を有し、隣接するものとの間で、前記バックヨーク部の端部同士を突き合わせることにより、円環状に並んだ状態で前記円筒部の内周面に圧入または焼き嵌めにより取り付けられた複数のコアティースと、
    　を備えた回転電機のステータであって、
    　各々の前記バックヨーク部の外周面は、
    　円周方向の中央部において、前記ステータの軸心から一定の距離にある基準円に対して、半径方向外方に突出した凸部と、
    　円周方向の両端部において、前記基準円に対して半径方向内方に凹んだ凹部とを有する回転電機のステータ。
  7. 　前記バックヨーク部の外周面において、
    　前記凸部は半径方向外方に滑らかに突出するとともに、前記凹部は半径方向内方に滑らかに凹むように形成され、
    　前記凸部と前記凹部は、互いに滑らかに接続されている請求項１乃至５のうちのいずれか一項に記載の回転電機。
  8. 　前記バックヨーク部の外周面において、
    　前記凸部は半径方向外方に滑らかに突出するとともに、前記凹部は半径方向内方に滑らかに凹むように形成され、
    　前記凸部と前記凹部は、互いに滑らかに接続されている請求項６記載の回転電機のステータ。
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