WO2018225587A1

WO2018225587A1 - 回転電機

Info

Publication number: WO2018225587A1
Application number: PCT/JP2018/020594
Authority: WO
Inventors: 谷口　真; 福島　明; 賢松原; 智史土井
Original assignee: 株式会社デンソー
Priority date: 2017-06-06
Filing date: 2018-05-29
Publication date: 2018-12-13
Also published as: US20200106312A1; JP6787257B2; US11652374B2; CN110741533B; JP2018207693A; CN110741533A

Abstract

回転電機は、回転自在に支持された回転子と、回転子と同軸に配置された固定子コア（２１）を備える固定子と、を備えている。固定子コアは、複数の鋼板（３２）を積層して構成され、環状のヨーク部（３５）と、該ヨーク部から径方向に延びる複数のティース（３４）と、隣合うティースの間に設けられるスロット（３７）とを有する。スロットには固定子巻線が巻装される。ヨーク部は、スロットを径方向に延長した位置に鋼板の積層方向に延びる孔部（４３）を有し、その孔部内に、磁性粉体からなる粉体成形体（４２）が設けられている。

Description

回転電機

関連出願の相互参照

　本出願は、２０１７年６月６日に出願された日本出願番号２０１７－１１１７２７号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。

　本開示は、回転電機に関するものである。

　回転電機では、一般に軟磁性材からなる電磁鋼板を複数枚積層することで固定子コアが構成されている。積層した電磁鋼板同士を固定する手法としては、積層方向に溶接することや凹凸かしめで圧入締結することが知られている。そもそも電磁鋼板を積層して固定子コアを構成するのは、板厚方向に電気的に分断して電気抵抗を持たせることで固定子コアの電気抵抗を高くすることを目的としてなされており、これにより、コア内の主鎖交磁束方向に直交する方向の浮遊磁束の変動に伴い誘起電圧を生じさせて渦電流が流れることを抑制するようにしている。しかるに、各電磁鋼板を溶接で接合すると、溶接部分で電気抵抗が小さくなり、渦電流が流れやすくなることが考えられる。また、各電磁鋼板を凹凸かしめで締結すると、凸と凹の接触面の機械的摩擦により、電磁鋼板の表面に施されている絶縁被膜が破れて電気抵抗が小さくなり、やはり溶接と同じく渦電流が流れやすくなることが考えられる。こうして渦電流が流れやすくなると、高効率な機器設計の阻害要因となることが懸念される。

　また、例えば特許文献１には、回転電機において、固定子を、円筒状の固定子鉄心（固定子コア）と、絶縁被膜処理された金属磁性粉末を圧縮成型して作製された複数の補助鉄心とを有するものとした構成が記載されている。補助鉄心は、棒状鉄心部と、その一端に一体成形された放熱部とを有しており、棒状鉄心部が固定子鉄心のスロット内に挿入され、放熱部が固定子鉄心の端面側に突出配置されるようになっている。かかる構成では、補助鉄心を金属磁性粉末により作製することで電気抵抗が大きくなり、その補助鉄心を、固定子鉄心におけるスロット内の外周位置に配置することにより、渦電流の発生が抑制されることが考えられる。

特開２００８－１２５１５３号公報

　しかしながら、特許文献１に記載の構成では、固定子鉄心のスロット内に補助鉄心が挿入されることで、スロット面積、すなわち導体収容部の面積が犠牲になることや、ヨーク部の径方向寸法が犠牲になることが懸念される。そして、スロット面積が犠牲になることで、固定子巻線の抵抗値が増大し高効率設計の妨げになることが考えられる。また、ヨーク部の径方向寸法が犠牲になることで、ヨーク部の機械剛性が低下し振動騒音の発生要因となることが考えられる。いずれにしろこれら課題を解決するには機器の大型化を招くこと等が懸念される。

　また、固定子鉄心の全体又はヨーク部を磁性紛体で構成することも考えられるが、現時点では磁性紛体の磁気特性として透磁率が電磁鋼板に比べて数倍低いため、回転電機において大幅な性能低下を招くことが懸念される。そのため、やはり機器の大型化を招くこと等が懸念される。

　本開示は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、固定子における渦電流の発生を抑制し、高効率な性能を発揮することができる回転電機を提供することにある。

　以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について説明する。

　第１の手段では、
　回転自在に支持された回転子と、
　前記回転子と同軸に配置された固定子コアを備える固定子と、
を備え、
　前記固定子コアは、複数の鋼板を積層して構成され、環状のヨーク部と、該ヨーク部から径方向に延びる複数のティースと、隣合う前記ティースの間に設けられるスロットとを有し、
　前記スロットに固定子巻線が巻装されており、
　前記ヨーク部は、前記スロットを径方向に延長した位置に前記鋼板の積層方向に延びる孔部を有し、その孔部内に、磁性粉体からなる粉体成形体が設けられている。

　上記構成では、スロットを径方向に延長した位置に鋼板の積層方向に延びる孔部が設けられ、その孔部内に、磁性粉体からなる粉体成形体が設けられるようにした。ここで、固定子コアのヨーク部では、スロットを径方向に延長した位置において渦電流が発生しやすくなると考えられるが、上記のとおり孔部を設け、その孔部内に磁性粉体からなる粉体成形体を設けたことにより、渦電流の生じ易い部位において電気抵抗率を高くしかつ透磁率を低くすることができる。これにより、渦電流損の抑制を図ることができる。また、磁性粉体を充填する位置を、スロットの径方向延長位置に限定することにより、主磁束が流れる大部分の部位は透磁率が低くならず、透磁率の低下に伴う回転電機の性能低下を抑制することが可能となる。

　また、孔部内に粉体成形体を設けた構成では、その粉体成形体（磁性粉体）により積層状態の各鋼板が固定されることになる。そのため、例えば溶接や凹凸かしめに代えて、又は溶接箇所や凹凸かしめの締結箇所を減らして、粉体成形体を積層鋼板の固定手段として用いることができる。したがって、溶接部やかしめ部を多用することで電気抵抗が小さくなり、渦電流が流れやすくなるといった不都合を抑制できる。

　以上により、上記構成の回転電機では、固定子における渦電流の発生を抑制し、高効率な性能を発揮することができる。

　第２の手段では、前記ヨーク部には、径方向におけるヨーク幅の中心位置よりも前記スロット寄りの位置に前記孔部が設けられている。

　本開示者らの分析によれば、固定子コアのヨーク部において渦電流が発生しやすい部位はスロット寄りの位置であることが確認されている。そのため、ヨーク部において径方向の中心位置よりもスロット寄りの位置に孔部を設けることにより、渦電流を一層適正に抑制することができる。

　第３の手段では、前記孔部は、周方向の長さ寸法が径方向の長さ寸法よりも大きい横断面を有する形状となっている。

　ヨーク部における孔部を、周方向の長さ寸法が径方向の長さ寸法よりも大きい横断面を有する形状とした。これにより、ヨーク部において、径方向の中心位置よりもスロット寄りに孔部が設けられる場合に、孔部の場所が規制されつつも、孔部の横断面（すなわち粉体成形体の横断面）を極力大きくすることができる。したがって、適正な渦抑制効果を期待できる。

　第４の手段では、前記固定子コアは、周方向に連結される複数のコアブロックを有し、隣合うコアブロックが互いに固定されることで円環状に形成されており、前記コアブロックは、２以上の前記ティースを有し、前記スロットは、同一の前記コアブロックの隣合う２つの前記ティースの間に形成されるとともに、隣合う２つの前記コアブロックの１つずつのティースの間に形成されており、前記複数のスロットのうち同一の前記コアブロックの前記ティースの間に形成されるスロットに対応させて、前記孔部及び前記粉体成形体が設けられている。

　複数のコアブロックが連結されてなる固定子コアでは、所定間隔で、スロットの径方向延長線上にコアブロック接合部（接合境界部）が設けられることになる。この点を鑑みると、複数のスロットのうち同一のコアブロックの隣合う２つのティースの間に形成されるスロットに対応させて、孔部及び粉体成形体を設けることが望ましい。この場合、コアブロック接合部では、渦電流が比較的流れにくいこと、及び孔部の形成が困難なことを加味しつつ、適正な構成を実現できる。

　第５の手段では、前記孔部は、前記固定子コアにおいて軸方向に貫通する貫通孔であり、前記粉体成形体は、前記固定子コアにおける軸方向の両端面に沿って前記孔部よりも外側に突出する突出部を有する。

　上記構成によれば、粉体成形体により、固定子コアの軸方向中心側への圧縮荷重を生じさせることが可能となる。そのため、複数の鋼板を積層方向の両端から押さえ付けることができ、積層状態の各鋼板を固定する上での信頼性を一層向上させることができる。

　第６の手段では、前記孔部は、前記固定子コアにおいて軸方向に貫通し、かつ孔径が軸方向中心部の孔径よりも大きい拡径部を前記固定子コアの軸方向両端部に有する貫通孔であり、前記粉体成形体は、前記固定子コアの両端面の間において前記拡径部を含む前記孔部内に設けられている。

　上記構成によれば、粉体成形体により、固定子コアの軸方向中心側への圧縮荷重を生じさせることが可能となる。そのため、複数の鋼板を積層方向の両端から押さえ付けることができ、積層状態の各鋼板を固定する上での信頼性を一層向上させることができる。また、粉体成形体が固定子コアの両端面の間に設けられるため、軸方向への粉体成形体のはみ出しを抑制でき、大型化の抑制効果を期待できる。

　第７の手段では、前記ヨーク部において、前記ティースを径方向に延長した位置に、前記複数の鋼板を圧入により固定するかしめ部が設けられている。

　本開示者らの分析によれば、ティースの径方向延長上のヨーク部分には渦電流が比較的生じにくいことが確認されている。この点を鑑み、ヨーク部において、ティースを径方向に延長した位置にかしめ部を設ける構成とした。この場合、かしめ部では、電気特性よりも機械特性が優先されることになり、各鋼板の固定力の強化を図ることができる。要するに、ヨーク部に、電気特性を優先する粉体成形体と機械特性を優先するかしめ部とが設けられることで、電気特性及び機械特性の向上を図ることができる。

　第８の手段では、前記ヨーク部において、径方向における前記孔部の位置と前記かしめ部の位置とが異なっており、前記孔部の方が前記スロット寄りとなっている。

　ヨーク部において、径方向における孔部（粉体成形体）の位置とかしめ部の位置とを異ならせ、孔部の方をスロット寄りとした。この場合、電気特性を好適に良化させつつ、固定子コアとして各鋼板を積層状態で適正に固定することができる。また、孔部とかしめ部とが径方向の同じ位置に設けられる構成に比べて、これら孔部とかしめ部との間の距離が大きくなり、ヨーク部における電気抵抗の変化をなだらかにすることができる。

　第９の手段では、前記粉体成形体の比抵抗が、前記かしめ部の比抵抗よりも高い値となっている。

　粉体成形体の比抵抗が、かしめ部の比抵抗よりも高い値となるようにした。これにより、効果的に渦電流を抑制することができ、その設計指針を物性値として明確化することができる。

　第１０の手段では、前記固定子コアは、前記鋼板の積層体でありかつ前記ヨーク部、前記ティース及び前記スロットを有する円環状の複数のコア部材を軸方向に結合することで構成されており、前記複数のコア部材における前記ヨーク部に、前記孔部及び前記粉体成形体がそれぞれ設けられている。

　上記構成によれば、固定子コアが円環状の複数のコア部材により構成され、その各コア部材におけるヨーク部に、孔部及び粉体成形体がそれぞれ設けられている。この場合、固定子コアにおける粉体成形体は、コア厚み方向の全体に一体的に設けられるのではなく、コア部材ごとに複数に分割して設けられる。これにより、粉体成形体を磁性粉体の圧縮成型により成形する過程において、圧縮荷重の上昇が抑制される。そのため、製造装置の大型化を回避することができる。

　第１１の手段では、前記複数のコア部材は、周方向に所定角度ずつ位相をずらした状態で積み重ねられ、互いに結合される一方のコア部材と他方のコア部材とにおいて前記孔部の位置が周方向に異なっている。

　上記構成によれば、固定子コアにおいて、各コア部材を周方向（回転方向）に位相をずらした状態で積み重ねて結合することにより、固定子コアにおいて材料のばらつきによる品質低下が抑制される。つまり、これは転積と称され、その転積により、各コア部材の磁気的なばらつきや厚みばらつきが解消される。また、こうした転積が行われる場合に、各コア部材の孔部の位置が一致せず、固定子コアにおいて両端面の間に貫通孔が形成されないことが生じ得る。かかる場合、孔部に対して磁性粉体を充填することが困難になるが、コア部材ごとに磁性粉体が充填されて粉体成形体が成形される構成としたため、製作上の困難を回避することができる。

　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図１は、回転電機の縦断面図であり、図２は、コアブロックの斜視図であり、図３は、複数のコアブロックを結合した状態の固定子コアを示す斜視図であり、図４は、ヨークの孔部を示す断面図であり、図５は、鋼板の積層部分を拡大して示す断面図であり、図６は、（ａ）はコアブロックの平面図、（ｂ）は位置Ａ１～Ａ４ごとの渦電流損の差異を示す図であり、図７は、磁性紛体の磁気特性と電磁鋼板の磁気特性とを示す図であり、図８は、別の構成においてヨークの孔部を示す断面図であり、図９は、別の構成においてヨークの孔部を示す断面図であり、図１０は、複数のコア部材からなる固定子コアの構成を説明するための図である。

　以下、実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態における回転電機は、例えば車両動力源として用いられるものとなっている。ただし、回転電機は、産業用、車両用、家電用、ＯＡ機器用、遊技機用などとして広く用いられることが可能となっている。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一又は均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。

　本実施形態に係る回転電機１０は、インナロータ式（内転式）の多相交流モータであり、その概要を図１に示す。図１は、回転電機１０の回転軸１１に沿う方向での縦断面図である。以下の記載では、回転軸１１の延びる方向を軸方向とし、回転軸１１を中心として放射状に延びる方向を径方向とし、回転軸１１を中心として円周状に延びる方向を周方向としている。

　回転電機１０は、回転軸１１に固定された回転子１２と、回転子１２を包囲する位置に設けられる固定子１３と、これら回転子１２及び固定子１３を収容するハウジング１４とを備えている。回転子１２及び固定子１３は同軸に配置されている。ハウジング１４は、有底筒状の一対のハウジング部材１４ａ，１４ｂを有し、ハウジング部材１４ａ，１４ｂが開口部同士で接合された状態でボルト１５の締結により一体化されている。ハウジング１４には軸受け１６，１７が設けられ、この軸受け１６，１７により回転軸１１及び回転子１２が回転自在に支持されている。

　本実施形態では、回転子１２の磁極構造として任意の構成を適用可能であるため、その詳細な説明は省略する。例えば、磁極構造として、埋め込み磁石型や、表面磁石型、カゴ型導体を備えるものが適用できる。

　固定子１３は、回転子１２に同軸になる状態でハウジング１４に固定された固定子コア２１と、その固定子コア２１に巻装された固定子巻線２２とを有している。固定子巻線２２の巻線方法に関しても任意でよく、例えば全節巻、短節巻、波巻、重ね巻のいずれであってもよい。

　固定子コア２１は、複数のコアブロック３１を周方向に並べて連結することで円環状に構成されており、以下にその詳細を説明する。図２はコアブロック３１の斜視図であり、図３は、複数（図では２つ）のコアブロック３１を連結した状態の固定子コア２１を示す斜視図である。

　図２に示すように、コアブロック３１は、軟磁性材よりなる薄板状の鋼板３２（電磁鋼板）をコア軸方向に複数積層して構成されており、円弧状のヨーク３３と、そのヨーク３３から径方向内側に突出する２つのティース３４とを有している。鋼板３２は、シート状の電磁鋼板材を所定形状に打ち抜くことで形成されている。そして、所定枚数の鋼板３２が積層状態で固定されることにより、コアブロック３１が形成されるようになっている。

　複数のコアブロック３１が周方向に連結された状態では、複数のヨーク３３が円環状に繋がることでヨーク部３５が形成され、そのヨーク部３５の外周側に円環状の筒部材３６が嵌合されている。本実施形態では、周方向に２４個のコアブロック３１を並べて円環状に連結することで、固定子コア２１が形成されている。なお、隣合うコアブロック３１どうしは、その接合面において凹凸かしめにより互いに固定されるとよい。

　複数のコアブロック３１により固定子コア２１が円環状に形成された状態では、ヨーク部３５の内径側において周方向に所定間隔でティース３４が配列され、各ティース３４の間にスロット３７が形成されている。この場合、スロット３７は、同一のコアブロック３１の２つのティース３４の間に形成されるとともに、隣合う２つのコアブロック３１の１つずつのティース３４の間に形成されている。固定子コア２１において各スロット３７に固定子巻線２２が挿入されるようになっている。

　次に、固定子コア２１のヨーク部３５に設けられるかしめ部４１と粉体成形体４２とについて説明する。

　図２及び図３に示すように、各コアブロック３１のヨーク３３には、周方向２カ所に凹凸かしめによる圧入締結が施されたかしめ部４１が設けられている。かしめ部４１は、それぞれ径方向に同一となる位置であって、かつ各ティース３４を径方向外側に延長した位置に設けられている。かしめ部４１は、径方向のヨーク幅の中心位置（ヨーク幅の１／２となる位置）、又はその付近に設けられている。

　また、ヨーク３３には、鋼板３２の積層方向に貫通する孔部４３（貫通孔）が設けられ、その孔部４３内に、磁性粉体の充填により粉体成形体４２が設けられている。孔部４３は、スロット３７を径方向に延長した位置で、かつ径方向のヨーク幅の中心位置よりもスロット３７寄りの位置（径方向内側の位置）に設けられている。なお、孔部４３は、その中心点が、径方向のヨーク幅の中心位置よりもスロット３７寄りとなるように設けられているとよい。この場合、かしめ部４１と孔部４３と径方向の位置関係を言えば、かしめ部４１が外側に、孔部４３が内側に設けられている。

　コアブロック３１を構成する鋼板３２ではプレス機器による打ち抜き時に鋼板３２ごとに打ち抜き孔が形成され、複数の鋼板３２を積層することで、軸方向に貫通する孔部４３が形成される。孔部４３は、軸方向に直交する方向の横断面形状が楕円形状となっており、特に周方向の長さ寸法が径方向の長さ寸法よりも大きい横断面を有する形状となっている。ただし、孔部４３の横断面形状は、楕円形状以外であってもよく、例えば円形状や、四角形形状、三角形形状等の多角形形状であってもよい。

　粉体成形体４２は、孔部４３内において磁性粉体が圧縮成型されることで成形されるようになっている。この場合、図４に示すように、孔部４３は、軸方向に同一径となるように形成されており、その孔部４３内に、固定子コア２１の両端側から荷重Ｆ１が付与された状態で磁性粉体が充填される。そして、孔部４３内において磁性紛体が隙間なく充填されて固まり、粉体成形体４２が成形される。以上のように成形される粉体成形体４２では、各鋼板３２における孔部４３の切り口、すなわち各鋼板３２との接触界面に向けて、圧縮荷重Ｆ２（正の応力）が生じるものとなっている。また、粉体成形体４２は、積層状態の複数の鋼板３２に跨がるようにして設けられるため、その粉体成形体４２を芯材として各鋼板３２が固定されるようになっている。

　粉体成形体４２とかしめ部４１とでは比抵抗の値が異なり、粉体成形体４２の比抵抗は、かしめ部４１の比抵抗よりも高い値となっている。

　ここで、鋼板３２のプレスによる切断面はバリやダレなどにより垂直面にはならず、鋼板３２の積層状態では、図５に示すように、孔部４３の内周面において積層方向に凹凸が生じる。この点、上記構成では、この孔部４３に圧縮状態で磁性粉体が充填されて粉体成形体４２が成形されるため、孔部４３の内周面に凹凸が生じていても、その凹凸に沿って磁性粉体が充填される。したがって、孔部４３内に粉体成形体４２が成形された状態では、凹凸による隙間ができ、その隙間により意図せず磁気抵抗が生じるといった不都合が抑制される。また、鋼板３２ごとに粉体成形体４２が干渉するため、粉体成形体４２の抜け落ちが抑制される。

　ちなみに、孔部４３内に、予め棒状に成形した芯材を圧入する場合には、芯材の圧入状態において孔部４３の内周面に凹凸による隙間ができる。この場合、隙間が埋められないことにより意図せず磁気抵抗が生じてしまう。また、芯材の抜け落ちが懸念されることとなる。

　上記のごとく各コアブロック３１が円環状に連結される構成では、固定子コア２１においてスロット１つ置きに孔部４３及び粉体成形体４２が設けられている。更に言えば、ヨーク部３５の周方向には、径方向延長線上に孔部４３及び粉体成形体４２を有するスロット３７と、径方向延長線上にコアブロック接合部（接合境界部）を有するスロット３７とが交互に並ぶ構成となっている。

　次に、コアブロック３１のヨーク３３において鋼板３２の固定位置の違いによる渦電流損の差異を図６を用いて説明する。図６（ａ）はコアブロック３１の平面図であり、（ｂ）は位置Ａ１～Ａ４ごとの渦電流損の差異を示す図である。なおここでは、コアブロック３１を２４個円周上に並べて構成した固定子コア２１において、無負荷時の渦電流損失の計算値が示されている。これは、極数が８、モータ回転速度が９０００ｒｐｍである場合の値である。

　図６（ａ）において、Ａ１，Ａ４は、ヨーク３３においてティース３４を径方向外側に延長した位置であり、Ａ２，Ａ３は、スロット３７を径方向外側に延長した位置である。また、Ａ２，Ａ３のうち、Ａ２は、径方向におけるヨーク幅の略中心位置（外周側位置）であり、Ａ３は、径方向におけるヨーク幅の中心位置よりもスロット３７寄りの位置（内周側位置）である。

　また、図６（ｂ）では、各位置Ａ１～Ａ４において、かしめ固定をした場合と、磁性粉体による充填固定をした場合とを想定し、その固定手法の違いによる渦電流損の差異を示している。なお、Ａ１，Ａ４についてはかしめ固定のみの結果を示し、Ａ２，Ａ３についてはかしめ固定と充填固定との結果を示す。

　図６（ｂ）に示すように、位置Ａ１～Ａ４でかしめ固定を施した場合、ティース延長線上の位置Ａ１，Ａ４では、渦電流の発生が比較的少なくなっている。また、スロット延長線上の位置Ａ２，Ａ３のうち外周側位置であるＡ２でも渦電流の発生が少ないが、内周側位置であるＡ３では際立った渦電流の発生が確認できる。すなわち、スロット３７の径方向延長線上の部位において顕著に渦電流が発生することが分かる。

　これに対し、位置Ａ２，Ａ３において磁性粉体による充填固定を施した場合には、渦電流損が大幅に低減されることが分かる。試算値によれば、無負荷時９０００ｒｐｍでの渦電流損失低減の期待値として約５０Ｗの低減が見込まれる。

　また、上記構成の固定子コア２１では、軟磁性材よりなる複数の鋼板３２によりコアブロック３１を構成するとともに、ヨーク３３において、スロット３７の径方向延長位置に限定して磁性粉体を充填する構成としている。そのため、主磁束が流れる大部分の部位は透磁率が低くならず、透磁率の低下に伴う回転電機１０の性能低下を抑制することが可能となっている。

　図７は、磁性紛体（ＳＭＣ）の磁気特性を電磁鋼板と比較した図である。図７から分かるように、磁性粉体では、磁界強度Ｈが弱い領域で特性の傾きすなわち透磁率が低いため、磁性粉体を多用することで回転電機の性能低下が考えられる。この点、磁性粉体の使用を最小限度で抑えることにより、性能低下が最小限で抑えられる。

　また、磁性粉体では、電気伝導率が３０００Ｓ／ｍであり、電磁鋼板の２３８００Ｓ／ｍに比べて約１／７となり、渦電流が流れにくい材料となっている。実際には電磁鋼板の凹凸かしめ部は絶縁被膜が破れているため、電気伝導率は先の値より数倍大きな値となっているはずである。以上からして、本実施形態の上記構成によれば、性能低下を最小限度に抑えつつも渦電流損の低減を最大限に引き出す構成となっている。

　以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

　上記構成では、固定子コア２１において、スロット３７を径方向に延長した位置に鋼板３２の積層方向に延びる孔部４３が設けられ、その孔部４３内に、磁性粉体からなる粉体成形体４２が設けられるようにした。ここで、固定子コア２１のヨーク部３５では、スロット３７を径方向に延長した位置において渦電流が発生しやすくなると考えられるが、上記のとおり孔部４３を設け、その孔部４３内に磁性粉体からなる粉体成形体４２を設けたことにより、渦電流の生じ易い部位において電気抵抗率を高くしかつ透磁率を低くすることができる。これにより、渦電流損の抑制を図ることができる。また、磁性粉体を充填する位置をスロット３７の径方向延長位置に限定することにより、透磁率の低下に伴う回転電機１０の性能低下を抑制することが可能となっている。

　また、孔部４３内に粉体成形体４２を設けた構成では、その粉体成形体４２（磁性粉体）により積層状態の各鋼板３２が固定されることになる。そのため、例えば溶接や凹凸かしめに代えて、又は溶接箇所や凹凸かしめの締結箇所を減らして、粉体成形体４２を積層鋼板の固定手段として用いることができる。したがって、溶接部やかしめ部を多用することで電気抵抗が小さくなり、渦電流が流れやすくなるといった不都合を抑制できる。

　以上により、上記構成の回転電機１０では、固定子１３における渦電流の発生を抑制し、高効率な性能を発揮することができる。このとき、回転電機１０の大型化を招くことなく所望の効果を得ることができる。

　固定子コア２１のヨーク部３５ではスロット３７寄りの位置（スロット内周側）において渦電流が発生しやすいことに着目し、ヨーク部３５において径方向の中心位置よりもスロット３７寄りの位置に孔部４３を設ける構成とした。これにより、渦電流を一層適正に抑制することができる。

　コアブロック３１における孔部４３を、周方向の長さ寸法が径方向の長さ寸法よりも大きい横断面を有する形状とした。これにより、ヨーク部３５において、径方向の中心位置よりもスロット寄り（内径側）に孔部４３が設けられる場合に、孔部４３の場所が規制されつつも、孔部４３の横断面（すなわち粉体成形体４２の横断面）を極力大きくすることができる。したがって、適正な渦抑制効果を期待できる。

　複数のコアブロック３１が連結されてなる固定子コア２１では、所定間隔で、スロット３７の径方向延長線上にコアブロック接合部（接合境界部）が設けられることになる。この点を鑑みると、複数のスロット３７のうち同一のコアブロック３１の２つのティース３４の間に形成されるスロット３７に対応させて、孔部４３及び粉体成形体４２を設けることが望ましい。この場合、コアブロック接合部では、渦電流が比較的流れにくいこと、及び孔部４３の形成が困難なことを加味しつつ、適正な構成を実現できる。

　ティース３４の径方向延長上のヨーク部分には渦電流が比較的生じにくい点を鑑み、ヨーク部３５（ヨーク３３）において、ティース３４を径方向に延長した位置にかしめ部４１を設ける構成とした。この場合、かしめ部４１では、電気特性よりも機械特性が優先されることになり、各鋼板３２の固定力の強化を図ることができる。要するに、ヨーク部３５に、電気特性を優先する粉体成形体４２と機械特性を優先するかしめ部４１とが設けられることで、電気特性及び機械特性の向上を図ることができる。

　ヨーク部３５において、径方向における孔部４３（粉体成形体４２）の位置とかしめ部４１の位置とを異ならせ、孔部４３の方をスロット寄りとした。この場合、電気特性を好適に良化させつつ、固定子コア２１として各鋼板３２を積層状態で適正に固定することができる。また、孔部４３とかしめ部４１とが径方向の同じ位置に設けられる構成に比べて、これら孔部４３とかしめ部４１との間の距離が大きくなり、ヨーク部３５における電気抵抗の変化をなだらかにすることができる。

　粉体成形体４２の比抵抗が、かしめ部４１の比抵抗よりも高い値となるようにした。これにより、効果的に渦電流を抑制することができ、その設計指針を物性値として明確化することができる。

　（他の実施形態）
　上記実施形態を例えば次のように変更してもよい。

　・磁性粉体による充填固定に関して別の構成を採用してもよい。例えば図８に示す構成では、図４と同様に、ヨーク３３において固定子コア２１の軸方向に同一径となるように孔部４３（貫通孔）が形成されており、その孔部４３内に、固定子コア２１の両端側から荷重が付与された状態で磁性粉体が充填されている。そして、磁性粉体の圧縮成型により孔部４３内に粉体成形体４２が成形されている。図８の構成では特に、粉体成形体４２が、軸方向の両端面に沿って孔部４３よりも外側に突出する突出部５１を有している。突出部５１は、孔部４３内と同じ横断面形状（例えば楕円形状）を有し、その外形寸法が孔部４３内の部分よりも大きくなっている。つまり、粉体成形体４２において、孔部４３内の部分よりも孔部４３外にはみ出た部分の横断面が大きくなっている。

　この場合、粉体成形体４２により、固定子コア２１の軸方向中心側への圧縮荷重Ｆ３を生じさせることが可能となる。そのため、複数の鋼板３２を積層方向の両端から押さえ付けることができ、積層状態の各鋼板３２を固定する上での信頼性を一層向上させることができる。

　また、図９に示す構成では、ヨーク３３において孔部４３が、固定子コア２１の軸方向に貫通し、かつ孔径が軸方向中心部の孔径よりも大きい拡径部５３を固定子コア２１の軸方向両端部に有する貫通孔となっている。拡径部５３は、端面側ほど各鋼板３２の孔径が大きくなる略テーパ状に形成されている。そして、その孔部４３内に、固定子コア２１の両端側から荷重が付与された状態で磁性粉体が充填され、圧縮成型により粉体成形体４２が成形されている。図９の構成では特に、粉体成形体４２が、固定子コア２１の両端面の間において拡径部５３を含む孔部４３内に設けられている。

　この場合、粉体成形体４２により、固定子コア２１の軸方向中心側への圧縮荷重Ｆ４を生じさせることが可能となる。そのため、複数の鋼板３２を積層方向の両端から押さえ付けることができ、積層状態の各鋼板３２を固定する上での信頼性を一層向上させることができる。また、粉体成形体４２が固定子コア２１の両端面の間に設けられるため、軸方向への粉体成形体４２のはみ出しを抑制でき、大型化の抑制効果を期待できる。

　なお、拡径部５３は必ずしも略テーパ状でなくてもよく、拡径部５３における各鋼板３２の孔径を全て同じにした構成であってもよい。

　・上記実施形態では、各コアブロック３１において２つずつのティース３４が設けられる構成としたが、これを変更し、３つ以上のティース３４が設けられる構成としてもよい。この場合、各コアブロック３１に２つ以上のスロット３７を形成し、その各スロット３７に対応させて孔部４３及び粉体成形体４２を設ける構成とするとよい。また、各コアブロック３１における全てのスロット３７に対応させて孔部４３及び粉体成形体４２を設ける構成でなくてもよい。

　・上記実施形態では、複数のコアブロック３１を周方向に連結することにより円環状の固定子コア２１を形成する構成としたが、これを変更してもよい。例えば、円環状の複数の鋼板を積層することで、円環状の固定子コア２１を形成する構成としてもよい。この場合、円環状の鋼板を用いることにより、各鋼板の締結箇所（粉体充填箇所）を大幅に削減することが可能となる。

　・固定子コア２１を、円環状をなす複数のコア部材が軸方向に積み重ねられることで形成される構成としてもよい。図１０に示すように、固定子コア２１は、３つのコア部材６１，６２，６３を有し、これらが軸方向に積み重ねられて結合されることにより構成されている。各コア部材６１～６３は、それぞれ鋼板の積層体であり、ヨーク部、ティース及びスロットを有している。また、各コア部材６１～６３のヨーク部には、孔部４３及び粉体成形体４２がそれぞれ設けられている。各コア部材６１～６３において、孔部４３及び粉体成形体４２は、全てのスロットに対応させて設けられているのではなく、所定のスロットピッチで設けられている。ただし、図１０に示す孔部４３及び粉体成形体４２の個数及び位置は例示である。

　各コア部材６１～６３は、周方向（回転方向）に所定角度ずつ位相をずらした状態で積み重ねられ、いわゆる転積が行われた状態で結合されている。この場合、各コア部材６１～６３の転積により、各コア部材６１～６３の磁気的なばらつきや厚みばらつきに起因する品質低下が抑制される。つまり、打ち抜きにより作製される円環状鋼板は、圧延方向とその直交方向での磁気特性の異方性や、板厚の変動が生じると考えられるが、これらの均等化が可能となる。そして、この転積により、各コア部材６１～６３において、孔部４３及び粉体成形体４２の位置が周方向に異なっている。

　上記図１０の構によれば、固定子コア２１における粉体成形体４２が、コア厚み方向（積層方向）の全体に一体的に設けられるのではなく、コア部材６１～６３ごとに複数に分割して設けられる。これにより、粉体成形体４２を磁性粉体の圧縮成型により成形する過程において、圧縮荷重の上昇が抑制される。そのため、製造装置の大型化を回避することができる。

　また、各コア部材６１～６３を、周方向に所定角度ずつ位相をずらした状態で積み重ね、互いに結合されるコア部材どうしで孔部４３及び粉体成形体４２の位置を周方向に異ならせる構成とした。ここで、転積が行われる場合には、各コア部材６１～６３の孔部４３の位置が一致せず、固定子コア２１において両端面の間に貫通孔が形成されないことが生じ得る。かかる場合、孔部４３に対して磁性粉体を充填することが困難になるが、コア部材６１～６３ごとに磁性粉体が充填されて粉体成形体４２が成形される構成としたため、製作上の困難を回避することができる。

　・上記実施形態では、固定子コア２１のヨーク部３５において、径方向のヨーク幅の中心位置よりもスロット３７寄りの位置に孔部４３（粉体成形体４２）を設ける構成としたが、これを変更してもよく、例えば径方向のヨーク幅の中心位置又はその付近に孔部４３（粉体成形体４２）を設ける構成としてもよい。また、径方向の同じ位置に孔部４３とかしめ部４１とを設けることも可能である。

　・上記実施形態では、各鋼板３２を積層状態で固定するための手段として、かしめ固定と磁性粉体による充填固定とを実施する構成としたが、そのうち充填固定のみを実施する構成としてもよい。例えば図２に示すコアブロック３１においてかしめ部４１に代えて、孔部４３及び粉体成形体４２を設けてもよい。

　・上記実施形態では、回転電機１０を、インナロータ式（内転式）の多相交流モータとして具体化した構成を説明したが、これに限定されない。例えば、回転電機を、アウタロータ式（外転式）の多相交流モータとして具体化してもよい。この場合、回転電機は、円環状をなす回転子と、回転子の内周側に設けられる固定子とを有する構成となり、固定子コアのヨーク部において、スロットを径方向内側に延長した位置に鋼板の積層方向に延びる孔部を設け、その孔部内に、磁性粉体からなる粉体成形体を設けるとよい。

　本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

Claims

　回転自在に支持された回転子（１２）と、
　前記回転子と同軸に配置された固定子コア（２１）を備える固定子（１３）と、
を備え、
　前記固定子コアは、複数の鋼板（３２）を積層して構成され、環状のヨーク部（３５）と、該ヨーク部から径方向に延びる複数のティース（３４）と、隣合う前記ティースの間に設けられるスロット（３７）とを有し、
　前記スロットに固定子巻線（２２）が巻装されており、
　前記ヨーク部は、前記スロットを径方向に延長した位置に前記鋼板の積層方向に延びる孔部（４３）を有し、その孔部内に、磁性粉体からなる粉体成形体（４２）が設けられている回転電機。
　前記ヨーク部には、径方向におけるヨーク幅の中心位置よりも前記スロット寄りの位置に前記孔部が設けられている請求項１に記載の回転電機。
　前記孔部は、周方向の長さ寸法が径方向の長さ寸法よりも大きい横断面を有する形状となっている請求項２に記載の回転電機。
　前記固定子コアは、周方向に連結される複数のコアブロック(３１)を有し、隣合うコアブロックが互いに固定されることで円環状に形成されており、
　前記コアブロックは、２以上の前記ティースを有し、
　前記スロットは、同一の前記コアブロックの隣合う２つの前記ティースの間に形成されるとともに、隣合う２つの前記コアブロックの１つずつのティースの間に形成されており、
　前記複数のスロットのうち同一の前記コアブロックの前記ティースの間に形成されるスロットに対応させて、前記孔部及び前記粉体成形体が設けられている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回転電機。
　前記孔部は、前記固定子コアにおいて軸方向に貫通する貫通孔であり、
　前記粉体成形体は、前記固定子コアにおける軸方向の両端面に沿って前記孔部よりも外側に突出する突出部（５１）を有する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の回転電機。
　前記孔部は、前記固定子コアにおいて軸方向に貫通し、かつ孔径が軸方向中心部の孔径よりも大きい拡径部（５３）を前記固定子コアの軸方向両端部に有する貫通孔であり、
　前記粉体成形体は、前記固定子コアの両端面の間において前記拡径部を含む前記孔部内に設けられている請求項１乃至４のいずれか１項に記載の回転電機。
　前記ヨーク部において、前記ティースを径方向に延長した位置に、前記複数の鋼板を圧入により固定するかしめ部（４１）が設けられている請求項１乃至６のいずれか１項に記載の回転電機。
　前記ヨーク部において、径方向における前記孔部の位置と前記かしめ部の位置とが異なっており、前記孔部の方が前記スロット寄りとなっている請求項７に記載の回転電機。
　前記粉体成形体の比抵抗が、前記かしめ部の比抵抗よりも高い値となっている請求項７又は８に記載の回転電機。
　前記固定子コアは、前記鋼板の積層体でありかつ前記ヨーク部、前記ティース及び前記スロットを有する円環状の複数のコア部材（６１～６３）を軸方向に結合することで構成されており、
　前記複数のコア部材における前記ヨーク部に、前記孔部及び前記粉体成形体がそれぞれ設けられている請求項１乃至９のいずれか１項に記載の回転電機。
　前記複数のコア部材は、周方向に所定角度ずつ位相をずらした状態で積み重ねられ、互いに結合される一方のコア部材と他方のコア部材とにおいて前記孔部の位置が周方向に異なっている請求項１０に記載の回転電機。