JP5519550B2 - 分割コアおよびステータコア - Google Patents

Description

本発明は、厚み方向に積層されるとともに、かしめにより互いに結合された複数の電磁鋼板からなり、環状に配設されることでステータコアを構成する分割コア、および、当該分割コアにより構成されるステータコアに関する。

従来から回転電機等のステータコアを、複数の電磁鋼板を積層した積層鋼板で構成することが知られている。この積層鋼板型のステータコアでは、積層された電磁鋼板同士を、互いに結合するために、各電磁鋼板に、一面からみると凹部、他面からみると凸部となるカシメ部を形成し、このカシメ部を他の電磁鋼板のカシメ部にかしめている。

このカシメ部の構成については、従来から、様々な技術が提案されている。例えば、特許文献１には、円環状の外輪部と、当該外輪部の内周側から径方向内側に延びる複数の突極歯を有するコアにおいて、外輪部の外形に沿った環状のカシメ部を形成し、このカシメ部同士をかしめることで、複数の電磁鋼板を結合する技術が開示されている。かかる技術によれば、薄板内における磁束の乱れを低減できる。

特開２００３−１５３４７４号公報 特開２００８−０４３１０２号公報 特開２００７−０３７３６７号公報 特開２００５−０９４９５９号公報

しかしながら、この特許文献１のように、外輪部の外形に沿った環状のカシメ部は、周方向に分割されない一体型のコアでは有効であるが、複数のコア片を周方向に配設することで構成される分割型コアには適さないという問題があった。すなわち、分割型コアにおいて、外形に沿った環状のカシメ部を用いた場合、コア片の内周側における積層方向への拘束力が小さくなり、内周側において積層された電磁鋼板が開きやすくなり、結果として、内周側の形状が不安定になるという問題があった。

ここで特許文献２−４記載の技術では、内周側にもカシメ部が設けられている。そのため、電磁鋼板を内周側においても、確実に拘束することができる。しかしながら、これら特許文献２，３記載の技術によれば、カシメ部が、磁束の主要な通り道に位置することになり、磁気特性の悪化、ひいては、損失の増大を招くおそれがあった。また、特許文献４記載の技術は、一体型コアに関する技術であり、分割型コアに適用することは困難であった。

つまり、従来、磁気特性の悪化を防止しつつ、コア形状を安定的に保つことができる分割型コアはなかった。

そこで、本発明では、磁気特性の悪化を防止しつつ、コア形状を安定的に保つことができ得る分割型コア、および、ステータコアを提供することを目的とする。

本発明の分割コアは、厚み方向に積層されるとともに、かしめにより互いに結合された複数の電磁鋼板からなり、環状に配設されることでステータコアを構成する分割コアであって、周方向に延びるヨークと、前記ヨークの内周側端部から径方向内側に延びるティースと、前記ヨークのうち隣接する他の分割コアのヨークとの接合面に設けられる突き当て部であって、当該他の分割コアのヨークの突き当て部と嵌合される突き当て部と、を備え、前記電磁鋼板には、他の電磁鋼板のカシメ部とかしめられるカシメ部であって、前記突き当て部の最外径よりも外周側に位置し、径方向に長尺な径方向カシメ部が設けられている、ことを特徴とする。

好適な態様では、前記電磁鋼板には、前記径方向カシメ部が、前記ヨークの周方向両端近傍それぞれに一つずつ、合計二つ設けられている。また、前記径方向カシメ部は、前記分割コアの中心角をθとした場合、ヨークの周方向端部から、θ／４の範囲に設けられる、ことも望ましい。

他の好適な態様では、前記電磁鋼板には、さらに、他の電磁鋼板のカシメ部とかしめられるカシメ部であって、前記突き当て部の最外径よりも外周側に位置し、周方向に長尺な周方向カシメ部が設けられている。この場合、前記周方向カシメ部は、前記ヨークの周方向両端近傍それぞれに一つずつ設けられた二つの径方向カシメ部の間に設けられている、ことが望ましい。

他の本発明であるステータコアは、厚み方向に積層されるとともにかしめにより互いに結合された複数の電磁鋼板からなる分割コアを、環状に配設することで構成されるステータコアであって、前記分割コアは、周方向に延びるヨークと、前記ヨークの内周側端部から径方向内側に延びるティースと、前記ヨークのうち隣接する他の分割コアのヨークとの接合面に設けられる突き当て部であって、当該他の分割コアのヨークの突き当て部と嵌合される突き当て部と、を備え、前記電磁鋼板には、他の電磁鋼板のカシメ部とかしめられるカシメ部であって、前記突き当て部の最外径よりも外周側に位置し、径方向に長尺な径方向カシメ部が設けられている、ことを特徴とする。

本発明によれば、突き当て部の最外径よりも外周側に、径方向に長尺な径方向カシメ部が設けられている。最外径よりも外周側は、磁束の流れが少ない箇所であり、かかる位置に径方向カシメ部を設けることで、磁気特性の悪化を防止しつつ、コア形状を安定的に保つことができる。

本発明の実施形態であるステータコアの一部上面図である。 分割コアの要部上面図である。 他の分割コアの要部上面図である。 他の分割コアの要部上面図である。 分割コアの磁束密度の分布および磁束の流れを示す図である。 分割コアに作用する圧縮応力の分布を示す図である。 従来の分割コアの要部上面図である。 （ａ）は本実施形態の分割コアの径方向断面のイメージ図であり、（ｂ）は図７（ｂ）に例示した分割コアの径方向断面のイメージ図である。

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。図１は、本発明の実施形態であるステータコア１０の一部上面図である。また、図２は、このステータコア１０を構成する分割コア１２の要部拡大図である。

本実施形態のステータコア１０は、モータや発電機といった回転電機のステータコアとして用いられるもので、環状のヨーク部を備えており、当該ヨーク部の内周端からは、コイル（図示せず）が巻回される複数のティースが突出している。

このステータコア１０は、複数の分割コア１２から構成されている。各分割コア１２は、複数の電磁鋼板を厚み方向（図１における紙面垂直方向）に積層して構成されており、それぞれ、周方向に延びるヨーク１４と、当該ヨーク１４の内周側端部から径方向内側に延びる二つのティース１６と、を備えている。

ヨーク１４の周方向の両端面、すなわち、隣接する他の分割コア１２との接合面には、突き当て部１８が設けられている。この突き当て部１８は、隣接する他の分割コア１２の突き当て部１８と嵌め合わされる部位で、周方向に突出した凸形状、あるいは、周方向に凹んだ凹形状となっている。複数の分割コア１２を結合する際には、この突き当て部１８（凸また凹）を、隣接する他の分割コア１２の突き当て部１８（凹または凸）に、焼きばめなどの技法により嵌め込む。

各分割コア１２を構成する複数の電磁鋼板は、かしめにより互いに結合されている。このかしめを実現するために、各電磁鋼板には、カシメ部２０が設けられている。カシメ部２０は、電磁鋼板の一面においては突出し、他面においては凹むように形成された凹凸部である。このカシメ部２０の凹または凸を、上下に重ねられる他の電磁鋼板のカシメ部２０の凸または凹に嵌合することで、積層された電磁鋼板が互いに結合される。

本実施形態では、このカシメ部２０の形状を、図２に示すように、周方向に長尺な周方向カシメ部２０ｂの両端に、径方向に長尺な径方向カシメ部２０ａを接続させた略Ｈ字状としている。また、この周方向カシメ部２０ｂおよび径方向カシメ部２０ａを、突き当て部１８の最外径Ｒよりも外側に設けている。カシメ部２０をかかる形態とする理由について、従来技術と比較して説明する。

図７（ａ）は、従来の分割コア１２の要部拡大図である。従来の分割コア１２も、本実施形態と同様に、積層されて、かしめにより結合された複数の電磁鋼板から構成されている。電磁鋼板同士をかしめて結合するために、各電磁鋼板には、一面に突出し、他面において凹んだカシメ部２０ｃが設けられている。ただし、従来の電磁鋼板のカシメ部２０ｃの多くは、点状であったり、図７（ａ）に示すように周方向に長尺な小さい矩形状であったりすることが多かった。換言すれば、従来の分割コア１２におけるカシメ部２０ｃは、径方向長さが小さいものが多かった。従来の電磁鋼板では、こうした径方向長さが小さいカシメ部２０ｃを、ヨーク１４の外周に沿って複数個設けていた。

こうしたカシメ部２０ｃの場合、積層された電磁鋼板の形状が安定しないという問題があった。これについて図８（ｂ）を参照して説明する。図８（ｂ）は、従来の分割コア１２を径方向断面のイメージ図である。この図８（ｂ）に示すように、従来の分割コア１２のカシメ部２０ｃは、径方向長さが小さいことが多かった。この場合、カシメ部２０が設けられている外周側においては、複数の電磁鋼板の動きを固定することができる。しかし、カシメ部２０が設けられていない内周側においては、拘束力が不足し、積層された電磁鋼板の端部が動いて、開くことがあった。そして、その結果、分割コア１２、ひいては、ステータコア１０の形状が安定しないという問題があった。

こうした問題を低減するために、図７（ｂ）に示すように、ヨーク１４の内周付近にも、カシメ部２０ｄを設けることも提案されている。ヨーク１４の内周付近にカシメ部２０ｄを設ければ、ヨーク１４内周付近においても拘束力を確保することができ、分割コア１２の形状を安定して保つことができる。しかしながら、かかる位置におけるカシメ部２０ｄは、磁束の乱れを招き、結果として、ステータコア１０が用いられる回転電機等の効率低下を招く恐れがあった。これについて、図５を参照して説明する。

図５は、分割コア１２を回転電機のステータコア１０として用いた際の磁束密度の分布および磁束の流れを示す図である。この図５において、丸で囲った数字は、磁束密度の高さを意味しており、数字の値が小さい領域ほど、磁束密度が高い領域となる。また、図５において分割コア内に走る線は、磁束の流れを示している。この図５から明らかなとおり、通常、磁束は、主に、一つのティース１６からヨーク１４の内周端付近を通過して他のティース１６へと流れる経路、および、ヨーク１４の一端に設けられた突き当て部１８から、他端に設けられた突き当て部１８へと流れる経路で流れている。つまり、ヨーク１４の内周付近は、磁束の主な通り道となっているといえる。この磁束の通り道であるヨーク１４の内周端付近に、図７（ｂ）に示すようなカシメ部２０ｄを設けた場合、磁束の乱れが発生し、結果として回転電機の効率低下等の問題を招いていた。

また、カシメ部の位置は、上記した磁束の流れだけでなく、焼きばめに伴う圧縮応力の分布も考慮することが求められる。すなわち、既述したとおり、分割コア１２は、ヨーク１４の周方向端部に設けられた突き当て部１８同士を焼きばめにより嵌め合わせることで互いに連結される。この場合、分割コア１２には、図６に示すような分布で圧縮応力が作用する。図６は、焼きばめ後における分割コア１２での圧縮応力の分布を示す図である。この図６において、丸で囲った数字は、圧縮応力の大きさを意味しており、数字の値が小さい領域ほど、大きい圧縮応力が作用している領域となる。

この図６から明らかなとおり、焼きばめに伴い、突き当て部１８の周辺には、大きな圧縮応力が作用することになる。かかる大きな圧縮応力が作用する箇所に、カシメ部２０を設け、当該箇所において電磁鋼板同士をかしめると、当該かしめにより、さらなる圧縮応力が作用することになり、結果として、非常に大きな圧縮応力が作用する箇所ができることになる。こうした圧縮応力は、ヨーク１４の磁気特性（鉄損、磁化特性）の劣化、ひいては、回転電機の効率低下などを招く。

本実施形態では、こうした問題を避けるために、既述したとおり、突き当て部１８の最外径Ｒよりも外側にカシメ部２０を設けている。すなわち、図５を用いて説明した通り、磁束の多くは、一つのティース１６からヨーク１４の内周端近傍を経由して他のティース１６へと流れる磁路、および、一方の突き当て部１８から他方の当接へと流れる磁路を通る。換言すれば、突き当て部１８より外周側の位置においては、磁束の流れが少なくなる。かかる位置にカシメ部２０を設けた場合、カシメ部２０に起因する、磁束の乱れを小さく抑えることができ、結果として損失を低減できる。

また、突き当て部１８同士の焼きばめに起因する圧縮応力は、主に突き当て部１８周辺に発生する一方で、最外径Ｒより外側では小さくなる。このように、焼きばめに起因する圧縮応力の影響が小さい最外径Ｒの外側にカシメ部２０を設けることで、分割コア１２に作用する圧縮応力を適度に分散させることができ、結果としてヨーク１４の磁気特性（鉄損、磁化特性）の劣化、ひいては、回転電機の効率低下といった問題を低減できる。

また、本実施形態では、カシメ部２０として、径方向に長尺な径方向カシメ部２０ａを設けている。かかる径方向カシメ部２０ａを設けることにより、径方向における拘束力を増加させることができ、分割コア１２の形状を安定して保つことができる。これについて図８を参照して説明する。図８（ａ）は、本実施形態の分割コア１２の径方向断面のイメージ図であり、図８（ｂ）は、図７（ａ）の分割コア１２の径方向断面のイメージ図である。

この図８（ａ），（ｂ）の比較で明らかなとおり、径方向の長さが短いカシメ部２０ｃの場合、径方向における拘束量が小さくなりがちで、結果として、内周側において拘束力が不足し、電磁鋼板１３が上下に動くことがあった。一方、本実施形態のように、カシメ部２０ａを、径方向に長尺な形状とした場合、径方向において大きい拘束量を確保することができる。その結果、電磁鋼板１３の上下への動きが効果的に抑制され、分割コア１２の形状を安定して保つことができる。また、本実施形態では、この径方向カシメ部２０ａを、ヨーク１４の周方向の両端近傍それぞれに一つずつ、合計二つ設けている。より具体的には、分割コア１２の中心角をθとした場合、ヨーク１４の周方向端部からθ／４の範囲に径方向カシメ部２０ａを設けている。これにより、上述したような電磁鋼板１３の上下への動き防止効果を、全周にわたって発揮させることができ、分割コア１２の形状をより安定して保つことができる。

さらに、本実施形態では、この二つの径方向カシメ部２０ａの間に、周方向に長尺な周方向カシメ部２０ｂも設けている。かかる周方向カシメ部２０ｂを設けることで、周方向の締結力が増加し、分割コア１２の形状をより安定して保つことができる。

以上の説明で明らかなとおり、本実施形態によれば、磁気特性の劣化を防止しつつ、分割コア１２の形状を安定して保つことができる。なお、本実施形態では、カシメ部２０を、直線状の周方向カシメ部２０ｂの両端に径方向カシメ部２０ａが接続された略Ｈ字状としているが、最外径Ｒより外側に設けられ、径方向に長尺な部分を持つのであれば、他の形状であってもよい。

例えば、図３に示すように、径方向に長尺な径方向カシメ部２０ａの外周側端部に、周方向に長尺な周方向カシメ部２０ｂが接続された略Ｌ字状のカシメ部２０を用いてもよい。この場合、略Ｌ字状のカシメ部２０は、ヨーク１４の周方向の両端近傍にそれぞれ一つずつ、左右対称になるように配置されることが望ましい。また、当然ながら、この略Ｌ字状のカシメ部２０は、突き当て部１８の最外径Ｒよりも、外側に配置される。これにより、図２の実施形態と同様に、磁気特性の劣化を防止しつつ、分割コア１２の形状を安定して保つことができる。

また、別の形態として、径方向カシメ部２０ａと、周方向カシメ部２０ｂと、を分離するようにしてもよい。すなわち、図４に示すように、ヨーク１４の周方向両端近傍に、径方向に長尺な径方向カシメ部２０ａを二つ設け、この二つの径方向カシメ部２０ａの間に、周方向に長尺な周方向カシメ部２０ｂを設ける。かかる形態であっても、図２の実施形態と同様に、磁気特性の劣化を防止しつつ、分割コア１２の形状を安定して保つことができる。さらに、上述以外の形態であっても、少なくとも一つの径方向カシメ部２０ａが、突き当て部１８の最外径よりも外側に設けられているのであれば、他の形態であってもよい。

１０ ステータコア、１２ 分割コア、１３ 電磁鋼板、１４ ヨーク、１６ ティース、１８ 突き当て部、２０ カシメ部。

Claims (6)

1. 厚み方向に積層されるとともに、かしめにより互いに結合された複数の電磁鋼板からなり、環状に配設されることでステータコアを構成する分割コアであって、
   周方向に延びるヨークと、
   前記ヨークの内周側端部から径方向内側に延びるティースと、
   前記ヨークのうち隣接する他の分割コアのヨークとの接合面に設けられる突き当て部であって、当該他の分割コアのヨークの突き当て部と嵌合される突き当て部と、
   を備え、
   前記電磁鋼板には、他の電磁鋼板のカシメ部とかしめられるカシメ部であって、前記突き当て部の最外径よりも外周側に位置し、径方向に長尺な径方向カシメ部が設けられている、
   ことを特徴とする分割コア。
2. 請求項１に記載の分割コアであって、
   前記電磁鋼板には、前記径方向カシメ部が、前記ヨークの周方向両端近傍それぞれに一つずつ、合計二つ設けられている、ことを特徴とする分割コア。
3. 請求項１または２に記載の分割コアであって、
   前記径方向カシメ部は、前記分割コアの中心角をθとした場合、ヨークの周方向端部から、θ／４の範囲に設けられる、ことを特徴とする分割コア。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の分割コアであって、
   前記電磁鋼板には、さらに、他の電磁鋼板のカシメ部とかしめられるカシメ部であって、前記突き当て部の最外径よりも外周側に位置し、周方向に長尺な周方向カシメ部が設けられている、ことを特徴とする分割コア。
5. 請求項４に記載の分割コアであって、
   前記周方向カシメ部は、前記ヨークの周方向両端近傍それぞれに一つずつ設けられた二つの径方向カシメ部の間に設けられている、ことを特徴とする分割コア。
6. 厚み方向に積層されるとともにかしめにより互いに結合された複数の電磁鋼板からなる分割コアを、環状に配設することで構成されるステータコアであって、
   前記分割コアは、
   周方向に延びるヨークと、
   前記ヨークの内周側端部から径方向内側に延びるティースと、
   前記ヨークのうち隣接する他の分割コアのヨークとの接合面に設けられる突き当て部であって、当該他の分割コアのヨークの突き当て部と嵌合される突き当て部と、
   を備え、
   前記電磁鋼板には、他の電磁鋼板のカシメ部とかしめられるカシメ部であって、前記突き当て部の最外径よりも外周側に位置し、径方向に長尺な径方向カシメ部が設けられている、
   ことを特徴とするステータコア。