JP6327757B2 - ステータ - Google Patents

Description

本発明は、ステータに関するものである。

車両駆動や回生発電等に用いられる回転電機のステータコアでは、複数の分割コアが周方向に配列されて筒状に形成されたものがある。各分割コアは、磁性を有するプレートが軸方向に積層されて構成されている。軸方向で隣り合うプレート同士は、カシメ等により連結されている。

ところで、上述したステータコアは、例えば複数の分割コアが筒状に配列された状態で、ホルダ内に圧入等により嵌合される。この際、ステータコアとホルダとの間や、周方向で隣り合う分割コア間に作用する荷重によって、分割コアのうち軸方向の端部に位置するプレートの浮きやめくれが発生するおそれがある。

そこで、例えば下記特許文献１には、分割コアを構成するプレートのうち、軸方向の端部に位置するプレート同士のカシメ箇所を、軸方向の中央部に位置するプレート同士のカシメ箇所に比べて多くする構成が開示されている。
この構成によれば、軸方向の端部に位置するプレート同士を強固に連結できるので、プレートの浮きやめくれを抑制できると考えられる。

特開２０１１−１２５１４１号公報

しかしながら、上述した特許文献１の構成にあっては、軸方向の端部に位置するプレート同士のカシメ箇所が多くなることで、カシメ箇所で発生する渦電流により鉄損が増加するおそれがある。その結果、回転電機の効率が低下するおそれがある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、回転電機の効率の低下を抑制した上で、プレートの浮きやめくれ等を抑制できるステータを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載した発明は、磁性を有するプレート（例えば、実施形態におけるプレート２２）が積層された分割コア（例えば、実施形態における分割コア２１）と、複数の前記分割コアが配列され、筒状に形成されたステータコア（例えば、実施形態におけるステータコア１１）と、前記ステータコアが嵌合されたホルダ（例えば、実施形態におけるホルダ１２）と、を備え、前記分割コアのうち軸方向の両端部を回避した部分には、径方向の外側に突出するとともに、前記ホルダの内周面に接触する突出部（例えば、実施形態における突出部５４１）が形成され、前記ステータコアは、前記軸方向の両端部において前記径方向の外側を向く外周面全体が前記ホルダの内周面から離間した状態で、前記ホルダ内に嵌合され、前記突出部は、周方向から見た側面視において、前記径方向の外側に向けて凸の円弧状に形成されている。

請求項２に記載した発明では、前記周方向に延びるバックヨーク片（例えば、実施形態におけるバックヨーク片２４）と、前記バックヨーク片における前記周方向の中央部から前記径方向の内側に突出するティース部（例えば、実施形態におけるティース部１４）と、を有し、前記突出部は、前記バックヨーク片の外周面のうち前記径方向から見て前記ティース部と重なる部分に形成されていてもよい。

請求項３に記載した発明では、前記分割コアは、前記周方向に延びるバックヨーク片と、前記バックヨーク片における前記周方向の中央部から前記径方向の内側に突出するティース部と、を有し、前記バックヨーク片には、前記軸方向で隣り合う前記プレート同士を連結するカシメ部（例えば、実施形態におけるカシメ部３３）が形成され、前記突出部は、前記バックヨーク片の外周面のうち前記径方向から見て前記カシメ部と重なる位置に形成されていてもよい。

請求項４に記載した発明では、前記突出部は、前記軸方向から見た平面視で前記径方向の外側に向けて凸の円弧状に形成され、前記突出部の曲率半径は、前記ホルダの前記内周面の曲率半径よりも小さくてもよい。

請求項１に記載した発明によれば、周方向で隣り合う分割コア同士の境界部分と、分割コアにおけるホルダの嵌合部分と、を周方向に離間させることができる。これにより、嵌合時等に分割コアとホルダとの間に作用する荷重によって、分割コアのうち軸方向の端部に位置するプレートの浮きやめくれが発生するのを抑制できる。
特に、従来のようにカシメ箇所を増加する必要がないので、鉄損の増加を抑制して、回転電機の効率の低下を抑制できる。
各分割コアの外周面のうち軸方向の両端部は、周方向の全体に亘ってホルダの内周面から径方向に離間することになるので、各分割コアにおける軸方向の端部でのプレートの浮きやめくれを確実に抑制できる。

請求項２に記載した発明によれば、突出部がバックヨーク片のうち、周方向の中央部であって、径方向から見てティース部と重なる位置に形成されているため、周方向で隣り合う分割コア同士の境界部分と、分割コアにおけるホルダの嵌合部分と、の距離を確保できる。したがって、プレートの浮きやめくれが発生するのを確実に抑制できる。

請求項３に記載した発明によれば、分割コアのうち、軸方向で隣り合うプレート間の連結強度が比較的高いカシメ部に近接した位置に突出部が配置される。これにより、嵌合時においてホルダと突出部との間に作用する荷重等に起因してプレートの浮きやめくれが発生するのを確実に抑制できる。
なお、カシメ部は、一般的に分割コアのうち、磁気回路影響が少ない部分に形成される。そのため、径方向から見た側面視でカシメ部と重なる位置に突出部を形成することで、ホルダと突出部との間に作用する荷重に起因する磁気回路影響も可能な限り低減できる。

請求項４に記載した発明によれば、突出部の外周面とホルダの内周面とが曲面同士で接触するので、ホルダの内周面に突出部が引っ掛かるのを抑制し、プレートの浮きやめくれ等が発生するのを確実に抑制できる。

第１実施形態に係るステータの部分平面図である。 第２実施形態に係るステータの部分平面図である。 第３実施形態に係るステータの部分平面図である。 第４実施形態に係るステータの部分平面図である。 第５実施形態に係るステータの部分断面図である。 第５実施形態に係るステータの部分平面図である。 実施形態の他の構成に係るステータの部分平面図である。

次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１は、ステータ１の部分平面図である。
図１に示すように、本実施形態のステータ１は、電気自動車やハイブリッド車両等の車両駆動や回生発電に用いられる回転電機に搭載される。回転電機は、ステータ１の内側に図示しないロータが回転可能に配置されて構成されている。ロータは減速機構等を介して車両の車軸に動力伝達可能に連結されている。

ステータ１は、筒状のステータコア１１と、ステータコア１１が圧入されたホルダ１２と、を備えている。なお、以下の説明では、ステータコア１１の軸線に沿う方向を単に軸方向といい、軸線に直交する方向を径方向といい、軸線周りの方向を周方向という場合がある。

ステータコア１１は、筒状のバックヨーク部１３と、バックヨーク部１３から径方向の内側に突設されたティース部１４と、を有している。
上述したステータコア１１は、複数の分割コア２１が周方向に配列されることで形成されている。分割コア２１は、プレス加工等により打ち抜かれた磁性を有するプレート２２（電磁鋼板）が軸方向に積層されて構成されている。なお、本実施形態において、各プレート２２は、それぞれ同形同大に形成されている。また、各分割コア２１は、それぞれ同等の構成により形成されている。

分割コア２１は、軸方向から見た平面視でＴ字状に形成されている。具体的に、各分割コア２１は、バックヨーク片２４と、バックヨーク片２４から径方向の内側に突設された上述したティース部１４と、を有している。

バックヨーク片２４は、ステータコア１１におけるバックヨーク部１３のうち、周方向の一部を構成している。バックヨーク片２４は、周方向の中央部に位置する基部３１と、基部３１に対して周方向の両側に張り出す一対の鍔部３２と、を有している。バックヨーク片２４のうち、鍔部３２における外周面（径方向の外側を向く面）は、軸方向から見た平面視で円弧状に形成されている。
周方向で隣り合う分割コア２１同士は、バックヨーク片２４（鍔部３２）における周方向で対向する端面同士を突き合わせた状態で配列されている。なお、バックヨーク片２４の各鍔部３２には、軸方向で隣り合うプレート２２同士を連結するためのカシメ部３３がそれぞれ形成されている。なお、カシメ部３３の形状や位置、数等は、適宜変更が可能である。但し、カシメ部３３は、分割コア２１のうち、磁束の通過量の少ない部分（磁気回路影響が少ない部分）に形成することが好ましい。

ティース部１４は、各分割コア２１毎に一つずつ設けられている。ティース部１４は、バックヨーク片２４における基部３１の内周面（径方向の内側を向く面）から径方向の内側に向けて突設されている。すなわち、バックヨーク片２４における上述した鍔部３２は、ティース部１４に対して周方向の両側に張り出した部分である。ティース部１４には、図示しないインシュレータを介して図示しないコイルが装着される。なお、一の分割コア２１に対して複数のティース部１４を設けても構わない。

ここで、上述したバックヨーク片２４における基部３１の外周面（径方向の外側を向く面）には、径方向の外側に向けて突出する突出部４１が形成されている。突出部４１は、バックヨーク片２４のうち上述したカシメ部３３よりも周方向の中央部寄りに位置する部分であって、上述したティース部１４と周方向で同等の位置に配置されている。したがって、突出部４１は、径方向から見た側面視でカシメ部３３と重なり合わない位置に配置されている。なお、図１の例において、突出部４１における周方向の幅は、基部３１（ティース部１４）と同等の幅になっている。但し、突出部４１の幅等は、適宜変更が可能である。

突出部４１の外周面は、ホルダ１２の内面形状に倣う円弧状に形成されている。また、突出部４１における周方向の両端縁は、径方向に延びる段差面４２を介して鍔部３２の外周面に連なっている。

ホルダ１２は、ステータコア１１と同軸上に配置された筒状に形成されている。ホルダ１２の内径は、ステータコア１１のうち、突出部４１が位置する部分（最大外径部）よりも小さく、突出部４１以外の部分（最小外径部）よりも大きくなっている。すなわち、ステータコア１１のうち、突出部４１が位置する部分は、ホルダ１２との間に締め代が設けられている。
そして、ステータコア１１は、ホルダ１２の内周面と各分割コア２１における突出部４１の外周面とが接触した状態で、ホルダ１２内に圧入されている。一方、ステータコア１１のうち、各分割コア２１における鍔部３２の外周面は、ホルダ１２の内周面に対して径方向に離間している。したがって、周方向で隣り合う分割コア２１同士の境界部分は、ホルダ１２の内周面に対して径方向に離間している。

なお、上述したステータ１を製造する際には、まず例えば複数の分割コア２１を周方向に配列し、筒状のステータコア１１とする。このとき、周方向で隣り合う分割コア２１同士は、バックヨーク片２４における周方向で対向する端面同士を突き合わせた状態で配列する。
続いて、ステータコア１１をホルダ１２内に圧入する。この際、ステータコア１１のうち突出部４１の外周面のみがホルダ１２の内周面に接触しながら、ステータコア１１がホルダ１２内に圧入される。なお、ステータコア１１は、ホルダ１２に外嵌される構成であれば、圧入に限らず、焼嵌め等であっても構わない。また、上述の説明では、分割コア２１を筒状に配列した状態で、ホルダ１２内に圧入する構成について説明したが、これに限らず、ホルダ１２内で分割コア２１を筒状に配列する構成であっても構わない。

このように、本実施形態では、分割コア２１の周方向における両端部がホルダ１２の内周面から径方向に離間した状態で、ステータコア１１がホルダ１２に嵌合されている構成とした。
この構成によれば、隣り合う分割コア２１同士の境界部分と、分割コア２１におけるホルダ１２の圧入部分と、を周方向に離間させることができる。これにより、圧入時等に分割コア２１とホルダ１２との間に作用する荷重によって、分割コア２１のうち軸方向の端部に位置するプレート２２の浮きやめくれが発生するのを抑制できる。
特に、本実施形態では、従来のようにカシメ箇所を増加する必要がないので、鉄損の増加を抑制して、回転電機の効率の低下を抑制できる。

本実施形態では、分割コア２１の外周面のうち、周方向の両端部を回避した部分に突出部４１が形成されているため、突出部４１とホルダ１２との間に作用する荷重を簡単に確保し易くなり、ホルダ１２内に分割コア２１を確実に保持できる。

本実施形態では、突出部４１がバックヨーク片２４のうち、径方向から見てティース部１４と重なる位置に形成されているため、周方向で隣り合う分割コア２１同士の境界部分と、分割コア２１におけるホルダ１２の圧入部分と、の距離を確保できる。したがって、プレート２２の浮きやめくれが発生するのを確実に抑制できる。

本実施形態では、突出部４１が分割コア２１における軸方向の全体に亘って形成されているため、ステータコア１１における軸方向の全体をホルダ１２内で安定して保持できる。
また、分割コア２１における軸方向の全体に亘って同形同大のプレート２２を用いることができるので、低コスト化を図ることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図２は、第２実施形態に係るステータ２００の部分平面図である。第２実施形態では、突出部２４１の形状が第１実施形態と相違している。なお、以下の説明では、上述した第１実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
図２に示すステータ２００において、各分割コア２２１の突出部２４１は、軸方向から見た平面視で径方向の外側に向けて凸の円弧状に形成されている。具体的に、突出部２４１の外周面における曲率半径は、ホルダ１２の内周面における曲率半径よりも小さくなっている。

また、突出部２４１における周方向の両端部は、分割コア２２１（鍔部３２）の外周面に滑らかに連なっている。すなわち、突出部２４１における周方向の両端部は、径方向の内側に向けて凸の曲線部２４５を介して分割コア２２１の外周面に連なっている。

本実施形態によれば、上述した実施形態と同様の作用効果を奏することに加え、以下の作用効果を奏する。すなわち、突出部２４１の外周面とホルダ１２の内周面とが曲面同士で接触するので、圧入時等においてホルダ１２の内周面に突出部２４１が引っ掛かるのを抑制し、プレート２２の浮きやめくれ等が発生するのを確実に抑制できる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。図３は、第３実施形態に係るステータ３００の部分平面図である。本実施形態では、突出部３４１の位置が上述した実施形態と相違している。
図３に示すステータ３００において、各分割コア３２１の突出部３４１は、径方向から見た側面視で各鍔部３２のうちカシメ部３３と径方向で重なり合う位置にそれぞれ形成されている。この場合、各突出部３４１は、分割コア３２１の外周面のうち、各鍔部３２における周方向の外側端部、及び基部３１の全体を回避した位置に形成されている。したがって、ステータコア１１は、各分割コア２１における周方向の両端部及び中央部がホルダ１２の内周面に対して径方向に離間した状態で、ホルダ１２内に圧入されている。なお、突出部３４１における周方向の幅は、カシメ部３３の幅よりも広くなっている。

本実施形態によれば、上述した実施形態と同様の作用効果を奏するとともに、以下の作用効果を奏する。すなわち、分割コア３２１のうち、軸方向で隣り合うプレート２２間の連結強度が比較的高いカシメ部３３に近接した位置に突出部３４１が配置される。これにより、圧入時においてホルダ１２と突出部３４１との間に作用する荷重等に起因してプレート２２の浮きやめくれが発生するのを確実に抑制できる。
なお、カシメ部３３は、一般的に分割コア２１のうち、磁気回路影響が少ない部分に形成される。そのため、径方向から見た側面視でカシメ部３３と重なる位置に突出部３４１を形成することで、ホルダ１２と突出部３４１との間に作用する荷重に起因する磁気回路影響も可能な限り低減できる。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。図４は、第４実施形態に係るステータ４００の部分平面図である。本実施形態では、カシメ部４３３及び突出部４４１の位置が上述した実施形態と相違している。
図４に示すステータ４００において、各分割コア４２１のカシメ部４３３は、バックヨーク片２４の基部３１に形成されている。

径方向から見た側面視において、基部３１の外周面のうちカシメ部３３と重なり合う位置には、突出部４４１が形成されている。図４の例において、突出部４４１における周方向の幅は、基部３１よりも狭く、カシメ部４３３よりも広くなっている。したがって、ステータコア１１は、各分割コア４２１のうち、基部３１における周方向の両端部及び鍔部３２がホルダ１２の内周面から径方向に離間した状態で、ホルダ１２内に圧入されている。

本実施形態によれば、カシメ部４３３と突出部４４１とを接近させた上で、隣り合う分割コア４２１同士の境界部分と、分割コア４２１におけるホルダ１２の圧入部分と、を離間させることができる。これにより、プレート２２の浮きやめくれが発生するのを確実に抑制できる。

（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について説明する。図５は、第５実施形態に係るステータ５００の部分断面図である。図６は、第５実施形態に係るステータ５００の部分平面図である。本実施形態では、分割コア５２１における軸方向の中央部に突出部５４１が形成されている点で上述した実施形態と相違している。
図５、図６に示すステータ５００において、各分割コア５２１の突出部５４１は、軸方向の中央部に形成されている。周方向から見た側面視において、突出部５４１は、径方向の外側に向けて凸の円弧状に形成されている。すなわち、突出部５４１は、軸方向の両側から中央部に向かうに従い径方向の外側への突出量が漸次増大している。また、軸方向から見た平面視において、突出部５４１は、分割コア５２１のバックヨーク片２４における周方向の全体に亘って形成されている。なお、突出部５４１は、軸方向に間隔をあけて複数設けても構わない。

一方、各分割コア５２１の外周面のうち、軸方向の両端部は、周方向の全体に亘ってホルダ１２の内周面から径方向に離間している。すなわち、本実施形態のステータコア１１は、軸方向の中央部のみでホルダ１２の内周面に圧入されている。

上述した突出部５４１は、軸方向から見た平面視形状が異なる複数のプレート２２を積層することで形成される。すなわち、各プレート２２のうち、軸方向の中央部（突出部５４１に相当する部分）に位置する中央プレート２２ａは、軸方向の両端部（突出部５４１以外の部分）に位置する端部プレート２２ｂに比べてバックヨーク片２４の外周面が径方向の外側に位置するように形成されている。なお、各プレート２２ａ，２２ｂの形状は適宜変更が可能である。

本実施形態によれば、各分割コア５２１の外周面のうち、軸方向の両端部は、周方向の全体に亘ってホルダ１２の内周面から径方向に離間することになるので、各分割コア５２１における軸方向の端部でのプレート２２の浮きやめくれを確実に抑制できる。

なお、本発明の技術範囲は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、上述した実施形態で挙げた構成等はほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
例えば、上述した実施形態では、軸方向で隣り合うプレート２２同士がカシメ部を介して連結される構成について説明したが、各プレート２２の連結方法は適宜変更が可能である。例えば、各プレート２２同士が接着剤等により連結されていても構わない。
また、上述した各実施形態を適宜組み合わせても構わない。

上述した実施形態では、バックヨーク片２４のうち、基部３１及び鍔部３２の何れか一方に突出部が形成された構成について説明したが、これに限られない。突出部は、基部３１及び鍔部３２の双方に形成してもよく、基部３１及び鍔部３２間を跨るように形成しても構わない。

上述した実施形態では、各分割コアの外周面の一部が径方向の外側に向けて突出する突出部を形成した場合について説明したが、これに限られない。すなわち、分割コアにおける少なくとも軸方向の端部の外周面のうち、周方向における両端部がホルダ１２の内周面から径方向に離間した状態で、ステータコア１１がホルダ１２内に嵌合されていれば構わない。なお、本実施形態において、分割コアにおける軸方向の端部とは、軸方向の最外に位置するプレート２２を含むプレート２２数枚分が積層された領域である。
この場合、例えば図７に示すステータ６００のように、各分割コア６２１の外周面全体における曲率半径を、ホルダ１２の内周面の曲率半径よりも小さく形成しても構わない。この構成によれば、各分割コア６２１の外周面のうち、周方向の両端部がホルダ１２の内周面から離間した上で、周方向の中央部でステータコア１１をホルダ１２内に圧入することができる。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上述した各変形例を適宜組み合わせてもよい。

１，２００，３００，４００，５００，６００…ステータ
１１…ステータコア
１２…ホルダ
１４…ティース部
２１，２２１，３２１，４２１，５２１，６２１…分割コア
２２…プレート
２４…バックヨーク片
３３，４３３…カシメ部
４１，２４１，３４１，４４１，５４１，６４１…突出部

Claims (4)

1. 磁性を有するプレートが積層された分割コアと、
   複数の前記分割コアが配列され、筒状に形成されたステータコアと、
   前記ステータコアが嵌合されたホルダと、を備え、
   前記分割コアのうち軸方向の両端部を回避した部分には、径方向の外側に突出するとともに、前記ホルダの内周面に接触する突出部が形成され、
   前記ステータコアは、前記軸方向の両端部において前記径方向の外側を向く外周面全体が前記ホルダの内周面から離間した状態で、前記ホルダ内に嵌合され、
   前記突出部は、周方向から見た側面視において、前記径方向の外側に向けて凸の円弧状に形成されていることを特徴とするステータ。
2. 前記分割コアは、
   前記周方向に延びるバックヨーク片と、
   前記バックヨーク片における前記周方向の中央部から前記径方向の内側に突出するティース部と、を有し、
   前記突出部は、前記バックヨーク片の外周面のうち前記径方向から見て前記ティース部と重なる部分に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のステータ。
3. 前記分割コアは、
   前記周方向に延びるバックヨーク片と、
   前記バックヨーク片における前記周方向の中央部から前記径方向の内側に突出するティース部と、を有し、
   前記バックヨーク片には、前記軸方向で隣り合う前記プレート同士を連結するカシメ部が形成され、
   前記突出部は、前記バックヨーク片の外周面のうち前記径方向から見て前記カシメ部と重なる位置に形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のステータ。
4. 前記突出部は、前記軸方向から見た平面視で前記径方向の外側に向けて凸の円弧状に形成され、
   前記突出部の曲率半径は、前記ホルダの前記内周面の曲率半径よりも小さいことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載のステータ。

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