JP2009118634A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮応力を低減することが可能な分割コアを備えた回転電機を提供する。
【解決手段】回転電機は、分割コア１０と、分割コア１０の外周に装着されるリングとを備える。隣接する分割コア１０同士の結合部に、少なくとも２つ以上の突出部１１，１２と、少なくとも１つ以上の空隙部１３とを備える。
【選択図】図３

Description

この発明は、回転電機に関し、より特定的には、分割されたコアを有する回転電機に関するものである。

従来、回転電機は、たとえば特開２００５−５１９４１号公報（特許文献１）および特開２００２−１３６０１３号公報（特許文献２）に開示されている。
特開２００５−５１９４１号公報 特開２００２−１３６０１３号公報

従来のコアが分割されたステータでは、分割コアの結合部に内径側まで貫通するスリットを設ける技術が開示されている。

しかしながら、コア外周に装着される締結部材からの圧縮応力によりコアが変形してスリットが接触するという問題があった。これにより、スリット部に圧縮応力が集中して作用し、鉄損の低減が図れないという問題があった。

そこで、この発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、圧縮応力を分散して変形を抑制し、磁路部の鉄損をすることを目的とする。

この発明に従った回転電機は、互いに隣接して配置される複数の分割コアと、分割コアの外周に装着される締結部材とを備える。締結部材によって分割コアが拘束される。隣接する分割コア同士の結合部に、少なくとも２つ以上の接触部と、少なくとも１つ以上の空隙部とが設けられる。

このように構成された回転電機では、２つ以上の接触部が設けられるため、圧縮応力が分散され、変形を抑制できるとともに、磁路部の鉄損を低減できる。

好ましくは、空隙部が分割コアを軸方向に貫通する。
好ましくは、空隙部は分割コアを径方向に貫通する。

好ましくは、分割コアは積層鋼板からなり、径方向外側に接触部を有し、内周側まで空隙部を備える電磁鋼板をさらに備える。

このように構成された回転電機では、２つ以上の接触部が設けられるため、圧縮応力が分散され、変形を抑制できるとともに、磁路部の鉄損を低減できる。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態では同一または相当する部分については同一の参照符号を付し、その説明については繰返さない。また、各実施の形態を組合せることも可能である。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態における回転電機を示す断面図である。図中に示す回転電機は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関と、充放電可能な２次電池（バッテリ）から電力供給されるモータとを動力源とするハイブリッド自動車に搭載されたモータである。そして、回転電機とは、電力が供給されてモータとしての機能と、発電機（ジェネレータ）としての機能との少なくとも一方の機能を有するモータジェネレータを意味する。

図１を参照して、回転電機１００は、ロータ１１０と、ロータ１１０の外周上に配置されたステータ５０とを備える。ロータ１１０は、中心線１０１に沿って延びるロータシャフト５８に設けられている。ロータシャフト５８は、ロータ１１０とともに中心線１０１を中心に回転する。

ロータ１１０は、ロータコア２０と、ロータコア２０に埋設された永久磁石３１とを有する。すなわち、回転電機１００は、ＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）モータである。

ロータコア２０は、中心線１０１に沿った円筒形状を有する。ロータコア２０は、中心線１０１の軸方向に積層された複数の電磁鋼板２１から構成されている。

中心線１０１方向に位置するロータ１１０の軸方向端面には、エンドプレート２９が設けられている。ロータシャフト５８には軸方向に延びるオイル経路４１が設けられており、そのオイル経路４１から供給されたオイルをロータから放出するオイル排出孔４４がエンドプレート２９に設けられている。

ステータ５０は、ステータコア５５と、ステータコア５５に巻回されたコイル５１とを有する。ステータコア５５は、中心線１０１の軸方向に積層された複数の電磁鋼板５２から構成されている。なお、ロータコア２０およびステータコア５５は、電磁鋼板に限定されず、たとえば圧粉磁心から構成されても良い。

コイル５１は、３相ケーブル６０によって制御装置７０に電気的に接続されている。３相ケーブル６０は、Ｕ相ケーブル６１、Ｖ相ケーブル６２およびＷ相ケーブル６３からなる。コイル５１は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルからなり、これらの３つのコイルの端子に、それぞれ、Ｕ相ケーブル６１、Ｖ相ケーブル６２およびＷ相ケーブル６３が接続されている。

制御装置７０には、ハイブリッド自動車に搭載されたＥＣＵ（Electrical Control Unit）８０から、回転電機１００が出力すべきトルク指令値が送られる。制御装置７０は、そのトルク指令値によって指定されたトルクを出力するためのモータ制御電流を生成し、そのモータ制御電流を、３相ケーブル６０を介してコイル５１に供給する。

図２は、この発明の実施の形態１に従った回転電機で用いられる分割コアと締結部材との斜視図である。図２を参照して、円周方向において互いに接触する複数の分割コア１０が複数集合してステータコア５５を構成している。分割コア１０が集められてリング２３に嵌め合わせられる。すなわち、リング２３の内周側に分割コア１０の外周部が嵌め合わせられる。この嵌め合わせの方式としては、圧入または焼きバメを用いることができる。圧入では、リング２３を特に加熱することなく、リング２３の内周側に分割コア１０を嵌め合わせる。これに対して、焼きバメでは、リング２３を加熱してリング２３を膨張させ、その膨張したリング２３内に分割コア１０を嵌め合わせ。その後リング２３を自然冷却することでリング２３が収縮し、収縮したリング２３が分割コア１０に圧縮応力を加える。また、分割コア１０を構成する材料として、電磁鋼板を積層していてもよく、圧粉磁性体であってもよい。

分割コア１０の個数としては、図２で示したものに限定されず、さらに多い分割コア１０または少ない分割コア１０を用いてもよい。

分割コア１０の内周側にはティース部１９が設けられる。ティース部１９にコイルが巻かれてこのコイルに電流が流される。

図３は、図２で示す隣接する分割コアの接触部を拡大して示す平面図である。図３を参照して、分割コア１０の隣接する部分では、突出部１１と突出部１２との間に空隙部１３が設けられている。突出部１１，１２は互いに円周方向に突出するように設けられている。これに対し、空隙部１３は、突出部１１，１２の一部分を切欠いたような形状である。図３では、突出部１１，１２と、空隙部１３とは、互いに矩形状に形成されているが、これに限られず、突出部１１，１２と、空隙部１３とが互いに円弧状に形成されていてもよい。

ティース部１９にはコイル５１が巻かれている。コイル５１は、ティース部１９間のスロットに巻かれている。

分割コア１０は、上述のようにリング２３から力を受ける。具体的には、矢印３０１および３０２で示すような圧縮応力が加わる。このとき、圧縮応力は突出部１１と、突出部１２との２ヶ所に分散されるため、一部分でのみ隣接する分割コア１０同士が接触することに較べて力を分散することができる。これにより、座屈を回避することができる。また、力が分散するため、磁路部の応力を低減できる。

矢印３０３で示す磁路に、応力の集中することを防止できる。すなわち、図３で示すように、この発明の実施の形態１に従った回転電機は、互いに隣接して配置される複数の分割コア１０と、分割コア１０の外周に装着される締結部材としてのリング２３とを備える。リング２３によって分割コア１０が拘束される。隣接する分割コア１０同士の結合部に、少なくとも２つ以上の接触部としての突出部１１，１２と、少なくとも１つ以上の空隙部１３とが設けられている。空隙部１３は軸方向に回転電機を貫通する。このような回転電機では、図３で示したように、圧縮応力が分散されるため、変形を抑制でき、さらに磁路部での鉄損を低減できる。

図４は、別の局面に従った隣接する分割コアの接触部分を拡大して示す平面図である。図４を参照して、この例では、突出部１１の先端に凸部１１１および凹部１１２を形成し、また、突出部１２にも凸部１２２および凹部１２１を形成し、隣接する分割コア１０同士の接触を確実にしている。この凸部１１１および凹部１１２の組合せと、凸部１２２と凹部１２１の組合せは、径方向の位置出し機能と、力の分散を図ることができる。すなわち、突き当て部を楔形状にして、相対位置決め精度を向上している。また、接触面積が増加することにより、単位面積当たり（圧力）を低下することができる。

図５は、鉄損と圧縮応力と磁束密度との関係を示すグラフである。図１中の丸印、三角印および四角印は、各々の圧縮応力を示す。圧縮応力が０ＭＰａ、１０ＭＰａおよび２０ＭＰａの状態での磁束密度（横軸）と鉄損（縦軸）との関係が図５で示されている。図５で示すように、磁束密度と鉄損とは関連しており、磁束密度が大きくなれば鉄損が大きくなる傾向がある。さらに、圧縮応力が大きくなれば鉄損が大きくなる傾向がある。本発明では、圧縮応力が０ＭＰａ程度となるように鉄損を削減している。

図６は、磁束密度と圧縮応力と磁化力との関係を示すグラフである。図６中の横軸は磁化力であり、縦軸が磁束密度を示している。この場合であっても圧縮応力が小さくなれば磁束密度が向上していることがわかる。本発明では、圧縮応力が０ＭＰａ程度となるため、磁束密度が向上しトルクが向上する。

（実施の形態２）
図７は、この発明の実施の形態２に従った分割コアの斜視図である。図７を参照して、この発明の実施の形態２に従った分割コアでは、図１で示す１枚の電磁鋼板５２と、別形状の電磁鋼板１１２１を積層している。すなわち、図７で示すように、空隙部１３が存在しない電磁鋼板１１２１を間に挿入することも可能である。これにより、空隙部１３が軸方向に貫通しなくなる。しかしながら、このような構成とすることで、分割コア１０の強度を向上させることが可能である。

図８は、別の局面に従った実施の形態２に従った分割コアの斜視図である。図８を参照して、突出部１１のみが設けられるような電磁鋼板２２１を、図１で示した電磁鋼板５２の間に介在させてもよい。この場合、電磁鋼板２２１では、突出部１１のみで互いに接触するため、磁路部における応力を低減することが可能となる。なお、図７および図８で示した電磁鋼板１２１，２２１の枚数に関しては、本発明に従った電磁鋼板５２と同じ枚数とする必要はなく、電磁鋼板５２よりもさらに多い数または少ない数の電磁鋼板１２１，２２１を設けてもよい。

（実施の形態３）
図９は、この発明の実施の形態３に従った分割コアの斜視図である。図９を参照して、この発明の実施の形態３に従った分割コア１０では、空隙部１３が、ステータの半径方向に貫通するように設けられている。すなわち、円周方向の幅の狭い電磁鋼板３２１を設け、この電磁鋼板３２１の幅が小さいため、電磁鋼板３２１横に設けられる空隙部１３が半径方向にステータコアを貫通するように設けられる。

なお、空隙部１３の幅は特に制限されるものではなく、図９では、空隙部１３の厚み方向（軸方向）の幅は電磁鋼板３２１の１枚分であるが、これより幅のある空隙部１３を設けてもよい。

（実施の形態４）
図１０は、この発明の実施の形態４に従った回転電機のステータコアの平面図である。図１０を参照して、この発明の実施の形態４に従ったステータコアでは、一部分の分割コア１０にのみ空隙部１３が設けられている。

空隙部１３を設ける位置に関しては、リング２３のフランジ部５２３の近傍領域５２５に設けられている。フランジ部５２３は、回転電機を収納するための筐体にボルトで結合される部分であり、他の部分に比べて半径方向の長さが長くなっている。そのため、この部分のリング２３強度が他の部分よりも大きく、リング２３が分割コア１０に大きな圧縮応力を加える。分割コア１０の外周形状は、曲線５２４で示すようにフランジ部５２３で小径となり、それ以外の部分で大径となっている。圧縮応力による損失を低下させるために、近傍領域５２５に空隙部１３を設けている。

図１１は、この発明の実施の形態４に従った回転電機の平面図である。図１１を参照して、ロータ１１０がステータ５０に対して偏芯している。すなわち、ロータ１１０の中心１１０Ｃがステータ５０の中心５０Ｃからずれている。このとき矢印６００で示す方向にロータ１１０が移動しているため、矢印６００近傍でロータ１１０とステータ５０の距離が小さくなるため、磁束密度が大きくなる。その結果、この部分での損失が大きくなることを防ぐために、空隙部１３を設けて損失を低減している。

この実施の形態では、分割コア１０を軸方向に貫通する空隙部１３を示したが、分割コア１０を半径方向に貫通する空隙部１３を採用してもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態における回転電機を示す断面図である。 この発明の実施の形態１に従った回転電機で用いられる分割コアと締結部材との斜視図である。 図２で示す隣接する分割コアの接触部を拡大して示す平面図である。 別の局面に従った隣接する分割コアの接触部分を拡大して示す平面図である。 鉄損と圧縮応力と磁束密度との関係を示すグラフである。 磁束密度と圧縮応力と磁化力との関係を示すグラフである。 この発明の実施の形態２に従った分割コアの斜視図である。 別の局面に従った実施の形態２に従った分割コアの斜視図である。 この発明の実施の形態３に従った分割コアの斜視図である。 この発明の実施の形態４に従った回転電機のステータコアの平面図である。 この発明の実施の形態４に従った回転電機の平面図である。

符号の説明

１０ 分割コア、１１，１２ 突出部、１３ 空隙部、１９ ティース部、２０ ロータコア、２１ 電磁鋼板、２３ リング、２９ エンドプレート、３１ 永久磁石、５０ ステータ、５０Ｃ，１１０Ｃ 中心、５１ コイル、５２，１２１，２２１ 電磁鋼板、５５ ステータコア、５８ ロータシャフト、７０ 制御装置、１００ 回転電機、１０１ 中心線、１１０ ロータ、１１１ 凸部、１１２ 凹部。

Claims (4)

1. 互いに隣接して配置される複数の分割コアと、
   前記分割コアの外周に装着される締結部材とを備えた回転電機であって、
   前記締結部材によって前記分割コアが拘束され、
   隣接する分割コア同士の結合部に、少なくとも２つ以上の接触部と、少なくとも１つ以上の空隙部とが設けられている、回転電機。
2. 前記空隙部は軸方向に前記分割コアを貫通して設けられる、請求項１に記載の回転電機。
3. 前記空隙部は径方向に前記分割コアを貫通するように設けられる、請求項１に記載の回転電機。
4. 前記分割コアは積層鋼板からなり、前記径方向外側に接触部が設けられ、内側まで空隙部を有する別の電磁鋼板を含む、請求項２に記載の回転電機。

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