JP2022031993A - 回転電機、回転電機のステータ、およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】騒音が抑制された回転電機、ステータ、およびその製造方法を提供する。【解決手段】ステータ３は、複数の磁極の間が連結されている。ステータ３は、三分割であり、三相発電機または三相電動発電機を提供する。ステータ３は、複数の磁極の間に配置された極間部材３０を備える。極間部材３０は、複数のコアティース先端部１１のすべての間に配置された複数のティース間部材３１を備える。極間部材３０は、複数のコイル部１２のすべての間に配置された複数のコイル間部材を備えていてもよい。複数のコイル間部材は、接着剤でもよい。【選択図】図１

Description

この明細書における開示は、回転電機、回転電機のステータ、およびその製造方法に関する。

特許文献１は、回転電機を開示する。従来技術として列挙された先行技術文献の記載内容は、この明細書における技術的要素の説明として、参照により援用される。

特開２０１３－１６２７２６号公報

回転電機には、要求される性能を満足するために必要な基本構成がある。同時に、回転電機には、騒音を抑制することが求められる。上述の観点において、または言及されていない他の観点において、回転電機、回転電機のステータ、およびその製造方法にはさらなる改良が求められている。

開示されるひとつの目的は、騒音が抑制された回転電機、回転電機のステータ、およびその製造方法を提供することである。

開示される他のひとつの目的は、磁気的な作用に起因する磁気音が抑制された回転電機、回転電機のステータ、およびその製造方法を提供することである。

ここに開示された回転電機のステータは、複数の磁極の間が連結されている。

ここに開示された回転電機のステータによると、複数の磁極の振動に起因する騒音を抑制することができる。

ここに開示された回転電機は、上記ステータと、ステータに対向するロータとを備える。

ここに開示された回転電機のステータの製造方法は、部分コア、部分インシュレータ、および部分コイルを含む磁極を有する複数の部分ステータを形成する部分ステータ形成工程と、複数の部分ステータを組み合わせることにより複数の磁極を含む環状体を組み立てる環状体組立工程と、環状体組立工程と同時に、または、環状体組立工程の後に、複数の磁極の間に極間部材を配置する工程とを有する。

この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、および効果は、後続の詳細な説明、および添付の図面を参照することによってより明確になる。

第１実施形態に係る回転電機の斜視図である。 ボディの座面を示す平面図である。 第２実施形態に係る回転電機の斜視図である。 回転電機の騒音を示す波形図である。 ステータの製造過程を示す斜視図である。 ステータの製造過程を示す斜視図である。 ステータを示す斜視図である。 ステータを示す分解斜視図である。 ステータを示す斜視図である。 ステータに作用するルクを示す波形図である。

図面を参照しながら、複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的におよび／または構造的に対応する部分および／または関連付けられる部分には同一の参照符号、または百以上の位が異なる参照符号が付される場合がある。対応する部分および／または関連付けられる部分については、他の実施形態の説明を参照することができる。

第１実施形態
図１において、回転電機１は、ロータ２と、ステータ３とを備える。ロータ２は、ステータ３に対向して配置されている。ロータ２は、ステータ３の径方向外側に配置されている。回転電機１は、アウタロータ型である。

ステータ３は、複数の磁極の間が連結されている。ステータ３は、複数のコアティース部１０の間、または複数のコイル部１２の間が連結されている。

この実施形態では、別部品がティース間に挿入されている。別部品は、ティース間に接着または圧入されている。図示の例では、別部品は、ステータ３の片面から挿入されている。別部品は、ステータ３の両面に挿入されてもよい。

ステータ３は、三分割であり、三相発電機または三相電動発電機を提供する。ステータ３については、特願２０１８－０２２６５０号を参照することができ、その内容はこの出願の記載として参照により援用されている。

ステータ３は、複数の磁極の間に配置された極間部材３０を備える。複数の磁極の間には、極間隙間がある。極間隙間は、複数の磁極の変位を許容する。具体的には、複数のコアティース部１０の先端である複数のコアティース先端部１１の間に極間隙間が開口している。極間部材３０は、複数の磁極の変位に抗して複数の磁極の変位を抑制する。磁極は、ステータ３の周方向に関して変位する場合がある。極間部材３０は、磁極の周方向への変位に抗する。磁極は、ステータ３の軸方向に関して変位する場合がある。極間部材３０は、磁極の軸方向への変位に抗する。磁極の変位に抗するために、極間部材３０は、磁極に対して固着されていることが望ましい。極間部材３０は、ステータ３の周方向および軸方向の両方に関して磁極に固着している。極間部材３０は、ステータ３の最大直径および最大軸方向高さとで規定される仮想の円柱体の外へ突出していない。極間部材３０は、別部品または別部材とも呼ばれる。

この実施形態では、極間部材３０は、複数のコアティース先端部１１のすべての間に配置された複数のティース間部材３１を備える。複数のティース間部材３１は、すべてが連結されている。図示の例では、周方向に隣り合う２つのティース間部材３１ａ、３１ｂは、ステータ３の軸方向端部に位置する周方向延在部３１ｃによって連結されている。周方向延在部３１ｃは、Ｃ字状、または、環状である。

複数のティース間部材３１は、樹脂製の成形品である。複数のティース間部材３１は、一連の一体成形品として提供されている。複数のティース間部材３１は、複数の磁極間隙間に挿入しやすい櫛歯状である。

図２において、ステータ３は、ボディ５に対して３本のボルトによって締め付けられる。ボディ５は、エンジンまたはミッションケースなどによって提供される。ボディ５は、ロータ２を回転させるための回転軸が貫通するボディ穴６を有する。ボディ５は、ボディ穴６の周囲にステータ３のための固定座７を有する。固定座７は、一般的に、図示のような形状である。固定座７は、座面８を提供する。座面８は、ステータコアの端面と接触し、ステータ３を支持する。座面８は、ボルト穴９の周囲においてやや幅広に形成されている。座面８がボルト穴９周辺において広いことに起因して、その周囲のティースの振動がボディ５側に伝わりやすい。ボルト穴９は、１２０度間隔が一般的である。この場合、複数のボルト穴９のそれぞれの近傍には、同じ相の異なるティースが配置される。この結果、その相に発生する振動がボディ５側に伝わりやすくなる。

この実施形態では、複数のティース間部材３１が複数のティース間を連結する。この結果、三分割に起因するティースの振動、および騒音が抑制される。また、固定座７に起因する特定の相の振動、および騒音が抑制される。

第２実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、極間部材３０は、複数のティース間部材３１によって提供されている。これに代えて、この実施形態では、極間部材３０は、複数のコイル間部材３２によって提供されている。

図３において、この実施形態でも、回転電機１は、複数の磁極の間に配置された極間部材３０を備える。極間部材３０は、複数のコイル部１２のすべての間に配置された複数のコイル間部材３２を備える。複数のコイル間部材３２は、接着剤である。コイル間部材３２は、複数のコイル１２の間に配置されたエポキシ接着剤等によって提供される。コイル間部材３２は、コイル１２の中へやや含浸されている。

コイル間部材３２は、硬化後の樹脂である。コイル間部材３２が付与される工程において、硬化前のコイル間部材３２は、高粘度と呼びうる流動性を備えている。硬化前のコイル間部材３２は、コイル１２の間に付与された直後に硬化する。コイル間部材３２は、硬化過程において、ステータ３の軸方向の外側へ流れ出て、垂れるようなことがない粘度を有している。例えば、ステータ３を作業台上に水平に置き、ステータ３の上側端面から硬化前のコイル間部材３２が付与される場合、コイル間部材３２は、コイル間部材３２は、ステータ３の下面から垂れることなく、コイル１２の間に留まる。この結果、コイル間部材３２は、コイル１２に沿って付着しながら、磁極間、すなわちコイル間を互いに連結する。このように、高粘度の樹脂は、垂れにくく、塗布性が良い。

コイル間部材３２は、インシュレータ４２の間、すなわちボビンの間を連結していてもよい。コイル間部材３２は、コアティース先端部１１の間を連結していてもよい。コイル間部材３２は、まだ流動性を有する状態で、ステータ３に付与され、その後に硬化している。コイル間部材３２は、周方向に隣り合う２つのコイル１２の間を周方向に関して埋めることにより、それら２つのコイル１２を周方向に連結している。コイル間部材３２は、周方向に隣り合う２つのコイル１２の表面に関して、ステータ３の軸方向端面にやや盛り上がる盛り上がり形状、またはステータ３の軸方向端面に回り込む回り込み形状をもつ。この結果、コイル間部材３２は、２つのコイル１２をステータ３の軸方向に関して連結している。コイル間部材３２は、周方向に隣り合う２つのコイル１２の素線間の溝に入り込むことにより、それら２つのコイル１２をコイル１２の軸方向に関して連結している。コイル間部材３２は、コイル１２ばかりでなく、周方向に隣り合う磁極を強固に連結している。コイル間部材３２は、すべての磁極を強固に連結している。

図４において、縦軸は騒音ＮＯＩＳＥ（ｄＢ）を示し、横軸は回転電機１の回転数ＲＥＶ（ｒ／ｍｉｎ）を示す。全騒音（Ｏｖｅｒａｌｌ）と、特定成分（１２ｔｈ：１２次成分）とが図示されている。一体コア（ＵＮＩ－ＣＯＲＥ）の場合、二重線の波形が得られる。一方、三分割コア（ＴＲＩ－ＣＯＲＥ）の場合、破線の波形が得られる。三分割コアは、大きい騒音を発生する。これに対して、この実施形態（ＥＭＢ）によると、実線で示す波形が得られる。この実施形態によると、一体コアに近い騒音波形を実現することができる。

実施形態の製造方法
第１実施形態および第２実施形態では、以下に説明するステータを基本構成として利用して、極間部材３０を付加することができる。ステータ３は、複数の部分ステータ４０を有している。これら複数の部分ステータ４０は、互いに軸方向に垂直な平面において接触している。これら複数の部分ステータ４０は、リベットによって締め付けられ、連結される場合がある。さらに、これら複数の部分ステータ４０は、複数のボルトによってボディ５に対して締め付けられ、連結される。さらに、第１実施形態および第２実施形態では、複数の部分ステータ４０は、極間部材３０によっても連結されている。部分ステータ４０は、部分コア４１と、部分インシュレータ４２と、部分コイル４３とを有する。部分コア４１は、ほぼ１／３の厚さを占める中央環状部分と、各相のティースとを有する。部分インシュレータ４２は、複数のティースのためのボビン、および両端絶縁部材を提供する。部分コイル４３は、複数の端コイルを有する。

図５において、Ｕ相の部分ステータ４０ｕが図示されている。部分ステータ４０ｕは、部分コア４１ｕと、部分インシュレータ４２ｕと、部分コイル４３ｕとを有する。

図６において、Ｖ相の部分ステータ４０ｕが図示されている。図中には、Ｕ相の部分ステータ４０ｕとＶ相の部分ステータ４０ｕとが組み立てられた状態が図示されている。部分ステータ４０ｖは、部分コア４１ｖと、部分インシュレータ４２ｖと、部分コイル４３ｖとを有する。

図７において、Ｗ相の部分ステータ４０ｗが図示されている。図中には、Ｕ相の部分ステータ４０ｕとＶ相の部分ステータ４０ｕとＷ相の部分ステータ４０ｗとが組み立てられた状態が図示されている。図７は、環状体５０の斜視図でもある。管状体部分ステータ４０ｗは、部分コア４１ｗと、部分インシュレータ４２ｗと、部分コイル４３ｗとを有する。

図８において、３つの部分ステータ４０ｕ、４０ｖ、４０ｗは、それらの複数の磁極が互いに軸方向に噛み合うように組み合わせられている。これにより、３つの部分ステータ４０ｕ、４０ｖ、４０ｗは、互いの接触部によって接触する。３つの部分ステータ４０ｕ、４０ｖ、４０ｗは、２つの接触部において接触する。ひとつの接触部は、軸方向に対向し、接触する２つの平面によって提供されている。３つの部分ステータ４０ｕ、４０ｖ、４０ｗは、それらを軸方向に貫通するリベットによっても固定されている。

図９において、ステータ３の軸方向の端面が図示されている。図１、図３、図７、図８は、ボディ５に面する端面、いわば裏面を図示している。図９は、複数のボルトを受け入れる端面、いわば表面を図示している。

図１０において、縦軸は、トルクＴＱ（Ｎｍ）、横軸は、周方向の角度（度）を示す。Ｕは、Ｕ相の磁極にかかるトルク波形、Ｖは、Ｖ相の磁極にかかるトルク波形、Ｗは、Ｗ相の磁極にかかるトルク波形である。図中の振幅Ａは、各相にかかるトルクの合算（Ｕ＋Ｖ＋Ｗ）である。各相のトルクが一体コアによって取付部において合算されると、トルクは振幅Ａとしてあらわれる。振幅Ａは、一体コアの中央環状部分（ボディ５への取付部）にあらわれる。図中のＢは、各相にかかるトルクの振幅である。トルクの合算がうまくいけばトルク変動による振動は大幅に低減され、それによる音も低減される。しかし、分割コアではうまくいかないから、騒音が発生する場合がある。

回転電機の製造方法は、ロータ２を形成する工程と、ステータ３を形成する工程と、ロータ２とステータ３とを互いに対向させてボディ５上において位置づける工程とを含む。

ステータ３の製造方法は、部分コア４１、部分インシュレータ４２、および部分コイル４３を含む磁極を有する複数の部分ステータ４０を形成する部分ステータ形成工程を含む。ここでは、図５、図６、図７に図示した複数の部分ステータ４０ｕ、４０ｖ、４０ｗが形成される。

ステータ３の製造方法は、複数の部分ステータ４０を組み合わせることにより複数の磁極を含む環状体５０を組み立てる環状体組立工程を含む。

ステータ３の製造方法は、さらに、環状体組立工程と同時に、または、環状体組立工程の後に、複数の磁極の間に極間部材３０を配置する工程を含む。極間部材３０は、３つの部分ステータ４０ｕ、４０ｖ、４０ｗを組み立てる工程において配置されてもよい。極間部材３０は、３つの部分ステータ４０ｕ、４０ｖ、４０ｗを組み立てる工程の後に配置されてもよい。例えば、第１実施形態における複数のティース間部材３１は、図９の状態に組み立てられたステータ３に装着される。複数のティース間部材３１は、複数の極間隙間に挿入され、接着される。これにより、ステータ３のすべての磁極が連結される。例えば、第２実施形態におけるコイル間部材３２は、図９の状態に組み立てられたステータ３に付与される。コイル間部材３２は、複数の極間隙間に付与され、硬化される。これにより、ステータ３のすべての磁極が連結される。

比較例
比較例の動作説明
比較例は、三相回転電機である。比較例は、スタータ機能を持った磁石発電機である。この回転電機は、電動発電機、またはＡＣＧ－Ｓとも呼ばれる。比較例は、磁石発電機でもよい。磁石発電機は、ＡＣＧとも呼ばれる。比較例は、ステータコアを相ごとに分割したものである。この主の回転電機は、分割コア、または３分割コアとも呼ばれる。

比較例は、分割状態で巻線する。よって、巻線工程においては、コイルの周囲に得られる隙間（クリアランス）が大きい。一体コアに巻線する場合、隣接するコイルとの間の隙間（クリアランス）が制限される。この結果、コイルの占積率を大きくすることができる。一方、アルミニウム製またはアルミニウム合金製の素線をコイルに用いる場合、銅製または銅合金製の素線と同程度の抵抗とするためには、線径を上げる（太くする）必要がある。分割コアは、占積率を上げることができるから、アルミニウム製またはアルミニウム合金製のコイルに適している。

ステータコアは、例えば、１２０度間隔の３本のボルトでボディに締め付けられている。ときとして、締付座面には、座刳りが設けられている。この締付け座面は、ボディ側の取付部を提供している。一方で、ステータコアは、中央の環状部分にボルトを受け入れる３つの貫通穴を有している。よって、ステータは、中央の環状部分を取付部としている。

三分割コアは、各相ごとに分割された複数のコアを有する。各相ごとにかかるトルクは、合算することにより小さくなる。一体コアであればコアの一体部分でトルクが合算される。この結果、ティースに対し、取付部にかかるトルクは大幅に小さくなる。しかし、三分割コアは分割構造に起因して、１枚のコアシート内に３相が同時に存在しないから、トルクの合算がうまくいかない。各分割コアの取付部において一体になるティースは同相のティースのみである。残る他の２相は各断面では一体とならず、取付部と一体になるシートを介して他相のトルクと合算される。

この結果、コアを貫通するリベットや、各相間の摩擦力を介してのトルク合算となり、一体コアのように１枚のコアシート内での合算とはならない。よって、分割コアにかかるトルクは完全には合算されず、加振力が残る。この結果、残った加振力がステータ本体やボディ、エンジン本体、エンジンを介してロータやほかの部品を振動させ音を発することがある。

分割コアではないＡＣＧＧ－Ｓにおいて、各ティースにかかるトルクは合算すると振幅は小さくなる。しかし、例えば、一般的な構成である取付ボルトが１２０度間隔である場合、取付ボルト部には同じ相のティースが最も近くなるように配置される。三相巻線の場合、同じ相のティースおよび磁極が、１２０度ごとにあらわれるからである。取付ボルト付近では、エンジン側との当り面が一般的に広くなっている。よって、取付ボルト付近にあるティースのトルクによる振動がエンジン側に伝わりやすくなる。また、別の観点では、ステータコアは、締付により強くボディ（エンジン）側に向けて押し当てられる。よって、取付ボルト付近にあるティースのトルクによる振動がエンジン側に伝わりやすくなる。これらに起因して、騒音が発生する場合がある。このような現象は、分割コアに限られない。このような現象は、一体コアにおいても観測される。騒音は、磁気音とも呼ばれる。

他の実施形態
この明細書および図面等における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。例えば、開示は、実施形態において示された部品および／または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および／または要素が省略されたものを包含する。開示は、ひとつの実施形態と他の実施形態との間における部品および／または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。

明細書および図面等における開示は、請求の範囲の記載によって限定されない。明細書および図面等における開示は、請求の範囲に記載された技術的思想を包含し、さらに請求の範囲に記載された技術的思想より多様で広範な技術的思想に及んでいる。よって、請求の範囲の記載に拘束されることなく、明細書および図面等の開示から、多様な技術的思想を抽出することができる。

１ 回転電機、 ２ ロータ、 ３ ステータ、 ４ 磁極、
５ ボディ、 ６ ボディ穴、
７ 固定座、 ８ 座面、 ９ ボルト穴、
１０ コアティース部、 １１ コアティース先端部、
２０ コイル部、
３０ 極間部材、
３１ ティース間部材、 ３２ コイル間部材、
４０、４０ｕ、４０ｖ、４０ｗ 部分ステータ、
４１、４１ｕ、４１ｖ、４１ｗ 部分コア、
４２、４２ｕ、４２ｖ、４２ｗ 部分インシュレータ、
４３、４３ｕ、４３ｖ、４３ｗ 部分コイル、
５０ 環状体。

Claims (10)

1. 複数の磁極の間が連結されている回転電機のステータ。
2. 複数のコアティース部の間、または複数のコイル部の間が連結されている請求項１に記載の回転電機のステータ。
3. ステータは、三分割であり、三相発電機または三相電動発電機を提供する請求項１または請求項２に記載の回転電機のステータ。
4. 複数の前記磁極の間に配置された極間部材を備える請求項１から請求項３のいずれかに記載の回転電機のステータ。
5. 前記極間部材は、複数のコアティース先端部のすべての間に配置された複数のティース間部材を備える請求項４に記載の回転電機のステータ。
6. 複数の前記ティース間部材は、すべてが連結されている請求項５に記載の回転電機のステータ。
7. 前記極間部材は、複数のコイル部のすべての間に配置された複数のコイル間部材を備える請求項４のいずれかに記載の回転電機のステータ。
8. 複数の前記コイル間部材は、接着剤である請求項７に記載の回転電機のステータ。
9. 請求項１から請求項８のいずれかに記載のステータと、前記ステータに対向するロータとを備える回転電機。
10. 部分コア、部分インシュレータ、および部分コイルを含む磁極を有する複数の部分ステータを形成する部分ステータ形成工程と、
    複数の前記部分ステータを組み合わせることにより複数の前記磁極を含む環状体を組み立てる環状体組立工程と、
    前記環状体組立工程と同時に、または、前記環状体組立工程の後に、複数の前記磁極の間に極間部材を配置する工程とを有する回転電機のステータの製造方法。

Images