JP4680800B2 - ステータコア及びステータ - Google Patents

Description

本発明は、鋼板磁性体と圧粉磁性体とを組み合わせて構成され、焼きバメリングにより保持されるステータコア及びその関連技術に関する。

ステータコアに焼きバメリングを装着すると、焼きバメによりステータコアには大きな応力がかかり、コアの鉄損が劣化するため、その対策が問題となる。この点に関する対策技術としては、例えば特許文献１に記載のものがある。

また、圧粉磁性体は珪素鋼板を積層してなる鋼板磁性体に比して、応力歪みによる鉄損が劣化しやすいため、焼きバメ応力に対する対策が必要となる。例えば、鋼板磁性体を両側から圧粉磁性体により挟み込んだサンドイッチ構造のステータコアとしては、特許文献２に記載のものがある。

特開２００５−２０８５６号公報 特開２００２−３６９４１８号公報

しかしながら、鋼板磁性体と圧粉磁性体とを組み合わせたコアの場合、圧粉磁性体の材料強度が不足することより、鋼板に合わせた応力設定を行うと焼きバメ等による締結応力により圧粉磁性体が破壊されるおそれがある。

そこで、本発明の解決すべき課題は、鋼板磁性体と圧粉磁性体とを組み合わせてなるステータコアにおいて焼きバメ応力等による圧粉磁性体の破壊を防止できるステータコア及びその関連技術を提供することである。

上記の課題を解決するため、請求項１の発明では、鋼板磁性体と圧粉磁性体とを組み合わせて構成され、焼きバメリングにより保持されるステータコアであって、珪素鋼板が積層されて形成され、ステータコアのティース部からヨーク部にかけての部分を構成する鋼板体と、圧粉磁性体により形成され、前記鋼板体の少なくともヨーク部に相当する部分にモータ軸方向の両側から接合される２つの圧粉体とを備え、前記ヨーク部における前記鋼板体のモータ径方向外方側の端面が、前記２つの圧粉体のモータ径方向外方側の端面よりもモータ径方向外方に突き出している。

また、請求項２の発明では、請求項１に記載のステータコアにおいて、前記鋼板体のモータ径方向外方側の端面における前記２つの圧粉体のモータ径方向外方側の端面からの突き出し量が、ロータとステータコアとの間の隙間間隔よりも大きく設定されている。

また、請求項３の発明では、鋼板磁性体と圧粉磁性体とを組み合わせて構成され、円環状に複数配置された状態で焼きバメリングにより保持されるステータコアであって、珪素鋼板が積層されて形成され、ステータコアのティース部からヨーク部にかけての部分を構成する鋼板体と、圧粉磁性体により形成され、前記鋼板体の少なくともヨーク部に相当する部分にモータ軸方向の両側から接合される２つの圧粉体とを備え、前記ヨーク部における前記鋼板体のモータ周方向の端面が、前記２つの圧粉体のモータ周方向の端面よりもモータ周方向に突き出している。

また、請求項４の発明では、請求項１ないし３のいずれかの発明に係るステータコアを用いたステータであって、前記請求項１ないし３のいずれかの発明に係るステータコアと、前記ステータコアのティース部に外装されるコイルと、前記ステータコアを保持する焼きバメリングとを備える。

請求項１に記載の発明によれば、少なくともヨーク部が鋼板体のモータ軸方向両側に圧粉体が配置される構成となっているステータコアにおいて、ヨーク部における鋼板体のモータ径方向外方側の端面が、２つの圧粉体のモータ径方向外方側の端面よりもモータ径方向外方に突き出しているため、圧粉体が焼きバメリングから受ける応力を低減又はゼロにすることができ、これによって焼きバメ応力等による圧粉体の破壊を防止できる。

請求項２に記載の発明によれば、ステータコアの鋼板体のモータ径方向外方側の端面における２つの圧粉体のモータ径方向外方側の端面からの突き出し量が、ロータとステータコアとの間の隙間間隔よりも大きく設定されているため、ステータコアのヨーク部における圧粉体に作用する焼きバメリングからの応力をゼロにすることができるとともに、ヨーク部における２つの圧粉体のモータ径方向外方側の端面から焼きバメリング側に漏れる磁束を軽減することができ、モータ効率の向上が図れる。

請求項３に記載の発明によれば、少なくともヨーク部が鋼板体のモータ軸方向両側に圧粉体が配置される構成となっている分割タイプのステータコアにおいて、ヨーク部における鋼板体のモータ周方向の端面が、２つの圧粉体のモータ周方向の端面よりもモータ周方向に突き出しており、これによってステータコアを円環状に配置した際に隣接する各ステータコアのヨーク部における主に鋼板体同士の間で応力が作用することとなるため、圧粉体が受けるモータ周方向の応力を低減することができ、その結果、焼きバメ応力等による圧粉体の破壊を防止できる。

請求項４に記載の発明によれば、焼きバメ応力等による圧粉体の破壊を防止できるため、製造工程や使用中にステータ内の圧粉体が破損するのを防止することができる。

＜第１実施形態＞
＜全体構成＞
図１は本発明の第１実施形態に係るステータの要部断面図であり、図２は図１のステータの分解斜視図であり、図３は図１のステータに備えられる分割コアの断面図であり、図４は図３の分割コアの分解斜視図である。このステータ１は、図１ないし図４に示すように、ステータ本体３と、焼きバメリング５とを備えており、ロータの外周部に設置されてモータを構成する。ステータ本体３は、円環状に配置された複数の分割ステータ７を備えている。そして、各分割ステータ７は、分割コア（本発明のステータコアに相当）１１と、コイル１３とを備えている。

まず、分割コア１１について説明する。分割コア１１は、鋼板体２１と、２つの圧粉体２３，２５とを組み合わせて構成されており、コイル１３が外装されるティース部１１ａと、そのティース部１１ａのモータ径方向Ａ外方側に設けられるヨーク部１１ｂとからなっている。ヨーク部１１ｂは、ティース部１１ａの端部からモータ周方向Ｂ両側及びモータ軸方向Ｃ両側に張り出している。また、ティース部１１ａのモータ径方内方側端部には、その端部からモータ周方向Ｂ両側及びモータ軸方向Ｃ両側に張り出すツバ部１１ｃが設けられている。

鋼板体２１は、平面視略Ｔ字形状を有する複数の珪素鋼板が互いに絶縁状態でモータ軸方向Ａに積層されて形成されており、分割コア１１のティース部１１ａからヨーク部１１ｂにかけての部分を構成している。そして、鋼板体２１のモータ径方向Ａ内方側端部には、ツバ部１１ｃの一部を形成するためのモータ周方向Ｂ両側に張り出す張出し部２１ａが形成されている。また、鋼板体２１のモータ径方向Ａ外方側端部には、ヨーク部１１ｂの一部を形成するためのモータ周方向Ｂ両側に張り出す張出し部２１ｂが設けられている。なお、鋼板体２１の珪素鋼板の積層方向とモータ軸方向Ａとは平行な関係になっている。

また、圧粉体２３，２５は、鋼板体２１のモータ軸方向Ｃの各端面におけるティース部１１ａからヨーク部１１ｂに相当する部分に重ね合わされて、接着剤で接合されている。変形例として、各圧粉体２３，２５のティース部１１ｂに相当する部分の形状を、鋼板体２１のティース部１１ａに相当する部分をモータ軸方向Ｃの両側から包み込むような形状にしてもよい。

各圧粉体２３，２５のモータ径方向Ａ内方側端部には、ツバ部１１ｃの一部を形成するための、モータ周方向Ｂ両側及びモータ軸方向Ｃ外方（鋼板体２１から離反する方向）に張り出す張出し部２３ａ，２５ａが設けられている。また、各圧粉体２３，２５のモータ径方向Ａ外方側端部にはヨーク部１１ｂの一部を形成するための、モータ周方向Ｂ両側及びモータ軸方向Ｃ外方に張り出す張出し部２３ｂ，２５ｂが設けられている。また、各圧粉体２３，２５のティース部１１ａに相当する部分におけるモータ軸方向Ｃ外方に向いた外周面２３ｃ，２５ｃ（特に、モータ周方向Ｂの両縁のエッジ部分）は、丸みを持った形状（例えば、略シリンドリカル形状）となっている。

圧粉体２３，２５は、金属磁性粉末、又は所定の絶縁被膜で覆った金属磁性粉末を樹脂で結合した圧粉磁性体により構成されており、圧粉磁性材料を所定の成型用の型に充填して加圧、圧縮した後、加熱処理することにより形成される。

そして、このような分割コア１１のティース部１１ｂにコイル１３が外装されて、分割ステータ７が構成され、さらに、その分割ステータ７が円環状に複数配置されてステータ本体３が構成されるようになっている。さらに、後述する焼きバメリング５が、ステータ本体３を外方から締め付けて保持することにより、分割ステータ３の円環状の配置状態が保持されるようになっている。

焼きバメリング５は、金属材料により形成された略円筒形の形状を有しており、プレスなどで打ち抜いて深しぼり等により筒状にすることにより作製される。

焼きバメリング５の取り付けは、焼きバメリング５を加熱し、焼きバメリング５をステータ本体３の外周に焼きバメして行われる。

このような構成により、各分割コア１１のツバ部１１ｃにおけるモータ周方向Ｂ両側に張り出す部分は、鋼板体２１の張出し部２１ａ、圧粉体２３，２５の張出し部２３ａ，２５ａによって構成され、またツバ部１１ｃにおけるモータ軸方向Ｃ外方に張り出す部分は、圧粉体２３，２５の張出し部２３ａ，２５ａによって構成されるようになっている。

また、各分割コア１１のヨーク部１１ｂにおけるモータ周方向Ｂ両側に張り出す部分は、鋼板体２１の張出し部２１ｂ及び圧粉体２３，２５の張出し部２３ｂ，２５ｂによって構成され、またヨーク部１１ｂにおけるモータ軸方向Ｃ外方に張りだす部分は、圧粉体２３，２５の張出し部２３ｂ，２５ｂによって構成されるようになっている。

＜ヨーク部における鋼板体の突き出し構造＞
また、本実施形態では、分割コア１１のヨーク部１１ｂにおける鋼板体２１のモータ径方向Ａ外方側の端面２１ｃが、２つの圧粉体２３，２５のモータ径方向Ａ外方側の端面２３ｄ，２５ｄよりもモータ径方向Ａ外方に所定の突き出し量Ｄ１で突き出した状態で、鋼板体２１と圧粉体２３，２５とが接合されている。

例えば、ステータ本体３の外径寸法が２８０ｍｍで、各分割コア１１のヨーク部１１ｂのモータ軸方向Ｃの厚み寸法Ｓ１が５０ｍｍで、鋼板体２１のモータ軸方向Ｃの厚み寸法Ｓ２が１６．８ｍｍで、焼きバメリング５の締め代が約０．７ｍｍでるあるとき、上記の突き出し量Ｄ１は例えば０．３０ｍｍに設定される。

図５は上記の設定条件の下で焼きバメを行ったときの数値解析結果を示す図である。また、図６は、上記の設定条件の下で鋼板体の突き出し量を変化させたときに、その突き出し量の変化と圧粉体が受ける焼きバメ応力の変化との関係に関する数値解析結果を示すグラフである。図６の数値解析結果より、突き出し量Ｄ１が０．３ｍｍのときの圧粉体２３，２５が受ける応力が、突き出し量Ｄ１がゼロのときに比して約２５％低減されることが分かる。また、図５の数値解析結果より、分割コア１１のヨーク部１１ｂにおける圧粉体２３，２５と焼きバメリング５との間に突き出し量Ｄ１（０．３ｍｍ）に相当する隙間があっても、焼きバメによるリング５等の変形により、圧粉体２３，２５とリング５とが隙間なく密着することが分かる。

以上のように、本実施形態によれば、分割コア１１の少なくともヨーク部１１ｂが鋼板体２１とそのモータ軸方向Ｃ両側の圧粉体２３，２５とのサンドイッチ構造となっているステータ１において、ヨーク部１１ｂにおける鋼板体２１のモータ径方向Ａ外方側の端面２１ｃが、圧粉体２３，２５のモータ径方向Ａ外方側の端面２３ｄ，２５ｄよりもモータ径方向Ａ外方に突き出しているため、圧粉体２３，２５が焼きバメリング５から受ける応力を低減することができ、これによって焼きバメ応力等による圧粉体２３，２５の破壊を防止できる。

また、各分割コア１１のティース部１１ａにおける鋼板体２１のモータ軸方向Ｃの両端面には、ティース圧粉体２３，２５が重ね合わされて配置されるため、丸みを持ったティース圧粉体２３，２５の外周面によりティース部１１ｂの外周形状に丸みを持たせることができ、その結果、ティース部１１ａとコイル１３との間に生じる隙間を減らしてコイル１３の占積率の向上が図れる。

また、成形性に優れた圧粉磁性体からなる圧粉体２３，２５により、モータ軸方向Ｃ外方に張り出すツバ部１１ｃの部分及びヨーク部１１ｂの部分を形成するため、製造コストを抑制しつつモータ軸方向Ｃに張り出すツバ部１１ｃ及びヨーク部１１ｂを形成して磁束の利用効率を向上させることができる。

なお、上述の図１及び図３等に示す分割コア１１のヨーク部１１ｂにおける鋼板体２１の突き出し構造の変形例として、図７に示す構成が採用可能である。すなわち、図７に示すように、板体２１のモータ径方向Ａ外方側の端面２１ｃにおける２つの圧粉体２３，２５のモータ径方向Ａ外方側の端面２３ｄ，２５ｄからの突き出し量Ｄ１を、ロータ３１と分割コア１１との間の隙間間隔Ｄｇよりも大きく（より好ましくは、間隔Ｄｇの２倍以上の大きさに）してもよい。これによって、分割コア１１のヨーク部１１ｂにおける圧粉体２３，２５に作用する焼きバメリング５からの応力をゼロにすることができるとともに、ヨーク部１１ｂにおける２つの圧粉体２３，２５のモータ径方向Ａ外方側の端面２３ｄ，２５ｄから焼きバメリング５側に漏れる磁束を軽減することができ、モータ効率の向上が図れる。

＜第２実施形態＞
図８は、本発明の第２実施形態に係るステータに備えられる分割コアのモータ径方向外向側から見た側面図である。本実施形態に係るステータ１が上述の第１実施形態に係るステータ１と実質的に異なる点は、分割コア１１のヨーク部１１ｂにおける鋼板体２１の突き出し形態のみであり、互いに対応する部分には同一の参照符号を付して説明を省略する。

本実施形態では、図８に示すように、分割コア１１のヨーク部１１ｂにおける鋼板体２１のモータ周方向Ｂ両側の端面２１ｄ，２１ｅが、２つの圧粉体２３，２５のモータ周方向Ｂ両側の端面２３ｅ，２３ｆ，２５ｅ，２５ｆよりもモータ周方向Ｂ両側に所定の突き出し量Ｄ２で突き出した構成となっている。なお、第１実施形態の場合は、端面２１ｄ，２３ｅ，２５ｅ及び端面２１ｅ，２３ｆ，２５ｆは面一になっている。

例えば、ステータ本体３の外径寸法が３００ｍｍで、各分割コア１１のヨーク部１１ｂのモータ軸方向Ｃの厚み寸法Ｓ１が５０ｍｍで、鋼板体２１のモータ軸方向Ｃの厚み寸法Ｓ２が１６．８ｍｍで、焼きバメリング５の締め代が約０．７ｍｍでるあるとき、上記の突き出し量Ｄ２は例えば０．０３ｍｍに設定される。

なお、本実施形態ではヨーク部１１ｂにおいて鋼板体２１をモータ周方向Ｂの両側に突き出させる構成としたが、鋼板体２１をモータ周方向Ｂの方側にのみ突き出させる構成としてもよい。この場合の突き出し量は、両側に突き出す構成の場合の２倍に設定される。

以上のように、本実施形態によれば、分割コア１１を円環状に配置した際に隣接する各分割コア１１のヨーク部１１ｂにおける主に鋼板体２１同士の間で応力が作用することとなるため、焼きバメ時に分割コア１１のヨーク部１１ｂにおける圧粉体２３，２５が受けるモータ周方向Ｂの応力を低減することができ、その結果、焼きバメ応力等による圧粉体２３，２５の破壊を防止できる。

＜変形例＞
上述の第１及び第２実施形態の変形例として、これらの実施形態に係る技術を組み合わせて用いてもよい。すなわち、ヨーク部１１ｂにおける鋼板体２１のモータ径方向Ａ外方側の端面２１ｃを、圧粉体２３，２５のモータ径方向Ａ外方側の端面２３ｄ，２５ｄよりもモータ径方向Ａ外方に突き出させせるとともに、ヨーク部１１ｂにおける鋼板体２１のモータ周方向Ｂの端面２１ｄ，２１ｅの少なくとも一方を、２つの圧粉体２３，２５のモータ周方向Ｂの端面２３ｅ，２３ｆ，２５ｅ，２５ｆよりもモータ周方向Ｂに突き出させるようにしてもよい。

また、第１及び第２の実施形態として、各圧粉体２３，２５をティース部１１ａに相当する部分と、ヨーク部１１ｂに相当する部分とに分割して形成するようにしてもよい。

本発明の第１実施形態に係るステータの要部断面図である。 図１のステータの分解斜視図である。 図１のステータに備えられる分割コアの断面図である。 図３の分割コアの分解斜視図である。 焼きバメの数値解析結果を示す図である。 鋼板体の突き出し量と圧粉体が受ける焼きバメ応力との関係に関する数値解析結果を示すグラフである。 図１に示す構成の変形例を示す図である。 本発明の第２実施形態に係るステータに備えられる分割コアのモータ径方向外向側から見た側面図である。

符号の説明

１ ステータ
３ ステータ本体
５ 焼きバメリング
７ 分割ステータ
１１ 分割コア
１１ａ ティース部
１１ｂ ヨーク部
１１ｃ ツバ部
１３ コイル
２１ 鋼板体
２３，２５ 圧粉体
２３ａ，２３ｂ，２５ａ，２５ｂ 張出し部
３１ ロータ
Ａ モータ径方向
Ｂ モータ周方向
Ｃ モータ軸方向

Claims (4)

1. 鋼板磁性体と圧粉磁性体とを組み合わせて構成され、焼きバメリングにより保持されるステータコアであって、
   珪素鋼板が積層されて形成され、ステータコアのティース部からヨーク部にかけての部分を構成する鋼板体と、
   圧粉磁性体により形成され、前記鋼板体の少なくともヨーク部に相当する部分にモータ軸方向の両側から接合される２つの圧粉体と、
   を備え、
   前記ヨーク部における前記鋼板体のモータ径方向外方側の端面が、前記２つの圧粉体のモータ径方向外方側の端面よりもモータ径方向外方に突き出していることを特徴とするステータコア。
2. 請求項１に記載のステータコアにおいて、
   前記鋼板体のモータ径方向外方側の端面における前記２つの圧粉体のモータ径方向外方側の端面からの突き出し量が、ロータとステータコアとの間の隙間間隔よりも大きく設定されていることを特徴とするステータコア。
3. 鋼板磁性体と圧粉磁性体とを組み合わせて構成され、円環状に複数配置された状態で焼きバメリングにより保持されるステータコアであって、
   珪素鋼板が積層されて形成され、ステータコアのティース部からヨーク部にかけての部分を構成する鋼板体と、
   圧粉磁性体により形成され、前記鋼板体の少なくともヨーク部に相当する部分にモータ軸方向の両側から接合される２つの圧粉体と、
   を備え、
   前記ヨーク部における前記鋼板体のモータ周方向の端面が、前記２つの圧粉体のモータ周方向の端面よりもモータ周方向に突き出していることを特徴とするステータコア。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載のステータコアを用いたステータであって、
   前記請求項１ないし３のいずれかに記載のステータコアと、
   前記ステータコアのティース部に外装されるコイルと、
   前記ステータコアを保持する焼きバメリングと、
   を備えることを特徴とするステータ。
   

Images