WO2006046782A1

WO2006046782A1 - 回転電機およびそれを搭載した自動車

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Publication number: WO2006046782A1
Application number: PCT/JP2005/020257
Authority: WO
Inventors: Yasuhiro Endo; Ryoji Mizutani; Kazutaka Tatematsu; Kenji Harada; Toshiya Yamaguchi; Esuke Hoshina
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date: 2004-10-29
Filing date: 2005-10-28
Publication date: 2006-05-04
Also published as: US20080001494A1; CN101053139B; US7737600B2; JP4887656B2; EP1806822A1; JP2006158176A; CN101053139A; EP1806822A4

Abstract

圧粉磁性体からなるステータコア（１００）において、ヨーク部（２０）は、ティース（１０）の軸方向端面から軸方向外方に突出した突出部を含む。ティース（１０）は、軸方向の長さがステータコア（１００）の径方向外方に向けて漸減し、かつ周方向の長さがステータコア（１００）の径方向外方に向けて漸増する。ステータコア（１００）は、径方向に垂直な断面のいずれかにおいて、ヨーク部（２０）の軸方向端面とティース（１０）の軸方向端面との高低差が、コイルエンド部の軸方向の長さに略等しい。また、ティース（１０）の径方向に垂直な断面積は、径方向外方に向けて略一定であり、当該断面積がティース（１０）とヨーク部（２０）との接合部において確保される。また当該断面積の１／２がヨーク部（２０）の周方向の断面において確保される。

Description

回転電機およびそれを搭載した自動車 [技術分野]

この発明は、固定子（以下、ステ一夕とも称する）と回転子（以下、ロー夕とも称、する）とから構成される回転電機およびそれを搭載した自動車に関し、より特定的には、回転電機のステ一夕に関する。

明

[背景技術]

ステ一夕と口一夕とからなる回転電機において、ステ一夕は、複数のスロット書

が形成されたステ一夕コアと、スロット間に設けられる櫛歯（以下、ティースとも称する）に卷回されたコイルとから構成される。また、ロー夕は、ロー夕コアと、磁力を帯びた磁石と、回転軸となるシャフトとから構成される。

かかる構成において、コイルに電力が供給されることにより、磁界が発生する。発生した磁界に基づいて、口一夕とステ一夕との間に磁束の流れが形成されることによって、口一夕は回転力を得る。例えば回転電機を動力源とする自動車においては、この回転力によって車輪が駆動される。

ここで、ステ一夕においては、スロットの断面積に対するコイルが占有する断面積の面積比（以下、占積率とも称する）の向上を目的としたステ一夕構造が、従来から多数開示されている（たとえば日本国特許公開公報特開 2 0 0 2 - 3 6 9 4 1 8号および日本国特許公表公報特表 2 0 0 2 - 5 4 4 7 5 3号公報参照）。図 1 4は、たとえば日本国特許公開公報特開 2 0 0 2 - 3 6 9 4 1 8号に開示される回転電機におけるステ一夕の構造を示す図である。

図 1 4 (A) は、ステ一夕を構成することになる 1極分の積層コア 5 1に卷線 5 2が卷回された状態を、図 1 4 (B ) は、同図（A) の水平断面をそれぞれ示す。

積層コア 5 1は、所定数の電磁鋼板を積層して形成されており、ティース部 5 3とヨーク部 5 4とのなす両側の空間が、卷線 5 2の配置のためのスロヅト部 5 5として機能する。

積層コア 5 1には、後述するコアエンド部材 5 7が装着された状態で、スロット部 5 5の内面を覆うように絶縁キャップ 5 6が被せられる。この絶緣キャップ 5 6の外周に卷線 5 2が所定回数だけ巻回されて、図 1 4 (A) の状態となる。図 1 4 (B ) を参照して、ティ一ス部 5 3の幅寸法 Wについては、ステ一夕外周からステ一夕内周に向かって漸次幅狭となるように、両端面がテ一パ状に形成され、これによつてティ一ス部 5 3の両側に形成されるスロット部 5 5の投影形状が、平行四辺形もしくは長方形となるように設定されている。

図 1 4 ( C ) は、同図（A) の卷線 5 2と絶縁キヤヅプ 5 6とを取り除いた状態を、図 1 4 (D ) は、同図（C ) の D方向矢視図をそれぞれ示す。

図 1 4 ( C ) を参照して、積層コア 5 1の積層方向両端面には、ティース部 5 3の投影形状と略同一の輪郭形状を持つコアェンド部材 5 7がそれぞれ装着される。コアエンド部材 5 7は、磁性粉末成形体にて形成され、表面の卷泉受圧面 5 7 aは、ステ一夕外周から内周側に向かつて段階的に高くなるように彩成されている（図 1 4 (D ) 参照）。

以上の構成において、積層コア 5 1が回転電機の一部として機能する際には、ティース部 5 3を磁束が通過する。このとき、ティ一ス部 5 3におけるステ一夕内周側の先端部では、その幅寸法 Wが小さいために磁束密度が高くなり、磁束が飽和する可能性がある。そこで、当該ステ一夕構造においては、積層コア 5 1の鋼板積層方向の両端面に配したコアェンド部材 5 7を磁路として機能ざせている。ただし、コアエンド部材 5 7は、材質によって磁気特性が異なるため、径方向に沿って内周側、外周側および中央部分における等価断面積が求められ、その値が互いに等しくなるように設定される。

このような構成によれば、スロヅト部 5 5のデヅドスペースが縮小ィ匕されることにより、スロット部 5 5での卷線 5 2の占積率が向上し、小型で高力な回転電機を実現することができる。

しかしながら、図 1 4に示す従来のステ一夕構造においては、卷線 5 2の占積率が向上する一方で、同図（D ) から明らかなように、ティース部 5 3の軸方向両端面に配したコアエンド部材 5 7によって、軸方向に形成される卷,線 5 2の卷回部分（コイルエンド部）がヨーク部 5 4から突出した形状となる。そのため、当該ステ一夕から構成される回転電機において、その搭載性に問題を有していた。また、ティース部分がコアエンド部材 5 7によって軸方向に展開された 3 ¾ζ元的な構造を持つのに対し、ヨーク部 5 4は、周方向と径方向とからなる 2次的な構造のままであることから、ティース部分を通過する鎖交磁束を確保する fe:めには、ヨーク部 5 4を径方向に厚くせざるを得ず、低減可能な体格に限界が^じていた。

さらに、従来のステ一夕構造では、突出したコイルエンド部によって、スー夕の軸方向の長さが增加してしまうため、卷線 5 2を含めた全軸長での小型ィ匕が困難であった。

それゆえ、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、搭載性に優れ、かつ小型高出力の回転電機およびそれを搭載した自動車を提供することである。

[発明の開示]

この発明によれば、回転電機であって、ステ一夕と、ステ一夕に対して回自在に設けられたロー夕とを備える。ステ一夕は、環状に延在するヨーク部と 3— ク部の内周側に環状に配列された複数のティースを有するティ一ス部とからなるステ一夕コアと、各複数のティースにそれぞれ卷回されるコイルとを含む。ョ一ク部は、各複数のティースの軸方向端面から軸方向外方に突出した突出部を有する。各複数のティ一スは、軸方向の長さが径方向外方に向けて漸減し、かつ周方向の長さが径方向外方に向けて漸増する。

この発明によれば、回転電機であって、ステ一夕と、ステ一夕に対して回自在に設けられた口一夕とを備える。ステ一夕は、環状に延在するヨーク部とョーク部の内周側に環状に配列された複数のティースを有するティース部とからなるステ一夕コアと、各複数のティースにそれそれ卷回されるコイルとを含む。ョ一ク部は、各複数のティースの軸方向端面から軸方向外方に突出した突出部を有する。各複数のティースは、ステ一夕コアの内周側端部において、軸方向の長さが周方向の長さよりも長く、ステ一夕コアの外周側端部において、周方向の長さが軸方向の長さよりも長い。

好ましくは、突出部の軸方向の長さは、コイルのコイルエンド部の最外周側の軸方向の長さに略等しい。

好ましくは、ステ一夕は、径方向に垂直な断面のいずれにおいそ、ヨーク部の軸方向端面とティースの軸方向端面との間隔が、コイルェンド部の軸方向の長さに略等しい。

好ましくは、各複数のティースは、径方向に垂直な断面が、径方向外方に向けて略等面積である。

好ましくは、ヨーク部の周方向に垂直な断面は、ティ一スの径方向に垂直な断面の略半分以上の面積からなる。

好ましくは、ヨーク部と各複数のティースとの接合部の断面積は、ティースの径方向に垂直な断面の面積に対して同等以上である。

好ましくは、各複数のティースは、径方向に垂直な断面の角部が曲面形状である。

好ましくは、各複数のティースは、軸方向端面が曲面形状である。

好ましくは、ステ一夕コアは、圧粉磁心の成形体からなる。

好ましくは、ステ一夕コアは、軸方向に分割された少なくとも 2以上の圧粉磁心の成形体からなる。

好ましくは、少なくとも 2以上の圧粉磁心の成形体は、軸方向の一方端に位置する第 1成形体と軸方向の他方端に位置する第 2成形体とを含む。第 1成形体および第 2成形体の少なくとも一方は、ステ一夕コアの軸方向の長さが互いに異なる複数の回転電機の間で同一の形状を有する。

この発明によれば、自動車は、車輪と、各々が車輪を駆動する、上記のいずれか 1に係る発明の回転電機の複数とを備える。

この発明によれば、自動車は、車輪と、各々が車輪を駆動する、上記のいずれか 1に係る発明の回転電機とを備える。

この発明によれば、ステ一夕は、ヨーク部がティース部に対して軸方向外方に突出していることにより、コイル卷着後の搭載性に優れ、かつ小型高出力の回転電機を実現することができる。また、ステ一夕コアを複数の圧粉磁心を軸方向に結合して構成することにより、簡易かつ低コストの成形工程で、多彩な出力の回転電機を実現することができる。

[図面の簡単な説明]

図 1は、この発明の実施の形態に従う回転電機のステ一夕に: ける 1極分のステ一夕コァの斜視図である。

図 2は、図 1のステ一夕コアの周方向の断面図である。

図 3は、図 1のステ一夕コアの軸方向の断面図である。

図 4は、図 1に示すステ一夕コアにおけるティースの径方向^:垂直な断面を説明するための図である。

図 5は、ステ一夕コアの内部における磁束の流れを示す説明図である。

図 6は、図 1に示すステ一夕コアの他の構成例を示す斜視図である。

図 7は、図 6におけるステ一夕コアの変更例を説明するためのティースの径方向に垂直な断面図（図 7 ( A) ) および一般的なステ一夕コアこおけるティースの径方向に垂直な断面図（図 7 (B ) ) である。

図 8は、一般的な成形方法を適用したときのステ一夕コァの咸形工程を示す図である。

図 9は、この発明による回転電機における 1極分のステ一夕コアの斜視図である o

図 1 0は、図 9のステ一夕コアの軸方向の断面図である。

図 1 1は、成形体 D 1 ( = D 3 ) の成形工程を説明するため図である。

図 1 2は、成形体 D 2の成形工程を説明するための図である。

図 1 3は、出力トルクの異なる回転電機における 1極分のステ一夕コアの斜視図である。

図 1 4は、特許文献 1に開示される回転電機におけるステ一タの構造を示す図である。

[発明を実施するための最良の形態]

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

図 1は、この発明の実施の形態に従う回転電機のステ一夕における 1極分のステ一夕コアの斜視図である。なお、図示は省略するが、ステ一夕コアは、全体として、図 1の 1極分のス夕一夕コア 1◦ 0を回転電機の極数^け環状に配した中空円筒形状を有する。そして、ステ一夕コアは、環状のヨーク部と、ヨーク部の内周側に径方向内方を指して環状に配列された所定数のティースからなるティース部と、互いに隣り合うティースの間に形成され、軸方向に延在する所定数のスロットとを含む。ティースおよびスロットの個数は、回転電機の極数に対応している。

図 1を参照して、ステ一夕コア 1 0 0は、任意の 1極において、ヨーク部 2 0 とティース 1 0とが略 T字形状を構成する。ステ一夕コア 1 0 0は、磁性粉末を成形用金型にて圧縮成形した磁心（以下、圧粉磁心とも称する）から—なり、ョ一ク部 2◦とティース 1 0とが一体的に成形される。なお、ステ一夕コア 1 0 0の成形工程については、後に詳述する。

ティース 1 0の周方向（0方向に相当）の両脇には、隣り合うティース 1 0

(図示せず）との間において、スロットがそれそれ形成される。コイルは、図示は省略するが、このティース 1 0を跨ぐようにして隣り合うスロットに挿入されることにより、ティース 1 0の各々に卷回して固着される。

本実施の形態において、ステ一夕コア 1 0 0は、ヨーク咅 2 0とティース 1 0 との間で軸方向（z方向に相当）の長さが異なることを第 1 の特徴とする。詳細には、図 1に示すように、ヨーク部 2 0は、ティ一ス 1 0の軸方向の両端面からそれそれ軸方向外方に突出した突出部を有する。このため、ヨーク部 2 0は、軸方向において、この突出部だけティース 1 0よりも長くなつている。この点において、この発明によるステ一夕構造は、ヨーク部とティース部との間で軸方向の長さを同じとする従来のステ一夕構造とは異なる。

さらに、この発明によるステ一夕コア 1 0 0は、ティース 1 0において、径方向に垂直な断面の形状が、径方向に沿って徐々に変化する、異形断面を有することを第 2の特徴とする。例えば、図 1のティース 1 0において、最も内周側に位置する断面（図中の A断面に相当）と、最も外周側に位置する断面（図中の C断面に相当）と、これらの中間に位置する断面（図中の B断面に相当）とでは、互いに形状が異なっている。なお、これらの A〜C断面を含む径方向の各断面の間には、以下に述べるように、面積が互いに等しく、かつアスペクト比が互いに異なるという関係が成立している。なお、これらの特徴は、ステ一夕コア 100を圧粉磁心としたことによって、その成形性を生かし、容易に実現することができる。

図 2は、図 1のステ一夕コア 100の周方向の断面図である。

図 2を参照して、ステ一夕コア 100において、ティ一ス 10は、略扇形状の断面を有しており、内周側に向かって周方向の長さが次第 ίこ短くなつている。具体的には、図 1に示す径方向に沿った A〜C断面の各々について、周方向の長さをそれそれ L_ie, L_g, L₂sとすると、これらの間には、：L₁₀<L_e<L_2eの関係が成り立つ。

ティ一ス 10の軸方向に垂直な断面をこのような扇形状とすることによって、ティース 10の両脇に形成されるスロヅト 30は、それそれ、図中の斜線領域で示すように、略矩形状となる。すなわち、斜線領域において、 C断面における周方向の幅 hと、 A断面における周方向の幅 jとが略等しくなる。これにより、スロット 30におけるコイルの占積率が向上する。詳細には、例えば平角銅線をコィルとして用いたときには、コイルはスロヅト 30の内部に規則性をもって整列されることから、コイルの緻密化が可能となり、占積率をさらに向上させることができる。

図 3は、図 1のステ一夕コア 100の軸方向の断面図である。

図 3から明らかなように、ティース 10は、軸方向の長さが、径方向に沿って徐々に変化する。詳細には、軸方向の長さは、ステ一夕外周側に向かって次第に短くなる。図 1に示す径方向に沿った A~C断面の各々について、軸方向の長さをそれそれ L_1Z, L_z, L_2Zとすると、これらの間には、： L _1Z>L_Z>L_2Zの関係が成り立つ。さらに、最も長い A断面の軸方向の長さし _1Zにおいても、ョ一ク部 20の軸方向の長さよりも短いことが分かる。

ここで、図 2および図 3によれば、ティース 10は、 A〜C断面の間で、周方向および軸方向の長さに関して、 L_ie<Leく L_2eおよび： L_1Z>L_Z>L_2Zの関係を有することが分かる。すなわち、ティース 1 0は、ステ一夕内周側から外周側に向かって、周方向の長さが長く、かつ軸方向の長さが短くなる。本願発明は、ティース 1 0の形状を周方向のみならず、軸方向にも变化させた点において、ティ一ス部 5 3の軸方向の長さを一定とする図 1 4に示す従来のステ一夕構造とは相違する。また、ヨーク部 2 0の軸方向の長さが、ティース 1 0の軸方向の長さの最大値よりもさらに長いという点において、ヨーク部 5 4の軸方向の長さがティ一ス部分（ティース部 5 3 +コアエンド部材 5 7 ) の軸方向の長さよりも短い図 1 4に示す従来のステ一夕構造とは相違する。

さらに、ティース 1 0の最外周側においてティ一ス 1 0と接合されるヨーク部 2 0は、上述したように、ティース 1 0の軸方向の両 έ 面から軸方向外方に向けて突出した突出部を有する。この突出部の軸方向の長ざ mは、ヨーク部 2 0の軸方向端面とティース 1 0の最外周側の端面との高低差に値する。さらに、ヨーク部 2 0の軸方向端面とティース 1 0の最内周側の端面とにおいても、軸方向の長さ kの高低差が生じている。

ここで、コイルをティース 1 0に卷回したときに、車由方向に沿ってスロット 3 0から突出したコイルの両端部分は、コイルエンド部 4 0を形成する。ティース部分（コアエンド部材を含む）の軸方向の長さがヨーク部の軸方向の長さよりも長い従来のステ一夕構造においては、このコイルエンド部 4 0は、ステ一夕コアの軸方向の両端面から突出した状態となる。そのため、上述したように、搭載性において不具合が生じる。

そこで、本実施の形態では、図 3に示すように、コイルエンド部 4 0の軸方向の端面と、ヨーク部 2 0の軸方向の端面との高低差をなくし、両端面が略同一平面をなすように、ティース 1 0およびヨーク部 2 0の膨状を設定する。

詳細には、スロット 3 0におけるコイルの卷回スペースは、図 2の斜線領域で示したように、 A断面および C断面において、それぞれ周方向の幅 jおよび周方向の幅 hを有する。このため、コイルを卷回したときに、軸方向に形成されるコィルエンド部 4 0においても、 A断面および C断面において、それそれ軸方向に、幅 jおよび幅 hとほぼ等しい高さを有することとなる。仮に、ティース 1 0の軸方向端面がヨーク部 2 0の軸方向端面と同じ高さであるとすれば、コイルェンド部 4 0は、 A断面および C断面において、それぞれ高さ jおよび hだけステ一夕コア 1 0 0から突出することになる。

そこで、この突出部分をなくすために、本実施の形態によるステ一夕コア 1 0 0では、 A断面におけるヨーク部 2 0の軸方向端面とティース 1 0の軸方向端面との高低差 kを、コイルエンド部 4 0の A断面の軸方向の高さ jと略同じとなるように設定する。さらに、 C断面におけるヨーク部 2 0の軸方向端面とティース 1 0の軸方向端面との高低差 m ( =ョ一ク部 2 0の突出部の軸方向の長さ）を、コイルェンド部 4 0の C断面の高低差 hと略同じとなるように設定する。

このような構成とすることにより、コイルをティース 1 0に卷回したときに形成されるコイルエンド部 4 0は、ステ一夕コア 1 0 0から軸方向に突出することなく、その体格内にほぼ収まることから、回転電機の搭載性を改善することができる。

以上のように、本実施の形態による回転電機は、ステ一夕コア 1 0 0のヨーク部 2 0に突出部を設けたこと、およびティース 1 0を径方向に沿って異形断面としたことによって、高いコイルの占積率を保ちながら、搭載性が向上される。ここで、スロヅト 3 0におけるコイルの占積率が高められると、ティース 1 0 の内部に発生する磁束が増加し、より大きな出力トルクの発生が期待される。しかしながら、ステ一夕コア 1 0◦の内部において、磁束の飽和などによって無効となる磁束が増加すれば、トルク変動や鉄損が生じ、却って回転電機の制御性能を劣化させることになる。

このため、本実施の形態では、先述したように、ティース 1 0の形状において、径方向に垂直な断面を一定面積に保ちながら、そのァスぺクト比を変化させる構成とする。また、ヨーク部 2 0の形状において、漏洩磁束の低減を考慮した構成とする。以下にその詳細を説明する。

図 4は、図 1に示すステ一夕コア 1 0 0におけるティース 1 0の径方向に垂直な断面を説明するための図である。

図 4を参照して、図 1におけるティース 1 0の A〜C断面は、いずれも略矩形状であり、軸方向および周方向の各辺において、上述したように、それぞれ、 L _{1 Z} > L _Z > L _{2 Z}、ぉょび1^ _{1 0} < 1^< 1^ _{2 0}の関係を有する。さらに、 A〜C断面は、その断面積をそれそれ S _A , S _B， S _cとすると、これらの間に、 S _A = S _B = S _Cの関係を有する。すなわち、ティース 1 0の形状は、径方向に垂直な断面を一定面積に保ちながら、軸方向の辺と周方向の辺との比 (アスペクト比）が漸次変化している。特に、本願発明では、図 4に示すように、 A断面と C断面との関係において、一定面積を保ちながら、アスペクト比を反転させた設計とすることも可能である。

ここで、ティース 1 0の径方向に垂直な断面を面積一定としたのは、以下の理由による。

ステ一夕コア 1 0 0の内部で生じた磁束は、ティース 1 0の内部を径方向（ティ一ス 1 0の A〜C断面に垂直な方向）に通過する。このとき、ティース 1 0の内部において、磁束集中による局部的な磁束飽和が起こると、コイルを鎖交する有効磁束が減少する。このとき生じた無効磁束によって、回転電機には、コギングトルクと称されるトルク変動や鉄損が発生する。これらのコギングトルクや鉄損は、モー夕効率を低下させるだけでなく、騒音や振動の原因となることから、ステ一夕コア 1 0 0内の磁束密度分布を均一にし、磁束飽和を緩和する必要が生じる。そこで、図 4で述べたように、ティース 1 0の径方向に垂直な断面を一定面積とすれば、ティース 1 0における磁束密度分布を均一にでき、コギングトルクや鉄損の発生を抑えることができる。

図 5は、ステ一夕コア 1 0 0の内部における磁束の流れを示す説明図である。図 5を参照して、ティース 1 0の内部を径方向に沿って通過.した磁束は、矢印で示すように、ティース 1 0とヨーク部 2 0との接合面（以下、単に接合面とも称する）を介してヨーク部 2 0へ流れ込む。ヨーク部 2 0に流入した磁束は、さらにヨーク部 2 0の内部を周方向に互いに逆向きに流れる。

ここで、このようなティース 1 0〜接合面〜ヨーク部 2 0に至る磁束の経路において、漏洩磁束が生じることによつても、先述したコギングトルクが発生することが知られている。この漏洩磁束を抑えるためには、磁束の経路において、磁束が通過する断面積が減少しないことが必要とされる。これには、ティース 1 0 の径方向に垂直な断面に対して、接合面の面積が同等以上であればよい。さらに、ヨーク部 2 0の周方向に垂直な断面の面積が、ティース 1 0の径方向に垂直な断面の少なくとも 1 / 2以上であればよい。

すなわち、接合面の面積の 1 Z 2 (斜線領域 S ₂の面積に相当）およびヨーク部 2 0の周方向に垂直な断面積（斜線領域 S ₃の面積に相当）のいずれか一方でもティース 1 0の径方向に垂直な断面積 S i ( =全面積 S _Aの 1 / 2に相当）を下回れば、その箇所において漏洩磁束が生じることになる。なお、上記の 1Z2 とは、ティース 1 0を通過した磁束が、ヨーク部 2 0において周方向で互いに反対方向に分流されることによる。

すなわち、本実施の形態において、ヨーク部 2 0の形状は、上述したコイルェンド部 4 0との関係に加えて、

S ₃の関係を満たすように決定される。以上のように、この発明によれば、ヨーク部 2 0に配した突出部とティース 1 0に配した異形断面とによって、搭載性に優れ、かつ小型高出力の回転電機を実現することができる。このとき、ティ一ス 1 0およびヨーク部 2 0の形状を、無効磁束の低減を考慮して決定することから、回転電機の効率低下および騒音 ·振動の発生が抑えられる。

次に、この発明によるステ一夕コアを基本構造とする、実際のステ一夕コアの構成例を示す。

図 6は、図 1に示すステ一夕コア 1 0 0の他の構成例を示す斜視図である。なお、図 6は、図 1と同様に、ステ一夕コア 1 0 O Aの 1極分の構造を示す。

ステ一夕コア 1 0 O Aは、図 1のステ一夕コア 1 0 0におけるティース 1 0をティース 1 O Aに変更したものである。詳細には、ステ一夕コア 1 0 O Aは、図 6に示すように、ティース 1 0 Aの軸方向の両端面が曲面形状であることを特徴とする。なお、ティース 1 0 Aおよびヨーク部 2 0の基本的な構造は、図 1のティ一ス 1 0およびヨーク部 2 0と同じであることから、その詳細については説明を省略する。

以下に、ティース 1 0 Aの軸方向端面を曲面形状としたことによる効果について説明する。

ステ一夕コア 1 0 0 Aは、その製造工程において、磁性粉末を加圧成形して成形体を形成した後に、当該成形体のコィルが卷着される部分に絶縁処理が施される。絶縁処理は、粉体塗装、ディヅビングもしくは酸化処理などによって成型体の表面に絶縁皮膜を形成することによって行なわれる。このとき、ティース 1 0 Aにおいても、所定の膜厚の絶縁皮膜が被膜される。コイルは、この絶縁皮膜の上からティース 1 O Aに卷着される。

ここで、ティースの軸方向端面がティ一ス 1 0のように平面形状であるときには、軸方向端面の角部における絶縁皮膜が、局所的なコイルの応力を受けて劣化する可能性がある。これに対し、ティースの軸方向端面を曲面状としたティース 1 0 Aにおいては、コイルが曲面上に沿って卷回されるため、絶縁皮膜に対するコィルの局所的な応力が緩和され、劣化を防止することができる。

また、ティース 1 O Aは、ティース表面を覆う絶縁皮膜の膜厚をより均一化できるという効果を有する。径方向に垂直な断面が略矩形状の場合、絶縁処理の方法によっては、角部の膜厚が過小または過大となるケースが起こりうる。具体的には、ディヅビングでは、角部の膜厚が過小となり、静電塗装では、角部の膜厚が過大となる傾向が生じる。そこで、ティース 1 O Aのように、軸方向端面を曲面形状とすれば、角部が緩やかになることから、このような絶縁皮膜の膜厚不均一が回避され、品質向上を図ることができる。

さらに、ステ一夕コア 1 0 O Aを、図 7 (A) に示すように、ティース： L 0 B の径方向に垂直な断面を全て曲面形状とすれば、絶縁皮膜の膜厚を均一にできるとともに、コイルの占積率において、以下のような効果が得られる。

図 7 (A) は、図 6におけるステ一夕コアの変更例を説明するためのティースの径方向に垂直な断面図である。なお、図 7 ( B ) は、一般的なステ一夕コアにおけるティースの径方向に垂直な断面図である。

本変更例に係るティース 1 0 Bは、図 7 (A) に示すように、略楕円形状の断面を有しており、図 7 (B ) に示す断面に見られる角部を含まない。

通常、コイルの卷着時には、卷線 5 2の撓みや捻れなどを防止するために、所定量の張力を掛けながら、卷線 5 2をティースに卷回する。しかしながら、一般的なステ一夕コァでば、ティ一スの径方向に垂直な断面が略矩形状であることから、図 7 ( B ) の領域 R G Nで示すように、角部に卷線 5 2の巻き太りが生じてしまう。これは、卷線 5 2の周長を冗長させるとともに、コイルの占積率を低下させる要因となる。そこで、図 7 (A) のように、ティース 1 0 Bの全面を曲面形状とすれば、卷線 5 2をティース 1 0 Bに効率良く卷回することができ、コイルの占積率を高めることができる。さらに、コイルが緻密化されることによってコイルエンドが小型化されるため、回転電機の体格低減に有効である。また、ティース 1 0 Eを覆う絶縁皮膜においては、卷線 5 2の応力が緩和されることから、その劣化防止でき、高い信頼性を実現しうる。

なお、図 7 (A) では、ティース 1 0 Bの全面を曲面形状としたが、通常ティースの矩形状断面において、角部のみに曲面形状を設けることによつても、同様の効果を得ることができる。

以上のように、図 1のステ一夕コア 1 0 0において、さらにティース 1 0 CZ径方向に垂直な断面に曲面形状を設けることにより、コイルの占積率を一層向 _hさせることができるとともに、高い信頼性を実現することができる。

最後に、この発明によるステ一夕コア 1 0 0の成形工程について説明する o 上述したステ一夕コア 1 0 0 , 1 0 0 A, 1 0 0 Bはいずれも、その成形性を住かし、圧粉磁心により構成される。圧粉磁心の成形工程においては、一般に、 >粒子ごとに酸化膜が被膜された磁性粉末を成形用金型に充填し、これを加圧成形することによって所望の形状に一体的に成形する方法が採用される。この成形方ミ去をこの発明によるステ一夕コア 1 0 0に適用すると、図 8のようになる。

図 8は、一般的な成形方法を適用したときのステ一夕コア 1 0 0の成形ェ呈を示す図である。図 8を参照して、磁性粉末は、各粒子に酸化膜が被膜された後に、成形用金型となるダイ 2 0 0に充填される。そして、充填された磁性粉末は、ダィ 2 0 0の上方に配されたパンチ 2 0 1 , 2 0 3および下方に配されたパンチ 2 0 2 , 2 0 4により垂直方向に加圧される。なお、図 8における加圧方向は、成形後のステ一夕コア 1 0 0の軸方向に対応する。このようにして、ステ一タコア 1 0 0は一体的に成形される。

ここで、図 8の圧粉磁心の成形工程において、ダイ 2 0 0の上方に配されたパンチ 2 0 1 , 2 0 3は、加圧によってヨーク部 2 0を成形するパンチ 2 0 3 と、加圧によってティース 1 0を成形するパンチ 2 0 1との 2つのパンチで構成される。ダイ 2 0 0の下方においても同様に、ヨーク部 2 0を成形するパンチ 2 0 4 とティース 1 0を成形するパンチ 2 0 2とで構成される。すなわち、ヨーク部 2 0とティース 1 0とは、互いに異なる加圧手段によって加圧成形される。

このようにダイ 2 0 0の上方および下方のパンチ 2 0 1〜2 0 4をそれそれ分割した構成としたのは、この発明によるステ一夕コア 1 0 0において、ティース 1 0が径方向に沿って異形断面を有することに起因する。

詳細には、上方および下方のパンチ 2 0 1 - 2 0 4をそれぞれ単体のパンチで構成した場合、ティース 1 0とヨーク部 2 0とを構成する磁性粉末は、当該単体のパンチに設定された一定のストローク（移動量）で一律に加圧される。このとき、ティース 1 0の軸方向長さがステ一夕外周側に向かって次第に短くなることから、加圧過程においてティース 1 0を構成する磁性粉末にかかる圧力は、径方向において不均一となり、ステ一夕内周側にかかる圧力がステ一夕外周側にかかる圧力よりも高くなる。そのため、ティース 1 0を構成するはずの磁性粉末は、圧力がより低いティース 1 0のステ一夕外周側からヨーク部 2 0へと流れ込む。したがって、加圧成形後のステ一夕コア 1 0 0において、磁性粉末の密度には、ティ一ス 1 0のステ一夕内周側が相対的に低く、かつティース 1 0のステ一夕外周側およびヨーク部 2 0が相対的に高いといった偏りが生じてしまう。

そして、このような磁性粉末の密度の偏りは、ステ一夕コア 1 0 0全体の強度を低下させることとなる。特に、ヨーク部 2 0とティース 1 0との接合部分であるステ一夕コア 1 0 0の括れ部分において亀裂が生じるおそれがある。また、ティ一ス 1 0にコイルを卷回して形成したステ一夕を搭載した回転電機においては、ステ一夕コア 1 0 0の内部で生じる磁束が不均一となり、所望のモー夕性能を得ることができないという問題も起こり得る。

そこで、このような磁性粉末の密度の偏りを解消する手段として、図 8に示すように、単体のパンチを、ティース 1 0を成形するパンチ 2 0 1 , 2 0 2とョ一ク部 2 0とを成形するパンチ 2 0 3， 2 0 4とに分割し、各々のパンチで独立した加圧制御を行なう構成とする。これによれば、成形体の磁性粉末の密度が均一となるように、ダイ 2 0 0の上方に配されたパンチ 2 0 1のストロ一クとパンチ 2 0 3のストロークとは個別に制御される。同様に、ダイ 2 0 0の下方に配されたパンチ 2 0 2のストロ一クとパンチ 2 0 4のストロ一クとには個別に制御される。すなわち、合計 4つのパンチ 2 0 1〜2 0 4のストロークを別個に制御することによって、磁性粉末の密度が均一な成形体を形成することができる。

ところが、このような加圧制御を実際の成形工程に適用するにあたっては、合計 4つのパンチ 2 0 1〜2 0 4のストロ一クを別個に制御することから、加圧制御における自由度は 4となり、制御が複雑化するという問題が新たに生じる。結果として、製造コストが増大し、生産性を低下させてしまう。したがって、生産性の向上のためには、加圧制御の自由度はできる限り少ないことが望まれる。また、上記の加圧制御により成形されたステ一夕コア 1 0 0を搭載した回転電機においては、用途に応じた所望の出力トルクを得るための設計変更に際して、多大なコストが発生するという問題も起きる。詳細には、回転電機において高出力化を図る手段としては、通常、ステ一夕コアに卷回するコイルの卷数を増やすこと、あるいはティースの径方向に垂直な断面積を増加することによって、ティ —ス内部に発生する磁束を増加することが行なわれる。ここで、図 8に示す一体成形型のステ一夕コア 1 0 0において、ティース 1 0の径方向に垂直な断面積を増やそうとすれば、別途、より大型の成形用金型が必要となる。すなわち、一体成形型のステ一夕コア 1 0 0を適用した回転電機においては、出力トルクのバリェ一シヨンを満たすだけの多種類の成形用金型が必要となる。これは、設計変更に必要なコストを増大させる。

そこで、この発明では、ステ一夕コア 1 0 0の生産性を高める手段として、以 . 下に示すように、複数個の圧粉磁心の成形体で一体のステ一夕コア 1 0 0を形成する構成とする。なお、以下に示すステ一夕コア 1 0 0については、図 8の一体成形型のステ一夕コア 1 0 0と対比させて、分割型のステ一夕コア 1 0 0とも称する。

図 9は、この発明による回転電機における 1極分のステ一夕コア 1 0ひの斜視図である。また、図 1 0は、図 9のステ一夕コア 1 0 0の軸方向の断面図である。図 9を参照して、ステ一夕コア 1 0 0は、軸方向（z方向）に沿って結合された 3個の成形体 D 1〜D 3からなる。成形体 D 1〜D 3において、軸方向の両端にそれそれ位置する成形体 D 1と成形体 D 3とは、同一の形状を有し、軸方向に垂直方向の一方端面（軸方向端面と反対側の端面に相当）を水平面とする。また、成形体 D 1と成形体 D 3とに挟まれた成形体 D 2は、図 1 0に斜線領域で示すように、軸方向に垂直方向の一方端面（直線 L N 1を含む端面）と他方端面（直線 L N 2を含む端面）とが互いに平行となっている。すなわち、ステ一夕コア 1 0 0は、 2種類の形状の成形体 D l ( = D 3 ) , D 2が軸方向に結合されて構成さ

< しる ο

次に、各々の成形体 D 1〜D 3の成形工程について説明する。図 1 1は、成形体 D 1 (二 D 3 ) の成形工程を説明するための図である。

図 1 1を参照して、成形体 D 1は、ダイ 2 0 0に充填された磁性粉末を、ダイ 2 0 0の上方に配されたパンチ 2 0 6および下方に配されたパンチ 2 0 2 , 2 0 4により垂直方向に加圧して成形される。このとき、図 1 1から明らかなように、成形体 D 1の水平面となる一方端面は、単体のパンチ 2 0 6により Π圧される。また、成形体 D 1の他方端面は、ティース 1 0を成形するパンチ 2〇 2とヨーク部 2 0を成形するパンチ 2 0 4とによって加圧される。そして、パンチ 2 0 2とパンチ 2 0 4とは、上述したように、成形体 D 1の磁性粉末の密度 s均一となるように、別個にストロークが制御される。すなわち、成形体 D 1の成形工程において、加圧制御における自由度は 3となる。これは、図 8に示す一体成形型のステ一夕コア 1 0 0の成形工程における自由度 4よりも低いことから、加圧制御が著しく簡易化されることは明らかである。

図 1 2を参照して、成形体 D 2は、ダイ 2 0 0に充填された磁性粉末を、ダイ 2 0 0の上方および下方に配されたパンチ 2 0 6 , 2 0 8により垂直方向に加圧して成形される。このとき、成形体 D 2の軸方向端面はいずれも水平面であることから、単体のパンチで加圧される。すなわち、成形体 D 2の成形 ZC程における加圧制御の自由度は 2と低く、容易に成形することができる。また、上方および下方のパンチ 2 0 6 , 2◦ 8のストロークを調整することによって、容易に軸方向の長さを変更することが可能となる。

そして、図 1 1および図 1 2の成形工程によって形成された成形体 D 1 ~D 3 は、軸方向に結合されて一体化され、ステ一夕コア 1 0 0を構成する。なお、成形体 D 1〜D 3の結合は、たとえば成形体 D 1〜D 3を一体的に回 ¾電機の収容部材であるハウジングに圧入すること、もしくは成形体 D 1〜D 3からなるステ一夕コア 1 0 0のティ一ス 1 0にコイルを卷回することなどによって行なわれる。以上のように、この発明によるステ一夕コア 1 0 0は、分割型のステ一夕コアを採用したことによつて加圧制御の自由度が低減されることから、製造コストの増大を抑え、生産性を向上することが可能となる。

さらに、この発明によるステ一夕コア 1 0 0は、以下に示すように、回転電機の出力トルクの設計変更に伴なうコストを大幅に低減できるという効果も奏する。たとえば図 1 3に示すように、ティース 1 0の径方向に垂直な断面積が異なる 2つのステ一夕コア 1 0 0 C (図 1 3 ( a ) 参照）およびステ一夕コア 1 0 0 D (図 1 3 ( b ) 参照）を形成するときにおいて、大きさの異なる成形用金型を必要とせず、簡易かつ低コストに形成することができる。

詳細には、ステ一夕コア 1 0 0 Cは、出力トルクが相対的に/ J、さい回転電機に搭載されるものであり、ティース 1 0の径方向に垂直な断面積が相対的に小さい。一方、ステ一夕コア 1 0 0 Dは、出力トルクが相対的に大きい回転電機に搭載されるものであり、ティース 1 0の径方向に垂直な断面積が相対的に大きい。この発明によれば、径方向の断面積が互いに異なるステ一夕コア 1 O 0 Cおよびステ一夕コア 1 0 0 Dは、軸方向の両端に位置する成形体 D 1 , D 3をそれそれ共通とし、成形体 D 2一 b , D 2— cの軸方向長さを変更することによって形成される。このときの成形体 D 2— b , D 2— cの軸方向長さの変更 (ま、上述した図 1 2の成形工程において、パンチ 2 0 6 , 2 0 8のストロークを調整することにより、容易に行なうことができる。もしくは、所定の軸方向長さを有する成形体 D 2を 1単位とし、所望の軸方向長さとなるように、単位数を設定することによつても、容易に行なうことができる。

すなわち、この発明によれば、各々が容易に成形され得る複数個の成形体を結合して一体のステ一夕コア 1 0 0を構成することにより、成形工程における加圧制御の自由度を低減して、生産性を高めることができる。さらに、ステ一夕コア 1 0 0の設計変更におけるコストの増加を招くことなく、多彩な出力性能を有する回転電機を実現することができる。

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 ίまなく、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。

[産業上の利用可能性]

この発明は、回転電機および回転電機を動力源として搭載する自動車に適用することができる。

Claims

請求の範囲

1 . ステ一夕と、

前記ステ一夕に対して回転自在に設けられた口一夕とを備え、

前記ステ一夕は、

環状に延在するヨーク部と前記ヨーク部の内周側に環拔に配列された複数のティ一スを有するティース部とからなるステ一夕コアと、

各前記複数のティースにそれそれ卷回されるコイルとを含み、

前記ヨーク部は、各前記複数のティースの軸方向端面から軸方向外方に突出した突出部を有し、

各前記複数のティースは、前記軸方向の長さが径方向^方に向けて漸減し、かつ周方向の長さが前記径方向外方に向けて漸増する、回電機。

2 . ステ一夕と、

前記ステ一夕に対して回転自在に設けられた口一夕とを備え、，

前記ステ一夕は、

環状に延在するヨーク部と前記ヨーク部の内周側に環^に配列された複数のティ一スを有するティ一ス部とからなるステ一夕コアと、

各前記複数のティ一スにそれそれ卷回されるコイルとを含み、

各前記複数のティースは、前記ステ一夕コアの内周側部において、軸方向の長さが周方向の長さよりも長く、前記ステ一夕コアの外周側端部において、前記周方向の長さが前記軸方向の長さよりも長い、回転電機。

3 . 前記突出部の軸方向の長さは、前記コイルのコィレエンド部の最外周側の軸方向の長さに略等しい、請求項 1に記載の回転電機。

4 . 前記突出部の軸方向の長さは、前記コイルのコイルエンド部の最外周側の軸方向の長さに略等しい、請求項 2に記載の回転電機。

5 . 前記ステ一夕は、前記径方向に垂直な断面のいずれにおいて、前記ヨーク部の軸方向端面と前記ティースの軸方向端面との間隔が、前記コイルェンド部の軸方向の長さに略等しい、請求項 3に記載の回転電機。

6 . 前記ステ一夕は、前記径方向に垂直な断面のいずれにおいて、前記ヨーク部の軸方向端面と前記ティースの軸方向端面との間隔が、前記コイルェンド部の軸方向の長さに略等しい、請求項 4に記載の回転電機。

7 . 各前記複数のティースは、前記径方向に垂直な断面が、前記径方向外方に向けて略等面積である、請求項 1に記載の回転電機。

8 . 各前記複数のティ一スは、前記径方向に垂直な断面が、前記径方向外方に向けて略等面積である、請求項 2に記載の回転電機。

9 . 前記ヨーク部の前記周方向に垂直な断面は、前記ティースの前記径方向に垂直な断面の略半分以上の面積からなる、請求項 7に記載の回転電機。

1 0 . 前記ヨーク部の前記周方向に垂直な断面は、前記ティースの前記径方向に垂直な断面の略半分以上の面積からなる、請求項 8に記載の回転電機。

1 1 . 前記ヨーク部と各前記複数のティースとの接合部の断面積は、前記ティースの前記径方向に垂直な断面の面積に対して同等以上である、請求項 9に記載の回転電機。 .

1 2 . 前記ヨーク部と各前記複数のティースとの接合部の断面積は、前記ティ —スの前記径方向に垂直な断面の面積に対して同等以上である、請求項 1 0に記載の回転電機。

1 3 . 各前記複数のティースは、前記径方向に垂直な断面の角部が曲面形状である、請求項 1 1に記載の回転電機。

1 4 . 各前記複数のティースは、前記径方向に垂直な断面の角部が曲面形状である、請求項 1 2に記載の回転電機。

1 5 . 各前記複数のティースは、前記軸方向端面が曲面形状である、請求項 1 1に記載の回転電機。

1 6 . 各前記複数のティースは、前記軸方向端面が曲面形状である、請求項 1 2に記載の回転電機。

1 7 . 前記ステ一夕コアは、圧粉磁心の成形体からなる、請求項 1に記載の回転 ¾ l¾o

1 8 . 前記ステ一夕コアは、圧粉磁心の成形体からなる、請求項 2に記載の回転電機。

1 9 . 前記ステ一夕コアは、前記軸方向に分割された少なくとも 2以上の圧粉磁心の成形体からなる、請求項 1 7に記載の回転電機。

2 0 . 前記ステ一夕コアは、前記軸方向に分割された少なくとも 2以上の圧粉磁心の成形体からなる、請求項 1 8に記載の回転電機。

2 1 . 前記少なくとも 2以上の圧粉磁心の成形体は、前記軸方向の一方端に位置する第 1成形体と前記軸方向の他方端に位置する第 2成形体とを含み、前記第 1成形体および前記第 2成形体の少なくとも一方は、前記ステ一夕コァの前記軸方向の長さが互いに異なる複数の前記回転電機の間で同一の形状を有する、請求項 1 9に記載の回転電機。

2 2 . 前記少なくとも 2以上の圧粉磁心の成形体は、前記軸方向の一方端に位置する第 1成形体と前記軸方向の他方端に位置する第 2成形体とを含み、前記第 1成形体および前記第 2成形体の少なくとも一方は、前記ステ一夕コアの前記軸方向の長さが互いに異なる複数の前記回転電機の間で同一の形状を有する、請求項 2 0に記載の回転電機。

2 3 . 車輪と、

各々が前記車輪を駆動する、請求項 2 1に記載の回転電機の複数とを備える、自動車。

2 4 . 車輪と、

各々が前記車輪を駆動する、請求項 2 2に記載の回転電機の複数とを備える、自動車。

2 5 . 車輪と、

各々が前記車輪を駆動する、請求項 1に記載の回転電機とを備える、自動車。

2 6 . 車輪と、

各々が前記車輪を駆動する、請求項 2に記載の回転電機とを備える、自動車。