(57)【要約】【課題】ノイズの発生の原因となるねじり１次モード及び円環２次モードの発生を低減させる固定子の締結構造を提供する。【解決手段】固定子コア２１は、ボルト孔１４のあいている耳金１２のある第１の積層ブロック２２を、耳金１２のない一対の第２の積層ブロック２３ａ，２３ｂで上下から挟むようにして積層することで形成される。回転電機のケースには、ボルト孔１４に対応する位置に固定用台座が設けられている。固定子は、ボルト固定部１９の下部の着座面のみが固定用台座に着座してケースと接触した状態で固定ボルトによってケースに固定される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転電機の固定子において、
径方向に張り出し、前記固定子を前記回転電機のケースに取り付けるための締結用耳金を備える第１積層コアと、
前記第１積層コアを上下から積層して固定される、前記締結用耳金を備えない一対の第２積層コアと、
を備え、
前記第１積層コアが積層される積厚中央付近で前記ケースに固定されることを特徴とする回転電機の固定子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機の固定子、特に固定子の締結構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エンジンと電動機（回転電機）を組み合わせたハイブリッド自動車が多く製作されるようになってきている。このようなハイブリッド自動車に搭載される駆動用の電動機は、磁界を発生させる固定子と出力を取り出す可動子とこれらを収納するケースから構成される。図４は、従来の固定子の固定子コア１の斜視図であるが、固定子コア１は、次のようにして製作される（例えば、特許文献１）。
【０００３】
固定子コア１は、３つの積層ブロック１０を転積することによって構成される。各積層ブロック１０は、まず、定尺サイズの電磁鋼板を打ち抜き機構によって、コイル用のスロット１５、ボルト孔１４のあいた耳金１２を有する積層ブロック１０の形状に打ち抜き、打ち抜いた５０〜６０枚の固定子形状の電磁鋼板１１を順次積層してカシメ部１３をプレス機でカシメ固定して製作する。このようにして製作された積層ブロック１０（図４では、３つの積層ブロック１０）は積層される。このとき、打ち抜きによる返りなどが同一方向に偏って、全体が傾いた形状に積層されないように、各積層ブロック１０は、固定子コア１の周方向に一定角度ずつ回して転積していく。転積は、各積層ブロック１０に構成されている耳金１２（ボルト孔１４）の位置が揃うように回転させていく。これにより、ボルト固定部１９が形成される。図４に示すように、耳金１２が周方向に等分に３箇所ある場合には、各積層ブロック１０を１２０度ずつ回転させて積層する。
【０００４】
転積された各積層ブロック１０は、その外面を線溶接１７によって固定される。また、固定子端面の平面度を確保するために、固定子コア１の端面を構成する電磁鋼板１１の一部である固定子端部６は、溶接しないようにして組み立てる。また、固定子コア１を通る磁界による誘導電流を低減させるために、電磁鋼板１１の表面には絶縁皮膜が形成されている。
【０００５】
図５は、従来の電動機の断面図であるが、固定子コア１が製作されると、固定子２０は、次のようにして製作され電動機のケース２に固定される。
【０００６】
図４に示す固定子コア１のスロット１５の中には、絶縁紙を挿入してからコイルが巻かれる。コイルが巻かれると、固定子コア１の両端面にはコイルエンド４が形成される。コイルエンド４は、コイル入れが終わった後のレーシング工程で、糸で縛って成形、固定される。コイル巻きが終了したら、固定子２０の全体にワニスを含浸させて、コイルをスロットに固定すると共に絶縁の強化を図る。以上のようにして固定子２０は製作される。
【０００７】
図５に示すように、ケース２には、図４に示すボルト孔１４に対応する位置に固定用台座３１が設けられており、固定子２０の下部の着座面３０のみが固定用台座３１に着座してケース２と接触する。固定子２０は、ケース２に固定ボルト５によって固定される。なお、固定子２０の中心には、可動子３が配置される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−１５９３００号公報
【特許文献２】特開２００７−１５９３３２号公報
【特許文献３】特開２００９−１７７９１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の固定子は、図５に示すように全ての電磁鋼板が固定ボルト（スルーボルト）で固定子のケースに固定されている。トルクリプルにより励起される固定子コアのねじり１次モード及び円環２次モードの変形により回転電機のケースが振動し、これが回転電機（モータ）のノイズの発生原因となる。ここで、従来の固定子の一端側（下面側）はケースに固定されるが、他端側（上面側）は固定されていない、いわゆる自由端であるため、モータノイズの原因となるねじり１次モード及び円環２次モードの振動が低周波で発生しやすい構造となっていた。
【００１０】
本発明は、ノイズの発生の原因となるねじり１次モード及び円環２次モードの発生を低減させる固定子の締結構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る回転電機の固定子は、径方向に張り出し、前記固定子を前記回転電機のケースに取り付けるための締結用耳金を備える第１積層コアと、前記第１積層コアに対し上下から積層して固定される、前記締結用耳金を備えない一対の第２積層コアと、を備え、前記第１積層コアが積層される積厚中央付近で前記ケースに固定されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ノイズの発生の原因となるねじり１次モード及び円環２次モードの発生を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施の形態における固定子の固定子コアの製造過程を示す図である。
【図２】本実施形態における回転電機の要部断面図である。
【図３Ａ】従来の固定子において発生するねじり１次モードを説明するための概念図である。
【図３Ｂ】本実施の形態の固定子において発生するねじり１次モードを説明するための概念図である。
【図４】従来の固定子コアの斜視図である。
【図５】従来の電動機の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面に基づいて、本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００１５】
本実施の形態における回転電機（電動機）は、例えばハイブリッド自動車に搭載されて使用される。回転電機は、磁界を発生させる固定子と出力を取り出す可動子とこれらを収納するケースから構成される。図１は、本実施の形態における固定子の固定子コアの製造過程を示す図であるが、まず、図１を用いて固定子コアの製造方法について説明する。なお、従来技術と同じ構成要素には、同じ符号を付ける。
【００１６】
固定子コア２１は、ボルト孔１４のあいている耳金１２のある第１の積層ブロック（第１積層コア）２２と耳金１２のない一対の第２の積層ブロック（第２積層コア）２３ａ，２３ｂによって構成される。第１の積層ブロック２２は、従来技術で説明したのと同様、まず、定尺サイズの電磁鋼板を打ち抜き機構によって、コイル用のスロット１５、ボルト孔１４のあいた耳金１２を有する第１の積層ブロック２２の形状に打ち抜き、打ち抜いた５０〜６０枚の固定子形状の電磁鋼板１１を順次積層してカシメ部１３をプレス機でカシメ固定して製作する。また、耳金のない第２の積層ブロック２３ａ，２３ｂについても同様に、積層ブロック２２と同数の５０〜６０枚の電磁鋼板１１ａを、スロット１５を有する円形に打ち抜いて、それを積層、カシメ固定して製作する。
【００１７】
本実施の形態では、以上のようにして出来上がった第１の積層ブロック２２を、第２の積層ブロック２３ａ，２３ｂで上下から挟むようにして積層する。このとき、打ち抜きによる返りなどが同一方向に偏って、全体が傾いた形状に積層されないように、各積層ブロック２２，２３ａ，２３ｂを固定子コア２１の周方向に一定角度ずつ回して積層していく。これを転積という。図１に示すように固定子コア２１を３つの積層ブロック２２，２３ａ，２３ｂで形成する場合には、各積層ブロック２２，２３ａ，２３ｂが１２０度ずつ回転させて積層されるようにする。
【００１８】
転積された各積層ブロック２２，２３ａ，２３ｂは、その外面を線溶接１７によって固定される。線溶接１７は、図１に示すように積層方向に対し側面の表面にＴｉＧ溶接などによって表面のごく薄い部分を溶接し、溶接部における渦電流の発生、鉄損の増加を最小限に抑えるようにしている。また、固定子端面の平面度を確保するために、固定子コア２１の端面を構成する電磁鋼板１１ｂの一部である固定子端部６は、溶接しないようにして組み立てる。このように、固定子コア２１は、固定子コア２１を通る磁界による誘導電流を低減させるために、絶縁皮膜を形成した電磁鋼板１１，１１ａを積層して形成される。各積層ブロック２２，２３ａ，２３ｂは、カシメ及び溶接によって積層固定されることから、ボルトによって固定しなくとも十分な固定強度を有している。
【００１９】
図２は、図１に示す固定子コア２１を含む固定子２４を備える本実施の形態の電動機の要部断面図であるが、固定子コア２１が製作されると、固定子２４は、次のようにして製作され電動機のケース２５に固定される。
【００２０】
図１に示す固定子コア１のスロット１５の中には、絶縁紙を挿入してからコイルが巻かれる。コイルが巻かれると、固定子コア２１の両端面にはコイルエンド４が形成される。コイルエンド４は、コイル入れが終わった後のレーシング工程で、糸で縛って成形、固定される。コイル巻きが終了したら、固定子２４の全体にワニスを含浸させて、コイルをスロットに固定すると共に絶縁の強化を図る。固定子２４は、以上のようにして製作される。
【００２１】
図２に示すように、ケース２５には、図１に示すボルト孔１４に対応する位置に固定用台座２６が設けられており、固定子２４の耳金１２によって形成されるボルト固定部１９の下部の着座面２７のみが固定用台座２６に着座してケース２５と接触する。固定子２４は、ケース２５に固定ボルト２８によって固定される。なお、中心には可動子が配置される。
【００２２】
従来においては、図５に示すように、固定子２０を形成する全ての電磁鋼板を固定ボルト５によってケース２に固定していた。本実施の形態では、図２に示すように、耳金のない電子鋼板で形成された第２の積層ブロックで上下から挟まれている、耳金のある電磁鋼板で形成された第１の積層ブロックのみをケース２５に固定する構造、換言すると固定子２４の積厚中央付近のみでケース２５に固定する構造としている。このような構造とすることで、本実施の形態では、ねじり１次モードや円環２次モードの発生を低減させることができるが、この原理について図３Ａ及び図３Ｂを用いて詳細に説明する。
【００２３】
図３Ａは、従来の固定子コア１に発生するねじり１次モードを説明するための概念図であり、図３Ｂは、本実施の形態の固定子コア２１において発生するねじり１次モードを説明するための概念図である。
【００２４】
図３Ａにおいて、従来の固定子コア１は、前述したように太線で示した位置の固定子コア１の下面３２で回転電機のケース（図示せず）に固定され、上面３３は固定されていない自由端である。この固定子コア１の下面３２でケースに固定され拘束されている点がねじり振動の節となり、上面３３の自由端がねじり振動の腹となる。ブロック矢印で示しているトルクリプル３４は、固定子コア１内の可動子（図示せず）が上方から見て時計方向に回転する場合、図３Ａに示すように可動子の回転方向とは逆方向に現れる。そして、実線の矢印で示しているねじり１次モード３５は、トルクリプルにより、固定子コア１の全軸長（節から上方）で同相モード、すなわち節から同じ位相方向（トルクリプルと同じ方向）に励起される。そして、ねじり１次モード３５におけるねじり振動は、節から離れるに連れ大きくなるので、従来におけるねじり振動の大きさは、矢印の長さで示すように固定子コア１の下面３２から上面３３に向けて大きくなる。
【００２５】
一方、図３Ｂにおいて、本実施の形態の固定子コア２１は、太線で示した位置の固定子コア２１の積厚中央付近（厳密には、ケースの固定用台座と接触している固定子の下部の着座面）３６でケース（図示せず）に固定され、固定子コア２１の上面３７及び下面３８は固定されていない自由端である。この固定子コア２１の積厚中央付近３６でケースに固定され拘束されている点がねじり振動の節となり、固定子コア２１の上面３７及び下面３８の自由端がねじり振動の腹となる。ブロック矢印で示しているトルクリプル３４は、固定子コア１内の可動子（図示せず）が上方から見て時計方向に回転する場合、図３Ｂに示すように可動子の回転方向とは逆方向に現れる。そして、実線の矢印で示しているねじり１次モード３５は、トルクリプル３４により、固定子コア２１の節（積厚中央付近３６）を中心とした両端逆相モード、すなわち、節から上方の発生するねじり振動と節から下方の発生するねじり振動は、逆方向に励起される。図３Ｂでは、節から上方に発生するねじり振動が可動子の回転方向とは逆方向に励起された場合を例示している。
【００２６】
図３Ａ及び図３Ｂを比較すると、本実施の形態のねじり１次モード３５の振幅（ねじり振動の大きさ）は、従来と比較して節から腹までの長さが短いことから小さくなる。節から腹までの長さが従来の半分とすると、本実施の形態においては、振幅を半減できることになる。また、振動の節から腹までの長さ（モード長）が短くなるため、周波数が上昇する。
【００２７】
上記説明したように、本実施の形態によれば、節から腹までの長さ（モード長）を短くすることで振幅を低減でき、周波数を上昇させることができる。これにより、モータノイズの発生を抑えることが可能となる。また、固定子コア２１の両端が逆位相に変形することで、トルクリプルに対し打ち消す力が働く。このように、本実施の形態における固定子２４は、従来の片側支持構造とは異なり、トルクリプルにより励起されにくい構造と言える。
【００２８】
また、積厚中央付近で固定することで、固定子全体としての共振のピークが小さくなり、円環２次モードについても改善される。
【００２９】
前述したように、本実施の形態では、固定子を固定子の積厚中央付近で回転電機のケースに固定するようにすることで節から腹までの長さを短くするとともに、ねじり振動を、節を中心とした逆位相で励起させるようにした。電磁鋼板１１，１１ａの厚さが全て等しいとしたならば、上記説明したように耳金１２のある積層ブロック２２と耳金のない積層ブロック２３ａ、２３ｂをそれぞれ同じ枚数の電磁鋼板で製作すると、各積層ブロック２２，２３ａ，２３ｂの厚さＨ１，Ｈ２，Ｈ３は等しくなる。これにより、固定ボルト２８の長さを従来の３分の１程度に短くできる。このように、固定ボルト２８の長さを短くすることにより、熱衝撃によるボルトの軸力低下が少なく、振動、騒音を抑えることが可能となる。
【００３０】
ところで、本実施の形態では、各積層ブロック２２，２３ａ，２３ｂの厚さＨ１，Ｈ２，Ｈ３が等しくなるように固定子コア２１を製作したが、これに限る必要はない。例えば、積層ブロック２２の厚さＨ２を積層ブロック２３ａ，２３ｂの厚さＨ１，Ｈ３より薄くしてもよい。また、図２に示すように、固定子２４は、着座面２７でケース２５の固定用台座２６と接触して拘束され、この点（面）が節となる。このように、積層ブロック２２のみをケース２５に固定することによって、節は、固定子２４の中央に積層される積層ブロック２２の下面（着座面２７）に対応する位置に存在する、すなわち固定子２４の積厚中央付近に存在することになる。本実施の形態の場合、ねじり１次モードのねじり振動は、節を中心として逆相に現れることになるので、ねじり振動を完全に打ち消すために、節から上方の腹までの間の積厚（Ｈ１＋Ｈ２）と節から下方の腹までの間の積厚（Ｈ３）とが等しくなるように節を形成してもよい。このように、積層ブロック２３ａ，２３ｂの厚さＨ１，Ｈ３を異ならせてもよい。
【００３１】
なお、本実施の形態では、固定子２４の積厚中央付近で回転電機のケース２５に固定することを特徴としており、これ以外については、例えば固定子コアの製造方法や固定子の組み立ては、他の方法を採用してもよい。
【符号の説明】
【００３２】
１，２１  固定子コア、２，２５  ケース、３  可動子、４  コイルエンド、５，２８  固定ボルト、６  固定子端部、１０，２２，２３ａ，２３ｂ  積層ブロック、１１，１１ａ，１１ｂ  電磁鋼板、１２  耳金、１３  カシメ部、１４  ボルト孔、１５  スロット、１７  線溶接、１９  ボルト固定部、２０、２４  固定子、２６，３１  固定用台座、２７，３０  着座面、３２、３８  下面、３３，３７  上面、３４  トルクリプル、３６  積厚中央付近。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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