(57)【要約】【課題】鉄損を低減しつつ、良好なトルク特性を実現することが可能なステータの提供。【解決手段】ステータは、周方向に隣接して全体として円環形状をなす複数の分割コアであって、周方向の幅が一定の平行スロットまたは周方向の幅が内径側に行くにつれて大きくなる台形スロットと周方向の幅が内径側に行くにつれて小さくなる台形スロットとが周方向で交互に現れるように全体として構成された複数の分割コアと、前記複数の分割コアの各スロットに設けられるコイルとを含み、前記平行スロットまたは周方向の幅が内径側に行くにつれて大きくなる台形スロットは、前記複数の分割コアのそれぞれに１つ形成され、前記周方向の幅が内径側に行くにつれて小さくなる台形スロットは、隣接する各分割コア間に形成される。【選択図】図１
2014209829.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向に隣接して全体として円環形状をなす複数の分割コアであって、周方向の幅が一定の平行スロットまたは周方向の幅が内径側に行くにつれて大きくなる台形スロットと周方向の幅が内径側に行くにつれて小さくなる台形スロットとが周方向で交互に現れるように全体として構成された複数の分割コアと、
前記複数の分割コアの各スロットに設けられるコイルとを含み、
前記平行スロットまたは周方向の幅が内径側に行くにつれて大きくなる台形スロットは、前記複数の分割コアのそれぞれに１つ形成され、前記周方向の幅が内径側に行くにつれて小さくなる台形スロットは、隣接する各分割コア間に形成される、ステータ。
【請求項２】
前記複数の分割コアのそれぞれは、ティース部を２つ備え、各ティース部の先端部の周方向の幅は等しい、請求項１に記載のステータ。
【請求項３】
前記複数の分割コアのそれぞれは、２つの線対称のティース部を備え、前記各ティース部は、周方向の幅が内径側に行くにつれて小さくなる形状を有する、請求項１に記載のステータ。
【請求項４】
前記複数の分割コアは、互いに同一の形状を有する、請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載のステータ。
【請求項５】
前記平行スロット内の導体面積は、前記台形スロット内の導体面積と等しい、請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載のステータ。
【請求項６】
前記分割コアにおける前記平行スロットのバックヨーク幅は、前記分割コアにおける前記台形スロットのバックヨーク幅と等しい、請求項１〜５のうちのいずれか１項に記載のステータ。
【請求項７】
前記コイルは、円環状に形成したコイル集積体から形成される、請求項１〜６のうちのいずれか１項に記載のステータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ステータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、予め円環状（円筒状）に形成したコイル集積体に、複数の分割コアを組み込んで形成した回転電機の固定子が知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１の構成では、複数の分割コアは、一つのスロットを区画するとともに、周方向で隣接する分割コアとの間で一つのスロットを区画する形状に形成されている。各スロットは、同一の形状であり、周方向の幅が一定の平行スロットである。即ち、各分割コアは、周方向中央部に１つ平行スロットを形成し、周方向両側にそれぞれ平行スロットの半分部分を形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2012‐235696号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、一般的に、ステータコアを複数の分割コアで形成した場合、分割数が少ないほど分割面での損失（鉄損）が少なくなる。この点、上記の特許文献１に記載の構成では、平行スロットを用いているので、１スロット毎に分割する必要がなく、分割数を低減することができる点で有利である。しかしながら、平行スロットの場合、ティース形状が先細となる（内径側が細くなる）ので、磁束密度は、ティース根元部で小さくなり、ティース先端で大きくなる。従って、ティース先端で最大磁束密度（磁束の飽和）の制約が発生するので、トルク特性の観点からは不利である。
【０００５】
そこで、本開示は、鉄損を低減しつつ、良好なトルク特性を実現することが可能なステータの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一局面によれば、周方向に隣接して全体として円環形状をなす複数の分割コアであって、周方向の幅が一定の平行スロットまたは周方向の幅が内径側に行くにつれて大きくなる台形スロットと周方向の幅が内径側に行くにつれて小さくなる台形スロットとが周方向で交互に現れるように全体として構成された複数の分割コアと、
前記複数の分割コアの各スロットに設けられるコイルとを含み、
前記平行スロットまたは周方向の幅が内径側に行くにつれて大きくなる台形スロットは、前記複数の分割コアのそれぞれに１つ形成され、前記周方向の幅が内径側に行くにつれて小さくなる台形スロットは、隣接する各分割コア間に形成される、ステータが提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、鉄損を低減しつつ、良好なトルク特性を実現することが可能なステータが得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施例（実施例１）によるステータ１の断面図を示す。
【図２】、図１に示すステータ１のＡ部のみを取り出して示す図である。
【図３】比較例を示す図である。
【図４】他の一実施例（実施例２）によるステータ２の一部の断面図である。
【図５】他の一実施例（実施例３）によるステータ３の一部の断面図である。
【図６】他の一実施例（実施例４）によるステータ４の断面図である。
【図７】一実施例による巻線集積体３００を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照しながら各実施例について詳細に説明する。
【００１０】
図１は、一実施例によるステータ１の断面図を示す。図２は、図１に示すステータ１のＡ部のみを取り出して示す図である。以下では、径方向、周方向及び軸方向は、ステータ１の中心軸Ｉを基準とし、中心軸Ｉを中心として内径側及び外径側を定義する。例えば、内径側とは、中心軸Ｉの径方向で中心軸Ｉに近い側を指す。
【００１１】
ステータ１は、インナロータ型の任意のモータで使用されてもよい。例えば、ステータ１は、ハイブリッド車又は電気自動車で使用される走行用モータで使用されてもよい。走行用モータは、例えば永久磁石モータであってもよいし、電磁石と永久磁石とを併用するハイブリッド型のモータであってもよい。
【００１２】
ステータ１は、図１に示すように、複数の分割コア１０と、コイル３０とを含む。尚、図１に示す例では、複数の分割コア１０の外周にリング部材４０が設けられている。リング部材４０は、複数の分割コア１０を拘束する機能を備える。リング部材４０は、例えば焼き嵌めにより、複数の分割コア１０の外周に設けられてよい。
【００１３】
複数の分割コア１０は、図１に示すように、周方向に隣接して円環状をなす。各分割コア１０は、例えば積層鋼板により形成されてよい。複数の分割コア１０は、それぞれ、同一の構成を有する。尚、分割コア１０の個数（分割数）は、任意であるが、磁極の数、相数に応じて決定されてよい。図１に示す例では、ステータ１は、磁極が８極の３相モータ用であり、２４（８×３）個の分割コア１０を含む。
【００１４】
複数の分割コア１０は、図１に示すように、平行スロット１２０と台形スロット１４０とが周方向で交互に現れるように全体として構成される。平行スロット１２０及び台形スロット１４０の合計数（即ち、スロット数）は、例えば、モータの磁極数に対して一相当たり２個の割合で形成されてもよい。図１に示す例では、ステータ１は、磁極が８極の３相モータ用であり、スロット数は４８（８×３×２）である。
【００１５】
平行スロット１２０は、図２に示すように、周方向の幅Ｗ１が一定のスロットである。平行スロット１２０は、複数の分割コア１０のそれぞれに１つ形成される。従って、平行スロット１２０の数は、分割コア１０の数に等しい。
【００１６】
台形スロット１４０は、図２に示すように、周方向の幅Ｗ２が内径側に行くにつれて小さくなるスロットである。台形スロット１４０は、隣接する各分割コア１０間に形成される。即ち、各分割コア１０は、隣接する各分割コア１０と協動して、台形スロット１４０を画成する。
【００１７】
従って、本実施例では、各分割コア１０は、２つのティース部１２と、バックヨーク部１４とを含む。各分割コア１０の２つのティース部１２は、線対称形状である。各分割コア１０の２つのティース部１２は、内径側（先端側）が細くなる形状を有する。ティース部１２の先端部の幅Ｗ３は、必要なトルク特性が実現される（磁束の飽和が生じない）ように決定される。尚、各分割コア１０の２つのティース部１２は、線対称形状であるので、全てのティース部１２の先端部の幅Ｗ３は等しい。
【００１８】
バックヨーク部１４は、好ましくは、トルク特性の周方向の均一化を図るため（磁束が流れやすい領域と流れ難い領域と形成しないようにするため）、周方向で一定のバックヨーク幅を提供する。即ち、平行スロット１２０のバックヨーク幅Ｌ１は、好ましくは、台形スロット１４０のバックヨーク幅Ｌ２と等しい。この場合、バックヨーク幅Ｌ１（＝Ｌ２）は、必要なトルク特性が実現される（バックヨーク部１４に所定の最大磁束が通る）ように決定される。
【００１９】
コイル３０は、各平行スロット１２０及び各台形スロット１４０に設けられる。コイル３０の巻線断面は、平角形状であってもよいし、他の形状であってもよい。コイル３０は、任意の態様で複数の分割コア１０に巻回されてもよい。例えば、コイル３０は、特開2012‐235696号公報に開示されるような円環状に一体化された巻線集積体により形成されてもよい。巻線集積体は、各分割コア１０のティース部１２を受け入れるティース収容部を有する。各ティース収容部は、ティース部１２に形状に対応した空間を備える。各分割コア１０は、各ティース部１２を、対応する巻線集積体のティース収容部に差し込む（巻線集積体の外径側から差し込む）ことで、巻線集積体に組み付けられてよい。尚、巻線集積体の詳細構造は任意であってよい。また、コイル３０は、特開2010‐104102号公報に開示されるような成形済みのエッジワイズコイルにより形成されてもよい。尚、巻線集積体の一例は後述する。
【００２０】
コイル３０は、図２に示すように、平行スロット１２０内に位置する第１コイル部３１と、台形スロット１４０内に位置する第２コイル部３２とを含む。好ましい例では、第１コイル部３１の断面積Ｓ１と第２コイル部３２の断面積Ｓ２は等しい。即ち、好ましい例では、平行スロット１２０内の導体面積Ｓ１は、台形スロット１４０内の導体面積Ｓ２と等しい。尚、ここでいう“等しい”とは、誤差（公差）のような実質的でない差は許容される。これにより、平行スロット１２０内の第１コイル部３１と台形スロット１４０内の第２コイル部３２とで電流密度が同じになり、発熱特性を均一化することができる。以下では、平行スロット１２０内の導体面積Ｓ１が台形スロット１４０内の導体面積Ｓ２と等しいものとして説明を続ける。
【００２１】
図３は、比較例を示す図であり、（Ａ）は、比較例１として、全てのスロットが平行スロットとなるステータの分割コア９０を示し、（Ｂ）は、比較例２として、全てのスロットが台形スロットとなるステータの分割コア９２を示す。
【００２２】
図３（Ａ）に示す比較例１では、分割コア９０のティース形状が先細となる（内径側が細くなる）ので、磁束密度は、ティース根元部で小さくなり、ティース先端で大きくなる。従って、図３（Ａ）に示す比較例１では、ティース先端で最大磁束密度（磁束の飽和）の制約が発生する。
【００２３】
この点、本実施例においても、ティース部１２は、内径側が細くなる形状を有する。しかしながら、本実施例では、平行スロット１２０の両側に台形スロット１４０を形成するので、ティース部の先端部の必要な幅Ｗ３を効率的に確保することができる。具体的には、比較例１において、ティース部の先端部の幅Ｗ３を確保するためには、平行スロットの幅Ｗ５を小さくする必要があるので、同一の導体面積（Ｓ５＝Ｓ１）を実現するためには、平行スロットの径方向の長さＬ５を大きくする必要がある。これに対して、本実施例によれば、平行スロット１２０の両側に台形スロット１４０を形成するので、平行スロットの幅Ｗ１を小さくせずに、ティース部の先端部の幅Ｗ３を確保することができる。即ち、Ｗ１＞Ｗ５となるので、その分だけ平行スロット１２０の径方向の長さを低減することができる（即ち、比較例１に比べて、ステータ１の内径Ｒ（図１参照）を大きくすることができるか、ステータ１の積層厚さを低減することができる）。
【００２４】
図３（Ｂ）に示す比較例２では、全てのスロットが台形スロットであるので、ティース形状は幅が一定となり（磁束密度が一定となる理想の形状）、トルク発生の観点からは有利である。しかしながら、比較例２においては、組み付け性を確保するために、台形スロットの箇所で分割を行う必要がある。これは、比較例２においては、全てのスロットが台形スロットであるので、２つのティース間の幅Ｗ７が、台形スロット内に収まるべきコイル部の幅Ｗ８よりも小さいためである。即ち、比較例２において、仮に分割ラインＤ１での分割がない場合は、分割コア９２を巻線集積体に外径側から組み付けることができないためである。この結果、比較例２では、分割コア９２の個数が多くなる。即ち、分割数が多くなる（同一のスロット数の場合、分割数が比較例１の２倍になる）。これは、分割面での損失（鉄損）が大きくなることを意味する。
【００２５】
これに対して、本実施例によれば、台形スロット１４０の箇所で分割を行う必要があるが、平行スロット１２０と台形スロット１４０とを交互に形成するので、分割数を低減することができる。即ち、本実施例によれば、台形スロット１４０の数は、比較例２の台形スロットの数の半分であるので、図２に示すように、比較例１と同一の分割数を実現することができる。
【００２６】
このようにして、本実施例によれば、分割数を低減しつつ、良好なトルク特性を実現することが可能である。
【００２７】
尚、図２に示す構成においては、台形スロット１４０の形状は、比較例２における台形スロットの形状と同様であってよい。このとき、平行スロット１２０の幅Ｗ１は、導体面積がＳ１＝Ｓ２となり、且つ、バックヨーク幅がＬ１＝Ｌ２となるように、決定されてよい。尚、このとき、ティース部１２の中心線は中心軸Ｉを通らない。
【００２８】
図４は、他の一実施例（実施例２）によるステータ２の一部の断面図である。本実施例２のステータ２は、上述した実施例１とは異なる分割態様で複数の分割コア１０Ａを含む。具体的には、本実施例２では、各分割コア１０Ａ間の分割ラインは、台形スロット１４０の周方向の端部に設定される。尚、上述した実施例１では、各分割コア１０間の分割ラインは、台形スロット１４０の周方向の中央部に設定される。このように、分割ラインは、台形スロット１４０の周方向の範囲（下底の部分）内の任意の箇所に設定されてもよい。
【００２９】
図５は、他の一実施例（実施例３）によるステータ３の一部の断面図である。本実施例３のステータ３は、上述した実施例１とは異なる分割態様で複数の分割コア１０Ｂ，分割コア１０Ｃを含む。具体的には、本実施例３では、分割コア１０Ｂ及び分割コア１０Ｃは、周方向で交互に配置され、互いに異なる構成を有する。但し、分割コア１０Ｂ、１０Ｃは、バックヨーク部１４Ｂ、１４Ｃの形状のみが、上述した実施例１の分割コア１０と異なるだけである（即ち、分割コア１０Ｂ、１０Ｃのそれぞれの２つのティース部１２は、上述した実施例１の分割コア１０の２つのティース部１２と同じである）。尚、分割コア１０Ｂ及び分割コア１０Ｃ間の分割ラインは、台形スロット１４０の周方向の範囲内に設定されている。このように、バックヨーク部の形状は、隣接する分割コア毎で異なってもよい。
【００３０】
図６は、他の一実施例（実施例４）によるステータ４の断面図である。本実施例４のステータ４は、上述した実施例１に対して、平行スロット１２０が、台形スロット１３０(以下、台形スロット１４０との区別のため、「逆台形スロット１３０」と称する)に置換された点が主に異なる。逆台形スロット１３０は、周方向の幅が内径側に行くにつれて大きくなるスロットである。逆台形スロット１３０は、複数の分割コア１０のそれぞれに１つ形成される。従って、逆平行スロット１２０の数は、分割コア１０の数に等しい。
【００３１】
本実施例４においても、各分割コア１０の２つのティース部１２は、線対称形状である。各分割コア１０の２つのティース部１２は、内径側（先端側）が細くなる形状を有する。ティース部１２の先端部の幅Ｗ３は、必要なトルク特性が実現されるように決定される。尚、各分割コア１０の２つのティース部１２は、線対称形状であるので、全てのティース部１２の先端部の幅Ｗ３は等しい。
【００３２】
また、コイル３０は、逆平行スロット１３０内に位置する第１コイル部３３と、台形スロット１４０内に位置する第２コイル部３２とを含む。好ましい例では、第１コイル部３３の断面積と第２コイル部３２の断面積は等しい。即ち、好ましい例では、逆平行スロット１３０内の導体面積は、台形スロット１４０内の導体面積と等しい。これにより、逆平行スロット１３０内の第１コイル部３３と台形スロット１４０内の第２コイル部３２とで電流密度が同じになり、発熱特性を均一化することができる。
【００３３】
本実施例４によっても、上述した実施例１と略同様の効果を得ることができる。即ち、分割数を低減しつつ、良好なトルク特性を実現することが可能である。
【００３４】
尚、本実施例４の構成は、上述した実施例２，３と組み合わせることも可能である。即ち、上述した実施例２，３において、平行スロット１２０が、同様の逆台形スロット１３０に置換されてもよい。
【００３５】
図７は、一実施例による巻線集積体３００を示す斜視図である。図７に示す例では、巻線集積体３００は、上述した実施例１のステータ１のコイル３０を形成する。
【００３６】
巻線集積体３００は、コイルエンド部３０２と、平行スロット１２０及び台形スロット１４０内に設けられるコイル本体３０４とを含む。尚、コイル本体３０４は、図１等の断面図に示したコイル３０の断面部分を形成する。コイル本体３０４は、平行スロット１２０内に位置する第１コイル部３１を形成する部位３０４ａと、台形スロット１４０内に位置する第２コイル部３２を形成する部位３０４ｂとを含む。周方向で部位３０４ａと部位３０４ｂとの間には、ティース収容部３１０が画成される。尚、上述の如く、各分割コア１０は、各ティース部１２を、巻線集積体３００の対応するティース収容部３１０に差し込む（外径側から差し込む）ことで、巻線集積体３００に組み付けられる。
【００３７】
以上、各実施例について詳述したが、特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。また、前述した実施例の構成要素を全部又は複数を組み合わせることも可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１，２，３    ステータ
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ    分割コア
１２    ティース部
１４，１４Ｂ，１４Ｃ    バックヨーク部
３０    コイル
３１    第１コイル部
３２    第２コイル部
４０    リング部材
１２０    平行スロット
１４０    台形スロット
【図１】
2014209829.tif 000003
【図２】
2014209829.tif 000004
【図３】
2014209829.tif 000005
【図４】
2014209829.tif 000006
【図５】
2014209829.tif 000007
【図６】
2014209829.tif 000008
【図７】
2014209829.tif 000009