(57)【要約】【課題】回転電機の積層鉄心において、磁路断面積を減らしたり磁気特性を悪化させることなく、バリを介しての薄板状磁性部材間の導通を効果的に解消して渦電流損失を低減する。【解決手段】回転電機のステータコアは、両面が絶縁層で覆われた薄板状磁性部材を打ち抜き加工して形成された鉄心部材１２を軸方向に複数枚積層して構成され、径方向に突出するティース部１６を周方向に所定ピッチで複数有する。ティース部１６を形成する鉄心部材１２のティース形成部２２は回転電機の回転中心Ｄを通る直線を対称軸としておらず、ステータコアのティース部１６は、積層方向一箇所以上において、隣接する鉄心部材１２のティース形成部２２の周方向に向いた側縁部２２ａ，２２ｂが異なる位置となるよう積層されていることにより側縁部２２ａ，２２ｂの位置がずれている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
両面が絶縁層で覆われた薄板状磁性部材を打ち抜き加工して形成された鉄心部材を軸方向に複数枚積層して構成され、径方向に突出する突極部を周方向に所定ピッチで複数有する回転電機の積層鉄心であって、
前記突極部を形成する前記鉄心部材の突極形成部のうち少なくとも一つ以上は前記回転電機の回転中心を通る直線を対称軸としておらず、前記積層鉄心の突極部は、積層方向一箇所以上において、隣接する前記鉄心部材の突極形成部の周方向に向いた側縁部が異なる位置となるよう積層されていることにより前記側縁部の位置がずれている、回転電機の積層鉄心。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主にハイブリッド車両や電気自動車等に搭載される発電機および電動機として用いられる回転電機の積層鉄心に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転電機においては鉄損を減らすために、両面に絶縁層がコーティング等で形成された薄板状の磁性部材をプレス打ち抜き加工によって所定形状に形成したものを複数枚積層して、筒状をなすステータコアを構成することが知られている。ステータコアは、一般に、略環状をなすヨーク部と、ヨーク部の内周側に突出して形成された複数のティース部とを備える。ティース部には、集中巻きまたは分布巻き等の巻き方でステータコイルが巻装されて回転電機のステータが構成される。そして、回転電機がモータの場合、ステータコイルに駆動電圧として例えば三相交流電圧を印加することにより、ステータの内側に回転磁界が形成され、これによってステータ内側に配置されたロータが回転駆動されるようになっている。
【０００３】
上記のようにプレス打ち抜き加工された薄板状の磁性部材は、打ち抜かれた縁部にバリが形成されることが多い。そのため、磁性部材が積層されて構成されるステータコアの軸方向に沿った側面では、軸方向に隣接する複数の磁性部材間でバリを介して導通した部分が発生して渦電流損失が増大し、モータ効率を低下させる要因となることがある。
【０００４】
このことに関連して特開２００３−６１２７３号公報（特許文献１）には、ステータコアの磁極となるティース部を構成する薄板状磁性部材の突起部の先端部のみをプレス加工によって更に薄く形成し、積層したときに突起部の先端部間に隙間が形成されることによって隣接する磁性部材間での導通部分の発生を解消することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−６１２７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に記載されるように、ティース部を構成する突起部を押し潰して薄くすることで、次の（１）〜（３）のような弊害がある。（１）ティース部の先端部における磁路断面積が減少し、モータのトルクが低下する。（２）押し潰された部分の境界に応力集中が発生し、磁気特性が悪化する。（３）渦電流損失の寄与度が大きいティース部の側面での導通部分が解消されていないため、十分な損失低減を図れない。
【０００７】
本発明の目的は、磁路断面積を減らしたり磁気特性を悪化させることなく、バリを介しての薄板状磁性部材間の導通を効果的に解消して渦電流損失を低減することができる回転電機の積層鉄心を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る回転電機の積層鉄心は、両面が絶縁層で覆われた薄板状磁性部材を打ち抜き加工して形成された鉄心部材を軸方向に複数枚積層して構成され、径方向に突出する突極部を周方向に所定ピッチで複数有する回転電機の積層鉄心であって、前記突極部を形成する前記鉄心部材の突極形成部のうち少なくとも一つ以上は前記回転電機の回転中心を通る直線を対称軸としておらず、前記積層鉄心の突極部は、積層方向一箇所以上において、隣接する前記鉄心部材の突極形成部の周方向に向いた側縁部が異なる位置となるよう積層されていることにより前記側縁部の位置がずれている。
【０００９】
本発明に係る回転電機の積層鉄心において、積層される全ての鉄心素材が同一形状に形成されているのが好ましい。
【００１０】
また、本発明に係る回転電機の積層鉄心において、前記鉄心素材の突極形成部は、前記回転電機の回転中心を通って径方向に延びる直線に対して非対称形状に形成されていてもよい。
【００１１】
また、本発明に係る回転電機の積層鉄心において、積層方向に隣接する前記突極形成部の側縁部のずれ量は、薄板状磁性部材の板厚以上に設定されているのが好ましい。
【００１２】
また、本発明に係る回転電機の積層鉄心において、前記鉄心部材は打ち抜き加工によるバリが形成される側の表面とその反対側の裏面とを有し、軸方向に隣接する２枚の前記鉄心部材を前記表面同士または前記裏面同士で対向させて積層することにより前記突極形成部の側縁部の位置がずらされていてもよい。
【００１３】
さらに、本発明に係る回転電機の積層鉄心において、前記鉄心部材は回転対称形状を有し、１の前記鉄心部材に対して別の前記鉄心部材を、前記回転電機の回転中心を基準に３６０°を前記突極部の数で割った角度の整数倍だけ回転させて積層することにより前記突極形成部の側縁部の位置がずらされていてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る積層鉄心によれば、突極部を形成する鉄心部材の突極形成部は周方向に向いた側縁部の位置が積層方向に隣接するもの同士でずれていることで、突極部の周方向側面において打ち抜き加工によるバリを介して鉄心部材間が導通するのを抑制でき、その結果、渦電流損失を低減することができる
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態である回転電機のステータコアの一部拡大斜視図である。
【図２】図１のステータコアを構成する鉄心部材の部分平面図である。
【図３】図１のステータコアを構成する鉄心部材を裏返した状態での部分平面図である。
【図４】図２と図３の鉄心部材を重ねて積層した状態を示す部分平面図である。
【図５】図４におけるＥ−Ｅ断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態である回転電機のステータコアを構成する鉄心部材の表向きでの部分平面図である。
【図７】図６に示す鉄心部材を所定角度だけ回転させた状態での部分平面図である。
【図８】図６と図７の鉄心部材を重ねて積層した状態を示す部分平面図である。
【図９】ティース部の積層状態の変形例を示す、図５に対応する図である。
【図１０】本発明の別の態様である回転電機のロータコアを示す全体斜視図である。
【図１１】図１０に示すロータコアの一部拡大斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明に係る実施形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。また、以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて用いることは当初から想定されている。
【００１７】
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態である回転電機のステータコア（積層鉄心）１０の一部拡大斜視図である。ステータコア１０は、薄板状の磁性部材である電磁鋼板を所定形状にプレス打ち抜き加工して形成される略環状の鉄心部材１２を軸方向に複数枚積層して構成されている。
【００１８】
図１において、ステータコア１０の軸方向または積層方向が矢印Ａで示されている。また、この軸方向に直交する径方向が矢印Ｂで示されている。さらに、ステータコア１０の径方向中心Ｄ（図２等参照）を基準とする円周に沿った方向を周方向といい、この周方向が図１中に矢印Ｃで示されている。
【００１９】
ステータコア１０は、略円筒状をなす磁性体であり、周方向に環状に連なる筒状部分であるヨーク部１４と、ヨーク部１４の内周面から径方向内側へ突出するティース部１６とを備える。図１には示されていないが、ステータコア１０には複数のティース部１６が周方向に等ピッチで設けられている。
【００２０】
ティース部１６の内周側の先端部には、周方向両側に張り出した張出部１８が形成されている。張出部１８は、ティース部１６の周囲に巻装されるコイル巻線が径方向内側へ抜け出るのを防止する等の機能を有する。
【００２１】
なお、本実施形態では、ステータコア１０が一体の部材として構成される例について説明するが、これに限定されるものではなく、ヨーク部とティース部とが平面視で略Ｔ字状をなす分割コアを環状に配列し、円筒状の固定スリーブを外嵌めすることによって多数の分割コアを一体的に締結してステータコアが構成されてもよい。
【００２２】
図２は、図１のステータコア１０を構成する鉄心部材１２の表向きでの部分平面図である。図２に示すように、鉄心部材１２は、軸方向に積層されてヨーク部１４を構成するヨーク形成部２０と、軸方向に積層されてティース部１６を構成するティース形成部（突極形成部）２２とを有する。
【００２３】
本実施形態では、ステータコア１０を構成する全ての鉄心部材１２は、同一形状に形成されている。そのため、１種類のプレス型で打ち抜き加工することができる。このようにすることで、複数種類の鉄心部材を組み合わせてステータコアを構成する場合に比べて、構成要素となる鉄心部材１２の製造および管理等が容易となり、ひいては、ステータコアの製造コストを低減できる利点がある。
【００２４】
鉄心部材１２は、打ち抜き加工されるときの上面である表面１２ａと、その反対側の面である裏面１２ｂ（図３参照）とを有する。ヨーク形成部２０およびティース形成部２２の縁部には、表面１２ａ側に飛び出したバリ（図示せず）が形成されている。
【００２５】
鉄心部材１２におけるティース形成部２２の総数Ｎ（Ｎは２以上の整数）は、ステータコア１０におけるティース部１６の総数に一致する。ティース形成部２２は、鉄心部材１２の周方向に等ピッチで設けられている。より詳しくは、ステータコア１０（すなわち鉄心部材１２）の径方向中心Ｄを基準に３６０°をティース形成部２２の数Ｎで割った角度θの中心角ピッチで形成されている。ここで、ステータコア１０の径方向中心Ｄは、ステータコア１０を含む回転電機の回転中心に一致する。図２（図３および図４でも同様）では、中心ピッチ線２４が一点鎖線で示されている。
【００２６】
ティース形成部２２は、径方向内側の突起部１８ａ，１８ｂを除いて、一定幅Ｈで径方向に延伸して形成されている。本実施形態では、ティース形成部２２は、例えば短辺方向幅Ｈの略長方形状をなして形成されている。
【００２７】
また、ティース形成部２２は、ステータコア１０の径方向中心Ｄを通る直線に対して非対称形状に有する。換言すれば、ティース形成部２２は、回転電機の回転中心を通って径方向に延びる直線を対称軸としていない。具体的には、ティース形成部２２は、短辺方向幅Ｈを２等分する等分線２６が当該ティース形成部２２に対応する中心ピッチ線２４に対して間隔ｓだけずれて平行となるように形成されている。これにより、中心ピッチ線２４を基準として、ティース形成部２２の周方向に向いた一方側縁部２２ａまでの幅ｗ１と、ティース形成部２２の周方向に向いた他方側縁部２２ｂまでの幅ｗ２とが等しくなく形成されている。本実施形態ではｗ１＜ｗ２の関係となっている。また、本実施形態では、ティース形成部２２の周方向両側の側縁部２２ａ，２２ｂは、中心ピッチ線２４に対してそれぞれ平行に形成されている。
【００２８】
ここで、上記間隔ｓは、鉄心部材１２の板厚の１／２以上であることが好ましい。これは、後述するように鉄心部材１２を積層してステータコア１０を構成したとき、ティース形成部２２の側縁部２２ａ，２２ｂのずれ量が鉄心部材１２の板厚以上となるようにするためである。
【００２９】
ティース形成部２２の径方向内側の先端部には、鉄心部材１２が積層されることによってティース部１６の張出部１８となる突起部１８ａ，１８ｂが形成されている。ティース形成部２２の一方側縁部２２ａから突出する突起部１８ａは、ティース形成部２２の他方側縁部２２ｂから突出する突起部１８ｂよりも突出寸法が大きく設定されている。
【００３０】
図３は、図１のステータコアを構成する鉄心部材１２を裏返した状態での部分平面図である。図３では、鉄心部材１２の裏面１２ｂが紙面手前側となっている。
【００３１】
図３に示される鉄心部材１２は、表裏が反対となっているだけで、鉄心部材１２の構成は図２に示すものと同じである。ただし、ここでは中心ピッチ線２４との間の幅がｗ１であるティース形成部２２の一方側縁部２２ａが中心ピッチ線２４の右側に示され、中心ピッチ線２４との間の幅がｗ２であるティース形成部２２の他方側縁部２２ｂが中心ピッチ線２４の左側に示されている点に留意されたい。
【００３２】
図４は、図２の鉄心部材１２と図３の鉄心部材１２とを重ねて積層したときの部分平面図である。図５は、図４におけるＥ−Ｅ断面図である。上述したように、鉄心部材１２は打ち抜き加工によるバリが形成される側の表面１２ａとその反対側の裏面１２ｂとを有し、図５においては軸方向に隣接する任意の２枚の鉄心部材１２は、表面同士または裏面同士１２ｂが対向した状態で積層されている。
【００３３】
図２に示す鉄心部材１２と図３に示す鉄心部材１２とを、中心ピッチ線２４が一致するようにして交互に重ねたとき、図４および図５に示すように、表向きのままで積層された鉄心部材１２のティース形成部２２の側縁部２２ａ，２２ｂと、裏返して積層された鉄心部材１２のティース形成部の側縁部２２ａ，２２ｂとが、異なる位置となるよう積層されて、ティース部１６が構成される。
【００３４】
ここで、図５に示すように、表向き状態の鉄心部材１２のティース形成部２２の側縁部２２ａ，２２ｂと、裏向き状態の鉄心部材１２のティース形成部２２の側縁部２２ａ，２２ｂとは互いに距離２ｓだけずれている。このずれ幅２ｓは、上述したように、鉄心部材１２の板厚以上に設定されている。そのため、鉄心部材１２の縁部に打ち抜き加工で生じたバリが形成されていても、ステータコア１０のティース部１６の周方向側面において隣接する鉄心部材１２がバリを介して導通するのを効果的に抑制でき、その結果、渦電流損失を低減できる。
【００３５】
また、本実施形態では、鉄心部材１２のティース形成部２２の先端部に形成された突起部１８ａ，１８ｂの突出寸法を異ならせていることで、ステータコア１０として構成されたときにティース部１６の張出部１８が軸方向に揃った位置となるように構成されている。これにより、ティース部１６の周方向側面において隣接する鉄心部材１２間で側縁部２２ａ，２２ｂがずれた配置となっていても、ティース部１６の張出部１８の磁路断面積を減少させることなく、図示しないロータからの磁束が通る磁路断面積を確保することができる。
【００３６】
なお、本実施形態ではティース形成部２２が等分線２６を対称軸とした対称形状を有する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ティース形成部はこのような対称軸を有しない形状であってもよい。
【００３７】
＜第２実施形態＞
次に、図６ないし図８を参照して、第２実施形態である回転電機のステータコア１０Ａについて説明する。本実施形態では、上述した第１実施形態と同じ構成要素には同一または類似の符号を付して、重複することとなる説明を適宜に省略する。
【００３８】
図６は、第２実施形態である回転電機のステータコア１０Ａを構成する鉄心部材１２Ａの表向きでの部分平面図である。図７は、図６に示す鉄心部材１２Ａを所定角度だけ回転させた状態での部分平面図である。図８は、図６および図７の各鉄心部材１２Ａを重ねて積層した状態を示す部分平面図である。
【００３９】
本実施形態においても、ステータコア１０Ａを構成する全ての鉄心部材１２Ａは、同一形状に形成されている。ただし、本実施形態では、鉄心部材１２Ａを交互に裏返して積層するのではなく、鉄心部材１２Ａの周方向位置を変えて積層することでステータコア１０Ａを構成する点で第１実施形態と相違する。
【００４０】
本実施形態のステータコア１０Ａは、総数が偶数であるティース部１６を備えている。また、図６に示すように、ステータコア１０Ａを構成する鉄心部材１２Ａは、ステータコア１０Ａの径方向中心Ｄを通って径方向に延びる直線に対して非対称形状に形成されているティース形成部２２Ａと、ステータコア１０Ａの径方向中心Ｄを通って径方向に延びる直線に対して対称形状に形成されているティース形成部２２Ｂとが、周方向に等ピッチ（中心角ピッチθ）で交互に形成されている。つまり、鉄心部材１２Ａは、回転対称形状を有しており、ｎ（＝１８０／θ）回対称の形状となっている。
【００４１】
より詳しくは、非対称形状のティース形成部２２Ａは、短辺方向幅Ｈを２等分する等分線２６が当該ティース形成部２２Ａに対応する中心ピッチ線２４に対して間隔ｔだけずれて平行となるように形成されている。換言すれば、ティース形成部２２Ａは、回転電機の回転中心を通って径方向に延びる直線を対称軸としていない。これにより、中心ピッチ線２４を基準として、ティース形成部２２の周方向に向いた一方側縁部２２ａまでの幅ｗ１と、ティース形成部２２の周方向に向いた他方側縁部２２ｂまでの幅ｗ２とが等しくなく形成されている。本実施形態ではｗ１＜ｗ２の関係となっている。また、本実施形態では、ティース形成部２２Ａの周方向両側の側縁部２２ａ，２２ｂは、中心ピッチ線２４に対してそれぞれ平行に形成されている。ここで、上記間隔ｔは、鉄心部材１２Ａの板厚以上であることが好ましい。これは、後述するように鉄心部材１２Ａを積層してステータコア１０Ａを構成したときのティース形成部２２Ａの側縁部２２ａ，２２ｂとティース形成部２２Ｂの側縁部２２ｃ，２２ｄとのずれ量が鉄心部材１２Ａの板厚以上となるようにするためである。
【００４２】
これに対し、対称形状のティース形成部２２Ｂは、短辺方向幅Ｈを２等分する等分線が中心ピッチ線２４に一致しており、中心ピッチ線２４が対称軸となっている。つまり、中心ピッチ線２４から周方向両側の側縁部２２ｃ，２２ｂまでの幅がそれぞれＨ／２となっている。
【００４３】
図７の鉄心部材１２Ａは、図６に示す鉄心部材１２Ａを径方向中心Ｄ周りで角度θだけ回転させた状態で示されており、非対称形状のティース形成部２２Ａと対称形状のティース形成部２２Ｂの位置が図６に示す状態から１つずれた位置となっている。
【００４４】
図６に示す鉄心部材１２Ａと図７に示す鉄心部材１２Ａとを、中心ピッチ線２４が一致するようにして交互に重ねて積層することにより、図８に示すようなステータコア１０Ａが構成される。ステータコア１０Ａのティース部１６の断面は、図５に示すものとほぼ同様である。
【００４５】
本実施形態のステータコア１０Ａのティース部１６において、非対称形状のティース形成部２２Ａと対称形状のティース形成部２２Ｂとは、側縁部が異なる位置となるよう交互に積層されている。そのため、ティース形成部２２Ａの側縁部２２ａ，２２ｂと、ティース形成部２２Ｂの側縁部２２ｃ，２２ｄとは互いに距離ｔだけずれた位置となっている。このずれ幅ｔは、上述したように、鉄心部材１２の板厚以上に設定されている。そのため、鉄心部材１２の縁部に打ち抜き加工で生じたバリが形成されていても、ステータコア１０Ａのティース部１６の周方向側面で互いに隣接する鉄心部材１２Ａがバリを介して導通するのを効果的に抑制でき、その結果、渦電流損失を低減できる。
【００４６】
なお、本実施形態では、ティース部１６の総数が偶数であり、１種類の非対称形状のティース形成部２２Ａと１種類の対称形状のティース形成部２２Ｂとが交互に設けられた例について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、非対称形状のティース形成部の数が対称形状のティース形成部よりも多くなるように増やしてもよく、その場合、対称形状のティース形成部は必ずしも設けなくてもよい。また、非対称形状のティース形成部を複数種類としてもよいし、それらに対称形状のティース形成部を組み合わせることによってティース部の総数が奇数となってもよい。
【００４７】
また、上記においては、図６に示す鉄心部材１２Ａと、これに対して周方向に角度θだけ回転させた図７に示す鉄心部材１２Ａとを重ねるものとして説明したが、図７の鉄心部材１２Ａの回転角度は３６０°をティース部１６の総数Ｎで割った角度θの整数倍であればよい。
【００４８】
また、上記においてはティース部１６を構成するティース形成部の側縁部の位置が積層方向に交互にずれるものと説明したが、これに限定されるものではなく、隣接する鉄心部材の側縁部の位置が異なっていればよい。例えば、図９に示すように、上記対称形状のティース形成部２２Ｂと、２種類の非対称形状のティース形成部２２Ａ，２２Ｃとを組み合わせて積層して、各ティース形成部２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃの側縁部の位置をずらすようにしてもよい。
【００４９】
また、上記第１および第２の実施形態では、ステータコア１２，１２Ａの全てのティース部１６を構成するティース形成部２２，２２Ａ，２２Ｂが軸方向または積層方向にわたって交互にずれている例について説明したが、これに限定されるものではなく、少なくとも一つ以上のティース部において、積層方向の少なくとも一箇所以上でティース形成部２２，２２Ａ，２２Ｂの側縁部の位置がずれていればよい。これによっても、隣接する鉄心部材同士の導通を抑制して渦電流損失を低減する効果が見込める。
【００５０】
さらに、上記第１および第２の実施形態においては、薄板状磁性部材が積層されてなるステータコアについて説明したが、本発明に係る発明は、直流モータやリラクタンスモータなどの突極部を有するロータコアにも適用可能である。図１０は本発明を適用したロータコア１１の全体斜視図であり、図１１は図１１の部分拡大図である。ロータコア１１は、中央に位置する円筒状部３０と、該円筒状部３０の外周面において径方向外側に突設された複数の突極部３２とを有する。突極部３２の周方向に向いた側面３２ａ，３２ｂは、上述したステータコア１０等と同様に、ロータコア１１を構成する鉄心部材の突極形成部の側縁部が軸方向に隣接するもの同士でずれた位置となるようにして形成されている。
【符号の説明】
【００５１】
１０，１０Ａ  ステータコア（積層鉄心）、１１  ロータコア（積層鉄心）、１２，１２Ａ  鉄心部材、１２ａ  表面、１２ｂ  裏面、１４  ヨーク部、１６  ティース部、１８  張出部、１８ａ，１８ｂ  突起部、２０  ヨーク形成部、２２，２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ  ティース形成部、２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ  側縁部、２４  中心ピッチ線、２６  等分線、３０  円筒状部、３２  突極部、３２ａ，３２ｂ  側面、Ｄ  径方向中心または回転中心、Ｈ  幅または短辺方向幅、Ｎ  ティース部の数、ｓ，ｔ  間隔、距離または幅、ｗ１，ｗ２  幅、θ  角度または中心角ピッチ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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