(57)【要約】【課題】  搭載性に優れ、かつ小型高出力の回転電機を実現する回転電機のステータを提供する。【解決手段】  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。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータと、
前記ステータに対して回転自在に設けられたロータとを備え、
前記ステータは、
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ータコアと、
各前記複数のティースにそれぞれ巻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外方に向けて漸減し、かつ周方向の長さが前記径方向外方に向けて漸増する、回転電機。
【請求項２】
ステータと、
前記ステータに対して回転自在に設けられたロータとを備え、
前記ステータは、
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ータコアと、
各前記複数のティースにそれぞれ巻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、前記ステータ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、前記ステータ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。
【請求項３】
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１または請求項２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記ステータは、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、前記コイルエ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。
【請求項５】
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から請求項４のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項６】
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５に記載の回転電機。
【請求項７】
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６に記載の回転電機。
【請求項８】
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７に記載の回転電機。
【請求項９】
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７に記載の回転電機。
【請求項１０】
前記ステータコアは、圧粉磁心の成形体からなる、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項１１】
前記ステータコアは、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１０に記載の回転電機。
【請求項１２】
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、前記ステータ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１１に記載の回転電機。
【請求項１３】
車輪と、
各々が前記車輪を駆動する、複数の請求項１２の回転電機とを備える、自動車。
【請求項１４】
車輪と、
各々が前記車輪を駆動する、請求項１から請求項１２のいずれか１項の回転電機とを備える、自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、固定子（以下、ステータとも称する）と回転子（以下、ロータとも称する）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、回転電機のステータに関する。
【背景技術】
【０００２】
ステータとロータとからなる回転電機において、ステータは、複数のスロットが形成されたステータコアと、スロット間に設けられる櫛歯（以下、ティースとも称する）に巻回されたコイルとから構成される。また、ロータは、ロータコアと、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。
【０００３】
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、ロータとステータとの間に磁束の流れが形成されることによって、ロータは回転力を得る。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。
【０００４】
ここで、ステータにおいては、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ータ構造が、従来から多数開示されている（たとえば特許文献１および２参照）。
【０００５】
図１４は、たとえば特許文献１に開示される回転電機におけるステータの構造を示す図である。
【０００６】
図１４（Ａ）は、ステータを構成することになる１極分の積層コア５１に巻線５２が巻回された状態を、図１４（Ｂ）は、同図（Ａ）の水平断面をそれぞれ示す。
【０００７】
積層コア５１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５３とヨーク部５４とのなす両側の空間が、巻線５２の配置のためのスロット部５５として機能する。
【０００８】
積層コア５１には、後述するコアエンド部材５７が装着された状態で、スロット部５５の内面を覆うように絶縁キャップ５６が被せられる。この絶縁キャップ５６の外周に巻線５２が所定回数だけ巻回されて、図１４（Ａ）の状態となる。
【０００９】
図１４（Ｂ）を参照して、ティース部５３の幅寸法Ｗについては、ステータ外周からステータ内周に向かって漸次幅狭となるように、両端面がテーパ状に形成され、これによってティース部５３の両側に形成されるスロット部５５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。
【００１０】
図１４（Ｃ）は、同図（Ａ）の巻線５２と絶縁キャップ５６とを取り除いた状態を、図１４（Ｄ）は、同図（Ｃ）のＤ方向矢視図をそれぞれ示す。
【００１１】
図１４（Ｃ）を参照して、積層コア５１の積層方向両端面には、ティース部５３の投影形状と略同一の輪郭形状を持つコアエンド部材５７がそれぞれ装着される。コアエンド部材５７は、磁性粉末成形体にて形成され、表面の巻線受圧面５７ａは、ステータ外周から内周側に向かって段階的に高くなるように形成されている（図１４（Ｄ）参照）。
【００１２】
以上の構成において、積層コア５１が回転電機の一部として機能する際には、ティース部５３を磁束が通過する。このとき、ティース部５３におけるステータ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、当該ステータ構造においては、積層コア５１の鋼板積層方向の両端面に配したコアエンド部材５７を磁路として機能させている。ただし、コアエンド部材５７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。
【００１３】
このような構成によれば、スロット部５５のデッドスペースが縮小化されることにより、スロット部５５での巻線５２の占積率が向上し、小型で高出力な回転電機を実現することができる。
【特許文献１】特開２００２−３６９４１８号公報
【特許文献２】特表２００２−５４４７５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、図１４に示す従来のステータ構造においては、巻線５２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５３の軸方向両端面に配したコアエンド部材５７によって、軸方向に形成される巻線５２の巻回部分（コイルエンド部）がヨーク部５４から突出した形状となる。そのため、当該ステータ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。
【００１５】
また、ティース部分がコアエンド部材５７によって軸方向に展開された３次元的な構造を持つのに対し、ヨーク部５４は、周方向と径方向とからなる２次元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ためには、ヨーク部５４を径方向に厚くせざるを得ず、低減可能な体格に限界が生じていた。
【００１６】
さらに、従来のステータ構造では、突出したコイルエンド部によって、ステータの軸方向の長さが増加してしまうため、巻線５２を含めた全軸長での小型化が困難であった。
【００１７】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
この発明によれば、回転電機であって、ステータと、ステータに対して回転自在に設けられたロータとを備える。ステータは、環状に延在するヨーク部とヨ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ータコアと、各複数のティースにそれぞれ巻回されるコイルとを含む。ヨーク部は、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、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。
【００１９】
この発明によれば、回転電機であって、ステータと、ステータに対して回転自在に設けられたロータとを備える。ステータは、環状に延在するヨーク部とヨ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ータコアと、各複数のティースにそれぞれ巻回されるコイルとを含む。ヨーク部は、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、ステータ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、ステータ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。
【００２０】
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。
【００２１】
好ましくは、ステータは、径方向に垂直な断面のいずれにおいて、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、コイルエンド部の軸方向の長さに略等しい。
【００２２】
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。
【００２３】
好ましくは、ヨーク部の周方向に垂直な断面は、ティースの径方向に垂直な断面の略半分以上の面積からなる。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
好ましくは、ステータコアは、圧粉磁心の成形体からなる。
【００２８】
好ましくは、ステータコアは、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。
【００２９】
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、ステータ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。
【００３０】
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、複数の請求項１２の回転電機とを備える。
【００３１】
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、請求項１から請求項１２のいずれか１項の回転電機とを備える。
【発明の効果】
【００３２】
この発明によれば、ステータは、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、コイル巻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。
【００３３】
また、ステータ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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
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説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。
【００３５】
図１は、この発明の実施の形態に従う回転電機のステータにおける１極分のステータコアの斜視図である。なお、図示は省略するが、ステータコアは、全体として、図１の１極分のスタータコア１００を回転電機の極数だけ環状に配した中空円筒形状を有する。そして、ステータコアは、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。
【００３６】
図１を参照して、ステータコア１００は、任意の１極において、ヨーク部２０とティース１０とが略Ｔ字形状を構成する。ステータコア１００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、ヨーク部２０とティース１０とが一体的に成形される。なお、ステータコア１００の成形工程については、後に詳述する。
【００３７】
ティース１０の周方向（θ方向に相当）の両脇には、隣り合うティース１０（図示せず）との間において、スロットがそれぞれ形成される。コイルは、図示は省略するが、このティース１０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１０の各々に巻回して固着される。
【００３８】
本実施の形態において、ステータコア１００は、ヨーク部２０とティース１０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２０は、ティース１０の軸方向の両端面からそれぞ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２０は、軸方向において、この突出部だけティース１０よりも長くなっている。この点において、この発明によるステータ構造は、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ータ構造とは異なる。
【００３９】
さらに、この発明によるステータコア１００は、ティース１０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１０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、ステータコア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。
【００４０】
図２は、図１のステータコア１００の周方向の断面図である。
【００４１】
図２を参照して、ステータコア１００において、ティース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に短くなっている。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ぞれＬ１θ，Ｌθ，Ｌ２θとすると、これらの間には、Ｌ１θ＜Ｌθ＜Ｌ２θの関係が成り立つ。
【００４２】
ティース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ット３０は、それぞれ、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イルとして用いたときには、コイルはスロット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。
【００４３】
図３は、図１のステータコア１００の軸方向の断面図である。
【００４４】
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、ステータ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ぞれＬ１Ｚ，ＬＺ，Ｌ２Ｚとすると、これらの間には、Ｌ１Ｚ＞ＬＺ＞Ｌ２Ｚ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Ｌ１Ｚにおいても、ヨーク部２０の軸方向の長さよりも短いことが分かる。
【００４５】
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、Ｌ１θ＜Ｌθ＜Ｌ２θおよびＬ１Ｚ＞ＬＺ＞Ｌ２Ｚの関係を有することが分かる。すなわち、ティース１０は、ステータ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１０の形状を周方向のみならず、軸方向にも変化させた点において、ティース部５３の軸方向の長さを一定とする図１４に示す従来のステータ構造とは相違する。また、ヨーク部２０の軸方向の長さが、ティース１０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５４の軸方向の長さがティース部分（ティース部５３＋コアエンド部材５７）の軸方向の長さよりも短い図１４に示す従来のステータ構造とは相違する。
【００４６】
さらに、ティース１０の最外周側においてティース１０と接合されるヨーク部２０は、上述したように、ティース１０の軸方向の両端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さｍは、ヨーク部２０の軸方向端面とティース１０の最外周側の端面との高低差に値する。さらに、ヨーク部２０の軸方向端面とティース１０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。
【００４７】
ここで、コイルをティース１０に巻回したときに、軸方向に沿ってスロット３０から突出したコイルの両端部分は、コイルエンド部４０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ータ構造においては、このコイルエンド部４０は、ステータ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。
【００４８】
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４０の軸方向の端面と、ヨーク部２０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１０およびヨーク部２０の形状を設定する。
【００４９】
詳細には、スロット３０におけるコイルの巻回スペースは、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、コイルを巻回したときに、軸方向に形成されるコイルエンド部４０においても、Ａ断面およびＣ断面において、それぞれ軸方向に、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１０の軸方向端面がヨーク部２０の軸方向端面と同じ高さであるとすれば、コイルエンド部４０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だけステータコア１００から突出することになる。
【００５０】
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ータコア１００では、Ａ断面におけるヨーク部２０の軸方向端面とティース１０の軸方向端面との高低差ｋを、コイルエンド部４０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２０の軸方向端面とティース１０の軸方向端面との高低差ｍ（＝ヨーク部２０の突出部の軸方向の長さ）を、コイルエンド部４０のＣ断面の高低差ｈと略同じとなるように設定する。
【００５１】
このような構成とすることにより、コイルをティース１０に巻回したときに形成されるコイルエンド部４０は、ステータコア１００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。
【００５２】
以上のように、本実施の形態による回転電機は、ステータコア１００のヨーク部２０に突出部を設けたこと、およびティース１０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。
【００５３】
ここで、スロット３０におけるコイルの占積率が高められると、ティース１０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、ステータコア１００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。
【００５４】
このため、本実施の形態では、先述したように、ティース１０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、そのアスペクト比を変化させる構成とする。また、ヨーク部２０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。
【００５５】
図４は、図１に示すステータコア１００におけるティース１０の径方向に垂直な断面を説明するための図である。
【００５６】
図４を参照して、図１におけるティース１０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、Ｌ１Ｚ＞ＬＺ＞Ｌ２Ｚ、およびＬ１θ＜Ｌθ＜Ｌ２θの関係を有する。
【００５７】
さらに、Ａ〜Ｃ断面は、その断面積をそれぞれＳＡ，ＳＢ，ＳＣとすると、これらの間に、ＳＡ＝ＳＢ＝ＳＣの関係を有する。すなわち、ティース１０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。
【００５８】
ここで、ティース１０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。
【００５９】
ステータコア１００の内部で生じた磁束は、ティース１０の内部を径方向（ティース１０のＡ〜Ｃ断面に垂直な方向）に通過する。このとき、ティース１０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、モータ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、ステータコア１００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１０の径方向に垂直な断面を一定面積とすれば、ティース１０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。
【００６０】
図５は、ステータコア１００の内部における磁束の流れを示す説明図である。
【００６１】
図５を参照して、ティース１０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１０とヨーク部２０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２０へ流れ込む。ヨーク部２０に流入した磁束は、さらにヨーク部２０の内部を周方向に互いに逆向きに流れる。
【００６２】
ここで、このようなティース１０〜接合面〜ヨーク部２０に至る磁束の経路において、漏洩磁束が生じることによっても、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１０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２０の周方向に垂直な断面の面積が、ティース１０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。
【００６３】
すなわち、接合面の面積の１／２（斜線領域Ｓ２の面積に相当）およびヨーク部２０の周方向に垂直な断面積（斜線領域Ｓ３の面積に相当）のいずれか一方でもティース１０の径方向に垂直な断面積Ｓ１（＝全面積ＳＡ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１／２とは、ティース１０を通過した磁束が、ヨーク部２０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。
【００６４】
すなわち、本実施の形態において、ヨーク部２０の形状は、上述したコイルエンド部４０との関係に加えて、Ｓ１≦Ｓ２，Ｓ３の関係を満たすように決定される。
【００６５】
以上のように、この発明によれば、ヨーク部２０に配した突出部とティース１０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、ティース１０およびヨーク部２０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。
【００６６】
次に、この発明によるステータコアを基本構造とする、実際のステータコアの構成例を示す。
【００６７】
図６は、図１に示すステータコア１００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、ステータコア１００Ａの１極分の構造を示す。
【００６８】
ステータコア１００Ａは、図１のステータコア１００におけるティース１０をティース１０Ａに変更したものである。詳細には、ステータコア１００Ａは、図６に示すように、ティース１０Ａ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１０Ａおよびヨーク部２０の基本的な構造は、図１のティース１０およびヨーク部２０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。
【００６９】
以下に、ティース１０Ａ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。
【００７０】
ステータコア１００Ａ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、当該成形体のコイルが巻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、ディッピ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１０Ａ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１０Ａに巻着される。
【００７１】
ここで、ティースの軸方向端面がティース１０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１０Ａにおいては、コイルが曲面上に沿って巻回されるため、絶縁皮膜に対するコイ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。
【００７２】
また、ティース１０Ａ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、ディッピングでは、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１０Ａ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。
【００７３】
さらに、ステータコア１００Ａを、図７（Ａ）に示すように、ティース１０Ｂ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。
【００７４】
図７（Ａ）は、図６におけるステータ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、一般的なステータコアにおけるティースの径方向に垂直な断面図である。
【００７５】
本変更例に係るティース１０Ｂ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。
【００７６】
通常、コイルの巻着時には、巻線５２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、巻線５２をティースに巻回する。しかしながら、一般的なステータコアでは、ティー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ＲＧＮで示すように、角部に巻線５２の巻き太りが生じてしまう。これは、巻線５２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。
【００７７】
そこで、図７（Ａ）のように、ティース１０Ｂの全面を曲面形状とすれば、巻線５２をティース１０Ｂに効率良く巻回することができ、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部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１０Ｂを覆う絶縁皮膜においては、巻線５２の応力が緩和されることから、その劣化を防止でき、高い信頼性を実現しうる。
【００７８】
なお、図７（Ａ）では、ティース１０Ｂの全面を曲面形状としたが、通常の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っても、同様の効果を得ることができる。
【００７９】
以上のように、図１のステータコア１００において、さらにティース１０の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上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。
【００８０】
最後に、この発明によるステータコア１００の成形工程について説明する。上述したステータコア１００，１００Ａ，１００Ｂはいずれも、その成形性を生かし、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。この成形方法をこの発明によるステータコア１００に適用すると、図８のようになる。
【００８１】
図８は、一般的な成形方法を適用したときのステータコア１００の成形工程を示す図である。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２００に充填される。そして、充填された磁性粉末は、ダイ２００の上方に配されたパンチ２０１，２０３および下方に配されたパンチ２０２，２０４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、成形後のステータコア１００の軸方向に対応する。このようにして、ステータコア１００は一体的に成形される。
【００８２】
ここで、図８の圧粉磁心の成形工程において、ダイ２００の上方に配されたパンチ２０１，２０３は、加圧によってヨーク部２０を成形するパンチ２０３と、加圧によってティース１０を成形するパンチ２０１との２つのパンチで構成される。ダイ２００の下方においても同様に、ヨーク部２０を成形するパンチ２０４とティース１０を成形するパンチ２０２とで構成される。すなわち、ヨーク部２０とティース１０とは、互いに異なる加圧手段によって加圧成形される。
【００８３】
このようにダイ２００の上方および下方のパンチ２０１〜２０４をそれぞれ分割した構成としたのは、この発明によるステータコア１００において、ティース１０が径方向に沿って異形断面を有することに起因する。
【００８４】
詳細には、上方および下方のパンチ２０１〜２０４をそれぞれ単体のパンチで構成した場合、ティース１０とヨーク部２０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１０の軸方向長さがステータ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１０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、ステータ内周側にかかる圧力がステータ外周側にかかる圧力よりも高くなる。そのため、ティース１０を構成するはずの磁性粉末は、圧力がより低いティース１０のステータ外周側からヨーク部２０へと流れ込む。したがって、加圧成形後のステータコア１００において、磁性粉末の密度には、ティース１０のステータ内周側が相対的に低く、かつティース１０のステータ外周側およびヨーク部２０が相対的に高いといった偏りが生じてしまう。
【００８５】
そして、このような磁性粉末の密度の偏りは、ステータコア１００全体の強度を低下させることとなる。特に、ヨーク部２０とティース１０との接合部分であるステータコア１００の括れ部分において亀裂が生じるおそれがある。また、ティース１０にコイルを巻回して形成したステータを搭載した回転電機においては、ステータコア１００の内部で生じる磁束が不均一となり、所望のモータ性能を得ることができないという問題も起こり得る。
【００８６】
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１０を成形するパンチ２０１，２０２とヨーク部２０とを成形するパンチ２０３，２０４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２００の上方に配されたパンチ２０１のストロークとパンチ２０３のストロークとは個別に制御される。同様に、ダイ２００の下方に配されたパンチ２０２のストロークとパンチ２０４のストロークとには個別に制御される。すなわち、合計４つのパンチ２０１〜２０４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。
【００８７】
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２０１〜２０４のストロー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。
【００８８】
また、上記の加圧制御により成形されたステータコア１００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、ステータコアに巻回するコイルの巻数を増やすこと、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、ティー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ータコア１００において、ティース１０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、一体成形型のステータコア１００を適用した回転電機においては、出力トルクのバリエーショ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。
【００８９】
そこで、この発明では、ステータコア１００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ータコア１００を形成する構成とする。なお、以下に示すステータコア１００については、図８の一体成形型のステータコア１００と対比させて、分割型のステータコア１００とも称する。
【００９０】
図９は、この発明による回転電機における１極分のステータコア１００の斜視図である。また、図１０は、図９のステータコア１００の軸方向の断面図である。
【００９１】
図９を参照して、ステータコア１００は、軸方向（ｚ方向）に沿って結合された３個の成形体Ｄ１〜Ｄ３からなる。成形体Ｄ１〜Ｄ３において、軸方向の両端にそれぞれ位置する成形体Ｄ１と成形体Ｄ３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Ｄ１と成形体Ｄ３とに挟まれた成形体Ｄ２は、図１０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ＬＮ１を含む端面）と他方端面（直線ＬＮ２を含む端面）とが互いに平行となっている。すなわち、ステータコア１００は、２種類の形状の成形体Ｄ１（＝Ｄ３），Ｄ２が軸方向に結合されて構成される。
【００９２】
次に、各々の成形体Ｄ１〜Ｄ３の成形工程について説明する。図１１は、成形体Ｄ１（＝Ｄ３）の成形工程を説明するための図である。
【００９３】
図１１を参照して、成形体Ｄ１は、ダイ２００に充填された磁性粉末を、ダイ２００の上方に配されたパンチ２０６および下方に配されたパンチ２０２，２０４により垂直方向に加圧して成形される。このとき、図１１から明らかなように、成形体Ｄ１の水平面となる一方端面は、単体のパンチ２０６により加圧される。また、成形体Ｄ１の他方端面は、ティース１０を成形するパンチ２０２とヨーク部２０を成形するパンチ２０４とによって加圧される。そして、パンチ２０２とパンチ２０４とは、上述したように、成形体Ｄ１の磁性粉末の密度が均一となるように、別個にストロークが制御される。すなわち、成形体Ｄ１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ータコア１００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。
【００９４】
図１２は、成形体Ｄ２の成形工程を説明するための図である。
【００９５】
図１２を参照して、成形体Ｄ２は、ダイ２００に充填された磁性粉末を、ダイ２００の上方および下方に配されたパンチ２０６，２０８により垂直方向に加圧して成形される。
このとき、成形体Ｄ２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Ｄ２の成形工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２０６，２０８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。
【００９６】
そして、図１１および図１２の成形工程によって形成された成形体Ｄ１〜Ｄ３は、軸方向に結合されて一体化され、ステータコア１００を構成する。なお、成形体Ｄ１〜Ｄ３の結合は、たとえば成形体Ｄ１〜Ｄ３を一体的に回転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Ｄ１〜Ｄ３からなるステータコア１００のティース１０にコイルを巻回することなどによって行なわれる。
【００９７】
以上のように、この発明によるステータコア１００は、分割型のステータコアを採用したことによっ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。
【００９８】
さらに、この発明によるステータコア１００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。
【００９９】
たとえば図１３に示すように、ティース１０の径方向に垂直な断面積が異なる２つのステータコア１００Ｃ（図１３（ａ）参照）およびステータコア１００Ｄ（図１３（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。
【０１００】
詳細には、ステータコア１００Ｃは、出力トルクが相対的に小さい回転電機に搭載されるものであり、ティース１０の径方向に垂直な断面積が相対的に小さい。一方、ステータコア１００Ｄ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１０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ータコア１００Ｃおよびステータコア１００Ｄは、軸方向の両端に位置する成形体Ｄ１，Ｄ３をそれぞれ共通とし、成形体Ｄ２＿ｂ，Ｄ２＿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Ｄ２＿ｂ，Ｄ２＿ｃの軸方向長さの変更は、上述した図１２の成形工程において、パンチ２０６，２０８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Ｄ２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っても、容易に行なうことができる。
【０１０１】
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ータコア１００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、ステータコア１００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。
【０１０２】
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はなく、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】
【０１０３】
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。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】この発明の実施の形態に従う回転電機のステータにおける１極分のステータコアの斜視図である。
【図２】図１のステータコアの周方向の断面図である。
【図３】図１のステータコアの軸方向の断面図である。
【図４】図１に示すステータコアにおけるティースの径方向に垂直な断面を説明するための図である。
【図５】ステータ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】図１に示すステータコアの他の構成例を示す斜視図である。
【図７】図６におけるステータ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ータコアに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】一般的な成形方法を適用したときのステータコアの成形工程を示す図である。
【図９】この発明による回転電機における１極分のステータコアの斜視図である。
【図１０】図９のステータコアの軸方向の断面図である。
【図１１】成形体Ｄ１（＝Ｄ３）の成形工程を説明するための図である。
【図１２】成形体Ｄ２の成形工程を説明するための図である。
【図１３】出力トルクの異なる回転電機における１極分のステータコアの斜視図である。
【図１４】特許文献１に開示される回転電機におけるステータの構造を示す図である。
【符号の説明】
【０１０５】
１０，１０Ａ，１０Ｂ  ティース、２０，５４  ヨーク部、３０  スロット、４０  コイルエンド部、５１  積層コア、５２  巻線、５３  ティース部、５５  スロット部、５６  絶縁キャップ、５７  コアエンド部材、５７ａ  巻線受容面、１００，１００Ａ〜１００Ｄ  ステータコア、２００  ダイ、２０１〜２０４，２０６，２０８  パンチ。
【図１】
2006158176.tif 000003
【図２】
2006158176.tif 000004
【図３】
2006158176.tif 000005
【図４】
2006158176.tif 000006
【図５】
2006158176.tif 000007
【図６】
2006158176.tif 000008
【図７】
2006158176.tif 000009
【図８】
2006158176.tif 000010
【図９】
2006158176.tif 000011
【図１０】
2006158176.tif 000012
【図１１】
2006158176.tif 000013
【図１２】
2006158176.tif 000014
【図１３】
2006158176.tif 000015
【図１４】
2006158176.tif 000016