(57)【要約】【課題】ステータコアのスロット部の底部に加わる応力の集中を緩和することができる回転電機を提供する。【解決手段】回転電機１は、ロータ２と、ステータコア７を有するステータ３とを備え、ステータコア７は、コア筒状部１１と、コア筒状部１１からステータ３の径方向内側に突出すると共にステータ３の周方向に配列され、コイル８が巻回される複数のティース部１２とを有し、隣り合うティース部１２同士の間には、コイル８が収容されるスロット部１３が配置されており、スロット部１３は、コア筒状部１１の内周面によって画成される底面１８と、ティース部１２の側面によって画成される平面状の側面１９と、底面１８と側面１９との境界部分である底角部２０とで構成されており、スロット部１３の底角部２０の曲率半径は、側面１９側から底面１８側に向かって徐々に大きくなっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータと、前記ロータを取り囲むように前記ロータの周囲に配置され、ステータコアを有するステータと、前記ステータコアの外周面に固定され、前記ロータ及び前記ステータを収容するハウジングとを備えた回転電機であって、
前記ステータコアは、前記ハウジングの内周面に固定されたコア筒状部と、前記コア筒状部から前記ステータの径方向内側に突出すると共に前記ステータの周方向に配列され、コイルが巻回される複数のティース部とを有し、
隣り合う前記ティース部同士の間には、前記コイルが収容されるスロット部が配置されており、
前記スロット部は、前記コア筒状部の内周面によって画成される底面と、前記ティース部の側面によって画成される平面状の側面と、前記底面と前記側面との境界部分である底角部とで構成されており、
前記底角部の曲率半径は、前記側面側から前記底面側に向かって徐々に大きくなっていることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記スロット部は、前記曲率半径が一定である仮想面によって画成される第１領域と、前記仮想面と前記底面、前記側面及び前記底角部との間に位置し、前記底角部の曲率半径が前記側面側から前記底面側に向かって徐々に大きくなる第２領域とを有することを特徴とする請求項１記載の回転電機。
【請求項３】
前記ステータコアは、前記ティース部に設けられ、前記ステータコアの内周面に開口する内側凹部と、前記コア筒状部及び前記ティース部にわたって設けられ、前記ステータコアの外周面に開口する外側凹部とを有し、
前記内側凹部及び前記外側凹部には、永久磁石がそれぞれ収容されており、
前記ティース部は、前記内側凹部と前記外側凹部とを仕切るブリッジを有し、
前記ティース部には、前記ブリッジに加わる応力を吸収するための応力吸収溝が設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の回転電機としては、例えば特許文献１に記載されているモータが知られている。特許文献１に記載のモータは、ロータと、そのロータの外周に配置されるステータとを備えている。ステータは、ロータの周りに円環状に配置され、ヨーク部及びティース部を有する複数の分割コア（ステータコア）と、各分割コアのティース部に外装されるコイルと、各分割コアの外周に焼きバメされる締結リングとを備えている。ティース部の側面とヨーク部の内周面とによって形成される隅角部には、応力が集中しやすく、大きな応力が加わる傾向にある。このため、隅角部の断面形状を略円弧状とすることにより、隅角部における応力集中を緩和している。隅角部の略円弧状の断面形状の曲率半径は、例えば４ｍｍ以上、６ｍｍ以下の範囲で設定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２１５３３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来技術においては、以下の問題点が存在する。即ち、上記従来技術のモータでは、ステータコアにおいてティース部の側面とヨーク部の内周面とによってスロット部が画成されるが、そのスロット部の隅角部の曲率半径は一定であるため、スロット部の底部に応力が集中する箇所が発生する。この場合には、スロット部の底部における応力が集中する箇所からステータコアの破壊につながる虞がある。
【０００５】
本発明の目的は、ステータコアのスロット部の底部に加わる応力の集中を緩和することができる回転電機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者等は、ステータコアのスロット部に加わる応力について鋭意検討を重ねた結果、スロット部の底角部に特に応力集中が起きやすいが、スロット部の底角部の曲率半径を適切に設定することにより、スロット部の底部に加わる応力の集中を緩和することができることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００７】
即ち、本発明の一態様は、ロータと、ロータを取り囲むようにロータの周囲に配置され、ステータコアを有するステータと、ステータコアの外周面に固定され、ロータ及びステータを収容するハウジングとを備えた回転電機であって、ステータコアは、ハウジングの内周面に固定されたコア筒状部と、コア筒状部からステータの径方向内側に突出すると共にステータの周方向に配列され、コイルが巻回される複数のティース部とを有し、隣り合うティース部同士の間には、コイルが収容されるスロット部が配置されており、スロット部は、コア筒状部の内周面によって画成される底面と、ティース部の側面によって画成される平面状の側面と、底面と側面との境界部分である底角部とで構成されており、底角部の曲率半径は、側面側から底面側に向かって徐々に大きくなっていることを特徴とする。
【０００８】
このように本発明の一態様に係る回転電機においては、ステータコアにおけるスロット部の底角部の曲率半径は、スロット部の側面側からスロット部の底面側に向かって徐々に大きくなっている。このため、スロット部の底部に加わる応力が均一化される。これにより、スロット部の底部に加わる応力の集中が緩和される。
【０００９】
スロット部は、曲率半径が一定である仮想面によって画成される第１領域と、仮想面と底面、側面及び底角部との間に位置し、底角部の曲率半径が側面側から底面側に向かって徐々に大きくなる第２領域とを有してもよい。このような構成では、スロット部の底角部の曲率半径が一定である場合に比べて、第２領域分だけスロット部のスペースが増える。従って、ステータに対するスロット部の占積率が高くなる。
【００１０】
ステータコアは、ティース部に設けられ、ステータコアの内周面に開口する内側凹部と、コア筒状部及びティース部にわたって設けられ、ステータコアの外周面に開口する外側凹部とを有し、内側凹部及び外側凹部には、永久磁石がそれぞれ収容されており、ティース部は、内側凹部と外側凹部とを仕切るブリッジを有し、ティース部には、ブリッジに加わる応力を吸収するための応力吸収溝が設けられていてもよい。このような構成では、スロット部の底角部だけでなくブリッジにも応力が加わりやすい。しかし、ブリッジに加わる応力は、ティース部に設けられた応力吸収溝によって吸収される。このため、スロット部の底角部に応力が一層集中しやすくなる。そこで、上述したように、ステータコアにおけるスロット部の底角部の曲率半径をスロット部の側面側からスロット部の底面側に向かって徐々に大きくすることがより効果的となる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ステータコアのスロット部の底部に加わる応力の集中を緩和することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る回転電機を示す断面図である。
【図２】図１に示されたステータコアの部分拡大断面図である。
【図３】図１に示されたスロット部の部分拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態に係る回転電機を示す断面図である。図１において、本実施形態の回転電機１は、永久磁石付きのモータである。回転電機１は、ロータ２と、このロータ２を取り囲むようにロータ２の周囲に円環状に配置されたステータ３と、ロータ２及びステータ３を収容する金属製のハウジング４とを備えている。ハウジング４は、円筒状を有している。
【００１５】
ロータ２は、磁性体で形成されている。ロータ２には、シャフト５が固定されている。従って、ロータ２は、シャフト５と一体で回転可能である。ロータ２の外周部には、ロータ２の径方向外側（ステータ３側）に向かって突出した複数（ここでは５つ）の突極部６が設けられている。
【００１６】
ステータ３は、焼き嵌めによってハウジング４に固定されたステータコア７と、このステータコア７に取り付けられた複数（ここでは６つ）のコイル８と、ステータコア７に装着された複数（ここでは６つ）の永久磁石９及び永久磁石１０とを有している。ステータコア７は、磁性体で形成されている。コイル８は、銅線で構成されている。永久磁石９，１０は、磁束量を増やして出力密度を高くするために具備されている。
【００１７】
ステータコア７をハウジング４に焼き嵌めるときは、ハウジング４を加熱して膨張させた状態で、ステータコア７をハウジング４に嵌め合わせた後、ハウジング４を冷却して収縮させる。これにより、ステータコア７の外周面とハウジング４の内周面とが固着（固定）される。
【００１８】
ステータコア７は、ハウジング４の内周面に固定されたコア筒状部１１と、このコア筒状部１１からステータ３の径方向内側（ロータ２側）に突出すると共にステータ３の周方向に配列され、コイル８が巻回される複数（ここでは６つ）のティース部１２とを有している。隣り合うティース部１２同士の間には、コイル８が収容されるスロット部１３が配置されている。
【００１９】
ステータコア７は、図２にも示されるように、ティース部１２に設けられ、ステータコア７の内周面に開口する内側凹部１４と、コア筒状部１１及びティース部１２にわたって設けられ、ステータコア７の外周面に開口する外側凹部１５とを有している。永久磁石９は、内側凹部１４に収容されている。永久磁石１０は、外側凹部１５に収容されている。
【００２０】
ティース部１２は、内側凹部１４と外側凹部１５とを仕切るブリッジ１６を有している。ブリッジ１６は、ティース部１２の一方側部分とティース部１２の他方側部分とを接続する。ティース部１２には、ブリッジ１６に加わる応力を吸収するための応力吸収溝１７が設けられている。応力吸収溝１７は、ティース部１２におけるブリッジ１６よりもステータ３の径方向外側（ハウジング４側）にブリッジ１６に隣接して配置されている。
【００２１】
スロット部１３は、コア筒状部１１の内周面によって画成される湾曲面状の底面１８と、ティース部１２の側面によって画成される平面状の側面１９と、底面１８と側面１９との境界部分である底角部２０とによって構成されている。ステータ３の周方向に沿った底面１８の中間部分は、スロット部１３の底最深部２１となっている。ステータ３の軸方向に垂直な方向の断面形状における底角部２０の曲率半径は、図３に示されるように、スロット部１３の側面１９側からスロット部１３の底面１８側に向かって徐々に大きくなっている。
【００２２】
スロット部１３は、曲率半径が一定である仮想面２２によって画成される第１領域Ａと、仮想面２２とスロット部１３の底面１８、側面１９及び底角部２０との間に位置し、底角部２０の曲率半径がスロット部１３の側面１９側からスロット部１３の底面１８側に向かって徐々に大きくなる第２領域Ｂとを有している。
【００２３】
ところで、ステータコア７をハウジング４に焼き嵌める際には、ステータコア７にハウジング４の圧縮応力（焼き嵌め応力）が発生する。その際、回転電機１の構造上、スロット部１３の底角部２０に応力が集中しやすくなる。
【００２４】
以下、シミュレーションによってモータの焼き嵌め構造を解析した内容について説明する。ここでは、ステータコアにかかる焼き嵌め応力の制限値は、１５０ＭＰａ以下と定められている。
【００２５】
スロット部の底角部に曲率半径Ｒを持たせない（Ｒ＝０）場合には、スロット部の底角部に応力の集中が確認されており、その時の応力最大値は３６３ＭＰａである。スロット部の底角部に３ｍｍの曲率半径Ｒ（一定値）を持たせた場合には、スロット部にかかる応力が大幅に低減され、応力最大値は１８６ＭＰａとなる。スロット部の底角部に５ｍｍの曲率半径Ｒ（一定値）を持たせた場合には、スロット部にかかる応力が更に低減され、応力最大値は１６８ＭＰａとなる。スロット部の底角部に７ｍｍの曲率半径Ｒ（一定値）を持たせた場合には、応力最大値は１６７ＭＰａであり、応力の緩和が飽和している。
【００２６】
スロット部の底角部に１０ｍｍの曲率半径Ｒ（一定値）を持たせた場合には、応力最大値は１８３ＭＰａとなり、応力が逆に大きくなってしまう。この原因としては、スロット部の底角部の曲率半径Ｒを極端に大きくしたことで、スロット部の底最深部が丸くなった（スロット部の底最深部の曲率半径が小さくなった）ために、応力が集中する箇所がスロット部の底最深部に移っていったことによると考えられる。
【００２７】
以上のことから、スロット部の底角部の曲率半径Ｒを際限なく大きくしていったとしても、応力最大値が制限値以下になることはないことが分かった。その理由としては、スロット部の底角部の曲率半径Ｒを一定値とした場合は、スロット部にかかる応力分布が均一化されないためであると考えられる。
【００２８】
そこで、スロット部にかかる応力分布を見ながら、応力が集中する箇所ほど曲率半径Ｒが大きくなるように、スロット部の側面側からスロット部の底面側に向けてスロット部の底角部の曲率半径Ｒを連続的に大きくしていくことにより、スロット部にかかる応力分布が均一化され、応力最大値が１４９ＭＰａと制限値以下に収まる。
【００２９】
以上のように本実施形態にあっては、ステータコア７におけるスロット部１３の底角部２０の曲率半径は、スロット部１３の側面１９側からスロット部１３の底面１８側に向かって徐々に大きくなっている。このため、スロット部１３の底部に加わる応力が均一化される。これにより、スロット部１３の底部に加わる応力の集中が緩和される。その結果、ステータコア７の破壊を防ぐことが可能となる。
【００３０】
また、本実施形態では、曲率半径が一定である仮想面２２によって画成される第１領域Ａと、仮想面２２とスロット部１３の底面１８、側面１９及び底角部２０との間に位置し、底角部２０の曲率半径がスロット部１３の側面１９側からスロット部１３の底面１８側に向かって徐々に大きくなる第２領域Ｂとを有している。このため、スロット部の底角部の曲率半径が一定である場合に比べて、第２領域Ｂの分だけスロット部１３のスペースが大きくなる。従って、ステータ３に対するスロット部１３の占積率が高くなる。その結果、コイル８の巻数及び断面積の少なくとも一方を増加させることができる。コイル８の巻数を増加させることにより、高出力の回転電機１を得ることができる。また、コイル８の巻数を増加させることにより、コイル８に流れる電流値が低減されるため、コイル８の銅損を低減することができる。さらに、コイルの断面積を増加させることにより、コイル８の電気抵抗が低減されるため、コイル８の銅損を低減することができる。このようにコイル８の銅損が低減されることにより、回転電機１の出力効率を向上させることができる。
【００３１】
また、本実施形態のように、ティース部１２が内側凹部１４と外側凹部１５とを仕切るブリッジ１６を有する構造では、スロット部１３の底角部２０だけでなくブリッジ１６にも応力が加わりやすい。しかし、ブリッジ１６に加わる応力は、ティース部１２に設けられた応力吸収溝１７によって吸収される。このため、スロット部１３の底角部２０に応力が一層集中しやすくなる。そこで、上述したように、ステータコア７におけるスロット部１３の底角部２０の曲率半径をスロット部１３の側面１９側からスロット部１３の底面１８側に向かって徐々に大きくすることがより効果的となる。
【００３２】
なお、本発明は、上記実施形態には限定されない。例えば上記実施形態では、シミュレーションによるモータの焼き嵌め構造の解析結果を用いて、スロット部１３の底角部２０の曲率半径をスロット部１３の側面１９側からスロット部１３の底面１８側に向かって徐々に大きくなるように設定したが、特にその形態には限られず、例えば指数関数等の計算式によって、スロット部１３の底角部２０の曲率半径をスロット部１３の側面１９側からスロット部１３の底面１８側に向かって徐々に大きくなるように設定してもよい。
【００３３】
また、上記実施形態では、ティース部１２が内側凹部１４と外側凹部１５とを仕切るブリッジ１６を有していると共に、ブリッジ１６に加わる応力を吸収するための応力吸収溝１７がティース部１２に設けられているが、本発明は、そのようなブリッジ１６があっても応力吸収溝１７が無い回転電機、あるいはブリッジ１６自体が無い回転電機等にも適用可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１…回転電機、２…ロータ、３…ステータ、４…ハウジング、７…ステータコア、８…コイル、９，１０…永久磁石、１１…コア筒状部、１２…ティース部、１３…スロット部、１４…内側凹部、１５…外側凹部、１６…ブリッジ、１７…応力吸収溝、１８…底面、１９…側面、２０…底角部、２２…仮想面、Ａ…第１領域、Ｂ…第２領域。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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