(57)【要約】【課題】  回転電機の出力低下を抑制可能なステータコアを提供する。【解決手段】  ステータコア４０のティース４２は、周方向へ積層された第１板部５１〜５５、第２板部６１〜６５から構成され、ヨーク４１は、隣り合う２つのティース４２のうち一方に含まれる第１板部５１〜５５と他方に含まれる第２板部６１〜６５とを接続する接続部７１〜７５から構成されている。そのため、磁束がティース４２を径方向へ流れるときの磁気抵抗と比べて、磁束がティース４２を周方向へ流れるときの磁気抵抗が大きくなり、ロータ１５からティース４２に入る磁束が周方向へ短絡しにくくなる。また、ロータ１５からティース４２の第１板部５１に入る磁束は、その第１板部５１と同一部材である接続部７１と第２板部６１とを順に通ってロータ１５に入る。そのため、ティース４２とヨーク４１との接続箇所の磁気抵抗が可及的に小さくなる。【選択図】図５
2015033254.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状のヨーク（４１）、および、前記ヨークから放射状に延びている複数のティース（４２、８１）を有し、各前記ティースにコイル（１４）を巻回可能な回転電機（１０）用のステータコア（４０、８０）であって、
前記ティースは、前記ヨークの軸心（ＡＸ）まわりの周方向へ積層されている複数の板部（５１、５２、５３、５４、５５、６１、６２、６３、６４、６５、８２、８３）から構成され、
前記ヨークは、周方向で隣り合う２つの前記ティースのうち一方に含まれる前記板部と他方に含まれる前記板部とを接続し、当該両板部と同一の部材から構成されている接続部（７１、７２、７３、７４、７５）を有することを特徴とするステータコア。
【請求項２】
前記接続部、および、当該接続部に接続されている２つの前記板部は、板材を曲げて形成されたコアエレメント（４５、４６、４７、４８、４９、８６）を構成していることを特徴とする請求項１に記載のステータコア。
【請求項３】
前記コアエレメントは、周方向に並ぶように複数設けられており、
前記コアエレメントが有する２つの前記板部のうち、周方向の一方に位置する方を第１板部（５１、５２、５３、５４、５５、８２）とし、周方向の他方に位置する方を第２板部（６１、６２、６３、６４、６５、８３）とすると、前記ティースは、周方向の一方側が前記第２板部から構成され、周方向の他方側が前記第１板部から構成されていることを特徴とする請求項２に記載のステータコア。
【請求項４】
前記コアエレメントは、複数の前記接続部が径方向に積層されるように、複数設けられており、
前記ティースは、周方向の一方側が複数の前記第２板部から構成され、周方向の他方側が複数の前記第１板部から構成されていることを特徴とする請求項３に記載のステータコア。
【請求項５】
前記回転電機はアウターロータ型であり、
前記コアエレメントの前記第１板部に沿う仮想的な直線を第１仮想直線（Ｌ１）とし、前記第２板部に沿う仮想的な直線を第２仮想直線（Ｌ２）とすると、前記第１仮想直線と前記第２仮想直線との交点（Ｐ）は、前記接続部に対し前記軸心側に位置することを特徴とする請求項３または４に記載のステータコア。
【請求項６】
前記板部は、径方向へ延びている巻き部（７６）、および、当該巻き部の先端から前記ヨークの軸方向へ突き出している第１鍔部（７７）を有し、
前記巻き部の軸方向幅（Ｗ１）は、前記第１鍔部の軸方向幅（Ｗ２）よりも小さいことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のステータコア。
【請求項７】
前記ティースの先端面（７８、８７）は、軸方向から見たとき円弧状であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のステータコア。
【請求項８】
前記先端面は、前記ヨークの軸心と同心の仮想的な円筒面である仮想円筒面（７９）に沿う形状であることを特徴とする請求項７に記載のステータコア。
【請求項９】
前記ティースを構成する複数の前記板部のうち周方向の端に位置するものを特定板部（８２、８３）とすると、当該特定板部は、前記ティースの先端部分で周方向へ突き出している第２鍔部（８４、８５）を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のステータコア。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機用のステータコアの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機用のステータコアは、環状のヨークと、ヨークから放射状に延びている複数のティースとを有しており、各ティースにはボビンなどでコイルが巻線されている。
例えば特許文献１では、ティースは、ヨークとは別体の積層体から構成されている。この積層体は、ヨークの軸心まわりの周方向へ積層された複数の板状の磁性体片から形成されている。ティースを積層体から構成することによって、渦電流の発生を抑えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２３１５８７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、ロータが有する磁極のうち、径方向内側がＮ極の磁極を第１磁極とし、径方向内側がＳ極の磁極を第２磁極とすると、回転電機のステータコアおよびロータは、ロータの第１磁極から出た磁束がステータコアのティースに入りコイルの有効磁束となって、ヨークと隣のティースとを順に通ってロータの第２磁極に入るための磁気回路を構成している。
これに対し、第１磁極からステータコアのティースに入ったあとコイルの有効磁束とならずに、ティース先端部で第２磁極に入る磁束がある。これは磁束の短絡といわれる現象である。この磁束短絡量が増えると、コイルを流れる有効磁束が減少し、回転電機の出力が低下するという問題がある。
【０００５】
したがって、発明者らは、磁束の短絡方向、すなわちヨークの軸心まわりの周方向へ板材を積層させてティースを形成すれば、短絡方向の磁気抵抗が増え、磁束の短絡を抑制することができるのではないかと考えた。このことは特許文献１により実現されている。
しかし、特許文献１では、ステータコアを構成するヨークとティースとが別体である。そのため、磁気回路は、ヨークとティースとの接続箇所で分断され微少なエアギャップが存在する。この分断による磁気抵抗の増加は、コイルの有効磁束を減少させ回転電機の出力低下を招く。
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、回転電機の出力低下を抑制可能なステータコアを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による回転電機用のステータコアでは、ティースは、ヨークの軸心まわりの周方向へ積層されている複数の板部から構成され、ヨークは、周方向で隣り合う２つのティースのうち一方に含まれる板部と他方に含まれる板部とを接続しておりまた、２つのティースをつなぐ同一の部材から構成されている接続部を有している。
【０００７】
このように構成されたステータコアでは、周方向にコアを積層してあるため、磁束がティースの径方向へ流れるときの磁気抵抗と比べて、磁束がティースの周方向へ流れるときの磁気抵抗を大きくすることができる。そのため、ロータの第１磁極からステータコアのティースに入る磁束が周方向へ流れにくくなり、磁束の短絡度を少なくすることができる。したがって、コイル部の有効磁束を増やすことができ、磁気短絡による出力の低下を抑制することができる。
【０００８】
また、上述の構成のステータコアでは、ロータの第１磁極からステータコアのティースの板部に入る磁束は、その板部と接続部と板部とを順に通ってロータの第２磁極に入る。ティースとヨークとの接続部は同一部材で一体的に構成してあり、従来例のような磁気抵抗の増加はなく、回転電機の出力低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態によるステータコアが適用された発電機の正面図である。
【図２】図１の発電機の縦断面図である。
【図３】図１のステータコアＡｓｓｙの正面図である。
【図４】図３のステータコアの正面図である。
【図５】図４の矢印Ｖ部分の拡大図である。
【図６】図４のコアエレメントの斜視図である。
【図７】図６のコアエレメントを複数積層させてコアエレメントＡｓｓｙとする様子を示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態によるステータコアの正面図である。
【図９】図８の矢印ＩＸ部分の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づき説明する。実施形態同士で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態によるステータコアは、「回転電機」としての磁石式発電機に適用されている。磁石式発電機１０は、二輪車に搭載され、バッテリの充電、および、点火コイルやランプ、その他電気負荷への電力供給などのために利用される。
【００１１】
まず、発電機について図１、図２を参照して説明する。図１、図２に示すように、磁石式発電機１０は、アウターロータ型の磁石式交流発電機であり、固定子であるステータ１１、回転子であるロータ１５およびクランク位置センサ２６を備えている。ステータ１１は、取付ボルト２７によってエンジンカバー５に取り付けられており、ステータコアＡｓｓｙ１２、ボビン１３およびコイル１４から構成されている。
【００１２】
本実施形態では、１２個のコイル１４がステータ１１の軸心まわりの周方向へ並ぶように配置されている。以下の説明において、「周方向」とは、ステータ１１の軸心まわりの周方向のことである。コイル１４への配線は、ケーブル２８を経由してコネクタ２９に電気的に接続されている。コネクタ２９には、クランク位置センサ２６からの信号線も接続されている。
【００１３】
ロータ１５は、ロータボディ１６、及び、エンジンのクランクシャフト６に取り付けるためのテーパ部２４を含むロータベース２３から構成されている。ロータボディ１６は、筒部１７及び底部１８からなるカップ状であり鉄などで構成される。筒部１７は、ステータ１１に対し径方向外側に配置されている。筒部１７の内壁には、径方向内側の極性がＮ極の第１磁石１９と、径方向内側の極性がＳ極の第２磁石２１とが周方向に交互に取り付けられている。また、筒部１７の外壁には、エンジンのクランク位置を検出するためのクランク位置検出部２２が設けられており、クランク位置センサ２６が位置検出部２２を検出することによって、ロータ１５の回転状態を検出可能である。
【００１４】
ロータベース２３は、ロータボディ１６の底部１８に締結され、中央部に取付孔２４およびキー溝２５が形成されている。この取付孔２４およびキー溝２５にエンジンのクランクシャフト６が直結されることによって、ロータ１５はクランクシャフト６と一体に回転する。
ロータ１５が回転すると、コイル１４の周囲の磁極が連続的に変化し、この磁極の変化によってコイル１４に誘導起電力が発生する。この誘導起電力は、コイル１４の配線や磁極配置によって単相として出力される。
【００１５】
次に、ステータコアＡｓｓｙ１２について図３から図７を参照して詳細な構成を説明する。図３に示すように、ステータコアＡｓｓｙ１２は、取付部３０およびステータコア４０を有している。
取付部３０は、ステータコア４０の内壁に例えば圧入によって固定されている環状部材であり、取付ボルト２７（図１参照）が挿通可能な複数の取付孔３１、および、配線のための端子を通す端子孔３２を有している。
【００１６】
ステータコア４０は、環状のヨーク４１と、ヨーク４１から放射状に延びている複数のティース４２とを有している。本実施形態では、ティース４２の数は１２個である。各ティース４２には、コイル１４が巻回されている。本実施形態では、コイル１４は、ティース４２に設けられているボビン１３に集中巻きにて巻回されている。
【００１７】
ステータコア４０は、コアエレメントＡｓｓｙ４４が周方向へ複数並べられることによって形成されている。本実施形態では、コアエレメントＡｓｓｙ４４は、ティース４２の数と同じ１２個設けられている。ロータの磁極が１２極の場合には単相発電機とすることができる。図５に示すように、コアエレメントＡｓｓｙ４４は、Ｕ字形のコアエレメント４５〜４９の積層体から構成されている。
【００１８】
図６に示すように、コアエレメント４５は、板材をＵ字形に曲げて形成されており、第１板部５１、第２板部６１および接続部７１を有している。第１板部５１は、径方向へ延びている巻き部７６、および、巻き部７６の先端から軸方向へ突き出している鍔部７７を有している。鍔部７７は、特許請求の範囲に記載の「第１鍔部」に相当する。より多くの磁束をコイル巻線部へ導くために、巻き部７６の軸方向幅Ｗ１よりも鍔部７７の軸方向幅Ｗ２の方を大きくしてある。また、コアエレメント４５〜４９についても同様に第１板部５２〜５５、第２板部６２〜６５、および接続部７２〜７５を有している。
【００１９】
コアエレメントＡｓｓｙ４４は、図５に示すように、コアエレメント４５〜４９の接続部７１〜７５が径方向へ積層されるように、かつ、コアエレメント４５〜４９の第１板部５１〜５５および第２板部６１〜６５が周方向へ積層されるように、図７に示すように組み合わされている。
【００２０】
図５に示すように、コアエレメント４５〜４９の接続部７１〜７５は、径方向外側に位置するものほど周方向長さが短く形成され積層できるようにしている。また、コアエレメント４５〜４９の第１板部５１〜５５および第２板部６１〜６５は、コアエレメントＡｓｓｙ４４において周方向の内側に位置するものほど径方向長さが短く形成されて積層できるようにしている。
【００２１】
このようにして構成されたステータコア４０では、ティース４２は、周方向へ積層された第１板部５１〜５５および第２板部６１〜６５から構成されている。本実施形態では、ティース４２は、周方向の一方側が第２板部６１〜６５から構成され、周方向の他方側が第１板部５１〜５５から構成されている。
【００２２】
また、ヨーク４１は、周方向で隣り合う２つのティース４２のうち一方に含まれる第１板部５１〜５５と他方に含まれる第２板部６１〜６５とを接続している接続部７１〜７５から構成されている。第１板部５１〜５５、第２板部６１〜６５、および接続部７１〜７５は、同一の部材でかつ、一体的に構成されている。
【００２３】
また、コアエレメント４５の第１板部５１に沿う仮想的な直線を第１仮想直線Ｌ１とし、第２板部６１に沿う仮想的な直線を第２仮想直線Ｌ２とすると、第１仮想直線Ｌ１と第２仮想直線Ｌ２との交点Ｐは、接続部７１に対し軸心ＡＸ側に位置している。本実施形態では、交点Ｐは軸心ＡＸと一致している。これによって、各ティース４２は、径方向外側に向かうほど周方向間隔が大きくなっている。
【００２４】
図５に示すように、ステータコア４０を軸方向から見たとき、ティース４２の先端面７８は、軸心ＡＸと同心の仮想的な円筒面である仮想円筒面７９にほぼ沿う円弧状になるように各コアエレメントの長さを設定している。本実施形態では、第１板部５１〜５５および第２板部６１〜６５の端面は、第１板部５１〜５５の第２板部６１〜６５の延伸方向にほぼ垂直な平面であり、第１板部５１〜５５および第２板部６１〜６５の径方向長さが適宜調節されることによって、ティース４２の先端面７８を円弧状に形成している。
【００２５】
（効果）
第１実施形態の磁石式発電機１０の効果について説明する。
（１）ステータコア４０のティース４２は、軸心ＡＸまわりの周方向へ積層されている第１板部５１〜５５および第２板部６１〜６５から構成され、ヨーク４１は、周方向で隣り合う２つのティース４２のうち一方に含まれる第１板部５１〜５５と他方に含まれる第２板部６１〜６５とを接続している接続部７１〜７５から構成されているので、磁束がティース４２を径方向へ流れるときの磁気抵抗と比べて、磁束がティース４２を周方向へ流れるときの磁気抵抗を大きくすることができる。そのため、ロータ１５からステータコア４０のティース４２に入る磁束が周方向へ流れにくくなり、磁束が短絡しにくくなる。したがって、コイルに流れる有効磁束が減少するのを抑制し磁石式発電機１０の出力低下を抑制することが可能である。更に、ロータ１５の第１磁極と第２磁極をそれぞれの磁石で構成したので、磁石間の微少な隙間をティース部の板厚以上に設定してあるため周方向での磁気短絡が少なくでき、磁石式発電機１０の出力低下を抑制することができる。
【００２６】
また、ロータ１５からステータコア４０のティース４２の第１板部５１に入る磁束は、その第１板部５１と同一部材でかつ一体的である接続部７１と第２板部６１とを順に通ってロータ１５に入る。その他の板部においても同様である。そのため、ティース４２とヨーク４１との接続箇所の磁気抵抗増加を抑えることができ、磁石式発電機１０の出力低下を抑制可能である。
【００２７】
（２）コアエレメント４５〜４９は、比較的小型の板材をＵ字形に曲げて形成されている。そのため、コアエレメント４５〜４９を製造するとき小型のプレス機を使用することが出来るので設備費を最小限に抑えることができる。また、プレス加工によって比較的安価にかつ大量にコアエレメント４５〜４９を製造可能である。
【００２８】
（３）ティース４２は、周方向の一方側が第２板部６１〜６５から構成され、周方向の他方側が第１板部５１〜５５から構成されている。そのため、ロータ１５からティース４２に入った磁束を周方向の一方側に隣接するティース４２に流す磁気回路と、ロータ１５からティース４２に入った磁束を周方向の他方側に隣接するティース４２に流す磁気回路と、を形成することができる。
【００２９】
（４）ヨーク４１は、径方向に積層されたコアエレメント４５〜４９の接続部７１〜７５から構成されている。これにより、第１板部５１〜５５および第２板部６１〜６５を周方向へ積層させてティース４２を構成することができる。
【００３０】
（５）第１仮想直線Ｌ１と第２仮想直線Ｌ２との交点Ｐは、接続部７１に対し軸心ＡＸ側に位置している。これによって、Ｕ字形状に曲げる時の角度を大きくすることが出来る為、曲げ加工が容易となる。また、隣接するティース４２の周方向間隔を、径方向外側に向かうほど大きくすることができる。そのため、コイル１４をティース４２に巻回し易くなる。
【００３１】
（６）第１板部５１〜５５の巻き部７６の軸方向幅Ｗ１は、鍔部７７の軸方向幅Ｗ２よりも小さい。そのため、ロータ１５の磁極と対向するティース４２の先端面７８の面積を大きくしつつも、巻き部７６にボビン１３を介して巻回されるコイル１４の外径を小さくすることができる。そのため、ステータコア４０が軸方向へコンパクトになるとともに、周方向の磁気短絡を抑制しつつ、鍔部が長くなった分でより多くの磁束を導入することができ磁石式発電機１０の出力を高めることができる。
【００３２】
（７）ティース４２の先端面７８は、軸心ＡＸと同心の仮想的な円筒面である仮想円筒面７９に沿う円弧状である。そのため、ロータ１５とステータコア４０との間の隙間を周方向で均一にすることができ磁石式発電機１０の出力を最大化できるとともに、ロータ１５とステータ１１の接触不具合を防止することができる。
【００３３】
（第２実施形態）
第２実施形態によるステータコアについて図８、図９を参照して説明する。第２実施形態では、ステータコア８０のティース８１を構成する複数の板部のうち周方向の端に位置する第１板部８２および第２板部８３は、ティース８１の先端部分で周方向へ突き出している鍔部８４、８５を有している。鍔部８４、８５は、板材からコアエレメント８６を作るとき成形される。第１板部８２および第２板部８３は、特許請求の範囲に記載の「特定板部」に相当し、鍔部８４、８５は、特許請求の範囲に記載の「第２鍔部」に相当する。
【００３４】
ステータコア８０は、コアエレメント４５〜４９、８６の積層体から構成されているコアエレメントＡｓｓｙ８８が周方向へ複数並べられることによって形成されている。
第２実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができ、さらに、ロータの磁極と対向するティース８１の先端面８７の面積を増やすことができる。これにより、ロータとステータコア８０との間の磁気抵抗が小さくなり、発電の損失を減らすことができる。
【００３５】
（他の実施形態）
本発明の他の実施形態では、コアエレメントは、接続部が径方向に積層されなくてもよい。つまり、ティースは、周方向の一方側が１つの第２板部から構成され、周方向の他方側が１つの第１板部から構成されてもよい。要するに、ティースは、２つ以上の板部が周方向で積層されていればよい。
本発明の他の実施形態では、コアエレメントの板部は、鍔部を有していなくてもよい。つまり、板部は、基端から先端まで幅が一定であってもよい。
本発明の他の実施形態では、ディースの先端面は、例えば機械加工等により滑らかな曲面に成形されてもよい。これにより、ロータとティースとの隙間をより均一にすることができる。
本発明の他の実施形態では、ティースの先端面は、平面であってもよい。
【００３６】
本発明の他の実施形態では、ティースの数は、１１個以下または１３個以上であってもよい。
本発明の他の実施形態では、コイルは、集中巻き以外の例えば分布巻きによって巻回されてもよい。
本発明の他の実施形態では、ステータコアは、アウターロータに対応するものに限らず、インナーロータに対応するものであってもよい。つまり、ステータロータのティースは、環状のヨークから径方向内側に延びているものであってもよい。
本発明の他の実施形態では、ロータの第１磁極および第２磁極は、同一の磁石にそれぞれの極性を着磁して構成してもよい。
本発明の他の実施形態では、ステータコアは、二輪車用の交流発電機に限らず、各種用途の発電機、あるいはブラシレスモータ等の電動機に適用されてもよい。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１０・・・発電機（回転電機）
１４・・・コイル
４０、８０・・・ステータコア
４１・・・ヨーク
４２、８１・・・ティース
５１、５２、５３、５４、５５、８２・・・第１板部（板部）
６１、６２、６３、６４、６５、８３・・・第１板部（板部）
７１、７２、７３、７４、７５・・・接続部
ＡＸ・・・軸心
【図１】
2015033254.tif 000003
【図２】
2015033254.tif 000004
【図３】
2015033254.tif 000005
【図４】
2015033254.tif 000006
【図５】
2015033254.tif 000007
【図６】
2015033254.tif 000008
【図７】
2015033254.tif 000009
【図８】
2015033254.tif 000010
【図９】
2015033254.tif 000011