(57)【要約】【課題】製造コストを安価に抑えつつ、ステータ及びロータの渦電流損失を低減して高効率化を実現可能な回転電機用コアの積層構造を提供する。【解決手段】回転軸２３と共に回転するロータ２と、コイル３２が巻装されるステータ３と、を有する回転電機１であって、ロータ２、或いはステータ３が、少なくとも一方の面に通電を防止する絶縁層を有する電磁鋼板を打ち抜いて、該打ち抜かれた電磁鋼板を複数積層したコアにより構成されている回転電機用コアの積層構造において、打ち抜かれた電磁鋼板の周縁部２１ｂ，３１ｃの板厚を、電磁鋼板の板厚ｔ１と、打ち抜き時に発生するバリ２１ｅ，３１ｅのバリ高さｔ３１，ｔ３２との差よりも小さくした。【選択図】　　　　図１
2004140966.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と共に回転するロータと、
コイルが巻装されるステータと、を有する回転電機であって、
前記ロータ、或いはステータが、少なくとも一方の面に通電を防止する絶縁層を有する電磁鋼板を打ち抜いて、該打ち抜かれた電磁鋼板を複数積層したコアにより構成されている回転電機用コアの積層構造において、
前記打ち抜かれた電磁鋼板の周縁部の板厚を、前記電磁鋼板の板厚と、打ち抜き時に発生するバリのバリ高さとの差よりも小さくした
ことを特徴とする回転電機用コアの積層構造。
【請求項２】
前記コアは、回転電機用ロータコアであって、
前記打ち抜き周縁部のうち、少なくともロータ外周部の板厚を、前記電磁鋼板の板厚と、打ち抜き時に発生するバリのバリ高さとの差よりも小さくした
ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機用コアの積層構造。
【請求項３】
前記コアは、回転電機用ステータコアであって、
前記打ち抜き周縁部のうち、少なくともティース先端部の板厚を、前記電磁鋼板の板厚と、打ち抜き時に発生するバリのバリ高さとの差よりも小さくした
ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機用コアの積層構造。
【請求項４】
前記電磁鋼板のバリ面及びダレ面の方向を同一方向に揃えて積層した
ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機用コアの積層構造。
【請求項５】
前記電磁鋼板のバリ面同士及びダレ面同士を互いに向かい合わせて積層した
ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機用コアの積層構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車などに適した回転電機（モータ、ジェネレータ又はモータ兼ジェネレータ等）に好適な回転電機用コアの積層構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
回転電機の開発においては、その高効率化が省エネルギの観点からも非常に重要な課題である。特に、電気自動車やハイブリッド自動車、燃料電池自動車のように回転電機で走行する車両においては、高効率であることは燃費の改善や走行距離の長距離化を図ることができるといった利点のほかにも、車戴するシステムの冷却系の簡素化も図ることができるのでコスト面での効果も極めて大きい。そのため、従来より、高効率化に優れた、永久磁石をロータ内部に埋設した所謂永久磁石埋め込み同期モータ等が多く使用されるようになってきている。
【０００３】
回転電機の効率を改善するためには、損失を低減する必要がある。回転電機の損失のうち大きな割合を占めるのがステータ及びロータの鉄損である。そこで、この鉄損の大部分を占める渦電流損失を低減するために、両面に絶縁処理が施された薄板状の電磁鋼板からコア材を打ち抜き、そのコア材を複数枚積み重ねてステータコア及びロータコアを作製することが一般的に行われている。
【０００４】
この絶縁処理は薄板状の電磁鋼板からコア材を切り出す前に施されているので、コア材の切断面には絶縁層がなく電磁鋼板が剥き出しになっている場合が多い。この状態でコア材を積み重ねても、隣接するコア材の積層面に絶縁層が形成されていれば絶縁を図ることができ、積層面に垂直な切断面に絶縁層がなくても、通常、それだけでは絶縁不良の原因にならないと考えられる。
【０００５】
しかし、コア材の切り出しを打ち抜き加工で行った場合には、切断面（破断面）付近に微小な変形（バリ）が生じ、このバリが隣接するコア材の破断面やバリに接触して絶縁不良を引き起こす可能性がある。
【０００６】
このような状態が、ステータのティース先端面やロータの外周面といった磁束変化の激しい部位に生じると、モータの回転速度が上昇するにつれて、その部位での渦電流による損失が局部的に増大してしまうことになる。
【０００７】
このようなバリによる絶縁不良を防止するために、従来は、略同一形状で僅かに大きさの異なる２種類のコア材を鋼板から打ち抜き、それらを交互に積層して端部の位置をずらすことで、バリ等の影響による積層方向への導通を防止している（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−３４１９１３号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来技術においては、大きさが異なる２種類の部材を打ち抜くために２種類の打ち抜き型を用意しなければならない。また僅かに形状が異なるだけの２種類の部材が混合しないように部品管理を行わなければならない。さらに、それら２種類の部材を交互に並べるという煩雑な作業が必要である。これらのことから製造コストがかかってしまっていた。また、ティース先端面やロータ外周面では、平均的なティース内径及びロータ外径を考えると、エアギャップが広がってしまい、出力／トルクも減少してしまう、という問題があった。
【００１０】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、製造コストを安価に抑えつつ、ステータ及びロータの渦電流損失を低減して高効率化を実現可能な回転電機用コアの積層構造を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
【００１２】
本発明は、回転軸（２３）と共に回転するロータ（２）と、コイル（３２）が巻装されるステータ（３）と、を有する回転電機（１）であって、前記ロータ（２）、或いはステータ（３）が、少なくとも一方の面に通電を防止する絶縁層を有する電磁鋼板を打ち抜いて、該打ち抜かれた電磁鋼板を複数積層したコアにより構成されている回転電機用コアの積層構造において、前記打ち抜かれた電磁鋼板の周縁部（２１ｂ，３１ｃ）の板厚を、前記電磁鋼板の板厚（ｔ１）と、打ち抜き時に発生するバリ（２１ｅ，３１ｅ）のバリ高さ（ｔ３１，ｔ３２）との差よりも小さくしたことを特徴とする。
【００１３】
【作用・効果】
本発明によれば、隣接する電磁鋼板の積層方向の導通を発生させることなく絶縁不良を確実に防止することができ、渦電流損失を効果的に抑制可能であり、回転電機の高効率化を図ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面等を参照して、本発明の実施の形態について、さらに詳しく説明する。
（回転電機用ロータコアの第１実施形態）
図１は、本発明の回転電機用ロータコアの第１実施形態を示す図であり、回転軸方向から見た図である。
【００１５】
本実施形態では、ロータ用のコア材を積層して、回転電機用ロータコアを作製する場合を例に挙げて説明する。
【００１６】
図１において符号２は永久磁石埋め込みモータのロータである。ロータ２は、回転軸となるシャフト２３と、そのシャフト２３に固定されたロータコア２１とを備え、ロータコア２１の外周付近に形成された孔部２１ｄに永久磁石２２が配置されている。
【００１７】
ロータコア２１は、ロータ用コア材２１ａを多数枚積層して形成してある（図２参照）。このロータ用コア材２１ａは、通電を防止する絶縁性材料が、あらかじめ表面にコーティングされた板厚ｔ１の薄板状電磁鋼板を打ち抜いて製造したものである。このロータ用コア材２１ａの打ち抜き端面は、ロータ外周部２１ｂ及びロータ内周部２１ｃである。
【００１８】
シャフト２３は、ベアリング等（不図示）を介してモータケース（不図示）に回転自在に支持されている。
【００１９】
図２はロータコアの断面図であり、図１のＩＩ−ＩＩ断面を示す。
【００２０】
ロータコア２１は、ロータ用コア材２１ａが多数枚積層されて形成されている。図２では、ロータコア２１は、８枚のロータ用コア材２１ａ−１〜２１ａ−８を積層した場合を例示している。
【００２１】
ロータコア２１を構成するロータ用コア材２１ａの打ち抜き端面は、図１に示したようにロータ外周部２１ｂ及びロータ内周部２１ｃであるが、本実施形態では、ロータ用コア材２１ａの打ち抜き端面のうち、少なくともロータ外周部２１ｂの板厚ｔ２１を、電磁鋼板の板厚ｔ１と、打ち抜き時に発生するバリ２１ｅのバリ高さｔ３１との差よりも小さく、すなわち、ｔ２１＜ｔ１−ｔ３１となるようにしている。なお、バリ高さとは、図２に示す通り、バリが発生する側の面からバリの頂点までの高さである。
【００２２】
このように、少なくともロータ外周部２１ｂについて、板厚ｔ２１を制限する理由は以下である。すなわち、モータ回転中の磁束の向きを考慮すると、ロータ内周部２１ｃは、通過する磁束が殆ど無いので渦電流の発生箇所にならない。これに対して、ロータ外周部２１ｂは、ステータからエアギャップを介してロータ内部へと（またはその逆の方向に）通る磁束が多く通過する部位であり、そのため渦電流が極めて多く発生する。そこで本実施形態のようにロータ外周部２１ｂについて板厚ｔ２１を制限することで、損失の低減を効率的に図ることができるのである。
【００２３】
ロータ用コア材２１ａのロータ外周部２１ｂは予め打ち抜き加工された部分であり、打ち抜き時の条件によってはバリ２１ｅが生じることがある。このバリ２１ｅがあるようなロータ用コア材２１ａをそのまま積層すると、このバリ２１ｅが、隣接するロータ用コア材の破断面やバリに接触して絶縁不良を引き起こしてしまう可能性がある
しかし、本実施形態では、ロータ用コア材２１ａのロータ外周部２１ｂの板厚ｔ２１を、電磁鋼板の板厚ｔ１と、打ち抜き時に発生するバリ２１ｅのバリ高さｔ３１との差よりも小さくしているので、例えば、図２のように、ロータ用コア材２１ａ−１〜２１ａ−８の向きを特に考慮することなく積層したロータコア２１であっても、ロータ用コア材２１ａ−１〜ロータ用コア材２１ａ−２、ロータ用コア材２１ａ−３〜ロータ用コア材２１ａ−４、ロータ用コア材２１ａ−４〜ロータ用コア材２１ａ−５、ロータ用コア材２１ａ−５〜ロータ用コア材２１ａ−６、ロータ用コア材２１ａ−７〜ロータ用コア材２１ａ−８において、確実に絶縁を図ることができるのである。
【００２４】
なお、バリ２１ｅのバリ高さｔ３１は、打ち抜き型の磨耗、打ち抜き速度等の打ち抜き条件によって変化する。また、打ち抜き型の磨耗量はショット数の影響が大きい。したがって、あらかじめ、ある打ち抜き速度における打ち抜き型とショット数との傾向等を調べておき、バリ高さｔ３１がｔ１−ｔ２１よりも大きくなりそうなショット数になったら（安全率を見込んでおくとよい）、打ち抜き型のメンテナンスを行って、発生するバリの高さが小さくなるようにするとよい。
【００２５】
また、ここでは、ロータ用コア材２１ａのロータ外周部２１ｂ付近の厚さを薄くするということに主眼を置いて説明したが、この加工は、鋼板打ち抜き前や、鋼板打ち抜き後に行ってもよいが、特に、鋼板打ち抜き時に同時にプレス成形すれば、極めて効率的に行うことが可能である。
【００２６】
本実施形態によれば、少なくとも渦電流低減効果の大きいロータ外周部２１ｂの板厚ｔ２１を、電磁鋼板の板厚ｔ１と、打ち抜き時に発生するバリのバリ高さｔ３１との差よりも小さくすることとしたので、隣接するロータ用コア材間の積層方向の導通を発生させることなく絶縁不良を確実に防止することができ、渦電流損失を効果的に抑制可能である。
【００２７】
また、積層するロータ用コア材は同一のものであるので、上記したような従来の課題、すなわち、複数の打ち抜き型が必要であり、また打ち抜いたコア材の管理が煩雑であり、製造時の重ね合わせ作業が複雑であるなどの問題がなく、製造コストを安価に抑えることができるのである。
【００２８】
（回転電機用ロータコアの第２実施形態）
図３は、本発明の回転電機用ロータコアの第２実施形態を示す断面図であり、第１実施形態における図２に相当する図である。
【００２９】
なお、以下に示す各実施形態では、前述する実施形態と同様の機能を果たす部分には同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。
【００３０】
本実施形態においては、ロータ用コア材２１ａ−１〜２１ａ−８のバリ面２１ｆ及びダレ面２１ｇの方向を同一方向に揃えて積層した。なお、ここに、バリ面とは、鋼板の打ち抜きによってバリの発生した面であり、図３においては符号２１ｆで示す。また、ダレ面とは、鋼板の打ち抜きによってダレの発生した面であり、バリ面とは反対側に形成される。図３においては符号２１ｇで示す。
【００３１】
本実施形態によれば、バリ面及びダレ面の方向を同一方向に揃えて積層したので、バリが隣接するロータ用コア材と接触することを防止でき、渦電流損失の発生を大幅に抑制することが可能になった。
【００３２】
（回転電機用ロータコアの第３実施形態）
図４は、本発明の回転電機用ロータコアの第３実施形態を示す断面図であり、第１実施形態における図２に相当する図である。
【００３３】
本実施形態においては、ロータ用コア材２１ａ−１〜２１ａ−８のバリ面同士及びダレ面同士を互いに向かい合わせて積層した。
【００３４】
このようにすると、打ち抜き時に発生したバリ同士が向かい合うことになり、その一組２枚のロータ用コア材（例えば、２１ａ−１と２１ａ−２）の間では電気的な導通が発生してしまう可能性があるが、他のロータ用コア材との導通は回避できるので、積層方向を考慮しない場合よりも良好な絶縁性能を得ることができる。また、この方法は打ち抜き後に追加的に行われる加工や処理が不要であるため、極めて低コストである。
【００３５】
本実施形態によれば、ロータ用コア材の打ち抜き方向が互い違いになるよう交互に積層するので、ロータ用コア材間の積層方向の導通を防止可能である。
【００３６】
（回転電機用ロータコアの第４実施形態）
図５は、本発明の回転電機用ロータコアの第４実施形態を示す断面図であり、第１実施形態における図２に相当する図である。
【００３７】
本実施形態においては、ロータ用コア材のダレ面２１ｇのロータ外周部２１ｂ付近に絶縁コーティング塗装層２１ｈが形成されている。この絶縁コーティング塗装層２１ｈは、電磁鋼板の打ち抜いてロータ用コア材２１ａを形成した後、積層前に絶縁性材料をコーティング塗装して形成したものである。また、この絶縁コーティング塗装層２１ｈは、少なくともロータ用コア材２１ａの片面に行えば十分であり、本実施形態においては、ダレ面２１ｇにのみ行っている。ただし、両面に行っても、また、バリ面にのみ行ってもよい。そして、これらを図５のように同一の向きで積層することにより、ロータ外周部分の積層方向の導通を防止し、渦電流損失の発生を抑えることが可能になっているのである。
【００３８】
本実施形態によれば、打ち抜き端部の少なくとも片面を絶縁コーティングすることでロータ用コア材の積層方向の導通を確実に防止することができる。
【００３９】
（回転電機用ステータコアの第１実施形態）
図６は、本発明の回転電機用ステータコアの第１実施形態を示す図であり、特にひとつのティース周辺を拡大して示してある。
【００４０】
図６において符号３はモータのステータである。ステータ３は、ステータ用コア材３１ａ（図７参照）を多数枚積層して形成したステータコア３１と、ステータコア３１のティース３１ｂに巻回されたコイル３２とからなる。
【００４１】
ステータ用コア材３１ａは、通電を防止する絶縁性材料が、あらかじめ表面にコーティングされた板厚ｔ１の薄板状電磁鋼板を打ち抜いて製造したものであり、基本的な構成は上述のロータ用コア材２１ａと同一であるので、同様の機能を果たす部分には末尾が同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。
【００４２】
図７はステータコアの断面図であり、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ断面を示す。
【００４３】
ステータコア３１は、ステータ用コア材３１ａが多数枚積層されて形成されている。図７では、ステータコア３１は、８枚のステータ用コア材３１ａ−１〜３１ａ−８を積層した場合を例示している。また、ステータコア３１を構成するステータ用コア材３１ａの打ち抜き端面のうち、少なくともティース３１ｂの先端部３１ｃの板厚ｔ２２を、電磁鋼板の板厚ｔ１と、打ち抜き時に発生するバリ３１ｅのバリ高さｔ３２との差よりも小さく、すなわち、ｔ２２＜ｔ１−ｔ３２となるようにしている。
【００４４】
このように、少なくともティース３１ｂの先端部３１ｃの板厚ｔ２２を制限する理由は以下である。すなわち、ステータコア３１内の磁束の通路を考慮すると、ティース３１ｂからロータ２へ向かう磁束の大部分がティース先端部３１ｃを通過することになり、積層方向に導通が存在した場合には、他の部位に比べて極めて渦電流の発生量が多くなる。そこで本実施形態のように、少なくとも渦電流低減効果の大きいティース先端部３１ｃについて板厚ｔ２２を制限することで、損失の低減を効率的に図ることができるのである。
【００４５】
また、ステータ用コア材３１ａのティース先端部３１ｃの板厚ｔ２２を、電磁鋼板の板厚ｔ１と、打ち抜き時に発生するバリ３１ｅのバリ高さｔ３２との差よりも小さくしているので、上記ロータコアの場合と同様に、隣接するステータ用コア材間の積層方向の導通を発生させることなく絶縁不良を確実に防止することができる。
【００４６】
本実施形態によれば、少なくとも渦電流低減効果の大きいティース先端部３１ｃの板厚ｔ２２を、電磁鋼板の板厚ｔ１と、打ち抜き時に発生するバリのバリ高さｔ３２との差よりも小さくすることとしたので、渦電流損失を効果的に抑制可能であり、また、隣接するステータ用コア材間の積層方向の導通を発生させることなく絶縁不良を確実に防止することができる。
【００４７】
（回転電機の第１実施形態）
図８は、本発明の回転電機の第１実施形態を示す図であり、回転軸方向から見た図である。
【００４８】
図８において符号１はモータ（回転電機）である。モータ１は、ロータ２とステータ３とを備える。スタータ３はロータ２の周囲に配置され、モータケース（不図示）に固定されている。このロータ２及びステータ３は、上述したロータ及びステータであり、例えば、ロータであれば、上述の第１〜第４実施形態のいずれのものであってもよい。また、ステータは、上記では１つの実施形態しか挙げていないが、後述の通り、ロータと同様のさまざまな実施形態が考えられ、それらを使用してもよいことは当然である。モータ１は、それらのロータ及びステータを組み合わせたものである。
【００４９】
本実施形態によれば、渦電流低減効果の大きいロータ及びステータを使用するので、高効率化を実現可能な回転電機（モータ）を提供することができる。
【００５０】
また、ロータ及びステータの端面までコア材を存在させることができるので、上記したような従来の課題、すなわち、ロータ〜ステータ間のエアギャップが広がってしまうという問題の解決を図ることができ、出力／トルクの減少を生じさせないのである。
【００５１】
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。
【００５２】
例えば、上記では重複する説明を避けるため、ステータについては、ロータの第１実施形態に相当する場合のみを挙げて説明したが、ロータコアの第２実施形態と同様に、バリ面及びダレ面の方向を同一方向に揃えて積層したり、ロータコアの第３実施形態と同様に、バリ面同士及びダレ面同士を互いに向かい合わせて積層したり、ロータコアの第４実施形態と同様に、ティース先端部３１ｃ付近に絶縁コーティング塗装層を形成してもよく、それらの場合にもロータの場合と同様の効果を得ることができ、良好な絶縁性能を得ることができる。
【００５３】
また、回転電機については、上述したロータ及びステータの両方を使用する例を挙げて説明したが、少なくともいずれか一方について上述したロータ又はステータを使用すればよい。いずれか一方に使用するだけでも、従来品に比べて高効率化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の回転電機用ロータコアの第１実施形態を示す図である。
【図２】ロータコアの断面図である。
【図３】本発明の回転電機用ロータコアの第２実施形態を示す断面図である。
【図４】本発明の回転電機用ロータコアの第３実施形態を示す断面図である。
【図５】本発明の回転電機用ロータコアの第４実施形態を示す断面図である。
【図６】本発明の回転電機用ステータコアの第１実施形態を示す図である。
【図７】ステータコアの断面図である。
【図８】本発明の回転電機の第１実施形態を示す図である。
【符号の説明】
１　モータ（回転電機）
２　ロータ
２１　ロータコア
２１ａ　ロータ用コア材
２１ｂ　ロータ外周部（周縁部）
２１ｅ　バリ
２１ｆ　バリ面
２１ｇ　ダレ面
２１ｈ　絶縁コーティング塗装層
２２　永久磁石
２３　シャフト（回転軸）
３　ステータ
３１　ステータコア
３１ａ　ステータ用コア材
３１ｂ　ティース
３１ｃ　先端部（周縁部）
３１ｅ　バリ
３２　コイル
【図１】
2004140966.tif 000003
【図２】
2004140966.tif 000004
【図３】
2004140966.tif 000005
【図４】
2004140966.tif 000006
【図５】
2004140966.tif 000007
【図６】
2004140966.tif 000008
【図７】
2004140966.tif 000009
【図８】
2004140966.tif 000010