(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円環状の複数のプレートが軸方向に積層されて構成され、周方向に配列された複数のスロット（２１）を内側に有する固定子コア（１６）と、
前記軸方向に延びて前記スロット内に設けられ、絶縁性を有する収容部材（２２）と、
前記収容部材内で複数の導体が前記固定子コアに巻回された巻線（１７）とを、含み、
複数の前記プレートは、径方向内方へ突出し、周方向両側の側面で前記スロットを区画する複数のティース（３１）を有し、
複数の前記プレートには、少なくとも第１プレート（４１）および第２プレート（４２）の２種類のプレートが含まれ、
前記第１プレートが有する前記ティースの前記側面は、前記ティースの先端部（３１ｃ）では前記収容部材と接触しており、前記ティースの根本部（３１ｄ）では前記収容部材と離間しており、
前記第２プレートが有する前記ティースの前記側面は、前記ティースの先端部および根本部で前記収容部材と接触していることを特徴とする回転電機の固定子。
【請求項２】
前記第１プレートにおける前記スロットの前記側面の形状は、前記軸方向に見て、前記先端部が前記根本部よりも小さい台形状であり、
前記第２プレートにおける前記スロットの前記側面の形状は、前記軸方向に見て、前記先端部と前記根本部との間隔が等しい長方形状であることを特徴とする請求項１に記載の回転電機の固定子。
【請求項３】
前記第１プレートの前記ティースの前記先端部の間隔と、前記第２プレートの前記ティースの前記先端部の間隔とは、互いに等しいことを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機の固定子。
【請求項４】
前記第１プレートの前記ティースの幅は、径方向内方につれて増加するか一定であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の回転電機の固定子。
【請求項５】
前記第２プレートは、少なくとも２枚設けられ、
２枚の前記第２プレートの間には、前記第１プレートが設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の回転電機の固定子。
【請求項６】
２枚の前記第２プレートは、前記固定子コアの前記軸方向の両端部に設けられることを特徴とする請求項５に記載の回転電機の固定子。
【請求項７】
前記第１プレートの厚みの合計は、前記第２プレートの厚みの合計よりも大きいことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の回転電機の固定子。
【請求項８】
前記収容部材内に巻回されている前記巻線の前記軸方向に垂直な断面の形状は、矩形状であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の回転電機の固定子。
【請求項９】
複数の前記プレートは、電磁鋼板からなることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の回転電機の固定子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機の固定子に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載の電動機では、スロットの大きさが異なる２種類のコアを１枚毎、あるいは数枚毎に積層して固定子を構成している。そして各コアを積層した際に、大きいスロットに対して小さいスロットが出っ張るよう配置されている。これによってスロットに巻回される巻線と大きいスロットとの間に空隙が生じるので、巻線とコアとの間の静電容量を小さくしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１０８３９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述の特許文献１に記載の技術では、固定子のティース幅が一様に小さくなるため、ティース内径側で磁気飽和し出力低下がするおそれがある。そこで磁気飽和回避のためスロットの小さいコアの割合を増やすと、浮遊静電容量が増加する。したがって静電容量低減と出力確保の両立が困難であるという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は前述の問題点を鑑みてなされたものであり、磁気密度の増加を抑制しつつ、巻線とコア間の浮遊静電容量を低減することができる回転電機の固定子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は前述の目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。
【０００７】
本発明は、固定子コア（１６）を構成する複数のプレートには、少なくとも第１プレート（４１）および第２プレート（４２）の２種類のプレートが含まれ、
第１プレートが有するティースの側面は、ティースの先端部（３１ｃ）では収容部材と接触しており、ティースの根本部（３１ｄ）では収容部材と離間しており、
第２プレートが有するティースの側面は、ティースの先端部および根本部で収容部材と接触していることを特徴とする回転電機の固定子である。
【０００８】
このような本発明に従えば、固定子コアは、少なくとも２種類のプレートが積層されて構成されている。第１プレートは、ティースの側面は、ティースの先端部では収容部材と接触しており、ティースの根本部では収容部材と離間している。第２プレートは、接触プレートであって、ティースの側面は、ティースの先端部および根本部で収容部材と接触している。隣接するティース間によってスロットが形成されており、スロット内に収容部材が設けられる。収容部材の内部には、巻回された巻線が配置されている。
【０００９】
スロット内に巻回された巻線がスロットの内壁、すなわちティースの側面に近づくと浮遊静電容量は増加する。浮遊静電容量が増加すると、巻線と固定子コア間を介して流れる漏れ電流が増加し、ノイズが発生する。そこで本発明では、第１プレートは、スロット内に配置される収容部材と根本部にて離間している。これによって収容部材の根本部に配置される巻線は、スロットの内壁との間に隙間ができる。これによって巻線と固定子コア間の浮遊静電容量を低減することができる。したがって漏れ電流を低減しノイズの発生を防止できる。
【００１０】
また固定子コアの径方向内側の方が径方向外側よりも磁束密度が高いが、磁束密度が高いティースの先端部では、ティースの側面と収容部材とが接触しており、ティースの幅を確保している。これによってティースの先端部では、幅広のティースによって磁束密度の増加を抑え、磁気飽和に伴う出力低下を防止できる。したがって磁気密度の増加を抑制しつつ、巻線と固定子コア間の浮遊静電容量を低減することができる回転電機の固定子を実現することができる。
【００１１】
なお、前述の各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態の回転電機１０を側面から見て示す断面図である。
【図２】回転電機１０を正面から見て示す断面図である。
【図３】接触プレート４２の一部を示す拡大図である。
【図４】離間プレート４１の一部を示す拡大図である。
【図５】固定子コア１６の一部を拡大して示す断面図である。
【図６】巻線１７の周方向Ｙの偏りと浮遊静電容量との関係を示すグラフである。
【図７】電流とトルクの関係を示すグラフである。
【図８】第２実施形態の離間プレート４１２の第１例を示す拡大図である。
【図９】第２実施形態の離間プレート４１２の第２例を示す拡大図である。
【図１０】第３実施形態の接触プレート４２３を示す拡大図である。
【図１１】第３実施形態の離間プレート４１３を示す拡大図である。
【図１２】第４実施形態の固定子１３４の第１例を示す拡大図である。
【図１３】第４実施形態の固定子１３４の第２例を示す拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を、複数の形態について説明する。各実施形態で先行する実施形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付すか、または先行の参照符号に一文字追加し、重複する説明を略する場合がある。また各実施形態にて構成の一部を説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している実施形態と同様とする。各実施形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施形態同士を部分的に組合せることも可能である。
【００１４】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に関して、図１〜図７を用いて説明する。本実施形態の回転電機１０は、たとえば車両に搭載され、電動機および発電機として機能する。回転電機１０は、ハウジング１１と回転子１２と固定子１３とを備えている。
【００１５】
回転電機１０のハウジング１１は、図１および図２に示すように、円筒状の２つのハウジング部材１１ａが、開口部同士を合わせるように嵌合されてなる。ハウジング部材１１ａはそれぞれ、軸受け１４を有している。軸受け１４は、回転子１２の回転軸１５を回転可能に支持する。
【００１６】
回転子１２は、回転軸１５と一体になっており、ハウジング１１の軸受け１４に回転可能に支持されている。回転子１２は、その周方向に、交互に異なる磁極が永久磁石により外周側に形成されてなる。図２では、回転子１２の構成は簡略化して示している。回転電機１０は、回転軸１５が回転することによって電動機として機能する。
【００１７】
固定子１３は、ハウジング１１の内側に固定されており、回転子１２の径方向外側に位置し、回転子１２を収容する。固定子１３は、固定子コア１６と、線材から形成された巻線１７とを含んで構成されている。固定子コア１６は、円環状の複数の電磁鋼板を軸方向Ｚに積層して、全体として筒状に形成されている。固定子コア１６には、周方向Ｙに配列され軸方向Ｚに沿って延び、径方向Ｘ内側に開口するスロット２１が形成されている。
【００１８】
巻線１７は、線材が固定子コア１６に波巻きされることにより形成されている。巻線１７は、固定子コア１６のスロット２１内に設置されるスロット収容部１７ａと、スロット２１から固定子コア１６の外に突出し、周方向Ｙに異なるスロット２１に設置されているスロット収容部１７ａ同士を接続しているターン部１７ｂとを有している。ターン部１７ｂは、固定子コア１６の軸方向Ｚにおける両側に形成されている。
【００１９】
スロット収容部１７ａは、スロット２１内で径方向Ｘに層をなすように重ねて設置される。そして、同一層のスロット収容部１７ａ同士がターン部１７ｂで接続されている。これにより、本実施形態では、同一層が連続して形成されている。
【００２０】
巻線１７を形成する線材は、導体と導体の外周を覆い導体を絶縁する絶縁被膜とで構成されている。絶縁被膜は、ポリアミドイミド等の絶縁材で形成されている。またスロット収容部１７ａの軸方向Ｚに垂直な断面の形状は、矩形状である。
【００２１】
固定子コア１６には、図２に示すように、複数のスロット２１が等間隔で周方向Ｙに並んで形成されている。スロット２１は、軸方向Ｚへ貫通している。スロット２１を軸方向Ｚに見た形状は、径方向Ｘに長い形状であって、径方向Ｘ外側が閉塞し、径方向Ｘ内側へ開口している。
【００２２】
巻線１７のスロット収容部１７ａは、このスロット２１の内部を軸方向Ｚに挿通する。図３および図４では、軸方向Ｚに挿通するスロット収容部１７ａの断面が示されている。このとき、スロット収容部１７ａは、固定子１３の径方向Ｘにおいて層をなすように、スロット２１内に並んで配置されている。
【００２３】
スロット収容部１７ａと固定子コア１６との間には、収容部材２２が配置されている。収容部材２２は、絶縁性を有し、たとえば樹脂製である。収容部材２２は、軸方向Ｚに延びる断面矩形状の筒体である。収容部材２２の内側にスロット収容部１７ａが配置されている。
【００２４】
固定子コア１６は、前述のように円環状の複数のプレートが軸方向Ｚに積層されて構成される。複数のプレートは、図２に示すように、径方向Ｘ内方へ突出し、周方向Ｙ両側の側面でスロット２１を区画する複数のティース３１を有する。
【００２５】
ティース３１の先端部には、側面から周方向Ｙ両側へそれぞれ突出する鍔３１ａが形成されている。鍔３１ａの径方向Ｘ外方側には、径方向Ｘ外方側から内方側へ向かうにつれてスロット２１の周方向Ｙ幅寸法が小さくなるように傾斜し、スロット２１の最も径方向Ｘ内方側に配置されるスロット収容部１７ａの位置決めをする傾斜面３１ｂが設けられている。樹脂製の収容部材２２は、この傾斜面３１ｂによって内側の位置決めがされる。
【００２６】
そして複数のプレートには、第１プレートである離間プレート４１および第２プレートである接触プレート４２の２種類のプレートが含まれる。まず接触プレート４２に関して説明する。
【００２７】
接触プレート４２が有するティース３１の側面は、ティース３１の先端部３１ｃおよび根本部３１ｄで収容部材２２と接触している。接触プレート４２におけるスロット２１の側面の形状は、軸方向Ｚに見て、先端部３１ｃと根本部３１ｄとの間隔が等しい長方形状である。図３に示すように、スロット２１の鍔３１ａを除く内周面が収容部材２２の外周面に接触している。このように接触プレート４２は、収容部材２２の位置決めをする機能を有する。
【００２８】
次に、離間プレート４１に関して説明する。離間プレート４１が有するティース３１の側面は、ティース３１の先端部３１ｃでは収容部材２２と接触しており、ティース３１の根本部３１ｄでは収容部材２２と離間している。具体的には、離間プレート４１におけるスロット２１の側面の形状は、軸方向Ｚに見て、先端部３１ｃが根本部３１ｄよりも小さい台形状である。また離間プレート４１のティース３１の幅は、径方向Ｘ内方につれて増加するか一定である。また接触コアの径方向Ｘの各位置でスロット２１の周方向Ｙ幅は、離間プレート４１の周方向Ｙ幅以下である。
【００２９】
したがって図２および図４に示すように、スロット２１の内周面と収容部材２２の外周面との間には隙間があり、その隙間は径方向Ｘ外側に向かうにつれて広がっている。また離間プレート４１の周方向Ｙに隣接するティース３１の先端部３１ｃの間隔と、接触プレート４２の周方向Ｙに隣接するティース３１の先端部３１ｃの間隔とは、互いに等しい。
【００３０】
次に、離間プレート４１と接触プレート４２との軸方向Ｚの配置関係に関して説明する。接触プレート４２は、少なくとも２枚設けられる。そして図５に示すように、少なくとも２枚の接触プレート４２は、固定子コア１６の軸方向Ｚの両端部に設けられる。したがって両端部に位置する接触プレート４２の間には、離間プレート４１が設けられている。両端部に接触プレート４２が配置されるので、収容部材２２を両端部の接触プレート４２にて位置決めすることができる。また図５に示すように、離間プレート４１の厚みの合計は、接触プレート４２の厚みの合計よりも大きい。換言すると、接触プレート４２と離間プレート４１の厚みが同じ場合には、離間プレート４１の方が接触プレート４２よりも多く用いられている。
【００３１】
次に離間プレート４１と接触プレート４２による作動に関して説明する。巻線１７と固定子コア１６間の浮遊静電容量Ｃは、次式（１）によって決まる。
【００３２】
Ｃ＝ε×Ｓ／ｄ        …（１）
ここで、ε：誘電率、Ｓ：対向面積、ｄ：対向距離である。図６に示すように、巻線１７のスロット収容部１７ａの周方向Ｙ位置がスロット２１の内周面に近づくと、浮遊静電容量は増加する。その結果、巻線１７と固定子コア１６間を介して流れる漏れ電流が増加し、ノイズが発生する。
【００３３】
本実施形態では、巻線１７のスロット収容部１７ａの周方向Ｙ位置の偏りは、接触コアのスロット２１幅の範囲に制限される。離間プレート４１の周方向Ｙ幅は、径方向Ｘの各位置で常に接触プレート４２の周方向Ｙ幅以上であるので、スロット２１内のスロット収容部１７ａに対してその差分の対向距離が必ず確保される。また離間プレート４１のスロット２１形状は台形状であり、磁束密度の高いティース３１の内径側における磁路断面積も接触プレート４２と同等に確保される。
【００３４】
以上説明したように本実施形態の回転電機１０の固定子１３では、スロット２１の形状の異なるプレートを組み合わせて積層することで巻線１７の周方向Ｙ位置の偏りを抑制できる。これによって巻線１７のスロット収容部１７ａと固定子コア１６間の対向距離を確実に確保し、浮遊静電容量の増加を抑えることができる。これによって漏れ電流を低減しノイズの発生を防止できる。また、離間プレート４１のスロット２１周方向Ｙ幅が径方向Ｘ外側に向かうにつれて増加する形状とすることで、ティース３１の内径側の磁束密度の増加を抑え、磁気飽和に伴う出力低下を防止できる。したがって漏れ電流の低減と出力確保を両立できる。
【００３５】
図７では、本実施形態の回転電機１０と比較例の結果を示している。比較例は、プレートを接触プレート４２のみで構成している点が異なり、他の構成は同じである。図７に示すように、同じ電流でもトルクが本実施形態の回転電機１０の方が高い。したがって出力低下を防いでいることがわかる。
【００３６】
また本実施形態では、収容部材２２内に巻回されている巻線１７の軸方向Ｚに垂直な断面の形状は、矩形状である。これによって密に巻線１７をスロット２１内にて配置することができる。また巻線１７が、平角線となっており、軸方向Ｚに見た断面形状の長辺が径方向Ｘに垂直になるように形成されている。したがって、スロット収容部１７ａの径方向Ｘ内側に位置する層において回転子１２との対向面積が大きくなっている。これによって漏れ電流の低減の効果が高くなる。
【００３７】
さらに本実施形態では、離間プレート４１のティース３１の先端部３１ｃの間隔と、接触プレート４２のティース３１の先端部３１ｃの間隔とは、互いに等しい。これによってティース３１の先端部３１ｃの出力を互いに等しくすることができる。これによってプレートの種類にかかわらず、各ティース３１からの回転子１２への出力を均一化できる。
【００３８】
また本実施形態では、離間プレート４１のティース３１の幅は、径方向Ｘ内方につれて増加するか一定である。これによって出力が低下することを防ぐことができる。
【００３９】
さらに本実施形態では、離間プレート４１の厚みの合計は、接触プレート４２の厚みの合計よりも大きい。換言すると、接触プレート４２と離間プレート４１の厚みが同じ場合には、離間プレート４１の方が接触プレート４２よりも多く用いられている。これによって離間プレート４１による前述の効果を多く得ることができる。
【００４０】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に関して、図８および図９を用いて説明する。本実施形態では、離間プレート４１２のスロット２１の形状が台形ではなく、径方向Ｘ外側が離間しており、径方向Ｘ内側が接触している点に特徴を有する。
【００４１】
図８に示すように、第１例の離間プレート４１２では、径方向Ｘの内側では、スロット２１の内面が平行であり、収容部材２２と接触している。そして径方向Ｘの中央部から径方向Ｘの外側に向かうにつれて、スロット２１の間隔が徐々に広くなるように傾斜している。
【００４２】
また図９に示すように、第２例の離間プレート４１２では、径方向Ｘの内側では、スロット２１の内面が平行であり、収容部材２２と接触している。そして径方向Ｘの中央部から径方向Ｘの外側に向かうにつれて、スロット２１の間隔が２段階に広くなるように階段状に形成されている。
【００４３】
このような構成であっても、離間している部分については、漏れ電流を低減する効果を奏する。また離間プレート４１２においても収容部材２２をしっかりと支持しているので、振動などによってスロット２１内にて収容部材２２の位置がずれ、および変形することを抑制することができる。
【００４４】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に関して、図１０および図１１を用いて説明する。本実施形態では、巻線１７３の断面形状が円形である点に特徴を有する。図１０および図１１では、理解を容易にするために、巻線１７３を一部だけ示し、他の巻線１７３はドットのハッチングを施し図示を省略している。このように巻線１７３の断面形状が円形であっても、収容部材２２によってスロット収容部１７ａが前述の第１実施形態と同様に囲まれている。これによって図１０に示すように、接触プレート４２３では、収容部材２２とスロット２１が径方向Ｘにわたって接触している。また図１１に示すように、離間プレート４１３では、収容部材２２とスロット収容部１７ａが径方向Ｘ内側の一部だけが鍔３１ａと接触し、他は離間している。これによって前述の第１実施形態と同様の作用および効果を奏することができる。
【００４５】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態に関して、図１２および図１３を用いて説明する。本実施形態では、接触プレート４２４が固定子１３４の両端部だけではなく、他の位置にも設けられる点に特徴を有する。
【００４６】
図１２に示す第１例の固定子１３４のように、接触プレート４２４を両側に加えて、さらに中央に配置してもよい。また図１３に示す第２例の固定子１３４のように、接触プレート４２４を両側に加えて、さらに軸方向Ｚの三分割される位置に、合計４箇所に配置してもよい。これによって接触プレート４２４が収容部材２２を支持する箇所が増えるので、巻線１７３への振動を低減することができる。
【００４７】
（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。
【００４８】
上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。
【００４９】
前述の第１実施形態では、離間プレート４１のスロット２１の断面形状は台形であるが、台形に限るものではない。離間プレート４１のスロット２１の断面形状は、径方向Ｘ外側に向かうにつれてスロット２１の周方向Ｙの幅が広がるような形状であればよい。また接触コアのスロット２１の断面形状は、スロット２１の周方向Ｙの幅が離間プレート４１の幅より小さくなっていれば長方形以外の形状でもよい。さらにそれぞれのスロット２１の角部に面取り加工および角丸め加工を施してもよい。
【００５０】
また前述の第１実施形態では、固定子１３を構成するプレートは２種類であったが、２種類に限るものではなく、収容部材２２を位置決めするプレートと、収容部材２２と離間するプレートの他にも、他のプレートが積層されていてもよい。プレートの材質も互いに同一である構成に限らない。
【００５１】
また前述の第１実施形態では、各スロット２１内に巻線１７が軸方向Ｚに挿入されて径方向Ｘに１列に並んだ状態に配置されているが、スロット２１内に挿入配置される巻線１７の本数や配置は、巻線１７の相数や回転子１２の磁極数などに応じて適宜変更してもよい。また巻線１７は固定子コア１６に対して波巻きにより巻回されているが、波巻に限るものではなく、例えば重ね巻き等の他の巻き方を採用してもよい。
【符号の説明】
【００５２】
１０…回転電機            １２…回転子            １３…固定子
１５…回転軸              １６…固定子コア        １７…巻線
１７ａ…スロット収容部    １７ｂ…ターン部        ２１…スロット
２２…収容部材            ３１…ティース          ３１ｃ…先端部
３１ｄ…根本部
４１…離間プレート（第１プレート）
４２…接触プレート（第２プレート）
【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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【図１２】
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【図１３】
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