(57)【要約】【課題】ヨーク部において圧縮応力の低減に最も効果的であると考えられる位置に応力緩和孔を形成することによって、鉄損の減少とモータの高効率化を図れる分割ステータコアを提供する。【解決手段】径方向外側から締め付けられて組み立てられることにより円環をなす組立ステータコアを構成する複数の分割ステータコア１０であって、前記円環の一部をなすように周方向に分割されたヨーク部１４を有し、ヨーク部１４の周方向両端面２４が隣接する分割ステータコアの周方向端面２４にそれぞれ圧接される組立状態でヨーク部１４の周方向端部領域３０において他領域よりも高い圧縮応力が発生し得る高圧縮応力領域を該領域の長手方向に関して分断するように応力緩和孔３２が形成されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
径方向外側から締め付けられて組み立てられることにより円環をなす組立ステータコアを構成する複数の分割ステータコアであって、
分割ステータコアは前記円環の一部をなすように周方向に分割されたヨーク部を有し、ヨーク部の周方向両端面が隣接する分割ステータコアの周方向端面にそれぞれ圧接される組立状態でヨーク部の周方向端部領域において他領域よりも高い圧縮応力が発生し得る高圧縮応力領域を該領域の長手方向に関して分断する位置に応力緩和孔が形成されていることを特徴とする分割ステータコア。
【請求項２】
請求項１に記載の分割ステータコアにおいて、
ヨーク部の周方向中央部の内面から径方向内側に突出して外周にコイルが配置されるティース部をさらに有し、コイルに電流が流れたときに隣接する２つの分割ステータコア間で一方のティース部から他方のティース部にかけてヨーク部周方向端部を通って形成される磁路にほぼ沿うように応力緩和孔が延伸形成されていることを特徴とする分割ステータコア。
【請求項３】
請求項１または２に記載の分割ステータコアにおいて、
応力緩和孔は、高圧縮応力領域の長手方向に対して交差する方向に延伸するスリット状に形成されていることを特徴とする分割ステータコア。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の分割ステータコアにおいて、
応力緩和孔は、高圧縮応力領域の長手方向に間隔を置いて複数形成されていることを特徴とする分割ステータコア。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の分割ステータコアにおいて、
応力緩和孔は、周方向に関してヨーク部端面側の端部よりもヨーク部中央側の端部が径方向内側に位置するように傾斜して形成されていることを特徴とする分割ステータコア。
【請求項６】
径方向外側から締め付けられて組み立てられることにより円環をなす組立ステータコアを構成する複数の分割ステータコアであって、
分割ステータコアは前記円環の一部をなすように周方向に分割されたヨーク部を有し、ヨーク部には周方向端部領域であって前記円環の径方向に沿う厚み方向中央領域に１または複数の応力緩和孔が形成されていることを特徴とする分割ステータコア。
【請求項７】
請求項６に記載の分割ステータコアにおいて、
応力緩和孔は、周方向に関してヨーク部端面側の端部よりもヨーク部中央側の端部が径方向内側に位置するように傾斜したスリット状に形成されていることを特徴とする分割ステータコア。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の分割ステータコアを円環状に配列し、その外周に配置された円環状の固定部材によって径方向外側から締め付けられることにより組み立てられる組立ステータコア。
【請求項９】
請求項８に記載の組立ステータコアと、
組立ステータコア内に回転軸を中心として回転可能に配置され、外周部に複数の永久磁石が固定されているロータと、
を備える回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分割ステータコアに係り、詳しくは、径方向外側から締め付けられて組み立てられることによって円環状の組立ステータコアを構成する複数の分割ステータコアに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ハイブリッド自動車等の駆動力源として永久磁石型同期モータが用いられている。そして、このモータを構成するステータコアとして、一体成形されたものではなく、複数の分割ステータコアを円環状に配列した後、その外周から円環状の固定部材を焼き嵌めや圧入等することによって径方向外側から締め付けることにより組み立てられる円環状の組立ステータコアが知られている。
【０００３】
このような組立ステータコアにおいては、組立後に分割ステータコア内部に圧縮応力が発生することによって、鉄損の増大や、磁束密度低下によるモータ効率の低下が問題となる。そのため、分割ステータコアにおいて、組立時の内部応力を低減するために種々の提案がなされている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、分割ステータコアにおいて円弧状をなすヨーク部の周方向端面（分割面）の径方向最外部に突起部を形成し、円環状ステータコアに組み立てられたときに隣接する分割ステータコアの突起部同士が圧接されるように構成することで、分割ステータコアの連結部において突起部形成部分を除くヨーク部周方向端面間にギャップが形成されるようにしている。これにより、ヨーク部の径方向最外周部だけに圧縮応力を局在させることで、ヨーク部の主磁束領域に圧縮応力をかからないようにして、鉄損の減少とモータの高効率化を図っている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−５１９４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１の分割ステータコアでは、隣接する分割ステータコア間に形成されるギャップは、ステータコア構成材料である鉄または鉄合金などの強磁性体に比べて透磁率が低い空間または空隙として構成されることから、このギャップが主磁束領域を横断して形成されていることによる磁束密度の低下は否めない。
【０００７】
本発明の目的は、分割ステータコアのヨーク部において圧縮応力の低減に最も効果的であると考えられる位置に応力緩和孔を形成することによって、鉄損の減少とモータの高効率化を図れる分割ステータコア、これを用いた組立ステータコアおよび回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様に係る分割ステータコアは、径方向外側から締め付けられて組み立てられることにより円環状の組立ステータコアを構成する複数の分割ステータコアであって、分割ステータコアは前記円環の一部をなすように周方向に分割されたヨーク部を有し、ヨーク部の周方向両端面が隣接する分割ステータコアの周方向端面にそれぞれ圧接される組立状態でヨーク部の周方向端部領域において他領域よりも高い圧縮応力が発生し得る高圧縮応力領域を該領域の長手方向に関して分断する位置に応力緩和孔が形成されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る分割ステータコアにおいて、ヨーク部の周方向中央部から径方向内側に突出して外周にコイルが配置されるティース部をさらに有し、コイルに電流が流れたときに隣接する２つの分割ステータコア間で一方のティース部から他方のティース部にかけてヨーク部周方向端部を通って形成される磁路にほぼ沿うように応力緩和孔が延伸形成されてもよい。
【００１０】
また、本発明に係る分割ステータコアにおいて、応力緩和孔は、高圧縮応力領域の長手方向に対して交差する方向に延伸するスリット状に形成されてもよい。
【００１１】
また、本発明に係る分割ステータコアにおいて、応力緩和孔は、高圧縮応力領域の長手方向に間隔を置いて複数形成されてもよい。
【００１２】
また、本発明に係る分割ステータコアにおいて、応力緩和孔は、周方向に関してヨーク部端面側の端部よりもヨーク部中央側の端部が径方向内側に位置するように傾斜して形成されてもよい。
【００１３】
また、本発明の別態様に係る分割ステータコアは、径方向外側から締め付けられて組み立てられることにより円環をなす組立ステータコアを構成する複数の分割ステータコアであって、分割ステータコアは前記円環の一部をなすように周方向に分割されたヨーク部を有し、ヨーク部には周方向端部領域であって前記円環の径方向に沿う厚み方向中央領域に１または複数の応力緩和孔が形成されていることを特徴とする。この場合、応力緩和孔は、周方向に関してヨーク部端面側の端部よりもヨーク部中央側の端部が径方向内側に位置するように傾斜したスリット状に形成されていることが好ましい。
【００１４】
本発明に係る組立ステータコアは、上記いずれかの分割ステータコアを円環状に配列し、その外周に配置された円環状の固定部材によって径方向外側から締め付けられることにより組み立てられるものである。
【００１５】
さらに、本発明に係る回転電機は、上記組立ステータコアと、上記組立ステータコア内に回転軸を中心として回転可能に配置され、外周部に複数の永久磁石が固定されているロータと、を備えるものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る分割ステータコア、組立ステータコアおよび回転電機によれば、組立状態でヨーク部の周方向端部領域において他領域よりも高い圧縮応力が発生し得る高圧縮応力領域を該領域の長手方向に関して分断する位置（換言すれば、周方向端部領域であって円環径方向に沿う厚み方向中央領域）に応力緩和孔が形成されていることで、分割ステータコア内における圧縮応力を最も効果的に緩和または低減することができ、その結果、鉄損の低下および回転電機の高効率化を図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。下記の実施形態は、ハイブリッド自動車に搭載されるモータジェネレータ（回転電機）に適用可能であるが、ハイブリッド自動車以外の例えば燃料電池自動車および電気自動車等の電動車両や、産業機器類、空調機器類等の種々の機器に搭載される回転電機にも本発明は適用可能である。また、下記の説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態である分割ステータコア１０を用いて構成されるモータ（回転電気）１の要部を示す平面図である。モータ１は、円環状をなす組立ステータコア１２を有する。組立ステータコア１２は、円環状に配列された複数の分割ステータコア１０によって構成されている。
【００１９】
分割ステータコア１０は、鉄または鉄合金などの磁性材料から形成されており、組み立てられることによって円環の一部を構成することとなるヨーク部１４と、ヨーク部１４内面の中央部から径方向内側に突出するティース部１６とを有する。ヨーク部１４の周方向端部領域には、スリット状の応力緩和孔３２が形成されているが、これについては後に詳述する。
【００２０】
ティース部１６の径方向内側の先端面１８は、凹状に湾曲する円弧状面として形成されている。ティース部１６の外周には、組立ステータコア１２として組み立てられる前に電機子導線が巻回されてなるコイル（図示せず）が配置されている。組立ステータコア１２の状態で各分割ステータコア１０のティース部１６にコイルを配置または巻回するよりも、それぞれ分離された状態にある分割ステータコア１０のティース部１６にコイルを配置または巻回する方が、その配置等を容易に行うことができる。
【００２１】
複数の分割ステータコア１０は、まず、図２に示すように、分割ステータコア１０の周方向端面同士が当接した状態で円環状に配列される。そして、図３に示すように、その内側に各分割ステータコア１０のティース部１６の先端面１８にほぼ沿った外周面形状を有する円柱状の内部金型７が挿入配置される。それから、円環状に配列された各分割ステータコア１０の外周に円環状または円筒状の固定部材２０が焼き嵌めや圧入などの方法によって装着される。これにより、各分割ステータコア１０は、径方向内側に向かって押圧されて、各ティース部１６の先端面１８が内部金型７の外周面に圧接するように締め付けられることにより、組立ステータコア１２が組み立てられる。組立後、内部金型７は取り除かれる。
【００２２】
図１を再び参照すると、組立ステータコア１２の内部には、円柱状をなすロータ２が配置されている。ロータ２は、鉄または鉄合金などの磁性材料によって構成され、複数の電磁鋼板を積層して形成されたロータコア３と、このロータコア３の外周部に固定された複数の永久磁石４とを有している。そして、ロータ２は、組立ステータコア１２の円環中心軸６と同軸状にロータ端面から突設されている回転軸５を中心に回転可能に支持されている。これにより、モータ１では、電源から各分割ステータコア１０のコイルにインバータ等を介して電流が流されると、ロータ２と組立ステータコア１２との間に生じる磁束によってロータ２が回転するようになっている。
【００２３】
なお、図１では、ロータコア３の外周面に永久磁石４が露出して固定されているＳＰＭ(Surface Permanent Magnet)を例示するが、これに限定されず、ロータコア３の外周近傍の内部に永久磁石が埋設されているＩＰＭ(Interior Permanent Magnet)であってもよい。
【００２４】
続いて、図４〜６を参照して分割ステータコア１０について詳細に説明する。
【００２５】
図４に示すように、分割ステータコア１０は、ヨーク部１４とティース部１６とで略Ｔ字状をなすように形成されている。ヨーク部１４の径方向外側の外周面２２は、円環をなす組立ステータコア１２の外周面の一部を構成するように円弧状をなしている。また、ヨーク部１４の周方向の端面２４は、円環をなす組立ステータコア１２の円環中心軸６を含む平面と一致するように形成されており、組立ステータコア１２として組み立てられたときにその全面が隣接する分割ステータコア１０の周方向端面２４と圧接されることになる。
【００２６】
ヨーク部１４の周方向内面から径方向内側に向かって突出するティース部１６は、上述したように先端面１８が円弧状面として形成されるとともに、周方向の各側面２６が円環中心軸６に先細りとなるテーパ面として形成されている。
【００２７】
ティース部１６の基端部から周方向両側へヨーク部１４の端部領域３０（以下、適宜に「周方向端部領域」という）がそれぞれ突出している。ヨーク部１４の周方向端部領域３０には、それぞれ細長い長方形状のスリットからなる３つの応力緩和孔３２が形成されている。これらの応力緩和孔３２は、後述する力方向線に沿って適当な間隔を置いて配置されるとともに、周方向に関してヨーク部１４の周方向端面２４側の端部３２ａよりもヨーク部１４の周方向中央側の端部３２ｂが径方向内側に位置するように傾斜して延伸形成されている。さらに、後述するようにヨーク部１４の端部領域３０において磁路（すなわち磁力線の経路）となる断面積が減少することで磁気抵抗を大きくなるのをできるだけ抑制するために、応力緩和孔３２は、その短辺方向の幅ｗの合計（すなわち３ｗ）がヨーク部１４の径方向厚みの約１０分の１程度とするのが好ましい。
【００２８】
ここで、図５および６を参照して、上記応力緩和孔３２を形成する位置および形状について説明する。本願発明の発明者が応力緩和孔を形成していない分割ステータコア１１を円環状に組み立てて組立ステータコアを構成した後、各分割ステータコア１５における圧縮応力の分布状態を応力コンタに基づいて解析した。すると、図５に示すように、ヨーク部端部領域３１において、周方向端面２５の径方向内側エッジ部２７の近傍からヨーク部端部領域３１のヨーク部周方向中央寄りでヨーク部外周面２３の近傍にかけての領域で、ヨーク部１５の他の領域よりも高い圧縮応力が発生している略長円状の高圧縮応力領域３４が存在することが判明した。そして、この高圧縮応力領域３４における圧縮応力の作用方向を表したのが、略長円状の高圧縮応力領域３４の中央をその長手方向に貫くように示してある力方向線３６である。
【００２９】
このような知見に基づいて本実施形態の分割ステータコア１０では、上記高圧縮応力領域３４をその長手方向に関して複数箇所で分断する位置に、換言すれば、力方向線３６に交差して高圧縮応力領域３４を複数箇所で横断する位置に、スリット状の応力緩和孔３２が形成されている。これにより、応力緩和孔が無かったとすれば高圧縮応力領域３４が発生し得るヨーク部１４の端部領域３０において圧縮応力を最も効果的に緩和または低減することができ、その結果、鉄損の低下およびモータ１の高効率化を図れることができる。
【００３０】
また、上述したように本実施形態における応力緩和孔３２は、周方向に関してヨーク部１４の周方向端面２４側の端部３２ａよりもヨーク部１４の周方向中央側の端部３２ｂが径方向内側に位置するように傾斜して延伸形成されている。このようにスリット状の応力緩和孔３２を傾斜して形成してあるのは、図６に示すように、組立ステータコア１２において分割ステータコア１０のティース部１６外周に配置されたコイルに電流がながれたときに隣接する２つの分割ステータコア１０間で一方のティース部１６から他方のティース部１６にかけてヨーク部１４の周方向端部領域３０を通って形成される磁路３８にほぼ沿うようにするためである。これにより、磁性材料に比べて透磁率が小さい空間を含む応力緩和孔３２が磁路３８を極力横切らないようにすることで、応力緩和孔３２による磁束密度の低下を抑制することができ、モータ１の高効率化に寄与することができる。
【００３１】
上記において本発明の一実施形態である分割ステータコア１０について説明したが、本発明に係る分割ステータコアはこれに限定されるものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱しない限りにおいて種々の変更や改良が可能である。
【００３２】
例えば、上記においてはヨーク部１４の端部領域３０に応力緩和孔３２を３つ形成してある例について説明したが、応力緩和孔は２つまたは４つ以上の複数であってもよいし、あるいは、１つだけであってもよい。応力緩和孔が１つまたは複数のいずれの場合でも、ヨーク部端部領域に発生し得る高圧縮応力領域での応力緩和をより有効なものにするために、高圧縮応力領域の長手方向に関して中央領域に、換言すれば径方向に沿うヨーク部厚み方向に関して中央領域に１つまたは複数の応力緩和孔が形成されるのが好ましい。
【００３３】
また、応力緩和孔は、細長い長方形状のものに限られず、例えば図７に示すように湾曲したスリット形状のものであってもよい。
【００３４】
さらに、ヨーク部の端部領域に複数の応力緩和孔を形成する場合に、各応力緩和孔について幅や長さ等の大きさを異なるように形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態である分割ステータコアを用いたモータの要部を示す平面図である。
【図２】分割ステータコアを円環状に配列した状態を示す平面図である。
【図３】組立ステータコアを組み立てるときの状態を示す平面図である。
【図４】分割ステータコアの拡大平面図である。
【図５】応力緩和孔が形成されていない分割ステータコアについて発生する高圧縮応力領域を示す図である。
【図６】隣接する２つの分割ステータコア間で発生する磁路にほぼ沿って応力緩和孔が形成されていることを示す図である。
【図７】応力緩和孔の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  モータ、２  ロータ、３  ロータコア、４  永久磁石、５  回転軸、６  円環中心軸、７  内部金型、１０  分割ステータコア、１２  組立ステータコア、１４  ヨーク部、１６  ティース部、１８  先端面、２０  固定部材、２２  外周面、２４  周方向端面、２６  側面、３０  端部領域、３２  応力緩和孔、３４  高圧縮応力領域、３６  力方向線、３８  磁路。
【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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