JP2005051941A - 分割ステータコア - Google Patents

Abstract

【課題】 円環の周方向を分割する分割面で区画された分割ヨーク部を備え、分割ヨーク部が相互に連結されることにより環状ヨーク部を構成する分割ステータコアにおいて、圧縮応力による鉄損特性の悪化を防止することが可能な分割ステータコアを提供することである。
【解決手段】
分割ヨーク部ＣＹ０およびＣＹ１の分割面に切り欠き部が形成されることにより、突起形状を有する突起部Ｃ０ＲおよびＣＩＬが形成される。そして突起部Ｃ０ＲとＣ１Ｌとが隙間なく当接することにより、主磁束領域ＢＭにギャップ部ＧＰ１が形成される。これにより、主磁束領域ＢＭの圧縮応力をゼロにすることが出来るため、主磁束領域ＢＭでの圧縮応力による鉄損の発生を抑えることができ、モータの高効率化を図ることが可能となる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、分割ステータコアに関するものであり、特に、分割ステータコアを環状に締め付けることによりステータコアを成形する際の圧縮応力を磁束が存在しない非磁束領域に局在化させて磁束領域におけるステータコアの鉄損を低減させることが可能な分割ステータコアに関するものである。

近年、分割ステータコアにより成形されるステータコアを構成要素とする永久磁石式同期モータは、ハイブリッド自動車などに使用されている。そして高効率化、小型化などのさらなる高性能化が要求されている。

従来の技術として、特許文献１に開示される技術を図１７を用いて説明する。図１７は従来技術の分割ステータコアＣ１０１を示す図であり、応力緩和孔Ｈ１０１が設けてあり、ティース部ＣＴ１０１には導線が巻線される。そして図１８に示す様に分割ステータコアＣ１００乃至Ｃ１１１が環状を形成するように接合され、焼きバメによりコアケースＣＣに収納され、ステータコアＳＴが形成される。ここで、焼きバメ時に分割ステータコアＣ１００乃至Ｃ１１１に発生する圧縮応力により鉄損が増大してモータの出力効率が低下するという問題がある。しかし、分割ステータコアＣ１００乃至Ｃ１１１に応力緩和孔Ｈ１００乃至Ｈ１１１を設けることにより、焼きバメ加工時に各分割ステータコアにかかる圧縮応力を応力緩和孔Ｈ１００乃至Ｈ１１１の周辺に集中させることにより、主磁束領域における鉄損を低減することで出力効率の低下を防止できる。また特許文献２および３においても関連技術が開示されている。
特開２００２−１３６０１３号公報（第００５１−００５２段落、第１０、１１図） 特開２０００−１３４８３２号公報 特開平４−３２５８４６号公報

上記従来の技術によると、分割ステータコアＣ１０１の分割ヨーク部ＣＹ１０１における他の分割ステータコアとの分割面Ａ１０１、Ａ１０２は平面形状であり、ヨーク側面全体で接触する。よって主磁束領域ＢＭ（斜線部）を含む分割ヨーク部ＣＹ１０１全体に圧縮応力が発生する。応力緩和孔Ｈ１０１によって圧縮応力は応力緩和孔Ｈ１０１近傍に集中するが、残存した応力が主磁束領域ＢＭにかかる。よってモータ動作時に常に磁束が存在する主磁束領域ＢＭにおいて鉄損が残存することとなり、モータの高効率化が図れず問題である。また分割ヨーク部ＣＹ１０１の中心に応力緩和孔Ｈ１０１を１つだけ備える従来技術の構造では、応力緩和孔Ｈ１０１から離れた部位（例えば分割面Ａ１０１、Ａ１０２近傍）において圧縮応力が残存し、鉄損も残存するためモータの効率低下が発生し問題である。

本発明は前記従来技術の課題の少なくとも１つを解消するためになされたものであり、分割ステータコアの焼きバメ加工時に発生する応力を低減して出力効率を向上することが可能な分割ステータコアを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために請求項１に係る分割ステータコアでは、円環の周方向を分割する分割面で区画された分割ヨーク部を備え、該分割ヨーク部が相互に連結されることにより環状ヨーク部を構成する分割ステータコアにおいて、分割ヨーク部の連結部のうち少なくとも一方は、円環内径方向に向かって分割面から後退した端面を有する切り欠き部と、円環外径方向に向かって分割面を端面とする突起部とを備えることを特徴とする。

請求項１の分割ステータコアでは、環状ヨーク部を形成する際、突起部どうしまたは突起部と分割面とで接触するため、分割ヨーク部の連結部のうち切り欠き部を含んで構成される主磁束領域にギャップが形成され、ギャップには圧縮圧力がかからない。これにより、主磁束領域での圧縮応力による鉄損を減少させることができ、モータの高効率化を図ることが可能となる。またこれにより加工寸法精度ばらつきや温度変化による膨張・収縮による圧縮応力のばらつきによる主磁束領域の鉄損の変化を抑えることが可能となるため、分割ステータコアの鉄損値の個体差ばらつき量を抑えた一定品質の鉄損特性を有するステータコアを供給することや、温度変化による鉄損の変化を抑えることで温度変化が発生しても効率が変化しにくいステータコアを作成することができる。

また請求項２に係る分割ステータコアでは、突起部は分割ヨーク部の最外周面を含んで構成されることを特徴とする。

これにより、分割ヨーク部の連結部において環状ヨーク部を形成する際、円環の最外周部に突起部が備えられるため、円環内径側にギャップを有する主磁束領域を充分に確保することができる。ここで分割面は、環状ヨーク部の円環軸を含む面によって構成されることが好ましく、これにより分割ステータコアが分割面で連結されて環状ヨーク部を形成する際に、均一に応力を発生させることができる。

また請求項４に係る分割ステータコアでは、切り欠き部の分割面からの後退距離は、分割ヨーク部の外径側に比して内径において長くなる構造を有することを特徴とする。

これにより、分割ステータコアが分割面で連結される際に突起部に発生する応力分布を、突起部内の円環内径方向の応力がより低くなるような応力分布にすることが出来るため、環状ヨーク部においてより外径側に磁束領域が形成されるモータの高負荷状態においても鉄損の低減を図ることができる。

また請求項５に係る分割ステータコアでは、 突起部を区画する第１空隙部を備え、第１空隙部は、第１空隙部の少なくとも一部が突起部の内径側端部よりも外径側の位置に存在することを特徴とする。

また請求項６に係る分割ステータコアでは、ティース部と突起部を区画する第１空隙部とを備え、第１空隙部は、分割ヨーク部とティース部との接合部における突起部側端部と、突起部の内径側端部とを直線で結んだ第１経路と、分割ヨーク部とティース部との接合部における接合中心部と、突起部の外径側端部とを直線で結んだ第２経路とによって囲まれる領域のうち少なくとも一部を含んで構成されることを特徴とする。

これにより、第１空隙部によって突起部に向かう磁気抵抗が増大するため、突起部への経路に比して磁気抵抗が低い切り欠き部により構成されるギャップを有する経路を磁束は流れる。すなわち圧縮応力がかからない経路を磁束が流れるため、鉄損の発生を抑えることができる。また突起部を磁束が流れる時の磁路長さに比して、磁路長さを短くすることができるため、鉄損の発生を抑えることができる。

また請求項７に係る分割ステータコアでは、円環の周方向を分割する分割面で区画された分割ヨーク部を備え、分割ヨーク部が相互に連結されることにより環状ヨーク部を構成する分割ステータコアにおいて、分割ヨーク部は、環状周方向に沿って複数の第２空隙部により区画される応力受容部を備え、環状ヨーク部の円環軸に対して垂直な平面における、応力受容部の中心線方向と、環状ヨーク部の径方向とが異なる方向を有することを特徴とする。

請求項７の分割ステータコアでは応力受容部において、中心線方向と円環の中心点方向とが異なる応力受容部分を有するため、環状ヨーク部の形成時の圧縮応力を曲げ応力として受容する。

これにより、圧縮応力を応力受容部に吸収させることができるため、磁束領域に発生する応力を減少させることが可能となり、圧縮応力に起因する鉄損を低減させることが出来る。またこれにより加工寸法精度ばらつきや温度変化による膨張・収縮による圧縮応力のばらつき量を抑えることが可能となるため、「分割ステータコア」の鉄損値の個体差ばらつき量を抑えることができ、一定品質の鉄損特性を有するモータを供給することが可能となる。また温度変化による鉄損値の変化を抑えることが可能となり、温度変化が発生しても効率が変化しにくいモータを作成することができる。

また請求項８に係る分割ステータコアでは、請求項７に記載の分割ステータコアにおいて、第２空隙部の少なくとも一部は、環状ヨーク部の中心方向に対して所定角を有してスリット状に開口された空隙であることを特徴とする。また請求項９に係る分割ステータコアでは、請求項７に記載の分割ステータコアにおいて、第２空隙部は、環状ヨーク部の円環軸からの距離が異なる複数の円周ごとに、所定の円周長を有してスリット状に構成されることを特徴とする。

これにより、第２空隙部により区画される応力受容部によって圧縮応力を吸収することが出来るため、分割ヨーク部に発生する応力を減少させることが可能となり、圧縮応力に起因する鉄損を低減させることが出来る。

また請求項１０に係る分割ステータコアでは、請求項１乃至４に記載の分割ステータコアにおいて、分割ヨーク部において、突起部の内径側端部を越えた内径側に少なくとも一部が形成される第３空隙部を備えることを特徴とする。また第３空隙部が、分割ヨーク部における環状周方向の中心部に構成されることが好ましい。

これにより、第３空隙部の内径側端部を支点として、第３空隙部の内径側端部よりも外周側が圧縮変形することで、その内周側には引っ張り応力がかかるため、その領域の鉄損特性を向上させることができる。また分割ヨーク部の外周面近傍であり環状周方向の中心部の近傍である領域には磁束がほとんど形成されないため、この領域に第３空隙部を形成すれば、空隙部の形成による磁気抵抗の影響を受けることを避けることができる。

また請求項１２に係る分割ステータコアでは、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の分割ステータコアにおいて、分割ステータコアは、分割ヨーク部に接合されるティース部を備え、分割ヨーク部の連結部でティース部が分割される構造を有することを特徴とする。

請求項１２に係る分割ステータコアでは、ティース部の中心線にギャップが形成されるため、ギャップは磁路を横切ることが無い。これにより、分割ステータコアの磁気抵抗の増加を抑えることができるため、磁束量低下に伴うモータのトルクの低下などの問題を防止することができる。

本発明によれば、円環の周方向を分割する分割面で区画された分割ヨーク部を備え、分割ヨーク部が相互に連結されることにより環状ヨーク部を構成する分割ステータコアにおいて、突起部近傍のみに圧縮応力を局在させ、主磁束領域ＢＭの圧縮応力が低減するような分割ステータコアを作成することができるため、鉄損が低減された高効率なモータが作成可能である。またこれにより加工寸法精度ばらつきや温度変化による膨張・収縮による圧縮応力のばらつき量を抑えることが可能となるため、鉄損値の個体差ばらつき量や温度変化による鉄損値の変化を抑えた分割ステータコアを作成することができる。

以下、本発明の分割ステータコアについて具体化した実施形態を図１乃至図１６に基づき図面を参照しつつ詳細に説明する。

第１実施形態を図１および２を用いて説明する。図１は本発明のステータコアＳＴの一部を示す図である。分割ステータコアＣ１は分割ヨーク部ＣＹ１、ティース部ＣＴ１から成る。ティース部ＣＴ１には導線が巻き付けられコイルが形成される（不図示）。また分割ヨーク部ＣＹ０およびＣＹ１の分割面は、分割ヨーク部が相互に連結されて構成される環状ヨーク部の円環軸ＳＯ（円環軸ＳＯはステータコアＳＴの中心軸と同一）を含む面で構成され、その面を分割面構成面ＲＲ１と定義する。そして分割ヨーク部ＣＹ０およびＣＹ１の分割面に切り欠き部が形成されることにより、突起形状を有する突起部Ｃ０ＲおよびＣＩＬが形成される。そして突起部Ｃ０ＲとＣ１Ｌとが隙間なく当接することにより、ギャップ部ＧＰ１が形成される。また、切り欠き部はヨーク本体分割面のステータコアＳＴの内周側に形成されることにより、突起部Ｃ１ＬおよびＣ０Ｒはステータコア最外周部に形成される。

そして分割ステータコアＣ１は同様の構造を持った分割ステータコアＣ０、Ｃ２、Ｃ３…Ｃｎ（不図示）と所定数の分割ステータコアによって突起部を介して環状を形成するように連結された上で、コアケースＣＣに焼きバメによって格納される。これにより各分割ステータコアＣ０乃至Ｃｎは、突起部Ｃ０Ｒ乃至ＣｎＲとＣ０Ｌ乃至ＣｎＬとが当接した状態で固定保持され、ステータコアＳＴが形成される。このとき、分割ステータコアＣ１と分割ステータコアＣ０との連結によりギャップ部ＧＰ１が形成され、分割ステータコアＣ１と分割ステータコアＣ２との連結によりギャップ部ＧＰ２が形成される。以下同様にして分割ステータコアＣ（ｎ−１）と分割ステータコアＣｎとの連結部にはギャップ部ＧＰｎが形成されることにより、全ての分割ステータコアの連結部にはギャップ部が形成される。

各分割ステータコアがコアケースＣＣに焼きバメされることによってステータコアＳＴが形成される際に、各分割ステータコアに発生する応力分布を説明する。図１７の従来技術の分割ステータコアＣ１０１において、ティース部ＣＴ１０１と分割ヨーク部ＣＹ１０１との接合部において、分割面Ａ１０１側の端部を原点Ｒ０とし、応力緩和孔Ｈ１０１の中心点を通るヨーク位置基準線Ｒを規定する。分割ヨーク部ＣＹ１０１とティース部ＣＴ１０１との接合面の幅が２Ｌのとき、ヨーク位置基準線Ｒ上における原点Ｒ０から距離Ｌの点をＲ（Ｌ）、ヨーク位置基準線Ｒと応力緩和孔Ｈ１０１の端部との交点をそれぞれＲ（Ｌ＋Ａ）およびＲ（Ｌ＋Ｃ）、ヨーク位置基準線Ｒと分割ヨーク部外周との交点をヨーク端点Ｒ（Ｓ）と規定する。また図１の本発明の分割ステータコアＣ１においても同様にヨーク位置基準線Ｒ上における原点Ｒ０、原点Ｒ０から距離Ｌの点Ｒ（Ｌ）、ヨーク端点Ｒ（Ｓ）を規定する。

原点Ｒ０から距離Ｌの点Ｒ（Ｌ）までの領域を通る磁束領域を主磁束領域ＢＭと呼ぶ（図１，図１７斜線部領域）。主磁束領域ＢＭとは、モータ動作期間中の通常の負荷時において、主に磁束が分割ステータコアを通る領域である。また点Ｒ（Ｌ）からヨーク端点Ｒ（Ｓ）までの領域を通る磁束領域を高負荷時磁束領域ＨＡと呼ぶ。高負荷時磁束領域ＨＡとは、モータ動作期間中の高負荷時において、大きなトルクを発生するために磁束量が増加し、主磁束領域ＢＭをはみ出して磁束が形成される領域である。ここでモータの高負荷時とは、例えば自動車の動力源としてモータが使用される場合であれば、発車時や急加速時などが挙げられる。

図２にヨーク位置基準線Ｒ上での応力分布を示す。従来技術を示す線Ｊ１００（図２点線）では応力緩和孔Ｈ１０１の存在する領域（Ｒ（Ｌ＋Ａ）からＲ（Ｌ＋Ｃ）までの領域）においては圧縮応力がゼロになるが、主磁束領域ＢＭ（Ｒ０からＲ（Ｌ）までの領域）においては圧縮応力が残留する。一方、第１実施形態を示す線Ｊ１（図２実線）においては、主磁束領域ＢＭを含む原点Ｒ０から境界点Ｒ（Ｇ）までの領域の圧縮応力がゼロとなり、境界点Ｒ（Ｇ）からヨーク端点Ｒ（Ｓ）までの領域の圧縮応力は従来技術よりも高い応力が集中する。

ここで境界線点Ｒ（Ｇ）とは、応力がかからない領域と応力が集中する領域との境界を示す点である。このように境界線点Ｒ（Ｇ）が形成されるのは、本発明の第１実施形態では、突起部Ｃ０ＲとＣ１Ｌとの当接面および突起部Ｃ１ＲとＣ２Ｌとの当接面で当接するため、分割ヨーク部ＣＹ１の分割面の主磁束領域ＢＭを含む領域にギャップ部ＧＰ１およびＧＰ２が形成されるため、突起部近傍のみに圧縮応力が集中し、主磁束領域ＢＭには圧縮応力が発生しないためである。一方従来技術においては、分割面Ａ１０１、Ａ１０２が分割ヨーク部ＣＹ１０１の側面全体で構成され、主磁束領域ＢＭを含む領域も当接しているため、主磁束領域ＢＭに圧縮応力が残留する。

よって以上により第１実施形態では、高負荷時磁束領域ＨＡ内の境界点Ｒ（Ｇ）からヨーク端点Ｒ（Ｓ）までの領域に圧縮応力を局在させることが可能である。すなわち従来技術の分割ヨーク部ＣＹ１０１が受ける圧縮応力（図２グラフ中の領域Ｓ０の面積）を境界点Ｒ（Ｇ）から外周側に移動させ、第１実施形態の分割ヨーク部ＣＹ１が受ける圧縮応力（図２グラフ中の領域Ｓ１の面積）とすることができる。このとき受ける圧縮応力は同等（図２グラフ中の領域Ｓ０と領域Ｓ１との面積は同等）である。

これにより本発明の第１実施形態では、分割ヨーク部が受ける圧縮応力を境界点Ｒ（Ｇ）から外周側に局在化することで主磁束領域ＢＭの圧縮応力をゼロにすることが出来るため、主磁束領域ＢＭでの圧縮応力による鉄損の発生を抑えることができ、モータの高効率化を図ることが可能となる。すなわち軽負荷で用いる時間割合が高いようなモータの使用形態においては、モータ使用時の大部分の時間において、磁束はステータコア中の主磁束領域ＢＭ内を流れる。また、ステータコアの鉄損特性は圧縮応力が働く部位で大きく悪化する。以上から、主磁束領域ＢＭにおける圧縮応力の発生を抑え、鉄損特性の悪化を抑える事ができるので、モータの高効率化を図ることができる。

またこれにより、加工寸法精度ばらつきや温度変化による膨張・収縮による圧縮応力のばらつきに起因する主磁束領域ＢＭでの圧縮応力の発生・増加を抑えることが可能となる。よってステータコアの鉄損値の個体差ばらつき量を抑えることができ、一定品質の分割ステータコアを供給することが可能となる。また温度変化による鉄損値の変化を抑えることが可能となり、温度変化が発生しても効率が変化しにくいモータを作成することができる。

なお図２の第１実施形態において、高負荷時磁束領域ＨＡの境界線点Ｒ（Ｇ）からヨーク端点Ｒ（Ｓ）までの領域の圧縮応力は従来技術よりも高くなり鉄損特性は悪化する。しかしモータ使用時の大部分の時間において磁束が主磁束領域ＢＭ内を流れるようなモータの使用形態においては、境界線点Ｒ（Ｇ）からヨーク端点Ｒ（Ｓ）までの領域を磁束が流れる時間割合は十分小さいため、この領域の鉄損特性の悪化によるモータ効率低下の効果に比して、主磁束領域ＢＭでの鉄損特性の向上によるモータ効率上昇の効果の方が十分大きい。よってモータの高効率化が図れる。

ここで軽負荷で用いる時間割合が高いモータの使用形態としては、例えばハイブリッド自動車の原動機としてモータを用いる場合が挙げられる。定速走行時（走行時間に占める割合は高い）にガソリン駆動するハイブリッド自動車においては、定速走行時にモータも回転し磁束が誘起されるが、このときモータは低負荷状態のため磁路は主磁束領域に形成される。よって主磁束領域の鉄損を低減すれば、モータの発熱を抑えること等が可能である。また突起部の大きさ、位置により圧縮応力が局在する領域を高負荷時磁束領域ＨＡより外径側に移動させることにより、軽負荷時から高負荷時までのすべての領域で鉄損を低減させることが可能である。

なおギャップ部ＧＰ１乃至ＧＰｎのギャップ値Ｇは広すぎると空気の影響を受けて透磁率が減少し、その結果ギャップ部の磁気抵抗が増加する。またステータコアに熱膨張等が発生した場合に、ギャップ部同士が接触しないようなギャップ値Ｇを設定する必要がある。そのようなギャップ値Ｇとして、例えばギャップ部ＧＰ１乃至ＧＰｎに４０から５０（μｍ）の値を用いるとよい。

なお本発明の第１実施形態における分割ステータコアＣ１の分割ヨーク部ＣＹ１では、左右両分割面のそれぞれに切り欠き部が形成されることにより突起部Ｃ１ＬおよびＣ１Ｒが形成されるが、分割ヨーク部ＣＹ１のどちらか一方の分割面のみに切り欠き部を有する構造でもよい。例えば分割ヨーク部ＣＹ１の左分割面には突起部Ｃ１Ｌを備え（切り欠き部を有する）、右分割面には分割面構成面ＲＲ２で構成される分割面（切り欠き部を有さない）を備える構造でもよい。

第２実施形態を図３および４を用いて説明する。図３は磁気ブロック用スリットを備えた分割ステータコアＣ１Ｓを示す図である。分割ステータコアＣ１Ｓは突起部Ｃ１Ｌ、Ｃ１Ｒの近傍にそれぞれ磁気ブロック用スリットＳ１Ｌ、Ｓ１Ｒを備える。磁気ブロック用スリットＳ１Ｌ、Ｓ１Ｒはそれぞれ短辺長さＭ１、長辺長さＭ２の長さをもつ長方形形状を有し、短辺長さＭ１はギャップ部ＧＰ１、ＧＰ２のギャップ値Ｇよりも十分大きな値をもつ。例えばギャップ値Ｇが４０〜５０（μｍ）の時には、磁気ブロック用スリットの短辺長さＭ１は３００〜４００（μｍ）の値などを持つ。また、磁気ブロック用スリットを備える点以外の構造については第１実施形態の分割ステータコアＣ１と同様であるため、ここでは詳細な説明は省略する。なお、磁気ブロック用スリットＳ１Ｌ、Ｓ１Ｒは第１空隙部の一例である。

磁気ブロック用スリットの構成される位置について説明する。図３において突起部Ｃ１Ｌの内径側端部をＣＡ１Ｔと定義したとき、内径側端部ＣＡ１Ｔよりも外径側に存在する領域をＣＡＡとする。この外径側領域ＣＡＡ内にその一部が含まれるように、磁気ブロック用スリットＳ１Ｌ、Ｓ１Ｒは構成される。また、分割ヨーク部ＣＹ１Ｓとティース部ＣＴ１Ｓとの接合部における、突起部Ｃ１Ｌ側の端部をＣＹＬとし、端部ＣＹＬと内径側端部ＣＡ１Ｔとを結んだ直線を経路ＢＢ１とする。さらに突起部Ｃ１Ｌの外径側端部をＣＡ１Ｇと定義し、分割ヨーク部ＣＹ１Ｓとティース部ＣＴ１Ｓとの接合部における接合中心部をＣＹＣと定義したとき、外径側端部ＣＡ１Ｇと接合中心部ＣＹＣとを結んだ直線を経路ＢＢ２とする。そして経路ＢＢ１と経路ＢＢ２とによって囲まれる領域内にその一部が含まれるように、磁気ブロック用スリットＳ１Ｌ、Ｓ１Ｒは構成される。

図４を説明する。第１実施形態の分割ステータコアＣ１（図４左図）において、ギャップ部ＧＰ１、ＧＰ２の磁気抵抗に比して分割ヨーク部分割面ＣＡ１、ＣＡ２の磁気抵抗が小さい場合、磁束Ｂ０の磁路は圧縮応力のかかった領域であるコア接合部ＣＡ１、ＣＡ２に形成される。一方、第２実施形態の分割ステータコアＣ１Ｓ（図４右図）においては、磁気ブロック用スリットＳ１Ｌ、Ｓ１Ｒによってコア接合部ＣＡ１、ＣＡ２に向かう磁路の磁気抵抗が上昇するため、磁束ＢＳの磁路は相対的にコア接合部よりも磁気抵抗が低いギャップ部ＧＰ１、ＧＰ２に形成される。

ここで、鉄損特性は一般に磁路に圧縮応力がかかる場合、および磁路が長くなる場合に悪化する。よって磁束Ｂ０の磁路は圧縮応力がかかっているコア接合部ＣＡ１、ＣＡ２に形成されるため鉄損特性は悪化するが、磁束ＢＳの磁路は圧縮応力がかからないギャップ部ＧＰ１、ＧＰ２に形成されるため、鉄損を低減させることができる。加えて、磁束Ｂ０の磁路長さに比して磁束ＢＳの磁路長さを短くすることができるため、鉄損を低減させることができる。よって以上により、磁気ブロック用スリットＳ１Ｌ、Ｓ１Ｒを備えることにより、鉄損を低減させることによりモータの出力効率を向上させることができる。なお、ギャップ部ＧＰ１、ＧＰ２を設けることにより増大する磁気抵抗は、他の磁気抵抗（ロータとステータとの間のギャップ値により存在する磁気抵抗など）に比して十分小さいため無視できる。

第３実施形態を図５乃至１０を用いて説明する。図５は応力緩和スリットを備えた分割ステータコアＣ１Ｐを示す図である。なお、応力緩和スリットは第２空隙部の一例である。分割ステータコアＣ１Ｐは分割ヨーク部ＣＹ１Ｐの外周面近傍部に多数の応力緩和スリットＳＰから成る応力緩和部ＳＰＡを備える。また、応力緩和部ＳＰＡを備える点以外の構造については第１実施形態の分割ステータコアＣ１と同様であるため、ここでは詳細な説明は省略する。図６に応力緩和部ＳＰＡの説明図を示す。Ｔ字形の応力緩和スリットＳＰ１、ＳＰ２…ＳＰｎが互いに逆向きに組み合わされて配置される。ここで隣り合う応力緩和スリットＳＰ１、ＳＰ２を隔てるように形成される応力受容部ＢＲ１（図６中斜線部）に着目し、応力受容部ＢＲ１のうち、応力緩和スリットＳＰ１とＳＰ２とを隔てる中心線である、応力受容部ＢＲ１の中心線ＣＬ１Ａ乃至ＣＬ１Ｃを考える。また円環状のステータコアＳＴの中心方向ＰＰを矢印で示す。

分割ステータコアが焼きバメによりコアケースＣＣに収納され、締め付けによる圧縮応力ＰＣが分割ステータコアＣ１Ｐにかかる場合を図７を用いて説明する。圧縮応力ＰＣは中心方向ＰＰに向かう。このとき応力受容部ＢＲ１の中心線ＣＬ１Ｂと中心方向ＰＰとは一致するため、応力受容部ＢＲ１のうち中心線ＣＬ１Ｂから構成される部位には、中心線ＣＬ１Ｂ方向に圧縮応力が働く。同様に、中心線ＣＬ１Ｃから構成される部位にも中心線ＣＬ１Ｃ方向に圧縮応力が働く。一方、中心線ＣＬ１Ａ方向と中心方向ＰＰの方向とは一致しないため、応力受容部ＢＲ１のうち中心線ＣＬ１Ａから構成される部位には曲げ応力が働き、図７のＡ部で示すように変形する。ここで、応力受容部ＢＲ１の中心線ＣＬ１Ｂ、ＣＬ１Ｃから構成される部位の圧縮応力による変形量と、中心線ＣＬ１Ａから構成される部位の曲げ応力による変形量は後者の方が大きい。よって応力受容部ＢＲ１の一部に、応力受容部ＢＲ１の中心線と中心方向ＰＰとが異なる構造部を有すれば、曲げ応力による変形を利用することが可能となり、圧縮応力を小さな弾性係数で受けることができるため、圧縮応力を充分に吸収することが出来る。

図８に、締め付け圧力ＣＮと焼きバメ代ＹＢとの相関を表したグラフを示す。締め付け圧力ＣＮとはコアケースＣＣからステータコアＳＴが受ける締め付け圧力である。また焼きバメ代ＹＢとは、「（焼きバメ代ＹＢ）＝（ステータコアＳＴ外径）−（コアケースＣＣ内径）」の関係を有する値である。「焼きバメ代ＹＢ＝０」の原点はコアケースＣＣ内径とステータコアＳＴ外径がぴったり一致する点である。そして焼きバメ代ＹＢが大きくなるにつれてコアケースＣＣ内径よりもステータコアＳＴ外径が大きくなるため、焼きバメ時にステータコアＳＴを締付ける圧力が増加し、分割ステータコアに発生する締め付け圧力ＣＮも増加する。また図８の必要押さえ締め付け圧力ＣＮ０とは、コアケースＣＣによって分割ステータコアを締め付けて固定する際に、実用上問題ない固定強度を得るために分割ステータコアが受ける、最低限必要な締め付け圧力のことである。また焼きバメマージン量ＹＢＭとは、分割ステータコアの成形時の公差や、温度変化による体積の変化等によりステータコアＳＴの締め付け力が最も低下した場合においても最低限必要な締め付け力を下回らないように、設計による焼きバメ代値（図８中のＹＢＯ１、ＹＢＯ２）にオフセットとして加える焼きバメ代のことである。実際にステータコアを作成する際には、設計による焼きバメ代値に焼きバメマージン量ＹＢＭを加えた焼きバメ代値（図８中のＹＢ１、ＹＢ２）を使用する。またマージン圧力ＣＮＭ１、ＣＮＭ２とは、焼きバメマージン量ＹＢＭを採ることによって必要押さえ締め付け圧力ＣＮ０から増加してしまう締め付け圧力のことである。

図８の焼きバメ代ＹＢと締め付け圧力ＣＮとの相関図に示すように、従来技術の分割ステータコア（図８中点線）のグラフの傾きは第３実施形態の分割ステータコア（図８中実線）のグラフの傾きに比して大きい。これは第３実施形態の分割ステータコアが応力緩和部ＳＰＡを備えることで、曲げ応力による変形を利用することが可能となり、締め付け圧力により発生する圧縮応力を小さな弾性係数で受け、吸収することが出来るためである。よって焼きバメ代ＹＢ１（従来技術）、焼きバメ代ＹＢ２（第３実施形態）を用いてステータコアを作成する場合、締め付け圧力はそれぞれ締め付け圧力ＣＮ１、ＣＮ２となり、ＣＮ１＞ＣＮ２の関係が成り立つ。これにより、第３実施形態の分割ステータコアでは応力緩和部ＳＰＡを備えるため、磁束領域に発生する圧縮応力を減少させることが可能となり、鉄損を低減させることが出来る。

また、焼きバメマージン量ＹＢＭの範囲で焼きバメ代が変動した場合に変化する締め付け圧力の値はそれぞれＣＮＭ１（従来技術）、ＣＮＭ２（第３実施形態）となり、ＣＮＭ１＞ＣＮＭ２の関係が成り立つ。これは第３実施形態の分割ステータコアが応力緩和部ＳＰＡを備えることで、曲げ応力による変形を利用することが可能となり、圧縮応力を小さな弾性係数で受け、充分に吸収することが出来るためである。

これにより加工寸法精度ばらつきや温度変化による膨張・収縮による圧縮応力のばらつき量を抑えることが可能となるため、ステータコアの鉄損値の個体差ばらつき量を抑えることができ、一定品質の分割ステータコアを供給することが可能となる。また温度変化による鉄損値の変化を抑えることが可能となり、温度変化が発生しても効率が変化しにくい分割ステータコアを作成することができる。

また図９、１０に示す様に、応力緩和スリットの形状には種々の形状が挙げられる。図９の分割ステータコアＣ１Ｑは分割ヨーク部ＣＹ１Ｑの外周面近傍部に多数の応力緩和スリットＳＱ１乃至ＳＱｎから成る応力緩和部ＳＱＡを備える。応力緩和スリットＳＱ１乃至ＳＱｎは環状ヨーク部の円環軸ＳＯへの中心方向ＰＰに対して所定角を有し、分割ヨーク部ＣＹ１Ｑの外周面へスリット状に開口された空隙である。ここで応力緩和スリットＳＱ（ｎ−１）、ＳＱｎを隔てるように形成される応力受容部ＢＲＱ（ｎ−１）（図９中斜線部）の中心線ＣＬＱ（ｎ−１）に着目すると、中心線ＣＬＱ（ｎ−１）は中心方向ＰＰに対して一定の角度を有している。よって応力受容部ＢＲＱ（ｎ−１）は曲げ応力による変形を利用することが可能となるため、圧縮応力を小さな弾性係数で受けることができるため、圧縮応力を充分に吸収することが出来る。

また図１０の分割ステータコアＣ１Ｕは分割ヨーク部ＣＹ１Ｕの外周面近傍部に多数の応力緩和スリットＳＵから成る応力緩和部ＳＵＡを備える。応力緩和スリットＳＵは、環状ヨーク部の円環軸ＳＯからの距離が異なる円周ＲＵ１乃至ＲＵ３に沿って所定長さでスリット状に開口される。応力緩和部ＳＵＡは図６に示す応力受容部ＢＲ１と同様の形状を多数備えるため、曲げ応力による変形を利用することが可能であり、圧縮応力を小さな弾性係数で受けることができるため、圧縮応力を充分に吸収することが出来る。

第４実施形態を図１１乃至１４を用いて説明する。図１１は張力付加スリットを備えた分割ステータコアＣ１Ｗを示す図である。なお、張力付加スリットは第３空隙部の一例である。分割ステータコアＣ１Ｗは、分割ヨーク部ＣＹ１Ｗの外周端部に複数の張力付加スリットＳＧ１乃至ＳＧ３から成る張力付加部ＳＧＡを備える。また、張力付加部を備える点以外の構造については第１実施形態の分割ステータコアＣ１と同様であるため、ここでは詳細な説明は省略する。張力付加スリットの構成される位置について説明する。図１１において突起部Ｃ１Ｌの内径側端部をＣＡ１Ｔと定義したとき、内径側端部ＣＡ１Ｔよりも内径側にその一部が含まれるように張力付加スリットＳＧ１乃至ＳＧ３は構成される。また張力付加スリットＳＧ２は分割ヨーク部ＣＹ１Ｗの外周面の円弧中心線ＹＣ上に作成される。

図１２を説明する。コアケースＣＣからの圧縮応力ＰＣが分割ステータコアＣ１Ｗにかかる場合、分割ヨーク部分割面ＣＡ１、ＣＡ２に圧縮応力が集中し、張力付加スリットＳＧ１乃至ＳＧ３が変形を起こす。このときスリットＳＧ１乃至ＳＧ３の変形は、スリット開口部ＳＧＯが狭まり、スリット底辺部ＳＧＢは変形しない様態で変形する。このときスリット底辺部ＳＧＢを支点として、スリット底辺部ＳＧＢよりも外周側が圧縮変形することで、スリット底辺部ＳＧＢよりも内周側には引っ張り応力がかかる。すなわち分割ヨーク部ＣＹ１Ｗの外周部は圧縮応力Ｔ１がかかる一方、スリット底辺部ＳＧＢを通りコアケースＣＣと同心円の境界線ＬＣを境界線として、分割ヨーク部ＣＹ１Ｗの内周部には引っ張り応力Ｔ２がかかる。

図１１にヨーク位置基準線Ｒ、図１３にヨーク位置基準線Ｒ上での応力分布を示す。基準線Ｒにおいて、張力付加スリットＳＧ１乃至ＳＧ３の位置をスリット位置点Ｒ（Ｔ）とする。第１実施形態を示す線Ｊ１（図８点線）では原点Ｒ０からスリット位置点Ｒ（Ｔ）までの領域において応力がゼロであるのに対し、第４実施形態を示す線Ｊ４（図１３実線）においてはスリット位置点Ｒ（Ｔ）から原点Ｒ０へ近づくにつれて引っ張り応力が大きくなる。鉄損は応力に依存し、圧縮応力が働く部位では鉄損は増大するが、引っ張り応力が作用する部位では減少する。よってスリット位置点Ｒ（Ｔ）から原点Ｒ０へ近づくにつれて鉄損特性が向上する。また磁束量とモータが発生するトルク量とはほぼ比例関係が成り立ち、軽負荷時（低トルク発生時）には原点Ｒ０近傍を磁束が流れ、負荷が増えるに従い磁束量が増え磁束は点Ｒ（Ｌ）側へ膨らんでゆくことを考慮すると、第４実施形態の発明により特に軽負荷時の鉄損特性が向上することが分かる。なお軽負荷時の使用割合が高いモータとしては、前出のようにハイブリッド自動車の原動機としてモータを用いる場合が挙げられる。

これにより、張力付加部ＳＧＡの内径側端部であるスリット位置点Ｒ（Ｔ）を支点として、そのスリット位置点Ｒ（Ｔ）よりも外周側が圧縮変形することで、その内周側には引っ張り応力がかかるため、その領域の鉄損特性を向上させることができる。また分割ヨーク部ＣＹ１Ｗの外周面近傍であり環状周方向の中心部（円弧中心線ＹＣ）の近傍である領域には磁束がほとんど形成されないため、この領域に張力付加部ＳＧＡを形成すれば、それらの形成による磁気抵抗の影響を受けることを避けることができ、磁束量の低下を防止することができる。

なお図１２において、分割ヨーク部ＣＹ１Ｗの内周部には引っ張り応力Ｔ２がかかるため、ギャップ部ＧＰ１、ＧＰ２は若干広めに設定するなどの考慮が必要である。また張力付加スリットの数および形状は第４実施形態の形態に限られず、たとえば分割ヨーク部ＣＹ１Ｗの外周部全面に備えられる形態でもよい。

第５実施形態を図１４乃至図１５を用いて説明する。図１４はテーパ形状を有する突起部を備えた分割ステータコアＣ１Ｔを示す図である。分割ステータコアＣ１Ｔの分割ヨーク部ＣＹ１Ｔの左右分割面には、それぞれ突起部Ｃ１ＬＴおよびＣ１ＲＴが備えられる。また、突起部Ｃ１ＬＴおよびＣ１ＲＴを備える点以外の構造については第１実施形態の分割ステータコアＣ１と同様であるため、ここでは詳細な説明は省略する。突起部Ｃ１ＬＴは、環状ヨーク部の円環軸ＳＯを通る分割面構成面ＲＲ１からの後退量が、分割ヨーク部ＣＹ１Ｔの外径側よりも内径側において連続して大きくなるテーパ形状を有している。分割ステータコアＣ１Ｔが連結された時のヨーク位置基準線Ｒ上での応力分布を図１５に示す。図１５より、第１実施形態の応力分布を示す線Ｊ１（図１５点線）と比較して第５実施形態の応力分布を示す線Ｊ５（図１５実線）の方がよりヨーク端点Ｒ（Ｓ）側に圧縮応力が集中することが分かる。

これにより、分割ヨーク部が連結して形成される分割ステータコアＳＴにおいて、鉄損をより減少させることが可能となる。すなわち圧縮応力を高負荷時磁束領域より外径側（主磁束領域ＢＭに対してヨーク端点Ｒ（Ｓ）側）に移動させることにより、軽負荷時から高負荷時までのより広い領域で鉄損を低減させることが可能である。たとえば図１５において第１実施形態の応力分布線Ｊ１に比して第５実施形態の応力分布線Ｊ５の方がさらに内径側（原点Ｒ０側）の鉄損を減少させることができる。なお突起部Ｃ１ＬＴはテーパ形状に限らない。たとえば分割面構成面ＲＲ１からの後退量が、分割ヨーク部ＣＹ１Ｔの内径側において段階的に大きくなる階段形状を有してもよい。

第６実施形態を図１６を用いて説明する。図１６に示す分割ステータコアＣ１Ｄは、分割ヨーク部の分割面がティース部の中心線ＴＬ１、ＴＬ２とステータコアの軸線とを含む面によって構成されることを特徴とする。分割ステータコアＣ１Ｄは分割ヨーク部ＣＹ１Ｄ、ティース部ＣＴ１Ｌおよびティース部ＣＴ１Ｒから成る。そしてティース部ＣＴ０ＲおよびＣＴ１Ｌの分割面に切り欠き部が形成されることにより、突起形状を有する突起部Ｃ０ＲＤおよびＣ１ＬＤが形成される。そして突起部Ｃ０ＲＤとＣ１ＬＤとが隙間なく当接することにより、ギャップ部ＧＰ１Ｄが形成される。また、その他の構造については第１乃至４実施形態の分割ステータコアと同様であるため、ここでは詳細な説明は省略する。第１実施形態（図１）の分割ステータコアＣ１においては磁路を横切るようにギャップ部ＧＰ１、ＧＰ２が存在するため磁気抵抗が存在する。一方、第６実施形態の分割ステータコアＣ１Ｄ（図１６）では、ティース部の中心線ＴＬ１、ＴＬ２にギャップ部ＧＰ１Ｄ、ＧＰ２Ｄが形成されるため、ギャップ部は磁束ＢＤの磁路を横切ることが無い。

これにより、分割ステータコアＣ１Ｄの磁気抵抗の増加を抑えることができる。よって磁束ＢＤの磁束量の低下を抑えることが出来るため、磁束量低下に伴うモータのトルクの低下などの問題を防止することができる。

なお、本発明の分割ステータコアは、前記実施形態のものに限定されるわけではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。例えば第１乃至第６実施形態の発明は適宜に組み合わせて実施することも可能であり、図１６に示す分割ステータコアＣ１Ｄのように、磁気ブロック用スリットＳ１ＬおよびＳ１Ｒ、応力緩和部ＳＰＡ、張力付加部ＳＧＡを併せて構成することが可能である。

第１実施形態における分割ステータコアの構成を示す図である。 第１実施形態における分割ステータコアの応力分布を示す図である。 第２実施形態における分割ステータコアの構成を示す図である。 第２実施形態における分割ステータコアに流れる磁束を示す図である。 第３実施形態における分割ステータコアの構成を示す図である。 第３実施形態における応力緩和部の構成を示す図である。 第３実施形態における応力緩和部の変形時の様子を示す図である。 第３実施形態における分割ステータコアの圧縮応力と焼きバメ代との相関を表した図である。 第３実施形態における分割ステータコアの第１例を示す図である。 第３実施形態における分割ステータコアの第２例を示す図である。 第４実施形態における分割ステータコアの構成を示す図である。 第４実施形態における分割ステータコアに発生する応力を示す図である。 第４実施形態における分割ステータコアの応力分布を示す図である。 第５実施形態における分割ステータコアの構成を示す図である。 第５実施形態における分割ステータコアの応力分布を示す図である。 第６実施形態における分割ステータコアの構成を示す図である。 従来技術における分割ステータコアの構成を示す図である。 従来技術におけるステータコアの構成を示す図である。

符号の説明

ＳＴ ステータコア
Ｃ１ 分割ステータコア
ＣＹ１ 分割ヨーク部
ＣＴ１ ティース部
ＲＲ１ 分割面構成面
Ｃ０Ｒ、ＣＩＬ 突起部
ＣＣ コアケース
ＧＰ１、ＧＰ２ ギャップ部
Ｒ ヨーク位置基準線
ＢＭ 主磁束領域
ＨＡ 高負荷時磁束領域
Ｓ１Ｌ、Ｓ１Ｒ 磁気ブロック用スリット
ＳＰＡ 応力緩和部

Claims (12)

1. 円環の周方向を分割する分割面で区画された分割ヨーク部を備え、該分割ヨーク部が相互に連結されることにより環状ヨーク部を構成する分割ステータコアにおいて、
   前記分割ヨーク部の連結部のうち少なくとも一方は、円環内径方向に向かって前記分割面から後退した端面を有する切り欠き部と、
   円環外径方向に向かって前記分割面を端面とする突起部とを備えることを特徴とする分割ステータコア。
2. 前記突起部は前記分割ヨーク部の最外周面を含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の分割ステータコア。
3. 前記分割面は、前記環状ヨーク部の円環軸を含む面によって構成されることを特徴とする請求項１に記載の分割ステータコア。
4. 前記切り欠き部の前記分割面からの後退距離は、前記分割ヨーク部の外径側に比して内径において長くなる構造を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の分割ステータコア。
5. 前記突起部を区画する第１空隙部を備え、
   前記第１空隙部は、該第１空隙部の少なくとも一部が前記突起部の内径側端部よりも外径側の位置に存在することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の分割ステータコア。
6. ティース部と、前記突起部を区画する第１空隙部とを備え、
   前記第１空隙部は、
   前記分割ヨーク部と前記ティース部との接合部における前記突起部側端部と、前記突起部の内径側端部とを直線で結んだ第１経路と、
   前記分割ヨーク部と前記ティース部との接合部における接合中心部と、前記突起部の外径側端部とを直線で結んだ第２経路と、
   によって囲まれる領域のうち少なくとも一部を含んで構成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の分割ステータコア。
7. 円環の周方向を分割する分割面で区画された分割ヨーク部を備え、該分割ヨーク部が相互に連結されることにより環状ヨーク部を構成する分割ステータコアにおいて、
   前記分割ヨーク部は、環状周方向に沿って複数の第２空隙部により区画される応力受容部を備え、
   前記環状ヨーク部の円環軸に対して垂直な平面における、前記応力受容部の中心線方向と、前記環状ヨーク部の径方向とが異なる方向を有することを特徴とする分割ステータコア。
8. 前記第２空隙部の少なくとも一部は、前記環状ヨーク部の中心方向に対して所定角を有してスリット状に開口された空隙であることを特徴とする請求項７に記載の分割ステータコア。
9. 前記第２空隙部は、前記環状ヨーク部の円環軸からの距離が異なる複数の円周ごとに、所定の円周長を有してスリット状に構成されることを特徴とする請求項７に記載の分割ステータコア。
10. 前記分割ヨーク部において、前記突起部の内径側端部を越えた内径側に少なくとも一部が形成される第３空隙部を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の分割ステータコア。
11. 前記第３空隙部が、前記分割ヨーク部における環状周方向の中心部に構成されることを特徴とする請求項１０に記載の分割ステータコア。
12. 前記分割ステータコアは、前記分割ヨーク部に接合されるティース部を備え、
    前記分割ヨーク部の連結部で前記ティース部が分割される構造を有することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の分割ステータコア。

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