特開 2022-163612 回転電機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022163612

(43)【公開日】2022-10-26

(54)【発明の名称】回転電機

(51)【国際特許分類】

   H02K 1/16 20060101AFI20221019BHJP

   H02K 1/18 20060101ALI20221019BHJP

   H02K 5/08 20060101ALI20221019BHJP

【ＦＩ】

H02K1/16 Z

H02K1/18 C

H02K1/18 D

H02K5/08 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021068638

(22)【出願日】2021-04-14

(71)【出願人】

【識別番号】502129933

【氏名又は名称】株式会社日立産機システム

(74)【代理人】

【識別番号】110001829

【氏名又は名称】弁理士法人開知

(72)【発明者】

【氏名】床井 博洋

(72)【発明者】

【氏名】中原 瑞紀

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 利文

(72)【発明者】

【氏名】天池 将

(72)【発明者】

【氏名】高橋 秀一

(72)【発明者】

【氏名】米岡 恭永

(72)【発明者】

【氏名】酒井 亨

【テーマコード（参考）】

5H601

5H605

【Ｆターム（参考）】

5H601AA09

5H601AA26

5H601CC05

5H601CC15

5H601DD01

5H601DD09

5H601DD11

5H601DD18

5H601EE03

5H601EE18

5H601FF02

5H601FF04

5H601FF15

5H601GA02

5H601GA40

5H601GB05

5H601GB13

5H601GB34

5H601GC02

5H601GC12

5H601GD02

5H601GD07

5H601GD08

5H601GD12

5H601GD13

5H601GD18

5H601GD22

5H601HH03

5H601HH12

5H601HH23

5H601KK25

5H601KK26

5H605AA07

5H605AA08

5H605BB01

5H605BB05

5H605BB17

5H605CC01

5H605CC02

5H605FF06

5H605GG18

5H605GG20

(57)【要約】

【課題】バックヨークの複数の凹部と、バックヨークの複数の凹部に嵌合される複数のティースの一端との間にできる隙間による鉄損を減少させることができる回転電機を提供する。
【解決手段】回転子２００と、回転子２００の外周を取り囲む固定子１００と、固定子１００のバックヨーク１３０の内周面に設けられ、固定子１００の軸方向に延びる第１凹部１３３と、第１凹部１３３に一端が嵌合されたティース１２０とを備えた回転電機１０００であって、第１凹部１３３と、第１凹部１３３に嵌合されたティース１２０の一端との間に形成される隙間が、固定子１００の径方向よりも前記固定子の周方向の方が小さい。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転子と、
前記回転子の外周を取り囲む固定子と、
前記固定子のバックヨークの内周面に設けられ、前記固定子の軸方向に延びる第１凹部と、
前記第１凹部に一端が嵌合されたティースとを備えた回転電機であって、
前記第１凹部と、前記第１凹部に嵌合された前記ティースの一端との間に形成される隙間が、前記固定子の径方向よりも前記固定子の周方向の方が小さいことを特徴とする回転電機。

【請求項2】

請求項１に記載の回転電機であって、
前記第１凹部の側面と前記ティースの一端との距離は、前記第１凹部の底面と前記ティースの一端との距離よりも小さいことを特徴とする回転電機。

【請求項3】

請求項１に記載の回転電機であって、
前記第１凹部の側面と前記ティースの一端との最短距離は、前記第１凹部の底面と前記ティースの一端との最短距離よりも小さいことを特徴とする回転電機。

【請求項4】

請求項１に記載の回転電機であって、
前記第１凹部の側面と前記ティースの一端とが接触していることを特徴とする回転電機。

【請求項5】

請求項１に記載の回転電機であって、
前記ティースは、低損失軟磁性材により形成されていることを特徴とする回転電機。

【請求項6】

請求項１に記載の回転電機であって、
前記第１凹部の前記固定子の周方向における幅は、前記固定子の中心部に向かって減少しており、
前記ティースの前記固定子の周方向における幅は、前記ティースの一端から前記ティースの他端に向かって減少していることを特徴とする回転電機。

【請求項7】

請求項５に記載の回転電機であって、
前記固定子の周方向において前記ティースの一端と前記第１凹部とが対向する部分の面積が、前記ティースの他端の面積より、大きいことを特徴とする回転電機。

【請求項8】

請求項１に記載の回転電機であって、
前記第１凹部と、前記第１凹部に嵌合された前記ティースの一端との間に形成される隙間には、前記第１凹部の底面と、前記第１凹部の底面に対向する前記ティースの一端の端面とに接する樹脂が、充填されていることを特徴とする回転電機。

【請求項9】

請求項８に記載の回転電機であって、
前記第１凹部の底面には、前記固定子の軸方向に延びる第２凹部が設けられ、
前記樹脂は、前記第２凹部と前記ティースの一端との間に形成される第１隙間と、前記第１凹部の底面から前記第２凹部が設けられた部分を除いた残りの底面と前記ティースの一端との間に形成される第２隙間とに充填されていることを特徴とする回転電機。

【請求項10】

請求項８に記載の回転電機であって、
前記樹脂は、さらに前記ティースの前記固定子の周方向における側壁を覆っていることを特徴とする回転電機。

【請求項11】

請求項９に記載の回転電機であって、
前記ティースの斜面の幅をＬ、
前記ティースの前記固定子の周方向における２つの側壁の各々が、前記２つの側壁の中央を通る前記バックヨークの周面に対する法線となす角度をθとした場合、
前記固定子に横断面における前記第２凹部の幅Ｗが、
Ｗ＞Ｌ×ｓｉｎθ×２
となることを特徴とする回転電機。

【請求項12】

請求項８に記載の回転電機であって、
前記樹脂は、熱硬化性樹脂又は発泡樹脂により形成されていることを特徴とする回転電機。

【請求項13】

請求項９に記載の回転電機であって、
前記第２凹部が、前記第１凹部の底面の両端に設けられていることを特徴とする回転電機。

【請求項14】

請求項５に記載の回転電機であって、
前記ティースが台形柱であることを特徴とする回転電機。

【請求項15】

請求項９に記載の回転電機の製造方法であって、
前記第２凹部より前記固定子の外径側上方又は前記第２凹部の真上に位置する樹脂注入口を有するモールド金型を用いて前記固定子を覆い、前記樹脂注入口に樹脂を注入することで前記固定子を樹脂モールドすることを特徴とする回転電機の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転電機に関する。

【背景技術】

【0002】

鉄損を低減するため、鉄心に鉄基アモルファス合金（以下、アモルファス金属）やナノ結晶材料等の軟磁性材料を用いた回転電機が開発されている。しかし、軟磁性材料の鋼板は、板厚が非常に薄く、ビッカース硬度が電磁鋼板の５倍以上もあり、製造がとても難しくコストが高くなっている。この課題を解決する回転電機が特許文献１に開示されている。

【0003】

特許文献１の回転電機では、固定子の鉄心（ステータコア）が内周面に複数の凹部を有する円環形状のバックヨークと、一端が前記凹部に嵌合され他端が回転子鉄心に向かって突出する複数のティースとに分割されている。そして、複数のティースはアモルファス金属箔帯を台形形状に切断し積層することによって作製されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１９－６８５６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１の回転電機は、バックヨークの複数の凹部と、当該複数の凹部に嵌合される複数のティースの一端との間に形成される隙間に起因した鉄損について考慮されておらず、高効率や高出力化の観点で改善の余地がある。

【0006】

本発明の目的は、バックヨークの複数の凹部と、当該複数の凹部に嵌合される複数のティースの一端との間に形成される隙間による鉄損を減少できる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】

【0007】

上記目的を達成するために、本発明は、回転子と、前記回転子の外周を取り囲む固定子と、前記固定子のバックヨークの内周面に設けられ、前記固定子の軸方向に延びる第１凹部と、前記第１凹部に一端が嵌合されたティースとを備えた回転電機であって、前記第１凹部と、前記第１凹部に嵌合された前記ティースの一端との間に形成される隙間が、前記固定子の径方向よりも前記固定子の周方向の方が小さい。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、バックヨークの複数の凹部と、当該複数の凹部に嵌合される複数のティースの一端との間にできる隙間による鉄損を減少させることができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の第１実施形態に係る回転電機の斜視図である。

【図2】図１に示した回転電機のＡ－Ａ矢視断面図である。

【図3】本発明の第１の実施形態による回転電機のステータの横断面図である。

【図4】本発明の第１実施形態に係る回転電機のティースの斜視図である。

【図5】本発明の第１実施形態に係る回転電機のティースを形成する薄板の平面図である。

【図6】本発明の第１実施形態に係る回転電機のバックヨークの部分拡大図である。

【図7】本発明の第１実施形態に係る回転電機のステータにおいて、バックヨークの第１凹部に一端が嵌合されたティースの拡大図である。

【図8】本発明の第１実施形態に係る回転電機のステータのティースとバックヨークの間の隙間の位置による磁束分布と鉄損への影響を解析した結果を示す表である。

【図9】本発明の第２実施形態に係る回転電機のステータにおいて、バックヨークの底面とティースの第１底面の隙間に充填された樹脂の密度分布の一例を示すグラフである。

【図10】本発明の第２実施形態に係る回転電機のステータにおいて、バックヨークの第２凹部とティースの第１底面の隙間に樹脂を充填したステータコアの部分拡大図である。

【図11】本発明の第３実施形態に係る回転電機のステータにおいて、ステータの周方向におけるバックヨークとティースの対向面の幅とティースの他端の幅との関係を示す模式図である。

【図12】本発明の第４実施形態に係る回転電機のモールド樹脂を充填したステータの部分拡大図である。

【図13】本発明の第４実施形態に係る回転電機の製造に用いられるモールド金型と、モールド樹脂を充填するためにモールド金型に設置されたステータの断面図である。

【図14】本発明の第４実施形態に係る回転電機の製造に用いられるモールド金型と、モールド金型に設置され、モールド樹脂が充填されたステータの断面図である。

【図15】本発明の第４実施形態に係る回転電機の製造に用いられるモールド金型の上型に設けられた樹脂注入口のステータの上方における位置を示す模式図である。

【図16】本発明の第５実施形態に係る回転電機のステータの部分拡大図である。

【図17】本発明の第６実施形態に係る回転電機のステータにおいて第２凹部に設けた発泡樹脂が発泡する前の部分拡大図である。

【図18】本発明の第６実施形態に係る回転電機のステータにおいて第２凹部に設けた発泡樹脂が発泡した後の部分拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を用いて、本発明の第１～第６の実施形態による回転電機の構成及び動作について説明する。なお、各図において、同一符号は同一部分を示す。また、各図は、互いに直交するＸＹＺ軸により方向を特定し、＋Ｘを「右」、－Ｘを「左」、＋Ｙを「上」、－Ｙを「下」、＋Ｚを「前」、－Ｚを「後」と規定する。

【0011】

（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る回転電機１０００の斜視図で、図２は、図１に示した回転電機１０００のＡ－Ａ矢視断面図である。回転電機１０００は、内転型のラジアルギャップ型回転電機で、ステータ（固定子）１００と、ロータ（回転子）２００と、シャフト３００と、軸受け４００と、第１エンドブラケット５００と、ハウジング６００と、第２エンドブラケット７００とを備える。

【0012】

ステータ１００は、ロータ２００を回転させる磁力を発生させる部分である。ステータ１００には、コイル１１０が巻き回された複数のティース１２０と、複数のティース１２０と結合する円環状のバックヨーク１３０とによりステータコアが形成されている。バックヨーク１３０は、円筒状のハウジング６００の内部に圧入等の手段により固定されている。

【0013】

ロータ２００は、ステータ１００から発生する磁力により回転する部分である。ロータ２００には、複数の積層板から構成されたロータコア（回転子鉄心）２１０と、ロータコア２１０に形成された複数の磁石収納孔（磁石収納部）２１１と、複数の磁石収納孔２１１に収納された複数の永久磁石２２０とが設けられている。ロータコア２１０の中心には貫通孔２１２が設けられ、貫通孔２１２にはシャフト３００が圧入等により固定されている。

【0014】

シャフト３００はロータ２００と共に回転する軸で、第１エンドブラケット５００に固定された軸受４００と、第２エンドブラケット７００に固定された軸受４００とにより回転自在に支持されている。第１エンドブラケット５００と第２エンドブラケット７００は、ハウジング６００の軸方向における両側に取り付けられ、ハウジング６００の軸方向の両端に位置する開口部を塞いでいる。第１エンドブラケット５００とハウジング６００と第２エンドブラケット７００により、ステータ１００とロータ２００は保護されている。

【0015】

このように構成された回転電機１０００は、ステータ１００に電力を供給した場合にはシャフト３００が回転して電動機となり、シャフト３００に回転動力を供給した場合には発電機となる。

【0016】

次に、本実施形態によるステータ１００を詳細に説明する。図３はステータ１００の横断面図である。ステータ１００は、複数のコイル１１０と、複数のコイル１１０の各々が巻きついた複数のティース１２０と、複数のティース１２０が内周壁に取り付けられたバックヨーク１３０とを有する。

【0017】

複数のコイル１１０の各々は、例えば図３に示すように、断面形状が四角形の平角線で、複数のティース１２０の各々に分布巻き方式で巻くことができる。なお、コイル１１０は、断面形状が円形の丸線を用いてもよく、複数のティース１２０に集中巻き方式で巻いてもよい。

【0018】

図４はティース１２０の斜視図である。この図に示すようにティース１２０は複数の薄板１２１を積層した柱状の鉄心である。ティース１２０は、上面１２０ａと、底面１２０ｂと、第１底面１２０ｃと、第２底面１２０ｄと、第１斜面１２２ｅと、第２斜面１２２ｆとを有している。

【0019】

図５は薄板１２１の平面図である。薄板１２１は薄い鋼板で、低損失軟磁性材、例えば、アモルファス金属により形成することが好ましい。また、図５に示すように薄板１２１の平面形状を台形とすることが好ましく、当該台形は、第１底辺１２１ａと、第２底辺１２１ｂと、第１脚１２１ｃと、第２脚１２１ｄとを有している。

【0020】

第１底辺１２１ａは、ティース１２０の第１底面１２０ｃの一部を形成し、その長さをＬ１とする。第２底辺１２１ｂは、ティース１２０の第２底面１２０ｄの一部を形成し、その長さをＬ２とする。第１底辺１２１ａと第２底辺１２１ｂとは図５に示すように平行としてもよい。この場合、第１底辺１２１ａの長さＬ１は第２底辺１２１ｂの長さＬ２より大きくなる。

【0021】

第１脚１２１ｃは、第１底辺１２１ａの＋Ｘ（右）側の端部と第２底辺１２１ｂの＋Ｘ（右）側の端部を結ぶ斜辺である。また、第１脚１２１ｃは、ティース１２０の第１斜面１２２ｅの一部を形成し、その長さをＬ３とする。第２脚１２１ｄは、第１底辺１２１ａの－Ｘ（左）側の端部と第２底辺１２１ｂの－Ｘ（左）側の端部を結ぶ斜辺である。また、第２脚１２１ｄは、ティース１２０の第２斜面１２２ｆの一部を形成する。

【0022】

第１脚１２１ｃと第２脚１２１ｄとは、図５に示すように第１底辺１２１ａと第２底辺１２１ｂの中点を通る直線ＣＬに対し線対称としてもよい。この場合には、第１底辺１２１ａと第２底辺１２１ｂの長さは、同じ長さＬ３となる。また、第１底辺１２１ａと第２底辺１２１ｂとが直線ＣＬとなす角度は、同じ角度θとなる。

【0023】

図６はバックヨーク１３０をステータの軸方向に沿って上から見たときの部分拡大図であり、本稿では図６をバックヨーク１３０の正面図と称することがある。バックヨーク１３０は、円環状に打抜かれた電磁鋼板１３１を積層した円筒状の鉄心である。図６に示すように、バックヨーク１３０の内周壁１３２には、ステータ１００の軸方向に沿って延びる複数の第１凹部１３３が設けられている。複数の第１凹部１３３の各々は、底面１３３ａと、底面１３３ａのステータ１００の周方向における一端からステータ１００の中心方向に向かって立ち上がる第１側壁（第１側面）１３５ｂと、底面１３３ａのステータ１００の周方向における他端からステータ１００の中心方向に向かって立ち上がる第２側壁（第２側面）１３５ｃと、底面１３３ａに設けられステータ１００の軸方向に沿って延びる第２凹部１３３ｄとを有している。

【0024】

バックヨーク１３０の横断面における底面１３３ａの幅はＷ１である。

【0025】

なお、本実施形態では底面１３３ａに第２凹部１３３ｄを設けたが、第２凹部１３３ｄは省略しても良い。この場合の底面１３３ａは、例えば、バックヨーク１３０の周面１３４の法線のうち当該底面１３３ａの中央を通る法線（以下、法線ＮＬという。）に対して略垂直に交差する平面としても良い。

【0026】

第１側壁１３５ｂと第２側壁１３５ｃは、底面１３３ａを挟む２つの側面で、法線ＮＬに対して線対称としてもよい。その場合、第１側壁１３５ｂと第２側壁１３５ｃの長さは、同じ長さＬ４となる。また、第１側壁１３５ｂと第２側壁１３５ｃとが法線ＮＬとなす角度は、同じ角度θとなる。

【0027】

図６に示すように、バックヨーク１３０（ステータ１００）の周方向における第１側壁１３５ｂと第２側壁１３５ｃとの距離（第１凹部１３３の幅）が、バックヨーク１３０の中心（ステータ１００の中心）に向かって減少するように第１凹部１３３を形成することが好ましい。この場合、バックヨーク１３０の内周壁１３２に表れる第１凹部１３３の開口端の幅Ｗ２は、第１凹部１３３の底面１３３ａの幅Ｗ１より小さくなる。

【0028】

第２凹部１３３ｄは、第１凹部１３３の底面１３３ａにおけるステータ１００の周方向の例えば中央部に形成された略円弧状の断面を有する凹部であり、バックヨーク１３０の軸方向に沿って延びている。第２凹部１３３ｄの幅はＷ３とする。

【0029】

図７はバックヨーク１３０の第１凹部１３３に一端（第１底面１２０ｃ側の端部）が嵌合されたティース１２０の拡大図である。

【0030】

この図に示すように、ステータ１００の周方向における第１凹部１３３の幅Ｗａは、ステータ１００の中心部に向かって単調に減少させてもよい。また、ティース１２０のステータ１００の周方向における幅Ｗｂは、ティース１２０の一端（第１底面１２０ｃ側の端部（第１端部））からティースの他端（第２底面１２０ｄ側の端部（第２端部））に向かって単調に減少させてもよい。

【0031】

図７から明らかであるが、ティース１２０の第１底辺１２１ａの長さＬ１（図５参照）は、第１凹部１３３の底面１３３ａの幅Ｗ１（図６参照）より小さい。

【0032】

また、ティース１２０の第１底辺１２１ａの長さＬ１（図５参照）は、第１凹部１３３の開口の幅Ｗ２（図６参照）より大きくなっている。これにより、ティース１２０の一端（第１底面１２０ｃ側の端部）は、第１凹部１３３に嵌合し、第１凹部１３３からバックヨーク１３０の内径方向に脱落不能になっている。

【0033】

ティース１２０は、第１凹部１３３と、その第１凹部１３３に嵌合されたティース１２０の一端（第１底面１２０ｃ側の端部）との間に隙間１４０が形成されるようにバックヨーク１３０に固定されている。隙間１４０としては、径方向隙間１４１と、２つの周方向隙間１４２（第１周方向隙間１４２ａと第２周方向隙間１４２ｂ）とが形成され得る。

【0034】

径方向隙間１４１は、ティース１２０の第１底面１２０ｃと、第１凹部１３３の底面１３３ａ及び第２凹部１３３ｄとの間に形成される隙間である。第１周方向隙間１４２ａは、ティース１２０の第１斜面１２２ｅと、第１凹部１３３の第１側壁（第１側面）１３５ｂとの間に形成される隙間である。第２周方向隙間１４２ｂは、ティース１２０の第２斜面１２２ｆと第１凹部１３３の第２側壁（第２側面）１３５ｃとの間に形成される隙間である。

【0035】

２つの周方向隙間１４２の少なくとも一方は、径方向隙間１４１よりも小さくなっている。すなわち、第１凹部１３３の側壁１３５ｂ，１３５ｃとティース１２０の斜面１２２ｅ，１２２ｆとの距離は、第１凹部１３３の底面１３３ａとティース１２０の第１底面１２０ｃとの距離よりも小さく（短く又は近く）なっている。当該距離の大小比較は、第１凹部１３３の側壁１３５ｂ，１３５ｃとティース１２０の斜面１２２ｅ，１２２ｆとの最短距離と、第１凹部１３３の底面１３３ａとティース１２０の第１底面１２０ｃとの最短距離とを比較することで行っても良い。例えば、図７のように第１凹部１３３の底面１３３ａに第２凹部１３３ｄが設けられている場合には、第２凹部１３３ｄとティース１２０の第１底面１２０ｃとの距離ではなく、底面１３３ａとティース１２０の第１底面１２０ｃとの距離を、側壁１３５ｂ，１３５ｃとティース１２０の斜面１２２ｅ，１２２ｆとの最短距離との比較対象として採用することとなる。

【0036】

［効果］
このように回転電機１０００を構成すると、ティース１２０の他端側（第２端部）から一端側（第１端部）に向かってティース１２０内を流れてきた磁束がティース１２０の斜面１２２ｅ，１２２ｆを介してバックヨーク１３０の凸部（隣接する２つの第１凹部１３３の間の凸部）に流れることになる。これによりバックヨーク１３０における第１凹部１３３の周辺に磁束が集中することを低減できるので、バックヨーク１３０で発生する鉄損を低減できる。特に本実施形態ではティース１２０がアモルファス金属で形成されているため鉄損をさらに低減できる。

【0037】

したがって、本実施形態によれば、バックヨーク１３０とティース１２０との隙間に起因した鉄損を低減できるので、回転電機１０００の高効率化や高出力化を図ることができる。

【0038】

なお、さらに鉄損を低減する観点からは、２つの周方向隙間１４２の少なくとも一方はゼロ、すなわち、ティース１２０の２つの斜面１２２ｅ，１２２ｆの少なくとも一方とそれに対応する第1凹部１３３の側壁１３５ｂ，１３５ｃを接触させることが好ましい。このように斜面１２２（例えば斜面１２２ｅ，１２２ｆ）とそれに対向する側壁１３５（例えば側壁１３５ｂ，１３５ｃ）を接触させると，ティース１２０の斜面１２２からバックヨーク１３０の凸部（隣接する２つの第１凹部１３３の間の凸部）に磁束が流れ易くなる。その結果、回転電機１０００の鉄損を低減できる。

【0039】

続いて本実施形態の効果について図８を用いてさらに詳細に説明する。図８は、本実施形態に係る回転電機のティース１２０とバックヨーク１３０の間に形成される隙間の位置による磁束分布と鉄損への影響を解析した結果を示す表である。なお、図８のバックヨーク１３０の第１凹部１３３は、図７のものと異なり、第２凹部１３３ｄが設けられていない。

【0040】

図８の「隙間位置」は、ティース１２０とバックヨーク１３０との間に形成される隙間の位置の種類を示し、ここでは＜１＞～＜３＞の３つの種類が例示されている。

【0041】

＜１＞の「隙間なし」は、ティース１２０とバックヨーク１３０との間に隙間が無い場合（つまり、径方向隙間１４１と２つの周方向隙間１４２が無い場合）であり、ティース１２０の一端は第１凹部１３３の底面１３３ａと２つの側壁１３５ｂ，１３５ｃのそれぞれに密着している。ただし、実際に回転電機を製造する場合には、ティース１２０の一端よりも第１凹部１３３を大きく形成する必要があるため、＜１＞のように全く隙間無しにティース１２０と第１凹部１３３を嵌合させることは非常に困難である。

【0042】

＜２＞の「径方向隙間」は、径方向隙間１４１があるが、２つの周方向隙間１４２（１４２ａ，１４２ｂ）が無い上記の本実施形態に近い場合である。即ち、ティース１２０の第１底面１２０ｃと第１凹部１３３の底面１３３ａとは離れており、径方向隙間１４１が形成されている。しかし、ティース１２０の第１斜面１２２ｅと第１凹部１３３の第１側壁１３５ｂ、ティース１２０の第２斜面１２２ｆと第１凹部１３３の第２側壁１３５ｃとは密接している。

【0043】

＜３＞の「周方向隙間」は、径方向隙間１４１がないが、２つの周方向隙間１４２（１４２ａ，１４２ｂ）がある場合である。即ち、ティース１２０の第１底面１２０ｃと第１凹部１３３の底面１３３ａとは密接している。しかし、ティース１２０の第１斜面１２２ｅと第１凹部１３３の第１側壁１３５ｂ、ティース１２０の第２斜面１２２ｆと第１凹部１３３の第２側壁１３５ｃとは離れ、周方向隙間１４２が形成されている。

【0044】

＜１＞～＜３＞の各隙間位置における「磁束分布」と「鉄損」を比較する。

【0045】

＜１＞の場合には、ティース１２０の第２底面１２０ｄ（他端）から入った磁束は、ティース１２０の第１斜面１２２ｅと第１凹部１３３の第１側壁１３５ｂとが接触する部分を通過して隣接するティース１２０とバックヨーク１３０に流れる。この場合の鉄損を基準（１．００）にすると、本実施形態に近い＜２＞の場合には、＜１＞の場合とほぼ同等な磁束分布を示し、その鉄損は１．０３と＜１＞の場合とほぼ同等となる。

【0046】

一方、＜３＞の場合は、ティース１２０の第２底面１２０ｄから入った磁束が、ティース１２０の第１底面１２０ｃと第１凹部１３３の底面１３３ａとが密接する部分を通過し、その大部分がバックヨーク１３０の外周側に流れる。つまりバックヨーク１３０の外周側の磁束密度が＜１＞及び＜２＞の場合に比して増加するため、鉄損は１．３．となり、実に＜１＞の鉄損の１．３０倍になる。

【0047】

この解析結果からも明らかな通り、第１凹部１３３の側壁１３５ｂ，１３５ｃとティース１２０の斜面１２２ｅ，１２２ｆとの距離を、第１凹部１３３の底面１３３ａとティース１２０の第１底面１２０ｃとの距離よりも小さくすると、磁束密度の増加を低減でき、バックヨーク１３０の鉄損を低減できる。つまり、バックヨーク１３０の鉄損を理想的な＜１＞の場合に近づけることができる。なお、薄板１２１の平面形状は台形である。そのため、アモルファス金属等の軟磁性材料の鋼板を容易に加工することができる。

【0048】

（第２実施形態）
上記で説明したように、さらに鉄損を低減する観点からは、第１凹部１３３の側面（第１側壁１３５ｂと第２側壁１３５ｃ）とティース１２０の一端（第１底面１２０ｃ側の、第１斜面１２２ｅと第２斜面１２２ｆ）とが接触していることが好ましい。

【0049】

そこで本実施形態では、ティース１２０の第１底面１２０ｃとバックヨーク１３０の第２凹部１３３ｄとの間の隙間（図７参照）に、熱硬化性の樹脂１５０をトランスファーモールドにより充填している。つまり、第１凹部１３３と、第１凹部１３３に嵌合されたティース１２０の一端（第１底面１２０ｃ側の端部）との間にできる隙間（径方向隙間１４１）に、第１凹部１３３の底面１３３ａと、第１凹部１３３の底面１３３ａに対向するティースの一端の端面（第１底面１２０ｃ）とに接する樹脂１５０が充填される。

【0050】

図９は、バックヨーク１３０の第１凹部１３３とティース１２０の第１底面１２０ｃの間の隙間に樹脂１５０が充填されたステータ１００の拡大図とともに当該樹脂１５０の密度分布の一例をグラフで示した図である。

【0051】

一般にトランスファーモールドで隙間に充填された樹脂１５０の密度は、成形加工時において樹脂１５０の各々に掛けられている圧力と正の相関がある。そのため、隙間の幅が広い場所は隙間の幅が狭い場所に比べて、流入する樹脂１５０が多く、樹脂１５０の圧力が相対的に大きくなり、樹脂１５０の密度が相対的に高くなる。その結果、隙間の幅が狭い場所では、樹脂１５０の密度が相対的に低くなる。

【0052】

本実施形態では、第２凹部１３３ｄと第１底面１２０ｃの間に形成される第１径方向隙間１４１ａが隙間の幅が広い場所に該当する。また、第１凹部１３３の底面１３３ａから第２凹部１３３ｄが設けられた部分を除いた残りの底面１３３ａとティース１２０の一端（第１底面１２０ｃ）との間に形成される第２径方向隙間１４１ｂが隙間の幅が狭い場所に該当する。したがって、本実施形態によるステータ１００において、バックヨーク１３０の底面１３３ａとティース１２０の第１底面１２０ｃの間の隙間に充填された樹脂１５０の密度分布は図９の下部に示すグラフとなる。

【0053】

図９のグラフでは第１凹部１３３の中央部で密度が最も高くなっているため、ティース１２０をステータ１００の中心部に向かって押圧する大きな力Ｆを第１凹部１３３の中央部に発生できる。この押圧力Ｆはティース１２０をステータ１００の中心部（バックヨーク１3０の内径方向）に向かって移動させ、最終的には図１０に示すようにティース１２０の斜面１２２ｅ，１２２ｆを第１凹部１３３の側壁１３５ｂ，１３５ｃに密着させることもできる。

【0054】

図１０は、バックヨーク１３０の第１凹部１３３とティース１２０の第１底面１２０ｃの間の隙間に樹脂１５０を充填したことでティース１２０の斜面１２２ｅ，１２２ｆが第１凹部１３３の側壁１３５ｂ，１３５ｃと接触した状態を示すステータコアの部分拡大図である。

【0055】

ティース１２０の第１斜面１２２ｅと第２斜面１２２ｆとが直線ＣＬとなす角度（図４、５参照）と、第１凹部１３３の第１側壁１３５ｂと第２側壁１３５ｃとが法線ＮＬとなす角度（図６参照）は、同じ角度θである。そのため、ティース１２０の第１斜面１２２ｅと第２斜面１２２ｆの各々は、バックヨーク１３０の第１側壁１３５ｂと第２側壁１３５ｃの各々に密接する。したがって、第１凹部１３３と、第１凹部１３３に嵌合されたティース１２０の一端との間に形成される隙間１４０が、ステータ１００の径方向よりもステータ１００の周方向の方が小さくなる。

【0056】

なお、ティース１２０とバックヨーク１３０の間の隙間に充填された樹脂１５０は加熱され、硬化する。これにより、第１凹部１３３と、第１凹部１３３に嵌合されたティース１２０の一端との間に形成される隙間１４０が、ステータ１００の径方向よりもステータ１００の周方向の方が小さく状態が維持される。

【0057】

本実施形態のように隙間１４０に樹脂１５０を充填することでティース１２０の斜面１２２ｅ，１２２ｆと第１凹部１３３の側壁１３５ｂ，１３５ｃとを密着させると、隙間１４０に楔などを圧入した場合と比較してティース１２０と第１凹部１３３に欠けや割れが発生するおそれが低減される。

【0058】

また、本実施形態において樹脂１５０を充填する隙間１４０の幅や第２凹部１３３ｄの大きさを変えることにより、樹脂１５０による押圧力を調整することができる。これにより、密接させる面に過大な圧力が加わることを低減し、ティース１２０とバックヨーク１３０の磁気特性低下を低減できる。

【0059】

（第３実施形態）
本実施形態では、第２実施形態における第１凹部１３３に対するティース１２０の埋め込み深さＬ５の好ましい値について図１１を用いて説明する。

【0060】

図１１は、第１凹部１３３に対するティース１２０の埋め込み深さＬ５と、ステータ１００の周方向におけるティース１２０の他端（第２底面１２０ｄ）の幅Ｌ２との関係を示す模式図である。

【0061】

埋め込み深さＬ５は、バックヨーク１３０の横断面において、第１凹部１３３の側壁１３５ｂ，１３５ｃがティース１２０の斜面１２２ｅ，１２２ｆと接触している部分の長さを示している。図１１中の式で示すように、埋め込み深さＬ５は、ティース１２０の第２底面１２０ｄの幅Ｌ２の半分より大きいことが好ましい。

【0062】

このように埋め込み深さＬ５を設定すると、バックヨーク１３０における第１凹部１３３の周辺に磁束が集中することをさらに低減でき、バックヨーク１３０の鉄損が低減できる。

【0063】

なお、図１１には第１斜面１２２ｅと第２側壁１３５ｃとが密接する部分を通過する磁束Ｂのみを示したが、第２斜面１２２ｆと第２側壁１３５ｃとが密接する部分を通過する磁束が存在することは言うまでも無い。

【0064】

（第４実施形態）
図１２は、本実施形態に係る回転電機において、樹脂を充填したステータ１００の部分拡大図である。本実施形態に係るステータ１００が第１実施形態に係るステータ１００と異なる点は、樹脂１５０が、さらにティース１２０のステータ（固定子）１００の周方向における側壁（第１斜面１２２ｅ、第２斜面１２２ｆ）を覆っていることである。具体的には、本実施形態によるステータ１００はモールド樹脂１５１により覆われ、径方向隙間１４１と、隣合う２つのティース１２０の間にモールド樹脂１５１が充填されている。

【0065】

図１２に示すように、ティース１２０の第１斜面１２２ｅの幅Ｌ３と、第１斜面１２２ｅと第２斜面１２２ｆが第１斜面１２２ｅと第２斜面１２２ｆの中央を通るバックヨーク１３０の周面１３４に対する法線ＮＬとなす角度をθとしたとき、第２凹部１３３ｄの幅Ｗ３は、Ｗ３＞２×Ｌ３ｓｉｎθとなることが好ましい。

【0066】

これは、樹脂１５０により第１底面１２０ｃと第１斜面１２２ｅと第２斜面１２２ｆにかかる圧力Ｐを一定と仮定する。この場合、第１底面１２０ｃにかかるティース１２０をバックヨーク１３０の内径方向に押す力Ｆａは、Ｐ×Ｗ３×（軸長）となる。一方、第１斜面１２２ｅと第２斜面１２２ｆの各々にかかるティース１２０をバックヨーク１３０の外径方向に押す力Ｆｂは、Ｐ×Ｌ３×（軸長）×ｓｉｎθとなる。

【0067】

第１凹部１３３の側面（第１側壁１３５ｂと第２側壁１３５ｃ）とティース１２０の一端（第１底面１２０ｃ側の、第１斜面１２２ｅと第２斜面１２２ｆ）とを密接させるためには、Ｆａ＞２Ｆｂとならなければならない。これにより、Ｗ３＞２×Ｌ３ｓｉｎθとなる。

【0068】

なお、スロット部（隣合う２つのティース１２０の間）にはコイル１１０とインシュレータが入る、そのため、樹脂１５０により第１斜面１２２ｅと第２斜面１２２ｆに作用する圧力は、樹脂１５０により第１底面１２０ｃに作用する圧力よりも低減する。したがって、「Ｗ３＞２×Ｌ３ｓｉｎθ」は安全サイドに算出した寸法条件である。

【0069】

このように「Ｗ３＞２×Ｌ３ｓｉｎθ」を満たす回転電機は、一体モールドよりティース１２０をバックヨーク１３０の外径方向に押す力Ｆｂが発生しても、ティース１２０がバックヨーク１３０の内径方向に加圧される。そのため、第１凹部１３３の側面（第１側壁１３５ｂと第２側壁１３５ｃ）とティース１２０の一端（第１底面１２０ｃ側の、第１斜面１２２ｅと第２斜面１２２ｆ）とが密接するように力が働く。

【0070】

次に、本実施形態に係るステータ１００の製造方法について説明する。図１３は、本実施形態に係る回転電機の製造に用いられるモールド金型８００と、モールド樹脂１５１を充填するためにモールド金型８００に設置されたステータ１００の断面図である。図１４は、本実施形態に係る回転電機の製造に用いられるモールド金型８００と、モールド金型８００に設置され、モールド樹脂１５１が充填されたステータ１００の断面図である。図１５は、本実施形態に係る回転電機の製造に用いられるモールド金型８００の上型８３０に設けられた樹脂注入口８３１のステータの軸方向における位置をステータ１００に投影した模式図である。

【0071】

モールド金型８００は、ステータの内周に配置された円柱状の芯型８１０、ステータの底面に配置された下型８２０、ステータの上面に配置され、樹脂１５０の注入口となるゲート８３１を備えた上型８３０とを有する。ゲート８３１は、第２凹部１３３ｄよりステータ１００の外径側上方又は第２凹部１３３ｄの真上（図１５では真上）に位置し、ステータ１００の周方向に均等に複数設けられている。

【0072】

図１４に示すように、上型８３０の上部からあらかじめポットなどに貯めて加熱し流動性を有する樹脂１５０にプランジャー（図示せず）で圧力をかける。樹脂１５０は、ゲート８３１からステータ１００とモールド金型８００内に押し出されていき、第２凹部１３３ｄやコイル１１０間の隙間を通って下型８２０に到達する。

【0073】

樹脂１５０がステータ１００内にある程度充填すると、プランジャー（図示せず）からの圧力が、ステータ１００内の樹脂１５０に伝搬し、徐々に樹脂１５０の圧力が上昇する。これにより、ステータ１００内の余分な空気がモールド金型８００の隙間から抜け、樹脂１５０がコイル１１０間などの狭小な箇所にまで充填されていく。充填完了後、加熱硬化することで樹脂モールドと一体になったステータ１００が完成する。なお、樹脂１５０はトランスファーモールドによりステータ１００内へ充填してもよい。

【0074】

本実施形態によるモールド金型は、ゲート８３１の位置を第２凹部１３３ｄの上方に設けているので、第２凹部１３３ｄから樹脂１５０が充填しやすくなり、勘合部（第１斜面１２２ｅと第２側壁１３５ｃとが対向する部分と、第２斜面１２２ｆと第２側壁１３５ｃとが対向する部分）に樹脂１５０が入りにくくなる。樹脂１５０が勘合部に入り込んでも、最終的にはティース１２０に働くステータ１００の内径方向の荷重により樹脂１５０が押し出される。しかし、完全に押し出すことは難しいため、第２凹部１３３ｄから樹脂１５０を充填し、勘合部の隙間を早い段階で塞ぐことで、一層勘合部の密接性を高められる。

【0075】

モールド樹脂により樹脂１５０を一体に成形する場合、第１実施形態のように、第２凹部１３３ｄごとに樹脂１５０を充填する必要がない。そのため、樹脂充填の工数を低減することができる。なお、ゲート８３１の位置は第２凹部１３３ｄより外径側に設けられていれば上記効果は得られる。そのため、第２凹部１３３ｄの直上でなくてもよい。

【0076】

（第５実施形態）
図１６は、本実施形態に係る回転電機のステータの部分拡大図である。本実施形態に係るステータ１００が第１実施形態に係るステータ１００と異なる点は、バックヨーク１３０の第１凹部１３３の底面１３３ａに設けられた第２凹部１３３ｄの数と位置である。即ち、バックヨーク１３０の横断面における第１凹部１３３の底面１３３ａの両端には、第２凹部１３３ｄが各々設けられている。したがって、第１凹部１３３の底面１３３ａには、２つの第２凹部１３３ｄが設けられている。

【0077】

第２凹部１３３ｄを底面１３３ａの両端に設けることで、ティース１２０をバックヨーク１３０の第１凹部１３３に挿入する際に、ティース１２０の角１２０ｇが第１凹部１３３の底面１３３ａと干渉することを低減することができる。また、干渉した場合でも、ティース１２０の角１２０ｇに発生する摩擦力を低減することができる。これらより、組み立ての作業性を向上させることができる。

【0078】

（第６実施形態）
図１７は、本実施形態に係る回転電機のステータ１００において第２凹部１３３ｄに設けた発泡樹脂１５２が発泡する前の部分拡大図である。図１８は、本実施形態に係るステータ１００において第２凹部１３３ｄに設けた発泡樹脂１５２が発泡した後の部分拡大図である。

【0079】

本実施形態に係るステータ１００が第１実施形態に係るステータ１００と異なる点は、樹脂が発泡樹脂１５２である点である。発泡樹脂１５２は、例えば絶縁性のエポキシ発泡樹脂で、ティース１２０をバックヨーク１３０の第１凹部１３３に挿入する前に、予めバックヨーク１３０の第２凹部１３３ｄに塗布されている。そして、ティース１２０をバックヨーク１３０の第１凹部１３３に挿入させた後に、加熱することにより発泡樹脂１５２は発泡し、その後、硬化する。発泡樹脂１５２が発泡することにより、ティース１２０はバックヨーク１３０の内径方向に押し出される。

【0080】

本実施形態に係る回転電機は、ティース１２０とバックヨーク１３０に過大なせん断力をかけることなく、ティース１２０とバックヨーク１３０とを周方向に密接させることが可能となるため、振動や騒音が小さく、高効率、高出力な電動機を提供できる。また、発泡前の発泡樹脂１５２を設けた第２凹部１３３ｄには、ティース１２０が容易に挿入できる。したがって、作業性に優れる。

【0081】

なお、発泡樹脂１５２の材質や第２凹部１３３ｄの形状は、本実施形態に限定されない。シート状の発泡樹脂を第２凹部１３３ｄに貼り付けてもよい、その場合、第２凹部１３３ｄの形状を矩形状にしてシートの貼り付けを容易にすることもできる。また、発泡樹脂１５２をティース１２０の第１底面１２０ｃに設けても良い。

【0082】

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

【符号の説明】

【0083】

１００…ステータ（固定子）、１１０…コイル、１２０…ティース、１２０ｃ…第１底面、１２２ｅ…第１斜面（側壁）、１２２ｆ…第２斜面（側壁）、１３０…バックヨーク、１３３…第１凹部、１３３ａ…底面、１３５ｂ…第１側壁、１３５ｃ…第２側壁、１３３ｄ…第２凹部、１４０…隙間、１４１ａ…第１径方向隙間、１４１ｂ…第２径方向隙間、１５０…樹脂、１５１…モールド樹脂、１５２…発泡樹脂、２００…ロータ（回転子）、８００…モールド金型、１０００…回転電機

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】