JP2003088013A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁気的な効率低下を伴わずに、コギングトル
クによる振動騒音を低減する。 【解決手段】 固定子鉄心２０が、各突極部２２毎に分
割した１２個のセグメント２５から構成されており、薄
肉円筒状の中間リング２６を焼きばめにより固定子鉄心
２０の外周に嵌合することで、セグメント２５同士が固
定保持されている。中間リング２６の突起２８とケーシ
ング４の溝２９とからなる支持部３１が各セグメント２
５に対応する位置に設けられており、これ以外の部分で
は、中間リング２６外周面とケーシング４内周面との間
に微小な間隙２７が確保されている。この間隙２７に
は、常に冷却用オイルの一部が流れる。コギングトルク
により各セグメント２５が支持部３１を支点として揺動
しようとすると、油膜スクイズダンパ作用が生じ、振動
が減衰する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電動機や発電機
となる永久磁石型の回転電機、特に、固定子として、周
方向に分割された多数のセグメントを隣接配置して円環
状とした分割固定子型の回転電機に関する。

【０００２】

【従来の技術】固定子鉄心を周方向に複数個のセグメン
トに分割し、かつそれぞれのセグメントの磁極に固定子
巻き線を集中的に配置したいわゆる分割コア集中巻き固
定子は、これまで大型回転電機の分野で使用されてきた
分布巻き固定子に比較して、エンド部の構成が単純化さ
れるため回転電機の体格が小さくなり、またコイルの数
が少なくなって構成が単純になる、等の利点がある。

【０００３】しかしながら、このような分割コア集中巻
き固定子と永久磁石回転子とを組み合わせた回転電機に
おいては、回転子における永久磁石の極数Ｐと固定子の
磁極数Ｍとの最小公倍数の振動数を持つコギングトルク
が比較的大きく発生し、振動や騒音の原因となる、とい
う問題がある。特に、固定子鉄心を構成する複数個のセ
グメントは、一般に外周側から保持されているに過ぎ
ず、互いに溶接等で固定されていないので、コギングト
ルクに起因する振動騒音が顕著となる。

【０００４】このコギングトルクの大きさは、永久磁石
の極数Ｐと固定子の磁極数Ｍとの最小公倍数に反比例す
るため、例えば固定子の磁極数Ｍを見かけ上増やすこと
で小さくすることが可能である。このような観点から、
例えば特開平１０−７５５５６号公報に開示されている
ように、固定子の磁極の空隙面に補助溝を設け、この補
助溝を空隙部として作用させることで、見かけ上の磁極
数Ｍを倍にするようにした方法が知られている。

【０００５】また、永久磁石回転子を用いる回転電機に
おけるコギングトルクを減少させるために、回転子をス
キュー構造とすることも知られている。例えば特開平５
−１９９６８５号公報には、回転子の永久磁石を、該回
転子の軸方向に複数個に分割し、これらの分割した永久
磁石片を一定角度ずつ階段状にずらした形で回転子表面
に取り付けた構成が開示されている。このような構成に
よれば、回転子の磁極の位相が軸方向の各部で僅かずつ
異なるので、コギングトルクが抑制される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の従来の構成では、いずれも磁気的にコギングトルクを
小さくすることができる反面、これに伴って、必ず効率
が低下し、例えば電動機としての発生トルクが低下して
しまう。

【０００７】この発明は、発生トルクの低下を伴わず
に、コギングトルクによる騒音振動を機械的に低減する
ようにした回転電機を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、請求項１のよ
うに、環状をなすヨーク部の内周側に複数の突極部が設
けられてなる固定子鉄心を、１つ以上の突極部をそれぞ
れ含む周方向に並んだ複数個のセグメントに分割して構
成し、かつ上記突極部に通電相に対応して巻き線を施し
た固定子と、永久磁石を備えた回転子と、上記固定子の
外周面を囲む円筒状のケーシングと、を備えてなる回転
電機において、上記固定子と上記ケーシングとの間に、
薄い流体層が設けられていることを特徴としている。上
記流体層は、適宜な粘性の流体、例えば冷却用のオイル
の薄い層からなり、これにより、いわゆる油膜スクイズ
ダンパ作用が得られる。従って、コギングトルクによる
各セグメントの振動が抑制される。

【０００９】より具体的な請求項２の発明においては、
各セグメントは、その周方向の一部で上記ケーシングの
内周面に支持されており、この支持部を除く周方向の範
囲では、上記ヨーク部外周面と上記ケーシング内周面と
の間に、上記流体層となる微小間隙が設けられているこ
とを特徴としている。

【００１０】さらに請求項３の発明では、各セグメント
がそれぞれ１つの突極部を有し、この突極部に対応する
周方向の位置に、上記支持部が配置されている。

【００１１】このような構成では、各セグメントは、コ
ギングトルクを受けると、その周方向の一部に設けられ
たケーシングに対する支持部を支点として周方向へ揺動
しようとする。従って、この支持部から最も離れたセグ
メント端部においてヨーク部外周面とケーシング内周面
との間の微小間隙の厚さが大きく変化しようとし、油膜
スクイズダンパ作用が強く得られる。これにより、各セ
グメントはその振動が効果的に抑制される。

【００１２】また、請求項４に係る回転電機は、請求項
１記載のものにおいて、上記固定子鉄心の外周面に密接
して各セグメントを円環状に並んだ状態に固定保持する
薄肉円筒状の中間リングをさらに備え、この中間リング
と上記ケーシングとの間に上記流体層が設けられてい
る。

【００１３】このものでは、円筒状の中間リングが、例
えば焼きばめによって円環状に並べたセグメントの外周
にはめられ、これによって各セグメントが内周側に締め
付けられて互いに堅固に固定保持された状態となる。そ
して、この中間リングとともに、ケーシング内周に挿入
される。上記中間リングは、薄肉のものであり、各セグ
メントがコギングトルクを受けると、各セグメントの周
方向の振動に伴って半径方向へ変位する。ここで、本発
明では、中間リングとケーシングとの間に流体層が位置
し、この流体層によってダンパ作用が得られる。そのた
め、振動エネルギが減衰され、中間リングの変位ひいて
は各セグメントの振動が抑制される。

【００１４】この請求項４の発明をさらに具体化した請
求項５の発明では、上記中間リングは、その周方向の数
カ所において上記ケーシングの内周面に支持されてお
り、この支持部を除く周方向の範囲では、上記中間リン
グ外周面と上記ケーシング内周面との間に、上記流体層
となる微小間隙が設けられている。

【００１５】さらに請求項６の発明では、各セグメント
がそれぞれ１つの突極部を有し、この突極部に対応する
周方向の位置に、上記支持部が配置されている。

【００１６】このような構成では、各セグメントがコギ
ングトルクを受けて中間リングとともに変位しようとす
ると、やはり、中間リングの周方向の一部に設けられた
ケーシングに対する支持部を支点として各セグメントが
周方向へ揺動しようとする。従って、この支持部から最
も離れた位置において中間リング外周面とケーシング内
周面との間の微小間隙の厚さが大きく変化しようとし、
油膜スクイズダンパ作用が強く得られる。これにより、
各セグメントはその振動が効果的に抑制される。

【００１７】また請求項７の発明では、上記流体層に、
回転電機の軸方向に沿って巻き線の周囲を流れる冷却用
オイルの一部が通流するようになっている。このように
巻き線を冷却する冷却用オイルを流体層の流体として利
用することにより、比較的簡単な構成で流体層内に流体
を充填することができ、かつダンパ作用を阻害する気泡
の滞留を回避できる。

【００１８】

【発明の効果】この発明に係る回転電機においては、コ
ギングトルクに起因する振動エネルギをいわゆる油膜ス
クイズダンパ作用によって効果的に低減することができ
る。特に、磁気回路の構成を変更せずにコギングトルク
による振動騒音を機械的に抑制するので、効率の低下、
例えば電動機としての発生トルクの低下を全く伴うこと
がない。

【００１９】特に、請求項２、３あるいは請求項５、６
の発明によれば、支持部を節とし、これから離れた位置
を腹とする振動モードが発生し、その腹の位置において
油膜スクイズダンパによる振動抑制がなされるので、効
果的に振動騒音の低減を達成できる。

【００２０】また請求項４〜６のように中間リングを備
えた構成では、該中間リングによって予め複数個のセグ
メントが一体化されるので、ケーシングとの組立作業が
容易となり、かつ均一な流体層の確保が容易となる。

【００２１】さらに請求項７の発明によれば、流体層内
に気泡が滞留することを防止でき、かつ冷却用オイルを
流用する簡単な構成でもって流体層に常に流体を供給す
ることができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、この発明の好ましい実施の
形態を図面に基づいて詳細に説明する。

【００２３】図１および図２は、この発明に係る回転電
機の第１実施例を示す横断面図および縦断面図である。
この回転電機は、全体として円環状ないし円筒状に構成
される固定子１と、この固定子１の内周に僅かな空隙を
介して配置され、かつ中心に軸２を有する回転子３と、
上記固定子１の外周を囲んだ円筒状のケーシング４と、
から大略構成されている。

【００２４】上記回転子３は、公知の一般的な構成であ
って、軸２に固定されたロータコア１１の外周部に、複
数の板状の永久磁石１２が配置されている。特に、遠心
力による永久磁石１２の離脱を防止するために、ロータ
コア１１の内部に永久磁石１２が埋め込まれている。

【００２５】上記ケーシング４は、その軸方向の両端部
にそれぞれエンドプレート１３を有し、上記軸２は、ボ
ールベアリング１４を介して各エンドプレート１３に回
転自在に支持されている。なお、軸２と各エンドプレー
ト１３との間は、オイルシール１５によって油密が保た
れている。

【００２６】上記固定子１は、円環状をなすヨーク部２
１の内周側に複数の突極部２２が設けられた固定子鉄心
２０を有し、かつ上記突極部２２にそれぞれ巻き線２３
が施されて構成されているが、上記固定子鉄心２０が、
周方向に複数個に分割されており、それぞれ１つの突極
部２２を備えたセグメント２５となっている。具体的に
は、この実施例では、半径方向の分割面に沿って、周方
向の３０°毎に１２個のセグメント２５に分割されてお
り、各セグメント２５がそれぞれ１つずつ突極部２２を
備えている。従って、各セグメント２５は、円弧形に拡
がったヨーク部２１とこの円弧形ヨーク部２１の中央か
ら半径方向へ延びた突極部２２とが連続してなる略Ｔ字
形をなしている。また、各セグメント２５は、上記のよ
うに略Ｔ字形をなす鉄板が固定子１軸方向に沿って多数
積層されて構成されており、この多数の鉄板を積層して
なる突極部２２に、巻き線２３が巻回されている。この
巻き線２３は、組立状態においては、図１に示すよう
に、隣接する突極部２２の間に生じる空間３２内に収容
された状態となる。なお、上記突極部２２の内周側の先
端部は、磁極部２２ａとして僅かに幅が拡大していると
ともに、その内周面が、回転子１に対向する円弧面をな
している。

【００２７】また、上記の１２個のセグメント２５は、
巻き線２３の巻回によりそれぞれ軸方向に一体化された
後に、図１に示すように、円環状をなすように互いに組
み合わされ、かつ薄肉円筒状の中間リング２６内に挿入
されている。上記中間リング２６は、図２に示すよう
に、各セグメント２５つまり固定子鉄心２０に等しい軸
方向長さを有し、かつステンレススチールのような非磁
性体金属から形成されているものであって、該中間リン
グ２６を高温に熱する、いわゆる焼きばめによって、円
環状に組み合わせた固定子鉄心２０の外周面に密に嵌合
している。これによって、各セグメント２５は内周側へ
締め付けられ、互いに緩むことなく固定保持されてい
る。なお、各セグメント２５は、溶接等による連結固定
はなされていない。

【００２８】一方、上記中間リング２６の外周には、例
えばアルミニウム合金のダイキャストなどからなるケー
シング４が配置されているが、このケーシング４内周面
と上記中間リング２６外周面とは密に接しておらず、両
者間に流体層となる僅かな間隙２７が形成されている。
具体的には、図１に示すように、支持部３１として、上
記中間リング２６外周面の複数箇所に断面略三角形の突
起２８が形成されているとともに、ケーシング４内周面
に、この突起２８と係合する断面略三角形の溝２９を有
するボス部３０が形成されており、上記突起２８が上記
溝２９に嵌合した状態となって、中間リング２６がケー
シング４に直接に支持されている。そして、この支持部
３１以外の周方向の部分では、中間リング２６外周面と
ケーシング４内周面とが離れており、両者間に微小な間
隙２７が確保されている。ここで、上記突起２８および
上記ボス部３０は、中間リング２６の全長に亘って軸方
向に直線状に延びており、中間リング２６とケーシング
４とを組み立てる際には、両者を位置合わせしつつ軸方
向に挿入される。また、この実施例では、上記支持部３
１は、各セグメント２５に対応して周方向に計１２箇所
に設けられており、特に、各セグメント２５の中央位置
つまり突極部２２の位置にそれぞれ配置されている。

【００２９】上記の間隙２７内には、巻き線２３が位置
する空間３２とともに、冷却用のオイルが導入されるよ
うになっている。つまり、上記のように固定子鉄心２０
が中間リング２６とともに組み立てられた後に、図１に
示すように、隣接する一対の磁極部２２ａの間に、これ
らを滑らかに連続するような形で合成樹脂製の油隔壁３
３が型成形されており、この油隔壁３３によって、突極
部２２間の各空間３２がそれぞれ独立した通路状に構成
されている。そして、図２に示すように、上記油隔壁３
３は、固定子１両端では円筒状に延長形成されており、
固定子１がケーシング４内に組み付けられた状態では、
両端のエンドプレート１３と固定子鉄心２０との間で、
円筒状の油隔壁３３外周側に、環状の油室３４がそれぞ
れ形成されている。なお、上記油隔壁３３の先端は、シ
ール部材３５を介してエンドプレート１３に支持されて
いる。一方のエンドプレート１３には、上記油室３４に
連通するオイル入口３６が、他方のエンドプレート１３
には、上記油室３４に連通するオイル出口３７が、それ
ぞれ貫通形成されている。従って、図外のオイルポンプ
によって上記オイル入口３６に供給された冷却用オイル
は、一方の油室３４内で周方向に拡がった後、通路状を
なす突極部２２間の空間３２内をそれぞれ軸方向に流れ
て、巻き線２３等を冷却し、かつ他方の油室３４を介し
てオイル出口３７へと流出する。また、上記の中間リン
グ２６とケーシング４との間に形成された間隙２７は、
その軸方向両端がやはり各油室３４に開口しているの
で、一部の冷却用オイルが、一方の油室３４から間隙２
７内を通して他方の油室３４へと軸方向に流れる。つま
り、間隙２７内には、常に冷却用オイルが流れ、オイル
の滞留による劣化や固化を生じることがない。また、オ
イルは上記空間３２と上記間隙２７とに並行して流れる
ので、仮にオイル入口３６に導入されたオイルに気泡が
含まれていたような場合でも、気泡は通路断面積の大き
な空間３２の方へと流れ、間隙２７内に侵入する可能性
は少ない。従って、間隙２７内に常に気泡を含まない新
鮮なオイルを確保できる。

【００３０】上記の構成においては、回転子３の回転に
伴ってコギングトルクが発生し、図３に示すように、各
突極部２２が周方向に倒れるような力を受け、各セグメ
ント２５が中間リング２６を変形させつつ揺動しようと
する。ここで中間リング２６は、支持部３１においてケ
ーシング４に支持されているので、このセグメント２５
の変位に伴って、各支持部３１を振動の節とし、かつ一
対の支持部３１の間を振動の腹とする振動モードが発生
する。つまり、振動の腹となる一対の支持部３１の中間
位置では、オイル層となる間隙２７の間隔が変化しよう
とする。そのため、油膜スクイズダンパ作用が得られ、
その振動が大きく減衰する。なお、図１および図３で
は、図示の都合上、間隙２７の厚さを大きく誇張して示
してあり、実際には、油膜スクイズダンパ作用に必要な
非常に狭い間隔、例えば、数１０μｍ〜１００μｍ程度
の隙間に形成される。

【００３１】上記実施例の構成では、支持部３１とし
て、回転方向の反力を受けるために断面略三角形の突起
２８と溝２９とを噛み合わせてあるが、本発明はこれに
限らず、例えば断面矩形状のキーにより回転トルクを受
けるように構成することもできる。また、上記支持部３
１は、必ずしも総てのセグメント２５に対応する位置に
なくてもよく、その数および位置は種々変更が可能であ
る。

【００３２】次に、図４は、この発明に係る回転電機の
第２実施例を示している。この第２実施例は、前述した
第１実施例と同様の基本的な構成を有し、固定子１と回
転子３とケーシング４とを備えているが、図４では、回
転子３を図示省略してある。この第２実施例において
は、固定子鉄心２０を囲む前述の中間リング２６を具備
しておらず、１２個のセグメント２５がケーシング４の
焼きばめによって固定保持されている。

【００３３】ここで、ケーシング４内周面とセグメント
２５つまり固定子鉄心２０の外周面とは密に接しておら
ず、両者間に流体層となる僅かな間隙５１が形成されて
いる。具体的には、ケーシング４と固定子鉄心２０との
間の支持部３１として、各セグメント２５の外周面中央
位置に略三角形の突起５２が形成されているとともに、
ケーシング４内周面に、第１実施例と同じく、この突起
５２と係合する断面略三角形の溝２９を有するボス部３
０が形成されており、上記突起５２が上記溝２９に嵌合
することで、各セグメント２５がケーシング４に直接に
支持されている。そして、この支持部３１以外の周方向
の部分では、各セグメント２５の外周面とケーシング４
内周面とが離れており、微小な間隙５１が確保されてい
る。ここで、上記突起５２は、固定子鉄心２０を構成す
る各鉄板にそれぞれ形成され、従って固定子鉄心２０と
して積層した状態では、その全長に亘って軸方向に直線
状に延びている。上記の間隙５１内には、図２と同様の
構成によって、巻き線２３が位置する空間３２と並行し
て冷却用のオイルが導入される。なお、前述した第１実
施例と同様に、図４では、図示の都合上、間隙５１の寸
法を誇張して示してあり、実際には、油膜スクイズダン
パ作用に必要な非常に狭い間隔、例えば、数１０μｍ〜
１００μｍ程度の隙間が与えられている。

【００３４】図５は、上記第２実施例のコギングトルク
による各セグメント２５の振動モードを示している。図
示するように、コギングトルクによって各突極部２２が
周方向に倒れるような力を受け、各セグメント２５が支
持部３１を支点として揺動しようとする。従って、各支
持部３１を振動の節とし、かつ一対の支持部３１の間を
振動の腹とする振動モードが発生する。そのため、振動
の腹となる一対の支持部３１の中間位置では、オイル層
となる間隙５１の間隔が変化しようとして、油膜スクイ
ズダンパ作用が得られ、その振動が大きく減衰する。

【００３５】なお、この第２実施例のように固定子鉄心
２０に支持部３１となる突起５２を直接に形成した構成
においても、必ずしも１２個のセグメント２５の総てに
支持部３１を設ける必要はない。つまり、支持部３１の
数および位置は種々変更が可能である。

【００３６】また、上記第１、第２実施例は、いずれも
１つのセグメント２５に１つの突極部２２を備えた構成
を示しているが、本発明は、１つのセグメント２５に複
数の突極部２２を設けた分割型固定子に対しても同様に
適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る回転電機の第１実施例を示す横
断面図。

【図２】おなじく第１実施例の縦断面図。

【図３】この第１実施例の固定子１の振動モードを示す
説明図。

【図４】この発明に係る回転電機の第２実施例を示す横
断面図。

【図５】この第２実施例の固定子１の振動モードを示す
説明図。

【符号の説明】

１…固定子 ３…回転子 ４…ケーシング ２０…固定子鉄心 ２１…ヨーク部 ２２…突極部 ２３…巻き線 ２５…セグメント ２６…中間リング ２７…間隙 ３１…支持部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H002 AA04 AB04 AB06 AC08 AC09 AD02 AE08 5H603 AA11 BB01 BB02 BB05 BB09 BB12 CA01 CA05 CB02 CC11 CD02 CD22 CE13 EE02 5H621 AA02 BB07 GA04 GA09 GA12 JK03 JK11

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円環状をなすヨーク部の内周側に複数の
   突極部が設けられてなる固定子鉄心を、１つ以上の突極
   部をそれぞれ含む周方向に並んだ複数個のセグメントに
   分割して構成し、かつ上記突極部に通電相に対応して巻
   き線を施した固定子と、永久磁石を備えた回転子と、上
   記固定子の外周面を囲む円筒状のケーシングと、を備え
   てなる回転電機において、 上記固定子と上記ケーシングとの間に、薄い流体層が設
   けられていることを特徴とする回転電機。
2. 【請求項２】 各セグメントは、その周方向の一部で上
   記ケーシングの内周面に支持されており、この支持部を
   除く周方向の範囲では、上記ヨーク部外周面と上記ケー
   シング内周面との間に、上記流体層となる微小間隙が設
   けられていることを特徴とする請求項１記載の回転電
   機。
3. 【請求項３】 各セグメントがそれぞれ１つの突極部を
   有し、この突極部に対応する周方向の位置に、上記支持
   部が配置されていることを特徴とする請求項１記載の回
   転電機。
4. 【請求項４】 上記固定子鉄心の外周面に密接して各セ
   グメントを円環状に並んだ状態に固定保持する薄肉円筒
   状の中間リングをさらに備え、この中間リングと上記ケ
   ーシングとの間に上記流体層が設けられていることを特
   徴とする請求項１記載の回転電機。
5. 【請求項５】 上記中間リングは、その周方向の数カ所
   において上記ケーシングの内周面に支持されており、こ
   の支持部を除く周方向の範囲では、上記中間リング外周
   面と上記ケーシング内周面との間に、上記流体層となる
   微小間隙が設けられていることを特徴とする請求項４記
   載の回転電機。
6. 【請求項６】 各セグメントがそれぞれ１つの突極部を
   有し、この突極部に対応する周方向の位置に、上記支持
   部が配置されていることを特徴とする請求項５記載の回
   転電機。
7. 【請求項７】 上記流体層に、回転電機の軸方向に沿っ
   て巻き線の周囲を流れる冷却用オイルの一部が通流する
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の回転
   電機。