JP2004056906A

JP2004056906A - 同期機

Info

Publication number: JP2004056906A
Application number: JP2002210333A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Fujisaki; 藤崎　敬介; Masato Enozono; 榎園　正人
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2002-07-19
Filing date: 2002-07-19
Publication date: 2004-02-19

Abstract

【課題】ヨークが周方向に分割されているステータの磁気抵抗と鉄損を低減し、また、ステータが周方向に回転しない同期機を提供する。
【解決手段】ヨークとティースとを備えたステータを複数枚、厚さ方向に積層・固定して用いる同期機であって、前記ヨークが周方向に分割されており、かつ、該分割されたヨークの境界を前記ティースが設けられている周方向の位置にすることを特徴とする同期機。好ましくは、前記ヨークおよびティースが方向性電磁鋼板からなり、該ヨークの磁化容易方向を前記ステータの周方向とし、該ティースの磁化容易方向を前記ステータの径方向とする。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヨークとティースとを備えたステータを複数枚、厚さ方向に積層・固定して用いる同期機に関する。具体的には、ステータに配置される積層体に電磁鋼板を用いた永久磁石同期機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
永久磁石同期機は、ステータ（固定子）に電流を流すことにより発生する磁場が、ロータ（回転子）に埋め込まれた永久磁石に働いて、ロータが回転する同期機であって、保守性、制御性、耐環境性に優れ、高効率、高力率運転が可能なモータとして産業・民生家電分野を問わず広く用いられている。この場合、電気エネルギーを同期機に流して、回転駆動力を得るようにするのが同期電動機であり、逆に、同期機を回転させて電気エネルギーを同期機より取り出す場合は、同期発電機となる。ここでは、両者を想定し、あわせて、同期機としている、両者の構造は基本的には同じなので、以下詳細説明では、同期電動機の例を中心に説明する。
【０００３】
図７および図８は、従来の同期機の断面を示しており、ヨーク１およびティース２からなるステータ７の中心に、ロータ８が配置されている。
ロータ８には永久磁石９が埋め込まれており、ステータ７に三相交流を流すことにより発生する磁場が、この永久磁石９に働くことによりロータ８が回転する。
従来、同期機のステータは、鉄損を低減するために無方向性電磁鋼板（ＮＯ）を積層することにより作られていた。
無方向性電磁鋼板は、図５に示すように、鋼板表面のどの方向にも一様な比透磁率を有する鋼板であって、比較的鉄損の小さい材料として広く用いられているが、長時間連続運転する同期機のステータに用いる材料としては十分な磁気特性が得られていなかった。
【０００４】
同期機に用いられる電磁鋼板の種類については、特開平７−６７２７２号公報に、ステータのティースとヨークとを分割する構造とし、ヨークには円周方向を磁化容易方向とする方向性電磁鋼板（ＧＯ）を用い、ティースには径方向を磁化容易方向とする方向性電磁鋼板を用いることにより鉄損を低減する方法が開示されている。
【０００５】
しかし、この従来技術は、図７に示すように、ヨークが周方向に分割されており、その分割されたヨークの境界がティースとティースの間に位置していた。
そのため、ティースから隣のティースに磁束が流れる場合に、ティースとヨークの境界、ヨーク同士の境界、ヨークと隣のティースとの境界の３つの境界を磁束が通過することになる。
これらの境界は、溶接などによって接合されているが、物理的に一体でなく、しかも接合部分に応力が集中するなどの理由から、磁束がこの境界部分を通過する際の磁気抵抗が大きくなり、モータの鉄損が大きくなるという問題点があった。
また、従来のステータは図７のように円形なので、積層したステータが周方向に回転しないように、ボルトまたは溶接により、固定する必要があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記のような従来技術の問題点を解決し、ヨークが周方向に分割されているステータの磁気抵抗と鉄損を低減し、また、ステータが周方向に回転しない同期機を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ヨークの分割箇所をティースの取り付け位置にすることにより、磁束が隣のティースに流れる場合に、境界を通過する回数を少なくすることにより磁気抵抗と鉄損を低減することができ、また、ヨークを６角形以上の多角形とすることにより回転を防止するための溶接やボルト締めの不要な同期機を提供するものであり、その要旨は特許請求の範囲に記載した通りの下記内容である。
【０００８】
（１）ヨークとティースとを備えたステータを複数枚、厚さ方向に積層・固定して用いる同期機であって、前記ヨークが周方向に分割されており、かつ、該分割されたヨークの境界を前記ティースが設けられている周方向の位置にすることを特徴とする同期機。
（２）前記ヨークおよびティースが方向性電磁鋼板からなり、該ヨークの磁化容易方向を前記ステータの周方向とし、該ティースの磁化容易方向を前記ステータの径方向とすることを特徴とする（１）に記載の同期機。
【０００９】
（３）前記ティースの前記ヨークとの境界部分に、該ティースを該ヨークに固定するための突起を設けることを特徴とする（１）または（２）に記載の同期機。（４）ヨークとティースとを備えたステータを複数枚、厚さ方向に積層・固定して用いる同期機であって、該ヨークが周方向に分割されており、かつ、該分割されたヨークが６角形以上の多角形であることを特徴とする同期機。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図１乃至図６を用いて詳細に説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態であるステータ（固定子）の構造を示す図である。
ステータは、外周部分のヨーク１と、コイルが巻き回されるティース２とから主に構成され、ヨーク１とティース２がロータ８の周囲に円周状に配置されている。
【００１１】
ヨーク１は周方向に分割されており、かつ、該分割されたヨークの境界３をティース２が設けられている周方向の位置にしている。
分割されたヨークの境界３をティース２が設けられている周方向の位置にすることにより、磁束がティース２から隣のティース２に流れる場合に、ティース２からヨーク４への境界４と、ヨーク４から隣のティース２への境界４の２つの境界しか通過しないので、従来に比べて通過する境界の数が１つ減少しており、その分、磁気抵抗と鉄損を低減することができる。
また、ティース２からヨーク４に流れる磁束は、ティース２の付け根で２方向に分岐するので、本実施例のように、この分岐点にヨークの切れ目があった方が、磁束の流れがスムースである。
【００１２】
さらに、このヨーク１およびティース２は、方向性電磁鋼板（ＧＯ）とし、このヨーク１を構成する方向性電磁鋼板の磁化容易方向をステータの周方向（図１の矢印で示す中心方向）とし、ティース２の磁化容易方向をステータの径方向とすることにより、ティースを流れる磁束を隣接するティース２に流れにくくし、ロータ８に流れる磁束を多くすることができ、その結果、ステータにおける鉄損を低減することができる。
ここに、方向性電磁鋼板は、磁化容易方向が特定の方向である電磁鋼板であり、磁化容易方向については無方向性電磁鋼板より優れた磁気特性を有する。
【００１３】
＜第２の実施形態＞
図２は、本発明の第２の実施形態であるステータ（固定子）の構造を示す図である。
ステータを構成するヨーク１およびティース２の構造は、第１の実施形態と同様であるが、ティース２のヨーク４との境界部分に、ティース２をヨーク４に固定するため突起が設けられているので、ティース２がヨーク４から抜け落ちることを防止することができる。
なお、本実施形態では、ティース２のみに突起を設けているが、分割されたヨーク同士の間にも、この突起を設けることにより、分割されたヨークの接合強度を向上させることができる。
【００１４】
＜第３の実施形態＞
図３は、本発明の第３の実施形態であるステータ（固定子）の構造を示す図である。
ステータを構成するヨーク１を６角形以上の多角形（本実施形態の場合は８角形）とすることにより、ステータの外周を押さえることにより、ステータを固定することができ、従来のようにステータが回転しないようにボルトまたは溶接にて固定する必要がない。
【００１５】
図４乃至図６は、本発明に用いる電磁鋼板の特性について示す図である。
図４は、方向性電磁鋼板の磁化容易方向の説明図である。
方向性電磁鋼板は圧延方向であるＲＤ（Ｒｏｌｌｉｎｇ　Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）が磁化容易方向となる。
【００１６】
図５は、無方向性電磁鋼板の比透磁率（μ）の特性を示す図である。
無方向性電磁鋼板は、どの方向にも等しい磁気特性を有するが、方向性電磁鋼板および二方向性電磁鋼板に比べて比透磁率（μ）の値は低い。
図６は、方向性電磁鋼板の比透磁率（μ）の特性を示す図である。
方向性電磁鋼板は、圧延方向の比透磁率（μ_Ｒ）の値が大きく、その他の方向は無方向性電磁鋼板と同等である。
【００１７】
【発明の効果】
本発明によれば、ヨークの分割箇所をティースの取り付け位置にすることにより、磁束が隣のティースに流れる場合に、境界を通過する回数を少なくすることにより磁気抵抗と鉄損を低減することができる。
また、ヨークを６角形以上の多角形とすることにより回転を防止するための溶接やボルト締めが不要であるなど、産業上有用な著しい効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態であるステータ（固定子）の構造を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施形態であるステータ（固定子）の構造を示す図である。
【図３】本発明の第３の実施形態であるステータ（固定子）の構造を示す図である。
【図４】方向性電磁鋼板の磁化容易方向の説明図である。
【図５】無方向性電磁鋼板の比透磁率（μ）の特性を示す図である。
【図６】方向性電磁鋼板の比透磁率（μ）の特性を示す図である。
【図７】従来の同期機の断面図である。
【図８】従来の同期機の断面図である。
【符号の説明】
１　：ヨーク、
２　：　ティース、
３　：　ヨークの境界、
４　：ティースとヨークとの境界、
５　：突起、
７　：ステータ（固定子）、
８　：ロータ（回転子）、
９　：永久磁石

Claims

ヨークとティースとを備えたステータを複数枚、厚さ方向に積層・固定して用いる同期機であって、前記ヨークが周方向に分割されており、かつ、該分割されたヨークの境界を前記ティースが設けられている周方向の位置にすることを特徴とする同期機。
前記ヨークおよびティースが方向性電磁鋼板からなり、該ヨークの磁化容易方向を前記ステータの周方向とし、該ティースの磁化容易方向を前記ステータの径方向とすることを特徴とする請求項１に記載の同期機。
前記ティースの前記ヨークとの境界部分に、該ティースを該ヨークに固定するための突起を設けることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の同期機。
ヨークとティースとを備えたステータを複数枚、厚さ方向に積層・固定して用いる同期機であって、該ヨークが周方向に分割されており、かつ、該分割されたヨークが６角形以上の多角形であることを特徴とする同期機。