JP2004343938A

JP2004343938A - Rotating machine

Info

Publication number: JP2004343938A
Application number: JP2003139711A
Authority: JP
Inventors: Chiyo Fujino; 千代藤野; Takashi Yoshioka; 孝吉岡; Masatsugu Nakano; 正嗣中野; Hiroyuki Akita; 裕之秋田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-05-19
Filing date: 2003-05-19
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2023-05-19
Also published as: JP4313086B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a rotating machine that can properly keep stress distribution in a stator that is fixedly held by a frame member. <P>SOLUTION: A rotating machine comprises a stator 101 that has an external peripheral face, and a frame member 102 that has an internal peripheral face opposite to the external peripheral face of the stator 101 and fixedly holds the stator 101. In the machine, a projection 11 is formed on the external peripheral face of the stator 101, to constitute a first engaging part; a groove 22 is formed on the internal peripheral face of the frame member 102, to constitute a second engaging part that corresponds to the first engaging part; and the stator 101 is fixed to the frame member 102 by the engagement of the second engaging part, and the first engaging part that is engaged by relatively turning the stator 101 and the frame member 102. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、回転機に係り、特に、電磁鋼板の応力による特性劣化が少なく、従って効率の良いかつ製作精度の良い回転機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動機などの回転機の電磁鋼板をフレームに収めるための従来工程としては、主として（１）「焼きばめ」と（２）「圧入」の方法があり、これは締め代の大きさ，個数，作業性などで選択される。
【０００３】
「焼きばめ」は、外側になるものを加熱して、その穴部を膨張させ、内側になるものの外側にはめ込むと、外側になるものの温度が室温まで低下するに連れて収縮し、内側のものは接触面で締めつけられ、両者が締結されるという手法である（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｂｅａ．ｈｉ−ｈｏ．ｎｅ．ｊｐ／ｅｔ６ｊｉｙｕｕｄｏ／ｙｏｕｓｏ／ｓｙｕｕｓｙｕｋｕ．ＰＤＦより抜粋）。
この手法では、中心軸方向での応力分布に傾斜をもつことはないが、加熱設備の必要性と作業効率の低下が問題である。
【０００４】
「圧入」方式は、金属や樹脂の軸を、その外径よりも小さい内径を有する構造体の穴に加圧挿入する結合手法で、外側となるものの内径が内側となるものの外径よりも狭く設定されたものである。
この手法では「焼きばめ」方式に比べて作業性は向上するものの、外側の構造体に最初に接触する内側の軸の接触部に強い応力が加わることになる。
【０００５】
このような従来の回転機としては、電磁鋼板の外周面に凹部とフレーム部材の内周面に凸部が設けられた嵌め合い構造としたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２７６８８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の量産性の高い小型回転機は「圧入」により製造されているので、電磁鋼板のフレーム部材に早く接触する部分に強い応力が発生するという問題点があった。つまり、回転中心軸と同じ鋼板の積層方向に対して、傾斜応力分布を持つことになる。そして、電磁鋼板が回転中心軸と同じ鋼板の積層方向に対して、傾斜応力分布を持つと、応力による電磁鋼板の磁気特性（起磁力対磁束密度の特性）の劣化の程度が積層方向に分布を持つこととなる。
このような状態、つまり応力により磁気特性が劣化した場合においては、回転機の電気特性であるコギングトルクが大きくなる場合がある。
【０００８】
また、従来の「圧入」や「焼きばめ」によって電磁鋼板をフレームに固定する場合、電磁鋼板とフレームが接触する部分がほぼ周方向３６０度にわたっているため、電磁鋼板が応力を受ける部分もほぼ３６０度にわたっている。
電磁鋼板は応力を受けると鉄損が増加する傾向にあり、「圧入」や「焼きばめ」では応力を受ける体積が多くなって、鉄損が大幅に増加するという課題がある。
さらに、従来の「圧入」では、「圧入」開始時における電磁鋼板とフレーム部材の姿勢の安定性に課題があった。
【０００９】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、フレーム部材により固着保持される固定子における応力分布を適正に保つことができる回転機を得ようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る回転機では、固定子の外周面および固定子の外周を覆うフレーム部材の内周面に係合部を設け、前記フレーム部材を前記固定子と相対的に回動することにより前記係合部を係合させて、前記フレーム部材と前記固定子とを固着するようにしたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明による実施の形態１を図１ないし図６について説明する。図１および図２は実施の形態１における回転機の構成を示す横断面図である。図１は回転により圧接締結される前の状態を示すものであり、図２は回転による圧接締結後の状態を示すものである。図３は実施の形態１における回転機のコギングトルク特性を示す特性曲線図である。図４は実施の形態１における回転機の応力印加部分を示す横断面図である。図５は実施の形態１における回転機の鉄損特性を示す特性図である。図６は図１および図２のＶＩ（ａ）−ＶＩ（ａ）線およびＶＩ（ｂ）−ＶＩ（ｂ）線における断面図である。
【００１２】
この明細書において、以降の説明には、この発明での回転による圧接締結について、従来の「圧入」方式，「焼きばめ」方式と全く異なる態様であることから「回転締結」という言葉を用いることにする。
【００１３】
図１において、電動機としての巻線５０が施された固定子１０１は電磁鋼板で構成される。この固定子１０１の電磁鋼板は回転機の回転軸１００の軸方向に積層され、ティース部１０４を有している。
固定子１０１の外周面はフレーム部材１０２と接し、フレーム部材１０２によって固着保持されるものである。
回転子１０３は、この固定子１０１の電磁鋼板に空隙部を介して対向し、電磁鋼板からなる固定子１０１とともに磁気回路を形成する。
【００１４】
電磁鋼板により構成される固定子１０１には、突起部１１が設けられ、フレーム部材１０２には、回転締結前に突起部１１を収納するために溝部２１が設けられている。
なお、巻線５０は、図では１箇所だけを示しているが、ティース部１０４のほぼすべての間に挿入されているものである。これは、以降の図においても同様である。
溝部２１を設けるには、例えばフレーム部材１０２を冷間鋳造することによって実現することができる。
【００１５】
なお、電磁鋼板からなる固定子１０１の突起部１１は、ティース間に設けてもよく、ティース中央部にくるように設けてもよい。
【００１６】
次に、動作について説明する。
フレーム部材１０２の第１の溝部２１と、電磁鋼板からなる固定子１０１の突起部１１が組み合わさるようにフレーム部材１０２に電磁鋼板からなる固定子１０１が嵌めこまれた状態から、図２に示すように、フレーム部材１０２と電磁鋼板からなる固定子１０１を相対的に回転軸１００に対して回転させ、電磁鋼板からなる固定子１０１の突起部１１が、フレーム部材に設けられた第２の溝部２２に合致するように回転締結する。
このとき、第２の溝部２２の最深部から回転軸１００までの距離を、突起部１１の先端部から回転軸１００までの距離よりも短くすることによって、電磁鋼板からなる固定子１０１はフレーム部材１０２より強く回転締結力を受けることになる。
【００１７】
従来の「圧入」された電磁鋼板は、回転中心軸１００と同じ鋼板の積層方向に対して、傾斜応力分布を持つことがあった。
このため、応力による電磁鋼板の磁気特性（起磁力対磁束密度の特性）の劣化の程度が積層方向に分布を持つこととなる。応力により磁気特性が劣化すると、コギングトルクが大きくなることがある。
図３に、回転軸１００の軸方向に従来の「圧入」された電磁鋼板からなる固定子１０１のとき、すなわち傾斜応力分布をもつときと、この発明による実施の形態により電磁鋼板とフレームを相対的に回転締結させた場合のコギングトルク特性のシミュレーション結果例を示す。ただし、図３では傾斜応力分布をもつときのコギングトルクの最大値を１００％としている。
図３において、曲線Ａは、この発明による実施の形態により電磁鋼板とフレームを相対的に回転締結させた場合のコギングトルク特性を示し、曲線Ｂは、従来技術による場合のコギングトルク特性を示している。
図３から明らかなように、この発明による実施の形態ではコギングトルクが低減されていることが分かる。
【００１８】
また、従来の「圧入」や「焼きばめ」によって電磁鋼板をフレームに固定する場合、電磁鋼板とフレームが接触する部分がほぼ周方向３６０度にわたっているため、電磁鋼板が応力を受ける部分もほぼ３６０度にわたっている。
図４に従来の「圧入」ないし「焼きばめ」によって固定した電磁鋼板からなる固定子１０１の応力が掛かっている部分を斜線部で示す。電磁鋼板は応力を受けると鉄損が増加する傾向にあり、「圧入」や「焼きばめ」では応力を受ける体積が多くなり、鉄損が大幅に増加するという課題があった。
しかし、この発明による実施の形態の回転締結を実施することにより図４のように応力は電磁鋼板の突起部分周辺のみに掛かるため磁気特性が劣化する部分が少なくなる。
したがって、この発明の実施により鉄損の低減が期待される。鉄損を従来例と比較したものを図５に示す。ただし、この図５では、従来例の鉄損を１００％としている。
このように、この発明の回転締結した場合の鉄損は圧入のときの鉄損より低減されており、より高効率のモータを得ることができるという効果があることが分かる。
【００１９】
なお、この実施の形態では、電磁鋼板に突起部を設け、フレームに溝を設けた場合について示したが、逆に、電磁鋼板に溝を設け、フレームに突起を設けた場合にも同様の効果が得られることはいうまでもない。
【００２０】
図６（ａ）（ｂ）は、図１および図２のＶＩ（ａ）−ＶＩ（ａ）線およびＶＩ（ｂ）−ＶＩ（ｂ）線における断面図である。
図６（ａ）（ｂ）において、電磁鋼板からなる固定子１０１の回転中心軸と、フレーム部材１０２の回転中心軸の、回転締結前における平行度は、電磁鋼板からなる固定子１０１の外周面とフレーム部材１０２の内周面の接触または「すきまばめ」により管理することができ、従来の「圧入」に比べて、電磁鋼板からなる固定子１０１とフレーム部材１０２の回転中心軸方向のズレの防止が容易にできる。
【００２１】
これに対し、従来技術での「圧入」では、図６（ｃ）〜（ｆ）に示すとおり、「圧入」開始時における電磁鋼板からなる固定子１０１とフレーム部材１０２の姿勢の安定性に課題があった。
一般に、「圧入」は、図６（ｃ）に示すように、フレーム部材１０２の導入口上かつ同軸（回転中心軸）上に電磁鋼板からなる固定子１０１を配置後、プレス機にて電磁鋼板からなる固定子１０１をフレーム部材１０２に押し込む。
ここで、「圧入」開始時、電磁鋼板からなる固定子１０１の大部分はフレーム部材１０２から露出しており支持がないため、電磁鋼板からなる固定子１０１とフレーム部材１０２の回転中心軸の方向にズレを生じる可能性が大きい〔図６（ｄ）〕。
電磁鋼板からなる固定子１０１とフレーム部材１０２の回転中心軸の方向にズレが生じると、「圧入」後に電磁鋼板からなる固定子１０１もしくはフレーム部材１０２に歪みが生じ〔図６（ｅ），図６（ｆ）参照〕、この結果、上述と同様に、コギングトルクが大きくなる可能性がある。
この発明による実施の形態によれば、このような従来技術における問題点は解消されるものである。
【００２２】
なお、上記実施の形態では、フレーム部材１０２に溝部がある場合について説明したが、フレーム部材１０２に突起部が、電磁鋼板からなる固定子１０１に溝部がある構成であってもよく、上記実施の形態と同様の効果がある。
【００２３】
また、上記実施の形態では、フレーム部材１０２の第１の溝部、または、電磁鋼板からなる固定子１０１の第１の突起部１１が、回転軸１００に平行に直線的に形成されるように記述したが、これらの溝部や突起部は、回転軸に垂直なある断面に形成されておればよく、回転軸１００に沿って貫通形成される必要はない。
【００２４】
この発明による実施の形態１によれば、電磁鋼板等の板状磁性材料を回転軸１００の軸方向に積層して構成され３相等の多相磁界からなる回転磁界を形成するための起磁力を生成する巻線５０が施された固定子１０１と、この固定子１０１に空隙部を介して磁気回路を構成する回転子１０３と、前記固定子１０１の外周を覆うフレーム部材１０２とを備えた回転機において、前記固定子１０１の外周面およびフレーム部材１０２の内周面に回転軸１００の軸方向に延在する係合部を設け、前記フレーム部材１０２を前記固定子１０１と相対的に回動することにより前記係合部を係合させて、前記フレーム部材１０２と前記固定子１０１とを固着させるものであって、前記係合部を回転軸１００の軸方向に延在する突起１１と溝２２とにより構成するようにしたので、電磁鋼板からなる複数の板状磁性体の積層方向に対して固定子の応力分布が傾斜して不適正となることを阻止し、フレーム部材により固着保持される固定子における応力分布を適正に保つことができる回転機を得ることができる。
【００２５】
実施の形態２．
この発明による実施の形態２を図７について説明する。図７は、この発明を実施するための実施の形態２による回転機を説明するための図である。
この実施の形態２において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態１と同様の構成内容を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
なお、図７では、特徴的な付設突起部１２を見やすくするために、図１および図２において鎖線により四角形で囲まれた部分を拡大して描かれている。
【００２６】
図７において、フレーム部材１０２に接する電磁鋼板からなる固定子１０１は、主突起部としての突起部１１の他に、突起部１１と寸法が異なり突起部１１よりも突出高さの小さい付設突起部１２を有する。
この付設突起部１２は、回転軸１００の延長方向に延在する突起部１１と並行して、回転軸１００の延長方向に延在する。
【００２７】
図７（ａ）に示した状態から、フレーム部材１０２と電磁鋼板からなる固定子１０１を相対的に回転させることで、図７（ｂ）に示すように圧接締結力が加わる部分を増やすことができる。
【００２８】
この発明による実施の形態２によれば、実施の形態１における構成において前記係合部に変形を加え、前記フレーム部材１０２と前記固定子１０１との相対的回動方向に間隔を置いて設けられた複数の突起１１，１２とこれらの突起１１，１２に係合する溝とにより前記係合部を構成するとともに、前記複数の突起１１，１２を前記回転軸１００の軸方向に延在する主突起部としての突起部１１および突起部１１よりも突出高さの小さい付設突起部１２からなる複数の突起部により構成したので、複数の突起および溝からなる係合部を設けることによって、フレーム部材により固着保持される固定子における応力分布を適正に保つことができるとともに、締結保持力を確実に増大できる回転機を得ることができる。
【００２９】
実施の形態３．
この発明による実施の形態３を図８および図９について説明する。図８および図９は実施の形態３における回転機の構成を示す横断面図である。図８は回転により圧接締結される前の状態を示すものであり、図９は回転による圧接締結後の状態を示すものである。
この実施の形態３において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態１と同様の構成内容を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
【００３０】
図４において、固定子を構成する電磁鋼板からなる固定子１０１の外周形状は略八角形であり、略八角形内側断面形状をもつフレーム部材１０２に嵌めこまれた状態から、実施の形態１と同様に、フレーム部材１０２と電磁鋼板からなる固定子１０１を相対的に回転軸１００に対して回転させ、図５に示すように、電磁鋼板からなる固定子１０１の外周多角形状の略角部１３を、フレーム部材１０２の内周面の辺１４と合致させることで回転締結させたものである。回転させる前の嵌めこみ状態において、回転軸１００から電磁鋼板で構成された固定子１０１の外周多角形状の角部までの距離は、回転軸１００からフレーム部材１０２の辺までの距離よりも長くなければならないことは言うまでもない。
【００３１】
また、上記実施の形態３では、電磁鋼板からなる固定子１０１とフレーム部材１０２が略八角形のそれぞれ内周と外周の断面形状をもつ場合について示したが、これは八角形に限定されるものではなく、六角形および八角形等を含む多角形として一般化し、これらを適用することができる。
【００３２】
この発明による実施の形態３によれば、実施の形態１における構成において前記係合部を形成するための構成部分に変形を加え、前記フレーム部材１０２の内周形状を略多角形とし、前記固定子１０１の外周形状を略多角形として、前記係合部を構成するとともに、前記フレーム部材１０２の内周形状および前記固定子１０１の外周形状を回転軸１００の軸方向に延在する同じ数の辺を持つ略多角形として構成したので、互いに略多角形部分でフレーム部材と固定子とを係合することによって、フレーム部材により固着保持される固定子における応力分布を適正に保つことができる回転機を得ることができる。
【００３３】
実施の形態４．
この発明による実施の形態４を図１０について説明する。図１０は、この発明を実施するための実施の形態４による回転機を説明するための図である。
この実施の形態４において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態１と同様の構成内容を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
なお、図１０は、特徴的な突起部１１を見やすくするために、図９において鎖線により四角形で囲まれた部分を拡大して描かれている。
【００３４】
上記実施の形態３では、フレーム部材１０２の内周面を、略多角形のみとしたが、多角形に構成された外周面を有する電磁鋼板からなる固定子１０１の稜線部を形成する略角部１３に突起部１１を設けた場合には、これと合致するフレーム部材１０２の多角形内周面における辺１４上に溝部２２を設けると、さらに、フレーム部材１０２と電磁鋼板からなる固定子１０１が振動に対しても安定して固着した状態を保つことができる。
【００３５】
このとき、フレーム部材１０２に突起部１１を、電磁鋼板からなる固定子１０１に、この突起部１１に合致するような溝部２２を設けても同じ効果が得られる。
【００３６】
さらに、実施の形態２に示すように、この実施の形態において、主突起部としての突起部１１の他に、さらに付設突起部を設けてもよい。
【００３７】
この発明による実施の形態４によれば、実施の形態３における構成において、前記フレーム部材１０２の内周面の辺上に係合部を設けるとともに、このフレーム部材１０２の係合部に係合する前記固定子１０１の外周面に係合部を設け、前記固定子１０１と前記フレーム部材１０２の係合部を前記電磁鋼板からなる固定子１０１の稜線部を形成する回転軸１００の軸方向に延在する略角部１３に設けた突起１１と前記フレーム部材１０２の内周面における回転軸１００の軸方向に延在する辺１４上に設けた溝２２で構成したので、互いに略多角形部分で係合するフレーム部材と固定子の係合部を突起と溝で構成することによって、フレーム部材により固着保持される固定子における応力分布を適正に保つことができるとともに、フレーム部材による固定子の固着保持を安定して行える回転機を得ることができる。
【００３８】
なお、この発明は、上記積層された電磁鋼板のみならず、フェライトなどの燒結材料で作成された固定子または回転子に対しても適用することができる。
そして、上述したこの発明による実施の形態では、電動機としての回転機について説明したが、この発明は、発電機等の回転機にも広く適用することができる。
【００３９】
【発明の効果】
この発明によれば、フレーム部材により固着保持される固定子における応力分布を適正に保つことができる回転機を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による実施の形態１の回転機における回転締結前の状態を示す横断面図である。
【図２】この発明による実施の形態１の回転機における回転締結後の状態を示す横断面図である。
【図３】この発明による実施の形態１における回転機のコギングトルク特性を示す特性曲線図である。
【図４】この発明による実施の形態１における回転機の応力分布を示す横断面図である。
【図５】この発明による実施の形態１における回転機の鉄損特性を示す特性図である。
【図６】図６は図１および図２のＶＩ（ａ）−ＶＩ（ａ）線およびＶＩ（ｂ）−ＶＩ（ｂ）線における断面図、および、これらと比較のために示す従来技術による回転機の断面図である。
【図７】この発明による実施の形態２の回転機における構成を示す拡大横断面図である。
【図８】この発明による実施の形態３の回転機における回転締結前の状態を示す横断面図である。
【図９】この発明による実施の形態３の回転機における回転締結後の状態を示す横断面図である。
【図１０】この発明による実施の形態４の回転機における構成を示す拡大横断面図である。
【符号の説明】
１００回転軸、１０１固定子を構成する電磁鋼板、１０２フレーム部材、５０巻線、１０３回転子、１０４固定子のティース部、１１電磁鋼板の突起部、１２電磁鋼板の付設突起部、１３多角形電磁鋼板の略角部、１４多角形電磁鋼板の内周面の辺、２１，２２フレーム部材の溝部。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a rotating machine, and more particularly to a rotating machine that is less likely to deteriorate in characteristics due to stress of an electromagnetic steel sheet, and is therefore efficient and has high manufacturing accuracy.
[0002]
[Prior art]
Conventional processes for storing electromagnetic steel plates of rotating machines such as electric motors in a frame mainly include (1) "shrink fit" and (2) "press-fitting" methods. It is selected for workability.
[0003]
The "shrink fit" is to heat the outer part, expand the hole, and insert the inner part into the outer part.The outer part shrinks as the temperature drops to room temperature, and the inner part shrinks. This is a method in which the two are fastened at the contact surface and the two are fastened (excerpted from http://www.bea.hi-ho.ne.jp/et6jiyuudo/youuso/syyusyuku.PDF).
In this method, the stress distribution in the direction of the central axis does not have a gradient, but the necessity of the heating equipment and a decrease in work efficiency are problems.
[0004]
The "press-fitting" method is a joining method in which a metal or resin shaft is press-inserted into a hole of a structure having an inner diameter smaller than the outer diameter, and the inner diameter of the outer side is smaller than the outer diameter of the inner side. It is set.
Although this method improves workability as compared with the "shrink fit" method, a strong stress is applied to the contact portion of the inner shaft that first contacts the outer structure.
[0005]
As such a conventional rotating machine, there is a rotating machine having a fitting structure in which a concave portion is provided on an outer peripheral surface of an electromagnetic steel plate and a convex portion is provided on an inner peripheral surface of a frame member (for example, see Patent Document 1).
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-27688
[Problems to be solved by the invention]
Since the conventional small rotary machine with high mass productivity is manufactured by "press-fitting", there is a problem that a strong stress is generated in a portion of the electromagnetic steel plate that comes into contact with the frame member quickly. That is, the steel sheet has a gradient stress distribution in the same lamination direction of the steel plate as the rotation center axis. If the magnetic steel sheet has a gradient stress distribution with respect to the lamination direction of the same steel sheet as the rotation center axis, the degree of deterioration of the magnetic properties (magnetomotive force versus magnetic flux density) of the magnetic steel sheet due to the stress is distributed in the lamination direction. Will have.
In such a state, that is, when the magnetic characteristics are deteriorated due to the stress, the cogging torque, which is the electric characteristics of the rotating machine, may increase.
[0008]
Further, when the electromagnetic steel sheet is fixed to the frame by the conventional “press-fitting” or “shrink fit”, the portion where the electromagnetic steel sheet contacts the frame extends over approximately 360 degrees in the circumferential direction. 360 degrees.
An electromagnetic steel sheet tends to increase iron loss when subjected to stress, and there is a problem in that the volume of the steel sheet subjected to the stress increases in "press-fitting" or "shrink fit" and the iron loss increases significantly.
Further, in the conventional “press-fitting”, there is a problem in the stability of the posture of the electromagnetic steel sheet and the frame member at the start of the “press-fitting”.
[0009]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and has as its object to obtain a rotating machine capable of appropriately maintaining a stress distribution in a stator fixedly held by a frame member. .
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In the rotating machine according to the present invention, the engaging portion is provided on the inner peripheral surface of the frame member that covers the outer peripheral surface of the stator and the outer periphery of the stator, and the frame member is relatively rotated with respect to the stator. An engaging portion is engaged to fix the frame member and the stator.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2 are cross-sectional views showing the configuration of the rotating machine according to the first embodiment. FIG. 1 shows a state before press-fitting by rotation, and FIG. 2 shows a state after press-fitting by rotation. FIG. 3 is a characteristic curve diagram showing cogging torque characteristics of the rotating machine according to the first embodiment. FIG. 4 is a transverse sectional view showing a stress applying portion of the rotating machine according to the first embodiment. FIG. 5 is a characteristic diagram illustrating iron loss characteristics of the rotating machine according to the first embodiment. FIG. 6 is a cross-sectional view taken along lines VI (a) -VI (a) and VI (b) -VI (b) in FIGS. 1 and 2.
[0012]
In the following description, the term "rotational fastening" is used in the following description because the press-fitting fastening by rotation in the present invention is completely different from the conventional "press-fitting" method and "shrink fit" method. I will.
[0013]
In FIG. 1, a stator 101 provided with a winding 50 as an electric motor is made of an electromagnetic steel plate. The electromagnetic steel sheets of the stator 101 are laminated in the axial direction of the rotating shaft 100 of the rotating machine, and have teeth portions 104.
The outer peripheral surface of the stator 101 is in contact with the frame member 102 and is fixedly held by the frame member 102.
The rotor 103 is opposed to the electromagnetic steel plate of the stator 101 via a gap, and forms a magnetic circuit together with the stator 101 made of the electromagnetic steel plate.
[0014]
The stator 101 made of an electromagnetic steel plate is provided with a protrusion 11, and the frame member 102 is provided with a groove 21 for accommodating the protrusion 11 before rotation fastening.
Although only one winding 50 is shown in the drawing, the winding 50 is inserted between almost all of the teeth 104. This is the same in the following drawings.
The groove 21 can be provided by, for example, cold casting the frame member 102.
[0015]
In addition, the protrusion 11 of the stator 101 made of an electromagnetic steel plate may be provided between the teeth, or may be provided so as to come to the center of the teeth.
[0016]
Next, the operation will be described.
FIG. 2 shows a state in which the stator 101 made of an electromagnetic steel sheet is fitted into the frame member 102 so that the first groove 21 of the frame member 102 and the protrusion 11 of the stator 101 made of the electromagnetic steel sheet are combined. As described above, the frame member 102 and the stator 101 made of an electromagnetic steel plate are relatively rotated with respect to the rotating shaft 100, and the protrusion 11 of the stator 101 made of the electromagnetic steel plate is moved to the second groove formed in the frame member. Rotationally fastened to match 22.
At this time, by making the distance from the deepest part of the second groove 22 to the rotating shaft 100 shorter than the distance from the tip of the projection 11 to the rotating shaft 100, the stator 101 made of an electromagnetic steel plate can be used as a frame member. It receives a rotational fastening force stronger than 102.
[0017]
The conventional “press-fitted” electromagnetic steel sheet sometimes has a gradient stress distribution in the same lamination direction of the steel sheet as the rotation center axis 100.
For this reason, the degree of deterioration of the magnetic characteristics (the characteristics of magnetomotive force versus magnetic flux density) of the magnetic steel sheet due to the stress has a distribution in the laminating direction. If the magnetic properties are degraded by stress, the cogging torque may increase.
FIG. 3 shows the stator 101 made of a conventional “press-fitted” electromagnetic steel plate in the axial direction of the rotating shaft 100, that is, the case where the stator has a gradient stress distribution, and the electromagnetic steel plate and the frame are relatively positioned according to the embodiment of the present invention. 4 shows an example of a simulation result of cogging torque characteristics in a case where the motor is rotationally fastened. However, in FIG. 3, the maximum value of the cogging torque when having a gradient stress distribution is set to 100%.
In FIG. 3, a curve A shows a cogging torque characteristic when the electromagnetic steel sheet and the frame are relatively rotationally fastened according to the embodiment of the present invention, and a curve B shows a cogging torque characteristic when the conventional technique is used. I have.
As is apparent from FIG. 3, the cogging torque is reduced in the embodiment according to the present invention.
[0018]
Further, when the electromagnetic steel sheet is fixed to the frame by the conventional “press-fitting” or “shrink fit”, the portion where the electromagnetic steel sheet contacts the frame extends over approximately 360 degrees in the circumferential direction. 360 degrees.
FIG. 4 shows a portion of the stator 101 made of an electromagnetic steel plate fixed by conventional "press-fitting" or "shrink fit" where a stress is applied, by hatching. The electrical steel sheet tends to increase iron loss when subjected to stress, and there is a problem that the volume of the steel sheet subjected to stress increases in "press-fitting" or "shrink fit", and the iron loss increases significantly.
However, by performing the rotational fastening according to the embodiment of the present invention, the stress is applied only to the vicinity of the protruding portion of the electromagnetic steel sheet as shown in FIG.
Therefore, reduction of iron loss is expected by implementing the present invention. FIG. 5 shows a comparison of iron loss with the conventional example. However, in FIG. 5, the iron loss of the conventional example is set to 100%.
As described above, the iron loss in the case of the rotational fastening according to the present invention is smaller than the iron loss at the time of press fitting, and it can be seen that there is an effect that a motor with higher efficiency can be obtained.
[0019]
In this embodiment, the case where the electromagnetic steel sheet is provided with the protrusion and the frame is provided with the groove is described. Conversely, the same effect is obtained when the electromagnetic steel sheet is provided with the groove and the frame is provided with the protrusion. Needless to say, this is obtained.
[0020]
FIGS. 6A and 6B are cross-sectional views taken along lines VI (a) -VI (a) and VI (b) -VI (b) in FIGS. 1 and 2.
6A and 6B, the parallelism between the rotation center axis of the stator 101 made of an electromagnetic steel sheet and the rotation center axis of the frame member 102 before the rotation fastening is determined by the outer peripheral surface of the stator 101 made of the electromagnetic steel sheet. And the inner peripheral surface of the frame member 102 can be controlled or "clearance fit". Compared with the conventional "press-fitting", the displacement between the stator 101 made of an electromagnetic steel plate and the frame member 102 in the direction of the rotation center axis can be controlled. Can be easily prevented.
[0021]
On the other hand, in the "press-fitting" according to the conventional technique, as shown in FIGS. was there.
Generally, as shown in FIG. 6C, “press-fitting” is performed by arranging a stator 101 made of an electromagnetic steel sheet on the introduction port of the frame member 102 and coaxially (centering axis of rotation). Is pressed into the frame member 102.
Here, at the start of “press-fitting”, most of the stator 101 made of an electromagnetic steel sheet is exposed from the frame member 102 and has no support, and therefore, the direction of the rotation center axis of the stator 101 made of the electromagnetic steel sheet and the frame member 102 There is a high possibility that a shift will occur in FIG. 6 (FIG. 6D).
When the stator 101 made of an electromagnetic steel sheet and the frame member 102 are displaced in the direction of the rotation center axis, the stator 101 or the frame member 102 made of an electromagnetic steel sheet is distorted after "press-fitting" [FIG. 6 (f)]. As a result, the cogging torque may increase as described above.
According to the embodiment of the present invention, such a problem in the related art is solved.
[0022]
In the above-described embodiment, the case where the frame member 102 has the groove is described. However, the protrusion may be provided on the frame member 102, and the groove may be provided on the stator 101 made of an electromagnetic steel plate. It has the same effect as the form.
[0023]
In the above embodiment, the first groove of the frame member 102 or the first protrusion 11 of the stator 101 made of an electromagnetic steel plate is formed so as to be linearly formed parallel to the rotation axis 100. However, these grooves and protrusions only need to be formed in a certain cross section perpendicular to the rotation axis, and need not be formed to penetrate along the rotation axis 100.
[0024]
According to the first embodiment of the present invention, a magnetomotive force for forming a rotating magnetic field composed of a multi-phase magnetic field such as a three-phase magnetic material is formed by laminating plate-shaped magnetic materials such as an electromagnetic steel sheet in the axial direction of the rotating shaft 100. A rotation provided with a stator 101 provided with a winding 50 to be generated, a rotor 103 forming a magnetic circuit through a gap in the stator 101, and a frame member 102 covering the outer periphery of the stator 101. The outer peripheral surface of the stator 101 and the inner peripheral surface of the frame member 102 are provided with engaging portions extending in the axial direction of the rotating shaft 100, and the frame member 102 is relatively rotated with respect to the stator 101. By engaging the engaging portion, the frame member 102 and the stator 101 are fixed to each other, and the engaging portion is formed with a projection 11 and a groove extending in the axial direction of the rotation shaft 100. 22 and As a result, it is possible to prevent the stress distribution of the stator from being inclined and becoming improper with respect to the laminating direction of the plurality of plate-shaped magnetic bodies made of electromagnetic steel sheets, thereby preventing the stator from being improperly held by the frame member. A rotating machine capable of appropriately maintaining the stress distribution can be obtained.
[0025]
Embodiment 2 FIG.
Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a view for explaining a rotating machine according to a second embodiment for carrying out the present invention.
In the second embodiment, the configuration other than the specific configuration described here has the same configuration content as the first embodiment described above, and has the same operation. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
In FIG. 7, in order to make it easy to see the characteristic attachment projection 12, a portion surrounded by a dashed line in FIGS. 1 and 2 is enlarged.
[0026]
7, a stator 101 made of an electromagnetic steel plate in contact with a frame member 102 has, in addition to a protrusion 11 as a main protrusion, an additional protrusion having a different size from the protrusion 11 and a smaller protrusion height than the protrusion 11. It has 12.
The attached projection 12 extends in the extension direction of the rotation shaft 100 in parallel with the projection 11 extending in the extension direction of the rotation shaft 100.
[0027]
By relatively rotating the frame member 102 and the stator 101 made of an electromagnetic steel plate from the state shown in FIG. 7A, it is possible to increase the portion to which the press-connecting force is applied as shown in FIG. 7B. it can.
[0028]
According to the second embodiment of the present invention, in the configuration of the first embodiment, the engaging portion is deformed to be provided at an interval in the relative rotation direction between the frame member 102 and the stator 101. The plurality of projections 11 and 12 and the groove that engages with the projections 11 and 12 form the engaging portion, and the plurality of projections 11 and 12 extend in the axial direction of the rotation shaft 100. The frame member is composed of a plurality of protrusions including the protrusions 11 as the protrusions and the attached protrusions 12 having a smaller protrusion height than the protrusions 11. Accordingly, it is possible to obtain a rotating machine that can appropriately maintain the stress distribution in the stator that is fixed and held, and can surely increase the fastening and holding force.
[0029]
Embodiment 3 FIG.
Third Embodiment A third embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. 8 and 9 are cross-sectional views showing the configuration of the rotating machine according to the third embodiment. FIG. 8 shows a state before press-fitting by rotation, and FIG. 9 shows a state after press-fitting by rotation.
In the third embodiment, the configuration other than the specific configuration described here has the same configuration content as that of the first embodiment described above, and has the same operation. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
[0030]
In FIG. 4, the outer peripheral shape of the stator 101 made of an electromagnetic steel sheet constituting the stator is substantially octagonal, and the state of being fitted into the frame member 102 having a substantially octagonal inner cross-sectional shape is the same as that of the first embodiment. Similarly, the frame member 102 and the stator 101 made of an electromagnetic steel plate are relatively rotated with respect to the rotation axis 100, and as shown in FIG. Are rotated and fastened by matching with the side 14 of the inner peripheral surface of the frame member 102. In the fitted state before rotating, the distance from the rotating shaft 100 to the corner of the outer peripheral polygonal shape of the stator 101 made of an electromagnetic steel plate must be longer than the distance from the rotating shaft 100 to the side of the frame member 102. Needless to say, this must be done.
[0031]
Further, in the third embodiment, the case where the stator 101 and the frame member 102 made of an electromagnetic steel plate have a substantially octagonal inner and outer cross-sectional shape, respectively, but this is limited to an octagonal shape. Instead, they can be generalized as polygons including hexagons and octagons, and these can be applied.
[0032]
According to the third embodiment of the present invention, in the configuration of the first embodiment, the components for forming the engaging portions are modified, and the inner peripheral shape of the frame member 102 is made substantially polygonal. The outer peripheral shape of the stator 101 is substantially polygonal, and the engaging portion is formed. The inner peripheral shape of the frame member 102 and the outer peripheral shape of the stator 101 have the same number extending in the axial direction of the rotating shaft 100. Since the frame member is configured as a substantially polygon having sides, by engaging the frame member and the stator at the substantially polygonal portions with each other, the rotation that can appropriately maintain the stress distribution in the stator fixedly held by the frame member is achieved. You can get the machine.
[0033]
Embodiment 4 FIG.
Embodiment 4 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a view for explaining a rotating machine according to a fourth embodiment for carrying out the present invention.
In the fourth embodiment, the configuration other than the specific configuration described here has the same configuration content as the first embodiment described above, and has the same operation. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
Note that FIG. 10 is an enlarged view of a portion surrounded by a rectangle by a chain line in FIG. 9 in order to make the characteristic protrusion 11 easier to see.
[0034]
In the third embodiment, the inner peripheral surface of the frame member 102 is only a substantially polygonal shape. However, a substantially corner portion forming a ridge of the stator 101 made of an electromagnetic steel plate having an outer peripheral surface formed in a polygonal shape is used. In the case where the protrusion 11 is provided on the groove 13, the groove 22 is provided on the side 14 of the polygonal inner peripheral surface of the frame member 102 that matches the protrusion 11. It is possible to maintain the state of being stably fixed against vibration.
[0035]
At this time, the same effect can be obtained even if the protrusion 11 is provided on the frame member 102 and the groove 22 which matches the protrusion 11 is provided on the stator 101 made of an electromagnetic steel plate.
[0036]
Further, as shown in Embodiment 2, in this embodiment, in addition to the projection 11 as the main projection, an additional projection may be provided.
[0037]
According to the fourth embodiment of the present invention, in the configuration of the third embodiment, an engaging portion is provided on a side of the inner peripheral surface of the frame member 102 and is engaged with the engaging portion of the frame member 102. An engaging portion is provided on an outer peripheral surface of the stator 101, and an engaging portion between the stator 101 and the frame member 102 is extended in an axial direction of a rotary shaft 100 forming a ridge portion of the stator 101 made of the electromagnetic steel sheet. Since the projections 11 are provided on the substantially corner portions 13 and the grooves 22 provided on the sides 14 extending in the axial direction of the rotating shaft 100 on the inner peripheral surface of the frame member 102, they are substantially polygonal portions. By configuring the engaging portion of the frame member and the stator to be engaged with the projection and the groove, the stress distribution in the stator fixed and held by the frame member can be appropriately maintained, and the frame member can be maintained. Sticking retention of the stator can be obtained rotating machine stably performed with due.
[0038]
The present invention can be applied not only to the laminated electromagnetic steel sheets, but also to a stator or a rotor made of a sintered material such as ferrite.
In the embodiments according to the present invention described above, the rotating machine as the electric motor has been described. However, the present invention can be widely applied to rotating machines such as a generator.
[0039]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to obtain a rotating machine capable of appropriately maintaining a stress distribution in a stator fixedly held by a frame member.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a state before rotation fastening in a rotary machine according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a state after the rotation is fastened in the rotary machine according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a characteristic curve diagram showing a cogging torque characteristic of the rotating machine according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a transverse sectional view showing a stress distribution of the rotating machine according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a characteristic diagram showing iron loss characteristics of the rotating machine according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view taken along lines VI (a) -VI (a) and VI (b) -VI (b) of FIGS. 1 and 2, and according to the prior art shown for comparison. It is sectional drawing of a rotating machine.
FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view showing a configuration of a rotating machine according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a transverse sectional view showing a state before rotation fastening in a rotating machine according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a transverse sectional view showing a state after rotation fastening in a rotating machine according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view showing a configuration of a rotating machine according to a fourth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 100 rotating shaft, 101 electromagnetic steel sheet constituting stator, 102 frame member, 50 windings, 103 rotor, 104 teeth part of stator, 11 electromagnetic steel sheet projection, 12 electromagnetic steel sheet attached projection, 13 polygon Substantially the corners of the electromagnetic steel sheet, 14 sides of the inner peripheral surface of the polygonal electromagnetic steel sheet, 21, 22 Grooves of the frame member.

Claims

A stator made of a magnetic material provided with a winding for generating a magnetomotive force, a rotor forming a magnetic circuit through a gap in the stator, and a frame member covering an outer periphery of the stator are provided. In the rotating machine, an engaging portion is provided on an outer peripheral surface of the stator and an inner peripheral surface of a frame member, and the engaging portion is engaged by rotating the frame member relatively to the stator. A rotating machine, wherein the frame member and the stator are fixed.

The rotating machine according to claim 1, wherein the engaging portion is configured by a protrusion and a groove.

2. The rotating machine according to claim 1, wherein the engaging portion is constituted by a plurality of protrusions and grooves provided at intervals in a relative rotation direction between the frame member and the stator. 3.

2. The rotating machine according to claim 1, wherein the engaging portion is configured such that an inner peripheral shape of the frame member is substantially polygonal, and an outer peripheral shape of the stator is substantially polygonal. 3.

The rotating machine according to claim 4, wherein the inner peripheral shape of the frame member and the outer peripheral shape of the stator are configured as substantially polygons having the same number of sides.

An engaging portion is provided on a side of the inner peripheral surface of the frame member, and an engaging portion is provided on an outer peripheral surface of the stator that engages with the engaging portion of the frame member. The rotating machine according to claim 4 or 5, wherein the joining portion is constituted by a projection and a groove.