JP2005130552A - Rotary electric machine - Google Patents
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Description
この発明は、少なくとも1つのティースを含むようにバックヨークを切断してなる複数個の分割コア本体で構成されたコア本体がフレームからの締付力により一体化されたコアを備えた回転電機に関する。 The present invention relates to a rotating electrical machine including a core in which a core body composed of a plurality of split core bodies formed by cutting a back yoke so as to include at least one tooth is integrated by a fastening force from a frame. .
従来、大型の電動機では、固定子のコアに用いられる電磁鋼板を無駄なく有効に使用するために、分割コア片から例えば次の手順で固定子のコアを製造していた。
即ち、大型のプレス機を用いて少なくとも1ティースを含むように薄板の電磁鋼板を打ち抜き加工をして分割コア片を成形し、その後この複数枚の分割コア片を積層して分割コア本体を形成し、さらにこの複数個の分割コア本体を互いに当接させてリング状のコア本体を形成する。その後、円筒形状のフレームを加熱膨張させた後、このフレームでこのコア本体の外周面を覆った後、フレームの熱収縮によってフレームとコア本体とを一体化する(例えば、特許文献1参照)。
Conventionally, in a large electric motor, in order to effectively use an electromagnetic steel sheet used for a stator core without waste, a stator core is manufactured from a divided core piece by, for example, the following procedure.
That is, using a large press machine, a thin magnetic steel sheet is punched to include at least one tooth to form a split core piece, and then the split core piece is laminated to form a split core body. Further, the plurality of divided core bodies are brought into contact with each other to form a ring-shaped core body. Thereafter, the cylindrical frame is heated and expanded, and the outer peripheral surface of the core body is covered with the frame, and then the frame and the core body are integrated by thermal contraction of the frame (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、前記分割コア片で製造された固定子のコアでは、隣接した分割コア本体同士の当接面は、コア本体の中心軸線から径方向に延びた放射線に対して周方向に傾斜しており、分割コア本体は、ティースの幅を2等分する線に対して鏡面非対称形状となり、フレームの熱収縮により生じた応力分布も非対称となり、その結果分割コア本体の磁気特性分布も非対称となり、この磁気特性を有する分割コア本体の周期性からコギングトルクが生じてしまうという問題点があった。
また、当接面が周方向に傾斜しているので、フレームからの締付力により、隣接した分割コア本体同士は互いに径方向に離れる方向に力が作用し、それだけコアの真円が得られにくいという問題点もあった。
However, in the stator core manufactured by the split core piece, the contact surfaces of the adjacent split core bodies are inclined in the circumferential direction with respect to the radiation extending in the radial direction from the central axis of the core body. The split core body is mirror-asymmetric with respect to the line that bisects the width of the teeth, and the stress distribution caused by the thermal contraction of the frame is also asymmetric. As a result, the magnetic property distribution of the split core body is also asymmetric. There is a problem that cogging torque is generated due to the periodicity of the split core body having magnetic characteristics.
In addition, since the abutting surface is inclined in the circumferential direction, due to the tightening force from the frame, the adjacent split core bodies act in a direction away from each other in the radial direction, and a perfect circle of the core is obtained accordingly. There was also a problem that it was difficult.
この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、コギングトルクの発生を抑制できるとともに、コアの真円が得られ易い等の回転電機を得ることを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain a rotating electrical machine that can suppress the occurrence of cogging torque and that a perfect circle of a core is easily obtained. To do.
この発明に係る回転電機では、コア本体は、少なくとも1つのティースを含むようにバックヨークを切断してなる複数個の分割コア本体で構成されているとともに、各分割コア本体は、フレームから締付力を受け、隣接した前記分割コア本体同士が当接した分割コアコ本体の当接面の少なくとも一部が、前記回転子の中心軸線から径方向に延びた放射線上に沿って形成されている。 In the rotating electrical machine according to the present invention, the core body is composed of a plurality of divided core bodies obtained by cutting the back yoke so as to include at least one tooth, and each divided core body is tightened from the frame. At least a part of the contact surface of the split core body where the adjacent split core bodies are in contact with each other is formed along the radiation extending radially from the central axis of the rotor.
この発明に係る回転電機は、コギングトルクの発生を抑制できるとともに、コアの真円度が向上する。 The rotating electrical machine according to the present invention can suppress the occurrence of cogging torque and improve the roundness of the core.
以下、この発明の各実施の形態について説明するが、各図において同一、または相当部材、部位については、同一符号を付して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. In the drawings, the same or corresponding members and parts will be described with the same reference numerals.
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1の電動機のコア5の部分平面図、図2(a)は図1のコア本体3の一部側断面図、(b)はコア本体3の平面図、(c)はコア本体3の一部を直線状に展開したときの平面図である。
この回転電機である電動機は、固定子と、この固定子の内側に空隙部を介して設けられ固定子とともに磁気回路を形成する回転子(図示せず)とを備えている。
固定子は、コア5と、このコア5に巻装された巻線(図示せず)とを備えている。
コア5は、環状に形成されたバックヨーク1、このバックヨーク1の内周部から内側方向に突出したティース2を含むコア本体3と、このコア本体3の外周面を覆った円筒形状のフレーム6とから構成されている。
コア本体3は、1つのティース2を含むようにバックヨーク1を切断してなる分割バックヨーク1aを有する複数個の分割コア本体3aで構成されている。隣接したほぼ扇形状の分割バックヨーク1a、1a同士が当接した当接面A1、A2のうち各直線部イは、回転子の中心軸線から径方向に延びた放射線上にほぼ沿って位置している。
1 is a partial plan view of a core 5 of an electric motor according to
An electric motor that is a rotating electrical machine includes a stator and a rotor (not shown) that is provided inside the stator via a gap and forms a magnetic circuit with the stator.
The stator includes a core 5 and a winding (not shown) wound around the core 5.
The core 5 includes an annularly formed
The
分割コア本体3aは、図3(a)、図3(b)に示す2種類の第1の分割コア片10および第2の分割コア片11から構成されている。なお、図3では第1の分割コア片10、第2の分割コア片11は直線状に展開されたときの図である。
第1の分割コア片10は、ほぼ扇形状をしたバックヨーク部12およびバックヨーク部12から内径方向に延びたティース部13を有している。バックヨーク部12の右肩部には図3(a)において紙面の裏側に向かって垂直方向に突出したジョイント部14が設けられている。
第2の分割コア片11は、ほぼ扇形状をしたバックヨーク部15およびバックヨーク部15から内径方向に延びたティース部16を有している。バックヨーク部15の左肩部には図3(b)において紙面の裏側に向かって垂直方向に突出したジョイント部17が設けられている。
隣接した第1の分割コア片10同士が当接して第1のコア片体20が構成され、隣接した第2の分割コア片11同士が当接して第2のコア片体21が構成されている。
分割コア本体3aは、第1の分割コア片10および第2の分割コア片11が交互に、第1の分割コア片10のジョイント部14の凸部が、第2の分割コア片11のジョイント部17の凹部に嵌着された状態で積層されている。
The split
The first divided
The second divided core piece 11 has a substantially fan-shaped
Adjacent first divided
The split core
上記構成の電動機では、隣接した複数個の分割コア本体3aを互いに当接させてリング状のコア本体3を形成した後、加熱膨張した円筒形状のフレーム6でコア本体3の外周面を覆い、その後フレーム6の熱収縮によってフレーム6とコア本体3とを一体化してコア5を製造している。即ち、フレーム6の「焼きなまし」により、コア5を製造している。
In the electric motor having the above-described configuration, a plurality of adjacent divided
図4は、フレーム6の冷却とともにコア本体3に加わる応力状態を本願発明者が算出した結果の応力コンター図(図1のFの領域)である。
応力値としては、金属の応力として最もよく用いられるミーゼス相当応力値を示した。その値は計算領域内の最大応力値で規格化したものを用いた。
この実施の形態では、隣接したほぼ扇形状の分割バックヨーク1a、1a同士が当接した当接面A1、A2のうち各直線部イは、回転子の中心軸線から径方向に延びた放射線上にほぼ沿って位置しているので、上記計算結果から分かるように、その直線部イに対して垂直方向に、つまり周方向に対して圧縮応力が作用しているのが分かる。即ち、バックヨーク1の磁束の通路において、分割バックヨーク1a、1aが当接する当接面A1、A2での磁気的ギャップが生じにくくなるように有効にフレーム6からの収縮締結力が作用しているのが分かる。
FIG. 4 is a stress contour diagram (region F in FIG. 1) as a result of calculation by the inventor of the stress state applied to the
As the stress value, the Mises equivalent stress value most frequently used as the stress of the metal is shown. The value used was normalized by the maximum stress value in the calculation area.
In this embodiment, each of the straight portions A of the contact surfaces A1 and A2 where the adjacent substantially sector-shaped divided back yokes 1a and 1a contact each other is formed on the radiation extending in the radial direction from the central axis of the rotor. Therefore, as can be seen from the above calculation results, it can be seen that the compressive stress is acting in the direction perpendicular to the straight portion i, that is, in the circumferential direction. That is, in the magnetic flux path of the
この実施の形態の電動機のコア5では、隣接した分割コア本体3a同士の当接面A1、A2のうち各直線部は、回転子の中心軸線から径方向に延びた放射線上にほぼ位置しており、分割コア本体3aの形状は、ティース2の中央線(ティース2の幅を2等分する線)に対してほぼ鏡面対称形状である。そのため、フレーム6の熱収縮により生じる各分割コア本体3aでの応力分布はほぼ対称であり、その結果分割コア本体3aの磁気特性分布もほぼ対称となる。従って、この磁気特性を有する分割コア本体3aが組み込まれた電動機では、コギングトルクの発生が抑制される。
また、フレーム6からの締付力は、分割コア本体3aに対して周方向に作用し、コア5の真円が確保され易い。
In the core 5 of the electric motor according to this embodiment, each linear portion of the contact surfaces A1 and A2 between the adjacent divided
Further, the tightening force from the frame 6 acts in the circumferential direction on the split
また、第1のコア片体20と、第2のコア片体21とが交互に積層されており、分割コア本体3aの当接面A1、A2が積層方向において、一層単位毎に凹凸状に形成されているので、当接面A1、A2において磁束の一部が積層方向に当接する他の分割コア片10、11に渡る、いわゆる「渡り磁束」となり得る。
図5は「渡り磁束」の様子を示す図である。図5において、矢印ハ、ニは、ある時刻での電動機の分割コア片10、11に流れる磁束を示し、分割コア片10、11に流れる通常の磁束の他、渡り磁束ニが存在することを示している。
分割コア本体3aの当接面A1、A2では、僅かなギャップ、磁性鋼板の切断により受けた応力、あるいはフレーム6の収縮締結時に受けた応力のため、磁気抵抗が増大するものの、渡り磁束ニが生じるため、コア本体3の磁気抵抗の増大を抑制することができる。
Further, the
FIG. 5 is a diagram showing the state of the “crossover magnetic flux”. In FIG. 5, arrows C and D indicate magnetic fluxes flowing through the split
On the contact surfaces A1 and A2 of the split core
なお、積層方向において隣接した分割コア片同士の当接面が3カ所以上異なるようにすることで、「渡り磁束」の生じる箇所を増大させ、コア本体3の磁気抵抗をより低減するようにしてもよい。
また、分割コア本体の当接面は複層単位毎に凹凸状に形成してもよい。
また、最上層の分割コア片、最下層の分割コア片それぞれのジョイント部については、積層方向において接合される分割コア片は不要であり、凸部あるいは孔のみであってもよい。
また、分割コア本体の当接面の最内周側の箇所で、コア本体に導線を巻回して巻線を巻装する際に、導線に傷かつかないように、その箇所に、丸みを付けるようにしてもよい。
In addition, by making the contact surfaces of the adjacent divided core pieces different in three or more places in the stacking direction, the number of places where “crossover magnetic flux” is generated is increased, and the magnetic resistance of the
Moreover, you may form the contact surface of a division | segmentation core main body in uneven | corrugated shape for every multilayer unit.
Further, with respect to the joint portions of the uppermost divided core piece and the lowermost divided core piece, the divided core pieces to be joined in the stacking direction are not necessary, and only the convex portion or the hole may be provided.
Also, when winding a wire by winding a conductor around the core body at a location on the innermost peripheral side of the contact surface of the split core body, round the portion so that the conductor is not damaged. You may do it.
実施の形態2.
図6はこの実施の形態2のコア35の一部平面図であり、このコア35では、フレーム36のヤング率が分割コア本体33aよりも低く設定されている。
図7は分割コア本体33aおよびフレーム36のそれぞれの機械的特性であるヤング率をパラメータとしてフレーム36の熱収縮によって分割コア本体33aが受ける応力について計算した結果を示す図である。計算モデルは、図4と同様に、図6に示す1/4対称モデルで、対象面α、βは、連続性の条件を適用した。これは対象面α上の節点の変位ベクトルと対称面βの変位ベクトルがそれぞれの辺上の局所座標系において90度変換型なる条件を課すことで得られる。
図7の横軸は、フレーム36のヤング率/分割コア本体33aのヤング率の比を、縦軸は、フレーム36と当接する分割コア本体33aについてミーゼス相当応力値を分割コア本体33a中心で求めたものを平均化した値を、縦軸の目盛り1.0の場合での値で規格化したものである。
FIG. 6 is a partial plan view of the
FIG. 7 is a diagram showing a calculation result of the stress applied to the split core body 33a by the thermal contraction of the
The horizontal axis in FIG. 7 represents the ratio of Young's modulus of the
図7から分かるように、フレーム36の硬度が分割コア本体33aよりも高くなると分割コア本体33aに加わる応力が上昇し、フレーム36から過度の応力が加わると、分割コア本体33aの磁気抵抗が増加する。
この実施の形態では、コア35は、フレーム36のヤング率が分割コア本体33aよりも低く設定されているので、分割コア本体33aに加わる応力が抑制され、分割コア本体33aの分割バックヨーク31aの磁気抵抗の増加が抑制され、電動機の磁気損失を抑えることができる。なお、フレーム36の材料として例えばアルミニウムを用いればよい。
As can be seen from FIG. 7, when the hardness of the
In this embodiment, the
実施の形態3.
図8はこの発明の実施の形態3の電動機のコア45の一部平面図である。
この実施の形態では、フレーム46の内周面に凹部46aが形成されており、この凹部46aに分割コア本体43aの外側面に等間隔で形成された凸部43a1が係合されている。
この電動機によれば、フレーム46と分割コア本体43aとの間に係合手段である凹部46a、凸部43a1を設けたので、コア45は、フレーム46と分割コア本体43aとが強固に結合される。
なお、係合手段として、フレームの内周面に凸部を形成し、この凸部を分割バックヨークの外側面に等間隔で形成された凹部に係合するようにしてもよい。
また、凹部、凸部はフレーム、コア本体のそれぞれに一カ所だけ設けるようにしてもよいし、また形状も凹部、凸部の形状に限定されない。
FIG. 8 is a partial plan view of
In this embodiment, the recess 46a on the inner peripheral surface of the frame 46 are formed, the
According to this electric motor, the recess 46a is engaged means between the frame 46
As the engaging means, a convex portion may be formed on the inner peripheral surface of the frame, and this convex portion may be engaged with a concave portion formed at equal intervals on the outer surface of the divided back yoke.
Further, only one concave portion and convex portion may be provided in each of the frame and the core body, and the shape is not limited to the shape of the concave portion and convex portion.
実施の形態4.
図9はこの発明の実施の形態4の電動機のコア55の製造途中の側断面図である。
この実施の形態では、両側が開放端であるフレーム56の軸線長さがコア本体53の軸線長さよりも長い。
この構成のコア55によれば、フレーム56が熱収縮される際に、フレーム56の両端部ではコア本体53に妨げられることなく熱収縮するので、コア本体53の外周縁部から内側にフレーム56が食い込む結果、フレーム56とコア本体53とは実施の形態1のものと比較してより強固に固定される。
Embodiment 4 FIG.
FIG. 9 is a side sectional view in the middle of manufacturing the
In this embodiment, the axial length of the
According to the core 55 configured as described above, when the
実施の形態5.
図10はこの発明の実施の形態5のコア本体63の一部側断面図、(b)はコア本体63の平面図、(c)はコア本体63の一部を直線状に展開したときの平面図である。
上記実施の形態1では、隣接した分割コア本体3a同士の当接面A1、A2は鋼板毎にジクザク状に周方向にずれていた。
一方、外周面に磁石が付着した回転子を有する磁石式回転電動機の場合には、この磁石部分が固定子と回転子との間に形成された磁気回路の空隙部と同じ作用となる。この空隙部による磁気抵抗の値は、隣接した分割コア本体3aの当接面A1、A2間のギャップが数μmであったときの磁気抵抗値と比較しても、甚大である。
即ち、実施の形態1のように、分割コア本体3aの当接面A1、A2間のギャップによる磁気抵抗を低減するために「渡り磁束」の効果を期待するよりも、応力値が大きな当接面A1、A2の近傍領域の面積を減らす方がコアの磁気特性の観点から重要となる場合がある。
この実施の形態では、そのような観点から、当接面の近傍領域の面積を縮小するためになされたもので、具体的には隣接した分割コア本体63a同士の当接面Aを軸線方向に沿って同一平面にしたものである。
この実施の形態のコアによれば、応力が大きな領域は、分散されずに当接面Aの近傍に限定され、結果としてコアでの磁気抵抗が低減され、磁気特性が向上する。
Embodiment 5.
FIG. 10 is a partial sectional side view of the core
In the first embodiment, the contact surfaces A1 and A2 between the adjacent divided
On the other hand, in the case of a magnet-type rotary electric motor having a rotor with a magnet attached to the outer peripheral surface, this magnet portion has the same effect as a gap portion of a magnetic circuit formed between the stator and the rotor. The value of the magnetic resistance due to the gap is very large even when compared with the magnetic resistance value when the gap between the contact surfaces A1 and A2 of the adjacent divided core
That is, as in the first embodiment, the contact having a larger stress value than the effect of “crossover magnetic flux” is expected in order to reduce the magnetic resistance due to the gap between the contact surfaces A1 and A2 of the
In this embodiment, from such a point of view, it is made in order to reduce the area of the vicinity region of the contact surface. Specifically, the contact surface A between the adjacent
According to the core of this embodiment, the region where the stress is large is not dispersed but is limited to the vicinity of the contact surface A. As a result, the magnetic resistance in the core is reduced and the magnetic characteristics are improved.
実施の形態6.
図11はこの発明の実施の形態6を示すもので、電磁鋼板を打ち抜き加工して分割コア片71を製造する様子を示す図である。
バックヨーク部72およびティース部73からなる分割コア片71は、方向性珪素鋼板で構成されている。この分割コア片71は、方向性珪素鋼板の磁化容易軸方向に対してティース部73がほぼ平行になるように打ち抜き加工されている。
方向性電磁鋼板とは、磁気結晶が磁化し易い方向を圧延方向と平行に配置した鋼板で、圧延方向に優れた磁気特性を有し、例えば試験片を圧延方向と平行にして、KS C 4006−1989(またはJIS C 2550−1986)により鉄損の試験が行われた結果、磁束密度1.5Tと動作周波数50Hzで保証される最大値として、鋼板の厚みが0.5[mm]では、その値が概ほぼ5.0W/kg以下を指す。
この実施の形態のコアによれば、電磁鋼板の磁化容易軸と、ティース部73の方向が同方向であるので、回転電動機の巻線との鎖交磁束を増大させることができ、磁気損失を低減させることができる。
Embodiment 6 FIG.
FIG. 11 shows Embodiment 6 of the present invention, and shows a state in which a
The
A grain-oriented electrical steel sheet is a steel sheet in which the direction in which a magnetic crystal is easily magnetized is arranged in parallel with the rolling direction, and has excellent magnetic properties in the rolling direction. For example, the test piece is parallel to the rolling direction, and KS C 4006 -1989 (or JIS C 2550-1986), as a result of the iron loss test, as a maximum value guaranteed at a magnetic flux density of 1.5 T and an operating frequency of 50 Hz, the thickness of the steel sheet is 0.5 [mm] The value is about 5.0 W / kg or less.
According to the core of this embodiment, since the magnetization easy axis of the electromagnetic steel sheet and the direction of the teeth portion 73 are the same direction, the interlinkage magnetic flux between the windings of the rotary motor can be increased, and the magnetic loss is reduced. Can be reduced.
なお、上記各実施の形態では、回転子を囲った固定子のコアについて説明したが、勿論このものに限定されるものではなく、アウターロータ方式の電動機にも適用できる。即ち、固定子の周囲を囲った回転子のコアについても適用できる。
また、上記各実施の形態では、回転電機として電動機の場合について説明したが、回転電機である発電機にもこの発明は適用できる。
また、コア本体は、2つ以上のティースを含むようにバックヨークを切断してなる複数個の分割コア本体で構成されているものでもよい。
In each of the above embodiments, the stator core surrounding the rotor has been described. Of course, the stator core is not limited to this, but can also be applied to an outer rotor type electric motor. That is, the present invention can also be applied to a rotor core that surrounds the stator.
In each of the above-described embodiments, the case where an electric motor is used as the rotating electrical machine has been described. However, the present invention can also be applied to a generator that is a rotating electrical machine.
The core body may be composed of a plurality of divided core bodies formed by cutting the back yoke so as to include two or more teeth.
1 バックヨーク、2 ティース、3,53,63 コア本体、3a,33a,43a,63a 分割コア本体、4 スロット、5,35,45,55 コア、6,36,46,56 フレーム、10,30 第1の分割コア片、11,31 第2の分割コア片、12,15 バックヨーク部、13,16 ティース部、14,17 ジョイント部、31a,43a1 凸部、46a 凹部、61,71 分割コア片、72 バックヨーク部、73 ティース部、A,A1,A2 当接面。 1 Back yoke, 2 teeth, 3, 53, 63 core body, 3a, 33a, 43a, 63a split core body, 4 slots, 5, 35, 45, 55 core, 6, 36, 46, 56 frames, 10, 30 1st division core piece, 11, 31 2nd division core piece, 12, 15 Back yoke part, 13, 16 Teeth part, 14, 17 Joint part, 31a, 43a 1 convex part, 46a Concave part, 61, 71 Division Core piece, 72 Back yoke part, 73 Teeth part, A, A1, A2 Contact surface.
Claims (6)
この固定子に空隙部を介して設けられ前記固定子とともに磁気回路を形成する回転子とを備え、
前記コアは、複数枚の電磁鋼板が積層され、環状に形成されたバックヨーク、このバックヨークの内周部から内側方向に突出したティースからなるコア本体と、前記バックヨークの外周面を覆った筒状のフレームとを含み、
前記コア本体は、少なくとも1つの前記ティースを含むように前記バックヨークを切断してなる複数個の分割コア本体で構成されているとともに、各分割コア本体は、前記フレームから締付力を受け、
隣接した前記分割コア本体同士が当接した分割コアコ本体の当接面の少なくとも一部が、前記回転子の中心軸線から径方向に延びた放射線上に沿って形成されている回転電機。 An annular core, a stator including a winding around which a conducting wire is wound;
A rotor provided in the stator via a gap portion and forming a magnetic circuit together with the stator;
The core is formed by laminating a plurality of electromagnetic steel plates and covering an annular back yoke, a core main body made of teeth protruding inward from an inner peripheral portion of the back yoke, and an outer peripheral surface of the back yoke. A cylindrical frame,
The core body is composed of a plurality of split core bodies formed by cutting the back yoke so as to include at least one of the teeth, and each split core body receives a tightening force from the frame,
A rotating electrical machine in which at least a part of a contact surface of a split core body where adjacent split core bodies are in contact with each other is formed along radiation extending in a radial direction from a central axis of the rotor.
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