JP2005323429A - 回転電機及びその組立て方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、環状鉄心の磁極鉄心係合部に切り込み溝を形成せずとも磁極鉄心の装着が容易に行える回転電機を提供することにある。
【解決手段】本発明は、磁極鉄心１３の環状鉄心１２への係合部分（１４）に、磁極鉄心１３の中心に対して周方向に対称な弾性変形部（１６）を形成したのである。
上記構成することで、磁極鉄心１３を環状鉄心１２に係合する際、磁極鉄心１３の係合部分（１４）が弾性変形するので、磁極鉄心１３と環状鉄心１２の係合部の隙間が小さくても、係合を容易に行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は電動機や発電機等の回転電機に係り、特に、磁極鉄心と環状鉄心とに分割された固定子鉄心を備えた回転電機及びその組立て方法に関するものである。

磁極鉄心と環状鉄心とに分割された固定子鉄心を備えた回転電機は、例えば特許文献１に記載のように、既に提案されている。そして、分割された磁極鉄心を環状鉄心に係合するに際し、その係合を容易にするために環状鉄心の磁極鉄心係合部に磁極鉄心の中心に対して周方向に対称となる切り込み溝を設けている。

特開平１１−２５２８４２号公報

上記背景技術によれば、環状鉄心の磁極鉄心を係合する位置に切り込み溝を設けたとしても、鉄心が環状に連なって形成されているので、磁極鉄心を環状鉄心の磁極鉄心係合部に係合する際に、磁極鉄心係合部が極僅かに広がる程度であり、到底、磁極鉄心の環状鉄心への装着を容易にするものではなかった。特に、複数の磁極鉄心の最後の一つを環状鉄心の磁極鉄心係合部に係合しようとする場合、その磁極鉄心係合部の左右には既に磁極鉄心が係合されて環状鉄心が弾性変形できない状態にあるので、切り込み溝があったとしても磁極鉄心係合部を押し広げながら磁極鉄心を係合させることはできず、係合に多大な時間と労力を費やすことになる。

本発明の目的は、環状鉄心の磁極鉄心係合部に切り込み溝を形成せずとも磁極鉄心の装着が容易に行える回転電機を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、磁極鉄心の環状鉄心への係合部分に、磁極鉄心の中心に対して周方向に対称な弾性変形部を形成したのである。

上記のように構成することで、磁極鉄心を環状鉄心に係合する際、磁極鉄心の係合部分が弾性変形するので、磁極鉄心と環状鉄心の係合部の隙間が小さくても、係合を容易に行うことができる。

以上説明したように本発明によれば、環状鉄心の磁極鉄心係合部に切り込み溝を形成せずとも磁極鉄心の装着が容易に行える回転電機を得ることができる。

以下本発明による回転電機の第１の実施の形態を図１〜図４に示す永久磁石式電動機１に基づいて説明する。

本実施の形態による永久磁石式電動機１は、回転子２と固定子３とを有する。

回転子２は、回転軸４と、この回転軸４上に同芯状に形成された継鉄５と、この継鉄５の周面に装着された永久磁石６とを備えている。固定子３は、固定子鉄心７と、この固定子鉄心７に巻装された固定子巻線８と、前記固定子鉄心７の外周部を覆う固定子枠９と、この固定子枠９の両端部に連結されたエンドブラケット１０Ａ，１０Ｂと、これらエンドブラケット１０Ａ，１０Ｂの内周側を前記回転軸４に回転自在に支持する軸受１１Ａ，１１Ｂとを備えている。

そして、固定子鉄心７は、環状に成形された環状鉄心１２と複数の磁極鉄心１３とに分割されている。磁極鉄心１３には、磁極鉄心中心に対して周方向に対称となるように、鳩尾状の嵌合突起部１４が軸方向に長く形成されており、環状鉄心１２の内径側には、前記鳩尾状の嵌合突起部１４を嵌合する鳩尾状の嵌合凹部１５が軸方向に長く形成されている。これら嵌合突起部１４と嵌合凹部１５とが磁極鉄心１３を環状鉄心１２へ係合する係合部分となる。そして、磁極鉄心１３の嵌合突起部１４には、磁極鉄心中心に対して周方向に対称となるように、切り欠き溝１６が軸方向に長く、かつ内径側に向かって切り込まれている。このように、切り欠き溝１６が形成された嵌合突起部１４は弾性変形部となる。

次に、上記のように構成された固定子鉄心７の磁極鉄心１３と環状鉄心１２とを組立てる場合について説明する。

通常、プレスで打抜いた磁性薄鋼板を積層して環状鉄心１２や磁極鉄心１３を構成しているので、打抜きバリや積層時の微少なずれ等により嵌合突起部１４や嵌合凹部１５の表面に微少な凹凸が存在し、これが両者を嵌合する際の抵抗部分になるので、嵌合凹部１５への嵌合突起部１４の挿入に際して大きな挿入力を必要としている。そのために、嵌合突起部１４と嵌合凹部１５との隙間Ｇを大きめに設定して嵌合凹部１５への嵌合突起部１４の挿入を容易にしている。その結果、嵌合凹部１５への嵌合突起部１４の挿入後に、両者間に大きな隙間が残り、この隙間のために各磁極鉄心１３の半径方向の位置がばらつき、各磁極鉄心１３の回転子２に対する周方向の隙間を不均一にすることになる。

このように、各磁極鉄心１３の回転子２に対する周方向の隙間が不揃いであると、各磁極鉄心１３と回転子２間の磁気エネルギーが回転子２の回転に伴って変化するので、コギングトルクを発生させることになり、永久磁石式電動機１の適用範囲を制限させている。

しかしながら本実施の形態においては、嵌合突起部１４と嵌合凹部１５との隙間Ｇを数μｍあるいは圧入寸法程度に設定しておいても、図３（ａ）に示す状態から嵌合突起部１４を嵌合凹部１５の軸方向の一端側から挿入することで、微少な凹凸による抵抗部分で嵌合突起部１４が切り欠き溝１６の溝幅を、図３（ｂ）に示すように、縮小する方向に弾性変形するので、大きな力を加えることなく容易に挿入して嵌合することができる。そして、嵌合突起部１４は、嵌合凹部１５に挿入後に切り欠き溝１６の溝幅を拡張する方向に戻って納入後の両者間の隙間を数μｍあるいは圧入寸法に縮小するので、磁極鉄心１３は白矢印のような緊縛力を受けて弛みなく固定される。その結果、磁極鉄心１３は、半径方向のずれは殆ど発生せず、各磁極鉄心１３の回転子２に対する周方向の隙間を均一に、云い代えれば磁極鉄心１３の内周面の真円度を維持することができ、低コギングトルク化を図ることができる。

次に、図５及び図６に基づいて本発明による回転電機の第２の実施の形態を説明する。図５及び図６において、図１〜図４と同一符号は同一部品を示すので、再度の詳細な説明は省略する。

本実施の形態において、第１の実施の形態と異なる構成は、環状鉄心１２の外周に緊縛枠１７が嵌着されている点である。即ち、嵌合突起部１４と嵌合凹部１５との隙間Ｇを数μｍあるいは圧入寸法程度に設定した上で磁極鉄心１３の嵌合突起部１４を嵌合凹部１５に挿入嵌合することで、図６（ａ）に示すように、挿入時に嵌合凹部１５の切り欠き溝１６の幅を圧縮して挿入作業を容易にし、挿入後は嵌合凹部１５の切り欠き溝１６の弾性による拡幅により嵌合突起部１４と嵌合凹部１５との隙間を縮小させて各磁極鉄心１３の半径方向の位置を均一に維持している。このような磁極鉄心１３の環状鉄心１２への装着後に、さらに、図６（ｂ）に示すように、環状鉄心１２の外周に緊縛枠１７を嵌着するのである。

この緊縛枠１７は、例えば焼嵌めや圧入等により環状鉄心１２の外周に嵌着することで、白矢印で示すように、環状鉄心１２に緊縛力を与える。この緊縛力によって嵌合凹部１５に挿入された嵌合凹部１５の切り欠き溝１６を狭めることで、磁極鉄心１３をより強固に環状鉄心１２に固定することができる。

尚、嵌合突起部１４と嵌合凹部１５との隙間を上記数μｍあるいは圧入寸法よりも大きく形成した上で磁極鉄心１３を環状鉄心１２へ装着し、その後に緊縛力をもって緊縛枠１７を環状鉄心１２の外周に嵌着することで、嵌合突起部１４の嵌合凹部１５への装着後の隙間を縮小させるようにしてもよい。このようにすることで、各磁極鉄心１３の回転子２に対する周方向の隙間を不均一にすることなく、云い代えれば各磁極鉄心１３の内周面の真円度を低下させることなく、嵌合突起部１４の嵌合凹部１５への装着作業をより容易にすることができる。

ところで、本実施の形態において、前記緊縛枠１７は、環状鉄心１２の積層方向全域を覆う筒状体でも良く、さらに、大型の回転電機にあっては、環状鉄心１２の外周に軸方向に長い桁材を周方向等間隔で配置し、これら桁材の外周から緊縛する軸方向に分割された複数の環状体でも良い。さらに、前記緊縛枠１７が筒状体である場合には、図４に示す固定子枠９が前記緊縛枠１７を兼用するようにしてもよい。

図７は、磁極鉄心１３の嵌合突起部１４に切り欠き溝１６を設けた場合と設けない場合における緊縛枠１７の効果をシミュレーションし、その結果を締め代と径方向隙間の変化で表したものである。図７の結果から、磁極鉄心１３の嵌合突起部１４に切り欠き溝１６が存在しない場合でも、緊縛枠１７を環状鉄心１２の外周に焼き嵌めすることで、嵌合隙間は縮小される。しかし、本実施の形態のように、磁極鉄心１３の嵌合突起部１４に切り欠き溝１６が存在したほうが、小さな締め代で大きな径方向隙間の縮小効果が得られることが判る。大きな締め代は、焼き嵌め時の緊縛枠１７の加熱温度を高くしなければならず、また、焼き嵌め後に緊縛枠１７による環状鉄心１２への圧縮応力が大きくなって環状鉄心１２を歪ませ鉄損を増加させる問題がある。したがって、小さな締め代で磁極鉄心１３を真円度を維持するためには、本実施例のように、磁極鉄心１３の嵌合突起部１４に切り欠き溝１６を設けた上で、緊縛枠１７を嵌着させる必要がある。

以上の各実施の形態において、磁極鉄心１３の嵌合突起部１４に一つの切り欠き溝１６を磁極鉄心１３の径方向中心に対して周方向に左右対称となるように設けたものであるが、このように左右対称の切り欠き溝１６を設けることで、磁極鉄心１３の位置を環状鉄心１２の径方向中心に向かって左右均等に変位させることができ、各磁極鉄心１３の真円度を維持できるのである。仮に、左右不対称な切り欠き溝を設けた場合、縮小された切り欠き溝が拡張するときに、磁極鉄心１３が左右均等に変位せずに傾きが発生し、真円度が維持できずにコギングトルクを増大させることになる。

以上から、磁極鉄心１３の嵌合突起部１４に設ける切り欠き溝１６は、磁極鉄心１３の径方向中心に対して周方向に左右対称となる条件を満足するなら、図８に示す本発明による回転電機の第３の実施の形態のように、複数の切り欠き溝１６Ａ，１６Ｂを設けても良い。尚、図８において図１〜図６と同符号は同一部品を示すので再度の説明は省略する。

上記各実施の形態においては、切り欠き溝１６，１６Ａ，１６Ｂを設けることで、嵌合突起部１４の嵌合凹部１５への嵌合作業が容易になり、各磁極鉄心１３の真円度が維持できるが、磁極鉄心１３−環状鉄心１２間の磁路に空間が存在して磁路を狭めることになるので、鉄損が増加する問題がある。

図９は、以上のような問題を解消する本発明による回転電機の第４の実施の形態を示す。即ち、環状鉄心１２の嵌合凹部１５へ磁極鉄心１３の嵌合突起部１４を嵌合した後、さらには環状鉄心１２の嵌合凹部１５へ磁極鉄心１３の嵌合突起部１４を嵌合し、環状鉄心１２の外周に緊縛枠１７を嵌着した後、切り欠き溝１６及び嵌合突起部１４との嵌合凹部１５との隙間に磁性材１８を充填するのである。磁性材１８の充填により、磁極鉄心１３−環状鉄心１２間の磁路に存在する空間は塞がれ、磁路が拡張されるので、鉄損を低減することができるのである。

ところで、前記磁性材１８は、磁性薄鋼板を切り欠き溝１６や嵌合突起部１４との嵌合凹部１５との隙間に挿入して塞ぐようにしてもよく、また、磁性粉を混入した流動性の樹脂を切り欠き溝１６や嵌合突起部１４との嵌合凹部１５との隙間に注入して硬化させるようにしてもよい。

さらに、上記各実施の形態においては、前記切り欠き溝１６，１６Ａ，１６Ｂは、磁極鉄心１３の軸方向（積層方向）長さの全域に亘って形成したものであるが、磁極鉄心１３の軸方向（積層方向）の端部近傍にのみ設けるようにしてもよい。即ち、嵌合突起部１４の嵌合凹部１５への嵌合は、嵌合突起部１４の軸方向（積層方向）の端部さえ嵌合凹部１５へ挿入できれば、その後の挿入は容易であるので、嵌合突起部１４の端部近傍にのみ切り欠き溝１６，１６Ａ，１６Ｂを切って弾性変形部を形成することでも対応することができる。

さらにまた、上記各実施の形態においては、回転電機の実施の形態として永久磁石式電動機を一例に説明したが、これに限定されるものではなく、固定子鉄心が磁極鉄心と環状鉄心とに分割されている構成を有していれば、その他の電動機や発電機等にも適用することができる。

本発明による回転電機の第１の実施の形態を示す固定子鉄心の要部拡大図。 図１の固定子鉄心の全体を示す正面図。 （ａ）は図１の固定子鉄心の組立て前の要部正面図を示し、（ｂ）は図１の固定子鉄心の組立て後の要部正面図を示す。 本発明による回転電機の第１の実施の形態を示す一部破断全体斜視図。 本発明による回転電機の第２の実施の形態を示す図２相当図。 （ａ）は図５の固定子鉄心の組立て前の要部正面図を示し、（ｂ）は図５の固定子鉄心の組立て後の要部正面図を示す。 図５の固定子鉄心の緊縛枠の効果を示す締め代と径方向隙間の変化図。 本発明による回転電機の第３の実施の形態を示す図１相当図。 本発明による回転電機の第４の実施の形態を示す図１相当図。

符号の説明

１…永久磁石式電動機、２…回転子、３…固定子、７…固定子鉄心、９…固定子枠、１２…環状鉄心、１３…磁極鉄心、１４…嵌合突起部、１５…嵌合凹部、１６…切り欠き溝、１７…緊縛枠、１８…磁性材。

Claims (7)

1. 磁極鉄心と環状鉄心とに分割され磁極鉄心を環状鉄心の内径側に係合して組立てられた固定子鉄心を備えた回転電機において、前記磁極鉄心の前記環状鉄心への係合部分に、磁極鉄心の中心に対して周方向に対称な弾性変形部を形成したことを特徴とする回転電機。
2. 磁極鉄心と環状鉄心とに分割され磁極鉄心を環状鉄心の内径側に係合して組立てられた固定子鉄心を備えた回転電機において、前記磁極鉄心は嵌合突起部を有し、前記環状鉄心は前記磁極鉄心の嵌合突起部と係合する嵌合凹部を有し、かつ前記磁極鉄心の嵌合突起部に、磁極鉄心中心に対して周方向に対称な切り欠き溝を有することを特徴とする回転電機。
3. 前記環状鉄心は、外周に緊縛枠が嵌着されていることを特徴とする請求項１又は２記載の回転電機。
4. 前記緊縛枠は、前記環状鉄心を緊縛力をもって嵌着していることを特徴とする請求項３記載の回転電機。
5. 前記切り欠き溝内に磁性材が充填されていることを特徴とする請求項２記載の回転電機。
6. 磁極鉄心と環状鉄心とに分割された回転電機の固定子鉄心を組立てるに際し、磁極鉄心の環状鉄心への係合部分に磁極鉄心の中心に対して周方向に対称な弾性変形部を形成し、この磁極鉄心の弾性変形部を弾性変形させながら環状鉄心の内径側に係合し、その後磁極鉄心が係合された前記環状鉄心の外周に緊縛枠を緊縛力を持って嵌着するようにしたことを特徴とする回転電機の組立て方法。
7. 磁極鉄心と環状鉄心とに分割された回転電機の固定子鉄心を組立てるに際し、磁極鉄心の環状鉄心への係合部分に磁極鉄心の中心に対して周方向に対称な嵌合突起部を形成すると共に、この嵌合突起部に磁極鉄心中心に対して周方向に対称な切り欠き溝を形成し、この磁極鉄心の嵌合突起部を環状鉄心に形成した嵌合凹部に係合させ、その後、嵌合突起部の切り欠き溝内に磁性材を充填することを特徴とする回転電機の組立て方法。
   

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