JP2008067465A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】分割した固定子鉄心を容易に組み立てることが可能で、生産性が高く、かつ、半径方向の応力に強い固定子を備えた回転電機を提供する。
【解決手段】 環状ヨーク部鉄心は、軸方向に２分割された第１および第２の環状ヨーク部鉄心で構成され、少なくとも一方の環状ヨーク部鉄心の分割面に、ティース部鉄心と係合する係合部を有するとともに、ティース部鉄心の反磁気ギャップ側には、少なくとも一方の環状ヨーク部鉄心と嵌合する係合部を有して構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、固定子と、前記固定子の内部に磁気ギャップを介して配置される回転子とを備えて構成された回転電機に関するもので、特に固定子の構造に関するものである。

従来の回転電機、例えば永久磁石型の回転電機の構成を、図を用いて簡単に示す。
図７において、１０１は固定子鉄心であり、そのティース部分には、固定子コイル１０２を巻装してある。１０３はフレームであり、前記固定子鉄心１０１と嵌合固着されている。１０５は回転子であり、回転軸１０４に嵌合固着されており、その固定子鉄心１０１と対向する外周面には、マグネット１０６が固着されている。前記回転軸１０４はベアリング１０７とフランジ１０８を介して、前記フレーム１０３に回転電機の回転軸方向（以下、単に軸方向という）に回転自在に接続されている。
従来の永久磁石型の回転電機の固定子鉄心は、占積率を高めるために、固定子の鉄心を略Ｔ字状の極歯単位に分割しているものもある（例えば、特許文献１）。特許文献１の固定子を、図を用いて簡単に説明する。
図８において、１０９は略Ｔ字状の極歯単位に分割された固定子分割鉄心で、１１０はインシュレータである。前記インシュレータ１１０は固定子分割鉄心１０９に一体成形されており、一体成形後、図示しないコイルを巻線し、固定子分割鉄心ピースを形成する。その後、所定数だけ固定子分割鉄心を連結し、固定子を形成する。
このように、特許文献１の固定子においては、コイル巻線時にティース先端部が邪魔にならないので、占積率が向上する。
また、固定子鉄心をティース部と環状ヨーク部とに分割し、ティース部に別個にボビンに巻いたコイルを差し込み、その後ティース部と環状ヨーク部を組み合わせた例もある（例えば、特許文献２）。
特許文献２の固定子を、図を用いて簡単に説明する。
図９に示すように、特許文献２の固定子は、固定子鉄心とは別個に、ボビン１１２にコイルを巻いて形成した固定子コイル１１３を、ティース部鉄心１１１に差し込み、その後、図１０のように、ティース部鉄心１１１と環状のヨーク部鉄心１１４を組み合わせ、固定子を形成する。
このように、特許文献２の固定子においては、コイル巻線時には鉄心が存在しないため、干渉を起こさず、占積率が向上するとともに、生産性が向上する。
特開２０００−３３３３８８公報（第３頁、図１） 特開２００１−３２７１０９公報（第３頁、図２、４）

しかしながら、このような従来の回転電機においては、次のような問題があった。
（１）占積率を高くするため、固定子鉄心を分割しており、そのため、固定子の鉄心を略Ｔ字状の極歯単位に分割した場合には、分割数が多くなり、隣接する鉄心の係合部の精度が要求される。また、半径方向の応力に弱い。
（２）固定子鉄心をティース部と環状ヨーク部とに分割し、ティース部に別個にボビンに巻いたコイルを差し込み、その後ティース部と環状ヨーク部を組み合わせたような場合は、組み合わせ時に目視で軸方向の位置合わせをすることになるので、組み立てに熟練を要し、生産性が悪い。
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、分割した固定子鉄心を容易に組み立てることが可能で、生産性が高く、かつ、半径方向の応力に強い固定子を備えた回転電機を提供することを目的とするものである。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項１に記載の発明は、固定子と、前記固定子の内部に磁気ギャップを介して配置される回転子とを備えて構成され、前記固定子は、固定子鉄心と、前記固定子鉄心に装着されるコイルとを備え、前記固定子鉄心は、環状ヨーク部鉄心と、前記環状ヨーク部鉄心の内周側に配置されるとともに、コイルを集中巻きで巻装する複数のティース部鉄心とを備えてなり、前記回転子は、回転軸を備えて構成されている回転電機において、前記環状ヨーク部鉄心は、軸方向に２分割された第１および第２の環状ヨーク部鉄心で構成され、少なくとも一方の環状ヨーク部鉄心の分割面に、ティース部鉄心と係合する係合部を有するとともに、前記ティース部鉄心の反磁気ギャップ側には、前記少なくとも一方の環状ヨーク部鉄心と嵌合する係合部を有することを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、前記環状ヨーク部鉄心の係合部は軸方向から見て十字状の溝に形成され、ティース部鉄心の係合部は、軸方向から見て十字状の突部に形成されていることを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、前記複数のティース部鉄心は、磁気ギャップ側でつながっており、一体になっていることを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、前記ティース部鉄心は積層電磁鋼板からなり、前記ヨーク部鉄心は圧紛鉄心からなることを特徴とするものである。
また、請求項５に記載の発明は、前記ティース部鉄心と、前記ヨーク部鉄心が圧紛鉄心からなることを特徴とするものである。

本発明によれば、次のような効果がある。
請求項１，２に記載の発明によると、ティース部鉄心とヨーク部鉄心を組み合わせる際には、互いの係合部を組み合わせることで容易に位置合わせすることができ、組み立てを簡単にすることができる。
請求項３に記載の発明によると、ティース部鉄心はあらかじめ互いに結合されているため、組み立て精度を高く保つことが容易であり、かつ、部品点数が少なくなるため、生産性が向上する。
請求項４に記載の発明によると、磁束が一番集中するティース先端部を持つティース部の磁束密度を高くとることができ、かつ、複雑な形状をしているヨーク部は、圧縮成形などにより形成することができるので、さらに生産性が向上する。
請求項５に記載の発明によると、ティース部鉄心も圧紛鉄心で構成するので、ティース部鉄心も容易に軸方向に凹凸を付けることができる。これにより、ティース先端部を、コイルを覆うまでモータの軸方向に容易に延長することができ、モータ性能が向上する。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明の実施例における回転電機、例えば永久磁石型の回転電機の構成を示す側断面図である。図２は、図１におけるティース部鉄心を示す斜視図である。図３は、図２におけるティース部鉄心を示す図で（ａ）は正面図で、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ’線に沿う断面図である。図４は、ティース部鉄心の他の例を示す図で（ａ）は正面図で、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ’線に沿う断面図である。
図１において、１は電磁鋼板を積層して構成されたティース部鉄心、２は固定子コイル、３は圧紛鉄心で構成されたヨーク部鉄心である。図２にティース部鉄心１の斜視図、図３（ａ）に正面図、図３（ｂ）に断面図、図４（ａ）に正面図、図４（ｂ）に断面図を示す。
図２、図３（ａ）および図４（ａ）に示すように、前記ティース部鉄心１は、内径側となる磁気ギャップ側で一体となっており、そこから放射状にコイル巻装部１ａが伸び、反磁気ギャップ側には、ヨーク部鉄心３と嵌合する係合部１ｂを備えている。前記係合部１ｂは、軸方向から見て十字状に形成されている。また、図４（ｂ）に示すように、磁気ギャップ側に位置するティース先端部１ｃは、コイル巻装部１ｂよりも回転電機の回転軸方向に長くしてもよい。電磁鋼板を積層して構成されたティース部鉄心１は、カシメまたは接着により一体化する。あるいはティース部鉄心１自身を、電磁鋼板でなく、圧紛鉄心で構成するようにしてもよい。この場合は、ティース部鉄心も軸方向に凹凸を付けることができる。これにより、ティース先端部を、コイルを覆うまでモータの軸方向に容易に延長することができ、モータ性能が向上する。
前記固定子鉄心の製造にあたっては、まず、ティース部鉄心１に、図５に示す、あらかじめ別個に製作されたモールド固定子コイル２ａ、または、図９に示したような、ボビン１１２に巻回された固定子コイル１１３を、外側、つまり係合部１ｂ側から差し込む。次に、図６に示すような環状の圧紛鉄心からなるヨーク部鉄心３を２個用いて、固定子コイル２ａを備えたティース部鉄心１に軸方向両側から挟みこむようにして組み合わせる。この時、ヨーク部鉄心３に備えられた、十字形状で、かつ溝状の係合部３ａと、前記ティース部鉄心１に備えられた、十字形状で、かつ突部状の係合部１ｂが互いに嵌合して係合するようになっている。２個の前記ヨーク部鉄心１の形状は、本実施例では軸方向両側で同一としているが、細部で異なるようにしてもよい。この場合は、係合部の形そのものを異ならせるようにしてもよいし、ヨーク部鉄心の軸方向長さを異ならせたり、係合部の長さを異ならせたりしてもよい。さらには、一方のヨーク部鉄心のみに係合部を形成し、他方のヨーク部鉄心には係合部を形成せず、ティース部鉄心１の係合部１ｂを軸方向から押圧する単なる円筒体として構成するようにしてもよい。
ティース部鉄心１と、ヨーク部鉄心３の最終的な機械的結合は、外周面を溶接することによって行ってもよいし、ヨーク部鉄心３に通し穴を設け、通しボルトなどによってフランジ１０８とともに一括して固定してもよい。
また、溶接部または通し穴は、磁気回路に影響を与えない位置に設けることが好ましい。
本発明が従来技術と異なるところは、ティース部鉄心とヨーク部鉄心に互いに嵌合する係合部を備えた部分である。また、ヨーク部鉄心とティース部鉄心を互いに圧紛鉄心で構成する部分である。また、ヨーク部鉄心を圧紛鉄心で構成し、ティース部鉄心を電磁鋼板鉄心で構成する部分である。

このように、上記のような構成をしているので、ティース部鉄心とヨーク部鉄心を組み合わせる際には、互いの係合部を組み合わせることで容易に位置合わせすることができ、組み立てを簡単にすることができるとともに、ティース部鉄心とヨーク部鉄心の接触面積が増加するため、磁気抵抗を小さくすることができ、モータの効率が上昇する。
また、ティース部鉄心は、積層電磁鋼板で形成することができるので、磁束密度を高くとることができる。
また、ティース部鉄心の磁気ギャップ側が一体となっているため、生産性が良く、特に、ティース部鉄心を圧紛鉄心で構成した場合は、磁気ギャップ側に位置するティース先端部を、コイル巻装部よりも軸方向に容易に長くすることができ、磁束を有効に利用することが可能で、モータの効率がさらに向上する。
また、２つのヨーク部固定子鉄心を同形状にした場合には、部品種が減少し、生産性が向上する。さらに、ヨーク部鉄心に通し穴を設け、フランジとともに一括して固定した場合には、フレームを省略可能であり、生産性がさらに向上する。

本発明の実施例における回転電機、例えば永久磁石型の回転電機の構成を示す側断面図である。 図１におけるティース部鉄心を示す斜視図である。 図２におけるティース部鉄心を示す図で（ａ）は正面図で、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。 ティース部鉄心の他の例を示す図で（ａ）は正面図で、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 図１における固定子コイルを示す斜視図である。 図１における２個のヨーク部鉄心の一方を示す斜視図である。本実施例においては他方のヨーク部鉄心も同一構成である。 第１の従来技術における回転電機を示す側断面図である。 第２の従来技術における固定子分割鉄心を示す斜視図である。 第３の従来技術におけるティース部鉄心および固定子コイルを示す斜視図である。 第３の従来技術における固定子構造を示す斜視図である。

符号の説明

１ ティース部鉄心
１ａ コイル巻装部
１ｂ 係合部
１ｃ ティース先端部
２ 固定子コイル
２ａ モールド固定子コイル
３ ヨーク部鉄心
３ａ 係合部
１０１ 固定子鉄心
１０２ 固定子コイル
１０３ フレーム
１０４ 回転軸
１０５ 回転子
１０６ マグネット
１０７ ベアリング
１０８ フランジ
１０９ 固定子分割鉄心
１１０ インシュレータ
１１１ ティース部鉄心
１１２ ボビン
１１３ 固定子コイル
１１４ ヨーク部鉄心

Claims (5)

1. 固定子と、前記固定子の内部に磁気ギャップを介して配置される回転子とを備えて構成され、
   前記固定子は、固定子鉄心と、前記固定子鉄心に装着されるコイルとを備え、
   前記固定子鉄心は、環状ヨーク部鉄心と、前記環状ヨーク部鉄心の内周側に配置されるとともに、コイルを集中巻きで巻装する複数のティース部鉄心とを備えてなり、
   前記回転子は、回転軸を備えて構成されている回転電機において、
   前記環状ヨーク部鉄心は、軸方向に２分割された第１および第２の環状ヨーク部鉄心で構成され、少なくとも一方の環状ヨーク部鉄心の分割面に、ティース部鉄心と係合する係合部を有するとともに、
   前記ティース部鉄心の反磁気ギャップ側には、前記少なくとも一方の環状ヨーク部鉄心と係合する係合部を有することを特徴とする回転電機。
2. 前記環状ヨーク部鉄心の係合部は軸方向から見て十字状の溝に形成され、ティース部鉄心の係合部は、軸方向から見て十字状の突部に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 前記複数のティース部鉄心は、磁気ギャップ側でつながっており、一体になっていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
4. 前記ティース部鉄心は積層電磁鋼板からなり、前記ヨーク部鉄心は圧紛鉄心からなることを特徴とする請求項1または２に記載の回転電機。
5. 前記ティース部鉄心と、前記ヨーク部鉄心が圧紛鉄心からなることを特徴とする請求項1または２に記載の回転電機。

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