JP2009131050A - 回転電機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】鋼板打ち抜きにより形成された円環状に配列された分割鉄心部材の積層により製作された複数の積層体を相互に所定角回転して積層することによりステータ鉄心を構成することにより、各積層体の形状非対称性に起因するトルク脈動成分を相互に相殺し、当該ステータ鉄心全体としてのトルク脈動成分を低減する。
【選択図】図9
Description
このようなステータ鉄心の形状、材料特性等に起因するトルク脈動は、ステータ鉄心とこれに対向するロータ鉄心間の磁気抵抗がステータ周方向に不均一に分布しているという磁気的非対称によるものである。
図1は、本願発明の実施の形態1に係る回転電機の分割鉄心によるステータを示す平面図である。図1は一例として12個の磁極を有する場合を示しているがこれに限るものではない。図1において、1はステータ鉄心、2は分割鉄心で、12個のティース毎に分割されたヨーク部とこのヨーク部からステータ径方向内側に突き出した歯部を有する。3は歯部を覆う絶縁樹脂製の巻き枠で、この巻き枠を介して歯部にコイル4が巻装されている。ステータ鉄心1は、巻線された12個の分割鉄心2を環状に並べ、円周方向の端部を互いに接触させて構成される。ステータ鉄心1は、外郭にフレーム5が取り付けられる。
図5は分割鉄心部材2aを積層して得られる分割鉄心2の2個のかしめ用凹凸部16位置を通る線での断面図である。最下部の層は、上記した図4の右端から5番目の図に示す、かしめ用凹凸部16と同じ位置に打ち抜き穴を加工する工程によって得られたものであり、それ以外の層は上記した図4の右端から4番目の図に示す、かしめ用凹凸部16の形成工程によって得られたものである。
T(θ)=|T|・exp(jθ) (1)
ここで、|T|はトルクT(θ)の絶対値、jは虚数単位である。
これを極座標空間でのベクトル表示にしてトルクT(θ)に対応するトルクベクトルTとすると以下のようにあらわされる。
T=(Tx、Ty) (2)
cos(α1・p)+sos(α2・p)=0 (10) sin(α1・p)+sin(α2・p)=0 (11)
これから(α2−α1)・p=π+2π・k(kは整数)の条件の場合に、第一群と第二群とは逆位相となる。
αi=2π・t/s (0≦t≦s−1のいずれか1の整数) (12)
この回転角αiを、磁極数pのロータを採用した場合の磁極角αi’に変換すると次のようになる。
αi’=αi・p=2π・t・p/s(0≦t≦s−1のいずれか1の整数)(13)
αi’=(4π/3)×t (0≦t≦11のいずれか1の整数) (14)
αi’=(5π/3)×t (0≦t≦11のいずれか1の整数) (15)
まず、ステータスロット数12、ロータ極数10の電動機について、積層厚の等しい2の積層体でステータ鉄心を構成した場合、これまで説明してきた方法と同じ方法によって積層体間の回転角を求めるとπ/2となる。
ステータスロット数12、ロータ極数8の電動機について、積層厚の等しい3の積層体でステータ鉄心を構成した場合、これまで説明してきた方法と同じ方法によって積層体間の回転角を求めると1の積層体に対する他の積層体の回転角はそれぞれπ/6、π/3となる。
上記の回転角は回転積層する際の回転角が最小になる選び方である。回転積層する場合は既に説明したように金型において切断して積層して形成した積層体を上記回転角だけ回転させてその上に更に切断・積層を継続していくことになるが、回転角が最小ということは回転に要する時間を短くできるので生産性が向上するという利点がある。この例では2積層体、又は3積層体として説明したが、上記選定した角度関係の2又は3積層体を繰り返して複数積層するなどして図9に示すように複数の群として積層しても良い。各群を構成する積層体数が多くなればその分回転に要する時間も増加するので、上記の例による時間短縮の効果、すなわち生産性向上効果は一層大きくなる。
本実施の形態は、形状非対称性によるトルク脈動成分と応力によるトルク脈動成分を相互に相殺するというもので、図16はそのことを示す図である。図16(a)及び(b)は、トルク脈動成分をベクトルとして捉え、第一群及び第二群の積層厚、および任意に設定した基準方向からの各群を構成する積層体の回転角を変えることでそれぞれのトルクベクトルの大きさ、および位相を自由に設定することができることを示している。
従って第一群と第二群のトルクベクトルを合成した回転積層に係る合成トルクベクトルも自由に設定することができる。
本実施の形態3における分割鉄心2は、ヨーク2bの第一の端面と第二の端面の位置が逆になったものと逆になっていないものとを交互に所定の厚さ積層して形成したものである。図17は、このようにして形成された1個の分割鉄心を示す斜視図である。図示の例では第一の端面と第二の端面の形状はそれぞれ凹面と凸面にしてある。ステータ鉄心は図17に示す分割鉄心2を、打ち抜き加工時の分割鉄心部材2aの配置を維持したまま積層するので、隣接するヨーク端面は、その一方が第一の端面である場合は、他方は第二の端面になっている。図18(a)は、このようにして構成されたステータ鉄心1の平面図、図18(b)は側面図である。図18(b)からわかるように、隣接する分割鉄心2はそのヨーク端部において、互いに2種類の面形状が嵌合することになるため、隣接する分割鉄心2は相互に積層方向に位置が拘束された状態となり、同方向への相互のズレを防止することができる。
2c 磁極歯部、2d かしめ用の凹凸部、3 巻枠、4 コイル、5 フレーム、
6 磁石、7 ロータ鉄心、8 シャフト、9 巻線機、9a 銅線、
9b フライヤノズル、11 鋼板、12 パイロット穴、13 ステータの内径、
14 スロット形状、15 切り曲げ加工、16 かしめ用の凹凸部、17 段差。
Claims (13)
- 周方向一端に第一の端部及び周方向他端に当該第一の端部と異なる形状の第二の端部を有するヨーク部と、上記ヨーク部から径方向内側に突出する磁極歯部とを有するものを、周方向に隣接するヨークとの間で上記第一、第二の端部を対として、1枚の鋼板上に円環状に配列した形状に打ち抜いて形成される分割鉄心部材を積層して得られる複数個の分割鉄心が、それぞれ、上記第一の端部と、これと周方向に隣接する分割鉄心の第二の端部とが当接するように円環状に配置されたステータ鉄心、及び上記各磁極歯部に巻回されたコイルを備えたステータと、
回転軸となるシャフト、及び周方向に複数の磁極を有し上記シャフト周りに配置されたロータ鉄心を備えたロータとを有する回転電機であって、
上記円環状に配置された分割鉄心は、この鋼板から打ち抜かれる円環状に配列した分割鉄心部材を、上記円環状の配列を保ったまま所定の厚さ積層した積層体n個(n≧2)のうちi番目の積層体を、1番目の積層体に対して所定の回転角αi(0<αi<2π、i=2〜n)だけ回転して積層することによって形成されたものである回転電機。 - n個の積層体の各々は共通の積層体の形状非対称性を有するものであることを特徴とする請求項1に記載の回転電機。
- 形状非対称性は、ステータ鉄心の隣接する磁極歯部の周方向端部間のロータ回転軸中心からの距離の差異である段差であることを特徴とする請求項2に記載の回転電機。
- n個の積層体を構成する各層のトルク脈動の要因が共通であるとき、Tiはi番目の積層体の積層厚であることを特徴とする請求項4または5に記載の回転電機。
- Tiが各積層体で共通の大きさであることを特徴とする請求項4乃至6のいずれか1項に記載の回転電機。
- n個の所定の回転角度αiは、ロータの磁極数をp、i番目の積層体の積層厚をhi、hiに対応したトルク脈動成分の大きさをTi(i=1〜n)として、
- n個の所定の回転角度αiは、
αi=2π・t/s (0≦t≦s−1のいずれか1の整数)
を満たすように設定されたものであることを特徴とする請求項4乃至7のいずれか1項に記載の回転電機。 - ステータ鉄心を構成する複数の積層体は、上記複数の積層体のうち、少なくとも1の積層体を構成する分割鉄心のヨークの第一の端部及び第二の端部が周方向に上記複数の積層体の他の積層体とは逆向きに配置された積層体を含むことを特徴とした請求項1乃至10のいずれか1項に記載の回転電機。
- ステータ鉄心が、積層厚の等しい同一形状の2の積層体で構成されており、周方向に隣接する磁極歯部で形成される空間であるステータスロットの数12、ロータ極数10の場合に、積層体相互の回転角をπ/2としたことを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の回転電機。
- ステータ鉄心が、積層厚の等しい同一形状の3の積層体で構成されており、周方向に隣接する磁極歯部で形成される空間であるステータスロットの数12、ロータ極数8の場合に、1の積層体に対する他の積層体の回転角をそれぞれπ/6、π/3としたことを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の回転電機。
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