JP2010074979A

JP2010074979A - 回転電動機

Info

Publication number: JP2010074979A
Application number: JP2008240995A
Authority: JP
Inventors: Yosuke Kawazoe; 洋介川副; Akihiko Maemura; 前村　　明彦; Tatsuo Suzuki; 健生鈴木
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2008-09-19
Filing date: 2008-09-19
Publication date: 2010-04-02

Abstract

【課題】固定子コアを歪ませることなく、フレームに対する固定子コアの回り止めを構成し、回り止めを構成した部分での温度変化を抑制することで、鉄損およびトルク変動を低減した回転電動機を提供する。
【解決手段】固定子コアの外周面に、径方向を頂点とする概略三角形状の凸部９を備え、凸部９と整合するようにフレーム内周面に凹部１０を備え、凸部９の外周面および凹部１０の内周面にある２面のうち、どちらか同じ１面をフレーム側面からボルト１１で固定するとともに、その他１面に隙間を設け、ボルトで固定する面にフレームよりも柔らかい材質からなる平板１２を置き、通風路を凸部と凹部の間に配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、フレーム内周面で固定子コアを保持する構造の回転電動機において、フレーム側面からボルトによって、固定子コアをフレームに固定する回転電動機に関する。

従来の回転電動機は、巻線を固定子コアのスロット内に巻回した固定子と、前記固定子を内周面に保持する略円筒状のフレームと、前記フレームの両端に配置したブラケットと、前記ブラケットに備えられた軸受けにより支持され、前記固定子巻線からのギャップを介した電磁作用によって回転する回転子とから構成され、固定子コアをフレームに固定するための構成は、例えば特許文献１のようなものが開示されている。
特許文献１では、図５（ａ）に示す通り、固定子コア１０２に軸方向に伸びる溝である凹部１０３を設けるとともに、凹部１０３に整合するようにフレーム１０１の外周面に凸部１０４を設け、固定子コア１０２をフレーム１０１に圧入することにより、電動機駆動時の固定子コア１０２にかかる反力を、凹部１０３と凸部１０４を介してフレーム１０１の内周面で受け止め、回り止めとしている。その他の固定（回り止め）方法は、図５（ｂ）に示すようにピンを用いるものや、図５（ｃ）に示すように、ボルトを用いるものがある。
このように、従来の回転電動機は、図５（ａ）では、固定子コアに備えた凹部１０３とフレームに備えた凸部１０４を介して、モータ駆動時に固定子コアに加わる反力を、フレーム内周面で受け止めて固定子コアの回り止めとし、図５（ｂ）では、ピン１０５を介して、図５（ｃ）では、ボルト１０６を介して、モータ駆動時に固定子コアに加わる反力を、フレーム内周面で受け止め、固定子コアの回り止めとしているのである。
特開２００２−２７６８８号公報（第３頁、図１，図４，図５）

ところが、上記のような従来の回転電動機における固定子コアの回り止め構造では、
固定子コアの外周面に備えられた軸方向に伸びる溝部や、ピン・ボルトにより、固定子コアの磁路が制限され、電動機駆動時に固定子コアの磁束が乱れ、圧入する際に固定子コアに加わるストレス（引張り応力および残留応力）のため固定子コアに歪みが生じ、固定子コア内部で発生する鉄損（渦電流損とヒステリシス損からなる）が増大し、また、トルク変動が大きくなるという問題があった。

その理由を説明すると、固定子コアを形成する電磁鋼板は通常、珪素鋼板が使用される。この珪素鋼板は正の磁歪定数を持ち引張り応力に対しては磁気特性である透磁率が増加するようにＢＨヒステリシス特性曲線が変化する。しかし圧縮応力に対しては透磁率が減少するようにＢＨヒステリシス特性曲線が変化するため、固定子コアに加わる応力によって固定子コアの透磁率が場所毎に不均一になり、ヒステリシス損が増加・減少し、トルク変動の要因になっていた。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、電動機駆動時に固定子コア内部の磁束の乱れを小さくし、フレームに固定しても固定子コアに歪みが生じないように固定子コアをフレームに固定する回転電動機を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、固定子コアと、前記固定子コアを内周面に保持するフレームと、前記フレームの両端に配置したブラケットとから構成される固定子と、前記ブラケットに備えられた軸受けにより支持され、前記巻線からギャップを介した電磁作用によって回転する回転子と、を備える回転電動機において、前記固定子コアの外周部に凸部を備えるとともに、前記フレームの内周部に、前記凸部と整合する凹部を備え、前記凸部の外周面をフレーム側面から固定手段により固定したことを特徴とするものである。

また請求項２記載の発明は、請求項１において前記固定子コアの外周部に設けた凸部は、前記固定子コアの外周面側に径方向を頂点とする概略三角形状としたことを特徴とするものである。
また請求項３記載の発明は、請求項２において前記凸部の外周面のうち、周方向からみてどちらか同じ一面のみをフレーム側面からボルトにより固定したことを特徴とするものである。
また請求項４記載の発明は、請求項２において前記凸部および凹部において、周方向から見てどちらか同じ一面のみをフレーム側面からボルトで固定するとともに、ボルトで固定した面とは異なる面に固定子コアの凸部とフレームの凹部の間に、隙間を設けたことを特徴とするものである。

また請求項５記載の発明は、請求項２において前記凸部および凹部において、周方向から見てどちらか同じ一面のみをフレーム側面からボルトで固定した面の固定子コアの凸部とフレームの凹部の間に、前記固定子コアおよび前記フレームよりも軟らかい材質の平板を挿入したことを特徴とするものである。
また請求項６記載の発明は、請求項１乃至５において前記回転電動機を工作機械主軸用電動機または電気自動車駆動用電動機に適用したことを特徴とするものである。

また請求項７記載の発明は、固定子コアと、前記固定子コアを内周面に保持するフレームと、前記フレームの両端に配置したブラケットとから構成される固定子と、前記ブラケットに備えられた軸受けにより支持され、前記巻線からギャップを介した電磁作用によって回転する回転子と、を備える回転電動機において、
前記固定子コアの外周部に少なくとも１箇所以上の凸部を備えるとともに、前記フレームの内周部に前記凸部と一部で整合する凹部を備え、該凸部の外周面の一部である上辺とフレーム内周面との間に通風路を備え、凸部外周面の一部である斜辺とフレームを、フレーム側面からボルトにより固定したことを特徴とするものである。

本発明によると、固定子コアおよびフレームに備えた概略三角形状の凸部・凹部の外周面のうち、周方向からみてどちらか同じ一面だけをボルトにより固定することで、固定子コアにかかるストレスを緩和することができる。
また、概略三角形状の凸部・凹部の整合面で、ボルトで固していない面に隙間を設けることで、固定子コアおよびフレームに生じた加工較差が原因で、ボルトで固定する時にフレームが変形して生じる、コアに加わるストレスを緩和することができる。
また、凸部・凹部をボルトで固定する面に、固定子コアよりも柔らかい平板を設けることで、固定子コアおよびフレームの凸部・凹部の面に、加工較差などにより生じた荒さや湾曲などにより、固定子コアに加わるストレスを緩和することができる。
本発明により、固定子コアをフレームに固定する時に、コアに加わるストレスが原因で生じる磁束の乱れを小さくすることができるため、鉄損を低減できトルク変動を小さくすることができる。
また、周方向で考えた時に、固定子コアに配置した凸部とフレームに配置した凹部の間に通風路を配置することで、固定子コアとフレームを固定しているボルト近傍での温度変化が周囲温度に近いい状態、言い換えれば、通風路を周方向の別の場所に配置したものよりもボルト近傍での温度変化を小さくすることができる。これにより、ボルトの緩みを防止できるとともに、通風路の数も増やすことが可能なので冷却効果を高めることができ、同じ径であれば出力を向上でき、同じ出力であれば、小型化が可能となる。

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。

まず、本実施形態の回転電動機の構成について、図１および図２を用いて説明する。図１は本実施形態の回転電動機の正断面図を示し、図２は図１中のａ−ａ’断面図を示している。
図において、回転電動機１は回転子８、固定子コア３、固定子コア３を取り巻くフレーム２から構成される。この内回転子８は、図示しない界磁用の永久磁石、この永久磁石を固定すると共に界磁磁束を通す回転子コア、回転子シャフトから構成される。次に固定子コア３はフレーム２の内面にはまり込むようになっている。
フレーム２は概略円筒形状のフレームであり、２の内周面に固定子コア３が保持され、フレーム２の軸方向両端にブラケット６が配置されている。回転子８はブラケット６に備えられた軸受け１４により支持され、ギャップ７を介して回転可能となっている。

また、図１に示す通り、固定子コア３は、スロット４に電機子巻線５が巻回され、固定子コア３の外周面側に径方向を頂点とする概略三角形状の凸部９（三角形ＡＢＣ）を角度９０度毎に備え（全体で４箇所）ている。なお凸部９の形状はどのような形状でもよく、三角形、四角形、任意形状の突起でもよい。凸部９と整合するように、フレーム２の内周面に凹部１０が備えられている。概略三角形状である凸部の外周面のうち、どちらか一方には、ねじ穴があり、フレーム２の内周面に備えられた凹部１０にはフレーム外周面から貫通する穴があり、固定子コアの凸部９とフレームの凹部１０を、固定手段であるボルト１１により固定している。
本実施形態が従来技術と異なる部分は、図１に示す通り、固定子コア３の外周面に配置する凸部９を備え、径方向を頂点とする概略三角形状とし、フレーム２の内周面に配置する凹部１０を凸部９と整合する形状で、径方向を頂点とする概略三角形状とし、
凸部９の外周面のどちらか同じ１面のみを、ボルト１１を用いてフレーム２に固定した部分である。

本実施例では固定子コア３の外周面側に径方向を頂点とする概略三角形状の凸部９（三角形ＡＢＣ）を設けて固定子コア９とフレーム２を固定できるので、固定子コア内部の磁束の乱れ小さくできる。

図３は第２の実施例の構成を示す図である。図において、１２はコア３とフレーム２の間に配置した隙間である。その他は図１と同じであるので、できるだけ重複説明を省略する。
図３が図１と異なる点は、ボルトで固定した面の、その他一方の凸部９と凹部１０の間に隙間１２を備えた部分である。この隙間１２には、文字通り空気であってもよいし、フレーム２およびコア３よりも柔らかい材質であれば、どのようなものでもよい。
このように、概略三角形状の凸部・凹部の整合面で、ボルトで固していない面に隙間を設けることで、固定子コアおよびフレームに生じた加工較差が原因で、ボルトで固定する時にフレームが変形して生じる、コアに加わるストレスを緩和することができるので、磁束の歪みを小さくすることができる。よって、鉄損およびトルク変動を低減できる。
図４が図３と異なる部分は隙間１３がボルト１１と交わる辺ＡＢに設けていている部分だけである。

図４は第３実施例の構成を示す図である。図において１３は凸部９と凹部１０の間に配置する平板である。第３実施例の図４が第１実施例の図１と異なる部分は、平板１３を凸部９と凹部１０の間に備えた部分だけである。その他は図１と同じであるので、できるだけ重複説明を省略する。
固定子コア３の外周面側に径方向を頂点とする概略三角形状の凸部９（三角形ＡＢＣ）を角度９０度毎に備え（全体で４箇所）ている。平板１３は概略三角形状のボルトで固定した面に（辺ＡＢ上）に配置されている。
この平板１３は、固定子コア３に備えた凸部９と、凸部９と整合するようにフレーム２に備えた凹部１０との間に、固定子コアおよびフレームよりも柔らかい材質で構成されている。

このように、固定子コアの凸部９とフレームの凹部１０との間に、固定子コアおよびフレームよりも柔らかい材質から成る平板１３を配置している。このため、固定子コアとフレームをボルトで固定する時に、平板が変形することにより、固定子コアおよびフレームの加工較差が原因で固定子コアに加わる力を吸収することができる。これにより、固定子コアの歪を小さくすることができ、鉄損およびトルク変動が小さくなる。
なお、本実施例では、固定子コアの凸部とフレームの凹部の形状を概略三角形状としたが、ボルトで固定する面は、平板の厚みよりも小さい範囲で、湾曲していても、本実施形態と同様の効果が得られる。
また、凸部および凹部の数を４個で示しているが、その他、整数個であれば本実施形態と同様の効果が得られる。

図６および図７を用いて、第４実施例の構成を説明する。図６は第４実施例の構成を示す正断面図、図７がｂ−ｂ’断面図である。図において１５は固定子コアに配置された概略台形状（Ｄ−Ｅ−Ｆ−Ｇを結ぶ台形）の凸部であり、１６はフレームに配置された凹部であり概略台形状の凸部１５の斜辺（Ｄ−ＥとＦ−Ｇ）と整合するようになっている。また、凸部１５と凹部１６の間には、軸方向に貫通する通風路１７が配置されている。
第４実施例の図６が第１実施例の図１と異なる部分は、固定子コアに配置する凸部１５の形状を概略台形状とした点，フレームに配置する凹部１６の形状を凸部１５の台形の斜辺と整合するようにした点，凸部１５と凹部１６の間に通風路１７を配置した点である。その他は図１と同じであるので、できるだけ重複説明を省略する。

固定子コア３の外周面側に概略台形状の凸部１５（台形ＤＥＦＧ）を角度９０度毎に備え（全体で４箇所）ている。概略台形状の凸部１５の斜辺ＤＥおよびＦＧのうち、どちらか一方には、ねじ穴があり、フレーム２の内周面に備えられた凹部１６には、凸部１５の斜辺と整合する部分に、フレーム外周面から貫通する穴があり、固定子コアの凸部１５とフレームの凹部１６をボルト１１で固定しコアの回り止めとしている。
凸部１５の辺ＥＦを含む外周面と、凹部１６の間に軸方向に貫通する通風路１７を設け、負荷側から反負荷側に風を流すようにしている。風を流す手段としては、図示しないファン等を回転子上の負荷側または反負荷側のどちらか一方に設置すればよい。

このように、固定子コアの凸部１５とフレームの凹部１６との間に、通風路１７を設けることで、コイル部の発熱による固定子コア温度変化が小さくなり、温度変化によるコアの歪みを小さくできる。したがって、ボルト１１の緩みを防ぎ、また、鉄損およびトルク変動を小さくすることができる。

なお、本実施例では、通風路を凸部１５と凹部１６の間にだけ配置したが、図８および図９に示すとおり、固定子コアの凸部間に通風路１８を配置すれば、同じ径のモータで比べると冷却性能を向上できるので、出力を上げることができる。また、同じ出力を得ようとすれば、モータを小型化することができる。
また、凸部および凹部の数を角度９０度毎に全体で４箇所示しているが、その他、少なくとも１箇所以上の整数個であれば本実施形態と同様の効果が得られる。

図１０は本発明による第１〜４実施例の変形例を示す回転電動機の正断面図である。図１０が第１〜４実施例に対応する図１、３、４、６と大きく異なる部分は凸部９と凹部１０を固定するボルト１１ｂ、１１ｄである。図１、３、４、６中において凸部９と凹部１０を固定する４つのボルト１１が締め付けられる方向は全て一方向（時計方向）になっている。これに対し図１０の４つのボルト１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの取り付け方向は全てのボルトが一方向に揃わないよういにしている。すなわちボルト１１ｂはボルト１１ａと対向する方向に取り付ける。これと同様にボルト１１ｄはボルト１１ｃと対向するように取り付ける。
こうすることで、固定子コアとフレーム間の寸法誤差によるギャップが一方向に偏ることを防止することができる。ボルト１１の数が４つの場合で説明したが、その数が６、８、１０、・・・の場合もこれと同様にして、隣り合うボルトの締め付けられる方向が一方向とならないようにする。つまり隣り合うボルトの締め付けられる方向が概略対向する向きに固定する。

フレーム側面から固定子コアを固定し、回り止めを構成できるので、固定するために必要な軸方向のスペースを削減できるので、特に搭載するスペースが限られる、工作機械の主軸用モータや電気自動車の駆動用モータにも適用できる。特に電動機を逆回転させないで常に一方向に回転させる用途の電気自動車、ハイブリッドカーなどに適用することができる。

第１実施例を示す回転電動機の正断面図図１中のａ−ａ’断面図第２実施例を示す回転電動機の正断面図第３実施例の変形例を示す回転電動機の正断面図従来の回転電動機における固定子コアの回り止め構造第４の実施例を示す回転電動機の正断面図第４の実施例を示す回転電動機の側断面図（ｂ−ｂ’断面）第４の実施例の変形例を示す回転電動機の正断面図第４の実施例を変形例を示す回転電動機の側断面図（ｃ−ｃ’断面）本発明による実施例の変形例を示す回転電動機の正断面図

符号の説明

１回転電動機
２フレーム
３固定子コア
４スロット
５電機子巻線
６ブラケット
７ギャップ
８回転子
９固定子コアの外周面に備えられた凸部
１０凸部９と整合するようにフレーム２の内周面に備えられた凹部
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ凸部９と凹部１０を固定するボルト
１２凸部９と凹部１０の間に配置する平板
１３凸部９と凹部１０の間に備える隙間
１４軸受け
１５固定子コアの凸部
１６フレームの凹部
１７凸部９の外径部に配置した通風路
１８凸部９の間に配置した通風路
１０１フレーム
１０２固定子コア
１０３凹部
１０４凸部

Claims

固定子コアと、前記固定子コアを内周面に保持するフレームと、前記フレームの両端に配置したブラケットとから構成される固定子と、前記ブラケットに備えられた軸受けにより支持され、前記巻線からギャップを介した電磁作用によって回転する回転子と、を備える回転電動機において、
前記固定子コアの外周部に凸部を備えるとともに、前記フレームの内周部に、前記凸部と整合する凹部を備え、
前記凸部の外周面をフレーム側面から固定手段により固定したことを特徴とする回転電動機。
前記固定子コアの外周部に設けた凸部は、前記固定子コアの外周面側に径方向を頂点とする概略三角形状としたことを特徴とする請求項１記載の回転電動機。
前記凸部の外周面のうち、周方向からみてどちらか同じ一面のみをフレーム側面からボルトにより固定したことを特徴とする請求項２記載の回転電動機。
前記凸部および凹部において、周方向から見てどちらか同じ一面のみをフレーム側面からボルトで固定するとともに、ボルトで固定した面とは異なる面の固定子コアの凸部とフレームの凹部の間に、隙間を設けたことを特徴とする請求項２記載の回転電動機。
前記凸部および凹部において周方向から見てどちらか同じ一面のみをフレーム側面からボルトで固定しボルトで固定した面の固定子コアの凸部とフレームの凹部の間に、
前記固定子コアおよび前記フレームよりも軟らかい材質の平板を挿入したことを特徴とする請求項４記載の回転電動機。
前記回転電動機を工作機械主軸用電動機または電気自動車駆動用電動機に適用したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の回転電動機。
固定子コアと、前記固定子コアを内周面に保持するフレームと、前記フレームの両端に配置したブラケットとから構成される固定子と、前記ブラケットに備えられた軸受けにより支持され、前記巻線からギャップを介した電磁作用によって回転する回転子とを備える回転電動機において、
前記固定子コアの外周部に少なくとも１箇所以上の凸部を備えるとともに、前記フレームの内周部に前記凸部と一部で整合する凹部を備え、該凸部の外周面の一部である上辺とフレーム内周面との間に通風路となるスペースを備え、凸部外周面の一部である斜辺とフレームを、フレーム側面からボルトにより固定したことを特徴とする回転電動機。