JP2010119157A

JP2010119157A - 回転機

Info

Publication number: JP2010119157A
Application number: JP2008288331A
Authority: JP
Inventors: Tadahiro Shimozono; 忠弘下薗; Keiichiro Kaihatsu; 慶一郎開發; Eiichiro Sugawa; 英一郎須川; Kenichi Saito; 憲一齋藤; Atsushi Abe; 敦阿部
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2008-11-11
Filing date: 2008-11-11
Publication date: 2010-05-27
Anticipated expiration: 2028-11-11
Also published as: JP5483862B2

Abstract

【課題】固定子コアを固定子外枠に嵌め合いさせることによって固定子コア中に発生する圧縮応力に起因する鉄損を効果的に低減し、なおかつ冷却性能及び空転防止機能を損なうことなく、効率低下を低減した回転機を提供する。
【解決手段】固定子コア１０が固定される固定子外枠１１の内周面に周方向に沿った切り欠き部１２が設けられており、切り欠き部１２と固定子コア１０との間の空隙部２０には高熱伝導部材２１が充填されている。また、固定子コア１０の脱落防止の為に、固定子用外枠１１と固定子コア１０を貫通する固定ピン３０が設置されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、固定子コアと固定子用外枠を有する回転機に関し、特に、このような回転機の効率を向上させる技術に関する。

一般的に、モータ等の回転機は、固定子（ステータ）コアと回転子（ロータ）コアと、固定子コアを固定する固定子用外枠を備えている。固定子コアを固定子用外枠に固定する方法として、種々あるが、小型の電動誘導機等では、固定子コアを固定子用外枠にシメシロを持って固定する嵌合が一般的である。嵌合の方法としては、「焼きバメ」、「冷やしバメ」、「圧入」といった方法があるが、どの方法も基本的な考え方としては、固定子用外枠の内径に対し、固定子コアの外径を大きくすることで、固定子用外枠に入ったあとに、固定子用外枠には引張応力、固定子コアには圧縮応力が発生し、固定される。

但し、このとき固定子コアに発生する圧縮応力は固定子コアの特性を劣化させ鉄損が増加し、回転機の効率の低下を招く。従来、このような固定子コアに発生する圧縮応力により回転機の効率の低下を防止するために、例えば、特許文献１には、内部に、固定子コアに発生する応力を緩和させる孔を設けた回転機が提案されている。また、特許文献２には、固定子コア外周に、固定子コアに発生する圧縮応力を緩和させる切り欠き部を設けた回転機が提案されている。
特開２００５−３５４８７０号公報特開２００５−２６１１５８号公報

従来の回転機は、固定子コア内部に発生する圧縮応力を緩和させる目的で、固定子コアに孔を設ける、あるいは、固定子コア外周に切り欠き部を設けることにより、回転機効率の低下を防止している。

しかしながら、圧縮応力による鉄損の増加を抑制する為に、固定子コア内部に孔や切り欠きを設けると、それらの孔や切り欠きの配置個所や形状によっては、磁束の流れを妨げてしまい逆に回転機効率を悪化させる場合も生じている。

また、固定子用外枠は、固定子コアを固定する役割と共に、固定子用外枠内部にて発生する熱を固定子用外枠の外に排出する役割もあり、熱の排出効率が良いほど回転機自体の内部温度も下がる。回転機内部にて使用されている巻線は温度が下がることで抵抗が下がり、回転機内部にて発生する銅損の低下につながり、効率が上昇する。その為、固定子コアと固定子用外枠との接触面積を減らすことは、放熱性の低減に繋がり、効率の劣化を招く。また、回転機内部の温度上昇は回転機に使用されている各部品の寿命を短くしてしまい、信頼性の観点からも製品の劣化を招くこととなる。

本発明は、上記問題点を鑑み、回転機において磁束の流れを最適に保ちながら、圧縮応力を低減して鉄損の増加を抑制し、しかも、回転機内部の放熱性が低下することなく、効率の良い回転機を提供することを目的とする。

上記課題を解決する為に、本発明は、固定子用外枠の内周面の周方向に切り欠き部を設けることで、固定子コアに発生する圧縮応力を緩和する。また、固定子コアと固定子用外枠の接触していない部分については、高熱伝導部材を充填することで、固定子コアから固定子用外枠への熱伝導を促進し、回転機内部の温度上昇を抑制することにより、損失増加を抑制した高効率な回転機とする。

本発明によれば、回転機において磁束の流れを最適に保つ為、固定子コアの形状を変更せずに、固定子用外枠の内周面に切り欠きを追加し、固定子コアに発生する圧縮応力を低減することで鉄損の増加を抑制し、また前記固定子用外枠の切り欠き部、つまり固定子コアと固定子用外枠の空隙部に、高熱伝導部材を充填することで、回転機内部の放熱性が低下することなく、効率の良い回転機を提供することが出来る。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１の回転機は、固定子用外枠１１に固定子コア１０を接触固定した回転機の軸方向断面図である。固定子コア１０にはコイルが巻き回されて固定子巻線１３が形成されており、この固定子巻線１３に電流が供給されることで図示しない回転子が回転する。この実施例では、固定子用外枠１１に切り欠き部１２を設け、固定子コア１０の両端部は、固定子用外枠１１の内径と接触せず空隙部２０を形成し、固定子コア１０に発生する圧縮応力は、全て接触している状態に比し低減されている。結果、固定子コア１０内にて発生する鉄損の増加も抑制され、回転機の効率の低減が抑制される。

図２の回転機は、図１の回転機に対して、固定子コア１０と固定子用外枠１１間の空隙部２０に高熱伝導部材２１を充填した回転機の軸方向断面図である。固定子用外枠１１は固定子コア１０の保持が目的の他に、回転機内部にて発生する熱を固定子用外枠の外に排出し、内部の温度を低減し、回転機の高効率化・長寿命化に寄与する目的もある。前記の図１においては、固定子コア１０と固定子用外枠１１間の空隙部２０が回転子内部にて発生する熱の放熱性を劣化させ、効率の低下を招く場合がある。そこで、空隙部２０に高熱伝導部材２１を充填し放熱性を上昇させ、回転機内部の損失を低減し、回転機効率の低減が抑制される。

高熱伝導部材２１としては、例えば、導電性のシリコン含有樹脂シートやアルミニウムなどの高熱伝導性金属の周囲を樹脂で被覆した部材を用いることができる。

図３の回転機は、図１の回転機に対して、固定子コア１０と固定子用外枠１１を貫通するように固定ピン３０を設置した回転機の軸方向断面図である。固定子コア１０と固定子用外枠１１の接触面積が小さくなることにより、固定子コアを保持する力が低減する為、固定ピンを貫通させることにより、固定子コアの保持力を補うものである。この固定ピン３０を固定子コア１０と固定子用外枠１１の接触部分に設けることで、簡素な構成で固定子コア１０の保持力の向上を実現できるが、両者の相対的な回転が規制できれば、これに限られるものではない。また、本図では固定ピン３０による固定箇所は１箇所としているが、複数箇所としても差し支えない。単数の固定ピン３０を用いる場合には、固定子コア１０と固定子用外枠１１の接触部分の中央部で固定することが好適である。

図４〜図６の回転機は、図１の回転機に対して、固定子コア１０と固定子用外枠１１との接触面積を低減し、空隙部２０に高熱伝導部材２１を充填し、固定子コア１０保持用の固定ピン３０を設置した回転機の軸方向断面図である。図１の構造に対して、固定子コア１０と固定子用外枠１１の接触面積が低減している為、固定子コア１０内に発生する圧縮応力が低減され、固定子コア１０内にて発生する鉄損も低減される。また、固定子コア１０と固定子用外枠１１間の空隙部２０には高熱伝導部材２１が充填されている為、回転機内部にて発生する熱の放熱性も劣化することなく、効率の低減が抑制され、効率の良い回転機を提供できる。

表１に、それぞれの構成における、鉄損の低減、放熱性、固定子コア保持力および鉄損と放熱性の関係から位置付けられる回転機の効率の評価をまとめる。

構成内容Ａ（現状）では、固定子コアと固定子用外枠との間に空隙がなく、固定子コア全周において圧縮応力が発生し鉄損が増加し、効率の低下を招いている。全周において接触することにより、固定子用外枠への放熱性は良好であり、また固定子コアの空転防止の目的でも接触面積が大きい為、有効である。しかしながら、総合効率としての効果は少ない。

構成内容Ｂ（公知例）は、固定子コアに孔や切り欠きを配置することにより、固定子コア中に発生する圧縮応力が低減され鉄損の増加が抑制できる。しかしながら、固定子コアに孔や切り欠きを配置することにより、固定子コアの磁気特性を悪化させる可能性もあり、また固定子コアから固定子用外枠への放熱性を劣化させ、効率の低下を招く。また、接触面積が低下する為、固定子コアの回り止めとしての効果も低減する。鉄損は多少改善するも、放熱性の低下により銅損の増加が考えられ、総合効率として効果は少ない。

構成内容Ｃ（積厚２／３）は、構成内容Ａ（現状）に対して、固定子用外枠の内周面の周方向に沿って、固定子コア積厚の１／３の長さの切り欠き部が配置されている構造である。つまり、固定子コア積厚の２／３が固定子用外枠と接触している構造である。この構成内容Ｃは構成内容Ｂ（公知例）に対して、固定子コアの磁気特性の劣化を抑制する事を目的とした構造であり、効果は構成内容Ｂと同等と考えられる。上記積厚とは、固定子コアの軸方向の長さのことである。

構成内容Ｄ（構成内容Ｃ＋高熱伝導部材）は、構成内容Ｃに対して、固定子コアと固定子用外枠との空隙に高熱伝導部材を充填した構造であり、構成内容Ｃに比し放熱性が向上し、総合効率が改善する。

構成内容Ｅ（構成内容Ｄ＋ピン）は、上記構成内容Ｂ、Ｃ、Ｄで効果が低減された回り止めの効果を、固定子コアと固定子用外枠とを貫通するように固定ピンを配置することにより補い、効率を維持しながら固定子の空転を防止することができ、回転機として有効な構造である。

構成内容Ｆ（構成内容Ｅ＋積厚１／２）は、構成内容Ｅに対し、固定子コアと固定子用外枠の接触面積を２／３から１／２へ低減する事により、鉄損の増加を更に抑制でき、また空隙部には高熱伝導部材を充填することにより放熱性も悪化することなく、固定ピンを配置することで空転防止効果もあり、総合効率が改善され、有効な回転機の構成である。

尚、前述の実施例は回転機について説明しているが、焼きばめ、あるいは、圧入によって固定子コアが固定子用外枠に対して保持されている回転機に対しては、常に発生する課題であることは明らかである。即ち、回転機であれば、例えば、ブラシレスモータ、誘導電動機、直流電動機など、あらゆる回転機において本発明が適用できることは明白である。また、応力による鉄損増加を抑制できることから、回転機の損失において、銅損よりも鉄損が占める割合が大きい程、本発明による効率向上の効果が大きくなる。

図７〜図９の回転機は、固定子用外枠１１の切り欠き部１２を軸方向に設置し、固定子コア１０を嵌合し、固定子コア１０と固定子用外枠１１と間の空隙部２０には高熱伝導部材２１を充填した回転機である。

図８は、図７のＣ−Ｃ’線の断面図を示している。また、図９は、図８のＤ−Ｄ’線の断面図を示している。図７〜図９の実施例５では、切り欠き部１２は、固定子用外枠１１の内周面に軸方向に形成されており、固定子コア１０と固定子用外枠１１の切り欠き部１２との間の空隙部２０に高熱伝導部材２１が充填されている。図７に示すように固定用の固定ピン３０を設けることもできる。

図１０〜図１３の回転機は、固定子用外枠１１の切り欠き部１２を軸方向と周方向の双方に設置し、固定子コア１０を嵌合し、固定子コア１０と固定子用外枠１１の切り欠き部１２との間の空隙部２０に高熱伝導部材２１を充填した回転機である。

図１１及び図１２は、それぞれ、図１０のＥ−Ｅ’線、及びＦ−Ｆ’線の断面図を示している。図１１に示すように、Ｅ−Ｅ’線の断面では、複数の切り欠き部１２が軸方向に設けられ、固定子コア１０と固定子用外枠の複数の切り欠き部１２，１２，・・・との間の空隙部には高熱伝導部材２１，２１・・・が充填されている。

図１２に示すように、Ｆ−Ｆ’線の断面では、切り欠き部１２が周方向の全周に設けられており、固定子コア１０と固定子用外枠の切り欠き部１２との間の空隙部には高熱伝導部材２１が充填されている。

また、図１３は、図１１のＧ−Ｇ’線の断面図を示している。図１０〜図１３の実施例６では、固定子コアと固定子用外枠の接触面積を更に低減することにより、鉄損の増加を更に抑制することができる。

図１は、固定子用外枠の内周面の周方向に沿って切り欠き部が設けられている本発明の実施例１の回転機の軸方向断面図である。図２は、周方向に沿った切り欠き部と固定子コアとの空隙部に、高熱伝導部材を埋め込んだ構造を有する本発明の実施例２の回転機の軸方向断面図である。図３は、固定ピンを固定子コアと固定子用外枠を同時に貫通するように打ち込んだ構造を有する本発明の実施例３の回転機の軸方向断面図である。図４は、固定子用外枠に切り欠き部を設置し、固定子コア間の空隙部に高熱伝導部材を充填し、固定ピンを打込んだ本発明の実施例４の回転機の軸方向断面図である。図５は、図４の回転機のＡ−Ａ’線の断面図である。図６は、図４の回転機のＢ−Ｂ’線の断面図である。図７は、固定子用外枠の切り欠き部を軸方向に設置し、固定子コアと固定子用外枠と間の空隙部に高熱伝導部材を充填した回転機の横断面図である。図８は、図７の回転機のＣ−Ｃ’線の断面図である。図９は、図８の回転機のＤ−Ｄ’線の断面図である。図１０は、固定子用外枠の切り欠き部を軸方向と周方向の双方に設置し、固定子コアと固定子用外枠の切り欠き部との間の空隙部に高熱伝導部材を充填した本発明の実施例５の回転機である。図１１は、図１０の回転機のＥ−Ｅ’線の断面図である。図１２は、図１０の回転機のＦ−Ｆ’線の断面図である。図１３は、図１１の回転機のＧ−Ｇ’線の断面図である。

符号の説明

１０固定子コア
１１固定子用外枠
１２切り欠き部
１３固定子巻線
２０空隙部
２１高熱伝導部材
３０固定ピン

Claims

固定子コアと、前記固定子コア内で回転する回転子コアと、前記固定子コアを固定する固定子用外枠とを備え、前記固定子コアが前記固定子用外枠に嵌合される回転機において、
前記固定子用外枠に前記固定子コアが嵌合される部分の内周面の周方向に沿って切り欠き部が設けられている構造を有することを特徴とする回転機。
請求項１に記載の回転機において、前記周方向に沿った切り欠き部は、前記固定子用外枠の内周面の全周に設けられていることを特徴とする回転機。
請求項１に記載の回転機において、前記周方向に沿った切り欠き部を有し、且つ、前記固定子コアの前記固定子用外枠からの脱落防止の為に、前記固定子コアと前記固定子用外枠とを同時に貫通するように固定ピンを打ち込んだ構造を有することを特徴とする回転機。
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の回転機において、前記周方向に沿った切り欠き部と前記固定子コアとの空隙部に、高熱伝導部材が設置された構造を有することを特徴とする回転機。
固定子コアと、前記固定子コア内で回転する回転子コアと、前記固定子コアを固定する固定子用外枠とを備え、前記固定子コアが前記固定子用外枠に嵌合される回転機において、
前記固定子用外枠に前記固定子コアが嵌合される部分の内周面の軸方向に沿って切り欠き部が設けられている構造を有することを特徴とする回転機。
請求項５に記載の回転機において、前記軸方向に沿った切り欠き部と前記固定子コアとの空隙部に、高熱伝導部材が設置された構造を有することを特徴とする回転機。
固定子コアと、前記固定子コア内で回転する回転子コアと、前記固定子コアを固定する固定子用外枠とを備え、前記固定子コアが前記固定子用外枠に嵌合される回転機において、
前記固定子用外枠に前記固定子コアが嵌合される部分の内周面の周方向に分離して複数の軸方向に沿った切り欠き部と、内周面の周方向の全周に沿った切り欠き部とが設けられている構造を有することを特徴とする回転機。
請求項７に記載の回転機において、前記軸方向に沿った複数の切り欠き部と前記固定子コアとの間の空隙部及び前記内周面の周方向の全周に沿った切り欠き部と前記固定子コアとの間の空隙部に高熱伝導部材が設置された構造を有することを特徴とする回転機。