JP2010207081A - 固定子コア - Google Patents

Abstract

【課題】電気機械用の固定子コアの新規な取り付け方を提供する。
【解決手段】空隙（５）によって隔てられた一対の磁極（３，４）を有する固定子コア（１）。各磁極は、空隙（５）に隣接して位置する第１の側部（８）及び空隙（５）から見て遠くに位置する反対側の第２の側部（９）を有する。磁極弧状部（１０）が第１の側部（８）に形成され、取り付け凹部（１３，１４）が第２の側部に形成されている。各取り付け凹部（１３，１４）は、形状が半円形であり、その深さは、第１の側部（８）と第２の側部（９）との間の距離の少なくとも２０％である。さらに、固定子コア（１）を有する電気機械（２０）。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気機械の固定子コア及びこの固定子コアを有する電気機械に関する。

固定子を電気機械のハウジング内に固定する種々の方法が存在する。かかる一方法では、貫通穴を固定子コアに設ける。この場合、固定子コアは、貫通穴を通るボルトによってハウジングに固定できる。しかしながら、典型的には、貫通穴は、固定子コアを通る磁束に悪影響を及ぼし、かくして、電気機械の性能が損なわれる。

第１の観点において、本発明は、空隙によって隔てられた一対の磁極を有する固定子コアであって、各磁極は、空隙に隣接して位置する第１の側部と、空隙から離れて位置する反対側の第２の側部と、第１の側部内に形成された磁極弧状部と、第２の側部内に形成された取り付け凹部とを有し、取り付け凹部は、半円形であり、第１の側部と第２の側部との間の距離の少なくとも２０％である深さを有することを特徴とする固定子コアを提供する。

この場合、固定子コアは、取り付け凹部内に受け入れられた支柱、ボルト又は他の手段により電気機械内に保持されるのが良い。取り付け凹部を磁極の側部に設けることにより、固定子コアを通る磁束の分配に対する影響は、貫通穴の場合よりも極めて小さい。実際、取り付け凹部の位置及びサイズは、理想的には、これら凹部が固定子コアの飽和（磁気飽和）に影響を及ぼさず又はほんの僅かな影響しか及ぼさないように選択される。さらに、取り付け凹部を磁極の側部に設けることにより、電気機械の回転子に対する磁極の運動は、良好に拘束又は制限され、かくして、電気機械の性能が向上する。

形状が半円形の取り付け凹部を設けることにより、次の使用中、固定子コアに作用する力は、固定子コアを保持するために用いられている手段全体にわたって均等に配分されることが可能である。さらに、各取り付け凹部は、第１の側部と第２の側部との間の距離の少なくとも２０％である半径を有するので、各取り付け凹部のサイズは、比較的大きい。その結果、固定子コアを保持するために用いられる手段は、同様に大きなものとなることができる。この場合、固定子コアをプラスチック支柱によって保持することができ、これら支柱は、今述べたように、プラスチックで作られており、好ましくは、次の使用中、固定子に作用する力に対抗するために大きい。

好ましくは、固定子コアは、固定子コアの外周部と内周部との間に最小幅を有し、各取り付け凹部の縁と固定子コアの内周部との間の最も短い距離は、少なくとも、最小幅の距離である。したがって、取り付け凹部はどれも、固定子コアの断面積に障害又は他の制約を生じさせることはなく、かくして、取り付け凹部によっては固定子コアの磁気飽和に影響を及ぼさない。

各取り付け凹部の縁とそれぞれ対応の磁極弧状部との間の最も短い距離は、有利には、少なくとも、最小幅の半分である。この場合も又、これにより、取り付け凹部は、固定子コアの磁気飽和に悪影響を及ぼすことがないようになる。

固定子コアは、後部と、一対のネックとを有するのが良く、各ネックは、それぞれ対応の磁極を後部に連結する。この場合、各取り付け凹部の縁と固定子コアの内周部との間の最も短い距離は、少なくとも、後部及びネックのうちの１つの幅に等しい。各磁極の幅は、一般に、磁極が回転子磁束の効果的な捕捉を可能にするために後部及びネックの幅よりも大きい。各取り付け凹部と固定子コアの内周部との間の距離が少なくとも後部又はネックの幅であるようにすることにより、取り付け凹部は、固定子コアの磁気飽和に悪影響を及ぼさない。

固定子コアは、後部と、一対のネックとを有するのが良く、各ネックは、それぞれ対応の磁極を後部に連結する。この場合、少なくとも１つのネックの幅は、それぞれ対応の磁極に隣接して位置する端のところが増大するのが良い。磁極に隣接して位置するネックの幅を増大させることにより、もしそのようにしなければ、取り付け凹部のために生じる断面積の制限を補償することができる。

各磁極は、前縁と後縁との間に延びる磁極弧状部を有するのが良く、前縁は、後縁よりも幅が広い。この場合、磁極のこの非対称により、飽和を減少させることなく、低インダクタンスの固定子が得られる。

有利には、固定子コアは、Ｃ字形である。この場合、磁極相互間のスロット開口部を経て巻線を固定子コアに容易に巻き付けることができる。加うるに、巻線の高いフィルファクタを達成することができ、それにより、銅損が減少し、かくして効率が向上する。さらに、固定子コアの形状が全体として正方形又は長方形なので、シート材料を打ち抜き又は切断することにより、少ない無駄で固定子コアを形成することができる。

本明細書においてＣ字形固定子コアと言った場合、これは又、Ｕ字形固定子コアを含むものと理解されるべきである。

好ましくは、固定子コアは、複数の単一積層体で形成されている。取り付け凹部の配設場所により、２つの隣り合う積層体の取り付け凹部が円形の穴を構成するようにして、積層体をシート材料から打ち抜き又は切断することができ、かくして製造を単純化することができる。

第２の観点において、本発明は、ハウジングと、先の段落のいずれかに記載の固定子コアとを有する電気機械であって、ハウジングは、一対の支柱を有し、固定子コアは、各支柱がそれぞれ対応の取り付け凹部内に受け入れられるようハウジング内に取り付けられていることを特徴とする電気機械を提供する。

ハウジングは、好ましくは、プラスチックで作られる。この場合、これにより、ハウジングは、誘導加熱の作用を受けることはなく、磁気回路に部分的短絡をもたらすこともないという利点が得られる。さらに、ハウジングは、非磁性金属で作られた同等のハウジングよりも安価である。

有利には、支柱は、中空であり、かくして、ねじ等を受け入れることができる。この場合、電気機械は、固定子コアの上に位置すると共に支柱にねじ止めされたプリント回路板を有するのが良い。例えば、プリント回路板は、一対の貫通穴を有するのが良く、貫通穴の各々は、それぞれ対応の支柱と位置が合い、ねじは、この貫通穴を通って中空支柱内に突き出る。この場合、これは、コンパクトな電気機械を提供するという利点を有する。

電気機械は、シャフトを備えた回転子を更に有するのが良く、このシャフトには、回転子コア及び軸受が取り付けられる。この場合、軸受は、回転子コアが固定子コアの磁極相互間に支持されるようハウジングに設けられているボア内に収納される。固定子コア及び回転子を同一のハウジングに固定することにより、固定子コアに対する回転子コアの位置合わせが容易になる。

本発明を容易に理解することができるようにするため、次に、添付の図面を参照して本発明の実施形態を例示的に説明する。

本発明の固定子コアの平面図である。 本発明の電気機械の分解組立て図である。 図２の電気機械の断面図である。

図１の固定子コア１は、Ｃ字形であり、この固定子コアは、後部２、空隙５によって隔てられた一対の非対称磁極３，４、及び、後部２と磁極３，４との間に延びる一対のネック６，７を有している。

各磁極３，４は、空隙５に隣接して位置する第１の側部又は前面（前側フェース）８、及び、空隙５から離れて位置する第２の側部又は背面（後側フェース）９を有している。各磁極前面８は、前縁１１と後縁１２との間に延びる弧状凹部又は磁極弧状部１０を有している。各磁極３，４の前縁１１は、後縁１２よりも幅が広い。加うるに、各磁極３，４の前縁１１は、面取りされている。幅の狭い後縁１２を設けると共に前縁１１のコーナ部を面取りすることにより、固定子コアに巻き付けられた巻線のインダクタンスが減少する。しかしながら、幅の広い前縁１１を設けると、前縁のところの固定子コア１の飽和が増大する。その結果、磁極３，４の非対称性により、飽和を減少させないで、低インダクタンスの固定子が得られる。

一対の取り付け凹部１３，１４が、固定子コア１の外周部１５に形成されている。各取り付け凹部１３，１４は、半円形であり、それぞれ対応の磁極３，４の背面９に形成されている。

取り付け凹部１３，１４は、固定子コア１を電気機械のフレーム、ハウジング等に固定する手段を提供し、これについては次に説明する。

図２及び図３は、固定子コア１を有する電気機械２０を有している。電気機械２０は、固定子コア１に加えて、ハウジング２１、回転子２２、巻線２３、プリント回路板（ＰＣＢ）２４、及び一対の非磁性ねじ２５を有している。

ハウジング２１は、プラスチックで作られ、このハウジングは、中央ボア２６及び一対の中空支柱２７を有している。

固定子コア１は、各支柱２７が固定子コア１のそれぞれ対応の取り付け凹部１３，１４内に収納されるようハウジング２１内に収納される。巻線２３は、固定子コア１のネック６，７に巻き付けられている。しかしながら、巻線２３は、同様に、固定子コア１の後部２に巻き付けられても良い。

回転子２２は、シャフト２８を有し、このシャフトには、回転子コア２９及び軸受組立体３０が取り付けられている。軸受組立体３０は、回転子コア２９が固定子コア１の磁極３，４相互間で支持されるようハウジング２１の中央ボア２６内に収納される。固定子コア１及び回転子２２を同一のハウジング２１に固定することにより、固定子コア１に対する回転子コア２９の位置合わせが容易になる。

ＰＣＢ２４は、一対の貫通穴３１を有し、このＰＣＢは、貫通穴３１の各々がハウジング２１のそれぞれ対応の支柱２７と位置合わせされるよう固定子コア１の上に位置する。巻線２３は、ＰＣＢ２４に電気的に結合されている。

ＰＣＢ２４及び固定子コア１は、非磁性ねじ２５によってハウジング２１に固定され、これら非磁性ねじは、ＰＣＢ２４の貫通穴３１を通り、ハウジング２１の支柱２７内に螺入している。

取り付け凹部１３，１４を固定子コア１の互いに反対側の側部に設けることにより、ハウジング２１の支柱２７は、ｘ‐ｙ平面内における固定子コア１の並進運動及び回転運動を阻止する。これは特に重要であるが、その理由は、電機子磁界と回転子磁界の相互作用により、この平面内において固定子コア１に作用する力が生じるからである。したがって、かかる力に対抗するために固定子コア１をハウジング２１にしっかりとねじ込む必要はない。さらに、取り付け凹部１３，１４を固定子コア１の反対側の側部に設ける場合、ｘ‐ｙ平面内における固定子コア１の運動を阻止するためには２つの凹部１３，１４しか必要ではない。

電機子と回転子の磁界の相互作用により生じる力は、固定子コア１の磁極３，４に作用する。取り付け凹部１３，１４を磁極３，４の背面９のところに設けることにより、回転子コア２９に対する磁極３，４の運動が良好に制限される。これとは対照的に、取り付け凹部が固定子コア１の後部２に設けられた場合、磁極３，４に作用する力により、磁極３，４は、僅かな量ではあるが、ネック６，７の可撓性により、動くようになる。回転子コア２９に対する磁極３，４の運動が生じると、これは、電気機械２０の性能に影響を及ぼす。取り付け凹部１３，１４を磁極３，４の背面９に設けることにより、磁極３，４の位置は、良好に制御され、かくして、電気機械２０の性能が向上する。

電気機械２０のハウジング２１は、プラスチックで作られている。その結果、ハウジング２１は、誘導加熱を受けることもなく、磁気回路に部分的短絡をもたらすこともない。加うるに、ハウジング２１は、非磁性金属で作られた同等のハウジングと比較して、安価に製作できる。しかしながら、プラスチックで作られているので、支柱２７が固定子コア１に作用する比較的大きな力に対抗することができるようにするためには、支柱２７に比較的大きな直径が必要である。支柱２７のサイズは、固定子コア１及びＰＣＢ２４をハウジング２１に固定するために用いられるねじ２５のサイズによっても制約を受ける。これらの理由で、各取り付け凹部１３，１４は、磁極長さ、即ち、各磁極３，４の前面８と背面９との間の距離の少なくとも２０％である。

取り付け凹部１３，１４を固定子コア１の外周部１５に設けることにより、固定子コア１を介する磁束配分に対する影響は、同等の貫通穴の場合の影響よりも小さい。さらに、各取り付け凹部１３，１４は、貫通穴のサイズの半分に過ぎない。したがって、固定子コア１を介する磁束配分に対する全体的影響は、貫通穴の場合よりも非常に小さい。さらに、次に説明するように、取り付け凹部１３，１４は、固定子コア１の飽和を減少させない位置に形成されている。

図１を参照すると、固定子コア１は、固定子コア１を通る磁束線に垂直な断面を有している。この断面の面積は、固定子コア１周りに一様ではない。特に、断面積は、磁束が９０°向きを変えるので、固定子コア１のコーナ部のところでは増大している。加うるに、磁極３，４の断面積は、固定子コア１の後部２及びネック６，７の断面積よりも大きく、磁極３，４のところの大きな断面積は、磁極３，４が回転子磁束の効果的捕捉を行うようにするのに必要である。取り付け凹部１３，１４を磁極３，４の背面９に設けることにより、取り付け凹部１３，１４は、固定子コア１の断面積が最も大きい位置に設けられている。その結果、固定子コア１の磁気飽和に対する取り付け凹部１３，１４の影響は、最小限である。実際、取り付け凹部１３，１４は、理想的には、固定子コア１の磁気飽和に影響を及ぼさず、即ち、取り付け凹部１３，１４は、固定子コア１の断面積に障害又は制限を生じさせない。

固定子コア１は、一様な深さ又は厚さのものなので、固定子コア１の飽和について固定子コア１の幅に関して説明することができる。この説明の目的上、固定子コア１の幅は、固定子コア１の外周部１５と内周部１６との間の距離である。固定子コア１の幅は、最小値を有する。上述したように、磁極３，４は、磁極３，４が回転子磁束の効果的な捕捉を行うようにするために固定子コア１の後部２及びネック６，７よりも幅が広い。したがって、固定子の幅は、固定子コア１の後部２又はネック６，７に沿う箇所で最小値を有する。理想的には、固定子コア１の各取り付け凹部１３，１４の縁と内周部１６との間の最も短い距離は、固定子コア１の最小幅以下である。加うるに、各取り付け凹部１３，１４の縁とそれぞれ対応の磁極弧状部１０との間の最も短い距離は、固定子コア１の最小幅の半分以下である。その結果、取り付け凹部１３，１４は、固定子コア１に障害又は制限を形成せず、したがって、固定子コア１の飽和を減少させない。

上述したように、ハウジング２１の支柱２７は、比較的大きく、かくして、取り付け凹部１３，１４は、同様に比較的大きい。図１に示されている取り付け凹部１３，１４の特定のサイズの場合、並びに磁極３，４が非対称の場合、取り付け凹部のうちの１つ１４は、固定子コア１の幅に制限を生じさせる。したがって、この制限を補償するため、対応のネック７の幅は、磁極３に隣接した端部のところが増大している。その結果、固定子コア１の取り付け凹部１４の縁と内周部１６との間の距離は、引き続き固定子コア１の最小幅以下である。

上述の実施形態では、固定子コア１は、ハウジング２１の一体部分をなす支柱２７によってハウジング２１内に保持されている。しかしながら、固定子コア１は、別の手段によって同様に保持できる。例えば、固定子コア１は、一対のボルトによってハウジング２１によってボルト止めされても良く、各ボルトは、この固定子コアに設けられている取り付け凹部１３，１４を貫通し、取り付け凹部１３，１４内に受け入れられる。

従来型貫通ボアが固定子コアに形成された場合、貫通ボアは、固定子コアの飽和を減少させることになる。飽和のこの減少は、貫通穴が設けられている箇所のところで固定子コアを幅広にすることにより解決できる可能性がある。しかしながら、これにより、固定子コアの全体サイズが増大するだけでなく所要の追加の材料により固定子コアのコストが増大することになる。これとは対照的に、本発明の固定子コア１は、固定子コア１の通常のプロフィール内に形成された取り付け凹部１３，１４を有する。その結果、コンパクト且つ安価な固定子コアを実現できる。さらに、固定子コア１のプロフィールが全体として正方形なので、無駄を少なくした状態でシート材料（例えば、鋼）を打ち抜き又は切断し、固定子コア積層体を製作することができる。

１ 固定子コア
３，４ 磁極
５ 空隙
８ 第１の側部
９ 第２の側部
１０ 磁極弧状部
１３，１４ 取り付け凹部
２０ 電気機械
２１ ハウジング
２２ 回転子
２３ 巻線
２４ プリント回路板（ＰＣＢ）
２５ 非磁性ねじ
２６ ボア
２７ 中空支柱
２８ シャフト
２９ 回転子コア
３０ 軸受組立体

Claims (12)

1. 空隙によって隔てられた一対の磁極を有する固定子コアであって、各磁極は、前記空隙に隣接して位置する第１の側部と、前記空隙から離れて位置する反対側の第２の側部と、前記第１の側部内に形成された磁極弧状部と、前記第２の側部内に形成された取り付け凹部と、を有し、前記取り付け凹部は、半円形であり、前記第１の側部と前記第２の側部との間の距離の少なくとも２０％である深さを有する、固定子コア。
2. 前記固定子コアは、前記固定子コアの外周部と内周部との間に最小幅を有し、各取り付け凹部の縁と前記固定子コアの前記内周部との間の最も短い距離は、少なくとも前記最小幅の距離である、請求項１記載の固定子コア。
3. 各取り付け凹部の縁とそれぞれ対応の磁極弧状部との間の最も短い距離は、少なくとも前記最小幅の半分である、請求項２記載の固定子コア。
4. 前記固定子コアは、後部を有し、各取り付け凹部の縁と前記固定子コアの内周部との間の最も短い距離は、少なくとも前記後部の幅に等しい、請求項１〜３のいずれか１項に記載の固定子コア。
5. 前記固定子コアは、後部と、一対のネックとを有し、各ネックは、それぞれ対応の磁極を前記後部に連結し、各取り付け凹部の縁と前記固定子コアの内周部との間の最も短い距離は、少なくとも前記後部及び前記ネックのうちの１つの幅に等しい、請求項１〜４のいずれか１項に記載の固定子コア。
6. 前記固定子コアは、後部と、一対のネックとを有し、各ネックは、それぞれ対応の磁極を前記後部に連結し、少なくとも１つのネックの幅は、対応する前記磁極に隣接して位置する端のところが増大している、請求項１〜５のいずれか１項に記載の固定子コア。
7. 各磁極は、前縁と後縁との間に延びる磁極弧状部を有し、前記前縁は、前記後縁よりも幅が広い、請求項１〜６のいずれか１項に記載の固定子コア。
8. 前記固定子コアは、Ｃ字形である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の固定子コア。
9. ハウジングと、請求項１〜８のいずれか１項に記載の固定子コアとを有する電気機械であって、前記ハウジングは、一対の支柱を有し、前記固定子コアは、各支柱がそれぞれ対応の取り付け凹部内に受け入れられるよう前記ハウジング内に取り付けられている、電気機械。
10. 前記ハウジングは、プラスチックで作られている、請求項９記載の電気機械。
11. 前記支柱は、中空である、請求項９又は１０記載の電気機械。
12. 前記電気機械は、前記固定子コアの上に位置すると共に前記支柱にねじ止めされたプリント回路板を有する、請求項１１記載の電気機械。

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