JP2011239626A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】小型の連結部材でティースの先端部における周方向ピッチを高精度に維持して、ばらつきによって生じるコギングを抑制し、トルクリップルを低減するとともに、巻線作業性を向上させることができる回転電機を得る。
【解決手段】巻線処理された固定子の内周に回転子を配置し、固定子の巻線への通電を切り換えることにより、回転磁界を発生させて回転子を回転駆動する回転電機であって、複数のティース１３を有する固定子コア６と、複数のティース１３を連結する連結部材１６と、を備え、固定子コア６は、複数のティース１３の内周側一端を近接させ、複数のティース１３のそれぞれは、ティース１３の内周側一端間の空間１４が、ティース１３の内周側一端の外径方向に向けて広くなる勾配面１５を有し、連結部材１６は、勾配面１５に当接して周方向に複数のティース１３と一体となるものである。
【選択図】図２

Description

この発明は、回転電機に関し、特に回転電機の固定子の構造に関する。

従来、ブラシレスモータの固定子としては、環状部と環状部から径方向内側に突出する複数のティースとを有する固定子コア、および各ティースにそれぞれ巻装された巻線を備えたものが知られている。

また、このような固定子の固定子コアとしては、例えば環状部を周方向に分割した複数の分割環状部と各分割環状部から突出するティースとをそれぞれ有する複数の分割コアからなり、分割環状部が環状に形成される前に、各ティースに巻線を巻装可能としたものがある。

このように、それぞれがティースを有する複数の分割コアを配置して固定子コアを構成するものでは、各ティースの先端を離間させた状態で巻線を巻装することができるので、巻線を容易に高占積率で各ティースに巻装することができる。

しかしながら、複数の分割コアを配置して固定子コアを構成するものでは、複数のティースを一体的に形成した固定子コアに比べて、ティースの先端部における周方向ピッチを高精度に一定とすることが困難になるという問題があった。

そこで、複数のティースの内周側一端を近接させ、ティース毎に分割して環状に配置したティースブロックと、ティースブロックの軸方向両側に配設された端板とからなる固定子コアを備えた回転電機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この固定子コアにおいて、ティースブロックの外周側一端は、隣接するティースブロックの外周側一端との間にモータケーシングを介して磁路が形成されるように、それぞれモータケーシングの内側に当接し、非磁性金属または低磁性金属からなる端板は、ティースブロックと同じ形状の複数のティースをティースブロックと同じ配列で配置するとともに、各ティースの内周側一端が連結されて形成され、端板を介して、ティースブロックが連結されている。

また、上記特許文献１では、隣接するティースブロックの内周側一端間の空間を内径方向に広がる形状に形成し、かつ、端板の各ティース連結部に、隣接するティースブロックの内周側一端間に挟まれて空間に介在する第２の突部を、内径方向に広がる形状に形成することも提案されている。

さらに、ティースをそれぞれ有する複数の分割コアを有し、各ティースの先端側が径方向内側を向くように配置して構成される固定子コアであって、各ティースの先端部における周方向端部に突当部が設けられ、周方向に隣接する各ティースの突当部同士が周方向に当接されたものが提案されている（たとえば、特許文献２参照）。

特開２００９−２６８１６８号公報 特開２００９−１８３０３２号公報

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
特許文献１のものでは、固定子コアの内周側に、端板を用いて各ティースの内周側一端が連結されるので、巻線を巻装する前に端板で連結を行う必要がある。また、巻線を入れる空間を設けるために、ティースの外周側でモータケーシングに当接するように、ティースとモータケーシングとを別部品にする必要がある。すなわち、巻線作業性が低下するという問題がある。

また、上述したように、隣接するティースブロックの内周側一端間の空間が内径方向に広がる形状に形成され、端板の各ティース連結部に、隣接するティースブロックの内周側一端間に挟まれて空間に介在する第２の突部が、内径方向に広がる形状に形成されている。そのため、ティース外周部がモータケーシングに焼きばめられたときに、ティース内周部に接した端板に圧縮応力が生じるので、座屈を防ぐために端板を大きな部品とする必要があるという問題もある。

また、特許文献２のものでは、上述したように、各ティースの先端部における周方向端部に突当部が設けられ、周方向に隣接する各ティースの突当部同士が周方向に当接されるので、当接した部分から磁束が漏れ、回転電機のトルクが低下するという問題がある。

また、分割コアの外周と内周とが周方向に当接するので、寸法公差により外周および内周の何れか一方が先に当接し、他方に隙間が生じることとなり、真円度の低下や、磁気抵抗の増大につながり、回転電機にコギングが生じたり、トルクリップルが悪化したりするという問題もある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、小型の連結部材でティースの先端部における周方向ピッチを高精度に維持して、ばらつきによって生じるコギングを抑制し、トルクリップルを低減するとともに、巻線作業性を向上させることができる回転電機を得ることを目的とする。

この発明に係る回転電機は、巻線処理された固定子の内周に回転子を配置し、固定子の巻線への通電を切り換えることにより、回転磁界を発生させて回転子を回転駆動する回転電機であって、複数のティースを有する固定子コアと、複数のティースを連結する連結部材と、を備え、固定子コアは、複数のティースの内周側一端を近接させ、複数のティースのそれぞれは、ティースの内周側一端間の空間が、ティースの内周側一端の外径方向に向けて広くなる勾配面を有し、連結部材は、勾配面に当接して周方向に複数のティースと一体となるものである。

この発明に係る回転電機によれば、固定子コアは、複数のティースの内周側一端を近接させ、複数のティースのそれぞれは、ティースの内周側一端間の空間が、ティースの内周側一端の外径方向に向けて広くなる勾配面を有し、連結部材は、勾配面に当接して周方向に複数のティースと一体となる。
そのため、小型の連結部材でティースの先端部における周方向ピッチを高精度に維持して、ばらつきによって生じるコギングを抑制し、トルクリップルを低減するとともに、巻線作業性を向上させることができる。

この発明の実施の形態１に係る回転電機の軸を含む上半分を示す断面図である。 図１のＩ−Ｉ線における固定子コアを抜き出して示す構成図である。 図２に示した固定子コアを、Ｉ−Ｉ線に沿って切断した断面図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機の連結部材にかかる力を示す説明図である。 特許文献１に係る回転電機の端板にかかる力を示す説明図である。 この発明の実施の形態２に係る図１のＩＩ−ＩＩ線における固定子コアを抜き出して示す構成図である。 この発明の実施の形態３に係る図１のＩ−Ｉ線における固定子コアを抜き出して示す構成図である。 図７に示した固定子コアを、Ｉ−Ｉ線に沿って切断した断面図である。 この発明の実施の形態４に係る図１のＩ−Ｉ線における固定子コアの連結部材を抜き出して示す構成図、およびこの図をＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って切断した断面図である。 この発明の実施の形態５に係る図１のＩ−Ｉ線における固定子コアを抜き出して示す構成図である。 この発明の実施の形態６に係る図１のＩ−Ｉ線における固定子コアを抜き出して示す構成図である。

以下、この発明の回転電機の好適な実施の形態につき図面を用いて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る回転電機の軸を含む上半分を示す断面図である。図１において、回転電機１は、回転子コア２およびシャフト３からなる回転子４と、フレーム５に固定された固定子コア６と、軸受け７と、ブラケット８と、端板９を固定する軸受け固定用ねじ１０と、軸受け外輪１１の側面を固定する端板９とから構成されている。

図２は、図１のＩ−Ｉ線における固定子コアを抜き出して示す構成図である。図２において、固定子コア６は、コアバック１２と複数のティース１３とから構成されている。固定子コア６は、複数のティース１３の内周側一端を近接させ、ティース１３は、ティース１３の内周側一端間の空間１４が、ティース１３の内周側一端の外径方向に向けて広くなる勾配面１５を有している。ティース１３は、勾配面１５に当接して周方向に一体となる連結部材１６によって連結されている。なお、連結部材１６の材質としては、金属等が挙げられる。

図３は、図２に示した固定子コア６を、Ｉ−Ｉ線に沿って切断した断面図である。図３において、固定子コア６の軸方向端面から、ティース１３の勾配面１５に当接する連結部材１６は、固定子コア６の軸方向長さよりも短く、固定子コア６の軸方向に挿入されて固定される。

続いて、上記構成の固定子コア６に連結部材１６を取り付ける際に連結部材１６にかかる力と、上述した特許文献１のティースブロックに端板を取り付ける際に端板にかかる力とを、図４および図５を参照しながら説明する。図４は、この発明の実施の形態１に係る回転電機の連結部材にかかる力を示す説明図である。また、図５は、特許文献１に係る回転電機の端板にかかる力を示す説明図である。

図４において、固定子コア６の外径とフレーム５とが焼きばめされる際、ティース１３は、図中の内径方向矢印ａの方向に移動する。ここで、ティース１３の内周側一端間の空間１４の勾配面１５が、ティース１３の内周側一端の外径方向に向けて広くなっているので、勾配面１５と当接する部分において、連結部材１６には、くさび効果により図中の矢印ｂの力が作用する。

このとき、勾配面１５と当接する部分において、連結部材１６は、図中の矢印ｃの方向に押されるが、勾配面１５に当接する連結部材１６の部分と、周方向の連結部材１６とが一体となっているので、図中の矢印ｄのような引張り応力が連結部材１６に働くことになる。したがって、連結部材１６は、材料固有の許容応力（例えば、耐力等）まで使用することができる。

一方、図５において、図４と同様に、固定子コアの外径とフレームとが焼きばめされる際、ティースは、図中の内径方向矢印ａ’の方向に移動する。ここで、ティースの内周側一端間の空間の勾配面が、ティースの内周側一端の内径方向に向けて広くなっているので、勾配面と当接する部分において、端板には、くさび効果により図中の矢印ｂ’の力が作用する。

このとき、勾配面と当接する部分において、端板は、図中の矢印ｃ’の方向に押されるが、勾配面に当接する端板の部分と、周方向の端板とが一体となっているので、図中の矢印ｄ’のような圧縮応力が端板に働くことになる。したがって、端板は、材料固有の許容応力（例えば、耐力等）よりも低い、座屈応力までしか使用することができず、それに耐えるために端板の寸法を大きくする必要がある。

以上のように、実施の形態１によれば、固定子コアは、複数のティースの内周側一端を近接させ、複数のティースのそれぞれは、ティースの内周側一端間の空間が、ティースの内周側一端の外径方向に向けて広くなる勾配面を有し、連結部材は、勾配面に当接して周方向に複数のティースと一体となる。
そのため、小型の連結部材でティースの先端部における周方向ピッチを高精度に維持して、ばらつきによって生じるコギングを抑制し、トルクリップルを低減するとともに、巻線作業性を向上させることができる。
また、連結部材は、固定子コアの各ティースに巻線を巻装する前はもちろん、巻線を巻装した後であっても、取り付けることが可能であり、連結部材の有無に関係なく巻線を巻装することができる。

実施の形態２．
図６は、この発明の実施の形態２に係る図１のＩＩ−ＩＩ線における固定子コアを抜き出して示す構成図である。図６において、上述した実施の形態１で示した固定子コア６のスロット１７内に、絶縁体からなるインシュレータ１８が配置されている。インシュレータ１８は、ティース１３の内周側一端間の空間１４の上部に、周方向に張り出している。連結部材１６の一部は、ティース１３の内周側一端間の空間１４とインシュレータ１８とで囲まれた空間に収められている。

以上のように、実施の形態２によれば、連結部材の一部は、ティースの内周側一端間の空間と絶縁体とで囲まれた空間に収められている。すなわち、絶縁体によって、連結部材が、ティースに押されている。
そのため、連結部材が外径方向に押され、連結部材が軸方向に対して傾きを生じた場合であっても、絶縁体で連結部材を押さえることにより、連結部材が軸方向に傾いて飛び出すことを防止することができる。

なお、上記実施の形態２では、インシュレータ１８を例に挙げて説明したが、これに限定されず、スロット１７内に配置される絶縁紙または巻線で、ティース１３の内周側一端間の空間１４と、連結部材１６が収められる空間とを構成してもよい。
この場合も、上記実施の形態２と同様の効果を得ることができる。

実施の形態３．
図７は、この発明の実施の形態３に係る図１のＩ−Ｉ線における固定子コアを抜き出して示す構成図である。また、図８は、図７に示した固定子コアを、Ｉ−Ｉ線に沿って切断した断面図である。

図７、８において、この発明の実施の形態３に係る連結部材１６は、固定子コア６の軸方向長さよりも長く、軸方向一端１９において周方向に一体となっている。また、軸方向他端２０において、連結部材１６と環状の固定部材２１とが、ピン等の締結部材２２によって締結されている。また、スロット１７内には、巻線２３が設けられている。

以上のように、実施の形態３によれば、連結部材は、前記固定子コアの軸方向長さよりも長く、軸方向一端において周方向に一体となっており、軸方向他端において環状の固定部材と締結されている。
そのため、ティースの内周側一端間の空間を、連結部材および固定部材で軸方向全体に埋めることができ、スロット内の巻線が内径方向に飛び出すことを防止することができる。

実施の形態４．
図９は、この発明の実施の形態４に係る図１のＩ−Ｉ線における固定子コアの連結部材を抜き出して示す構成図、およびこの図をＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って切断した断面図である。図９において、この発明の実施の形態４に係る連結部材１６は、ティース１３の内周側一端間の空間１４の位置で、周方向に分割されている。分割された連結部材１６は、分割部２４において、ピン等の締結部材２２によって締結されて一体となっている。

以上のように、実施の形態４によれば、連結部材は、周方向に２以上の箇所で分割され、分割された連結部材は、分割箇所において、締結部材によって締結されて一体となっている。
そのため、連結部材を分割して製造することができるので、型等を用いて成型する場合に、型を小型化するとともに、型のコストを低減することができる。

なお、上記実施の形態４では、連結部材１６は、ティース１３の内周側一端間の空間１４の位置で、周方向に分割されていると説明したが、これに限定されず、連結部材１６は、周方向であれば、どこで分割されてもよい。
この場合も、上記実施の形態４と同様の効果を得ることができる。

実施の形態５．
図１０は、この発明の実施の形態５に係る図１のＩ−Ｉ線における固定子コアを抜き出して示す構成図である。図１０において、この発明の実施の形態５に係る連結部材１６は、非磁性体で形成されている。これにより、固定子コア６から回転子コア２および回転子コア２に設けられた磁石２５を通る磁束２６が、ティース１３の内周側一端間の空間１４に漏れて漏れ磁束２７になることが抑制される。

以上のように、実施の形態５によれば、連結部材は、非磁性体で形成されている。
そのため、ティースの内周側一端間の空間における漏れ磁束を低減することができ、回転電機のトルク特性を向上させることができる。

実施の形態６．
図１１は、この発明の実施の形態６に係る図１のＩ−Ｉ線における固定子コアを抜き出して示す構成図である。図１１において、この発明の実施の形態６に係る固定子コア６は、コアバック２８の一部でティース１３毎に分割されており、環状に配列されたティースブロック２９を形成している。また、ティース１３に巻線２３が巻装された後、固定子コア６の外径とフレーム５の内径とが嵌めあわされて、ティースブロック２９が固定されている。

以上のように、実施の形態６によれば、固定子コアは、コアバックの一部で周方向に分割されている。
そのため、分割された固定子コアに巻線を巻装した後に、連結部材でティースの内周側一端間を連結することができ、巻線作業性を向上させるとともに、巻線を高密度に巻装することができる。

１ 回転電機、２ 回転子コア、３ シャフト、４ 回転子、５ フレーム、６ 固定子コア、７ 軸受け、８ ブラケット、９ 端板、１０ 軸受け固定用ねじ、１１ 外輪、１２ コアバック、１３ ティース、１４ 空間、１５ 勾配面、１６ 連結部材、１７ スロット、１８ インシュレータ、１９ 軸方向一端、２０ 軸方向他端、２１ 固定部材、２２ 締結部材、２３ 巻線、２４ 分割部、２５ 磁石、２６ 磁束、２７ 漏れ磁束、２８ コアバック、２９ ティースブロック。

Claims (6)

1. 巻線処理された固定子の内周に回転子を配置し、前記固定子の巻線への通電を切り換えることにより、回転磁界を発生させて前記回転子を回転駆動する回転電機であって、
   複数のティースを有する固定子コアと、
   前記複数のティースを連結する連結部材と、を備え、
   前記固定子コアは、前記複数のティースの内周側一端を近接させ、
   前記複数のティースのそれぞれは、前記ティースの内周側一端間の空間が、前記ティースの内周側一端の外径方向に向けて広くなる勾配面を有し、
   前記連結部材は、前記勾配面に当接して周方向に前記複数のティースと一体となる
   ことを特徴とする回転電機。
2. 前記固定子コアのスロット内に配置された絶縁体をさらに備え、
   前記絶縁体は、前記ティースの内周側一端間の空間の上部に、周方向に張り出しており、
   前記連結部材の一部は、前記ティースの内周側一端間の空間と前記絶縁体とで囲まれた空間に収められている
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 前記連結部材は、前記固定子コアの軸方向長さよりも長く、軸方向一端において周方向に一体となっており、軸方向他端において環状の固定部材と締結されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機。
4. 前記連結部材は、周方向に２以上の箇所で分割され、分割された前記連結部材は、分割箇所において、締結部材によって締結されて一体となっていることを特徴とする請求項１から請求項３までの何れか１項に記載の回転電機。
5. 前記連結部材は、非磁性体で形成されていることを特徴とする請求項１から請求項４までの何れか１項に記載の回転電機。
6. 前記固定子コアは、コアバックの一部で周方向に分割されていることを特徴とする請求項１から請求項５までの何れか１項に記載の回転電機。

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