JP2013009561A - Rotating electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転電機に係り、特に、エンドプレートを設けないエンドプレートレスロータを備える回転電機に関する。 The present invention relates to a rotating electrical machine, and more particularly, to a rotating electrical machine including an end plateless rotor without an end plate.
回転電機は、ステータとロータとを含んで構成されるが、ステータもロータも電磁鋼板のようなコア薄板を積層して、それぞれステータコア、ロータコアとすることが行われる。この場合、積層したコア薄板が剥がれないようにすることを目的の1つとして、積層の両端側にエンドプレートまたは端板と呼ばれる補強板が設けられる。特にロータは回転するので、コア薄板が剥がれやすく、また、埋め込み磁石型ロータの場合は、磁石の保持の必要もあって、エンドプレートが用いられる。 The rotating electrical machine is configured to include a stator and a rotor, and both the stator and the rotor are formed by stacking core thin plates such as electromagnetic steel plates to form a stator core and a rotor core, respectively. In this case, for the purpose of preventing the laminated core thin plates from being peeled off, reinforcing plates called end plates or end plates are provided on both ends of the laminate. In particular, since the rotor rotates, the core thin plate is easily peeled off. In the case of an embedded magnet type rotor, an end plate is used because it is necessary to hold the magnet.
特許文献1には、電動機のロータとして、スリットで分割された磁路を有する電磁鋼板は遠心力に耐えられる最高回転数に限度があることを指摘している。そこで、非磁性の板を電磁鋼板の間に挟んで積層することを開示しており、その実施例の1つに、非磁性の板と電磁鋼板とを面接着して、エンドプレートを用いない構成が述べられている。 Patent Document 1 points out that there is a limit to the maximum number of rotations that can withstand centrifugal force as a magnetic steel sheet having a magnetic path divided by slits as a rotor of an electric motor. Therefore, it is disclosed that a nonmagnetic plate is sandwiched between electromagnetic steel plates, and in one of the embodiments, a nonmagnetic plate and an electromagnetic steel plate are bonded to each other, and an end plate is not used. The configuration is stated.
特許文献2には、マグネットトルクに合わせてリラクタンストルクも有効利用する永久磁石ロータにおいて、永久磁石の外縁とコアシートの外周円とで囲まれた領域A内に、コアシートを積層体として一体化するカシメピンのための穴を設けることが述べられている。そして、その穴を、領域Aの中央ではなく、コアシートの回転方向の後ろ側に偏位させることで、リラクタンストルクを有効に発生させることができると述べられている。 In Patent Document 2, in a permanent magnet rotor that effectively utilizes reluctance torque in accordance with magnet torque, the core sheet is integrated as a laminated body in a region A surrounded by the outer edge of the permanent magnet and the outer circumference of the core sheet. It is stated that a hole for the caulking pin is provided. Then, it is stated that the reluctance torque can be effectively generated by shifting the hole not to the center of the region A but to the rear side in the rotation direction of the core sheet.
エンドプレートを設けることで、回転電機の軸方向長さが長くなる。そこでエンドプレートを設けないエンドプレートレスロータが検討される。 Providing the end plate increases the axial length of the rotating electrical machine. Therefore, an end plateless rotor without an end plate is considered.
本発明の目的は、積層されるコア薄板の剥がれを抑制してエンドプレートレスロータを可能とする回転電機を提供することである。 An object of the present invention is to provide a rotating electrical machine that enables an end plateless rotor by suppressing peeling of laminated core thin plates.
本発明に係る回転電機は、予め定められたステータ厚さのステータコアを有するステータと、複数のコア薄板を軸方向に積層し、その積層厚さがステータ厚さよりも厚いロータコアと、ロータコアの軸方向両端にそれぞれ設けられ、ロータコア直径よりも大きく、かつステータコアの内径よりも大きい張出直径を有し、磁性体で構成される両端張出板と、を備え、ロータの軸方向端部にエンドプレートが設けられないことを特徴とする。 A rotating electrical machine according to the present invention includes a stator having a stator core having a predetermined stator thickness, a plurality of core thin plates laminated in the axial direction, a rotor core having a laminated thickness larger than the stator thickness, and an axial direction of the rotor core. Both ends, each having an overhanging diameter larger than the rotor core diameter and larger than the inner diameter of the stator core and made of a magnetic material, and an end plate at the axial end of the rotor Is not provided.
また、本発明に係る回転電機において、ステータコアは、周方向に沿って予め定めたスロット配置ピッチで配置される複数のスロットを有し、両端張出板の少なくとも一方側の張出板は、周方向にスロット配置ピッチに合わせた突出位置に配置され、ステータのスロットの開口形状の周方向に沿った内周側開口幅よりも小さい張出幅と、スロットの開口形状の中に入り込める外形を有し、ロータコア直径から張り出す複数の突出部を有することが好ましい。 In the rotating electrical machine according to the present invention, the stator core has a plurality of slots arranged at a predetermined slot arrangement pitch along the circumferential direction, and the extension plate on at least one side of the both end extension plates It is arranged at a protruding position that matches the slot arrangement pitch in the direction, and has an overhang width that is smaller than the inner circumferential side opening width along the circumferential direction of the opening shape of the stator slot, and an outer shape that can enter the opening shape of the slot. However, it is preferable to have a plurality of protrusions protruding from the rotor core diameter.
また、本発明に係る回転電機において、両端張出板の他方側の張出板は、ロータコア直径よりも大きい直径を有する円板であることが好ましい。 In the rotating electrical machine according to the present invention, it is preferable that the projecting plate on the other side of the both projecting plates is a disc having a diameter larger than the rotor core diameter.
上記構成により、回転電機は、ロータコアの軸方向両端に、ロータコア直径よりも大きく、かつステータコアの内径よりも大きい張出直径を有し、磁性体で構成される両端張出板がそれぞれ設けられる。磁性体である両端張出板は、ステータコアの上に張り出すので、回転電機が動作中において、ステータコアとの間に吸引力が生じる。これにより、エンドプレートがなくても、ロータコアの積層されるコア薄板を軸方向両側から押さえつけられ、積層されるコア薄板の間の斥力による剥がれを抑制することができる。 With the above configuration, the rotating electric machine is provided with both end projecting plates made of a magnetic material having a projecting diameter larger than the rotor core diameter and larger than the inner diameter of the stator core at both ends in the axial direction of the rotor core. Since the both-ends projecting plate which is a magnetic body projects on the stator core, an attractive force is generated between the stator core and the rotating electrical machine during operation. Thereby, even if there is no end plate, the core thin plate on which the rotor core is laminated can be pressed from both sides in the axial direction, and peeling due to repulsive force between the laminated core thin plates can be suppressed.
また、本発明に係る回転電機において、両端張出板の少なくとも一方側の張出板は、ステータのスロット配置ピッチに合わせて複数の突出部を有する。両端張出板の張出直径はステータコアの内径よりも大きいので、両端張出板が円板であると、そのままでは、両端張出板を取り付けたロータコアをステータの内径を通すことができない。そこで、ロータコアのみでステータコアの内径を通し、その後にロータコアに両端張出板を取り付けることになる。上記構成によれば、ステータのスロットを通ることができる突出部を有する張出板を用いるので、回転電機の組立作業性が改善される。 In the rotating electrical machine according to the present invention, the extended plate on at least one side of the both-end extended plate has a plurality of protrusions in accordance with the slot arrangement pitch of the stator. Since the projecting diameter of the both end projecting plates is larger than the inner diameter of the stator core, if the both end projecting plates are discs, the rotor core to which the both end projecting plates are attached cannot pass through the inner diameter of the stator. Therefore, only the rotor core passes through the inner diameter of the stator core, and thereafter, both end projecting plates are attached to the rotor core. According to the above configuration, since the overhanging plate having the protruding portion that can pass through the slot of the stator is used, the assembly workability of the rotating electrical machine is improved.
また、本発明に係る回転電機において、両端張出板の他方側の張出板は、ロータコア直径よりも大きい直径を有する円板である。このように、一方側の張出板をステータのスロットを通ることができる突出部を有するものとし、他方側の張出板を円板とすることで、回転電機の組立作業性が向上する。 In the rotating electrical machine according to the present invention, the other extension plate of the both end extension plates is a disc having a diameter larger than the rotor core diameter. As described above, the projecting portion on one side has a protruding portion that can pass through the slot of the stator, and the projecting plate on the other side is a disk, so that the assembly workability of the rotating electrical machine is improved.
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、回転電機のロータコアおよびステータコアのコア薄板を電磁鋼板として説明するが、電磁鋼板以外の磁性薄板であってもよい。また、ステータコアは、電磁鋼板の積層型でなくてもよい。例えば、成形コアであってもよい。また、回転電機のロータとして、永久磁石がロータコアに埋め込まれる埋め込み磁石型を説明するが、永久磁石の配置は埋め込み型でなくてもよい。また、永久磁石を用いないリラクタンス型ロータであってもよい。 Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Below, the core thin plate of the rotor core of a rotary electric machine and a stator core is demonstrated as an electromagnetic steel plate, However, Magnetic thin plates other than an electromagnetic steel plate may be sufficient. The stator core may not be a laminated type of electromagnetic steel sheets. For example, a molded core may be used. Further, an embedded magnet type in which a permanent magnet is embedded in a rotor core will be described as a rotor of a rotating electrical machine, but the arrangement of the permanent magnet may not be an embedded type. Moreover, the reluctance type | mold rotor which does not use a permanent magnet may be sufficient.
以下で述べるコア薄板の枚数、両端張出板の枚数、ステータコアのスロットの数、張出板の突出部の数、寸法、材質、形状等は、説明のための例示であり、回転電機の仕様等に応じ、適宜変更が可能である。 The number of core thin plates, the number of both end projecting plates, the number of stator core slots, the number of projecting portions of the projecting plate, dimensions, material, shape, etc. described below are examples for explanation, and specifications of the rotating electrical machine It can be changed as appropriate according to the above.
以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。 Below, the same code | symbol is attached | subjected to the same element in all the drawings, and the overlapping description is abbreviate | omitted. In the description in the text, the symbols described before are used as necessary.
図1は、回転電機10の構造を説明する図である。回転電機10は、モータケース14と、ステータと、ロータとを含んで構成される。なお、図1では、ステータをステータコア20とコイルエンド24とに分けて示し、ロータを、ロータ軸12と、永久磁石34が埋め込まれるロータコア30と、両端張出板36,38に分けて示している。
FIG. 1 is a diagram illustrating the structure of the rotating
モータケース14に固定されるステータは、複数の電磁鋼板22を積層したステータコア20と、ステータコア20に巻回されるコイルで構成される。図1では、コイルがステータコア20の両端面からはみ出して突き出るコイルエンド24が示されている。電磁鋼板22の積層は、適当なカシメによって互いに密着して固定される。
The stator fixed to the
ロータ軸12は、ロータが取り付けられ、ステータとロータの協働によって発生する回転トルクを外部に取り出す軸で、回転電機10の出力軸に相当する。ロータ軸12は、図示されていない適当な軸受機構によって、モータケース14に回転自在に支持される。
The
ロータコア30は、コア薄板としての電磁鋼板32を複数枚積層して構成される。電磁鋼板32は、ステータコア20を構成する電磁鋼板22と同じ原材料薄板から打ち抜いたものが用いられる。すなわち、ロータコア30の各電磁鋼板32は、ステータコア20の電磁鋼板22と同じ材質、同じ厚さである。電磁鋼板32の積層も、ステータコア20の場合と同様に、適当なカシメによって互いに密着して固定される。なお、ロータコア30には軸方向に沿って磁石挿入孔が設けられ、この磁石挿入孔に永久磁石34が埋め込まれる。永久磁石は、ロータ磁極を形成する磁石である。
The
ロータコア30は、コア薄板である電磁鋼板32を軸方向に積層したものであるが、その積層厚さがステータコア20の積層厚さよりも厚い。これは、次に述べる両端張出板36,38がロータコア30の軸方向両端に設けられるため、ロータが回転したときに、両端張出板36,38がステータコア20の軸方向端部と接触しないようにするためである。図1では、ロータコア30の電磁鋼板32の1枚分の厚さだけステータコア20の積層厚さより厚くしてあるが、勿論、1枚分でなく、数枚分の厚さの差があるものとしてよい。
The
両端張出板36,38は、回転電機10のロータにおいて、エンドプレートを用いないで、ロータコア30の電磁鋼板32の間の剥がれを抑制するために設けられる磁性体の板である。両端張出板36,38は、ロータコア30の軸方向両端にそれぞれ設けられ、ロータコア30の直径よりも大きく、かつステータコア20の内径よりも大きい張出直径を有する。図1では、両端張出板36、38のうち、図面の上方側を一方側張出板36とし、下方側を他方側張出板38として区別して示した。そこで、以下では、両端張出板36,38を区別する必要のあるときは、一方側張出板36、他方側張出板38と呼ぶことにする。
The both-
一方側張出板36も他方側張出板38も、ともに、ロータコア30の電磁鋼板32と同じ厚さの電磁鋼板を所定の形状に打ち抜いたものを用いることができる。一方側張出板36、他方側張出板38も電磁鋼板を1枚用いるものとでき、あるいは、複数の電磁鋼板を積層して用いることもできる。ロータコア30と一方側張出板36、ロータコア30と他方側張出板38とは、適当なカシメによって互いに密着して固定される。一方側張出板36、他方側張出板38について、それぞれ複数の電磁鋼板を積層して構成する場合も同様に、適当なカシメによって互いに密着して固定される。カシメ以外に適当な接着材を用いて密着固定するものとしてもよい。
Both the one
両端張出板36,38は、外形が円形の円板とすることができる。その場合には、ロータコア30の軸方向両端に両端張出板36,38を設けると、その外径はステータコア20の内径よりも大きくなる。そこで、回転電機10を組み立てるときは、ロータコア30のみでステータコア20の内径を通し、その後にロータコア30の軸方向両端にそれぞれ
一方側張出板36と他方側張出板38を取り付けることになる。これに対し、両端張出板36,38の少なくとも一方側の張出板の形状を円板とせずに、ステータコアのスロットの開口形状の中に入り込める外形を有するものとすれば、ロータコア30に両端張出板36,38を組み立てた後で、その組立体をステータコア20の内径を通すことができる。
Both-
図2は、他方側張出板38を円板とし、一方側張出板36を円板でなく、複数の突出部44を有する張出板とする構成を示す図である。それぞれの突出部44は、ステータコア20において隣接するティース40によって区画されるスロット42の開口形状の中に入り込める外形を有する。ティース40とは、ステータコア20においてコイル巻線が巻回される歯状に突き出した部分で、スロット42は、コイル巻線が収納される開空間である。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration in which the other
一方側張出板36の突出部44は、周方向にスロット配置ピッチに合わせた突出位置に配置され、ステータコア20のスロット42の開口形状の周方向に沿った内周側開口幅よりも小さい張出幅と、スロット42の開口形状の内径寸法よりも小さい外径を有する。この外径は、他方側張出板38の直径と同じとされる。もっとも、他方側張出板38の直径を、一方側張出板36の突出部44の外径よりさらに大きくしてもよい。
The projecting
図3は、図2を分解したときのステータコア20の斜視図である。図4は、図2を分解したときに、ロータコア30に一方側張出板36と他方側張出板38を取り付けた状態の斜視図である。図3では、ステータコア20が16のティース40と16のスロット42を有する様子が示されている。これに対応し、図4では、一方側張出板36が、16の突出部44を有する様子が示される。
FIG. 3 is a perspective view of the
一方側張出板36の突出部44は、回転電機10の組立性を考慮して設定された形状であるので、スロット42の形状に合わせて、様々な形状を取りえる。図3では、3つの直線部分で構成されたスロット42であるが、スロット42の形状が曲線部分で構成される場合に、その曲線部分に入り込める曲線形状で突出部44の形状を設定することができる。また、図2から図4では、突出部44の数をスロット42の数と同じとしたが、配置をスロット42の配置ピッチに適合するようにして、スロット42の数よりも少ない突出部44の数としてもよい。例えば、上記の例で、突出部44の数を8としてもよく、12としてもよい。
On the other hand, the protruding
なお、上記では、他方側張出板38を円板として説明したが、勿論、他方側張出板38も一方側張出板36と同様に、突出部を有する張出板としても構わない。
In the above description, the other
上記構成の回転電機10の作用について図5を用いて説明する。図5は、ステータコア20の内径側と、ロータコア30の外径側についての拡大断面図である。ここでは、ステータコア20を構成する電磁鋼板22の1枚の厚さとロータコア30を構成する電磁鋼板32の1枚の厚さを同じとしてある。そして、ステータコア20の軸方向端部に対し、電磁鋼板32の1枚分の厚さだけ、ロータコア30が軸方向に突き出している。他方側張出板38は、電磁鋼板22、電磁鋼板32と同じ厚さの電磁鋼板を2枚積層したものとして示されている。
The operation of the rotating
図5では、回転電機10として、図示されていない巻線コイルによってステータコア20の1つのティース40がS極に励磁され、ロータコア30がN極となっている場合が示されている。ロータコア30を構成する各電磁鋼板32は、渦電流を抑制するために表面が絶縁被覆されたコア薄板とされるが、各電磁鋼板32には、ステータコア20から同じ方向に磁束が流れることによる相互斥力が働く。図5では、各電磁鋼板32がN極となることで、この相互斥力が働くことを示している。
FIG. 5 shows a case where one
この互いに反発する斥力は、ロータコア30のどの部分でも、隣接する電磁鋼板32の間で生じるが、最端部においては、その外側に電磁鋼板32がないために、その斥力が、外向きの剥離力として働く。ここで、ロータコア30の最端部において、電磁鋼板の他方側張出板38が配置されているので、この他方側張出板38のステータコア20の軸方向端部に向かい合う面はN極である。したがって、N極の他方側張出板38とS極のステータコア20との間に吸引力が働く。図5ではこの吸引力を白抜き矢印で示した。
The repulsive forces that repel each other are generated between the adjacent
この吸引力は、他方側張出板38が、ロータコア30の直径よりも大きく、かつステータコア20の内径よりも大きい張出直径を有し、ステータコア20の軸方向端部を覆うように張り出すことで生じる。この吸引力の大きさは、ステータコア20の内径とロータコア30の直径との差であるギャップ隙間の大きさに関係しない。
The suction force is such that the other
この吸引力は、一方側張出板36とこれに向かい合うステータコア20の軸方向端部との間にも生じる。したがって、ロータコア30は、軸方向両端部において、一方側張出板36と他方側張出板38とによって、互いに反対向きの押付力を受ける。これによって、エンドプレートがなくても、ロータコア30の軸方向端部における電磁鋼板32の軸方向剥がれを抑制することができる。なお、複数枚の電磁鋼板で他方側張出板38を構成しても、図5に示すように、他方側張出板38を構成する各電磁鋼板は、1枚の中でN極とS極を有するので、軸方向端部における電磁鋼板が軸方向外側に剥離することはない。一方側張出板36においても同様である。
This suction force is also generated between the one
図6と図7は、比較のために、エンドプレート50を用いる従来技術の回転電機11の構成を示す図である。図6は図1に対応し、図7は図5に対応する。この回転電機11は、ロータコア31の軸方向端部にそれぞれエンドプレート50を設け、エンドプレート50を含めたロータの軸方向長さをステータコア20の軸方向長さと同じとしてある。
FIG. 6 and FIG. 7 are diagrams showing the configuration of a conventional rotating electrical machine 11 that uses an
この構成のままでエンドプレート50を省略すると、ステータコア20の軸方向長さよりもロータコア31の軸方向長さが短い。その場合の端部の様子は図7に示されるようになる。すなわち、ロータコア31の端部は、ステータコア20の端部からΔSだけ引き下がった位置となる。これによって、ロータコア31の最端部の電磁鋼板39には、剥離力43の他に、ステータコア20からの吸引力51で上向きに引き上げられるような力が働き、より剥離が起こりやすくなっている。したがって、従来技術の回転電機11では、エンドプレート50を省略することができなくなっている。
If the
本発明に係る回転電機は、コア薄板を積層するロータコアを有する回転電機として利用できる。 The rotating electrical machine according to the present invention can be used as a rotating electrical machine having a rotor core on which core thin plates are laminated.
10,11 回転電機、12 ロータ軸、14 モータケース、20 ステータコア、22,32 電磁鋼板、24 コイルエンド、30,31 ロータコア、34 永久磁石、36,38 両側張出板、39 (最端部の)電磁鋼板、40 ティース、42 スロット、43 剥離力、44 突出部、50 エンドプレート、51 吸引力。 10, 11 Rotating electric machine, 12 Rotor shaft, 14 Motor case, 20 Stator core, 22, 32 Magnetic steel sheet, 24 Coil end, 30, 31 Rotor core, 34 Permanent magnet, 36, 38 Both side extended plate, 39 (at the end ) Electrical steel sheet, 40 teeth, 42 slots, 43 peel force, 44 protrusion, 50 end plate, 51 suction force.
Claims (3)
複数のコア薄板を軸方向に積層し、その積層厚さがステータ厚さよりも厚いロータコアと、
ロータコアの軸方向両端にそれぞれ設けられ、ロータコア直径よりも大きく、かつステータコアの内径よりも大きい張出直径を有し、磁性体で構成される両端張出板と、
を備え、ロータの軸方向端部にエンドプレートが設けられないことを特徴とする回転電機。 A stator having a stator core of a predetermined stator thickness;
A plurality of core thin plates are laminated in the axial direction, and the laminated core is thicker than the stator thickness,
Both end projecting plates each provided at both axial ends of the rotor core, having a projecting diameter larger than the rotor core diameter and larger than the inner diameter of the stator core, and made of a magnetic material;
And an end plate is not provided at the axial end of the rotor.
ステータコアは、周方向に沿って予め定めたスロット配置ピッチで配置される複数のスロットを有し、
両端張出板の少なくとも一方側の張出板は、
周方向にスロット配置ピッチに合わせた突出位置に配置され、ステータのスロットの開口形状の周方向に沿った内周側開口幅よりも小さい張出幅と、スロットの開口形状の中に入り込める外形を有し、ロータコア直径から張り出す複数の突出部を有することを特徴とする回転電機。 In the rotating electrical machine according to claim 1,
The stator core has a plurality of slots arranged at a predetermined slot arrangement pitch along the circumferential direction,
The overhanging plate on at least one side of the both end overhanging plate is
It is arranged at the projecting position according to the slot arrangement pitch in the circumferential direction, and has an overhang width smaller than the inner circumferential side opening width along the circumferential direction of the opening shape of the stator slot, and an outer shape that can enter the opening shape of the slot. A rotating electrical machine having a plurality of protrusions extending from a rotor core diameter.
両端張出板の他方側の張出板は、ロータコア直径よりも大きい直径を有する円板であることを特徴とする回転電機。 The rotating electrical machine according to claim 2,
The rotating electrical machine according to claim 1, wherein the projecting plate on the other side of the projecting plates on both ends is a disc having a diameter larger than the diameter of the rotor core.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20140902 |