JP2014075900A

JP2014075900A - 回転電機

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Publication number: JP2014075900A
Application number: JP2012221799A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Tsurumi; 祐輔鶴見; Ryuichi Takiguchi; 隆一瀧口; Yoshio Yoshikuwa; 義雄吉桑; Yuji Takizawa; 勇二滝澤; Yusuke Morita; 友輔森田; Susumu Hiroya; 迪廣谷; Masatsugu Nakano; 正嗣中野; Satoru Akutsu; 悟阿久津; Toyoaki Arido; 豊秋有働
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-10-04
Filing date: 2012-10-04
Publication date: 2014-04-24
Anticipated expiration: 2032-10-04
Also published as: JP5889157B2

Abstract

【課題】振動や騒音防止のためステータをボルトのみでハウジングに固定してフレームと非接触にする手法は、分割されたステータの場合には保持が困難であった。
【解決手段】ロータ１の周囲を包囲するステータ４として周方向に分割された分割鉄心４２と、前記ステータの周りを包囲する筒状のフレーム２と、該フレームの軸方向の一側部及び他側部に設けられて前記ロータの軸受を保持する一対のハウジング部（ハウジング３）を備えたものであって、外径が前記フレームの内径よりも小径の円筒状に形成され、内周側で前記分割鉄心を保持するように形成されたステータ保持部５１と、ステータ保持部の軸方向一端部外側における周方向の所定の複数箇所を軸心方向に突出させた接触面積低減部５２をもつ保持リング５を備え、接触面積低減部をハウジング部の何れか一方に固定することでステータとフレームを非接触とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば電動パワーステアリング用モータ等として好適に用いられる回転電機に係り、特に騒音や振動を低減した回転電機に関するものである。

例えば電動パワーステアリング用モータの場合、可変速モータであるので、使用回転域は低速域から高速域までにわたる。高速域ではステータが振動して騒音が発生する上に、モータの共振周波数と共振を起こすような振動が発生する回転数でもステータが振動して騒音が発生する。このように、可変速モータでは騒音が問題となるが、モータから発生する騒音や振動を低減させることが乗員にとっての快適性の向上につながる。近年、モータから発生する騒音や振動を低減させるため、ステータとフレームを非接触とするモータが登場している。例えば、ステータとフレームを非接触とし、両者の隙間に制振部材を挿入して振動・騒音の低減を図るようにしたものがある（例えば特許文献１参照）。
また、ステータをハウジングにボルトで固定することにより、ステータとフレームを非接触にする対策も知られている。

特開２００６−１６６５５４号公報（第１頁、図１）

上記のような従来の技術においては、ステータの鉄心が周方向に分割された構造のものでは、振動と騒音の伝達を防ぐためにステータをフレームと非接触にし、かつ、分割鉄心を高精度に保持することは困難であるという課題があった。また、ステータをボルトのみでハウジングに固定してフレームと非接触にする方法は、ステータの振動がフレームに伝わらないので振動と騒音の低減に有効ではあるが、周方向に分割されたステータコアを高精度に保持することは困難であるという課題があった。
また、電動パワーステアリング装置に組み付ける場合には周囲の空間に余裕が無く、モータ外部にさらに制振材や防音材を搭載するのは困難であった。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、周方向に分割された分割鉄心を用いたステータをフレームと非接触にしながら、かつ、分割鉄心を高精度に保持することができる回転電機を提供することにある。

この発明に係る回転電機は、ロータの周りを間隙を介して包囲するステータとして周方向に複数に分割された分割鉄心と、前記ステータのまわりを包囲する筒状のフレームと、このフレームの軸方向の一側部及び他側部に設けられて前記ロータの軸受を保持する一対のハウジング部を備えた回転電機であって、外径が前記フレームの内径よりも小径の円筒状に形成され、内周側で前記分割鉄心を保持するように形成されたステータ保持部と、このステータ保持部の軸方向一端部外側領域における周方向の所定の複数箇所を軸心方向に突出させた接触面積低減部を有する保持リングを備え、前記接触面積低減部を前記一対のハウジング部の何れか一方に対して固定することにより前記ステータと前記フレームを非接触とするようにしたものである。

本発明によれば、周方向に分割されたステータを高精度に保持しつつ、例えば可変速モータとして用いても振動と騒音が低減された回転電機を得ることができる。

本発明の実施の形態１による回転電機の回転軸心を含む断面の上半分を模式的に示す断面図である。図１に示された保持リングの正面図である。図２の保持リングのＳ３−Ｓ３線における断面端面図である。図１に示されたステータの断面図である。図１のフレーム、保持リング、及びステータのＳ５−Ｓ５線における矢視断面図である。本発明の実施の形態２による回転電機の回転軸心を含む断面の上半分を模式的に示す断面図である。図６に示されたハウジングの断面図である。本発明の実施の形態３による回転電機の回転軸心を含む断面の上半分を模式的に示す断面図である。図８のハウジングと保持リングのＳ９−Ｓ９線における矢視断面図である。図８に示されたハウジングの断面図である。本発明の実施の形態４による回転電機におけるフレームと保持リングとステータの断面図（図５の矢視断面図に相当）である。本発明の実施の形態５による回転電機におけるフレームと保持リングとステータの断面図（図５の矢視断面図に相当）である。本発明の実施の形態６による回転電機におけるフレームと保持リングとステータの断面図（図５の矢視断面図に相当）である。本発明の実施の形態７による回転電機におけるフレームと保持リングとステータの断面図（図５の矢視断面図に相当）である。本発明の実施の形態８による回転電機の回転軸心を含む断面の上半分を模式的に示す断面図である。図１５に示されたフレーム、保持リング、及びステータのＳ１６−Ｓ１６線における矢視断面図である。本発明の実施の形態９による回転電機の回転軸心を含む断面の上半分を模式的に示す断面図である。図１７に示された保持リングの正面図である。図１８の保持リングのＳ１９−Ｓ１９線における断面端面図である。図１７に示されたステータの断面図である。図１７に示されたフレーム、保持リング、及びステータのＳ２１−Ｓ２１線における矢視断面図である。本発明の実施の形態１０による回転電機の回転軸心を含む断面の上半分を模式的に示す断面図である。図２２に示されたハウジングの断面図である。本発明の実施の形態１１による回転電機の回転軸心を含む断面の上半分を模式的に示す断面図である。図２４に示された保持リングの正面図である。図２５の保持リングのＳ２６−Ｓ２６線における断面端面図である。図２４に示されたフレーム、保持リング、及びステータのＳ２７−Ｓ２７線における矢視断面図である。図２４に示されたステータ保持板の正面図である。図２８のステータ保持板のＳ２９−Ｓ２９線における断面図である。本発明の実施の形態１２による回転電機におけるフレームと保持リングとステータの断面図（図５の矢視断面図に相当）である。ステータの径方向に変位する振動モードを説明する図である。ステータのハウジングに対する当接面の軸方向反対側が径方向に変位した状態を説明する図である。ステータをフレームに圧入した回転電機を構造解析した際の解析対象を示す参考図である。保持リングを用いた本発明の回転電機の参考図である。図３４の解析対象で用いた保持リングの図である。接触面積低減部が無い保持リングを用いた回転電機の比較図である。図３６の保持リングを示す図である。図３３のステータをフレームに圧入した回転電機と、図３４の本発明の回転電機について、フレーム外周面の平均変位量を比較した図である。保持リングを用いた回転電機で、図３６の接触面積低減部が無い保持リングを用いた回転電機と、図３４の本発明の回転電機について、フレーム外周面の平均変位量を比較した図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１に係る回転電機を電動パワーステアリング用として構成した場合について、図１から図５を参照して説明する。なお、図１は本発明の実施の形態１による回転電機の回転軸心を含む断面の上半分を模式的に示す断面図である。また、全ての図面を通じて同一符号は同一または相当部分を示している。図１において、回転電機は、回転駆動するロータ鉄心１１の外周側に永久磁石１２を有するロータ１と、この例では大略有底円筒状のフレーム２及びハウジング３にそれぞれ設置された左右一対の軸受２１及び軸受３１を介して回転自在に支承された回転軸１３が一体に回転駆動するように設けられ、さらに永久磁石１２と対面する位置に配設された電機子巻線４１と分割鉄心４２からなる円筒状のステータ４がハウジング３に固定されて成っている。ステータ４は、回転軸１３の軸心Ｏと同心に配置された円筒状の保持リング５に挿入され固定されている。

なお、図示の例ではフレーム２を有底円筒状としたが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えばこの発明ではフレーム２の外周部の形状は四角形や六角形などの筒状であってもよい。また、ハウジング部の機能を有するフレーム２の底部からなるハウジング部２ａは、図の右側のハウジング３と同様に別部材で構成しても差し支えない。

図２は前記保持リング５の正面図である。保持リング５は軸方向の長さがステータ４の長さと略同一でそのステータ４の外周を保持する円筒状のステータ保持部５１と、このステータ保持部５１の軸方向一端部外側領域における周方向の所定の複数箇所（図では８個所）を図２に示すように軸心方向に突出させた接触面積低減部５２によって構成されている。ステータ保持部５１がステータ４の外周面と接触するため、フレーム２に圧入することなく、分割鉄心４２を用いたステータ４を径方向に高精度に保持することができる。

図３は、図２に示す保持リング５のＳ３−Ｓ３線における矢視断面端面図である。円筒状のステータ保持部５１と、接触面積低減部５２は一体に形成されている。接触面積低減部５２にはステータ４の一端面（図の右側で、この例では固定側となる）に当接するステータ当接面５２ａと、ハウジング３に当接されるハウジング当接面５２ｂが形成されている。保持リング５は、例えばろう付け、溶接、接着、嵌め合い等、特に限定されない公知の適宜の固定手段によってハウジング３の機内側の面に固定されている。接触面積低減部５２のステータ当接面５２ａがステータ４の軸方向端部と接触するため、分割鉄心４２からなるステータ４を軸方向に高精度に保持することができる。なお、このとき、全ての分割鉄心４２が接触面積低減部５２と接触することが望ましい。

上記のように構成することで、分割鉄心４２からなるステータをフレーム２に圧入すること無しにステータ４全体を高精度に保持することが可能となる。さらに、接触面積低減部５２のステータ当接面５２ａは周方向に所定角度で離間するように形成されているため、ステータ４と保持リング５の接触面積が低減されるとともに、同様に周方向に離間して形成されたハウジング当接面５２ｂがハウジング３と接触するため、保持リング５とハウジング３の接触面積をも低減する効果がある。これにより、ステータ４からハウジング３への振動伝達率を低減させることができ、回転電機の振動や騒音を低減することができる。保持リング５とフレーム２は非接触であるため、振動・騒音が、ステータ４からフレーム２に直接伝達することを防止できる。

図４は図１に示されたステータの断面図である。図４において、ステータ４は、薄い鋼板を重ねて積層した分割鉄心４２と、ステータ内周側に開口するように周方向に所定ピッチで複数個設けられ、中心軸方向に延びるティース４２ａに装着された電機子巻線４１とを備えている。分割鉄心４２は、この例ではティース４２ａごとにコアバックが周方向に分割されている。図５は、図１に示されたフレーム２、保持リング５、及びステータ４のＳ５−Ｓ５線における矢視断面図である。図５において、ステータ４は保持リング５に挿入されている。保持リング５があることにより、周方向に分割された複数の分割鉄心４２からなるステータ４を高精度に保持することが可能となる。なお、フレーム２は保持リング５の外側に、振動や偏倚などで互いに接触することのない所定の間隙Ａを保持するように形成されており、両者は非接触である。

次に、保持リング５の効果を確かめるために行われた構造解析について説明する。解析する対象物の形状は、図３３から図３７に示した。何れの図も図の左側に軸方向から見た図、その右側に軸心に沿った縦断面図を示している。なお、図３３は、ステータ４をフレーム２に挿入した回転電機を再現している。また、図３４は保持リング５を用いた本発明の回転電機を再現している。図３５には保持リング５のみの図面を示した。まずは、保持リング５の効果を確かめるため、図３３と図３４のステータ４の内周面に加振力を与えてフレーム２の変位を比較した。与える加振力は、振幅が２Ｎ（ニュートン）、周波数が１０００Ｈｚで、ステータ４の内周面に面と垂直の方向へ均一に加えた。また、全ての部品の材質を鉄とした。鉄の密度は７８７０ｋｇ／ｍ^３、ヤング率は２０６ＧＰａとした。それぞれの形状のフレーム外周面の平均変位量を、図３８に示した。

図３８より、本発明の回転電機はステータ４をフレーム２に挿入した回転電機と比べて、フレーム２の変位を約１００分の１にする効果があることが分かる。また、接触面積低減部５２の効果を確認するために構造解析を行った。図３６に接触面積低減部５２が無い保持リング５を用いた回転電機を示した。図３７に接触面積低減部５２が無い保持リング５の図面を示した。図３７の保持リング５は、接触面積低減部５２のかわりに内周面の直径を狭くしてステータ４を当接させる内周面段差を設け、ステータ４の図の左端面の全面が当接するようになっている。図３７の保持リング５は、接触面積低減部５２を用いた図３５の保持リング５と比べてステータ４に当接する面とハウジング３に当接する面が大きいため振動伝達率を低減させる効果が小さいと予想される。

解析では全ての部品の材質を鉄とした。鉄の密度を７８７０ｋｇ／ｍ^３、ヤング率を２０６ＧＰａとした。与える加振力は、同様に振幅が２Ｎ（ニュートン）、周波数が１０００Ｈｚで、ステータ４の内周面に面と垂直の方向へ均一に加えた。図３７の保持リング５を用いた時のフレーム外周面の平均変位量を図３９に示すとともに、接触面積低減部５２がある場合と比較した。図３９より、接触面積低減部５２はフレーム外周面の振動を低減する効果があると分かる。以上の解析により、本発明の効果が確認された。

また、前記解析で示した効果に加えて、ステータ４とハウジング３が保持リング５の接触面積低減部５２のみを介して固定されることにより剛性が下がり共振周波数が低下するため、振動伝達率を低減させる効果がある。減衰強制振動では、振動する系の共振周波数を小さくすると振動伝達率が低下するからである。それぞれの回転電機に適した共振周波数を実現するためには、接触面積低減部５２のステータ当接面５２ａとハウジング当接面５２ｂの面積を調節すればよい。さらに、保持リング５の材質を熱伝導性の高い金属とすることにより、放熱性を高めることができる。

回転電機の回転時にステータ４は主に径方向の力を受け、ステータ４は図３１の（ａ）２次モード、（ｂ）３次モード、（ｃ）４次モードのように径方向に変位する振動モードを持つ。なお、図３１で示した振動モードよりも高次のモードも存在し、同様に径方向に変位する。本発明では、保持リング５の効果により、ステータ４の外周面とフレーム２の内周面が非接触であり、径方向に変位する振動がステータ４からフレーム２に伝達するのを防止できる。ハウジング３に伝わる振動に関しても、保持リング５の接触面積低減部５２の振動伝達率を低減する効果により、ステータ４からハウジング３へ伝達するのを防止できる。これらの効果により、回転電機の振動や騒音を低減することができる。また、製品の分解性に優れ、生産工程およびリサイクル工程での環境負荷低減にも寄与し得るものである。

なお、実施の形態１では、大略有底円筒状のフレーム２の開口部をハウジング３が塞いでいる形状で、保持リング５をそのハウジング３の機内側の面に固定した回転電機について説明したが、これに限定されるものではない。要するに、分割鉄心４２からなるステータ４の外周部を保持した保持リング５がフレーム２の内周面に対して非接触で、保持リング５の接触面積低減部５２がハウジング３またはハウジング３に相当する部分（本書ではそれらを包含して「ハウジング部」と呼ぶ）に固定されていればよい。例えば、接触面積低減部５２を図１の右側のハウジング３に固定する代わりに、有底円筒状のフレーム２におけるハウジングに相当する機能を果たしているハウジング部２ａに固定するようにしても良い。また、ハウジング３がフレームの両端部に設けられているもの（図示省略）に適用しても同様の効果が期待できる。

実施の形態２．
図６は本発明の実施の形態２による回転電機の回転軸心を含む断面の上半分を模式的に示す断面図、図７は図６に示されたハウジングの断面図である。図において、ハウジング３の機内側の面には保持リング５の端部を嵌入するための段差によって形成された保持リング嵌合部３２が設けられている。ステータ４は、回転軸１３と同心に配置された実施の形態１と同様の円筒状の保持リング５に挿入・保持され、接触面積低減部５２をハウジング３の保持リング嵌合部３２に嵌合され、例えばろう付け、溶接等適宜の固定手段によってハウジング３に固定されている。その他の構成は実施の形態１と同様である。

上記のように構成された実施の形態２においては、回転電機の組立て時に保持リング５の位置決めをするのが容易であるとともに、保持リング５の図の右端部がハウジング３の保持リング嵌合部３２に嵌合により固定されるため、保持リング５が図３１のように径方向に変位する振動モードを低減できるという効果も得られる。

実施の形態３．
図８は本発明の実施の形態３による回転電機の回転軸心を含む断面の上半分を模式的に示す断面図、図９は図８のハウジングと保持リングのＳ９−Ｓ９線における矢視断面図、図１０は図８に示されたハウジングの断面図である。図において、保持リング５の接触面積低減部５２を設けている側の端部は、ハウジング３を径方向に貫通して接触面積低減部５２の外周面を望むように設けられた複数（ここでは３つ）のねじ孔３３に機外側から径方向に螺入された固定ねじからなる締結部材６を用いて径方向に押止されている。その他の構成は実施の形態１と同様である。

上記のように構成された実施の形態３においては、嵌合する段差がないことにより、保持リング５の外周面はハウジング３の内周面と接触せず、締結部材６のみによって径方向に押止されるため、保持リング５からハウジング３への振動・騒音の伝達を低減することができる。さらに、締結部材６の締め具合を調節することにより、ステータ４が回転軸１３と同心をとるように調整することができる。また、回転電機の回転時にステータ４は主に径方向の力を受け、ステータ４と保持リング５は図３１のように径方向に変位する振動モードを持つため、締結部材６の個数を適切に選ぶことにより、ロータ１の回転によって起こるステータ４と保持リング５の周期的な変形を低減できる。例えば、ステータ４と保持リング５が図３１の２次モードで大きく振動する場合、締結部材６の個数は２次の整数倍となる２ｎ個とならないことが望ましい。

なぜならば、ステータ４と保持リング５が２次モードで振動した場合、振動の節になる部分が締結部材６の押止箇所と一致して振動が大きくなるからである。そこで、締結部材６の個数を２次の整数倍とならないようにして押止箇所が振動の節と一致しないようにすることで、ステータ４と保持リング５の周期的な変形を低減できる。一般的に、ｍ次モードの振動が大きくなる場合は、締結部材６の個数がｍ次の整数倍とならないように締結部材の個数をｍｎ個とならないようにすればよい。

実施の形態４．
図１１は本発明の実施の形態４による回転電機におけるフレームと保持リングとステータの断面図（図５の矢視断面図に相当）である。図１１において、ステータ４は回転軸１３と平行な方向に等間隔で延伸する凸条４２１を有し、保持リング５のステータ保持部５１にはステータ４の凸条４２１に対向する凹溝５１１が各々形成され、互いに係合されている。ステータ４は保持リング５に対して周方向に位置決めされていると共に、軸方向にステータ４が挿入されている。このため、実施の形態１に比べて回転電機の組立て時にステータ４の位置決めをするのが容易であると共に、ステータ４から保持リング５へのトルクの伝達を確実にすることができる。なお、凸条４２１と凹溝５１１の位置関係は入れ替えても良く、ステータ４に凹溝、保持リング５に凸条を設けることもできる。

実施の形態５．
図１２は本発明の実施の形態５による回転電機におけるフレームと保持リングとステータの断面図（図５の矢視断面図に相当）である。図１２において、ステータ４は回転軸１３と平行な方向に等間隔で延伸する凸条としてのキー４２２を有し、保持リング５にはステータ４のキーに対向する凹溝としてのキー溝５１２が各々形成され、互いに係合されている。ステータ４は保持リング５に対して周方向に位置決めされていると共に、軸方向にステータ４が挿入されている。
このため、実施の形態１に比べて回転電機の組立時にステータ４の位置決めをするのが容易であると共に、ステータ４から保持リング５へのトルクの伝達を確実にすることができる。なお、キーとキー溝の位置関係は入れ替えても良く、ステータ４にキー溝、保持リング５にキーを設けることもできる。

実施の形態６．
図１３は本発明の実施の形態６による回転電機におけるフレームと保持リングとステータの断面図（図５の矢視断面図に相当）である。図１３において、保持リング５のステータ保持部５１には回転軸１３と平行な方向に等間隔で延伸され軸心方向に突出された突出部５１３を有している。突出部５１３はステータ４のティース４２ａの中心軸に周方向で一致する位置の外周面に接触しており、ティース４２ａ後部の外周面以外は保持リング５と非接触である。
ステータ４の外周面と保持リング５のステータ保持部５１の内周面が接触しないことにより、ステータ４から保持リング５への振動伝達率を低減させることができる。すなわち、図３１のようにステータ４が径方向に変位する振動の伝達を低減できる。実施の形態１の効果と合わせて、振動と騒音の低減効果を更に高めることができる。

実施の形態７．
図１４は本発明の実施の形態７による回転電機におけるフレームと保持リングとステータの断面図（図５の矢視断面図に相当）である。図１４において、ステータ４の分割鉄心４２の外周面には図示されていない回転軸１３と平行な方向に等間隔で延伸する係止突部４２３を有している。係止突部４２３の突出端部はティース４２ａの中心軸に周方向で一致する位置のステータ保持部５１の内周面に接触され、ティース４２ａの中心軸に周方向で一致する位置の内周面以外は保持リング５と非接触である。
上記実施の形態７によれば、ステータ４の係止突部４２３と保持リング５のステータ保持部５１の内周面のみが接触しているので、ステータ保持部５１の内周面とステータ４の外周面が直接接触しないことにより、ステータ４から保持リング５への振動伝達率を低減させることができる。すなわち、図３１のようにステータ４が径方向に変位する振動の伝達を低減できる。実施の形態１の効果と合わせて、振動と騒音の低減効果を更に高めることができる。

実施の形態８．
図１５は本発明の実施の形態８による回転電機の回転軸心を含む断面の上半分を模式的に示す断面図、図１６は図１５に示されたフレーム、保持リング、及びステータのＳ１６−Ｓ１６線における矢視断面図である。図において、保持リング５Ｍはモールド材からなり、ステータ保持部５１Ｍと接触面積低減部５２Ｍの他、ステータ４におけるハウジング３の逆側もモールド材で一体的に封入されている。そして、筒状のステータ保持部５１Ｍから、図１６に示すように、電機子巻線４１が入るスロット部分にまで跨ってモールド材で一体的に充填されている。その他の構成は実施の形態１と略同様である。

上記のように構成された実施の形態８においては、ステータ４のハウジング３と逆側の端部もモールド材で封入されているため、ステータ４の外周を保持するステータ保持部５１Ｍとスロットに充填されたモールド材は連続しているため、ステータ４と保持リング５Ｍを先に一体としてからハウジング３に組み付けることができるとともに、電機子巻線４１で発生した熱を効率的に逃がすことができ放熱性を高めることができる。

実施の形態９．
図１７は本発明の実施の形態９による回転電機の回転軸心を含む断面の上半分を模式的に示す断面図、図１８は図１７に示された保持リングの正面図、図１９は図１８の保持リングのＳ１９−Ｓ１９線における断面端面図、図２０は図１７に示されたステータの断面図、図２１は図１７に示されたフレーム、保持リング、及びステータのＳ２１−Ｓ２１線における矢視断面図である。なお、この実施の形態９は、ステータ４と保持リング５が締結部材、好ましくはネジやボルトによりハウジング３と締結されている点で実施の形態１の図１と異なっている。

即ち、ステータ４と保持リング５の接触面積低減部５２には軸方向に平行かつ同軸に貫通する通し穴Ｈが設けられている。接触面積低減部５２は分割された分割鉄心４２の各ティース部４２ａに対応して設けられ、通し穴Ｈは各ティース部４２ａと接触面積低減部５２に対応して、この例では合計８つ設けられている。そして、ハウジング３の半径方向の内面における通し穴Ｈに対応する各位置にはねじ穴３４がそれぞれ設けられ、ステータ４と保持リング５は各通し穴Ｈに挿通された合計８本の通しボルトからなる締結部材７をねじ穴３４に螺入し締結することよってハウジング３に対して固定されている。その他の構成は実施の形態１と同様である。

上記のように構成された実施の形態９においては、締結部材７を用いることにより、ステータ４と保持リング５をより安定的に保持できるとともに、トルクの伝達をより確実にすることができる。また、接触面積低減部５２のステータ当接面５２ａがステータ４の軸方向端部と接触するため、分割鉄心４２からなるステータ４を軸方向に高精度に保持することができる。このとき、全ての分割鉄心４２が触面積低減用凸部と接触するのが望ましい。こうすることで、分割鉄心４２からなるステータ４全体を高精度に保持することが可能となる。さらに、接触面積低減部５２はステータ４と保持リング５の接触面積を低減するとともに、接触面積低減部５２のハウジング当接面５２ｂがハウジング３と接触するため保持リング５とハウジング３の接触面積をも低減する効果がある。

これにより、ステータ４からハウジング３への振動伝達率を低減させることができ、回転電機の振動や騒音を低減することができる。加えて、ステータ４とハウジング３が保持リング５の接触面積低減部５２のみを介して固定されることにより剛性が下がり共振周波数が低下するため、振動伝達率を低減させる効果がある。減衰強制振動では、振動する系の共振周波数を小さくすると振動伝達率が低下するからである。それぞれの回転電機に適した共振周波数を実現するためには、接触面積低減部５２のステータ当接面５２ａとハウジング当接面５２ｂの面積を調節すればよい。さらに、保持リング５の材質を熱伝導性の高い金属とすることにより、放熱性を高めることができる。

回転電機の回転時にステータ４は主に径方向の力を受け、ステータ４は図３１のように径方向に変位する振動モードを持つ。なお、図３１で示した振動モードよりも高次のモードも存在し、同様に径方向に変位する。本発明では、保持リング５の効果により、ステータ４の外周面とフレーム２の内周面が非接触であり、径方向に変位する振動がステータ４からフレーム２に伝達するのを防止できる。ハウジング３に伝わる振動に関しても、保持リング５の接触面積低減部５２の振動伝達率を低減する効果により、ステータ４からハウジング３へ伝達するのを防止できる。これらの効果により、回転電機の振動や騒音を低減することができる。

実施の形態１０．
図２２は本発明の実施の形態１０による回転電機の回転軸心を含む断面の上半分を模式的に示す断面図、図２３は図２２に示されたハウジングの断面図である。図において、ステータ４には軸方向に複数の貫通孔が図２０の通し穴Ｈと略同様に設けられ、図の左方から右方に挿通されたボルトなどのステータ締結部材７１によって保持リング５の接触面積低減部５２に対して締結されている。そして、保持リング５は、ハウジング３に図２３に示すように設けられた回転軸と平行で、前記ステータ締結部材７１の貫通孔とは中心軸が異なる位置の挿通孔３５の機外側から挿通された保持リング締結部材７２によってハウジング３と締結されている。このとき、ステータ４と締結されるステータ締結部材７１とハウジング３と締結される保持リング締結部材７２は中心軸が異なるために干渉することはない。その他の構成は実施の形態９と同様である。

上記のような実施の形態１０によれば、ステータ締結部材７１と、保持リング締結部材７２を用いることにより、ステータ４と保持リング５をより安定的に保持できるとともに、トルクの伝達をより確実にすることができる。さらに、保持リング５とハウジング３を締結する保持リング締結部材７２を、径方向の外側に配置することにより、より強いトルクを伝達することができるようになる。加えて、ステータ４と保持リング５がステータ締結部材７１で締結されているため、ステータ４と保持リング５を先に一体としてからハウジング３に組み付けることができる。

実施の形態１１．
図２４は本発明の実施の形態１１による回転電機の回転軸心を含む断面の上半分を模式的に示す断面図、図２５は図２４に示された保持リングの正面図、図２６は図２５の保持リングのＳ２６−Ｓ２６線における矢視断面端面図、図２７は図２４に示されたフレーム、保持リング、及びステータのＳ２７−Ｓ２７線における矢視断面図、図２８は図２４に示されたステータ保持板の正面図、図２９は図２８のステータ保持板のＳ２９−Ｓ２９線における矢視断面図である。なお、この実施の形態１１は、図２４に示すように、ステータ４における、ステータ固定側のハウジング３とは反対側の端面部に環状のステータ保持板８を同軸に配設し、このステータ保持板８を介してステータ４と保持リング５をハウジング３に対して締結部材７によって共締め、固定すると共に、ハウジング３の機外側から挿通されたステータ保持板締結部材７３によってステータ保持板８をステータ４と保持リング５と共にハウジング３に共締め、固定するようにしたものである。

図において、保持リング５の外周面には、図２５に示すように、ステータ保持板締結部材７３を避けるための凹部５１ａが回転軸１３と平行な方向に延伸され、周方向に等間隔で４箇所設けられている。ステータ固定側のハウジング３には、機外側からボルトからなるステータ保持板締結部材７３を挿通させるための貫通孔が軸方向にステータ保持板締結部材７３と同軸に設けられ、ステータ保持板８のステータ保持板締結部材７３に対応する位置には、そのステータ保持板締結部材７３の先端部と螺合するねじ穴が螺設されている。なお、ねじ穴はステータ保持板８に貫通されていても良い。なお、図２８、図２９において、ねじ穴は図示省略されている。

そして、ステータ保持板８、ステータ４、及び保持リング５の接触面積低減部５２には、回転軸１３と平行な方向に締結部材７を挿通するための通し孔Ｈが同軸に設けられている。通し穴Ｈの位置と数は、図１７に示す実施の形態９と同様であり、合計８個所設けられ、さらにハウジング３の機内側の径方向の面には締結部材７としてのボルトに螺合するねじ穴３４が同様に設けられている。その他の構成は実施の形態９と同様であるので説明を省略する。

上記のように構成された実施の形態１１において、ステータ４と保持リング５はステータ保持板側８から挿入された締結部材７を用いて締結されていることにより、ステータ４と保持リング５は回転軸１３方向の両側から押さえられるため、より安定的に保持できるとともに、トルクの伝達をより確実にすることができる。加えて、締結部材７をできるだけ径方向の外側に配置することにより、より強いトルクを伝達することができるようになると共に、ステータ４のハウジング３に当接する面と軸方向反対側が図３２の矢印Ｂに示すように径方向に変位してロータ１に対して偏心し、一方向に偏心による加振力を増大させ騒音となることを防ぐ効果がある。

また、接触面積低減部５２のステータ当接面５２ａがステータ４の軸方向端部と接触するため、分割鉄心４２からなるステータ４を軸方向に高精度に保持することができる。このとき、全ての分割鉄心４２が触面積低減用凸部と接触するのが望ましい。こうすることで、分割鉄心４２からなるステータ４全体を高精度に保持することが可能となる。さらに、接触面積低減部５２はステータ４と保持リング５の接触面積を低減するとともに、接触面積低減部５２のハウジング当接面５２ｂがハウジング３と接触するため保持リング５とハウジング３の接触面積をも低減する効果がある。

また、図２７に示すように、保持リング５の外周面にある凹部５１ａに近接してハウジング３とステータ保持板８を締結するステータ保持板締結部材７３が通っている。保持リング５の外側にフレーム２があり、両者は非接触である。回転電機の回転時にステータ４は主に径方向の力を受け、ステータ４は図３１のように径方向に変位する振動モードを持つ。なお、図３１で示した振動モードよりも高次のモードも存在し、同様に径方向に変位する。本発明では、保持リング５の効果により、ステータ４の外周面とフレーム２の内周面が非接触であり、径方向に変位する振動がステータ４からフレーム２に伝達するのを防止できる。ハウジング３に伝わる振動に関しても、保持リング５の接触面積低減部５２の振動伝達率を低減する効果により、ステータ４からハウジング３へ伝達するのを防止できる。これらの効果により、回転電機の振動や騒音を低減することができる。

実施の形態１２．
図３０は本発明の実施の形態１２による回転電機におけるフレームと保持リングとステータの断面図（図５の矢視断面図に相当）である。図において、ステータ４は、薄い鋼板を重ねて積層した分割鉄心４２と、ステータ内周側に開口するように周方向に所定ピッチで複数個設けられ、中心軸方向に延びるティース４２ａに装着された電機子巻線４１とを備えている。ステータ４は周方向の分割幅が異なる分割鉄心４２からなる。具体的には、実施の形態１などと同様の中心角４５°の分割片４２Ａが４つと、中心角９０°の分割片４２Ｂが２つの合計６つのブロックによって構成されている。なお、ティース４２ａの数など、その他の構成は実施の形態１と同様である。

回転電機の回転時にステータ４は主に径方向の力を受け、ステータ４は図３１のように径方向に変位する振動モードを持つため、ステータ４の強度を場所によって変化させることにより、ロータ１の回転によって起こるステータ４の周期的な変形を低減できる。例えば、ステータ４が図３１の２次モードで大きく振動する場合、ステータ４の分割数は２次の整数倍となる２ｎ等分とならないことが望ましい。なぜならば、ステータ４が２次モードで振動した場合、振動の腹と節になる部分が強度の弱い分割部分と一致して振動が大きくなるからである。そこで、分割幅の異なる分割鉄心４２を用いて振動の腹と節が分割部分と一致しないようにすれば、ステータ４の周期的な変形を低減できる。ｍ次モードの振動が大きくなる場合は、ｍの整数倍で等分割しないように分割幅の異なる分割鉄心４２を用いればよい。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態の一部または全部を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ロータ、１１ロータ鉄心、１２永久磁石、１３回転軸、２フレーム、２ａハウジング部、２１軸受、３ハウジング（ハウジング部）、３１軸受、３２保持リング嵌合部、３３ねじ孔、３４ねじ穴、３５挿通孔、４ステータ、４１電機子巻線、４２分割鉄心、４２ａティース、４２Ａ、４２Ｂ分割片、４２１凸条、４２２キー（凸条）、４２３係止突部、５、５Ｍ保持リング、５１、５１Ｍステータ保持部、５１ａ凹部、５１１凹溝、５１２キー溝（凹溝）、５１３突出部、５２、５２Ｍ接触面積低減部、５２ａステータ当接面、５２ｂハウジング当接面、６締結部材、７締結部材、７１ステータ締結部材、７２保持リング締結部材、７３ステータ保持板締結部材、８ステータ保持板、Ａ間隙、Ｂ径方向への変位、Ｈ通し穴、Ｏ軸心。

Claims

ロータの周りを間隙を介して包囲するステータとして周方向に複数に分割された分割鉄心と、前記ステータのまわりを包囲する筒状のフレームと、このフレームの軸方向の一側部及び他側部に設けられて前記ロータの軸受を保持する一対のハウジング部を備えた回転電機であって、外径が前記フレームの内径よりも小径の円筒状に形成され、内周側で前記分割鉄心を保持するように形成されたステータ保持部と、このステータ保持部の軸方向一端部外側領域における周方向の所定の複数箇所を軸心方向に突出させた接触面積低減部を有する保持リングを備え、前記接触面積低減部を前記一対のハウジング部の何れか一方に対して固定することにより前記ステータと前記フレームを非接触としたことを特徴とする回転電機。
前記フレームは、前記一対のハウジング部の一方と一体の有底円筒状に形成されたものであることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
前記保持リングを固定する前記ハウジング部の半径方向の内面は、前記保持リングの固定側一端部と嵌合する段部からなる保持リング嵌合部を有し、前記保持リングを前記保持リング嵌合部に嵌入することで、前記ステータと前記ロータの回転軸との同心を取るようにした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。
前記ハウジング部を径方向に貫通して、前記保持リングの前記接触面積低減部の外周面を望むねじ孔を設け、そのねじ孔に螺合された固定ねじによって前記保持リングを固定するようにしたことを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の回転電機。
前記ステータの外周面と前記保持リングのステータ保持部の内周面の一方に回転軸と平行な方向に延在する凹溝を、他方に該凹溝と互いに係合する凸条を設けたことを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の回転電機。
前記保持リングのステータ保持部の内周面に、回転軸と平行な方向に延在し且つ周方向に等間隔で配置されて軸心方向に突出された複数の突出部を設け、この突出部の突出端部に前記ステータのティース部に対応する外周面を係止させて、前記ステータ保持部の内周面と前記ステータの外周面相互を非接触としたことを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の回転電機。
前記ステータの外周面に、回転軸と平行な方向に延び周方向に等間隔で突出された複数の係止突部を設け、この係止突部の突出端部を前記保持リングのステータ保持部の内周面に係止させて、前記ステータの外周面と前記ステータ保持部の内周面とを非接触としたことを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の回転電機。
前記保持リングがモールド材からなり、前記ステータを構成するティース部の電機子巻線を一体にモールドしてなることを特徴とする請求項１から請求項７の何れかに記載の回転電機。
前記ステータと前記保持リングの前記接触面積低減部を軸方向に平行かつ同軸に貫通する通し穴を設け、この通し穴に挿通された締結部材によって前記ステータと前記保持リングを前記一対のハウジング部の何れか一方に固定したことを特徴とする請求項１から請求項８の何れかに記載の回転電機。
前記ステータは該ステータを軸方向に貫通する貫通孔に挿通されたステータ締結部材によって前記保持リングの前記接触面積低減部に固定され、前記保持リングは前記一対のハウジング部の何れか一方を前記貫通孔とは異なる位置に貫通された挿通孔に挿通された保持リング締結部材によって該一対のハウジング部の何れか一方と固定されていることを特徴とする請求項１から請求項８の何れかに記載の回転電機。
前記ステータにおける、前記一対のハウジング部の内のステータ固定側の前記ハウジング部とは反対側の端面部に環状のステータ保持板を配設し、軸方向の締結部材によって、前記ステータと前記保持リングを前記ステータ保持板と共に前記ステータ固定側ハウジング部に固定したことを特徴とする請求項１から請求項８の何れかに記載の回転電機。
前記分割鉄心は、周方向に不等間隔で分割されていることを特徴とする請求項１から請求項１１の何れかに記載の回転電機。