JP2016052201A

JP2016052201A - 回転電機

Info

Publication number: JP2016052201A
Application number: JP2014176963A
Authority: JP
Inventors: 伊藤　亮; Akira Ito; 亮伊藤; 博志田; Hiroshi Shida
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2014-09-01
Filing date: 2014-09-01
Publication date: 2016-04-11

Abstract

【課題】振動の発生や鉄損の増加を抑制することができる回転電機を提供すること。【解決手段】円環状に配置される複数の分割コア３１と、複数の分割コア３１を収容する円筒状のハウジング２３とを有する回転電機１０であって、円環状に配置される複数の分割コア３１の軸線方向において、複数の分割コア３１を軸線方向でハウジング２３に固定するよう円弧状に形成された４個の半円環リング６１、６２、６３、６４を備える。【選択図】図５

Description

本発明は、円環状に配置される複数の分割コアを有する回転電機に関する。

従来、複数の分割コアにより環状のステータコアが形成され、このステータコアの外周面部がハウジングの内周面部に圧入や焼嵌めによって嵌め合わされる回転電機が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００９−１３１００６号公報

このような、ステータコアの外周面部の全面がハウジングの内周面部の全面へ圧入や焼嵌めによって嵌め合わされる構成の場合、ステータコアおよびロータから発生する振動や回転騒音がハウジングに直接伝達されやすくなるため、回転電機の振動や騒音が増大するといった不都合がある。
また、ステータコアの外周面部の全面がハウジングの内周面部の全面へ圧入や焼嵌めなどによって嵌め合わされる構成の場合、圧入や焼嵌めによって生ずる圧縮応力により、ハウジングやステータコアに歪が発生しやすくなるため、電気的な損失、いわゆる鉄損が増加してしまうといった不都合がある。

上記課題を解決するための本発明に係る回転電機は、円環状に配置される複数の分割コアと、前記複数の分割コアを収容する円筒状のハウジングとを有する回転電機であって、前記円環状に配置される複数の分割コアの軸線方向において、前記複数の分割コアを前記ハウジングに固定するよう円弧状に形成された複数の分割プレートを備える。

本発明に係る回転電機によれば、円環状に配置される複数の分割コアが、円弧状に形成された複数の分割プレートにより軸線方向でハウジングに固定されるので、径方向で分割コアとハウジングとが離隔することから、内部の回転振動がハウジングに伝達されることが抑制され、振動の発生を抑制できる。

図１は、本発明の実施形態に係る回転電機の断面図である。図２は、本発明の実施形態に係る回転電機の各構成要素を分解した状態を示す断面図である。図３は、本発明の実施形態に係る回転電機の本体の平面図である。図４は、本発明の実施形態に係る回転電機の本体の断面図である。図５は、本発明の実施形態に係る回転電機の分割コアに固定プレートを装着する前の状態の平面図である。図６は、本発明の実施形態に係る回転電機のインシュレータと分割コアとの間に固定プレートを装着する前の状態の平面図である。図７は、本発明の実施形態に係る回転電機の分割コアに固定プレートを装着した状態の平面図である。図８は、本発明の実施形態に係る回転電機のインシュレータと分割コアとの間に固定プレートを装着した状態の平面図である。

以下、本発明に係る回転電機を適用した実施形態に係る回転電機１０について、図１〜図８を参照して説明する。

回転電機１０は、図１、図２に示すように、本体１１と、カバー１２と、カバー１２を本体１１に固定する複数のボルト１３とを有する。この回転電機１０は、分割コアを備えた構造のものであればよく、特に制限はないが、例えば、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の３相の交流電力により駆動する三相誘導モータや三相同期モータによって構成されている。

本体１１は、図２に示すように、ステータコア２１と、ロータ２２と、ハウジング２３と、固定プレート２４と、インシュレータ２５と、引き出し線２６と、ステータコア２１をハウジング２３に固定する複数のボルト２７とを含んで構成される。

ステータコア２１は、図３、図４に示すように同一構造の１２個の分割コア３１で構成されており、各分割コアは、互いに隣接して円環状に配置される。１２個の分割コア３１は、円環状に配置された各分割コアの内径側の周壁もしくは、外径側の周壁を基準にして円形治具によって円環状に保持される。また、１２個の分割コア３１は、外径側の周壁を部分的に数箇所レーザ溶接することで円環状に保持されるようにしてもよく、各分割コアの接触部分を接着によって結合することで、円環状に保持されるようにしてもよい。これにより、１２個の分割コア３１が一体化された円環状のステータコア２１が形成される。

なお、ステータコア２１は、同一構造の１２個の分割コア３１で構成されているが、これ以外の構造で構成されていてもよい。例えば、１２個以外の個数、３ないし２０個程度の複数個であってもよい。また、各分割コア３１は同一構造ではなく、異なった構造のものでステータコア２１と同様の円環状のステータコアを形成するようにしてもよい。

分割コア３１は、ステータコア２１の円環の一部を構成する円弧部３１ａと、円弧部３１ａの内周部分から円弧の中心に向けて突出する突出部３１ｂとからなるコア本体４１と、突出部３１ｂに巻きつけられたコイル巻線４２とを有している。
１２個の各分割コア３１のコイル巻線４２は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル及びＷ相コイルの三相コイルを構成しており、三相の交流電力の供給により三相コイルに磁界が形成される。

コア本体４１は、電磁鋼板などの磁性材料からなる一定の厚みのコア積層板４１ａが積層され連結固定されて一体化された積層コアで形成されており、ボルト２７を通す貫通孔４１ｂが形成されている。なお、このコア本体４１は、圧粉磁性体によって形成されてもよい。

コア本体４１には、コア本体４１を覆うよう形成された絶縁部材がコア本体４１に嵌め込まれることにより絶縁性が高められている。または、コア本体４１が、絶縁性樹脂のアウトサート成形により形成された絶縁部材で覆われることで絶縁性が高められている。

また、円環状のステータコア２１を構成するコア本体４１は、図４に示すように、一対の一方の端部４１ｔおよび他方の端部４１ｕを有している。コア本体４１の軸線方向における一方の端部４１ｔには、固定プレート２４が接触して配置される。
ここで、コア本体４１の軸線方向は、図４に示す中心線ＣＬで表されるロータ２２の回転中心軸の軸線の方向を示す。
他方の端部４１ｕは、分割コア３をハウジング２３に収容した状態で、図４に示すハウジング２３の後述するベアリング収容部５２に対向する分割コア３１の端部を示している。
一方の端部４１ｔは、この他方の端部４１ｕに対する反対側の端部を示している。

ロータ２２は、図２に示すように、ステータコア２１の内周側に配置されており、動力を出力するシャフト２２ａと、シャフト２２ａに固定されシャフト２２ａとともに回転する回転子２２ｂとを有している。ロータ２２は、さらに、本体１１のハウジング２３に収容される本体側ベアリング２２ｃと、カバー１２に収容されるカバー側ベアリング２２ｄとにより、シャフト２２ａを回転自在に支持されている。

ロータ２２の外周面と、ステータコア２１の内周面との間のすき間は、ロータ２２がステータコア２１内で抵抗なく滑らかに回転しうる程度のすき間であり、かつ回転軸を中心とした円周方向に均一になるようロータ２２およびステータコア２１が形成されている。

回転子２２ｂには、図示しない複数の永久磁石が埋め込まれており、ステータコア２１の三相コイルによって励起される磁界に回転子２２ｂ内の永久磁石が引かれることにより、回転子２２ｂが回転駆動される。

他方、回転子２２ｂの回転に伴って、回転子２２ｂに設けられた永久磁石が回転軸を中心に回転すると、磁界が形成され、この磁界によりステータコア２１の三相コイルに誘導電流が流れる。この誘導電流により、三相コイルの両端に電力が発生し、回転電機１０は、発電機としても機能するようになっている。

この回転電機１０は、回転子２２ｂに永久磁石が埋め込まれている永久磁石同期電動機（Interior Permanent Magnet）として構成され、例えば、可変電圧可変周波数制御(VVVF)インバータにより制御されるようになっている。なお、回転電機１０は、永久磁石同期電動機以外の構成でもよい。すなわち、回転子２２ｂが、永久磁石以外の構造、例えば、電磁石で構成されていてもよく、鉄心のみで構成されていてもよい。

ハウジング２３は、図２、図３に示すように、装着部５１と、ベアリング収容部５２と、コア収容部５３と、接続部５４と、カバー固定部５５とを有しており、これらの各部は一体的に形成されている。

装着部５１は、平坦に形成され、装着孔５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄを有しており、装着孔５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄには、図示しない装着ボルトが挿入され回転電機１０が被装着部に装着されるようになっている。

ベアリング収容部５２には、装着部５１から内部に向かって突出部５２ａが形成されるとともに、突出部５２ａには本体側ベアリング２２ｃを収容する凹部５２ｂが形成されている。
また、ベアリング収容部５２には、凹部５２ｂを貫通する貫通孔５２ｃが形成されており、貫通孔５２ｃにロータ２２のシャフト２２ａが通されるようになっている。

コア収容部５３は、図２に示すように、ベアリング収容部５２の突出部５２ａの突出方向と同方向に突出する円筒状に形成されている。コア収容部５３は、図４に示す中心線ＣＬに垂直な平面で切断したときの内周部分が、円となる断面形状を有する。コア収容部５３は、ステータコア２１を収容するよう、円筒の内周の直径が、ステータコア２１の外周の直径よりも僅かに大きくなっている。すなわち、ステータコア２１の外周面と、円筒の内周壁面との間に、例えば、ＪＩＳ規格に基づく基準穴がＨ９、軸の交差がｃ９からなるすき間ばめ程度のすき間と同等のすき間、またはこのすき間よりも僅かに大きなすき間が生ずるように、円筒の内周の直径およびステータコア２１の外周の直径が形成されている。

また、コア収容部５３の下部には、各分割コア３１に対応する位置にねじ穴５３ａが形成されており、ねじ穴５３ａにはボルト２７がねじ結合するようになっている。

接続部５４は、コア収容部５３から径方向外方に部分的に突出して形成された突出部５４ａと、引き出し線２６の接続部分を収容するよう凹んで形成された凹部５４ｂを有している。
ここで、径方向とは、分割コア３１とハウジング２３の径方向を示し、前述の１２個の分割コア３１で形成される円環の中心線ＣＬを中心とする半径方向を示す。

カバー固定部５５は、コア収容部５３から径方向外方に突出して形成されるとともに、複数のねじ穴５５ａが形成されており、ねじ穴５５ａにはボルト１３がねじ結合し、カバー１２が本体１１に固定されるようになっている。

固定プレート２４は、図５、図６に示すように、一定の厚みを有する平板であって半円環状に形成された４個の分割プレートとしての半円環リング６１、６２、６３、６４の半円環リングで構成される。この半円環リングは、例えば、平板の円環を、２分割して形成してもよく、個別にプレス加工などの機械加工によって形成してもよい。固定プレート２４は、剛性の高い材料、例えば、金属材料で形成される。

半円環リング６１、６２、６３、６４には、それぞれ複数の貫通孔６１ｈ、６２ｈ、６３ｈ、６４ｈが形成されており、これらの貫通孔６１ｈ、６２ｈ、６３ｈ、６４ｈにはそれぞれボルト２７が通されるようになっている。この固定プレート２４は、ボルト２７が通されハウジング２３に固定された際に、各分割コア３１をハウジング２３に均一の圧力で固定する機能を有する。

半円環リング６１、６２、６３、６４のうち、半円環リング６１、６２は、半円環リング６１の弦を構成する円周方向の一対の端部６１ａと、半円環リング６２の弦を構成する円周方向の一対の端部６２ａとが対向するよう配置されて円環状に形成され、板厚方向の下側でステータコア２１の軸線方向の端部と接触するよう配置される。

他方、半円環リング６３、６４は、半円環リング６３の弦を構成する円周方向の一対の端部６３ａと、半円環リング６４の弦を構成する円周方向の一対の端部６４ａとが対向するよう配置されて円環状に形成され、板厚方向の下側で半円環リング６１、６２の上側面と接触するよう配置される。すなわち、図７、図８に示すように、半円環リング６１、６２、６３、６４は、半円環リング６１、６２が下側に、半円環リング６３、６４が上側になるよう、互いに重ねられる。

そして、図７に示すように、破線で示す下側の半円環リング６１、６２の端部６１ａ、６２ａの対向部分と、実線で示す上側の半円環リング６３、６４の端部６３ａ、６４ａの対向部分とが、上下方向で一致した位置にならないよう、円周方向で互いに離隔した位置に配置される。図７では、破線で示す下側の半円環リング６１、６２の端部６１ａ、６２ａの対向部分と、実線で示す上側の半円環リング６３、６４の端部６３ａ、６４ａの対向部分とが円周方向で約９０度離隔した位置に配置されている。

固定プレート２４は、半円環リング６１、６２、６３、６４ともに、同様の形状で構成した場合について説明したが、本発明における分割プレートは、他の形状で構成するようにしてもよい。例えば、同様の円環を円周方向に３等分または４等分した円弧状のもので構成してもよい。

すなわち、本発明に係る回転電機は、円環状に配置される複数の分割コアと、これらの複数の分割コアを収容する円筒状のハウジングとを有する回転電機であって、前述の円環状に配置される複数の分割コアを前述のハウジングに固定する円環リングを有し、この円環リングは、円弧状に形成された複数の分割プレートを組み合わせて構成される。

また、半円環リング６１、６２、６３、６４を同一の板厚で形成したが、半円環リング６１、６２の板厚と、半円環リング６３、６４の板厚を異なったもので構成してもよい。
また、半円環リング６１、６２、６３、６４に形成した貫通孔６１ｈ、６２ｈ、６３ｈ、６４ｈは、ステータコア２１の１２個の分割コア３１にそれぞれ形成された貫通孔４１ｂに対応して各６個の貫通孔を形成したが、これ以外の個数の貫通孔を形成するようにしてもよい。例えば、１２個の貫通孔を上限として、これよりも少ない２個ないし１０個程度の個数の貫通孔を形成するようにしてもよい。

また、半円環リング６１、６２が下側に、半円環リング６３、６４が上側になるよう、互いに重ねられ、半円環リング６１、６２がステータコア２１の１２個の分割コア３１にそれぞれ直接接触するように配置されてもよく、半円環リング６１、６２とステータコア２１の１２個の分割コア３１との間に他の部材を配置して、半円環リング６１、６２がステータコア２１の１２個の分割コア３１にそれぞれ非接触になるようにしてもよい。
また、半円環リング６１、６２と、半円環リング６３、６４との間に、他の部材を配置して、半円環リング６１、６２と、半円環リング６３、６４とが非接触になるようにしてもよい。
すなわち、本発明は、半円環リング６１、６２と、半円環リング６３、６４とが、円環状に配置された分割コア３１に積層される構成であれば適用される。

インシュレータ２５は、図５、図６に示すように、プラスチックや陶磁器などの高い絶縁性を有する材料で円筒形に形成された絶縁部材として機能する。そして、インシュレータ２５は、側壁に複数の貫通孔やスリットが形成される。
このインシュレータ２５は、図４、図６、図８に示すように、固定プレート２４の上側に配置され、分割コア３１のコア本体４１と、コア本体４１に巻きつけられたコイル巻線４２との間の絶縁をより確実にする機能を有しており、コイル巻線４２を取り回した際にコイル巻線４２の取り回し線がインシュレータ２５内に確実に収まるよう、ストラップなどの保持部材で側壁の貫通孔やスリットに保持し得る機能も有している。

引き出し線２６は、図３、図４、図５に示すように、分割コア３１のコア本体４１に巻きつけられたコイル巻線４２の各両端を、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイル及び中性点ごとに取りまとめたもので、先端に端子が設けられたＵ相引き出し線２６ａ、Ｖ相引き出し線２６ｂ、Ｗ相引き出し線２６ｃおよび中性点引き出し線２６ｄからなる。

図５に示すように、Ｕ相引き出し線２６ａ、Ｖ相引き出し線２６ｂ、Ｗ相引き出し線２６ｃおよび中性点引き出し線２６ｄは、順に配置されているが、この配置の順は任意の順であってもよい。これらの、Ｕ相引き出し線２６ａ、Ｖ相引き出し線２６ｂ、Ｗ相引き出し線２６ｃおよび中性点引き出し線２６ｄは、図示しないモータコントローラに電気的に接続されている。

このモータコントローラは、例えば、可変電圧可変周波数制御インバータを含んで構成されており、図示しない制御装置から送られる回転電機１０が出力すべきトルク指令値に基づいて、トルクを出力するためのモータ制御電流を生成し、そのモータ制御電流を、引き出し線２６を介して分割コア３１のコイル巻線４２に供給する。

カバー１２は、図１、図２に示すように、カバー１２を本体１１のハウジング２３に固定する固定部７１と、ロータ２２のカバー側ベアリング２２ｄを収容するベアリング収容部７２と、ベアリング収容部７２の開口を閉塞する閉塞部７３とを有しており、固定部７１とベアリング収容部７２とが一体的に形成されている。

固定部７１には、貫通孔７１ａが形成されており、ボルト１３が通されるようになっている。ベアリング収容部７２には、内部に向かって突出部７２ａが形成されるとともに、突出部７２ａにはカバー側ベアリング２２ｄを収容する凹部７２ｂが形成されている。

また、ベアリング収容部７２には、凹部７２ｂを貫通する貫通孔７２ｃが形成されており、貫通孔７２ｃにロータ２２のシャフト２２ａが通されるようになっている。
閉塞部７３は、ベアリング収容部７２の貫通孔７２ｃを閉塞する蓋７３ａを有し、蓋７３ａは、ベアリング収容部７２の突出部７２ａの反対側を閉塞している。

次に本実施形態の回転電機１０のステータコア２１および固定プレート２４をハウジング２３に組み込む方法について簡単に説明する。

まず、図３、図４、図５に示すステータコア２１および固定プレート２４、すなわちステータコア２１および半円環リング６１、６２、６３、６４の４個が用意される。
ステータコア２１は、次のように形成される。一定の厚みのコア積層板４１ａが積層されて一体化した積層コアが、コア本体４１として形成される。

このコア本体４１に、コア本体４１を覆うよう形成した絶縁部材が嵌め込まれる。
そして、コア本体４１の突出部３１ｂに配線が巻き付けられてコイル巻線４２が形成される。このようにして分割コア３１が形成される。同様に、絶縁部材が嵌め込まれたコア本体４１にコイル巻線４２が形成され、分割コア３１が１２個用意される。これら１２個の分割コア３１が円環状に配置され、接触部分が互いに接着されることにより、円環状のステータコア２１が形成される。

そして、図５に示す半円環リング６１、６２、６３、６４の４個の半円環リングが形成される。
半円環リング６１、６２、６３、６４のうち、２個１組で、２組の円環リングが用意される。例えば、半円環リング６１、６２からなる１組の円環リングと、半円環リング６３、６４からなる１組の円環リングが用意される。

そして、それぞれ半円環リング６１の弦を構成する円周方向の一対の端部６１と、半円環リング６２の弦を構成する円周方向の一対の端部６２ａとが対向するとともに、半円環リング６１、６２がステータコア２１の軸線方向における一方の端部と接触するよう、ステータコア２１の側面側からステータコア２１に挿入される。

次いで、それぞれ半円環リング６３の弦を構成する円周方向の一対の端部６３ａと、半円環リング６４の弦を構成する円周方向の一対の端部６４ａとが対向するとともに、半円環リング６３、６４が半円環リング６１、６２と重なるようにステータコア２１の側面側からステータコア２１に挿入される。
各半円環リング６１、６２、６３、６４が、ステータコア２１に挿入される際に、図５に示す引き出し線２６が邪魔になることはなく容易に挿入される。

半円環リング６３、６４が半円環リング６１、６２と重なるようにステータコア２１の側面側からステータコア２１に挿入される際に、下側の半円環リング６１、６２の端部６１ａ、６２ａの対向部分と、上側の半円環リング６３、６４の端部６３ａ、６４ａの対向部分とが、上下方向で一致した位置にならないよう、円周方向で互いに離隔した位置に配置される。
また、半円環リング６１、６２に形成された貫通孔６１ｈ、６２ｈと、半円環リング６３、６４に形成された貫通孔６３ｈ、６４ｈとが一致する位置に配置される。

次いで、貫通孔６１ｈ、６２ｈ、６３ｈ、６４ｈにそれぞれボルト２７が通されて、ボルト２７と、各分割コア３１に対応する位置に形成されたハウジング２３のねじ穴５３ａとがねじ結合し、ステータコア２１および固定プレート２４がハウジング２３に固定される。

そして、最後に、ステータコア２１の巻線から引き出された引き出し線２６のＵ相引き出し線２６ａ、Ｖ相引き出し線２６ｂ、Ｗ相引き出し線２６ｃおよび中性点引き出し線２６ｄがハウジング２３の図３、図４に示す接続部５４にセットされる。接続部５４に各引き出し線がセットされると、ステータコア２１のハウジング２３への組み込みが終了する。

以下に、本実施形態の回転電機１０の効果について説明する。
本実施形態の回転電機１０は、円環状に配置される１２個の分割コア３１と、１２個の分割コア３１を収容するハウジング２３とを有し、円環状の１２個の分割コア３１の軸線方向における一方の端部４１ｔに接触し、各分割コア３１を軸線方向でハウジング２３に固定する固定プレート２４を備える。

この構成により、本実施形態の回転電機１０は、１２個の分割コア３１が、固定プレート２４により軸線方向でハウジング２３に固定されるので、分割コア３１を圧入や焼嵌めする構造のものと比べて径方向で分割コア３１とハウジング２３とが離隔している。

これにより、ロータ２２の回転振動やステータコア２１の振動がハウジング２３に伝達されることが抑制されて、回転電機１０の振動の発生を抑制できる。
また、各分割コア３１が固定プレート２４により軸線方向でハウジング２３に固定されるので、各分割コア３１が均一の圧力でハウジング２３に固定されて歪の発生を抑制でき、鉄損の増加を抑制できる。

また、本実施形態の回転電機１０は、固定プレート２４が、円周方向の端部同士が対向するよう配置されて形成される４個の半円環リング６１、６２、６３、６４で構成され、半円環リング６１、６２で組み合わされる円環と、半円環リング６３、６４で組み合わされる円環とが軸線方向に重ねられるとともに、端部６１ａ、６２ａの対向部分と、端部６３ａ、６４ａの対向部分とが円周方向で互いに約９０度離隔した位置に配置される。

この構成により、重ねられた一層目の半円環リング６１、６２で組み合わされる円環は、二層目の半円環リング６３、６４で組み合わされる円環により、各分割コア３１に均一の圧力を加えることができる。これらの一層目の円環と、二層目の円環とがボルト２７によりハウジング２３に固定された際に、各分割コア３１に加わる均一の圧力により各分割コア３１やハウジング２３における歪の発生をより確実に抑制でき、鉄損の増加をより確実に抑制できる。

また、固定プレート２４が、半円環リング６１、６２、６３、６４に分割されているので、半円環リング６１、６２、６３、６４をそれぞれステータコア２１に挿入する際に、ステータコア２１から径方向に突出する引き出し線２６が邪魔になることはなく容易に挿入することができ、作業性が向上する。

本発明の実施形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正および等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。

１０回転電機
２１ステータコア（円環状に配置される複数の分割コア）
２３ハウジング
２４固定プレート
３１分割コア
４１ｔ軸線方向における一方の端部
６１、６２、６３、６４半円環リング（分割プレート）
６１ａ、６２ａ、６３ａ、６４ａ端部（分割プレート）

Claims

円環状に配置される複数の分割コアと、
前記複数の分割コアを収容する円筒状のハウジングとを有する回転電機であって、
前記円環状に配置される複数の分割コアの軸線方向において、前記複数の分割コアを前記ハウジングに固定するよう円弧状に形成された複数の分割プレートを備えたことを特徴とする回転電機。
前記分割プレートは、円周方向の端部同士が対向するよう配置される円環状のプレートからなり、前記複数の分割プレートが、前記軸線方向に重ねられるとき、前記複数の分割プレートそれぞれの前記対向する部分が円周方向で互いに離隔した位置に配置されることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。