JP4576912B2 - 回転電機のステータ構造 - Google Patents

Description

本発明は、ステータの振動により発生する騒音を低減することができる回転電機のステータ構造に関するものである。

近年自動車にも回転電機が多数用いられていれ、その回転時に発生する騒音が問題となることがしばしばある。特に電気自動車やハイブリッド自動車では、大容量の回転電機がよく用いられ、通常のエンジンを使用した自動車に比べて、アイドリング時の騒音がないため、騒音低減における期待値が大きく、さらなる騒音の低減が求められることとなっている。回転電機における騒音の主要因は、ステータが磁力によって歪むことにより発生する磁歪音であると言われている。

自動車に使用される回転電機としては種々の形態のものがあるが、その中でもスイッチトリラクタンス型回転電機は、ロータに永久磁石を使用しないものであるため、ロータの構造が簡単で、永久磁石も使用しないことから、高速回転が可能であり、高温環境下での使用が可能で、安価であるといった優れた特徴を有する。ところが、このようなスイッチトリラクタンス型回転電機では、ステータを励磁した場合にロータがステータに及ぼす磁気吸引力がステップ状に変化するため、ステータの共振が繰り返し発生しやすく、特に、ステータの共振に起因する騒音が発生しやすいという問題があった。

このような問題点に対して、出願人は特許文献１に記載されているように、ステータの共振を効果的に低減する手法を提案している。この手法は、ステータが電磁鋼板を積層して構成されることに着目し、異なる形状、つまりは固有振動数が異なる電磁鋼板を多種類用意してそれらを交互に積層するものである。これにより、同一の固有振動数を有する電磁鋼板を積層することに比して、同一の振動数の振動が重畳することを防止して、ステータ全体としての共振周波数における振動のピークを下げるとともに、異なる固有振動数を有する電磁鋼板が相互に干渉しあってお互いの振動を減衰させることにより、ステータ全体の騒音の低減を可能としたものである。
特開２０００−３７０４９号公報

ところが、電磁鋼板はステータのコイルを励磁した場合に磁束の通路となるものであるため、電磁鋼板の突極部のステータの周方向長さおよびバックヨーク部のステータの半径方向長さを、磁束が飽和しないようにある程度の長さ以上とする必要がある。このため、隣接する電磁鋼板の固有振動数を相違させる場合には、電磁鋼板を、その突極部の周方向長さおよびバックヨーク部の半径方向長さを、磁束が飽和しない最低限度の長さとしたものと、それよりも長いものとを最低限二種類用意する必要があり、それらを組み合わせて積層したコアは、一種類の電磁鋼板を積層して構成するコアに比べて、その突極部の周方向長さおよびバックヨーク部の半径方向長さが長くなることになる。

このため、回転電機の外形寸法を一定とした場合に、ステータの突極部の周方向長さおよびバックヨーク部の半径方向長さが長くなると、その分、コイルを巻装するスペースが小さくなってしまい、それに伴いコイルのステータの中心軸線に垂直な平面内に占める断面積が小さくなって、回転電機の効率が低下するという問題点が生じた。これを解決するために、回転電機の外径そのものを大きくすることも考えられるが、そうすると回転電機の大型化および重量の増加を招いてしまう。

さらに、最近の傾向として、回転電機の小型化を図るにあたり好適な構造として、特許文献１に記載したような円環状の一体物のコアに換えて、分割タイプのコアとしコイルを集中巻きとすることが多くなっており、特許文献１に記載のステータの振動を抑制する構造は分割タイプのコアを使用した回転電機のステータにはそのまま使用できるものではなかった。

本発明は上述した課題を解決することを目的とするものであり、その目的は、分割タイプのコアとすることを前提として、コイルを巻装するスペースが小さくなることによる回転電機の効率の低下を招くことなく、ステータの共振を原因とする騒音を低減することができる回転電機のステータ構造を提供することにある。

請求項１に係る回転電機のステータ構造は、ロータと、突極部とバックヨーク部とを有する複数の形状が異なる電磁鋼板を前記ロータの回転軸方向及び前記ロータの外周方向に配置してなるステータと、を備え、
前記複数の電磁鋼板は、
隣接する電磁鋼板における各バックヨーク部がそれぞれ接する周方向端面同士の長さが同一であり、
当該各バックヨーク部の周方向端面の半径方向長さを、磁束を飽和することなく通すために必要な最低限の長さとし、前記ロータの回転軸方向及び外周方向に隣接する複数の電磁鋼板の形状が相互に異なり、
隣接する一方の電磁鋼板のバックヨーク部の、外周面をステータの中心軸線を中心とする円弧面とし、内周面を、その突極部の周方向中心を通る半径方向に垂直な平面としてなり、
隣接する他方の電磁鋼板のバックヨーク部の、外周面をステータの中心軸線を中心とする円弧面とし、内周面を、ステータの中心軸線を中心とする円弧面としてなることを特徴とする。
ここで、周方向および半径方向とはいずれも、ステータの中心軸線を基準とした方向示すものである。
請求項２に係る回転電機のステータ構造は、
ロータと、
突極部とバックヨーク部とを有する複数の形状が異なる電磁鋼板を前記ロータの回転軸方向及び前記ロータの外周方向に配置してなるステータと、を備え、
前記複数の電磁鋼板は、
隣接する電磁鋼板における各バックヨーク部がそれぞれ接する周方向端面同士の長さが同一であり、
当該各バックヨーク部の周方向端面の半径方向長さを、磁束を飽和することなく通すために必要な最低限の長さとし、前記ロータの回転軸方向及び外周方向に隣接する複数の電磁鋼板の形状が相互に異なり、
隣接する一方の電磁鋼板のバックヨーク部の、外周面をステータの中心軸線を中心とする円弧面とし、内周面を、その突極部の周方向中心を通る半径方向に垂直な平面としてなり、
隣接する他方の電磁鋼板のバックヨーク部の、外周面をステータの中心軸線を中心とする円弧面とし、内周面を、その突極部の周方向中心を通る半径方向に垂直な平面とし、当該バックヨーク部に、突極部の外周側端から突極部の側面に沿って延びる切り欠きを設けてなることを特徴とする。
請求項３に係る回転電機のステータ構造は、
ロータと、
突極部とバックヨーク部とを有する複数の形状が異なる電磁鋼板を前記ロータの回転軸方向及び前記ロータの外周方向に配置してなるステータと、を備え、
前記複数の電磁鋼板は、
隣接する電磁鋼板における各バックヨーク部がそれぞれ接する周方向端面同士の長さが同一であり、
当該各バックヨーク部の周方向端面の半径方向長さを、磁束を飽和することなく通すために必要な最低限の長さとし、前記ロータの回転軸方向及び外周方向に隣接する複数の電磁鋼板の形状が相互に異なり、
隣接する一方の電磁鋼板のバックヨーク部の、外周面をステータの中心軸線を中心とする円弧面とし、内周面を、その突極部の周方向中心を通る半径方向に垂直な平面としてなり、
隣接する他方の電磁鋼板のバックヨーク部の、内周面を、その突極部の周方向中心を通る半径方向に垂直な平面とし、その周方向に沿う幅を周方向に一定としてなることを特徴とする。
請求項４に係る回転電機のステータ構造は、
ロータと、
突極部とバックヨーク部とを有する複数の形状が異なる電磁鋼板を前記ロータの回転軸方向及び前記ロータの外周方向に配置してなるステータと、を備え、
前記複数の電磁鋼板は、
隣接する電磁鋼板における各バックヨーク部がそれぞれ接する周方向端面同士の長さが同一であり、
当該各バックヨーク部の周方向端面の半径方向長さを、磁束を飽和することなく通すために必要な最低限の長さとし、前記ロータの回転軸方向及び外周方向に隣接する複数の電磁鋼板の形状が相互に異なり、
隣接する一方の電磁鋼板のバックヨーク部の、外周面をステータの中心軸線を中心とする円弧面とし、内周面を、その突極部の周方向中心を通る半径方向に垂直な平面としてなり、
隣接する他方の電磁鋼板のバックヨーク部の、外周面をステータの中心軸線を中心とする円弧面とし、内周面を、その突極部の周方向中心を通る半径方向に垂直な平面とするとともに、当該外周面の突極部の外周側に位置する周方向中央部分に切り欠きを設けてなることを特徴とする。

本発明に係る回転電機のステータ構造によれば、隣接する電磁鋼板のバックヨーク部の半径方向長さを周方向端面を除いた周方向位置の全てまたは一部において相互に異ならせるにあたり、コアの突極部周りのコイルを巻装するスペースを小さくしてしまうことを回避して、回転電機の効率を低下させることなく、隣接する電磁鋼板のバックヨーク部の曲げ剛性ひいては固有振動数を異ならせることができる。これにより、同一の振動数の振動が重畳することを防止して、ステータ全体としての共振周波数における振動のピークを下げるとともに、隣接する電磁鋼板が相互に干渉しあってお互いの振動を減衰させて、ステータ全体の騒音を低減することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係るスイッチトリラクタンス型回転電機のステータ構造の一実施形態を示す略式断面図であり、図２は当該ステータにおける電磁鋼板の積層態様を一部を省略して示す略式斜視図であり、図３は、当該ステータのコアを形成する二種類の電磁鋼板の一実施形態を示す略式断面図である。断面はいずれもステータの中心軸線に垂直な平面である。

図１に示すスイッチトリラクタンス型回転電機は、コイル１を集中巻きにて巻装した突極部２と、周方向に垂直な周方向端面３ａ、３ｂを有するバックヨーク部４とからなる複数のここでは六つのコア５を、バックヨーク部４の周方向端面３ａ、３ｂを相互に接触させて周方向に円環状に配置してなるステータ６と、ステータ６の内周側に配設された四つの突極７を有するロータ８とを具えてなるものである。
突極部２に巻装されたコイル１に、適宜電流を流すことで、突極部２に磁力が発生し、ロータの突極７が周方向に吸引されて、トルクが発生するとともに、ステータの突極部２もロータの突極７により半径方向内方に吸引され、ステータ６全体が変形して、磁歪音が発生する。

さらに、図２に示すように、コア５を、形状の異なる二種類の電磁鋼板９、１０を、隣接する電磁鋼板が異なる種類のものとなるよう、ステータ６の中心軸線方向に積層して構成し、ここでは、隣り合うコア５間で相互に接触する電磁鋼板の種類をも、それぞれ相違させている。
このように、二種類の電磁鋼板を積層してコアを構成することにより、三種類以上の電磁鋼板を積層することに比して、電磁鋼板を打ち抜く金型の数を減らして製造コストを低減して、製造効率を高めることができる。

図３（ａ）（ｂ）に示すように、二種類の電磁鋼板９、１０のバックヨーク部１１、１２の、半径方向長さｄ１１、ｄ１２を当該周方向端面１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂの半径方向長さｄ１１ａ、ｄ１１ｂ、ｄ１２ａ、ｄ１２ｂ以上とし、内周面１１ｃを、一対の周方向両端面１１ａ、１１ｂの内周側端を含む平面と一致させ、内周面１２ｃを一対の周方向両端面１２ａ、１２ｂの内周側端を含む平面の外周側に位置させるとともに、種類の異なる電磁鋼板９、１０のバックヨーク部１１、１２の、周方向端面１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂの半径方向長さｄ１１ａ、ｄ１１ｂ、ｄ１２ａ、ｄ１２ｂを同一とし、半径方向長さｄ１１、ｄ１２を周方向端面１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂを除いた周方向位置の全てまたは一部、ここでは全てにおいて相互に異ならせている。
なお、図３中の点線は、便宜上電磁鋼板のバックヨーク部と突極部との境界線を示すものであり、図１のコアのバックヨーク部と突極部との境界線および図５における電磁鋼板においても同様とする。
また、以下に述べる、図３（ｃ）および図５（ａ）（ｂ）に示す電磁鋼板の形態は、図３（ｂ）に示した電磁鋼板１０に置換しうる形態を示すものであって、上述した要件は当然に含むものとする。

また、図３に示す電磁鋼板９、１０の、バックヨーク部１１、１２の周方向端面１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂの半径方向長さｄ１１ａ、ｄ１１ｂ、ｄ１２ａ、ｄ１２ｂの長さは全て同一とするとともに、磁束を飽和することなく通すために必要な最低限の長さとしている。一般にスイッチトリラクタンス型回転電機では、この必要最低限の長さは、突極部１３の周方向長さＷ１３の０．７倍である。つまり、ｄ１１ａ、ｄ１１ｂ、ｄ１２ａ、ｄ１２ｂ≧Ｗ１３×０．７としている。

これによれば、分割タイプのコアとした場合にもっとも半径方向長さが短くなる、コアの周方向端面において、その半径方向長さを磁束を飽和させない必要最低限な長さを確保することにより、コイルを励磁した場合の磁気回路となるコア内の全ての箇所において、磁束を飽和させないことができるため、磁気回路全体にわたって必要な磁束量を確保することができる。

さらに、図３（ａ）に示すように、コア５を構成する一方の電磁鋼板９のバックヨーク部１１の、外周面１１ｄをステータの中心軸線を中心とする円弧面とし、内周面１１ｃを、一対の周方向両端面１１ａ、１１ｂの内周側端を含む平面と一致させ、当該電磁鋼板は左右対称であることにより、その突極部１３の周方向中心Ｃ１３を通る半径方向に垂直な平面としている。

もともと、ステータを分割タイプのコアにより形成するメリットは、回転電機そのものの小型化とともに、それぞれのコアの突極部にコイルを巻装する作業を、機械により自動的に行うことができることである。このようにコイルの巻装作業を機械により自動的に行う場合には、例えばコアのバックヨーク部の内周面がステータの中心軸線を中心とした円弧面であると、バックヨーク部と突極部とのなす鋭角状のスペースは、コイルを巻装するスペースとしては使用できず、バックヨーク部の内周面がコイルの巻きずれを防止する機能を果たさない。

そこで、バックヨーク部１１の内周面１１ｃを突極部１３の周方向中心Ｃ１３を通る半径方向に垂直な平面とすることにより、その平面が突極部１３に巻装する図示しないコイルをその半径方向外方から支持することができるので、コイル巻装時のコイルの巻きずれを防止するとともに、もともとコイルを巻装するスペースとしては使用できない、バックヨーク部と突極部とのなす鋭角状のスペースを廃して磁気回路としてのコアを形成する電磁鋼板をなるべく有効に活用することができる。
また、バックヨーク部１１の外周面１１ｄを円弧面とするのは、通常回転電機のケーシングは円筒状であるため、それに合わせた形状とすることが好ましいからである。

さらに、図３（ｂ）に示すようにコア６を構成する他方の電磁鋼板１０のバックヨーク部１２の、外周面１２ｄをステータの中心軸線を中心とする円弧面とし、内周面１２ｃを、ステータの中心軸線を中心とする円弧面としている。
これによれば、図３（ａ）に示した電磁鋼板９に対して、バックヨーク部１２の半径方向長さｄ１２を、磁束を飽和させない最低限の長さを保ちながら、もっとも小さいものとすることができ、電磁鋼板１０のバックヨーク部１２の半径方向の曲げ剛性を最大限低下させ、電磁鋼板１０の固有振動数を最大限下げることができる。これにより、隣接する電磁鋼板９、１０のバックヨーク部１１、１２の曲げ剛性ひいては固有振動数を異ならせて、同一の振動数の振動が重畳することを防止して、ステータ全体としての共振周波数における振動のピークを下げるとともに、隣接する電磁鋼板９、１０が相互に干渉しあってお互いの振動を減衰させて、ステータ全体の騒音を低減することができるという作用効果を最大限に高めることができる。

あるいは、コア６を構成する他方の電磁鋼板を、図３（ｃ）に示すように電磁鋼板１１のバックヨーク部１４の、外周面１４ｄをステータの中心軸線を中心とする円弧面とし、内周面１４ｃを、その突極部１５の周方向中心を通る半径方向Ｃ１５に垂直な平面とし、当該バックヨーク部１４に、突極部１５の外周側端から突極部１５の側面に沿って延びる切り欠き１６を設けた形態とすることもできる。ここで、切り欠き１６はその外周側の端部に応力が集中することを防止するアール部を設けている。なお、この形態によれば、バックヨーク部１４の半径方向長さｄ１４は切り欠き１６を設けた部分でも小さくなるが、この部分の半径方向長さｄ１４も、前述したように、磁束を飽和させない必要最低限な長さを確保することが必要であることは言うまでもない。

これによっても、コア６を構成する一方の電磁鋼板９に比して、そのバックヨーク部１４の半径方向の曲げ剛性を、切り欠き１６により低減することができ、隣接する電磁鋼板９、１３のバックヨーク部１１、１４の曲げ剛性ひいては固有振動数を異ならせて、同一の振動数の振動が重畳することを防止して、ステータ全体としての共振周波数における振動のピークを下げるとともに、隣接する電磁鋼板９、１３が相互に干渉しあってお互いの振動を減衰させて、ステータ全体の騒音を低減することができるという作用効果を得ることができる。

ただし、図３（ｂ）に示した形態の電磁鋼板１０に比べると、バックヨーク部１４の半径方向の曲げ剛性はやや高くなり、それにともない固有振動数の電磁鋼板９に対する下げ幅はやや小さくなるが、バックヨーク部１４の半径方向長さをその周方向に亘って、なるべく大きなものとすることができるため、磁気飽和に近づく部分を少なくすることができ、磁気回路を構成する上では、より有利な構成とすることができる。

あるいは、図２に示した形態のコアに換えて、図４に示すような形態のコアとすることもできる。図２に示した形態のコアに比して、図３（ａ）に示した電磁鋼板を基本とすることは同じであるが、図２では他方の電磁鋼板を、基本の電磁鋼板の内周面側を削除した形状としたのに対し、図４では他方の電磁鋼板を基本の電磁鋼板の外周面側を削除した形状としたものである。
ここでは、図５（ａ）に示すように、コア５を構成する他方の電磁鋼板１７のバックヨーク部１８の、内周面１８ｃを、その突極部１９の周方向中心Ｃ１９を通る半径方向に垂直な平面とし、その周方向に沿う幅ｄ１８を周方向に一定としている。なお、バックヨーク部１８の周方向に沿う幅ｄ１８を、周方向に一定とし、周方向端面１８ａの半径方向長さと同一とするために、外周面１８ｄは、その周方向端面１８ａおよび１８ｂとの接続部分は、それぞれの周方向端面１８ａおよび１８ｂの内周側端を中心とする円弧面とし、その他の部分は、突極部１９の周方向中心Ｃ１９を通る半径方向に垂直な平面としている。

これによれば、図３（ａ）に示した電磁鋼板９に対して、バックヨーク部１８の半径方向長さｄ１８を、磁束を飽和させない最低限の長さを保ちながら、もっとも小さいものとすることができ、電磁鋼板１７のバックヨーク部１８の半径方向の曲げ剛性を最大限低下させ、電磁鋼板１７の固有振動数を最大限下げることができる。これにより、隣接する電磁鋼板９、１７のバックヨーク部１１、１８の曲げ剛性ひいては固有振動数を異ならせて、同一の振動数の振動が重畳することを防止して、ステータ全体としての共振周波数のピークを下げるとともに、隣接する電磁鋼板９、１７が相互に干渉しあってお互いの振動を減衰させて、ステータ全体の騒音を低減することができるという作用効果を最大限に高めることができる。

なお、これによれば、コアを構成する他方の電磁鋼板を、図３（ｂ）に示した形態の電磁鋼板とすることに比して、バックヨーク部の半径方向の曲げ剛性ひいては固有振動数を下げる効果は同等であるが、バックヨーク部１８の周方向端面１８ａから１８ｂに至る磁束の通路の長さが若干短くなるため、磁気抵抗を小さくすることができ、磁気回路上の設計をより有利なものとすることができる。

また、図５（ａ）に示した電磁鋼板に換えて、図５（ｂ）に示すように、コア５を構成する他方の電磁鋼板２０を、そのバックヨーク部２１の、外周面２１ｄをステータの中心軸線を中心とする円弧面とし、内周面２１ｃを、その突極部の周方向中心Ｃ２２を通る半径方向に垂直な平面とするとともに、当該外周面２１ｄの突極部の外周側に位置する周方向中央部分に、隅部にアール部を設けた切り欠き２３を設けて構成することもできる。

これによっても、図３（ａ）に示した電磁鋼板９に対して、バックヨーク部２１の半径方向長さｄ２１を、磁束を飽和させない最低限の長さ以上を保ちながら、バックヨーク部２１の半径方向の曲げ剛性を低下させ、電磁鋼板２０の固有振動数を下げることができる。これにより、隣接する電磁鋼板９、２０のバックヨーク部１１、２１の曲げ剛性ひいては固有振動数を異ならせて、同一の振動数の振動が重畳することを防止して、ステータ全体としての共振周波数のピークを下げるとともに、隣接する電磁鋼板９、１９が相互に干渉しあってお互いの振動を減衰させて、ステータ全体の騒音を低減することができるという作用効果を得ることができる。

ただし、図５（ａ）に示した形態の電磁鋼板１６に比べると、バックヨーク部２１の半径方向の曲げ剛性はやや高くなり、それにともない固有振動数の電磁鋼板９に対する下げ幅はやや小さくなるが、バックヨーク部２１の半径方向長さをその周方向に亘って、なるべく大きなものとすることができ、かつ、突極部２１の外周側はもともと磁束密度が低いことに起因して、その部分に切り欠き２２を設けることによっては、磁気飽和は発生しにくいため、磁気回路を構成する上では、より有利な構成とすることができる。

なおここでは図示しないが、図２および図４に示したコアにおいて、電磁鋼板の表面に積層時または積層前に潤滑剤を塗布することが好ましい。
前述したように、本発明によれば、隣接する電磁鋼板のバックヨーク部の曲げ剛性ひいては固有振動数を異ならせることができ、これにより、同一の振動数の振動が重畳することを防止して、ステータ全体としての共振周波数における振動のピークを下げるとともに、隣接する電磁鋼板が相互に干渉しあってお互いの振動を減衰させて、ステータ全体の騒音を低減することを主たる作用効果としている。ところが、このうち後者の相互干渉による振動の減衰は、隣接する電磁鋼板の間の摩擦力が大きいほどその効果は大きいが、その摩擦力が大きすぎると、相互干渉が大きくなりすぎて、隣接する電磁鋼板は各々の半径方向の固有振動数の差異にかかわらず、略同期して振動することになってしまい、コア全体が新たな共振周波数のもとに振動し、コア全体の共振周波数における振動のピークを下げるという効果が減少してしまうことになる。

このため、電磁鋼板の表面に潤滑材を塗布して、隣接する電磁鋼板の間に発生する摩擦力を最適なものとすることにより、相互干渉による振動減衰と、隣接する電磁鋼板の振動数を異ならせることによるコア全体の共振周波数における振動のピークを下げるという効果を両立することができる。

また、通常電磁鋼板を積層して構成するコアにおいては、積層後にバラけることを防止するために、積層面のいずれかの部分を溶接して、隣接する電磁鋼板を相互に拘束することが一般に行われる。本発明を適用するにあたり、前述したように、隣接する電磁鋼板を各々違う周波数にて半径方向に振動させるためには、隣接する電磁鋼板を、もっとも振動が大きい突極部の内周側からもっとも遠い位置つまり、図２（ａ）の二点鎖線の白丸○に示す、バックヨーク部の外周面の周方向端部において相互に溶接することが好ましい。

これにより、積層後の電磁鋼板のバラツキを防止した上で、隣接する電磁鋼板がそれぞれ異なる周波数にて振動することを担保することができる。
なお潤滑材は特に限定するものではない。また、電磁鋼板は無方向性珪素鋼帯に無機質の絶縁被膜を施したものを使用することが好ましい。

図６は本発明に係るステータ構造の、以上述べたような騒音の原因となる振動の低減効果を示すグラフである。横軸は周波数（Ｈｚ）、縦軸は振動レベル周波数成分（無次元数）を示す。図中破線Ｄは、隣接する電磁鋼板がすべて同一形状且つ同一の大きさの従来のステータ構造によるデータを示し、実線Ａは、本発明の隣接する電磁鋼板のバックヨークの半径方向長さを異ならせたステータ構造において、潤滑材を塗布して隣接する電磁鋼板の間に働く摩擦力を適度なものとしたものによるデータを示す。また、一点鎖線Ｂは、本発明に係るステータ構造において、潤滑材を塗布して隣接する電磁鋼板の間に働く摩擦力をゼロとしたものによるデータを示し、二点鎖線Ｃは、同ステータ構造において潤滑材を全く塗布しないものによるデータを示す。

図６に示すように、本発明に係るステータ構造によれば潤滑材の塗布の有無に係らず、従来のステータ構造に比して、振動レベルのピークを低減できていることが分かる。一点鎖線Ｂと破線Ｄとを比較すると、隣接する電磁鋼板の間に働く摩擦力をゼロとするように潤滑材を塗布すると、隣接する電磁鋼板が各々違う周波数で振動するだけで、相互に干渉しあって振動を減衰する効果が得られないため、振動レベルのピークの低減率は従来構造に比して３０％程度であることが分かる。実線Ａと破線Ｄとを比較すると、隣接する電磁鋼板の間に潤滑材を塗布して摩擦力を適度なものとすると、隣接する電磁鋼板が各々違う周波数で振動することに加えて、相互に干渉しあって振動を減衰する効果が得られるため、振動レベルのピークを従来のステータ構造に比して６０％程度低減できることが分かる。さらに、二点鎖線Ｃと実線Ａとを比較すると、隣接する電磁鋼板の間に全く潤滑材を塗布しないと、隣接する電磁鋼板が相互に固着して新たな共振周波数にて共振してしまうため、従来のステータ構造に比して振動レベルのピークの低減効果は５０％程度となり、適度な摩擦力とした場合に比べてその効果が小さくなることが分かる。

なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。
本明細書中の回転電機は、電動機および発電機の双方を含むものとし、分割タイプのコアを有し、当該コアの突極部の周りに集中巻きによりコイルが巻装されるステータ構造を有するものであれば、スイッチトリラクタンス型回転電機に限られるものではなく、ステータの極数やロータの極数を上述したもの以外のものとしても構わない。

本発明は、回転電機、特にはスイッチトリラクタンス型回転電機のステータに用いて好適なものであり、ステータより発生する振動および騒音を低減して、回転電機としての騒音を低減することを可能としたものである。

本発明に係るスイッチトリラクタンス型回転電機のステータ構造の一実施形態をロータを含めて示す、略式断面図である。 本発明に係るスイッチトリラクタンス型回転電機のステータ構造の一実施形態を一部を除去して示す略式矢視図である。 本発明に係るスイッチトリラクタンス型回転電機のステータのコアを形成する電磁鋼板の一実施形態を示す、略式図である。 本発明に係るスイッチトリラクタンス型回転電機のステータ構造の一実施形態を一部を除去して示す略式矢視図である。 本発明に係るスイッチトリラクタンス型回転電機のステータのコアを形成する電磁鋼板の他の実施形態を示す略式図である。 本発明に係るスイッチトリラクタンス型回転電機のステータ構造の騒音低減効果を示すグラフである。

符号の説明

１ コイル
２ 突極部
３ａ、３ｂ 周方向端面
４ バックヨーク部
５ コア
６ ステータ
７ 突極
８ ロータ
９ 電磁鋼板
１０ 電磁鋼板
１１ バックヨーク部
１２ バックヨーク部
１３ 突極部
１４ バックヨーク部
１５ 突極部
１６ 切り欠き
１７ 電磁鋼板
１８ バックヨーク部
１９ 突極部
２０ 電磁鋼板
２１ バックヨーク部
２２ 突極部
２３ 切り欠き

Claims (6)

1. ロータと、
   突極部とバックヨーク部とを有する複数の形状が異なる電磁鋼板を前記ロータの回転軸方向及び前記ロータの外周方向に配置してなるステータと、を備え、
   前記複数の電磁鋼板は、
   隣接する電磁鋼板における各バックヨーク部がそれぞれ接する周方向端面同士の長さが同一であり、
   当該各バックヨーク部の周方向端面の半径方向長さを、磁束を飽和することなく通すために必要な最低限の長さとし、前記ロータの回転軸方向及び外周方向に隣接する複数の電磁鋼板の形状が相互に異なり、
   隣接する一方の電磁鋼板のバックヨーク部の、外周面をステータの中心軸線を中心とする円弧面とし、内周面を、その突極部の周方向中心を通る半径方向に垂直な平面としてなり、
   隣接する他方の電磁鋼板のバックヨーク部の、外周面をステータの中心軸線を中心とする円弧面とし、内周面を、ステータの中心軸線を中心とする円弧面としてなることを特徴とする回転電機のステータ構造。
2. ロータと、
   突極部とバックヨーク部とを有する複数の形状が異なる電磁鋼板を前記ロータの回転軸方向及び前記ロータの外周方向に配置してなるステータと、を備え、
   前記複数の電磁鋼板は、
   隣接する電磁鋼板における各バックヨーク部がそれぞれ接する周方向端面同士の長さが同一であり、
   当該各バックヨーク部の周方向端面の半径方向長さを、磁束を飽和することなく通すために必要な最低限の長さとし、前記ロータの回転軸方向及び外周方向に隣接する複数の電磁鋼板の形状が相互に異なり、
   隣接する一方の電磁鋼板のバックヨーク部の、外周面をステータの中心軸線を中心とする円弧面とし、内周面を、その突極部の周方向中心を通る半径方向に垂直な平面としてなり、
   隣接する他方の電磁鋼板のバックヨーク部の、外周面をステータの中心軸線を中心とする円弧面とし、内周面を、その突極部の周方向中心を通る半径方向に垂直な平面とし、当該バックヨーク部に、突極部の外周側端から突極部の側面に沿って延びる切り欠きを設けてなることを特徴とする回転電機のステータ構造。
3. ロータと、
   突極部とバックヨーク部とを有する複数の形状が異なる電磁鋼板を前記ロータの回転軸方向及び前記ロータの外周方向に配置してなるステータと、を備え、
   前記複数の電磁鋼板は、
   隣接する電磁鋼板における各バックヨーク部がそれぞれ接する周方向端面同士の長さが同一であり、
   当該各バックヨーク部の周方向端面の半径方向長さを、磁束を飽和することなく通すために必要な最低限の長さとし、前記ロータの回転軸方向及び外周方向に隣接する複数の電磁鋼板の形状が相互に異なり、
   隣接する一方の電磁鋼板のバックヨーク部の、外周面をステータの中心軸線を中心とする円弧面とし、内周面を、その突極部の周方向中心を通る半径方向に垂直な平面としてなり、
   隣接する他方の電磁鋼板のバックヨーク部の、内周面を、その突極部の周方向中心を通る半径方向に垂直な平面とし、その周方向に沿う幅を周方向に一定としてなることを特徴とする回転電機のステータ構造。
4. ロータと、
   突極部とバックヨーク部とを有する複数の形状が異なる電磁鋼板を前記ロータの回転軸方向及び前記ロータの外周方向に配置してなるステータと、を備え、
   前記複数の電磁鋼板は、
   隣接する電磁鋼板における各バックヨーク部がそれぞれ接する周方向端面同士の長さが同一であり、
   当該各バックヨーク部の周方向端面の半径方向長さを、磁束を飽和することなく通すために必要な最低限の長さとし、前記ロータの回転軸方向及び外周方向に隣接する複数の電磁鋼板の形状が相互に異なり、
   隣接する一方の電磁鋼板のバックヨーク部の、外周面をステータの中心軸線を中心とする円弧面とし、内周面を、その突極部の周方向中心を通る半径方向に垂直な平面としてなり、
   隣接する他方の電磁鋼板のバックヨーク部の、外周面をステータの中心軸線を中心とする円弧面とし、内周面を、その突極部の周方向中心を通る半径方向に垂直な平面とするとともに、当該外周面の突極部の外周側に位置する周方向中央部分に切り欠きを設けてなることを特徴とする回転電機のステータ構造。
5. 電磁鋼板の表面に積層時または積層前に潤滑剤を塗布してなる請求項１〜４のいずれかに記載の回転電機のステータ構造。
6. 隣接する電磁鋼板を、そのバックヨーク部の外周面の周方向端部において相互に溶接してなる請求項１〜５のいずれかに記載の回転電機のステータ構造。

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