JP5303958B2 - 電動機および電動機固定子の固定方法 - Google Patents
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Description
また、 特許文献2では、固定子外周に突起部、ケース内周面部に溝を形成し、固定子を回転させて突起部を溝に係合させることにより電動機回転軸方向に応力分布の少ない固着方法を提案している。しかしながら、この方法でも応力は固定子のヨーク部にまでおよんでいる。
非特許文献1に記載のように、固定子に圧縮応力が加わった場合に電動機の特性が劣化する主たる原因は、鉄心材料である電磁鋼板の鉄損特性の応力依存性にあると考えられる。そのため、電磁鋼板の磁気特性劣化を防ぐには、圧縮応力を加えないことが最善である。しかし、固定子をケースに固着するためには、ある一定の圧縮応力が固定子に加わることは不可避である。このため、次に考慮しなければならないことは、応力が加わる領域を最小限にとどめ、可能な限り、応力が加わる領域を磁束の流れる領域と重ならないようにすることである。
ここで、非特許文献1では、電磁鋼板の単板を用いて、長さ方向に一様に圧縮応力を加えながら損失を測定しているため、磁束が流れる領域と応力が加わる領域はほぼ一致している。このため、圧縮応力が加わるとともに損失は大きく劣化している。そして、磁束の流れる方向、すなわち磁化しようとする方向に沿って圧縮応力を加えると透磁率が低下することから、磁気モーメントは圧縮方向に垂直な方向に配列しやすくなると推測できる。したがって圧縮方向に磁化しようとする場合により大きい磁界を加えねば、所望の磁束密度が得られない。圧縮応力を加えると損失が劣化する原因のひとつは、応力を加えない場合に比べて大きい磁界が必要になるためと考えられる。
以上より、電磁鋼板の磁気特性の劣化を防ぐには、磁化される領域、すなわち磁束が流れる領域から応力の加わる範囲を遠ざけることが肝要であるといえる。
そして、従来の焼きばめや圧入による方法では、固定子のヨーク外周部がケース内周部に接しているため、ヨーク外周部全体に圧縮応力が加わり、ヨーク部の周方向にも強い圧縮応力が加わる。その結果、ヨーク部が磁化されにくくなり、損失が増加すると考えられる。
[1]電動機回転子と、ヨーク部外周に扇形状の凸部を有した電動機固定子と、内周に扇形状の凹部を有した電動機ケースからなり、さらに、前記凸部および前記凹部を嵌め合わせることで前記電動機固定子と前記電動機ケースを結合する結合部を有し、前記電動機固定子の前記ヨーク部外周と前記電動機ケース内周の間は、前記電動機固定子と前記電動機ケースの結合部を除いて、空隙を有していることを特徴とする電動機。
[2]電動機回転子と、ヨーク部外周に扇形状の凹部を有した電動機固定子と、内周に扇形状の凸部を有した電動機ケースからなり、さらに、前記凹部および前記凸部を嵌め合わせることで前記電動機固定子と前記電動機ケースを結合する結合部を有し、さらには、前記電動機固定子の前記ヨーク部外周と前記電動機ケース内周の間は、前記電動機固定子と前記電動機ケースの結合部を除いて、空隙を有していることを特徴とする電動機。
[3]電動機回転子と、ヨーク部外周に扇形状の凸部を有した電動機固定子と、内周に扇形状の凹部を有した電動機ケースからなり、さらに、前記凸部および前記凹部を嵌め合わせることで前記電動機固定子と前記電動機ケースを結合する結合部を有し、前記凸部の先端の断面形状は、電動機回転軸方向にらせん状になっていることを特徴とする電動機。
[4]電動機回転子と、ヨーク部外周に扇形状の凹部を有した電動機固定子と、内周に扇形状の凸部を有した電動機ケースからなり、さらに、前記凹部および前記凸部を嵌め合わせることで前記電動機固定子と前記電動機ケースを結合する結合部を有し、前記凸部の先端の断面形状は、電動機回転軸方向にらせん状になっていることを特徴とする電動機。
[5]前記[1]または[2]において、前記凸部の先端の断面形状は、電動機回転軸方向にらせん状になっていることを特徴とする電動機。
[6]電動機固定子はヨーク部外周に扇形状の凸部を有し、電動機ケースは内周に扇形状の凹部を有しており、前記凸部および前記凹部を圧入により嵌め合わせることで前記電動機固定子と前記電動機ケースを結合し、前記電動機固定子の前記ヨーク部外周と前記電動機ケース内周の間は、前記電動機固定子と前記電動機ケースの結合部を除いて、空隙を有して前記電動機固定子を前記電動機ケースに固定することを特徴とする電動機固定子の固定方法。
[7]電動機固定子はヨーク部外周に扇形状の凹部を有し、電動機ケースは内周に扇形状の凸部を有しており、前記凹部および前記凸部を圧入により嵌め合わせることで前記電動機固定子と前記電動機ケースを結合し、前記電動機固定子の前記ヨーク部外周と前記電動機ケース内周の間は、前記電動機固定子と前記電動機ケースの結合部を除いて、空隙を有して前記電動機固定子を前記電動機ケースに固定することを特徴とする電動機固定子の固定方法。
[8]前記[6]または[7]において、電動機固定子は、前記凸部の先端の断面形状が電動機回転軸方向にらせん状になるように、前記凸部中心線とティース中心線とがなす角度が各々異なる電磁鋼板を複数枚積層して形成され、前記電動機ケースは、内周に断面形状が前記凸部の先端に形成されるらせん形状と一致する、扇形状の凹部の溝が形成され、次いで、前記電動機固定子を電動機ケースに嵌め合わせることを特徴とする電動機固定子の固定方法.
なお、前記扇形状の凸部中心線とは、前記凸部の周方向幅の1/2の位置と前記凸部を形成する扇型の中心を結ぶ線であり、ティース中心線とは、固定子内周の中心を通り、ティース幅を二分割する線である。
以上より、従来の電動機に比べて、固定子の電磁鋼板の透磁率増加により巻線電流が減少し銅損が低下し、巻線数の減少による固定子の小型化が達成されることになる。
この他に、圧入による方法では、ケースリング2を加熱しないで荷重を加えて固定子1をケースリング2にはめ込むものである。
やきばめによる方法や圧入による方法のいずれの場合でも、固定後は固定子に圧縮応力が加わっている状態となる。
一方、本発明による電動機固定子の固定方法の一実施形態を図2、図3及び図4に示す。
本発明では、図2に示したように、固定子1は、ヨーク部3外周に扇形状の凸部4を有する電磁鋼板を複数枚積層してなる。一方、図3に示すように、電動機ケース5は、内周に扇形状の凹部6を有している。そして、固定子1を電動機ケース5に圧入して、前記凸部4および前記凹部6を嵌め合わせることで、前記固定子1と前記ケース5を結合する。圧入する前の固定子1の扇形状の凸部4および電動機ケース5の扇形状の凹部6を拡大した図を図4(a)として示す。凸部の幅と両端の高さは、それぞれ接触する凹部の幅と両端の高さよりわずかに大きくなっており、圧入によりこの部分が結合して、固定子はケースに固着する。
また、圧入後の結合部の拡大図を、図4(b)として示す。図4(b)によれば、本発明では、固着した状態では、結合部以外の前記電動機固定子の前記ヨーク部外周と前記ケース内周の間には空隙7がある。この空隙7により、従来の焼きばめや圧入による方法では全周にわたり加えられていた圧縮応力の加わる範囲がほぼ結合部のみに抑えられることになる。ここで、図4における固定子の扇形凸部とケースの扇形凹部の重なり代(結合部)、すなわち結合部の凸部周方向幅と凹部周方向内幅との差は、好適には20μm以上、200μm以下である。20μmに満たないと固定子とケースの固着が十分ではなく、また200μmを超えると圧入の際に大きな荷重を必要とし、また凸部の一部が損傷するおそれもある。
本発明の固定子をケースにはめ込む場合の模式図を図5に示す。図2に示したような電磁鋼板を複数枚積層して、かしめあるいは接着により固定子1を作製し、ケース5に圧入して固着する。この時、固定子1の扇形状の凸部4がケース5内周の凹部6の溝にはめ込まれ固着することができる。固定子1とケース5は扇形の凹凸部で結合し、かつ結合箇所以外の固定子外周とケース内周の間には空隙があり、従来の焼きばめや圧入方法による固着によるケースからの一様な圧縮応力が加わることなく、その結果として電磁鋼板の損失劣化を抑えられ目的は達成できる。
図7は、固定子1’の凸部の先端の断面形状がらせん状になるように電磁鋼板を積層した場合の固定子1’をケース5’にはめ込む場合の模式図である。図7では、ケース5’の凹部6は、固定子1’凸部4の断面形状(らせん形状)に沿うように、側面からみて凹部中心がらせんを描くように溝を形成している。そして、断面形状がらせん状の凸部を断面が同じくらせん状の凹部の溝に圧入する。
このような構造を取ることにより、凹凸結合部とティースの位置が鋼板面内で異なり、その結果、結合による鋼板の磁気特性への影響が回転軸方向に分散できることになる。
図5と同様の形状、構造を有する電動機を以下のように作製した。電動機は8極12スロットの集中巻きのブラシレスDCモータ(表面磁石型、内回転子型)とした。固定子1は、JIS50A400グレードの0.5mm厚の無方向性電磁鋼板を図5に示す形状にプレス打ち抜きした板を84枚積層し、固着した後、ティース8をボビンで覆い、そのうえに巻線を施した。全体の厚みは42mmである。
固定子の外径(突起部含めず)は180mm、内径は80mm、ヨーク幅は8mm、ティース幅は10mmである。扇形凸部4は、その中心線がティース8の中心線と一致するようにヨークの外側に12箇所形成した。一方、ケース5は、アルミ合金製にて製造した。また、ケース5の内周に扇形上の凹部6を形成した。そして、その扇形状の凹部と凸部が合うように固定子1を合わせ、荷重100Nを加えて挿入した。固定子扇形凸部4とケース扇形凹部5の重なり代は最大で120μmであった。以上により得られた電動機を電動機Aとする。
比較のため、図1に示したような、扇形突起物のない形状に打ち抜いた電磁鋼板を電動機A(参考例)と同じ枚数だけ積層し、凹部のないケースを200℃に加熱して、焼きばめにより電動機Bを作製した。
その結果、電動機Aでは92%の効率であった。一方、電動機Bでは89%であった。参考例では、比較例よりも高いモータ効率が得られていることがわかる。そして、優れた特性の電動機が得られることが確認できた。
なお、上記以外は実施例1と同様である。
以上により得られた電動機を電動機Cとし、電動機Cを実施例1と同じ条件でモータ効率を測定したところ、93%の効率であった。電動機Cでは凹凸結合部とティースの位置が鋼板面内で異なり、その結果、結合による鋼板の磁気特性への影響が回転軸方向に分散できている。そのため、電動機Aに比べ、より一層高いモータ効率が得られていることがわかる。
2 ケースリング
3 ヨーク部
4 扇形状の凸部
5 5’ ケース
6 扇形状の凹部
7 空隙
8 ティース
Claims (4)
- 電動機回転子と、ヨーク部外周に扇形状の凸部を有した電動機固定子と、内周に扇形状の凹部を有した電動機ケースからなり、さらに、前記凸部および前記凹部を嵌め合わせることで前記電動機固定子と前記電動機ケースを結合する結合部を有し、前記電動機固定子の前記ヨーク部外周と前記電動機ケース内周の間は、前記電動機固定子と前記電動機ケースの結合部を除いて、空隙を有し、さらに、前記凸部の先端の断面形状は、前記凸部中心線とティース中心線とがなす角度が各々異なる電磁鋼板を複数枚積層して形成することで電動機回転軸方向にらせん状になっており、電動機ケース内周には断面形状が前記凸部の先端に形成されるらせん形状と一致する、扇形状の凹部の溝を有していることを特徴とする電動機。
なお、前記扇形状の凸部中心線とは、前記凸部の周方向幅の1/2の位置と前記凸部を形成する扇型の中心を結ぶ線であり、ティース中心線とは、固定子内周の中心を通り、ティース幅を二分割する線である。 - 電動機回転子と、ヨーク部外周に扇形状の凹部を有した電動機固定子と、内周に扇形状の凸部を有した電動機ケースからなり、さらに、前記凹部および前記凸部を嵌め合わせることで前記電動機固定子と前記電動機ケースを結合する結合部を有し、さらには、前記電動機固定子の前記ヨーク部外周と前記電動機ケース内周の間は、前記電動機固定子と前記電動機ケースの結合部を除いて、空隙を有し、さらに、前記凹部の断面形状は、前記凹部部中心線とティース中心線とがなす角度が各々異なる電磁鋼板を複数枚積層して形成することで電動機回転軸方向にらせん状になっており、電動機ケース内周には断面形状が前記凹部により形成されるらせん形状と一致する、扇形状の凸部の突起を有していることを特徴とする電動機。
なお、前記扇形状の凹部中心線とは、前記凹部の周方向幅の1/2の位置と前記凹部を形成する扇型の中心を結ぶ線であり、ティース中心線とは、固定子内周の中心を通り、ティース幅を二分割する線である。 - 電動機固定子はヨーク部外周に扇形状の凸部を有し、前記凸部の先端の断面形状が電動機回転軸方向にらせん状になるように、前記凸部中心線とティース中心線とがなす角度が各々異なる電磁鋼板を複数枚積層して形成され、電動機ケースは内周に扇形状の凹部を有しており、前記凹部は、電動機ケース内周に断面形状が前記凸部の先端に形成されるらせん形状と一致する、らせん状の溝を形成し、前記凸部および前記凹部を圧入により嵌め合わせることで前記電動機固定子と前記電動機ケースを結合し、前記電動機固定子の前記ヨーク部外周と前記電動機ケース内周の間は、前記電動機固定子と前記電動機ケースの結合部を除いて、空隙を有して前記電動機固定子を前記電動機ケースに固定することを特徴とする電動機固定子の固定方法。
なお、前記扇形状の凸部中心線とは、前記凸部の周方向幅の1/2の位置と前記凸部を形成する扇型の中心を結ぶ線であり、ティース中心線とは、固定子内周の中心を通り、ティース幅を二分割する線である。 - 電動機固定子はヨーク部外周に扇形状の凹部を有し、前記凹部の断面形状が電動機回転軸方向にらせん状になるように、前記凹部中心線とティース中心線とがなす角度が各々異なる電磁鋼板を複数枚積層して形成され、電動機ケースは内周に扇形状の凸部を有しており、前記凸部は、電動機ケース内周に断面形状が前記凹部により形成されるらせん形状と一致する、らせん状の突起を形成し、前記凹部および前記凸部を圧入により嵌め合わせることで前記電動機固定子と前記電動機ケースを結合し、前記電動機固定子の前記ヨーク部外周と前記電動機ケース内周の間は、前記電動機固定子と前記電動機ケースの結合部を除いて、空隙を有して前記電動機固定子を前記電動機ケースに固定することを特徴とする電動機固定子の固定方法。
なお、前記扇形状の凹部中心線とは、前記凹部の周方向幅の1/2の位置と前記凹部を形成する扇型の中心を結ぶ線であり、ティース中心線とは、固定子内周の中心を通り、ティース幅を二分割する線である。
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