JP5381139B2 - 電動機 - Google Patents
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Description
非特許文献1に記載されているように、固定子に圧縮応力が加わった場合に、電動機の効率が低下する主たる原因は、鉄心材料である電磁鋼板が有する鉄損特性の応力依存性にある。したがって、電磁鋼板の磁気特性の劣化を防止するには、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には、圧縮応力を加えることは不可避である。そこで、次に考慮しなければならないことは、圧縮応力が加わる範囲を、可能な限り磁束が流れる領域と重ならないようにすることである。
図3は、図2に示した電動機の固定子とケースとの接触部における圧縮応力の及ぶ範囲4と磁束の流れ5を模式的に説明したものである。この図から、励磁過程でティースを流れる磁束は、ティースのヨークへの付け根部において左右に分かれて隣接するティースに流れるため、固定子の突起部分近傍における磁束密度は、ティース部に比べて低くなることがわかる。
固定子の外周形状に設ける突起の数は、ティースの数が6〜18個である固定子の場合には、ティースの数と同じN個(N:6〜18)の突起を設けることが好ましい。Nの6未満では、突起の数が少な過ぎて、ケースに固着される固定力に乏しく、一方、Nが18を超えると、ケースから圧縮応力を受ける領域が多くなり過ぎで、本発明の効果が得られなくなるだけでなく、固定子の外周形状が複雑になり、加工が難しくなるからである。
上記図2では、固定子の外周形状が円形で、突起を有する例の電動機について説明したが、本発明の電動機は、上記固定子の回転軸に垂直な断面形状が、正Nまたは正N´角形で、その正NまたはN´角形の各頂点を上記突起とするものであってもよい。
図4は、図1と同じティースが12個(12スロット)の電動機であって、外周形状がティースの数と同じ正12角形の固定子6を、図5は、外周形状がティースの数と同じ正6角形の固定子7を、ケース1に焼き嵌め法あるいは圧入法で固着した電動機の例を示したものである。これらの電動機では、正多角形の各頂点が、固定子の突起として機能し、その部分でのみケースと接しているので、固定子に加わる圧縮応力の及ぶ領域を少ない範囲に限定できる。したがって、この場合にも、高効率の電動機を得ることができる。
その理由は、電動機が駆動されるときには、ティースの巻線が施された部分には、正逆の電流が交互に流れる。そのため、ティースは、反転する磁界を受けるが、この際、回転子に埋め込まれた磁石との間に吸引・反発力が生じて、ティースを構成する電磁鋼板は径方向に振動を起こし、この振動がケースに伝わって電動機が振動や騒音を発生する。このような振動や騒音を抑制するには、固定子を固着する位置のケースの厚みを厚くし、剛性を高めることが有効であるからである。
なお、電動機の振動や騒音は、ケースの固定方法にも依存するため、電動機をボルト締め等で固定するときの取付位置は、固定子が接しているケースの外周位置に設けるのが、騒音や振動の抑制には効果的である。
次いで、上記ケースを200℃に加熱して熱膨張させてから、上記固定子を挿入し、その後、ケースを冷却して焼き嵌め、本発明例の電動機Aを作製した。
また、比較例として、回転軸に垂直な断面形状が円形で、外径が156mmφであり、他は上記寸法と同一の形状、寸法の固定子を、上記と同様にして作製し、上記と同じアルミ合金製ケースに上記と同じ条件で焼き嵌め、電動機Bを作製した。
これらA,Bの2つの電動機について、モータ回転数:1500rpm、トルク:5Nmの条件でモータ効率を測定したところ、発明例の電動機Aは91%、比較例の電動機Bは89%であった。
次いで、上記ケースを200℃に加熱して熱膨張させてから、上記固定子を挿入し、ケース冷却して焼き嵌め、本発明例の電動機Cを作製した。このときの、焼き嵌めの際の固定子とケースの重なり代は最大で70μmであった。
このようにして作製した電動機Cについて、実施例1と同じ条件で、モータ効率を測定したところ、92%であった。
次いで、上記ケースを200℃に加熱して熱膨張させてから、上記固定子を挿入し、ケース冷却して焼き嵌め、本発明例の電動機Dを作製した。このときの、焼き嵌めの際の固定子とケースの重なり代は最大で60μmであった。
このようにして作製した電動機Dについて、実施例1と同じ条件で、モータ効率を測定したところ、93%であった。
2:外周形状が円形の固定子
3:外周形状が円形で6個の突起を有する固定子
4:ケースからの圧縮応力が及ぶ領域
5:固定子内の磁束の流れ
6:外周形状が正12角形で12個の突起を有する固定子
7:外周形状が正12角形で6個の突起を有する固定子
8:内周形状が正6角形であるケース
Claims (2)
- 環状のヨークとそのヨークの内周側にN個のティースを有し、上記各ティースに巻線を施した固定子と、上記固定子の内周に僅かな空隙を介して対向して回転可能に保持された回転子と、上記固定子を固定するケースとからなる電動機において、上記ティースの外周側に位置するヨークの外周かつティースの中心線上に、スロットの外周側に位置するヨークの外周よりも外側に突き出した突起を、固定子の円周方向に等間隔に有し、その突起位置で固定子がケースに固着されてなり、上記固定子の外周にある突起の数が、ティースの数と同数のNまたはティースの数の約数N´で、かつ、上記NまたはN´の数が6〜18であり、ケース外周の回転軸に垂直な断面形状が円形であり、かつケース内周の回転軸に垂直な断面形状が正Nまたは正N´角形であり、固定子外周にある突起が、上記正Nまたは正N´角形の各辺の中央で固着されてなることを特徴とする電動機。
- ケース内周の回転軸に垂直な断面形状が正Nまたは正N´角形であり、固定子の回転軸に垂直な断面形状がケースの内周形状と同じ正Nまたは正N´角形で、上記正Nまたは正N´角形の各頂点がケース内周の正Nまたは正N´角形の各辺の中央で固着されてなることを特徴とする請求項1に記載の電動機。
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