JP5387225B2 - 電機子用ヨーク及び電機子 - Google Patents
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Description
本発明は、電機子用ヨーク及び電機子に関し、特に、積層された電磁鋼板の複数を有する電機子用ヨークに関するものである。
例えばアキシャルギャップ型回転電機において、当該回転電機の回転軸方向に電磁鋼板を積層して、電機子のバックヨークを形成する技術が提案されており、下掲の特許文献1ないし特許文献3等に開示されている。
複数の鋼板同士を固着する手法としては、例えばモールド(変形)によるカシメ構造による固着や、カシメピンの挿入による固着等が提案されている。このようなカシメによって鋼板同士を簡単かつ強固に固着しようとする場合には、できるだけ広い面積を呈する領域の中心に一のカシメ構造を形成することが望ましい。仮に2枚の同一の矩形状の鋼板同士を一のカシメ構造で固着する場合には、各鋼板の中心(鋼板が呈する矩形状の2つの対角線の交点)近傍にカシメ構造を形成する場合と、辺縁部近傍にカシメ構造を形成する場合とでは、前者の方が強固に固着できる。
しかしながら、電機子用ヨークに採用する場合には、鋼板同士を単に簡単かつ強固に固着するだけでは次のような問題を招来する。すなわち、電機子用ヨークを積層鋼板で形成する場合、鋼板のそれぞれは電機子用磁芯の一部を埋設するための埋設孔を呈しているものもあり、埋設孔を避けてカシメ構造を形成する必要がある。このカシメ構造が、環状に配列する電機子用磁芯の間(具体的には周方向で隣接する電機子用磁芯用の埋設孔同士の間)に位置する場合には、回転電機として動作した場合に磁束が流れる磁路に当該カシメ構造が含まれることになり、磁気特性が劣化して鉄損が増加する。
本発明は、上記課題に鑑み、積層された複数の電磁鋼板を有する電機子用ヨークにおいて、電機子用ヨークの磁気特性の劣化や鉄損の増加を回避又は抑制しつつ、電磁鋼板同士を強固に固着する技術を提供することを目的とする。
上記課題を解決すべく、本発明に係る電機子用ヨークの第1の態様は、予め定められた軸(Q)方向に積層した電磁鋼板(12)の複数を備える電機子用ヨーク(10)であって、前記電機子用ヨークは、前記軸の周りで環状に複数配置されて電機子巻線(22)を巻回する芯として機能する電機子用磁芯(24)の前記軸の一方側が填る貫通孔(14)又は填込み凹部(14a)を呈し、第1の前記電磁鋼板とこれに前記軸方向で隣接する第2の前記電磁鋼板とは、前記軸方向からの平面視で前記軸を中心とする前記貫通孔又は前記填込み凹部の外縁よりも外側で、前記軸方向の局所的な第1の変形(161,181)によって結合する、電機子用ヨーク(10)である。
本発明に係る電機子用ヨークの第2の態様は、その第1の態様であって、前記貫通孔(14)又は前記填込み凹部(14a)を規定する辺縁のうち少なくとも一部は、前記軸(Q)と、前記第1の変形(161,181)とを結ぶ第1の線(L)上にある。
本発明に係る電機子用ヨークの第3の態様は、その第2の態様であって、前記第1の線(L)と、前記軸(Q)方向からの平面視で前記軸と前記第1の線上にある前記貫通孔(14)又は前記填込み凹部(14a)の前記軸を中心とする周方向(θ)中心とを結ぶ第2の線(M)とは略一致する。
本発明に係る電機子用ヨークの第4の態様は、その第1の態様であって、第3の前記電磁鋼板(12)とこれに前記軸(Q)方向で隣接する第4の前記電磁鋼板とは、前記軸方向の局所的な第2の変形(162,182)によって結合し、前記第2の変形は、前記軸方向からの平面視で、前記周(θ)方向に隣接する前記貫通孔(14)又は前記填込み凹部(14a)のそれぞれに填る2つの前記電機子用磁芯(24)の部位(261,262)同士が前記周方向で相対する面(261S,262S)のそれぞれにおいて最も前記軸に近い位置(261N,262N)同士を結ぶ直線よりも前記軸側に設けられる。
本発明に係る電機子用ヨークの第5の態様は、その第4の態様であって、前記第1の前記電磁鋼板(12)と前記第2の前記電磁鋼板とは、前記前記第2の変形(162,182)によっても結合し、前記第1の前記電磁鋼板及び前記第2の前記電磁鋼板が呈する前記第1の変形(161,181)の数は、前記第2の変形の数以上である。
本発明に係る電機子用ヨークの第6の態様は、その第5の態様であって、前記第1の前記電磁鋼板(12)と前記第2の前記電磁鋼板とは、前記前記第2の変形(162,182)によっても結合し、前記第1の前記電磁鋼板及び前記第2の前記電磁鋼板が呈する前記第1の変形(161,181)の数は、前記電機子ヨーク(10)が呈する前記貫通孔(14)の数の2倍あり、前記第1の前記電磁鋼板及び前記第2の前記電磁鋼板が呈する前記第2の変形の数は、前記電機子用ヨークが呈する前記貫通孔の数のn(n:自然数)分の2個ある。
本発明に係る電機子用ヨークの第7の態様は、その第5の態様であって、前記第1の前記電磁鋼板(12)と前記第2の前記電磁鋼板とは、前記前記第2の変形(162,182)によっても結合し、前記第1の前記電磁鋼板及び前記第2の前記電磁鋼板が呈する前記第2の変形の数は、前記電機子用ヨーク(10)が呈する前記貫通孔(14)の数の2倍あり、前記第1の前記電磁鋼板及び前記第2の前記電磁鋼板が呈する前記第1の変形(161,181)の数は、前記貫通孔の数のn(n:自然数)倍個ある。
本発明に係る電機子用ヨークの第8の態様は、その第1ないし第7の態様のいずれかであって、前記電機子用ヨーク(10)は、前記軸(Q)方向を法線とする面上で前記軸を中心とする環状に配列する分割体(10p)の複数を有し、複数の前記分割体は互いに略等しい形状を呈し、一の前記分割体とそれに隣接する他の前記分割体とは、前記貫通孔(14)に対して前記軸と反対側で互いに結合する。
本発明に係る電機子用ヨークの第9の態様は、その第4ないし第8の態様のいずれかであって、前記貫通孔(14)又は前記填込み凹部(14a)の前記周方向(θ)の幅は、前記軸(Q)から遠離るにつれて増大する。
本発明に係る電機子の第1の態様は、本発明に係る電機子用ヨーク(10)の第1ないし第9の態様のいずれかと、前記電機子巻線(22)及び前記電機子用磁芯(24)とを備える、電機子(100)である。
本発明に係る電機子用ヨークの第1の態様によれば、磁気特性の劣化や鉄損の増加を抑制しつつ、複数の電磁鋼板同士を強固に固定できる。
本発明に係る電機子用ヨークの第2の態様によれば、電機子用磁芯からの磁束の流れに与える第1の変形による影響を回避又は抑制しつつ、複数の電磁鋼板同士を強固に固定できる。
本発明に係る電機子用ヨークの第3の態様によれば、電機子用磁芯からの磁束の流れに与える第1の変形による影響を更に回避又は抑制しつつ、複数の電磁鋼板同士を強固に固定できる。
本発明に係る電機子用ヨークの第4の態様によれば、隣接する電機子用磁芯間で最短距離で流れる磁束よりも内径側で、複数の電磁鋼板同士を固定するので、磁束の流れに与える第2の凸部及び第2の凹部による影響を回避又は抑制しつつ、更に強固に電磁鋼板同士を固定できる。
本発明に係る電機子用ヨークの第5の態様によれば、複数の電磁鋼板同士を強固に固定できる。第1の電磁鋼板とこれに軸方向で隣接する第2の電磁鋼板とを第2の変形で結合する場合、一の第2の変形と、それに隣り合う他の第2の変形との距離は、一の第1の変形と、それに隣り合う他の第1の変形との距離よりも短い。したがって、第1の変形の数と、第2の変形の数とは必ずしも同数でなくとも、複数の電磁鋼板同士を強固に固定できる。
本発明に係る電機子用ヨークの第6の態様によれば、複数の電磁鋼板同士を強固に固定できる。第1の電磁鋼板とこれに軸方向で隣接する第2の電磁鋼板とを第2の変形で結合する場合、一の第2の変形と、それに隣り合う他の第2の変形との距離は、一の第1の変形と、それに隣り合う他の第1の変形との距離よりも短い。したがって、第1の変形の数と、第2の変形の数とは必ずしも同数である必要はない。
本発明に係る電機子用ヨークの第7の態様によれば、複数の電磁鋼板同士を強固に固定できる。第1の電磁鋼板とこれに軸方向で隣接する第2の電磁鋼板とを第2の変形で結合する場合、一の第1の変形と、それに隣り合う他の第1の変形との距離は、一の第2の変形と、それに隣り合う他の第2の変形との距離よりも長い。したがって、第1の変形の数と、第2の変形の数とは必ずしも同数設ける必要はない。
複数の電磁鋼板を積層して電機子用ヨークを作成する場合には、電磁鋼板を所望の形状に打抜きながら順次積層していく。本発明に係る電機子用ヨークの第8の態様によれば、電磁鋼板を電機子用ヨークの形状に形成するよりも、分割体の形状に形成した後に組合せて電機子用ヨークを作成する方が、打抜きに供する電磁鋼板の大きさを小さくすることができ、所望の形状に打抜かれた後の残余の電磁鋼板の大きさを小さくすることができる。ひいては生産効率の向上に資する。
電機子用磁芯及び電機子巻線を設けた場合には、電機子用磁芯及び電機子巻線の内周側を流れる磁束の量は、外周側を流れる磁束の量よりも少ない。本発明に係る電機子用ヨークの第9の態様によれば、内周側にカラマセを設けても磁束の流れに与える影響を抑制できる。
本発明に係る電機子の第1の態様によれば、磁気特性の劣化や鉄損の増加が少ない電機子を得ることができる。
以下、本発明の好適な実施例について、図面を参照しながら説明する。なお、図1を初めとする以下の図には、本発明に関係する要素のみを示す。
〈実施例1〉
図1及び図2に示すように、本発明の実施例1に係る電機子用ヨーク10は、予め定められた軸Qを中心とする略環状の電磁鋼板12の複数を軸Q方向に積層して形成される。電機子用ヨーク10の軸Q方向の一方側には軸Q方向に平行な方向を巻回軸とする電機子巻線22の複数が配設される。電機子巻線22のそれぞれは、電機子用磁芯24を芯として巻回される。電機子用ヨーク10は、電機子用磁芯24の軸Q方向の一方側たる埋設部26が填る貫通孔14を呈している。このような電機子100は軸Q方向で予め定められた距離の空隙を介して界磁子たる回転子(図示省略)と対向して回転電機を構成する。
図1及び図2に示すように、本発明の実施例1に係る電機子用ヨーク10は、予め定められた軸Qを中心とする略環状の電磁鋼板12の複数を軸Q方向に積層して形成される。電機子用ヨーク10の軸Q方向の一方側には軸Q方向に平行な方向を巻回軸とする電機子巻線22の複数が配設される。電機子巻線22のそれぞれは、電機子用磁芯24を芯として巻回される。電機子用ヨーク10は、電機子用磁芯24の軸Q方向の一方側たる埋設部26が填る貫通孔14を呈している。このような電機子100は軸Q方向で予め定められた距離の空隙を介して界磁子たる回転子(図示省略)と対向して回転電機を構成する。
なお、本願では特に断らない限り、電機子巻線22はこれを構成する導線の1本1本を指すのではなく、導線が一纏まりに巻回された態様を指すものとする。これは図面においても同様である。また、巻始め及び巻終わりの引出線及び、それらの結線も図面においては省略している。電機子巻線22の巻線の形態は、ボビンに巻回又は、絶縁処理を施した電機子用磁芯24に直接巻回のいずれであっても良い。また、電機子巻線22の巻回方法は、ワークを回転させて巻回するスピンドル巻、ノズルを旋回させて固定したワークに巻回するノズル巻等、任意である。さらに、巻回しながら又は巻回後に加熱して線同士を固着させる自己融着線を用いると好適である。また、巻回後に樹脂でモールドしても良い。
本実施例において電機子用磁芯24は、図2に示すように軸Q方向を法線とする面上で軸Qを中心とする径方向Rに電磁鋼板21の複数を積層して形成されるが、圧粉磁芯を成形したものを用いても良い。また、貫通孔14に埋設部26を填込む手法は任意であるが、本実施例においては接着又は圧入によって填込んだ状態を保持しているものとする。ここでは、埋設部26は軸Q方向からの平面視(以下、単に「平面視」と称する)において電機子用磁芯24のうち電機子巻線22が巻回される巻回部25よりも周方向θにおける寸法が細く設定される態様を例示している。
貫通孔14は、主に次の2つの理由から、軸Qに近い側が開口している。すなわち、1つには、電機子用磁芯24を通る磁束周りの渦電流が電機子用ヨーク10に発生するのを回避又は抑制するためである。2つには、電機子用磁芯24の外側に相当する部位を開口させる場合と比較して、電機子用ヨーク10を備える電機子を回転電機の外周を覆うケース内で保持する強度が、高まるからである。
電機子用ヨーク10を構成する電磁鋼板12のうち、第1の電磁鋼板121(図2において便宜的に複数の電磁鋼板12のそれぞれに互いに異なる符号を付した:図2では3枚の電磁鋼板121,122,123のみを描いているが、電磁鋼板の枚数は3枚に限定されない)とこれに軸Q方向で隣接する第2の電磁鋼板122とは、平面視で軸Qを中心とする貫通孔14の外縁14oよりも外側で、軸Q方向の局所的な変形によって結合する、いわゆるカラマセと呼ばれる構造を呈している。具体例を挙げれば、軸Qを中心とする貫通孔14の外縁14oよりも外側において、第1の電磁鋼板121と第2の電磁鋼板122とが互いに対向する面はそれぞれ次のような変形を呈している。第1の電磁鋼板121が呈する面のうち第2の電磁鋼板122と対向する面は第2の電磁鋼板122へと向かって軸Q方向に沿って突出する凸部161(課題を解決するための手段における「第1の変形161」)を呈し、第2の電磁鋼板122が呈する面のうち第1の電磁鋼板121と対向する面は凸部161と平面視で対応する位置で軸Q方向に沿って陥没する凹部181(課題を解決するための手段における「第1の変形181」)を呈している。本形状は、パンチを、電磁鋼板12の厚み未満の深さだけ電磁鋼板12に打込むことで、電磁鋼板12を打抜くことなく、一方に凹部181を、他方に凸部161を形成する。この凸部161と凹部181とが嵌合することによって第1の電磁鋼板121と第2の電磁鋼板122,との結合を保持する。同様に第2の電磁鋼板122と第3の電磁鋼板123との結合を保持する。
貫通孔14が軸Qを中心として周方向θで等間隔に規定され、貫通孔14に填る電機子用磁芯24が周方向θで対称形を呈するとき、凸部161及び凹部181は次の条件を満たすことが望ましい。すなわち、軸Qと、凸部161及び凹部181とを直線Lで結んだ場合、貫通孔14を規定する辺縁のうち少なくとも一部が直線L上にあることが望ましい。換言すれば、軸Qを中心として貫通孔14を規定する辺縁の外側で凸部161及び凹部181を呈していることが望ましい。さらに、軸Qと、貫通孔14の軸Qを中心とする周方向θ中心とを結ぶ直線Mと、直線Lとが略一致することがより望ましい。
何となれば、一の電機子用磁芯241の周方向θ中心C(貫通孔14の周方向θ中心と一致する)を境界として、当該境界の周方向θの一方側では一の電機子用磁芯241と当該一方側で隣接する他の電機子用磁芯242との間で磁束F1が流れ、当該境界の周方向θの他方側では一の電機子用磁芯241と当該他方側で隣接する他の電機子用磁芯243との間で磁束F2が流れる。これらの磁束F1,F2は貫通孔14の外縁14oよりも平面視で径方向Rの外側(電機子用ヨーク10の外周側)に広がって流れ、一の電機子用磁芯241の周方向θ中心C近傍では広がらない。具体的には、電機子100と対向する界磁子の磁石が平面視で外側ほど幅広となる扇状あるいは円弧状を呈する場合又は、本実施例のように電機子用磁芯24が平面視で外側ほど幅広となる扇状あるいは台形状を呈する(換言すれば、平面視で軸Qから遠離るにつれて周方向θの幅が増大する)場合には、外側ほど多くの磁束が発生する。そのため、電機子用ヨーク10のうち周方向θで隣接する電機子用磁芯24同士の間では、径方向Rの外側に広がって磁束が流れ、一の電機子用磁芯241の周方向θの中心C近傍では径方向Rの外側には広がらない。これは他の電機子用磁芯242,243についても同様である。特に、電機子用磁芯24が径方向Rに積層された鋼板で構成される場合、最も外周に位置する鋼板の外径側が呈する面には、絶縁皮膜が施されており、磁気抵抗が高く、磁束が通りにくい。さらに、電機子用磁芯24と電機子用ヨーク10との間には僅かな隙間があるため、磁気抵抗が高く、磁束が通りにくい。
よって、凸部161及び凹部181が、軸Qに対して貫通孔14の外側、望ましくは軸Qに対して貫通孔14の周方向θ中心の外側に位置していれば、凸部161及び凹部181が磁束の流れに与える影響を回避又は抑制しつつ、複数の電磁鋼板12同士を強固に固定できる。なお、図1では便宜的に、一の電機子用磁芯241と、これに周方向θの一方(平面視で反時計回り)側で隣接する他の電機子用磁芯242と、周方向θの他方(平面視で時計回り)側で隣接する他の電機子用磁芯243と、2つの電機子用磁芯241,242間に流れる磁束F1と、2つの電機子用磁芯241,243間に流れる磁束F2を仮想線で示している。電磁鋼板12を径方向Rに積層して電機子用磁芯24を形成する場合、主たる磁束F3,F4は、上述した磁気抵抗の差により、一の電機子用磁芯241の最外周の電磁鋼板12の外径側が呈する面の周方向θの端部から、他の電機子用磁芯242の外径側が呈する面の周方向θの端部に向かって径方向Rの外側に広がって流れる。また、巻回部25の電機子用ヨーク10と対向する端面から、電機子用ヨーク10に垂直に入射する磁束F5,F6は、電機子用ヨーク10の内部を径方向Rに広がって流れる。
電機子巻線22及び電機子用磁芯24が図2に示すように環状に配列している場合、周方向θにおいて隣接する電機子用磁芯24同士の間に磁束が流れる。凸部161及び凹部181を貫通孔14の外縁14oよりも外側に設けることにより、隣接する電機子用磁芯24同士の間の領域を変形させずに複数の電磁鋼板12同士を結合させることができる。もって電機子用ヨーク10の磁気特性の劣化や鉄損の増加を回避又は抑制しつつ、電磁鋼板12同士を強固に固着できる。
上述のように磁束は、周方向θにおいて隣接する電機子用磁芯24同士の間の領域に流れる。特に、平面視で電機子用磁芯24の外側においては径方向Rの外側(電機子用ヨーク10の外周側)に広がって流れる。電機子100と対向する界磁子の磁石が外側ほど幅広となる扇状あるいは円弧状を呈する場合又は、本実施例のように電機子用磁芯24が外側ほど幅広となる扇状あるいは台形状を呈する(換言すれば、平面視で軸Qから遠離るにつれて周方向θの幅が増大する)場合には、外側ほど多くの磁束が発生する。そのため、電機子用ヨーク10のうち隣接する電機子用磁芯24同士の間では、径方向Rの外側に広がって磁束が流れる。
上述のとおり、発生する磁束は径方向Rの内側ほど少ないので、外縁14oの外側だけで凸部161及び凹部181を呈する必要はない。例えば、図1及び図2に示すように、軸Qに近い側(電機子用ヨーク10の内周側)で凸部162及び凹部182(課題を解決するための手段における「第2の変形162,182」)を呈していても良い。以後、凸部161及び凹部181を「第1の凸部161及び第1の凹部181」と称し、凸部162及び凹部182を「第2の凸部162及び第2の凹部182」と称する。凸部162及び凹部182の構造としては、それぞれ凸部161及び凹部181の構造を採用することができる。
第2の凸部162及び第2の凹部182は、周方向θで隣接する貫通孔14の間の領域であっても良い。何となれば、電機子用ヨーク10の内周側は、外周側に比べて界磁子の磁石の周方向θの幅が狭く、電機子用ヨーク10を通る磁束の量が相対的に少ないため、第2の凸部162及び第2の凹部182を避けて磁束が流れることが十分に可能だからである。また、磁束密度が小さくなるため、第2の凸部162及び第2の凹部182によって磁気特性が劣化したとしても、その影響を抑制することができる。
以上のように、複数の電磁鋼板12を軸Q方向に積層して電機子用ヨーク10を形成する場合には、平面視で貫通孔14の外縁14oよりも外側において第1の凸部161及び第1の凹部181によって電磁鋼板12同士を固着することに加えて、第2の凸部162及び第2の凹部182によっても電磁鋼板12同士を固着すれば、磁束の流れに与える影響を回避又は抑制しつつ、更に強固に電磁鋼板12同士を固着できる。
〈実施例2〉
ここでは、本発明の実施例2として主に、第2の凸部162及び第2の凹部182による凹凸やカラマセによって電磁鋼板12同士を固着する場合に想定される態様について図面を参照しながら説明する。なお、上記実施例1と同様の機能を有する構成については同一符号を付してその説明を省略する。以降の実施例においても同様とする。
ここでは、本発明の実施例2として主に、第2の凸部162及び第2の凹部182による凹凸やカラマセによって電磁鋼板12同士を固着する場合に想定される態様について図面を参照しながら説明する。なお、上記実施例1と同様の機能を有する構成については同一符号を付してその説明を省略する。以降の実施例においても同様とする。
図3ないし図6に示すように、本発明の実施例2に係る電機子用ヨーク10aは、平面視で実施例1の貫通孔14よりも、周方向θの幅が広い貫通孔14aを呈している。この貫通孔14aには貫通孔14aの周方向θの幅と略同じ幅の埋設部261aあるいは埋設部262aを有する電機子用磁芯24aの複数がそれぞれ填る。この電機子用磁芯24aのそれぞれに電機子巻線(図示省略)が巻回されることによって電機子を構成する。なお、図3においては便宜的に2つの電機子用磁芯24aの埋設部261a,262aを代表して仮想線で示した。
埋設部261a,262aの周方向θの幅を広くとることによって、具体的には、平面視で、埋設部261a,262aの周方向θの幅を電機子用磁芯24aの巻回部25の周方向θの幅よりも広くとれば、上記実施例1で例示した埋設部261,262を有する電機子用磁芯24と電機子用ヨーク10との間の磁気抵抗よりも、電機子用磁芯24aと電機子用ヨーク10aとの間の磁気抵抗を小さくすることができる。実施例1で例示した電機子用磁芯24では巻回部25と電機子用ヨーク10との間を流れる磁束は、電磁鋼板121が延在する面の法線方向を流れるので、磁気抵抗は高い。他方、実施例2で例示する電機子用磁芯24aでは巻回部25と電機子用ヨーク10aとの間を流れる磁束は、ほとんどが電磁鋼板12aの面内方向を流れるので、磁気抵抗は低い。
しかし、貫通孔14aの周方向θの幅を大きくとることによって、上記実施例1で示したように周方向θで隣接する電機子用磁芯24同士の間の領域のすべてで第2の凸部162及び第2の凹部182を呈することは困難な場合がある。具体的には、周方向θで隣接する電機子用磁芯24a同士の間の領域が上記実施例1での当該領域よりも狭くなるために、電磁鋼板12aに第2の凸部162及び第2の凹部182を形成するのが困難な場合がある。また、第2の凸部162及び第2の凹部182を形成できたとしても、両者を固着したときに作用する力によって電磁鋼板12aが変形してしまう可能性がある。
そこで、第2の凸部162及び第2の凹部182を、第1の凸部161及び第1の凹部181の数よりも少なくすることによって、上記のような変形の発生を抑制することが望ましい。具体的には図3に示すように例えば、第1の凸部161及び第1の凹部181は複数の貫通孔14aの外縁14oのそれぞれの外側に1つずつ形成し、第2の凸部162及び第2の凹部182はそれぞれ周方向θに並ぶ領域3つのうち1つに形成する。より具体的には図3においては電機子用ヨーク10aが9つの貫通孔14aを呈しており、第1の凸部161及び第1の凹部181はそれぞれ9つ形成されている。これに対して第2の凸部162及び第2の凹部182は周方向θで等間隔にそれぞれ3つ形成されている。
なお、電機子用ヨーク10aが呈する貫通孔14の数に応じて適宜に第2の凸部162及び第2の凹部182の数を変更してもかまわないのはもちろんであるが、周方向θで等間隔に形成することが望ましい。何となれば、仮に電機子用ヨーク10aに外力が作用したとしても周方向θで等間隔に形成していれば外力の偏りを回避又は抑制することができる上に、仮に第2の凸部162及び第2の凹部182が電機子用ヨーク10aの磁気特性を損なうようなことになったとしても、磁気特性の偏りを解消し得るからである。
また、図4ないし図6に示すように電機子用ヨーク10aは、電磁鋼板12aの電機子用磁芯24aが立設する側とは反対側において補強板30を有している。補強板30は、平面視で電磁鋼板12aの外形と略同じ形状を呈する環状部材であり、軸Q方向で隣接する電磁鋼板12aに固定されている。補強板30は、積層された複数の電磁鋼板12aの外力に対する強度を向上させつつ、電機子用磁芯24aの固定に資する。
具体例を挙げれば補強板30、電機子用ヨーク10aを有する電機子が回転電機に採用された場合に、回転シャフト(図示省略)が遊貫する孔31を呈し、平面視で電機子用ヨーク10aが呈する貫通孔14に対応する位置において軸Q方向に貫通若しくは電機子用ヨーク10a側へと開口する孔32を複数呈する。孔32は平面視で矩形状を呈し、径方向Rに延在する。
電機子用磁芯24aは埋設部261a,262aの巻回部25とは反対側で孔32に填る形状の補強部27を呈する。孔32に補強部27を填込んで固定することによって電機子用磁芯24aを電機子用ヨーク10aに固定する。ここで、孔32に補強部27を填込んで固定するには、図6に示すように例えば、孔32の辺縁と補強部27の辺縁とを溶接によって固定しても良い。なお、電磁鋼板12aの補強板30から離れる方向への移動は電機子用磁芯24aに巻回される電機子巻線(図示省略)が抑止できる。
〈実施例3〉
ここでは、本発明の実施例3として主に、電磁鋼板12,12aを周方向θで分割する態様について図面を参照しながら説明する。
ここでは、本発明の実施例3として主に、電磁鋼板12,12aを周方向θで分割する態様について図面を参照しながら説明する。
図7に示すように、本発明の実施例3に係る電機子用ヨーク10bは、軸Q方向を法線とする面上で軸Qを中心とする環状に配列する分割体10pの複数を有する。分割体10pは、略円弧状を呈する第1部11と、第1部11が呈する円弧の周方向の中心から当該円弧の焦点へと向かって突出する第2部13とに分けて把握できる。第1部11が複数個連結することで電機子用ヨーク10bの外周を形成し、第2部13が周方向θで隣接する貫通孔14a同士の間の領域を形成する。
つまりここでは、電機子用ヨーク10bが呈する貫通孔14aの数(図7においては9つ)と、電機子用ヨーク10bを形成する分割体10pの数は一致する場合が例示されている。第1部11の周方向θの一端は周方向θに突出し軸Q方向に延在する凸条11aを呈し、他端は周方向θに凹んで軸Q方向に延在する凹条11bを呈する。一の分割体10pが呈する凸条11aとこれに隣接する他の分割体10pが呈する凹条11bとが嵌合する。換言すれば、一の分割体10pとそれに隣接する他の分割体10pとは、貫通孔14aに対して軸Qと反対側で互いに結合する。
一の分割体10pは複数の電磁鋼板12bを軸Q方向に積層して形成される。凸条11a及び凹状11bのそれぞれの近傍において、第1の凸部161及び第1の凹部181によって電磁鋼板12b同士が固着する。ただし、凸条11a及び凹条11bと、第1の凸部161及び第1の凹部181とは互いに干渉しない程度に離れている。また、第2部13の軸Q側の端部において、第2の凸部162及び第2の凹部182によって電磁鋼板12b同士が固着する。
つまり、電機子用ヨーク10bとして把握した場合には、第2の凸部162及び第2の凹部182が、貫通孔14aの数(ひいては電機子用磁芯の数)の2倍あり、第1の凸部161及び第1の凹部181の数はそれの更に2倍ある。なお、本実施例では第1部11の両端にそれぞれ一対の第1の凸部161及び第1の凹部181を形成したが、これに限定されるものではなく、任意の数だけ形成して良い。
〈実施例4〉
ここでは、本発明の実施例4として主に、電機子用磁芯の軸Qに近付く方向への移動を抑制する構造を呈する態様について図面を参照しながら説明する。
ここでは、本発明の実施例4として主に、電機子用磁芯の軸Qに近付く方向への移動を抑制する構造を呈する態様について図面を参照しながら説明する。
図8に示すように、本発明の実施例4に係る電機子用ヨーク10cは、略環状の電磁鋼板12cの複数を軸Q方向に積層して形成される。電機子用ヨーク10cは、電機子用磁芯(図示省略)の軸Q方向の一方側たる埋設部261c,262cが填る貫通孔14cを呈する。埋設部261c,262c及び貫通孔14cは軸Qから遠離るにつれて周方向θの幅が増大する。なお、図8では貫通孔14cのそれぞれに填る埋設部のうち2つの埋設部261c,262cを代表して示している。
一の電磁鋼板12cとこれに軸Q方向で隣接する他の電磁鋼板12cとは、貫通孔14cの外縁14oにおいて第1の凸部161及び第1の凹部181によって固着されるほか、貫通孔14cの軸に近い側において第2の凸部162c及び第2の凹部182cによっても固着されていても良い。第2の凸部162c及び第2の凹部182cは例えば、周方向θに隣接する貫通孔14cのそれぞれに填る埋設部261c,262c同士が周方向θで相対する面261S,262Sのそれぞれにおいて最も軸Qに近い位置261N,262N同士を結ぶ直線Nよりも軸Q側に設けられる。電磁鋼板12cのうち直線Nよりも軸Q側の領域は周方向θの双方向に張り出しており、この張り出しによって埋設部261c,262c(ひいては電機子用磁芯)が軸Qに近付く方向へ移動することを抑制できる。
このように隣接する電機子用磁芯間で最短距離で流れる磁束よりも軸Qに近い側で、複数の電磁鋼板12c同士を固定すれば、磁束の流れに与える第2の凸部162c及び第2の凹部182cによる影響を回避又は抑制しつつ、更に強固に電磁鋼板12c同士を固定できる。
〈変形例〉
以上、本発明の好適な態様について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。上述の態様及び以下に示す変形例を適宜に組合せても良い。
以上、本発明の好適な態様について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。上述の態様及び以下に示す変形例を適宜に組合せても良い。
図9(a)ないし(c)は本発明の変形例に係る電機子用ヨーク10の部分断面図であり、軸Q方向と、軸Q方向及び径方向Rのいずれにも垂直な方向とで規定される面における断面のうち、図9(a)は貫通孔14を含む領域を、図9(b)は貫通孔14に代えて填込み凹部14dを含む領域を、図9(c)は貫通孔14に代えて填込み凹部14eを含む領域を、それぞれ模式的に示している。
上述の実施例1ないし実施例4では電機子用ヨーク10,10b,10cがいずれも軸Q方向に貫通する貫通孔14,14a,14cを呈する態様について説明したが、図9(b)に示すように例えば貫通孔14を呈する電磁鋼板121と貫通孔を呈さない平板な電磁鋼板122bとを軸Q方向に隣接させて固着することで貫通孔14,14a,14cに代えて填込み凹部14dを呈する電機子用ヨーク10dを採用しても良い。また、図9(c)に示すように、電機子用ヨーク10eが、平板な電磁鋼板122bとこれに軸Q方向に隣接する電磁鋼板として軸Q方向に貫通しない填込み凹部14eを呈する電磁鋼板121cとを採用した態様であっても良い。
また、電機子用ヨーク10の貫通孔の平面視形状と、電機子用磁芯24の巻回部25の平面視形状とが略同一であっても良い。ただし、当該貫通孔は内周に向かって開口していることが望ましい。この場合には、電機子用磁芯24の最外周よりも外側においていわゆるカシメ構造を設けることが望ましい。
L,M,N 線
Q 軸
θ 周方向
10,10a,10b,10c 電機子用ヨーク
10p 分割体
12,121,122,123,12a,12b,12c 電磁鋼板
14,14a,14c 貫通孔
14d,14e 填込み凹部
14o 外縁
161 第1の凸部
162 第2の凸部
181 第1の凹部
182 第2の凹部
22 電機子巻線
24 電機子用磁芯
26 部位
Q 軸
θ 周方向
10,10a,10b,10c 電機子用ヨーク
10p 分割体
12,121,122,123,12a,12b,12c 電磁鋼板
14,14a,14c 貫通孔
14d,14e 填込み凹部
14o 外縁
161 第1の凸部
162 第2の凸部
181 第1の凹部
182 第2の凹部
22 電機子巻線
24 電機子用磁芯
26 部位
Claims (10)
- 予め定められた軸(Q)方向に積層した電磁鋼板(12)の複数を備える電機子用ヨーク(10)であって、
前記電機子用ヨークは、前記軸の周りで環状に複数配置されて電機子巻線(22)を巻回する芯として機能する電機子用磁芯(24)の前記軸の一方側が填る貫通孔(14)又は填込み凹部(14a)を呈し、
第1の前記電磁鋼板(121)とこれに前記軸方向で隣接する第2の前記電磁鋼板(122)とは、前記軸方向からの平面視で前記軸を中心とする前記貫通孔又は前記填込み凹部の外縁(14o)よりも外側で、前記軸方向の局所的な第1の変形(161,181)によって結合する、
電機子用ヨーク(10)。 - 前記貫通孔(14)又は前記填込み凹部(14a)を規定する辺縁のうち少なくとも一部は、
前記軸(Q)と、前記第1の変形(161,181)とを結ぶ第1の線(L)上にある、
請求項1記載の電機子用ヨーク(10)。 - 前記第1の線(L)と、
前記軸(Q)方向からの平面視で前記軸と前記第1の線上にある前記貫通孔(14)又は前記填込み凹部(14a)の前記軸を中心とする周方向(θ)中心とを結ぶ第2の線(M)とは略一致する、
請求項2記載の電機子用ヨーク(10)。 - 第3の前記電磁鋼板(12)とこれに前記軸(Q)方向で隣接する第4の前記電磁鋼板とは、前記軸方向の局所的な第2の変形(162,182)によって結合し、
前記第2の変形は、前記軸方向からの平面視で、前記周方向(θ)に隣接する前記貫通孔(14)又は前記填込み凹部(14a)のそれぞれに填る2つの前記電機子用磁芯(24)の部位(261,262)同士が前記周方向で相対する面(261S,262S)のそれぞれにおいて最も前記軸に近い位置(261N,262N)同士を結ぶ直線(N)よりも前記軸側に設けられる、
請求項1記載の電機子用ヨーク(10)。 - 前記第1の前記電磁鋼板(12)と前記第2の前記電磁鋼板とは、前記前記第2の変形(162,182)によっても結合し、前記第1の前記電磁鋼板及び前記第2の前記電磁鋼板が呈する前記第1の変形(161,181)の数は、前記第2の変形の数以上である、
請求項4記載の電機子用ヨーク(10)。 - 前記第1の前記電磁鋼板(12)と前記第2の前記電磁鋼板とは、前記前記第2の変形(162,182)によっても結合し、前記第1の前記電磁鋼板及び前記第2の前記電磁鋼板が呈する前記第1の変形(161,181)の数は、前記電機子ヨーク(10)が呈する前記貫通孔(14)の数の2倍あり、
前記第1の前記電磁鋼板及び前記第2の前記電磁鋼板が呈する前記第2の変形の数は、前記電機子用ヨークが呈する前記貫通孔の数のn(n:自然数)分の2個ある、
請求項5記載の電機子用ヨーク(10)。 - 前記第1の前記電磁鋼板(12)と前記第2の前記電磁鋼板とは、前記前記第2の変形(162,182)によっても結合し、前記第1の前記電磁鋼板及び前記第2の前記電磁鋼板が呈する前記第2の変形の数は、前記電機子用ヨーク(10)が呈する前記貫通孔(14)の数の2倍あり、
前記第1の前記電磁鋼板及び前記第2の前記電磁鋼板が呈する前記第1の変形(161,181)の数は、前記貫通孔の数のn(n:自然数)倍個ある、
請求項5記載の電機子用ヨーク(10)。 - 前記電機子用ヨーク(10b)は、前記軸(Q)方向を法線とする面上で前記軸を中心とする環状に配列する分割体(10p)の複数を有し、
複数の前記分割体は互いに略等しい形状を呈し、
一の前記分割体とそれに隣接する他の前記分割体とは、前記貫通孔(14)に対して前記軸と反対側で互いに結合する、
請求項1ないし請求項7のいずれか記載の電機子用ヨーク。 - 請求項1ないし請求項8のいずれか記載の電機子用ヨーク(10,10a,10b,10c)と、
前記電機子巻線(22)及び前記電機子用磁芯(24,24a,24b)と
を備える、電機子(100)。 - 前記電機子用磁芯(24b)の前記周方向(θ)の幅は、前記軸(Q)から遠離るにつれて増大する、
請求項9記載の電機子(100)。
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