JP5483862B2 - Rotating machine - Google Patents
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Description
本発明は、固定子コアと固定子用外枠を有する回転機に関し、特に、このような回転機の効率を向上させる技術に関する。 The present invention relates to a rotating machine having a stator core and a stator outer frame, and more particularly to a technique for improving the efficiency of such a rotating machine.
一般的に、モータ等の回転機は、固定子(ステータ)コアと回転子(ロータ)コアと、固定子コアを固定する固定子用外枠を備えている。固定子コアを固定子用外枠に固定する方法として、種々あるが、小型の電動誘導機等では、固定子コアを固定子用外枠にシメシロを持って固定する嵌合が一般的である。嵌合の方法としては、「焼きバメ」、「冷やしバメ」、「圧入」といった方法があるが、どの方法も基本的な考え方としては、固定子用外枠の内径に対し、固定子コアの外径を大きくすることで、固定子用外枠に入ったあとに、固定子用外枠には引張応力、固定子コアには圧縮応力が発生し、固定される。 Generally, a rotating machine such as a motor includes a stator (stator) core, a rotor (rotor) core, and an outer frame for the stator that fixes the stator core. There are various methods for fixing the stator core to the outer frame for the stator. However, in a small electric induction machine or the like, it is common to fit the stator core to the outer frame for the stator with a squeeze. . There are methods such as “frozen”, “cooled”, and “press-fit” as the method of fitting, but the basic idea of each method is that the stator core has an inner diameter of the stator outer frame. By enlarging the outer diameter, after entering the outer frame for the stator, a tensile stress is generated in the outer frame for the stator, and a compressive stress is generated in the stator core to be fixed.
但し、このとき固定子コアに発生する圧縮応力は固定子コアの特性を劣化させ鉄損が増加し、回転機の効率の低下を招く。従来、このような固定子コアに発生する圧縮応力により回転機の効率の低下を防止するために、例えば、特許文献1には、内部に、固定子コアに発生する応力を緩和させる孔を設けた回転機が提案されている。また、特許文献2には、固定子コア外周に、固定子コアに発生する圧縮応力を緩和させる切り欠き部を設けた回転機が提案されている。
従来の回転機は、固定子コア内部に発生する圧縮応力を緩和させる目的で、固定子コアに孔を設ける、あるいは、固定子コア外周に切り欠き部を設けることにより、回転機効率の低下を防止している。 In conventional rotating machines, the efficiency of the rotating machine is reduced by providing holes in the stator core or by providing notches on the outer periphery of the stator core in order to reduce the compressive stress generated inside the stator core. It is preventing.
しかしながら、圧縮応力による鉄損の増加を抑制する為に、固定子コア内部に孔や切り欠きを設けると、それらの孔や切り欠きの配置個所や形状によっては、磁束の流れを妨げてしまい逆に回転機効率を悪化させる場合も生じている。 However, if holes or notches are provided inside the stator core to suppress an increase in iron loss due to compressive stress, the flow of magnetic flux may be hindered depending on the location and shape of the holes and notches. In some cases, the efficiency of the rotating machine is deteriorated.
また、固定子用外枠は、固定子コアを固定する役割と共に、固定子用外枠内部にて発生する熱を固定子用外枠の外に排出する役割もあり、熱の排出効率が良いほど回転機自体の内部温度も下がる。回転機内部にて使用されている巻線は温度が下がることで抵抗が下がり、回転機内部にて発生する銅損の低下につながり、効率が上昇する。その為、固定子コアと固定子用外枠との接触面積を減らすことは、放熱性の低減に繋がり、効率の劣化を招く。また、回転機内部の温度上昇は回転機に使用されている各部品の寿命を短くしてしまい、信頼性の観点からも製品の劣化を招くこととなる。 In addition, the stator outer frame has a role of fixing the stator core, and also has a role of discharging heat generated inside the stator outer frame to the outside of the stator outer frame. The internal temperature of the rotating machine itself also decreases. As the temperature of the winding used inside the rotating machine decreases, the resistance decreases, leading to a reduction in copper loss generated inside the rotating machine, and the efficiency increases. For this reason, reducing the contact area between the stator core and the outer frame for the stator leads to a reduction in heat dissipation and causes deterioration in efficiency. In addition, the temperature rise inside the rotating machine shortens the life of each component used in the rotating machine, leading to product deterioration from the viewpoint of reliability.
本発明は、上記問題点を鑑み、回転機において磁束の流れを最適に保ちながら、圧縮応力を低減して鉄損の増加を抑制し、しかも、回転機内部の放熱性が低下することなく、効率の良い回転機を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention suppresses an increase in iron loss by reducing the compressive stress while keeping the magnetic flux flow optimal in the rotating machine, and without reducing the heat dissipation inside the rotating machine, The object is to provide an efficient rotating machine.
上記課題を解決する為に、本発明は、固定子用外枠の内周面の周方向に切り欠き部を設けることで、固定子コアに発生する圧縮応力を緩和する。また、固定子コアと固定子用外枠の接触していない部分については、高熱伝導部材を充填することで、固定子コアから固定子用外枠への熱伝導を促進し、回転機内部の温度上昇を抑制することにより、損失増加を抑制した高効率な回転機とする。 In order to solve the above problems, the present invention relieves the compressive stress generated in the stator core by providing a notch in the circumferential direction of the inner peripheral surface of the stator outer frame. In addition, the portion where the stator core and the stator outer frame are not in contact with each other is filled with a high heat conduction member, thereby promoting the heat conduction from the stator core to the stator outer frame. By suppressing the temperature rise, a highly efficient rotating machine with suppressed loss increase is obtained.
本発明によれば、回転機において磁束の流れを最適に保つ為、固定子コアの形状を変更せずに、固定子用外枠の内周面に切り欠きを追加し、固定子コアに発生する圧縮応力を低減することで鉄損の増加を抑制し、また前記固定子用外枠の切り欠き部、つまり固定子コアと固定子用外枠の空隙部に、高熱伝導部材を充填することで、回転機内部の放熱性が低下することなく、効率の良い回転機を提供することが出来る。 According to the present invention, in order to keep the flow of magnetic flux optimally in the rotating machine, a notch is added to the inner peripheral surface of the outer frame for the stator without changing the shape of the stator core, which occurs in the stator core. Reducing the compressive stress to suppress an increase in iron loss, and filling the cutout portion of the outer frame for the stator, that is, the gap between the stator core and the outer frame for the stator, with a high thermal conductivity member Thus, an efficient rotating machine can be provided without reducing the heat dissipation inside the rotating machine.
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1の回転機は、固定子用外枠11に固定子コア10を接触固定した回転機の軸方向断面図である。固定子コア10にはコイルが巻き回されて固定子巻線13が形成されており、この固定子巻線13に電流が供給されることで図示しない回転子が回転する。この実施例では、固定子用外枠11に切り欠き部12を設け、固定子コア10の両端部は、固定子用外枠11の内径と接触せず空隙部20を形成し、固定子コア10に発生する圧縮応力は、全て接触している状態に比し低減されている。結果、固定子コア10内にて発生する鉄損の増加も抑制され、回転機の効率の低減が抑制される。
1 is an axial sectional view of a rotating machine in which a
図2の回転機は、図1の回転機に対して、固定子コア10と固定子用外枠11間の空隙部20に高熱伝導部材21を充填した回転機の軸方向断面図である。固定子用外枠11は固定子コア10の保持が目的の他に、回転機内部にて発生する熱を固定子用外枠の外に排出し、内部の温度を低減し、回転機の高効率化・長寿命化に寄与する目的もある。前記の図1においては、固定子コア10と固定子用外枠11間の空隙部20が回転子内部にて発生する熱の放熱性を劣化させ、効率の低下を招く場合がある。そこで、空隙部20に高熱伝導部材21を充填し放熱性を上昇させ、回転機内部の損失を低減し、回転機効率の低減が抑制される。
2 is an axial cross-sectional view of a rotating machine in which a
高熱伝導部材21としては、例えば、導電性のシリコン含有樹脂シートやアルミニウムなどの高熱伝導性金属の周囲を樹脂で被覆した部材を用いることができる。
As the high thermal
図3の回転機は、図1の回転機に対して、固定子コア10と固定子用外枠11を貫通するように固定ピン30を設置した回転機の軸方向断面図である。固定子コア10と固定子用外枠11の接触面積が小さくなることにより、固定子コアを保持する力が低減する為、固定ピンを貫通させることにより、固定子コアの保持力を補うものである。この固定ピン30を固定子コア10と固定子用外枠11の接触部分に設けることで、簡素な構成で固定子コア10の保持力の向上を実現できるが、両者の相対的な回転が規制できれば、これに限られるものではない。また、本図では固定ピン30による固定箇所は1箇所としているが、複数箇所としても差し支えない。単数の固定ピン30を用いる場合には、固定子コア10と固定子用外枠11の接触部分の中央部で固定することが好適である。
3 is an axial sectional view of a rotating machine in which a
図4〜図6の回転機は、図1の回転機に対して、固定子コア10と固定子用外枠11との接触面積を低減し、空隙部20に高熱伝導部材21を充填し、固定子コア10保持用の固定ピン30を設置した回転機の軸方向断面図である。図1の構造に対して、固定子コア10と固定子用外枠11の接触面積が低減している為、固定子コア10内に発生する圧縮応力が低減され、固定子コア10内にて発生する鉄損も低減される。また、固定子コア10と固定子用外枠11間の空隙部20には高熱伝導部材21が充填されている為、回転機内部にて発生する熱の放熱性も劣化することなく、効率の低減が抑制され、効率の良い回転機を提供できる。
The rotating machine of FIGS. 4-6 reduces the contact area of the
表1に、それぞれの構成における、鉄損の低減、放熱性、固定子コア保持力および鉄損と放熱性の関係から位置付けられる回転機の効率の評価をまとめる。
構成内容B(公知例)は、固定子コアに孔や切り欠きを配置することにより、固定子コア中に発生する圧縮応力が低減され鉄損の増加が抑制できる。しかしながら、固定子コアに孔や切り欠きを配置することにより、固定子コアの磁気特性を悪化させる可能性もあり、また固定子コアから固定子用外枠への放熱性を劣化させ、効率の低下を招く。また、接触面積が低下する為、固定子コアの回り止めとしての効果も低減する。鉄損は多少改善するも、放熱性の低下により銅損の増加が考えられ、総合効率として効果は少ない。 In the configuration content B (known example), by arranging holes and notches in the stator core, the compressive stress generated in the stator core is reduced, and an increase in iron loss can be suppressed. However, by arranging holes or notches in the stator core, there is a possibility that the magnetic properties of the stator core may be deteriorated, and the heat dissipation from the stator core to the outer frame for the stator is deteriorated. Incurs a decline. Further, since the contact area is reduced, the effect as a detent of the stator core is also reduced. Although iron loss is somewhat improved, copper loss may be increased due to a decrease in heat dissipation, and the overall efficiency is less effective.
構成内容C(積厚2/3)は、構成内容A(現状)に対して、固定子用外枠の内周面の周方向に沿って、固定子コア積厚の1/3の長さの切り欠き部が配置されている構造である。つまり、固定子コア積厚の2/3が固定子用外枠と接触している構造である。この構成内容Cは構成内容B(公知例)に対して、固定子コアの磁気特性の劣化を抑制する事を目的とした構造であり、効果は構成内容Bと同等と考えられる。上記積厚とは、固定子コアの軸方向の長さのことである。
The configuration content C (
構成内容D(構成内容C+高熱伝導部材)は、構成内容Cに対して、固定子コアと固定子用外枠との空隙に高熱伝導部材を充填した構造であり、構成内容Cに比し放熱性が向上し、総合効率が改善する。 The configuration content D (configuration content C + high heat conduction member) is a structure in which the gap between the stator core and the outer frame for the stator is filled with the high content heat conduction member with respect to the configuration content C. The overall efficiency is improved.
構成内容E(構成内容D+ピン)は、上記構成内容B、C、Dで効果が低減された回り止めの効果を、固定子コアと固定子用外枠とを貫通するように固定ピンを配置することにより補い、効率を維持しながら固定子の空転を防止することができ、回転機として有効な構造である。 For configuration content E (configuration content D + pin), the anti-rotation effect whose effect is reduced by the above configuration content B, C, D is arranged so that the fixing pin penetrates the stator core and the outer frame for the stator. By doing so, it is possible to prevent idling of the stator while maintaining efficiency, and the structure is effective as a rotating machine.
構成内容F(構成内容E+積厚1/2)は、構成内容Eに対し、固定子コアと固定子用外枠の接触面積を2/3から1/2へ低減する事により、鉄損の増加を更に抑制でき、また空隙部には高熱伝導部材を充填することにより放熱性も悪化することなく、固定ピンを配置することで空転防止効果もあり、総合効率が改善され、有効な回転機の構成である。 The configuration content F (configuration content E + stack thickness 1/2) is less than the configuration content E by reducing the contact area between the stator core and the outer frame for the stator from 2/3 to 1/2. The increase can be further suppressed, and the heat dissipation is not deteriorated by filling the gap portion with a high heat conduction member, and the anti-spinning effect is provided by arranging the fixed pin, the overall efficiency is improved, and the effective rotating machine It is the composition.
尚、前述の実施例は回転機について説明しているが、焼きばめ、あるいは、圧入によって固定子コアが固定子用外枠に対して保持されている回転機に対しては、常に発生する課題であることは明らかである。即ち、回転機であれば、例えば、ブラシレスモータ、誘導電動機、直流電動機など、あらゆる回転機において本発明が適用できることは明白である。また、応力による鉄損増加を抑制できることから、回転機の損失において、銅損よりも鉄損が占める割合が大きい程、本発明による効率向上の効果が大きくなる。 In the above-described embodiment, the rotating machine is described. However, the rotating machine is always generated for the rotating machine in which the stator core is held against the stator outer frame by shrink fitting or press fitting. Clearly it is a challenge. That is, it is apparent that the present invention can be applied to any rotating machine such as a brushless motor, an induction motor, and a DC motor as long as the rotating machine is used. Moreover, since the increase in the iron loss due to stress can be suppressed, the effect of improving the efficiency according to the present invention becomes larger as the ratio of the iron loss to the loss of the rotating machine is larger than the copper loss.
図7〜図9の回転機は、固定子用外枠11の切り欠き部12を軸方向に設置し、固定子コア10を嵌合し、固定子コア10と固定子用外枠11と間の空隙部20には高熱伝導部材21を充填した回転機である。
7 to 9, the
図8は、図7のC−C’線の断面図を示している。また、図9は、図8のD−D’線の断面図を示している。図7〜図9の実施例5では、切り欠き部12は、固定子用外枠11の内周面に軸方向に形成されており、固定子コア10と固定子用外枠11の切り欠き部12との間の空隙部20に高熱伝導部材21が充填されている。図7に示すように固定用の固定ピン30を設けることもできる。
FIG. 8 shows a cross-sectional view taken along line C-C ′ of FIG. 7. FIG. 9 is a sectional view taken along line D-D ′ of FIG. 8. 7 to 9, the
図10〜図13の回転機は、固定子用外枠11の切り欠き部12を軸方向と周方向の双方に設置し、固定子コア10を嵌合し、固定子コア10と固定子用外枠11の切り欠き部12との間の空隙部20に高熱伝導部材21を充填した回転機である。
10-13, the
図11及び図12は、それぞれ、図10のE−E’線、及びF−F’線の断面図を示している。図11に示すように、E−E’線の断面では、複数の切り欠き部12が軸方向に設けられ、固定子コア10と固定子用外枠の複数の切り欠き部12,12,・・・との間の空隙部には高熱伝導部材21,21・・・が充填されている。
11 and 12 are cross-sectional views taken along lines E-E ′ and F-F ′ of FIG. 10, respectively. As shown in FIG. 11, in the cross section taken along the line EE ′, a plurality of
図12に示すように、F−F’線の断面では、切り欠き部12が周方向の全周に設けられており、固定子コア10と固定子用外枠の切り欠き部12との間の空隙部には高熱伝導部材21が充填されている。
As shown in FIG. 12, in the cross section taken along the line FF ′, the
また、図13は、図11のG−G’線の断面図を示している。図10〜図13の実施例6では、固定子コアと固定子用外枠の接触面積を更に低減することにより、鉄損の増加を更に抑制することができる。 FIG. 13 is a cross-sectional view taken along line G-G ′ in FIG. 11. In Example 6 of FIGS. 10-13, the increase in a core loss can further be suppressed by further reducing the contact area of a stator core and the outer frame for stators.
10 固定子コア
11 固定子用外枠
12 切り欠き部
13 固定子巻線
20 空隙部
21 高熱伝導部材
30 固定ピン
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記固定子用外枠は、その前記固定子コアが嵌合される部分における軸方向の両端部に、内周面の周方向の全周に渡って径方向の長さが同一且つ軸方向に対し水平な切り欠き部が設けられると共に前記切り欠き部間の前記固定子用外枠の軸方向長さが前記固定子コアの軸方向長さより短くし、前記切り欠き部及び前記固定子コアの嵌合される部分の内周が、それぞれ同一の半径を有するものであり、
前記切り欠き部と前記固定子コアとの空隙部に、高熱伝導部材が設置され、
前記固定子用外枠の前記固定子コアとの嵌合部分の軸方向長さの中央部と、前記固定子コアの軸方向長さの略中央部とが一致するように、前記固定子用外枠と前記固定子コアが嵌合され、
前記固定子コアと前記固定子用外枠の中央部を同時に貫通するように固定ピンが打ち込こまれた構造を有することを特徴とする回転機。 A stator core, a rotor core that rotates within the stator core, and a stator outer frame that fixes the stator core, and the stator core is fitted into the stator outer frame. In the rotating machine,
The outer frame for the stator has the same length in the axial direction and the same length in the axial direction at both ends in the axial direction at the portion where the stator core is fitted. horizontal notches is kept short than the axial length of the axial length of the stator for outer frame between the notch said stator core with provided, of the cutout portion and the stator core against The inner periphery of the part to be fitted has the same radius ,
In the gap between the notch and the stator core, a high thermal conductivity member is installed,
For the stator, the central part of the axial length of the fitting portion of the outer frame for the stator with the stator core matches the substantially central part of the axial length of the stator core. The outer frame and the stator core are fitted,
A rotating machine having a structure in which a fixing pin is driven so as to penetrate the stator core and a central portion of the stator outer frame at the same time.
前記切り欠き部間の前記固定子用外枠の軸方向長さが、前記固定子コアの軸方向長さの少なくとも1/2以上であることを特徴とする回転機。
The rotating machine according to claim 1,
The rotating machine characterized in that an axial length of the stator outer frame between the notches is at least 1/2 or more of an axial length of the stator core.
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