JP6005328B1

JP6005328B1 - 回転電機および回転電機の製造方法

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Publication number: JP6005328B1
Application number: JP2016529491A
Authority: JP
Inventors: 謙荻野; 政洋湯谷; 達也北野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-11-25
Filing date: 2015-11-25
Publication date: 2016-10-12
Anticipated expiration: 2035-11-25
Also published as: KR20180054913A; US20180269731A1; CN108352734A; US10340754B2; TWI601360B; WO2017090137A1; JPWO2017090137A1; TW201720019A; DE112015006899T5; CN108352734B; KR101923359B1

Abstract

回転電機は、複数の電磁鋼板を積層して構成され、コアバック３０ａとコアバック３０ａから突出するティース３０ｂを有する固定子コアを備え、ティース３０ｂは、複数の電磁鋼板の積層方向に伸び、ティース３０ｂの幅を等分する平面に対して、ティース３０ｂの第１の側面５０に配列され、積層方向に配列される第１の溶接部２１と、積層方向に伸び、平面に対して、ティース３０ｂの第２の側面６０に配列され、積層方向に配列される複数の第２の溶接部２２と、を備え、複数の第１の溶接部２１と複数の第２の溶接部２２は、積層方向に千鳥状に配列される。

Description

本発明は、固定子と固定子の内側に配置される回転子とを備えた回転電機および回転電機の製造方法に関する。

近年様々な用途に用いられる回転電機において、固定子コアは、複数枚の電磁鋼板を積層し、積層した電磁鋼板のそれぞれを積層方向に溶接することにより円筒状に形成される。このように形成された固定子コアは、カシメを用いないため、金型の製作費用が安価になるという利点がある。しかし固定子コアが溶接されることにより、複数の電磁鋼板のそれぞれが溶接部で導通した状態となる。そして、回転子から固定子コアへ流れる磁束が溶接部に鎖交し、磁束が時間的に変化することにより渦電流が流れ、渦電流損が増大する。

特許文献１には、固定子コアの内周面において固定子コアの積層方向に千鳥状の溶接を施すことが記載されている。特許文献１の従来技術は、千鳥状の溶接を施すことにより、鎖交磁束による影響、すなわち渦電流損を抑制し、回転電機の運転効率の改善を図っている。

特開２０００−３３３３８８号公報

しかし特許文献１の構造では、固定子コアの内周面に溶接部が存在するため、回転子と溶接部との距離が近くなり、鎖交磁束による溶接部分への影響が懸念される。すなわち積層方向に千鳥状に溶接された複数の溶接部は、複数枚の電磁鋼板が分離しないようにオーバーラップしている部分が存在する。回転子から固定子コアへ流れる磁束がオーバーラップ部分に鎖交することにより、オーバーラップ部分には渦電流による渦電流損が生じ、回転電機の運転効率の低下を招くことになる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、回転電機の運転効率の向上を図ることができる回転電機を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の回転電機は、複数の電磁鋼板を積層して構成され、コアバックとコアバックから突出するティースを有する固定子コアを備える。ティースは、ティースの第１の側面に配列され、複数の電磁鋼板の積層方向に配列される複数の第１の溶接部と、ティースの第２の側面に配列され、積層方向に配列される複数の第２の溶接部と、を備える。複数の第１の溶接部と複数の第２の溶接部は、積層方向に千鳥状に配列される。

本発明に係る回転電機は、回転電機の運転効率の向上を図ることができるという効果を奏する。

実施の形態１に係る回転電機の構成図図１に示す固定子コアの断面図図２に示す固定子コアを構成するコア片の拡大図図１に示す回転子で発生した磁束がコア片に流れる様子を示す図図２に示すコア片に溶接部を設けた状態を示す図図５に示すコア片の斜視図実施の形態１に係る回転電機において溶接部に作用する溶接収縮力を説明するための図実施の形態１に係る回転電機において溶接部のオーバーラップ部で発生する電流ループを模式的に示した図図８に示すＩＸ−ＩＸ矢視断面図図５に示すコア片の第１の変形例を示す図図５に示すコア片の第２の変形例を示す図図５に示すコア片の第３の変形例を示す図実施の形態２に係る回転電機の製造方法を説明するための図

以下に、本発明の実施の形態に係る回転電機および回転電機の製造方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は実施の形態１に係る回転電機の構成図である。図２は図１に示す固定子コアの断面図である。図３は図２に示す固定子コアを構成するコア片の拡大図である。

回転電機１００は、環状の固定子１と、固定子１の内側に配置される回転子２とを備える。

固定子１は、環状の固定子コア３と、固定子コア３に巻かれる巻線４とを備える。

図２に示す固定子コア３は、図３に示すコア片３０を回転子２の回転方向に複数配列して形成される。

回転子２は、シャフト５と、シャフト５の外周面に配設された永久磁石６とを備える。

回転子２の外周面と固定子コア３の内周面との間には、隙間７が設けられる。永久磁石６に発生する磁束と巻線４に発生する磁束との作用により、回転トルクが発生し、この回転トルクにより回転子２が回転する。

コア片３０は、鋼板母材をＴ字形状に打ち抜いた電磁鋼板を複数積層して構成される。実施の形態１において電磁鋼板の材料は珪素鋼またはアームコ鉄である。複数の電磁鋼板はそれぞれが絶縁コーティングされている。そのため複数の電磁鋼板を積層した際、隣接する電磁鋼板はそれぞれが絶縁される。

コア片３０は、円弧状のコアバック３０ａと、コアバック３０ａから突出するティース３０ｂとを有する。

ティース３０ｂは、コアバック３０ａから突出するティース基部３０ｂ１と、ティース基部３０ｂ１の先端に設けられたティース先端部３０ｂ２とを有する。

ティース先端部３０ｂ２は、周方向の幅がティース基部３０ｂ１の幅よりも広い。ティース先端部３０ｂ２は、周方向両側に突出するつば状または傘状である。周方向は図１に示す回転子２の回転方向に等しい。

このように構成されたコア片３０は、溶接により複数の電磁鋼板が積層方向に接合された状態となる。積層方向は複数の電磁鋼板を積層する方向である。

図４は図１に示す回転子で発生した磁束がコア片に流れる様子を示す図である。矢印は回転子２で発生した磁束が流れる経路を示す。回転子２で発生した磁束は、ティース先端部３０ｂ２、ティース基部３０ｂ１、コアバック３０ａの順に流れ、さらに周方向に隣接する図示しないコアバックへ流れる。

前述したように、コア片３０を形成する複数の電磁鋼板はそれぞれが絶縁コーティングされている。ところが、積層された複数の電磁鋼板が溶接機で溶接される際、電磁鋼板の溶接を施した部分は絶縁コーティングが無くなり、溶接部と複数の電磁鋼板とが導通状態となる。

回転子２で発生した磁束が鎖交することにより溶接部に渦電流が流れ、渦電流損が生じる。特にコア片３０の積層方向へ直線状に連続した溶接部を設けた場合、溶接部の積層方向における長さが長くなるほど渦電流損も大きくなる。

このような渦電流損を抑えるためには、コア片３０の積層方向へ千鳥状に配列された溶接部を設けることが有効である。千鳥状とは、積層方向と直交する方向に隣接する溶接部が積層方向に、互い違いに配置された形態をいう。千鳥状の溶接部を設けることにより、千鳥状に配列された個々の溶接部の積層方向における長さが小さくなる。これにより溶接部に流れる渦電流が積層方向において分断される。

従って、コア片３０の積層方向へ直線状に連続した溶接部を設けた場合に比べて、千鳥状に配列された溶接部では、渦電流損を抑えることができ、またコア片３０の機械的強度も確保することができる。

図５は図２に示すコア片に溶接部を設けた状態を示す図である。図６は図５に示すコア片の斜視図である。

ティース３０ｂは、第１の溶接部２１および第２の溶接部２２を有する。

第１の溶接部２１は、電磁鋼板の積層方向に伸び、平面Ａに対して、ティース３０ｂの一方側の第１の側面５０に配列され、積層方向に沿って離間して配列される。

平面Ａは、ティース３０ｂの突出する方向に伸び、ティース基部３０ｂ１の周方向幅を等分する仮想的な線である。

第１の側面５０は、ティース基部３０ｂ１の側面５１と、ティース３０ｂの先端面１０を除くティース先端部３０ｂ２の側面５２とを含む。

図示例では、第１の溶接部２１が側面５１と側面５２との境界部に配列される。

第２の溶接部２２は、電磁鋼板の積層方向に伸び、平面Ａに対して、ティース３０ｂの他方側の第２の側面６０に配列され、積層方向に沿って離間して配列される。

第２の側面６０は、ティース基部３０ｂ１の側面６１と、ティース３０ｂの先端面１０を除くティース先端部３０ｂ２の側面６２とを含む。

図示例では、第２の溶接部２２が側面６１と側面６２との境界部に配列される。

そして第１の溶接部２１と第２の溶接部２２は、図６に示すように積層方向に沿って千鳥状に配列される。すなわちコア片３０は、ティース３０ｂの先端面１０を除く部分に、千鳥状に溶接された第１の溶接部２１および第２の溶接部２２を有する。

コアバック３０ａは、コアバック３０ａの外側面７０に配列される第３の溶接部４３および第４の溶接部４４を有する。コアバック３０ａの外側面７０は、図２に示す固定子コア３の外周面に相当する。

第３の溶接部４３は、平面Ａに対して、第１の側面５０と同じ側に配列され、積層方向に沿って離間して配列される。

第４の溶接部４４は、平面Ａに対して、第２の側面６０と同じ側に配列され、積層方向に沿って離間して配列される。

そして第３の溶接部４３と第４の溶接部４４は、図６に示すように積層方向に沿って千鳥状に配列される。

ティース３０ｂの先端面１０を除く部分に溶接を施すことにより、ティース３０ｂの先端面１０に溶接を施す場合に比べて、回転子２から第１の溶接部２１および第２の溶接部２２までの距離が長くなる。これにより第１の溶接部２１および第２の溶接部２２は、回転子２で発生した鎖交磁束の影響を受け難くなり、渦電流損が抑制される。その結果、回転電機１００の運転効率の向上を図ることができる。

なお、固定子コアのティース先端面に千鳥状の溶接が行われ、コアバックの外周面に千鳥状ではない平面状の溶接が行われている場合、ティース先端面の溶接面積とコアバックの外周面の溶接面積が異なる。従って、溶接時の溶接歪みによる変形量がティース先端面とコアバックの外周面とで異なる。これにより、ティース先端側の積層方向における寸法精度の低下によるコギングトルク脈動が発生する。

実施の形態１に係る回転電機１００のコア片３０では、ティース側の溶接面積とコアバック側の溶接面積が等しくなるように、第１の溶接部２１および第２の溶接部２２が千鳥状に配列され、第３の溶接部４３および第４の溶接部４４が千鳥状に配列されている。そのためコギングトルク脈動の発生を抑制することができる。

図６に示す複数の溶接部２１ａは、第１の溶接部２１を構成する。複数の溶接部２２ａは、第２の溶接部２２を構成する。複数の溶接部４３ａは第３の溶接部４３を構成する。複数の溶接部４４ａは、第４の溶接部４４を構成する。

図６の例では、複数の溶接部４３ａは、それぞれの積層方向における位置が、複数の溶接部２２ａのそれぞれの積層方向における位置と同じである。

また、複数の溶接部４４ａは、それぞれの積層方向における位置が、複数の溶接部２１ａのそれぞれの積層方向における位置と同じである。

このように溶接を施す理由は以下の通りである。ここでは溶接部２１ａおよび溶接部４４ａを例にして説明する。

溶接部２１ａに作用する溶接収縮力により、ティース先端部３０ｂ２側の複数の電磁鋼板がそれぞれ積層方向に圧縮される。このとき、平面Ａよりも第２の側面６０側に位置するコアバック３０ａでは、個々の電磁鋼板に反りが生じ、隣接する電磁鋼板の間に隙間が生じる。この隙間によりコア片３０の剛性が低下すると共に磁気特性が悪化し、回転電機の運転効率の低下を招く。

実施の形態１のコア片３０では、このような歪みを打ち消すように溶接部４４ａが配列されている。そのため電磁鋼板の間で生じる隙間が抑制され、磁気特性が改善される。その結果、回転電機の運転効率の低下を抑制することができる。

また電磁鋼板の間で生じる隙間が抑制されるため、コア片３０の剛性の低下が抑制され、回転電機の運転時における固定子コア３の真円度を確保でき、振動および騒音の発生を抑制することができる。

また電磁鋼板の間で生じる隙間が抑制されるため、固定子コア３の内径の寸法精度の低下によるコギングトルク脈動の発生が抑制され、振動および騒音の発生を抑制することができる。なお、固定子コア３の内径の寸法精度の低下とは、溶接により個々の電磁鋼板が積層方向に歪むと、複数のコア片３０を環状に組み合わせた際、環状の固定子コア３の内径を悪化することをいう。

図７は実施の形態１に係る回転電機において溶接部に作用する溶接収縮力を説明するための図である。図７にはコア片３０のコアバック３０ａに設けられた第３の溶接部４３および第４の溶接部４４の一部を拡大して示す。

矢印Ｂは第３の溶接部４３および第４の溶接部４４が冷却されることで生じる積層方向の溶接収縮力を模式的に示す。

図７に示すようにコアバック３０ａのみに第３の溶接部４３および第４の溶接部４４を設けた場合、図５に示すティース３０ｂの先端面１０に溶接を施す場合に比べて、回転子２から第３の溶接部４３および第４の溶接部４４までの距離が長くなる。従って回転子２で発生した鎖交磁束の影響を受け難くなり、渦電流損が抑制される。

ところが溶接部４３ａと溶接部４４ａに発生する溶接収縮力により、コアバック３０ａ側の複数の電磁鋼板は積層方向に圧縮される。このとき、未溶接部分であるティース先端部３０ｂ２側では、個々の電磁鋼板に反りが生じ、隣接する電磁鋼板の間に隙間が生じる。

実施の形態１のコア片３０は、第３の溶接部４３および第４の溶接部４４で発生する溶接収縮力を、図５に示す第１の溶接部２１および第２の溶接部２２で発生する溶接収縮力で相殺するように構成されている。これによりティース先端部３０ｂ２側の複数の電磁鋼板の間に、隙間が発生することを抑制できる。

次に図８および図９を用いて溶接条件を説明する。

図８は実施の形態１に係る回転電機において溶接部のオーバーラップ部で発生する電流ループを模式的に示した図である。図９は図８に示すＩＸ−ＩＸ矢視断面図である。

図８にはコア片３０のコアバック３０ａに設けられた第３の溶接部４３および第４の溶接部４４の一部を拡大して示す。

４１は、溶接部４３ａおよび溶接部４４ａの積層方向におけるオーバーラップ部である。

Ｈは、積層方向と直交する方向における溶接部４４ａの幅である。溶接部４３ａの幅も同様に定義される。

Ｌ１は、オーバーラップ部４１における溶接部４４ａおよび溶接部４３ａの積層方向におけるオーバーラップ長である。

Ｌ２は、積層方向と直交する方向に隣接する溶接部４４ａと溶接部４３ａとの間の距離である。

図９には溶接部幅Ｈと溶け込み深さＴが示される。溶け込み深さＴは、コアバック３０ａの外周面から、図２に示す固定子コア３の中心に向けて一定範囲までの溶接部の幅である。

図８に示すように溶接部４３ａと溶接部４４ａのオーバーラップ部４１には、回転子２で発生した鎖交磁束により渦電流１１が発生し、渦電流１１に起因する渦電流損Ｗが生じる。

渦電流損Ｗとオーバーラップ部面積Ｓ_１と溶け込み面積Ｓ_２とオーバーラップ長Ｌ１との間には下記（１）式の関係性がある。溶け込み面積Ｓ_２は図９に示す溶接部幅Ｈおよび溶け込み深さＴより求められる。

Ｗ∝Ｓ_１＾２×Ｓ_２／Ｌ１・・・（１）

下記（１）式を具体的に説明する。

渦電流損Ｗとは、オーバーラップ部４１の溶接部４３ａ，４４ａで発生する渦電流損を示す。

この渦電流損Ｗは、下記（２）式で表される。Ｉは電流、Ｅは電圧、Ｒは抵抗である。

Ｗ＝Ｉ×Ｅ＝Ｅ＾２／Ｒ・・・（２）

電圧Ｅは鎖交磁束によって発生するため、Ｅ∝ｄφ／ｄｔ（ファラデーの電磁誘導の法則）で表すことができる。

ここで、磁束φはφ＝Ｂ×Ｓ_１で表すことができる。Ｂは磁束密度、Ｓ_１はオーバーラップ部面積である。

オーバーラップ部面積Ｓ_１は、図８に示すオーバーラップ部４１を、コア片３０の外周面から平面視したときの面積であり、オーバーラップ長Ｌ１×オーバーラップ幅Ｌ２で求めることができる。

このことから電圧Ｅとオーバーラップ部面積Ｓ_１との間には下記（３）式の関係性がある。

Ｅ∝Ｓ_１・・・（３）

一方、抵抗Ｒは、オーバーラップ箇所の溶接部の抵抗である。抵抗Ｒの値は、長さに比例し、面積に反比例することから、抵抗Ｒとオーバーラップ長Ｌ１と溶け込み面積Ｓ_２との間には、下記（４）式の関係性がある。

Ｒ∝Ｌ１／Ｓ_２・・・（４）

上記（２）〜（４）式から上記（１）式が導かれる。

上記（１）式より、渦電流損Ｗはオーバーラップ長Ｌ１に比例するので、オーバーラップ長Ｌ１が小さくなるほど渦電流損Ｗが小さくなる。オーバーラップ長Ｌ１を電磁鋼板１枚分に相当する寸法にすることにより、オーバーラップ部４１で発生する渦電流損Ｗを最も低減することができる。

実施の形態１のコア片３０では、複数の第１の溶接部２１のそれぞれの積層方向における端部と、複数の第２の溶接部２２のそれぞれの積層方向における端部とが、複数の電磁鋼板の内の１枚分の厚みで積層方向にオーバーラップする。また実施の形態１のコア片３０では、複数の第３の溶接部４３のそれぞれの積層方向における端部と、複数の第４の溶接部４４のそれぞれの積層方向における端部とが、複数の電磁鋼板の内の１枚分の厚みで積層方向にオーバーラップする。この構成により、第１の溶接部２１と第２の溶接部２２のオーバーラップ部で発生する渦電流損が低減され、また第３の溶接部４３と第４の溶接部４４のオーバーラップ部で発生する渦電流損が低減され、電動機効率の更なる向上を期待できる。

ここで、電磁鋼板を１枚毎に千鳥溶接をした場合、千鳥溶接の回数が多くなり、コア片３０の軸長が大きくなるほど、コア片３０の自重に対する機械的剛性が小さくなる。そのため次の工程への運搬時に溶接部が割れるといった問題が生じ、コア片３０の取扱いが困難になる。

このような問題を防ぐためには、溶接部の強度が溶接部に加わる荷重よりも大きくなるように、溶接部長を調整する必要がある。

溶接部の引っ張り強さＰは下記（５）式で表される。Ａは溶接部長、Ｄはコア片３０の引っ張り強度、Ｔは溶け込み深さである。溶接部長Ａは、千鳥状に配列された複数の溶接部群の積層方向における一端から他端までの幅である。

Ｐ＝Ａ×Ｄ×Ｔ・・・（５）

上記（５）式より溶接部の引っ張り強さＰは、溶接部長Ａに比例することが分かる。引っ張り強さＰを溶接部に加わる荷重より大きくし、かつ、オーバーラップ長Ｌ１を電磁鋼板１枚分の厚さと等しくすることが実施の形態１に係るコア片３０の製造条件となる。この製造条件により、運搬時における溶接部の割れが防止されて生産性が向上し、かつ、渦電流損Ｗの発生を最小限に抑えることができる。

なお、溶け込み深さＴを大きくすることでも溶接部の強度を大きくすることができる。ところが上記（１）式から分かるように、溶け込み深さＴが大きくなるほど、溶け込み面積Ｓ_２が大きくなるため、渦電流損Ｗが大きくなる。そのため、溶け込み深さＴは可能な限り小さくすることが望ましい。

以下にコア片３０の変形例を説明する。

図１０は図５に示すコア片の第１の変形例を示す図である。図５に示すコア片３０との相違点は、第３の溶接部４３および第４の溶接部４４が省略されることと、第１の溶接部２１および第２の溶接部２２の位置が異なることである。

第１の溶接部２１は、ティース基部３０ｂ１の側面５１に配列され、第２の溶接部２２は、ティース基部３０ｂ１の側面６１と同じ側に配列される。

コア片３０−１では、第３の溶接部４３および第４の溶接部４４を省くことで製作コストを低減できる。またコア片３０−１では、回転子２から第１の溶接部２１および第２の溶接部２２までの距離が長くなり、回転子２で発生した鎖交磁束の影響を受け難くなり、渦電流損がより一層抑制され、電動機効率の更なる向上を期待できる。

図１１は図５に示すコア片の第２の変形例を示す図である。図５に示すコア片３０との相違点は、第３の溶接部４３および第４の溶接部４４の位置が異なることと、第１の溶接部２１および第２の溶接部２２の位置が異なることである。

コア片３０−２の第３の溶接部４３は、コアバック３０ａの内側面５３に配列され、積層方向に沿って離間して配列される。内側面５３は、ティース３０ｂが配置される面の内、平面Ａに対して第１の側面５０と同じ側にある面である。

コア片３０−２の第４の溶接部４４は、コアバック３０ａの内側面６３に配列され、積層方向に沿って離間して配列される。内側面６３は、ティース３０ｂが配置される面の内、平面Ａに対して第２の側面６０と同じ側にある面である。

コア片３０−２では、回転子２から第１の溶接部２１および第２の溶接部２２までの距離が長くなり、回転子２で発生した鎖交磁束の影響を受け難くなり、渦電流損がより一層抑制され、電動機効率の更なる向上を期待できる。

またコア片３０−２では、第１の溶接部２１および第３の溶接部４３が対向するように配列され、第２の溶接部２２および第４の溶接部４４が対向するように配列されている。そのため第１の溶接部２１および第２の溶接部２２を設けた場合に比べて、コア片３０−２の製造時に電磁鋼板の間で生じる隙間が抑制される。従ってコア片３０−２の磁気特性が向上し、回転電機１００の運転効率の向上を図ることができる。

またコア片３０−２では、第１の溶接部２１および第３の溶接部４３が対向するように配列され、第２の溶接部２２および第４の溶接部４４が対向するように配列されている。そのため第３の溶接部４３および第４の溶接部４４がコアバック３０ａの外側面７０に配列されている場合に比べて、溶接作業が容易になり、コア片３０−２の製作時間を短縮することができる。

なお図１１に示す第３の溶接部４３および第４の溶接部４４は、図５に示す第３の溶接部４３および第４の溶接部４４と同様に配列してもよい。具体的には、図１１に示す複数の溶接部４３ａは、それぞれの積層方向における位置が、複数の溶接部２２ａのそれぞれの積層方向における位置と同じである。また複数の溶接部４４ａは、それぞれの積層方向における位置が、複数の溶接部２１ａのそれぞれの積層方向における位置と同じである。このように溶接部を設けることにより、前述した電磁鋼板に反りが抑制されて、電磁鋼板の間で発生する隙間が抑制されるため、回転電機の運転効率の低下を抑制することができる。また電磁鋼板の間で生じる隙間が抑制されるため、固定子コア３の内径の寸法精度の低下によるコギングトルク脈動の発生が抑制され、振動および騒音の発生を抑制することができる。

図１２は図５に示すコア片の第３の変形例を示す図である。図５に示すコア片３０との相違点は、第３の溶接部４３および第４の溶接部４４が省略されることと、第１の溶接部２１および第２の溶接部２２の位置が異なることである。

コア片３０−３の第１の溶接部２１は、ティース先端部３０ｂ２の側面５２に配列される。

コア片３０−３の第２の溶接部２２は、ティース先端部３０ｂ２の側面６２に配列される。

コア片３０−３では、ティース先端部３０ｂ２側の電磁鋼板における歪量が抑制されるように第１の溶接部２１および第２の溶接部２２が設けられている。そのためティース先端部３０ｂ２側における歪量が抑制され、固定子コア３の内径の寸法精度の低下に起因したコギングトルク脈動の発生が抑制される。その結果、回転電機の振動および騒音の発生を抑制することができる。

実施の形態２．
図１３は実施の形態２に係る回転電機の製造方法を説明するための図である。図１３には、実施の形態２に係る回転電機の製造方法で使用される歪ゲージ１６が設置されたコア片３０−４が示される。コア片３０−４は実施の形態１のコア片３０と同様の形状である。

鋼板母材から金型で打ち抜いたコア片である電磁鋼板には、ダレおよびカエリと呼ばれる変形が伴う。このダレおよびカエリは、鋼板母材の板厚偏差によっても発生する。ダレおよびカエリにより、積層された電磁鋼板群には、隣接する電磁鋼板の間に隙間が発生する。この隙間の寸法にはばらつきがあるため、積層された電磁鋼板群を溶接する際、溶接機から出力されるレーザがこの隙間を通じて電磁鋼板群の内部に侵入すると、溶接入熱量のばらつきが生じ、溶け込み面積にばらつきが発生することとなる。

次に、溶接入熱量とコア片３０−４の収縮量との関係について説明する。

熱ひずみによる収縮量は、溶接機でコア片３０−４を溶接する際にエネルギー源から与えられる溶接入熱量に比例する。この溶接入熱量を調整することでティース３０ｂの収縮量をコントロールすることができる。

下記（６）式の通り、収縮量Ｓは、溶接入熱量Ｑ（Ｊ／ｍｍ）、ティース３０ｂの板厚ｈ（ｍｍ）、材料の線膨張係数α（１／℃）、密度ρ（ｇ／ｍｍ^３）および比熱ｃ（Ｊ／ｇ℃）で決まる。

Ｓ＝αＱ／ｃρｈ・・・（６）

上記（６）式より、収縮量Ｓは、溶接入熱量Ｑに比例することが分かる。つまり、溶接入熱量Ｑの変動により溶け込み面積がばらつくと、溶接による溶接歪みもばらつき、固定子コア３の内径の寸法精度の低下を引き起こす。

次にコギングトルクについて説明する。

１０極１２スロットの永久磁石型の回転電機では、コギングトルクに、極数の成分とスロット数の成分とが含まれる。極数の成分はコギングトルクの１２調波および１２倍高調波成分であり、スロット数の成分はコギングトルクの１０調波および１０倍高調波の成分である。コギングトルクの１０調波および１０倍高調波成分は、固定子コア３の内径の寸法精度に起因する。

上記のことから、溶接入熱量Ｑのばらつきが溶接歪みと、固定子コア３の内径の寸法精度の低下を引き起こし、コギングトルクを悪化させることにつながる。

このような問題を解決するため、実施の形態２の回転電機の製造方法は以下の行程を含む。
（１）コア片３０−４のティース先端部３０ｂ２の先端面１０に歪ゲージ１６を貼付ける。
（２）コアバック側の溶接に起因するティース先端部側の歪量を歪ゲージ１６で計測し、計測された歪量を相殺するように、第１の側面５０および第２の側面６０の歪量を観察しつつ、溶接溶け込み量を調整しながら第１の溶接部２１および第２の溶接部２２を千鳥状に設ける。すなわち歪ゲージ１６で計測された歪量を用いて溶接入熱量が制御される。

溶接入熱量を制御することにより溶接歪みを抑制することができ、固定子コア３の内径の寸法精度を向上させることができる。これによりコギングトルクの１０調波および１０倍高調波の成分を低減することで、コギングトルク総和が低減され、トルク脈動の小さい回転電機を提供することができる。

またコアバック３０ａ側の溶接部、すなわち第３の溶接部４３および第４の溶接部３３のそれぞれの溶接部間の距離は、損失に依存しないため、当該溶接部間の距離を調整することにより、コア片３０−４の内径側における積層方向の歪みを打ち消すようにしても同様の効果を得ることができる。

また実施の形態２の回転電機の製造方法は、第１の溶接部２１および第２の溶接部２２を、それぞれの溶接部の溶接長を調整することにより溶接部の引っ張り強さを溶接部にかかる荷重よりも大きくしながら、積層方向に千鳥状に配列する工程を含めてもよい。これにより、運搬時における溶接部の割れが防止されて生産性が向上し、かつ、渦電流損Ｗの発生を最小限に抑えることができる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１固定子、２回転子、３固定子コア、４巻線、５シャフト、６永久磁石、７隙間、１０先端面、１１渦電流、１６歪ゲージ、２１第１の溶接部、２１ａ，２２ａ，４３ａ，４４ａ溶接部、２２第２の溶接部、３０，３０−１，３０−２，３０−３，３０−４コア片、３０ａコアバック、３０ｂティース、３０ｂ１ティース基部、３０ｂ２ティース先端部、４１オーバーラップ部、４３第３の溶接部、４４第４の溶接部、５０第１の側面、５１，５２，６１，６２側面、５３，６３内側面、６０第２の側面、７０外側面、１００回転電機。

Claims

複数の電磁鋼板を積層して構成され、コアバックと前記コアバックから突出するティースを有する固定子コアを備え、
前記ティースは、
前記ティースの第１の側面に配列され、前記複数の電磁鋼板の積層方向に配列される複数の第１の溶接部と、
前記ティースの第２の側面に配列され、前記積層方向に配列される複数の第２の溶接部と、
を備え、
前記複数の第１の溶接部と前記複数の第２の溶接部は、前記積層方向に千鳥状に配列されることを特徴とする回転電機。
前記コアバックは、前記コアバックの外側面に配列される複数の第３の溶接部および複数の第４の溶接部を有し、
前記複数の第３の溶接部は、前記ティースの突出する方向に伸び前記ティースの幅を等分する仮想的な平面に対して、前記第１の側面と同じ側に配列され、前記積層方向に配列され、
前記複数の第４の溶接部は、前記平面に対して、前記第２の側面と同じ側に配列され、前記積層方向に配列され、
前記複数の第３の溶接部と前記複数の第４の溶接部は、前記積層方向に千鳥状に配列されることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
前記コアバックは、前記コアバックの内側面に配列される複数の第３の溶接部および複数の第４の溶接部を有し、
前記複数の第３の溶接部は、前記ティースの突出する方向に伸び前記ティースの幅を等分する仮想的な平面に対して、前記第１の側面と同じ側に配列され、前記積層方向に配列され、
前記複数の第４の溶接部は、前記平面に対して、前記第２の側面と同じ側に配列され、前記積層方向に配列され、
前記複数の第３の溶接部と前記複数の第４の溶接部は、前記積層方向に千鳥状に配列されることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
前記複数の第３の溶接部はそれぞれの前記積層方向における位置が、前記複数の第２の溶接部のそれぞれの前記積層方向における位置と同じであり、
前記複数の第４の溶接部はそれぞれの前記積層方向における位置が、前記複数の第１の溶接部のそれぞれの前記積層方向における位置と同じであることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の回転電機。
前記ティースは、前記コアバックから突出するティース基部と、前記ティースの先端に設けられたティース先端部とを有し、
前記第１の側面は、前記ティース基部における側面と前記ティース先端部における側面とを含み、
前記第２の側面は、前記ティース基部における側面と前記ティース先端部における側面とを含み、
前記複数の第１の溶接部は、前記ティース先端部の前記第１の側面に配列され、
前記複数の第２の溶接部は、前記ティース先端部の前記第２の側面に配列されることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の回転電機。
前記ティースは、前記コアバックから突出するティース基部と、前記ティースの先端に設けられたティース先端部とを有し、
前記第１の側面は、前記ティース基部における側面と前記ティース先端部における側面とを含み、
前記第２の側面は、前記ティース基部における側面と前記ティース先端部における側面とを含み、
前記複数の第１の溶接部は、前記ティース基部の前記第１の側面に配列され、
前記複数の第２の溶接部は、前記ティース基部の前記第２の側面に配列されることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の回転電機。
前記ティースは、前記コアバックから突出するティース基部と、前記ティースの先端に設けられたティース先端部とを有し、
前記第１の側面は、前記ティース基部における側面と前記ティース先端部における側面とを含み、
前記第２の側面は、前記ティース基部における側面と前記ティース先端部における側面とを含み、
前記複数の第１の溶接部は、前記ティース基部の前記第１の側面と前記ティース先端部の前記第１の側面との境界部に配列され、
前記複数の第２の溶接部は、前記ティース基部の前記第２の側面と前記ティース先端部の前記第２の側面との境界部に配列されることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の回転電機。
前記複数の第１の溶接部のそれぞれの前記積層方向における端部と、前記複数の第２の溶接部のそれぞれの前記積層方向における端部とは、前記複数の電磁鋼板の３枚分以下の厚みで前記積層方向にオーバーラップすることを特徴とする請求項１から請求項７の何れか一項に記載の回転電機。
複数の電磁鋼板を積層して構成され、コアバックと前記コアバックから突出するティースを有する固定子コアを備えた回転電機の製造方法であって、
前記ティースの第１の側面に配列され前記複数の電磁鋼板の積層方向に配列される複数の第１の溶接部と、前記ティースの第２の側面に配列され前記積層方向に配列される複数の第２の溶接部とを、それぞれの溶接部の溶接長を調整することにより溶接部の引っ張り強さを溶接部にかかる荷重よりも大きくしながら、前記積層方向に千鳥状に配列する工程を含むことを特徴とする回転電機の製造方法。
複数の電磁鋼板を積層して構成され、コアバックと前記コアバックから突出するティースを有する固定子コアを備えた回転電機の製造方法であって、
前記ティースの先端部に歪ゲージを貼付ける工程と、
前記ティースの第１の側面に配列され前記複数の電磁鋼板の積層方向に配列される複数の第１の溶接部と、前記ティースの第２の側面に配列され前記積層方向に配列される複数の第２の溶接部とを、前記コアバック側の歪量を相殺するように前記第１の側面および前記第２の側面の歪量を観察しつつ溶接溶け込み量を調整しながら、前記積層方向に千鳥状に配列する工程を含むことを特徴とする回転電機の製造方法。