JP6542835B2 - 固定子及び回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、固定子及びこの固定子を備える回転電機に関する。

回転子及び固定子を備える回転電機において、固定子は、巻線が配置される鉄心と、その外側面に装着される固定子枠とから構成される。鉄心は、回転子のトルクにより生じる反力を受け止めるために、固定子枠に強固に固定する必要がある。鉄心を固定子枠へ固定する方法の一つとして、焼嵌めと呼ばれる方法が知られている。焼嵌めは、固定子枠を加熱により熱膨張させて内径を広げ、固定子枠に鉄心を嵌め入れた後、固定子枠を冷却することにより、収縮した固定子枠と鉄心とを嵌合する方法である（例えば、特許文献１参照）。

実開平７−９０７０号公報

焼嵌めにより固定子枠と鉄心とを嵌合させると、固定子枠が収縮する際の圧縮応力により鉄損が増加するため、回転電機の効率が低下する。また、鉄心との嵌合により固定子枠に歪みが生じるため、固定子の寸法精度が低下する。このような不具合は、鉄心を冷却して熱収縮により外径を狭めた状態で固定子枠に嵌め入れる方法（冷やし嵌め）においても同様に起こり得る。

本発明の目的は、回転電機の効率の低下を抑制し且つ寸法精度にも優れた固定子及びこの固定子を備える回転電機を提供することである。

（１）本発明は、内側に巻線が配置可能な略筒形状の鉄心（例えば、後述する鉄心２１）と、前記鉄心の外側面と接合部（例えば、後述する接合部２４）を介して接合される固定子枠（例えば、後述する固定子枠２２）と、を備え、前記接合部は、前記鉄心の外側面と前記固定子枠の内側面とが接する界面の少なくとも一部に形成され、前記接合部では、前記鉄心を構成する材料と前記固定子枠を構成する材料とが混在している固定子（例えば、後述する固定子２０）に関する。
（２） （１）の固定子において、前記接合部は、前記鉄心の外側面と前記固定子枠の内側面とが接する界面において、不連続に形成されてもよい。
（３） （１）又は（２）の固定子において、前記接合部は、前記鉄心の外側面に設けられる凸部（例えば、後述する凸部２１ａ）に、凹部（例えば、後述する凹部２１ｂ）に、又は、凸部及び凹部の両方に形成されてもよい。
（４） （１）〜（３）までのいずれかの固定子において、前記鉄心は、前記接合部を除く外側面の一部に窪み部（例えば、後述する窪み部）有し、前記窪み部には、前記鉄心と前記固定子枠との接合に寄与しない材料からなる粉体が充填されてもよい。
（５） （４）の固定子において、前記窪み部には、前記固定子枠を構成する材料よりも熱伝導性の高い材料からなる粉体（２５）が充填されてもよい。
（６）また、本発明は、（１）〜（５）までのいずれかの固定子と、回転軸（例えば、後述する回転軸３２）に支持され、前記固定子の内周側に設けられる回転子（例えば、後述する回転子３０）と、を備える回転電機（例えば、後述する電動機１）に関する。

本発明によれば、回転電機の効率の低下を抑制し且つ寸法精度にも優れた固定子及び回転電機を提供することができる。

電動機１の構成を説明する断面図である。 第１実施形態の固定子２０を軸方向から見たときの図である。 図２Ａのｓ１−ｓ１断面図である。 第２実施形態の固定子２０Ａを軸方向から見たときの図である。 図３Ａのｓ２−ｓ２断面図である。 第３実施形態の固定子２０Ｂを軸方向から見たときの側面図である。 図４Ａのｓ３−ｓ３断面図である。 第４実施形態の固定子２０Ｃを軸方向から見たときの図である。 図５Ａのｓ４−ｓ４断面図である。 第５実施形態の固定子２０Ｄの第１の形態を示す部分断面図である。 第５実施形態の固定子２０Ｄの第２の形態を示す部分断面図である。 第５実施形態の固定子２０Ｄの第３の形態を示す部分断面図である。 第６実施形態の固定子２０Ｅを示す部分断面図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。なお、本明細書に添付した図面は、いずれも模式図であり、理解しやすさ等を考慮して、各部の形状、縮尺、縦横の寸法比等を、実物から変更又は誇張している。また、図面においては、部材の断面を示すハッチングを適宜に省略する。

［第１実施形態］
まず、第１実施形態の固定子を備える回転電機としての電動機１について説明する。
図１は、第１実施形態の電動機１の構成を説明する断面図である。なお、図１に示す電動機１の構成は一例であり、本発明の固定子を適用可能であれば、どのような構成であってもよい。

図１に示すように、電動機１は、フレーム１０と、固定子２０と、回転子３０と、を備える。
フレーム１０は、電動機１の外装部材であり、フレーム本体１１と、軸穴１２と、軸受１３と、を備える。
フレーム本体１１は、固定子２０を包囲すると共に保持する筐体である。フレーム本体１１は、軸受１３を介して回転子３０を保持する。フレーム本体１１は、供給口１４、排出口１５及び孔部１６を備える。供給口１４は、固定子枠２２の流路２３（後述）に冷媒を供給するための開口であり、冷媒の供給配管（不図示）に接続されている。排出口１５は、流路２３を流通した冷媒を排出させるための開口であり、冷媒の排出配管（不図示）に接続されている。孔部１６は、鉄心２１から引き出された動力線２７を貫通させるための開口である。
軸穴１２は、回転軸３２（後述）が貫通する穴である。軸受１３は、回転軸３２を回転自在に支持する部材である。

固定子２０は、回転子３０を回転させるための回転磁界を形成する複合部材である。固定子２０は、全体として円筒形に形成され、フレーム１０の内部に固定されている。固定子２０は、鉄心２１と、固定子枠２２と、を備える。

鉄心２１は、内側に巻線２６を配置可能な部材である。鉄心２１は、円筒形に形成され、固定子２０の内側に配置されている。鉄心２１は、内側面に複数の溝（不図示）が形成され、この溝に巻線２６が配置される。なお、巻線２６の一部は、鉄心２１の軸方向において、鉄心２１の両端部から突出している。鉄心２１は、例えば、電磁鋼板等の薄板を複数枚重ねて積層体とし、この積層体を接着、かしめ等で一体化することにより作製される。

固定子枠２２は、その内側に、鉄心２１を保持する部材である。固定子枠２２は、円筒形に形成され、固定子２０の外側に配置されている。鉄心２１は、回転子３０のトルクにより生じる反力を受け止めるために、固定子枠２２と強固に接合されている。図１に示すように、本実施形態の固定子枠２２は、外側面に、鉄心２１から伝わる熱を冷却するための流路２３を備える。流路２３は、固定子枠２２の外側面に形成された一条又は多条の螺旋溝である。フレーム本体１１（フレーム１０）の供給口１４から供給された冷媒（不図示）は、固定子枠２２の外側面を螺旋状に沿うように流路２３内を流通した後、フレーム本体１１の排出口１５から外部に排出される。

固定子枠２２を構成する材料としては、例えば、炭素鋼、電磁鋼板用の鋼材、ステンレス鋼、アルミニウム等が挙げられる。後述するように、固定子枠２２は、これら材料を鉄心２１の外側面に積層造形することにより形成される。

固定子２０の鉄心２１からは、巻線２６と電気的に接続された動力線２７が引き出されている。この動力線２７は、電動機１の外部に設置された電源装置に接続される（不図示）。電動機１の動作時に、例えば、鉄心２１に三相交流電流が供給されることにより、回転子３０を回転させるための回転磁界が形成される。

回転子３０は、固定子２０により形成された回転磁界との磁気的相互作用により回転する部品である。回転子３０は、固定子２０の内周側に設けられる。回転子３０は、回転子本体３１と、回転軸３２と、を備える。回転子本体３１は、固定子２０に形成される回転磁界により回転力を発生する部分であり、複数の永久磁石（不図示）により構成される。

回転軸３２は、回転子本体３１を支持する部材である。回転軸３２は、回転子本体３１の軸中心を貫通するように挿入され、回転子本体３１に固定されている。回転軸３２は、フレーム１０に設けられた軸受１３に回転自在に支持されている。また、回転軸３２は、軸穴１２を貫通し、外部に設置された動力伝達機構、減速機構等（不図示）に接続されている。

図１に示す電動機１において、固定子２０（鉄心２１）に三相交流電流を供給すると、回転磁界が形成された固定子２０と回転子３０との間の磁気的相互作用により回転子本体３１に回転力が発生し、その回転力が回転軸３２を介して外部に出力される。なお、本実施形態では、電動機１を同期電動機として説明するが、電動機１は、例えば誘導電動機であってもよい。

次に、第１実施形態の固定子２０について説明する。
図２Ａは、第１実施形態の固定子２０を軸方向から見たときの図である。図２Ｂは、図２Ａのｓ１−ｓ１断面図である。
なお、以下に説明する各実施形態の固定子の図面においては、鉄心２１の内側面に形成された溝、この溝に配置された巻線２６、固定子枠２２の外側面に設けられた流路２３等の図示を省略する。

図２Ａ及び図２Ｂに示すように、第１実施形態の固定子２０において、鉄心２１の外側面と固定子枠２２の内側面とは、両側面が接する界面の全域において、接合部２４により接合されている。接合部２４は、鉄心２１を構成する材料と、固定子枠２２を構成する材料とが混在している領域である。ここで、「混在」とは、金属と金属とが互いに溶融した状態だけでなく、金属の表面に形成された微細な凹凸（バリ）に樹脂又は金属を含む樹脂が入り込んでいる状態等をも含む。即ち、「混在」とは、同種の材料同士又は異種の材料同士が一体不可分に結合した状態を意味する。

接合部２４は、固定子枠２２を構成する材料を鉄心２１の外側面に積層造形することにより形成される。固定子枠２２を積層造形するには、例えば、ＳＬＭ（Ｓｅｌｅｉｃｔｉｖｅ Ｌａｓｅｒ Ｍｅｌｔｉｎｇ）、ＥＢＭ（Ｅｌｅｃｔｏｒｏｎ Ｂｅａｍ Ｍｅｌｔｉｎｇ）、ＤＥＤ（Ｄｉｒｅｃｔｅｄ Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等に対応した金属３Ｄプリンタを用いることができる。

金属３Ｄプリンタによる積層造形は、例えば、以下のように行われる。鉄心２１を造形テーブルに設置し、その造形テーブル上に固定子枠２２を構成する材料（例えば、炭素鋼）の粉体を敷き詰める。その上からレーザ光を照射することにより、レーザを照射した部分を溶融、凝固させて、数１０μｍの金属層を形成する。このプロセスを鉄心２１の軸方向に沿って繰り返し行い、鉄心２１の外側面に沿って略円環状の金属層を積層する。これにより、鉄心２１の外側面と連続的に接合された固定子枠２２を造形することができる。なお、固定子枠２２を造形する際に、上述した螺旋溝の流路２３（図１参照）のほか、固定子枠２２として必要な形状部分等を、同時に形成することができる。
なお、本発明において「粉体」とは、微細な固定粒子の集合体である狭義の「粉体」だけでなく、比較的粗い固定粒子の集合体である「粒体」を含む広義の意味である。

この積層造形のプロセスにおいて、テーブル上に敷き詰められた粉体にレーザ光を照射する際に、鉄心２１が粉体と接する部分にもレーザ光を照射すると、その部分の粉体と鉄心２１を構成する材料とが互いに溶融し、凝固する。これにより、鉄心２１を構成する材料と固定子枠２２を構成する材料とが混在した接合部２４を、上記の金属層と一体に形成することができる。なお、固定子枠２２において、接合部２４を除く部分は、固定子枠２２を構成する材料のみが溶融、凝固することにより形成された金属層である。

金属３Ｄプリンタにより固定子枠２２をより正確に造形するには、鉄心２１の形状を３Ｄスキャナ（３次元測定機）等により計測して、３Ｄデータ（ＣＡＤ、ＣＧ等）として取得しておくことが好ましい。このような３Ｄデータを用いて、固定子枠２２の径方向の厚みを一層ごとに調整することにより、鉄心２１の表面形状（凹凸等）に影響されることなしに、より正確な形状の固定子枠２２を造形することができる。

上述した第１実施形態の固定子２０によれば、例えば、以下のような効果が得られる。
第１実施形態の固定子２０によれば、鉄心２１の外側面と固定子枠２２の内側面とを接合した際に、焼嵌めのように鉄心２１に圧縮応力が作用しないため、鉄損の増加による電動機１の効率の低下を抑制できる。また、第１実施形態の固定子２０は、鉄心２１の外周面に固定子枠２２を造形した際に、固定子枠２２に歪みが生じないため、寸法精度の低下を抑制できる。

例えば、焼嵌めでは、鉄心を嵌め入れた固定子枠が冷却する際に、鉄心と接しない部分（主に軸方向の両端部）が、鉄心と接する部分よりも先細りとなるため、固定子の軸方向の端面における平行度が低下し、これら端面を研磨加工する必要がある。しかし、第１実施形態の構成によれば、固定子枠２２の造形時に歪みが生じないため、固定子枠２２の軸方向の端面における平行度を保つことができる。そのため、第１実施形態の固定子２０によれば、固定子枠２２の造形後において、端面の研磨加工が不要となる。
従って、第１実施形態の構成によれば、電動機１の効率の低下を抑制し且つ寸法精度にも優れた固定子２０を得ることができる。

なお、焼嵌めにより鉄心を固定子枠に嵌め入れた場合、鉄心と固定子枠との間の固定力は、鉄心と固定子枠の接触面の面厚により維持される。これに対し、第１実施形態の固定子２０において、鉄心２１と固定子枠２２との間の固定力は、接合部２４における材料の強度により維持される。そのため、第１実施形態の固定子２０によれば、焼嵌めに比べて鉄心２１と固定子枠２２との間をより強固に固定できる。

また、固定子２０の軸方向において、接合部２４を形成する範囲は、鉄心２１の一方の端部から他方の端部までの間に限定されない。鉄心２１と固定子枠２２との間に十分な固定力を得ることができれば、接合部２４を、鉄心２１の両端部を除いた領域にのみ形成してもよい。

また、第１実施形態の構成によれば、更に以下のような効果が得られる。
第１実施形態の固定子２０によれば、焼嵌めのように、加熱により固定子枠２２の内径を広げる必要がないため、電気炉等の設備が不要となる。
第１実施形態の固定子２０によれば、製造段階において、加熱工程、嵌合工程、冷却工程等が不要となるため、製造時間を短縮できる。また、嵌合工程が不要となることにより、嵌合ミス等に起因する不良品の発生率を低減できる。

鉄心２１を構成する電磁鋼板等の薄板は、プレス加工（打ち抜き）により製造されるため、外側面に凹凸（バリ）が生じやすい。鉄心の外側面に凹凸が生じると、その凹凸により鉄心の外周面の寸法精度が低下したり、鉄心と固定子枠との間に未接触部分が形成されたりする。そのため、従来は、鉄心と固定子枠との間の寸法精度や熱伝導性を高めるために、鉄心の外側面を研磨する必要があった。鉄心の外側面を研磨する工程では、公差を数十μｍの範囲に収める必要がある。しかし、製品によっては公差の範囲内収めることが難しく、歩留まりを低下させる要因にもなっていた。これに対し、第１実施形態の固定子２０においては、鉄心２１の外側面を研磨する必要がないため、製造時間を短縮できるだけでなく、歩留まりを向上させることができる。
なお、上述した第１実施形態の構成により得られる効果は、後述する第２〜第６実施形態の構成においても共通する。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態の固定子２０Ａについて説明する。
図３Ａは、第２実施形態の固定子２０Ａを軸方向から見たときの図である。図３Ｂは、図３Ａのｓ２−ｓ２断面図である。
第２実施形態の固定子２０Ａは、鉄心２１の外側面と固定子枠２２の内側面とが接する界面において複数の接合部２４が不連続に形成される点が、第１実施形態と相違する。第２実施形態の固定子２０Ａにおいて、その他の構成は、第１実施形態と同じである。そのため、第２実施形態の説明及び図面において、第１実施形態と同等の部材等には、第１実施形態と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図３Ａ及び図３Ｂに示すように、第２実施形態の固定子２０Ａにおいて、鉄心２１の外側面と固定子枠２２の内側面との間は、固定子２０Ａの円周方向に沿って複数の接合部２４により接合されている。図３Ａに示すように、各接合部２４は、固定子２０Ａの円周方向に沿って等間隔に形成されている。また、図３Ｂに示すように、各接合部２４は、固定子２０Ａの軸方向に沿って延在している。接合部２４が固定子２０Ａの軸方向に沿って延在する範囲は、固定子２０Ａの軸方向において、鉄心２１の一方の端部から他方の端部までの間である。なお、鉄心２１の外側面と固定子枠２２の内側面との間において、接合部２４が形成されていない部分は、鉄心２１の外側面と固定子枠２２の内側面とが混在することなく接触している。

第２実施形態の固定子２０Ａにおいては、鉄心２１の外側面と固定子枠２２の内側面とが接する界面において、複数の接合部２４が不連続に形成されている。そのため、第２実施形態の固定子２０Ａは、前記界面の全域に接合部２４が形成される第１実施形態に比べて、固定子枠２２の造形時間を短縮できる。また、第２実施形態の固定子２０Ａは、鉄心２１の外側面と固定子枠２２の内側面とが接する界面において、レーザ光の照射される範囲がより小さくなるため、造形後の固定子枠２２が冷却する際の熱収縮による変形を抑制できる。

第２実施形態では、図３Ａに示すように、固定子２０Ａの円周方向に沿って離間して、接合部２４を１６箇所に形成した例について説明したが、これに限定されない。接合部２４の数及び円周方向における幅は、鉄心２１と固定子枠２２との間に十分な固定力が得られれば、どのように設定してもよい。また、接合部２４を形成する範囲は、固定子２０Ａの軸方向において、鉄心２１の一方の端部から他方の端部までの間に限定されない。鉄心２１と固定子枠２２との間に十分な固定力を得ることができれば、接合部２４を、鉄心２１の両端部を除いた領域にのみ形成してもよい。

［第３実施形態］
次に、第３実施形態の固定子２０Ｂについて説明する。
図４Ａは、第３実施形態の固定子２０Ｂを軸方向から見たときの図である。図４Ｂは、図４Ａのｓ３−ｓ３断面図である。
第３実施形態の固定子２０Ｂは、第２実施形態と同じく、鉄心２１の外側面と固定子枠２２の内側面とが接する界面において複数の接合部２４が不連続に形成される点が、第１実施形態と相違する。第３実施形態の固定子２０Ｂにおいて、その他の構成は、第１実施形態と同じである。そのため、第３実施形態の説明及び図面において、第１実施形態と同等の部材等には、第１実施形態と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図４Ａ及び図４Ｂに示すように、第３実施形態の固定子２０Ｂにおいて、鉄心２１の外側面と固定子枠２２の内側面との間は、固定子２０Ｂの軸方向に沿って離間する複数の接合部２４により接合されている。図４Ａに示すように、各接合部２４は、固定子２０Ａの円周方向に沿って形成されている。また、図４Ｂに示すように、各接合部２４は、固定子２０Ｂの軸方向に沿って等間隔に形成されている。接合部２４が固定子２０Ｂの軸方向に沿って形成される範囲は、固定子２０Ａの軸方向において、鉄心２１の一方の端部から他方の端部までの間である。なお、鉄心２１の外側面と固定子枠２２の内側面との間における、接合部２４が形成されていない部分においては、鉄心２１の外側面と固定子枠２２の内側面とは、混在することなく接触している。

第３実施形態の固定子２０Ｂにおいても、第２実施形態と同じく、固定子枠２２の造形時間を短縮できると共に、固定子枠２２の熱収縮による変形を低減できるという効果が得られる。
第３実施形態では、図４Ｂに示すように、固定子２０Ｂの軸方向に沿って離間して、接合部２４を５箇所に形成した例について説明したが、これに限定されない。接合部２４の数及び軸方向における幅は、鉄心２１と固定子枠２２との間に十分な固定力が得られれば、どのように設定してもよい。また、接合部２４を形成する範囲は、固定子２０Ｂの軸方向において、鉄心２１の一方の端部から他方の端部までの間に限定されない。鉄心２１と固定子枠２２との間に十分な固定力を得ることができれば、接合部２４を、鉄心２１の両端部を除いた領域にのみ形成してもよい。

［第４実施形態］
次に、第４実施形態の固定子２０Ｃについて説明する。
図５Ａは、第４実施形態の固定子２０Ｃを軸方向から見たときの図である。図５Ｂは、図５Ａのｓ４−ｓ４断面図である。
第４実施形態の固定子２０Ｃは、第２実施形態と同じく、鉄心２１の外側面と固定子枠２２の内側面とが接する界面において複数の接合部２４が不連続に形成される点が、第１実施形態と相違する。第４実施形態の固定子２０Ｃにおいて、その他の構成は、第１実施形態と同じである。そのため、第２実施形態の説明及び図面において、第１実施形態と同等の部材等には、第１実施形態と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図５Ａ及び図５Ｂに示すように、第５実施形態の固定子２０Ｃは、鉄心２１の外側面と固定子枠２２の内側面との間が、固定子２０Ｃの円周方向及び軸方向に沿って離間する複数の接合部２４により接合されている。具体的には、接合部２４は、図５Ｂに示すように、鉄心２１の外側面と固定子枠２２の内側面とが接する界面に格子状に形成されている。

図５Ｂに示すように、接合部２４が固定子２０Ｃの軸方向に沿って延在する範囲は、固定子２０Ｃの軸方向において、鉄心２１の一方の端部から他方の端部までの間である。なお、鉄心２１の外側面と固定子枠２２の内側面との間における、接合部２４が形成されていない部分においては、鉄心２１の外側面と固定子枠２２の内側面とは、混在することなく接触している。

第４実施形態の固定子２０Ｃにおいても、第２実施形態と同じく、固定子枠２２の造形時間を短縮できると共に、固定子枠２２の熱収縮による変形を低減できるという効果が得られる。
第４実施形態では、図５Ｂに示すように、鉄心２１の外側面と固定子枠２２の内側面とが接する界面に、接合部２４を格子状に形成した例について説明したが、これに限定されない。各接合部２４の形状及び形成パターンは、鉄心２１と固定子枠２２との間に十分な固定力が得られれば、どのように設定してもよい。また、接合部２４を形成する範囲は、固定子２０Ｃの軸方向において、鉄心２１の一方の端部から他方の端部までの間に限定されない。鉄心２１と固定子枠２２との間に十分な固定力を得ることができれば、接合部２４を、鉄心２１の両端部を除いた領域にのみ形成してもよい。

［第５実施形態］
次に、第５実施形態の固定子２０Ｄについて説明する。
図６Ａは、第５実施形態の固定子２０Ｄの第１の形態を示す部分断面図である。図６Ｂは、第５実施形態の固定子２０Ｄの第２の形態を示す部分断面図である。図６Ｃは、第５実施形態の固定子２０Ｄの第３の形態を示す部分断面図である。図６Ａ〜図６Ｃは、固定子２０Ｄの軸方向と平行な面において、鉄心２１の外側面と固定子枠２２の内側面とが接する界面の一部を示す断面図である。

第５実施形態の固定子２０Ｄは、接合部２４の構成が第１実施形態と相違する。第５実施形態の固定子２０Ｄにおいて、その他の構成は、第１実施形態と同じである。そのため、第５実施形態の説明及び図面において、第１実施形態と同等の部材等には、第１実施形態と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図６Ａに示す第１の形態において、接合部２４は、鉄心２１の外側面の一部に形成された凸部２１ａと、この凸部２１ａに接する固定子枠２２との間に形成されている。鉄心２１は、前述したように、電磁鋼板等の薄板を積層することにより構成されるため、外側面に凹凸（バリ）が生じやすい。このうち、外側面より外側に突出する凸部２１ａを接合部２４とすることにより、鉄心２１の外側面と固定子枠２２の内側面とが接する平坦な界面を接合部２４とする場合に比べて、レーザ光の照射による熱が逃げにくくなるため、金属同士をより速やかに溶融させることができる。

図６Ｂに示す第２の形態において、接合部２４は、鉄心２１の外側面の一部に形成された凹部２１ｂと、この凹部２１ｂに接する固定子枠２２との間に形成されている。
図６Ｃに示す第３の形態において、接合部２４は、鉄心２１の外側面の一部に形成された凸部２１ａと、この凸部２１ａに接する固定子枠２２との間、及び、凹部２１ｂと、この凹部２１ｂに接する固定子枠２２との間に、それぞれ形成されている。

なお、鉄心２１の外側面に、複数の凸部２１ａ及び凹部２１ｂが軸方向に沿って形成される場合がある。その場合、鉄心２１の外側面は、段差状又は波状となる。鉄心２１の外側面が段差状又は波状となる場合、第５実施形態の第１〜第３の形態に示す接合部２４を、連続的又は断続的に形成してもよい。

［第６実施形態］
次に、第６実施形態の固定子３０Ｅについて説明する。
図７は、第６実施形態の固定子２０Ｅを示す部分断面図である。図７は、固定子２０Ｅの軸方向と平行な面において、鉄心２１の外側面と固定子枠２２の内側面とが接する界面の一部を示す断面図である。
第６実施形態の固定子２０Ｅは、接合部２４を除く部分の構成が第１実施形態と相違する。第６実施形態の固定子２０Ｅにおいて、その他の構成は、第１実施形態と同じである。そのため、第６実施形態の説明及び図面において、第１実施形態と同等の部材等には、第１実施形態と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図７に示すように、第６実施形態の固定子２０Ｅにおいては、鉄心２１の外側面に形成された窪み部２１ｃと固定子枠２２の内側面との間の空間に、粉体２５が充填されている。窪み部２１ｃは、鉄心２１を構成する電磁鋼板等の薄板をプレス加工により製造した際に、外側面に形成される凹部であってもよいし、意図的に形成したものであってもよい。なお、図７では、一例として、窪み部２１ｃを内側に尖った三角形状として示しているが、窪み部２１ｃの形状は様々であり、図７の例に限定されない。窪み部２１ｃは、鉄心２１の外側面に規則的に形成されていてもよいし、ランダムに形成されていてもよい。粉体２５は、固定子枠２２を構成する材料（例えば、炭素鋼）と同じ材料からなる粉体である。

上述したように、固定子枠２２を造形する際に、接合部２４にはレーザ光が照射されるため、接合部２４において、固定子枠２２を構成する材料の粉体は、鉄心２１と溶融した状態となる。一方、窪み部２１ｃの部分にレーザ光を照射しないようにすることで、窪み部２１ｃの空間内に溶融しない粉体２５を残すことができる。これにより、窪み部２１ｃの内部に、鉄心２１と固定子枠２２との間の接合に寄与しない粉体２５を充填できる。

本実施形態の固定子２０Ｅによれば、回転子３０（図１参照）のトルクにより生じる反力が鉄心２１に作用した場合に、窪み部２１ｃに充填された粉体２５の摩擦力により、その反力をより強固に受け止めることができる。そのため、接合部２４において、接合が不完全な部分があったとしても、その部分における固定力の低下を窪み部２１ｃに充填された粉体２５の摩擦力で補うことができる。

なお、窪み部２１ｃに充填される粉体２５は、固定子枠２２を構成する材料と同じ材料からなる粉体に限定されない。例えば、粉体２５として、固定子枠２２を構成する材料よりも摩擦力の高い材料からなる粉体を充填してもよい。この場合、窪み部２１ｃの摩擦力をより高めることができる。また、粉体２５として、固定子枠２２を構成する材料よりも熱伝導性の高い材料からなる粉体を用いてもよい。この場合、鉄心２１から固定子枠２２への熱伝導性が高まるため、冷却効率をより向上させることができる。

固定子枠２２を構成する材料よりも熱伝導性の高い材料としては、例えば、アルミニウム等が挙げられる。
また、粉体２５は、鉄心２１の外側面に固定子枠２２を造形した後に、鉄心２１の外側面と固定子枠２２の内側面との間に形成された隙間に充填してもよい。その場合には、鉄心２１と固定子枠２２との間の隙間が窪み部２１ｃとなる。また、窪み部２１ｃは、固定子枠２２の内側面に形成されていてもよいし、鉄心２１の外側面と固定子枠２２の内側面の両方に形成されていてもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、後述する変形形態のように種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。実施形態に記載した効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、実施形態に記載したものに限定されない。なお、上述の実施形態及び後述する変形形態は、適宜組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。また、各実施形態に共通な構成もあるため、部材名の符号を省略して説明する。

（変形形態）
実施形態では、固定子枠を構成する材料として、炭素鋼等の金属の粉体を用いる例について説明したが、これに限定されない。固定子枠を構成する材料は、樹脂でもよいし、樹脂と金属を混合したものであってもよい。固定子枠を構成する材料として使用可能な樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂等が挙げられる。

実施形態では、固定子枠を円筒形とした例について説明したが、これに限定されない。積層造形で固定子枠を造形する場合、固定子枠の形状は、鉄心の形状に依存しないため、例えば、断面が楕円形、四角形等の非円筒形の筒形とすることもできる。
本実施形態では、鉄心を、電磁鋼板等の薄板を複数枚重ねた積層体とした例について説明したが、これに限定されない。鉄心は、どのような構造、製造方法で得られたものであってもよい。

実施形態では、固定子枠を積層造形するための手法として３Ｄ金属プリンタを用いた例について説明したが、これに限定されない。固定子枠を積層造形するための手法としては、例えば、材料粉末とレーザ光を同時に照射して任意の部分を溶融させ積層させるレーザ直接積層法（ＬＥＮＳ：Ｌａｓｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ Ｎｅｔ Ｓｈａｐｉｎｇ）による金属積層装置等を用いることができる。
実施形態では、本発明に係る固定子を適用可能な回転電機として電動機を例に説明したが、これに限定されない。回転電機は、発電機であってもよい。

１：電動機、１０：フレーム、２０（２０Ａ〜２０Ｅ）：固定子、２１：鉄心、２１ａ：凸部、２１ｂ：凹部、２１ｃ：窪み部、２２：固定子枠、２４：接合部、２５：粉体、３０：回転子、３２：回転軸

Claims (6)

1. 内側に巻線が配置可能な略筒形状の鉄心と、
   前記鉄心の外側面と接合部を介して接合される固定子枠と、
   を備え、
   前記接合部は、前記鉄心の外側面と前記固定子枠の内側面とが接する界面の少なくとも一部に形成され、
   前記接合部では、前記鉄心を構成する材料と前記固定子枠を構成する材料とが混在しており、前記接合部は、前記固定子枠のすべての外周面に露出していない、固定子。
2. 前記接合部は、前記鉄心の外側面と前記固定子枠の内側面とが接する界面において、不連続に形成される、請求項１に記載の固定子。
3. 前記接合部は、前記鉄心の外側面に設けられる凸部に、凹部に、又は、凸部及び凹部の両方に形成される、請求項１又は請求項２に記載の固定子。
4. 前記鉄心は、前記接合部を除く外側面の一部に窪み部を有し、
   前記窪み部には、前記鉄心と前記固定子枠との接合に寄与しない材料からなる粉体が充填される、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の固定子。
5. 前記窪み部には、前記固定子枠を構成する材料よりも熱伝導性の高い材料からなる粉体が充填される、請求項４に記載の固定子。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の固定子と、
   回転軸に支持され、前記固定子の内周側に設けられる回転子と、
   を備える回転電機。

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