JP6570456B2 - Stator, rotating electric machine, and stator manufacturing method - Google Patents
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Description
この発明は、小型高出力かつ高効率となる固定子、回転電機、および、固定子の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a stator, a rotating electric machine, and a stator manufacturing method that are small and have high output and high efficiency.
近年、電動機や発電機等は、小型高出力化、高効率化が求められている。この要求を解決する手段として、固定子に方向性電磁鋼板を用いることが挙げられる。すなわち、固定子の磁気抵抗が減少し、回転電機の効率が向上するので、回転電機の小型高出力化が可能になる。 In recent years, electric motors, generators, and the like have been required to be small and have high output and high efficiency. One means for solving this requirement is to use a grain-oriented electrical steel sheet for the stator. That is, since the magnetic resistance of the stator is reduced and the efficiency of the rotating electrical machine is improved, the rotating electrical machine can be reduced in size and output.
例えば、特許文献１には、ティース部を方向性電磁鋼板とし、ティース部の磁化容易方向をティース部の径方向と一致させる回転電機が示されている。ティース部には径方向に磁束が流れるため、磁束の方向と磁化容易方向とを一致させることで、小型高出力化するとともに、鉄損を低減して高効率化の効果があった。
For example,
さらに、特許文献１には、ティース鉄心の内径側の先端に周方向に突出した鍔部が設けられている。周方向に鍔部を設けることで、ティース鉄心の鍔部を含めた周方向の幅が大きくなる。そのため、周方向に突起した鍔部は、回転子からの磁束をより多く集めてティース部へ集中させることで磁束量を増加させることができる。よって、高出力化の効果が得られることが一般的に知られている。
Furthermore, in
また、周方向に隣接するティース鉄心の周方向の間隔は、鍔部によって狭くなるので、回転子に生じる磁束変化が小さくなり、回転子の渦電流損を低減して、高効率化の効果が得られることが一般的に知られている。 In addition, since the circumferential interval between the teeth cores adjacent to each other in the circumferential direction is narrowed by the flange portion, the change in magnetic flux generated in the rotor is reduced, and the eddy current loss of the rotor is reduced, resulting in high efficiency. It is generally known that it can be obtained.
従来の固定子においては、鍔部に流れる磁束の方向については考慮されていない。すなわち、鍔部による高効率化の効果を得るためには、周方向に突起した鍔部の径方向内側表面から入った磁束は、ティース中央部に向かう周方向と、径方向外側へ向かう径方向と、の間の方向に斜めに磁束が抜けていく必要がある。 In the conventional stator, the direction of the magnetic flux flowing through the collar is not taken into consideration. That is, in order to obtain the effect of high efficiency by the collar part, the magnetic flux entering from the radially inner surface of the collar part protruding in the circumferential direction is the circumferential direction toward the teeth central part and the radial direction toward the radially outer side. The magnetic flux needs to escape diagonally in the direction between.
特許文献１では鍔部にも方向性電磁鋼板を用いているため、周方向には磁束がほとんど通らず、鍔部でより多く集めた磁束がティース部へと流れていかず、実際は鍔部を付加した効果をほとんど得ることができない。そのため、ティース部および鍔部に無方向性電磁鋼板を用いた場合と比較して、方向性電磁鋼板により材料コストが上昇する割に鍔部付加の効果が得られず効率が悪いという問題点があった。
In
また、磁束が集中しやすい鍔部の磁束の方向と磁化容易方向が異なることで、磁化されたときに材料がひずむことで生じる磁歪が大きくなるため、磁束の変化に伴い鍔部が振動して振動、騒音が大きくなるという問題点があった。 In addition, since the direction of the magnetic flux in the collar portion where the magnetic flux tends to concentrate is different from the direction of easy magnetization, the magnetostriction caused by the material being distorted when magnetized increases, so that the collar portion vibrates as the magnetic flux changes. There was a problem of increased vibration and noise.
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、小型高出力かつ高効率な固定子、回転電機、および、固定子の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a small, high-output and high-efficiency stator, rotating electric machine, and stator manufacturing method.
この発明の固定子は、
ヨーク部と、
前記ヨーク部の第一方向に間隔を隔てて形成されるとともに前記第一方向と直交する第二方向に突出して形成される複数のティース部と、
隣接する前記ティース部間のスロットに絶縁部を介して設置されるコイルとを備えた固定子において、
前記ティース部の突出側の先端部には、前記スロット側に突出する鍔部を有し、
前記ティース部および前記鍔部は、方向性電磁鋼板にて形成され、
前記ティース部の第一磁化容易方向は、前記第二方向側にて形成され、
前記鍔部の第二磁化容易方向は、前記ヨーク部に向かう側の前記第二磁化容易方向と、前記ティース部の前記第一磁化容易方向とのなす角度は、鋭角にて形成され、
前記鍔部と、前記ティース部の先端部とにて空隙部が形成される。
The stator of this invention is
The yoke part,
A plurality of teeth portions formed at intervals in the first direction of the yoke portion and projecting in a second direction orthogonal to the first direction;
In a stator comprising a coil installed via an insulating portion in a slot between adjacent teeth portions,
At the front end portion of the teeth portion on the protruding side, there is a flange portion protruding toward the slot side,
The teeth part and the collar part are formed of grain-oriented electrical steel sheets,
The first magnetization easy direction of the teeth portion is formed on the second direction side,
The second easy magnetization direction of the flange portion is formed by an acute angle between the second easy magnetization direction on the side toward the yoke portion and the first easy magnetization direction of the teeth portion ,
A gap portion is formed by the flange portion and the tip portion of the tooth portion.
また、この発明の回転電機は、
上記のように構成された固定子と、
前記固定子に対して同心円状に配置される回転子とを備える。
The rotating electrical machine of the present invention is
A stator configured as described above;
And a rotor arranged concentrically with respect to the stator.
また、この発明の固定子の製造方法は、
前記方向性電磁鋼板から、前記ティース部および前記鍔部を、前記鍔部が前記第一方向において前記スロット側に突出していない状態にて打抜き形成する第一工程と、
前記スロットに前記絶縁部を介して前記コイルを設置する第二工程と、
前記鍔部を前記第一方向側に屈曲させて前記スロット側に突出させる第三工程とを備える。
In addition, the method for manufacturing the stator of the present invention includes:
A first step of punching and forming the teeth portion and the flange portion from the grain-oriented electrical steel sheet in a state where the flange portion does not protrude toward the slot in the first direction;
A second step of installing the coil in the slot via the insulating portion;
A third step of bending the flange portion toward the first direction and projecting toward the slot side.
この発明の固定子、回転電機、および、固定子の製造方法によれば、小型高出力かつ高効率とすることができる。 According to the stator, the rotating electrical machine, and the method of manufacturing the stator of the present invention, it is possible to achieve a small size, high output, and high efficiency.
実施の形態１．
以下、本願発明の実施の形態について説明する。図１はこの発明の実施の形態１の回転電機の構成を示した片縦断面側面図である。図２は図１に示した回転電機の固定子および回転子の構成を示す斜視図である。図３は図２に示した固定子のヨーク部とティース部との関係を示した平面図である。図４は図１に示した回転電機の固定子のコイルに絶縁部を装着する製造方法を示す斜視図である。
Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 is a half longitudinal sectional side view showing the configuration of a rotating electrical machine according to
図５から図７は図１に示した回転電機の固定子のコイルにティース部を装着する前の製造方法の状態を示す図である。図５は図１に示した回転電機の固定子の製造方法を示す側面図である。図６は図５に示したＱ−Ｑ線における回転電機の固定子の製造方法を示す平面図である。図７は図５および図６と同一時の回転電機の固定子の製造方法を示す斜視図である。 5 to 7 are views showing a state of the manufacturing method before attaching the tooth portion to the stator coil of the rotating electric machine shown in FIG. FIG. 5 is a side view showing a method of manufacturing the stator of the rotating electric machine shown in FIG. FIG. 6 is a plan view showing a method of manufacturing the stator of the rotating electric machine along the line QQ shown in FIG. FIG. 7 is a perspective view showing a method for manufacturing the stator of the rotating electric machine at the same time as in FIGS. 5 and 6.
図８から図９は図５から図７に示した回転電機の固定子の製造方法の次工程を示す図である。図８から図９は回転電機の固定子のティース部にヨーク部を装着した後の製造方法の状態を示す図である。図８は図５の次工程の回転電機の固定子の製造方法を示す側面図である。図９は図８に示したＰ−Ｐ線における回転電機の固定子の製造方法を示す平面図である。図１０は図８および図９と同一時の回転電機の固定子の製造方法を示す斜視図である。 8 to 9 are diagrams showing the next step of the method for manufacturing the stator of the rotating electrical machine shown in FIGS. 5 to 7. 8 to 9 are views showing a state of the manufacturing method after the yoke portion is attached to the teeth portion of the stator of the rotating electrical machine. FIG. 8 is a side view showing a method for manufacturing the stator of the rotating electrical machine in the next step of FIG. FIG. 9 is a plan view showing a method of manufacturing the stator of the rotating electric machine along the line P-P shown in FIG. FIG. 10 is a perspective view showing a method for manufacturing the stator of the rotating electric machine at the same time as in FIGS. 8 and 9.
図１１は図９に示した固定子のＳにて示した部分の製造方法を示す平面図である。図１２は図１１の次工程における図９に示した固定子のＳにて示した部分の製造方法を示す平面図である。図１３はこの発明の実施の形態１における固定子のティース部および鍔部の製造方法の打抜工程を示す平面図である。図１４はこの発明の実施の形態１における各磁化容易方向と磁束との関係を説明するための平面模式図である。
FIG. 11 is a plan view showing a method of manufacturing the portion indicated by S of the stator shown in FIG. FIG. 12 is a plan view showing a method of manufacturing the portion indicated by S of the stator shown in FIG. 9 in the next step of FIG. FIG. 13 is a plan view showing a punching process of the method for manufacturing the teeth portion and the collar portion of the stator according to
図１５は図１４に示したティース部と鍔部との境界部分の各磁化容易方向および磁束の原理を説明するための部分拡大平面図である。図１６は図１５にて示したティース部と鍔部との境界部分に空隙部が存在しない場合の各磁化容易方向および磁束のこの発明の比較例を説明するための部分拡大平面図である。 FIG. 15 is a partially enlarged plan view for explaining each easy magnetization direction and the principle of magnetic flux at the boundary portion between the tooth portion and the collar portion shown in FIG. FIG. 16 is a partially enlarged plan view for explaining a comparative example of each of the easy magnetization directions and magnetic fluxes in the case where there is no air gap at the boundary portion between the tooth portion and the collar portion shown in FIG.
図１７は図１５に示したティース部と鍔部との境界部分の各磁化容易方向および磁束のこの発明の比較例を説明するための部分拡大平面図である。図１８はこの発明の実施の形態１における固定子のティース部および鍔部の製造方法の他の打抜工程を示す平面図である。図１９はこの発明の比較例における固定子のティース部および鍔部の製造方法の打抜工程を示す平面図である。
FIG. 17 is a partially enlarged plan view for explaining a comparative example of the easy magnetization direction and magnetic flux of the boundary portion between the tooth portion and the collar portion shown in FIG. 15 according to the present invention. FIG. 18 is a plan view showing another punching process of the method for manufacturing the teeth portion and the collar portion of the stator according to
図１および図２において、回転電機１００は、固定子１と、この固定子１の環状内に配設された回転子１０１とを備えている。そして、回転電機１００は、有底円筒状のフレーム１０２と、このフレーム１０２の開口を塞口する端板１０３とを有するハウジング１０９内に収納されている。固定子１は、フレーム１０２の円筒部の内部に、嵌合状態にて固着されている。回転子１０１は、フレーム１０２の底部および端板１０３にベアリング１０４を介して回転可能に支持された回転軸１０６に固着されている。
1 and 2, the rotating
回転子１０１は、軸心位置に挿通された回転軸１０６に固着された回転子鉄心１０７と、回転子鉄心１０７の外周面側に埋設されて周方向Ｚに所定の間隔で配列され、磁極を構成する永久磁石１０８とにて形成されている。尚、ここでは、回転子１０１は永久磁石型にて示しているが、これに限られることはなく、絶縁被膜を施していない導体線をスロットに収納して、両側を短絡環で短絡したかご形の回転子や、絶縁被膜を施した導体線を回転子鉄心のスロットに装着した巻線形の回転子を用いてもよい。
The
図３および図１２において、固定子１は、ティース部３と、鍔部１０と、ヨーク部２と、コイル７とにて構成される。ヨーク部２は、環状に形成され、ティース部３とは分離して形成される。ティース部３は、ヨーク部２の第一方向としての周方向Ｚに、等間隔を隔てて第一方向と直交する第二方向としての径方向Ｘの内側Ｘ１に突出して複数個形成される。またティース部３は、ヨーク部２の内周に軸方向Ｙに形成された溝部９に嵌合して設置される。
3 and 12, the
コイル７は、隣接するティース部３間に形成されたスロット５に絶縁部６を介して設置される。スロット５は、軸方向Ｙに貫通して構成されている。ヨーク部２は各ティース部３を磁気的に接続している。また、ヨーク部２はティース部３と分離して形成されているため、無方向性電磁鋼板を用いることが可能となる。
The
その場合、図３に示すように、ティース部３の周方向Ｚの幅Ｈ１と、ヨーク部２の径方向Ｘの幅Ｈ２とが、Ｈ１＜Ｈ２となるように形成する。このような関係にて形成すると、方向性電磁鋼板よりも飽和磁化の小さい無方向性電磁鋼板を用いても、出力が低下させることなく形成することができる。
In that case, as shown in FIG. 3, the width H1 of the
コイル７は、複数のティース部３にまたがって巻線される分布巻や、１つのティース部３に巻線される集中巻などの構造が適用可能である。但し、本実施の形態１においては、分布巻を例に説明する。
The
また、ティース部３、鍔部１０およびヨーク部２は、板材をプレス等で打抜いて、その板材を軸方向Ｙに複数枚積層して形成されている。そして、板材はカシメや溶接、接着などの固定手段により軸方向Ｙの積層間が固定され形成されている。尚、ここでは、絶縁部６をティース部３および鍔部１０と別々に構成する例を示している。しかし、絶縁部６と、ティース部３および鍔部１０とを射出成型などの固定手段により一体化して構成することも可能である。
The
鍔部１０は、ティース部３の径方向Ｘの突出側、ここでは径方向Ｘの内側Ｘ１の先端部３Ａに、周方向Ｚの両側においてスロット５側に突出して形成されている。また、鍔部１０は、ティース部３の周方向Ｚの両方側にそれぞれ形成されている。尚、径方向Ｘの突出側と相反する側、ここでは径方向Ｘの外側Ｘ２とする。
The
鍔部１０は、ティース部３の先端部３Ａの周方向Ｚの中央部分において連結されており、ティース部３と一体にて形成される。鍔部１０と、ティース部３の先端部３Ａとには離反する空隙部８を形成する。
The
ティース部３および鍔部１０は、後述する方向性電磁鋼板４にて形成される。図１４に示すように、ティース部３の第一磁化容易方向Ｄは、径方向Ｘ側と一致するように形成される。また、鍔部１０の第二磁化容易方向Ｅは、ヨーク部２に向かう側の第二磁化容易方向Ｅと、ティース部３の第一磁化容易方向Ｄとのなす角度θが、鋭角となるように形成される。また、鍔部１０のスロット５側の側面１０Ａは、第二磁化容易方向Ｅと平行な面にて形成される。
The
ここで、ティース部３の第一磁化容易方向Ｄと、鍔部１０の第二磁化容易方向Ｅについて説明する。まず、鍔部１０およびティース部３に流れる磁束Ｗの流れを図１４に基づいて説明する。尚、説明の便宜上、ここでは環状の回転子１０１を直線状態として図示している。永久磁石１０８から発生する磁束Ｗは固定子１の内側Ｘ１から外側Ｘ２へと流れる。このとき、鍔部１０は周方向Ｚに突出しているため、永久磁石１０８から発生する磁束Ｗをより多く集める。このため、出力が向上する。
Here, the first easy magnetization direction D of the
そして、鍔部１０により集められた磁束Ｗは、ティース部３へと集中していく。このため、鍔部１０を通る磁束Ｗは、ティース部３の中央部に向かう周方向Ｚと、径方向Ｘの外側Ｘ２へ向かう径方向Ｘとの間の方向に抜けていく必要がある。このとき、鍔部１０の第二磁化容易方向Ｅと、鍔部１０の磁束Ｗの流れる方向とがほぼ一致するため、一致しない場合と比較して高出力化の効果がある。
And the magnetic flux W collected by the
また、後述する方向性電磁鋼板４の磁化容易方向Ｃと、磁束Ｗの向きとが一致した場合、ヒステリシス損が最小となるので、鉄損を低減して高効率化の効果がある。また、磁束が集中しやすい鍔部１０の磁束Ｗの方向と、鍔部１０の第二磁化容易方向Ｅとが同じとなるので、磁歪が小さくなり、振動、騒音を抑制する。
Further, when the easy magnetization direction C of the grain-oriented electrical steel sheet 4 to be described later and the direction of the magnetic flux W coincide with each other, the hysteresis loss is minimized, so that the iron loss is reduced and the efficiency is improved. In addition, since the direction of the magnetic flux W of the
次に、鍔部１０の側面１０Ａについて説明する。第二磁化容易方向Ｅと平行な側面１０Ａを形成することにより、磁束Ｗの向きを側面１０Ａの角度と一致するように制御することができる。そのため、第二磁化容易方向Ｅと側面１０Ａとをほぼ平行にて形成することで、より磁束Ｗの向きと鍔部１０の第二磁化容易方向Ｅの向きが一致できるため、より高出力化、鉄損低減、振動騒音抑制の効果がある。よって、一般的に鍔部１０を設けることで、鍔部１０に周方向Ｚに磁束が流れて、隣接するティース部３へ磁束が漏れ出力が低下することが知られている漏れ磁束Ｗ０を抑制できる。
Next, the
さらに、これらの効果を確実に得るためには、鍔部１０の第二磁化容易方向Ｅとティース部３の第一磁化容易方向Ｄとのなす角度θは２０°＜θ＜７０°とすることが望ましい。これは、なす角度θが約２０°より小さくなると、急激に透磁率が低下し、鉄損が増加することが知られているためである。また、なす角度θが７０°を超えると、周方向Ｚへ磁束Ｗが通りやすくなるため、隣接するティース部３への漏れ磁束Ｗ０が増加して出力が低下する。また、なす角度θが２０°を下回ると、径方向Ｘへの磁束Ｗの向きが支配的となり、鍔部１０が周方向Ｚに突出して回転子１０１からの磁束Ｗを周方向Ｚから集める効果が小さくなり、出力が低下してしまう。
Furthermore, in order to reliably obtain these effects, the angle θ formed by the second easy magnetization direction E of the
このように、鍔部１０の第二磁化容易方向Ｅと、ティース部３の第一磁化容易方向Ｄとのなす角度θは、適宜、要件に合わせて選択可能なことは言うまでもないが、概ね２０°＜θ＜７０°とすることで、隣接するティース部３への漏れ磁束Ｗ０が抑制できることと、鍔部１０による磁束Ｗを集めることができることとを同時に得ることができる。このため、高出力化となる。
Thus, it goes without saying that the angle θ formed by the second easy magnetization direction E of the
また、図１５に示すように、鍔部１０とティース部３の先端部３Ａと間には空隙部８が形成されている。本実施の形態１と比較する、この発明の比較例を図１６に示す。図１６には、鍔部１０とティース部３の先端部３Ａとの間に空隙部８が形成されていない場合を示す。この図１６に示す比較例の場合には、鍔部１０の第二磁化容易方向Ｅと、ティース部３の第一磁化容易方向Ｄとが急激に変化するため、磁束Ｗの向きが急激に変化し、磁束Ｗの変化量に比例して生じる渦電流により損失が大きくなる。
As shown in FIG. 15, a
しかし、図１７に示すように、本実施の形態１においては、鍔部１０とティース部３の先端部３Ａとの間の少なくとも一部に空隙部８を備えている。よって、磁束Ｗ１は空隙部８を介して磁化容易方向が変化するため、磁束Ｗ１の向きがなだらかに変化し、磁束Ｗ１の変化量に比例して生じる渦電流による損失が小さくなり、高効率化の効果がある。
However, as shown in FIG. 17, in the first embodiment, the
またこの空隙部８の大きさＧ１は、図１４に示す固定子１と回転子１０１とのエアギャップＧよりも小さくすることが望ましい。これは、空隙部８の大きさＧ１をエアギャップＧよりも小さくすることで、空隙部８の大きさＧ１を設けたことによる、磁気抵抗の増加の割合を小さくでき、高出力化となる。
The size G1 of the
次に上記のように構成された実施の形態１の回転電機の固定子の製造方法について説明する。まず、方向性電磁鋼板４から、鍔部１０を備えたティース部３を打抜いて形成する。ここで方向性電磁鋼板４は、図１３に示すように、一方向性の磁化容易方向Ｃを有するものである。そして、鍔部１０は周方向Ｚにおいてスロット５側に突出していない状態にてティース部３に一体に形成される（第一工程）。
Next, a method for manufacturing the stator of the rotating electrical machine of the first embodiment configured as described above will be described. First, the
よって、鍔部１０を備えたティース部３を形成するために必要となる方向性電磁鋼板４の幅Ｈ３は、ティース部３の幅Ｈ１に規制される。この発明の比較例の図１９に示すように、鍔部２００をあらかじめ周方向に突出した状態で打抜く場合であれば、鍔部２００を含む幅に規制されるため、方向性電磁鋼板４の幅Ｈ４が必要となる。よって、本実施の形態１に示した幅Ｈ３＜幅Ｈ４となり、本実施の形態１の場合の方が材料幅を小さくすることができる。よって、材料の歩留りが向上する。
Therefore, the width H <b> 3 of the grain-oriented electrical steel sheet 4 necessary for forming the
この際、ティース部３の第一磁化容易方向Ｄは、方向性電磁鋼板４の磁化容易方向Ｃと一致するように打抜かれている。そして、その方向性電磁鋼板４の磁化容易方向Ｃは、径方向Ｘと同一方向に設定されている。よって、ティース部３の第一磁化容易方向Ｄは、径方向Ｘと同一方向に設定されている。また、この時点では、鍔部１０の第二磁化容易方向Ｅは、ティース部３の第一磁化容易方向Ｄと同一方向である。尚、ここで言う”周方向Ｚ”、”スロット５側”、および”径方向Ｘ”とは、ティース部３を固定子１として形成した場合を示すものである。
At this time, the first easy magnetization direction D of the
次に、図４に示すように、所望の形状に巻回されたコイル７の所定の箇所に絶縁部６を設置する。次に、図５、図６、図７に示すように、絶縁部６が設置されたコイル７の外周側に、鍔部１０の形成された複数のティース部３を配置する。この際、鍔部１０は図１３にて打抜かれたままの状態であり、ティース部３の周方向Ｚにおいて突出していない状態である。
Next, as shown in FIG. 4, the insulating
次に、図８、図９、図１０に示すように、複数のティース部３を径方向Ｘの内側Ｘ１に移動させる。すると、複数のティース部３が環状となり、ティース部３間にスロット５がそれぞれ形成される。そして、各スロット５内にコイル７および絶縁部６がそれぞれ配置される（第二工程）。この際、鍔部１０が先に示したように、ティース部３の周方向Ｚにおいて突出していないため、鍔部１０がコイル７の設置において干渉することなく、容易に行うことができる。
Next, as shown in FIGS. 8, 9, and 10, the plurality of
次に、環状に設置されたティース部３の外周側に、環状のヨーク部２を軸方向Ｙから挿入し、ヨーク部２の溝部９にティース部３を圧入して固定する。尚、図５から図１０においては、便宜上、絶縁部６の図示は省略している。
Next, the
次に、図１１に示すように、ティース部３の径方向Ｘの内側Ｘ１の、鍔部１０の形成位置に対向するように治具１７を設置する。次に、図１２に示すように、ティース部３の位置を固定した状態とし、治具１７を径方向Ｘの外側Ｘ２に移動して、鍔部１０に押し当てる。これにより、鍔部１０は屈曲され、ティース部３の先端部３Ａ側に移動する。そして、鍔部１０は、周方向Ｚにおいてスロット５側に突出する（第三工程）。
Next, as shown in FIG. 11, the
そして、この鍔部１０の屈曲により、鍔部１０の第二磁化容易方向Ｅは、ヨーク部２に向かう側の第二磁化容易方向Ｅと、ティース部３の第一磁化容易方向Ｄとのなす角度θが鋭角となるように形成されることとなる。
Due to the bending of the
そして、鍔部１０は、周方向Ｚにおいてスロット５側に突出して形成されるため、図１２に示すように、スロット５の径方向Ｘの内側Ｘ１（スロット５の開口側）の周方向Ｚの幅Ｈ６が、スロット５の径方向Ｘの外側Ｘ２の周方向Ｚの幅Ｈ５よりが小さく形成される。このため、スロット５の径方向Ｘの内側Ｘ１（スロット５の開口側）の周方向Ｚの幅と、スロット５の径方向Ｘの外側Ｘ２の周方向Ｚの幅とが同じ場合と比較して、回転子損失を低減して高効率化の効果がある。さらに、回転子損失を低減することで磁石温度が下がるため、低グレードの磁石を使用することが可能となり低コストとなる。
And since the
そして、治具１７での鍔部１０の成形時には、鍔部１０をティース部３の先端部３Ａと当接させることで、安定的に鍔部１０を成形することができ、トルクリップルおよびコギングトルクを低減する効果がある。成形時に、鍔部１０は治具１７にてティース部３の先端部３Ａに当接されるものの、その後、治具１７を取り除くと、鍔部１０とティース部３の先端部３Ａとには空隙部８が形成される。この空隙部８を形成することで、鍔部１０が電磁力により振動した際に、鍔部１０とティース部３との接触により生じる騒音が低減し、低騒音化の効果がある。
When the
また、他の例として、図２０に示すように、空隙部８に緩衝材１６を設置してもよい。このように、緩衝材１６を設けることで、鍔部１０が振動した際に減衰作用が生じるため、共振した際の共振倍率を低減して疲労強度を向上する効果がある。尚、緩衝材１６には、エポキシ系やシリコン系やアクリル系などの熱硬化性の樹脂を用いることが可能である。
As another example, as shown in FIG. 20, a
これらの樹脂を用いることで、液体の状態で空隙部８に充填させることができるので、容易に緩衝材１６を設置することができる。また、エポキシ系やシリコン系やアクリル系などの接着剤を用いることで、より強固に鍔部１０を固定することができるため、強度を向上する効果がある。また、緩衝材１６は空隙部８の全てに設置する必要はなく、空隙部８の少なくとも一部に緩衝材１６が設置されていればよい。
By using these resins, the
尚、上記実施の形態１においては、ティース部３と鍔部１０とを一体にて形成する例を示したが、これに限られることはなく、例えば、図１８に示すように、ティース部３と鍔部１０とを別々に分離して形成することも可能である。その場合、鍔部１０をティース部３の幅Ｈ１の内側にて形成する。このように形成すれば、上記実施の形態１と同様に、鍔部１０を分離して形成した場合であっても、方向性電磁鋼板４の幅Ｈ３は、ティース部３の幅Ｈ１に規制される。
In the first embodiment, the example in which the
また、分離して形成された鍔部１０を用いる場合は、上記実施の形態１と同様の製造方法にて、図９に示した状態まで行う。但し、この状態において、鍔部１０はティース部３には設置されていない。そして、その後、鍔部１０を、ティース部３の先端部３Ａに接着材などにて接着し、鍔部１０を図１２と同様の状態となるようにティース部３に設置する。
Moreover, when using the
このようにすれば、鍔部１０をティース部３から分離して形成するため、部品数は増加するものの、上記実施の形態１と同様に鍔部１０を形成し同様の効果を奏することができる。また、鍔部１０を屈曲して形成する必要がないため、鍔部１０の第二磁化容易方向Ｅを、所望の方向に確実に設定することが可能である。
In this case, since the
上記のように構成された実施の形態１の固定子、回転電機、および、固定子の製造方法によれば、鍔部の第二磁化容易方向が、鍔部を流れる磁束の方向とほぼ一致するため、漏れ磁束が抑制され、一致しない場合と比較して高出力化となる。 According to the stator, rotating electric machine, and stator manufacturing method of the first embodiment configured as described above, the second easy magnetization direction of the flange portion substantially coincides with the direction of the magnetic flux flowing through the flange portion. For this reason, the leakage magnetic flux is suppressed, and the output is increased as compared with the case where they do not match.
また、ティース部の第一磁化容易方向および鍔部の第二磁化容易方向と、ティース部および鍔部を流れる磁束の向きとが一致した場合、ヒステリシス損が最小となるので、鉄損を低減して高効率化となる。
また、磁束が集中しやすい鍔部の磁束の方向と、鍔部の第二磁化容易方向とがほぼ一致するため、磁歪が小さくなり、振動、騒音を抑制する。
In addition, when the first easy magnetization direction of the teeth part and the second easy magnetization direction of the collar part coincide with the direction of the magnetic flux flowing through the teeth part and the collar part, the hysteresis loss is minimized, thereby reducing the iron loss. Increase efficiency.
In addition, since the direction of the magnetic flux of the collar portion where the magnetic flux tends to concentrate and the second easy magnetization direction of the collar portion substantially coincide with each other, magnetostriction is reduced, and vibration and noise are suppressed.
また、ティース部の第一磁化容易方向が径方向にて形成されているため、磁束の向きとティース部の第一磁化容易方向が一致するため、透磁率向上による高出力化となる。また、ヒステリシス損が低下するため鉄損を低減して高効率化となる。 Further, since the first easy magnetization direction of the tooth portion is formed in the radial direction, the direction of the magnetic flux coincides with the first easy magnetization direction of the tooth portion, so that the output is increased by improving the magnetic permeability. Moreover, since the hysteresis loss is reduced, the iron loss is reduced and the efficiency is increased.
また、鍔部の第二磁化容易方向と磁束の流れと一致させるため、隣接するティース部への磁束の漏れを抑制することができるので、磁気抵抗を抑制し、高出力化の効果がある。 In addition, since the second easy magnetization direction of the flange portion and the flow of magnetic flux are made coincident, leakage of magnetic flux to the adjacent tooth portions can be suppressed, so that the magnetic resistance is suppressed, and there is an effect of increasing the output.
以上のことは、ティース部の第一磁化容易方向と、鍔部の第二磁化容易方向とのなす角度θを、２０°＜θ＜７０°にて形成することにより確実に得ることが可能となる。 The above can be reliably obtained by forming the angle θ formed by the first easy magnetization direction of the teeth portion and the second easy magnetization direction of the collar portion at 20 ° <θ <70 °. Become.
また、鍔部のスロット側の側面を、第二磁化容易方向と平行な面にて形成しているため、当該側面に沿って磁束が流れるように制御できるため、鍔部の第二磁化容易方向と、鍔部を流れる磁束の向きが一致し、高効率化となる。 Further, since the side surface of the flange portion on the slot side is formed in a plane parallel to the second easy magnetization direction, it can be controlled so that the magnetic flux flows along the side surface. And the direction of the magnetic flux which flows through a collar part corresponds, and it becomes high efficiency.
また、ティース部と鍔部とを連結した一体にて形成されているため、部品数を抑制し、安価に製造する効果がある。 In addition, since the teeth portion and the collar portion are integrally formed, the number of parts is reduced, and there is an effect of manufacturing at a low cost.
また、鍔部とティース部との間には空隙部が形成されているので、鍔部からティース部へ磁束が通る際に第一磁化容易方向と第二磁化容易方向とが異なることによる、急激に磁束の向きが変化することを避けることができるので、磁束の向きが変化することによる渦電流損を抑制して高効率化の効果がある。また、鍔部が電磁力により振動した際に、鍔部とティース部の先端部とが接触して騒音が生じることが低減され、低騒音化の効果がある。 In addition, since a gap is formed between the collar portion and the teeth portion, when the magnetic flux passes from the collar portion to the teeth portion, the first easy magnetization direction and the second easy magnetization direction are different, Since the change in the direction of the magnetic flux can be avoided, the eddy current loss due to the change in the direction of the magnetic flux is suppressed, and there is an effect of increasing the efficiency. In addition, when the collar portion vibrates due to electromagnetic force, the occurrence of noise due to contact between the collar portion and the tip of the teeth portion is reduced, and the effect of reducing noise is obtained.
また、空隙部には緩衝材が設置されているので、鍔部が振動した際に減衰作用が生じるため、共振した際の共振倍率を低減して疲労強度を向上する効果がある。 In addition, since the cushioning material is installed in the gap portion, a damping action occurs when the collar portion vibrates, so that there is an effect of reducing the resonance magnification when resonating and improving the fatigue strength.
また、ティース部と、ヨーク部とを分離して形成し、ヨーク部を安価な無方向性電磁鋼板にて形成することができるため、安価に製造することができる。 Further, since the tooth portion and the yoke portion can be formed separately and the yoke portion can be formed of an inexpensive non-oriented electrical steel sheet, it can be manufactured at a low cost.
また、ヨーク部を無方向性電磁鋼板にて形成する場合、ティース部の周方向の幅より、ヨーク部の径方向の幅を大きく形成すれば、方向性電磁鋼板よりも飽和磁化の小さい無方向性電磁鋼板を用いても、出力が低下させることなく形成することができる。 Also, when the yoke part is formed of a non-oriented electrical steel sheet, the non-directional saturation magnetization is smaller than that of the directional electrical steel sheet if the yoke part is formed with a larger radial width than the circumferential width of the tooth part. Even if an electrical steel sheet is used, it can be formed without lowering the output.
また、鍔部は、コイルをスロットに挿入する前（第一工程）には、スロット側に突出していないため、コイルは鍔部に干渉されることなくスロットに組み立てることができる。 Further, since the flange does not protrude toward the slot before the coil is inserted into the slot (first step), the coil can be assembled into the slot without being interfered by the flange.
また、鍔部を周方向に突出していない状態で打抜くことで、材料取りの段階で、材料歩留りを向上し、安価となる。 Further, by punching out the collar portion without protruding in the circumferential direction, the material yield can be improved and the cost can be reduced at the stage of material removal.
尚、本実施の形態においては、内転型（インナーロータ型）の回転電機を例に示したが、これに限られることはなく、外転型（アウターロータ型）の回転電機にも同様に適用可能である。 In the present embodiment, an internal rotating type (inner rotor type) rotating electric machine is shown as an example. However, the present invention is not limited to this, and the same applies to an external rotating type (outer rotor type) rotating electric machine. Applicable.
また、回転電機を例に示したが、これに限られることはなく、例えば、図１４にて示したように、ヨーク部が直線状に形成され、第一方向が長手方向に、第二方向が短手方向に形成される直動型の例えばリニアモータにも同様に適用可能である。
これらのことは以下の実施の形態においても同様であるためその説明は適宜省略する。
In addition, the rotary electric machine has been shown as an example, but the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. Similarly, the present invention can be applied to a linear motion type, for example, linear motor in which is formed in a short direction.
Since these are the same in the following embodiments, the description thereof will be omitted as appropriate.
実施の形態２．
上記実施の形態１においては、ティース部をそれぞれ１個ずつにて構成する例を示したが、これに限られることはなく、複数のティース部をヨーク部にて連結して形成することも可能である。本実施の形態２においては、２個のティース部をヨーク部にて連結して形成する例について説明する。尚、３個以上のティース部をヨーク部で連結する場合出会っても同様に形成することができる。
In the first embodiment, an example in which each tooth portion is configured by one piece has been described. However, the present invention is not limited to this, and a plurality of tooth portions can be connected by a yoke portion. It is. In the second embodiment, an example in which two teeth portions are connected by a yoke portion will be described. Even when three or more teeth portions are connected at the yoke portion, they can be formed in the same manner.
図２１はこの発明の実施の形態２における固定子のティース部およびヨーク部の構成を示す平面図である。図２２は図２１に示した２つのティース部とヨーク部との構成を示す平面図である。図２３は図２１に示したティース部の鍔部の構成を示す平面図である。図において、上記実施の形態１と同様の部分には同一符号を付して説明を省略する。本実施の形態２においては、２つのティース部３は分割ヨーク部２１により連結され一体に形成されている。そして、この２つのティース部３を有する分割ヨーク部２１を環状に複数個接続して、上記実施の形態１と同様に環状のヨーク部２を形成され固定子１が形成される。
FIG. 21 is a plan view showing the configuration of the teeth portion and the yoke portion of the stator according to
そして、本実施の形態２においては、２つのティース部３を有する分割ヨーク部２１を、周方向Ｚに第三磁化容易方向Ｆを有する二方向性電磁鋼板にて形成する。そして、二方向性電磁鋼板のもう一方の磁化容易方向Ｃは、上記実施の形態１と同様に、径方向Ｘの第一磁化容易方向Ｄと同様に形成されている。また、この際、鍔部１０は、上記実施の形態１にて示した場合と同様に、周方向Ｚ側に屈曲させて形成している。よって、鍔部１０の第二磁化容易方向Ｅは、上記実施の形態１と同様の方向にて形成される。
And in this
上記のように構成された実施の形態２の回転電機の固定子によれば、上記実施の形態１と同様な効果を奏するのはもちろんのこと、ティース部を少なくとも２個以上連結して形成するので、部品数を抑制することができる。このため、生産性を向上する効果がある。また、方向性電磁鋼板の磁化容易方向を決定する圧延方向と、この圧延方向の垂直方向とに磁化容易方向がある二方向性電磁鋼板を用いているため、ティース部だけでなくヨーク部における周方向の磁束を通しやすく形成することができる。よって、回転電機の出力を向上することができる。 According to the stator of the rotating electrical machine of the second embodiment configured as described above, the same effect as that of the first embodiment is obtained, and at least two teeth portions are connected and formed. Therefore, the number of parts can be suppressed. For this reason, there is an effect of improving productivity. In addition, since a bi-directional electrical steel sheet having an easy magnetization direction in the rolling direction that determines the easy magnetization direction of the grain-oriented electrical steel sheet and the direction perpendicular to the rolling direction is used, not only in the teeth part but also in the yoke part. The magnetic flux in the direction can be easily formed. Therefore, the output of the rotating electrical machine can be improved.
また、二方向性電磁鋼板を用いることで、ティース部で４５°方向が最も磁束が流れにくくなるため、周方向に隣接するティース部への漏れ磁束を低減して高出力化の効果がある。 Further, by using the bi-directional electrical steel sheet, the magnetic flux is most difficult to flow in the 45 ° direction at the tooth portion, so that the leakage magnetic flux to the tooth portion adjacent in the circumferential direction is reduced and the output is increased.
実施の形態３．
上記各実施の形態においては、鍔部１０を、ティース部３の周方向Ｚの両方向にそれぞれ形成する例を示したが、これに限られることはなく、本実施の形態３においては、鍔部１０を、ティース部３の周方向Ｚに一方側のみに形成する場合ついて説明する。図２４はこの発明の実施の形態３おける固定子のティース部の構成を示す部分平面図である。図２５は図２４に示した固定子のティース部の鍔部の屈曲前の状態を示す部分平面図である。図２６は図２４に示した固定子のティース部の鍔部の屈曲前の状態を示す平面図である。
In each said embodiment, although the example which each forms the
図において、上記各実施の形態と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。ここでは、９６個の鍔部１０を備える例を示している。また、１個のティース部３にそれぞれ鍔部１０および分割ヨーク部２２を有し、環状に複数個（９６個）接続して、上記各実施の形態と同様に環状のヨーク部２を形成され固定子１が形成される。尚、説明の便宜上、コイルや絶縁部については図示を省略している。
In the figure, the same parts as those in the above embodiments are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. Here, the example provided with 96
上記のように構成された実施の形態３の回転電機の固定子は、上記各実施の形態と同様の効果を奏するのはもちろんのこと、鍔部をティース部の周方向の一方のみに形成したので、鍔部を両側に設けた場合と比較して半分の数にできる。そのため、歪みを抑制する。また、鍔部を付加するためのスペースの小さい小型モータにも適用することができる。よって、設計の自由度が向上する。 The stator of the rotating electrical machine according to the third embodiment configured as described above has the same effects as those of the above-described embodiments, and has a collar portion formed only on one side in the circumferential direction of the teeth portion. As a result, the number can be reduced to half that of the case where the flanges are provided on both sides. Therefore, distortion is suppressed. Further, the present invention can be applied to a small motor with a small space for adding a collar. Therefore, the degree of freedom in design is improved.
尚、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。 It should be noted that the present invention can be freely combined with each other within the scope of the invention, and each embodiment can be appropriately modified or omitted.
１ 固定子、２ ヨーク部、３ ティース部、３Ａ 先端部、４ 方向性電磁鋼板、
５ スロット、６ 絶縁部、７ コイル、８ 空隙部、９ 溝部、１０ 鍔部、
１０Ａ 周方向側面、１１ 連結部、１３Ａ 先端側、１６ 緩衝材、１７ 治具、
２１ 分割ヨーク部、２２ 分割ヨーク部、１００ 回転電機、１０１ 回転子、
１０２ フレーム、１０３ 端板、１０４ ベアリング、１０６ 回転軸、
１０７ 回転子鉄心、１０８ 永久磁石、１０９ ハウジング、２００ 鍔部、
Ｃ 磁化容易方向、Ｄ 第一磁化容易方向、Ｅ 第二磁化容易方向、
Ｆ 第三磁化容易方向、Ｇ ギャップ、Ｇ１ 隙間（空隙部の間隔）、
Ｈ１ 幅（ティース部の第一方向の幅）、Ｈ２ 幅（ヨーク部の第二方向の幅）、
Ｈ３ 幅（方向性電磁鋼板の幅）、Ｈ４ 幅（比較例の方向性電磁鋼板の幅）、
Ｈ５ 幅（スロット５の径方向Ｘの外側Ｘ２の周方向Ｚの幅）、
Ｈ６ 幅（スロット５の径方向Ｘの内側Ｘ１（スロット５の開口側）の周方向Ｚの幅）、Ｗ０ 漏れ磁束、Ｗ 磁束、Ｗ１ 磁束、Ｘ 径方向（第二方向）、Ｘ１ 内側、
Ｘ２ 外側、Ｙ 軸方向、Ｚ 周方向（第一方向）、θ なす角度。
1 stator, 2 yoke part, 3 teeth part, 3A tip part, 4 direction electrical steel sheet,
5 slots, 6 insulating parts, 7 coils, 8 gaps, 9 grooves, 10 flanges,
10A circumferential side surface, 11 connecting portion, 13A tip side, 16 cushioning material, 17 jig,
21 division yoke part, 22 division yoke part, 100 rotary electric machine, 101 rotor,
102 frame, 103 end plate, 104 bearing, 106 axis of rotation,
107 rotor core, 108 permanent magnet, 109 housing, 200 collar,
C easy magnetization direction, D first easy magnetization direction, E second easy magnetization direction,
F 3rd easy magnetization direction, G gap, G1 gap (gap space interval),
H1 width (width in the first direction of the tooth portion), H2 width (width in the second direction of the yoke portion),
H3 width (width of grain-oriented electrical steel sheet), H4 width (width of grain-oriented electrical steel sheet of comparative example),
H5 width (the width in the circumferential direction Z of the outer side X2 of the radial direction X of the slot 5),
H6 width (width in the circumferential direction Z of the inner side X1 of the
X2 Outside, Y-axis direction, Z circumferential direction (first direction), θ
Claims (14)
前記ヨーク部の第一方向に間隔を隔てて形成されるとともに前記第一方向と直交する第二方向に突出して形成される複数のティース部と、
隣接する前記ティース部間のスロットに絶縁部を介して設置されるコイルとを備えた固定子において、
前記ティース部の突出側の先端部には、前記スロット側に突出する鍔部を有し、
前記ティース部および前記鍔部は、方向性電磁鋼板にて形成され、
前記ティース部の第一磁化容易方向は、前記第二方向側にて形成され、
前記鍔部の第二磁化容易方向は、前記ヨーク部に向かう側の前記第二磁化容易方向と、前記ティース部の前記第一磁化容易方向とのなす角度は、鋭角にて形成され、
前記鍔部と、前記ティース部の先端部とにて空隙部が形成される固定子。 The yoke part,
A plurality of teeth portions formed at intervals in the first direction of the yoke portion and projecting in a second direction orthogonal to the first direction;
In a stator comprising a coil installed via an insulating portion in a slot between adjacent teeth portions,
At the front end portion of the teeth portion on the protruding side, there is a flange portion protruding toward the slot side,
The teeth part and the collar part are formed of grain-oriented electrical steel sheets,
The first magnetization easy direction of the teeth portion is formed on the second direction side,
The second easy magnetization direction of the flange portion is formed by an acute angle between the second easy magnetization direction on the side toward the yoke portion and the first easy magnetization direction of the teeth portion ,
And the collar portion, the teeth of the distal end with a solid void portion that is formed by stator.
前記ヨーク部は、無方向性電磁鋼板にて形成される請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の固定子。 The teeth part and the yoke part are formed separately,
The stator according to any one of claims 1 to 6 , wherein the yoke portion is formed of a non-oriented electrical steel sheet.
前記固定子に対して同心円状に配置される回転子とを備えた回転電機。 A stator according to claim 11 ;
A rotating electrical machine comprising: a rotor arranged concentrically with respect to the stator.
前記方向性電磁鋼板から、前記ティース部および前記鍔部を、前記鍔部が前記第一方向において前記スロット側に突出していない状態にて打ち抜き形成する第一工程と、
前記スロットに前記絶縁部を介して前記コイルを設置する第二工程と、
前記鍔部を前記第一方向側に屈曲させて前記スロット側に突出させる第三工程とを備えた固定子の製造方法。 In the manufacturing method of the stator according to any one of claims 1 to 12 ,
A first step of punching and forming the teeth portion and the flange portion from the grain-oriented electrical steel sheet in a state where the flange portion does not protrude toward the slot in the first direction;
A second step of installing the coil in the slot via the insulating portion;
And a third step of bending the flange portion toward the first direction and projecting toward the slot side.
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