JP6584581B1 - 回転電機 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1では、隣り合う分割コア間の分割面を凹凸形状とし、外周側当接部よりも内周側当接部の当接圧力を大きくする構成が提案されている。
特許文献2では、隣り合う分割コア同士が、当接面の内径部1点で接触させる構成が提案されている。
特許文献1および特許文献2の構成によれば、ステータ変形時に外周フレームおよび分割面の内径側で突っ張るため、ステータ剛性を向上させることができ、低振動・低騒音な回転電機を提供することができる。
回転電機のロータにスキューまたはオーバーハングを施している場合、または製造誤差によってロータとステータの間隔が軸方向に傾斜を有する場合においては、加振力分布が軸方向に一様でないことによってステータが径方向に振動する振動モードよりもむしろステータが軸方向に曲げ変形する振動モードが発生する。
また、分割コア同士の分割面において当たる箇所およびその圧力はステータの剛性を左右するものであり、当接具合によっては回転電機の振動騒音が大きくなるという問題がある。
さらに、分割具合を故意に調整しない場合、分割コア同士の分割面においてどの位置が当たりどの位置で圧力が高くなるかは分割コアの公差ばらつきに依存するため、個体間で振動特性のばらつきが生じるという問題点もある。
前記分割コアは、互いに当接する前記分割面において、前記ステータの軸方向両端側に位置する端部領域と、前記端部領域の間の前記ステータの軸方向中央部に位置する中央部領域とを有し、前記分割面における前記端部領域が前記中央部領域よりも隣り合う分割コアの方向にせり出す分割面せり出し構造を備え、前記端部領域の当接圧力が前記中央部領域の当接圧力よりも大きく設定されている。
図1は、実施の形態1による回転電機を模式的に示した軸方向断面図である。図1において、回転電機100はステータ1とステータの内周で回転軸6を中心として回転するロータ5を備えている。ステータ1はステータコア2と、ステータコア2に巻回されたコイル3と、ステータコア2を保持する円筒状の外周フレーム4を備えている。ステータコア2は軸方向に複数の鋼板を積層して構成される。
ロータ5は、回転軸6を中心として回転するように軸受7によって支持されている。なお、ロータ5に装着される磁石は図示されていない。
ステータ1を構成するステータコア2は、複数の分割コア10を円環状に組み合わせることで構成され、前記ステータコアは外周フレーム4に圧入または焼嵌めされている。分割コア10は外周フレーム4から径方向に収縮するよう圧力を受け、前記圧力と釣合うように隣り合う分割コア同士が当接し周方向につっぱることで円環形状を保持する。
なお、図2では1個の分割コアに対して1本のティースを有するが、1個の分割コアが有するティースの数はこれに限らない。
さらに、分割コア同士の当接具合を故意に調整しない場合、分割コア同士の分割面においてどの位置が当たりどの位置で圧力が高くなるかは分割コアの公差ばらつきに依存するため、個体間で振動特性のばらつきが生じるという課題もあるが、本実施の形態によれば分割コアの公差ばらつきがあっても必ず軸方向両端側に位置する端部領域13A,13Cが端部領域以外の中央部領域13Bよりも優先的に接するため、個体間での振動特性のばらつきを抑制することができる。
即ち、図11は、(A)〜(C)の数値解析の結果から同じ軸方向曲げ変形モードの固有振動数を抽出し、(A)の固有振動数に対して(B)および(C)の固有振動数がどの程度低下したかを示したもので、(B)(C)における固有振動数低下量はそれぞれ42.8Hz、128.1Hzである。これより、固有振動数の低下量は(B)<(C)であり、本実施の形態のステータは従来のステータよりも振動・騒音量を一体型のステータコアに近づけることができることが分かる。
図4は、実施の形態2による回転電機における分割コアおよび分割コア同士の分割面を表す図である。分割コア10は隣り合う分割コアと連結してヨークを構成するコアバック11とコイルが巻回されるティース12から構成され、隣り合うコアバック同士が当接する分割面13を有する。
さらに、本実施の形態では、分割面13が逆テーパー形状に構成されることにより、ステータコア2を外周フレーム4に圧入する場合に圧入力の大きな変動を抑えることができるため、ステータコア2および外周フレーム4の齧り、変形を抑えることができ、実施の形態1と比べて組付け性を向上させることができる。
なお、本実施の形態では、分割面13は5つの領域から構成されているが、分割面13が逆テーパー形状を構成することができれば、分割面13を構成する領域の数はこれに限られるものではない。
図5は、実施の形態3による回転電機における分割コアおよび分割コア同士の分割面を表す図である。図6は図5に示した分割コアの分割面と反対側の分割面を示す図である。分割コア10は隣り合う分割コアと連結してヨークを構成するコアバック11とコイルが巻回されるティース12から構成され、隣り合うコアバック同士が当接する一側面に分割面13および他側面に分割面14を有する。
さらに、分割面13において、分割コアを環状に組み合わせた時に軸方向両端側に位置する端部領域13A,13Cは中央部領域13Bに比べて当接する隣の分割コアの方向にせり出すように形成されている。
さらに、分割面14において、分割コア10を環状に組み合わせた時にステータ1の軸方向両端側に位置する端部領域14A,14Cは中央部領域14Bに比べて当接する隣の分割コアの方向にせり出すように形成されている。
さらに、径方向中央部に対応する分割面13の中央部領域13Ab,13Bb,13Cbおよび径方向中央部に対応する分割面14の中央部領域14Ab,14Bb,14Cbは嵌め合いの関係となっているため、分割コアが径方向にずれることを防ぎ、ステータ1の内径真円度を高めることができる。
図7は、実施の形態4による回転電機における分割コアおよび分割コア同士の分割面を表す図である。図8は図7に示した分割コアの分割面と反対側の分割面を示す図である。分割コア10は隣り合う分割コアと連結してヨークを構成するコアバック11とコイルが巻回されるティース12から構成され、隣り合うコアバック同士が当接する分割面13および分割面14を有する。
さらに、分割面13において、分割コアを環状に組み合わせた時にステータ1の軸方向両端に位置しかつ内径側に位置する内径側領域13Aa、13Caを有し、これらの内径側領域13Aa、13Caは他の領域13Ab,13Ac,13Ba,13Bb,13Bc,13Cb,13Ccに比べて当接する隣の分割コアの方向にせり出すように形成されている。
さらに、複数個の分割コア10を円環状に構成した際に、各分割コア10は、軸方向両端側に位置しかつ内径側に位置する内径側領域14Aa,14Caが、他の領域14Ab,14Ac,14Ba,14Bb,14Bc,14Cb,14Ccに比べて当接する隣の分割コア10の方向にせり出すように形成されている。
さらに、前記構成によれば、軸方向に曲げ変形するモードに加えて、円周方向を回転軸としてねじり変形する振動モードに対する剛性を従来の回転電機と比べて向上させることができ、実施の形態1〜3と比べて更に振動・騒音量を一体型のステータコアに近づけることができる。これは、円周方向を回転軸としたねじり変形が生じた場合には回転中心から遠い位置である軸方向両端かつ内周側の領域で優先的につっぱるためである。
図9は本実施の形態における、図2に示したステータ1のX-X断面を表す図である。図9において、ステータコア2が外周フレーム4の内周部に圧入または焼き嵌めによって保持されており、ステータコア2と外周フレーム4が当接する当接面15にはステータ1の径方向に当接圧力P0が作用している。
従って、ステータ1を構成した状態、すなわち、図9における径方向当接圧力P0の分布は、軸方向両端部圧力(P01、P03)>軸方向中央部圧力(P02)となり、径方向当接圧力P0と釣り合うために、分割コア同士の分割面における軸方向両端部に位置する端部領域の当接圧力は、軸方向の中央部に位置する中央部領域の当接圧力よりも大きくなる。
なお、本実施の形態では空隙16を台形形状に構成しているが、空隙の形状はこれに限らない。
さらに、実施の形態1〜4においては、分割コア10を構成する鋼板の種類は少なくとも2種類以上が必要であるが、前記構成によれば、1種類の鋼板から構成された分割コア10を用いても同様の効果を得ることができるため、金型作成によるコストの増大、製造ラインの複雑化を防ぐことができる。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
Claims (5)
- 円筒状の外周フレームと、前記外周フレームの内径部に、円周方向に対し交差する方向に分割面を有する複数の分割コアを円環状に当接保持して構成されるステータコアとで構成されるステータを備えた回転電機において、
前記分割コアは、互いに当接する前記分割面において、前記ステータの軸方向両端側に位置する端部領域と、前記端部領域の間の前記ステータの軸方向中央部に位置する中央部領域を有し、
前記分割面における前記端部領域が前記中央部領域よりも隣り合う分割コアの方向にせり出す分割面せり出し構造を備え、前記端部領域の当接圧力が前記中央部領域の当接圧力よりも大きく設定されていることを特徴とする回転電機。 - 前記分割コアは、前記中央部領域において前記端部領域に近い領域ほど隣り合う分割コアの方向へのせり出しが大きいことを特徴とする請求項1に記載の回転電機。
- 前記分割コアは、前記ステータの径方向中央部に対応する中央部領域に対応する部分に互いに嵌合関係にある凹部と凸部を有することを特徴とする請求項1または2に記載の回転電機。
- 前記分割コアは、前記端部領域において、前記ステータの内径側に位置する内径側領域を有し、前記内径側領域における接触圧力が、他の領域の接触圧力よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の回転電機。
- 前記分割コアは、前記ステータコアと前記外周フレームが当接する当接面において、前記端部領域の径方向当接圧力が、前記中央部領域の径方向当接圧力よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の回転電機。
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