JP7000750B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、コギングトルクを低減することができる回転電機に関する。

電動機などの回転電機は、ステータと、ステータに対して所定の空隙をあけて回転するロータとを備えている。
ステータは、ステータコアと、ステータコアのティースに巻回された巻線と、を備えている。
インナーロータタイプの回転電機の場合、ステータコアは、ロータに同軸に配置されたヨークと、ロータに対向するヨークの内周面の周方向に所定間隔をあけて形成された複数のティースと、を備えている。複数のティースは、ヨークの内周面から周方向に所定間隔をあけて突出しているティース基部と、ティース基部の先端から周方向に延在しているティース鍔部と、隣接する一対のティース鍔部の間に形成したティース開口部と、を備えている。

ここで、回転電機のコギングトルクを抑制するために、ティース開口部をスキュー状（ティース開口部がステータの軸線に対して斜めに延在した形状）に形成したステータが知られている（例えば、特許文献１、２）。
特許文献１のステータコアは、金型で環状に打ち抜いた鋼板を積層することで形成されている。特許文献２のステータコアは、周方向に複数分割された鋼板分割体を金型で形成し、同一周方向位置の複数の鋼板分割体を積層した後、各鋼板分割体を環状に組み立てることで形成されている。

特開２００３－１８７７１号公報 特開２０１２－１２０２９８号公報

特許文献１のステータコアは、１枚毎にティース開口部の位置が異なる複数枚の鋼板を積層することで、スキュー状のティース開口部を設けて形成されている。
このため、特許文献１のステータコアを製造する際には、複数種類の金型が必要であるとともに、金型の一部を移動させて作業を行うなど打ち抜き作業が複雑となる。したがって、特許文献１のステータを製造する際は、複数の金型を必要とすることで高価な設備となり、製造コストも高くなるおそれがある。
また、特許文献２のステータは、環状体のステータコアを組み立てる前に、各鋼板分割体のティースに巻線を巻回することができる。しかし、特許文献１のステータコアは、スキュー状のティース開口部に巻線部材を通過させて各ティースに巻線を巻回しなければならず、巻線部材をスキュー状のティース開口部に通過させるために複雑な機構の巻線機を導入する必要があり、製造設備が高価となるおそれがある。

そこで、本発明は、ステータの製造設備の低減化を図りながらコギングトルクを低減することができる回転電機を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る回転電機は、ステータと、ステータに対して所定の空隙をあけて回転するロータと、を備えている。ステータは、ステータコアと、巻線とを備えている。ステータコアは、ロータに同軸に配置されるヨークと、ヨークの前記ロータに対向する面から周方向に所定間隔をあけて突出して巻線が巻回される複数のティース基部と、複数のティース基部の先端から周方向に延在しているティース鍔部と、周方向に隣接する一対のティース鍔部の間に、ステータコアの軸線に沿って直線状に延在して形成したティース開口部と、を備えている。そして、周方向に隣接する一対のティース鍔部のロータに対向する面に、ティース開口部に交差してスキュー状に延在した線状の非磁性化処理部が形成されている。

本発明に係る回転電機によれば、ステータの製造設備の低減化を図りながらコギングトルクを低減することができる。

本発明に係る第１実施形態の回転電機を示す断面図である。 本発明に係る第１実施形態の回転電機のステータを示す斜視図である。 本発明に係る第１実施形態の回転電機のステータのティース鍔部の内周面と、スキュー状に延在した線状の非磁性化処理部とを示す図である。 本発明に係る第２実施形態の回転電機のステータを示す斜視図である。 本発明に係る第２実施形態の回転電機のステータのティース鍔部の内周面と、スキュー状に延在した線状の非磁性化処理部とを示す図である。 本発明に係る第３実施形態の回転電機のステータを示す斜視図である。 本発明に係る第３実施形態の回転電機のステータのティース鍔部の内周面と、スキュー状に延在した線状の非磁性化処理部とを示す図である。

次に、図面を参照して、本発明の第１から第３実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
また、以下に示す第１から第３実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

［第１実施形態の回転電機］
図１から図３に示すものは、第１実施形態のインナーロータタイプの回転電機１である。回転電機１は、円筒状フレーム２と、円筒状フレーム２の内周側に配置したステータ３と、ステータ３の内周側に所定の隙間Ｇを介して対向するロータ４とで構成されており、ロータ４は、回転軸５に支持されて回転自在に配置されている。
ロータ４は、積層鉄心で形成された回転子コア６と、回転子コア６の内部に配設された６箇所の埋込磁石部７とで構成されている。

各埋込磁石部７は、回転子コア６の周方向に６０°の間隔をあけて形成されており、回転子コア６の軸方向の両端まで貫通している一対のスロット８，９と、これら一対のスロット８，９に挿入されて接着剤または充填剤によって固定された永久磁石１０，１１とで構成されている。
一対のスロット８，９は、横断面矩形状の開口部を有しており、これら開口部の長手方向の端部同士が回転子コア６の回転中心側に凸となるようにＶ字状に形成されている。永久磁石１０、１１は、希土類磁石粉を焼結して一体に形成された部材である。

ステータ３は、図１及び図２に示すように、ステータコア１８と、ステータコア１８の各ティース１４に巻線部材を巻き付けて形成した巻線１７と、を備えている。
ステータコア１８は、ロータ４の回転軸５に同軸に配置された円環状のヨーク１２と、ヨーク１２の周方向に所定間隔をあけて形成された複数のスロット１３と、隣接するスロット１３，１３の間に形成された複数のティース１４と、を備えている。
複数のティース１４は、図２に示すように、ヨーク１２の内周側から周方向に所定間隔をあけて突出しているティース基部１４ａと、ティース基部１４ａの先端から周方向に突出しているティース鍔部１４ｂ，１４ｃとを備えている。

隣接する一対のティース１４，１４のティース鍔部１４ｂ，１４ｃの間には、スロット１３に連通し、巻線１７が通過可能なティース開口部１５が形成されている。
そして、図２及び図３に示すように、隣接する一対のティース１４，１４のティース鍔部１４ｂ，１４ｃの内周面には、ティース開口部１５に交差した線状の非磁性化処理部１６が形成されている。
ステータコア１８は、図３に示すように、金型で打ち抜いた環状の複数の鋼板１２ａを積層することで形成されている。

環状に形成された複数の鋼板１２ａは、スロット１３、ティース１４（ティース基部１４ａ、ティース鍔部１４ｂ，１４ｃ）及びティース開口部１５が同一位置に形成されている。これにより、複数の鋼板１２ａを積層して形成されたティース開口部１５は、ステータコア１８の軸線に沿って直線状に延在し、各スロット１３に連通して形成されている。
また、線状の非磁性化処理部１６は、隣接する一対のティース１４，１４のティース鍔部１４ｂ，１４ｃの内周面に形成され、ティース開口部１５に交差してスキュー状に延在して形成されている軟磁性の部位である。

この非磁性化処理部１６は、所定の深さで所定の幅ｄ（図３参照）を有し、ティース開口部１５が延在しているヨーク１２の軸線に対して所定の角度で傾斜して形成されている。この角度は、解析等により求めたコギングトルクを最小とするスキュー角度としている。
この非磁性化処理部１６は、複数の鋼板１２ａを積層した後、隣接する一対のティース１４，１４のティース鍔部１４ｂ，１４ｃの内周面の非磁性化処理部１６を形成する部位を、たとえば、電子ビーム照射による加熱またはレーザによる加熱により組織変態させることで形成されている。
また、ヨーク１２の軸線に対して直線状に延在しているティース開口部１５に巻線部材を通過させてティース１４を巻き付けることで、ステータコア１８の各ティース基部１４ａに巻線１７が巻回される。

次に、第１実施形態の回転電機１の効果について説明する。
第１実施形態のステータ３は、ロータ４に対向するヨーク１２の内周面に、ヨーク１２の軸線に対して所定の角度で傾斜してスキュー状に延在した非磁性化処理部１６が形成されている。このように、ステータ３にスキュー状に延在した非磁性化処理部１６が形成されていることで、コギングトルクを低減することができる。
また、ステータコア１８は、スロット１３、ティース１４（ティース基部１４ａ、ティース鍔部１４ｂ，１４ｃ）及びティース開口部１５が同一位置に形成されている１種類の環状の鋼板１２ａを複数積層して形成されている。このため、鋼板１２ａの打ち抜きに作業には１種類の金型で済み、打ち抜き作業も簡単に行うことができる。したがって、第１実施形態のステータ３は、金型などのステータ製造設備のコストと、ステータ製造コストの低減化を図ることができる。

また、ステータ３の各ティース１４に巻線１７を巻回する際には、ステータコア１８の軸線に沿って直線状に延在しているティース開口部１５に、従来から使用している巻線機を使用して巻線部材を通過させながら巻線作業を容易に行うことができる。したがって、複雑な機構の巻線機を導入する必要がないので、さらにステータ製造設備のコストの低減化を図ることができる。
さらに、隣接する一対のティース１４，１４のティース鍔部１４ｂ，１４ｃの内周面にスキュー状に延在する非磁性化処理部１６を形成するだけでコギングトルクの低減化を図ることができるので、高効率の回転電機１を低コストで提供することができる。

［第２実施形態の回転電機］
次に、図４及び図５に示すものは、インナーロータタイプの回転電機１を構成する第２実施形態のステータ２０を示すものである。なお、図１から図３で示した構成と同一構成部分には、同一符号を付して説明は省略する。
第２実施形態のステータ２０は、図４に示すように、ロータ４の回転軸５に同軸に配置された円環状の鋼板２１を積層して形成したステータコア１８であり、第１実施形態と同一構造のスロット１３、ティース１４（ティース基部１４ａ、ティース鍔部１４ｂ，１４ｃ）、ティース開口部１５、線状の非磁性化処理部１６が形成されている。
環状の鋼板２１は、周方向に分割された複数の鋼板分割体２２ａ、２２ｂ…で形成されている。

そして、図５に示すように、積層位置が同一であり、同一形状の複数枚の鋼板分割体２２ａ、２２ａ…を積層することでコアユニット２１Ａを形成し、他の積層する位置が同一の鋼板分割体２２ｂ…も積層することでコアユニット２１Ｂ…を形成する。
そして、各コアユニット２１Ａ，２１Ｂ…のティース１４に巻線部材を巻き付けて巻線１７を巻回した後、隣接するコアユニット同士（例えばコアユニット２１Ａ，２１Ｂ、コアユニット２１Ｂ，２１Ｃ）を組付けることで、各ティース１４に巻線１７を巻回したステータ２０が形成される。

第２実施形態のティース鍔部１４ｂ，１４ｃは、図５に示すように、隣接するコアユニット２１Ａ，２１Ｂを組み付けたときに、隣接する一対のティース１４，１４のティース鍔部１４ｂの端面と、ティース鍔部１４ｂの端面とが互いに離間し、ステータコア１８の軸線に沿って直線状に延在するティース開口部１５を形成している。
したがって、第２実施形態のステータ２０を備えた回転電機１も、ステータ２０にスキュー状に延在した非磁性化処理部１６が形成されていることで、コギングトルクを低減することができる。また、ステータコア１８の内周面にスキュー状に延在する非磁性化処理部１６を形成するだけでコギングトルクの低減化を図るので、第１実施形態と同様に高効率の回転電機１を低コストで提供できる。
そして、第２実施形態は、先ず、積層位置が同一の複数枚の鋼板分割体２２ａ、２２ａ…を積層することで（複数枚の鋼板分割体２２ｂ、２２ｂ及び複数枚の鋼板分割体２２ｃ、２２ｃ…も積層することで）、コアユニット２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ…を形成する。

次いで、各コアユニット２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ…のティース１４に巻線部材を巻き付けて巻線１７を巻回する。そして、最後に、各コアユニット２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃを組付けることで、ステータコア１８の各ティース１４に巻線１７を巻回したステータ２０を形成する。
これにより、第２実施形態のティース基部１４ａに巻線１７を巻回する作業は、第１実施形態のようなティース開口部１５に巻線部材を通過させてから巻き付ける作業と比較して、簡単に行うことができる。したがって、さらに、ステータの製造コストの低減化を図ることができる。
なお、第２実施形態では、隣接するコアユニット同士を組付ける構造として、隣接する一対のコアユニットの当接面に凸部及び凹部を形成して互いに嵌合する構造としたが、他の形状で隣接する一対のコアユニットを組付ける構造としてもよい。

［第３実施形態の回転電機］
さらに。図６及び図７に示すものは、インナーロータタイプの回転電機１を構成する第３実施形態のステータ２３を示すものである。なお、図１から図３で示した構成と同一構成部分には、同一符号を付して説明は省略する。
第３実施形態のステータコア１８を構成する環状の鋼板２１は、第２実施形態と同様に、周方向に分割された複数の鋼板分割体２２ａ、２２ｂ…で形成されている。そして、積層位置が同一であり、同一形状の複数枚の鋼板分割体２２ａ、２２ａ…を積層することでコアユニット２１Ａ，Ｂ…が形成される。

そして、各コアユニット２１Ａ，２１Ｂ…のティース基部１４ａに巻線部材を巻き付けて巻線１７を巻回した後、隣接するコアユニットを組付けることで、各ティース基部１４ａに巻線１７を巻回したステータ２０が形成される。
ここで、第３実施形態のステータコア１８を構成している複数のティース１４は、ヨーク１２の内周側から周方向に所定間隔をあけて突出しているティース基部１４ａと、ティース基部１４ａの先端から周方向に突出しているティース鍔部１４ｄ，１４ｅとを備えている。

第３実施形態のティース鍔部１４ｄ，１４ｅは、第２実施形態で示したティース鍔部１４ｂ，１４ｃより周方向の長さ長く設定され、図７に示すように、隣接するコアユニット２１Ａ，２１Ｂを組み付けたときに、隣接する一対のティース１４，１４のティース鍔部１４ｄの端面１４ｄ１と、ティース鍔部１４ｅの端面１４ｅ１とが当接し、第２実施形態で示したようなティース開口部１５を設けていない。
したがって、第３実施形態のステータ２３を備えた回転電機１は、ステータ２３にスキュー状に延在した非磁性化処理部１６が形成されていることで、コギングトルクの低減化を図ることができる。

ここで、第１～第３実施形態では、スキュー状の非磁性化処理部１６を、ヨーク１２の内周面に対して加熱による組織変態で線状に形成したが、本発明の要旨がこれに限定されるものではない。例えば、浸炭処理、加圧処理により線状の非磁性化処理部を形成しても、コギングトルクの低減化を図ることができ、高効率の回転電機１を低コストで提供することができる。
また、第１～第３実施形態のスキュー状の非磁性化処理部１６は、ステータコア１８の軸に対して斜めに延在する直線状として形成したが、曲線状、或いはジグザグ状のスキュー状に形成しても、コギングトルクの低減化を図ることができる。
さらに、第１～第３実施形態では、インナーロータタイプの回転電機１に使用するステータについて説明したが、アウターロータタイプの回転電機に使用するステータに本発明の要旨を適用してもよい。

１ 回転電機
２ 円筒状フレーム
３ ステータ
４ ロータ
５ 回転軸
６ 回転子コア
７ 埋込磁石部
８，９ スロット
１０，１１ 永久磁石
１２ ヨーク
１３ スロット
１４ ティース
１４ａ ティース基部
１４ｂ，１４ｃ ティース鍔部
１４ｄ，１４ｅ ティース鍔部
１４ｄ１，１４ｅ１ 当接するティース鍔部の端面
１５ ティース開口部
１６ 線状の非磁性化処理部
１７ 巻線
１８ ステータコア
２０ ステータ
２１ 鋼板
２１Ａ，２１Ｂ… コアユニット
２２ａ、２２ｂ… 鋼板分割体
２３ ステータ
ｄ 非磁性化処理部の幅
Ｇ 隙間

Claims (6)

1. ステータと、前記ステータに対して所定の空隙をあけて回転するロータと、を備え、
   前記ステータは、ステータコアと、巻線とを備え、
   前記ステータコアは、前記ロータに同軸に配置されるヨークと、前記ヨークの前記ロータに対向する面から周方向に所定間隔をあけて突出して前記巻線が巻回される複数のティース基部と、前記複数のティース基部の先端から周方向に延在しているティース鍔部と、周方向に隣接する一対の前記ティース鍔部の間に、前記ステータコアの軸線に沿って直線状に延在して形成したティース開口部と、を備え、
   周方向に隣接する一対の前記ティース鍔部の前記ロータに対向する面に、前記ティース開口部に交差してスキュー状に延在した線状の非磁性化処理部が形成されていることを特徴とする回転電機。
2. 前記ステータコアは、複数枚の鋼板分割体を積層してなる複数組のコアユニットを、環状に組み付けることで形成されており、
   前記ステータコアを構成する隣接する一対のコアユニットは、互いに形成した前記ティース基部の先端の周方向で対向している前記ティース鍔部の端面どうしが離間して前記ティース開口部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の回転電機。
3. ステータと、前記ステータに対して所定の空隙をあけて回転するロータと、を備え、
   前記ステータは、ステータコアと、巻線とを備え、
   前記ステータコアは、前記ロータに同軸に配置されるヨークと、前記ヨークの前記ロータに対向する面から周方向に所定間隔をあけて突出して前記巻線が巻回される複数のティース基部と、前記複数のティース基部の先端から周方向に延在しているティース鍔部と、を備え、
   前記ステータコアは、複数枚の鋼板分割体を積層してなり、前記複数のティース基部に前記巻線が巻回された複数組のコアユニットを、環状に組み付けることで形成されており、
   前記ステータコアを構成する隣接する一対のコアユニットは、互いに形成した前記ティース基部の先端の周方向で対向している前記ティース鍔部の端面どうしが直線状に当接しており、
   周方向に隣接する一対の前記ティース鍔部の前記ロータに対向する面に、前記ティース鍔部の端面どうしが直線状に当接している部位に交差してスキュー状に延在した線状の非磁性化処理部が形成されていることを特徴とする回転電機。
4. 前記非磁性化処理部は、加熱による組織変態で形成した軟磁性の部位であることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の回転電機。
5. 前記非磁性化処理部は、浸炭処理により形成した軟磁性の部位であることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の回転電機。
6. 前記非磁性化処理部は、加圧により形成した軟磁性の部位であることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の回転電機。

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