JP7038527B2 - 回転電機用磁性くさび、回転電機用磁性くさびの製造方法、および、回転電機 - Google Patents

Description

この発明は、回転電機の鉄心のスロットの開口部に設置される回転電機用磁性くさび、回転電機用磁性くさびの製造方法、および、回転電機に関するものである。

従来、回転電機の騒音を低減させることおよび鉄心の剛性を高めることなどを目的とし、鉄心の周方向に設けられた複数のティースにコイルを巻装あるいは挿入する構造の鉄心において、ティースの開口部を閉じるように装着するくさびが提案されている。これらのくさびの中でも磁性くさびは、くさびの材料に磁性体を用いたくさびのことであり、くさび自体に磁気特性を持たせることで回転電機の磁気特性を向上させる。

従来では、当該磁気特性をさらに向上させるため、鉄心のシューに相当する部分のみを磁性粉の加圧成形などで成形し、くさび内部に強磁性体と非磁性体とを設けることで、模擬的にシュー形状を構成する磁性くさびが提案されている（例えば特許文献１）。

また他の従来では、Ｌ字型の磁性鋼板を長手方向に積層し、非磁性材料を介して一体化した磁性くさびを用いることで回転電機の磁気特性を向上させる鉄心が提案されている（例えば特許文献２、３）。

特開２００７－２２１９１３号公報 特開昭６３－０２８２４１号公報 特開昭６３－０４３５４３号公報

先の従来の回転電機用磁性くさびの場合には、シュー部分を磁性粉の加圧成形により設けられているが、磁性粉は金属粉と高分子材料との混合体のため、磁性鋼板などの強磁性体と比較して透磁率が低く、鉄心よりも磁気特性が低くなるという問題点があった。

後の従来の回転電機用磁性くさびの場合には、磁気特性を向上させるため、磁性部にＬ字に曲げた磁性鋼板を用いる構造が提案されているが、磁性部はＬ字の角を中心とした円弧形状となり任意のシュー形状を得ることが困難であるという問題点があった。

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、優れた磁気特性を簡便に得ることができる回転電機用磁性くさび、回転電機用磁性くさびの製造方法、および回転電機を提供することを目的とする。

この発明の回転電機用磁性くさびは、
回転軸と、前記回転軸に固定された鉄心と、前記鉄心の周方向に間隔を隔てて径方向に突出する複数のティースと、を有し、周方向に隣接する前記ティース間に形成されたスロットに巻線が配置された回転電機であって、前記巻線が配置された前記スロットの径方向における開口部を閉鎖する回転電機用磁性くさびにおいて、
周方向に隣接する各前記ティースの周方向端から周方向にかつ磁性的にそれぞれ連続す
る第一磁性部および第二磁性部と、前記第一磁性部および前記第二磁性部の周方向間に形
成された非磁性部とを備え、
前記第一磁性部および前記第二磁性部は、複数枚の磁性鋼板が積層して形成され、
前記ティースが、径方向端の周方向のそれぞれに前記スロット側に突出する先端部を有し、前記非磁性部は、前記第一磁性部および前記第二磁性部のそれぞれの前記径方向における内側の端部において、前記第一磁性部と前記第二磁性部とのそれぞれよりも前記周方向にて前記ティース側に突出する、突出部を有し、
前記径方向において前記突出部の外側が前記先端部の内側に係止されるものである。
また、この発明の回転電機用磁性くさびは、
鉄心と、前記鉄心の周方向に間隔を隔てて径方向に突出する複数のティースと、を有し、周方向に隣接する前記ティース間に形成されたスロットに巻線が配置された回転電機であって、前記巻線が配置された前記スロットの径方向における開口部を閉鎖する回転電機用磁性くさびにおいて、
周方向に隣接する各前記ティースの周方向端から周方向にかつ磁性的にそれぞれ連続する第一磁性部および第二磁性部と、前記第一磁性部および前記第二磁性部の周方向間に形成された非磁性部とを備え、
前記第一磁性部および前記第二磁性部は、複数枚の磁性鋼板が積層して形成され、
前記ティースが、径方向端の周方向のそれぞれに前記スロット側に突出する先端部を有し、前記非磁性部は、前記第一磁性部および前記第二磁性部のそれぞれの前記径方向における前記開口部から前記巻線へ向う方向の端部において、前記第一磁性部と前記第二磁性部とのそれぞれよりも前記周方向にて前記ティース側に突出する、突出部を有し、
前記径方向において、前記突出部が前記先端部に係止されるものである。

また、この発明の回転電機は、上記記載の回転電機用磁性くさびを用いた回転電機において、
前記鉄心の開口部の開口幅は、軸方向において一定にて形成され、
前記回転電機用磁性くさびの前記開口部に設置される設置幅は、軸方向の一端側が前記開口幅と同一の大きさにて形成され、軸方向の前記一端側から他端側に至るほど大きく形成され、前記回転電機用磁性くさびが前記開口部に圧入固定されたものである。

また、この発明の回転電機は、上記記載の回転電機用磁性くさびを用いた回転電機において、
前記回転電機用磁性くさびの前記開口部に設置される設置幅は、軸方向において一定に形成され、
前記鉄心の開口部の開口幅は、軸方向の一端側が前記設置幅と同一の大きさにて形成され、軸方向の前記一端側から他端側に至るほど小さく形成され、前記回転電機用磁性くさびが前記開口部に圧入固定されたものである。

また、この発明の上記記載の回転電機用磁性くさびの製造方法において、
型内に複数枚の積層された前記磁性鋼板を設置する工程と、
前記型を閉じて絶縁性の樹脂材を流し込む工程とを備えたものである。

この発明の回転電機用磁性くさび、回転電機用磁性くさびの製造方法、および、回転電機によれば、
優れた磁気特性を簡便に得ることができる。

この発明の実施の形態１の回転電機の回転子の構成を示す平面図である。 図１に示した回転子に設置された回転電機用磁性くさびの構成を示す斜視図である。 図２に示した回転電機用磁性くさびの構成を示す断面図である。 図１に示した回転電機用磁性くさびの製造方法を示す斜視図である。 図１に示した回転電機用磁性くさびの製造方法を示す斜視図である。 図１に示した回転電機用磁性くさびの製造方法を示す斜視図である。 図１に示した回転電機用磁性くさびの製造方法を示す斜視図である。 図１に示した回転電機用磁性くさびの製造方法を示す斜視図である。 図１に示した回転電機用磁性くさびの製造方法を示すフローチャートである。 図１に示した回転子の鉄心の構成を示す平面図である。 図１０に示した回転子の鉄心のスロットに巻線が挿入された構成を示す平面図である。 本発明の実施の形態２の回転電機用磁性くさびの構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態３の回転電機用磁性くさびが設置された回転子の構成を示す斜視図である。 図１３に示した回転電機用磁性くさびの磁性部の構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態４の回転電機用磁性くさびが設置された回転子の構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態５の回転電機用磁性くさびの構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態５の回転子の鉄心の構成を示す斜視図である。

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。本願発明の実施の形態においては、回転電機の回転子の各方向を、周方向Ｚ、軸方向Ｙ、径方向Ｘ、径方向Ｘの外側Ｘ１、径方向Ｘの内側Ｘ２としてそれぞれ示す。また、他の部分および回転電機においても、これらの方向を基準として各方向を示して説明する。図１はこの発明の実施の形態１の回転電機の回転子の構成を示す平面図である。尚、図１においては、回転子の一部、４つのティースの部分のみを示している。また、３つのティースにのみ巻線が配置された状態を示している。

図２は図１に示した回転子に設置された回転電機用磁性くさびの構成を示す斜視図である。図３は図２に示した回転電機用磁性くさびの構成を示す径方向の断面を示す断面図である。図４から図８は図１に示した回転電機用磁性くさびの製造方法を示す斜視図である。図９は図２に示した回転電機用磁性くさびの製造方法を示すフローチャートである。図１０は図１に示した回転子の鉄心の構成を示す平面図である。図１１は図１０に示した回転子の鉄心のスロットに巻線が挿入された構成を示す平面図である。尚、１つの巻線は挿入された後を、もう１つの巻線は挿入する途中の状態を示している。

図１において、回転子１０は、鉄心１、回転軸１００、ティース２、先端部３、巻線４、スロット５０、開口部５、回転電機用磁性くさび（以下、磁性くさびと略す）６を備える。鉄心１は、回転軸１００に固定されている。鉄心１は、予め設定された枚数の磁性鋼板が軸方向Ｙに積層して形成される。当該積層された磁性鋼板同士の接合方法は、回転軸１００に焼嵌して固定する、積層間をカシメによって固定する、または、積層間に接着剤を塗布して接着固定する方法などが考えられる。

図１０に示すように、ティース２は、鉄心１の周方向Ｚの等間隔であって、偶数個が径方向Ｘの外側Ｘ１に突出して形成される。スロット５０は、周方向Ｚに隣接するティース２間に形成される。ティース２は、径方向Ｘの外側Ｘ１端の周方向Ｚのそれぞれに、スロット５０側に突出する先端部３が形成される。よって、この構成においては、周方向Ｚに隣接するティース２の先端部３間が、スロット５０の径方向Ｘの開口部５となる。尚、先端部３が形成されていない場合には、周方向Ｚに隣接するティース２間が、スロット５０の径方向Ｘの開口部となる。開口部５の周方向Ｚの開口幅Ｗ１は、軸方向Ｙの一端側から他端側まで一定に形成される。図１１に示すように、巻線４は、スロット５０内に挿入設置された界磁子巻線であり、回転子１０の磁極を構成する。

次に、鉄心１のスロット５０の開口部５を閉鎖するための磁性くさび６の構造について図２および図３に基づいて説明する。磁性くさび６は、第一磁性部１２、第二磁性部１３および非磁性部１４を備える。第一磁性部１２および第二磁性部１３は、周方向Ｚに隣接する各ティース２の周方向Ｚ端では、ティース２の先端部３から周方向Ｚにかつ磁性的にそれぞれ連続するように形成される。第一磁性部１２および第二磁性部１３は、複数枚の磁性鋼板９が径方向Ｘに積層して形成される。第一磁性部１２および第二磁性部１３は、複数枚の磁性鋼板９が積層して形成されているため、強磁性の特性を有する。

第一磁性部１２および第二磁性部１３は、径方向Ｘの断面における径方向Ｘの幅Ｗ４１、Ｗ４２、Ｗ４３、Ｗ４４が、ティース２の周方向Ｚ端から開口部５の周方向Ｚの中央部に至るほど、かつ、ティース２の突出する側に、すなわち、径方向Ｘの外側Ｘ１側に向かうほど短く形成される。これにより、第一磁性部１２および第二磁性部１３の径方向Ｘの断面積、すなわち、図３の斜線にて示した領域は、開口部５の周方向Ｚの中央部に至るほどかつ径方向Ｘの外側Ｘ１に向かって小さく形成される。

よって、第一磁性部１２および第二磁性部１３は、ティース２の先端部３のシュー（ティースの先端で周方向に突出した部分であって、トルクリプル、コギングトルク等、回転電機の性能に影響する部分を指すものである）として機能する。そして、第一磁性部１２および第二磁性部１３を、上記に示したように形成するために、長方形の板状の磁性鋼板９の周方向Ｚの幅Ｗ３１、Ｗ３２、Ｗ３３、Ｗ３４と、図３に示したよう、積層毎に変更すれば容易に形成できる。

従来の磁性鋼板をＬ字に曲げて積層して径方向Ｘの断面積を変更する場合、Ｌ字の角を中心とした円弧形状となり、必要となるシューの形状を得ることができないのに対し、ここでは磁性鋼板９の周方向Ｚの幅を積層毎に変化することにより、第一磁性部１２および第二磁性部１３を様々な形状に成形できるため、より所望なシューの形状に形成でき、回転電機の効率を高めることが可能となる。

非磁性部１４は、第一磁性部１２および第二磁性部１３の周方向Ｚ間に形成される。非磁性部１４は、径方向Ｘの内側Ｘ２端であって、周方向Ｚのそれぞれの端部にティース２の先端部３に接して係止される突出部７が形成される。先端部３と突出部７とを係止させるために、突出部７の径方向Ｘの外側Ｘ１の面は、先端部３の径方向Ｘの内側Ｘ２の面と同じ角度にて形成される。

突出部７を含む非磁性部１４は、第一磁性部１２および第二磁性部１３を例えば樹脂などでモールドして形成される。よって、図３に示したように、第一磁性部１２および第二磁性部１３の径方向Ｘの外側Ｘ１および周方向Ｚの端部側には、非磁性部１４の一部が絶縁部１１として形成される。このように、磁性くさび６の第一磁性部１２および第二磁性部１３は磁性鋼板９を積層して形成できるため、従来の磁性粉の加圧成形により構成される磁性くさびよりも磁気特性を高めることができる。

さらに、磁性くさび６の第一磁性部１２および第二磁性部１３は磁性鋼板９を積層して形成されるため、従来の磁性粉の加圧成形による構成される磁性くさびよりも剛性が高く、鉄心の自重および遠心力によって生じるたわみが低減でき、回転電機の振動抑制になる。また、磁性くさび６を鉄心１において固定する部分、すなわち、突出部７に磁性鋼板９が設置されていないため、遠心力による磁性くさび６の破断が低減でき、磁性鋼板９の脱落を防止できる。

尚、図示は省略するものの磁性鋼板９の表面には、絶縁塗装または絶縁被膜などが塗布され、絶縁部が形成されている。よって、積層される磁性鋼板９間は絶縁部が形成されることとなる。また、積層される磁性鋼板９間は絶縁性の接着剤にて接着して形成されることも考えられる。よって、当該接着剤も絶縁部として機能する。このように、積層される磁性鋼板９間に絶縁部を備えることにより、磁性鋼板９の積層間が絶縁部により絶縁され、大きな渦電流の経路が当該絶縁部により絶たれる。よって、磁性くさび６の第一磁性部１２および第二磁性部１３に磁束が通過する際の渦電流の発生を抑制でき、回転電機の渦電流損を低減できる。

尚、積層される磁性鋼板９間の絶縁部は、なるべく薄く形成されることが望ましい。これは、絶縁部を薄く形成すると、第一磁性部１２および第二磁性部１３の透磁率を向上でき、鉄心１の磁気特性を高められる。また、磁性鋼板９間に絶縁部を設ける場合、磁性鋼板９と絶縁部との体積比を変えることで、磁性くさび６の第一磁性部１２および第二磁性部１３の透磁率を調整することができ、鉄心１の磁気特性を用途に応じて自在に調整できる。

次に、上記のように構成された磁性くさび６の製造方法について図４から図９を用いて説明する。図４から図９において、型２０、型２１、型２２は磁性くさび６を製造するための型である。各型２０、２１、２２を閉じることにより、樹脂材を流し込むための流入部２３が形成される。

まず、各型２０、２１、２２を清掃する（図４および図９のステップＳＴ１０１）。次に、型２０内の磁性鋼板９が設置される箇所であって、所定の位置に絶縁シート８を固定する（図５および図９のステップＳＴ１０２）。次に、型２０の絶縁シート８が固定された箇所の上に、第一磁性部１２および第二磁性部１３を形成するため予め所定の形状に積層された磁性鋼板９を設置する（図６および図９のステップＳＴ１０３）。

次に、各型２０、２１、２２を閉じる（図７および図９のステップＳＴ１０４）。次に、閉じられた各型２０、２１、２２により形成された流入部２３から樹脂材を流し込み、モールドして非磁性部１４を形成する（図８および図９のステップＳＴ１０５）。そして、図２に示したような磁性くさび６が形成される。また、絶縁シート８は第一磁性部１２および第二磁性部１３が樹脂材にてモールドされることにより、図３にて示した絶縁部１１の一部として構成される。

このように製造された磁性くさび６の設置方法について説明する。まず、図１０に示す鉄心１のティース２のスロット５０内に巻線４を設置する。その際、図１１に示すように、スロット５０の開口部５から巻線４を挿入して設置する。次に、ティース２の先端部３に磁性くさび６の突出部７を押し当てるようにして、磁性くさび６を軸方向Ｙの一端側から開口部５を閉鎖するように挿入して設置する（図１）。このとき磁性くさび６は突出部７と先端部３との接触面により位置が決定される。また、巻線４の熱などによる膨張力により、磁性くさび６は径方向Ｘの外側Ｘ１に押圧されるため、突出部７と先端部３との接触面による接触はさらに強化される。

上記のように構成された実施の形態１の磁性くさび、磁性くさびの製造方法および回転電機によれば、周方向に隣接する各ティースの周方向端から周方向にかつ磁性的にそれぞれ連続する第一磁性部および第二磁性部と、第一磁性部および第二磁性部の周方向間に形成された非磁性部とを備え、第一磁性部および第二磁性部は、複数枚の磁性鋼板が積層して形成するので、強磁性の特性を有する磁性くさびを簡便に形成できる。また、磁性くさびを磁性粉の加圧成形により構成する場合と比較して、本実施の形態によれば、磁性鋼板にて形成されるため磁性粉よりも透磁率が高く効率よく磁束を通すため、磁性粉の加圧成形による磁性くさびよりも回転電機の磁気特性を向上できる。また、複数枚の磁性鋼板は、径方向に積層して形成するため、磁性くさびを確実に形成できる。

また、磁性くさびを挿入する前の状態の鉄心は、シューがない鉄心に近い形状であり、シューが長い鉄心よりも巻線を巻装あるいは挿入しやすく、生産性を向上できる。また、巻装時の障害をなくし密に巻回できるためコイルの占積率を高め、回転電機の銅損を低減できる。また、巻線を巻装あるいは挿入した後、磁性くさびを装着することで、鉄心の開口部が閉鎖され、回転電機の回転によって生じる空気の流れをスムーズとなり、回転電機の騒音を低減させると共に、鉄心の剛性を高める効果がある。

また、第一磁性部および第二磁性部は、径方向の断面における径方向の幅が、ティースの周方向端から開口部の周方向の中央部に至るほど、かつ、ティースの突出する側に向かうほど短く形成された。これにより、第一磁性部および第二磁性部の径方向の断面積は、開口部の周方向の中央部に至るほどかつ径方向の外側に向かって小さく形成されるため、ティースのシューとして機能させることができ、磁石の磁束を効率よく拾い回転電機の磁気特性を向上できる。

また、各磁性鋼板間には、絶縁部を形成するため、磁性くさび内部を磁束が通過する際の渦電流の発生を低減できる。

また、ティースが、径方向端の周方向のそれぞれにスロット側に突出する先端部を有し、非磁性部は、先端部に接して係止される突出部を備えるので、磁性くさびを鉄心に固定するための部分の突出部に、磁性鋼板を設けないことにより、遠心力による磁性くさびの破断および径方向の外側への磁性鋼板の脱落を防ぐ。

また、磁性くさびは、型内に複数枚の積層された磁性鋼板を設置し、型を閉じて絶縁性の樹脂材を流し込む樹脂材にてモールドして形成されているため、第一磁性部および第二磁性部が絶縁部にて覆われ、磁性くさびと鉄心とが絶縁されているため、磁性くさびの第一磁性部および第二磁性部と鉄心と間の磁性が断裂され、大きな渦電流の経路を絶たれ、回転電機の渦電流損を低減できる。また、くさび全体を磁性体で構成した磁性くさびを用いた鉄心であれば、周方向に隣り合うティースの径方向の外側を直接流れる漏れ磁束が発生するのに対し、本実施の形態１によれば磁性くさびは第一磁性部および第二磁性部の周方向間に形成された非磁性部により漏れ磁束を防ぐことができ、くさび全体が磁性体で構成されている回転電機よりも漏れ磁束による鉄損を低減できる。

尚、上記実施の形態１においては、磁性くさびは、第一磁性部および第二磁性部を樹脂材にてモールドして非磁性部を形成する例を示したが、これに限られることはなく、樹脂材にて予め非磁性部１４を形成し、その非磁性部１４に所定の大きさの磁性鋼板９を接着剤にて接着して必要枚数積層させて設置し、磁性くさびを形成することも可能である。また、樹脂などでモールドする際に磁性鋼板の積層間に隙間を確保しておき、樹脂材を磁性鋼板の積層間に流し込み絶縁部を形成してもよい。この製造方法によれば磁性鋼板の積層間の絶縁を容易に確保することができ、第一磁性部および第二磁性部に磁束が通る際の大きな渦電流の経路を絶ち切り回転電機の渦電流損を低減できる。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、第一磁性部１２および第二磁性部１３が磁性鋼板９を径方向Ｘに積層して形成する例を示したが、本実施の形態２においては、第一磁性部１２および第二磁性部１３が磁性鋼板９を周方向Ｚに積層して形成する例について説明する。図１２は実施の形態２における磁性くさびの構成を示す断面図である。

図１２に示すように、周方向Ｚに積層する磁性鋼板９の板厚、積層枚数、積層間のギャップ、磁性鋼板９の径方向Ｘの幅を適宜形成することで、磁性くさび６の第一磁性部１２および第二磁性部１３の形状は、上記実施の形態１と同様に所定の形状に成形でき、シューの形状として形成できる。具体的には、長方形の板状の磁性鋼板９の径方向Ｘの幅Ｗ４１、Ｗ４２、Ｗ４３、Ｗ４４を、図１２に示したように、積層毎に変更すれば、上記実施の形態１と同様に、容易に形成できる。磁性鋼板９を周方向Ｚに積層して形成する以外の構成は、上記実施の形態１と同様であるのでその説明を省略する。尚、ここでは本実施の形態２が上記実施の形態１と同様に形成できる例を示したものであるが、当該第一磁性部１２および第二磁性部１３の大きさおよび形状は適宜設置されるものである。

また、磁性鋼板９間の絶縁部は図示は省略するものの、上記実施の形態１と同様に形成される。磁性鋼板９の積層方向は、周方向Ｚであり磁束が通過する方向に対して垂直となる。そして、磁性鋼板９の積層毎に磁性が断裂される。ここで、上記実施の形態１と本実施の形態２との磁束の流れＡについて、図３および図１２を用いて比較して説明する。

まず、上記実施の形態１および本実施の形態２において、図３および図１２に示すように、いずれの場合であっても、磁束の流れＡ自体は同一である。しかしながら、図３および図１２を比較すると明らかなように、本実施の形態２の場合には、磁性鋼板９が周方向Ｚに積層されているため、上記実施の形態１の場合の、磁性鋼板９が周方向Ｚに積層されている場合より、磁束が通過する面の断面積を、第一磁性部１２および第二磁性部１３の磁性鋼板９により細かく断裂できる。

よって、本実施の形態２は上記実施の形態１の場合より、第一磁性部１２および第二磁性部１３を磁束が通過する際の渦電流の発生を抑制できる。また、本実施の形態２における磁性鋼板９の板厚をさらに薄く形成すれば、磁束が通過する面の第一磁性部１２および第二磁性部１３の磁性をさらに細かく断裂できるため、渦電流の発生をさらに抑制でき、回転電機の渦電流損をさらに低減できる。

実施の形態３．
図１３はこの発明の実施の形態３における磁性くさびを用いた鉄心の構成を示す概略図である。図１４は図１３に示した磁性くさびにおける磁性鋼板の積層例を示した斜視図である。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する。第一磁性部１２は、径方向Ｘの断面積が、軸方向Ｙの一端側から他端側に至るほど小さく形成される。第二磁性部１３は、径方向Ｘの断面積が、軸方向Ｙの一端側から他端側に至るほど大きく形成される。非磁性部１４は、径方向Ｘの断面積が、軸方向Ｙにおいて一定に形成される。

第一磁性部１２および第二磁性部１３を軸方向Ｙの一端側から他端側において、径方向Ｘの断面積を変更させるための磁性鋼板９の例について図１４を用いて説明する。図１４では、例えば、磁性鋼板９を径方向Ｘに積層する場合について示す。図１４に示すように、磁性鋼板９の周方向Ｚの幅を、軸方向Ｙに一端側から他端側において変更させ、これら磁性鋼板９を径方向Ｘに積層して形成できる。

本実施の形態３における磁性くさび６はこのように形成されるため、第一磁性部１２および第二磁性部１３の径方向Ｘの断面積は、第一磁性部１２および第二磁性部１３の合計を一定のまま、軸方向Ｙにおいて反比例の関係で変化する。そして、第一磁性部１２および第二磁性部１３の間の非磁性部１４の径方向Ｘの断面積は軸方向Ｙの位置によらず一定で、軸方向Ｙに向かって傾斜をつけて構成される。よって、磁性くさび６は周方向Ｚに対して斜めのスキューが設定される。

上記のように構成された実施の形態３の磁性くさび、磁性くさびの製造方法、および、回転電機によれば、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、磁性くさびの第一磁性部および第二磁性部の径方向の断面積を軸方向に向かって徐々に変えているため、周方向に対して斜めにスキューが設定されることとなる。このように磁性くさびにスキューをつけることで、磁性くさびを挿入する鉄心側にスキューを形成する必要がなくなる。

従来、スキューのついた鉄心を製造する際、軸方向に対して斜めに傾けたティースを設け、ティースに巻線を巻装あるいは挿入するのが困難であった。しかし、本実施の形態３に示したよう、磁性くさびにスキューを設定すれば、鉄心の軸方向に対して斜めに加工する工程が必要なくなる。よって、鉄心の加工を容易にすると共に、巻線の巻装あるいは挿入が容易となる効果がある。また、磁性くさびにスキューを形成することで、回転電機のトルクリプルが低減するなど、スキューに対する一般的な効果を得ることが可能となる。

実施の形態４．
図１５はこの発明の実施の形態４における磁性くさびを用いた鉄心の構成を示す概略図である。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する。非磁性部１４は、径方向Ｘの断面積が、軸方向Ｙにおいて一定に形成される。すなわち、第一磁性部１２および第二磁性部１３の径方向Ｘの断面積の合計は、軸方向Ｙにおいて一定である。そして、第一磁性部１２の径方向Ｘの断面積と、第二磁性部１３の径方向Ｘの断面積との比率は、軸方向Ｙの所定の間隔毎、ここでは３段で変更され段スキューにて形成される。図１５において、軸方向Ｙの上端側から１段目６１、２段目６２、３段目６３として以下説明する。

段スキューを形成するために、磁性くさび６は第一磁性部１２および第二磁性部１３の径方向Ｘの断面積の比率を変更して異なる大きさにて形成する。１段目６１は、径方向Ｘの断面積が、第一磁性部１２が第二磁性部１３より大きく、２段目６２は、第一磁性部１２と第二磁性部１３とは同じにし、３段目６３は１段目６１の逆で、第一磁性部１２が第二磁性部１３より大きく形成される。

これにより、磁性くさび６全体として段スキューが形成される。これら１段目６１、２段目６２、３段目６３を別々の磁性くさび６にて形成する場合、また、１段目６１、２段目６２、３段目６３を一体型の磁性くさび６として形成する場合のいずれであっても形成可能である。

上記のように構成された実施の形態４の磁性くさび、磁性くさびの製造方法、および、回転電機によれば、上記各実施の形態と同様の効果を奏するとともに、第一磁性部の径方向の断面積と、第二磁性部の径方向の断面積との比率を、軸方向の所定の間隔毎に変更して段スキューが形成できるため、段スキューの加工が容易となり、回転電機のトルクリプルを低減できる。

実施の形態５．
上記各実施の形態においては、磁性くさび６の突出部７と、ティース２の先端部３との接触面で磁性くさび６を鉄心１に保持する例を示したが、本実施の形態５においては、磁性くさび６を鉄心１にさらに強固に保持させるため、磁性くさび６を鉄心１に圧入固定する構成について説明する。図１６は本発明の実施の形態５の磁性くさびの構成を示す斜視図である。図１７は本発明の実施の形態５の回転子の鉄心の構成を示す斜視図である。

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する。まず、図１６に示すように、磁性くさび６の開口部５に設置される設置幅Ｗ２は、軸方向Ｙの一端側が開口幅Ｗ１と同一の大きさにて形成され、軸方向Ｙの一端側から他端側に至るほど大きく形成される。すなわち、軸方向Ｙの一端側の設置幅Ｗ２より他端側の設置幅Ｗ２０が大きく形成される。この場合、鉄心１の開口部５の開口幅Ｗ１は、上記各実施の形態と同様に、軸方向Ｙにおいて一定にて形成される。

そして、このように形成された磁性くさび６を、開口幅Ｗ１と同一の大きさの一端側の設置幅Ｗ２を有する方から、スロット５０の開口部５に挿入し、磁性くさび６を開口部５に設置すると圧入固定される。このような形状の磁性くさび６は、第一磁性部１２、第二磁性部１３、非磁性部１４の径方向Ｘの断面積を軸方向Ｙに一端側から他端側において変化させれば構成できる。

または、他の構成として、図１７に示すように、鉄心１の開口部５の開口幅Ｗ１を、軸方向Ｙの一端側が磁性くさび６の設置幅Ｗ２と同一の大きさにて形成されるとともに、軸方向Ｙの一端側から他端側に至るほど小さく形成される。すなわち、軸方向Ｙの一端側の開口幅Ｗ１より他端側の開口幅Ｗ１０が小さく形成される。この場合、磁性くさび６の開口部５の設置幅Ｗ２は、上記各実施の形態と同様に、軸方向Ｙにおいて一定に形成される。

そして、このように形成された磁性くさび６を、スロット５０の開口部５の設置幅Ｗ２と同一の大きさの一端側の開口幅Ｗ１を有する方から挿入し、磁性くさび６は開口部５に設置すると圧入固定される。このような形状の鉄心１は、開口部５の開口幅Ｗ１を軸方向Ｙの一端側から他端側において変化させた磁性鋼板を積層して形成できる。

但し、磁性くさび６の設置幅Ｗ２０は、開口部５の開口幅Ｗ１に対して圧入固定できる程度の幅である。また、開口部５の開口幅Ｗ１０は、磁性くさび６の設置幅Ｗ２が圧入固定できる程度の幅である。

上記のように構成された実施の形態５の磁性くさび、磁性くさびの製造方法、および、回転電機によれば、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、磁性くさびを鉄心に圧入固定により強固に一体化できるため、鉄心全体の剛性を高めることができる。また、磁性くさびと鉄心との空隙が低減されるため、回転電機駆動時の振動が伝達することによって生じる回転電機の騒音を抑制する。

尚、上記各実施の形態においては、回転子の例として、巻線型の回転子について示している。しかしながら、回転子は、巻線型回転子に限られるものではない。例えば、回転子は、鉄心に形成されたスロットに銅製のバーが挿入されたかご型の回転子であってもよい。また、回転子は、アルミダイキャストによってスロットに導体を充填させ、さらに、回転子の軸方向の端面に設けられた短絡環を用いて、スロットに充填された導体同士を短絡させたかご型の回転子であってもよい。

また、回転子は、鉄心の外周面側に周方向に、予め設定された等間隔で配列された複数の永久磁石を有する永久磁石型の回転子であってもよい。また、回転子は、鉄心に固定子と同数の極性を有し、リラクタンスの差によって発生するトルクを用いて回転子が回転するリラクタンス型の回転子であってもよい。これらの例の場合、本願発明の磁性くさびを適用する部分は、回転電機の巻線を巻き回した固定子のスロットの開口部となる。よって。上記回転子の場合と同様に、本願発明の磁性くさびは、固定子の鉄心のスロットの開口部を閉鎖する。

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。

１ 鉄心、２ ティース、３ 先端部、４ 巻線、５ 開口部、６ 磁性くさび、
７ 突出部、８ 絶縁シート、９ 磁性鋼板、１０ 回転子、１１ 絶縁部、
１２ 第一磁性部、１３ 第二磁性部、１４ 非磁性部、２０ 型、２１ 型、
２２ 型、２３ 流入部、５０ スロット、６１ １段目、６２ ２段目、
６３ ３段目、１００ 回転軸、Ａ 磁束の流れ、Ｗ１ 開口幅、Ｗ２ 設置幅、
Ｗ３１ 幅、Ｗ３２ 幅、Ｗ３３ 幅、Ｗ３４ 幅、Ｗ４１ 幅、Ｗ４２ 幅、
Ｗ４３ 幅、Ｗ４４ 幅、Ｘ 径方向、Ｘ１ 外側、Ｘ２ 内側、Ｙ 軸方向、
Ｚ 周方向。

Claims (11)

1. 回転軸と、前記回転軸に固定された鉄心と、前記鉄心の周方向に間隔を隔てて径方向の外側に突出する複数のティースと、を有し、周方向に隣接する前記ティース間に形成されたスロットに巻線が配置された回転電機であって、前記巻線が配置された前記スロットの径方向における開口部を閉鎖する回転電機用磁性くさびにおいて、
   周方向に隣接する各前記ティースの周方向端から周方向にかつ磁性的にそれぞれ連続する第一磁性部および第二磁性部と、前記第一磁性部および前記第二磁性部の周方向間に形成された非磁性部とを備え、
   前記第一磁性部および前記第二磁性部は、複数枚の磁性鋼板が積層して形成され、
   前記ティースが、径方向端の周方向のそれぞれに前記スロット側に突出する先端部を有し、前記非磁性部は、前記第一磁性部および前記第二磁性部のそれぞれの前記径方向における内側の端部において、前記第一磁性部と前記第二磁性部とのそれぞれよりも前記周方向にて前記ティース側に突出する、突出部を有し、
   前記径方向において前記突出部の外側が前記先端部の内側に係止される
   回転電機用磁性くさび。
2. 鉄心と、前記鉄心の周方向に間隔を隔てて径方向に突出する複数のティースと、を有し、周方向に隣接する前記ティース間に形成されたスロットに巻線が配置された回転電機であって、前記巻線が配置された前記スロットの径方向における開口部を閉鎖する回転電機用磁性くさびにおいて、
   周方向に隣接する各前記ティースの周方向端から周方向にかつ磁性的にそれぞれ連続する第一磁性部および第二磁性部と、前記第一磁性部および前記第二磁性部の周方向間に形成された非磁性部とを備え、
   前記第一磁性部および前記第二磁性部は、複数枚の磁性鋼板が積層して形成され、
   前記ティースが、径方向端の周方向のそれぞれに前記スロット側に突出する先端部を有し、前記非磁性部は、前記第一磁性部および前記第二磁性部のそれぞれの前記径方向における前記開口部から前記巻線へ向う方向の端部において、前記第一磁性部と前記第二磁性部とのそれぞれよりも前記周方向にて前記ティース側に突出する、突出部を有し、
   前記径方向において、前記突出部が前記先端部に係止される
   回転電機用磁性くさび。
3. 複数枚の前記磁性鋼板は、径方向に積層して形成された請求項１または２に記載の回転電機用磁性くさび。
4. 複数枚の前記磁性鋼板は、周方向に積層して形成された請求項１または２に記載の回転電機用磁性くさび。
5. 前記第一磁性部および前記第二磁性部は、径方向の断面における径方向の幅が、前記ティースの周方向端から前記開口部の周方向の中央部に至るほど、かつ、前記ティースの突出する側に向かうほど短く形成された請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の回転電機用磁性くさび。
6. 前記第一磁性部は、径方向の断面積が、軸方向の一端側から他端側に至るほど大きく形成され、
   前記第二磁性部は、径方向の断面積が、軸方向の前記一端側から前記他端側に至るほど小さく形成され、
   前記非磁性部は、径方向の断面積が、軸方向において一定に形成された請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の回転電機用磁性くさび。
7. 前記非磁性部は、径方向の断面積が、軸方向において一定に形成され、
   前記第一磁性部の径方向の断面積と、前記第二磁性部の径方向の断面積との比率は、軸方向の所定の間隔毎に変更して段スキューにて形成された請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の回転電機用磁性くさび。
8. 各前記磁性鋼板間には、絶縁部が形成された請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の回転電機用磁性くさび。
9. 請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の回転電機用磁性くさびを用いた回転電機において、
   前記鉄心の開口部の開口幅は、軸方向において一定にて形成され、
   前記回転電機用磁性くさびの前記開口部に設置される設置幅は、軸方向の一端側が前記開口幅と同一の大きさにて形成され、軸方向の前記一端側から他端側に至るほど大きく形成され、前記回転電機用磁性くさびが前記開口部に圧入固定された回転電機。
10. 請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の回転電機用磁性くさびを用いた回転電機において、
    前記回転電機用磁性くさびの前記開口部に設置される設置幅は、軸方向において一定に形成され、
    前記鉄心の開口部の開口幅は、軸方向の一端側が前記設置幅と同一の大きさにて形成され、軸方向の前記一端側から他端側に至るほど小さく形成され、前記回転電機用磁性くさびが前記開口部に圧入固定された回転電機。
11. 型内に複数枚の積層された前記磁性鋼板を設置する工程と、
    前記型を閉じて絶縁性の樹脂材を流し込む工程とを備えた請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の回転電機用磁性くさびの製造方法。

Images