JP7047533B2 - 分割型固定子および回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、分割型固定子および前記分割型固定子を備える回転電機に関する。

電動機、発電機等の回転電機として、固定子と、固定子の内周側に設けられる回転子とを備える構成が知られている。固定子を一体で製造する場合には歩留まりの低下が問題となるため、複数の固定子片を周方向に並べて組み合わせた、分割型の固定子がしばしば用いられている。

図１は、従来の分割型固定子を備える回転電機の構成の一例を示す図である。図１に示すように、回転電機２００は、分割型固定子４０と回転子５０とケース６０とを備える。分割型固定子４０を用いる場合には、リング状のケース６０で焼嵌め等することにより、外周側から分割型固定子４０を固定する必要がある。

そのため、分割された隣り合う固定子片４０ａ同士の間には、図１に示すような周方向における圧縮応力が付与されることとなる。このような周方向における圧縮応力は、分割型固定子の鉄損を大きくさせ、回転電機の効率を低下させるおそれがある。

例えば、特許文献１には、ケースに分割型固定子を固定する際に当該分割型固定子に発生する、周方向の圧縮応力を従来よりも低減して、分割型固定子の鉄損を従来よりも低減できる回転電機が開示されている。

特開２０１０－１９３６５９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術においては、分割型固定子を製造するに際して、隣接する２つの固定子片がそれぞれ対向面において、外周側の端部のみ接触する状態で組み合わせた後、ケースで固定することによって対向面の内周側も接触させることとしている。この際に、対向面の内周側で隙間が生じないように分割型固定子を製造するためには、固定子片の加工に高い寸法精度が求められる。そのため、製造コストの面において改善の余地が残されている。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、ケースで固定することによる、周方向の圧縮応力に起因した鉄損増大を低減し、鉄損が小さい分割型固定子およびそれを備える回転電機を提供することを目的とする。

本発明は、下記の分割型固定子および回転電機を要旨とする。

（１）周方向において複数の固定子片に分割された、回転電機用の分割型固定子であって、
軸方向に延びる円筒状のヨークと、
前記ヨークの内周面から径方向に延びる複数のティースとを備え、
隣り合う前記固定子片のヨーク部分は、周方向において互いに対向する接続面で接続されており、
前記接続面は、径方向から周方向一方側に傾斜した複数の面と、径方向から周方向他方側に傾斜した１つ以上の面とを含み、
軸方向から見た場合に、
前記接続面の長さに対する、前記一方側に傾斜した面と前記他方側に傾斜した面との合計長さの比率が、０．５以上であり、
前記一方側に傾斜した複数の面のうち２つの間に、前記他方側に傾斜した面のうちの少なくとも１つが存在する、
分割型固定子。

（２）軸方向から見た場合における、前記一方側に傾斜した面の合計長さに対する、前記他方側に傾斜した面の合計長さの比率が０．６７～１．５である、
上記（１）に記載の分割型固定子。

（３）上記（１）または（２）に記載の分割型固定子と、
前記分割型固定子の内周側に配置された回転子と、
前記ヨークの外周から前記複数の固定子片に密接し、前記固定子片を固定するケースと、を備える、
回転電機。

本発明によれば、ケースで固定することによる、周方向の圧縮応力に起因した鉄損増大を低減し、鉄損が小さい分割型固定子およびそれを備える回転電機を得ることができる。

従来の分割型固定子を備える回転電機の構成の一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る回転電機の構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る分割型固定子の構成の一部を示す図である。 本発明の効果を説明するための比較図である。 本発明の他の実施形態に係る分割型固定子の構成の一部を示す図である。 本発明の他の実施形態に係る分割型固定子の構成の一部を示す図である。 本発明の他の実施形態に係る分割型固定子の構成の一部を示す図である。 本発明の他の実施形態に係る分割型固定子の構成の一部を示す図である。 本発明の他の実施形態に係る分割型固定子の構成の一部を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る分割型固定子およびそれを備える回転電機について説明する。

図２は、本発明の一実施形態に係る回転電機の構成を示す図である。回転電機１００は、分割型固定子１０、回転子２０およびケース３０を備える。

分割型固定子１０は、周方向において複数の固定子片１０ａに分割されており、軸方向に延びる円筒状のヨーク１１と、ヨーク１１の内周面から径方向に延びる複数のティース１２とを備える。なお、本発明においては、ティース１２間の溝底１２ａを通る仮想的な円Ｃを、ヨーク１１とティース１２との境界とする。また、本実施形態においては４５個のティースが設けられているが、これに限定されず、例えば、１２個などであってもよい。

本実施形態においては、固定子片１０ａは、全て同一の構成を有している。そして、それぞれの固定子片１０ａは、例えば、同一形状の複数枚の電磁鋼板を積層させることにより形成することができる。

回転子２０は、その軸心（回転中心）が分割型固定子１０の軸心と一致するように、分割型固定子１０の内周側に配置される。また、ケース３０は、ヨーク１１の外周から複数の固定子片１０ａに密接し、固定子片１０ａを固定する。ケース３０は、例えば、焼嵌めによって固定子片１０ａに密着させられる。この際に、固定子片１０ａにはケース３０により外周側から力が加えられることとなる。

図３は、本発明の一実施形態に係る分割型固定子の構成の一部を示す図である。本実施形態においては、分割型固定子１０は、周方向において４５個の固定子片１０ａに分割されている。すなわち、各固定子片１０ａに１つずつティース１２が設けられている。そして、隣り合う固定子片１０ａのヨーク１１部分は、周方向において互いに対向する接続面１３で接続されている。

また、図３に示すように、接続面１３は、径方向から周方向一方側に傾斜した２つの面１３ａおよび面１３ｂと、径方向から周方向他方側に傾斜した面１３ｃとを含む。ここで、「径方向から傾斜した」とは、固定子片１０ａを軸方向から見た場合に、径方向に対して周方向に０°超９０°未満の範囲で傾いた状態を指す。

上述のように、固定子片１０ａにはケース３０により外周側から力が加えられる。この時、図１に示すように、隣り合う固定子片４０ａ同士の接続面４３のうち径方向に平行な面４３ｄには、周方向に圧縮応力が発生することとなる。本発明者らの検討の結果、圧縮応力が付与される方向と励磁方向とが一致することにより、鉄損が大きくなることが分かった。

これに対して、図２に示す構成のように、接続面１３が径方向から周方向に傾斜した面１３ａ、面１３ｂおよび面１３ｃを含むことにより、圧縮応力の付与される方向が周方向から傾斜することとなる。これにより、圧縮応力が付与される方向と励磁方向とが互いに傾くため、鉄損が減少する結果となる。

上記の効果を得るためには、軸方向から見た場合に、接続面１３の全体の長さに対する、面１３ａ、面１３ｂおよび面１３ｃの合計長さの比率が、０．５以上である必要がある。上記比率は０．７以上であるのが好ましく、０．９以上であるのがより好ましい。言い換えれば、接続面１３は、径方向に平行な面を含んでいてもよいが、全体の長さに対する径方向に平行な面の比率を０．５以下とする必要があり、０．３以下とすることが好ましく、０．１以下とすることがより好ましい。

また、上記の効果をより効果的に得るためには、面１３ａおよび面１３ｂは、径方向から周方向一方側に３０～７０°の範囲で傾斜していることが好ましく、面１３ｃは、径方向から周方向他方側に３０～７０°の範囲で傾斜していることが好ましい。

図４は、本発明の効果を説明するための比較図である。本発明者らのさらなる検討の結果、図４に示す構成のように、隣り合う固定子片７０ａ同士の接続面７３が、径方向から周方向一方側に傾斜した面７３ａと、径方向から周方向他方側に傾斜した面７３ｃとを含む場合であっても、鉄損を低下させる効果がほとんど得られない場合があることが分かった。

この理由については定かではないが、図４に示す構成では、面７３ａと面７３ｃとの境界周辺において、隣り合う２つの固定子片７０ａのうち、一方には径方向における圧縮応力が付与され、もう一方には径方向における引張応力が付与される。ここで、径方向に引張応力が発生することは、周方向に圧縮応力が発生することと同義であると考えられる。そのため、図４に示す構成では、周方向における圧縮応力が卓越し、鉄損が増大すると考えられる。

それに対して、図３に示す構成では、同方向に傾斜する面１３ａと面１３ｂとの間に、異方向に傾斜する面１３ｃが存在する。それにより、面１３ａと面１３ｃとの境界周辺および面１３ｃと面１３ｂとの境界付近の両方で異なる方向の応力が発生するため、径方向における引張応力が分散されることとなる。その結果、周方向における圧縮応力が低減し、鉄損を減少させることが可能となる。

なお、図３に示す構成において、一方側に傾斜した２つの面１３ａおよび面１３ｂの合計長さと、他方側に傾斜した面１３ｃの長さとのバランスに大きな偏りがあると、短い方の面に応力が集中し、場合によっては、固定子片１０ａ同士の間に隙間が生じる原因となるおそれがある。そのため、具体的には、面１３ａおよび面１３ｂの合計長さに対する、面１３ｃの長さの比率が、０．６７～１．５の範囲となるように調整することが好ましい。

図３に示す構成においては、一方側に傾斜した面の数が２つであり、他方側に傾斜した面の数が１つであるが、これには限定されない。上述のように、径方向における引張応力を分散させる観点からは、一方側に傾斜した面と他方側に傾斜した面との境界の数が多い方が好ましい。例えば、図５に示すように、一方側に傾斜した面が３つ、他方側に傾斜した面が２つとしてもよいし、図６に示すように、それ以上存在していてもよい。

また、図３、５、６に示す態様においては、接触面１３は直線で構成されているが、これに限定されず、図７に示すように、曲線で構成されていてもよい。この場合においては、軸方向から見て、面の接線方向が径方向に対して周方向におけるどちら側に傾斜しているかによって、一方側に傾斜した面であるか他方側に傾斜した面であるかを区別する。すなわち、面の接線方向が径方向と一致する部分が、一方側に傾斜した面と他方側に傾斜した面との境界となる。

また、上記の態様においては、各固定子片１０ａに１つずつティース１２が設けられる構成となっているが、複数ずつ設けられていてもよく、例えば、図８に示すように、各固定子片１０ａに３つのティース１２が設けられる構成としてもよい。なお、固定子片１０ａは、全て同一の構成である必要はない。例えば、１つのティースが設けられた固定子片１０ａと、２つのティースが設けられた固定子片１０ａが組み合わせられていてもよい。

さらに、上記の態様においては、分割型固定子１０は、ティース１２間の溝底１２ａにおいてヨーク１１部分のみが分割されているが、図９に示すように、ティース１２およびヨーク１１の双方を通る面によって分割されていてもよい。この構成において、接続面１３は、ヨーク１１部分を分割する面のことである。すなわち、ティース１２部分を分割する面については考慮しない。

以上のように、本発明によれば、ケースで固定することによる、周方向の圧縮応力に起因した鉄損増大を低減し、鉄損が小さい分割型固定子およびそれを備える回転電機を得ることができる。

１０ 分割型固定子
１０ａ 固定子片
１１ ヨーク
１２ ティース
１２ａ 溝底
１３ 接続面
１３ａ，ｂ 一方側に傾斜した面
１３ｃ 他方側に傾斜した面
２０ 回転子
３０ ケース
１００ 回転電機

Claims (3)

1. 周方向において複数の固定子片に分割された、回転電機用の分割型固定子であって、
   軸方向に延びる円筒状のヨークと、
   前記ヨークの内周面から径方向に延びる複数のティースとを備え、
   隣り合う前記固定子片のヨーク部分は、周方向において互いに対向する接続面で接続されており、
   前記接続面は、径方向から周方向一方側に傾斜した複数の面と、径方向から周方向他方側に傾斜した１つ以上の面とを含み、
   軸方向から見た場合に、
   前記接続面の長さに対する、前記一方側に傾斜した面と前記他方側に傾斜した面との合計長さの比率が、０．５以上であり、
   前記一方側に傾斜した複数の面のうち２つの間に、前記他方側に傾斜した面のうちの少なくとも１つが存在し、
   前記接続面は、直線で構成され、
   前記一方側に傾斜した面は、径方向から周方向一方側に３０～７０°の範囲で傾斜しており、前記他方側に傾斜した面は、径方向から周方向他方側に３０～７０°の範囲で傾斜している、
   分割型固定子。
2. 軸方向から見た場合における、前記一方側に傾斜した面の合計長さに対する、前記他方側に傾斜した面の合計長さの比率が０．６７～１．５である、
   請求項１に記載の分割型固定子。
3. 請求項１または請求項２に記載の分割型固定子と、
   前記分割型固定子の内周側に配置された回転子と、
   前記ヨークの外周から前記複数の固定子片に密接し、前記固定子片を固定するケースと、を備える、
   回転電機。
   

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