JP7079431B1 - ステータ及び回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】ティース部の微振動を抑制することができるステータ及び回転電機を提供する。【解決手段】ステータ１は、環状部２２及び環状部２２から中心に向かって突出する複数のティース部２３を備える環状コアプレート２０が軸方向に複数積層されて構成されるステータコア２と、ステータコア２の端面に配置される終端部材３とを備える。終端部材３は、最外の環状コアプレート２０の環状部２２に当接する環状部３１と、最外の環状コアプレート２０の各ティース部２３に当接する複数の押さえ部３２とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、電動機や発電機等の回転電機のステータ及び回転電機に関する。

図１０に示すように、ステータ１’は、複数のティース部２３’，…を備える電磁鋼板からなる環状コアプレート２０’が軸方向に複数積層されて構成される積層タイプのステータコア２’と、ステータコア２’の両端面に配置されるエンドプレート３’，３’とを備える。そして、一対のエンドプレート３’，３’は、最外の環状コアプレート２０’の環状部２２’に当接し、圧力を掛けてステータコア２’を軸方向両側から挟み込んだ状態で、複数の締結部材４’，…により連結される。なお、図示しないが、ステータ１’は、軸方向に連続するティース部２３’，…に巻回されかつ周方向で隣り合うティース部２３’，２３’間に形成されるスロット部に配置されるコイルを備える。このような構造のステータは、たとえば特許文献１に記載されている。

特開２０１８－０６１３４８号公報

ところで、環状コアプレート２０’は、厚みが０．５ｍｍ程度の非常に薄いプレートである。このため、上述のとおり、環状コアプレート２０’の環状部２２’のみがエンドプレート３’に拘束される場合、特に最外及びこの内側の数枚の環状コアプレート２０’のティース部２３’は、遊離片となり、微振動を起こしやすい。そして、ティース部２３’が微振動を起こすことにより、異音が発生するという問題がある。

そこで、本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、ティース部の微振動を抑制することができるステータ及び回転電機を提供することを課題とする。

本発明に係るステータは、
環状部及び環状部から中心に向かって突出する複数のティース部を備える環状コアプレートが軸方向に複数積層されて構成されるステータコアと、
ステータコアの端面に配置される終端部材とを備え、
終端部材は、
複数枚の環状プレートが積層されたものであり、
最外の環状コアプレートの環状部に当接する環状部と、
最外の環状コアプレートの各ティース部に当接する複数の押さえ部と、
外面が凸、内面が凹となり、各環状プレートに押さえ部から環状部に跨って形成される塑性変形部であって、内側の環状プレートの塑性変形部が外側の環状プレートの塑性変形部よりも小さく、外側の環状プレートの塑性変形部の凹部に収まる大きさに形成されることにより、各環状プレートが密着する、塑性変形部とを備える
ステータである。

この場合、本発明に係るステータの一態様として、
塑性変形部は、環状プレートの径方向に沿って長尺に形成され、
内側の環状プレートの塑性変形部が外側の環状プレートの塑性変形部よりも短くかつ細く形成される
との構成を採用することができる。

また、本発明に係るステータは、
環状部及び環状部から中心に向かって突出する複数のティース部を備える環状コアプレートが軸方向に複数積層されて構成されるステータコアと、
最外の環状コアプレートの環状部に当接するスペーサと、
スペーサを介してステータコアの端面に配置される終端部材とを備え、
終端部材は、
スペーサに当接する環状部と、
環状部から中心に向かって突出し、先端部が屈曲して最外の環状コアプレートの各ティース部に当接する複数の押さえ部であって、最外の環状コアプレートの各ティース部との間に、ティース部に巻回されるコイルのコイルエンド部を配置可能な空間部を形成する複数の押さえ部とを備える
ステータである。

この場合、本発明に係るステータの一態様として、
スペーサは、ネジ孔を備え、
終端部材の環状部は、ネジ挿通孔を備え、
終端部材は、ネジによりスペーサに取り付けられる
との構成を採用することができる。

また、本発明に係るステータの他態様として、
押さえ部の先端部は、ティース部の先端部に当接する
との構成を採用することができる。

また、本発明に係る回転電機は、
上記いずれかのステータを備える
回転電機である。

本発明によれば、終端部材が最外の環状コアプレートの各ティース部に当接する複数の押さえ部を備える。このため、本発明によれば、異音の原因となるティース部の微振動を抑制することができる。

また、このため、本発明をエレベータ、エスカレータ、動く歩道等の乗客搬送装置の駆動用モータとして使用すれば、利用者にとっての静粛性を実現することができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係るステータの斜視図である。 図２は、図１の分解図である。 図３（ａ）は、ステータの要部の拡大斜視図である。図３（ｂ）は、要部の平面図である。図３（ｃ）は、図３（ｂ）のＡ－Ａ線断面図である。図３（ｄ）は、図３（ｂ）のＢ－Ｂ線断面図である。 図４（ａ）及び（ｂ）は、別例１に係るステータの要部の断面図である。図４（ｃ）及び（ｄ）は、別例２に係るステータの要部の断面図である。 図５（ａ）及び（ｂ）は、別例３に係るステータの要部の断面図である。図５（ｃ）及び（ｄ）は、図５（ａ）及び（ｂ）の分解図である。 図６（ａ）及び（ｂ）は、別例４に係るステータの要部の断面図である。図６（ｃ）及び（ｄ）は、図６（ａ）及び（ｂ）の分解図である。 図７は、本発明の第２実施形態に係るステータの斜視図である。 図８は、図７の分解図である。 図９（ａ）は、ステータの要部の拡大斜視図である。図９（ｂ）は、要部の平面図である。図９（ｃ）は、図９（ｂ）のＣ－Ｃ線断面図である。 図１０は、特許文献１に記載されたステータの斜視図である。

＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態に係るステータについて、図１ないし図６を参酌して説明する。

図１及び図２に示すように、ステータ１は、ステータコア２と、終端部材３とを備える。また、ステータ１は、図示しないが、コイルを備える。ステータコア２は、環状部２２及び環状部２２から中心に向かって突出する複数のティース部２３，…を備える環状コアプレート２０が軸方向に複数積層されて構成される。終端部材３は、ステータコア２の両端面に配置される。コイルは、軸方向に連続するティース部２３，…に巻回されかつ周方向で隣り合うティース部２３，２３間に形成されるスロット部に配置される。コイルの巻き方としては、分布巻き、集中巻き等がある。

環状コアプレート２０は、周方向に等分（本実施形態においては、６等分）に分割された複数の分割コアプレート２１，…が同一面内で環状に配置されたものである。ただし、環状コアプレート２０は、分割されていない一つの環状プレートであってもよい。

環状コアプレート２０は、外縁の複数箇所（本実施形態においては、等分かつ６箇所）に凸部２４を備える。凸部２４は、特許文献１に記載された治具を用いてヘリカル状に連続させることにより、ステータコア２にスキューを形成するガイド部となる。

環状コアプレート２０は、外縁の複数箇所（本実施形態においては、等分かつ凸部２４，２４間の６箇所）に切欠き部２５を備える。切欠き部２５は、ステータコア２のスキューの形成により、軸方向に連続すると、ヘリカル状の溝となる。

一対の終端部材３，３は、最外の環状コアプレート２０に当接し、圧力を掛けてステータコア２を軸方向両側から挟み込んだ状態で、複数の締結部材４，…により連結される。より詳しくは、締結部材４は、切欠き部２５により構成される溝及びこの溝の端部に位置合わせされる終端部材３の外縁に形成される切欠き部３３に配置され、溝内にて全長に亘って環状コアプレート２０，…及び一対の終端部材３，３と溶接される。これにより、ステータコア２は、一対の終端部材３，３とともに一体化される。

図３にも示すように、終端部材３は、円環状の環状プレート３０であり、分割されていない一つの環状プレート３０である。環状プレート３０は、６ｍｍ以下の厚みを有する。これは、環状コアプレート２０の厚みが０．５ｍｍ程度であるとして、環状コアプレート２０の厚みの１２倍以下の厚みである。

終端部材３（環状プレート３０）は、環状部３１と、押さえ部３２とを備える。環状部３１は、ヨーク部として作用する。環状部３１は、最外の環状コアプレート２０の環状部２２に当接する。押さえ部３２は、最外の環状コアプレート２０のティース部２３に当接する。

環状部３１は、環状部２２に対応した形状を有する。本実施形態においては、環状部３１と環状部２２とは、同一の外径及び内径を有する。したがって、環状部３１の外縁と環状部２２の外縁とは一致し、環状部３１の内縁と環状部２２の内縁とは一致する。

押さえ部３２は、環状部３１の内縁から中心に向かって突出する。押さえ部３２は、環状部２２の内縁から中心に向かって突出しかつ周方向に等間隔に形成されるティース部２３に重なるよう、ティース部２３と同数かつ周方向に等間隔に形成され、かつティース部２３と同一位相角に配置される。

押さえ部３２は、ティース部２３に対応した形状を有する。本実施形態においては、押さえ部３２とティース部２３とは、同一の突出量を有する。したがって、押さえ部３２の先端縁とティース部２３の先端縁とは一致する。

押さえ部３２は、ティース部２３の両側縁間に収まる大きさに形成される。より詳しくは、ティース部２３は、先端の拡幅部を除き、先端に向かうほど幅狭となる台形状（テーパ状）を有するところ、押さえ部３２も、これに対応した台形状（テーパ状）を有する。本実施形態においては、押さえ部３２とティース部２３とは、同一の幅を有する。したがって、押さえ部３２の一方の側縁とティース部２３の一方の側縁とは一致し、押さえ部３２の他方の側縁とティース部２３の他方の側縁とは一致する。

押さえ部３２は、高剛性部ないし補強部３４を備える。高剛性部３４は、ステータコア２の軸方向への曲げ（最外の環状コアプレート２０のティース部２３から離れる方向への曲げ）に対する剛性を高め、押さえ部３２がティース部２３を適切な押圧力で押圧する状態を好適に維持するためのものである。

高剛性部３４は、押さえ部３２の径方向中心線を中心として径方向に沿って長尺に形成される。高剛性部３４は、押さえ部３２よりも幅狭に形成される。高剛性部３４は、押さえ部３２から押さえ部３２及び環状部３１間の境界を越えて環状部３１に跨って形成される。これにより、押さえ部３２自体の剛性が高められることに加え、環状部３１に対する押さえ部３２の剛性も高められる。

図３（ｃ）及び（ｄ）に示すように、高剛性部３４は、押さえ部３２の厚みが増した肉厚部３５である。あるいは、高剛性部３４は、その他の各種の形態を採用することができる。たとえば、別例１として、図４（ａ）及び（ｂ）に示す高剛性部３４は、外面が凸かつ内面が凹となるエンボス部３６である。別例２として、図４（ｃ）及び（ｄ）に示す高剛性部３４は、外面が凸かつ内面が凹となるルーバー部３７である。エンボス部３６は、エンボス加工により形成される。ルーバー部３７は、ルーバー加工により形成される。すなわち、エンボス部３６及びルーバー部３７は、塑性変形部である。別例１や別例２のように、塑性変形により高剛性部３４を形成する場合は、塑性変形が可能となるよう、環状プレート３０の厚みは、４ｍｍ以下とされる。

他方、環状プレート３０の厚みが小さいために、高剛性部３４を設けても剛性が足りない場合、たとえば、図５や図６に示す別例３や別例４の形態が採用され得る。これらは、終端部材３が複数枚の環状プレート３０（第１環状プレート３０Ａ、第２環状プレート３０Ｂ、第３環状プレート３０Ｃ）が積層されたものであり、各環状プレート３０にエンボス部３６（第１エンボス部３６Ａ、第２エンボス部３６Ｂ、第３エンボス部３６Ｃ）が形成されるとともに、内側の環状プレート３０のエンボス部３６が外側の環状プレート３０のエンボス部３６の凹部に収まる大きさに形成されることにより、各環状プレート３０が密着する構成である。この構成は、エンボス部３６でなく、ルーバー部３７を用いても実施可能である。

本実施形態に係るステータ１の構成は以上のとおりである。あとは、スロット部にインシュレータ（絶縁紙等）が挿入された状態で、軸方向に連続するティース部２３，…及びその両端の押さえ部３２，３２にコイルが巻回され、ステータ１が完成する。そして、ステータ１内にロータが挿入され、これらがハウジングに収められることにより、回転電機が完成する。

以上のとおり、本実施形態に係るステータ１によれば、終端部材３が最外の環状コアプレート２０の各ティース部２３に当接する複数の押さえ部３２，…を備える。このため、本実施形態に係るステータ１によれば、異音の原因となるティース部２３の微振動を抑制することができる。

また、本実施形態に係るステータ１によれば、従来のエンドプレートよりも終端部材３を薄く形成することができる。このため、本実施形態に係るステータ１によれば、終端部材が肉厚となることにより発生しやすくなる渦電流を抑制することができ、ひいては、渦電流の発生に伴う回転電機の効率低下（鉄損等）を防止することができる。

また、本実施形態に係るステータ１によれば、押さえ部３２が高剛性部３４を備える。このため、本実施形態に係るステータ１によれば、終端部材３をさらに薄く形成することができる。

＜第２実施形態＞
以下、本発明の第２実施形態に係るステータについて、図７ないし図９を参酌して説明する。なお、第２実施形態と第１実施形態とが異なる点は、環状スペーサ３８の有無及びこれに伴う終端部材３の押さえ部３２の形状に関する点である。この点以外については、両者は、同じである。そこで、以下においては、異なる点について記載し、同じ点については、第１実施形態についての記載と同様であるとして、記載を省略する。

本実施形態においては、終端部材３（環状プレート３０）は、最外の環状コアプレート２０の環状部２２及び環状プレート３０の環状部３１に当接する環状スペーサ３８を介してステータコア２の端面に配置される。また、これに伴って生じる環状プレート３０と最外の環状コアプレート２０との離間を補填するために、押さえ部３２の先端部は、最外の環状コアプレート２０のティース部２３に当接するように屈曲される。

環状部３１の周方向の複数箇所（本実施形態においては、等分かつ６箇所）には、ネジ挿通孔が形成され、環状スペーサ３８の周方向の複数箇所（本実施形態においては、等分かつ６箇所）には、ネジ孔が形成される。これにより、環状プレート３０は、皿ネジ等のネジにより環状スペーサ３８に取り付けられる。なお、環状スペーサ３８は、ネジ孔の形成の必要上、環状プレート３０よりも厚みが大きくなる。

環状プレート３０が取り付けられる前に、スロット部にインシュレータ（絶縁紙等）が挿入された状態で、軸方向に連続するティース部２３，…にコイルが巻回される。コイルのコイルエンド部（折返し部）は、環状スペーサ３８の内側に形成される空間部４０に配置され、環状スペーサ３８の外面から突出しない。このため、コイルと環状プレート３０が干渉することはない。そこで、環状プレート３０が取り付けられ、ステータ１が完成する。そして、ステータ１内にロータが挿入され、これらがハウジングに収められることにより、回転電機が完成する。

なお、第１実施形態と同様、環状プレート３０が高剛性部３４を備えることはもちろん可能である。

以上のとおり、本実施形態に係るステータ１によっても、第１実施形態に係るステータ１と同様の作用効果を奏する。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

第１実施形態においては、押さえ部３２は、環状部３１から水平方向に延びる。すなわち、押さえ部３２の内面（最外の環状コアプレート２０のティース部２３との対向面）と環状部３１の内面（最外の環状コアプレート２０の環状部２２との対向面）とは面一である。また、第２実施形態においては、押さえ部３２の先端部の端面（最外の環状コアプレート２０のティース部２３との対向面）と環状スペーサ３８の内面（最外の環状コアプレート２０の環状部２２との対向面）とは面一である。しかし、本発明は、これに限定されるものではない。たとえば、第１実施形態において、押さえ部３２の内面が環状部３１の内面よりも最外の環状コアプレート２０側に位置するようにしたり（たとえば押さえ部３２が僅かに屈曲される）、第２実施形態において、押さえ部３２の先端部の端面が環状スペーサ３８の内面よりも最外の環状コアプレート２０側に位置するようにする（たとえば押さえ部３２の先端部が僅かに長く形成される）ことも可能である。これにより、ティース部に対する押圧力を高めることができる。

また、各実施形態においては、押さえ部３２の数はティース部２３の数と同数である。しかし、本発明は、これに限定されるものではない。たとえば、押さえ部（の先端部）が幅広に形成されることにより、１つの押さえ部が複数のティース部を押さえるようにしてもよい。

また、各実施形態においては、終端部材３は、ステータコア２の両端面に配置される。しかし、本発明は、これに限定されるものではない。たとえば、ステータコアの一方の端面がハウジングやフレーム等で拘束されるのであれば、終端部材は、ステータコアの他方の端面にのみ用いられるようにしてもよい。

また、第１実施形態（及び第２実施形態）においては、押さえ部３２は、高剛性部３４を備える。しかし、本発明は、これに限定されるものではない。押さえ部自体の剛性が十分である場合は、高剛性部は必須ではない。

また、第２実施形態においては、環状スペーサ３８が用いられる。しかし、本発明は、これに限定されるものではない。たとえば、最外の環状コアプレートの環状部に部分的に当接する複数のスペーサであってもよい。

また、各実施形態においては、ステータコア２とともに一対の終端部材３，３を締結するのは、バー状の締結部材４である。しかし、本発明は、これに限定されるものではない。たとえば、終端部材の外周の複数箇所に孔が形成され、この孔に長ボルトを通してナットとの組み合わせで締結するようにしてもよい。

また、「ヘリカル」、「円環」、「台形」、「中心」、「全長」、「同一」、「一致」、「等分」、「等間隔」、「面一」といった形状、部位又は状態を特定する用語は、本発明において、そのもののほか、それに近いないし類するという意味の「略」の概念も含むものである。

１…ステータ、２…ステータコア、２０…環状コアプレート、２１…分割コアプレート、２２…環状部、２３…ティース部、２４…凸部、２５…切欠き部、３…終端部材、３０…環状プレート、３０Ａ…第１環状プレート、３０Ｂ…第２環状プレート、３０Ｃ…第３環状プレート、３１…環状部、３２…押さえ部、３３…切欠き部、３４…高剛性部、３５…肉厚部、３６…エンボス部、３６Ａ…第１エンボス部、３６Ｂ…第２エンボス部、３６Ｃ…第３エンボス部、３７…ルーバー部、３８…環状スペーサ、３９…切欠き部、４０…空間部、４…締結部材

Claims (6)

1. 環状部及び環状部から中心に向かって突出する複数のティース部を備える環状コアプレートが軸方向に複数積層されて構成されるステータコアと、
   ステータコアの端面に配置される終端部材とを備え、
   終端部材は、
   複数枚の環状プレートが積層されたものであり、
   最外の環状コアプレートの環状部に当接する環状部と、
   最外の環状コアプレートの各ティース部に当接する複数の押さえ部と、
   外面が凸、内面が凹となり、各環状プレートに押さえ部から環状部に跨って形成される塑性変形部であって、内側の環状プレートの塑性変形部が外側の環状プレートの塑性変形部よりも小さく、外側の環状プレートの塑性変形部の凹部に収まる大きさに形成されることにより、各環状プレートが密着する、塑性変形部とを備える
   ステータ。
2. 塑性変形部は、環状プレートの径方向に沿って長尺に形成され、
   内側の環状プレートの塑性変形部が外側の環状プレートの塑性変形部よりも短くかつ細く形成される
   請求項１に記載のステータ。
3. 環状部及び環状部から中心に向かって突出する複数のティース部を備える環状コアプレートが軸方向に複数積層されて構成されるステータコアと、
   最外の環状コアプレートの環状部に当接するスペーサと、
   スペーサを介してステータコアの端面に配置される終端部材とを備え、
   終端部材は、
   スペーサに当接する環状部と、
   環状部から中心に向かって突出し、先端部が屈曲して最外の環状コアプレートの各ティース部に当接する複数の押さえ部であって、最外の環状コアプレートの各ティース部との間に、ティース部に巻回されるコイルのコイルエンド部を配置可能な空間部を形成する複数の押さえ部とを備える
   ステータ。
4. スペーサは、ネジ孔を備え、
   終端部材の環状部は、ネジ挿通孔を備え、
   終端部材は、ネジによりスペーサに取り付けられる
   請求項３に記載のステータ。
5. 押さえ部の先端部は、ティース部の先端部に当接する
   請求項３又は請求項４に記載のステータ。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のステータを備える回転電機。

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