JP7094378B2 - Rotating electric machine - Google Patents
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Description
本願は、回転電機に関するものである。 The present application relates to a rotary electric machine.
回転電機は、環状のフレームの内側に固定子が設けられ、更にその内側に間隙を介して回転子が収容されている。固定子のコアは、複数に分割されており、フレームの内周側に設けられている。この分割されたコア(分割コア)は、複数の鋼板を積層して製作されている。 In the rotary electric machine, a stator is provided inside the annular frame, and the rotor is housed inside the stator through a gap. The core of the stator is divided into a plurality of parts and is provided on the inner peripheral side of the frame. This divided core (divided core) is manufactured by laminating a plurality of steel plates.
この分割コアの鋼板間の固定は、カシメによって行われている(特許文献1および2)。このカシメは、一般的に、特許文献1および2に示されているように、分割コアが嵌合保持されるフレームの内周面と接する鋼板の、円周部に2箇所と、その円周部から内周側に突出するティース部に1箇所設けられ、カシメの3点がT字状に配置されることによって分割コアの形状になるように精度良く積み上げられている。ここで、このカシメとしては、Vカシメと呼ばれるものが多くの場合使用されている。円周部の2箇所に設けられたVカシメは、長辺方向が周方向に向けられ、ティース部に1箇所設けられたVカシメは、長辺方向が径方向に向けられ、鋼板の動きを規制すると共に、磁束の流れを妨げないようにして鋼板を高精度に固定している。
The fixing of the divided core between the steel plates is performed by caulking (
特許文献1、2に示されているようにVカシメをT字状に配置した複数の分割コアは、ティース部にコイルが巻回される。このコイルが巻回された複数の分割コアは、フレームの内側に圧入によって嵌め合わされる。
この分割コアによる回転電機では、微振動による騒音が問題であった。As shown in
In the rotary electric machine using this split core, noise due to slight vibration has been a problem.
発明者らは、複数の鋼板を積層した分割コアにおける振動を防ぐために、カシメの数を増加すること、様々な方向のカシメを配置することによって鋼板間の固定を強固にすることを行ったが、多少は改善されるものの、無視できるほどにこの振動を解消するには至らなかった。
さらに検討を進めた結果、フレームに分割コアを圧入して嵌合する際に、フレームの内周と分割コアの鋼板の積層面とが均一に当たっていないことが原因であると考えた。すなわち、フレームと分割コアを合わせた固定子全体での面外(固定子軸直角面外)剛性が不足し、この面外方向の分割コアの変形が振動による騒音を引き起こしていると考えた。The inventors have tried to increase the number of caulking and to strengthen the fixing between the steel plates by arranging caulking in various directions in order to prevent vibration in the split core in which multiple steel plates are laminated. Although it was improved to some extent, it was not possible to eliminate this vibration to the extent that it could be ignored.
As a result of further studies, it was considered that the cause was that the inner circumference of the frame and the laminated surface of the steel plate of the split core did not uniformly hit when the split core was press-fitted into the frame and fitted. That is, it was considered that the out-of-plane (out-of-plane (out-of-plane) rigidity of the entire stator including the frame and the dividing core was insufficient, and the deformation of the dividing core in the out-of-plane direction caused noise due to vibration.
そこで、フレーム剛性を上げる、さらには焼き嵌めの大きな締め代で全体に締め上げることが解決策として考えられたが、フレームの剛性を上げる場合には、フレームを大きくすることになり、回転電機の寸法が大きくなるということが新たな問題であった。また、大きな力で締め上げる場合には、必要以上に締め上げられた局部における鉄損あるいは分割コアの変形が新たな問題であった。 Therefore, it was considered as a solution to increase the rigidity of the frame and to tighten it to the whole with a large tightening allowance for shrink fitting. The new problem was the increase in dimensions. Further, when tightening with a large force, iron loss or deformation of the split core in the locally tightened more than necessary has been a new problem.
発明者らは、フレームに対する分割コアの中央部での局部的な当たりとなる原因を追究し、コア円周部のVカシメの方向が分割コアの変形に関係するということを把握した。
すなわち、従来の回転電機において、分割コアは、複数の鋼板が固定して積層され、鋼板にコイルを巻回すると、巻回の際の張力によって、分割コアの外周の軸方向の中央部が膨らみ、いわゆる樽型の形状となる。そこで、鋼板の積層の際に複数のVカシメを使用していた場合には、振動による騒音の問題が生じる。The inventors investigated the cause of the local hit in the central part of the split core with respect to the frame, and understood that the direction of V caulking around the core is related to the deformation of the split core.
That is, in a conventional rotary electric machine, a plurality of steel plates are fixedly laminated in a split core, and when a coil is wound around the steel plate, the axial central portion of the outer periphery of the split core swells due to the tension at the time of winding. , So-called barrel-shaped shape. Therefore, when a plurality of V-caulks are used when laminating the steel plates, a problem of noise due to vibration arises.
この関係からVカシメを詳細に検討したところ、Vカシメの形状には長辺と短辺の二通りの方向があり、積層した鋼板にVカシメを施した場合、Vカシメの長辺方向には僅かではあるが動く。しかし、その直角方向(短辺方向)には、ほとんど動くことが無い。したがって、前述の通り、一般的に行われているVカシメの場合、分割コアの円周部のVカシメの長辺方向が周方向に向かっているため、圧入時には、フレームによって分割コアの外周が締め付けられても、積層された鋼板間が径方向に動くことが無く。樽型の形状を保とうと突っ張ることになる。 From this relationship, a detailed examination of V-caulking revealed that the shape of V-caulking has two directions, a long side and a short side. It works a little. However, there is almost no movement in the perpendicular direction (short side direction). Therefore, as described above, in the case of V-caulking that is generally performed, the long side direction of the V-caulking of the circumferential portion of the split core is toward the circumferential direction. Even when tightened, the laminated steel plates do not move in the radial direction. It will be stretched to keep the barrel shape.
このために、フレーム内周と分割コアの外周の圧入接触状態は、全面には広がらず、局部当たりとなり、前述した固定子全体の面外剛性が不足し、また当たりが十分でない箇所での微振動が振動騒音の原因となっていた。
本願は、フレームの内周と分割コアの鋼板の積層面とが均一に当たるようにすることによって微振動に起因する振動騒音を抑え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。For this reason, the press-fitting contact state between the inner circumference of the frame and the outer circumference of the split core does not spread over the entire surface, but is a local contact, and the out-of-plane rigidity of the entire stator as described above is insufficient, and the contact is slight in places where the contact is not sufficient. Vibration was the cause of vibration noise.
An object of the present application is to provide a rotary electric machine capable of suppressing vibration noise caused by micro-vibration by making the inner circumference of the frame and the laminated surface of the steel plate of the split core uniformly in contact with each other.
本願の回転電機は、固定子および回転子を備え、前記固定子は、環状のフレームと、前記フレームの内側の周方向に配列された複数の分割コアとを備え、前記分割コアは、カシメ部によって固定された第1の鋼板と第2の鋼板との積層によって構成され、前記カシメ部において、前記第1の鋼板と前記第2の鋼板とが隙間を有し前記固定子の径方向に位置ずれを起こすことができるように構成され且つ前記第1の鋼板と前記第2の鋼板とが前記固定子の周方向に位置ずれを起こすことができないように構成されていることを特徴とする The rotary electric machine of the present application includes a stator and a rotor, and the stator includes an annular frame and a plurality of split cores arranged in the circumferential direction inside the frame, and the split core is a caulking portion. It is composed of a laminate of a first steel plate and a second steel plate fixed by the above, and in the caulked portion , the first steel plate and the second steel plate have a gap and are positioned in the radial direction of the stator. It is characterized in that the first steel plate and the second steel plate are configured so as to be able to cause a displacement, and the first steel plate and the second steel plate are configured so as not to cause a displacement in the circumferential direction of the stator .
本願の回転電機によれば、分割コアの積層された個々の鋼板が、圧入時に、フレーム内面に沿うように固定子の径方向に動き得るため、鋼板の積層方向(コア軸方向)全般に渡って、良好な圧入接触状態を形成することができ、振動および騒音の小さな回転電機を提供できる。 According to the rotary electric machine of the present application, the individual steel plates in which the split cores are laminated can move in the radial direction of the stator along the inner surface of the frame at the time of press fitting, so that the steel plates can be laminated in the entire laminating direction (core axial direction). Therefore, a good press-fitting contact state can be formed, and a rotary electric machine with low vibration and noise can be provided.
実施の形態1
図1は、実施の形態1による回転電機の分割コアの構成を示す斜視図である。図に示すように、分割コア10は、複数の鋼板11を積層して構成されている。そして、鋼板11は、鋼板11のティース部14に一か所設けられたカシメ部12によって鋼板11同士が固定されている。
この実施の形態1の分割コア10は、図2に示すように、回転電機の固定子20として、環状のフレーム30の内周に円環状に組み合わせることで構成され、分割コア10は、フレーム30に圧入または焼嵌めされている。分割コア10は、フレーム30から径方向に収縮するよう圧力を受け、この圧力と釣合うように隣り合う分割コア10同士が当接し周方向につっぱることで円環形状を保持している。図2は、実施の形態1による回転電機の固定子を回転子の軸方向から見た平面図である。なお、分割コア10に巻回されるコイルは図示していない。
なお、以下の図中、同一符号は、おのおの同一または相当部分を示している。
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a split core of a rotary electric machine according to the first embodiment. As shown in the figure, the divided
As shown in FIG. 2, the
In the following figures, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
そして、回転電機100の構成を概略的に示すと、図3に示すようになる。すなわち、回転電機100は、固定子20と回転子40とを備え、回転子40は、回転軸41を軸として回転する。固定子20は、分割コア10と、分割コア10に巻回された集中巻コイル50と、分割コア10を保持する環状のフレーム30を備えている。
回転子40は、回転軸41を中心として回転するように、軸受42によって支持されている。なお、回転子40に装着される磁石は、図示していない。The configuration of the rotary
The
図4は、実施の形態1による積層される個々の鋼板11を固定するカシメ部12の径方向Aの断面図である。この図に示すように、積層された鋼板11にはカシメ部12の凹凸部の断面形状がV字状になったカシメ部12が設けられている。そして、カシメ部12の径方向Aには鋼板11同士の間に隙間13を有している。この隙間13が存在することによって、矢印Fの方向(カシメ部12の長辺方向)に力が加えられると、隙間13が存在し、且つ曲げ剛性が小さいために、鋼板11は、比較的容易に、径方向Aに位置ずれを起こすことができる、すなわち可動である。なお、ここで、カシメ部12の凹凸部の断面形状がV字状である構成を示しているが、凹凸部の断面形状を、滑らかな曲線によるU字状であっても、同様に隙間13を設けることによって同様の動作を得ることができる。
FIG. 4 is a cross-sectional view in the radial direction A of the caulked
図5は、実施の形態1による積層される個々の鋼板11を固定するカシメ部12の周方向Bの断面図である。この図に示すように、カシメ部12の周方向Bには鋼板11同士の間に隙間が無い。このため、鋼板11同士が、周方向Bに位置ずれを起こすことができない。
この図5に示すようなカシメ部12の短辺方向は、打ち抜き面で締め代をもって嵌め合され、かつ曲げ剛性も大きいために鋼板11が動くためには、よほど大きな力が必要となる。FIG. 5 is a cross-sectional view in the circumferential direction B of the caulked
The short side direction of the caulked
図4および図5に示したようにカシメ部12の長辺方向の固定状態と短辺方向の固定状態とは、位置ずれの状態が異なる。このため、図1に示したように、分割コア10の鋼板11のティース部14の一か所にカシメ部12を、長辺方向が固定子20の径方向とするように設けると、一旦、固定して積層された鋼板11に集中巻コイル50を巻回して樽型の形状となった分割コア10をフレーム30に圧入して嵌め合せを行うと、嵌め合せの過程で個々の鋼板11がフレーム30の内周面に倣いながら両者で良好な接触状態を形成することになる。
As shown in FIGS. 4 and 5, the state of misalignment differs between the fixed state in the long side direction and the fixed state in the short side direction of the caulked
なお、分割コア10のティース部14に一箇所設けたカシメ部12は、ティース部14の集中巻コイル50が巻回される範囲内に設けられている。このため、集中巻コイル50によって、鋼板11を積層方向に締めつける際に鋼板11が大きく位置ずれを起こすことなく積層された分割コア10の厚さを均一に調整することができる。
The
実施の形態2
図6は、実施の形態2の構成を示すもので、分割コア10のティース部14に加えて分割コア10の円周部15に、カシメ部12の長手方向を同じ向きにしてカシメ部12を追加している。この実施の形態2では、2個のカシメ部12を設けているため、分割コア10を構成している鋼板11の動きに対して抵抗が増えることによって、「遊び」効果を若干低下させることになるが、カシメ部12の数を増やして、分割コア10の搬送時における鋼板のずれを低減することに対しては効果がある。
FIG. 6 shows the configuration of the second embodiment, in which the
実施の形態3
図7は、実施の形態3による回転電機の分割コアの構成を示す斜視図である。図に示すように、分割コア10は、複数の鋼板11を積層して構成されている。そして、鋼板11は、カシメ部12によって鋼板11同士が固定されている。図7において、カシメ部12は、平面形状が円形の丸カシメによって固定されている。この実施の形態3による分割コア10のカシメにおいては、断面形状が凸凹形状となっているカシメ部12が、平面形状では円と長円もしくは長円と長円形状の組み合わせで構成し、嵌め合せ部と隙間13を設けることで、積層されている鋼板11同士の動きに異方性を持たせている。すなわち、カシメ部12の長辺方向と短辺方向とによって位置ずれの状態に差があるように構成している。Embodiment 3
FIG. 7 is a perspective view showing the configuration of the split core of the rotary electric machine according to the third embodiment. As shown in the figure, the
図8は、カシメ部12の長辺方向の断面を示している。この図8において、矢印F方向に力がかかった際には、円と長円もしくは楕円で構成された隙間13(ガタ)により、鋼板11が互いに多少の位置ずれを起こすことができるようになっている。一方、図9に示すカシメ部12の短辺方向の断面では、鋼板11同士が嵌め合わせとなっている。このため、鋼板11同士が、周方向Bに位置ずれを起こすことができない。
なお、具体的な形状を図示していないが、長円と長円の組み合わせで、その短辺同士を嵌め合いの構成とし、長辺同士を「遊び」の在る状態の構成としてもよい。FIG. 8 shows a cross section of the caulked
Although the specific shape is not shown, a combination of ellipses and ellipses may be used so that the short sides are fitted to each other and the long sides are configured to have "play".
実施の形態4
カシメ部12を円形の丸カシメとして、図6に示した実施の形態2と同様に、カシメ部12を複数にすることができる。すなわち、図10に分割コア10の平面図を示すように、図7に示した分割コア10のティース部14に加えて分割コア10の円周部15に、長手方向を同じ向きにしたカシメ部12を追加して設けている。Embodiment 4
The
実施の形態5
図11は、本願の実施の形態1および3に示したカシメ部12を持った分割コア10をフレーム30に嵌め合せた際の断面図を示す。図11に示すように、フレーム30には、その外周側に、分割コア10を冷却するための冷却水路60を形成するジャケット61を有している。同図のように、嵌め合せた後の分割コア10の積層表面とフレーム30の内周面は、分割コア10の軸方向の全長に渡り、すきまなく、十分な接触状態を形成することができる。これは、前述のように分割コア10のカシメ部12の長辺方向を径方向として、カシメ部12の隙間13によって、嵌め合せの過程で個々の鋼板11がフレーム30の内周面に倣いながら両者で良好な接触状態を形成するからである。Embodiment 5
FIG. 11 shows a cross-sectional view when the
図12は、図11と同様の構成を示している。ここで使用している分割コア10は、実施の形態2および4として図6あるいは図10に示したように、複数のカシメ部12を設ける構成としたことによって、鋼板11の位置ずれの動きに対する抵抗となる場合、すなわち、期待しているよりも分割コア10の鋼板11の積層面がフレーム30の表面に倣わない場合の対応を示している。すなわち、分割コア10の鋼板11の積層面とフレーム30とが十分な倣いの状態になっていないために隙間が生じることになる。
FIG. 12 shows a configuration similar to that of FIG. As shown in FIG. 6 or 10 as the second and fourth embodiments, the
このような場合には、積層面とフレーム30との隙間部分に樹脂を充填塗布した樹脂部70を設ける。カシメ部12による作用を樹脂部70によって補うことによって、振動騒音を抑えることができる。これは、カシメ部12に隙間を設けて積層する鋼板の位置ずれを起こし易くすることによって、従来に比べて変形量が大きくなって、フレーム30と分割コア10との隙間が小さくなっているため、樹脂を僅かに充填するだけで良いという効果を得ることができる。
In such a case, a
図13は、本願の回転電機の効果を確認するために行った振動騒音の測定結果を示している。この測定結果のグラフは、縦軸は、従来技術の騒音レベルを100としたときの騒音レベルの指数を表し、横軸に、騒音評価対象となるモータ回転速度を示し、測定の結果の曲線(1)が従来技術を示し、曲線(2)が本願による回転電機の場合の騒音の測定結果である。この結果から明らかなように、一個のカシメ部を設けた分割コアの固定子を使用した回転電機は、従来技術による回転電機に対して、大幅に騒音を低減することができた。
なお、カシメ部12の凹凸部の断面形状がV字状である場合の構成を示しているが、凹凸部の断面形状を、滑らかな曲線によるU字状であっても、同様に隙間13を設けることによって同様の動作を得ることができる。FIG. 13 shows the measurement results of vibration noise performed to confirm the effect of the rotary electric machine of the present application. In the graph of this measurement result, the vertical axis represents the index of the noise level when the noise level of the prior art is 100, and the horizontal axis shows the motor rotation speed to be evaluated for noise, and the curve of the measurement result ( 1) shows the prior art, and the curve (2) is the measurement result of the noise in the case of the rotary electric machine according to the present application. As is clear from this result, the rotary electric machine using the stator of the split core provided with one caulking portion was able to significantly reduce the noise as compared with the rotary electric machine by the conventional technique.
Although the configuration is shown when the cross-sectional shape of the uneven portion of the caulked
本開示は、様々な例示的な実施の形態および実施例が記載されているが、1つまたは複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、および機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書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。Although the present disclosure describes various exemplary embodiments and examples, the various features, embodiments, and functions described in one or more embodiments are applications of a particular embodiment. It is not limited to, but can be applied to embodiments alone or in various combinations.
Therefore, innumerable variations not exemplified are envisioned within the scope of the techniques disclosed herein. For example, it is assumed that at least one component is modified, added or omitted, and further, at least one component is extracted and combined with the components of other embodiments.
10 分割コア、11 鋼板、12 カシメ部、13 隙間、14 ティース部、15 円周部、20 固定子、30 フレーム、40 回転子、41 回転軸、42 軸受、50 集中巻コイル、60 冷却水路、61 ジャケット、70 樹脂部、100 回転電機 10 split cores, 11 steel plates, 12 caulking parts, 13 gaps, 14 teeth parts, 15 circumferential parts, 20 stators, 30 frames, 40 rotors, 41 rotating shafts, 42 bearings, 50 centralized winding coils, 60 cooling water channels, 61 jacket, 70 resin part, 100 rotary electric machine
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