JPWO2018207326A1 - 回転電機の電機子鉄心 - Google Patents

Abstract

本発明に係る回転電機の電機子鉄心は、磁極ティースに対してシューが別部品化されており、磁極ティースの先端には円弧状切欠きが設けられ、シュー部品には円形部が設けられ、円弧状切欠きと円形部が嵌め合わされることで磁極ティースとシュー部品が連結されており、シュー部品は、円形部の円周をガイドとして磁極ティースに対して回転可能な構成を有する。

Description

本発明は、回転電機に用いられる電機子鉄心の構造に係り、回転電機の良好な動作特性を損なうことなく、電機子鉄心の生産性の向上を得る回転電機の電機子鉄心に関するものである。

従来、電機子鉄心の複数の磁極ティースに複数の電機子コイルを巻いて電機子を構成した回転電機が知られている。電機子鉄心は、円環状のバックヨーク部と、バックヨーク部から等間隔で突出した複数の磁極ティース部とを有している。各磁極ティースの間には、スロットと呼ばれる空間が形成されており、各スロットには、電機子コイルが収納されている。

電機子鉄心は、渦電流による鉄損増加を防ぐために、薄板状のコア片を積層した積層鋼板で構成されている。また、各磁極ティースの先端に左右に広がる爪状のシューを設けることで、回転電機の特性を向上できることも知られている。

しかしながら、磁極ティース先端にシューを設けると、スロット幅に比べてスロット開口部の幅が狭くなる。このため、スロットに電機子コイルを収納する作業が煩雑となり、生産性が悪くなるという課題があった。

この課題に対して、磁極ティースに対してシューを別部品化し、磁極ティースとシュー部品を回転軸となるピンを介して連結して、シュー部品を回転可能な構造とする手法が提案されている。この手法を採用することで、電機子コイルをスロット内に挿入するときにはシュー部品を軸心方向に回転させ、スロット開口幅を広げて作業性を良好とする電機子鉄心の構造が実現できる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−２８４７０７号公報

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
特許文献１に係る電機子鉄心は、磁極ティースに対してシュー部品を回転させるために、磁極ティースとシュー部品をピンで連結している。しかしながら、積層鋼板の積み枚数が多くなるほど積層ずれ、積層倒れなどにより、ピンが真っ直ぐに挿入できないおそれがある。

ピンが真っ直ぐに挿入できないということは、ピンが湾曲してしまっているということである。すなわち、回転軸が湾曲してしまうため、磁極ティースに対してシュー部品が回転しなくなるおそれがある。

また、シュー部品が小さいことからピン径も細くする必要があり、折れ・曲がりなどがピンに起きやすい。このため、ピンの挿入作業性が悪く、シュー部品回転中にピンが破損するおそれがある、などの課題もある。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、回転電機の動作特性を良好としながら、電機子の生産性を向上させることのできる回転電機の電機子鉄心を得ることを目的とする。

本発明に係る回転電機の電機子鉄心は、円環状のバックヨークと、バックヨークの内周壁面から径方向内方に突出した複数の磁極ティースとを有する回転電機の電機子鉄心であって、複数の磁極ティースのそれぞれは、突出方向先端において、円周方向両側もしくは円周方向片側に広がる爪形状のシューを有しており、円周方向両側に広がるシューの少なくとも１個、もしくは円周方向片側に広がるシューは、磁極ティースと分割された別部品であるシュー部品として構成されており、磁極ティースには、円弧状切欠きが設けられており、シュー部品には、円形部が設けられており、円弧状切欠きと円形部が嵌め合わされることで、磁極ティースとシュー部品が連結され、シュー部品は、円形部の円周に沿って、円周をガイドとして磁極ティースに対して回転動作可能である構造を備えるものである。

本発明の回転電機の電機子鉄心は、磁極ティースに対してシューが別部品化されており、磁極ティースの先端には円弧状切欠きが設けられ、シュー部品には円形部が設けられ、円弧状切欠きと円形部が嵌め合わされることで磁極ティースとシュー部品が連結されており、シュー部品は、円形部の円周をガイドとして磁極ティースに対して回転可能となるように構成されている。この結果、回転電機の動作特性を良好としながら、電機子の生産性を向上させることができる回転電機の電機子鉄心を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係る回転電機を示す平面図である。 本発明の実施の形態１に係る回転電機の電機子鉄心を内径側からみた斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る回転電機の電機子鉄心を外径側からみた斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る電機子鉄心の構造を説明しやすくするために、電機子鉄心を積層上下から挟む端板のみを取り外したときの回転電機の平面図である。 本発明の実施の形態１に係る回転電機の電機子の一部拡大図である。 本発明の実施の形態１に係る回転電機の電機子の一部拡大図であり、シュー部品を回転させたときの図である。 本発明の実施の形態２に係る回転電機を示す平面図である。 本発明の実施の形態２に係る回転電機において、端板のみ取り外したときの平面図である。 本発明の実施の形態２に係る図８に示した回転電機の電機子の一部拡大図である。 本発明の実施の形態３に係る回転電機の電機子の一部拡大図である。 本発明の実施の形態３に係る回転電機の電機子の一部拡大図であり、シュー部品を回転させたときの図である。 本発明の実施の形態４に係る回転電機の電機子の一部拡大図である。

以下、本発明による回転電機の電機子鉄心の好適な実施の形態につき、図面を用いて説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る回転電機を示す平面図である。図１において、回転電機１は、回転子２と電機子５を備えて構成されている。回転子２は、ハウジング（図示せず）に回転可能に支持された回転軸４に固着され、ハウジング内に配設されている。一方、電機子５は、回転子２との間に一定の空隙を介して回転子２を囲繞するように、ハウジングに保持されている。

回転子２は、回転軸４と、軸心位置に挿入されて回転軸４に固着された回転子鉄心１１と、を備えている。さらに、磁石３が、回転子鉄心１１の外周面において周方向に等ピッチで複数配設されている。

電機子５は、電機子鉄心６と電機子コイル９とを備えて構成されている。また、電機子鉄心６は、磁極ティース８を有している。磁極ティース８は、円環状のバックヨーク７の内周壁面から径方向内方に突出して、周方向に等ピッチで複数本配設されている。なお、図１では、３６本の磁極ティース８が配設された電機子鉄心６を例示している。

一方、電機子コイル９は、磁極ティース８のそれぞれに、インシュレータ（図示せず）を介して導体線を巻回することで作製されたコイルとして構成されている。また、隣接する磁極ティース８の間には、スロット１０と呼ばれる空間があり、スロット１０に電機子コイル９が収められている。

図２は、本発明の実施の形態１に係る回転電機の電機子鉄心を内径側からみた斜視図である。また、図３は、本発明の実施の形態１に係る回転電機の電機子鉄心を外径側からみた斜視図である。図２，図３に示す通り、電機子鉄心６は、薄板状の鋼板を積層して構成されており、積層の一番上と一番下には、それぞれ端板１２が配置されている。端板１２も、電機子鉄心６と同様に、円環状のバックヨーク７と磁極ティース８を有している。

電機子鉄心６の積層された鋼板どうしは、後述する図４〜図６に示すカシメ１３で連結されている。また、端板１２も、カシメ１３を施すことによって、あるいは電機子外周側に溶接１５などを施すことによって、電機子鉄心６と連結されている。ここで、カシメ１３、溶接１５等は、連結手段に相当する。

磁極ティース８の突出方向先端には、円周方向両側に延びる爪形状のシューが設けられている。磁極ティース８に対して円周方向一側のシューは、別部品化されたシュー部品８Ａに分割されている。シュー部品８Ａも、電機子鉄心６と同様に、薄板状の鉄板を積層して構成されている。

ここで、端板１２のみ取り除いた回転電機１の平面図、および電機子５の拡大図を用いて、本実施の形態１に係る電機子鉄心６について、詳細に説明する。図４は、本発明の実施の形態１に係る電機子鉄心の構造を説明しやすくするために、電機子鉄心を積層上下から挟む端板のみを取り外したときの回転電機の平面図である。また、図５は、本発明の実施の形態１に係る回転電機の電機子５の一部拡大図である。さらに、図６は、本発明の実施の形態１に係る回転電機の電機子５の一部拡大図であり、シュー部品を回転させたときの図である。

電機子鉄心６のそれぞれの磁極ティース８は、突出方向先端に円弧状切欠き２１を有している。そして、本実施の形態１における円弧状切欠き２１は、その円周部が１８０°以上である。なお、このように円周部を１８０°以上とする目的は、シュー部品８Ａが磁極ティース８から内径側方向に外れてしまうことを防止するためである。

シュー部品８Ａは、爪状のシュー部分と円形部２０とを有している。円形部２０は、円弧状切欠き２１と嵌め合い固定され、円形部２０の円周部をガイドとして磁極ティース８に対して回転動作を行うことができる。シュー部品８Ａは、回転中のいかなる場合でも、円弧状切欠き２１と円周部が１８０°以上接している。

また、端板１２が、磁極ティース８とシュー部品８Ａの両方を、積層の上下から挟み込んでいる。従って、円弧状切欠き２１と円形部２０の嵌め合い、および端板１２によって、シュー部品８Ａは、磁極ティース８から外れることなく、回転動作可能な状態で保持されている。

本実施の形態１に係るシュー部品８Ａは、ピンなどの回転軸となる別部品を必要としない。このため、電機子鉄心６の組立作業を簡単にすることができる。また、回転軸の役目を果たす円弧状切欠き２１および円形部２０は、シュー部品８Ａに対して十分に大きい構成とすることができる。このため、回転軸の破損などが発生しにくい構造となっている。

スロット１０に電機子コイル９を挿入するときは、シュー部品８Ａを回転動作させて、スロット１０の開口幅を広げた状態とすることができる。このようにして、スロット１０の開口幅を広げた状態とすることで、電機子コイル９の挿入作業を簡単に行うことができる。

挿入作業後は、開口幅を広げる方向とは反対方向にシュー部品８Ａを回転動作させ、磁極ティース８との当て面２２と当接させて位置決めして、スロット１０の開口部を閉じた状態とする。その後、シュー部品８Ａと磁極ティース８との境界面８Ｂを溶接するなどして、シュー部品８Ａを磁極ティース８に対して固定する。このように、電機子コイル９の挿入後は、シュー部品８Ａの爪形状を周方向に広がるように配置させ、固定することができる。この結果、回転電機１のトルクリップル低減など、動作特性を良好とすることができる。

以上のように、本発明の実施の形態１における電機子鉄心６は、回転電機１の動作特性を良好に保ちながら、電機子５の生産性を向上させることができる。さらに、生産作業時に、構成部品の破損が発生しにくい構造を実現することができる。

実施の形態２．
図７は、本発明の実施の形態２に係る回転電機を示す平面図である。図８は、本発明の実施の形態２に係る回転電機において、端板１２のみ取り外したときの平面図である。また、図９は、本発明の実施の形態２に係る図８に示した回転電機の電機子５の一部拡大図である。

本実施の形態２に係る回転電機１００は、磁極ティース８の円周方向他側のシューが無いことを除いて、本発明の実施の形態１の回転電機１と同様の構造を有している。具体的には、先の実施の形態１では、それぞれの磁極ティース８は、その先端において左右に広がる爪状のシューを有していた。これに対して、本実施の形態２では、シュー部品８Ａによる１方向のみに広がる爪状のシューが設けられた構成となっている。

本実施の形態２では、磁極ティース８の円周方向他側のシュー（すなわち、図９では、左方向に延びるシュー）が無い。このため、シュー部品８Ａを回転動作させた際には、スロット１０の開口幅を、先の実施の形態１に比べて、より大きく開くことができる。この結果、スロット１０に電機子コイル９を挿入する作業性を、先の実施の形態１よりもさらに良好とすることができる。

実施の形態３．
図１０は、本発明の実施の形態３に係る回転電機の電機子５の一部拡大図である。また、図１１は、本発明の実施の形態３に係る回転電機の電機子５の一部拡大図であり、シュー部品を回転させたときの図である。本実施の形態３に係る回転電機は、磁極ティース８とシュー部品８Ａに圧入部１６が設けられていることを除いて、先の実施の形態２の回転電機１００と同様の構造を有している。

本実施の形態３では、先の実施の形態１、２と同様に、円弧状切欠き２１と円形部２０の嵌め合いによりシュー部品８Ａが回転動作することで、スロット１０の開口幅を広げて、電機子コイル９の挿入作業性を良好としている。

一方、スロット１０の開口を閉じるために、開口幅を広げる方向とは反対方向にシュー部品８Ａを回転動作させ、当て面２２と当接位置決めする際に、圧入部１６により磁極ティース８とシュー部品８Ａを圧入して固定する構造を、本実施の形態３の固有の構造として有している。

先の実施の形態１、２では、シュー部品８Ａを磁極ティースに固定するために境界面８Ｂに溶接するなどの工程が必要であった。これに対して、本実施の形態３においては、圧入部１６を用いた固定方法を採用することで、溶接工程が不要となる。すなわち、電機子５の生産作業性を、さらに良好とすることができる。

実施の形態４．
先の実施の形態１〜３では、１個の磁極ティース８に対して１個のシュー部品８Ａを設ける場合について説明した。これに対して、本実施の形態４では、１個の磁極ティース８に対して２個のシュー部品８Ａを設ける場合について説明する。図１２は、本発明の実施の形態４に係る回転電機の電機子５の一部拡大図である。図１２に示すように、１個の磁極ティース８が２個のシュー部品８Ａを有する構造を採用することによっても、回転電機の動作特性を良好としながら、電機子の生産性を向上させるという本発明の効果を実現できる。

なお、上述した実施の形態１〜４におけるシュー部品８Ａは、積層鋼板で構成されている。そこで、このシュー部品８Ａにも、カシメ１３や溶接１４などを追加することにより、シュー部品８Ａの積層間を連結しても良い。

また、上述した実施の形態１〜４では、電機子鉄心６とシュー部品８Ａが、積層鋼板で構成されている場合について説明した。しかしながら、本発明は、このような構成に限定されるものではなく、電機子鉄心６とシュー部品８Ａのそれぞれは、ブロック材であっても良い。

また、上述した実施の形態１〜４では、回転電機がインナーローター型である場合について説明した。しかしながら、アウターローター型、アキシャルギャップローター型の回転電機の電機子鉄心でも、磁極ティースの突出方向先端側に、円周方向両側に広がる爪形状のシューを設けることは一般的である。このため、種々のタイプの回転電機の電機子鉄心に対しても、本発明を用いることで、同様の効果を得ることができる。

１、１００ 回転電機、６ 電機子鉄心、７ バックヨーク、８ 磁極ティース、８Ａ シュー部品、１０ スロット、１２ 端板、１３ カシメ（連結手段）、１４ 溶接（連結手段）、１６ 圧入部、２０ 円形部、２１ 円弧状切欠き。

Claims (6)

1. 円環状のバックヨークと、前記バックヨークの内周壁面から径方向内方に突出した複数の磁極ティースとを有する回転電機の電機子鉄心であって、
   前記複数の磁極ティースのそれぞれは、突出方向先端において、円周方向両側もしくは円周方向片側に広がる爪形状のシューを有しており、
   円周方向両側に広がる前記シューの少なくとも１個、もしくは円周方向片側に広がる前記シューは、前記磁極ティースと分割された別部品であるシュー部品として構成されており、
   前記磁極ティースには、円弧状切欠きが設けられており、
   前記シュー部品には、円形部が設けられており、
   前記円弧状切欠きと前記円形部が嵌め合わされることで、前記磁極ティースと前記シュー部品が連結され、
   前記シュー部品は、前記円形部の円周に沿って、前記円周をガイドとして前記磁極ティースに対して回転動作可能である
   構造を備えた回転電機の電機子鉄心。
2. 回転動作中のいかなる状態においても、前記円弧状切欠きと前記円形部は、前記円周の１８０°以上で接している
   請求項１に記載の回転電機の電機子鉄心。
3. 前記電機子鉄心の上下それぞれには、端板が配置されており、
   前記端板は、連結手段により前記電機子鉄心と連結され、前記磁極ティースと前記シュー部品の両方を上下から挟み込んで固定する構造を有する請求項１または２に記載の回転電機の電機子鉄心。
4. 前記磁極ティースと前記シュー部品は、圧入部が設けられており、前記回転動作の範囲の一端において、前記回転動作により隣接する磁極ティース間のスロットの開口部が狭まった状態で、圧入によって位置決め固定される構造を有する
   請求項１から３のいずれか１項に記載の回転電機の電機子鉄心。
5. 前記電機子鉄心と前記シュー部品は、薄板状の鋼板を積層して構成されており、
   前記電機子鉄心の積層間は、連結手段により連結されている
   請求項１から４のいずれか１項に記載の回転電機の電機子鉄心。
6. 前記シュー部品の積層間は、連結手段により連結されている
   請求項５に記載の回転電機の電機子鉄心。

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