WO2020054057A1

WO2020054057A1 - 回転電機

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Publication number: WO2020054057A1
Application number: PCT/JP2018/034214
Authority: WO
Inventors: 啓一古西; 拓志滝澤; 亀井　光一郎; 慎悟佐藤; 拓磨小野; 義郎今澤; 真吾井上; 良介梅原; 原田　尚彦
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-09-14
Filing date: 2018-09-14
Publication date: 2020-03-19
Anticipated expiration: 2021-03-14
Also published as: JPWO2020054057A1; JP7094378B2; CN112640258B; CN112640258A

Abstract

固定子（２０）および回転子（４０）を備えた回転電機（１００）において、環状のフレーム（３０）の内側の周方向に配列された複数の分割コア（１０）を圧入した固定子（２０）の振動騒音を抑えるため、前記分割コア（１０）は、カシメ部（１２）によって固定された第１の鋼板（１１）と第２の鋼板（１１）とによって構成され、前記カシメ部（１２）は、前記固定子（２０）の径方向に隙間（１３）を有し、前記第１の鋼板（１１）と前記第２の鋼板（１１）とが相対的に前記径方向に可動できるように構成し、分割コア（１０）の鋼板（１１）の積層面がフレーム（３０）にあたる接触面積を大きくするようにした。

Description

回転電機

　本願は、回転電機に関するものである。

　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。

　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。

　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。

特許第３８７８３６８号公報特開２００７-１２９８３５号公報

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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の鋼板とによって構成され、前記カシメ部は、前記固定子の径方向に隙間を有し、前記第１の鋼板と前記第２の鋼板とが相対的に前記径方向に可動であるように構成されていることを特徴とする。

　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。

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。回転電機の固定子のフレームと分割コアの関係を示す固定子の軸方向から見た平面図である。回転電機の構成を示す概略的な構成図である。実施の形態１による分割コアのカシメ部の径方向の断面図である。実施の形態１による分割コアのカシメ部の周方向の断面図である。実施の形態２による分割コアのカシメ部の配置を示す平面図である。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。実施の形態３による分割コアのカシメ部の径方向の断面図である。実施の形態３による分割コアのカシメ部の周方向の断面図である。実施の形態４による分割コアのカシメ部の配置を示す平面図である。実施の形態５による回転電機のコイルを巻いた状態の断面図である。実施の形態６による回転電機のコイルを巻いた状態の断面図である。本願の回転電機の騒音測定結果を示す図である。

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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

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。

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。

　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。

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。

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。

　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。

　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。

　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。

　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。

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

Claims

　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、前記カシメ部は、前記固定子の径方向に隙間を有し、前記第１の鋼板と前記第２の鋼板とが相対的に径方向に可動であるように構成されていることを特徴とする回転電機。
　前記カシメ部の断面形状がＶ字状またはＵ字状であることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
　前記カシメ部の平面形状が、円と長円もしくは長円と長円であって、前記第１の鋼板と前記第２の鋼板とに設けられた前記カシメ部の径方向に前記隙間が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
　前記カシメ部は、前記分割コアのティース部のコイルが巻回される範囲内に一個または前記範囲内および前記分割コアの円周部に複数個設けられていることを特徴とする請求項２または３に記載の回転電機。
　環状のフレームと、前記フレームの内側の周方向に円環状に配置された分割コアとで構成された固定子を備えた回転電機において、前記フレームの内周面と前記分割コアとの間隙に樹脂部を備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の回転電機。