JP2006340507A - 回転電機の固定子 - Google Patents

Abstract

【課題】 かしめによる損失の増加や効率の減少をできる限り小さくした回転電機の固定子を得る。
【解決手段】 一定方向に回転する回転子を内部に配置し、内側に突出する複数の凸極が形成された略円筒形状の積層鋼板で構成された固定子鉄心１を有する固定子を備えた回転電機であって、固定子鉄心に積層方向に凹部を設け、該凹部を積層方向に嵌め合うことによりかしめ固着するものにおいて、かしめ部４は固定子鉄心の歯部２に設けられており、歯部かしめ部４の中心を、歯部の中央線５より回転子の回転方向８側にあり、かつ、歯部先端の反回転方向側から回転方向側のティース根元部まで引いた線６とで囲まれる部分７に存在させる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、圧縮機に用いられるモータ等の回転電機に関し、特に、小型高出力密度化および高効率化を図るようにした回転電機の固定子に関するものである。

内側に回転自在の回転子を設け、その外側に空隙をはさんで固定子を具備する回転電機では、固定子の鉄心が、回転子起磁力あるいは固定子巻線起磁力により発生する磁束により、固定子鉄心に発生する鉄損を低減する目的で軸方向に積層された電磁鋼板により構成されている。この積層鋼板を軸方向に固着するために、積層鋼板に面内方向にくぼみを設け、積層間でこれを嵌め合う（以下、かしめという）ことにより、固着されている。

また、回転子起磁力に永久磁石を用いた回転電機では、固定子の工作コスト低減などの目的で、周方向に分割された鉄心を用い、これを周方向につなぎ合わせるなどの工作方法が進歩している。このため、上記かしめを用いた固定子積層鉄心が広く用いられるようになっている。

しかし、上記かしめを用いた固定子積層鉄心については、かしめにより鉄心の磁化特性や鉄損特性が劣化し、かしめ部を通過する磁束による鉄損は大きくなることが知られている。また、かしめ部の磁化特性が劣化すると、かしめ部の周辺の磁束密度が高くなり、やはり鉄損が増加する（例えば、特許文献１参照）。

さらに、かしめ部では、積層鋼板の層間が短絡する恐れがあり、かしめ部内で２箇所以上の層間短絡が発生すれば、この部分に渦電流が発生し、損失が発生する。

特開２００１−２５８２２５号公報

上記のように、積層鉄心を積層方向に固定するためにかしめが必要となるが、かしめによる磁化特性、鉄損特性の劣化や、かしめ内の積層間の短絡導通により、損失が増加し、回転電機の効率が悪化するという問題点があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、積層方向の固定はかしめによって行うものの、従来から用いられているかしめ位置を変更することで、かしめによる損失の増加や効率の減少をできる限り小さくした回転電機の固定子を提供するものである。

この発明に係る回転電機の固定子においては、一定方向に回転する回転子を内部に配置し、内側に突出する複数の凸極が形成された略円筒形状の積層鋼板で構成された固定子鉄心を有する固定子を備えた回転電機であって、固定子鉄心に積層方向に凹部を設け、該凹部を積層方向に嵌め合うことによりかしめ固着するものにおいて、かしめ部は固定子鉄心の歯部に設けられており、歯部かしめ部の中心を、歯部の中央線より回転子の回転方向側にあり、かつ、歯部先端の反回転方向側から回転方向側のティース根元部まで引いた線とで囲まれる部分に存在させたものである。

この発明によれば、固定子鉄心のかしめにより鉄損特性が劣化する割合を低減し、高効率な回転電機を提供することができる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における回転電機の固定子の固定子鉄心歯部を示す模式図、図２はこの発明の実施の形態１における回転電機の固定子の固定子鉄心歯部の磁束分布を模式的に示す図である。
図１は、固定子鉄心１の１つの歯部２とコアバック部３を模式的に表したものである。
図示しないが、回転電機は、一定方向に回転する回転子を内部に配置し、内側に突出する複数の凸極が形成された略円筒形状の積層鋼板で構成された固定子鉄心を有する固定子を備えた回転電機であって、固定子鉄心に積層方向に凹部を設け、該凹部を積層方向に嵌め合うことによりかしめ固着するものである。ここで、歯部２のかしめ部４の中心位置は、歯部２の周方向の中央を貫く歯部中央線５より、回転子の回転方向８から見て、回転方向側にあり、かつ、歯部２先端の反回転方向側から回転方向側のティース根元角Ａまで引いた線６より内径側に存在する。なお、回転方向側のティース根元角Ａがなければ、歯部２先端の反回転方向側からティース根元部分まで引いた接線であっても良い。すなわち、図１に示される多角形ＡＢＣＤ内に歯部２のかしめ部４の中心が存在するものである。なお、Ｂは回転方向側の歯部２先端、Ｃは歯部中央線５上の歯部２先端、Ｄは歯部中央線５と線６との交点である。

多角形ＡＢＣＤ内に歯部２のかしめ部４の中心が存在するとき、鉄損が低減できる原理を図２に従って説明する。
回転電機が回転するためには、回転子が作る回転子Ｎ極と固定子が作る固定子Ｓ極が、回転子の回転方向８の方向にずれて存在している。これにより、回転子の回転子Ｎ極と固定子の固定子Ｓ極が磁気的に吸引し、回転力となる。よって、固定子が固定子Ｓ極を作る磁束１１は、図２中で示されるように固定子鉄心１の歯部中央線５と平行になる。

回転子の回転子Ｎ極が作る磁束は、空隙中を固定子Ｓ極に向けた方向２４に従って流れ、回転子Ｓ極へ、何らかの経路を通って結果的に２５、２６で示される方向に帰還する。すなわち、固定子鉄心１内では、反回転方向の歯部２に向けて流れる磁束２１、回転方向の歯部２に向けて流れる磁束２２および歯部２で漏れる磁束２３に分類される。

固定子鉄心１の歯部２では、固定子が作る磁束１１と、回転子が作る磁束２１、２２、２３との合計となる。ここで、固定子磁束１１と回転子磁束２１の合計を考えると、固定子歯部２の反回転方向側が増磁され、磁束密度が高くなることがわかる。固定子磁束１１と回転子磁束２２の合計を考えると、歯部２先端の反回転方向側から回転方向側のティース根元角まで引いた線（ティース根元角がなければティース根元部分まで引いた接線）６より外径側で増磁され、磁束密度が高くなることがわかる。固定子磁束１１と回転子磁束２３の合計を考えても、固定子鉄心１の歯部中央線５より反回転方向側で増磁され、逆に回転方向側で減磁されることがわかる。

かしめを設置すると、磁化特性および鉄損特性が悪化し、かつ、磁束密度が高ければ高いほど鉄損が大きくなるという特性を考慮すれば、かしめの位置は磁束密度が増磁により高くなる部分に設置することは望ましくないことと言える。よって、固定子磁束１１と回転子磁束２１、２２、２３による増磁が比較的少ない、図２中の斜線部分７（図１中の多角形ＡＢＣＤ内）に歯部２のかしめ部４を設置することが鉄損低減に非常に効果があることがわかる。

さらに、上記図１中の多角形ＡＢＣＤで囲まれる部分に、歯部２のかしめ部４を設けた場合、たとえかしめの側面が積層間で短絡していても、磁束密度が小さくなるためこの積層間短絡による渦電流は、多角形ＡＢＣＤ外で磁束密度が高い部分で発生するよりも相当小さくなるという効果もある。

実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２における回転電機の固定子の固定子鉄心歯部を示す模式図、図４はこの発明の実施の形態２における回転電機の固定子の固定子鉄心歯部の磁束分布を模式的に示す図である。
図３は、固定子鉄心１の１つの歯部２とコアバック部３を模式的に表したものである。ここで、コアバック部のかしめ部９の中心位置は、固定子歯部２の両側面の延長線１０の内側にあり、かつ実施の形態１の説明で使用した回転方向側のティース根元角Ａ点と固定子歯部２の中央線５との間の距離３２を半径とする１／４円の外側、および反回転方向側のティース根元角Ｅ点（Ａ点と対称位置にある点）と固定子歯部２の中央線５との間の距離３２を半径とする１／４円の外側にそれぞれ存在する。すなわち、図３中の斜線部３１内にコアバック部３のかしめ部９の中心が存在するものである。

図３中の斜線部３１内にコアバック部３のかしめ部９の中心が存在するとき、鉄損が低減できる原理を図４に従って説明する。
図２でも説明したように、回転電機を運転中には、固定子磁束と回転子磁束の合計が固定子鉄心に発生する。固定子が作る磁束が、固定子歯部２から固定子コアバック部３に向かって流れるとき、図中４１で示される方向に分流する。回転子が作る磁束は、図２でも示したように図中４２で示される方向に流れる。ただし、これは回転子の回転方向が図中８で示される方向のときである。逆方向に回転子が回転すると、回転子が作る磁束４２の左右が入れ替わる。

図４より、コアバック部３で磁束密度が小さくなる部分は、図３中の斜線部３１の範囲内であることが容易に推定できる。よって、この斜線部分３１にコアバック部３のかしめ９の中心を設置すると、かしめによる鉄損の増加が抑制され、高効率な回転電機を提供することができる。

実施の形態３．
固定子鉄心を工作性向上などのために、固定子の１周を一体鉄心で工作するのではなく、複数個の分割鉄心により構成する回転電機の固定子の場合、それぞれの分割された鉄心を固着するために、歯部及びコアバック部にかしめを多く用いる必要がある。このため、かしめによる鉄損の増加、効率の低下が一層顕著となる。
図５はこの発明の実施の形態３における回転電機の固定子の分割固定子鉄心を示す模式図である。

図５による回転電機の各分割固定子鉄心１は、固定子歯部２のかしめ部４が上記実施の形態１と同様に設置されたものであり、またコアバック部３のかしめ部９が上記実施の形態２と同様に設置されたものである。なお、それぞれの歯部は、コアバック部３を例えばスロット底から鉄心外径へのライン５０によって分割することで、分離されている。

この分割固定子鉄心は、もちろんごく一部がつながっているうす肉連結形状でも同様である。

また、回転電機ではなくリニアモータであっても同様の効果を奏する。

この発明の実施の形態１における回転電機の固定子の固定子鉄心歯部を示す模式図である。 この発明の実施の形態１における回転電機の固定子の固定子鉄心歯部の磁束分布を模式的に示す図である。 この発明の実施の形態２における回転電機の固定子の固定子鉄心歯部を示す模式図である。 この発明の実施の形態２における回転電機の固定子の固定子鉄心歯部の磁束分布を模式的に示す図である。 この発明の実施の形態３における回転電機の固定子の分割固定子鉄心を示す模式図である。

符号の説明

１ 固定子鉄心
２ 固定子歯部
３ 固定子コアバック部
４ 歯部かしめ部
５ 歯部中央線
６ 線又は接線
７、３１ 斜線部分
８ 回転方向
９ コアバック部かしめ部

Claims (3)

1. 一定方向に回転する回転子を内部に配置し、内側に突出する複数の凸極が形成された略円筒形状の積層鋼板で構成された固定子鉄心を有する固定子を備えた回転電機であって、前記固定子鉄心に積層方向に凹部を設け、該凹部を積層方向に嵌め合うことによりかしめ固着する固定子において、
   前記かしめ部は前記固定子鉄心の歯部に設けられており、前記歯部かしめ部の中心を、前記歯部の中央線より前記回転子の回転方向側にあり、かつ、歯部先端の反回転方向側から回転方向側のティース根元部まで引いた線とで囲まれる部分に存在させたことを特徴とする回転電機の固定子。
2. 回転子を内部に配置し、内側に突出する複数の凸極が形成された略円筒形状の積層鋼板で構成された固定子鉄心を有する固定子を備えた回転電機であって、前記固定子鉄心に積層方向に凹部を設け、該凹部を積層方向に嵌め合うことによりかしめ固着する固定子において、
   前記かしめ部は前記固定子鉄心のコアバック部に設けられており、前記コアバック部かしめ部の中心を、固定子歯部の両側面の延長線の内側にあり、かつ、回転方向側のティース根元部と固定子歯部の中央線との間の距離を半径とする円の外側部分、および反回転方向側のティース根元部と固定子歯部の中央線との間の距離を半径とする円の外側部分にそれぞれ存在させたことを特徴とする回転電機の固定子。
3. 固定子鉄心が、分割固定子鉄心であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の回転電機の固定子。
   

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