JP2013066305A - アウターローター型回転電機およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ステータコア（固定子）に的確に引張応力を付与して、安価で、鉄損の低減効果を得ることができるアウターローター型回転電機およびその製造方法を提供する。
【解決手段】電磁鋼板を積層して構成されたステータコアと、前記ステータコアを取り付ける固定部材と、前記ステータコアと所定の空隙をもってその外側に同心的に配置されたローターと、を備えたアウターローター型回転電機において、前記ステータコアを前記固定部材に取り付けた状態において、前記ステータコアを構成する電磁鋼板に引張力を付与する
【選択図】 図１

Description

本発明は、固定子とその外側で回転する回転子を備えたいわゆるアウターローター型回転電機に関し、特にその固定子の鉄損を低減するアウターローター型回転電機およびその製造方法に関する。

回転電機は、電気エネルギーを回転力に変換し、あるいは回転力を電気エネルギーに変換するものであるが、近年、エネルギーの効率利用の観点からこの変換効率を効果的に向上させることが望まれている。ここで、このような回転電機の効率は各種の要因に影響されるが、その固定子で発生する損失である鉄損は比較的大きな割合を占める。そして、この固定子で発生する鉄損を低減させるため、固定子に使用する材料に鉄損のより少ない特殊な電磁鋼板を用いるのが一般的であった。例えば、ＪＩＳＣ２５５５で規定される鉄芯用の５０Ａ１０００の電磁鋼板に替えて、５０Ａ４００等の５０Ａ１０００より鉄損の少ない電磁鋼板を用いることにより回転機自身の鉄損を低減することができる。しかし、鉄損の少ない電磁鋼板は一般に価格が高く、これを使用する回転機の価格が高くなる問題があった。

ところで、電磁鋼板に圧縮応力が働くと鉄損が増加するが、反対に引張応力が働くと鉄損が低減することが非特許文献1等により知られている。そして、この電磁鋼板の特性を利用するものとして、例えば特許文献１には、ステータコア（固定子）のヨーク部の外周部と内周部との温度差が１０〜３００℃となるようにヨーク部の外周部または内周部を加熱した後に冷却することにより、磁束の通る方向に所定の引張応力を付与して優れた磁気特性が得られるようにしたステータコアおよびその製造方法が開示されている。これによれば、高価な特殊電磁鋼板を用いないで固定子の鉄損を低減することができる。
また、特許文献２には、従来のアウターローター型回転電機である磁石発電機の構造が開示されている。この特許文献２に記載される発電機は、ステータコアが電磁鋼板を積層して構成され、このステータコアが、その電磁鋼板の積層方向に圧縮されるようにボルトで締め付けられて、エンジンステー（取付部材）に取り付けられている。このため、このステータコアを構成する電磁鋼板には、ボルトの締め付けによる圧縮力が働いている。

新日鉄技報第３７８号２００３ ５３頁、図１０ 特開２００３−３１９６１８号公報 特開２０１０−２２０８９号公報

ところで、特許文献１に記載されたステータコアの製造方法においては、電磁鋼板を積層して成るステータコアを熱処理することで、その磁気特性を改善するものであるが、例えば、そのヨーク部の外周部または内周部を加熱する際に、それらの加熱状態にばらつきが生じると、それを構成する電磁鋼板に与えられる引張応力にばらつきが生じ、これに起因して磁気特性の改善特性が損なわれる場合が生じる虞があった。また、ステータコアの両端部に位置する電磁鋼板に反りが生じやすく、そのひずみによりステータコアの磁気特性が悪化することがあるという問題があった。すなわち、その引張応力の発生にばらつきが生じやすく磁気特性が安定し難い問題があった。
また、特許文献２に記載されたステータコアの取り付け方法においては、それを構成する電磁鋼板に圧縮応力が生じることにより、鉄損が増加する虞があった。

本発明は、このような問題に対応するため、複数枚の電磁鋼板が積層されてなる固定子に的確に引張応力が付与されるようにして、安価で鉄損の低減効果を得ることができるアウターローター型回転電機、およびその製造方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、電磁鋼板を積層して構成されたステータコアと、前記ステータコアを取り付ける固定部材と、前記ステータコアと所定の空隙をもってその外側に同心的に配置されたローターと、を備えたアウターローター型回転電機において、前記ステータコアを前記固定部材に取り付けた状態において、前記ステータコアを構成する電磁鋼板に引張力を付与するものである。
これによれば、前記ステータコアを構成する電磁鋼鈑を引っ張ることで、前記電磁鋼板に引張応力を生じさせることができる。

また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載のアウターローター型回転電機において、前記固定部材は前記ステータコアに挿通される取付部を有し、前記ステータコアは前記取付部を挿通する取付穴を有し、前記ステータコアの取付穴に前記固定部材の取付部を挿通して前記ステータコアを前記固定部材に取り付けるものであって、前記ステータコアの取付穴の内周部と前記固定部材の取付部の外周部の間に隙間を設け、前記隙間に接着剤を塗布して前記ステータコアを前記固定部材に接着して固定するものである。
これによれば、前記隙間に塗布した接着剤が硬化するとともに縮むから、前記ステータコアの取付穴の内周部をその内側に向けて引っ張ることができる。
また、請求項３に係る発明は、請求項２に記載のアウターローター型回転電機において、前記ステータコアを前記固定部材に取り付けるとき、前記ステータコアの取付穴の内周部と前記固定部材の取付部の外周部の対向位置における前記ステータコアの取付穴の内径寸法と前記固定部材の取付部の外径寸法との差を０．１ｍｍ以上とするものである。
これによれば、前記ステータコアの取付穴の内周部と前記固定部材の取付部の外周部との間に適宜な隙間を設け、その隙間に接着剤を隙間なく塗布することができる。すなわち、これにより前記ステータコアの取付穴の内周をばらつき無く内側に引っ張ることができる。

また、請求項４に係る発明は、請求項２または請求項３に記載のアウターローター型回転電機において、前記固定部材の材質に前記ステータコアより熱膨張率の小さい材料を使用するものである。
これによれば、前記アウターローター型回転電機の運転時の発熱により、前記ステータコアが前記固定部材より大きく膨張して外側に広がるから、前記ステータコアの取付穴の内周を内側に引っ張る力を生じさせることができる。
また、請求項５に係る発明は、請求項２ないし請求項４の何れかに記載のアウターローター型回転電機の製造方法において、前記固定部材に前記ステータコアを取り付けるとき、前記固定部材より前記ステータコアの温度が低くなるように温度差を保持した状態で、前記固定部材に前記ステータコアを接着して固定するものである。
これによれば、製造時に前記固定部材より前記ステータコアの温度が低くなるようにして、前記ステータコアを前記固定部材に取り付けるので、これらの温度が同じになったときに、前記ステータコアに比較して前記固定部材の方が縮む事象が生じる。これにより、結果的に前記ステータコアの取付穴の内周を内側に引っ張る力を生じさせることができる。

以上説明したように請求項１に係る発明によれば、ステータコアを構成する電磁鋼鈑を引っ張ることで、その電磁鋼板に引張応力を生じさせ、その鉄損を低減することができる。
また、請求項２ないし請求項５の何れかに係る発明によれば、ステータコアの取付穴の内周をその内側に的確に引っ張ることにより、それを構成する電磁鋼板に引張応力を生じさせ、その鉄損を低減することができる。すなわち、これらにより、安価でステータコアに発生する鉄損の低減効果を得ることができるアウターローター型回転電機およびその製造方法を提供することができる。また、このように構成することで、高価な特殊電磁鋼板を用いずに、その鉄損を低減することができるコストの安いアウターローター型回転電機を提供することができる。

本発明を適用する実施形態に係るアウターローター型回転電機を示す側面断面図である。

以下、この発明を適用するアウターローター型回転電機の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明を適用する実施形態に係るアウターローター型回転電機１を示す側面断面図である。図に示すように、このアウターローター型回転電機１は、ステータコア（固定子）５と、ステータコア５の周りを所定の空隙１１を介して回転するローター（回転子）８とによって構成される回転電機である。このようなアウターローター型回転電機１は、例えば各種機器の発電機等として用いられる。
このアウターローター型回転電機１は、回転軸１０と、その回転軸１０の外側にそれと同心的に設けられるステータコア固定部材（固定部材）３と、そのステータコア固定部材３の内方に嵌め込まれ、それに挿通される回転軸１０を回転自在に保持する２つの軸受１２，１３と、回転軸１０とステータコア固定部材３の間の隙間を外側から塞ぐように、ステータコア固定部材３の両側にボルト２１，２２によってそれぞれ装着されるカバー部材１５，１６等を備えている。また、このステータコア固定部材３は、略円筒状に形成され、その外周の段付部にステータコア５が接着剤１９を介して固定される取付部３ａが形成されている。なお、このステータコア固定部材３は、例えば各種機器の台座等に取り付けられて、このアウターローター型回転電機１をそれらに取り付け、固定するものである。

ステータコア５は、電磁鋼板６をステータコア固定部材３の長手方向に積層して形成され、その中央にステータコア固定部材３の取付部３ａが挿入される取付穴５ａが設けられている。このステータコア５を形成する電磁鋼板６は、その中央にステータコア５の取付穴５ａを成す貫通穴６ａが設けられ、その貫通穴６ａの周囲には（詳細な形状の図示は省くが）円環状のヨーク部６ｂが設けられ、さらにそのヨーク部６ａの回りに放射状に突出する複数のティース部６ｃが形成されている。そして、その各々のティース部６ｃが積層される各部位には、コイル７が順次巻装されている。
また、回転軸１０の一方端には、ローター８を装着するローターボス９が取り付けられている。このローターボス９は、回転軸１０を嵌め込む円筒部９ａと、円筒部９ａの周囲に円盤状に設けられてローター８を装着するフランジ部９ｂを備えている。また、円筒部９ａには、回転軸１０に設けられるキー２５が嵌め込まれるキー溝（図示なし）が形成され、キー２５によってローターボス９が回転軸１０と一体に回転するように構成されている。また、フランジ部９ｂの周囲には、ローター８を嵌め込んで同心的に装着するための段付部９ｃと、ローター８をローターボス９に締結する複数のボルト２３用のネジ穴９ｄが設けられている。

ローター８は、有底円筒状に形成され、その円筒部８ａの内周には複数の磁極が着磁されたマグネット２７が、円周方向に等間隔に並べられて固定されている。また、ローター８の底面部８ｂの中央には、ローターボス９が嵌め込まれる装着穴８ｃが形成され、その装着穴８ｃの周囲には、ローター８をローターボス９に締結するボルト２３が挿入される締結穴８ｄが複数箇所に形成されている。
このように構成されるアウターローター型回転電機１において、例えば、回転軸１０が回転することにより、その回転軸１０とローターボス９を介して一体に回転するローター８がステータコア５の回りを回転し、ステータコア５に巻装されたコイル７に誘導起電力が発生する。そして、コイル７に生じた誘導起電力は、図示しない各種機器のバッテリーや電気機器等に供給される。

ところで、このアウターローター型回転電機１はステータコア５の取付穴５ａ内周とステータコア固定部材３の取付部３ａ外周の間に隙間１７を設け、この隙間１７に接着剤１９を塗布している。接着剤１９は硬化すると体積が縮小するため、この隙間１７に塗布された接着剤１９が硬化するとステータコア５の取付穴５ａ内周はその内側に、ステータコア固定歩材３の取付部３ａ外周は外側に引っ張られる。ここで、このステータコア５は電磁鋼板６をステータコア固定部材３の長手方向に積層して構成されているので、ステータコア５の取付穴５ａ内周が内側に引っ張られるとそれを構成する電磁鋼板６に引張応力が働く。そして、この電磁鋼板６は引張応力がはたらくと鉄損が低減する特性を有するので、このように構成されるアウターローター型回転電機１は、的確に鉄損を低減することができる。また、このような構成により、特別に高価な特殊電磁鋼板を用いなくてもステータコア５の鉄損を低減することができるから、アウターローター型回転電機１のコストを安くすることができる。

さらに、ステータコア５をステータコア固定部材３に装着する場合において、ステータコア５の取付穴５ａの内径寸法とステータコア固定部材３の取付部３ａの外径寸法の径方向の対向位置における寸法差を０．１ｍｍ以上とすることにより、ステータコア５の取付穴５ａの内周とステータコア固定部材３の取付部３ａ外周の間に適宜な隙間１７を形成し、その隙間１７に接着剤１９を隙間なく確実に塗布することができる。これにより、ステータコア５の取付穴５ａ内周に生じる引張応力のばらつきを少なくして的確に鉄損を低減することができる回転電機１を提供することができる。なお、ステータコア５の取付穴５ａの内周とステータコア固定部材３の取付部３ａ外周の隙間１７に接着剤１９が確実に塗布されないと、周方向に接着剤１９のある場所と無い場所が生じ、また接着剤１９のある場所と無い場所の比率が製品（個体）毎に異なる状況が生じるため、ステータコア５の取付穴５ａ内周部に生じる引張応力が製品毎にばらつきを生じてしまう。そのため、回転電機１の鉄損そのものは低減するが、その特性が製品毎にばらつく問題が生じる。
また、本発明を適用する実施形態に係るアウターローター型回転電機１において、ステータコア固定部材３の材質にステータコア５より熱膨張率の小さい材料を用いることが望ましい。これによれば、アウターローター型回転電機１の運転時の発熱により、ステータコア５がステータコア固定部材３より大きく膨張して外側に広がるから、これによりステータコア５の取付穴５ａ内周を内側に引っ張る力が生じ、ステータコア５を構成する電磁鋼板６に引張応力を付与しその鉄損を的確に低減することができる。

また、本発明を適用する実施形態に係るアウターローター型回転電機１の製造方法において、ステータコア固定部材３よりステータコア５の温度が低くなるように温度差を保持した状態で、ステータコア固定部材３にステータコア５を接着して固定することが望ましい。これによれば、製造時にステータコア固定部材３よりステータコア５の温度が低くなるようにしてこれらを組み付けるので、これらの温度が同じになったときに、ステータコア５に比較してステータコア固定部材３の方が縮む事象が生じる。これにより、結果的にステータコア５の取付穴５ａ内周を内側に引っ張る力が生じるから、ステータコア５を構成する電磁鋼板６の鉄損を的確に低減することができる。
また、本発明を適用する実施形態に係るアウターローター型回転電機１は、このような構成により高価な特殊電磁鋼板を用いずにその鉄損を低減することができるから、コストの安いアウターローター型回転電機１を提供することができる。
以上のように、本発明を適用する実施形態に係るアウターローター型回転電機１およびその製造方法によれば、ステータコア５の取付穴５ａ内周をその内側に的確に引っ張ることにより、それを構成する電磁鋼板６に引張応力を生じさせ、その鉄損を低減することができるから、安価でステータコア５に発生する鉄損の低減効果を得ることができるアウターローター型回転電機１およびその製造方法を提供することができる。

なお、本発明は、言うまでもなく本実施の形態に示す回転電機１にのみ限定されず、その趣旨の包含する範囲で応用変更が可能である。例えば、複数の電磁鋼板６を積層して構成されるステータコア５、およびこれを装着するステータコア固定歩材３、ローター８等の配置構成、形状等は、個々のアウターローター型回転電機１の仕様等に応じて適宜に設定され、本実施の形態に限定されるものではない。

１ アウターローター型回転電機
３ ステータコア固定部材（固定部材）
３ａ 取付部
５ ステータコア（固定子）
５ａ 取付穴
６ 電磁鋼板
８ ローター（回転子）
１０ 回転軸
１１ 空隙
１７ 隙間
１９ 接着剤
２７ マグネット

Claims (5)

1. 電磁鋼板を積層して構成されたステータコアと、前記ステータコアを取り付ける固定部材と、前記ステータコアと所定の空隙をもってその外側に同心的に配置されたローターと、を備えたアウターローター型回転電機において、前記ステータコアを前記固定部材に取り付けた状態において、前記ステータコアを構成する電磁鋼板に引張力を付与することを特徴とするアウターローター型回転電機。
2. 前記固定部材は前記ステータコアに挿通される取付部を有し、前記ステータコアは前記取付部を挿通する取付穴を有し、前記ステータコアの取付穴に前記固定部材の取付部を挿通して前記ステータコアを前記固定部材に取り付けるものであって、前記ステータコアの取付穴の内周部と前記固定部材の取付部の外周部の間に隙間を設け、前記隙間に接着剤を塗布して前記ステータコアを前記固定部材に接着して固定することを特徴とする請求項１に記載のアウターローター型回転電機。
3. 前記ステータコアを前記固定部材に取り付けるとき、前記ステータコアの取付穴の内周部と前記固定部材の取付部の外周部の対向位置における前記ステータコアの取付穴の内径寸法と前記固定部材の取付部の外径寸法との差を０．１ｍｍ以上とすることを特徴とする請求項２に記載のアウターローター型回転電機。
4. 前記固定部材の材質に前記ステータコアより熱膨張率の小さい材料を使用することを特徴とする請求項２または請求項３に記載のアウターローター型回転電機。
5. 前記固定部材に前記ステータコアを取り付けるとき、前記固定部材より前記ステータコアの温度が低くなるように温度差を保持した状態で、前記固定部材に前記ステータコアを接着して固定することを特徴とする請求項２ないし請求項４の何れかに記載のアウターローター型回転電機の製造方法。