JP4042623B2 - Split core type stator - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、分割コア型ステータに関する。特にステータの機械的強度を向上するための構成に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の分割コア型ステータとして、V字形切欠部の有無により2種類以上の異形状に切断された鉄心個片を交互又は順に積層して左右の端部を櫛歯形状にしたものが知られている。これは、一片の積層鉄心片の右端部の櫛歯形状と、他片の積層鉄心片の左端部の櫛歯形状とを嵌合させて積層鉄心片相互間の磁路を形成しながら、所定数の該積層鉄心片を順に嵌合させて環状磁路を形成している。櫛歯形状の嵌合部に於いては、固定子鉄心の内径側及び外径側のV字形切欠部の無い鉄心個片を積層方向から加圧切曲げして、嵌合部のV字形切欠部の有る鉄心個片をカシメ固着し、積層鉄心片相互間の磁路を形成している(例えば、特許文献1、参照。)。
【0003】
または、分割コアのヨークの突合わせ部付近に積層電磁鋼板の積み厚方向に貫通した穴を設け、その穴にボルトを通して分割コア型ステータを組み立てて、ステータ全体を円筒状部材内部に焼嵌めたあと、ボルトを取り去る組み立て方法が提案されている(例えば、特許文献2、参照。)。
【0004】
【特許文献1】
特開平11−187593号公報
【特許文献2】
特開2002−291182号公報
【0005】
【発明が解決しようとしている問題点】
しかしながら、特開平11−187593号公報においては、異形状のコアが必要になり、かつ、それらを所定の枚数毎に積層しなければならないので工程が煩雑となりコスト高を招く恐れがある。また、鋼板の板圧のバラツキや鋼板の打ち抜き端面に生じたバリなどにより凹凸がうまく組み合わせられず、ステータ全体の組み立てに支障をきたす恐れがある。また、カシメによって、ステータ全体の形状を保持するために、ステータ内周面の真円度が得られにくいという問題点があった。
【0006】
また、特開2002−291182号公報においては、分割コア型ステータを円筒状部材内部に焼嵌める際の、コアヨーク突合わせ部の変形や、めくれ上がりを抑え、ステータ全体の変形や分割コアのガタ落ちを防止している。しかしながら、ボルト穴を設けることによってヨーク部の磁路断面積が狭くなり、磁気飽和が生じて電動機性能が低下するという問題点があった。
【0007】
そこで、本発明は上記の問題を鑑みて、組み立てやすく、また性能の低下を招くことの少ない分割コア型ステータを提供することを目的とする。
【0008】
【問題点を解決するための手段】
本発明は、分割コア型ステータを、ティース毎に分割した分割コアプレートを積層してなる分割コアを、直接ケース内部に、または、薄肉円筒部材の内部に、周方向に予圧縮状態で固定することにより構成する。このような分割コア型ステータにおいて、前記分割コアのヨーク部の、前記ティースから周方向に張り出した翼状部分の長さをLとすると、前記翼状部分端部からL/5近傍の位置で、積層方向に隣り合う前記分割コアプレートを一体化する。
【0009】
【作用及び効果】
このように、翼状部分端部からL/5近傍の位置で、積層方向に隣り合う分割コアプレートを一体化する。これにより、翼状部分の周方向の応力に対する剛性を向上することができる。その結果、組み立てやすく、また性能の低下を招くことの少ない、分割コア型ステータを提供することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
第1の実施形態について説明する。電動機、発電機等の回転電機に用いるステータ1の概略を図1に示す。図1(a)には、ステータ1をケース10に収納した時の断面を、図1(b)には、ステータ1のみの斜視図を示す。なお、ここではステータコイルは省略する。
【0011】
ステータ1を、分割コア2を周方向に均等に配置することにより構成する。ここでは、薄板鋼板により略T字形状に構成した分割コアプレート2aを複数積層することにより分割コア2を構成する。このような分割コア2を周方向に均等に配置して、環状構造を形成することによりステータ1を構成する。
【0012】
このようなステータ1を、直接ケース10に焼嵌め等の予圧縮状態で固定し、さらにこの内側に図示しないロータを回転空隙を介して配置することにより回転電機を構成する。または薄肉円筒状部材等に焼嵌めすることにより固定し、これをケースに収納してもよい。
【0013】
次に、分割コアプレート2aの構成を、図2を用いて説明する。
【0014】
分割コアプレート2aを、ヨーク部3とティース部4とから構成する。ティース部4は、ステータ1を組み立てた際の半径方向に突出する部分である。ここでは、ティース部4を内周方向に突出するように形成する。分割コアプレート2aを複数積層した際に、このティース部4に図示しないステータコイルを巻装することによりステータコイルを構成する。
【0015】
これに対してヨーク部3は、周方向に分割コア2を並べてステータ1を組み立てた際に環状となる部分とする。ヨーク部3は、ティース部4に対して周方向に突出した翼状部5を有する。ここでは、ティース部4の両側に、略周方向に沿って長さLの翼状部5を構成する。
【0016】
このような分割コアプレート2aを積層し、ケース10に焼嵌め等により固定する際には、分割コアプレート2a内に周方向の応力が生じる。また、分割コアプレート2aの寸法誤差等により周方向の応力に分布が生じる。このとき周方向にかかる圧力が過剰に大きいと、ステータ1全体の変形や、分割コア2のガタ落ちが生じる可能性がある。
【0017】
そこで、分割コアプレート2aの翼状部5の周方向端部5aからかかる圧力に対する剛性を向上するために、翼状部5に積層方向の位置を固定する固定部6を形成する。分割コアプレート2aを積層し、固定部6において積層方向に隣り合う分割コアプレート2a同士を接合する。
【0018】
ここでは、この固定部6において、ダボカシメによって分割コアプレート2aを積層方向に一体化する。または、固定部6を、溶接によって積層方向に一体化する。これにより、特にコスト上昇を招くことなく、製造することができる。ただし、一体化工法は、これらに限定されるものではない。
【0019】
次に、このような固定部6の形成位置について説明する。なお、ここでは翼状部5の長さをLとする。つまり、ティース部4に対してヨーク部3が周方向に突出している長さを、それぞれLとする。
【0020】
まず、薄板の一端を固定して他端に圧力Pを作用させた場合について、図3を用いて説明する。これは、固定部6を持たない従来のステータに相当する。なお、図3における変形は、長さLに対して過大に示している。
【0021】
薄板に起こり得る変形量bは、加圧Pを作用させた端部の変形量をδ(≪L)とすると、(1)式で示される。
【0022】
【式1】
ここで、xは固定端からの距離を示している。
【0023】
なお、図3(a)に示すような変形を為す場合にはn=0となる。図3(b)に示すような変形を為す場合にはn=1となる。図3(c)のような変形を為す場合にはn=2となる。
【0024】
それぞれの座屈が生じない限界の圧力(座屈限界圧力)をPcは、以下の式に示される。
【0025】
【式2】
Eは薄板のヤング率、Iは断面二次モーメントを示す。
【0026】
ここで、座屈限界圧力Pcの最も小さい変形が生じるので、固定部6を有さない従来のステータにおいては、n=0となる。そこで、従来の分割コアプレートにおいては、座屈限界圧力Pc0は以下のようになる。
【0027】
【式3】
一方、本実施形態では、翼状部5は固定部6において積層方向の変形が0(b=0)となる。ここで、固定部6で分断された二つの翼状部5A、5Bは、互いに独立して変形する。
【0028】
そこで、翼状部5の付け根部5aから固定部6までの間(以下、翼状部5A)は、変形量が0となる部分が二箇所あるので、図3(c)に示したn=2の変形モードの一部となる。図3(c)に示すように、変形が0となる位置の間の距離は全体の長さの4/5の位置にあたる。よって、翼状部5Aにおける変形はn=2の変形モード全体の4/5にあたる。一方、固定部6から翼状部5の端部5bまでの間(以下、翼状部5B)は、図3(a)に示したn=0の変形モードとなる。
【0029】
ここで、固定部6を翼状部5の付け根部5aからの距離がxの位置に形成すると座屈限界圧力Pcは以下のようになる。
【0030】
まず、翼状部5Aの座屈限界圧力Pc2Aについて説明する。このときの翼状部5Aの長さはxである。よって翼状部5Aの変形は、全体の長さが5/4xでありn=2の変形モードにおける一部と考えられる。よって、座屈限界圧力Pc2Aは次式で示される。
【0031】
【式4】
一方、翼状部5Bの長さは、(L−x)である。よって、翼状部5Bの変形は全体の長さが(L−x)でありn=0の変形モードであると考えられる。よって、座屈限界圧力Pc0Bは、次式で示される。
【0032】
【式5】
以上より、翼状部5全体の変形は固定部6の位置に応じて以下のようになる。
【0033】
固定部6が0<x<4/5Lの位置に形成された場合には、端部5bから加えられる圧力が座屈限界圧力Pcを超した時点で図4(a)に示すような変形を生じる。このときの、座屈限界圧力Pcは(5)式に従う。一方、固定部6がx=4/5Lの位置に形成された場合には、端部5bから加えられる圧力が座屈限界圧力Pcを超した時点で図4(b)に示すような変形を生じる。このときの座屈限界圧力Pcは、25×EIπ2/4L2となる。固定部6が4/5L<x<Lの位置に形成された場合には、端部5bから加えられる圧力が座屈限界圧力Pcを超えた時点で図4(c)に示すような変形を生じる。このときの座屈限界圧力Pcは(4)式に従う。
【0034】
その結果、翼状部5全体の座屈限界圧力Pcは図5に示すようになる。ここで、強度比は、従来のステータの座屈限界圧力Pc0((3)式)に対する、本実施形態の座屈限界圧力Pcの比を示している。このように、翼状部5に固定部6を形成することで、従来のステータより座屈限界圧力Pcを大きく設定することができる。特に、付け根部5aから固定部6までの長さが翼状部5全体の4/5近傍となるように固定部6を構成する。言い換えれば、端部5bからの長さがL/5近傍となる位置に固定部6を構成する。これにより、最も大きな座屈限界圧力Pcを設定することができ、ステータ1を組み立てる際に生じる周方向の圧力に対する剛性を向上することができる。なお、このときの強度比は25となる。
【0035】
次に、本実施形態の効果について説明する。
【0036】
ステータ1をティース部4毎に分割した分割コアプレート2aを積層してなる分割コア2を、直接ケース10内部に、または、薄肉円筒部材の内部に、周方向に予圧縮状態で固定することにより構成する。このようなステータ1において、分割コア2のヨーク部3の、ティース4から周方向に張り出した翼状部5の長さをLとすると、翼状部5の端部5bからL/5近傍の位置で、積層方向に隣り合う分割コアプレート2aを一体化する。これにより、翼状部5の剛性が上がり、焼嵌め等の固定の際に、翼状部5の変形やそれにより分割コア2のガタ落ちが生じるのを避けることができる。その結果、コスト高を招くことなく、組み立てやすく、また性能の低下を招くことの少ない、ステータ1を提供することができる。
【0037】
また、分割コアプレート2aをダボカシメにより積層方向に一体化する。または、分割コアプレート2aを溶接により積層方向に一体化する。これにより、通常の抜き打ち、積層行程を利用して分割コア2を製造できるため、コスト高を招くことがない。
【0038】
次に、第2の実施形態について説明する。ここで用いる分割コアプレート2aの構成を図6に示す。以下、第1の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【0039】
ここでは、翼状部5の付け根部5aにおいて、積層方向に隣接した分割コアプレート2a同士を接合する。つまり、分割コア2には二つの固定部6a、6bを備える。固定部6aを、第1の実施形態と同様に、翼状部5の端部5bからの距離がL/5近傍の位置に構成する。一方、固定部6bを、翼状部5の付け根部5aに構成する。
【0040】
なお、この固定部6a、6bは、ダボカシメによって積層方向に一体化する。または、固定部6a、6bを、溶接によって積層方向に一体化する。これによりコストを抑えて分割コア型のステータ1を設計・製作することができる。ただし、一体化工法はこれらに限定するものではない。
【0041】
このように、付け根部5aを積層方向に一体化して分割コア2を構成する。これにより、翼状部5に変形が生じた場合に、応力が集中し易い部分の剛性を向上することができる。また、付け根部5aを固定することで、第1の実施形態で検討した座屈限界圧力Pcを確実に設定することができ、分割コアプレート2aの剛性を向上することができる。
【0042】
次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第1の実施形態とは異なる効果のみを説明する。
【0043】
翼状部5の端部5bからL/5近傍の位置に加え、翼状部5の付け根部5aにおいても、積層方向に隣り合う分割コアプレート2aを一体化する。これにより、剛性を確実に保持することができ、焼嵌め等により固定する際、翼状部5の変形による分割コア2のガタ落ちを生じる事のないステータ1を構成することができる。
【0044】
次に、第3の実施形態について説明する。以下、第2の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【0045】
第2の実施形態と同様に、固定部6a、6bを備える。ここでは固定部6a、6bを溶接にて積層方向に一体化する。この際に、溶接部分をステータ1の外周近傍とする。つまり、固定部6aを、翼状部5の端部5bからの距離がL/5の位置のステータ1外周近傍に構成する。固定部6bを、付け根部5aにおけるステータ1の外周近傍に構成する。つまり、ケース10の近傍に固定部6a、6bを形成する。
【0046】
次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第2の実施形態と異なる効果のみを説明する。
【0047】
分割コアプレート2aを、ステータ1の外周近傍を溶接することにより積層方向に一体化する。これにより、溶接部となる固定部6a、6bとケース10との間に電流ループが形成されないので、回転電機の効率を悪化させるのを防ぐことができる。また、薄肉円筒部材を用いた場合にも同様の効果が得られる。
【0048】
なお、ここでは焼嵌めによりステータ1をケース等に収納する場合の効果について説明したが、この限りでない。構成時に、分割コア2に周方向に加圧し、予圧縮の状態で分割コア2を固定する場合には、上記実施形態と同様の構成とすることで分割コアプレート2aの剛性を向上することができる。
【0049】
このように、本発明は、上記実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術思想の範囲内で様々な変更を為し得ることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態におけるステータの概略構成図である。
【図2】第1の実施形態に用いる分割コアの概略構成図である。
【図3】従来のステータに用いた分割コアの変形状態を示す図である。
【図4】第1の実施形態に用いた分割コアの変形状態を示す図である。
【図5】第1の実施形態における固定部形成位置に応じた強度比を示す図である。
【図6】第2の実施形態に用いる分割コアの概略構成図である。
【図7】第2の実施形態に用いる分割コアの概略構成図である。
【符号の説明】
1 ステータ(分割コア型ステータ)
2 分割コア
2a 分割コアプレート
3 ヨーク部
4 ティース部(ティース)
5 翼状部(翼状部分)
5a 付け根部
5b 端部
6 固定部(分割コアプレートを一体化する位置)
10 ケース(ケースまたは薄肉円筒部材)[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a split core type stator. In particular, the present invention relates to a configuration for improving the mechanical strength of the stator.
[0002]
[Prior art]
As a conventional split core type stator, there are known ones in which two or more kinds of core pieces cut into different shapes depending on the presence or absence of a V-shaped notch are alternately or sequentially stacked and the left and right ends are comb-shaped. Yes. This is because a comb tooth shape at the right end of one laminated core piece and a comb tooth shape at the left end of the other laminated core piece are fitted to form a magnetic path between the laminated core pieces. A number of the laminated core pieces are sequentially fitted to form an annular magnetic path. In the comb-shaped fitting part, the core pieces without the V-shaped notch on the inner diameter side and outer diameter side of the stator core are pressed and bent from the stacking direction to form the V-shaped notch part of the fitting part. The iron core pieces having the above are caulked and fixed to form a magnetic path between the laminated core pieces (see, for example, Patent Document 1).
[0003]
Alternatively, a hole penetrating in the stacking direction of the laminated electromagnetic steel sheets is provided near the butting portion of the yoke of the split core, and the split core type stator is assembled through the bolt through the hole, and the entire stator is shrink-fitted inside the cylindrical member. Further, an assembling method for removing the bolt has been proposed (see, for example, Patent Document 2).
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-11-187593 [Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-291182
[Problems to be solved by the invention]
However, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-187593, irregularly shaped cores are required, and these must be laminated every predetermined number of times, so that the process becomes complicated and the cost may increase. Further, unevenness cannot be combined well due to variations in the plate pressure of the steel plate or burrs generated on the punched end surface of the steel plate, which may hinder the assembly of the entire stator. Further, since the entire shape of the stator is held by caulking, there is a problem that it is difficult to obtain the roundness of the inner peripheral surface of the stator.
[0006]
Further, in Japanese Patent Laid-Open No. 2002-291182, when the split core type stator is shrink-fitted into the cylindrical member, the deformation of the core yoke butting portion is suppressed, and the entire stator is deformed or the split core is loose. It is preventing. However, the provision of the bolt holes has a problem that the magnetic path cross-sectional area of the yoke portion is narrowed, magnetic saturation occurs, and the motor performance decreases.
[0007]
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a split core type stator that is easy to assemble and that causes little deterioration in performance.
[0008]
[Means for solving problems]
In the present invention, a split core formed by stacking a split core type stator core and a split core plate divided for each tooth is fixed directly in the case or in the thin cylindrical member in the circumferential direction in a pre-compressed state. It is configured by. In such a split core type stator, when the length of the wing-like portion projecting from the teeth in the circumferential direction of the yoke portion of the split core is L, the lamination is performed at a position in the vicinity of L / 5 from the end of the wing-like portion. The split core plates adjacent in the direction are integrated.
[0009]
[Action and effect]
Thus, the split core plates adjacent in the stacking direction are integrated at a position near L / 5 from the end of the wing-shaped portion. Thereby, the rigidity with respect to the stress of the circumferential direction of a wing-like part can be improved. As a result, it is possible to provide a split core type stator that is easy to assemble and is less likely to degrade performance.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A first embodiment will be described. An outline of a
[0011]
The
[0012]
Such a
[0013]
Next, the structure of the split
[0014]
The
[0015]
On the other hand, the
[0016]
When such
[0017]
Therefore, in order to improve the rigidity against the pressure applied from the
[0018]
Here, in the fixed portion 6, the divided
[0019]
Next, the formation position of such a fixing | fixed part 6 is demonstrated. Here, L is the length of the wing-
[0020]
First, the case where one end of the thin plate is fixed and the pressure P is applied to the other end will be described with reference to FIG. This corresponds to a conventional stator having no fixed portion 6. In addition, the deformation | transformation in FIG.
[0021]
The amount of deformation b that can occur in the thin plate is expressed by equation (1), where δ (<< L) is the amount of deformation at the end where the pressure P is applied.
[0022]
[Formula 1]
Here, x represents the distance from the fixed end.
[0023]
Note that n = 0 in the case of the modification shown in FIG. When the modification shown in FIG. 3B is made, n = 1. When the modification shown in FIG. 3C is made, n = 2.
[0024]
The critical pressure at which each buckling does not occur (buckling limit pressure) Pc is expressed by the following equation.
[0025]
[Formula 2]
E is the Young's modulus of the thin plate, and I is the second moment of section.
[0026]
Here, since the smallest deformation of the buckling limit pressure Pc occurs, n = 0 in the conventional stator having no fixed portion 6. Therefore, in the conventional split core plate, the buckling limit pressure Pc 0 is as follows.
[0027]
[Formula 3]
On the other hand, in the present embodiment, the wing-
[0028]
Therefore, since there are two portions where the deformation amount is 0 between the
[0029]
Here, when the fixing portion 6 is formed at a position where the distance from the
[0030]
First, the buckling limit pressure Pc 2A of the airfoil portion 5A will be described. The length of the wing-like portion 5A at this time is x. Therefore, the deformation of the wing-like portion 5A is considered to be a part of the deformation mode in which the entire length is 5 / 4x and n = 2. Therefore, the buckling limit pressure Pc 2A is expressed by the following equation.
[0031]
[Formula 4]
On the other hand, the length of the wing-like part 5B is (Lx). Therefore, the deformation of the wing-like portion 5B is considered to be a deformation mode in which the overall length is (L−x) and n = 0. Therefore, the buckling limit pressure Pc 0B is expressed by the following equation.
[0032]
[Formula 5]
From the above, the deformation of the entire wing-
[0033]
When the fixing portion 6 is formed at a position of 0 <x <4 / 5L, the deformation shown in FIG. 4A is performed when the pressure applied from the
[0034]
As a result, the buckling limit pressure Pc of the entire wing-
[0035]
Next, the effect of this embodiment will be described.
[0036]
By fixing the split core 2 formed by stacking the
[0037]
Further, the divided
[0038]
Next, a second embodiment will be described. The structure of the
[0039]
Here, at the
[0040]
In addition, these fixing |
[0041]
In this way, the
[0042]
Next, the effect of this embodiment will be described. Only the effects different from those of the first embodiment will be described below.
[0043]
In addition to the position in the vicinity of L / 5 from the
[0044]
Next, a third embodiment will be described. Hereinafter, a description will be given centering on differences from the second embodiment.
[0045]
As in the second embodiment, the fixing
[0046]
Next, the effect of this embodiment will be described. Hereinafter, only effects different from those of the second embodiment will be described.
[0047]
The
[0048]
In addition, although the effect at the time of accommodating the
[0049]
Thus, it goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made within the scope of the technical idea described in the claims.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a stator in a first embodiment.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a split core used in the first embodiment.
FIG. 3 is a view showing a deformed state of a split core used in a conventional stator.
FIG. 4 is a diagram showing a deformed state of the split core used in the first embodiment.
FIG. 5 is a diagram showing an intensity ratio according to a fixing portion forming position in the first embodiment.
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a split core used in the second embodiment.
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a split core used in the second embodiment.
[Explanation of symbols]
1 Stator (split core type stator)
2
5 Wings (Wings)
10 Case (case or thin cylindrical member)
Claims (5)
前記分割コアのヨーク部の、前記ティースから周方向に張り出した翼状部分の長さをLとすると、前記翼状部分端部からL/5近傍の位置で、積層方向に隣り合う前記分割コアプレートを一体化することを特徴とする分割コア型ステータ。In a split core type stator in which a split core formed by stacking split core plates divided for each tooth is fixed in a pre-compressed state in the circumferential direction, directly inside the case or inside the thin cylindrical member,
When the length of the wing-like portion projecting from the teeth in the circumferential direction of the yoke portion of the divided core is L, the divided core plates adjacent to each other in the stacking direction at a position near L / 5 from the end of the wing-like portion. A split-core stator characterized by being integrated.
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