JP5916569B2 - 回転電機の固定子及び回転電機 - Google Patents

Description

この発明は、高効率且つ、信頼性、生産性の高い回転電機の固定子及び回転電機に関するものである。

一般に回転電機は、固定子鉄心とフレームからなる固定子と回転子から構成されている。
固定子鉄心は、電磁鋼板シートをプレス金型で打ち抜いた鉄心片を積層し、抜きカシメや溶接等で積層間を固定することで形成される。
また、固定子鉄心はバックヨークとティースで構成されている。
従来、固定子鉄心に作用する応力を低減させるため、焼き嵌めや圧入以外の固定子鉄心の固定方法として、固定子鉄心とフレームの隙間に樹脂を充填させ結合するものがある。（例えば、特許文献１参照）
特許文献１では、固定子鉄心とフレームの固定強度を上げるため、固定子鉄心の外周部に溝を設け、フレームの外周側からピンを挿入するものが提案されている。

特開２０１１−３０３０３号公報

しかし、特許文献１に記載の回転電機においては、固定子鉄心とフレームを樹脂材で結合する際、固定子鉄心とフレームの間の空隙が狭いため、例えば粘度の高い接着剤を注入する場合、空隙内に充填される前に接着剤が硬化することで接着層が十分形成されない。
固定子鉄心とフレーム間の固定強度が十分に得られず、補強するために固定ピンが必要となり、製造工数、部品数が増加するという問題があった。

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あり、固定子鉄心とフレームを強固に固定することにより、回転電機の固定子及び回転電機の信頼性を向上させるとともに、固定子鉄心とフレーム間の熱伝達率を向上させることで放熱性を良好にし、さらには回転電機の生産性を高めることを目的とする。

この発明に係る回転電機の固定子は、
円環状のバックヨークと前記バックヨークから内周側に突出して配置された複数のティースを有する固定子鉄心と、
前記固定子鉄心の隣り合う前記ティース間に形成されるスロットに、前記固定子鉄心と絶縁して巻装するコイルと、
前記固定子鉄心を内側に収納する円筒状のフレームとを備えた回転電機の固定子において、
前記固定子鉄心の外周面に、前記固定子の軸方向に延在する接着剤注入用凹部を有し、前記固定子鉄心と前記フレームとは、接着剤で結合されており、
前記固定子鉄心は、外周面に前記固定子鉄心の径方向内側方向に凹んだ鉄心片凹部を有する鉄心片を複数枚積層して構成され、
積層された前記鉄心片凹部が、前記接着剤注入用凹部を形成し、
前記鉄心片の外周面に前記鉄心片凹部としての第１凹部を有する第１鉄心片と、前記鉄心片凹部としての、前記第１凹部と異なる形状の第２凹部を有する第２鉄心片とが存在し、前記第１鉄心片と前記第２鉄心片とがそれぞれ所定の枚数ずつ交互に積層されているものである。

この発明に係る回転電機の固定子は、
前記固定子鉄心の外周面に、前記固定子の軸方向に延在する接着剤注入用凹部を有し、前記固定子鉄心と前記フレームとは、接着剤で結合されており、
前記固定子鉄心は、外周面に前記固定子鉄心の径方向内側方向に凹んだ鉄心片凹部を有する鉄心片を複数枚積層して構成され、
積層された前記鉄心片凹部が、前記接着剤注入用凹部を形成し、
前記鉄心片の外周面に前記鉄心片凹部としての第１凹部を有する第１鉄心片と、前記鉄心片凹部としての、前記第１凹部と異なる形状の第２凹部を有する第２鉄心片とが存在し、前記第１鉄心片と前記第２鉄心片とがそれぞれ所定の枚数ずつ交互に積層されているので
、高効率で、且つ、信頼性および生産性の高い回転電機の固定子を得ることができる。
また、固定子鉄心とフレームの間の接着層に、回転電機の回転方向に対して垂直方向に突出する凸部が形成されるため、接着層が回転子の回転反力に対して十分に抗することができる。

本発明の実施の形態１に係る回転電機の断面図である。 本発明の実施の形態１に係る固定子鉄心の斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る固定子鉄心とフレームを嵌め合わせる直前の状態を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る固定子鉄心とフレームを嵌め合わせた固定子の断面図である。 本発明の実施の形態２に係る固定子鉄心の斜視図である。 本発明の実施の形態２に係る固定子鉄心を構成する鉄心片の平面図である。 本発明の実施の形態３に係る固定子の斜視図である。 本発明の実施の形態３に係る固定子の断面図である。 本発明の実施の形態４に係る固定子鉄心の斜視図である。 本発明の実施の形態５に係る固定子の断面図である。 本発明の実施の形態６に係る固定子の断面図である。 本発明の実施の形態７に係る固定子の断面図である。

実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子と回転電機を、図を用いて説明する。
図１は、回転電機１００の断面図である。
分布巻方式の三相誘導モータを示している。

図１に示すように、回転電機１００は、主に固定子鉄心１１とフレーム１２から構成される固定子１と、回転子２とで構成されている。
フレーム１２は、円筒形状をしていて、固定子鉄心１１を内部に収容する空間を有している。
フレーム１２の材質は、鉄鋼や鋳鉄、アルミなどの金属材料である。
鋼板製のフレーム１２を採用する場合、固定子鉄心１１を収納する領域を形成するように鋼板を円筒型に曲げ加工する。
継ぎ目は溶接等で接合することでフレーム１２を円筒形状に形成する。
アルミ製や鋳鉄製のフレーム１２を採用する場合、固定子鉄心１１を収納する領域を切削加工することでフレーム１２を円筒形状に形成する。

固定子鉄心１１とフレーム１２の嵌め合いは、すきま嵌めを採用する。
従って、フレーム１２の内径は固定子鉄心１１の外径より０．５〜１ｍｍ大きいものである。
また、固定子鉄心１１のティース１３の内周側の空間には、回転子鉄心２１とシャフト２２からなる回転子２が収納される。
回転子２の回転子鉄心２１は、固定子鉄心１１と同様、電磁鋼板が積層され、銅またはアルミのコイル（図１には図示せず）を有している。
コイルは、固定子鉄心と電気的に絶縁されている。

図２は、固定子鉄心１１の斜視図である。
固定子鉄心１１は、厚さ０．３５〜０．５ｍｍの電磁鋼板からプレスで打ち抜かれた鉄心片１５を、回転電機１００の回転軸方向に積層して形成されている。
１枚の鉄心片１５は、バックヨーク部１５ａとティース部１５ｂで構成されている。
鉄心片１５のバックヨーク部１５ａが積層された部分が、円環状のバックヨーク１６となり、ティース部１５ｂが積層された部分が、バックヨーク１６からその内周側に突出するティース１３となる。

固定子鉄心１１の隣り合うティース１３の間にはスロット１４が形成される。
図２には図示しないが、スロット１４には、ティース１３及びバックヨーク１６との間にインシュレータや絶縁フィルムなどの絶縁部材を装着した後、コイルが巻線される。
また、鉄心片１５の外周面１５ｃには、周方向に少なくとも１箇所以上の鉄心片凹部１５ｄが設けられている。
鉄心片凹部１５ｄは、固定子鉄心１１の径方向、内側に凹んでいる。
積層された鉄心片凹部１５ｄは、固定子１の軸方向に延在する接着剤注入用凹部１８を形成し、その一端部が、後述する固定子鉄心１１とフレーム１２を結合するための接着剤の注入口となる。

図３は、固定子鉄心１１とフレーム１２を嵌め合わせる直前の状態を示す斜視図である。
図３に示すように、固定子鉄心１１は、フレーム１２の内側に嵌め合わされる。
図４（ａ）は、固定子鉄心１１とフレーム１２を嵌め合わせた固定子１の断面図である。
図４（ａ）に示すように、固定子鉄心１１とフレーム１２が嵌めあわされた後、固定子鉄心１１の鉄心外周面１１ａとフレーム１２の内周面１２ａの間には、空隙１９が形成される。
固定子鉄心１１とフレーム１２を組み合わせた後、これらの部材の下側に接着剤の漏洩を防止する部分を有するブラケット７を装着する。
図４（ｂ）は、ブラケット７を装着した固定子１を、図４（ａ）のＡ−Ａ線で切断した断面図である。
ブラケット７は、図４（ｂ）に示すように、接着剤注入用凹部１８の下端部を含む空隙１９の下端部を塞ぎ、接着剤の漏洩を防止する働きをする。

空隙１９内には、フレーム１２と固定子鉄心１１に設けられた接着剤注入用凹部１８の端部に形成された穴を注入口として接着剤が流し込まれる。
接着剤が硬化すると空隙１９と同形状の接着層が形成される。
接着剤の注入口となる接着剤注入用凹部１８は１箇所でもよいが、接着剤の硬化時間などを考慮すると、図４に示すように固定子鉄心１１の周方向に複数設け、各接着剤注入用凹部１８から注入した方が接着層が安定して形成される。

本実施の形態１に係る発明によれば、固定子鉄心１１の鉄心外周面１１ａに周方向に少なくとも１箇所以上設けられた接着剤注入用凹部１８から接着剤を注入するので、固定子鉄心１１とフレーム１２の空隙１９に均一に接着層が形成される。
また、固定子鉄心１１とフレーム１２の間の接着層に回転電機１００の回転方向に対して垂直方向に突出する凸部が形成されるので、回転子２の回転反力に抗することができる信頼性の高い接着層を有する回転電機１００の固定子１を得ることができる。

また、フレーム１２と固定子鉄心１１の固定時に、固定子鉄心１１に応力を作用させることなく高い固定強度を確保できる。
これにより、鉄損低減の抑制が可能となり、高効率の回転電機１００を得ることができる。

また、固定子鉄心１１とフレーム１２の空隙１９が、空気より熱伝導率の高い樹脂材で充填されるため、固定子鉄心１１とフレーム１２の接触面熱伝達率が向上し、回転電機１００の放熱性の向上が可能となり、高効率の回転電機を得ることができる。

実施の形態２．
以下、本発明の実施の形態２に係る回転電機の固定子と回転電機を、図を用いて実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
図５は、本実施の形態に係る回転電機の固定子鉄心２１１の斜視図である。
図６（ａ）は、固定子鉄心２１１を構成する鉄心片２１５Ａの平面図である。
図６（ｂ）は、固定子鉄心２１１を構成する鉄心片２１５Ｂの平面図である。
それぞれの鉄心片２１５Ａ、２１５Ｂの外周面に形成される鉄心片凹部２１５Ａｄ、２１５Ｂｄの配置（位置及び数）は同じである。
鉄心片２１５Ａ（第１鉄心片）と鉄心片２１５Ｂ（第２鉄心片）の違いは、鉄心片凹部２１５Ａｄ、２１５Ｂｄの周方向の幅と深さが異なる点である。
図６（ａ）、（ｂ）に示すように、鉄心片２１５Ａの鉄心片凹部２１５Ａｄの周方向の幅ｗｉ１は、鉄心片２１５Ｂの鉄心片凹部２１５Ｂｄの周方向の幅ｗｉ２より狭い。
また、鉄心片２１５Ａの鉄心片凹部２１５Ａｄの径方向の深さｄｅ１は、鉄心片２１５Ｂの鉄心片凹部２１５Ｂｄの径方向の深さｄｅ２より浅い。

図５に示すように、固定子鉄心２１１は、鉄心片２１５Ａ、２１５Ｂを所定の枚数ずつ積層して構成している。
このように構成することにより、固定子鉄心２１１の鉄心外周面２１１ａには固定子鉄心２１１の軸方向に連続して延在し、かつ途中で幅と深さが変化する接着剤注入用凹部２１８が形成される。

本実施の形態に係る回転電機の固定子と回転電機によれば、固定子鉄心２１１の鉄心外周面２１１ａとフレームの内周面の間に、接着剤注入用凹部２１８に充填された接着剤と一体となった接着層が形成される。
接着剤注入用凹部２１８は固定子鉄心２１１の軸方向に２箇所以上の段差を有するので、実施の形態１で述べた回転反力に対して高い強度で抗することができると同時に、軸方向に対する外力に対しても高い強度で抗することができる信頼性の高い接着層を形成できる。
なお、本実施の形態では、鉄心片凹部２１５Ａｄ、２１５Ｂｄの周方向の幅と深さのいずれもが異なる例を示したが、いずれか一方だけが異なる場合でも同一の効果を得ることができる。
また、本実施の形態では例として半円状の凹部を用いたが、三角形状や四角形状の凹部でも良い。

実施の形態３．
以下、本発明の実施の形態３に係る回転電機の固定子と回転電機を、図を用いて実施の形態１、２と異なる部分を中心に説明する。
図７は、固定子３０１の斜視図である。
図８は、固定子鉄心３１１およびフレーム３１２を嵌め合わせた固定子３０１の断面図である。
図７及び図８に示すように、固定子鉄心３１１の鉄心外周面３１１ａには、接着剤を注入する接着剤注入用凹部３１８の他に、フレーム３１２の一部を固定子鉄心３１１の径方向、中心側に押し出して形成した係止凸部６ａ（回転防止用凸部）と係合する係止凹部６ｂ（回転防止用凹部）が設けられている。
フレーム３１２の係止凸部６ａは、固定子鉄心３１１をフレーム３１２内に嵌め合わせる前の工程で形成しても、固定子鉄心３１１をフレーム３１２内に嵌め合わせた後、一部を押し込むことにより形成しても良い。
また、フレーム３１２の係止凸部６ａを形成する際、フレーム３１２の外周側からポンチなどで常温下で加圧しても良いが、加圧部を局所的に加熱した後に加圧しても良い。

本実施の形態に係る回転電機の固定子と回転電機によれば、固定子鉄心３１１とフレーム３１２を接着剤で結合すると同時に、固定子鉄心３１１の係止凹６ｂとフレーム３１２の係止凸部６ａとを嵌め合わせて固定することにより、特に周方向に固定強度の高い回転電機が得られる。
また、ボルトやピンなどの機械部品を用いることなく、フレーム３１２の一部を利用して固定子鉄心３１１を固定するため、安価な回転電機が得られる。
また、空隙３１９の全体の体積が減ることにより、接着剤の使用量の低減が可能となり、製造コストの抑制が可能な回転電機が得られる。
更に、フレーム３１２を局部的に加熱した後に、フレーム３１２の外周面側から加圧して係止凸部６ａを形成する場合、熱収縮によって固定子鉄心３１１の係止凹６ｂとフレーム３１２の係止凸部６ａの隙間が小さくなり、その結果、固定子鉄心３１１とフレーム３１２の位置精度の高い回転電機を得ることができる。

実施の形態４．
以下、本発明の実施の形態４に係る回転電機の固定子と回転電機を、図を用いて実施の形態１乃至３と異なる部分を中心に説明する。
図９は、固定子鉄心４１１の斜視図である。
図に示すように、固定子鉄心４１１は、鉄心外周面４１１ａに接着剤注入用凹部４１８と、フレームに設けた係止凸部６ａと係合させるための係止凹部４０６ｂが形成される。
接着剤注入用凹部４１８は積層方向全体に渡って連続して形成され、係止凹部４０６ｂは積層方向に断続的に形成される。
本実施の形態に係る回転電機の固定子と回転電機によれば、固定子鉄心４１１の鉄心外周面４１１ａにフレームの係止凸部６ａと係合させる係止凹部４０６ｂを形成するため、固定子鉄心４１１の周方向および軸方向に固定強度の高い回転電機を得ることができる。

実施の形態５．
以下、本発明の実施の形態５に係る回転電機の固定子と回転電機を、図を用いて実施の形態３、４と異なる部分を中心に説明する。
図１０は、固定子５０１の断面図である。
本実施の形態では、実施の形態３、４で説明したフレームに設けた係止凸部を、接着剤注入用凹部５１８に係止している。
これにより、実施の形態３、４のように、固定子鉄心５１１の外周面に別途係止凹部を設ける必要がなく、接着剤の使用量を節約することができる。

実施の形態６．
以下、本発明の実施の形態６に係る回転電機の固定子と回転電機を、図を用いて実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
図１１は、固定子６０１の断面図である。
実施の形態１では、接着剤注入用凹部１８を固定子鉄心１１の鉄心外周面１１ａに設けていたが、本実施の形態では、フレーム６１２の内周面６１２ａに設けている。
その他の構成は実施の形態１と同じである。
本実施の形態に係る回転電機の固定子と回転電機によれば、実施の形態１と同一の効果を得られる。
また、フレーム６１２を円筒状に加工する前の平板状態で接着剤注入用凹部５１８を形成できるので加工が容易である。

実施の形態７．
以下、本発明の実施の形態７に係る回転電機の固定子と回転電機を、図を用いて実施の形態１及び６と異なる部分を中心に説明する。
図１２は、固定子７０１の断面図である。
実施の形態１、６では、接着剤注入用凹部１８を固定子鉄心１１の鉄心外周面１１ａ又はフレーム６１２の内周面６１２ａのいずれか一方に設けていた。
本実施の形態では、フレーム７１２の内周面７１２ａと固定子鉄心７１１の鉄心外周面７１１ａの双方に接着剤注入用凹部７１８ａ、７１８ｂを対向して設けている。
その他の構成は実施の形態１、６と同じである。
本実施の形態に係る回転電機の固定子と回転電機によれば、実施の形態１、６より更に強力に固定子鉄心７１１とフレーム７１２を固定できる。
尚、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１００ 回転電機、１，３０１，５０１，６０１，７０１ 固定子、
１１，２１１，３１１，４１１，５１１，７１１ 固定子鉄心、
１１ａ，２１１ａ，３１１ａ，４１１ａ，７１１ａ 鉄心外周面、
１２，３１２，６１２，７１２ フレーム、１２ａ，６１２ａ，７１２ａ 内周面、
１３ ティース、１４ スロット、１５，２１５Ａ，２１５Ｂ 鉄心片、
１５ａ バックヨーク部、１５ｂ ティース部、１５ｃ 外周面、
１５ｄ，２１５Ａｄ，２１５Ｂｄ 鉄心片凹部、１６ バックヨーク、
１８，２１８，３１８，４１８，５１８，７１８ａ，７１８ｂ 接着剤注入用凹部、
１９，３１９ 空隙、２ 回転子、２１ 回転子鉄心、２２ シャフト、
６ａ，５０６ａ 係止凸部、６ｂ，４０６ｂ 係止凹部、７ ブラケット、
ｄｅ１，ｄｅ２ 深さ、ｗｉ１，ｗｉ２ 幅。

Claims (5)

1. 円環状のバックヨークと前記バックヨークから内周側に突出して配置された複数のティースを有する固定子鉄心と、
   前記固定子鉄心の隣り合う前記ティース間に形成されるスロットに、前記固定子鉄心と絶縁して巻装するコイルと、
   前記固定子鉄心を内側に収納する円筒状のフレームとを備えた回転電機の固定子において、
   前記固定子鉄心の外周面に、前記固定子の軸方向に延在する接着剤注入用凹部を有し、前記固定子鉄心と前記フレームとは、接着剤で結合されており、
   前記固定子鉄心は、外周面に前記固定子鉄心の径方向内側方向に凹んだ鉄心片凹部を有する鉄心片を複数枚積層して構成され、
   積層された前記鉄心片凹部が、前記接着剤注入用凹部を形成し、
   前記鉄心片の外周面に前記鉄心片凹部としての第１凹部を有する第１鉄心片と、前記鉄心片凹部としての、前記第１凹部と異なる形状の第２凹部を有する第２鉄心片とが存在し、前記第１鉄心片と前記第２鉄心片とがそれぞれ所定の枚数ずつ交互に積層されている回転電機の固定子。
2. 前記フレームの内周面から前記フレームの径方向中心軸側に向かって突出する回転防止用凸部が、前記接着剤注入用凹部に、前記固定子鉄心が前記フレーム内で周方向に回転しないように係合している請求項１に記載の回転電機の固定子。
3. 前記フレームの内周面から前記フレームの径方向中心軸側に向かって突出する回転防止用凸部が、前記固定子鉄心の外周面に設けた回転防止用凹部に、前記固定子鉄心が前記フレーム内で周方向に回転しないように係合している請求項１に記載の回転電機の固定子。
4. 前記フレームの内周面に、前記固定子の軸方向に延在するフレーム側接着剤注入用凹部を設け、前記接着剤注入用凹部である、固定子側接着剤注入用凹部と前記フレーム側接着剤注入用凹部とが対向するように配置されている請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の回転電機の固定子。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の固定子と、前記固定子鉄心の内周面に対向して配置される回転子とを備えた回転電機。

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