JPWO2017159811A1 - 回転電機及び回転電機の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
第1実施形態の回転電機について説明する。
図1及び図2を用いて、本実施形態に係る回転電機1の全体構成の一例について説明する。図1は回転電機1の全体構成の一例を表す軸方向断面図、図2は回転電機1の全体構成の一例を表す図1のII−II断面における横断面図である。
次に、図3を用いて、鉄心片20の概略構成の一例について説明する。図3は固定子鉄心5の一部分を抽出して表す説明図である。なお、図3ではボビン6や樹脂部8の図示を省略している。
次に、図4及び図5を用いて、鉄心片20の突出部23及び凹部25の形状の一例について説明する。図4は鉄心片20の突出部23及び凹部25の軸方向に垂直な断面形状の一例を表す説明図である。図5は曲げ応力が作用したときに突出部の第1傾斜面が凹部の第2傾斜面に当たることを表す説明図である。
L4=2(L1+L2)sinθ
となる。
L3=L4cosθ=2(L1+L2)sinθcosθ
=(L1+L2)sin2θ
となる。
L5=L3+αR=(L1+L2)sin2θ+αR
となる。
L6=L5+ΔL
となる。
L7=(L1/2)/tanθ
である。
次に、図6を用いて、接触角度θの設定条件の一例について説明する。前述のように、突出部23と凹部25の組み合わせが曲げ応力によって外れないためには、二等辺三角形A1A2A3と二等辺三角形B1B2B3が構成されるように、接触角度θが設定されるのが好ましい。
前述のように、鉄心片20は、例えばプレス抜き加工により所定の形状に形成された鋼板を積層して構成されている。接触角度θは、上記鋼板の摩擦係数に基づいて設定されるのがより好ましい。
摩擦係数μ=tanθo
と表わされる。この式に、摩擦係数μの実測値0.167〜0.308を代入すると、
μ=0.167〜0.308=tan9.5°〜tan17.2°
となることから、最大摩擦角度θo=9.5°〜17.2°となる。すなわち、第1傾斜面23a,23b及び第2傾斜面25a,25bの接触角度θが9.5°〜17.2°の範囲の場合に、第1傾斜面23a,23bと第2傾斜面25a,25bとの間で最大摩擦力が得られることとなる。
本実施形態の回転電機1は、概略次のようにして組み立てられる。各鉄心片20は、ティース部22にボビン6及び巻線7が装着された後、環状に連結されて固定子鉄心5が形成される。そして、当該固定子鉄心5の外側にフレーム4が圧入又は焼きばめ等により固定される。その後、固定子鉄心5と固定子鉄心5に装着された複数の巻線7等とが樹脂部8で一体化される。このようにして、固定子2が組み立てられる。
以上説明した本実施形態の回転電機1によれば、次の効果を奏する。すなわち、複数の鉄心片20が円環状に連結されて構成された固定子鉄心5がフレーム4の内側に焼きばめ等により固定された回転電機1では、フレーム4の内径や肉厚のばらつき、鉄心片20の外径のばらつき等に起因して、鉄心片20の外周面や接触面に不均等な圧縮力が作用する場合がある。この圧縮力の強弱により、固定子鉄心5の円環形状に折れ曲がりが生じて鉄心片20の接触面24,26間に隙間が生じた場合には、固定子鉄心5を通る磁束の妨げとなる。
次に、第2実施形態について説明する。第2実施形態は、突出部及び凹部をヨーク中心線CL0よりも径方向外側寄りに配置した実施形態である。
図7及び図8を用いて、本実施形態の鉄心片20Aの突出部33及び凹部35の形状の一例について説明する。図7及び図8に示すように、本実施形態における鉄心片20Aは、周方向における一方側端部の径方向に沿った接触面34に突出部33を備え、周方向における他方側端部の径方向に沿った接触面36に、隣接した鉄心片20Aの突出部33を収容する凹部35を備える。
L4a=2(L1+L2)sinθ
L3a=L4a×cosθ=2(L1+L2)sinθcosθ
=(L1+L2)sin2θ
L5a=L3a+αR=(L1+L2)sin2θ+αR
となる。
L4b=2(L1+L8)sinθ
L3b=(L1+L8)sin2θ
L5b=(L1+L8)sin2θ+αR
となる。
である。
次に、図9を用いて、接触角度θの設定条件の一例について説明する。図9に示す例では、前述の図6と同様に、接触角度θが図の右側から順に45°,40°,30°,27°,20°,17°,15°、10°,7°となる線が、第3端部B2,A2のそれぞれから引かれている。これらの接触角度の線に対し、第1端部A1を支点とした半径RA(=L1+L2)の円CAと、第1端部B1を支点とした半径RB(=L1+L8)の円CBが交わるならば、1辺がL1+L2の二等辺三角形A1A2A3、1辺がL1+L8の二等辺三角形B1B2B3を構成することができる。図9に示す例では、円CA及び円CBともに、7°,10°,15°,17°,20°で交差している。つまり、第1傾斜面33a,33bの接触角度θをこの角度範囲7°〜20°に設定することで、二等辺三角形A1A2A3及び二等辺三角形B1B2B3を構成することができる。なお、図9では、例えば接触角度θを15°に設定した場合の、円CAとの交点が第2端部A3、円CBとの交点が第2端部B3として示されている。本実施形態では、上述のように、第2端部B3位置が突出部33の突出寸法の基準となる。
以上説明した第2実施形態によれば、次の効果を奏する。すなわち、一般に、鉄心片20Aのヨーク部21を通る磁束の密度は、径方向内側の方が径方向外側よりも高い。したがって、突出部33及び凹部35を接触面34,36における径方向の外側寄りに配置することで、磁路を拡大でき、鉄損の低減効果を高めることができる。
次に、第3実施形態について説明する。第3実施形態は、突出部及び凹部をヨーク中心線CL0よりも径方向外側寄りに配置しつつ、上述の第2実施形態よりも突出部の突出寸法を低減させた実施形態である。
図10及び図11を用いて、本実施形態の鉄心片20Bの突出部43及び凹部45の形状の一例について説明する。図10及び図11に示すように、本実施形態における鉄心片20Bは、周方向における一方側端部の径方向に沿った接触面44に突出部43を備え、周方向における他方側端部の径方向に沿った接触面46に、隣接した鉄心片20Bの突出部43を収容する凹部45を備える。
L4c=2(L1+L8)sinθc
L3c=L4c×cosθ=2(L1+L8)sinθc×cosθc
=(L1+L8)sin2θc
L5c=(L1+L8)sin2θc+αR
となる。
L7c=L1/(tanθ+tanθc)
となる。この場合の距離L7cは、図7の場合のL7=(L1/2)/tanθより大きくなる。
次に、前述の図9を用いて、接触角度θの設定条件の一例について説明する。先の図9に示すように、第2端部B3は、接触面44,46から第2端部A3よりも先端側に位置している。これは、図7の状態を示している。図7の突出部33よりも突出寸法を小さくしたい場合、図10の鉄心片20Bのような構成とすればよい。上記図9に示す例では、接触角度15°の線と円CAとの交点である第2端部A3とほぼ同じ突出位置で円CBと交わるのは接触角度10°の線である。したがって、接触角度θcを約10°前後に設定することにより、突出寸法L3c(L5c)を突出寸法L3a(L5a)と略等しくすることができる。
以上説明した第3実施形態によれば、次の効果を奏する。すなわち、突出部43の接触面44,46からの突出寸法は、鉄心片20Bの構造上の都合(例えば鉄心片20Bのヨーク部21の径方向の寸法との割合等)により、所定の寸法以内に制限したい場合がある。
なお、開示の実施形態は、上記に限られるものではなく、その趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。以下、そのような変形例を説明する。
以上では、突出部及び凹部が略台形状である場合を一例として説明したが、突出部及び凹部の形状を略三角形状としてもよい。図12及び図13を用いて、本変形例における鉄心片の突出部及び凹部の形状の一例について説明する。
以上では、隣接する鉄心片20の接触面24と接触面26とが接触する場合を一例として説明したが、接触面に作用する圧縮力を緩和するために、接触面24と接触面26との間に微小な隙間を設ける構成としてもよい。図14を用いて、本変形例における鉄心片の突出部及び凹部の形状の一例について説明する。
L6=L5−ΔL
となる。
以上では、二等辺三角形A1A2A3や二等辺三角形B1B2B3が構成されるように接触角度θが設定される場合について説明したが、突出部及び凹部の形状はこれに限定されるものではない。そのような二等辺三角形が構成されない場合でも、突出部23の断面形状が、第1端部A1を中心とし距離RAを半径とする円CAの内側において、第1傾斜面23bの少なくとも一部が第2傾斜面25bと接触する形状であれば、第1端部A1を支点とする曲げ力に対して隣接する鉄心片20の接触面24,26間に隙間が生じにくい構造とすることができる。また、突出部23の断面形状が、第1端部B1を中心とし距離RBを半径とする円CBの内側において、第1傾斜面23aの少なくとも一部が第2傾斜面25aと接触する形状であれば、第1端部B1を支点とする曲げ力に対して隣接する鉄心片20の接触面24,26間に隙間が生じにくい構造とすることができる。
次に、第4実施形態について説明する。第4実施形態は、各鉄心片に突出部及び凹部を複数設けることにより、各鉄心片間の接触面積を増大させた実施形態である。
(5−1.鉄心片の概略構成)
図15を用いて、本実施形態の鉄心片220の概略構成の一例について説明する。図15は固定子鉄心5の一部分を抽出して表す説明図である。なお、図15ではボビン6や樹脂部8の図示を省略している。
次に、図16及び図17を用いて、鉄心片220の突出部223及び凹部225の形状の一例について説明する。
L4=2(L1+L2)sinθ
となる。
L3=L4cosθ=2(L1+L2)sinθcosθ
=(L1+L2)sin2θ
となる。
L5=L3+αR=(L1+L2)sin2θ+αR
となる。
L6=L5+ΔL
となる。
L7=(L1/2)/tanθ
である。
次に、前述の図6を用いて、接触角度θの設定条件の一例について説明する。前述のように、外側突出部223と外側凹部225及び内側突出部223と内側凹部225の組み合わせが曲げ応力によって外れないためには、二等辺三角形A1A2A3と二等辺三角形B1B2B3が構成されるように、接触角度θが設定されるのが好ましい。
以上説明した第4実施形態によれば、次の効果を奏する。すなわち、回転電機の小型化が進み、固定子鉄心5のヨーク部221が薄くなると、隣接する鉄心片220同士の接触面積が減少するので、磁路の減少を招く可能性がある。本実施形態によれば、各鉄心片220に2つの突出部223及び2つの凹部225をそれぞれ設けて接触面積を増大することができるので、固定子鉄心5の磁路を拡大できる。その上で、第1端部A1,B1を支点とする曲げ力が作用した場合でも、隣接する鉄心片220の接触面224,226間の隙間を生じにくい構造とすることができる。以上のように、本実施形態の構成は、小型(小容量)の回転電機に有効であるが、径方向に2つの突出部223及び2つの凹部225を設ける構造上、固定子鉄心5のヨーク部221にある程度の厚みがある場合が好ましく、中型から大型(中容量から大容量)の回転電機に対して特に好適である。
なお、開示の実施形態は、上記に限られるものではなく、その趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。以下、そのような変形例を説明する。
以上では、隣接する鉄心片220の接触面224と接触面226とが接触する場合を一例として説明したが、接触面に作用する圧縮力を緩和するために、接触面224と接触面226との間に微小な隙間を設ける構成としてもよい。図18を用いて、本変形例における鉄心片の突出部及び凹部の形状の一例について説明する。
L6=L5−ΔL
となる。
以上では、各鉄心片220が1つのティース部222を有する場合を一例として説明したが、例えば巻線を分布巻きする場合等、各鉄心片220が2つ以上のティース部222を有する構成としてもよい。このような鉄心片に対しても以上説明した接続形状を適用することで、各実施形態等と同様の効果を得ることができる。
4 フレーム
5 固定子鉄心
20 鉄心片
20A 鉄心片
20B 鉄心片
20C 鉄心片
23 突出部
23a,23b 第1傾斜面
24 接触面
25 凹部
25a,25b 第2傾斜面
26 接触面
33 突出部
33a,33b 第1傾斜面
34 接触面
35 凹部
35a,35b 第2傾斜面
36 接触面
43 突出部
43a,43b 第1傾斜面
44 接触面
45 凹部
45a,45b 第2傾斜面
46 接触面
120 鉄心片
123 突出部
123a,123b 第1傾斜面
124 接触面
125 凹部
125a,125b 第2傾斜面
126 接触面
220 鉄心片
223 突出部
223a,223b 第1傾斜面
224 接触面
225 凹部
225a,225b 第2傾斜面
226 接触面
A1,B1 第1端部
AX 回転軸心
A2,B2 第3端部
A3,B3 第2端部
CA,CB 円
RA,RB 距離
μ 摩擦係数
θ 接触角度(傾斜角度)
θc 接触角度(傾斜角度)
Claims (8)
- 回転軸心周りの周方向における一方側端部及び他方側端部に、前記回転軸心に対する径方向に沿った接触面を備え、固定子鉄心を構成する複数の鉄心片と、
前記一方側端部の前記接触面に設けられ、前記径方向の外側及び内側に第1傾斜面を備えた先細り形状の突出部と、
前記他方側端部の前記接触面に設けられ、前記径方向の外側及び内側に前記第1傾斜面と接触する第2傾斜面を備え、隣接する前記鉄心片の前記突出部を収容する凹部と、を有し、
前記突出部の前記回転軸心に垂直な断面形状は、
前記接触面の前記径方向における一方側の第1端部を中心とし、前記突出部の前記第1端部とは反対側に位置する前記第1傾斜面の先端側の第2端部と前記第1端部との距離を半径とする円の内側において、前記第1端部とは反対側に位置する前記第1傾斜面の少なくとも一部が前記第2傾斜面と接触する形状である
ことを特徴とする回転電機。 - 前記突出部の前記断面形状は、
前記突出部の前記第1端部とは反対側に位置する前記第1傾斜面の基端側の第3端部が、前記円の円周上に位置する形状である
ことを特徴とする請求項1に記載の回転電機。 - 前記突出部及び前記凹部は、
前記接触面における前記径方向の外側寄りに配置されており、
前記突出部の前記断面形状は、
前記突出部の前記径方向の外側に位置する前記第1傾斜面の基端側の前記第3端部が、前記接触面の前記径方向における内側の前記第1端部を中心とし、前記突出部の前記径方向の外側に位置する前記第1傾斜面の先端側の前記第2端部と前記第1端部との距離を半径とする前記円の円周上に位置する形状である
ことを特徴とする請求項2に記載の回転電機。 - 前記突出部及び前記凹部は、
前記接触面における前記径方向の外側寄りに配置されており、
前記突出部の前記断面形状は、
前記突出部の前記径方向の外側に位置する前記第1傾斜面の前記接触面の法線方向に対する傾斜角度が、前記突出部の前記径方向の内側に位置する前記第1傾斜面の前記法線方向に対する傾斜角度よりも小さい形状である
ことを特徴とする請求項2又は3に記載の回転電機。 - 前記鉄心片は、
複数の鋼板が積層されて構成されており、
前記突出部の前記断面形状は、
前記接触面の法線方向に対する前記第1傾斜面の傾斜角度が、前記鋼板の摩擦係数に基づいて設定された形状である
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の回転電機。 - 回転軸心周りの周方向における一方側端部及び他方側端部に、前記回転軸心に対する径方向に沿った接触面を備え、固定子鉄心を構成する複数の鉄心片と、
前記一方側端部の前記接触面に設けられ、前記径方向の外側及び内側に第1傾斜面を備えた先細り形状の突出部と、
前記他方側端部の前記接触面に設けられ、前記径方向の外側及び内側に前記第1傾斜面と接触する第2傾斜面を備え、隣接する前記鉄心片の前記突出部を収容する凹部と、を有し、
前記突出部の前記回転軸心に垂直な断面形状は、
前記突出部の基端部の前記径方向の寸法をL1、前記接触面の前記径方向における一方側の第1端部と前記突出部との前記径方向の間隔をL2、前記接触面の法線方向における前記突出部の前記接触面からの突出寸法をL3、前記突出部の前記第1端部とは反対側に位置する前記第1傾斜面の前記法線方向に対する傾斜角度をθとした場合に、
L3=(L1+L2)sin2θ
を満たす形状である
ことを特徴とする回転電機。 - 前記一方側端部の前記接触面に、2以上の前記突出部が設けられ、
前記他方側端部の前記接触面に、隣接する前記鉄心片の前記2以上の突出部をそれぞれ収容する2以上の前記凹部が設けられている
ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の回転電機。 - 請求項1乃至7のいずれか1項に記載の回転電機の製造方法であって、
複数の鉄心片を環状に連結して固定子鉄心を形成することと、
前記固定子鉄心の外側にフレームを焼きばめにより固定することと、
を有することを特徴とする回転電機の製造方法。
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