JP2004343938A

JP2004343938A - 回転機

Info

Publication number: JP2004343938A
Application number: JP2003139711A
Authority: JP
Inventors: Chiyo Fujino; 千代藤野; Takashi Yoshioka; 孝吉岡; Masatsugu Nakano; 正嗣中野; Hiroyuki Akita; 裕之秋田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-05-19
Filing date: 2003-05-19
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2023-05-19
Also published as: JP4313086B2

Abstract

【課題】フレーム部材により固着保持される固定子における応力分布を適正に保つことができる回転機を得る。
【解決手段】外周面部を有する固定子１０１と、固定子１０１の外周面部に対向する内周面部を有し固定子１０１を固着し保持するフレーム部材１０２とを備えた回転機において、固定子１０１の外周面部に突起部１１を形成して第１の係合部を構成するとともに、前記フレーム部材１０２の内周面部に溝部２２を形成して前記第１の係合部に対応する第２の係合部を構成し、固定子１０１とフレーム部材１０２とを相対的に回動することにより係合される前記第１の係合部と前記第２の係合部との係合によって固定子１０１をフレーム部材１０２に固着するようにした。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、回転機に係り、特に、電磁鋼板の応力による特性劣化が少なく、従って効率の良いかつ製作精度の良い回転機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動機などの回転機の電磁鋼板をフレームに収めるための従来工程としては、主として（１）「焼きばめ」と（２）「圧入」の方法があり、これは締め代の大きさ，個数，作業性などで選択される。
【０００３】
「焼きばめ」は、外側になるものを加熱して、その穴部を膨張させ、内側になるものの外側にはめ込むと、外側になるものの温度が室温まで低下するに連れて収縮し、内側のものは接触面で締めつけられ、両者が締結されるという手法である（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｂｅａ．ｈｉ−ｈｏ．ｎｅ．ｊｐ／ｅｔ６ｊｉｙｕｕｄｏ／ｙｏｕｓｏ／ｓｙｕｕｓｙｕｋｕ．ＰＤＦより抜粋）。
この手法では、中心軸方向での応力分布に傾斜をもつことはないが、加熱設備の必要性と作業効率の低下が問題である。
【０００４】
「圧入」方式は、金属や樹脂の軸を、その外径よりも小さい内径を有する構造体の穴に加圧挿入する結合手法で、外側となるものの内径が内側となるものの外径よりも狭く設定されたものである。
この手法では「焼きばめ」方式に比べて作業性は向上するものの、外側の構造体に最初に接触する内側の軸の接触部に強い応力が加わることになる。
【０００５】
このような従来の回転機としては、電磁鋼板の外周面に凹部とフレーム部材の内周面に凸部が設けられた嵌め合い構造としたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２７６８８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の量産性の高い小型回転機は「圧入」により製造されているので、電磁鋼板のフレーム部材に早く接触する部分に強い応力が発生するという問題点があった。つまり、回転中心軸と同じ鋼板の積層方向に対して、傾斜応力分布を持つことになる。そして、電磁鋼板が回転中心軸と同じ鋼板の積層方向に対して、傾斜応力分布を持つと、応力による電磁鋼板の磁気特性（起磁力対磁束密度の特性）の劣化の程度が積層方向に分布を持つこととなる。
このような状態、つまり応力により磁気特性が劣化した場合においては、回転機の電気特性であるコギングトルクが大きくなる場合がある。
【０００８】
また、従来の「圧入」や「焼きばめ」によって電磁鋼板をフレームに固定する場合、電磁鋼板とフレームが接触する部分がほぼ周方向３６０度にわたっているため、電磁鋼板が応力を受ける部分もほぼ３６０度にわたっている。
電磁鋼板は応力を受けると鉄損が増加する傾向にあり、「圧入」や「焼きばめ」では応力を受ける体積が多くなって、鉄損が大幅に増加するという課題がある。
さらに、従来の「圧入」では、「圧入」開始時における電磁鋼板とフレーム部材の姿勢の安定性に課題があった。
【０００９】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、フレーム部材により固着保持される固定子における応力分布を適正に保つことができる回転機を得ようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る回転機では、固定子の外周面および固定子の外周を覆うフレーム部材の内周面に係合部を設け、前記フレーム部材を前記固定子と相対的に回動することにより前記係合部を係合させて、前記フレーム部材と前記固定子とを固着するようにしたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明による実施の形態１を図１ないし図６について説明する。図１および図２は実施の形態１における回転機の構成を示す横断面図である。図１は回転により圧接締結される前の状態を示すものであり、図２は回転による圧接締結後の状態を示すものである。図３は実施の形態１における回転機のコギングトルク特性を示す特性曲線図である。図４は実施の形態１における回転機の応力印加部分を示す横断面図である。図５は実施の形態１における回転機の鉄損特性を示す特性図である。図６は図１および図２のＶＩ（ａ）−ＶＩ（ａ）線およびＶＩ（ｂ）−ＶＩ（ｂ）線における断面図である。
【００１２】
この明細書において、以降の説明には、この発明での回転による圧接締結について、従来の「圧入」方式，「焼きばめ」方式と全く異なる態様であることから「回転締結」という言葉を用いることにする。
【００１３】
図１において、電動機としての巻線５０が施された固定子１０１は電磁鋼板で構成される。この固定子１０１の電磁鋼板は回転機の回転軸１００の軸方向に積層され、ティース部１０４を有している。
固定子１０１の外周面はフレーム部材１０２と接し、フレーム部材１０２によって固着保持されるものである。
回転子１０３は、この固定子１０１の電磁鋼板に空隙部を介して対向し、電磁鋼板からなる固定子１０１とともに磁気回路を形成する。
【００１４】
電磁鋼板により構成される固定子１０１には、突起部１１が設けられ、フレーム部材１０２には、回転締結前に突起部１１を収納するために溝部２１が設けられている。
なお、巻線５０は、図では１箇所だけを示しているが、ティース部１０４のほぼすべての間に挿入されているものである。これは、以降の図においても同様である。
溝部２１を設けるには、例えばフレーム部材１０２を冷間鋳造することによって実現することができる。
【００１５】
なお、電磁鋼板からなる固定子１０１の突起部１１は、ティース間に設けてもよく、ティース中央部にくるように設けてもよい。
【００１６】
次に、動作について説明する。
フレーム部材１０２の第１の溝部２１と、電磁鋼板からなる固定子１０１の突起部１１が組み合わさるようにフレーム部材１０２に電磁鋼板からなる固定子１０１が嵌めこまれた状態から、図２に示すように、フレーム部材１０２と電磁鋼板からなる固定子１０１を相対的に回転軸１００に対して回転させ、電磁鋼板からなる固定子１０１の突起部１１が、フレーム部材に設けられた第２の溝部２２に合致するように回転締結する。
このとき、第２の溝部２２の最深部から回転軸１００までの距離を、突起部１１の先端部から回転軸１００までの距離よりも短くすることによって、電磁鋼板からなる固定子１０１はフレーム部材１０２より強く回転締結力を受けることになる。
【００１７】
従来の「圧入」された電磁鋼板は、回転中心軸１００と同じ鋼板の積層方向に対して、傾斜応力分布を持つことがあった。
このため、応力による電磁鋼板の磁気特性（起磁力対磁束密度の特性）の劣化の程度が積層方向に分布を持つこととなる。応力により磁気特性が劣化すると、コギングトルクが大きくなることがある。
図３に、回転軸１００の軸方向に従来の「圧入」された電磁鋼板からなる固定子１０１のとき、すなわち傾斜応力分布をもつときと、この発明による実施の形態により電磁鋼板とフレームを相対的に回転締結させた場合のコギングトルク特性のシミュレーション結果例を示す。ただし、図３では傾斜応力分布をもつときのコギングトルクの最大値を１００％としている。
図３において、曲線Ａは、この発明による実施の形態により電磁鋼板とフレームを相対的に回転締結させた場合のコギングトルク特性を示し、曲線Ｂは、従来技術による場合のコギングトルク特性を示している。
図３から明らかなように、この発明による実施の形態ではコギングトルクが低減されていることが分かる。
【００１８】
また、従来の「圧入」や「焼きばめ」によって電磁鋼板をフレームに固定する場合、電磁鋼板とフレームが接触する部分がほぼ周方向３６０度にわたっているため、電磁鋼板が応力を受ける部分もほぼ３６０度にわたっている。
図４に従来の「圧入」ないし「焼きばめ」によって固定した電磁鋼板からなる固定子１０１の応力が掛かっている部分を斜線部で示す。電磁鋼板は応力を受けると鉄損が増加する傾向にあり、「圧入」や「焼きばめ」では応力を受ける体積が多くなり、鉄損が大幅に増加するという課題があった。
しかし、この発明による実施の形態の回転締結を実施することにより図４のように応力は電磁鋼板の突起部分周辺のみに掛かるため磁気特性が劣化する部分が少なくなる。
したがって、この発明の実施により鉄損の低減が期待される。鉄損を従来例と比較したものを図５に示す。ただし、この図５では、従来例の鉄損を１００％としている。
このように、この発明の回転締結した場合の鉄損は圧入のときの鉄損より低減されており、より高効率のモータを得ることができるという効果があることが分かる。
【００１９】
なお、この実施の形態では、電磁鋼板に突起部を設け、フレームに溝を設けた場合について示したが、逆に、電磁鋼板に溝を設け、フレームに突起を設けた場合にも同様の効果が得られることはいうまでもない。
【００２０】
図６（ａ）（ｂ）は、図１および図２のＶＩ（ａ）−ＶＩ（ａ）線およびＶＩ（ｂ）−ＶＩ（ｂ）線における断面図である。
図６（ａ）（ｂ）において、電磁鋼板からなる固定子１０１の回転中心軸と、フレーム部材１０２の回転中心軸の、回転締結前における平行度は、電磁鋼板からなる固定子１０１の外周面とフレーム部材１０２の内周面の接触または「すきまばめ」により管理することができ、従来の「圧入」に比べて、電磁鋼板からなる固定子１０１とフレーム部材１０２の回転中心軸方向のズレの防止が容易にできる。
【００２１】
これに対し、従来技術での「圧入」では、図６（ｃ）〜（ｆ）に示すとおり、「圧入」開始時における電磁鋼板からなる固定子１０１とフレーム部材１０２の姿勢の安定性に課題があった。
一般に、「圧入」は、図６（ｃ）に示すように、フレーム部材１０２の導入口上かつ同軸（回転中心軸）上に電磁鋼板からなる固定子１０１を配置後、プレス機にて電磁鋼板からなる固定子１０１をフレーム部材１０２に押し込む。
ここで、「圧入」開始時、電磁鋼板からなる固定子１０１の大部分はフレーム部材１０２から露出しており支持がないため、電磁鋼板からなる固定子１０１とフレーム部材１０２の回転中心軸の方向にズレを生じる可能性が大きい〔図６（ｄ）〕。
電磁鋼板からなる固定子１０１とフレーム部材１０２の回転中心軸の方向にズレが生じると、「圧入」後に電磁鋼板からなる固定子１０１もしくはフレーム部材１０２に歪みが生じ〔図６（ｅ），図６（ｆ）参照〕、この結果、上述と同様に、コギングトルクが大きくなる可能性がある。
この発明による実施の形態によれば、このような従来技術における問題点は解消されるものである。
【００２２】
なお、上記実施の形態では、フレーム部材１０２に溝部がある場合について説明したが、フレーム部材１０２に突起部が、電磁鋼板からなる固定子１０１に溝部がある構成であってもよく、上記実施の形態と同様の効果がある。
【００２３】
また、上記実施の形態では、フレーム部材１０２の第１の溝部、または、電磁鋼板からなる固定子１０１の第１の突起部１１が、回転軸１００に平行に直線的に形成されるように記述したが、これらの溝部や突起部は、回転軸に垂直なある断面に形成されておればよく、回転軸１００に沿って貫通形成される必要はない。
【００２４】
この発明による実施の形態１によれば、電磁鋼板等の板状磁性材料を回転軸１００の軸方向に積層して構成され３相等の多相磁界からなる回転磁界を形成するための起磁力を生成する巻線５０が施された固定子１０１と、この固定子１０１に空隙部を介して磁気回路を構成する回転子１０３と、前記固定子１０１の外周を覆うフレーム部材１０２とを備えた回転機において、前記固定子１０１の外周面およびフレーム部材１０２の内周面に回転軸１００の軸方向に延在する係合部を設け、前記フレーム部材１０２を前記固定子１０１と相対的に回動することにより前記係合部を係合させて、前記フレーム部材１０２と前記固定子１０１とを固着させるものであって、前記係合部を回転軸１００の軸方向に延在する突起１１と溝２２とにより構成するようにしたので、電磁鋼板からなる複数の板状磁性体の積層方向に対して固定子の応力分布が傾斜して不適正となることを阻止し、フレーム部材により固着保持される固定子における応力分布を適正に保つことができる回転機を得ることができる。
【００２５】
実施の形態２．
この発明による実施の形態２を図７について説明する。図７は、この発明を実施するための実施の形態２による回転機を説明するための図である。
この実施の形態２において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態１と同様の構成内容を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
なお、図７では、特徴的な付設突起部１２を見やすくするために、図１および図２において鎖線により四角形で囲まれた部分を拡大して描かれている。
【００２６】
図７において、フレーム部材１０２に接する電磁鋼板からなる固定子１０１は、主突起部としての突起部１１の他に、突起部１１と寸法が異なり突起部１１よりも突出高さの小さい付設突起部１２を有する。
この付設突起部１２は、回転軸１００の延長方向に延在する突起部１１と並行して、回転軸１００の延長方向に延在する。
【００２７】
図７（ａ）に示した状態から、フレーム部材１０２と電磁鋼板からなる固定子１０１を相対的に回転させることで、図７（ｂ）に示すように圧接締結力が加わる部分を増やすことができる。
【００２８】
この発明による実施の形態２によれば、実施の形態１における構成において前記係合部に変形を加え、前記フレーム部材１０２と前記固定子１０１との相対的回動方向に間隔を置いて設けられた複数の突起１１，１２とこれらの突起１１，１２に係合する溝とにより前記係合部を構成するとともに、前記複数の突起１１，１２を前記回転軸１００の軸方向に延在する主突起部としての突起部１１および突起部１１よりも突出高さの小さい付設突起部１２からなる複数の突起部により構成したので、複数の突起および溝からなる係合部を設けることによって、フレーム部材により固着保持される固定子における応力分布を適正に保つことができるとともに、締結保持力を確実に増大できる回転機を得ることができる。
【００２９】
実施の形態３．
この発明による実施の形態３を図８および図９について説明する。図８および図９は実施の形態３における回転機の構成を示す横断面図である。図８は回転により圧接締結される前の状態を示すものであり、図９は回転による圧接締結後の状態を示すものである。
この実施の形態３において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態１と同様の構成内容を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
【００３０】
図４において、固定子を構成する電磁鋼板からなる固定子１０１の外周形状は略八角形であり、略八角形内側断面形状をもつフレーム部材１０２に嵌めこまれた状態から、実施の形態１と同様に、フレーム部材１０２と電磁鋼板からなる固定子１０１を相対的に回転軸１００に対して回転させ、図５に示すように、電磁鋼板からなる固定子１０１の外周多角形状の略角部１３を、フレーム部材１０２の内周面の辺１４と合致させることで回転締結させたものである。回転させる前の嵌めこみ状態において、回転軸１００から電磁鋼板で構成された固定子１０１の外周多角形状の角部までの距離は、回転軸１００からフレーム部材１０２の辺までの距離よりも長くなければならないことは言うまでもない。
【００３１】
また、上記実施の形態３では、電磁鋼板からなる固定子１０１とフレーム部材１０２が略八角形のそれぞれ内周と外周の断面形状をもつ場合について示したが、これは八角形に限定されるものではなく、六角形および八角形等を含む多角形として一般化し、これらを適用することができる。
【００３２】
この発明による実施の形態３によれば、実施の形態１における構成において前記係合部を形成するための構成部分に変形を加え、前記フレーム部材１０２の内周形状を略多角形とし、前記固定子１０１の外周形状を略多角形として、前記係合部を構成するとともに、前記フレーム部材１０２の内周形状および前記固定子１０１の外周形状を回転軸１００の軸方向に延在する同じ数の辺を持つ略多角形として構成したので、互いに略多角形部分でフレーム部材と固定子とを係合することによって、フレーム部材により固着保持される固定子における応力分布を適正に保つことができる回転機を得ることができる。
【００３３】
実施の形態４．
この発明による実施の形態４を図１０について説明する。図１０は、この発明を実施するための実施の形態４による回転機を説明するための図である。
この実施の形態４において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態１と同様の構成内容を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
なお、図１０は、特徴的な突起部１１を見やすくするために、図９において鎖線により四角形で囲まれた部分を拡大して描かれている。
【００３４】
上記実施の形態３では、フレーム部材１０２の内周面を、略多角形のみとしたが、多角形に構成された外周面を有する電磁鋼板からなる固定子１０１の稜線部を形成する略角部１３に突起部１１を設けた場合には、これと合致するフレーム部材１０２の多角形内周面における辺１４上に溝部２２を設けると、さらに、フレーム部材１０２と電磁鋼板からなる固定子１０１が振動に対しても安定して固着した状態を保つことができる。
【００３５】
このとき、フレーム部材１０２に突起部１１を、電磁鋼板からなる固定子１０１に、この突起部１１に合致するような溝部２２を設けても同じ効果が得られる。
【００３６】
さらに、実施の形態２に示すように、この実施の形態において、主突起部としての突起部１１の他に、さらに付設突起部を設けてもよい。
【００３７】
この発明による実施の形態４によれば、実施の形態３における構成において、前記フレーム部材１０２の内周面の辺上に係合部を設けるとともに、このフレーム部材１０２の係合部に係合する前記固定子１０１の外周面に係合部を設け、前記固定子１０１と前記フレーム部材１０２の係合部を前記電磁鋼板からなる固定子１０１の稜線部を形成する回転軸１００の軸方向に延在する略角部１３に設けた突起１１と前記フレーム部材１０２の内周面における回転軸１００の軸方向に延在する辺１４上に設けた溝２２で構成したので、互いに略多角形部分で係合するフレーム部材と固定子の係合部を突起と溝で構成することによって、フレーム部材により固着保持される固定子における応力分布を適正に保つことができるとともに、フレーム部材による固定子の固着保持を安定して行える回転機を得ることができる。
【００３８】
なお、この発明は、上記積層された電磁鋼板のみならず、フェライトなどの燒結材料で作成された固定子または回転子に対しても適用することができる。
そして、上述したこの発明による実施の形態では、電動機としての回転機について説明したが、この発明は、発電機等の回転機にも広く適用することができる。
【００３９】
【発明の効果】
この発明によれば、フレーム部材により固着保持される固定子における応力分布を適正に保つことができる回転機を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による実施の形態１の回転機における回転締結前の状態を示す横断面図である。
【図２】この発明による実施の形態１の回転機における回転締結後の状態を示す横断面図である。
【図３】この発明による実施の形態１における回転機のコギングトルク特性を示す特性曲線図である。
【図４】この発明による実施の形態１における回転機の応力分布を示す横断面図である。
【図５】この発明による実施の形態１における回転機の鉄損特性を示す特性図である。
【図６】図６は図１および図２のＶＩ（ａ）−ＶＩ（ａ）線およびＶＩ（ｂ）−ＶＩ（ｂ）線における断面図、および、これらと比較のために示す従来技術による回転機の断面図である。
【図７】この発明による実施の形態２の回転機における構成を示す拡大横断面図である。
【図８】この発明による実施の形態３の回転機における回転締結前の状態を示す横断面図である。
【図９】この発明による実施の形態３の回転機における回転締結後の状態を示す横断面図である。
【図１０】この発明による実施の形態４の回転機における構成を示す拡大横断面図である。
【符号の説明】
１００回転軸、１０１固定子を構成する電磁鋼板、１０２フレーム部材、５０巻線、１０３回転子、１０４固定子のティース部、１１電磁鋼板の突起部、１２電磁鋼板の付設突起部、１３多角形電磁鋼板の略角部、１４多角形電磁鋼板の内周面の辺、２１，２２フレーム部材の溝部。

Claims

起磁力を生成する巻線が施された磁性材料からなる固定子と、この固定子に空隙部を介して磁気回路を構成する回転子と、前記固定子の外周を覆うフレーム部材とを備えた回転機において、前記固定子の外周面およびフレーム部材の内周面に係合部を設け、前記フレーム部材を前記固定子と相対的に回動することにより前記係合部を係合させて、前記フレーム部材と前記固定子とを固着させたことを特徴とする回転機。
突起と溝とにより前記係合部を構成したことを特徴とする請求項１に記載の回転機。
前記フレーム部材と前記固定子との相対的回動方向に間隔を置いて設けられた複数の突起と溝とにより前記係合部を構成したことを特徴とする請求項１に記載の回転機。
前記フレーム部材の内周形状を略多角形とし、前記固定子の外周形状を略多角形として、前記係合部を構成したことを特徴とする請求項１に記載の回転機。
前記フレーム部材の内周形状および前記固定子の外周形状を同じ数の辺を持つ略多角形として構成したことを特徴とする請求項４に記載の回転機。
前記フレーム部材内周面の辺上に係合部を設けるとともに、このフレーム部材の係合部に係合する前記固定子の外周面に係合部を設け、前記固定子と前記フレーム部材の係合部を突起と溝で構成したことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の回転機。