JP7122831B2

JP7122831B2 - アウターロータ型回転電機

Info

Publication number: JP7122831B2
Application number: JP2018020436A
Authority: JP
Inventors: 亮平税所; 健司矢島; 努三好
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2018-02-07
Filing date: 2018-02-07
Publication date: 2022-08-22
Anticipated expiration: 2038-02-07
Also published as: JP2019140749A; CN110120714A; CN110120714B

Description

本発明は、電動機や発電機といった回転電機に係わり、特に、ステータコア及びその外周側に配置されたロータコアを有するアウターロータ型回転電機に関する。

特許文献１は、ステータコアを有するステータと、ステータコアの外周側に配置されたロータコアを有するロータとを備えたアウターロータ型電動機を開示する。ロータは、ロータベースと、ロータベースに片持ち支持されたロータコアと、ロータコアの内周側に固定された複数の永久磁石とを有している。

上述したアウターロータ型電動機は、エレベータ用巻上機などのように薄型化（軸方向の小型化）が要求される場合に有力である。また、比較的大きな体積を有するステータコアが内側、比較的小さな体積を有するロータコアが外側になるので、ステータコアとロータコアの間のギャップをより外側に配置できる。そのため、ステータコアの外周面及びロータコアの内周面の面積を大きく確保でき、所望のトルクを得ることができる。

ロータコアは、分割構造とすることにより、一体成形する場合と比べ、歩留まりを改善することができる。しかしながら、ステータコアとロータコアの間で発生する磁気吸引力の影響を考慮しなければならない。詳しく説明すると、ロータコアは、上述したように片持ち支持されている。すなわち、ロータコアの一方側の端部がロータベースに連結されているものの、他方側の端部がロータベースに連結されていない。そのため、ロータコアを分割構造とした場合に、上述した磁気吸引力によってロータコアの他方側の端部がステータコア側に引き寄せられる可能性がある。そして、ステータコアとロータコアの間のギャップが減少して、電動機の特性に影響を及ぼす可能性がある。

そこで、特許文献１では、ロータコアは、周方向及び軸方向で分割され且つ周方向の分割位置が軸方向で隣り合わないように配置された（言い換えれば、レンガ積みされた）複数のロータコアブロック（分割コア）で構成されており、複数のボルトを用いて固定されている。複数のボルトは、複数のロータコアブロックの貫通穴に挿通すると共に、ロータベースのネジ穴に螺合されている。このような構造により、複数のロータコアブロックを一体化して、ロータコアブロックが変動するのを抑制するようになっている。

特開２０１６－１１６３１６号公報

しかしながら、上記従来技術では、分割構造のロータコアの変動を抑制する点で更なる改善の余地があった。詳しく説明すると、上記従来技術では、ロータコアの組立精度（ひいては、ステータコアとロータコアの間のギャップの精度）を高めるため、周方向に隣り合うロータコアブロックの間には隙間が形成されている。そして、例えば何らかの理由でボルトの締め付け力が弱まった場合に、前述した隙間の大きさに相当する移動量で、ロータコアブロックが変動する可能性がある。

本発明は、上記事柄に鑑みてなされたものであり、分割構造のロータコアの変動を抑制する効果を高めることを課題の一つとするものである。

上記課題を解決するために、特許請求の範囲に記載の構成を適用する。本発明は、上記課題を解決するための手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、ステータコアを有するステータと、ロータベース、前記ロータベースに片持ち支持され且つ前記ステータコアの外周側に配置されたロータコア、及び前記ロータコアの内周側に固定された複数の永久磁石を有するロータとを備え、前記ロータコアは、周方向及び軸方向で分割され且つ周方向の分割位置が軸方向で隣り合わないように配置された複数のロータコアブロックで構成されて、その軸方向の一方側及び他方側に複数の当板が配置されて、複数のボルトが前記複数のロータコアブロックの貫通穴及び前記複数の当板の貫通穴に挿通すると共に前記ロータベースのネジ穴に螺合された、アウターロータ型回転電機において、前記ロータは、周方向に隣り合うロータコアブロックの間の隙間を塞ぐように溶接すると共に、前記隙間と、前記隙間に対して周方向位置が同じであって軸方向に隣接する他のロータコアブロックの一部分と、前記隙間に対して周方向位置が同じである前記当板の間の隙間若しくは前記当板の一部分とを軸方向に連続して直線的に溶接した溶接部を有する。

本発明によれば、分割構造のロータコアの変動を抑制する効果を高めることができる。

なお、上記以外の課題、構成及び効果は、以下の説明により明らかにされる。

本発明の一実施形態におけるアウターロータ型電動機の構造を表す径方向断面図である。図１中断面II－IIによる軸方向断面図である。本発明の一実施形態におけるステータコアの構造を表す、径方向内側から見た図である。本発明の一実施形態におけるロータコアの構造を表す、径方向外側から見た図である。本発明の第１の変形例におけるロータコアの構造を表す、径方向外側から見た図である。本発明の第２の変形例におけるロータコアの構造を表す、径方向外側から見た図である。本発明の第３の変形例におけるロータコアブロックの構造を表す、軸方向一方側から見た図である。本発明の第４の変形例におけるロータコアブロックの構造を表す、軸方向一方側から見た図である。本発明の第５の変形例におけるロータコアブロックの構造を表す、軸方向一方側から見た図である。本発明の他の実施形態におけるステータコアの構造を表す、径方向内側から見た図である。本発明の第６の変形例におけるステータコアブロックの構造を表す径方向断面図である。

本発明の一実施形態を、図１～図４を用いて説明する。

図１は、本実施形態におけるアウターロータ型電動機の構造を表す径方向断面図であり、図２は、図１中断面II－IIによる軸方向断面図である。図３は、本実施形態におけるステータコアの構造を表す、径方向内側から見た図である。図４は、本実施形態におけるロータコアの構造を表す、径方向外側から見た図である。

本実施形態のアウターロータ型電動機は、ステータコア１１を有するステータ１０と、ステータコア１１の外周側に配置されたロータコア２１を有するロータ２０とを備えている。

ステータ１０は、ステータフレーム１２と、ステータフレーム１２に片持ち支持されたステータコア１１と、ステータコア１１の外周側に形成された複数（本実施形態では４８個）のティース部１３に絶縁材を介して巻き回された複数のステータコイル１４（いわゆる集中巻きのコイル）とを有している。

ステータコア１１は、周方向で例えば６つに分割され、軸方向で例えば２つに分割され、且つ周方向の分割位置が軸方向で隣り合わないよう、周方向に異なる位置に配置された（言い換えれば、レンガ積みされた）複数のステータコアブロック１５で構成されており、複数のボルト１６を用いて固定されている。複数のボルト１６は、複数のステータコアブロック１５の貫通穴を挿通すると共に、ステータフレーム１２のネジ穴に螺合されている。これにより、ステータコア１１は、軸方向一方側（図２及び図３中上側）の端部がステータフレーム１２に連結されて、片持ち支持されている。また、前述した構造により、複数のステータコアブロック１５を一体化しており、ステータコア１１とロータコア２１の間で発生する磁気吸引力（図２中矢印Ｆ参照）によってステータコアブロック１５が変動するのを抑制するようになっている。なお、各ステータコアブロック１５は、軸方向に積層された複数の電磁鋼板で構成されている。

ロータ２０は、ステータフレーム１２に対し軸受等（図示せず）を介して回転可能に設けられたロータベース２２と、ロータベース２２に片持ち支持されたロータコア２１と、ロータコア２１の内周側に例えば接着剤を用いて固定された複数（本実施形態では４０個）の永久磁石２３と、ロータコア２１の軸方向一方側（図２及び図４中上側）及び他方側（図２及び図４中下側）に配置された複数の当板２４とを有している。

ロータコア２１は、周方向で例えば５つに分割され、軸方向で例えば２つに分割され、且つ周方向の分割位置が軸方向で隣り合わないよう、周方向に異なる位置に配置された（言い換えれば、レンガ積みされた）複数のロータコアブロック２５で構成されており、複数のボルト２６を用いて固定されている。複数のボルト２６は、複数の当板２４の貫通穴及び複数のロータコアブロック２５の貫通穴に挿通すると共に、ロータベース２２のネジ穴に螺合されている。これにより、ロータコア２１は、軸方向他方側の端部がロータベース２２に連結されて、片持ち支持されている。また、前述した構造により、複数のロータコアブロック２５を一体化しており、ステータコア１１とロータコア２１の間で発生する磁気吸引力によってロータコアブロック２５が変動するのを抑制するようになっている。なお、各ロータコアブロック２５は、軸方向に積層された複数の電磁鋼板で構成されている。

ここで、ロータコア２１の組立精度（ひいては、ステータコア１１とロータコア２１の間のギャップの精度）を高めるため、周方向に隣り合うロータコアブロック２５の間には隙間２７が形成されている。そして、例えば何らかの理由でボルト２６の締め付け力が弱まった場合に、隙間２７の大きさに相当する移動量で、ロータコアブロック２５が変動する可能性がある。そこで、本実施形態のロータ２０は、上述した隙間２７と隙間２７に対して周方向位置が同じであるロータコアブロック２５の一部分（但し、溶接ビードの突出を回避するため、この部分に窪みを形成してもよい）とを軸方向に連続して直線的に溶接した溶接部２８を有している。なお、本実施形態の溶接部２８は、周方向に隣り合う当板２４の間の隙間も軸方向に連続して溶接している。

このように本実施形態においては、溶接部２８によって、隙間２７を塞ぐと共に、複数のロータコアブロック２５の一体化を高めることができる。したがって、ロータコアブロック２５の変動を抑制する効果を高めることができる。

また、本実施形態では、４８個のステータコイル１４は、Ｕ相（Ｕ＋，Ｕ－）コイル、Ｖ相（Ｖ＋，Ｖ－）コイル、及びＷ相（Ｗ＋，Ｗ－）コイルで構成されている。「＋」と「－」は、コイルの巻き方向が逆であることを意味している。そして、ステータコア１１の周方向の分割数を６つとすることにより（言い換えれば、ロータコア２１の周方向の分割数と異ならせることにより）、周方向に分割された６つのステータコアブロック１５のうち、２つのステータコアブロックの両側はＵ相コイルになり、２つのステータコアブロックの両側はＶ相コイルになり、２つのステータコアブロックの両側はＷ相コイルになる。すなわち、ステータコア１１の周方向分割位置を通る磁束を発生するＵ相コイルの個数、Ｖ相コイルの個数、Ｗ相コイルの個数を同じにすることができる。これにより、ステータコア１１の周方向分割位置における磁束の影響を均等にして、トルクリップルの発生を抑制することができる。

なお、本実施形態において、ロータコア２１は、軸方向で２つに分割されたロータコアブロック２５で構成された場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で変形が可能である。すなわち、図５で示す変形例のように、ロータコア２１は、軸方向でＮ個（但し、Ｎ≧３。図示では、Ｎ＝３）に分割されたロータコアブロック２５で構成されて、周方向の分割位置が軸方向で隣り合わないよう、ロータコアブロック２５の周方向長さの約１／Ｍ（但し、Ｍ＜Ｎ。図示では、Ｍ＝２）ずつずれてもよい。あるいは、図６で示す変形例のように、ロータコア２１は、軸方向でＮ個（但し、Ｎ≧３。図示では、Ｎ＝３）に分割されたロータコアブロック２５で構成されて、周方向の分割位置が軸方向で隣り合わないよう、ロータコアブロック２５の周方向長さの約１／Ｎずつずれてもよい。これらの変形例においても、上記一実施形態と同様、溶接部２８を設けることにより、上述した効果を得ることができる。

また、本実施形態において、図１で示すように、ロータコアブロック２５の周方向端面は、その周方向位置に対応するロータコア２１の半径方向に沿った平面である場合を例にとって示したが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で変形が可能である。すなわち、ロータコアブロック２５の周方向端面は、その周方向位置に対応するロータコア２１の半径方向に対して傾けられた平面、又はロータコア２１の半径方向若しくは周方向に沿って曲げられた曲面を有してもよい。このような変形例を、図７～図９を用いて説明する。図７～図９は、本発明の変形例におけるロータコアブロックの構造を表す、軸方向一方側から見た図である。なお、図７～図９においては、便宜上、溶接部２８の図示を省略している。

図７で示す変形例では、ロータコアブロック２５の周方向一方側の端部には、断面矩形状の突出部３１が形成され、ロータコアブロック２５の周方向他方側の端部には、突出部３１と遊嵌する窪み部３２が形成されている。これにより、ロータコアブロック２５の周方向端面は、その周方向位置に対応するロータコア２１の半径方向に対して傾けられた（詳細には、例えばロータコア２１の半径方向に対して直交する）平面３３Ａ，３３Ｂを有している。

図８で示す変形例では、上述した断面矩形状の突出部３１とこれに遊嵌する窪み部３２に代えて、断面半月形状の突出部３１Ａとこれに遊嵌する窪み部３２Ａが形成されている。これにより、ロータコアブロック２５の周方向端面は、ロータコア２１の半径方向若しくは周方向に沿って曲げられた曲面３４Ａ，３４Ｂを有している。

なお、図９で示す変形例のように、第１のロータコアブロック２５と第２のロータコアブロック２５が周方向に交互に配置され、第１のロータコアブロック２５の周方向両側の端部に突出部３１（又は３１Ａ）が形成され、第２のロータコアブロック２５の周方向両側の端部に窪み部３２（又は３２Ａ）が形成されてもよい。

これらの変形例では、ロータコア２１の半径方向外側から隙間２７を溶接する際に、溶可材がロータコア２１の半径方向内側へ過度に侵入するのを防ぐことができる。したがって、電動機の特性に影響を及ぼすのを防ぐことができる。

本発明の他の実施形態を、図１０を用いて説明する。なお、本実施形態において、上記一実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜、説明を省略する。

図１０は、本実施形態におけるステータの構造を表す、径方向内側から見た図である。

ステータコア１１の組立精度（ひいては、ステータコア１１とロータコア２１の間のギャップの精度）を高めるため、周方向に隣り合うステータコアブロック１５の間には隙間１７が形成されている。そして、例えば何らかの理由でボルト１６の締め付け力が弱まった場合に、隙間１７の大きさに相当する移動量で、ステータコアブロック１５が変動する可能性がある。そこで、本実施形態のステータ１０は、上述した隙間１７と隙間１７に対して周方向位置が同じであるステータコアブロック１５の一部分（但し、溶接ビードの突出を回避するため、この部分に窪みを形成してもよい）とを軸方向に連続して直線的に溶接した溶接部１８を有している。

このように本実施形態においては、溶接部１８によって、隙間１７を塞ぐと共に、複数のステータコアブロック１５の一体化を高めることができる。したがって、ステータコアブロック１５の変動を抑制する効果を高めることができる。

なお、本実施形態において、図１で示すように、ステータコアブロック１５の周方向端面は、その周方向位置に対応するステータコア１１の半径方向に沿った平面である場合を例にとって示したが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で変形が可能である。すなわち、ステータコアブロック１５の周方向端面は、その周方向位置に対応するステータコア１１の半径方向に対して傾けられた平面、又はステータコア１１の半径方向若しくは周方向に沿って曲げられた曲面を有してもよい。このような変形例を、図１１を用いて説明する。図１１は、本発明の変形例におけるステータコアブロックの構造を表す径方向断面図である。なお、図１１においては、便宜上、溶接部１８の図示を省略している。

図１１で示す変形例では、ステータコアブロック１５の周方向一方側の端部には、断面矩形状の突出部３５が形成され、ステータコアブロック１５の周方向他方側の端部には、突出部３５と遊嵌する窪み部３６が形成されている。これにより、ステータコアブロック１５の周方向端面は、その周方向位置に対応するステータコア１１の半径方向に対して傾けられた（詳細には、例えばステータコア１１の半径方向に対して直交する）平面３７Ａ，３７Ｂを有している。

また、図示しないものの、上述した断面矩形状の突出部３５とこれに遊嵌する窪み部３６に代えて、断面半月形状の突出部とこれに遊嵌する窪み部が形成されてもよい。これにより、ステータコアブロック１５の周方向端面は、ステータコア１１の半径方向若しくは周方向に沿って曲げられた曲面を有してもよい。また、図示しないものの、第１のステータコアブロック１５と第２のステータコアブロック１５が周方向に交互に配置され、第１のステータコアブロック１５の周方向両側の端部に突出部が形成され、第２のステータコアブロック１５の周方向両側の端部に窪み部が形成されてもよい。

これらの変形例では、ステータコア１１の半径方向内側から隙間１７を溶接する際に、溶可材がステータコア１１の半径方向外側へ過度に侵入するのを防ぐことができる。したがって、電動機の特性に影響を及ぼすのを防ぐことができる。

なお、本発明は、例えばエレベータ用巻上機に組み込まれた電動機に適用することが可能であるものの、他の電動機に適用してもよい。また、電動機のみならず、発電機（ジェネレータ）にも適用することが可能である。

１０…ステータ、１１…ステータコア、１２…ステータフレーム、１３…ティース部、１４…ステータコイル、１５…ステータコアブロック、１６…ボルト、１７…隙間、１８…溶接部、２０…ロータ、２１…ロータコア、２２…ロータベース、２３…永久磁石、２５…ロータコアブロック、２６…ボルト、２７…隙間、２８…溶接部、３３Ａ，３３Ｂ…平面、３４Ａ，３４Ｂ…曲面、３７Ａ，３７Ｂ…平面

Claims

ステータコアを有するステータと、
ロータベース、前記ロータベースに片持ち支持され且つ前記ステータコアの外周側に配置されたロータコア、及び前記ロータコアの内周側に固定された複数の永久磁石を有するロータとを備え、
前記ロータコアは、周方向及び軸方向で分割され且つ周方向の分割位置が軸方向で隣り合わないように配置された複数のロータコアブロックで構成されて、その軸方向の一方側及び他方側に複数の当板が配置されて、複数のボルトが前記複数のロータコアブロックの貫通穴及び前記複数の当板の貫通穴に挿通すると共に前記ロータベースのネジ穴に螺合された、アウターロータ型回転電機において、
前記ロータは、周方向に隣り合うロータコアブロックの間の隙間を塞ぐように溶接すると共に、前記隙間と、前記隙間に対して周方向位置が同じであって軸方向に隣接する他のロータコアブロックの一部分と、前記隙間に対して周方向位置が同じである前記当板の間の隙間若しくは前記当板の一部分とを軸方向に連続して直線的に溶接した溶接部を有することを特徴とするアウターロータ型回転電機。
請求項１に記載のアウターロータ型回転電機において、
前記ロータコアブロックの周方向端面は、その周方向位置に対応する前記ロータコアの半径方向に対して傾けられた平面、又は前記ロータコアの半径方向若しくは周方向に沿って曲げられた曲面を有することを特徴とするアウターロータ型回転電機。
請求項１に記載のアウターロータ型回転電機において、
前記ステータは、ステータフレーム、前記ステータフレームに片持ち支持された前記ステータコア、及び前記ステータコアの外周側に形成された複数のティース部に巻き回された複数のステータコイルを有し、
前記ステータコアは、周方向及び軸方向で分割され且つ周方向の分割位置が軸方向で隣り合わないように配置された複数のステータコアブロックで構成されており、
前記ステータは、周方向に隣り合うステータコアブロックの間の隙間を塞ぐように溶接すると共に、前記隙間と、前記隙間に対して周方向位置が同じであって軸方向に隣接する他のステータコアブロックの一部分とを軸方向に連続して直線的に溶接した溶接部を更に有することを特徴とするアウターロータ型回転電機。
請求項３に記載のアウターロータ型回転電機において、
前記ステータコアブロックの周方向端面は、その周方向位置に対応する前記ステータコアの半径方向に対して傾けられた平面、又は前記ステータコアの半径方向若しくは周方向に沿って曲げられた曲面を有することを特徴とするアウターロータ型回転電機。
請求項３に記載のアウターロータ型回転電機において、
前記ステータは、前記複数のステータコアブロックの貫通穴に挿通すると共に前記ステータフレームのネジ穴に螺合された複数のボルトを有することを特徴とするアウターロータ型回転電機。