(57)【要約】【課題】フレーム及び固定子鉄心の温度変化による膨張や収縮の影響を抑制可能にした固定子を提供する。【解決手段】回転電機１０は、筒状のフレーム１３と、フレーム１３の内周面に当接する態様で嵌合固定された筒状の中間部材１４と、中間部材１４の内周面に当接する態様で嵌合固定された筒状の鉄心１５とを備える。そして、フレーム１３の線膨張係数と鉄心１５の線膨張係数とが互いに異なるように設定され、中間部材１４の線膨張係数が、フレーム１３の線膨張係数と鉄心１５の線膨張係数との間の値に設定されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のフレーム（１３）と、
前記フレームの内周面に当接する態様で嵌合固定された筒状の中間部材（１４）と、
前記中間部材の内周面に当接する態様で嵌合固定された筒状の固定子鉄心（１５）と、
を備え、
前記フレームの線膨張係数と前記固定子鉄心の線膨張係数とが互いに異なるように設定され、
前記中間部材の線膨張係数が、前記フレームの線膨張係数と前記固定子鉄心の線膨張係数との間の値に設定されている固定子。
【請求項２】
前記中間部材が前記フレームの内周面に締め代を有して嵌合固定されている、請求項１に記載の固定子。
【請求項３】
前記固定子鉄心が前記中間部材の内周面に締め代を有して嵌合固定されている、請求項１又は請求項２に記載の固定子。
【請求項４】
前記中間部材の熱伝導率が前記フレームの熱伝導率よりも大きい、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の固定子。
【請求項５】
前記中間部材の熱伝導率が前記固定子鉄心の熱伝導率よりも大きい、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の固定子。
【請求項６】
前記中間部材の軸方向長さ（Ｌ１）が前記固定子鉄心の軸方向長さ（Ｌ２）以上に設定されている、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の固定子。
【請求項７】
前記中間部材の径方向厚さ（Ｔ２）が前記フレームの径方向厚さ（Ｔ１）よりも薄い、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の固定子。
【請求項８】
環状の固定子（１１）と、前記固定子の内側に設けられた回転子（１２）と、を備えた回転電機であって、
前記固定子は、
筒状のフレーム（１３）と、
前記フレームの内周面に当接する態様で嵌合固定された筒状の中間部材（１４）と、
前記中間部材の内周面に当接する態様で嵌合固定された筒状の固定子鉄心（１５）と、
を備え、
前記フレームの線膨張係数と前記固定子鉄心の線膨張係数とが互いに異なるように設定され、
前記中間部材の線膨張係数が、前記フレームの線膨張係数と前記固定子鉄心の線膨張係数との間の値に設定されている回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定子及び回転電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１の固定子は、互いに異なる材料から形成された筒状のフレームと筒状の固定子鉄心とを有し、フレームの内側に固定子鉄心が嵌合されて、フレームの内周面に固定子鉄心の外周面が当接する態様で互いに固定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第６２９３１８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような固定子では、フレームと固定子鉄心が互いに異なる材料から形成されているため、フレームの線膨張係数と固定子鉄心の線膨張係数とは互いに異なっている。このため、固定子に温度変化が生じると、フレームと固定子鉄心の線膨張係数の大小に応じて、フレームと固定子鉄心同士の固定強度不足や、フレームや固定子鉄心に意図しない応力が生じるおそれがある。フレームや固定子鉄心に意図しない応力が生じると、フレームや固定子鉄心の損傷や、フレームや固定子鉄心の磁気特性の変化（すなわち回転電機の特性変化）に繋がってしまう。また、上記の問題は、フレームと固定子鉄心の線膨張係数の差が大きいほど顕著となる。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、フレーム及び固定子鉄心の温度変化による膨張や収縮の影響を抑制可能にした固定子及び回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する固定子は、筒状のフレーム（１３）と、前記フレームの内周面に当接する態様で嵌合固定された筒状の中間部材（１４）と、前記中間部材の内周面に当接する態様で嵌合固定された筒状の固定子鉄心（１５）と、を備え、前記フレームの線膨張係数と前記固定子鉄心の線膨張係数とが互いに異なるように設定され、前記中間部材の線膨張係数が、前記フレームの線膨張係数と前記固定子鉄心の線膨張係数との間の値に設定されている。
【０００７】
上記課題を解決する回転電機は、環状の固定子（１１）と、前記固定子の内側に設けられた回転子（１２）と、を備えた回転電機であって、前記固定子は、筒状のフレーム（１３）と、前記フレームの内周面に当接する態様で嵌合固定された筒状の中間部材（１４）と、前記中間部材の内周面に当接する態様で嵌合固定された筒状の固定子鉄心（１５）と、を備え、前記フレームの線膨張係数と前記固定子鉄心の線膨張係数とが互いに異なるように設定され、前記中間部材の線膨張係数が、前記フレームの線膨張係数と前記固定子鉄心の線膨張係数との間の値に設定されている。
【０００８】
上記の固定子及び回転電機によれば、フレームと固定子鉄心との間に、それらの中間の線膨張係数の材料からなる中間部材が介在される。これにより、固定子における径方向に当接する部材同士の線膨張係数差を小さく抑えることができる。その結果、固定子を構成する各部材の温度変化による膨張や収縮の影響を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態における回転電機を軸方向から見た模式図。
【図２】同形態における固定子の軸方向に沿った断面を示す模式図。
【図３】変更例における固定子の軸方向に沿った断面を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、固定子及び回転電機の一実施形態について説明する。
図１に示すように、本実施形態の回転電機１０は、円環状の固定子１１と、固定子１１の内側に回転可能に設けられた回転子１２とを備えている。
【００１１】
図１及び図２に示すように、固定子１１は、円筒状のフレーム１３と、フレーム１３の内周側に嵌合された円筒状の中間部材１４と、中間部材１４の内周側に嵌合された円筒状の固定子鉄心１５（以下、単に鉄心１５と言う）とを備えている。
【００１２】
フレーム１３、中間部材１４及び鉄心１５の各々は、回転子１２の軸線Ｌを中心とする円筒状をなしている。フレーム１３の径方向厚さＴ１は周方向において略一様である。また、中間部材１４の径方向厚さＴ２は周方向において略一様である。そして、中間部材１４の径方向厚さＴ２は、フレーム１３の径方向厚さＴ１よりも薄く形成されている。
【００１３】
固定子１１の鉄心１５は磁性体からなる。本実施形態では、鉄心１５は、金属板からプレス加工により成形された複数のシート材１５ａ（図２参照）を軸方向に積層した構成をなしている。固定子１１は、鉄心１５において周方向に複数設けられたティース１６に巻線（図示略）が装着される。
【００１４】
中間部材１４は、フレーム１３に対して焼嵌めにより固定されている。すなわち、中間部材１４は、フレーム１３の内周面に締め代を有して嵌合固定されている。また、鉄心１５は、中間部材１４に対して焼嵌めにより固定されている。すなわち、鉄心１５は、中間部材１４の内周面に締め代を有して嵌合固定されている。
【００１５】
なお、フレーム１３、中間部材１４及び鉄心１５の組付手順としては、まず、鉄心１５を中間部材１４に焼嵌めし、その後、中間部材１４と鉄心１５の一体品をフレーム１３に焼嵌めするのが好ましい。
【００１６】
図２に示すように、フレーム１３は、中間部材１４及び鉄心１５よりも軸方向に長い。また、中間部材１４の軸方向長さＬ１は、鉄心１５の軸方向長さＬ２と等しく設定されている。
【００１７】
次に、フレーム１３、中間部材１４及び鉄心１５の構成材料について説明する。
フレーム１３は、アルミニウム系の金属材料（すなわち、純アルミニウムまたはアルミニウム合金）にて形成されている。中間部材１４は、銅系の金属材料（すなわち、純銅または銅合金）にて形成されている。また、鉄心１５を構成する各シート材１５ａは電磁鋼板である。すなわち、鉄心１５は、鉄系の金属材料にて形成されている。
【００１８】
上記の材料の設定により、フレーム１３、中間部材１４及び鉄心１５における線膨張係数は、鉄心１５が最も小さく、次いで中間部材１４、フレーム１３の順に大きくなる。なお、参考値として、純鉄の線膨張係数は１１．７［１０−６／Ｋ］であり、純銅の線膨張係数は１６．５［１０−６／Ｋ］であり、純アルミニウムの線膨張係数は２３．９［１０−６／Ｋ］である。
【００１９】
また、フレーム１３、中間部材１４及び鉄心１５における熱伝導率は、中間部材１４が最も大きく、次いでフレーム１３、鉄心１５の順に小さくなる。なお、参考値として、純鉄の熱伝導率は６７［Ｗ／ｍ・Ｋ］であり、純銅の熱伝導率は３８６［Ｗ／ｍ・Ｋ］であり、純アルミニウムの熱伝導率は２０４［Ｗ／ｍ・Ｋ］である。
【００２０】
本実施形態の作用について説明する。
回転電機１０に高温側への温度変化が生じると、固定子１１のフレーム１３、中間部材１４及び鉄心１５が膨張して径が大きくなるようにそれぞれ変形する。このとき、各部材の変形量は、線膨張係数の関係から、フレーム１３で最も大きく、次いで中間部材１４、鉄心１５の順に小さくなる。
【００２１】
ここで、本実施形態では、フレーム１３と鉄心１５との間に中間部材１４が介在され、その中間部材１４の線膨張係数がフレーム１３の線膨張係数と鉄心１５の線膨張係数との間の値に設定されている。すなわち、フレーム１３と鉄心１５との間に、それらの中間の線膨張係数の材料からなる中間部材１４が介在されている。これにより、固定子１１における径方向に当接する部材同士の線膨張係数差、すなわち、フレーム１３と中間部材１４の線膨張係数差、及び鉄心１５と中間部材１４の線膨張係数差が小さく抑えられる。
【００２２】
すなわち、本実施形態とは異なり、フレーム１３と鉄心１５との間に中間部材１４を介在させない場合には、フレーム１３と鉄心１５とが径方向に当接することになる。その場合のフレーム１３と鉄心１５の線膨張係数差に比べて、本実施形態では、フレーム１３と中間部材１４の線膨張係数差、及び鉄心１５と中間部材１４の線膨張係数差が小さく抑えられている。従って、熱膨張時におけるフレーム１３と中間部材１４との締め代の減少量、及び、鉄心１５と中間部材１４との締め代の減少量が小さく抑えられ、その結果、高温時においてもフレーム１３側に対する鉄心１５の固定強度が確保されるようになっている。
【００２３】
また、回転電機１０に低温側への温度変化が生じたときには、固定子１１のフレーム１３、中間部材１４及び鉄心１５が収縮して径が小さくなるようにそれぞれ変形する。ここで、前述したように、固定子１１における径方向に当接する部材同士の線膨張係数差、すなわち、フレーム１３と中間部材１４の線膨張係数差、及び鉄心１５と中間部材１４の線膨張係数差が小さく抑えられている。このため、収縮時におけるフレーム１３と中間部材１４との締め代の増加量、及び、鉄心１５と中間部材１４との締め代の増加量が小さく抑えられ、その結果、フレーム１３、中間部材１４及び鉄心１５の各部材に生じる応力が小さく抑えられるようになっている。
【００２４】
本実施形態の効果について説明する。
（１）フレーム１３と鉄心１５の間に配置された中間部材１４の線膨張係数がフレーム１３の線膨張係数と鉄心１５の線膨張係数との間の値に設定されている。すなわち、フレーム１３と鉄心１５との間に、それらの中間の線膨張係数の材料からなる中間部材１４が介在される。これにより、固定子１１における径方向に当接する部材同士の線膨張係数差を小さく抑えることができる。その結果、固定子１１を構成する各部材の温度変化による膨張や収縮の影響を抑制することが可能となる。
【００２５】
（２）中間部材１４がフレーム１３の内周面に締め代を有して嵌合固定されている。また、鉄心１５が中間部材１４の内周面に締め代を有して嵌合固定されている。このため、接着などを用いずに、フレーム１３側に対する鉄心１５の固定強度を確保することが可能となる。また、このような締め代を有する固定構造では、温度変化による膨張または収縮の影響を受けやすい。このため、フレーム１３と鉄心１５との間に、それらの中間の線膨張係数の材料からなる中間部材１４を介在させたことによる上記効果をより顕著に得ることができる。
【００２６】
（３）中間部材１４の熱伝導率がフレーム１３の熱伝導率よりも大きい。このため、鉄心１５で生じた熱を放出する放熱性能を向上させることが可能となる。また、中間部材１４の熱伝導率が鉄心１５の熱伝導率よりも大きい。このため、鉄心１５で生じた熱を放出する放熱性能をさらに向上させることが可能となる。
【００２７】
（４）中間部材１４の軸方向長さＬ１が鉄心１５の軸方向長さＬ２と等しく設定されているため、中間部材１４の軸方向長さＬ１が鉄心１５の軸方向長さＬ２よりも短い構成に比べて、中間部材１４の内周面と鉄心１５の外周面との接触面積が増え、その結果、鉄心１５からフレーム１３側への放熱性を向上させることが可能となる。
【００２８】
（５）中間部材１４の径方向厚さＴ２がフレーム１３の径方向厚さＴ１よりも薄い。このため、中間部材１４を設けることによる固定子１１の重量増を少なく抑えることができる。
【００２９】
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・フレーム１３、中間部材１４及び鉄心１５の各々の材料設定は上記実施形態に限定されるものではなく、中間部材１４の線膨張係数がフレーム１３と鉄心１５の中間に設定されている限り、所望する回転電機１０の特性に応じて適宜変更してもよい。
【００３０】
例えば、上記実施形態では、鉄心１５の構成材料を鉄系の金属材料（具体的には電磁鋼）とし、フレーム１３の構成材料をアルミニウム系の金属材料としている。つまり、フレーム１３の線膨張係数が鉄心１５の線膨張係数よりも大きいが、これに限らず、フレーム１３の線膨張係数を鉄心１５の線膨張係数よりも小さくなるように両部材の材料を設定してもよい。具体的には、鉄心１５の構成材料を鉄系の金属材料（具体的には電磁鋼）としたうえで、フレーム１３の構成材料を、鉄心１５よりも線膨張係数の小さい例えばタングステン系の金属材料とする。この場合、中間部材１４の構成材料は、フレーム１３と鉄心１５の中間の線膨張係数の材料、具体的にはチタン系の金属材料とする。この材料設定によっても、上記実施形態と略同様の効果を得ることができる。また、中間部材１４やフレーム１３を金属材料以外の例えば樹脂材料などで形成してもよい。
【００３１】
・図３に示すように、中間部材１４の軸方向長さＬ１を鉄心１５の軸方向長さＬ２よりも長く形成してもよい。これにより、中間部材１４の外周面とフレーム１３の内周面との接触面積が増え、その結果、鉄心１５から中間部材１４及びフレーム１３側への放熱性を向上させることが可能となる。
【００３２】
・上記実施形態では、鉄心１５を中間部材１４に焼嵌めした後、中間部材１４と鉄心１５の一体品をフレーム１３に焼嵌めするとしたが、組付順序はこれに限らない。すなわち、中間部材１４をフレーム１３に焼嵌めした後、鉄心１５をフレーム１３と中間部材１４の一体品に焼嵌めしてもよい。
【００３３】
・フレーム１３と中間部材１４との固定態様について、焼嵌め以外に例えば、中間部材１４をフレーム１３に圧入する構成としてもよい。これによっても、中間部材１４がフレーム１３の内周面に締め代を有して嵌合固定された構成となる。また、フレーム１３と中間部材１４との固定態様は、焼嵌めや圧入などの締め代を有した固定に限定されるものではなく、中間部材１４がフレーム１３の内周面に当接する態様で固定されていればよい。
【００３４】
・鉄心１５と中間部材１４との固定態様について、焼嵌め以外に例えば、鉄心１５を中間部材１４に圧入した構成としてもよい。これによっても、鉄心１５が中間部材１４の内周面に締め代を有して嵌合固定された構成となる。また、鉄心１５と中間部材１４との固定態様は、焼嵌めや圧入などの締め代を有した固定に限定されるものではなく、鉄心１５が中間部材１４の内周面に当接する態様で固定されていればよい。
【００３５】
なお、フレーム１３と中間部材１４との固定、及び鉄心１５と中間部材１４との固定のいずれか一方を焼嵌めとし、他方を圧入としてもよい。
・フレーム１３及び中間部材１４における軸方向及び径方向の寸法設定は上記実施形態に限定されるものではなく、回転電機１０の構成に応じて適宜変更可能である。なお、中間部材１４をフレーム１３や鉄心１５に対して焼嵌めや圧入で固定する場合、中間部材１４の径方向厚さＴ２は、焼嵌めや圧入に耐えうる剛性を確保できる厚さ（例えばフレーム１３の径方向厚さＴ１の半分以上）に設定されることが好ましい。
【００３６】
・フレーム１３、中間部材１４及び鉄心１５の形状は円筒状に限らず、例えば、軸方向視で多角形の筒状に変更可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１０…回転電機、１１…固定子、１２…回転子、１３…フレーム、１４…中間部材、１５…固定子鉄心、Ｌ１…中間部材の軸方向長さ、Ｌ２…固定子鉄心の軸方向長さ、Ｔ１…フレームの径方向厚さ、Ｔ２…中間部材の径方向厚さ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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