(57)【要約】      （修正有）【課題】ヨーク部とティース部とを分割し、ティース部の支持剛性を確保し、ヨーク部とティース部との間で、スムーズに磁束が流れるようにした回転電機のステータ構造を提供する。【解決手段】円筒状のヨーク部１０と、ヨーク部の周方向に複数設けられたティース部２０とを有する回転電機のステータ構造において、ティース部を形成する複数の第１積層体２１と、ヨーク部を形成する第２積層体１１とを備え、第１積層体が本体部２２ａと曲折した曲折部２２ｂとを有する複数の電磁鋼板２２を周方向に積層して形成され、本体部により形成されたティース形成部２１ａと、ディース形成部から周方向に二股に分岐した分岐部２１ｂとを備え、第２積層体が複数の電磁鋼板をヨーク部の軸方向に積層して形成され、径方向の内側部に各々の第１積層体の分岐部が嵌入される分岐部と略同形状の切り欠き部１１ａを備えた。【選択図】図２
2010016932.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状のヨーク部と、前記ヨーク部から前記ヨーク部の径方向内方に突出し、前記ヨーク部の周方向に複数設けられたティース部と、を有する回転電機のステータ構造において、
各々の前記ティース部を形成する複数の第１積層体と、
前記ヨーク部を形成する第２積層体と、を備え、
前記第１積層体が、
本体部と前記本体部から曲折した曲折部とを有する複数の電磁鋼板を、前記周方向に積層して形成され、前記本体部により形成された、前記ティース部を形成するティース形成部と、前記曲折部により形成された、前記ディース形成部から前記周方向に二股に分岐した分岐部と、を備え、
前記第２積層体が、
複数の電磁鋼板を前記ヨーク部の軸方向に積層して形成され、前記径方向の内側部に各々の前記第１積層体の前記分岐部が嵌入される、前記分岐部と略同形状の切り欠き部を備えたことを特徴とする回転電機のステータ構造。
【請求項２】
前記分岐部が、略Ｙ字型であることを特徴とする請求項１に記載の回転電機のステータ構造。
【請求項３】
前記第１積層体を構成する前記電磁鋼板のうち、前記周方向の最外層から少なくとも１つの電磁鋼板が方向性電磁鋼板であり、他の電磁鋼板が無方向性電磁鋼板であり、
前記方向性電磁鋼板は、前記本体部においては前記径方向に、前記曲折部においては分岐方向に、磁化容易方向を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の回転電機のステータ構造。
【請求項４】
前記第２積層体が、１又は複数の前記第１積層体毎に前記周方向に分割された複数の分割積層体からなり、
前記分割積層体は、磁化容易方向が前記周方向である扇形状の方向性電磁鋼板を前記軸方向に積層して形成されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回転電機のステータ構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機、発電機といった回転電機のステータ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機のステータ構造は、一般に電磁鋼板を複数枚積層して形成されている。そのような電磁鋼板としては、無方向性電磁鋼板と方向性電磁鋼板とが提案されている。方向性電磁鋼板は特定の方向（磁化容易方向）に優れた磁気特性を有するものである。
【０００３】
方向性電磁鋼板の採用に着目したステータ構造として、特許文献１には、ヨーク部及びティース部を構成する固定子片を方向性電磁鋼板から形成したものが提案されている。特許文献１のものは、固定子片を面方向に直角に曲折することで、ヨーク部では周方向が、ティース部では径方向が磁化容易方向となるようにしたものである。
【０００４】
また、方向性電磁鋼板の採用に着目したステータ構造として、特許文献２には方向性電磁鋼板の積層方向に着目したものが開示されている。特許文献２のものは、ヨーク部とティース部とを分割構造とし、ヨーク部とティース部とで電磁鋼板の積層方向を変えることで、両者の接続部分において同一面内で磁束の向きが変わることを抑制して回転磁界の発生を防止し、鉄損を減少しようとしたものである。
【０００５】
方向性電磁鋼板の採用に着目したものではないが、ヨーク部とティース部とを分割構造とした場合におけるティース部の支持剛性向上に着目したものとして、特許文献３には、ティース部を構成する電磁鋼板片の一部をヨーク部を構成する電磁鋼板片に係合する構造が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２０８４８３号公報
【特許文献２】特開２００５−３３３６９５号公報
【特許文献３】特開平５−９１６８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、ティース部先端と回転子周面とのクリアランスは微小であるところ、磁力によりティース部には径方向に力が作用する。よって、ティース部が径方向に変位しないよう、ヨーク部に対するティース部の高い支持剛性が要求される。特許文献１及び２に開示されたステータ構造では、ティース部の支持剛性が不足する虞がある。
【０００８】
一方、ヨーク部とティース部とでは、磁束の流れが略直交するため、ヨーク部とティース部との間で磁束の流れをスムーズにすることが望ましい。特許文献３に開示されたステータ構造では、ティース部の支持剛性はある程度確保されるものの、ヨーク部とティース部との間での磁束の流れについて改善の余地がある。
【０００９】
本発明の目的は、ヨーク部とティース部とを分割して構成するにあたり、ティース部の支持剛性を確保し、かつ、ヨーク部とティース部との間で、よりスムーズに磁束が流れるようにすることのできる回転電機のステータ構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、円筒状のヨーク部と、前記ヨーク部から前記ヨーク部の径方向内方に突出し、前記ヨーク部の周方向に複数設けられたティース部と、を有する回転電機のステータ構造において、各々の前記ティース部を形成する複数の第１積層体と、前記ヨーク部を形成する第２積層体と、を備え、前記第１積層体が、本体部と前記本体部から曲折した曲折部とを有する複数の電磁鋼板を、前記周方向に積層して形成され、前記本体部により形成された、前記ティース部を形成するティース形成部と、前記曲折部により形成された、前記ディース形成部から前記周方向に二股に分岐した分岐部と、を備え、前記第２積層体が、複数の電磁鋼板を前記ヨーク部の軸方向に積層して形成され、前記径方向の内側部に各々の前記第１積層体の前記分岐部が嵌入される、前記分岐部と略同形状の切り欠き部を備えたことを特徴とする回転電機のステータ構造が提供される。
【００１１】
本発明のステータ構造では、前記第１積層体が前記分岐部を有し、前記第２積層体が前記切り欠き部を備えたことにより、前記第２積層体に対する前記第１積層体の径方向の支持剛性を確保することができる。また、前記第１積層体が前記分岐部を有することにより、磁束の流れが前記分岐部に沿って指向し易くなり、ヨーク部とティース部との間で、よりスムーズに磁束が流れる。加えて、前記第１積層体と前記第２積層体とで積層方向が異なることから両者の接続部分において同一面内で磁束の向きが変わることを抑制して回転磁界の発生を防止し、鉄損を減少することもできる。
【００１２】
本発明においては、前記分岐部は、例えば、略Ｙ字型であることが好ましい。この構成によれば、上記の支持剛性の確保と、磁束の流れのスムーズ化を一層図れる。
【００１３】
また、本発明においては、前記第１積層体を構成する前記電磁鋼板のうち、前記周方向の最外層から少なくとも１つの電磁鋼板が方向性電磁鋼板であり、他の電磁鋼板が無方向性電磁鋼板であり、前記方向性電磁鋼板は、前記本体部においては前記径方向に、前記曲折部においては分岐方向に、磁化容易方向を有していてもよい。この構成によれば、相対的に磁束が流れ易い部位においては方向性電磁鋼板を用いる一方、その他は無方向性電磁鋼板を用いることで、コストアップを抑制しながら磁束の流れのスムーズ化を図れる。
【００１４】
また、本発明においては、前記第２積層体が、１又は複数の前記第１積層体毎に前記周方向に分割された複数の分割積層体からなり、前記分割積層体は、磁化容易方向が前記周方向である扇形状の方向性電磁鋼板を前記軸方向に積層して形成されてもよい。この構成によれば、前記ヨーク部における磁気特性を向上できる。
【発明の効果】
【００１５】
以上述べた通り、本発明によれば、ヨーク部とティース部とを分割して構成するにあたり、ティース部の支持剛性を確保し、かつ、ヨーク部とティース部との間で、よりスムーズに磁束が流れるようにすることのできる回転電機のステータ構造を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係るステータ構造Ａを採用した回転電機１００の断面図である。回転電機１００は、電動機又は発電機であって、周囲に永久磁石が配設された回転子１１０を備える。ステータ構造Ａは、回転子１１０と同心円筒状のヨーク部１０と、ヨーク部１０の径方向内方に突出し、ヨーク部１０の周方向に複数設けられたティース部２０と、各ティース部２０に巻き回されたコイル３０と、を備える。以下、径方向、周方向、軸方向というときは、ヨーク部１０の径方向、周方向、軸方向を意味し、回転子１１０の径方向、周方向、軸方向と同義である。
【００１７】
ステータ構造Ａは、各々のティース部２０を形成する複数の積層体２１と、ヨーク部１０を形成する複数の積層体１１と、を備える。本実施形態の場合、積層体１１は、積層体２１毎に、ヨーク部１０を周方向に均等に分割した分割積層体をなしている。複数の積層体１１は環状に配置されて、回転子１１０と同心円筒状の支持体１２０内に収容されて支持されると共に、一体化されてヨーク部１０を形成する。
【００１８】
図２は、積層体１１及び２１の斜視図、図３（ａ）は積層体１１及び２１の平面図（回転子１１０の軸方向に見た図）である。積層体１１は、同形の複数の電磁鋼板１２をヨーク部１０の軸方向（回転子１１０の軸方向と同じ）に積層して形成されている。各電磁鋼板１２は、その外形が扇形状をなしていると共に、ヨーク部１０の径方向の内側部に切り欠き１２ａを有している。各電磁鋼板１２が切り欠き１２ａを有していることにより、積層体１１は、ヨーク部１０の径方向の内側部に切り欠き部１１ａを有している。
【００１９】
積層体２１は、複数の電磁鋼板２２をヨーク部１０の周方向に積層して形成されている。電磁鋼板２２は、本体部２２ａと本体部２２ａから曲折された曲折部２２ｂとを有し、一枚の電磁鋼板２２をへの字型に曲折したものである。そして、電磁鋼板２２は、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、積層体１１の中心線ＣＬに対して周方向右側では曲折部２２ｂが右を、周方向左側では曲折部２２ｂが左を、それぞれ指向するように積層される。本実施形態の場合、各電磁鋼板２２の各曲折部２２ｂは同じ幅を有している。
【００２０】
このような電磁鋼板２２を用いることで、積層体２１は、ティース部２０を形成する直線状のティース形成部２１ａと、ティース形成部２１ａから周方向に二股に分岐した分岐部２１ｂと、を有している。ディース形成部２１ａは本体部２２ａにより、分岐部２１ｂは曲折部２２ｂにより形成される。分岐部２１ｂは、一対の分岐枝部２１ｂ'を有しており、本実施形態の場合、図３（ａ）に示すように中心線ＣＬに対して対称な略Ｙ字型に分岐している。
【００２１】
積層体１１の切り欠き部１１ａは、積層体２１の分岐部２１ｂと略同形状を有しており、積層体２１の分岐部２１ｂを切り欠き部１１ａに嵌入することで、これらが係合し、積層体１１と積層体２１とが接続される。両者の接続に際しては、積層体１１と積層体２１とを準備し、例えば、積層体１１の軸方向上方から積層体２１の分岐部２１ｂを切り欠き部１１ａに嵌め込みながら積層体２１を軸方向下方へ移動させればよい。
【００２２】
次に、図３（ａ）を参照してステータ構造Ａの利点について説明する。本実施形態では、積層体２１が分岐部２１ｂを有し、積層体１１が切り欠き部１１ａを備え、分岐部２１ｂと切り欠き部１１ａとの係合により、積層体２１の径方向の移動を規制する。このため、積層体１１に対する積層体２１の径方向の支持剛性を確保することができる。
【００２３】
また、積層体２１が分岐部２１ｂを有しており、矢印ＭＦで示すように、磁束の流れは分岐枝部２１ｂ'に沿って指向することが促進される。このため、ティース部２０に沿って径方向に流れる磁束と、ヨーク部１０に沿って周方向に流れる磁束とで、磁束の流れを滑らかに偏向することができ、ヨーク部１０とティース部２０との間で、よりスムーズに磁束が流れる。加えて、積層体１１と積層体２１とで積層方向が異なることから両者の接続部分において同一面内で磁束の向きが変わることを抑制して回転磁界の発生を防止し、鉄損を減少することもできる。
【００２４】
積層体１１を形成する電磁鋼板１２、及び、積層体２１を形成する電磁鋼板２２として、方向性電磁鋼板を使用すれば、更にエネルギ効率の高い回転電機１００を提供できる。この場合、図２に示すように、電磁鋼板１２についてはその磁化容易方向が矢印Ｄ１で示すように周方向となるようにする。
【００２５】
また、電磁鋼板２２については、ティース形成部２１ａにおいては径方向に、分岐部２１ｂにおいては分岐方向に、磁化容易方向を有するようにする。図３（ｂ）は電磁鋼板２２を方向性電磁鋼板とした場合の説明図である。電磁鋼板２２を形成する曲折前の方向性電磁鋼板素材２２'は矢印Ｄ２方向に磁化容易方向を有しており、矢印Ｄ２は径方向となるようにする。そして、方向性電磁鋼板素材２２'を、その磁化容易方向（Ｄ２）と直交する方向に曲折して電磁鋼板２２とする。これにより、ティース形成部２１ａとなる本体部２２ａについては、磁化容易方向が矢印Ｄ２方向のままで径方向となる。一方、分岐部２１ｂの分岐枝部２１ｂ'となる曲折部２２ｂについては、磁化容易方向が曲折した方向に変化し、矢印Ｄ３で示すように、分岐方向となる。なお、方向性電磁鋼板素材２２'を、このように曲折した場合、磁気特性が劣化する場合があるが、摂氏７００度程度の高温で焼き鈍しをすることで、磁気特性が略元に戻る。
【００２６】
このように電磁鋼板１２、２２として方向性電磁鋼板を用いることで、ヨーク部１０、ティース部２０の磁気特性を向上できるが、方向性電磁鋼板は無方向性電磁鋼板よりも高価である。
【００２７】
そこで、積層体２１については磁束が流れ易い部位にのみ方向性電磁鋼板を用い、残りを無方向性電磁鋼板とすることで、コストアップを抑制しながら磁束の流れのスムーズ化を図れる。図３（ａ）において、符号＋＃１乃至＋＃５及び−＃１乃至−＃５は、各電磁鋼板２２を示している。中心線ＣＬを境にして同図右側に位置する電磁鋼板２２に符号＋を、同図左側に位置する電磁鋼板２２に符号−を付し、かつ、周方向で中心線ＣＬ側から１、２、３、４、５と順に符号を付している。したがって、符号＋＃５と、−＃５の電磁鋼板２２が、周方向の最外層に位置する電磁鋼板２２である。
【００２８】
さて、ヨーク部１０とティース部２０との間を流れる磁束は、最短距離を通って流れる傾向にあるため、符号＋＃５と、−＃５の電磁鋼板２２において最も多くの磁束が流れ、符号＋＃１と、−＃１の電磁鋼板２２において最も少ない磁束が流れることになる。そこで、電磁鋼板２２のうち、周方向の最外層から少なくとも１つの電磁鋼板２２を方向性電磁鋼板とし、残りを無方向性電磁鋼板とする。例えば、符号＋＃５と、−＃５の２つの電磁鋼板２２を方向性電磁鋼板とし、他の電磁鋼板２２を無方向性電磁鋼板とする。或いは、例えば、符号＋＃４、＋＃５、−＃４及び−＃５の４つの電磁鋼板２２を方向性電磁鋼板とし、他の電磁鋼板２２を無方向性電磁鋼板とする。こうすることで、コストアップを抑制しながら磁束の流れのスムーズ化を図れる。
【００２９】
＜他の実施形態＞
上記実施形態では、各電磁鋼板２２の曲折部２２ｂを同じ幅としたが、異なる幅としてもよい。図４（ａ）は本発明の他の実施形態に係る積層体１１及び２１の平面図である。同図の例の場合、各電磁鋼板２２の曲折部２２ｂの幅が、周方向外側に位置する電磁鋼板２２で相対的に狭く、周方向内側に位置する電磁鋼板２２で相対的に広くしている。分岐部２１ｂの形状は、略Ｙ字型である。このように各電磁鋼板２２の曲折部２２ｂを異なる幅としてもよい。
【００３０】
また、上記実施形態では、分岐部２１ｂの形状を略Ｙ字型としたが、略Ｔ字型としてもよい。この場合、積層体１１の切り欠き部１１ａも略Ｔ字型とする。
【００３１】
また、上記実施形態では、積層体１１を１つの積層体２１毎にヨーク部１０を周方向に均等に分割した分割積層体としたが、２以上の積層体２１毎にヨーク部１０を周方向に均等に分割した分割積層体としてもよい。但し、積層体１１を１つの積層体２１毎にヨーク部１０を分割した方が、電磁鋼板１２の外形が直線に近くなり、方向性電磁鋼板を用いた場合に有利となり、また、コイル３０の巻き回し作業が容易になる。
【００３２】
なお、積層体１１を分割積層体とせずに、周方向には１つの電磁鋼板を積層して形成してもよい。図４（ｂ）はこの場合に用いる電磁鋼板１２'の平面図である。電磁鋼板１２'は、その外形がリング状をなし、径方向の内側部に切り欠き１２ａを有している。この構成の場合、電磁鋼板１２'は無方向性電磁鋼板を採用することになる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態に係るステータ構造Ａを採用した回転電機１００の断面図である。
【図２】積層体１１及び２１の斜視図である。
【図３】（ａ）は積層体１１及び２１の平面図、（ｂ）は電磁鋼板２２を方向性電磁鋼板とした場合の説明図である。
【図４】（ａ）は本発明の他の実施形態に係る積層体１１及び２１の平面図、（ｂ）は本発明の他の実施形態に係る電磁鋼板１２'の平面図である。
【符号の説明】
【００３４】
Ａ  ステータ構造
１０  ヨーク部
１１、２１  積層体
１１ａ  切り欠き部
１２、２２  電磁鋼板
２０  ティース部
２１ａ  ティース形成部
２１ｂ  分岐部
２２ａ  本体部
２２ｂ  曲折部
１００  回転電機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2010016932.tif 000006