(57)【要約】【課題】フレームと鉄心の寸法ばらつきに対する許容度が大きい回転電機の固定子、回転電機の固定子の製造方法及び回転電機を提供する。【解決手段】鉄心５は、円環状のヨーク部５１ｂと、ヨーク部５１ｂから径方向内側に突出する複数のティース部５１ａとからなり、フレーム３は、鉄心５の軸方向に延在する曲げ剛性が低い低剛性部３１と、鉄心の軸方向に延在する曲げ剛性が高い高剛性部３２とを交互に配置して形成され、鉄心５は、フレームの高剛性部３２に嵌合し、鉄心５のヨーク部５１ｂとフレーム３との間の各ティース部５１ａの裏側に相当する部分には、鉄心５の軸方向に貫通する空隙７を有するようにそれぞれ構成されている回転電機の固定子１を提供する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円環状のフレームと、前記フレームの内周面に嵌合される鉄心とから構成される回転電機の固定子において、
前記鉄心は、円環状のヨーク部と、
前記ヨーク部から径方向内側に突出する複数のティース部とからなり、
前記フレームは、前記鉄心の軸方向に延在する曲げ剛性が低い低剛性部と、前記鉄心の軸方向に延在する曲げ剛性が高い高剛性部とを交互に配置して形成され、
前記鉄心は、前記フレームの前記高剛性部に嵌合し、
前記鉄心の前記ヨーク部と前記フレームとの間の各前記ティース部の裏側に相当する部分には、前記鉄心の軸方向に貫通する空隙を有するようにそれぞれ構成されている回転電機の固定子。
【請求項２】
前記フレームの前記高剛性部は、隣接する各前記ティース部の間に形成されるスロット部の裏側に相当する部分に接触する鉄心当接面をそれぞれ有する請求項１に記載の回転電機の固定子。
【請求項３】
前記高剛性部は、焼き入れによって形成される請求項１又は請求項２に記載の回転電機の固定子。
【請求項４】
前記フレームの前記低剛性部は、前記ヨーク部とで前記空隙を形成する円弧状のブリッジ部であり、
前記ブリッジ部は、焼鈍することにより形成される請求項３に記載の回転電機の固定子。
【請求項５】
前記フレームの前記低剛性部は、前記鉄心当接面の周方向の両端部の裏側の外周面に前記鉄心の軸方向に延在する前記フレームの溝部を形成する薄肉部である請求項２に記載の回転電機の固定子。
【請求項６】
前記ヨーク部が前記フレームの前記鉄心当接面に接触するフレーム当接面は、前記フレームの内周面と同じ曲率でＲ加工した形状である請求項２又は請求項５に記載の回転電機の固定子。
【請求項７】
前記ヨーク部が前記フレームの前記鉄心当接面に接触するフレーム当接面は、面取り加工した形状である請求項２又は請求項５に記載の回転電機の固定子。
【請求項８】
前記鉄心は、複数の分割鉄心を環状に配置して形成された請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の回転電機の固定子。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の回転電機の固定子を備えた回転電機。
【請求項１０】
円環状のフレームと、前記フレームの内周面に嵌合される鉄心とから構成される回転電機の固定子の製造方法において、
前記フレームの全体を焼き入れする焼き入れ工程と、
前記フレームと前記鉄心とが接触する部分を冷却しながら、前記フレームと前記鉄心とが接触しない部分を焼鈍する焼鈍工程とを有する回転電機の固定子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、固定子鉄心に通電することにより回転子を駆動させる回転電機の固定子、回転電機の固定子の製造方法及び回転電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数の分割鉄心を円環状に配置してフレームの内周面に嵌合すると、分割鉄心の外周面は、フレームにより径方向内側に押圧されて、分割鉄心のバックヨーク部の両端部では、径方向内側へ向けたモーメントが発生する。
その発生したモーメントにより、バックヨーク部とティース部との接合部に圧縮応力が発生しやすくなり、その応力が過大であった場合、分割鉄心の損傷につながる。
分割鉄心をフレームの内周面に嵌合する方法として、常温により圧入固定する方法や焼き嵌めにより固定する方法がある。
圧入固定であれば当然に、また、焼き嵌めにより固定する方法であっても、冷却時のフレームの内径と分割鉄心の外径との間の締め代〔（鉄心の外径）−（フレームの内径）〕が大きい場合には、分割鉄心の外周面に加えられる押圧力が増大する。
そこで、分割鉄心の外周面のフレームから受ける押圧力を低減する方法として、各分割鉄心のバックヨーク部の外周面が、円周方向の中央部において、回転子の軸心から一定の距離にある基準円に対して半径方向外側に突出した凸部と、円周方向の両端部において、基準円に対して半径方向内方に凹んだ凹部を有する回転電機が提案されている（例えば、特許文献１）。
また、円筒状のフレームに、半径方向に屈曲するとともに回転方向に延びたひだ部を形成しており、そのひだ部が伸長することにより、円筒状のフレームは半径方向に拡張可能となる技術も提案されている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２５４６２３号公報
【特許文献２】特開２０１１−２３９５７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１、特許文献２で提案する技術では、フレームによる押圧力を低減するために、フレームの内径と鉄心の外径との間に所定の締め代を必要としていた。
しかし、回転電機の各々の部材には寸法にばらつきがあり、この寸法のばらつきによって締め代も変動する。
寸法のばらつきを考慮して、所定の締め代が維持されるように各部材の寸法を設定したとしても、各部材の寸法ばらつきが重畳したときに過大な締め代が発生し、フレームの内周面から分割鉄心の外周面に加えられる押圧が増大する。
そうすると、分割鉄心に発生した応力は、分割鉄心内の応力鉄損を増大させ、回転電機の効率を低下させる。
従って、回転電機の各々の部材の寸法のばらつきに対するフレームの許容度が小さいという課題があった。
【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、フレームと鉄心の寸法ばらつきに対する許容度が大きい回転電機の固定子、回転電機の固定子の製造方法及び回転電機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る回転電機の固定子は、
円環状のフレームと、フレームの内周面に嵌合される鉄心とから構成される回転電機の固定子において、
鉄心は、円環状のヨーク部と、
ヨーク部から径方向内側に突出する複数のティース部とからなり、
フレームは、鉄心の軸方向に延在する曲げ剛性が低い低剛性部と、鉄心の軸方向に延在する曲げ剛性が高い高剛性部とを交互に配置して形成され、
鉄心は、フレームの高剛性部に嵌合し、
鉄心のヨーク部とフレームとの間の各ティース部の裏側に相当する部分には、鉄心の軸方向に貫通する空隙を有するようにそれぞれ構成されているものである。
この発明に係る回転電機は、上述する回転電機の固定子を備えたものである。
【０００７】
この発明に係る回転電機の固定子の製造方法は、
円環状のフレームと、フレームの内周面に嵌合される鉄心とから構成される回転電機の固定子の製造方法において、
フレームの全体を焼き入れする焼き入れ工程と、
フレームと鉄心とが接触する部分を冷却しながら、フレームと鉄心とが接触しない部分を焼鈍する焼鈍工程とを有するものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係る回転電機の固定子及び回転電機により、
フレームと鉄心の寸法ばらつきが重畳し過大な締め代が発生した場合でも、フレームの剛性の低い低剛性部が径方向内側に変形することにより、鉄心がフレームから受ける押圧力を低下させることができる。
鉄心における応力の発生を低減することができるため、鉄心内の応力鉄損を低減して、回転電機の効率を維持させることができる。
【０００９】
この発明に係る回転電機の固定子の製造方法により、
フレームと鉄心の寸法ばらつきが重畳し過大な締め代が発生した場合でも、フレームの剛性の低い低剛性部が径方向内側に変形することにより、鉄心がフレームから受ける押圧力を低下させることができる。
鉄心における応力の発生を低減することができるため、鉄心内の応力鉄損を低減して、回転電機の効率を維持させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１に係る固定子を利用した回転電機の片側断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る固定子の平面図である。
【図３】図２の要部拡大図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係るフレームの変形前後の状態を示す平面図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係るフレームに圧入した鉄心の要部拡大図である。
【図６】この発明の実施の形態２に係るフレームの変形前後の状態を示す平面図である。
【図７】鉄心をフレームに嵌合した従来の固定子の平面図である。
【図８】図７の要部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子１を、図を用いて説明する。
まず、固定子１を利用した回転電機１００の概略について説明する。
図１は、回転電機１００の内部構造を示す片側断面図である。
回転電機１００は、回転子２と固定子１を備えており、固定子１は、回転子２の外周側に配置される固定子鉄心５と固定子鉄心５の外周側に配置されるフレーム３とを有する。
固定子鉄心５には、図示しないが一対のボビンが装着され、ボビンの回りには、回転磁界を発生させるためのコイルが巻き回されている。
固定子鉄心５に巻き回されたコイルは、外部のインバータに接続される。
コイルに例えば三相の交流電流が供給されることにより固定子１に回転磁界が発生し、回転磁界に起因する吸引力または反発力によって、回転子２が回転する。
このように回転電機１００は、家庭用電器に設けられるモータあるいは一般的な産業用機械を駆動するモータといった、あらゆる電動モータに適用できるものである。
【００１２】
次に、固定子鉄心５とフレーム３との構造について説明する。
図２は、複数の分割鉄心を円環状に配置してフレームの内周面に嵌合した固定子１の平面図である。
図３は、図２の要部拡大図である。
図７は、複数の分割鉄心を円環状に配置し、フレームの内周面に嵌合した従来の固定子の平面図である。
図８は、図７の要部拡大図である。
図２に示すように、固定子鉄心５は、回転磁界発生用の複数の分割鉄心５１が円環状に配置されたものであり、フレーム３の内周面に嵌合されている。
従来技術とでは、図７、図８に示すように固定子鉄心の外周面の形状と後述するフレームの剛性の構成が異なっている。
【００１３】
分割鉄心５１は、フレームの内周面に略環状に配置されるヨーク部５１ｂとヨーク部５１ｂから径方向内側に突出しているティース部５１ａを有する。
このように、分割鉄心５１は、Ｔ字状の複数の電磁鋼板が積層されることにより構成される。
また、図３に示すように、ヨーク部５１ｂの外周面は、平面部５１ｂ１とフレーム当接面５１ｂ２とを有する。
平面部５１ｂ１は、各ティース部５１ａの裏側に相当する部分に形成されており、固定子鉄心５の軸方向（図１に示す矢印Ａ）、かつ径方向に垂直に広がっている。
隣接する各分割鉄心５１のティース部５１ａの間に形成される空隙をスロット部８とする。
フレーム当接面５１ｂ２は、各分割鉄心５１のスロット部８の裏側に相当する部分に形成されており、フレーム３と接触している。
フレーム当接面５１ｂ２は、フレーム３の内周面と同じ曲率でＲ加工した形状に形成されている。
また、フレーム当接面５１ｂ２は、面取り加工した形状にて形成してもよい。
【００１４】
フレーム３は、ブリッジ部３１と高剛性部３２とから形成される。
ブリッジ部３１は、ヨーク部５１ｂの平面部５１ｂ１と対向する部分である。
高剛性部３２は、ヨーク部５１ｂのフレーム当接面５１ｂ２と接触する鉄心当接面３２ａを有する。
フレーム３は、ブリッジ部３１には焼入れせず、高剛性部３２だけを焼入れすることにより、高剛性部３２が、ブリッジ部３１よりも曲げ剛性が高い。
また、フレーム３の全体を焼き入れした後に、高剛性部３２を冷却しながらブリッジ部３１を焼鈍することにより、ブリッジ部３１の曲げ剛性を低くして、高剛性部３２とブリッジ部３１との曲げ剛性に差を設けてもよい。
このように、フレーム３は、曲げ剛性が低い低剛性部としてのブリッジ部３１と、曲げ剛性が高い高剛性部３２とを交互に配置して構成されており、固定子鉄心５は、フレーム３の高剛性部３２に嵌合している。
ここでブリッジ部３１は、高剛性部３２よりも曲げ剛性が低いが、分割鉄心５１を不動の状態で保持できるような比較的小さな押圧力が発生したとしてもほとんど変形しない剛性を有している。
フレーム３のブリッジ部３１は円弧状の曲面であり、これに対向するヨーク部５１ｂの平面部５１ｂ１は平面であるため、平面部５１ｂ１とブリッジ部３１との間には、固定子鉄心５の軸方向（矢印Ａ）に貫通する蒲鉾形状の空隙７が形成される。
【００１５】
次に、フレーム３の変形する態様について説明する。
図４は、フレーム３の変形前後の状態を示す図である。
まず、複数の分割鉄心５１が円環状に配置された固定子鉄心５が、フレーム３の内周面に圧入固定される。
圧入固定されると、高剛性部３２の鉄心当接面３２ａにおいて、フレーム３が分割鉄心５１を径方向内側（矢印Ｘ）に押圧する。
ヨーク部５１ｂのフレーム当接面５１ｂ２でも同様に、分割鉄心５１がフレーム３を径方向外側（矢印Ｙ）に押圧する。
この時、フレーム３と分割鉄心５１のヨーク部５１ｂの間に空隙７を有していることと、フレーム３のブリッジ部３１が高剛性部３２よりも曲げ剛性が低い性質を有することにより、フレーム３のブリッジ部３１の円弧形状が、周方向に広がるようにして、図４に示す実線部に示す状態から点線部に示す状態に径方向（矢印Ｚ）に変形する。
【００１６】
本実施の形態では、固定子鉄心５は、複数の分割鉄心を環状に配置したものであるが、１つの鉄心で形成してもよい。
また、ヨーク部５１ｂの平面部５１ｂ１は、ヨーク部５１ｂとブリッジ部３１との間のティース部５１ａの裏側に相当するその部分に空隙が形成されるなら、曲面にて形成してもよい。
固定子鉄心５をフレーム３に取り付ける方法として、焼嵌め固定する方法を適用してもよい。
【００１７】
以上のように、本発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子及び回転電機の固定子の製造方法を用いれば、固定子鉄心を圧入固定等によってフレームの内周面に嵌合した場合に、フレームと鉄心の寸法ばらつきが重畳し過大な締め代が発生した場合でも、フレームのブリッジ部が径方向内側に変形することにより、フレームから分割鉄心に加えられる押圧力を低減することができる。
これにより、フレームと固定子鉄心間に働く過大な押圧力により発生する固定子鉄心の座屈を防止することができ、回転電機の効率を維持することができる。
【００１８】
実施の形態２．
以下、本発明の実施の形態２に係る回転電機の固定子を、図を用いて実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
実施の形態１と本実施の形態とは、フレームの構成が異なり、その他の構成は実施の形態１と同様である。
【００１９】
図５は、フレーム２０３に圧入した分割鉄心５１の要部拡大図である。
フレーム２０３において、フレーム２０３と分割鉄心５１とが接触している部分を鉄心当接面２３２ａとする。
フレーム２０３は、鉄心当接面２３２ａの周方向の両端部２３２ａ１の裏側の外周面に分割鉄心５１の軸方向に延在する溝部２３３を形成している。
フレーム２０３の溝部２３３を形成している部分を薄肉部２３４とする。
フレーム２０３の薄肉部２３４は、溝部２３３を形成されているため、その他の部分よりも厚さが薄くなっていることから、その他の部分よりも曲げ剛性が低くなる。
すなわち、フレーム２０３の薄肉部２３４は、特許請求の範囲の記載における低剛性部であり、その他の部分は、相対的に高剛性部となる。
このように、フレーム２０３は、低剛性部である薄肉部２３４とその他の部分である高剛性部を交互に配置して構成されており、固定子鉄心は、フレーム２０３の高剛性部に相当する部分の鉄心当接面２３２ａに接触して嵌合している。
フレーム２０３の薄肉部２３４は、周囲よりも曲げ剛性が低くなっているが、分割鉄心５１を保持できるような比較的小さい押圧力が発生したとしても、ほとんど変形しないだけの剛性を有している。
また、ヨーク部５１ｂの平面部５１ｂ１とこれに対向するフレーム２０３の内周面との間に固定子鉄心の軸方向に貫通する蒲鉾形状の空隙２０７が形成される。
【００２０】
次に、フレーム２０３が変形する態様について説明する。
図６は、フレーム２０３の変形前後の状態を示す図である。
分割鉄心５１のフレーム当接面５１ｂ２において、分割鉄心５１がフレーム２０３を押圧した時、フレーム２０３と分割鉄心５１のヨーク部５１ｂの間に空隙２０７を有していることにより、フレーム２０３は、曲げ剛性の低い薄肉部２３４を基点に径方向内側に曲がり、図６に示す実線部に示す状態から点線部に示す状態に径方向（矢印Ｚ）に変形する。
【００２１】
以上のように、本発明の実施の形態２に係る回転電機の固定子を用いれば、分割鉄心を損傷させるような過大な押圧力が発生した場合であっても、フレームの薄肉部を基点にフレームが径方向内側に曲がって、径方向内側に変形することにより、フレームから分割鉄心に加えられる押圧力を低減することができる。
これにより、フレームと固定子鉄心間に働く過大な押圧力により発生する分割鉄心の損傷を防止することができ、回転電機の効率を維持することができる。
【００２２】
尚、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００２３】
１  固定子、２  回転子、３，２０３  フレーム、５  固定子鉄心、
７，２０７  空隙、８  スロット部、５１  分割鉄心、５１ｂ  ヨーク部、
３１  ブリッジ部、３２  高剛性部、３２ａ，２３２ａ  鉄心当接面、
２３２ａ１  両端部、５１ａ  ティース部、５１ｂ１  平面部、
５１ｂ２  フレーム当接面、１００  回転電機、２３３  溝部、２３４  薄肉部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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