(57)【要約】【課題】装置の大型化を最低限にとどめ、固定子鉄心の残留応力による磁気劣化を抑制し、効率に優れた回転電機を提供する。【解決手段】固定子１は、ヨーク部４１と、複数のティース部４２とを有する固定子鉄心４と、ティース部４２に巻回されるコイル７とを有し、固定子鉄心４の軸方向Ｙの両端に設置された嵌合板５は、外周５０が、固定子鉄心４の外周４０より、径方向Ｘの外側Ｘ１の位置となる嵌合箇所５５を有し、固定子鉄心４と嵌合板５とを軸方向Ｙにおいて結合する結合部８を有し、固定子１とフレーム３１とは、嵌合板５の嵌合箇所５５とフレーム３１とにて嵌合され、固定子鉄心４の外周４０の全周において、フレーム３１との間には間隙部Ｓを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子と、前記固定子の径方向の内側に、前記固定子に対して同心円状に配置される回転子とを備え、前記固定子が筒状のフレーム内に嵌合して形成される回転電機であって、
前記固定子は、環状に形成されるヨーク部と、前記ヨーク部の径方向の内側に周方向に間隔を隔てるとともに前記ヨーク部に対して径方向の内側に突出して形成される複数のティース部とを有する固定子鉄心と、
前記ティース部に巻回されるとともに前記ティース部の間に形成されたスロットに設置されるコイルとを有し、
前記固定子鉄心の軸方向の両端には嵌合板がそれぞれ設置され、
前記嵌合板は、径方向の外側の外周が、前記固定子鉄心の径方向の外側の外周より、径方向の外側の位置となる嵌合箇所を有し、
前記固定子鉄心と前記嵌合板とを軸方向において結合する結合部を有し、
前記固定子と前記フレームとは、前記嵌合板の前記嵌合箇所と前記フレームとにて嵌合され、
前記固定子鉄心の径方向の外側の外周の全周において、前記フレームとの間には間隙部を有する回転電機。
【請求項２】
前記嵌合板は、前記固定子鉄心の軸方向の両端以外の前記固定子鉄心の軸方向の他の位置に追加して設置される請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記嵌合板は、磁性体で形成される請求項１または請求項２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記嵌合板は、絶縁体で形成される請求項１または請求項２に記載の回転電機。
【請求項５】
前記嵌合板は、前記固定子鉄心の前記ティース部と軸方向において同一箇所に嵌合ティース部を備え、
前記嵌合ティース部の周方向の長さは、前記固定子鉄心の前記ティース部の周方向の長さより長く形成され、
前記コイルは、前記ティース部および前記嵌合ティース部に巻回されて形成される請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項６】
前記結合部は、周方向において複数箇所に形成される請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項７】
前記固定子鉄心は、周方向に複数に分割された分割鉄心にて構成され、
前記嵌合板は、上記分割鉄心と同一箇所にて周方向に分割された分割嵌合板にて構成され、
前記結合部は、前記分割鉄心および前記分割嵌合板毎に形成される請求項６に記載の回転電機。
【請求項８】
前記嵌合板の径方向の外側の外周と、前記固定子鉄心の径方向の外側の外周とが、径方向において同一位置となる一致箇所を有し、
前記結合部は、当該一致箇所において、前記嵌合板と前記固定子鉄心とを軸方向に溶接して形成される請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項９】
前記嵌合板の径方向の外側の外周と、前記固定子鉄心の径方向の外側の外周とが、径方向において同一位置となる一致箇所を有し、
前記結合部は、当該一致箇所において、前記嵌合板と前記固定子鉄心とに軸方向に延在して形成された溝部と、
前記溝部に軸方向に延在してかしめられた板金とにて形成される請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項１０】
前記結合部は、前記嵌合板に開口して形成された貫通部と、前記固定子鉄心の前記嵌合板の前記貫通部と軸方向において同一箇所に形成された回避部とを備え、
前記貫通部において軸方向にボルトを貫通するとともに前記回避部では前記ボルトは係止することなく形成される請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項１１】
前記ティース部に前記コイルをガイドするボビンを備えた回転電機において、
前記結合部は、前記ボビンの軸方向の前記ティース部側に突出して形成された突起部と、
前記嵌合板および前記固定子鉄心の前記ボビンの前記突起部の軸方向において同一箇所に形成された開口部とを備え、
前記突起部が前記開口部に結合して形成される請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項１２】
前記ヨーク部は、前記ティース部に連結された内周ヨーク部と、前記ティース部に連結されていない前記内周ヨーク部より径方向の外側に形成された外周ヨーク部とにて構成され請求項１１に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、固定子鉄心の残留応力による磁気劣化を抑制する回転電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転電機の高効率化を実現する１つの方法として、回転電機に用いられる固定子の固定子鉄心に残留応力を残さない方法がある。固定子鉄心に分割面が無い一体固定子鉄心の場合は、固定子鉄心をプレスで打ち抜く時に発生する残留応力のみ考えればよい。しかし、構造上フレームに嵌合する場合、固定子鉄心を複数の部品で構成する分割鉄心の場合などは、固定子鉄心を一体にするためにフレームに嵌合する必要がある。従来、このような構造の回転電機に対し、応力を発生させる場所を、磁束の通りに影響の無い箇所である外周側に突出させて設ける技術が提示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１２４９８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の回転電機は、固定子鉄心の応力の発生領域を、固定子鉄心自体を外周側に突出させて形成する必要があり、構造が大型化し、固定子鉄心への残留応力が残る可能性があるという問題点があった。
【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、装置の大型化を最低限にとどめ、固定子鉄心の残留応力による磁気劣化を抑制し、効率に優れた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】
この発明の回転電機は、
固定子と、前記固定子の径方向の内側に、前記固定子に対して同心円状に配置される回転子とを備え、前記固定子が筒状のフレーム内に嵌合して形成される回転電機であって、
前記固定子は、環状に形成されるヨーク部と、前記ヨーク部の径方向の内側に周方向に間隔を隔てるとともに前記ヨーク部に対して径方向の内側に突出して形成される複数のティース部とを有する固定子鉄心と、
前記ティース部に巻回されるとともに前記ティース部の間に形成されたスロットに設置されるコイルとを有し、
前記固定子鉄心の軸方向の両端には嵌合板がそれぞれ設置され、
前記嵌合板は、径方向の外側の外周が、前記固定子鉄心の径方向の外側の外周より、径方向の外側の位置となる嵌合箇所を有し、
前記固定子鉄心と前記嵌合板とを軸方向において結合する結合部を有し、
前記固定子と前記フレームとは、前記嵌合板の前記嵌合箇所と前記フレームとにて嵌合され、
前記固定子鉄心の径方向の外側の外周の全周において、前記フレームとの間には間隙部を有する。
【発明の効果】
【０００７】
この発明の回転電機によれば、
装置の大型化を最低限にとどめ、固定子鉄心の残留応力による磁気劣化が抑制され、効率に優れる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１の回転電機の構成を示す模式図である。
【図２】図１に示した回転電機の固定子の構成を示す斜視図である。
【図３】図２に示した固定子の固定子鉄心の構成を示す斜視図である。
【図４】図３に示した固定子の固定子鉄心の構成を示す平面図である。
【図５】図２に示した固定子の製造方法を示す斜視図である。
【図６】図２に示した固定子の製造方法を示す斜視図である。
【図７】図２に示した固定子の製造方法を示す斜視図である。
【図８】図２に示した固定子の製造方法を示す斜視図である。
【図９】図２に示した固定子の製造方法を示す斜視図である。
【図１０】図２に示した固定子の製造方法を示す斜視図である。
【図１１】図２に示した固定子の製造方法を示す斜視図である。
【図１２】図２に示した固定子の製造方法を示す平面図である。
【図１３】図２に示した固定子の製造方法を示す模式図である。
【図１４】図２に示した固定子の製造方法を示す平面図である。
【図１５】図１に示した回転電機の製造方法を示す断面図である。
【図１６】図１に示した回転電機の製造方法を示す断面図である。
【図１７】図１に示した回転電機の固定子の他の構成を示す斜視図である。
【図１８】この発明の実施の形態２の固定子の固定子鉄心の構成を示す斜視図である。
【図１９】図１８に示した固定子の鉄心の構成を示す平面図である。
【図２０】図１８に示した固定子の鉄心の製造方法を示す平面図である。
【図２１】図１８に示した固定子の鉄心の製造方法を示す平面図である。
【図２２】図１８に示した固定子の鉄心の製造方法を示す平面図である。
【図２３】この発明の実施の形態３に固定子鉄心の製造方法を示す斜視図である。
【図２４】この発明の実施の形態３に固定子鉄心の製造方法を示す斜視図である。
【図２５】この発明の実施の形態４の固定子の構成を示す斜視図である。
【図２６】図２５に示した固定子の分割鉄心の構成を示す分解斜視図である。
【図２７】図２５に示した固定子の製造方法を示す図である。
【図２８】図２５に示した固定子の製造方法を示す図である。
【図２９】図２５に示した固定子の製造方法を示す平面図である。
【図３０】図２９に示した固定子の縦断を示す断面図である。
【図３１】図２５に示した固定子の製造方法を示す平面図である。
【図３２】図３１に示した固定子の縦断を示す断面図である。
【図３３】図３２に示した固定子を用いた回転電機の製造方法を示す断面図である。
【図３４】図３２に示した固定子を用いた回転電機の製造方法を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
以下、本願発明の実施の形態について説明する。以下の説明において、回転電機１００における各方向を、それぞれ周方向Ｚ、軸方向Ｙ、径方向Ｘ、径方向Ｘの外側Ｘ１、径方向Ｘの内側Ｘ２として示す。よって、固定子１および回転子２においても、これらの方向は同一方向となる。また、他の部分においても、これらの方向を基準として各方向を示して説明する。
【００１０】
図１はこの発明の実施の形態１における回転電機の構成を示す片側（図面上右側）を断面にて示す模式図である。図２は図１に示した回転電機の固定子の構成を示す斜視図である。図３は図２に示した固定子の固定子鉄心および嵌合板の構成を示す斜視図である。図４は図３に示した固定子の固定子鉄心および嵌合板の構成を示す平面図である。図５から図１４は図２に示した固定子の製造方法を示す図である。図５は固定子を製造するための整列治具の構成を示す斜視図である。図６から図９は図５に示した整列治具を用いた固定子鉄心および嵌合板の製造方法を示す斜視図である。
【００１１】
図１０は図９の固定子鉄心および嵌合板にスロットセルを挿入する工程を示す斜視図である。図１１は図１０に示す固定子鉄心および嵌合板にボビンを設置する工程を示す斜視図である。図１２は図１０に示した固定子鉄心および嵌合板に導体線を巻回する工程を示す平面図である。図１３は図１２に示した導体線を巻回する工程を示す模式図である。図１４は図１１に示した固定子鉄心および嵌合板にコイルを形成した工程を示す平面図である。図１５および図１６は図１に示した回転電機の製造方法を示す図である。図１５は図１４に示したコイルを形成した固定子をフレームに挿入する前後の状態を示す断面図である。図１６は図１５に示した固定子をフレームに挿入した後の状態を示す断面図である。図１７は図１に示した回転電機の固定子の他の構成を示す斜視図である。
【００１２】
図１において、回転電機１００は、ハウジング３内に固定子１と回転子２とを備える。ハウジング３は、有底円筒状のフレーム３１と、フレーム３１の開口部を塞口する端板３２とを備える。固定子１は、フレーム３１の内壁に例えば”焼ばめ”などの嵌合状態にて固定される。回転子２は、固定子１の径方向Ｘの内側Ｘ２に、固定子１に対して同心円状に配置される。回転子２は、回転子鉄心２１と回転軸２２とを備え、例えば、永久磁石型にて構成される。回転子鉄心２１は、円筒状にて形成される。回転子鉄心２１は、外周面側に埋設されて、周方向に所定のピッチで配列され、磁極を構成する永久磁石２３を備える。
【００１３】
回転軸２２は、回転子鉄心２１の軸心位置に挿入され配設される。回転軸２２は、フレーム３１の底部および端板３２にベアリング３３を介して回転可能に支持される。尚、回転子２は、このような永久磁石型に限定されるものではなく、絶縁しない回転子導体を、回転子鉄心２１のスロットに収納して、両側を短絡環で短絡した、いわゆるかご形の回転子、固定子１のコイルを回転子鉄心２１に形成したスロットに装着した巻線形回転子を用いてもよい。
【００１４】
図２において図１に示した固定子１の構成を説明する。固定子１は、固定子鉄心４と、嵌合板５と、ボビン６と、コイル７とを備える。固定子鉄心４は、複数の鋼板が軸方向Ｙに積層して構成される。固定子鉄心４は、ヨーク部４１とティース部４２とを有する。
ヨーク部４１は、環状に形成される。ティース部４２は、ヨーク部４１の径方向Ｘの内側Ｘ２に周方向Ｚに所定の間隔で、ヨーク部４１に対して径方向Ｘの内側Ｘ２に突出して複数形成される。ティース部４２の周方向Ｚ間には、スロット４３が形成される。
【００１５】
嵌合板５は、固定子鉄心４の軸方向Ｙの両端にそれぞれ設置される。嵌合板５は、固定子鉄心４と同様に、嵌合ヨーク部５１と嵌合ティース部５２とを有する。嵌合ヨーク部５１は、環状に形成される。嵌合ティース部５２は、嵌合ヨーク部５１の径方向Ｘの内側Ｘ２に周方向Ｚに間隔を隔てるとともに、嵌合ヨーク部５１に対して径方向Ｘの内側Ｘ２に突出して、固定子鉄心４のティース部４２と軸方向Ｙにおいて同一箇所に複数形成される。嵌合ティース部５２の周方向Ｚ間には嵌合スロット５３が形成される。図４に示すように、嵌合ティース部５２の周方向Ｚの長さＷ２は、固定子鉄心４のティース部４２の周方向Ｚの長さＷ１より長く形成される。
【００１６】
嵌合板５は、径方向Ｘの外側Ｘ１の外周５０（以下、径方向Ｘの外側Ｘ１の外周５０は、“外周５０”として示す）が、固定子鉄心４の径方向Ｘの外側Ｘ１の外周４０（以下、径方向Ｘの外側Ｘ１の外周４０は、”外周４０”として示す）より、径方向Ｘの外側Ｘ１の位置となる嵌合箇所５５を有する。具体的には、図４に示すように、嵌合箇所５５では、嵌合板５の外周５０が固定子鉄心４の外周４０より径方向Ｘの外側Ｘ１に長さＷ３だけ長く形成される。嵌合板５の外周５０と、固定子鉄心４の外周４０とが、径方向Ｘにおいて同一位置となる一致箇所５４、４４を形成する。
【００１７】
一致箇所５４、４４において、嵌合板５と固定子鉄心４とを軸方向Ｙに溶接して結合部８が形成される。溶接は、例えばＴＩＧ溶接（Ｔｕｎｇｓｔｅｎ  Ｉｎｅｒｔ  Ｇａｓ溶接）またはレーザー溶接を用いる。一致箇所５４、４４は、溶接を行いやすくするために凹凸形状にて形成される。但し、凹凸形状に限定されるものではない。また、一致箇所５４、４４は、嵌合ティース部５２およびティース部４２の径方向Ｘの延長線上に形成される。
当該結合部８は、周方向Ｚに等間隔に３箇所形成される。尚、結合部８の形成箇所は、３箇所に限られるものではなく、１箇所であっても、またそれ以外の箇所数および箇所であっても、固定子鉄心４と嵌合板５とを結合するために必要な箇所数および箇所が適宜設定される。
【００１８】
回転電機１００は、嵌合板５の嵌合箇所５５とフレーム３１の内壁とが嵌合して形成される。よって、固定子鉄心４の外周４０の全周において、フレーム３１の内壁との間には間隙部Ｓが形成される。間隙部Ｓの径方向Ｘの長さは、先に示した嵌合板５の嵌合箇所５５の長さＷ３と同等であり、当該長さは、嵌め合い寸法での隙間嵌め程度の大きさが考えられる。コイル７は、嵌合板５上に設置されたボビン６を介して、ティース部４２および嵌合ティース部５２に巻回され形成されるとともに、スロット４３および嵌合スロット５３にスロットセル９を介して設置される。
【００１９】
コイル７は、絶縁被膜された導体線７１、例えば、銅線、アルミ線等が巻回され形成される。スロットセル９およびボビン６は、嵌合板５および固定子鉄心４と、コイル７とを電気的に隔離する絶縁材にて形成される。スロットセル９は、例えば、ポリフェニレンサルファイド樹脂またはメタ系アラミド繊維で形成されたシート状部材にて構成される。
【００２０】
嵌合板５の材料は、固定子鉄心４の材料と同じ材料を用いてよい。また、鉄に少量のケイ素を加えたケイ素鋼板または冷間圧延鋼板を用いてもよい。嵌合板５は磁路として構成される箇所に設置されるため、先に示したような、磁性体が望ましい。ただし、嵌合板５を渦電流の増加を避けるために利用する場合や、固定子からフレームへの漏電を防ぐために、嵌合板５の材料は、高強度樹脂またはセラミックなどの絶縁体を用いてもよい。
【００２１】
上記のように構成された実施の形態１の回転電機１００の製造方法について説明する。まず、固定子鉄心４および嵌合板５を軸方向Ｙに積層して形成する。この際、図５から図９に示す、整列治具１０を用いる。整列治具１０とは、鋼板が軸方向Ｙに積層して形成される固定子鉄心４および嵌合板５を、軸方向Ｙの位置に整列させて積層するための治具である。
【００２２】
ここで、まず整列治具１０の構成について説明する。整列治具１０は台座１１、芯金１２、ガイド部１３および圧縮板１４を備える。台座１１は、円状板にて構成される。
芯金１２は、台座１１の中心位置に軸が軸方向Ｙと同一方向に設置された円柱状部材にて形成される。芯金１２は、固定子鉄心４の内径、すなわち、固定子鉄心４のティース部４２の径方向Ｘの内側Ｘ２の位置と同等の大きさにて形成される。ガイド部１３は、台座１１の芯金１２の径方向Ｘの外側Ｘ１であって、周方向Ｚにおいて固定子鉄心４のスロット４３と同位置の複数箇所に、軸が軸方向Ｙと同一方向に設置された円柱状部材にて形成される。
【００２３】
ガイド部１３は、固定子鉄心４のスロット４３および嵌合板５の嵌合スロット５３の軸方向Ｙにおいて貫通可能な大きさにて形成される。ガイド部１３は、貫通したスロット４３および嵌合スロット５３の径方向Ｘの外側Ｘ１と接するように形成される。圧縮板１４は、軸方向Ｙにおいて、台座１１と反する側から台座１１側へ圧縮するための円状板にて形成される。
【００２４】
このように構成された整列治具１０を用いた、固定子鉄心４および嵌合板５の製造方法は、まず、図６に示すように、整列治具１０のガイド部１３に、軸方向Ｙの下端側の嵌合板５の嵌合スロット５３を挿入して、嵌合板５を台座１１上に設置する。次に、図７に示すように、嵌合板５の一致箇所５４と、固定子鉄心４の一致箇所４４とが一致するように、ガイド部１３に所定枚数の鋼板にて構成される固定子鉄心４のスロット４３を挿入して、先に設置した嵌合板５上に固定子鉄心４を設置する。
【００２５】
次に、図８に示すように、ガイド部１３に軸方向Ｙの上端側の嵌合板５を挿入する。この際、先の工程と同様に、嵌合板５の一致箇所５４と、固定子鉄心４の一致箇所４４とが一致するように、嵌合板５の嵌合スロット５３を挿入して、先に設置した固定子鉄心４上に嵌合板５を設置する。尚、ガイド部１３は、スロット４３および嵌合スロット５３の径方向Ｘの外側Ｘ１と接するため、嵌合板５および固定子鉄心４の位置は一意に決定される。
【００２６】
次に、図９に示すように、軸方向Ｙの上端側の嵌合板５上に圧縮板１４を設置し、軸方向Ｙにおいて台座１１側に圧縮する。そして、この圧縮された状態を保ちながら、嵌合板５の一致箇所５４と、固定子鉄心４の一致箇所４４とを軸方向Ｙにて溶接し、嵌合板５と固定子鉄心４とを軸方向Ｙに結合する結合部８を形成する。そして、圧縮板１４による圧縮状態を解除し、結合部８にて結合された固定子鉄心４および嵌合板５を整列治具１０から取り外す。
【００２７】
次に、図１０に示すように、固定子鉄心４のスロット４３および嵌合板５の嵌合スロット５３にスロットセル９を挿入して設置する。次に、図１１に示すように、ボビン６を固定子鉄心４の軸方向Ｙの両端上、ここでは両端に嵌合板５が設置されているため、嵌合板５上に設置する。次に、図１２に示すように、各ティース部４２および嵌合ティース部５２に導体線７１を、巻線機７２を用いて巻回してコイル７を形成する。この導体線７１の巻回工程を、図１３の模式図を用いて説明する。
【００２８】
図１３に示すように、ティース部４２および嵌合ティース部５２に導体線７１が反時計まわりの矢印Ｇの方向に巻回される。このとき、嵌合板５が存在しなければ、導体線７１のテンションが矢印Ｆの方向からティース部４２に付加される。本実施の形態１では、嵌合板５の嵌合ティース部５２の周方向Ｚの長さＷ２が、固定子鉄心４のティース部４２の周方向Ｚの長さＷ１より長いため、導体線７１のテンションは嵌合板５の嵌合ティース部５２に付加され、固定子鉄心４のティース部４２には付加されない。よって、固定子鉄心４のティース部４２にはコイル７の形成における残留応力が生じない。このため、コイル７の形成により生じるティース部４２の磁気劣化が緩和される。
【００２９】
次に、全てのティース部４２にコイル７を形成する（図１４）。次に、コイル７が形成された固定子１を図１５から図１６に示すように、フレーム３１に対して軸方向Ｙから嵌合して固定する。この時、嵌合板５が固定子鉄心４よりも径方向Ｘの外側Ｘ１に大きく形成され嵌合箇所５５が形成されているため、フレーム３１の内壁と接するのは嵌合板５の嵌合箇所５５のみであり、フレーム３１の内壁と固定子鉄心４の外周４０とはその全周において間隙部Ｓが形成される。
【００３０】
尚、図１６は、当該間隙部Ｓをわかりやすくするために大きく示したものであり、実際には、先にも示したように、嵌め合い寸法でいう隙間嵌め程度の大きさである。よって、フレーム３１に固定する際の応力は、すべて嵌合板５が受け、固定子鉄心４には伝わらない。固定子鉄心４には、フレーム３１に固定する際の応力がかかることなくなる。よって、固定子鉄心４の磁気劣化が防止され、効率に優れた回転電機１００となる。
【００３１】
上記実施の形態１においては、固定子鉄心４の軸方向Ｙの両端に嵌合板５をそれぞれ設置した例を示したが、これに限られることはなく、軸方向Ｙの両端に設置した２枚の嵌合板５がフレーム３１の内壁と嵌合する嵌合力では、回転電機１００のトルクを固定子鉄心４に伝達させないための嵌合力を得ることができない場合には他の構成が考えられる。例えば、図１７に示すように、固定子鉄心４を軸方向Ｙの上下に二分割し、固定子鉄心４の軸方向Ｙの両端とは異なる当該二分割した位置に、上記に示した場合と同様の形状を有する嵌合板５を追加して挿入し設置する。
【００３２】
このように嵌合板５を追加すると、軸方向Ｙの両端の嵌合板５に加えて、軸方向Ｙの中間位置の嵌合板５がフレーム３１の内壁と嵌合する嵌合力に追加されるため、全体の嵌合力が増加する。よって、固定子鉄心４には回転電機１００のトルクが伝わりにくくなり、固定子鉄心４の磁気劣化が防止できる。
【００３３】
上記のように構成された実施の形態１の回転電機によれば、固定子鉄心の軸方向の両端に設置された嵌合板の径方向の外側の外周が、固定子鉄心の径方向の外側の外周より、径方向の外側の位置となる嵌合箇所を有し、固定子鉄心と嵌合板とを軸方向において結合する結合部を有し、固定子とフレームとは、嵌合板の嵌合箇所とフレームとにて嵌合され、固定子鉄心の径方向の外側の外周の全周において、フレームとの間には間隙部を有しているため、固定子鉄心の残留応力による磁気劣化が抑制され、効率に優れた回転電機を得る。
【００３４】
また、嵌合板は、固定子鉄心の軸方向の両端以外の固定子鉄心の軸方向の他の位置に追加して設置されるため、固定子鉄心の残留応力による磁気劣化が更に抑制され、更に効率に優れた回転電機を得る。
【００３５】
また、嵌合板は、磁性体または絶縁体のいずれかにて形成するため、磁性体であれば、固定子鉄心の一部として機能し、絶縁体であれば渦電流の増加の防止として機能する。
【００３６】
また、嵌合板の嵌合ティース部の周方向の長さを、固定子鉄心のティース部の周方向の長さより長く形成したため、コイルの巻回時の、固定子鉄心のティース部への応力を、嵌合ティース部が受けるため、ティース部への応力が低減する。
【００３７】
また、結合部は、周方向において複数箇所に形成すれば、嵌合板と固定子鉄心との結合力が強固となり、嵌合板の嵌合箇所とフレームとの嵌合が精度良く実施されるため、固定子鉄心の残留応力による磁気劣化が更に抑制され、更に効率に優れた回転電機を得る。
【００３８】
また、嵌合板の径方向の外側の外周と、固定子鉄心の径方向の外側の外周とが、径方向において同一位置となる一致箇所を有し、結合部は、一致箇所において、嵌合板と固定子鉄心とを軸方向に溶接して形成されるため、確実にかつ簡便に結合部の形成が可能となる。
【００３９】
尚、上記実施の形態１においては、嵌合力のみを考慮する場合であれば、嵌合板５は嵌合箇所５５のみを備えていれば良く、上記実施の形態１の例であれば、嵌合ティース部５２が形成されていない、外周５０を構成する嵌合ヨーク部５１のみにて形成する場合であっても、同様の効果を奏することができる。
【００４０】
実施の形態２．
本実施の形態２は、上記実施の形態１とは結合部の構成が異なるものであり、上記実施の形態１と異なる部分について主に説明する。図１８はこの発明の実施の形態２における嵌合板５を備えた固定子鉄心４の構成を示した斜視図である。図１９は図１８に示した固定子鉄心および嵌合板の結合部を示す平面図である。図２０および図２１は、図１９に示した固定子鉄心および嵌合板の結合部の製造方法を示す平面図である。図２２は図１８に示した固定子鉄心を用いた回転電機の構成を示す平面図である。
【００４１】
図において、上記実施の形態１と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。本実施の形態２では、固定子鉄心４と嵌合板５とを軸方向Ｙにおいて結合する結合部８が、一致箇所５４、４４において形成される。そして、結合部８は、嵌合板５と固定子鉄心４とに軸方向Ｙに延在して形成された溝部５６、４６と、溝部５６、４６に軸方向Ｙに延在するとともに、かしめられた板金８１とにて形成される。
【００４２】
一致箇所５４、４４は、嵌合板５の外周５０と、固定子鉄心４の外周４０とが、径方向Ｘにおいて同一位置となるが、上記実施の形態１と異なり、図２２に示すように、本実施の形態２における一致箇所５４、４４は、フレーム３１の内壁からは大きく空間Ｓ１を空けて形成される。当該空間Ｓ１は冷媒の流路とし利用できる。その場合、固定子の冷却性向上でき、ポンプまたは圧縮機、ファンの動力として当該回転電機１００を用いる場合、その流体の通路として活用できる。
【００４３】
次に上記のように構成された実施の形態２における固定子鉄心および嵌合板の結合部の製造方法を説明する。まず、上記実施の形態１と同様に整列治具１０のガイド部１３に嵌合板５および固定子鉄心４を挿入して圧縮板１４にて圧縮する。その際、上記実施の形態１と同様に、嵌合板５の一致箇所５４と、固定子鉄心４の一致箇所４４とが一致するように設置され、すなわち、一致箇所５４、４４の溝部５６、４６が軸方向Ｙにおいて一致して設置される。
【００４４】
次に、溝部５６、４６に板金８１を軸方向Ｙから挿入する。板金８１は図２０に示すように、折り曲げた状態にて溝部５６、４６に挿入し、図２１に示すように、溝部５６、４６に当接され、折り曲げられた部分が押し広げられてかしめられて設置される。このように板金８１を溝部５６、４６に当接し、径方向Ｘの内側Ｘ２に板金８１の折り曲げられた部分を押して折り曲げられた部分の角度を広げることで、板金８１はかしまり、固定子鉄心４と嵌合板５とを軸方向Ｙ、周方向Ｚ、径方向Ｘに固定する。よって、溝部５６、４６と板金８１とにより結合部８が形成される。
【００４５】
上記のように構成された実施の形態２の回転電機によれば、上記実施の形態１と同様の効果を奏するのはもちろんのこと、嵌合板の径方向の外側の外周と、固定子鉄心の径方向の外側の外周とが、径方向において同一位置となる一致箇所を有し、結合部は、一致箇所において、嵌合板と固定子鉄心とに軸方向に延在して形成された溝部と、溝部に軸方向に延在して嵌合された板金とにて形成されるため、溶接による結合を行わない。そのため、溶接の入熱による固定子鉄心の磁気劣化が防止でき、固定子鉄心がアモルファス鉄心等、入熱すると脆化する材料にて形成されている場合であっても適用できる。
【００４６】
実施の形態３．
本実施の形態３は、上記各実施の形態とは結合部の構成が異なるものであり、上記各実施の形態と異なる部分について主に説明する。図２３はこの発明の実施の形態３における嵌合板５を備えた固定子鉄心４の構成を示した斜視図である。図２４は図２３に示した固定子鉄心および嵌合板の結合部の構成を示す分解斜視図である。
【００４７】
図において、上記各実施の形態と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。本実施の形態３では、固定子鉄心４と嵌合板５とを軸方向Ｙにおいて結合する結合部８が、嵌合板５に開口して形成された貫通部５７と、固定子鉄心４の嵌合板５の貫通部５７と軸方向Ｙにおいて同一箇所に形成された回避部４７とを備える。そして、貫通部５７において軸方向Ｙにボルト８２を貫通させ、回避部４７ではボルト８２は係止されることなく形成される。よって、ボルト８２は、貫通部５７を介することにより、嵌合板５で挟まれた固定子鉄心４を嵌合板５の両端から固定して設置される。
【００４８】
尚、本実施の形態３においては、嵌合板５の外周５０と、固定子鉄心４の外周４０とが、径方向Ｘにおいて同一位置となる一致箇所を有する必要はないため、一致箇所は形成されていない。すなわち、嵌合板５の外周５０はその全周において、固定子鉄心４の外周４０より、径方向Ｘの外側Ｘ１の位置となる嵌合箇所５５のみにて形成される。
【００４９】
上記のように構成された実施の形態３の回転電機によれば、上記各実施の形態と同様の効果を奏するのはもちろんのこと、結合部は、嵌合板に開口して形成された貫通部と、固定子鉄心の嵌合板の貫通部と軸方向において同一箇所に形成された回避部とを備え、貫通部において軸方向にボルトを貫通し、回避部ではボルトを係止されることなく形成される。
【００５０】
このため、固定子鉄心と嵌合板との結合において、固定子鉄心には軸方向の力が掛からないため、固定子鉄心にせん断力を与える上記実施の形態２の板金と比較して、脆化した固定子鉄心であっても、固定子鉄心と嵌合板との結合を有効に行うことができる。尚、例えばボルトの構造は、嵌合板の貫通部にネジのタップを切って固定しても良いし、反対側にナットを用意し、それに締結することで固定しても良い。
【００５１】
但し、フレームが鉄製の場合、フレームに磁束が漏れる可能性がある。そして、これによる渦電流がボルトを通して発生する可能性がある。よって、フレームが鉄製の場合は可能な限り径の小さなボルトを用いる必要がある。
【００５２】
実施の形態４．
本実施の形態４が、上記各実施の形態と異なる部分は、結合部の構成、固定子鉄心４および嵌合板５が周方向Ｚに分割された構成、および、ヨーク部が内周ヨーク部と外周ヨーク部とから構成された点が異なるものであり、上記各実施の形態と異なる部分について主に説明する。図２５はこの発明の実施の形態４における固定子の構成を示した斜視図である。
【００５３】
図２６は図２５に示した固定子の分割鉄心の構成を示す分解斜視図である。図２７から図３４は図２５に示した固定子の製造方法を示す図である。図２７および図２８は図２５に示した固定子の分割鉄心へのコイルの巻回方法を示す図である。図２９および図３０は図２５に示した固定子鉄心の外周ヨーク部を形成する前の構成を示す断面部である。図３１および図３２は図２５に示した固定子鉄心の外周ヨーク部を形成した後の構成を示す断面部である。
【００５４】
図において、上記各実施の形態と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。固定子鉄心４は周方向Ｚに複数に分割された分割鉄心４０１にて構成される。嵌合板５は、分割鉄心４０１と同一箇所にて周方向Ｚに分割された分割嵌合板５０１にて構成される。固定子鉄心４のヨーク部４１は、分割鉄心４０１にて形成されるティース部４２に連結された内周ヨーク部４１１と、ティース部４２に連結されていない内周ヨーク部４１１より径方向Ｘの外側Ｘ１に形成された外周ヨーク部４１２とにて構成される。よって、本実施の形態４においては、外周ヨーク部４１２の径方向Ｘの外側Ｘ１が外周４０となる。
【００５５】
本実施の形態４では、固定子鉄心４と嵌合板５とを軸方向Ｙにおいて結合する結合部８は、ボビン６の軸方向Ｙのティース部４２側に突出して形成された突起部６１と、嵌合板５および固定子鉄心４のボビン６の突起部６１の軸方向Ｙにおいて同一箇所に形成された開口部５８、４８とを備え、突起部６１が開口部５８、４８に結合して形成される。また、ここでは固定子鉄心４および嵌合板５は周方向Ｚに分割して形成されているため、結合部８は、分割鉄心４０１および分割嵌合板５０１毎に形成される。
【００５６】
尚、本実施の形態４においては、嵌合板５の外周５０と、固定子鉄心４の外周４０とが、径方向Ｘにおいて同一位置となる一致箇所を有する必要はないため、一致箇所は形成されていない。すなわち、嵌合板５の外周５０はその全周において、固定子鉄心４の外周４０より、径方向Ｘの外側Ｘ１の位置となる嵌合箇所５５のみにて形成される。
【００５７】
次に上記のように構成された実施の形態４の回転電機の製造方法について説明する。まず、分割鉄心４０１および分割嵌合板５０１は、図２６に示すように、軸方向Ｙに積層される。そして、分割鉄心４０１および分割嵌合板５０１の周方向Ｚの側面にはスロットセル９が設置される。また、分割鉄心４０１および分割嵌合板５０１の軸方向Ｙの両端にはボビン６が設置される。この際、ボビン６の突起部６１が、分割鉄心４０１および分割嵌合板５０１に形成された開口部４８、５８に挿入され結合されて結合部８を形成する。
【００５８】
次に、１つの分割鉄心４０１および分割嵌合板５０１をフライヤにて構成される巻線機７３に設置する（図２７）。次に、１つの分割鉄心４０１および分割嵌合板５０１にスロットセル９を介して、巻線機７３を矢印Ｅの方向に旋回させて、導体線７１を巻回させてコイル７を形成する。この時、上記実施の形態１と同様に、分割嵌合板５０１の嵌合ティース部５２の長さは、分割鉄心４０１のティース部４２の長さより長く形成されており、上記実施の形態１と同様の効果を奏する。
【００５９】
次に、コイル７の形成された分割鉄心４０１および分割嵌合板５０１を環状に並べる。そして、別部材の鉄心板１５の一端を分割鉄心４０１の一部に溶接する（図２９、図３０）。次に、環状に配置された分割鉄心４０１を矢印Ｋの方向に回転させて、外周に鉄心板１５を巻き付けていき、最終端を溶接して、外周ヨーク部４１２として形成する（図３１、図３２）。
【００６０】
次に、図３１に示したように形成された固定子を、図３３から図３４に示すように、フレーム３１に対して軸方向Ｙから嵌合して固定する。この時、嵌合板５が固定子鉄心４よりも径方向Ｘの外側Ｘ１はその全てにおいて大きく形成された嵌合箇所５５となるため、フレーム３１の内壁と接するのは嵌合板５の嵌合箇所５５のみであり、フレーム３１の内壁と固定子鉄心４の外周４０とはその全周において間隙部Ｓが形成される。
【００６１】
尚、図３４は、当該間隙部Ｓをわかりやすくするために大きく示したものであり、実際には、先にも示したように、嵌め合い寸法でいう隙間嵌め程度の大きさである。よって、フレーム３１に固定する際の応力は、すべて嵌合板５が受け、固定子鉄心４には伝わらない。固定子鉄心４には、フレーム３１に固定する際の応力がかかることなくなる。よって、固定子鉄心４の磁気劣化が防止され、効率に優れた回転電機１００となる。
【００６２】
上記のように構成された実施の形態４の回転電機によれば、固定子鉄心は、周方向に複数に分割された分割鉄心にて構成され、嵌合板は、分割鉄心と同一箇所にて周方向に分割された分割嵌合板にて構成され、結合部は、分割鉄心および分割嵌合板毎に形成されるため、分割鉄心の場合であっても、上記各実施の形態と同様の効果を奏することができる。
【００６３】
また、結合部は、ボビンの軸方向のティース部側に突出して形成された突起部と、嵌合板および固定子鉄心のボビンの突起部の軸方向において同一箇所に形成された開口部とを備え、突起部が開口部に結合して形成されるため、嵌合板と、固定子鉄心との軸方向の結合が確実となる。尚、当該結合部の構成は、本実施の形態４における分割鉄心および分割嵌合板ではなく、分割されていない固定子鉄心および嵌合板の構成であっても、同様に形成でき、同様の効果を奏することができる。
【００６４】
また、ヨーク部を、ティース部に連結された内周ヨーク部と、内周ヨーク部より径方向の外側に形成された外周ヨーク部とにて構成するため、硬く、打ち抜きが難しい鉄心材料を用いる場合、内周ヨーク部のみに使用し、外周ヨーク部には当該鉄心材料を、打ち抜き方法を用いずに形成できため、生産性を向上しつつ、効率を改善できる。
【００６５】
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】
【００６６】
１  固定子、２  回転子、３  ハウジング、４  固定子鉄心、５  嵌合板、
６  ボビン、７  コイル、８  結合部、９  スロットセル、１０  整列治具、
１１  台座、１２  芯金、１３  ガイド部、１４  圧縮板、１５  鉄心板、
２１  回転子鉄心、２２  回転軸、２３  永久磁石、３１  フレーム、３２  端板、
３３  ベアリング、４０  外周、４１  ヨーク部、４２  ティース部、４３  スロット、４４  一致箇所、４６  溝部、４７  回避部、４８  開口部、５０  外周、
５１  嵌合ヨーク部、５２  嵌合ティース部、５３  嵌合スロット、５４  一致箇所、
５５  嵌合箇所、５６  溝部、５７  貫通部、５８  開口部、６１  突起部、
７１  導体線、７２  巻線機、７３  巻線機、８１  板金、８２  ボルト、
１００  回転電機、１０４  分割鉄心、１０５  分割嵌合板、４１１  内周ヨーク部、
４１２  外周ヨーク部、Ｅ  矢印、Ｆ  矢印、Ｇ  矢印、Ｋ  矢印、Ｓ  間隙部、
Ｗ１  長さ、Ｗ２  長さ、Ｗ３  長さ、Ｘ  径方向、Ｘ１  外側、Ｘ２  内側、
Ｙ  軸方向、Ｚ  周方向。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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