(57)【要約】【課題】径方向および周方向に分割した固定子鉄心において、歯部の根本部の機械的強度の確保が容易で、且つ、鉄損を低減することができる、回転電機の提供。【解決手段】突出部の径方向の最小幅ＣＦは、外鉄心の凸部の径方向の最大幅ＦＨよりも小さく、内鉄心片は、突出部の径方向の最小幅ＣＦが、歯部を除く根本部の径方向の最大幅ＥＧよりも小さく、内鉄心に外鉄心を嵌合結合して、隣り合う突出部に相互に圧縮応力が付与されている。回転電機。【選択図】図６
2018023232.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外枠と、固定子と、前記固定子の内側に設けられた回転子と、回転軸と、軸受とを備え、
前記固定子と、前記回転子と、それら固定子および回転子の間の空隙と、を磁路にして、磁気回路が構成されており、
前記固定子の固定子鉄心には、固定子巻線が巻き回されており、
前記固定子鉄心は、前記固定子鉄心の内周側で歯部を構成する内鉄心と、前記固定子鉄心の外周側で継鉄部を構成する外鉄心とを有し、
前記内鉄心は、周方向に互いに隣り合い環状に配列された複数の内鉄心片を有し、
前記内鉄心片においては、複数の電磁鋼板が軸方向に積層されており、
前記内鉄心片は、単数または複数の歯部を有し、
前記電磁鋼板の圧延方向と、前記歯部の延長する径方向とは、一致しており、
前記回転軸に対し放射状に整列して隣り合う前記歯部によって、前記固定子巻線を収める溝部が形成されており、
前記外鉄心の継鉄部は、径方向の厚みが、周方向にわたって変化しており、
前記外鉄心の内周側には、凸部および凹部が形成されており、
前記内鉄心片は、外周側の根本部から周方向に突出した突出部を有し、
前記突出部の径方向の最小幅ＣＦは、前記外鉄心の前記凸部の径方向の最大幅ＦＨよりも小さく、前記内鉄心片は、前記突出部の径方向の最小幅ＣＦが、前記歯部を除く根本部の径方向の最大幅ＥＧよりも小さく、前記内鉄心に前記外鉄心を嵌合結合して、隣り合う前記突出部に相互に圧縮応力が付与されている、
回転電機。
【請求項２】
前記内鉄心片においては、少なくとも１枚の方向性電磁鋼板が積層されており、
磁化容易方向と、前記歯部の延長する方向とは、一致している、
請求項１の回転電機。
【請求項３】
前記内鉄心の径方向の透磁率は、前記外鉄心の周方向の透磁率より大きい、
請求項１又は２の回転電機。
【請求項４】
前記内鉄心の飽和磁束密度は、前記外鉄心の飽和磁束密度より大きい、
請求項１〜３の何れか一項の回転電機。
【請求項５】
前記外鉄心の軸方向長さＢは、前記内鉄心の軸方向長さＡよりも長い、
請求項１〜４の何れか一項の回転電機。
【請求項６】
前記内鉄心片の前記突出部に付与する圧縮応力の最大値は、５０ＭＰａより大きく、１５０ＭＰａより小さい、
請求項１〜５の何れか一項の回転電機。
【請求項７】
前記内鉄心は、複数の前記歯部と、周方向に複数の前記根本部に挟まれて形成される単数または複数の外周切欠部とを有する、
請求項１〜６の何れか一項の回転電機。
【請求項８】
複数の前記歯部を持つ前記内鉄心片において、複数の前記歯部のそれぞれ延長する方向と電磁鋼板の圧延方向をほぼ一致させて抜き出し、前記外周切欠部で面内に塑性変形させて前記歯部の延長方向と径方向をほぼ一致させる、
請求項７の回転電機。
【請求項９】
前記内鉄心片の前記根本部の外周側の形状を、前記外鉄心との当接面において円弧状に形成した、
請求項１〜８の何れか一項の回転電機。
【請求項１０】
前記外鉄心は、複数の前記電磁鋼板を軸方向に積層して構成されている、
請求項１〜９の何れか一項の回転電機。
【請求項１１】
前記電磁鋼板を積層してなる前記外鉄心が、前記電磁鋼板の圧延方向と、帯状の前記電磁鋼板の長辺方向とをほぼ一致させ、その帯状の前記電磁鋼板をほぼ螺旋状に巻いて形成される、
請求項１０の回転電機。
【請求項１２】
前記内鉄心片を構成する前記電磁鋼板の板厚は、積層構造の前記外鉄心を構成する電磁鋼板の板厚よりも小さい、
請求項１０又は１１の回転電機。
【請求項１３】
請求項１〜１２の何れか一項の回転電機の製造方法であって、
前記固定子巻線を環状に整列する巻線組立工程と、
前記電磁鋼板を抜き出し軸方向に積層して内鉄心片を形成する内鉄心積層工程と、
前記内鉄心片をほぼ径方向外側から前記固定子巻線に挿入する内鉄心挿入工程と、
前記内鉄心に対し前記外鉄心を軸方向に圧入または焼嵌めなどにより嵌合結合をする嵌合結合工程と
を備える、回転電機の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機および回転電機の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から固定子の電力消費効率や組立性の向上を目的として固定子鉄心を分割する構造が知られている。
【０００３】
例えば特許文献１では、固定子の継鉄部と歯部を別個の部品とした径方向分割の構造とし、方向性電磁鋼板のような磁化容易方向を持つ材料を歯部に積層して用い、材料の磁化容易方向である結晶軸方向を径方向に一致させることで、固定子全体にわたって周方向の磁気特性を均一にする効果を得ている。径方向分割構造では固定子鉄心への固定子巻線の巻き回しが容易であり組立性の改善の効果が得られ、また材料の磁化容易方向となる圧延方向と歯部の延長する回転軸径方向を一致させることで歯部を通る磁束による鉄損を低減し、電力消費効率を高める効果があることが知られている。
【０００４】
特許文献２では、分割した歯部の周方向の位置決め精度を向上するために、歯部の外周側から周方向に伸びる突出部を持たせ、隣り合う歯部の突出部を互いに突き当て継鉄部の鉄心に止着する構造が示されている。主に継鉄部を構成する外鉄心と、主に歯部を構成する内鉄心とに径方向分割しており、内鉄心はさらに歯部ごとに周方向に分割した構造で、歯部の機械的強度および安定性を得ている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１３１０９３号公報
【特許文献２】特開平１１−２７５７８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら特許文献１に示す方法では、歯部と継鉄部の固定が嵌合接合によるもので歯部の箇所の数の分だけ嵌合寸法および挿入力の管理が必要であり、また歯部の外周側の根本部の機械的強度が不足するという問題があった。
【０００７】
一方、特許文献２に示す方法では、機械的強度および位置決め精度の確保、また組立時の管理が挿入力だけでよいという生産性の改善という効果はあるものの、歯部の延長する方向とほぼ直交し磁気特性のより劣る周方向に磁束が流れ、外鉄心を磁路として有効に利用できずに鉄損が増大するという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、径方向および周方向に分割した固定子鉄心において、歯部の根本部の機械的強度の確保が容易で、且つ、鉄損を低減することができる、回転電機を得ること目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した目的を達成するため、本発明の回転電機は、外枠と、固定子と、前記固定子の内側に設けられた回転子と、回転軸と、軸受とを備え、前記固定子と、前記回転子と、それら固定子および回転子の間の空隙と、を磁路にして、磁気回路が構成されており、前記固定子の固定子鉄心には、固定子巻線が巻き回されており、前記固定子鉄心は、前記固定子鉄心の内周側で歯部を構成する内鉄心と、前記固定子鉄心の外周側で継鉄部を構成する外鉄心とを有し、前記内鉄心は、周方向に互いに隣り合い環状に配列された複数の内鉄心片を有し、前記内鉄心片においては、複数の電磁鋼板が軸方向に積層されており、前記内鉄心片は、単数または複数の歯部を有し、前記電磁鋼板の圧延方向と、前記歯部の延長する径方向とは、一致しており、前記回転軸に対し放射状に整列して隣り合う前記歯部によって、前記固定子巻線を収める溝部が形成されており、前記外鉄心の継鉄部は、径方向の厚みが、周方向にわたって変化しており、前記外鉄心の内周側には、凸部および凹部が形成されており、前記内鉄心片は、外周側の根本部から周方向に突出した突出部を有し、前記突出部の径方向の最小幅ＣＦは、前記外鉄心の前記凸部の径方向の最大幅ＦＨよりも小さく、前記内鉄心片は、前記突出部の径方向の最小幅ＣＦが、前記歯部を除く根本部の径方向の最大幅ＥＧよりも小さく、前記内鉄心に前記外鉄心を嵌合結合して、隣り合う前記突出部に相互に圧縮応力が付与されている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、径方向および周方向に分割した固定子鉄心において、歯部の根本部の機械的強度の確保が容易で、且つ、鉄損を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】回転電機の断面図である。
【図２】固定子鉄心の平面図である。
【図３】内鉄心片の詳細図である。
【図４】外鉄心の部分詳細図である。
【図５】圧縮応力を作用させない場合の固定子鉄心内の磁束の流れを示す図である。
【図６】突出部への圧縮応力の印加について説明する図である。
【図７】圧縮応力を作用させた場合の固定子鉄心内の磁束の流れを示す図である。
【図８】圧縮応力と比透磁率の関係について説明する図である。
【図９】圧縮応力と鉄損の関係について説明する図である。
【図１０】固定子の断面の部分拡大図である。
【図１１】複数の歯部を持つ内鉄心片を示す図である。
【図１２】帯状の電磁鋼板を曲げ加工する内鉄心片について説明する図である。
【図１３】内鉄心片の曲げ加工性の改善について説明する図である。
【図１４】根本部外周側の形状を円弧状にした内鉄心片について説明する図である。
【図１５】電磁鋼板を積層した外鉄心を示す図である。
【図１６】帯状の電磁鋼板を巻き成形する外鉄心について説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。なお、図中、同一符号は同一又は対応部分を示すものとする。
【００１３】
実施の形態１．
本実施の形態１の回転電機の軸方向断面図を図１に示す。回転電機１は外枠２、固定子３、回転子４、回転軸５、軸受６を備える。固定子３は外枠２に固定されており、回転子４は回転軸５に固定され、回転軸５は外枠２に固定された軸受６で保持されて転動する。固定子３および回転子４の中心軸は、回転軸５の中心軸とほぼ同軸となる。
【００１４】
固定子３と、回転子４と、その間の空隙とを磁路にして磁気回路を構成する。回転子４は回転電機の界磁の１つで、固定子３との磁気的な相互作用で回転する。回転子４は、永久磁石または電磁石、またはその両方により界磁としての機能を持ち、そのいずれであっても本発明の効果を得ることが可能となる。
【００１５】
固定子３の平面図を図２に示す。固定子３は固定子鉄心１１に固定子巻線１２を巻き回した構造を持ち、その内側に回転子４が配置される。
【００１６】
固定子巻線１２は固定子鉄心１１の単数または複数の歯部２２を跨ぎ、溝部２５に収まるように１回または複数回巻き回す。固定子巻線１２は集中巻または分布巻のいずれであっても本発明の効果を得ることが可能である。分布巻においては、あらかじめほぼ環状に配列した固定子巻線１２に、分割した固定子鉄心１１をほぼ径方向外側から挿入して固定子を作製する。
【００１７】
固定子鉄心１１は、組立性の向上のため歯部と継鉄部を構成する別個の部品に径方向分割しており、内側の主に歯部を構成する部品を内鉄心２０、外側の主に継鉄部を構成する部品を外鉄心３０と呼称する。
【００１８】
内鉄心２０は単数または複数の歯部を持つ複数の内鉄心片２１で構成しており、内鉄心片２１は回転軸の周方向にほぼ環状に配置する。なお、本明細書および図面では、複数の同態様部分に関し、一の部分と、他の部分とを区別して説明する趣旨から、便宜上、同じ参照数字に、小文字のアルファベットを添えて記述することもある。
【００１９】
内鉄心片２１の詳細図を図３に示す。内鉄心片２１の歯部２２は回転軸５の径方向にほぼ放射状に延長し、隣り合う歯部２２ａおよび２２ｂにより固定子巻線１２を収めるための溝部２５を形成する。外鉄心３０に比べ磁束密度の高くなりやすい内鉄心片２１は、渦電流損の低減のために１枚以上の電磁鋼板を回転軸の軸方向に積層した構造をしており、回転軸の径方向に磁束が流れることから、磁気特性の改善のため電磁鋼板の圧延方向と径方向をほぼ一致させるように配置する。電磁鋼板は軸方向の加締めや接着、または溶接などの手段により積層状態を保持する。内鉄心片２１は固定子鉄心１１を組み立てた際の機械的安定および強度のために、外周の継鉄側の根本部２３から周方向に延長する突出部２４を設けている。内鉄心片２１ａの突出部２４ａは、隣り合う別の内鉄心片２１ｂの突出部２４ｂと当接しており、内鉄心２０は周方向に分割されていることと等価である。
【００２０】
外鉄心３０の詳細図を図４に示す。外鉄心３０は圧粉鉄心などの磁性体材料を用い、主に継鉄部３１で構成され、継鉄部の内周側には内鉄心片２１の周方向の位相および径方向の位置決めのための凸部３２および凹部３３を設けている。
【００２１】
ほぼ環状に内鉄心片２１を配置した内鉄心２０に外鉄心３０を嵌合しようとする場合に、突出部２４に圧縮応力が作用しやすい形状を内鉄心片２１および外鉄心３０に形成する。具体的には、突出部２４の径方向の最小幅ＣＦを外鉄心３０の凸部３２の径方向の最大幅ＦＨよりも小さくし、凸部３２より突出部２４の断面積を小さくすることで、より大きい圧縮応力を突出部２４に作用させる。また同幅ＣＦを歯部２２または溝部２５を除く根本部２３の径方向の最大幅ＥＧよりも小さくすることで、突出部２４への圧縮応力の集中を促進し、かつ根本部２３の圧縮応力を緩和させる。
ただし図２〜図４において各点は下記のように定めている。
点Ｆは内鉄心片２１の突出部２４の周方向先端の外周側の点でかつ外鉄心３０の凸部３２の頂点であり、
点Ｃは回転軸の中心点Ｏと点Ｆを結ぶ直線ＯＦ上の点でかつ溝部２５の底との交点であり、
点Ｈは直線ＯＦの延長線上の点でかつ外鉄心３０の外周との交点であり、
点Ｇは内鉄心片２１の根本部２３の点Ｏから最も遠い点であり、
点Ｄおよび点Ｄ’は溝部２５の底と歯部２２との境の点であり、
点Ｅは直線ＯＧと直線ＤＤ’の交点である。
【００２２】
次に、このように構成された本実施の形態１の回転電機の作用効果について説明する。
まず、参考例として、圧縮応力を印加しない固定子鉄心における磁束の流れを図５に示す。図５の構造において、磁束は内鉄心２０の歯部２２を径方向に流れ、根本部２３で周方向に曲がる。継鉄部３１を周方向に流れる磁束は少なく、根本部２３から突出部２４へ流れる磁束が主流となり、内鉄心の圧延方向とはほぼ直交する方向である周方向への磁束の流れのため、外鉄心３０の継鉄部３１を周方向に磁束が流れるよりも鉄損が大きくなっていた。
【００２３】
これに対し、本発明の構成では、内鉄心片２１の突出部２４の最小幅ＣＦを根本部の最大幅ＥＧよりも狭く形成することで周方向断面積を狭小化して磁束の流れを低減する。さらに突出部幅ＣＦを外鉄心３０の凸部３２の最大幅ＦＨより狭く形成することで、嵌合時の外鉄心の引張応力の反作用として内鉄心に対し周方向に作用する圧縮応力を利用する。図６に突出部２４への圧縮応力の印加に関する詳細図を示す。突出部の周方向断面Ｊと凸部の周方向断面Ｋの面積の関係に応じた応力集中を突出部２４に作用させて透磁率を低下させることで突出部２４に流れる磁束を抑制し、より透磁率が高く鉄損の少ない根本部２３の径方向に磁束を流す効果がある。具体的には突出部２４の圧縮応力σは断面Ｋ、Ｊそれぞれの面積ＡＫ、ＡＪに対し（１）式に示す関係を持つ。
σ∝（ＡＪ／（ＡＪ＋ＡＫ））−１・・・（１）式
また、透磁率を低下させた領域Ｌを、図６中に二点鎖線で囲み図示する。突出部２４に圧縮応力を付与した場合の磁束の流れを図７に示す。突出部への圧縮応力により、内鉄心片２１の磁束は突出部を避け、根本部を径方向に流れて外鉄心３０に流れ込む。
【００２４】
根本部２３を径方向に流れ周方向に流れ込む磁束は、突出部２４の断面積より断面積が大きく磁束密度が低くなり鉄損を小さくできる外鉄心３０を周方向に流れることで、固定子鉄心１１における鉄損を減少させ電力消費効率を向上させる効果がある。突出部の幅ＣＦより根本部の幅ＥＧを大きく形成することで内鉄心片の機械的強度および安定性を向上させる効果もある。
【００２５】
また、外鉄心には内鉄心の嵌合結合によって全周に引張応力が作用し、弾性変形領域の引張応力は鉄損を軽減する作用があるため、外鉄心の周方向の引張応力による鉄損の低減によって電力消費効率を向上させる効果がある。
【００２６】
嵌合結合時に内鉄心片２１は外周側へ押し付けられるため、外鉄心３０に凸部および凹部を設けることで内鉄心片の周方向の位置決め精度が向上する。位置決め精度が向上することで形状精度が向上し、周方向の磁気特性が均一されるとともに回転電機のコギングおよびトルクリップルを低減させる効果がある。
【００２７】
電磁鋼板に圧縮応力を付与した場合の比透磁率の変化を図８に示す。電磁鋼板に圧縮応力を付与した際、比透磁率が著しく低下することを示しており、圧縮応力による磁束の流れの制御が可能であることを示している。
【００２８】
電磁鋼板に圧縮応力を付与した場合の鉄損の変化を図９に示す。電磁鋼板に付与する圧縮応力が５０ＭＰａを超えた付近から鉄損の飽和する傾向がある。５０ＭＰａより大きな圧縮応力を付与した場合、特に比透磁率の低下があり、磁束の流れの制御によりこの鉄損の大きい箇所を回避できるため、５０ＭＰａ以上の圧縮応力を付与した場合に本発明の効果が増大する。１５０ＭＰａより大きな圧縮応力では電磁鋼板の一般的な許容応力を超えており塑性変形を伴う虞のあるため、実用性は低下する。すなわち、好適には、内鉄心片２１の突出部２４に付与する圧縮応力の最大値は、５０ＭＰａより大きく、１５０ＭＰａより小さくなるように設定する。
【００２９】
本実施の形態１においては、固定子鉄心１１が、固定子鉄心の内周側で主に歯部を構成する内鉄心２０と、固定子鉄心の外周側で主に継鉄部を構成する外鉄心３０とを有し、内鉄心２０は周方向に互いに隣り合いほぼ環状に配列した複数の内鉄心片２１からなり、内鉄心片２１は単数または複数の歯部２２を持ち、回転軸に対しほぼ放射状に整列して隣り合う歯部２２ａおよび２２ｂにより固定子巻線１２を収める溝部２５を構成しており、内鉄心片２１は複数の電磁鋼板を軸方向に積層してなり、電磁鋼板の圧延方向と歯部２２の延長する径方向とをほぼ一致させて配置され、外鉄心３０の継鉄部３１は、周方向に対する径方向の厚みの変化があり、内周側に凸部３２および凹部３３を有し、内鉄心片２１は外周側の根本部２３から周方向に突出部２４を持ち、突出部２４の径方向の最小幅ＣＦは、外鉄心３０の凸部３２の径方向の最大幅ＦＨよりも小さく、内鉄心片２１は、突出部２４の径方向の最小幅ＣＦが歯部２２または溝部２５を除く根本部２３の径方向の最大幅ＥＧよりも小さく、内鉄心２０に外鉄心３０を嵌合して、隣り合う突出部２４に相互に圧縮応力が付与されている。
【００３０】
また、このような本実施の形態１の回転電機は、次のような工程を含む方法によって得られる。本実施の形態１は、固定子巻線を環状に整列する巻線組立工程と、電磁鋼板を抜き出し軸方向に積層して内鉄心片を形成する内鉄心積層工程と、内鉄心片をほぼ径方向外側から固定子巻線に挿入する内鉄心挿入工程と、内鉄心に対し外鉄心を軸方向に圧入または焼嵌めなどにより嵌合結合をする嵌合結合工程とを有する製造方法も含むものである。
【００３１】
このような本実施の形態１においては、固定子鉄心１１における鉄損を減少させ電力消費効率を向上させる効果が得られる。すなわち、内鉄心片２１の突出部２４の周方向断面積を狭小化して磁束の流れを低減しており、さらに突出部２４の先端に圧縮応力を作用させて突出部２４の周方向に磁束を流れにくくすることで、より透磁率が高く鉄損の少ない根本部２３の径方向に磁束を流す効果がある。根本部２３を径方向に流れ周方向に流れ込む磁束は、突出部２４の断面積より断面積が大きく磁束密度が低くなり鉄損を小さくできる外鉄心３０を周方向に流れることで、固定子鉄心１１における鉄損を減少させ電力消費効率を向上させる効果がある。内鉄心片に突出部を設けることで内鉄心片の機械的強度および安定性を向上させる効果もある。
【００３２】
また、外鉄心には内鉄心の嵌合結合によって全周に引張応力が作用し、弾性変形領域の引張応力は鉄損を軽減する作用があるため、外鉄心の周方向の引張応力による鉄損の低減によって電力消費効率を向上させる効果がある。
【００３３】
さらに、嵌合結合時に内鉄心片は外周側へ押し付けられるため、外鉄心に凸部および凹部を設けることで内鉄心片の周方向の位置決め精度が向上する。位置決め精度が向上することで形状精度が向上し、周方向の磁気特性が均一されるとともに回転電機のコギングおよびトルクリップルを低減させる効果がある。
【００３４】
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について説明する。なお、本実施の形態２は、以下に説明する内容を除いては、上述した実施の形態１と同様であるものとする。
【００３５】
内鉄心片２１の材料に関して、圧延方向の磁気特性が大きく改善する材料に方向性電磁鋼板が挙げられる。一般的な方向性電磁鋼板では圧延方向に直交する方向からそのθ＝±３０°の範囲の角度で最も鉄損が大きい。図３中に、θの示す角度を図示する。すなわち、本実施の形態２では、内鉄心片２１においては、少なくとも１枚の方向性電磁鋼板が積層されており、磁化容易方向と、歯部２２の延長する方向とは、ほぼ一致している。
【００３６】
内鉄心に方向性電磁鋼板を使用して鉄損の改善を図る場合に、圧縮応力を利用した磁束の制御によって磁化容易方向の直交方向に対し±３０°の範囲の方向で磁束を流れにくくすることは、無方向性電磁鋼板を用いた場合より大きな鉄損改善の効果がある。すなわち、本実施の形態２においては、方向性電磁鋼板の磁化容易方向は鉄損が小さく、それに直交する方向では鉄損が大きくなるため、磁路制御により実施の形態１の効果がさらに増大している。
【００３７】
実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３について説明する。なお、本実施の形態３は、以下に説明する内容を除いては、上述した実施の形態１または２と同様であるものとする。
【００３８】
回転電機の出力トルクの向上のために固定子鉄心の磁束を増加させる場合、内鉄心は固定子巻線を収容する都合上、歯部の磁路の断面積が固定子巻線に制限されて大きく取れず磁束密度が増大するため、内鉄心には外鉄心より飽和磁束密度の大きい材料を用いる。外鉄心では軸方向長さをより長くすることで周方向断面積を増加させることができ、磁束密度を低下させることができる。外鉄心の軸方向長さを内鉄心の軸方向長さより長くすることで、内鉄心と外鉄心の間の漏れ磁束の回収が可能となり、電力消費効率の効果がある。
【００３９】
固定子の軸方向断面の簡易図を図１０に示す。図１０は内鉄心の軸方向長さＡより外鉄心の軸方向長さＢが長い場合の一例を示している。内鉄心の磁束密度が増加する場合、鉄損のうちヒステリシス損は磁束密度の１．６乗に比例し、渦電流損は磁束密度の２乗に比例して増大するため、鉄損の低減は更に重要となる。この場合に、実施の形態１で説明した磁束の流れの制御による鉄損の低減は、電力消費効率の向上に特に大きな効果がある。同じく出力トルクの向上のために内鉄心に外鉄心より透磁率の高い材料を用いた場合も、内鉄心の磁束密度が高くなるため磁束の流れの制御による鉄損の低減は電力消費効率の向上の効果がある。
【００４０】
すなわち、本実施の形態３では、内鉄心２０の径方向の透磁率は、外鉄心３０の周方向の透磁率より大きい。また、内鉄心２０の飽和磁束密度は、外鉄心３０の飽和磁束密度より大きい。占積率の向上のため径方向断面積の犠牲になりやすい歯部を持つ内鉄心には、回転電機の出力トルクの向上を目的に磁束を増加させるため透磁率の大きい材料を選択する。これによれば、透磁率が大きくなると磁束密度が増大し鉄損の影響も大きくなるため、実施の形態１の効果をさらに増大させることができる。
【００４１】
また、外鉄心３０の軸方向長さＢは、内鉄心２０の軸方向長さＡよりも長い。内鉄心は電磁鋼板を積層した構造であり、外鉄心と同じ軸方向長さで磁束密度が同等であっても電磁鋼板１枚当たりの磁束と直交する断面積が小さいために鉄損が小さくなる。外鉄心では軸方向長さを内鉄心より長くすることで磁束密度を低減できるため、鉄損の低減の効果がある。また内鉄心より外鉄心の軸方向長さが長いことによって外鉄心で漏れ磁束の回収ができるため、電力消費効率の改善の効果がある。
【００４２】
実施の形態４．
次に、本発明の実施の形態４について説明する。なお、本実施の形態４は、以下に説明する内容を除いては、上述した実施の形態１〜３の何れかと同様であるものとする。
【００４３】
１つの内鉄心片２１が複数の歯部２２を持つ場合の内鉄心片２１の形状の一例を図１１に示す。この場合、内鉄心片２１は複数の歯部２２と、複数の歯部２２に挟まれて形成される単数または複数の溝部２５と、複数の根本部２３と、複数の根本部２３に挟まれて形成される単数または複数の外周切欠部２６と、複数の突出部２４を有する。この構造の内鉄心２０では、内鉄心片２１が有する歯部の数に反比例して内鉄心片２１の個数が減少するため、部品点数および組立時間の削減の効果がある。なお、１つの内鉄心片２１が３つ以上の歯部２２を持つ場合、１つの内鉄心片２１が複数の外周切欠部２６を有することとなるが、図示は省略する。
【００４４】
ただし、複数の歯部２２を持つ内鉄心片２１をそのまま電磁鋼板から抜き出そうとすると、個々の歯部は全周を内鉄心の全歯部数で等分割した角度ずつ変化しているため、一連で抜き出す歯部の個数が増加するほど径方向と圧延方向のずれの最大角が増大する。
【００４５】
これを改善するため、磁束の流れる方向と圧延方向をほぼ一致させて帯状に電磁鋼板を切り抜き、外周切欠部２６で面内に塑性変形させた内鉄心片２１を図１２に示す。図１２中の破線は曲げ加工前の内鉄心片の外形を示す。単数の歯部を持つ内鉄心片２１の場合に突出部２４の当接箇所となる外周切欠部２６において面内曲げ加工をする。
【００４６】
図１３に曲げ加工箇所の拡大図を示す。溝部２５の底に溝内切欠部２７を設けておき曲げ加工箇所を局所化することで曲げ加工性を改善する効果がある。外周切欠部２６を塑性変形させることで外周切欠部２６の透磁率が低下し、内鉄心片の周方向の磁束の流れが抑制されるため、鉄損を低減して電力消費効率を向上する効果がある。
【００４７】
すなわち、本実施の形態４では、１つの内鉄心片２１が、複数の歯部２２と、周方向に複数の根本部２３に挟まれて形成される単数または複数の外周切欠部２６とを有するので、内鉄心片が有する歯部の数に反比例して内鉄心片の個数が減少するため、部品点数および組立時間の削減の効果がある。また、複数の歯部を持つ前記内鉄心片２１において、複数の歯部のそれぞれ延長する方向と鋼板の圧延方向をほぼ一致させて抜き出し、切欠部２６で面内に塑性変形させて歯部の延長方向と径方向をほぼ一致させる。これにより、内鉄心片２１を構成する電磁鋼板を材料から抜き出す際に使用する面積を少なくできるため歩留まりを改善でき、外周切欠部２６で塑性変形させることで透磁率が減少し内鉄心を周方向に流れる磁束が低減することから鉄損を低減する効果がある。
【００４８】
実施の形態５．
次に、本発明の実施の形態５について説明する。なお、本実施の形態５は、以下に説明する内容を除いては、上述した実施の形態１〜４の何れかと同様であるものとする。
【００４９】
内鉄心片２１の根本部２３の外周側の形状を変更したものの一例を図１４に示す。また同図中に磁束線を細線で示す。図１４は、内鉄心片２１の根本部２３の外周側の主な外鉄心３０との当接面の形状を円弧状に形成した場合の一例を示している。この形状にした場合、根本部２３から外鉄心３０に流れ込む磁束の磁力線が界面で滑らかになり屈曲せず漏れ磁束を低減できるため、電力消費効率を向上する効果がある。また内鉄心片を打抜きなどの変形加工により製造する場合、根本部２３の応力集中が図６の形状より緩和される本形状では根本部２３の塑性変形が小さくなり、透磁率の低下および鉄損の増大などの磁気特性の劣化を低減する効果がある。
【００５０】
実施の形態６．
次に、本発明の実施の形態６について説明する。なお、本実施の形態６は、以下に説明する内容を除いては、上述した実施の形態１〜５の何れかと同様であるものとする。
【００５１】
外鉄心３０を複数の電磁鋼板を軸方向に積層して形成した一例を図１５に示す。外鉄心を積層鋼板で形成した場合、電磁鋼板１枚当たりの磁束の流れ込む面の断面積が小さくなるため、渦電流損の低減が図れ、鉄損の低減の効果がある。また材料に電磁鋼板を用いることで、外鉄心３０の内周側の凹凸構造の加工をプレス打抜きおよび加締めなどの平易な工程により形成でき、加工性の向上の効果がある。
【００５２】
この積層鋼板の外鉄心３０を作製する際、電磁鋼板の圧延方向と帯状の電磁鋼板の長辺方向とをほぼ一致させ、その帯状の電磁鋼板をほぼ螺旋状に巻いて形成することで、円形の外鉄心を打抜きなどによって形成するよりも電磁鋼板の使用量を低減でき、歩留まりの改善の効果がある。外鉄心を巻いて形成する一例を図１６に示す。またこの場合、電磁鋼板の圧延方向に磁束が流れることになるため、鉄損を減少する効果がある。
【００５３】
さらに、外鉄心３０より磁束密度の高くなる内鉄心片２１において、前記内鉄心片２１を構成する電磁鋼板の板厚が、積層構造の前記外鉄心３０を構成する電磁鋼板の板厚よりも小さくしてもよい。この場合、外鉄心３０より薄い電磁鋼板を用いて内鉄心片２１を形成することで、内鉄心２０で発生する渦電流を低減でき、電力消費効率の向上の効果がある。
【００５４】
以上、好ましい実施の形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の改変態様を採り得ることは自明である。
【符号の説明】
【００５５】
１  回転電機、２  外枠、３  固定子、４  回転子、５  回転軸、６  軸受、１１  固定子鉄心、１２  固定子巻線、２０  内鉄心、２１  内鉄心片、２２  歯部、２３  根本部、２４  突出部、２５  溝部、２６  外周切欠部、２７  溝内切欠部、３０  外鉄心、３１  継鉄部、３２  凸部、３３  凹部。
【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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【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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