(57)【要約】【課題】鋼板の使用量を削減し、固定子鉄心の冷却効率を高めた回転電機を提供する。【解決手段】本発明の実施例に係る回転電機は、回転子（１）と、連結部により相互に連結された複数の鉄心片を螺旋状に積層して形成され、内周側に回転子が設けられた環状の固定子鉄心を有する固定子（２）と、を備え、各鉄心片は、固定子鉄心の内周側に設けられ、当該内周側にティース部が形成された主鉄心部と、主鉄心部の外周側に設けられた副鉄心部と、を有し、主鉄心部と副鉄心部との境界に設けられた連結部により相互に連結され、連結部が固定子鉄心の積層方向に直線状に並ぶことにより、固定子鉄心の外周面であって連結部が設けられた位置に、固定子鉄心の積層方向に伸びる溝（８１５）が形成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子と、
連結部により相互に連結された複数の鉄心片を螺旋状に積層して形成され、内周側に前記回転子が設けられた環状の固定子鉄心を有する固定子と、を備え、
各前記鉄心片は、前記固定子鉄心の内周側に設けられ、当該内周側にティース部が形成された主鉄心部と、前記主鉄心部の外周側に設けられた副鉄心部と、を有し、前記主鉄心部と前記副鉄心部との境界に設けられた前記連結部により相互に連結され、
前記連結部が前記固定子鉄心の積層方向に並ぶことにより、前記固定子鉄心の外周面であって前記連結部が設けられた位置に、前記固定子鉄心の積層方向に伸びる溝が形成される、回転電機。
【請求項２】
各前記溝の形状は、同一である、請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記固定子鉄心の外周面であって前記連結部が設けられた位置とは異なる位置に、前記固定子鉄心の積層方向に伸びた溝がさらに形成され、
各前記溝は、前記固定子鉄心の周方向に同一間隔で並ぶ、請求項１に記載の回転電機。
【請求項４】
各前記溝の形状は、同一である、請求項３に記載の回転電機。
【請求項５】
前記固定子は、前記固定子鉄心の外周に設けられたフレームを有し、
前記回転電機は、前記固定子鉄心の積層方向における前記フレームおよび前記固定子鉄心の両端に設けられ、当該積層方向に貫通する貫通孔が前記溝内部と連続する位置に形成されたブラケットを備える、請求項１に記載の回転電機。
【請求項６】
前記固定子は、前記固定子鉄心の外周に設けられたフレームを有し、
前記回転電機は、
前記固定子鉄心の積層方向における前記フレームの両端に設けられたブラケットと、
前記固定子鉄心の内周と前記ブラケットで囲まれた空間内に設けられ、前記回転子とともに回転する冷却フィンと、を備える、請求項１に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機に関し、より特定的には、帯状鉄心を螺旋状に積層してなる固定子鉄心を備える回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来において、固定子鉄心を、帯状鉄心を螺旋状に積層することにより製造する技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。図１１は、従来の固定子鉄心の構成を示す図である。図１１には、固定子鉄心の正面図（ａ）と側面図（ｂ）が示されている。図１１の２点鎖線Ｏは、固定子鉄心の積層方向と平行な直線である。図１１に示すように、固定子鉄心５１は、連絡部５１２により相互に連結された複数の鉄心片５１１からなる帯状鉄心を螺旋状に積層することにより製造されている。連結部５１２は、鉄心片５１１の外周部５１３間に設けられている。これにより、鋼板から打ち抜いた円環状の鉄心を積層して固定子鉄心を製造する場合と比べて、鋼板の使用量を削減できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１−２６４５４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、回転電機を高効率化するには、固定子鉄心の冷却効率を高めることが望まれていた。しかしながら、上記従来の技術では、鋼板の使用量を削減できるが、固定子鉄心の冷却効率を高めるための工夫は何らなされていなかった。
【０００５】
そこで、本発明は、鋼板の使用量を削減し、固定子鉄心の冷却効率を高め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】
本発明は、上記課題を解決するためになされた発明であり、本発明に係る回転電機は、回転子と、連結部により相互に連結された複数の鉄心片を螺旋状に積層して形成され、内周側に回転子が設けられた環状の固定子鉄心を有する固定子と、を備え、各鉄心片は、固定子鉄心の内周側に設けられ、当該内周側にティース部が形成された主鉄心部と、主鉄心部の外周側に設けられた副鉄心部と、を有し、主鉄心部と副鉄心部との境界に設けられた連結部により相互に連結され、連結部が固定子鉄心の積層方向に並ぶことにより、固定子鉄心の外周面であって連結部が設けられた位置に、固定子鉄心の積層方向に伸びる溝が形成される。
【０００７】
好ましくは、各溝の形状は、同一であるとよい。
【０００８】
または、固定子鉄心の外周面であって連結部が設けられた位置とは異なる位置に、固定子鉄心の積層方向に伸びた溝がさらに形成され、各溝は、固定子鉄心の周方向に同一間隔で並んでもよい。
【０００９】
または、固定子は、固定子鉄心の外周に設けられたフレームを有し、回転電機は、固定子鉄心の積層方向におけるフレームおよび固定子鉄心の両端に設けられ、当該積層方向に貫通する貫通孔が溝内部と連続する位置に形成されたブラケットを備えていてもよい。
【００１０】
または、固定子は、固定子鉄心の外周に設けられたフレームを有し、回転電機は、固定子鉄心の積層方向におけるフレームの両端に設けられたブラケットと、固定子鉄心の内周とブラケットで囲まれた空間内に設けられ、回転子とともに回転する冷却フィンと、を備えていてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、鋼板の使用量を削減し、固定子鉄心の冷却効率を高めた回転電機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例１に係る回転電機の構成例を示す図
【図２】図１に示した回転電機の斜視図
【図３】固定子鉄心２１の構成例を示す図
【図４】固定子鉄心２１の構成部材の一例を示す図
【図５】鉄心片の他の構成例を示す図
【図６】鉄心片の他の構成例を示す図
【図７】本発明の実施例２に係る回転電機の構成例を示す図
【図８】図７に示した回転電機の斜視図
【図９】本発明の実施例３に係る回転電機の構成例を示す図
【図１０】図９に示した回転電機の斜視図
【図１１】従来の固定子鉄心の構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【００１４】
まず、図１および図２を参照して、本発明の実施例１に係る回転電機の構成を説明する。図１は、本発明の実施例１に係る回転電機の構成例を示す図である。図１では、回転電機の側断面を示している。図２は、図１に示した回転電機の斜視図である。図１および図２において、回転電機は、回転子１、固定子２、負荷側ブラケット３、反負荷側ブラケット４、負荷側軸受５、および反負荷側軸受６を備える。
【００１５】
回転子１は、シャフト１１、回転子鉄心１２、および永久磁石１３を備える。回転子鉄心１２は、円柱状であり、円柱状のシャフト１１の外周に設けられる。永久磁石１３は、回転子鉄心１２の外周面に設けられる。なお、本実施例では、回転子１の構造は、永久磁石１３をシャフト１１の外周面に設けたＳＰＭ構造としたが、ＩＰＭ構造やＩＭ構造であってもよい。固定子２は、固定子鉄心２１および固定子コイル２２を備える。固定子鉄心２１は、回転子鉄心１２の外周側を取り囲むように設けられる。固定子鉄心２１の内周側には、ティース部が形成され、ティース部間に固定子コイル２２が設けられる。固定子鉄心２１の外周には、図２に示すように、回転子１の回転軸方向に伸びた溝８１５が複数形成されている。固定子鉄心２１の詳細な構成については、後述する。回転子鉄心１２および永久磁石１３は、固定子コイル２２より発生する磁界により周方向に回転する。負荷側ブラケット３は、回転軸方向における固定子鉄心２１の一方端部である負荷側端部に設けられる。反負荷側ブラケット４は、回転軸方向における固定子鉄心２１の他方端部である反荷側端部に設けられる。シャフト１１は、負荷側ブラケット３との間に設けられた負荷側軸受５と、反負荷側ブラケット４との間に設けられた反負荷側軸受６とによって、回転自在に支持される。シャフト１１は、回転子鉄心１２および永久磁石１３とともに回転する。
【００１６】
次に、図３および図４を参照して、固定子鉄心２１の詳細な構成を説明する。図３は、固定子鉄心２１の構成例を示す図である。図３には、図１に示した回転電機の負荷側からみた固定子鉄心２１の正面図（ａ）と、図１に示した回転電機の側面側からみた固定子鉄心２１の側面図（ｂ）とが示されている。図３の２点鎖線Ｏは、固定子鉄心２１の積層方向と平行な直線であり、回転子１の回転軸を表すものでもある。図４は、固定子鉄心２１の構成部材の一例を示す図である。
【００１７】
図３および図４に示すように、固定子鉄心２１は、帯状鋼板１００からプレス加工によって打ち抜かれた帯状鉄心８１を、主鉄心部８１１２を内側に向けてティース部８１１３を一致させながら螺旋状に積層することにより、製造される。帯状鉄心８１は、連結部８１４により相互に連結された複数の鉄心片８１１により構成される。各鉄心片８１１は、略円弧状である。各鉄心片８１１は、軸方向フィンを形成するための副鉄心部８１１１と、複数のティース部８１１３が形成された主鉄心部８１１２とにより構成される。主鉄心部８１１２は、上記従来技術の鉄心片５１１に相当するものである。各鉄心片８１１の周方向の幅は、３６０を倍数に持つ角度で表わされる幅に設定されている。換言すれば、各鉄心片８１１には、固定子鉄心２１のティース部８１１３の総数を倍数に持つ数だけ、ティース部８１１３が形成される。これにより、固定子鉄心２１の積層方向において連結部８１４が直線状に並ぶことになる。主鉄心部８１１２は、積層時、固定子鉄心２１の内周側に配置され、ティース部８１１３は固定子鉄心２１の内周側を向く。副鉄心部８１１１は、積層時、固定子鉄心２１の外周側に配置される。
【００１８】
隣り合う副鉄心部８１１１間には、第１切り欠き８１２が形成され、隣り合う主鉄心部８１１２間には、第２切り欠き８１３が形成される。これにより、副鉄心部８１１１と主鉄心部８１１２との境界に、径方向の幅が狭い連結部８１４が形成される。ここでは、一例として、帯状鉄心８１に形成される第１切り欠き８１２は全て同一形状となっており、帯状鉄心８１に形成される第１切り欠き８１３も全て同一形状となっている。上述のように、積層方向において連結部８１４が直線状に並ぶため、第１切り欠き８１２は、積層時に広がって、図３に示すように、積層方向に伸びた溝８１５を形成する。溝８１５は、固定子鉄心２１の外周面であって連結部８１４が設けられた位置に形成される。また、副鉄心部８１１１は、積層方向に伸びた軸方向フィンを形成する。なお、図４において、８１１４は副鉄心部８１１１の外周部である。
【００１９】
以上のように、本実施例によれば、固定子鉄心２１が帯状鉄心８１を螺旋状に積層することにより製造される。これにより、鋼板から打ち抜いた円環状の鉄心を積層して固定子鉄心を製造する場合と比べて、鋼板の使用量を削減できる。また、固定子鉄心２１の外周面に溝８１５が形成される。これにより、固定子鉄心２１の冷却効率を従来よりも高めることができる。
【００２０】
また、本実施例によれば、第１切り欠き８１２は、積層時に広がり、溝８１５を形成する。このため、固定子鉄心２１の周方向における溝８１５の幅を所望の冷却効率が得られる所定幅に設計する上で、第１切り欠き８１２の開口幅を所定幅よりも小さい幅に設定することができる。このため、第１切り欠き８１２を形成するプレス金型の小型化・簡易化を図ることができるというメリットもある。
【００２１】
また、本実施例によれば、各鉄心片８１１は同一構成であり、各鉄心片８１１に連結部８１４が設けられている。このため、隣り合う切り欠き８１２の間隔も同一となり、溝８１５は、同一間隔で固定子鉄心２１の周方向に並ぶことになる。これにより、固定子鉄心２１の冷却効率が局所的に悪化するのを抑えることができる。さらに、本実施例では、第１切り欠き８１２の形状は、帯状鉄心８１において全て同一である。このため、全ての溝８１５が同一形状となり、固定子鉄心２１をムラなく冷却することができる。
【００２２】
なお、上述では、主鉄心部８１１２に複数のティース部８１１３が形成されていたが、これに限定されない。図５に示すように、主鉄心部８１１２に形成されるティース部８１１３の数を１つにしてもよい。図５は、鉄心片の他の構成例を示す図である。図５において、帯状鉄心８１ａは、帯状鋼板１００からプレス加工によって打ち抜かれ、連結部８１４ａにより相互に連結された複数の鉄心片８１１ａにより構成される。各鉄心片８１１ａは、略円弧状である。各鉄心片８１１ａは、軸方向フィンを形成するための副鉄心部８１１１ａと、１つのティース部８１１３が形成された主鉄心部８１１２ａとにより構成される。各鉄心片８１１ａには、固定子鉄心２１のティース部８１１３の総数を倍数に持つ数だけティース部８１１３が形成されることになる。このため、固定子鉄心２１の積層方向において連結部８１４ａが直線状に並ぶことになる。主鉄心部８１１２ａは、積層時、固定子鉄心２１の内周側に配置され、ティース部８１１３は固定子鉄心２１の内周側を向く。副鉄心部８１１１ａは、積層時、固定子鉄心２１の外周側に配置される。隣り合う副鉄心部８１１１ａ間には、第１切り欠き８１２ａが形成され、隣り合う主鉄心部８１１２ａ間には、第２切り欠き８１３ａが形成される。これにより、副鉄心部８１１１ａと主鉄心部８１１２ａとの境界に、径方向の幅が狭い連結部８１４ａが形成される。上述のように、積層方向において連結部８１４ａが直線状に並ぶため、第１切り欠き８１２ａは、積層時に広がって、積層方向に伸びた溝を形成する。当該溝は、固定子鉄心２１の外周面であって連結部８１４ａが設けられた位置に形成される。また、副鉄心部８１１１ａは、積層方向に伸びた軸方向フィンを形成する。
【００２３】
また、上述では、副鉄心部８１１１の外周部８１１４には特に何も形成されていなかったが、図６に示すように、これに溝となる第３切り欠き８１６をさらに形成してもよい。図６は、鉄心片の他の構成例を示す図である。図６は、図４に対し、帯状鉄心８１が帯状鉄心８１ｂに入れ代わり、副鉄心部８１１１が副鉄心部８１１１ｂに入れ代わり、連結部８１４が連結部８１４ｂに入れ代わり、第３切り欠き８１６がさらに形成された点で異なる。第３切り欠き８１６は、各副鉄心部８１１１ｂに対し、同じ位置に形成される。これにより、積層方向において連結部８１４ｂが直線状に並ぶため、第３切り欠き８１６は、積層時、積層方向に伸びた溝を形成する。その結果、固定子鉄心２１の表面積がさらに大きくなり、冷却効率がさらに高まる。また、図６において、例えば、第３切り欠き８１６を第１切り欠き８１２間の中心に配置する。これにより、第１切り欠き８１２による溝８１５と第３切り欠き８１６による溝とが、同一間隔で固定子鉄心２１の周方向に並ぶことになる。その結果、固定子鉄心２１の冷却効率が局所的に悪化するのを抑えることができる。さらに、第３切り欠き８１６の形状を第１切り欠き８１２の形状に対し開き角度だけ異なるようにし、第３切り欠き８１６の開き角度を積層後における第１切り欠き８１２の開き角度に設定する。これにより、全ての溝が同一形状となり、その結果、固定子鉄心２１をムラなく冷却することができる。なお、第３切り欠き８１６は、１つの副鉄心部８１１１ｂに対し、複数形成されてもよい。
【実施例２】
【００２４】
次に、本発明の実施例２に係る回転電機の構成を説明する。本実施例に係る回転電機は、図１に示した回転電機に対し、固定子にフレームを備え、負荷側ブラケットおよび反負荷側ブラケットに貫通孔が形成される点で異なる。以下、図７および図８を参照して、異なる点を中心に説明する。図７は、本発明の実施例２に係る回転電機の構成例を示す図である。図７では、回転電機の側断面を示している。図８は、図７に示した回転電機の斜視図である。なお、図７および図８では、図１および図２に示した構成部品と同じ構成部品については同じ符号を付している。図７および図８において、回転電機は、回転子１、固定子２ａ、負荷側ブラケット３ａ、反負荷側ブラケット４ａ、負荷側軸受５、および反負荷側軸受６を備える。
【００２５】
固定子２ａは、固定子鉄心２１、固定子コイル２２、およびフレーム２３を備える。固定子鉄心２１の外周には、図２に示したように、回転子１の回転軸方向に伸びた溝８１５が複数形成されている。フレーム２３は、固定子鉄心２１の外周に設けられる。負荷側ブラケット３ａは、回転軸方向におけるフレーム２３および固定子鉄心２１の一方端部である負荷側端部に設けられる。負荷側ブラケット３ａには、図８に示すように、回転子１の回転軸方向に貫通する貫通孔３ｈが溝８１５の内部と連続する位置に形成されている。図８の例では、貫通孔３ｈの形状は、溝８１５の類似形状（三角形状）になっている。なお、貫通孔３ｈの形状は、三角形状に限定されず、他の形状であってもよい。反負荷側ブラケット４ａは、回転軸方向におけるフレーム２３および固定子鉄心２１の他方端部である反負荷側端部に設けられる。反負荷側ブラケット４ａには、図８には示していないが、回転軸方向に貫通する貫通孔が溝８１５の内部と連続する位置に形成されている。これにより、負荷側ブラケット３ａの貫通孔３ｈ、フレーム２３の内周と溝８１５で囲まれた空間、および反負荷側ブラケット４ａの貫通孔が回転軸方向に連続し、１つの冷却路を形成する。
【００２６】
以上のように、本実施例によれば、冷却路が形成されるので、例えば、冷却液を用いた液冷構造を採用することが容易になる。
【００２７】
なお、本実施例に係る回転電機の冷却構造は、液冷構造に限定されず、冷却路を利用して気体によって冷却する空冷構造であってもよい。
【実施例３】
【００２８】
次に、本発明の実施例３に係る回転電機の構成を説明する。本実施例に係る回転電機は、図１に示した回転電機に対し、主に、固定子にフレームを備え、冷却フィンを設けて回転電機内の気体を循環させる点で異なる。以下、図９および図１０を参照して、異なる点を中心に説明する。図９は、本発明の実施例３に係る回転電機の構成例を示す図である。図９では、回転電機の側断面を示している。図１０は、図９に示した回転電機の斜視図である。なお、図９および図１０では、図１および図２に示した構成部品と同じ構成部品については同じ符号を付している。図９および図１０において、回転電機は、回転子１、固定子２ａ、負荷側ブラケット３ｂ、反負荷側ブラケット４ｂ、負荷側軸受５、反負荷側軸受６、および冷却フィン７を備える。
【００２９】
固定子２ａは、固定子鉄心２１、固定子コイル２２、およびフレーム２３を備える。固定子鉄心２１の外周には、図２に示したように、回転子１の回転軸方向に伸びた溝８１５が複数形成されている。フレーム２３は、固定子鉄心２１の外周に設けられる。負荷側ブラケット３ｂは、回転軸方向におけるフレーム２３の一方端部である負荷側端部に設けられる。反負荷側ブラケット４ｂは、回転軸方向におけるフレーム２３の他方端部である反負荷側端部に設けられる。負荷側ブラケット３ｂは、図９に示すように、回転軸方向において固定子鉄心２１と対向する部分の厚みが図１に示した負荷側ブラケット３よりも薄く構成され、フレーム２３の負荷側端部のみに設けられる。同様に、反負荷側ブラケット４ｂは、回転軸方向において固定子鉄心２１と対向する部分の厚みが図１に示した反負荷側ブラケット４よりも薄く構成され、フレーム２３の反負荷側端部のみに設けられる。これらにより、フレーム２３の内周と溝８１５で囲まれた空間からなる冷却路が固定子２ａの内周側空間とつながることになる。
【００３０】
冷却フィン７は、回転子鉄心１２の反負荷側であって周方向に沿って複数設けられており、回転子１とともに回転する。フレーム２３の内周と溝８１５で囲まれた空間からなる冷却路が固定子２ａの内周側空間とつながっているので、冷却フィン７の回転により、回転電機内の気体は、図９に示す点線矢印のように循環する。
【００３１】
以上のように、本実施例によれば、回転電機内の気体が循環するので、冷却効率をさらに高めることができる。
【００３２】
なお、上述では、冷却フィン７が回転子鉄心１２の反負荷側に設けられるとしたが、これに限定されない。冷却フィン７は、回転子鉄心１２の負荷側に設けられてもよいし、シャフト１１の外周に設けられてもよい。また、冷却フィン７は、回転子１とは別に設けられた冷却ファンを構成するものであってもよい。また、回転電機内の気体は、図９に示す点線矢印とは逆に循環してもよい。
【００３３】
なお、上述した実施例１〜３に係る回転電機は、電動機や発電機全般に適用でき、例えば、昇降機（エレベータ等）の電動機、加工機（工作機械等）の電動機、車両等の電動機や発電機、風力発電機、または、その他の産業用電動機や発電機等にも適用できる。
【符号の説明】
【００３４】
１  回転子
２、２ａ  固定子
３、３ａ、３ｂ  負荷側ブラケット
４、４ａ、４ｂ  反負荷側ブラケット
５  負荷側軸受
６  反負荷側軸受
７  冷却フィン
１１  シャフト
１２  回転子鉄心
１３  永久磁石
２１、５１  固定子鉄心
２２  固定子コイル
２３  フレーム
１００  帯状鋼板
８１、８１ａ、８１ｂ  帯状鉄心
５１１、８１１、８１１ａ、８１１ｂ  鉄心片
８１１１、８１１１ａ、８１１１ｂ  副鉄心部
８１１２、８１１２ａ  主鉄心部
８１１３  ティース部
８１１４、５１３  外周部
８１２、８１２ａ  第１切り欠き
８１３、８１３ａ  第２切り欠き
５１２、８１４、８１４ａ  連結部
８１５  溝
８１６  第３切り欠き
【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】
2011147225.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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