(57)【要約】【課題】固定子コアに作用する圧縮応力を低減して鉄損を低減するようにした回転電機を提供する。【解決手段】コイル２を巻装した固定子３と、該固定子３と所定の空隙を隔てて対向して回転する永久磁石４を有する回転子５とを備えた電動機であって、前記固定子３は、前記コイル２を巻装した固定子コア１１と、該固定子コア１１の外周面を覆うフレーム１２とを備え、前記固定子コア１１と前記フレーム１２との対向面間に、接着剤層２０を形成するとともに、相対回転阻止部材１６を配置した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルを巻装した固定子と、該固定子と所定の空隙を隔てて対向して回転する永久磁石を有する回転子とを備えた回転電機であって、
前記固定子は、前記コイルを巻装した固定子コアと、該固定子コアの外周面を覆うフレームとを備え、前記固定子コアと前記フレームとの対向面に、接着剤層を形成するとともに、相対回転阻止部材を配置したことを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記相対回転阻止部材は、前記固定子コア及び前記フレームの対向位置にそれぞれ形成した凹部と、該凹部に係合する係合片とで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記相対回転阻止部材は、前記固定子コア及び前記フレームの対向面の何れか一方に形成した突条と他方に形成した前記突条に係合する凹部とで構成されていることを特徴とする請求項１又は２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、コイルを巻装した固定子と、この固定子と所定の空隙を有して対向して回転する回転子とを備えた回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の回転電機の損失としては、コイルに発生する銅損と、回転子コアや固定子コアの損失（以下、鉄損と称する）、軸受摩擦損、漂遊負荷損、永久磁石式同期電動機の場合には磁石の損失、誘導電動機の場合には２次銅損に分類できる。
ところで、回転電機に使用する電磁鋼板は組立てに伴う機械応力、特に焼ばめでは、１００ＭＰａ以上の圧縮応力が印加されている場合があり、圧縮応力の増加によって鉄損が増加することが知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
つまり、固定子コアにフレームを焼ばめした場合には、焼ばめにより固定子コアに圧縮応力が印加され、鉄損がカタログ値よりも増加する。
このような圧縮応力による鉄損の増加を抑制するため、従来、固定子鉄心の外周面に周方向に所定間隔を保ってスロットを形成し、この固定子鉄心を密閉容器に焼ばめによって固定することにより、電磁鋼板の磁気特性劣化を緩和し、鉄損を低減するようにした固定子及び密閉型圧縮機及び回転機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、固定子の外周面に密閉容器内周に当接する当接部位と当接しない非当接部位を交互に設け、当接部位と固定子中心間の距離を異なる長さの２種類以上とした密閉型圧縮機及びこれを用いた冷凍サイクル装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
さらに、電動機ステータコアの焼ばめによって加わる応力と鉄損増加の関係を検証し、応力が無い状態の鉄損を１とすると、応力緩和耐対策を行っていないステータコアでは、モータ鉄損が１．７倍となったが、ヨーク部の応力が緩和できるステータコア形状とすることにより、１．５倍まで低減することができることが提案されている（例えば、非特許文献２参照）。
【０００５】
さらにまた、本発明者等も同様の実験を行っており、鉄損の増加率は上述した非特許文献２とは異なるものの、図４に示すように、フレームが無いモータの鉄損を１００％とすると、フレームを焼ばめしてステータを構成と、鉄損が１２０％となった。
これは、前述したようにフレームを焼ばめすることでステータコアに応力が印加され、鉄損が増加したと考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１９３７７８号公報
【特許文献２】特開２００８−２７１６１６号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】「圧力応力下の積層電磁鋼板の磁気特性測定」平成２０年電気学会                    全国大会論文集２−１２４
【非特許文献２】「永久磁石同期モータのコア応力緩和による鉄損低減」電気学会回                    転機研究会資料ＲＭ−０４−６３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来例では、固定子コアをフレームに焼ばめによって固定する場合に、固定子コアに作用する圧縮応力を緩和して鉄損を低減するようにしているが、焼ばめによって固定子コアをフレームに固定する以上、固定子コアに圧縮応力が作用することを回避することはできず、鉄損の増加は否めないという未解決の課題がある。
そこで、本発明は上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、固定子コアに作用する圧縮応力を低減して鉄損を低減するようにした回転電機を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の一の形態に係る回転電機は、コイルを巻装した固定子と、該固定子と所定の空隙を隔てて対向して回転する永久磁石を有する回転子とを備えた電動機であって、前記固定子は、前記コイルを巻装した固定子コアと、該固定子コアの外周面を覆うフレームとを備え、前記固定子コアと前記フレームとの対向面間に、接着剤層を形成するとともに、相対回転阻止部材を配置したことを特徴としている。
【００１０】
また、本発明の他の形態に係る回転電機は、前記相対回転阻止部材は、前記固定子コア及び前記フレームの対向位置にそれぞれ形成した凹部と、該凹部に係合する係合片とで構成されていることを特徴としている。
さらに、本発明の他の形態に係る回転電機は、前記相対回転阻止部材は、前記固定子コア及び前記フレームの対向面の何れか一方に形成した突条と他方に形成した前記突条に係合する凹部とで構成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、固定子コアとフレームとの対向面間に、接着剤層を形成して固定するとともに、相対回転阻止部材を配置することにより、固定子コアに圧縮応力が作用することなく、フレームに固定することができるとともに、固定子コアとフレームとの相対回転を相対回転阻止部材によって確実に阻止することができる。このため、固定子コアの鉄損を、固定子コアをフレームに焼ばめする場合に比較して大幅に低減することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態を示す断面図である。
【図３】本発明の変形例を示す断面図である。
【図４】従来例の固定子コアをフレーム装着前の状態と焼ばめによってフレームに装着した状態との鉄損を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明による回転電機を永久磁石型同期電動機に適用した場合の第１の実施形態を示す断面図である。この図１において、永久磁石型同期電動機１は表面磁石型同期電動機の構成を有する。この永久磁石型同期電動機１は、コイル２を巻装した固定子３と、この固定子３の内周面に所定の空隙を隔てて対向して回転する永久磁石４を有する回転子５と、回転子５を支持する回転軸６とで構成されている。
【００１４】
固定子３は、コイル２を巻装した円筒状の固定子コア１１と、この固定子コア１１の外周面を覆う円筒状のフレーム１２とで構成されている。
ここで、固定子コア１１は、積層鋼板で形成された円筒状の磁気ヨーク１３と、この磁気ヨーク１３の内周面に固定された同様に積層鋼板で形成されたスロット形成部１４とでクローズスロット型に構成されている。スロット形成部１４は、内周側の円筒部１４ａと、この円筒部１４ａの外周面から円周方向に所定間隔を保って半径方向に延長する例えば６本の磁極ティース１４ｂとが一体に形成された構成を有する。そして、磁極ティース１４ｂ間にコイル２を巻装するスロット１５が形成され、このスロット１５にコイル２が集中巻きされている。
【００１５】
また、フレーム１２は、その内径が固定子コア１１の外径より僅かに大きく形成されている。
さらに、固定子コア１１及びフレーム１２の対向面に、相対回転阻止部材１６が配設されている。この相対回転阻止部材１６は、固定子コア１１の磁気ヨーク１３及びフレーム１２対向面に、円周方向に１２０度間隔で、互いに対向して形成された幅狭の凹部１７及び１８と、これら凹部１７及び１８内に係合する係合片１９とで構成されている。
【００１６】
そして、固定子コア１１のスロット１５にコイル２を集中巻きした状態で、固定子コア１１をフレーム１２内に挿通し、両者の凹部１７及び１８同士を互いに対向させる。この状態で、凹部１７及び１８内に係合片１９を係合させることにより、固定子コア１１とフレーム１２とを同心的に且つ相対回転不能に配置することができる。この状態で、固定子コア１１及びフレーム１２の対向面間に耐熱性を有する接着剤を充填して硬化させることにより、固定子コア１１及びフレーム間に接着剤層２０を形成して、両者が一体化されている。
【００１７】
一方、回転子５は、固定子コア１１の内周面との間に所定の空隙２１を形成して対向している。この回転子５は、円筒状の回転子コア２２の外周面となる表面に円周方向に隣接する磁極が異極性となるように例えば４極構成の永久磁石４が配設された構成を有する。ここで、永久磁石４は希土類磁石で構成されている。
【００１８】
このように、上記第１の実施形態によると、永久磁石型同期電動機１は、表面永久磁石型回転機の構成を有するので、回転子５の永久磁石４の円周方向の中央部がｄ軸と隣接する永久磁石４間がｑ軸となって、コイル２に通電してｄ−ｑ軸電流制御することにより、回転子５を回転駆動することができる。
【００１９】
この場合、固定子３を構成する固定子コア１１とフレーム１２との固定が焼ばめではなく、固定子コア１１及びフレーム１２の対向面間に接着剤層２０を形成して一体化するようにしている。このため、固定子コア１１をフレーム１２に固定する際に、固定子コア１１に圧縮応力が作用することを確実に防止して略零とすることができる。したがって、固定子３を組立てたときの固定子コア１１の鉄損を、固定子コア１１を組立たてたままの状態に維持することができ、焼ばめによって固定子３を構成する場合に比較して鉄損を大幅に低減することができる。
【００２０】
なお、上記第１の実施形態においては、回転子５を表面磁石型回転子とした場合について説明したが、これに限定されるものではなく、回転子内に永久磁石を埋込んだ埋込磁石型回転子を適用することもできる。
【００２１】
次に、本発明の第２の実施形態を図２について説明する。
この第２の実施形態では、固定子コア１１がクローズスロット型に代えてオープンスロット型に構成されている。
【００２２】
すなわち、第２の実施形態では、図２に示すように、固定子コア１１がフレーム１２に接着剤層２０を介して固定され、両者の相対回転が相対回転阻止部材１６によって阻止された構成を有する。ここで、固定子コア１１は、円筒状の磁気ヨーク３１と、この磁気ヨーク３１の内周面から円周方向に所定間隔を保って半径方向に内方に延長する例えば２４本の磁極ティース３２とが一体に形成されて構成されている。磁極ティース３２は、磁気ヨーク３１に連結された磁脚部３２ａと、この磁脚部３２ａの内周端から円周方向に時計方向及び反時計方向に突出する鍔部３２ｂとで構成されている。
【００２３】
ここで、隣接する固定子コア１１の磁気ヨーク３１及び磁極ティース３２とでスロット３３が形成され、隣接する磁極ティース３２の鍔部３２ｂ間にスロット開口部３４が形成されている。そして、スロット３３にコイル３５が分布巻きされている。
また、回転子５は、積層鋼板で構成される回転子コア４１の外周縁より内側に等間隔で接線方向に延長する４つの空隙部４２が形成され、この空隙部４２内に永久磁石４３が配設された構成を有する。
【００２４】
この第２の実施形態においても、磁気ヨーク３１及び磁極ティース３２によって構成されるスロット３３にコイル３５が分布巻きされた構成を有する固定子コア１１がフレーム１２に接着剤層２０を介して固定され、固定子コア１１及びフレーム１２の相対回転が相対回転阻止部材１６によって阻止された構成を有する。
このため、固定子コア１１をフレーム１２に固定する際に、両者の対向面間に接着剤を充填して硬化させるだけでよいので、固定子コア１１に作用する圧縮応力を略零とすることができ、固定子コア１１の鉄損を焼ばめする場合に比較して大幅に低減することができる。
【００２５】
なお、上記第２の実施形態においては、回転子５を永久磁石４３を回転子コア４１に埋込む永久磁石埋込型に構成した場合について説明したが、図２に示すように、表面磁石型に構成するようにしてもよい。
【００２６】
また、上記第１及び第２の実施形態においては、相対回転防止部材１６として、回転子コア１１及びフレーム１２の対向面に形成した凹部１７及び１８と、これら対向する凹部１７及び１８に係合する係合片１９とで構成する場合について説明したかが、これに限定されるものではなく、図３に示すように、回転子コア１１の磁気ヨーク１３の外周面に円周方向に所定間隔で半径方向に外方に突出する突条５１を形成し、フレーム１２の突条５１に対向する内周面に突条５１が係合する凹部５２を形成し、突条５１及び凹部５２を係合させて回転子コア１１及びフレーム１２の円周方向の回転を阻止するようにしてもよい。また、フレーム１２側に突条を形成し、回転子コア１１側に凹部を形成するようにしてもよい。
【００２７】
さらに、凹部の形状は方形である場合に限らず、三角形や台形等に形成することができ、これに応じて係合片の形状を凹部形状に合う形状を選択すればよい。また、相対回転阻止部材１６の設置数としては、３個所に限らず、４個所以上設けるようにしてもよい。
さらにまた、上記第１及び第２の実施形態では、相対回転阻止部材１６に固定子コア１１とフレーム１２とを同心的に配置する機能を持たせた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、相対回転阻止部材１６を相対回転阻止機能のみを持たせ、固定子コア１１とフレーム１２とを保持治具を使用して同心的に保持した状態で、両者の対向面間に接着剤を充填して硬化した後に保持治具を取り外すことにより、固定子コア１１とフレーム１２とを同心的に固定するようにしてもよい。
【００２８】
なおさらに、前記第１及び第２の実施形態では、本発明を永久磁石型同期電動機に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、他の形式の電動機や発電機に本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１…永久磁石型同期電動機、２…コイル、３…固定子、４…永久磁石、５…回転子、６…回転軸、１１…固定子コア、１２…フレーム、１３…磁気ヨーク、１４…スロット形成部、１４ａ…円筒部、１４ｂ…磁気ティース、１５…スロット、１６…相対回転阻止部材、１７，１８…凹部、１９…係合片、２０…接着剤層、２１…空隙、２２…回転子コア、３１…磁気ヨーク、３２…磁極ティース、３２ａ…磁脚部、３２ｂ…鍔部、３３…スロット、３４…スロット開口部、３５…コイル、４１…回転子コア、４２…空隙部、４３…永久磁石、５１…突条、５２…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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