(57)【要約】【課題】回転機のロータの鉄心が鋼板を溶接して構成されている場合、ロータの鉄心の外周の溶接部を発生源としたステータのスロットに起因する高調波の誘起電圧による渦電流の発生を抑制することを目的とする【解決手段】巻線が装着されたステータ２とロータ１からなる回転機において、ロータ１は層状の鋼板８からなる鉄心７を備え、鉄心７の外周は溶接にて固定された溶接部１１を備えており、溶接部１１は主軸方向に対して斜めに螺旋形状を有するものとする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻線が装着されたステータとロータからなる回転機において、前記ロータは、積層した鋼板からなる鉄心と、前記鉄心の外周に前記ロータの主軸方向に対して斜めに形成されて前記鋼板を固定する溶接部とを有していることを特徴とする回転機。
【請求項２】
前記ステータがスロット数Ｎｓ、前記ロータが極数Ｐを有する場合、主軸方向から見た場合に前記溶接部が円周方向になす角度をθとすると、θ＝２π／Ｎｓの関係を概ね有していることを特徴とする請求項１に記載の回転機。
【請求項３】
前記ロータは、１極あたり前記溶接部の溶接箇所を複数有していることを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載の回転機。
【請求項４】
前記溶接部は、前記鋼板に設けた凹状の切り欠き部に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の回転機。
【請求項５】
前記鉄心の両側に非磁性の側板が溶接され、前記ロータの外周面全体が保護膜で被覆されたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の回転機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、巻線が装着されたステータとロータからなる回転機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の回転機では、ロータは層状の鋼板からなる鉄心を備え、鉄心の外周は溶接にて固定された溶接部を備えており、溶接部の溶接方向は主軸方向に対して平行に形成されている。（例えば、特許文献１参照）
【０００３】
【特許文献１】
特開平２００２−３６９４２４号公報（第３−５頁、第１〜４図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の回転機は、溶接部の溶接方向は主軸方向に対して平行に形成されており、溶接部が２次導体として機能するため、ロータが同期回転を行なっている場合、ステータのスロットにより溶接部に高調波の誘起電圧が発生し、溶接部内に発生した渦電流により損失が発生するという問題があった。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、ステータのスロットに起因し、溶接部に発生する高調波の誘起電圧による渦電流を抑制でき、回転機効率の向上と熱損失の低減を図ることができる回転機を得ることを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、巻線が装着されたステータとロータからなる回転機において、前記ロータは層状の鋼板からなる鉄心を備え、前記鉄心の外周は溶接にて固定された溶接部を備えており、前記溶接部は主軸方向に対して斜めに形成されているものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明に係わる回転機の実施の形態１における断面図である。ロータ１とステータ２から構成され、ロータ１の外周を取り囲むように、ステータ２が周設されている。ステータ２の内側には複数の磁極歯３がステータ２と一体的に形成されており、それぞれの磁極歯３同士の間に空間であるスロット４が形成されている。それぞれの磁極歯３には巻線５が装着されている。ロータ１は主軸６と鉄心７から構成され、鉄心７は主軸６に固着されている。
図２は実施の形態１における鉄心の斜視図であり、鉄心７は、渦電流の発生を防ぐために複数の薄板状の鋼板８が積層固着されている。鉄心７には、複数の平板状の永久磁石９を挿入するための４つの磁石挿入穴１０が、主軸６を中心として円周等配に設けられており、それぞれの磁石挿入穴１０は、永久磁石９の磁極面がロータ１の半径方向を向くように形成されている。そして、それぞれの磁石挿入穴１０には、隣接する永久磁石がそれぞれ異磁極となるように永久磁石９が挿入されている。
また、鋼板８は溶接によって外周を積層固着されており、溶接部１１を形成している。溶接部１１は主軸方向に対して斜めに形成されていて、一端に対して他端は鉄心の円周方向に角度θずれて位置している。溶接部１１は円筒形の鉄心表面に沿って螺旋形に形成されていることになる。
【０００８】
動作について説明する。巻線５に通電し発生する磁界と永久磁石９が発生する磁界とによってロータ１は駆動力を得て回転する。その際に、ロータ１の回転によって溶接部１１にはステータ２のスロット４に起因する誘起電圧が発生し、溶接部１１の内部に渦電流が生ずる。渦電流の発生により溶接部１１にジュール熱が発生するため、熱損失が発生する。しかし、溶接の形状を主軸６に対して平行に形成した場合に比べて、スロット４と溶接部１１との位置関係が漸次変化するから溶接部１１に発生する誘起電圧の位相も部分部分で相違することになり誘起電圧を抑制することが出来、渦電流も抑えることができる。
【０００９】
また、ステータ２のスロット４により溶接部１１に発生する高調波の誘起電圧は、主にティース３及びスロット４の形状と溶接部１１の形状等によって決定される。ロータ１に所定の回転数を与えた場合、主軸６と平行にした場合の溶接部１１の誘起電圧をＶとすると溶接部を斜めにした場合の誘起電圧は係数ｆｑを用いてｆｑ×Ｖにて表される。高調波の次数をｑ、ロータ１の極数をＰとする。スロット溶接部１１の傾斜形状化による係数ｆｑは
【００１０】
【数１】
2004350351.tif 000003
【００１１】
にて表される。φは溶接部１１の螺旋形状の電気角である。高調波の次数ｑはステータ２の磁極歯３の数をＮｓとするとｑ＝２×Ｎｓ／Ｐで表される。
また、図３は、実施の形態１におけるロータ１を主軸方向から見た図である。図２及び図３において、主軸方向から見た場合に溶接部１１がなす円弧の角度をθとする。回転機の電気角φと機械角θにはφ＝Ｐ・θ／２の関係が成り立つので、これらの式を（１）式に代入すると
【００１２】
【数２】
2004350351.tif 000004
【００１３】
にて表される。
（２）式よりＮｓ×θ／２＝πとなるθを選択することでスロット溶接部１１を斜めに形成したことによる係数ｆｑは０となって、スロット４により溶接部１１に発生するｑ次の高調波の誘起電圧は位相の相違により互いに相殺されて零になる。この場合のθを求めると、θ＝２π／Ｎｓとなる。但し、通常ロータ１とステータ２の主軸方向の寸法は、ロータ１とステータ２の位置関係の誤差等を考慮して、ロータ１の方を少し大きくするのが慣用とされており、その分、θは２π／Ｎｓよりも若干大きくなることはある。
よって主軸方向から見た場合に溶接部１１がなす円弧の角度をθとした時、θ＝２π／Ｎｓを概ね満たすようにすれば、溶接部１１を発生源とするスロット４による高調波の誘起電圧による渦電流を零とすることができ、さらなる回転機効率の向上と熱損失の低減を図ることができる。
【００１４】
従って、溶接部１１は主軸方向に対して螺旋形状を有したので、ステータ２のスロット４に起因し、高調波の誘起電圧による溶接部１１の内部に発生する渦電流を抑制でき、回転機効率の向上と熱損失の低減を図ることができる。  また、溶接部１１の螺旋形状を主軸方向から見た場合の円弧の角度をθとした時、θ＝２π／Ｎｓを概ね満たすようにしたので、ステータ２のスロット４に起因し、高調波の誘起電圧による溶接部１１の内部に発生する渦電流をキャンセルすることができ、さらなる回転機効率の向上と熱損失の低減を図ることができる。
なお、上記では、ロータ１の構造が、永久磁石９が磁石挿入穴１０に挿入され、ロータ１の外周が鉄心７の外周である埋め込み磁石構造を備える場合について説明したが、リング型磁石等を用いた表面磁石構造を備える場合は、ロータ１の外周はリング磁石等の外周であり、リング磁石等の内側に鉄心７の外周がありその外周に溶接部１１が形成される。このような場合であっても、ロータ１が回転した場合には溶接部１１には誘起電圧が発生するため、同様の効果を得ることが出来る。
また、実施の形態１においては、ロータ１の極数が４の場合について説明しているため、磁石挿入穴１０も極数と同じ４つであるが、ロータ１の極数が異なればそれに応じて永久磁石９と磁石挿入穴１０の数も異なる。また、ロータ１の１極につき複数の永久磁石９を配設しても実施の形態１と同様の効果を得ることは可能であり、その場合、磁石挿入穴１０の数も永久磁石９に応じて異なる。
【００１５】
実施の形態２．
図４はこの発明に係わる回転機の他の実施の形態であるリラクタンスモータの断面図である。実施の形態１と比べてロータ１の構造のみが異なる。ロータ１は主軸６と鉄心１２から構成され、鉄心１２は主軸６に固着されている。図５は実施の形態２における鉄心の斜視図であり、鉄心１２は、渦電流の発生を防ぐために複数の薄板状の鋼板８が積層固着されている。また、鋼板８は溶接によって外周を積層固着されており、溶接部１１を形成している。溶接部１１は実施の形態１と同様に主軸に対して螺旋形状を形成している。
また、ロータ１が突極性を有するために鉄心１２に突極性発生用スリット１３を設けている。突極性を有するとは、ロータ１の回転位置によってロータ１とステータ２からなる磁気回路の磁気抵抗が変化する性質を有することを示しており、リラクタンスモータは突極性を利用してロータ１にトルクを発生させている。
【００１６】
動作について説明する。巻線５に通電し発生する磁界と鉄心１２に発生する磁界とによってロータ１は駆動力を得て回転する。その際に、ロータ１の回転によって溶接部１１には誘起電圧が発生する。しかし、溶接の形状を主軸６に対して平行に形成した場合に比べて、磁極歯３と溶接部１１との位置関係が漸次変化するから誘起電圧を抑制することが出来る。
【００１７】
また、実施の形態１と同様、溶接部１１の螺旋形状の主軸方向から見た場合の円弧の角度をθとした時、θ＝２π／Ｎｓを概ね満たすようにすれば、溶接部１１を発生源とするスロット高調波の誘起電圧による渦電流を零とすることができ、さらなる回転機効率の向上と熱損失の低減を図ることができる。
従って、リラクタンスモータに適用した場合においても、実施の形態１と同様の効果を奏することができる。
【００１８】
実施の形態３．
図６はこの発明の実施の形態３における鉄心の溶接された箇所の拡大断面図である。なお、特に説明しない部分については、上述した第１の実施形態と同様に構成されているので説明を省略する。鋼板８は溶接によって外周を積層固着されているが、ロータ１の１極につき、溶接部１１と第２の溶接部１４にて鋼板８の固定が行なわれている。溶接部１１は主軸に対して斜めであり螺旋形状を形成している。
従って、ロータ１の鋼板８の外周に、一極あたり複数の溶接部を設けることで鋼板８の溶接強度を向上させることが出来る。
【００１９】
実施の形態４．
図７はこの発明の実施の形態４における鉄心の溶接された箇所の拡大断面図である。なお、特に説明しない部分については、上述した第１の実施形態と同様に構成されているので説明を省略する。鋼板８の外周縁には凹状の切欠き部１５が設けられている。鋼板８を積層した場合、切欠き部１５は主軸に対して螺旋形状を形成している。鋼板８は溶接によって切欠き部１５において積層固着され、溶接部１１が切欠き部１５内に鋼板８の外周を出ない範囲に形成される。
従って、溶接部１１が切欠き部１５内に鋼板８の外周を出ない範囲で形成されるので、溶接後に溶接部の盛り上がりを削る必要が無く、ロータ１の製造が簡単となる。
【００２０】
実施の形態５．
図８はこの発明の実施の形態５におけるロータの組み立て図である。まず、所定枚数の鋼板８を重ねて溶接にて固定し、鉄心７を形成する。この鉄心７の内部に永久磁石９を挿入し、ロータ１の両端面に非磁性の側板１６が装着されている。その後、鋼板８及び側板１６を同時に溶接する。溶接部１１は実施の形態１と同様にロータ１の主軸方向に対して斜めに形成されている。
図示はしないが、溶接後の鉄心７及び側板１６の外面全体は、塗装による保護膜で被覆されている。ここで、塗装は通常の塗装でもよいが、電着塗装や電解めっきにより被覆膜を形成するのが好ましい。
ここで、前記塗装に電着塗装を用いる場合や電解めっきで被覆する場合、被塗装物が導電体であることが必要とされ、従来の固着方法では鋼板一枚一枚が絶縁処理されていたため、上記の電着塗装や電解めっきによる方法は使用できなかった。本発明においては、溶接部１１により鋼板８が固着されているため、鋼板８及び側板１６のそれぞれは電気的に接触しており、このため電着塗装や電解めっきによりこれらの全表面を被覆することが可能となる。このような電着塗装または電解めっきによれば、被覆膜自体の強度を増すことができるので、被覆膜が剥がれにくくなり、錆びや腐食を更に有効に防止することができる。
従って、溶接後の鉄心７及び側板１６を塗装にて覆うことにより、ロータ１端部は雰囲気に直接さらされることがなくなるため、ごみの付着や錆び、腐食を防止することが可能となる。
【００２１】
実施の形態６．
実施の形態１〜５においては、溶接方法として、電極をタングステンまたはタングステン合金とし、非容極式のイナートガスアーク溶接であるＴＩＧ溶接を用いているが、これに限らず、本発明と同様の効果を奏する手段であれば他の固着方法を用いてもよい。例えば、溶接ワイヤを電極とし、非容極式のイナートガスアーク溶接であるＭＩＧ溶接や、レーザ溶接などがある。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、巻線が装着されたステータとロータからなる回転機において、前記ロータは層状の鋼板からなる鉄心を備え、前記鉄心の外周は溶接にて鋼板を固定する溶接部を備えており、前記溶接部は主軸方向に対して斜めに形成したので、ステータのスロットに起因し、溶接部に発生する高調波の誘起電圧による渦電流を抑制でき、回転機効率の向上と熱損失の低減を図ることができる回転機を得ること回転機を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる回転機の実施の形態１における断面図である。
【図２】本発明に係わる回転機の実施の形態１における鉄心の斜視図である。
【図３】本発明に係わる回転機の実施の形態１におけるロータの断面図である。
【図４】本発明に係わる回転機の実施の形態２におけるリラクタンスモータの断面図である。
【図５】本発明に係わる回転機の実施の形態２における鉄心の斜視図である。
【図６】本発明に係わる回転機の実施の形態３における鉄心の溶接された箇所の拡大断面図である。
【図７】本発明に係わる回転機の実施の形態４における鉄心の溶接された箇所の拡大断面図である。
【図８】本発明に係わる回転機の実施の形態５におけるロータの組み立て図である。
【符号の説明】
１  ロータ、２  ステータ、３  磁極歯、４  スロット、５  巻線、６  主軸、７  鉄心、８  鋼板、９  永久磁石、１０  磁石挿入穴、  １１  溶接部、１２  鉄心、１３  突極性発生用スリット、１４  第２の溶接部、１５  切欠き部、１６  側板
【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】
2004350351.tif 000009
【図６】
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【図７】
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【図８】
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