(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁鋼板が積層された少なくとも第１及び第２の固定子片を有すると共に、前記固定子片間に形成されたスロットを有する固定子と、
この固定子の内側に設けられると共に、永久磁石を有する回転子とを備え、
前記固定子には、コイルが巻回された歯部と、この歯部と一体に形成されると共に、前記第１及び第２の固定子片を連結させるコアバック部とを有しており、
前記歯部には、内周側先端の一側面に先端内周面に沿って設けられた略柱状の突起と、内周側先端の他側面に先端内周面に沿って切り欠きされた略Ｌ形状の壁面とを有しており、
前記第１の固定子片の前記突起の上面と隣接する前記第２の固定子片の前記切り欠きされた略Ｌ形状の壁の天面とを当接させて、前記スロットにおける前記回転子と対向する開口を塞ぐ、
ことを特徴とする同期電動機。
【請求項２】
前記突起の上面を成す前記電磁鋼板と、前記切り欠きされた略Ｌ形状の壁の天面を成す前記電磁鋼板とが積層毎に当接している、
ことを特徴とする請求項１に記載の同期電動機。
【請求項３】
前記歯部の幅をＬｔとし、前記当接の長さをＬ０とすると、Ｌ０／Ｌｔ＜０．０２５である、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の同期電動機。
【請求項４】
前記電磁鋼板を所定の角度毎ずらして前記固定子にスキューを形成した、
ことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の同期電動機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、同期電動機に関し、固定子片に設けられた突起と壁面とによりスロット開口を塞ぐことで、コギングトルクの発生を抑制するものである。
【０００２】
【従来の技術】
永久磁石が設けられた回転子を有する同期電動機は、回転子が回転する際に回転子と固定子間との空隙に回転子の回転角に対して磁気エネルギ−の変化が生じ、これによりコギングトルクが発生して回転子の回転ムラを生じる。
【０００３】
従来のコギングトルクを抑制する同期電動機を特開平１−１１００３５号公報に開示された図７によって説明する。
図７において、同期電動機は、歯部３ａとスロット３ｓを有すると共に、電磁鋼板３ｃが積層された固定子３と、歯部３ａに巻回されたコイル５と、固定子３の内径に挿入されると共に、磁性材で形成された厚みの薄いリング７とを備え、固定子３に設けられたスロット３ｓの開口がリング７によって塞がるように形成されている。
【０００４】
上記のように構成された同期電動機によれば、固定子３のスロット３ｓの開口を塞ぐことにより、回転子が回転する際に、固定子３と回転子との空隙における磁気エネルギ−の変化が抑えられるので、コギングトルクが低減される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようにリング７を固定子３の内面に装着する手段では、図８(ａ)に示すように各電磁鋼板間３ｃを、リング７を介して渦電流Ｉｅが流れるので、渦電流損が増大してモ−タの効率を悪くするという問題点があった。
【０００６】
かかる課題を解決するために、固定子３を成す多数の電磁鋼板３ｃと同一の厚さの薄い円形鋼鈑７ａを多数積層されたリング７を形成することにより渦電流損を減少させることが考えられる。
しかしながら、固定子３の電磁鋼鈑３ｃと、リング７の円形鋼鈑７ａとの当接面を各層毎に正確に一致させないと、図８(ｂ)に示すように渦電流Ｉｅが流れるので、渦電流損が増大してモ−タの効率が悪くなる。一方、固定子３の電磁鋼鈑３ｃとリング７の円形鋼鈑７ａとの当接面を各層毎に正確に一致させることは、作業性の観点から現実的でないという問題点があった。
【０００７】
さらに、リング７を固定子３に装着する作業が煩雑で、しかも、固定子３の内面にリング７を装着することにより固定子３から回転子に流れる主磁束がリング７によって阻害されるので、同期電動機のトルクがリング７のために低下するという問題点があった。
【０００８】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、リングを不要として簡易に、固定子のスロット開口を塞ぐことによりコギングトルクを抑制すると共に、スロット開口を塞いでも、渦電流が流れにくい同期電動機を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段、発明の作用及び効果】
第１の発明に係る同期電動機は、電磁鋼板が積層された少なくとも第１及び第２の固定子片を有すると共に、前記固定子片間に形成されたスロットを有する固定子と、この固定子の内側に設けられると共に、永久磁石を有する回転子とを備え、前記固定子には、コイルが巻回された歯部と、この歯部と一体に形成されると共に、前記第１及び第２の固定子片を連結させるコアバック部とを有しており、前記歯部には、内周側先端の一側面に先端内周面に沿って設けられた略柱状の突起と、内周側先端の他側面に先端内周面に沿って切り欠きされた略Ｌ形状の壁面とを有しており、前記第１の固定子片の前記突起の上面と隣接する前記第２の固定子片の前記切り欠きされた略Ｌ形状の壁の天面とを当接させて、前記スロットにおける前記回転子と対向する開口を塞ぐ、ことを特徴とするものである。
かかる同期電動機によれば、第１の固定子片の突起の上面と隣接する第２の固定子片の切り欠きされた略Ｌ形状の壁の天面とが確実に当接し、スロットにおける回転子と対向する開口を塞ぐので、固定子内面に装着されていたリングを不要にして、コギングトルクを低下できる。したがって、リングを固定子に装着する作業を省略でき、しかも、固定子から回転子に流れる主磁束がリングによって阻害されずに、リングにより渦電流損が増大しないという効果がある。
【００１０】
第２の発明に係る同期電動機は、第１の発明において、突起の上面を成す電磁鋼板と切り欠きされた略Ｌ形状の壁の天面を成す電磁鋼板とが積層毎に当接している、ことを特徴とするものである。
かかる同期電動機によれば、突起の上面を成す電磁鋼板と切り欠きされた略Ｌ形状の壁の天面を成す電磁鋼板とが積層毎に当接するので、渦電流損がさらに低下できるという効果がある。
【００１１】
第３の発明に係る同期電動機は、第１又は第２の発明において、歯部の幅をＬｔとし、当接の長さをＬ０とすると、Ｌ０／Ｌｔ＜０．０２５である、ことを特徴とするものである。
かかる同期電動機によれば、回転子の回転に寄与しない漏れ磁束を低下できるという効果がある。
【００１２】
第４の発明に係る同期電動機は、第１から第３の何れかの発明において、電磁鋼板を所定の角度毎ずらして固定子にスキューが形成された、ことを特徴とするものである。
かかる同期電動機によれば、固定子にスキューが形成されたので、回転子の芯ずれによる脈動トルクを低下できるという効果がある。
【００１３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明の一実施の形態を図１及び図２によって説明する。図１は同期電動機の断面図、図２は図１に示す固定子片の突起と壁面との平面図である。
図１及び図２において、同期電動機１００は、積層された多数の固定子用鋼鈑１０１ａ(電磁鋼鈑)から成ると共に、六つの固定子片１０３を有すると共に、固定子片１０３間に形成されたスロット１０１ｓを有する固定子１０１と、固定子１０１の内側に設けられると共に、永久磁石を表面に有する回転子１５０とを備えている。
【００１４】
固定子片１０３には、固定子片１０３どうしが両端で当接されると共に、固定子片１０３どうしを連結させるコアバック部１０５と、コイル１１６が巻回される略逆Ｔ形状の歯部１０７と、コアバック部１０５の両端部どうしを接続する五つの薄肉部１２１と、コアバック部１０５の両端部どうしを溶接する一つの溶接部１２０とを有しており、各歯部１０７には、一方の側面部の先端内周面に沿って設けられた略柱形状の突起１１１と、他方の側面部の先端内周面に沿って切り欠きされた略Ｌ形状の壁面１１３とを備え、固定子片(第１の固定子片)１０３の突起１１１の上面１１１ｂと隣の固定子片(第２の固定子片)１０３の壁１１３の天面１１３ｂ（壁面）とが当接する当接部１１４を設けることにより固定子片１０３どうしが磁気的な閉回路を形成している。
【００１５】
歯部１０７の突起１１１の側面１１１ａと壁面１１３の側面１１３ａとの間に隙間ｇが形成されている。これは、コアバック１０５どうしを当接させて円筒型の固定子１０１を形成するには、公差を考慮して上記隙間ｇを設ける必要があるからである。この隙間ｇを例えば１(ｍｍ)に広げることで、隙間ｇを流れる漏れ磁束Φｇを減少させることができる。
【００１６】
そして、図２(ｂ)に示すように、突起１１１を成す積層された固定子用鋼鈑１０１ａと壁面１１３を成す積層された固定子用鋼鈑１０１ａの先端が互いに当接することにより渦電流が生じにくいように形成されている。
しかしながら、当接部１１４の面積が広すぎると、回転子１５０の永久磁石から発生した磁束が固定子片１０３の突起１１１を介して当接部１１４へ流れる漏れ磁束Φ０が増加するので、妥当でない。このため、当接部１１４の面積は、歯部１０７を流れる主磁束Φｔに対して、漏れ磁束Φ０を所定値以下にするために、次のようにして決定される。
【００１７】
固定子１０１の歯部１０７から回転子１５０に流れる主磁束Φｔは、固定子用鋼鈑１０１ａが飽和しない最大磁束密度Ｂｃｍａｘ(Ｔ)において、十分な余裕をもって流さなければならない。したがって、歯部１０７の主磁束密度Ｂｔ(Ｔ)が、突起１１１と壁面１１３との当接部１１４を流れる漏れ磁束密度Ｂ０(Ｔ)に比較して小さくなるので、下式が成立する。
Ｂｔ＜Ｂ０＜Ｂｃｍａｘ・・・・・・・・(１)
なお、漏れ磁束には、空隙ｇを流れる漏れ磁束Φｇも存在するが、隙間ｇを例えば１(ｍｍ)とし、空気の透磁率を考慮すると、空隙ｇの磁気抵抗が当接部１１４の磁気抵抗に比べて極めて大きくなり、Φ０≫Φｇとなるので、漏れ磁束Φｇを無視できる。
上記(１)式の主磁束密度Ｂｔ，漏れ磁束密度Ｂ０を主磁束Φｔ(Ｗｂ)，漏れ磁束Φ０(Ｗｂ)で表現すると下式となる。
Φｔ／Ｓｔ＜Φ０／Ｓ０＜Ｂｃｍａｘ・・・(２)
ここに、Ｓｔ：歯部の断面積(ｍ２)
Ｓ０：当接部の面積、突起と壁面との当接面積(ｍ２)
また、Ｓｔ＝Ｌｃ・Ｌｔ，Ｓ０＝Ｌｃ・Ｌ０
ここに、Ｌｃ：固定子のコア幅(ｍ)，Ｌｔ：歯部の幅(ｍ)
Ｌ０：当接部の長さ(ｍ)
Φｔ／(Ｌｔ・Ｌｃ)＜Φ０／(Ｌｃ・Ｌ０)＜Ｂｃｍａｘ・・・・・(３)
この(３)式より下式を得る。
Ｌ０＜(Φ０／Φｔ)・Ｌｔ・・・・・・(４)
Ｌ０＞Φ０／(Ｌｃ・Ｂｃｍａｘ)・・・・(５)
上記(４)式及び(５)式より下式を得る。
Φ０／(Ｌｃ・Ｂｃｍａｘ)＜Ｌ０＜(Φ０／Φｔ)・Ｌｔ・・・(６)
この(６)式を変形して下式を得る。
Φ０／(Φｔ・Ｌｃ・Ｂｃｍａｘ)・Φｔ＜Ｌ０＜(Φ０／Φｔ)・Ｌｔ・・(７)
ここに、Φｔ＝Ｂｔ・Ｓｔ＝Ｂｔ・Ｌｃ・Ｌｔ
【００１８】
例えば、固定子用鋼板１０１ａに３５Ａ３６０を用い、ＪＩＳ規格より飽和磁束密度Ｂｃｍａｘを1.61(Ｔ)とし、歯部１０７の幅Ｌｔを10×10−３(ｍ)、固定子１０１のコア幅Ｌｃを60×10−３(ｍ)、主磁束密度Ｂｔを1.2(Ｔ)に設定し、主磁束Φｔに対して例えば漏れ磁束Φ０を5％に抑制しようとすると、片側の漏れ磁束Φ０、すなわち、Φ０／Φｔが2.5％(0.025)になるため、当接部１１４の長さＬ０(ｍ)を上記(７)式により求めると、
0.025×1.2×60×10−3×10×10−3/(60×10−3×1.61)＜L0＜0.025×10×10−30.186×10−３＜L０＜0.25×10−3  (ｍ)
となる。これより、当接部１１４の長さを例えば0.2×10−３(ｍ)にすれば、主磁束Φｔに対して漏れ磁束Φ０を5％以下に抑制できる。
【００１９】
上記のように構成された同期電動機の製造方法を図１乃至図５によって説明する。まず、厚さが薄いと共に、突起１１１ａと壁面１１３ａとを有する固定子用鋼鈑１０１ａを板状の電磁鋼鈑から多数製作し、図３に示すように四角柱状に形成された積層金型２０１の孔２０１ａに多数の固定子用鋼鈑１０１ａを積層してプレス機(図示せず)によりプレスし、直線状の固定子１０１が得られる。
【００２０】
図４に示すように固定子１０１の固定子片１０３における歯部１０７の周りに巻線機のノズル(図示せず)を周回させてコイル１１６を形成する。コイル１１６を形成後、図５に示すように作業者が固定子１０１の孔径よりも僅かに小さく形成された芯棒２０５に固定子１０１の歯部１０７の先端面を当接しながら薄肉部１２１を中心に各歯部１０７を折り曲げ、コアバック部１０５の両端部の一箇所を溶接機(図示せず)により溶接し、溶接部１２０を有する円筒形の固定子１０１を製作する。
【００２１】
次に、図５(ａ)に示すように、固定子１０１の孔に芯棒２０５を挿入したままの状態において、台２０３の上に固定子１０１の一端面を、下側押え部材２０７を介して載せ、上側押え部材２０９を固定子１０１の他端面に載せて、上側押え部材２０９をプレス機(図示せず)で押圧することにより、固定子片１０３の突起１１１と隣接する固定子片１０３の壁面１１３とが当接して突起１１１と壁面１１３との各固定子用鋼板１０１ａどうしが重なってスロット１０１ｓにおける内周側(回転子１５０と対向する側)の開口を塞ぐことができる。
【００２２】
このような実施の形態による同期電動機１００によれば、固定子１０１の突起１１１と壁面１１３とにより、スロット１０１ｓにおける回転子１５０と対向する開口(固定子１０１の内周側の開口)を塞ぐので、固定子１０１と回転子１５０との空隙における磁気エネルギ−の変化が抑制されコギングトルクが低減される。
さらに、突起１１１と壁面１１３との固定子１０１を成す各固定子用鋼板１０１ａどうしの先端面が重なるので、渦電流が各固定子用鋼板１０１ａ内を循環するのみであり、渦電流損が増大しない。
【００２３】
実施の形態２．
この発明の他の実施の形態を図６によって説明する。図６は、固定子磁極片の正面図(ａ)、図６(ａ)の底面図である。
実施の形態１では、固定子１０１のスロット１０１ｓの開口を固定子１０１の内周側の先端に設けられた突起１１１と隣接する固定子１０１の内周側の先端に設けられた壁面１１３とを当接させることによりコギングトルクを低下させた。
しかしながら、固定子１０１と回転子１５０との空隙が許容内で不均衡の場合、脈動トルクが発生するので、本実施の形態では、実施の形態１による同期電動機１００の構成に加えて、固定子２０１にスキューを形成することにより脈動トルクを低下させるものである。
【００２４】
図６において、固定子２０１を成す固定子片２０３は、固定子用鋼板１０１ａ毎に所定角度ずらすことで、スキューが形成されている。ここで、スキュー角度θｓは、最上層の固定子用鋼板１０１ａ、最下層の固定子用鋼板１０１ａにおける歯部１０７の中心線をそれぞれ固定子１０１の中心点まで引いた線Ｌｕ，Ｌｄにより挟まれる角度をいう。
例えば、スキュー角度θｓを15°として、固定子用鋼板１０１ａの板厚を0.5(ｍｍ)、積層枚数を１００枚として固定子２０１のコア幅を50(ｍｍ)とすると、固定子用鋼板１０１ａが0.15°毎ずれるように形成されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による一実施形態を示す同期電動機の断面図である。
【図２】  図1に示す固定子の要部を示す部分拡大図(ａ)、図２(ａ)の矢視Ｂ−Ｂの断面図である。
【図３】  本発明による一実施形態を示す固定子用鋼鈑の積層用金型に固定子用鋼鈑を積層した状態を示す平面図である。
【図４】  本発明による一実施形態を示す固定子片にコイルを巻回した状態の正面図である。
【図５】  本発明による一実施形態を示す固定子の正面断面図(ａ)、図５(ａ)の矢視Ｂ−Ｂの断面図である。
【図６】  本発明の他の実施形態を示す固定子片の正面図である。
【図７】  従来の固定子の断面図(ａ)、図７(ａ)の矢視Ｂ−Ｂの断面図(ｂ)である。
【図８】  図７(ｂ)の要部拡大図である。
【符号の説明】
１００  同期電動機、１０１  固定子、１０１ｓ  スロット、１０３  固定子片、１０７  歯部、１１１  突起、１１３  壁面、１１６  コイル、１４０  当接部、１５０  回転子。
【図１】
0004763176.tif 000002
【図２】
0004763176.tif 000003
【図３】
0004763176.tif 000004
【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】
0004763176.tif 000009