(57)【要約】【課題】  磁気回路の不均衡を回避しつつ固定子鉄心の断面形状を自由に設計し得るフレームレス回転機を提供する。【解決手段】  非円形断面を有する固定子鉄心１０の外周から軸心方向にかけて所定の深さの複数のスリット部１４ａ〜１４ｄを形成すると共に、該スリット部の深さを、固定子側の磁気回路として機能するとみなされる同心円状領域の外形線（内接円１５）に達するまでとする。固定子鉄心の断面形状のうち、固定子側の磁気回路として機能するとみなされる同心円状領域の外形線（内接円１５）よりも外側の部分が、スリット部１４ａ〜１４ｄの磁気バリア効果によって磁気回路から除外される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非円形断面の固定子鉄心を有するフレームレス回転機において、
前記固定子鉄心の外周から軸心方向にかけて所定の深さの複数のスリット部を形成すると共に、
該スリット部の深さを、固定子側の磁気回路として機能するとみなされる同心円状領域の外形線に達するまでとしたことを特徴とするフレームレス回転機。
【請求項２】
前記外形線は、前記固定子鉄心の外周の内接円であることを特徴とする請求項１記載のフレームレス回転機。
【請求項３】
前記スリット部を非磁性材料で満たしたことを特徴とする請求項１記載のフレームレス回転機。
【請求項４】
前記固定子鉄心は、矩形状又は菱形状の断面形状を有し、もしくは、円形以外の他の断面形状を有することを特徴とする請求項１記載のフレームレス回転機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フレームレス回転機に関し、詳しくは、磁気回路の不均衡を回避しつつ、固定子鉄心の断面形状を自由に設計し得るフレームレス回転機に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータをはじめとする回転機の多くはフレーム（固定子鉄心等を覆う外箱）付きであるが、回転機に対するさらなる小型化要求に応えるため、又は、低価格化を図るために、固定子鉄心にフレームの機能を持たせて、フレームそれ自体を不要にした、いわゆる「フレームレス回転機」が用いられている。
【０００３】
図３は、従来のフレームレス回転機の固定子鉄心（電機子鉄心ともいう）を示す図である（たとえば、特許文献１参照）。この図において、固定子鉄心１は、（ａ）に示すように、所定形状に打ち抜き加工された多数枚の金属板を積層して構成されている。固定子鉄心１の断面形状は、（ｂ）に示すように、縦寸法Ａと横寸法Ｂが等しい略矩形状であり、その中央部分に、不図示の回転子を入れるための所定直径φの円形開口２と、その円形開口２の周縁部に等間隔に形成された複数の固定子巻線溝３とを有すると共に、四つの角部の各々をカットして、それらのカット面４ａ〜４ｄに、半円状凹部５ａ〜５ｄを形成している。
【０００４】
このような構成によると、四つの半円状凹部５ａ〜５ｄのすべて又はその一部を、たとえば、ボルト穴として利用することにより、固定子鉄心１の機器への取り付けを行うことができ、あるいは、四つの半円状凹部５ａ〜５ｄのすべて又はその一部を、たとえば、冷却管通路として利用することにより、固定子鉄心１の冷却を行うことができ、したがって、フレームレス構造とすることができる。
【０００５】
【特許文献１】実開平５−８８１６３号公報（〔０００７〕、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記の従来例における固定子鉄心１は、固定子側の磁気回路としての本来の役割に加え、フレームとしての付随的役割（ボルト固定や冷却など）も担うものであり、とりわけ、その付随的役割を果たすために、固定子鉄心１の断面形状を、周辺構造物へのすわりや熱伝導率の促進を考慮した任意の形状（図では略矩形状）とし、同矩形断面の四つの角部のカット面４ａ〜４ｄに半円状凹部５ａ〜５ｄを形成しているが、かかる付随的役割のための構造により、固定子鉄心１の磁気回路の不均衡を招くという不都合がある。
【０００７】
すなわち、磁気回路としての本来の役割に着目した場合、固定子鉄心１の断面形状は、理想的には図中の破線で示すような円形断面６になる。この円形断面６は、不図示の回転子を入れるための円形開口２と同心円であって、かつ、その円形開口２の直径φよりも大きい外径を有する。固定子鉄心１の断面形状が（矩形断面等の任意形状ではなく）この円形断面６と一致している限りにおいては、固定子鉄心１の磁気回路の不均衡は生じない。すべての固定子巻線溝３から円形断面６までの距離が一定に保たれるからである。
【０００８】
しかしながら、固定子鉄心１の断面形状を図示のような略矩形断面とした場合は、円形断面６との差分に相当する付加部分（図示の例においては固定子鉄心１の各コーナ方向のハッチング部分）が生じるため、これらの付加部分の存在により、固定子鉄心１の磁気回路の不均衡を招く。
２極機や４極機では極別の磁気条件による不均衡は生じないが、３相のうちの特定の相の磁気抵抗のみが低いとき（上記のハッチング部の存在によるもの）など、磁気抵抗に不均衡が生じた場合には、３相平衡電圧を加えても、相ごとに流れる電流に不平衡が生じ、トルク脈動を招来する。６極以上の機器では、さらに極別の磁気抵抗の不平衡が加わり、さらなるトルク脈動を招来する。
【０００９】
しかも、その不均衡の程度は、固定子鉄心１の断面形状がより複雑（たとえば、菱形断面等）になるほど大きくなるので、フレームレス回転機の設計自由度を高めるためにも何らかの対策を講じなければならない。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、磁気回路の不均衡を回避しつつ、固定子鉄心の断面形状を自由に設計し得るようにし、以て、周辺構造物へのすわりをよくすると共に、熱伝導率の促進も最大限に考慮できるようにしたフレームレス回転機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係るフレームレス回転機は、非円形断面の固定子鉄心を有するフレームレス回転機において、前記固定子鉄心の外周から軸心方向にかけて所定の深さの複数のスリット部を形成すると共に、該スリット部の深さを、固定子側の磁気回路として機能するとみなされる同心円状領域の外形線に達するまでとしたことを特徴とする。
この発明では、固定子鉄心の断面形状のうち、固定子側の磁気回路として機能するとみなされる同心円状領域の外形線よりも外側の部分（たとえば、図１（ｂ）のハッチング部分参照）が、スリット部の磁気バリア効果によって磁気回路から除外される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、固定子鉄心の断面形状のうち、固定子側の磁気回路として機能するとみなされる同心円状領域の外形線よりも外側の部分が、スリット部の磁気バリア効果によって磁気回路から除外されるので、磁気回路の不均衡を回避しつつ、固定子鉄心の断面形状を自由に設計し得るフレームレス回転機を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施例を、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明における様々な細部の特定ないし実例および数値や文字列その他の記号の例示は、本発明の思想を明瞭にするための、あくまでも参考であって、それらのすべてまたは一部によって本発明の思想が限定されないことは明らかである。また、周知の手法、周知の手順、周知のアーキテクチャおよび周知の回路構成等（以下「周知事項」）についてはその細部にわたる説明を避けるが、これも説明を簡潔にするためであって、これら周知事項のすべてまたは一部を意図的に排除するものではない。かかる周知事項は本発明の出願時点で当業者の知り得るところであるので、以下の説明に当然含まれている。
【００１４】
図１は、本実施形態におけるフレームレス回転機の固定子鉄心１０を示す図である。この図において、固定子鉄心１０は、（ａ）に示すように、所定形状に打ち抜き加工された多数枚の金属板（珪素鋼板等の磁性体）を積層して構成されている点、固定子鉄心１０の断面形状が、（ｂ）に示すように、縦寸法Ａと横寸法Ｂが等しい略矩形状であり、その中央部分に、不図示の回転子を入れるための所定直径φの円形開口１１と、その円形開口１１の周縁部に等間隔に形成された複数の固定子巻線溝１２とを有する点で前記の従来例（図３参照）と共通し、以下の点で相違する。
【００１５】
すなわち、略矩形断面の固定子鉄心１０の四つの角部の各々のカット面１３ａ〜１３ｄに、所定の深さＣで固定子鉄心１０の軸方向に連続するスリット部１４ａ〜１４ｄを形成している点で相違する。
【００１６】
スリット部１４ａ〜１４ｄの深さＣは、円形開口１１と同心で且つ固定子鉄心１０の外周の内接円１５に達する値に設定する。ここで、固定子鉄心１０の断面形状が正確な矩形状（Ａ＝Ｂ）であり、しかも、円形開口１１のセンターが正確に矩形断面の中心点に位置しているものとした場合、上記の内接円１５は、図中の四つの点Ｐ１〜Ｐ４で固定子鉄心１０の外周に接するが、この内接円１５は、図示の例（四つの点Ｐ１〜Ｐ４で固定子鉄心１０の外周に接するもの）に限定されない。要は、固定子側の磁気回路として機能するとみなされる同心円状領域の外形線を表す線であればよい。
【００１７】
ここで、「固定子側の磁気回路として機能するとみなされる同心円状領域の外形線」とは、次のことをいう。先にも説明したとおり、固定子鉄心の磁気回路としての本来の役割に着目した場合、固定子鉄心の断面形状は、理想的には円形断面（図３の円形断面６参照）になる。上記の外形線は、この理想的断面の外形線のことをいい、たとえば、有限要素法による磁気回路解析などを行う際に、一般的に定義される固定子鉄心の外形線（円形）のことをいう。
【００１８】
以上のとおり、本実施形態における構造上の特徴点は、略矩形断面の固定子鉄心１０の四つの角部の各々のカット面１３ａ〜１３ｄに、所定の深さＣで固定子鉄心１０の軸方向に連続するスリット部１４ａ〜１４ｄを形成し、そのスリット部１４ａ〜１４ｄの深さＣを、円形開口１１と同心で且つ固定子鉄心１０の外周の内接円１５に達する値に設定した点にある。上記のとおり、この内接円１５は「固定子側の磁気回路として機能するとみなされる同心円状領域の外形線」であるから、結局、当該外形線（図においては内接円１５）に達するスリット部１４ａ〜１４ｄを有する点が、前記の従来例と顕著に相違する点である。
【００１９】
さて、このような特徴点を有する本実施形態の固定子鉄心１０においては、以下の効果が得られる。
すなわち、本実施形態の固定子鉄心１０においても、内接円１５との差分に相当する付加部分（図示の例においては固定子鉄心１０の各コーナ方向のハッチング部分）が生じるが、これらの付加部分に設けられたスリット部１４ａ〜１４ｄが低透磁率の空気で満たされているために、いわゆる“磁気バリア”となり、当該付加部分のほとんどは磁気回路として働かない。したがって、固定子鉄心１０の実質的な磁気回路は、上記の外形線（図においては内接円１５）の内側に限定されることとなり、その結果、固定子鉄心１０の磁気回路を周方向に均一化して、磁気回路の不均衡を回避できるという格別の効果が得られる（請求項１、２に対応）。
【００２０】
なお、上記の例では、スリット部１４ａ〜１４ｄを空間のままにして、その空間内の空気（低透磁率の非磁性体）を利用して磁気バリアを形成しているが、これに限定されない。たとえば、（ｃ）に示すように、スリット部１４ａ〜１４ｄを空気以外の非磁性材料１６で満たし（又は充填しもしくは埋込みし）てもよい。適当な非磁性材料１６としては、たとえば、ガラス繊維を入れて強固にした樹脂、熱伝導を期して酸化アルミの微粉末を充填材とした樹脂などが考えられる。空気を利用しないため、真空中でも使用できる。また、気圧や湿度変化等の大気変動の影響を受けない（請求項３に対応）。
【００２１】
さて、以上の説明は、矩形断面の固定子鉄心１０を例にしたが、これは、従来例と比較するための、実施形態の一例を示すものに過ぎない。本発明の思想によれば、矩形断面以外の複雑な断面形状を持つあらゆる形状の固定子鉄心に適用できる。
【００２２】
図２は、他の例を示す図である。まず、（ａ）は、上記の実施形態と同様の矩形断面を持つ固定子鉄心２０の例であるが、この例では、固定子鉄心２０の各コーナ部分にそれぞれｎ個ずつのスリット部１４ａ１、１４ａ２、１４ｂ１、１４ｂ２、１４ｃ１、１４ｃ２、１４ｄ１、１４ｄ２を形成している。ここで、ｎは２以上の整数である。このようにｎ個ずつのスリット部を形成することにより、一層の磁気バリア効果を得ることができ、且つ、ｎの数を増やすほど、その効果を高めることができる。
【００２３】
次に、（ｂ）は複雑な断面形状の例として菱形断面の固定子鉄心３０を示す図である。固定子鉄心３０の断面形状は、二つの鋭角部３０ａ、３０ｂと二つの鈍角部３０ｃ、３０ｄを有し、且つ、四辺の長さが等しい「菱形」である。その中央部分には、不図示の回転子を入れるための所定直径φの円形開口３１と、その円形開口３１の周縁部に等間隔に形成された複数の固定子巻線溝３２とが形成されている。さらに、二つの鋭角部３０ａ、３０ｂにはそれぞれには二つずつのスリット部３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄが、また、二つの鈍角部３０ｃ、３０ｄにはそれぞれには一つずつのスリット部３４ａ、３４ｂが形成されている。
【００２４】
すべてのスリット部３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３４ａ、３４ｂの深さは、円形開口３１と同心で且つ固定子鉄心３０の外周の内接円３５に達する値に設定する。ここで、固定子鉄心３０の断面形状が正確な菱形であり、しかも、円形開口３１のセンターが正確に矩形断面の中心点に位置しているとした場合、上記の内接円３５は、図中の四つの点Ｐ５〜Ｐ８で固定子鉄心３０の外周に接するが、この内接円３５は、図示の例（四つの点Ｐ５〜Ｐ８で固定子鉄心３０の外周に接するもの）に限定されない。要は、固定子側の磁気回路として機能するとみなされる同心円状領域の外形線を表す線であればよい。
【００２５】
以上のとおり、本実施形態における構造上の特徴点は、略菱形断面の固定子鉄心３０の四つの角部（二つの鋭角部３０ａ、３０ｂと二つの鈍角部３０ｃ、３０ｄ）にスリット部３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３４ａ、３４ｂを形成し、そのスリット部３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３４ａ、３４ｂの深さを、円形開口３１と同心で且つ固定子鉄心３０の外周の内接円３５に達する値に設定した点にある。
【００２６】
上記のとおり、この内接円３５は「固定子側の磁気回路として機能するとみなされる同心円状領域の外形線を表す線」であるから、本実施形態の固定子鉄心３０においても、当該外形線（図では内接円３５）との差分に相当する付加部分（図示の例においては固定子鉄心３０の各コーナ方向のハッチング部分）が生じるが、これらの付加部分に設けられたスリット部３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３４ａ、３４ｂが低透磁率の空気で満たされているために磁気バリアとなり、当該付加部分のほとんどは磁気回路として働かない。したがって、固定子鉄心３０の実質的な磁気回路は、上記の外形線（図においては内接円３５）の内側に限定されることとなり、その結果、固定子鉄心３０の磁気回路を周方向に均一化して、磁気回路の不均衡を回避できるという格別の効果が得られる（請求項１、２、４に対応）。
【００２７】
なお、この例の場合も、図１（ｃ）に示すように、スリット部３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３４ａ、３４ｂを空気以外の非磁性材料１６で満たしてもよいことはもちろんである。
【００２８】
以上のとおりであるから、本発明の思想によれば、円形以外の自由な外形のフレームレス回転機を設計した場合において、その外形に関わらず、固定子鉄心の磁気回路を周方向に均一化して、磁気回路の不均衡を回避できる。したがって、たとえば、図２（ｂ）に示すように、フレームレス回転機の取り付け側部材３６、３７の要求角度αが、“すわり”や熱伝導率促進を考慮した角度、たとえば、直角以外の任意角度であった場合でも、それに見合った外形（図示の例では菱形）の固定子鉄心を設計することができる。その結果、磁気回路の不均衡を回避しつつ、フレームレス回転機の設計自由度を格段に向上でき、以て、周辺構造物へのすわりをよくすると共に、熱伝導率の促進も最大限に考慮できるという格別有益な効果が得られる（請求項４に対応）。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本実施形態におけるフレームレス回転機の固定子鉄心１０を示す図である。
【図２】他の例を示す図である。
【図３】従来のフレームレス回転機の固定子鉄心を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０  固定子鉄心
１４ａ  スリット部
１４ａ１  スリット部
１４ａ２  スリット部
１４ｂ  スリット部
１４ｂ１  スリット部
１４ｂ２  スリット部
１４ｃ  スリット部
１４ｃ１  スリット部
１４ｃ２  スリット部
１４ｄ  スリット部
１４ｄ１  スリット部
１４ｄ２  スリット部
１５  内接円（外形線）
１６  非磁性材料
２０  固定子鉄心
３０  固定子鉄心
３３ａ  スリット部
３３ｂ  スリット部
３３ｃ  スリット部
３３ｄ  スリット部
３４ａ  スリット部
３４ｂ  スリット部
３５  内接円（外形線）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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