(57)【要約】【課題】分割形固定子鉄心を採用した回転電機における回転子の外周面と固定子の磁極歯の内周面との同芯度を向上させて振動、騒音を少なくする。【解決手段】固定子は、円筒形のヨークとその内側から回転子に向けて突出する複数の磁極歯とを分割して形成する。分割形成したヨークと磁極歯とは嵌め合い機構によって結合する。磁極歯は軸方向長さをヨークの軸方向長さより長くしてその両端面がヨークの両端面からはみ出すように形成しておく。はみ出して形成した部分をハウジングに固定させることにより固定子全体をハウジングに支持固定させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、該ハウジングに固定した固定子と、該固定子の内側で回転できるようにして前記ハウジングに支持させた回転子とを備えた回転電機であって、
前記固定子は、円筒形のヨークとその内側からヨーク軸芯に向けて突出する複数の磁極歯を有する固定子鉄心を備えて構成してあり、
前記ヨークと磁極歯とは分割して形成したものが嵌め合い機構によって結合してあり、且つ前記磁極歯は軸方向長さを前記ヨークの軸方向長さより長くしてその両端面が前記ヨークの両端面からはみ出すように形成してあり、該はみ出して形成してある部分を前記ハウジングに固定することにより固定子全体を該ハウジングに支持固定させてあることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記固定子鉄心は鋼板を打ち抜いて形成した固定子鉄心片を積層して形成したものであって、前記各磁極歯のヨーク軸芯側端部には周方向両側に張り出す張出部が形成してあり、該張出部の先端部と隣の磁極歯の張出部の先端部とは積層した全ての固定子鉄心片において繋がって形成してあ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】
前記固定子鉄心は鋼板を打ち抜いて形成した固定子鉄心片を積層して形成したものであって、前記各磁極歯のヨーク軸芯側端部には周方向両側に張り出す張出部が形成してあり、該張出部の先端部と隣の磁極歯の張出部の先端部との間には積層した全ての固定子鉄心片において隙間ができるように各磁極歯が隣の磁極歯と分離して形成してあることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項４】
前記固定子鉄心は鋼板を打ち抜いて形成した固定子鉄心片を積層して形成したものであって、前記各磁極歯のヨーク軸芯側端部には周方向両側に張り出す張出部が形成してあり、該張出部の先端部と隣の磁極歯の張出部の先端部とは積層した一部の固定子鉄心片においては繋がって形成してあり、残りの固定子鉄心片においては隙間ができるように各磁極歯が隣の磁極歯と分離して形成してあることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項５】
請求項４に記載の回転電機において、前記張出部の先端部と隣の磁極歯の張出部の先端部とが繋がって形成してある固定子鉄心片は、前記固定子鉄心の両端に各１枚積層してあることを特徴とする回転電機。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れかに記載の回転電機において、前記固定子鉄心のヨークは、周方向に複数に分割した形状の分割ヨークを隣り合う互いの接合面部に設けた嵌め合い機構によって結合して形成してあることを特徴とする回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定子鉄心を円筒状ヨークとその内周側の磁極歯とに分割して組み立てた分割形固定子鉄心を採用した回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
インナーロータ型回転電機に使用される固定子鉄心は円筒状をなしており、回転軸に直角な断面形状は、その多くが図１２の（１）に示すような形状をしている。固定子鉄心６０の周辺にある円筒状部はヨーク６１であり、その内側にはヨーク軸芯６１ａに向けて複数の磁極歯６２が等間隔に突出して設けられている。各磁極歯６２のヨーク軸芯側先端部には、周方向両側に張り出す張出部６３が設けられている。隣り合う二つの磁極歯６２とヨーク６１に囲まれた部分は巻線を通すスロット６４として使用される。
【０００３】
図１２の（１）に示した固定子鉄心６０では、張出部６３の周方向先端は隣の磁極歯６２の張出部６３とは繋がっておらず、それらの間に狭い間隙６５が設けられている。この間隙６５によってスロット６４は、内側に向かって開口している。このような形状のスロットは開スロットと呼ばれる。この間隙６５は、隣接する磁極歯６２を分離する役割を果たすと他に、巻線を施す際には巻線を通す間隙としての役割も果たす。しかし、この間隙６５は、コギングトルクを増大させて振動や騒音を大きくさせる。従って、トルクむらを極力抑えたい場合には、開スロット構成は好ましくない。
【０００４】
トルクむらを極力抑える対策の一つとして、隣り合う張出部６３の周方向先端を相互に結合してスロットを閉スロットとした図１２の（２）に示すような断面の固定子鉄心６０ａが採用されることがある。この場合には、磁極歯６２に巻線を施す必要から、固定子鉄心６０ａにはヨーク６１ａと磁極歯６２ａとをその境界部分で分割した分割形固定子鉄心構造が採用される。図１３は、そのような閉スロット構成の分割形固定子鉄心６０ａを構成する磁極歯６２ａとヨーク６１ａの斜視図である。図１３の（１）は磁極歯６２ａであり、各磁極歯６２ａにはこの状態で外周側から巻線が施される。巻線を施した磁極歯６２ａは、図１３の（２）に示すヨーク６１ａの内側に、例えばあり継手を利用して固定されて固定子が完成する。
【０００５】
図１４は、そのように分割形固定子鉄心６０ａを使用した固定子６６を組み込んだ回転電機６７の縦断面の例である（特許文献１参照）。固定子６６は、有底円筒状のハウジング６９に支持固定される。ハウジング６９の開口側には、エンドプレート７０が取り付けられる。ハウジング６９の底部とエンドプレート７０の中央部には、軸受７２、７２ａが取り付けられる。その軸受７２、７２ａを利用して、例えば表層部に永久磁石を埋め込んだ回転子７３が取り付けられる。
【０００６】
ところで、回転電機では回転むらが問題とされることが多い。この回転むらには、回転子７３の外周面と固定子６６の磁極歯６２の内周面との同心度が大きく影響する。この同芯度が悪いと、回転子７３の回転位置により回転子７３の外周面と磁極歯６２の内周面との間の間隙が変化するため、トルクむらが生じて振動や騒音が大きくなる。
【０００７】
図１４に示したような分割形固定子鉄心６０ａを採用する従来の回転電機６７では、固定子６６のハウジング６９への取り付けは、ヨーク６１を構成する鉄心部分をハウジング６９に固定する方式で行なわれてきた。ここで、回転子７３は、円筒状ハウジング６９に同芯に取り付けられていると仮定する。その場合、回転子７３の外周面と磁極歯６２の内周面との同芯度の誤差は、上記のような従来の取り付け方式では磁極歯６２とヨーク６１の組立精度による同芯度の誤差に、ヨーク６１とハウジング６９の組立精度による同芯度の誤差を加えた値となる。加算した誤差は、それぞれの単独誤差よりも通常は大きくなる。こうしたことから、従来の分割形固定子鉄心を採用した回転電機６７では、回転子７３の外周面と磁極歯６２の内周面との同芯度が悪化してトルクむらを生じ、振動や騒音が大きくなるという問題を抱えていた。
【特許文献１】特開平０１−２４８９４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような従来技術の問題点を解決するためになされたもので、その課題は、分割形固定子鉄心を採用した回転電機であって、回転子の外周面と固定子の磁極歯の内周面との同芯度を良くしてトルクむらを少なくし、振動、騒音を軽減した回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、ハウジングと、該ハウジングに固定した固定子と、該固定子の内側で回転できるようにして前記ハウジングに支持させた回転子とを備えた回転電機であって、前記固定子は、円筒形のヨークとその内側からヨーク軸芯に向けて突出する複数の磁極歯を有する固定子鉄心を備えて構成してあり、前記ヨークと磁極歯とは分割して形成したものが嵌め合い機構によって結合してあり、且つ前記磁極歯は軸方向長さを前記ヨークの軸方向長さより長くしてその両端面が前記ヨークの両端面からはみ出すように形成してあり、該はみ出して形成してある部分を前記ハウジングに固定することにより固定子全体を該ハウジングに支持固定させてあることを特徴とする回転電機である。
【００１０】
本構成の回転電機は、磁極歯を直接にハウジングに固定することにより、固定子全体をハウジングに支持固定させている。ハウジングとヨークとの間には直接的な結合関係を設けていない。従って、磁極歯とヨークとの間の組立精度は、回転子の外周面と磁極歯の内周面との同芯度に影響を与えない。このことから本構成の回転電機では、回転子の外周面と磁極歯の内周面との同芯度が従来技術に比べて向上する効果が得られる。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、前記固定子鉄心は鋼板を打ち抜いて形成した固定子鉄心片を積層して形成したものであって、前記各磁極歯のヨーク軸芯側端部には周方向両側に張り出す張出部が形成してあり、該張出部の先端部と隣の磁極歯の張出部の先端部とは積層した全ての固定子鉄心片において繋がって形成してあることを特徴とする請求項１に記載の回転電機である。
【００１２】
このような構成の回転電機は、請求項１に記載の発明と同じ効果を奏する。加えて、隣接する張出部先端を繋いで全ての固定子鉄心片を閉スロット構成としたことにより、コギングトルクが減少する効果も奏する。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明は、前記固定子鉄心は鋼板を打ち抜いて形成した固定子鉄心片を積層して形成したものであって、前記各磁極歯のヨーク軸芯側端部には周方向両側に張り出す張出部が形成してあり、該張出部の先端部と隣の磁極歯の張出部の先端部との間には積層した全ての固定子鉄心片において隙間ができるように各磁極歯が隣の磁極歯と分離して形成してあることを特徴とする請求項１に記載の回転電機である。
【００１４】
このような構成の回転電機は、請求項１に記載の発明と同じ効果を奏する。加えて、隣接する張出部先端間に隙間を設けて全ての固定子鉄心片を開スロット構成としたことにより、コギングトルクは多少増すものの磁極歯間を短絡する磁束漏れが少なくなるため、誘起電圧波形の歪が少なくなる効果を奏する。
【００１５】
また、請求項４に記載の発明は、前記固定子鉄心は鋼板を打ち抜いて形成した固定子鉄心片を積層して形成したものであって、前記各磁極歯のヨーク軸芯側端部には周方向両側に張り出す張出部が形成してあり、該張出部の先端部と隣の磁極歯の張出部の先端部とは積層した一部の固定子鉄心片においては繋がって形成してあり、残りの固定子鉄心片においては隙間ができるように各磁極歯が隣の磁極歯と分離して形成してあることを特徴とする請求項１に記載の回転電機である。
【００１６】
このような構成の回転電機は、請求項１に記載の発明と同じ効果を奏する。加えて、閉スロット構成とした固定子鉄心片の部分ではコギングトルクが減少し、開スロット構成とした固定子鉄心片の部分では誘起電圧波形の歪が少なくなる。従って、閉スロットと開スロットの固定子鉄心片の積層枚数を調整することで、使用目的に合わせた回転電機を構成することができる。
【００１７】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至５の何れかに記載の回転電機において、前記固定子鉄心のヨークは、周方向に複数に分割した形状の分割ヨークを隣り合う互いの接合面部に設けた嵌め合い機構によって結合して形成してあることを特徴とする回転電機である。
【００１８】
このような構成の回転電機は、請求項１に記載の発明と同じ効果が得られる。加えて、両端に各１枚以外の固定子鉄心を開スロット構成としているため誘起電圧波形の歪が少なくなる。また、両端の閉スロット構成の固定子鉄心は、固定子コイルを構成する巻線が回転子側にはみ出るのを防止する効果を奏する。
【００１９】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５の何れかに記載の回転電機において、前記固定子鉄心のヨークは周方向に複数に分割した形状の分割ヨークを、隣り合う互いの接合面部に設けた嵌め合い機構によって結合して形成してあることを特徴とする回転電機である。
【００２０】
このような構成の回転電機は、請求項１に記載の発明と同じ効果を奏する。加えて、分割ヨークを構成する分割ヨーク片を、素材鋼板から歩留りよく打ち抜くことができる効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明に係る回転電機の一実施形態について図面を参照して詳しく説明する。図１は、その回転電機１を回転軸中心を含む面で切断して斜視図で示したものである。本実施形態の回転電機１はインナーロータ型であり、電機子として機能する略円筒状の固定子２と、その固定子２の内側で回転して界磁を形成する回転子３、その固定子３と回転子２を支持固定するハウジング５、５ａを備えて構成してある。本実施形態の回転電機１の特徴は次に説明するように、固定子２の固定子鉄心６がヨーク８と磁極歯９とに分割して形成してあり、且つその固定子２のハウジング５、５ａへの固定を、固定子鉄心６の磁極歯９をハウジング５、５ａに固定して行なっている点にある。
【００２２】
固定子２は、固定子鉄心６と複数のコイル１０を備えて構成してある。図２は、固定子鉄心６の断面図である。固定子鉄心６はヨーク８と磁極歯９とから成る。ヨーク８と磁極歯９とは図３の（１）、（２）の斜視図に示すように分離して形成してある。それらを嵌め合い機構を使って結合させたものが固定子鉄心６である。これらは、電磁鋼板を打ち抜いて図２に示すような形状の固定子鉄心片７を製作し、それらを必要枚数だけ積層し、かしめて製作する。
【００２３】
ヨーク８は図３の（２）に示すように、ほぼ円筒状を成している。磁極歯９は図２に示すように、ヨーク８の内側からヨーク軸心に向けて複数の歯が周方向等間隔で逆放射状に突出した形状を成している。各磁極歯９のヨーク軸心側先端部には、周方向両側に張り出した張出部１２が形成してある。その張出部１２の先端部は、隣の磁極歯９の張出部１２と連結して形成してある。隣り合う二つの磁極歯９とヨーク８に囲まれた空間はスロット１４を形成している。このスロット１４は、コイル１０を形成する巻線を通す空間として使用される。図２に示した固定子鉄心６は、このスロット１４の断面が閉じた形状をしており、このようなスロットを閉スロットと呼ぶ。
【００２４】
図４は、各磁極歯９にコイル１０を巻装した後の状態を示している。コイル１０は、磁極歯９の表面に絶縁層を形成してその上に巻線を施して形成する。あるいは図５に示すように、ボビン１６に巻線を施したコイル１０を各磁極歯９に装着してもよい。
【００２５】
コイル１０を装着した磁極歯９は、嵌め合い機構を使用してヨーク８の内側に結合させる。図６は、そのようにして完成させた固定子２を示している。嵌め合いによる結合には、「あり溝」と「あり」との組み合わせによるあり継手を使用している。このため、磁極歯９のヨーク８側端部には図３の（１）に示すような「あり」１８が、ヨーク８の内側の対応する位置には図３の（２）に示すような「あり溝」１９が形成してある。
【００２６】
なお、本実施形態の固定子鉄心６では、図６に示すように磁極歯９の軸方向長さＴがヨーク８の軸方向長さＹより長くなるようにしてある。そして、磁極歯９の軸方向両端面がヨーク８の軸方向両端面からはみ出すように結合させてある。軸方向長さは、積層する鉄心片の枚数を変えて調整してある。
【００２７】
このようにして完成させた固定子２は、図１に示したようにハウジング５、５ａに支持固定させる。図７は、固定子２及び回転子３を支持する一方のハウジング５ａの斜視図である。ハウジング５ａは有底円筒状で、開口端部の内側に磁極歯９の軸方向両端の端部分と嵌合する溝２０が形成してある。有底部の中央部分には、回転子３を回転支持する軸受２２ａが取り付けてある。
【００２８】
固定子２は、このハウジング５、５ａの開口端部に設けた溝２０に、前記ヨーク８の軸方向両端面からはみ出している磁極歯９のヨーク８側部分を、軸方向から圧入嵌合させて固定している。ハウジング５、５ａとヨーク８との間には、直接的な結合関係が存在しないように構成してある。
【００２９】
回転子３は有底円筒状ハウジング５、５ａに精度良く同芯に取り付けられている仮定する。すると、その場合における回転子３の外周面と磁極歯９の内周面との同芯度の誤差は、磁極歯９とハウジング５、５ａとの組立精度により決まる。「背景技術」で述べた従来技術の場合には、ヨーク８をハウジング５、５ａに固定させることで回転子３全体をハウジング５、５ａに支持固定させていた。従って、磁極歯９とヨーク８との間の組立精度も、回転子３の外周面と磁極歯９の内周面との同芯度に影響を与えた。これに対して本実施形態の場合には、磁極歯９を直接にハウジング５、５ａに固定する構造としている。このため、磁極歯９とヨーク８との間の組立精度は、前記同芯度に影響を与えない。従って本実施形態の回転電機１では、回転子３の外周面と磁極歯９の内周面との同芯度が従来技術に比べて向上する。その結果としてトルクむらが少なくなり、振動や騒音が小さくなる効果が得られる。
【００３０】
なお、前記同芯度を上げるには、磁極歯９とヨーク８との結合構造が、磁極歯９とハウジング５、５ａとの組立精度に影響を与えないようにしておく必要がある。そのためには、磁極歯９とヨーク８との結合状態が、必要以上に堅くならないする。そのためには、例えば、磁極歯９とヨーク８との間の前記あり継手構造を、固定子径方向に極僅かの遊びを持たせて形成しておくとよい。但し、ヨーク８の果たす機能上、磁極歯９とヨーク８は密接に接触している必要がある。従って、周方向では磁極歯９とヨーク８とは密着するように形成しておく。
【００３１】
（変形実施形態）
本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々に変形実施可能である。例えば、前記実施形態は次のように変形して実施してもよい。
１．前記実施形態では図２に示したように、各磁極歯９のヨーク軸芯側先端部の張出部１２を、隣の磁極歯９の張出部１２と連結してスロット１４を閉スロットとした。これに代えて、図８に示すように隣接する磁極歯９の張出部１２を連結せず、その間に隙間１３が形成されてスロット１４が開スロットとなるようにしてもよい。その場合には、磁極歯９は磁極歯毎に分離して形成する。開スロット構成は、コギングトルクを多少増大させる欠点はあるが、反面、磁極歯間を短絡する磁束漏れが少ないため誘起電圧波形の歪が少なくなる利点を有する。
【００３２】
２．また、上記開スロットとする変形構成では、全ての固定子鉄心片を開スロットとするのではなく、開スロット構成の固定子鉄心片と、閉スロット構成の固定子鉄心片とを混在させて固定子鉄心を構成するようにしてもよい。その場合、固定子鉄心の軸方向両端の各１枚の固定子鉄心片のみを閉スロット構成としてもよい。図９は、そのような固定子鉄心を構成するための磁極歯９ａの構成を斜視図で示したものである。軸方向両端の各１枚には閉スロットを構成するための磁極歯片９ｂが、その中間には開スロットを構成するための磁極歯片９ｃが積層してある。閉スロットの磁極歯片９ｂは、磁極歯９に巻いた巻線が回転子側に飛び出る事故を防止する。従って、両端各１枚を閉スロット構成とすることでも、巻線が飛び出る事故を防止できる効果を奏する。
【００３３】
３．前記実施形態では図２、図３の（２）に示したように、ヨーク８は円筒状の一体構成に形成してある。このように一体構成に形成する代わりに、図１０に示すように周方向に複数に分割した分割ヨーク８ａを円筒状に結合して構成してもよい。結合は、互いの接合面部に設けた嵌め合い機構によって行なう。図１１は、そのような分割ヨーク８ａに用いる分割ヨーク片を打ち抜いた後の鋼板を示している。二つの分割ヨーク片の内側と外側とを対向させて材料取りできるため、材料歩留りが向上する効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態に係る回転電機１の縦断面の斜視図である。
【図２】固定子鉄心６の断面図である。
【図３】磁極歯９とヨーク８の斜視図である。
【図４】各磁極歯９にコイル１０を巻装した状態の斜視図である。
【図５】ボビン１６に巻線を施して形成したコイル１０の例である。
【図６】固定子２の斜視図である。
【図７】一方のハウジング５ａの斜視図である。
【図８】開スロット構造の固定子鉄心６ａの断面図である。
【図９】固定子鉄心５の軸方向両端の各１枚の固定子鉄心片のみを閉スロットとした固定子鉄心の磁極歯９ａの斜視図である。
【図１０】分割ヨーク８ａの例である。
【図１１】分割ヨーク８ａに用いる分割ヨーク片を打ち抜いた後の鋼板の形状例である。
【図１２】従来技術に係る図２相当図である。
【図１３】従来技術に係る図３相当図である。
【図１４】従来技術に係る図１相当図である。
【符号の説明】
【００３５】
図面中、１は回転電機、２は固定子、３は回転子、５、５ａはハウジング、７は固定子鉄心片、８はヨーク、８ａは分割ヨーク、９は磁極歯、１２は張出部、１３は隙間、１４はスロットを示す。
【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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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