(57)【要約】【課題】回転電機において、積層されるコア薄板の剥がれを抑制してエンドプレートレスロータとすることである。【解決手段】回転電機１０は、ロータコア３０の軸方向両端に、ロータコア３０の直径よりも大きく、かつステータコア２０の内径よりも大きい張出直径を有し、磁性体で構成される両端張出板３６，３８がそれぞれ設けられる。両端張出板３６，３８のうち、他方側張出板３８は円板であるが、一方側張出板３６は、周方向にスロット配置ピッチに合わせた突出位置に配置され、ステータコア２０のスロットの開口形状の周方向に沿った内周側開口幅よりも小さい張出幅と、スロットの開口形状の中に入り込める外形を有し、ロータコア３０の直径から張り出す複数の突出部を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め定められたステータ厚さのステータコアを有するステータと、
複数のコア薄板を軸方向に積層し、その積層厚さがステータ厚さよりも厚いロータコアと、
ロータコアの軸方向両端にそれぞれ設けられ、ロータコア直径よりも大きく、かつステータコアの内径よりも大きい張出直径を有し、磁性体で構成される両端張出板と、
を備え、ロータの軸方向端部にエンドプレートが設けられないことを特徴とする回転電機。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機において、
ステータコアは、周方向に沿って予め定めたスロット配置ピッチで配置される複数のスロットを有し、
両端張出板の少なくとも一方側の張出板は、
周方向にスロット配置ピッチに合わせた突出位置に配置され、ステータのスロットの開口形状の周方向に沿った内周側開口幅よりも小さい張出幅と、スロットの開口形状の中に入り込める外形を有し、ロータコア直径から張り出す複数の突出部を有することを特徴とする回転電機。
【請求項３】
請求項２に記載の回転電機において、
両端張出板の他方側の張出板は、ロータコア直径よりも大きい直径を有する円板で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、回転電機に係り、特に、エンドプレートを設けないエンドプレートレスロータを備える回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機は、ステータとロータとを含んで構成されるが、ステータもロータも電磁鋼板のようなコア薄板を積層して、それぞれステータコア、ロータコアとすることが行われる。この場合、積層したコア薄板が剥がれないようにすることを目的の１つとして、積層の両端側にエンドプレートまたは端板と呼ばれる補強板が設けられる。特にロータは回転するので、コア薄板が剥がれやすく、また、埋め込み磁石型ロータの場合は、磁石の保持の必要もあって、エンドプレートが用いられる。
【０００３】
特許文献１には、電動機のロータとして、スリットで分割された磁路を有する電磁鋼板は遠心力に耐えられる最高回転数に限度があることを指摘している。そこで、非磁性の板を電磁鋼板の間に挟んで積層することを開示しており、その実施例の１つに、非磁性の板と電磁鋼板とを面接着して、エンドプレートを用いない構成が述べられている。
【０００４】
特許文献２には、マグネットトルクに合わせてリラクタンストルクも有効利用する永久磁石ロータにおいて、永久磁石の外縁とコアシートの外周円とで囲まれた領域Ａ内に、コアシートを積層体として一体化するカシメピンのための穴を設けることが述べられている。そして、その穴を、領域Ａの中央ではなく、コアシートの回転方向の後ろ側に偏位させることで、リラクタンストルクを有効に発生させることができると述べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１９１６１８号公報
【特許文献２】特開平１０−１２６９８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
エンドプレートを設けることで、回転電機の軸方向長さが長くなる。そこでエンドプレートを設けないエンドプレートレスロータが検討される。
【０００７】
本発明の目的は、積層されるコア薄板の剥がれを抑制してエンドプレートレスロータを可能とする回転電機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る回転電機は、予め定められたステータ厚さのステータコアを有するステータと、複数のコア薄板を軸方向に積層し、その積層厚さがステータ厚さよりも厚いロータコアと、ロータコアの軸方向両端にそれぞれ設けられ、ロータコア直径よりも大きく、かつステータコアの内径よりも大きい張出直径を有し、磁性体で構成される両端張出板と、を備え、ロータの軸方向端部にエンドプレートが設けられないことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る回転電機において、ステータコアは、周方向に沿って予め定めたスロット配置ピッチで配置される複数のスロットを有し、両端張出板の少なくとも一方側の張出板は、周方向にスロット配置ピッチに合わせた突出位置に配置され、ステータのスロットの開口形状の周方向に沿った内周側開口幅よりも小さい張出幅と、スロットの開口形状の中に入り込める外形を有し、ロータコア直径から張り出す複数の突出部を有することが好ましい。
【００１０】
また、本発明に係る回転電機において、両端張出板の他方側の張出板は、ロータコア直径よりも大きい直径を有する円板であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
上記構成により、回転電機は、ロータコアの軸方向両端に、ロータコア直径よりも大きく、かつステータコアの内径よりも大きい張出直径を有し、磁性体で構成される両端張出板がそれぞれ設けられる。磁性体である両端張出板は、ステータコアの上に張り出すので、回転電機が動作中において、ステータコアとの間に吸引力が生じる。これにより、エンドプレートがなくても、ロータコアの積層されるコア薄板を軸方向両側から押さえつけられ、積層されるコア薄板の間の斥力による剥がれを抑制することができる。
【００１２】
また、本発明に係る回転電機において、両端張出板の少なくとも一方側の張出板は、ステータのスロット配置ピッチに合わせて複数の突出部を有する。両端張出板の張出直径はステータコアの内径よりも大きいので、両端張出板が円板であると、そのままでは、両端張出板を取り付けたロータコアをステータの内径を通すことができない。そこで、ロータコアのみでステータコアの内径を通し、その後にロータコアに両端張出板を取り付けることになる。上記構成によれば、ステータのスロットを通ることができる突出部を有する張出板を用いるので、回転電機の組立作業性が改善される。
【００１３】
また、本発明に係る回転電機において、両端張出板の他方側の張出板は、ロータコア直径よりも大きい直径を有する円板である。このように、一方側の張出板をステータのスロットを通ることができる突出部を有するものとし、他方側の張出板を円板とすることで、回転電機の組立作業性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る実施の形態の回転電機の構成を示す断面図である。
【図２】本発明に係る実施の形態の回転電機のステータコアとロータコアと両端張出板の構成を示す斜視図である。
【図３】図２の分解図で、ステータコアの部分を示す斜視図である。
【図４】図２の分解図で、ロータコアと両端張出板の部分を示す斜視図である。
【図５】本発明に係る実施の形態の回転電機において、両端張出板の作用を説明する図である。
【図６】比較のために、エンドプレートを用いる従来技術の回転電機の構成を示す断面図である。
【図７】図６の構成で、仮にエンドプレートを省略したときに生じえるロータコアのコア薄板間の剥がれを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、回転電機のロータコアおよびステータコアのコア薄板を電磁鋼板として説明するが、電磁鋼板以外の磁性薄板であってもよい。また、ステータコアは、電磁鋼板の積層型でなくてもよい。例えば、成形コアであってもよい。また、回転電機のロータとして、永久磁石がロータコアに埋め込まれる埋め込み磁石型を説明するが、永久磁石の配置は埋め込み型でなくてもよい。また、永久磁石を用いないリラクタンス型ロータであってもよい。
【００１６】
以下で述べるコア薄板の枚数、両端張出板の枚数、ステータコアのスロットの数、張出板の突出部の数、寸法、材質、形状等は、説明のための例示であり、回転電機の仕様等に応じ、適宜変更が可能である。
【００１７】
以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。
【００１８】
図１は、回転電機１０の構造を説明する図である。回転電機１０は、モータケース１４と、ステータと、ロータとを含んで構成される。なお、図１では、ステータをステータコア２０とコイルエンド２４とに分けて示し、ロータを、ロータ軸１２と、永久磁石３４が埋め込まれるロータコア３０と、両端張出板３６，３８に分けて示している。
【００１９】
モータケース１４に固定されるステータは、複数の電磁鋼板２２を積層したステータコア２０と、ステータコア２０に巻回されるコイルで構成される。図１では、コイルがステータコア２０の両端面からはみ出して突き出るコイルエンド２４が示されている。電磁鋼板２２の積層は、適当なカシメによって互いに密着して固定される。
【００２０】
ロータ軸１２は、ロータが取り付けられ、ステータとロータの協働によって発生する回転トルクを外部に取り出す軸で、回転電機１０の出力軸に相当する。ロータ軸１２は、図示されていない適当な軸受機構によって、モータケース１４に回転自在に支持される。
【００２１】
ロータコア３０は、コア薄板としての電磁鋼板３２を複数枚積層して構成される。電磁鋼板３２は、ステータコア２０を構成する電磁鋼板２２と同じ原材料薄板から打ち抜いたものが用いられる。すなわち、ロータコア３０の各電磁鋼板３２は、ステータコア２０の電磁鋼板２２と同じ材質、同じ厚さである。電磁鋼板３２の積層も、ステータコア２０の場合と同様に、適当なカシメによって互いに密着して固定される。なお、ロータコア３０には軸方向に沿って磁石挿入孔が設けられ、この磁石挿入孔に永久磁石３４が埋め込まれる。永久磁石は、ロータ磁極を形成する磁石である。
【００２２】
ロータコア３０は、コア薄板である電磁鋼板３２を軸方向に積層したものであるが、その積層厚さがステータコア２０の積層厚さよりも厚い。これは、次に述べる両端張出板３６，３８がロータコア３０の軸方向両端に設けられるため、ロータが回転したときに、両端張出板３６，３８がステータコア２０の軸方向端部と接触しないようにするためである。図１では、ロータコア３０の電磁鋼板３２の１枚分の厚さだけステータコア２０の積層厚さより厚くしてあるが、勿論、１枚分でなく、数枚分の厚さの差があるものとしてよい。
【００２３】
両端張出板３６，３８は、回転電機１０のロータにおいて、エンドプレートを用いないで、ロータコア３０の電磁鋼板３２の間の剥がれを抑制するために設けられる磁性体の板である。両端張出板３６，３８は、ロータコア３０の軸方向両端にそれぞれ設けられ、ロータコア３０の直径よりも大きく、かつステータコア２０の内径よりも大きい張出直径を有する。図１では、両端張出板３６、３８のうち、図面の上方側を一方側張出板３６とし、下方側を他方側張出板３８として区別して示した。そこで、以下では、両端張出板３６，３８を区別する必要のあるときは、一方側張出板３６、他方側張出板３８と呼ぶことにする。
【００２４】
一方側張出板３６も他方側張出板３８も、ともに、ロータコア３０の電磁鋼板３２と同じ厚さの電磁鋼板を所定の形状に打ち抜いたものを用いることができる。一方側張出板３６、他方側張出板３８も電磁鋼板を１枚用いるものとでき、あるいは、複数の電磁鋼板を積層して用いることもできる。ロータコア３０と一方側張出板３６、ロータコア３０と他方側張出板３８とは、適当なカシメによって互いに密着して固定される。一方側張出板３６、他方側張出板３８について、それぞれ複数の電磁鋼板を積層して構成する場合も同様に、適当なカシメによって互いに密着して固定される。カシメ以外に適当な接着材を用いて密着固定するものとしてもよい。
【００２５】
両端張出板３６，３８は、外形が円形の円板とすることができる。その場合には、ロータコア３０の軸方向両端に両端張出板３６，３８を設けると、その外径はステータコア２０の内径よりも大きくなる。そこで、回転電機１０を組み立てるときは、ロータコア３０のみでステータコア２０の内径を通し、その後にロータコア３０の軸方向両端にそれぞれ
一方側張出板３６と他方側張出板３８を取り付けることになる。これに対し、両端張出板３６，３８の少なくとも一方側の張出板の形状を円板とせずに、ステータコアのスロットの開口形状の中に入り込める外形を有するものとすれば、ロータコア３０に両端張出板３６，３８を組み立てた後で、その組立体をステータコア２０の内径を通すことができる。
【００２６】
図２は、他方側張出板３８を円板とし、一方側張出板３６を円板でなく、複数の突出部４４を有する張出板とする構成を示す図である。それぞれの突出部４４は、ステータコア２０において隣接するティース４０によって区画されるスロット４２の開口形状の中に入り込める外形を有する。ティース４０とは、ステータコア２０においてコイル巻線が巻回される歯状に突き出した部分で、スロット４２は、コイル巻線が収納される開空間である。
【００２７】
一方側張出板３６の突出部４４は、周方向にスロット配置ピッチに合わせた突出位置に配置され、ステータコア２０のスロット４２の開口形状の周方向に沿った内周側開口幅よりも小さい張出幅と、スロット４２の開口形状の内径寸法よりも小さい外径を有する。この外径は、他方側張出板３８の直径と同じとされる。もっとも、他方側張出板３８の直径を、一方側張出板３６の突出部４４の外径よりさらに大きくしてもよい。
【００２８】
図３は、図２を分解したときのステータコア２０の斜視図である。図４は、図２を分解したときに、ロータコア３０に一方側張出板３６と他方側張出板３８を取り付けた状態の斜視図である。図３では、ステータコア２０が１６のティース４０と１６のスロット４２を有する様子が示されている。これに対応し、図４では、一方側張出板３６が、１６の突出部４４を有する様子が示される。
【００２９】
一方側張出板３６の突出部４４は、回転電機１０の組立性を考慮して設定された形状であるので、スロット４２の形状に合わせて、様々な形状を取りえる。図３では、３つの直線部分で構成されたスロット４２であるが、スロット４２の形状が曲線部分で構成される場合に、その曲線部分に入り込める曲線形状で突出部４４の形状を設定することができる。また、図２から図４では、突出部４４の数をスロット４２の数と同じとしたが、配置をスロット４２の配置ピッチに適合するようにして、スロット４２の数よりも少ない突出部４４の数としてもよい。例えば、上記の例で、突出部４４の数を８としてもよく、１２としてもよい。
【００３０】
なお、上記では、他方側張出板３８を円板として説明したが、勿論、他方側張出板３８も一方側張出板３６と同様に、突出部を有する張出板としても構わない。
【００３１】
上記構成の回転電機１０の作用について図５を用いて説明する。図５は、ステータコア２０の内径側と、ロータコア３０の外径側についての拡大断面図である。ここでは、ステータコア２０を構成する電磁鋼板２２の１枚の厚さとロータコア３０を構成する電磁鋼板３２の１枚の厚さを同じとしてある。そして、ステータコア２０の軸方向端部に対し、電磁鋼板３２の１枚分の厚さだけ、ロータコア３０が軸方向に突き出している。他方側張出板３８は、電磁鋼板２２、電磁鋼板３２と同じ厚さの電磁鋼板を２枚積層したものとして示されている。
【００３２】
図５では、回転電機１０として、図示されていない巻線コイルによってステータコア２０の１つのティース４０がＳ極に励磁され、ロータコア３０がＮ極となっている場合が示されている。ロータコア３０を構成する各電磁鋼板３２は、渦電流を抑制するために表面が絶縁被覆されたコア薄板とされるが、各電磁鋼板３２には、ステータコア２０から同じ方向に磁束が流れることによる相互斥力が働く。図５では、各電磁鋼板３２がＮ極となることで、この相互斥力が働くことを示している。
【００３３】
この互いに反発する斥力は、ロータコア３０のどの部分でも、隣接する電磁鋼板３２の間で生じるが、最端部においては、その外側に電磁鋼板３２がないために、その斥力が、外向きの剥離力として働く。ここで、ロータコア３０の最端部において、電磁鋼板の他方側張出板３８が配置されているので、この他方側張出板３８のステータコア２０の軸方向端部に向かい合う面はＮ極である。したがって、Ｎ極の他方側張出板３８とＳ極のステータコア２０との間に吸引力が働く。図５ではこの吸引力を白抜き矢印で示した。
【００３４】
この吸引力は、他方側張出板３８が、ロータコア３０の直径よりも大きく、かつステータコア２０の内径よりも大きい張出直径を有し、ステータコア２０の軸方向端部を覆うように張り出すことで生じる。この吸引力の大きさは、ステータコア２０の内径とロータコア３０の直径との差であるギャップ隙間の大きさに関係しない。
【００３５】
この吸引力は、一方側張出板３６とこれに向かい合うステータコア２０の軸方向端部との間にも生じる。したがって、ロータコア３０は、軸方向両端部において、一方側張出板３６と他方側張出板３８とによって、互いに反対向きの押付力を受ける。これによって、エンドプレートがなくても、ロータコア３０の軸方向端部における電磁鋼板３２の軸方向剥がれを抑制することができる。なお、複数枚の電磁鋼板で他方側張出板３８を構成しても、図５に示すように、他方側張出板３８を構成する各電磁鋼板は、１枚の中でＮ極とＳ極を有するので、軸方向端部における電磁鋼板が軸方向外側に剥離することはない。一方側張出板３６においても同様である。
【００３６】
図６と図７は、比較のために、エンドプレート５０を用いる従来技術の回転電機１１の構成を示す図である。図６は図１に対応し、図７は図５に対応する。この回転電機１１は、ロータコア３１の軸方向端部にそれぞれエンドプレート５０を設け、エンドプレート５０を含めたロータの軸方向長さをステータコア２０の軸方向長さと同じとしてある。
【００３７】
この構成のままでエンドプレート５０を省略すると、ステータコア２０の軸方向長さよりもロータコア３１の軸方向長さが短い。その場合の端部の様子は図７に示されるようになる。すなわち、ロータコア３１の端部は、ステータコア２０の端部からΔＳだけ引き下がった位置となる。これによって、ロータコア３１の最端部の電磁鋼板３９には、剥離力４３の他に、ステータコア２０からの吸引力５１で上向きに引き上げられるような力が働き、より剥離が起こりやすくなっている。したがって、従来技術の回転電機１１では、エンドプレート５０を省略することができなくなっている。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明に係る回転電機は、コア薄板を積層するロータコアを有する回転電機として利用できる。
【符号の説明】
【００３９】
１０，１１  回転電機、１２  ロータ軸、１４  モータケース、２０  ステータコア、２２，３２  電磁鋼板、２４  コイルエンド、３０，３１  ロータコア、３４  永久磁石、３６，３８  両側張出板、３９  （最端部の）電磁鋼板、４０  ティース、４２  スロット、４３  剥離力、４４  突出部、５０  エンドプレート、５１  吸引力。
【図１】
2013009561.tif 000003
【図２】
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【図３】
2013009561.tif 000005
【図４】
2013009561.tif 000006
【図５】
2013009561.tif 000007
【図６】
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【図７】
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