(57)【要約】      （修正有）【課題】ステータのバックヨークに圧縮応力を付与することなく、ステータを支持することが可能な新たな構造を有する回転機を提供する。【解決手段】ステータ１０が、環状のバックヨーク１１、及びバックヨークから内側に突出する複数のティース１２を含む。ロータ２０がステータの内側に配置されている。ロータは、軸受３２によって回転可能に支持される。バックヨークの内側に配置された付勢部材４０が、バックヨークに対して周方向の引っ張り応力を付与している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状のバックヨーク、及び前記バックヨークから内側に突出する複数のティースを含むステータと、
前記ステータの内側に配置されたロータと、
前記ロータを回転可能に支持する軸受と、
前記バックヨークの内側に配置され、前記バックヨークに対して周方向の引っ張り応力を付与している付勢部材と
を有する回転機。
【請求項２】
前記付勢部材は、弾性変形している弾性部材を含み、前記弾性部材が弾性変形することによって前記バックヨークに内側から外側を向く力を付与している請求項１に記載の回転機。
【請求項３】
前記バックヨークの内周面は円筒形状をなし、前記弾性部材の、前記バックヨークに対向する表面は、前記バックヨークの内周面に追随する形状を有する請求項２に記載の回転機。
【請求項４】
前記バックヨークの内周面は平面状の部分を含み、前記弾性部材は、前記バックヨークの内周面の平面状の部分に対向する平面状の表面を含む請求項２に記載の回転機。
【請求項５】
前記付勢部材は、周方向に隣り合う前記ティースの間に配置され、周方向の引っ張り応力が付与されており、前記バックヨークに周方向に引っ張り応力を付与している請求項１に記載の回転機。
【請求項６】
ロータと、
前記ロータを回転可能に支持する軸受と、
前記ロータを周方向に取り囲み、周方向の伸び歪が生じているバックヨーク、及び前記バックヨークから前記ロータに向かって突出する複数のティースを含むステータと、
前記バックヨークに周方向の伸び歪を生じさせている付勢部材と
を有する回転機。
【請求項７】
前記付勢部材は、前記バックヨークの内側に配置されている請求項６に記載の回転機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステータとロータとを含む回転機に関する。
【背景技術】
【０００２】
円筒状の外形を有するステータが、円筒状のケース内に収納される。ケース内にステータを焼嵌めすることにより、ステータをケースに固定することができる。焼嵌めによる固定方法を採用する場合、ステータの一部である環状のバックヨークに周方向の圧縮応力が付与される。バックヨークには、周方向の磁束が発生している。バックヨークに磁束と平行な圧縮応力が付与されていると、鉄損が増加する。その結果、回転機の効率が低下してしまう。
【０００３】
下記の特許文献１に、圧縮応力に起因する磁気特性の劣化を緩和する回転機が開示されている。特許文献１に開示された回転機では、ステータの外周面が、ハウジングに接触する領域（接触領域）と、接触しない領域（非接触領域）とに区分されている。接触領域と非接触領域とは、周方向に交互に配置されている。この構造により、ステータのバックヨークに付与される圧縮応力が緩和される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１９３７７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、ステータのバックヨークに圧縮応力を付与することなく、ステータを支持することが可能な新たな構造を有する回転機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一観点によると、
環状のバックヨーク、及び前記バックヨークから内側に突出する複数のティースを含むステータと、
前記ステータの内側に配置されたロータと、
前記ロータを回転可能に支持する軸受と、
前記バックヨークの内側に配置され、前記バックヨークに対して周方向の引っ張り応力を付与している付勢部材と
を有する回転機が提供される。
【０００７】
本発明の他の観点によると、
ロータと、
前記ロータを回転可能に支持する軸受と、
前記ロータを周方向に取り囲み、周方向の伸び歪が生じているバックヨーク、及び前記バックヨークから前記ロータに向かって突出する複数のティースを含むステータと、
前記バックヨークに周方向の伸び歪を生じさせている付勢部材と
を有する回転機が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
付勢部材によって、バックヨークに周方向の引っ張り応力が付与され、または周方向の伸び歪が生じる。その結果、バックヨークの磁気特性が改善され、回転機の効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１Ａは、実施例による回転機の中心軸を含む断面図であり、図１Ｂは、組み立て途中段階における回転機の断面図である。
【図２】図２は、実施例による回転機の回転軸に垂直な断面図である。
【図３】図３は、実施例による回転機に用いられている付勢部材の斜視図である。
【図４】図４は、他の実施例による回転機の回転軸に垂直な断面図である。
【図５】図５は、図４に示した実施例による回転機に用いられている付勢部材の斜視図である。
【図６】図６は、さらに他の実施例による回転機の回転軸に垂直な断面図である。
【図７】図７は、図６に示した実施例による回転機の中心軸を含む断面図である。
【図８】図８は、さらに他の実施例による回転機の中心軸を含む断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１Ａ、図１Ｂ〜図３を参照して、実施例による回転機について説明する。
図１Ａに、本実施例による回転機の中心軸を含む断面図を示す。回転機は、ステータ１０、ロータ２０、及び回転軸３０を含む。
【００１１】
ステータ１０は、同一形状に型抜きされた多数の薄板状の電磁鋼板を積層して形成される。電磁鋼板の厚さは、例えば約０．５ｍｍである。ステータ１０は、環状のバックヨーク１１及び複数のティース１２を含む。複数のティース１２は、バックヨーク１１から内側に向かって突出している。図１Ａの断面図では、ティース１２が配置されていない部分が示されており、ティース１２の側面が現れている。ティース１２の各々に導線からなるコイル（図１Ａには示されていない。）が巻き付けられている。
【００１２】
ロータ２０がステータ１０の内側に配置されている。ロータ２０も、同一形状に型抜きされた多数の薄板状の電磁鋼板を積層して形成される。ロータ２０には、中央に回転軸３０を挿入するための円形の穴が形成されている。回転軸３０は、締まり嵌めによってロータ２０に固定される。
【００１３】
ロータ２０として、例えばかご型ロータが用いられる。かご型ロータは、複数の導体バー２１と一対のエンドリング２２とを含む。導体バー２１の各々は、回転軸３０の軸方向と平行な方向に長く、周方向に等間隔に配置される。エンドリング２２はロータ２０の両端面に配置され、複数の導体バー２１の端部に接続されて、導体バー２１の間を短絡する。
【００１４】
回転軸３０は、一対の軸受３１、３２により、それぞれ端板３３、３４に対して回転可能に支持されている。軸受３１、３２の内輪が、一般的な支持構造によって回転軸３０に支持されている。軸受３１、３２の外輪が、それぞれ一般的な支持構造によって端板３３、３４に支持されている。回転軸３０の一方の端部にファン３６が取り付けられている。ファン３６は、ファンカバー３７で覆われている。
【００１５】
複数の付勢部材４０が、一方の端板３３から他方の端板３４まで延びる。付勢部材４０は、その両端が、それぞれ端板３３、３４に形成された溝３３Ａ、３４Ａに挿入されることにより、端板３３、３４に支持される。付勢部材４０の各々は、バックヨーク１１の内側に配置され、バックヨーク１１に対して外方に向かう径方向の力を付与している。この力により、バックヨーク１１に、周方向の引っ張り応力が付与される。
【００１６】
端板３３、３４は、複数の通しボルト３５Ａとナット３５Ｂからなる締結具３５によって相互に固定されている。締結具３５を締め付けると、端板３３、３４が相互に近づく向きに変位する。付勢部材４０には、弾性部材、例えば板ばねが用いられる。端板３３、３４が近づく向きに変位すると、付勢部材４０が外側に向かって膨らむように弾性変形する。付勢部材４０が外側に向かって膨らむことにより、付勢部材４０からバックヨーク１１に、外方に向かう径方向の力が付与される。付勢部材４０とバックヨーク１１との接触面に生じる摩擦力によって、ロータ２０、回転軸３０、軸受３１、３２、及び端板３３、３４に対してステータ１０が支持される。言い換えると、ロータ２０が、付勢部材４０及び端板３３、３４からなる支持構造、及び軸受３１、３２により、ステータ１０に対して回転可能に指示される。
【００１７】
図１Ｂに、組み立て途中段階における回転機の断面図を示す。下側の端板３３に軸受３１を介して回転軸３０が支持されている。端板３３の溝３３Ａに付勢部材４０の下端が挿入されている。ステータ１０は、組立治具等により端板３３に対して正規の位置に保持されている。上側の端板３４に支持された軸受３２が回転軸３０の上端近傍にはめ込まれている。付勢部材４０の上端は上側の端板３４まで達しておらず、弾性変形していない。この状態で、付勢部材４０はバックヨーク１１に力を付与していない。
【００１８】
上側の端板３４を下側の端板３３に近づけながら、付勢部材４０の上端を端板３４に形成されている溝３４Ａに挿入する。締結具３５を締め付けて上側の端板３４を下側の端板３３に近づけると、付勢部材４０が弾性変形して、バックヨーク１１に力が付与されるとともに、ステータ１０が付勢部材４０を介して端板３３、３４に支持される。
【００１９】
図２に、実施例による回転機の回転軸３０に垂直な断面図を示す。ステータ１０が、環状のバックヨーク１１と、複数のティース１２とを含む。ティース１２は、バックヨーク１１から内側に向かって突出している。図２では、６個のティース１２が設けられている例が示されているが、ティース１２の個数は６個に限らない。例えば、ティース１２の個数を３６個、４８個等としてもよい。各ティース１２にコイル１３が巻き付けられている。ステータ１０の内側にロータ２０が配置されている。ロータ２０の中心に回転軸３０が固定されている。
【００２０】
周方向に隣り合う２つのティース１２の間に、それぞれ付勢部材４０が配置されている。バックヨーク１１の内周面の形状は円筒形状である。付勢部材４０の、バックヨーク１１に対向する表面は、バックヨーク１１の内周面に追随する形状を有する。すなわち、付勢部材４０の外側を向く表面の形状は、バックヨーク１１の内周面と同一の曲率を持つ円筒形状である。このため、付勢部材４０の外側を向く表面は、バックヨーク１１の内周面に均一に密着する。これにより、バックヨーク１１に対して、外方に向かう径方向の力を効率的に付与することができる。
【００２１】
図３に、付勢部材４０の斜視図を示す。付勢部材４０は、上下方向に長い形状を有し、中央部分４１が、付勢部材４０の両端４２、４３を含む仮想的な平面から一方向に突出している。中央部分４１の表面は円筒形状にされており、バックヨーク１１（図１Ａ）の内周面に接触する。
【００２２】
付勢部材４０の両端４２、４３から、中央部分４１までの領域は、それぞれ傾斜部分４４、４５を含む。付勢部材４０の両端４２、４３を近づける方向に変位させると、両端４２、４３を含む仮想的な平面に対する傾斜部分４４、４５の斜度が急峻になることにより、中央部分４１の突出量が大きくなる。
【００２３】
図３では、傾斜部分４４、４５と中央部分４１との接続箇所、及び傾斜部分４４、４５と、傾斜部分４４、４５から両端４２、４３まで延びる部分との接続箇所において、付勢部材４０が折れ曲がっている例を示した。その他の構成例として、これらの接続箇所において、付勢部材４０を滑らかに湾曲させてもよい。
【００２４】
付勢部材４０には、例えばステンレス鋼が用いられる。ステンレス鋼からなる平板をプレス加工することにより、付勢部材４０を作製することができる。
【００２５】
次に、図１Ａ、図１Ｂ〜図３に示した実施例の効果について説明する。
図２に示したように、付勢部材４０がバックヨーク１１に、外方を向く径方向の力を付与している。この力により、バックヨーク１１に対して周方向の引っ張り応力が付与され、周方向の伸び歪が発生する。コイル１３に励起電流が流れると、バックヨーク１１に周方向の磁束が発生する。バックヨーク１１に、磁束と平行な方向の引っ張り応力が付与されることにより、バックヨーク１１の磁気特性が改善される。具体的には、バックヨーク１１の透磁率が大きくなる。これにより、回転機の効率向上を図ることができる。
【００２６】
図１Ａ、図１Ｂ〜図３に示した実施例では、付勢部材４０が、ステータ１０に対してロータ２０を支持する支持構造の一部である。その他の構成として、付勢部材４０を含まない支持構造によって、ロータ２０を支持してもよい。この場合、付勢部材４０は、ステータ１０に周方向の引っ張り応力を印加する機能のみを有すればよい。
【００２７】
次に、図４及び図５を参照して、他の実施例による回転機について説明する。以下、図１Ａ、図１Ｂ〜図３に示した実施例との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。
【００２８】
図４に、本実施例による回転機の回転軸に垂直な断面図を示す。図２に示した実施例では、バックヨーク１１の内周面、及び付勢部材４０の外側を向く表面が円筒形状であった。本実施例では、バックヨーク１１の内周面に、複数の平面領域１４が設けられている。複数の平面領域１４は、それぞれ周方向に隣り合うティース１２の間に配置されている。付勢部材４０の外側を向く表面は平面であり、バックヨーク１１の平面領域１４に接触する。
【００２９】
図５に、本実施例による回転機に用いられる付勢部材４０の斜視図を示す。本実施例においては、中央部分４１の外側を向く表面が平面である。この中央部分４１の外側を向く表面が、バックヨーク１１の平面領域１４（図４）に密着することにより、付勢部材４０からバックヨーク１１に、外方を向く径方向の力が付与される。
【００３０】
本実施例においても、図１Ａ、図１Ｂ〜図３に示した実施例と同一の効果が得られる。さらに、付勢部材４０の中央部分４１が平板状であるため、中央部分４１の表面が円筒形状の付勢部材４０（図３）に比べて容易に製造することができる。さらに、本実施例では、付勢部材４０とバックヨーク１１との平面同士が密着するため、密着度の面内均一性を容易に高めることができる。
【００３１】
次に、図６〜図７を参照して、さらに他の実施例による回転機について説明する。以下、図１Ａ、図１Ｂ〜図３に示した実施例との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。
【００３２】
図６に、本実施例による回転機の回転軸に垂直な断面図を示す。周方向に隣り合う２つのティース１２の間に、それぞれ付勢部材４０が配置されている。各付勢部材４０は、バックヨーク１１の内周面に接触するとともに、一方のティース１２から他方のティース１２まで達する。すなわち、付勢部材４０の周方向の両端の端面がティース１２に接触している。
【００３３】
付勢部材４０は、例えば冷やし嵌めにより、ティース１２の間に挿入される。冷やし嵌め後に付勢部材４０が熱膨張することにより、ステータ１０に対して付勢部材４０が強固に固定されるとともに、ティース１２の間のバックヨーク１１に対して周方向の引っ張り応力が付与される。
【００３４】
図７に、本実施例による回転機の中心軸を含む断面図を示す。付勢部材４０が下側の端板３３から上側の端板３４まで達する。回転軸３０の軸方向に沿う断面において、付勢部材４０が直線状である。付勢部材４０の下端及び上端が、それぞれ端板３３、３４に形成された溝３３Ａ、３４Ａに挿入されることにより、付勢部材４０が端板３３、３４に対して固定される。
【００３５】
本実施例においても、バックヨーク１１（図６）に周方向の引っ張り応力が付与されるため、図１Ａ、図１Ｂ〜図３に示した実施例と同様に、バックヨーク１１の磁気特性を改善することができる。
【００３６】
本実施例においては、付勢部材４０が熱膨張することにより、付勢部材４０に挟まれたティース１２の基部に、周方向の圧縮力が印加される。ただし、ティース１２には、径方向の磁束が発生するため、圧縮力の方向と磁束の方向とがほぼ直交する。このため、ティース１２の基部に付与される圧縮力は、ティース１２の磁気特性に悪影響を与えない。
【００３７】
次に、図８を参照して、さらに他の実施例による回転機について説明する。以下、図１Ａ、図１Ｂ〜図３に示した実施例との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。
【００３８】
図８に、本実施例による回転機の中心軸を含む断面図を示す。本実施例においては、端板３３と３４との間に側面ケース３８が配置されている。側面ケース３８はステータ１０を取り囲む円筒状の形状を有し、端板３３、３４に固定されている。ステータ１０は付勢部材４０によって端板３３、３４に支持されているため、側面ケース３８は、ステータ１０を支持する機能を持つ必要がない。側面ケース３８の内周面とステータ１０の外側の表面との間に間隙を確保してもよいし、両者を接触させてもよい。
【００３９】
従来は、ステータ１０を側面ケース３８に焼き嵌めして固定する場合があった。この焼き嵌めによって、ステータ１０のバックヨーク１１に周方向の圧縮応力が付与される。本実施例においては、ステータ１０を側面ケース３８に焼き嵌めする必要がないため、ステータ１０のバックヨーク１１に周方向の圧縮応力が付与されることを防止できる。
【００４０】
さらに、本実施例においては、側面ケース３８を配置することにより、ステータ１０の内部の密閉性を高めることができる。
【００４１】
なお、側面ケース３８にステータ１０を焼き嵌めしてもよい。この場合、ステータ１０のバックヨーク１１に、側面ケース３８から周方向の圧縮応力が付与されるが、付勢部材４０から周方向の引っ張り応力も付与される。このため、圧縮応力の影響を軽減することができる。また、ステータ１０が側面ケース３８によって支持されるため、付勢部材４０によるステータ１０の支持機能を弱めることができる。例えば、付勢部材４０を、バックヨーク１１に周方向の引っ張り応力を付与する機能に最適化することも可能である。
【００４２】
上記実施例では、かご型ロータを用いた回転機、例えば電動機、発電機について説明したが、上記実施例による回転機の付勢部材４０は、その他の誘導電動機、同期電動機、直流電動機等に適用することも可能である。
【００４３】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【符号の説明】
【００４４】
１０  ステータ
１１  バックヨーク
１２  ティース
１３  コイル
１４  平面領域
２０  ロータ
２１  導体バー
２２  エンドリング
３０  回転軸
３１、３２  軸受
３３、３４  端板
３３Ａ、３４Ａ  溝
３５  締結具
３５Ａ  通しボルト
３５Ｂ  ナット
３６  ファン
３７  ファンカバー
３８  側面ケース
４０  付勢部材
４１  中央部分
４２、４３  付勢部材の両端
４４、４５  傾斜部分
【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】
2017153197.tif 000008
【図７】
2017153197.tif 000009
【図８】
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