ВРАЩАЮЩАЯСЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА И СТАТОР ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ
ROTATING ELECTRICAL MACHINE AND STATOR OF ROTATING ELECTRICAL MACHINE

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Настоящее изобретение относится к вращающейся электрической машине и статору вращающейся электрической машины.
2. Описание предшествующего уровня техники
[0002] В публикации японской патентной заявки №2007-236067 описано, что обычно, чтобы уменьшить потери на вихревой ток, генерируемый в сердечнике статора, объединенные участки электромагнитных стальных пластин, образующих сердечник статора, расположены с равными интервалами в окружном направлении сердечника статора таким образом, что центральный угол, образуемый каждыми двумя смежными объединенными участками, становится целочисленным кратным центрального угла, образуемого двойным шагом между полюсами ротора в сочетании со статором.
[0003] В статоре, в котором сердечник статора образован путем пакетирования кольцевых электромагнитных стальных пластин в осевом направлении, толщина пакета сердечника статора установлена равномерной в окружном направлении таким образом, чтобы обеспечить геометрические допуски (прямолинейности, перпендикулярности и т.д.) сердечника статора; и для этой цели кольцевые электромагнитные стальные пластины могут укладываться с поворотом по отношению друг к другу в окружном направлении. Это называется вращательным наращиванием.
[0004] В некоторых случаях каждая из кольцевых электромагнитных стальных пластин имеет края с фиксирующими участками, которые выступают радиально наружу на внешнем периферийном участке пластины, а края с фиксирующими участками уложены в осевом направлении, тем самым образуя фиксирующие участки на внешней кольцевой поверхности сердечника статора. Статор, включающий в себя такой сердечник статора, жестко прикреплен к корпусу, в котором размещена вращающаяся электрическая машина путем вставки крепежных элементов, таких как болты, через сквозные отверстия, сформированные в фиксирующих участках.
[0005] В статоре, прикрепленном к корпусу с помощью фиксирующих участков указанным выше способом, необходимо учитывать местоположения фиксирующих участков в сердечнике статора, в отличие от конфигурации, описанной в JP 2007-236067 А, в которой невозможно уменьшить потери на вихревые токи, а также обеспечить геометрические допуски путем вращательного наращивания кольцевых электромагнитных стальных пластин.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0006] Настоящим изобретением предложен статор вращающейся электрической машины, способный уменьшать потери на вихревые токи, а также обеспечить геометрические допуски путем вращательного наращивания.
[0007] Статор вращающейся электрической машины в соответствии с одним из объектов настоящего изобретения содержит: сердечник статора, образованный путем пакетирования кольцевых электромагнитных стальных пластин; и обмотку. Вращающаяся электрическая машина содержит ротор, а ротор включает в себя магнитные полюса. Кольцевые электромагнитные стальные пластины соединены друг с другом посредством соединительных участков, расположенных с равными шагами в окружном направлении. Все соединительные участки расположены с шагом, целочисленно кратным центральному углу. Центральный угол представляет собой угол, определяемый двумя смежными в окружном направлении магнитными полюсами одной и той же полярности из всех магнитных полюсов, с вершиной на оси вращения ротора. Сердечник статора включает в себя фиксирующие участки, выступающие в радиальном направлении наружу от внешней кольцевой поверхности сердечника статора. Каждый из фиксирующих участков включает в себя сквозное отверстие, проходящее через него в осевом направлении, и фиксирующие участки расположены с равными шагами в окружном направлении. Количество соединительных участков представляет собой нечетное число, и по отношению к оси вращения ротора все фиксирующие участки расположены с тем же шагом, что и шаг соединительных участков, или с шагом, соответствующим делителю шага соединительных участков. Обмотка намотана вокруг зубьев сердечника статора.
[0008] В соответствии со статором вращающейся электрической машины согласно этому объекту, электромагнитные стальные пластины соединены соединительными участками, сформированными с шагами, каждый из которых соответствует целочисленному кратному центрального угла, соответствующего двойному шагу между полюсами ротора, тем самым позволяя распределению магнитного поля между соединительными участками в статоре быть одинаковым независимо от вращательного положения ротора; соответственно, можно предотвратить протекание вихревого тока через уложенные электромагнитные стальные пластины из-за соединительных участков, таким образом предотвращается возникновение потерь на вихревые токи. Если кольцевые электромагнитные стальные пластины вращательно наращивать таким образом, чтобы сконфигурировать сердечник статора, местоположения соединительных участков выравниваются в осевом направлении, и местоположения фиксирующих участков сердечника статора также выравниваются в осевом направлении на основе электромагнитных стальных пластин. Соответственно, можно обеспечить геометрические допуски сердечника статора посредством вращательного наращиванием электромагнитных стальных пластин.
[0009] Статор вращающейся электрической машины в соответствии с другим объектом настоящего изобретения содержит: сердечник статора, сформированный путем пакетирования кольцевых электромагнитных стальных пластин; и обмотку. Вращающаяся электрическая машина содержит ротор, а ротор включает в себя магнитные полюса. Кольцевые электромагнитные стальные пластины соединены друг с другом посредством соединительных участков, расположенных с равными шагами в окружном направлении. Все соединительные участки расположены с шагом, целочисленно кратным центральному углу. Центральный угол представляет собой угол, определяемый двумя смежными в окружном направлении магнитными полюсами одной и той же полярности из всех магнитных полюсов, с вершиной на оси вращения ротора. Сердечник статора содержит фиксирующие участки, выступающие в радиальном направлении наружу от внешней кольцевой поверхности сердечника статора. Каждый из фиксирующих участков включает в себя сквозное отверстие, проходящее через него в осевом направлении, и фиксирующие участки расположены с равными шагами в окружном направлении. Количество соединительных участков является четным числом. По отношению к оси вращения ротора все фиксирующие участки расположены с шагом, соответствующим делителю шага каждого из соединительных участков или делителю 180°. Обмотка намотана вокруг зубьев сердечника статора.
[0010] В соответствии со статором вращающейся электрической машины согласно этому объекту, электромагнитные стальные пластины соединены соединительными участками, расположенными с шагами, каждый из которых соответствует целочисленному кратному центрального угла, определяемого двойным шагом между полюсами ротора, тем самым позволяя распределению магнитного поля между соединительными участками в статоре быть одинаковым независимо от вращательного положения ротора; соответственно, можно предотвратить протекание вихревого тока через уложенные электромагнитные стальные пластины через соединительные участки, таким образом предотвращая возникновение потерь на вихревые токи. Если кольцевые электромагнитные стальные пластины вращательно наращивать таким образом, чтобы сконфигурировать сердечник статора, местоположения соединительных участков выравниваются в осевом направлении, и местоположения фиксирующих участков сердечника статора также выравниваются в осевом направлении на основе электромагнитных стальных пластин. Соответственно, можно обеспечить геометрические допуски сердечника статора посредством вращательного наращивания электромагнитных стальных пластин.
[0011] В статоре вращающейся электрической машины в соответствии с настоящим изобретением соединительные участки могут находиться в местоположениях, отличающихся от местоположений фиксирующих участков в окружном направлении.
[0012] Вращающаяся электрическая машина в соответствии с одним из объектов настоящего изобретения содержит ротор и статор. Ротор включает в себя магнитные полюса. Статор содержит сердечник статора, сформированный путем пакетирования кольцевых электромагнитных стальных пластин, и обмотку. Электромагнитные стальные пластины соединены друг с другом посредством соединительных участков, расположенных с равными шагами в окружном направлении. Все соединительные участки расположены с шагом, целочисленно кратным центральному углу. Центральный угол представляет собой угол, определяемый двумя смежными в окружном направлении магнитными полюсами одной и той же полярности из всех магнитных полюсов, с вершиной на оси вращения ротора. Сердечник статора включает в себя фиксирующие участки, выступающие в радиальном направлении наружу от внешней кольцевой поверхности сердечника статора. Каждый из фиксирующих участков включает в себя сквозное отверстие, проходящее через него в осевом направлении, а фиксирующие участки расположены с равными шагами в окружном направлении. Количество соединительных участков является нечетным числом, и по отношению к оси вращения ротора все фиксирующие участки расположены с тем же шагом, что и шаг соединительных участков, или с шагом, соответствующим делителю шага каждого из соединительных участков. Обмотка намотана вокруг зубьев сердечника статора.
[0013] В соответствии со статором вращающейся электрической машины согласно этому объекту, электромагнитные стальные пластины соединены с помощью соединительных участков, сформированных с шагами, каждый из которых соответствует целочисленному кратному центрального угла, соответствующего двойному шагу между полюсами ротора, тем самым позволяя распределению магнитного поля между соединительными участками в статоре быть одинаковым независимо от вращательного положения ротора; соответственно, можно предотвратить протекание вихревого тока через уложенные электромагнитные стальные пластины из-за соединительных участков, таким образом предотвращая возникновение потерь на вихревые токи. Если кольцевые электромагнитные стальные пластины вращательно наращивать таким образом, чтобы образовать сердечник статора, местоположения соединительных участков выравниваются в осевом направлении, и местоположения фиксирующих участков сердечника статора также выравниваются в осевом направлении через электромагнитные стальные пластины. Соответственно, можно обеспечить геометрические допуски сердечника статора посредством вращательного наращивания электромагнитных стальных пластин.
[0014] Вращающаяся электрическая машина в соответствии с другим объектом настоящего изобретения содержит ротор и статор. Ротор включает в себя магнитные полюса. Ротор включает в себя магнитные полюса. Статор содержит сердечник статора, образованный путем пакетирования кольцевых электромагнитных стальных пластин, и обмотку. Электромагнитные стальные пластины соединены друг с другом посредством соединительных участков, расположенных с равными шагами в окружном направлении. Все соединительные участки расположены с шагом, целочисленно кратным центральному углу. Центральный угол представляет собой угол, определяемый двумя смежными в окружном направлении магнитными полюсами одной и той же полярности из всех магнитных полюсов, с вершиной на оси вращения ротора. Сердечник статора включает в себя фиксирующие участки, выступающие в радиальном направлении наружу от внешней кольцевой поверхности сердечника статора. Каждый из фиксирующих участков включает в себя сквозное отверстие, проходящее через него в осевом направлении, и фиксирующие участки расположены с равными шагами в окружном направлении. Количество соединительных участков является четным числом. По отношению к оси вращения ротора все фиксирующие участки расположены с шагом, соответствующим делителю шага каждого из соединительных участков или делителю 180°. Обмотка намотана вокруг зубьев сердечника статора.
[0015] В соответствии со статором вращающейся электрической машины согласно этому объекту, электромагнитные стальные пластины соединены с соединительными участками, сформированными с шагами, каждый из которых соответствует целочисленному кратному центрального угла, соответствующего двойному шагу между полюсами ротора, тем самым позволяя распределению магнитного поля между соединительными участками в статоре быть одинаковым независимо от вращательного положения ротора; соответственно, можно предотвратить протекание вихревого тока через уложенные электромагнитные стальные пластины из-за соединительных участков, таким образом предотвращая возникновение потерь на вихревые токи. Если кольцевые электромагнитные стальные пластины вращательно наращивать таким образом, чтобы получить сердечник статора, местоположения соединительных участков выравниваются в осевом направлении, и местоположения фиксирующих участков сердечника статора также выравниваются в осевом направлении через электромагнитные стальные пластины. Соответственно, можно обеспечить геометрические допуски сердечника статора посредством вращательного наращивания электромагнитных стальных пластин.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0016] Особенности, преимущества, а также техническое и промышленное значение показательных примеров осуществления настоящего изобретения будут описаны ниже со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых одинаковые ссылочные позиции обозначают одинаковые элементы, и на которых:
Фиг. 1 представляет собой вид в разрезе вращающейся электрической машины, включающей в себя статор согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения, при этом разрез выполнен вдоль осевого направления вращающейся электрической машины;
Фиг. 2 представляет собой схематический вид статора согласно первому варианту осуществления, если смотреть в его осевом направлении; а также
Фиг. 3 представляет собой схематический вид статора согласно второму варианту осуществления, если смотреть в его осевом направлении.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0017] Варианты осуществления настоящего изобретения далее будут описаны подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи. В этом описании конкретные формы, материалы, числовые значения, а также направления и т.п. являются лишь примерами для облегчения понимания настоящего изобретения, и они могут быть соответствующим образом изменены в зависимости от применений, целей, спецификаций и других. Если несколько вариантов осуществления и варианты включены в текущее описание, с самого начала предполагается соответствующим образом комбинировать и использовать его признаки.
[0018] Фиг. 1 представляет собой вид в разрезе вращающейся электрической машины, содержащей статор 10 согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения, при этом разрез выполнен вдоль осевого направления вращающейся электрической машины. Фиг. 2 представляет собой схематический вид статора 10 по первому варианту осуществления, если смотреть в его осевом направлении. На фиг. 1 направление, проходящее вдоль оси О вращения ротора, обозначено стрелкой Е, а радиальное направление, перпендикулярное по отношению к оси О вращения ротора, обозначено стрелкой R. На фиг. 2 окружное направление как направление вдоль окружности, описанной в плоскости, перпендикулярной оси О вращения ротора, обозначено стрелкой С. На фиг. 2 обмотка статора и сердечник ротора не показаны.
[0019] Как показано на фиг. 1, вращающаяся электрическая машина 1 содержит статор 10 и ротор 12. Вращающаяся электрическая машина 1 размещается в корпусе 2. Один осевой конец корпуса 2 закрыт донной частью 2а, а другой осевой его конец открыт. Проем корпуса 2 закрыт крышечным элементом 3.
[0020] Как показано на фиг. 1 и фиг. 2, ротор 12 включает в себя сердечник 14 ротора. Сердечник 14 ротора сконфигурирован путем пакетирования в осевом направлении электромагнитных стальных пластин 16, каждая из которых отштампована в форме диска с помощью пресса, например. Соответствующие электромагнитные стальные пластины 16, образующие сердечник 14 ротора, соединены друг с другом в единое тело, например, путем зажима, сварки или тому подобного.
[0021] Вал 18 ротора зафиксирован через центр сердечника 14 ротора в осевом направлении. Сердечник 14 ротора может быть закреплен на валу 18 ротора путем зажима, термической вставки, креплением гайки или т.п. Один конец вала 18 ротора с возможностью вращения поддерживается несущим элементом 20а, прикрепленным к донной части 2а корпуса 2. Второй конец вала 18 ротора с возможностью вращения поддерживается несущим элемент 20b, прикрепленным к крышечному элементу 3. Посредством этой конфигурации ротор 12 поддерживается несущими элементами 20а, 20b таким образом, что ротор 12 может вращаться внутри внутренней окружности статора 10 цилиндрической формы, прикрепленного к корпусу 2. Второй конец вала 18 ротора снабжен шестерней (не показана), используемой для приложения и отвода движущей силы по отношению к вращающейся электрической машине 1.
[0022] Ротор 12 включает в себя множество постоянных магнитов 22 на внешней кольцевой поверхности сердечника 14 ротора, расположенных, по существу, по форме цилиндра. Постоянные магниты 22 расположены так, что на их радиально наружных участках поочередно чередуются N-полюс и S-полюс. Магнитные полюса ротора 12 образованы соответствующими постоянными магнитами 22. Постоянные магниты 22 фиксированно расположены с равными шагами в окружном направлении сердечника 14 ротора. В частности, каждый из двух смежных в окружном направлении постоянных магнитов 22 находится в местоположении, где центральный угол относительно оси вращения О ротора 12 составляет α/2(°). Постоянные магнитные полюса 22 образуют соответствующие магнитные полюса в роторе 12. Постоянные магниты 22 соответственно именуются далее магнитными полюсами 22.
[0023] В настоящем примере осуществления изобретения ротор 12 включает в себя десять магнитных полюсов 22, например. Соответственно, в настоящем варианте осуществления изобретения центральный угол α/2, образованный каждым из смежных в окружном направлении магнитных полюсов 22 по отношению к оси вращения ротора О, установлен равным 36°, а центральный угол α, определяемый каждыми двумя смежными в окружном направлении магнитными полюсами той же полярности (например, N-полюса), установлен равным 72°. Этот центральный угол α может рассматриваться как центральный угол, образованный двойным полюсным шагом.
[0024] В данном примере осуществления изобретения описано, что один магнитный полюс образован одним постоянным магнитом, однако один магнитный полюс может быть образован с помощью множества постоянных магнитов. Постоянные магниты, образующие магнитные полюса, могут быть встроены в непосредственной близости от внешней кольцевой поверхности сердечника 14 ротора.
[0025] Далее будет описан статор 10 согласно настоящему примеру осуществления изобретения. Как видно из фиг. 1 и фиг. 2, статор 10 включает в себя сердечник 24 статора и обмотку 26 статора. Сердечник 24 статора образован путем пакетирования в осевом направлении электромагнитных стальных пластин 27, каждая из которых отштампована в кольцевой форме диска с помощью пресса, например, и путем соединения электромагнитных стальных пластин 27 друг с другом при помощи множества зажимных участков (соединительных участков) 25 в единое тело.
[0026] Сердечник 24 статора включает в себя ярмо 28 в виде кольцевого диска и множества зубьев 30, расположенных равными шагами в окружном направлении таким образом, что они выступают в радиальном направлении внутрь от внутренней периферийной кромки ярма 28. Пазообразная щель 32, проходящая через сердечник 24 статора в осевом направлении, образована между каждыми двумя смежными в окружном направлении зубьями 30. В настоящем примере осуществления изобретения, в частности, сформированы 15 зубьев 30 и 15 щелей 32, соответственно. Соответственно, в настоящем примере осуществления изобретения каждый шаг зубьев 30 и пазов 32 установлен равным 24°.
[0027] Обмотка 26 статора выполнена посредством намотки изолированной медной проволоки вокруг зубьев 30, например. Обмотка 26 статора включает в себя участок 26а, расположенный внутри каждой щели 32 и концевой участок 26b обмотки, выступающий в направлении обеих осевых сторон сердечника 24 статора. В настоящем примере осуществления изобретения обмотка 26 статора намотана вокруг каждого зуба 30 способом концентрированной обмотки. В частности, один фрагмент обмотки намотан вокруг одного зуба 30, и части обмотки электрически соединены посредством электрической шины или т.п., тем самым образуя обмотку 26 статора.
[0028] Вращающаяся электрическая машина 1 представляет собой, например, синхронный трехфазный двигатель. В этом случае обмотка 26 статора сконфигурирована U-фазной обмоткой, V-фазной обмоткой и W-фазной обмоткой. В частности, в статоре 10 настоящего примера осуществления изобретения пять частей U-фазной обмотки, образующие U-фазную обмотку, намотаны вокруг зубьев 30 в каждом третьем местоположении, пять частей V-фазной обмотки, образующие V-фазную обмотку, намотаны вокруг зубьев 30 в окружном направлении смежно с частями U-фазной обмотки, и пять частей W-фазной обмотки, образующие W-фазную обмотку, намотаны вокруг остальных зубьев 30, соответственно.
[0029] Как упомянуто выше, электромагнитные стальные пластины 27, образующие сердечник 24 статора, соединены друг с другом с помощью зажимных участков 25, образованных в ярме 28. Каждый зажимной участок 25 представляет собой углубленный участок, выполненный в форме выемки на одной поверхности каждой электромагнитной стальной пластины 27, и в выступающей форме на другой поверхности этой электромагнитной стальной пластины 27, и электромагнитные стальные пластины соединены друг с другом с помощью зажимных участков 25 посредством соединения выступов и выемок. Кроме того, соответствующие электромагнитные стальные пластины 27 линейно сварены вдоль осевого направления в части внешних кольцевых поверхностей электромагнитных стальных пластин 27 с тем, чтобы быть прочно соединенными друг с другом.
[0030] Множество зажимных участков 25 расположено на ярме 28 сердечника 24 статора с равным шагом в окружном направлении. В частности, в статоре 10 настоящего примера осуществления изобретения пять основных зажимных участков 25 сформированы с шагами β, каждый из которых составляет 360°/5=72°. В настоящем примере осуществления изобретения каждый шаг β между зажимными участками 25 устанавливается как целочисленное кратное (то есть, ×1) центрального угла α=72°, определяемый двумя смежными в окружном направлении магнитными полюсами 22 той же полярности в роторе 12. В качестве другого примера, если центральный угол α, определяемый двумя смежными в окружном направлении магнитными полюсами той же полярности в роторе 12, составляет 36° (число магнитных полюсов 20), например, каждый шаг β между зажимными участками 25 может быть установлен таким, чтобы быть в два раза больше, чем вышеупомянутый центральный угол α (т.е., 2×36°=72°). В качестве другого примера, если центральный угол α, определяемый двумя смежными в окружном направлении магнитными полюсами 22 той же полярности в роторе 12, составляет 24° (число магнитных полюсов 30), например, каждый шаг β между зажимными участками 25 может быть установлен таким, чтобы быть в три раза больше, чем вышеупомянутый центральный угол α (т.е., 3×24°=72°). Шаг обозначает термин, указывающий на интервал между каждыми двумя смежными объектами среди множества объектов (например, постоянными магнитами 22, прижимными участками 25 и фиксирующими участками 40, описанными ниже), расположенных по окружности. Шаг представлен углом, определяемым каждыми двумя смежными объектами, с вершиной на оси О вращения ротора 12.
[0031] Как показано на фиг. 2, предпочтительно формировать зажимные части 25 в местоположениях по окружности, отклоняющихся от местоположений фиксирующих участков 40, описанных далее. Другими словами, предпочтительно установить зажимные участки так 25, чтобы они не были выровненными по окружности по отношению к фиксирующим участкам 40. Соответственно, когда зажимной участок 25 подвергается формованию внедрением с помощью пресса, можно предотвратить возникновение перекоса сквозного отверстия 42 каждого фиксирующего участка 40.
[0032] Сердечник 24 статора имеет фиксирующие участки 40, выступающие в радиальном направлении наружу от внешней кольцевой поверхности в цилиндрической форме сердечника 24 статора. Каждый фиксирующий участок 40 имеет, по существу, треугольную форму, имеющую скругленную вершину, если смотреть в осевом направлении. Сквозное отверстие 42 образовано в каждом крепежном участке 40 таким образом, что оно проходит через фиксирующий участок 40 в осевом направлении. Фиксирующие участки 40, включающие в себя сквозные отверстия 42, образованы путем пакетирования в осевом направлении краев 41 фиксирующих участков, по существу, треугольной формы, сформированных в каждой электромагнитной стальной пластине 27. Как показано на фиг. 1, болт 44 вставлен в сквозное отверстие 42 каждого фиксирующего участка 40 с одной осевой стороны фиксирующего участка 40, и передний конец крепежного элемента 44, например болта, выступающий в направлении другого осевого конца, ввинчен в охватывающее резьбовое отверстие 4, образованное в донной части 2а корпуса 2. Благодаря этой конфигурации, статор 10 жестко прикреплен к корпусу 2.
[0033] Множество фиксирующих участков 40 сердечника 24 статора расположено с равным шагом в окружном направлении сердечника 24 статора. В настоящем примере осуществления изобретения проиллюстрировано, что сформированы пять фиксирующих участков 40. В этом случае каждый шаг γ между фиксирующими участками 40 устанавливается равным 360°/5=72°, как в случае с зажимными участками 25.
[0034] Как и в настоящем примере осуществления изобретения, если количество зажимных участков 25, расположенных с равным шагом в окружном направлении, представляет собой нечетное число, каждый шаг γ между фиксирующими участками 40 устанавливается так, чтобы быть делителем каждого шага β между зажимными участками 25 по отношению к оси О вращения ротора. Это означает, что если n (=1, 2, 3 …) представляет собой целое число, шаг γ может быть представлен как γ=β/n. В частности, в случае данного примера осуществления изобретения, каждый шаг γ между фиксирующими участками 40 устанавливается равным каждому шагу β между зажимными участками 25, что соответствует n=1. Шаг γ не ограничивается этим случаем, и если установлено n=2, шаг γ может быть установлен равным половине каждого шага между зажимными участками 25 таким образом, что количество фиксирующих участков 40 может быть в два раза (например, 10) больше, чем количество зажимных участков 25, или, если установлено n=3, каждый шаг γ между фиксирующими участками 40 может быть установлен равным одной трети каждого шага между зажимными участками 25 таким образом, что количество фиксирующих участков 40 может быть в три раза больше (например, 15), чем количество зажимных участков 25.
[0035] В качестве альтернативы, если количество зажимных участков 25 представляет собой нечетное число, как, например, три, каждый шаг γ между фиксирующими участками 40 может быть установлен так, чтобы быть равным шагу β между зажимными участками 25 по отношению к оси О вращения ротора. Это означает, что условие γ=β удовлетворено, и данный пример осуществления изобретения соответствует этому случаю.
[0036] Далее будет описано функционирование статора 10 вращающейся электрической машины 1, имеющего указанную выше конфигурацию.
[0037] Как показано точечной линией на фиг. 2, магнитный поток, выходящий из каждого магнитного полюса 22 N-полюса ротора 12, проходит от переднего конца соответствующего зуба 30 статора 10 вблизи края внутренней окружности ярма 28, а затем течет от другого смежного в направлении окружности зуба 30 в соответствующий магнитный полюс 22 S-полярности ротора 12.
[0038] Каждая электромагнитная стальная пластина 27, образующая сердечник 24 статора, имеет изоляционное покрытие или изоляционную пленку на своих обеих задних и передних поверхностях их таким образом, чтобы предотвратить электрическую проводимость в осевом направлении смежных электромагнитных стальных пластин друг с другом. Это предотвращает замыкание пути тока между электромагнитными стальными пластинами 27. Соответственно, если статор 10 совмещен с ротором 12, чтобы работать в качестве вращающейся электрической машины 1, можно предотвратить потери на вихревые токи, создаваемые изменением взаимосвязанного потока во время вращения ротора.
[0039] Тем не менее, как и в статоре 10 настоящего примера осуществления изобретения, если электромагнитные стальные пластины соединять друг с другом с помощью зажимных участков 25 посредством соединения выступов и выемок, изоляционное покрытие или т.п. на передней и задней поверхности пластин можно было бы удалить во время прессования зажимных участков 25. В таком случае множество электромагнитных стальных пластин 27, уложенных в осевом направлении, электрически соединены друг с другом с помощью зажимных участков 25; ярмо 28, расположенное между каждыми двумя смежными в окружном направлении зажимными участками 25, и эти два зажимных участка 25 образуют замкнутый контур пути тока; соответственно, потери на вихревые токи могут увеличиться, когда статор 10 работает в качестве вращающейся электрической машины 1.
[0040] Для решения этой проблемы в статоре 10 согласно настоящему примеру осуществления изобретения каждый шаг β между зажимными участками 25 устанавливается равным целочисленному кратному центрального угла α, определяемого двумя магнитными полюсами 22 той же полярности ротора 12, с вершиной на оси О вращения ротора. Соответственно, как показано на фиг. 2, изменение взаимосвязанного магнитного потока, как показано стрелкой из сплошной линии в направлении по часовой стрелке, возникает вокруг каждого зажимного участка 25 с помощью магнитного потока, который показан точечной линией на сердечнике 24 статора. В результате, в соответствии с правилом буравчика, электродвижущая сила, заставляющая ток течь от передней стороны к обратной стороне чертежа на фиг. 2, создается в каждом зажимном участке 25, как обозначено отметкой «⊗». То же самое происходит в каждом зажимном участке 25. В частности, в статоре 10 настоящего примера осуществления изобретения, зажимные участки 25 образованы с шагом, каждый из которых эквивалентен центральному углу, определяемому двумя магнитными полюсами 22 одной и той же полярности, и, таким образом, электродвижущая сила, заставляющая ток течь в одинаковом направлении, генерируется в каждом зажимном участке 25. Даже если местоположения магнитных полюсов 22 относительно статора 10 изменяются при вращении ротора 12, распределения магнитного потока через ярмо 28 сердечника 24 статора, расположенное между каждыми смежными зажимными участками 25, становятся одинаковыми; поэтому текущее направление потока, генерируемое в каждом зажимном участке 25, становится таким же: либо направлением от передней стороны к обратной стороне, либо направлением от обратной стороны к передней стороне. Соответственно, даже если магнитные потоки от магнитных полюсов 22 ротора 12 являются взаимосвязанными в замкнутом контуре пути тока через множество электромагнитных стальных пластин посредством зажимных участков 25, можно предотвратить протекание вихревого тока через большой замкнутый контур тока через зажимные участки 25. Соответственно, можно предотвратить возникновение потерь на вихревые токи в статоре 10.
[0041] В статоре 10 настоящего варианта осуществления, поскольку каждый шаг γ между фиксирующими участками 40 устанавливается равным 1 / целое число от каждого шага β между зажимными участками 25 или идентичным шагу β, электромагнитные стальные пластины вращательно наращиваются одна за другой или на заранее заданное количество пластин под заранее заданным углом (например, 72°) в том же окружном направлении, тем самым образуя фиксирующие участки 40 посредством краев 41 фиксирующих участков электромагнитных стальных пластин 27, выровненных в осевом направлении. Заранее заданный угол для вращательного наращивания электромагнитных стальных пластин 27 может быть установлен равным большему из следующих углов: угол, образуемый шагом γ, или угол, образуемый шагом β, либо может быть установлен равным целочисленно кратным этому большему углу. Таким образом, сердечник 24 статора может быть сконфигурирован путем вращательного наращивания электромагнитных стальных пластин 27, а толщина L пакета сердечника 24 статора может быть равномерной в окружном направлении, тем самым обеспечивая геометрические допуски (прямолинейность, прямоугольность и т.д.) сердечника 24 статора.
[0042] Далее статор 10А согласно второму варианту осуществления изобретения будет описан со ссылкой на фиг. 3. На фиг. 3 представлен схематический вид статора 10А согласно второму варианту осуществления изобретения, если смотреть в осевом направлении. На фиг. 3 изображения сердечника 14 ротора и обмотки 26 статора опущены. Далее те же самые или аналогичные ссылочные позиции используются для общих или аналогичных элементов статора 10 вышеописанного первого варианта осуществления изобретения, и их аналогичное описание будет опущено.
[0043] Как показано на фиг. 3, вращающаяся электрическая машина 1А, включающая в себя статор 10А согласно настоящему варианту осуществления изобретения, содержит статор 10А и ротор 12А. Ротор 12а включает в себя на своей внешней кольцевой поверхности множество магнитных полюсов 22, расположенных в окружном направлении с равным шагом, например. В частности, ротор 12А снабжен восемью магнитными полюсами 22 с шагами, каждый из которых составляет 90°. Магнитные полюса 22 расположены так, что на их радиально наружных участках поочередно чередуются N-полюс и S-полюс. Соответственно, во вращающейся электрической машине 1А согласно настоящему варианту осуществления изобретения по отношению к магнитных полюсам 22 ротора 12А, центральный угол α, определяемый каждыми двумя смежными в окружном направлении магнитными полюсами 22 одной и той же полярности (например, N-полюсами) в роторе 12А, с вершиной на оси О вращения ротора установлен равным 45°.
[0044] Статор 10А согласно настоящему варианту осуществления изобретения включает в себя сердечник 24А статора и обмотку 26 статора (см. фиг. 1). Сердечник 24А статора содержит кольцевое ярмо 28 и множество зубьев 30, выступающих радиально внутрь от внутренней периферийной кромки ярма 28, и щель 32 образована между каждыми смежными зубцами 30.
[0045] В статоре 10А согласно настоящему варианту осуществления изобретения образованы 48 зубьев 30 и 48 щелей 32, соответственно. Обмотка 26 статора намотана вокруг множества зубьев 30 с помощью концентрированной намотки. В этом случае среди 48 щелей 32, 16 щелей 32, расположенных в каждом третьем местоположении, являются щелями U-фазной обмотки, в которую вставлена U-фазная обмотка, а 16 щелей 32, смежных в окружном направлении с этими щелями 32 U-фазной обмотки, являются щелями V-фазной обмотки, в которые вставлена V-фазная обмотка, а остальные 16 щелей 32 являются щелями W-фазной обмотки, в которые вставлена W-фазная обмотка.
[0046] Сердечник 24А статора образован путем пакетирования множества кольцевых электромагнитных стальных пластин 27 в осевом направлении. Соответствующие электромагнитные стальные пластины 27 соединены друг с другом в единое тело посредством соединения выступов и выемок зажимных участков 25, расположенных с равным шагом β в окружном направлении. В статоре 10А согласно настоящему варианту осуществления изобретения, количество зажимных участков 25 устанавливается так, чтобы быть четным числом. В частности, проиллюстрировано, что сердечник 24 статора имеет четыре зажимных участка 25. Это означает, что шаг β между каждыми двумя смежными зажимными участками 25 установлен равным 90°, что является идентичным вышеупомянутому центральному углу α.
[0047] Сердечник 24А статора включает в себя фиксирующие участки 40, выступающие в радиальном направлении наружу от цилиндрической внешней кольцевой поверхности сердечника 24А статора. Каждый фиксирующий участок 40 снабжен сквозным отверстием 42, проходящим через фиксирующий участок 40 в осевом направлении. Болт 44 вставлен в сквозное отверстие 42 каждого фиксирующего участка 40 с одной осевой стороны фиксирующего участка 40, и передний конец крепежного элемента 44, например болта, выступающий в направлении другого осевого конца, ввинчен в охватывающее резьбовое отверстие 4, образованное в донной части 2а корпуса 2, таким образом, что обеспечивает жесткую фиксацию статора 10А к корпусу 2 (фиг. 1).
[0048] Множество фиксирующих участков 40 сердечника 24 статора расположено с равным шагом в окружном направлении сердечника 24 статора. В настоящем примере осуществления изобретения проиллюстрировано, что образованы четыре фиксирующих участка 40. В этом случае шаг γ между каждыми двумя смежными фиксирующими участками 40 установлен равным 90°, который является таким же, как и у зажимных участков 25.
[0049] Как и в настоящем варианте осуществления изобретения, если количество зажимных участков 25, расположенных с равным шагом в окружном направлении, является четным числом, каждый шаг γ между фиксирующими участками 40 может быть установлен как делитель каждого шага β между зажимными участками 25 по отношению к оси О вращения ротора. Это означает, что если n (=1, 2, 3 …) представляет собой целое число, шаг γ может быть представлен как γ=β/n. В частности, в случае данного примера осуществления изобретения, каждый шаг γ между фиксирующими участками 40 установлен равным каждому шагу β между зажимными участками 25, что соответствует n=1. Шаг γ не ограничивается этим случаем, и если установлено n=2, шаг γ может быть установлен равным половине каждого шага между зажимными участками 25 таким образом, что количество фиксирующих участков 40 может быть в два раза больше (например, 8), чем количество зажимных участков 25; или, если установлено n=3, каждый шаг между фиксирующими участками 40 может быть установлен равным одной трети каждого шага между зажимными участками 25 таким образом, что количество фиксирующих участков 40 может быть в три раза больше (например, 12), чем количество зажимных участков 25.
[0050] В качестве альтернативы, если количество зажимных участков 25 представляет собой четное число, например четыре, шесть и восемь, каждый шаг γ между фиксирующими участками 40 может быть установлен равным делителю 180°. В этом случае, если n (=1, 2, 3 …) представляет собой целое число, шаг γ может быть обозначен как γ=180°/n. Например, если установлено n=1, каждый шаг γ между фиксирующими участками 40 устанавливается равным 180°, при этом количество фиксирующих участков 40 равно двум; если установлено n=2, каждый шаг γ между фиксирующими участками 40 устанавливается равным 90°, при этом количество фиксирующих участков 40 равно четырем; и если установлено n=3, каждый шаг γ между фиксирующими участками 40 устанавливается равным 60°, при этом количество фиксирующих участков 40 равно шести. Если количество фиксирующих участков 40 равно шести с шагом γ=60°, центральный угол α, определяемый каждыми двумя смежными в окружном направлении магнитными полюсами 22 одной и той же полярности в роторе 12А, может быть установлен равным 60° (т.е. число магнитных полюсов равно 12), например, и каждый шаг β между зажимными участками 25 может быть установлен равным 60° или 120°, например. Чтобы жестко прикрепить статор 10А к корпусу 2 стабильным и безопасным способом, количество фиксирующих частей 40 может равняться трем или более.
[0051] Далее будет описана работа статора 10А согласно настоящему варианту осуществления изобретения, имеющего вышеописанную конфигурацию. В статоре 10А каждый шаг β между зажимными участками 25 устанавливается как целочисленное кратное центрального угла α, определяемого двумя магнитными полюсами 22 одной и той же полярности ротора 12, с вершиной на оси О вращения ротора; поэтому, как и в статоре 10 первого варианта осуществления изобретения, можно предотвратить протекание вихревого тока через множество электромагнитных стальных пластин из-за зажимных участков 25, таким образом предотвращая возникновение потерь на вихревые токи.
[0052] В статоре 10А согласно настоящему варианту осуществления изобретения, каждый шаг γ между фиксирующими участками 40 установлен как делитель каждого шага β между зажимными участками 25 или как делитель 180°, и, таким образом, сердечник 24А статора может быть образован с помощью вращательного наращивания электромагнитных стальных пластин. Соответственно, толщина L пакета сердечника 24А статора может быть равномерной в окружном направлении, что обеспечивает геометрические допуски (прямолинейности, прямоугольности и т.д.) сердечника 24А статора.
[0053] Настоящее изобретение не ограничивается вышеупомянутыми вариантами осуществления, и их различные усовершенствования и модификации могут быть сделаны в пределах признаков, перечисленных в пунктах формулы изобретения и эквивалентов пунктам формулы изобретения.
[0054] Например, в приведенном выше описании было проиллюстрировано, что соединительные участки сконфигурированы с возможностью соединения электромагнитных стальных пластин друг с другом посредством соединения выступов и выемок зажимных участков 25, однако настоящее изобретение не ограничивается этим. Эти соединительные участки могут быть выполнены для соединения электромагнитных стальных пластин друг с другом путем вставки или вставки с усилием длинного элемента, такого как труба, твердый штырь, заклепки, и пластинчатого элемента, в каждое сквозное отверстие, проделанное в соответствующих электромагнитных стальных пластинах.
[0055] Здесь резюмирован настоящий вариант осуществления изобретения. Статор вращающейся электрической машины включает в себя: сердечник 24 статора, сконфигурированный из наложенных друг на друга кольцевых электромагнитных стальных пластин; и обмотку 26 статора. Электромагнитные стальные пластины, образующие сердечник 24 статора, соединены друг с другом посредством множества зажимных участков 25, расположенных с равным шагом в окружном направлении. Каждый зажимной участок 25 сформирован с шагом, целочисленно кратным центральному углу α, определяемому двумя смежными в окружном направлении магнитными полюсами 22 одной и той же полярности в роторе 12, с вершиной на оси О вращения ротора. Сердечник 24 статора включает в себя множество фиксирующих участков 40, каждый выступает от внешней кольцевой поверхности и имеет сквозное отверстие 42, с равным шагом в окружном направлении. Количество зажимных участков 25 представляет собой нечетное число, и каждый фиксирующий участок 40 сформирован с шагом, равным шагу каждого зажимного участка 25, или с шагом, соответствующим делителю шага каждого зажимного участка 25 по отношению к оси О вращения ротора.