JP2000217291A - 低圧電気機械の固定子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】固定子の小型化，高効率化を図った低圧電気機
械の固定子を提供する。 【解決手段】低圧電気機械の固定子１は、導体断面積が
従来例よりも広い断面積を持つ平角線のマグネットワイ
ヤ２２を使用し、従来例と同一の巻数で整列巻きにより
巻回すると共に，ボビン無しで作製されたコイル２１が
採用された固定子巻線２を用いている。コイル２１は、
マグネットワイヤ２２の巻枠を用いての巻回．巻回
工程の完了後に巻枠から取外し，エポキシワニスを用い
てマグネットワイヤ２２の相互間を固着しての成形処
理．により、ボビンレスの成形コイルとして形成され
る。このコイル２１は、その内周面にエポキシ樹脂接着
剤を塗布した上でスロット８６へ装填する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、低圧電気機械の
固定子に係わり、固定子の小型化，高効率化を図ったそ
の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】商用電力配電線路などの低圧電路に接続
されて使用される低圧電気機械（汎用誘導電動機など）
では、その固定子は、けい素鋼板などの磁性薄材製の多
数の鉄心板を積層して形成された固定子鉄心と、マグネ
ットワイヤを巻回して形成された複数のコイルから成る
固定子巻線とを備えることが一般である。固定子鉄心が
持つスロットにコイルを装填する方法から低圧電気機械
の固定子が持つ構成を区分けした場合に、固定子鉄心の
回転子と対向し合う面側に形成された開口部からコイル
をスロットに装填する構成のものや、固定子鉄心が継鉄
部と，継鉄部よりも回転子側に位置する磁極部とを有
し、磁極部が継鉄部と接合する側からコイルをスロット
に装填する構成のものなどが知られている。

【０００３】まず、図４を用いて、従来の一例の低圧電
気機械の固定子を説明する。ここで図４は、従来の一例
の低圧電気機械の固定子の概要を示す図であり、（ａ）
は縦断面図で、（ｂ）は図４（ａ）におけるＡ部の詳細
図で、（ｃ）は図４（ｂ）におけるＢ部の詳細図であ
る。図４において、９は、円筒状の固定子鉄心８と、複
数のコイル７１を用いる固定子巻線７とを備えた、従来
例の低圧３相誘導電動機の固定子である。コイル７１
は、丸線のマグネットワイヤ〔表面に電気絶縁皮膜（エ
ナメル層）が形成された導線〕７２を巻回して作製され
ており、マグネットワイヤ７２には、この事例の場合に
は、合成樹脂が焼付処理された電気絶縁皮膜を持つもの
が用いられている。

【０００４】この固定子９は、コイル７１のスロット８
１への装填を、固定子鉄心８の図示しない回転子と対向
し合う面側に形成された開口部８２から行うものであ
る。固定子鉄心８は、けい素鋼板製の多数の鉄心板を用
いた積層鉄心であり、コイル７１を装填するための複数
のスロット８１が形成されているが、このスロット８１
は、狭い開口部８２を持つ半閉溝として形成されてい
る。固定子９では、コイル７１は、２層巻のコイルとし
て形成され、スロット８１に収納される部位では、スロ
ット８１との間にはスロット絶縁７３が介挿され、ま
た、異なるコイル７１との間には層間絶縁７４が介挿さ
れている。なお、７５は、スロット用の楔である。

【０００５】コイル７１は、近年では自動巻線機を用
い、マグネットワイヤ７２を直接にスロット８１に巻込
むことで作製されることが一般であり、スロット絶縁７
３の主な役目は、マグネットワイヤ７２の巻回時に、マ
グネットワイヤ７２が固定子鉄心８に直接接触すること
で損傷を受けるのを防止することにある。固定子巻線７
では、コイル７１の巻回が終了し、必要に応じて結線作
業を行った後に、電気絶縁性ワニス（固定子巻線７に採
用されている絶縁種類などにより用いられるワニスは異
なるが、例えば、エポキシワニス，ポリエステルワニ
ス）の含浸処理を行っており、マグネットワイヤ７２相
互間の空隙部などは、この含浸処理により形成されたワ
ニス層７６によって充填されている。

【０００６】次に、図５を用いて、従来の異なる例の低
圧電気機械の固定子を説明する。ここで図５は、従来の
異なる例の低圧電気機械の固定子の概要を示す図であ
り、（ａ）は縦断面図で、（ｂ）は図５（ａ）における
Ｃ部の詳細図である。図５において、９Ａは、継鉄部８
９と磁極部８８とで成る固定子鉄心８Ａと、複数のコイ
ル７９が用いられた固定子巻線７Ａとを備えた、従来例
の３相サーボモータの固定子である。コイル７９は、合
成樹脂材製のボビン７７に平角線のマグネットワイヤ７
８を図示のように整列巻きして作製されており、マグネ
ットワイヤ７８は、導体の断面形状がマグネットワイヤ
７２とは異なるが、電気絶縁皮膜の形成方法はマグネッ
トワイヤ７２の場合と同一である。この固定子９Ａは、
コイル７９のスロット８６への装填を、磁極部８８が継
鉄部８９と接合する側から行うものである。

【０００７】継鉄部８９および磁極部８８は共に、けい
素鋼板製の多数の鉄心板を用いた積層鉄心であり、磁極
部８８には、スロット８６と，継鉄部８９側に凸の歯部
８７とが交互に形成されており、このスロット８６は、
コイル７９が挿入される側の全面が開口されている。ま
た固定子９Ａでは、コイル７９は、それぞれの磁極部８
８が持つスロット８６に挿入され、コイル７９が組込ま
れた磁極部８８は、歯部８７の端部８７ａで継鉄部８９
に接合される。固定子巻線７Ａでは、この工程に続い
て、必要に応じてコイル７９間の結線作業を行った後
に、コイル７９の周囲の空隙部は、電気絶縁性ワニスの
含浸処理，合成樹脂材の射出成形処理などの適宜の方法
により形成されたワニス層７６で充填される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前述した構成を持つ従
来技術による低圧電気機械の固定子９，９Ａでは、低圧
電気機械の使用目的に適合した信頼性の高い固定子を得
ることができているが、近年、次記するような問題が指
摘されるようになってきており、その解決が望まれてい
る。すなわち、 低圧電気機械の固定子の小型化，高効率化または高出
力化を図るためには、スロット８１，８６に対する導体
充填率の増大が必要である。しかし、スロット絶縁７３
またはボビン７７は、マグネットワイヤ７２，７８を巻
回するためのスペースを減らすものであるので、その存
在は導体充填率の増大を図る上で阻害要因になってい
る。

【０００９】また、低圧電気機械の固定子の小型化ま
たは高出力化を図るためには、コイル７１またはコイル
７９の温度上昇値を維持するために、コイル７１または
コイル７９から固定子鉄心８または固定子鉄心８Ａへの
熱伝導抵抗の低減が必要である。しかし、コイル７１，
７９と固定子鉄心８，８Ａの間には、比較的に高い熱伝
導抵抗を持つスロット絶縁７３またはボビン７７が介在
しているので、コイル〜固定子鉄心間の熱伝導抵抗の低
減を図る上で支障になっている。

【００１０】さらに、丸線のマグネットワイヤ７２を
巻回したコイル７１の場合には、図４（ｃ）に示したよ
うに、マグネットワイヤ７２はその全面でスロット絶縁
７３に接触することができない。このために、前記項
で述べた問題は、丸線のマグネットワイヤ７２を巻回し
たコイル７１で、より大きな問題点となる。しかし、狭
い開口部８２を持つ半閉形の溝形状を持つスロット８１
が用いられた固定子鉄心８では、施工が容易な丸線のマ
グネットワイヤ７２を使用せざるを得なかったのであ
る。

【００１１】この発明は、前述の従来技術の問題点に鑑
みなされたものであり、その目的は、固定子の小型化，
高効率化を図った低圧電気機械の固定子を提供すること
にある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明では前述の目的
は、 １）磁性材製で複数のスロットを持つ固定子鉄心と、マ
グネットワイヤを用いて作製され前記スロットに装填さ
れた複数のコイルで形成された固定子巻線とを備える低
圧電気機械の固定子において、固定子鉄心は、前記コイ
ルが挿入される側の全面が開口されているスロットを持
ち、前記コイルは、平角導体製のマグネットワイヤを整
列巻きすると共に電気絶縁性ワニスで固着処理すること
で成形コイルとして形成され，固定子鉄心との間に電気
絶縁性ワニスによる介在層が介在されりようにして前記
スロットに装填される構成とすること、または、 ２）前記１項に記載の手段において、前記コイルは、マ
グネットワイヤとして自己融着性マグネットワイヤを用
い、この自己融着性マグネットワイヤが持つ自己融着性
ワニス層に自己融着処理を施すことで成形コイルを形成
する構成とすること、により達成される。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態を図面
を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において
は、図４，図５に示した従来例の低圧電気機械の固定子
と同一部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。
また、以後の説明に用いる図中には、図４，図５で付し
た符号については、極力代表的な符号のみを記すように
している。

【００１４】図１は、この発明の実施の形態の一例によ
る低圧電気機械の固定子の概要を示す図であり、（ａ）
は縦断面図で、（ｂ）は図１（ａ）におけるＤ部の詳細
図で、（ｃ）は図１（ｂ）におけるＥ部の詳細図であ
る。図１において、１は、図５に示した従来例による固
定子９Ａに対して、固定子巻線７Ａに替えて固定子巻線
２を用いるようにした低圧電気機械の固定子である。固
定子巻線２は、マグネットワイヤとして平角線のマグネ
ットワイヤ２２を使用し、従来例による固定子９Ａが持
つコイル７９と同一巻数のコイルを整列巻きにより巻回
すると共に、この発明による特長としてボビン７７を使
用しないようにしたコイル２１が採用されている。

【００１５】コイル２１に用いられているマグネットワ
イヤ２２は、従来例によるコイル７９に用いられていた
マグネットワイヤ７８と対比すると、ボビン７７が占め
ていた面積に相当する分，マグネットワイヤ７８よりも
広い断面積を持つが、電気絶縁皮膜に用いられている材
料はマグネットワイヤ７８の場合と同一である。そうし
て、この事例の場合には、マグネットワイヤ２２には、
電着法により絶縁皮膜（エナメル層）が形成されたもの
〔例えば、三菱電線工業（株）製の商品名；ＳＸワイ
ヤ〕が採用されている。

【００１６】コイル２１は、このマグネットワイヤ２２
を巻線用治具としての図示しない巻枠に巻回し、巻回工
程の完了後に巻枠から取外し、電気絶縁性ワニス（固定
子巻線７に採用されている絶縁種類などにより用いられ
るワニスは異なるが、例えば、エポキシワニス，ポリエ
ステルワニスなど）を用いて、マグネットワイヤ２２の
相互間を固着すると共に、コイル２１の成形処理がコイ
ル２１全体に対して施される。これにより、コイル２１
は、その内周部の形状・寸法が従来例によるボビン７７
の内周部の形状・寸法と同等値に設定された、ボビンレ
スの成形コイルとして形成される。

【００１７】そうして、固定子巻線２では、コイル２１
は、固定子９Ａのコイル７９の場合と同様にスロット８
６へ装填されるのであるが、その際に、コイル２１の内
周面および／または歯部８７の外周面に、電気絶縁材性
の接着剤が塗布される。用いられる接着剤は、マグネッ
トワイヤ２２に採用されている絶縁種類などにより異な
るが、例えば、エポキシ樹脂製接着剤，ポリエステル樹
脂製接着剤である。したがって、コイル２１と磁極部８
８との間には、この接着剤による接着剤層（この事例の
場合の介在層）２３が形成される〔図１（ｃ）参照〕。
固定子巻線２では、コイル２１のスロット８６へ装填が
終了した後、必要に応じて結線作業ならびにワニス層７
６の形成が行われる。

【００１８】図１に示すこの発明の実施の形態の一例に
よる低圧電気機械の固定子１では前述の構成を備えてお
り、コイル２１にボビン７７を使用しないことで、すな
わちボビンレスとすることで、スロット８６に対する導
体充填率を増大できる。また、コイル２１をボビンレス
とすることで、コイル２１〜固定子鉄心８Ａ間の熱伝導
抵抗を低減できる。これ等のことから、固定子１では、
従来例の場合と同一の固定子鉄心８Ａを用い、コイル２
１の温度上昇値を従来例のコイル７９と同等に維持しな
がら、その出力を従来例よりも高出力化できる。また固
定子１では、同一出力値であるならば、従来例よりも高
い効率値を得ることができ、さらに、同一出力値かつ同
一効率値でよい固定子ならば、固定子１と同様の構成を
採ることで、従来例の固定子９Ａよりも小型にできる。

【００１９】また、固定子１は、コイル２１と固定子鉄
心８Ａ間の対地絶縁には、マグネットワイヤ２２が持つ
絶縁皮膜に加えて、コイル２１を成形コイル化するため
に採用された電気絶縁性ワニス層および接着剤層２３が
存在することにより、ボビンレスとしながらも、低圧電
路に必要な絶縁耐力値を得ることができている。なお、
マグネットワイヤ２２が持つ絶縁皮膜と協同し，固定子
１の絶縁耐力に関する主な担い手になる絶縁層として
は、電気絶縁性ワニス層と接着剤層２３のいずれか一方
であってもよいことは勿論のことである。なおまた、固
定子１では、接着剤層２３はコイル２１〜固定子鉄心８
Ａ（歯部８７）間の空隙を充填する働きをしており、固
定子１でのコイル２１〜固定子鉄心８Ａ間の熱伝導抵抗
の低減，したがって，コイル２１の温度上昇値の低減に
とって好ましい役目を果たしている。

【００２０】前述の説明では、固定子１が備える介在層
は接着剤層２３であるとしてきたが、これに限定される
ものではなく、例えば、従来例の場合と同様に形成され
たワニス層７６であってもよく、この場合には、接着剤
層２３の形成は必ずしも必要では無い。

【００２１】次に、図２，図３を用いてこの発明の実施
の形態の異なる例による低圧電気機械の固定子を説明す
る。ここで、図２は、この発明の実施の形態の異なる例
による低圧電気機械の固定子の概要を示す図であり、
（ａ）は縦断面図で、（ｂ）は図２（ａ）におけるＦ部
の詳細図で、（ｃ）は図２（ｂ）におけるＧ部の詳細図
である。また、図３は、図２に示したコイルの製作工程
に関する説明図であり、（ａ）は半完成状態のコイルの
斜視図で、（ｂ）は完成状態のコイルの斜視図である。

【００２２】図２，図３において、３は、図４に示した
従来例による固定子９に対して、固定子巻線７および固
定子鉄心８に替えて、それぞれ、固定子巻線４および固
定子鉄心５を用いるようにした低圧電気機械の固定子で
ある。固定子巻線４には、平角線のマグネットワイヤ４
２を、従来例によるコイル７１の場合と同一の巻回数と
しながらも、従来例によるコイル７１の場合とは異なり
整列巻きして作製されたコイル４１が用いられている。
固定子鉄心５は、従来例による固定子９Ａが持つ固定子
鉄心８と対比すると、スロット８１に替えて、コイル４
１が挿入される側の全面が開口されているスロット、す
なわち、開溝として形成されたスロット５１が用いられ
ていることのみが異なっている。換言すると、固定子鉄
心５の外径寸法，内径寸法およびスロット５１の幅寸
法，高さ寸法は、従来例による固定子鉄心８の場合と同
一である。なお、４３は、スロット用の楔である。

【００２３】また、この事例の場合のコイル４１には、
マグネットワイヤ４２として、電着法により絶縁皮膜が
形成されると共に外周部に自己融着層が形成されている
もの〔例えば、三菱電線工業（株）製の商品名；ＳＸワ
イヤ〕が採用されている。このコイル４１の概略の製作
工程を図３を用いて説明する。コイル４１は、まず、マ
グネットワイヤ４２を巻線用治具としての図示しない巻
枠に、図示のように整列巻きにより巻回し、巻回工程の
完了後に巻枠から取外されて、半完成状態のコイル４１
が作製される〔図３（ａ）を参照〕。次に、半完成状態
のコイル４１の、スロット５１に装填される部位〔図３
（ａ）の一点鎖線部〕のマグネットワイヤ４２の相互間
に対して固着処理が行われる。

【００２４】この事例の場合の固着処理は、マグネット
ワイヤ４２に自己融着性マグネットワイヤを用いている
ので、その特長として適宜の方法で自己融着層を加熱処
理することのみで、図１に示したコイル２１における電
気絶縁性ワニスによる処理方法と対比して、比較的に容
易に行うことができる。続いて、この状態の半完成のコ
イル４１のスロット５１に装填される部位を保持しなが
ら、それぞれの端部に対しほぼ三角形状にする加工およ
び捩じり加工が施されて、２層巻き用コイルに成形され
たコイル４１が完成する〔図３（ｂ）を参照〕。この事
例の場合には、半完成のコイル４１の端部におけるマグ
ネットワイヤ４２は加熱処理を受けていないので、両端
部に対する前記加工などを比較的に容易に行うことがで
きる。なお、スロット５１に装填される部位の前記加熱
処理に対しては、例えば、高周波誘導加熱法を用いるこ
とができる。

【００２５】そうして、固定子巻線４では、コイル４１
は、固定子鉄心５が持つ開溝形の溝形状を持つスロット
５１に装填されるのであるが、その際に、コイル４１の
スロット５１と対向し合う外周面および／またはスロッ
ト５１の内面に、電気絶縁材性の接着剤が塗布される。
用いられる接着剤は、マグネットワイヤ４２に採用され
ている絶縁種類などにより異なるが、例えば、エポキシ
樹脂製接着剤，ポリエステル樹脂製接着剤である。した
がって、コイル４１とスロット５１との間には、この接
着剤による接着剤層（この発明による固定子１が持つ接
着剤層２３と同様のもので、この事例の場合の介在層）
４４が形成される〔図２（ｃ）参照〕。固定子巻線４で
は、コイル４１のスロット５１へ装填が終了した後、必
要に応じて結線作業ならびにワニス層７６の形成が行わ
れる。

【００２６】図２，図３に示すこの発明の実施の形態の
異なる例による低圧電気機械の固定子３では前述の構成
を備えており、スロット５１に開溝形の溝形状を持たせ
ているので、平角線のマグネットワイヤを整列巻きし成
形コイルとして形成されたコイル４１を採用することが
できる。また、コイル４１とスロット５１との間には従
来例とは異なりスロット絶縁を使用していないので、ス
ロット５１が持つ面積のほとんどをコイル４１の収納用
として使用できる。このような構成とすることで、固定
子３では、スロット５１の導体充填率を増大できる。ま
た、スロット絶縁を使用しないことで、コイル４１〜固
定子鉄心５間の熱伝導抵抗を低減できる。

【００２７】これ等のことから、固定子３では、従来例
の場合と同一の外径および内径寸法を持つ固定子鉄心５
を用い、コイル４１の温度上昇値を従来例のコイル７１
と同等に維持しながら、その出力を従来例よりも高出力
化できる。また固定子３では、同一出力値であるなら
ば、従来例よりも高い効率値を得ることができ、さら
に、同一出力値かつ同一効率値でよい固定子ならば、固
定子３と同様の構成を採ることで、従来例の固定子９よ
りも小型にできる。

【００２８】また、固定子３は、コイル４１と固定子鉄
心５の対地絶縁には、マグネットワイヤ４２が持つ絶縁
皮膜（自己融着層を含む）に加えて接着剤層４４が存在
することにより、スロット絶縁を不使用としながらも、
低圧電路に必要な絶縁耐力値を得ることができている。
なお、固定子３では、接着剤層４４はコイル４１〜固定
子鉄心５間の空隙を充填する働きをしており、固定子３
でのコイル４１〜固定子鉄心５間の熱伝導抵抗の低減，
したがって，コイル４１の温度上昇値の低減にとって好
ましい役目を果たしている。

【００２９】図１を用いた前述の説明では、固定子１が
持つコイル２１には、焼付処理された電気絶縁皮膜を持
つマグネットワイヤを用いるとしてきたが、これに限定
されるものではなく、例えば、図２，図３に示した固定
子３が持つコイル４１のように、自己融着層付きの絶縁
皮膜を持つマグネットワイヤを用いてもよく、その場合
には、マグネットワイヤの相互間の固着を、コイル４１
の場合と同様に自己融着層の溶融処理を用いて行うこと
ができる。

【００３０】図２，図３を用いた前述の説明では、固定
子３が持つコイル４１には、自己融着性付きの絶縁皮膜
を持つマグネットワイヤを用いるとしてきたが、これに
限定されるものではなく、例えば、図１に示した固定子
１が持つコイル２１のように、焼付処理された電気絶縁
皮膜のみを持つマグネットワイヤを用いてもよく、その
場合には、マグネットワイヤの相互間の固着を、コイル
２１の場合と同様に電気絶縁性ワニスを用いて行うこと
ができる。

【００３１】

【発明の効果】この発明による低圧電気機械の固定子に
おいては、前記課題を解決するための手段の項で述べた
構成とすることで、次記する効果が有る。

【００３２】前記課題を解決するための手段の項の第
（１）項または第（２）項による構成とすることで、ス
ロット絶縁やボビンを不要にすることができ、平角導体
製のマグネットワイヤの使用と相まって、固定子鉄心が
持つスロットに対する導体充填率を増大できると共に、
コイル〜固定子鉄心間の熱伝導抵抗を低減できる。これ
により、コイルの温度上昇値を同等に維持しながら高出
力化が可能になる。また出力が同一でよい場合には、高
効率化が可能になり、さらに、同一出力かつ同一効率で
よい場合には、小型化が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態の一例による低圧電気機
械の固定子の概要を示す図で、（ａ）は縦断面図、
（ｂ）は図１（ａ）におけるＤ部の詳細図、（ｃ）は図
１（ｂ）におけるＥ部の詳細図

【図２】この発明の実施の形態の異なる例による低圧電
気機械の固定子の概要を示す図で、（ａ）は縦断面図、
（ｂ）は図２（ａ）におけるＦ部の詳細図、（ｃ）は図
２（ｂ）におけるＧ部の詳細図

【図３】図２に示したコイルの製作工程に関する説明図
で、（ａ）は半完成状態のコイルの斜視図、（ｂ）は完
成状態のコイルの斜視図

【図４】従来の一例の低圧電気機械の固定子の概要を示
す図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は図４（ａ）におけ
るＡ部の詳細図、（ｃ）は図４（ｂ）におけるＢ部の詳
細図

【図５】従来の異なる例の低圧電気機械の固定子の概要
を示す図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は図５（ａ）に
おけるＣ部の詳細図

【符号の説明】 １ 固定子 ２ 固定子巻線 ２１ コイル ２２ マグネットワイヤ ８６ スロット

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】磁性材製で複数のスロットを持つ固定子鉄
   心と、マグネットワイヤを用いて作製され前記スロット
   に装填される複数のコイルで形成された固定子巻線とを
   備える低圧電気機械の固定子において、 固定子鉄心は、前記コイルが挿入される側の全面が開口
   されているスロットを持ち、前記コイルは、平角導体製
   のマグネットワイヤを整列巻きすると共に電気絶縁性ワ
   ニスで固着処理されることで成形コイルとして形成さ
   れ、固定子巻線は、複数の前記コイルをそれぞれのスロ
   ットに装填すると共に，それぞれのコイルと固定子鉄心
   との間には電気絶縁性ワニスで形成された介在層が配設
   されることを特徴とする低圧電気機械用の固定子。
2. 【請求項２】請求項１に記載の低圧電気機械の固定子に
   おいて、 前記コイルは、マグネットワイヤとして自己融着性マグ
   ネットワイヤを用い、この自己融着性マグネットワイヤ
   が持つ自己融着性ワニス層に自己融着処理を施すことで
   成形コイルを形成することを特徴とする低圧電気機械用
   の固定子。