JP2001103691A - ステータコア及び電動機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 少ない部品点数で放熱効率の高いステータコ
ア及び単純な構造で出力当たりの体積の小さい電動機を
提供する。 【解決手段】 ステータ内形１２ａの中心Ｏ１に対して
非等距離形状の外形１１１ａを有する複数の高透磁率材
料製の板１１１を備え；複数の板１１１は、回し積みし
て積層されているステータコア。回し積みは単枚毎であ
ってもよいし複数枚毎であってもよい。高透磁性材料製
の板が回し積みされるので、コアの外形はフィン付きと
なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ステータコア及び
電動機に関し、特に放熱性の高いステータコア及びその
ようなステータコアを備える電動機に関するものであ
る。ここで電動機は発電機を含む概念とする。

【０００２】

【従来の技術】電動機用のステータコアである固定子
は、従来、図７に示すような形状で、巻き線（不図示）
を卷回する卷回部２を有し、該卷回部２の頂部２ａが、
回転子（不図示）を収容する内形部分を形成していた。
このステータコア１は、一般に所定の形状に打ち抜かれ
た薄いけい素鋼板を積層して構成されている。その外形
は、図示のように正方形や円形等に形成されており、内
形の中心と外形の中心とは同心である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】電動機は、運転中に鉄
損、銅損が発生し発熱する。上記のような従来のステー
タコアを備える電動機では、その発熱による熱の放熱性
が必ずしも高くなく、発熱による温度上昇が、電動機の
出力当たりの体積を小さくすることを妨げており、電動
機の小型化の限界になっていた。また、温度上昇を抑え
るためにヒートシンクとしてアルミダイカストによるフ
ィン付きヨークをステータの外側に嵌めこんだり鉄板を
溶接するなどすると、構造が複雑化しコスト上昇の要因
となる。

【０００４】そこで本発明は、少ない部品点数で放熱効
率の高いステータコア及び単純な構造で出力当たりの体
積の小さい電動機を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【０００５】上記目的を達成するために、請求項１に係
る発明によるステータコアは、例えば図１に示すよう
に、複数の同一形状の高透磁率材料製の板１１１を備
え；複数の板１１１は、外周にフィン１１ａ、１１ｂ、
１１ｃ（図６）を形成するように回し積みして積層され
ている。

【０００６】このように構成すると、高透磁性材料製の
板を回し積みしてフィンを形成するので、少ない部品点
数で放熱効率の高いステータコアを提供することができ
る。

【０００７】前記目的を達成するために、請求項２に係
る発明によるステータコアは、例えば図１に示すよう
に、ステータ内形１２ａの中心Ｏ１に対して非等距離形
状の外形１１１ａを有する複数の高透磁率材料製の板１
１１を備え；複数の板１１１は、回し積みして積層され
ていることを特徴とする。

【０００８】回し積みは単枚毎であってもよいし、複数
枚毎であってもよい。内形の中心とは、典型的には内形
の図心である。内形の中心に対して非等距離とは、該中
心を中心とする円を形成していないことをいう。外形が
円であってもよいが、その外形円の中心が、前記内形の
中心と一致していなければよい。

【０００９】このように構成すると、高透磁性材料製の
板が回し積みされるので、コアの外形はフィン付きの様
相を呈する。

【００１０】ここで請求項３に記載のように、請求項２
に記載のステータコアでは、外形が円形または多角形に
形成され；内形の中心Ｏ１と、前記外形の中心Ｏ２を偏
心させるのが好ましい。

【００１１】このように構成すると、偏心させるので、
外形が円形であっても回し積みによってフィンが形成さ
れる。外形が多角形（例えば正方形や長方形）の場合
は、偏心させなくても回し角度を適切に選択すればフィ
ンは形成され得るが、偏心させることによってフィンを
長く出っ張らせることができる。

【００１２】前記目的を達成するために、請求項４に係
る発明による電動機は、例えば図６に示すように、請求
項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のステータコア
１１と；前記内形に適合する回転子２１を備える。

【００１３】このように構成すると、ステータコア１１
を備えるので、放熱性が高く構造が単純で、小型の電動
機を提供することができる。ここで、一般に電動機は回
転子を外から駆動すれば電気が発生するものであり、そ
のままの構造で発電機としても用いることができる。し
たがって、本発明では、電動機は発電機をも含む概念と
する。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。なお、各図において互い
に同一あるいは相当する部材には同一符号または類似符
号を付し、重複した説明は省略する。

【００１５】図１は、本発明による第１の実施の形態で
あるステータコアの斜視図である。このステータコア１
１は、電動機用の固定子であり、多数の高透磁性材料と
してのけい素鋼板１１１を積層して構成されている。け
い素鋼板１１１は０．３〜０．７ｍｍ程度の厚さであ
り、外形１１１ａは長方形に形成され、内形１２ａは回
転子を僅かなエヤギャップをもって収容するように形成
されている。ここで複数のけい素鋼板１１１は同一形状
に打ち抜いて作られている。但し全てのけい素鋼板が同
一形状でなくてもよい。特に外形は一部のけい素鋼板を
異なる形状にしてもよい。

【００１６】本実施の形態では、内形１２ａは１つの円
を切り取った円弧に形成されている。その１つの円は巻
線を卷回する卷回部１２を残して、等間隔で切り欠かれ
ている。卷回部１２の頂部１２ａが、回転子を僅かなエ
ヤギャップをもって回転子を収容する円形部として、等
間隔で残されている。切り欠きの底部１２ｂもまた全体
としては、内形部１２ａと同心の形状に形成されてい
る。

【００１７】但し、卷回部の頂部１２ａは必ずしも１つ
の円を切り取った円弧でなくてもよい。例えば円形の回
転子とのギャップが等間隔のギャップではなく、わずか
に広がった楔状に形成されるように、中心のずれた複数
の円の円弧で形成されていてもよい。

【００１８】図１の例では、ステータコアは、内側に所
定の形状の開口を有しており、その開口は内形としての
円弧の頂部１２ａと共に、底部１２ｂを有しており、底
部１２ｂも全体としては円形であるが、底部は必ずしも
円形でなく、全体として例えば多角形を形成していても
よい。

【００１９】以上説明したように、本発明でいう内形
は、典型的には、内形部１２ａのみを言うものと考えて
もよいし、底部１２ｂを含めて、打ち抜かれた内形穴の
全体形状を言うものと考えてもよい。いずれにしても、
内形の中心は、図中のＯ１である。内形の中心Ｏ１は、
卷回部１２を点対称に配置する、該点と見てもよい。後
で説明する回し積みは、この中心Ｏ１の回りに回される
し、回した前後で卷回部が重なるように回されるからで
ある。

【００２０】本実施の形態では、ステータコア１１は卷
回部を４個有する高透磁性材料製の同一形状の板１１１
で構成されている。これは４極電動機用ステータコアで
ある。８極の電動機であれば、卷回部は８個（図２参
照）となる。積層板で構成されているので、交番磁束が
通る場合、磁束が回転子の回転に伴い変動する場合等
に、鉄損を抑えることができる。

【００２１】ここで、けい素鋼板１１１の外形１１１ａ
である長方形の中心Ｏ２と卷回部１２の頂部１２ａを形
成する内形の中心Ｏ１とが偏心している。したがって、
例えば図１に示すように、けい素鋼板を９０°ずつ回転
して、回転後に各板の卷回部が互いに重なるように回し
積みする。４個の卷回部は等間隔で配置されているの
で、９０°回すと互いに重なり、かつ外形は長方形の長
手方向の一部が出っ張ってフィンを構成する。図１に
は、かなりの枚数でなる群毎に回し積みする場合を示し
ているが、鋼板１枚毎に回してもよい。

【００２２】図１には、長方形でしかも内形と外形とを
偏心させた場合を示したが、外形が円形でなければ、即
ち内形の中心に対して非等距離形状の外形を有するけい
素鋼板であれば、内形と外形とが同心であっても、けい
素鋼板を回し積みすることによりフィンを形成し得る。

【００２３】もちろん、外形が円形であっても内形と外
形とが偏心して構成されていれば、内形の中心に対して
非等距離形状の外形を有するけい素鋼板ということにな
り、回し積みすることにより、フィンを形成することが
できる。

【００２４】以上説明したように、けい素鋼板の外形
は、内形と外形とを偏心させれば円形であってもよい
し、外形が正方形、長方形、その他多角形、楕円、ある
いは円形以外の異形であれば、内形と外形とが同心であ
っても偏心していても、回し積みにより回し角度を適切
に選択すればフィンを形成し得る。

【００２５】本ステータコア１１の積層方向の前後に不
図示のカバーを設ける場合、そのカバーのインローには
め込む鋼板だけは、外形をステータの内形と同心に作っ
て、インロー形式ではめ込んで固定してもよいし、また
ステータコア１１を前後のカバーに対して位置決めする
抜き穴を、ステータコア１１に設けてもよい。

【００２６】図２に、第２の実施の形態であるステータ
コアに用いる、コイルの卷回部が８個で、外形がほぼ正
方形であるけい素鋼板の形状の例を示す。外形の４隅に
ある穴は、けい素鋼板を積層方向にまとめて締め付ける
ボルトの貫通する穴である。卷回部は８個設けられてい
る。即ち８極電動機用のステータコアに用いるけい素鋼
板である。卷回部が８個で、外形が正方形であるので、
回し積みの角度は、４５°とすればよい。本実施の形態
では内形が円形、外形が正方形であり、それぞれの中心
Ｏ１とＯ２とを一致させている。

【００２７】図３を参照して、第３の実施の形態である
ステータコア３１を説明する。図３（ａ）は、本発明に
よる第３の実施の形態であるステータコア３１の軸方向
から見た正面図、（ｂ）は斜視図、（ｃ）は側面図であ
る。

【００２８】このステータコア３１は、電動機用の固定
子であり、第１の実施の形態と同様に多数の高透磁性材
料としてのけい素鋼板１１３を積層して構成されてい
る。けい素鋼板１１３の外形１１３ａは４隅を丸めた長
方形に形成されている。但し第１の実施の形態と異なる
のは、回転子を収容する内形３２ａの中心と、外形の長
方形の中心とが一致していることである。しかしなが
ら、外形が長方形であるので、外形が内形の中心に対し
て非等距離形状であることに変わりはない。

【００２９】本実施の形態では、けい素鋼板の外形を形
成する長方形の短辺を中央部に寄せて、長辺の中央部と
で形成される、１辺が該長方形の短辺と同じ長さの正方
形の４隅近傍に抜き穴があけられている。抜き穴の位置
自体、正方形の４隅に位置している。

【００３０】このようなけい素鋼板を数枚ずつ重ねて、
９０°づつ回転する回し積みをすると、（ｂ）の斜視図
に示されるように、全体として十文字を重ねたステータ
コアとなる。十文字の縦要素同士と横要素同士との間に
は、お互いがスペーサとして機能して、（ｃ）の側面図
に示されるような隙間が形成されることになる。けい素
鋼板は１枚ずつ回してもよいが、本図の場合は、０．５
ｍｍのけい素鋼板を４〜５枚位まとめて回している。こ
のほうが風が通り易く、空冷効果が高まるので好まし
い。

【００３１】図４を参照して、第３の実施の形態のステ
ータコアにエンドカバーを取り付ける構成を説明する。

【００３２】図中、エンドリング２０１は、円環状の部
材であり、円環状の外径はステータコア３１の外形の長
方形の短辺とほぼ同寸であり、円環状の内径はステータ
コア３１の内形の直径とほぼ同寸である。その円環状の
内径と外径の間には、ステータコア３１の抜き穴と一致
するように４個の穴があけられている。この抜き穴に、
ステータコアの抜き穴を貫通する通しボルトを通して、
エンドリング２０１とステータコア３１とを一体に締め
付けることができる。

【００３３】さらにステータコア３１の内形３２ａに収
容する回転子の軸受を備えたエンドカバー２０２を同じ
通しボルトを用いて取り付けることもできる。

【００３４】図４中、エンドカバー２０２は、中心部に
回転子用の軸受２０３を有し、４隅に、前記ステータコ
ア３１の抜き穴と一致するように４個の穴があけられ
た、外径が正方形のプレートである。このエンドカバー
２０２のステータコア３１側には、不図示のインローが
形成されており、エンドリング２０１が丁度そのインロ
ーに嵌合するように構成されている。

【００３５】このような構成において、エンドカバー２
０２を２個用意し、それらにステータコア３１とエンド
リング２０１との組立体を狭み込み、４個の穴に、ステ
ータコア３１の抜き穴と、エンドリング２０１の４個の
穴を貫通するボルトを通して、ステータコア３１及びエ
ンドリング２０１とを一体に締め付けることができる。

【００３６】または、組立の便を考慮して、エンドリン
グ２０１をステータコア３１と貫通ボルトで締め付けて
組み立てた組立体に、別途エンドカバー２０２を、エン
ドリング２０１に明けられた不図示のボルト穴を用い
て、ステータコア３１とエンドリング２０１との締め付
けボルトとは別のボルトを用いて組み付けてもよい。

【００３７】回し積みの回し角度は、卷回部の個数、抜
き穴の数及び／または外形により定めることができる。
図１の例では、卷回部の数４、抜き穴の数４、図２の例
では、卷回部の数８、抜き穴の数４、図３の例では、卷
回部の数１２、抜き穴の数４としてある。なお図２の例
では、抜き穴の他に４５°の回転を保証する不図示の合
わせ穴を設けるようにすればよい。

【００３８】図５に、第４の実施の形態のステータコア
の軸方向から見た形状を示す。図中、ステータコアの外
形は長方形であり、卷回部の数は１２、抜き穴の数は６
に形成されている。このように形成するときは、６０°
ずつ回して回し積みすることができる。

【００３９】図６を参照して、第５の実施の形態である
電動機を説明する。この実施の形態は、図１の第１の実
施の形態のステータコアに、回転子２１を収容した電動
機である。本図には、ステータコアと回転子以外の構成
部品、例えば卷回部に卷回する巻線、ステータコアの前
後のカバー等は図示を省略してある。このように構成す
ると、ステータコア１１に、フィン１１ａ、１１ｂ、１
１ｃが形成されているので、放熱性が向上し、電動機の
出力当たりの体積を小さくすることができる。また別途
アルミダイカストや鉄板の溶接によってヒートシンクを
設ける必要がない。したがって、電動機の部品点数を少
なく、構造を単純に構成することができる。

【００４０】本発明は、密閉型、外扇型、内扇型等、複
数の積層板を備えるステータコアを用いる電動機であれ
ば、形式を問わず応用することができる。

【００４１】第５の実施の形態は電動機として説明した
が、これは同時に発電機でもある。一般に電動機は回転
子を外から駆動すれば電気が発生するものであり、その
ままの構造で発電機としても用いることができるからで
ある。

【００４２】本発明のステータコアは、電動機（発電
機）に限らず、複数の積層板を備えるステータコアを用
いる電気装置であれば、何にでも応用することができ
る。例えば変圧器やソレノイドのステータコアとしても
応用することことことができる。

【００４３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、板が回し
積みされるので、コアがフィン付きとなり、放熱性が向
上し、小型のステータコアを提供することができる。そ
のようなステータコアを電動機（発電機）に適用すれ
ば、部品点数が少なく構造が単純で小型の電動機（発電
機）を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態であるステータコア
の斜視図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態のステータコアに用
いる高透磁性材料製の板の形状の一例を示す平面図であ
る。

【図３】本発明の第３の実施の形態であるステータコア
の斜視図である。

【図４】図３の実施の形態にエンドリングとエンドカバ
ーを取り付けた場合を示す斜視図と側面図である。

【図５】本発明の第４の実施の形態のステータコアを示
す正面図である。

【図６】本発明の第５の実施の形態の電動機の主要構造
を示す斜視図である。

【図７】従来のステータコアの斜視図である。

【符号の説明】

１１ ステータコア １１ａ、１１ｂ、１１ｃ ステータコアのフィン １２ 卷回部 １２ａ 卷回部の頂部 ２１ 回転子 ３１ ステータコア １１１ 高透磁性材料製の板 １１１ａ 高透磁性材料製の板の外形 １１３ 高透磁性材料製の板 １１３ａ 高透磁性材料製の板の外形 １１４ 高透磁性材料製の板 ２０１ エンドリング ２０２ エンドカバー ２０３ 軸受 Ｏ１ ステータコアの内形の中心 Ｏ２ ステータコアの外形の中心

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 相田 栄一 東京都墨田区堤通１丁目19番９号 日本電 気精器株式会社内 (72)発明者 清水 裕之 東京都墨田区堤通１丁目19番９号 日本電 気精器株式会社内 (72)発明者 栗原 裕之 東京都墨田区堤通１丁目19番９号 日本電 気精器株式会社内 Ｆターム(参考） 5H002 AB06 AC03 AD03 AE08

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の同一形状の高透磁率材料製の板を
   備え；前記複数の板は、外周にフィンを形成するように
   回し積みして積層されていることを特徴とする；ステー
   タコア。
2. 【請求項２】 ステータ内形の中心に対して非等距離形
   状の外形を有する複数の高透磁率材料製の板を備え；前
   記複数の板は、回し積みして積層されていることを特徴
   とする；ステータコア。
3. 【請求項３】 前記外形が円形または多角形に形成さ
   れ；前記内形の中心と、前記外形の中心を偏心させた、
   請求項２に記載のステータコア。
4. 【請求項４】 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に
   記載のステータコアと；前記内形に適合する回転子を備
   える；電動機。