JP2002171699A - 電動機の固定子と製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電動機の運転状態における音、振動を改善し、
品質的に優れた固定子とその製造方法を提供する。 【解決手段】電動機の固定子の内径側に面した歯部端部
に磁性材または非磁性材の環状部材を取り付けることに
より音、振動を下げることができる。また、歯部端部に
樹脂壁を有する非磁性材の環状部材を取り付けることに
より固定子の巻線を利用して着磁を施す場合の固定子巻
線の固定子内径側への倒れ込みを防ぐことができる。ま
た、この環状部材の取り付け方法としては、固定子巻線
が装着された後、固定子端部から飛び出した巻線を固定
子外径へ拡張成形した後に取り付けられ、その後、前記
拡張成形した巻線を拡張成形する前の巻線位置まで戻す
製造方法とすることにより達成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、産業用機器、事務
用機器、家電用機器に使用される電動機の固定子とこの
電動機の固定子の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、産業用機器、事務用機器、家電用
機器に使用する電動機の固定子鉄心は、継鉄部とこの継
鉄部から固定子内径に伸びた歯部により磁路が形成され
ている。磁路を形成するこの継鉄部と歯部によって複数
のスロットが構成され、このスロットに巻線が装着され
ている。また、固定子鉄心は、軸方向に薄板の電磁鋼板
を多数積層させた積層体により形成されている。この積
層体を一体固着させる方法としては、積層体の外周部を
溶接により固着したものや、プレス等により各薄板の電
磁鋼板に凸凹部を形成し、この凸凹部を其々嵌め合わし
一体固着した周知のオートクランプ方式等により固定子
鉄心を構成している。

【０００３】また、近年の高効率電動機においては回転
子に永久磁石を有した永久磁石形電動機が用いられるよ
うになってきている。この永久磁石形電動機には、永久
磁石を回転子内部に埋め込んだ永久磁石埋め込み形電動
機や、回転子表面に張り付けた表面張り付け形電動機が
用いられている。

【０００４】図８には、従来の永久磁石形電動機を示し
ている。継鉄部２と歯部３により固定子鉄心１が構成さ
れ、この歯部３には直接巻線が巻き付けられる集中巻方
式により巻線９が巻き付けられている。固定子鉄心１の
内部には、回転子鉄心４の回転子外周近傍まで収容孔７
が伸びており、この収容孔７には永久磁石５が埋め込ま
れている回転子がある。また、この収容孔７と回転子外
周との間には空隙６が設けられており、この空隙６は必
ずしも空隙である必要は無く切り欠き等であってもよ
い。

【０００５】この空隙６は、回転子外周と永久磁石５が
埋め込まれた収容孔７との間に設けることにより、磁極
中心方向、即ちｄ軸方向に磁束を集中させることができ
るため永久磁石５によるマグネットトルクを上げること
ができ、更に空隙６があることによりｑ軸方向の磁路を
確実に確保することができるためリラクタンストルクも
上げることができる。この結果、総合トルクを上げるこ
とができるため電動機性能を上げることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】例えば、このような電
動機においては、電動機性能を向上させようとするとそ
の反面磁気的な突極性が強くなりリラクタンストルクが
大きくなってしまいその結果、音、振動等が大きくなる
といった問題がある。また、特にインバータ制御される
永久磁石を有する永久磁石形電動機においては、キャリ
ア周波数との共振により固定子の歯が振動し音を発生す
る問題もある。現在では電動機を起因とした音、振動等
を防ぐ方法としては、電動機を固定するケーシング表面
に何層にも騒音、防振用のカバーで覆ったり、ケーシン
グを取り付ける部分に防振ゴム等を取り付けることによ
り音、振動の発生を防いでいる。この場合、当然ではあ
るが、ケーシングに別の部材を取り付けることとなるた
め取り付けスペースをある程度確保する必要もある。

【０００７】また、別の問題として永久磁石形電動機に
おいては、電動機ハウジングに固定子と回転子を組み込
んだ後に、この固定子巻線を着磁巻線として使用し、固
定子と対向配置された回転子に着磁を施すいわゆる組み
込み着磁と称される着磁方法を採用しているが、電動機
の固定子の巻線に直接着磁電流を流す際に、固定子端面
より飛び出した巻線端部が固定子と対向配置された回転
子との間に発生する磁気吸引力により固定子内径側に倒
れ込み電動機運転中に巻線が回転子に接触し焼損事故と
なる問題があった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】電動機の固定子のスロッ
トに巻線を有する電動機において、前記固定子の歯部を
環状部材にて連結させた電動機の固定子とする。

【０００９】また、前記固定子の極数が２ｎ（ｎは自然
数）で、スロット数が３ｎ（ｎは自然数）である電動機
の固定子に適用することにより,より良い効果を得るこ
とができる。

【００１０】また、前記環状部材の材質を磁性材または
非磁性材とすることにより音、振動を下げることが可能
である。

【００１１】また、軸方向に伸びた樹脂壁を有する前記
環状部材とすることにより永久磁石形電動機をハウジン
グに組み込んだ後に、この固定子巻線を着磁巻線として
回転子を着磁しても固定子と対向配置された回転子との
間に発生する磁気吸引力よって固定子端面より飛び出し
た巻線端部が固定子内径側に倒れ込むのを防ぐことがで
きる。

【００１２】また、前記電動機の製作する方法として、
固定子のスロット内に巻線を装着させた後に、前記固定
子端面より飛び出した巻線端部を固定子外径側に拡張成
形した後に、環状部材にて前記固定子の歯部を連結さ
せ、その後、前記拡張成形した巻線端部を拡張成形する
前の位置まで戻した電動機の固定子の製造方法によって
達成される。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の実施例について図面を用
いて説明する。尚、従来例と電動機構成上同じ意味を示
すものは、従来例で使用した符号をそのまま用いること
とする。図１には、三相４極の永久磁石形電動機を示し
ている。固定子鉄心１のスロット１０にはスロット絶縁
が挿入されている。このスロット絶縁は、樹脂で一体成
形したものや薄板の絶縁フィルムで形成したものがあ
る。このスロット絶縁が固定子鉄心１に施された後、ス
ロットとスロットにより挟まれた歯部３に直接巻線が巻
かれる集中巻方式により巻線９が巻かれている。また、
固定子に巻線９を装着する別の方法として、外部の巻線
機により巻かれた巻線９を固定子歯部の１つを跨ぎ機械
入れする方法もある。この方法は一般にはインサータ方
式と称している。

【００１４】固定子鉄心１は、継鉄部２及び歯部３の一
体により構成されており、この継鉄部２及び歯部３によ
り固定子鉄心１に磁束が流れる磁路が形成されている。
この場合、継鉄部２及び歯部３が分割された構成のもの
でも良い。固定子内部には永久磁石を埋め込んだ永久磁
石形回転子が配置されている。永久磁石形回転子は回転
子外周近傍まで収容孔７が伸びており、この回転子鉄心
４の内部の収容孔７には永久磁石５が埋め込まれてい
る。この収容孔７と回転子外周との間には空隙６が設け
ている。尚、この空隙６は必ずしも空隙である必要は無
く切り欠き等であってもよい。この場合、電動機性能は
非常に良くなる反面、音、振動が大きく発生する。

【００１５】これは、固定子鉄心１のスロット１０に巻
かれた巻線９によって発生した磁束が継鉄部２から歯部
３を通り回転子内部まで達し、その後、前記とは別の部
分の歯部３を通り継鉄部２の固定子鉄心１に戻ってく
る。特に固定子鉄心１の内径側歯部端部の磁路が狭い部
分に置いては磁束密度が非常に高くなっている。従っ
て、固定子鉄心１の歯部３から回転子鉄心４への磁束の
流出入量が回転子位置により大きく変化するため、非常
に大きな脈動を伴うリラクタンストルクが回転子表面に
発生し、音、振動の発生する原因となっている。本発明
は、この問題に鑑みてなされたものであり図２に示す様
に固定子鉄心１の歯部３の固定子内径側歯部端部に環状
部材１２ａを取り付けることによって意識的に磁束を逃
がすための磁路を設けることにより音、振動を抑えるこ
とができる。図２は、図１の固定子鉄心１に環状部材１
２ａを取り付けた状態を示した部分詳細図である。図中
の矢印は、環状部材においての磁束の流れを示してい
る。

【００１６】また、別の原因としてインバータ制御され
る永久磁石形電動機においてキャリア周波数と共振して
音、振動を発生させている。つまり、永久磁石形電動機
の固定子鉄心１の歯部３が振動し音、振動を発生してい
る。この場合も、強制的に固定子鉄心１の歯部３を環状
部材１２ａで抑えることによって音、振動の発生を防ぐ
ことができる。尚、環状部材１２ａの材質としては、前
記の場合は磁性材の環状部材が好ましく、また後記の場
合は非磁性材の環状部材で解決することができる。また
環状部材１２ａの取り付け箇所は、固定子鉄心１の歯部
端部の軸方向端面の片端部でも両端部でも使用条件に合
わせて適宜選択する。

【００１７】この環状部材１２ａを固定子鉄心１の歯部
３に取り付ける方法としては、図１に示すように固定子
鉄心１の歯部３の歯部先端部に貫通孔を設け、この貫通
孔と対向する環状部材１２ａの位置に孔を設けこの歯部
３と環状部材１２ａをカシメピン１１ａ等により一体固
着する。また、カシメピン１１ａの材質としては、磁性
材、非磁性材等用途により適宜選択される。

【００１８】また、別の方法を図３を用いて説明する。
図３には歯部３と環状部材１２ａが一体固着された箇所
を図１のＡ−Ａ‘断面から見た部分詳細図である。図３
に示すような歯部３に凹部１１ｃを形成し、環状部材１
２ａに歯部３の凹部１１ｃと対向配置した箇所に凸部１
１ｂを設け、この凹部１１ｃと凸部１１ｂを嵌め合わせ
ることにより一体固着させる。尚、固定子鉄心１の歯部
に取り付けるために環状部材１２ａに設けた孔や凸部１
１ｂは、環状の内外径のどちらにあっても良い。

【００１９】図４は、環状部材１２ａの形状を理解し易
いように斜視図を示す。環状部材１２ａは、リング状の
平板で、この平板の厚さは、好ましくは０．５ｍｍ〜
２．０ｍｍが好ましい。つまり歯部３の磁束がある程度
逃げるようにしなければならないため環状部材１２ａの
板厚が薄すぎても磁束を逃がすことができず、また厚す
ぎると磁束が逃げすぎて電動機性能の低下を引き起こす
こととなる。磁束密度としては、１．０Ｔ〜２．０Ｔと
なるように設定することが好ましい。

【００２０】また、インバータ制御によるキャリア周波
数の影響により歯部３が振動し発生する音を抑えること
を目的とする場合は、非磁性材とすることで目的を達成
することができる。この場合の環状部材１２ａの材料と
してはステンレス、樹脂等を用いればよく、また、環状
部材の厚さは音、振動の影響を抑えることができる厚さ
であれば良い。電動機製作上問題ない範囲にて決定され
る。

【００２１】また、別の実施例を図５及び図６を用いて
説明する。図５は環状部材１２ｂの斜視図である。図６
は図５に示した環状部材１２ｂを固定子鉄心１の歯部３
に一体固着された箇所を便宜上図３で説明したものと同
様に図１のＡ−Ａ‘断面として説明する。図５の環状部
材１２ｂは、非磁性材料を使用している。この場合は、
電動機ハウジングに固定子と回転子を組み込んだ後に、
この固定子巻線を着磁巻線として使用し、固定子と対向
配置された回転子に着磁を施す場合において有効であ
る。つまり、電動機の固定子の巻線９に直接着磁電流を
流す際に、固定子端面より飛び出した巻線端部が固定子
と対向配置された回転子の磁気吸引力により固定子内径
側に倒れ込む巻線９を図６に示すように固定子鉄心１の
端面から軸方向に伸びた非磁性の樹脂壁１３を有した環
状部材１２ｂにより防ぐことができる。これにより運転
中の回転子に巻線９が接触し焼損事故となるようなこと
も無くなる。尚、環状部材１２ｂの材質が、磁性材また
は非磁性材のどちらを使用するかは使用条件によって適
宜選択することとなる。

【００２２】また、実施例の図６の環状部材１２ｂは、
固定子内径側に沿うように環状に形成されているため、
例えば、従来のように１つの歯部に単独の樹脂絶縁を施
し巻線を巻いている構造のものではないため、着磁の際
の巻線９に係る衝撃を環状部材１２ｂ全体の樹脂壁１３
で受けることになるため着磁による応力を分散すること
が可能となる。つまり、着磁の際は、固定子鉄心１のあ
る特定の歯部３に巻かれた相の巻線９のみに着磁電流が
流れるため、この巻線９が巻かれている歯部３の樹脂絶
縁部には着磁により非常に大きな応力が集中することに
なるが、実施例の図６のような固定子鉄心１端部から飛
び出した巻線９の端部内径側全周に渡り環状部材１２ｂ
の樹脂壁１３で覆うことにより着磁による応力集中を分
散することができる。尚、実施例の図５の環状部材１２
ｂは、カシメピン１１ａにて固定子鉄心１の歯部３に取
り付けられているがこれに限定するものではない。

【００２３】以上のように固定子鉄心１の歯部３に環状
部材１２ａ、１２ｂを取り付けた実施の形態を示した
が、この環状部材１２ａ、１２ｂを固定子鉄心１に取り
付けるための固定子の製造方法を以下に説明する。固定
子鉄心１のスロット１０にはスロット絶縁を挿入する。
このスロット絶縁としては、樹脂で一体成形したものや
薄板の絶縁フィルムで形成したものを用いている。この
スロット絶縁が固定子鉄心１に施された後、スロットと
スロットにより挟まれた歯部３に直接巻線が巻かれる集
中巻方式により巻線９が巻かれている。また、固定子に
巻線９を装着する別の方法として、外部の巻線機により
巻かれた巻線を１つの固定子歯部を跨ぎ機械入れする方
法もある。この方法は一般にはインサータ方式と称して
いる。

【００２４】このように固定子鉄心１２ａ、１２ｂのス
ロット１０内に巻線９を装着させた後に、前記固定子端
面より飛び出ている巻線端部を成形治具等により固定子
外径側に拡張成形させる。ここでの拡張成形は固定子鉄
心の内径側に面した歯部端部に環状部材１２ａ、１２ｂ
を取り付けるために支障なく取り付けられる程度でよ
く、無理に拡張成形するものではないため巻線を傷つけ
ることも無い。言い換えるならば、固定子外径側へ少し
倒す程度でよい。

【００２５】次に、固定子鉄心１の内径側の歯部３端部
に設けた孔と環状部材１２ａ、１２ｂとをカシメピン１
１ａ等によりかしめ固定する。あるいは環状部材１２
ａ、１２ｂを固定する別の方法として歯部３端部に凹部
１１ｃ形状を設け、この凹部１１ｃに環状部材１２ａ、
１２ｂに設けた凸部１１ｂ等を圧入固着させ固定する。

【００２６】前記のように環状部材１２ａ、１２ｂを固
定子鉄心１に固定した後、前記拡張成形した巻線端部を
拡張成形する前の位置まで戻すことにより固定子を製造
することにより達成される。

【００２７】尚、図７は本発明の別の実施例である。図
７は主歯３ａ及び補歯３ｂを有し、主歯３ａに巻線９が
集中巻き方式により巻きつけられた固定子鉄心１に環状
部材１２ａを取り付けられている。図７は隣り合う異相
間を補歯３ｂにて確実に分けることができるため相間接
触による絶縁不良を生じることが無くなる。また外部の
巻線機により巻かれた巻線９を１つの主歯３ａを跨ぎ機
械入れする方法にて製作する場合、主歯３ａに直接巻線
を巻きつける方法より多くの巻線９を巻き付けることが
可能である。つまり、主歯３ａに直接巻線を巻きつける
方法では、ニードルの通る隙間を必ずスロット１０内部
に確保しなくてはならないが前記方法であればニードル
の通る隙間分より補歯３ｂの幅分を差し引いた隙間分に
更に巻線９を巻くことが可能となり電動機性能を向上さ
せることができ、また環状部材１２ａを取り付けること
により音、振動を低減することが可能となる。

【００２８】

【発明の効果】本発明は、電動機の固定子鉄心と回転子
鉄心との間に発生するリラクタンストルクを生じさせる
磁束を固定子の内径側に面した歯部端部を磁性材の環状
部材によって連結させることによって急激に発生する磁
束を逃がすことができるため滑らかな運転をすることが
可能となり音、振動を低減することができる。また、イ
ンバータ制御される永久磁石形電動機においてキャリア
周波数と共振し固定子鉄心の歯部自身の振動による音、
振動も強制的に抑えることができる。この場合の環状部
材としては磁性材及び非磁性材のどちらを用いてもよ
い。適宜選択することにより、より良い効果を得ること
ができる。

【００２９】特に、固定子の歯部に巻線が直接巻きつけ
られる集中巻き方式のものや、外部の巻線機により巻か
れた巻線を１つの固定子歯部を跨ぎ機械入れされた極数
が２ｎ（ｎは自然数）で、スロット数が３ｎ（ｎは自然
数）である電動機の固定子に適用することにより,より
良い効果を得ることができる。

【００３０】また、樹脂壁を有した環状部材とすること
により永久磁石形電動機をハウジングに組み込んだ後
に、この固定子巻線を着磁巻線として回転子を着磁して
も固定子と対向配置された回転子の磁気吸引力よって固
定子端面より飛び出した巻線端部が固定子内径に倒れ込
むのを防ぐことができる。

【００３１】この環状部材の取り付け方法としては、固
定子のスロット内に巻線を装着させた後に、固定子端面
より飛び出した巻線端部を固定子外径側に拡張成形した
後、環状部材にて固定子の歯部を連結させ、その後、前
記拡張成形した巻線端部を拡張成形する前の位置まで戻
した電動機の固定子の製造方法とすることにより達成す
ることができる。尚、本発明では、環状部材を固定子鉄
心の歯部端部にカシメピン等で固定したり、環状部材に
設けた凸部を固定子鉄心の歯部に設けた凹部に嵌め合わ
せて固定子する構造のものを用いたが、この構造のもの
に限定するものではなく環状部材が固定子歯部に取り付
けられる構造のものであれば良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す固定子端面の平面図に環
状部材を取り付けた図。

【図２】図１で説明した固定子の部分詳細図。

【図３】環状部材の別の取り付け形態を図１のＡ−Ａ
‘断面から見た部分詳細図。

【図４】図１に用いた環状部材の斜視図。

【図５】別の実施例を示す環状部材の斜視図。

【図６】図５の環状部材が取り付けられた形態を便宜上
図３と同様にして図１のＡ−Ａ‘断面から見た部分詳細
図。

【図７】別の実施形態を示す固定子端面の平面図に環状
部材を取り付けた図。

【図８】従来例を示す固定子端面の平面図。

【符号の説明】

１…固定子鉄心、２…継鉄部，３…歯部，３ａ…主歯、
３ｂ…補歯、４…回転子鉄心、５…永久磁石、６…空
隙、７…収容孔、８…軸孔、９…巻線、１０…スロッ
ト、１１ａ…カシメピン、１１ｂ…凸部、１１ｃ…凹
部、１２ａ、１２ｂ…環状部材、１３…樹脂壁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 光彦 愛知県名古屋市瑞穂区新開町11−９ シテ ィコーポ新開405 (72)発明者 金子 清一 三重県桑名郡木曽岬町栄68−４ (72)発明者 鈴木 光広 愛知県名古屋市緑区鳴海町字山ノ神72 Ｆターム(参考） 5H002 AA04 AB05 AC03 AC06 5H603 AA01 AA03 BB09 BB10 BB12 CA01 CA05 CB03 CB26 CC11 CC17 CD21 CD22 EE02 EE03 EE04 FA02 FA16 5H615 AA01 BB01 BB05 BB14 PP01 PP06 PP14 PP28 QQ02 SS04 SS09 SS19 SS20 TT26

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電動機の固定子のスロットに巻線を有す
   る電動機において、前記固定子の歯部を環状部材にて連
   結させたことを特徴とする電動機の固定子。
2. 【請求項２】 前記固定子の極数が２ｎ（ｎは自然数）
   で、スロット数が３ｎ（ｎは自然数）であることを特徴
   とする請求項１項記載の電動機の固定子。
3. 【請求項３】 前記環状部材の材質が磁性材であること
   を特徴とする請求項１及び２記載の電動機の固定子。
4. 【請求項４】 前記環状部材の材質が非磁性材であるこ
   とを特徴とする請求項１及び２記載の電動機の固定子。
5. 【請求項５】 前記環状部材が軸方向に伸びた樹脂壁を
   有することを特徴とする請求項４記載の電動機の固定
   子。
6. 【請求項６】 電動機の固定子のスロットに巻線を有す
   る電動機において、前記固定子のスロット内に巻線を装
   着させた後に、前記固定子端面より飛び出した巻線端部
   を固定子外径側に拡張成形した後、前記固定子の歯部を
   環状部材にて連結させた後、前記拡張成形した巻線端部
   を前記拡張成形する前の位置まで戻すことを特徴とする
   電動機の固定子の製造方法。