JP2004159476A - 交流電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの長さを長くすることなく、モータの発生するトルクを増大できる交流電動機を提供する。
【解決手段】薄板状の電磁鋼板を多数枚積層して構成された固定子鉄心１１を有する交流電動機において、固定子鉄心１１のティース１３の先端部に電磁鋼板を積層して構成された補助鉄心６０、および／または固定子鉄心の外周部１５に同じく電磁鋼板を積層して構成された補助鉄心６１を追加し、回転子の長さを補助鉄心１１の追加分だけ長くした。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、いわゆる交流電動機に関し、特にその固定子鉄心の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
産業用に使用される電動機として図８および図９に示すような交流電動機はよく知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
【非特許文献１】
雑誌「日経メカニカル」、１９９４年３月２１日号、ｐ．３６−４９
【０００４】
以下、従来の交流電動機について図８および図９を用いて具体的に説明する。
図８は交流電動機の横断面図を、図９は縦断面図をそれぞれ示している。
図８および図９において、１０は固定子、１１は固定子鉄心、１３はティース、１４はスロット、１５は外周部である。１２は電機子巻線、１７はコイルエンド、１６は絶縁材、１８はモールド樹脂である。２０は回転子、２１は永久磁石、２２は回転軸である。
４０は磁束の流れである。
固定子鉄心１１は電磁鋼板などの薄板材を多数枚積層して形成し、固定子鉄心１１の内側は放射状のティース１３となっている。ティース１３とティース１３の間をスロット１４と称し、そのスロットの内周面は、絶縁材１６で覆われている。スロット１４内に絶縁被覆電線を用いて巻装された電機子巻線１２が収められている。
電機子巻線１２が巻装された固定子１０は通常モールド樹脂１８により充填される。これは電機子巻線１２の固定のためと、電機子巻線１２に電流を流すことにより電機子巻線１２に発生するジュール熱を効率よく外部に放熱させるためである。
一方、固定子１０の内側空間に回転子２０が置かれる。回転子２０は回転軸２２の外周表面に永久磁石２１が固定されてなっている。回転子２０は、図示していない軸受を装着した、同じく図示していないブラケット２個１組により、両側から支えられている。
この電機子巻線１２に三相交流電流を流すことにより固定子１０の内側に回転磁界が発生し、この回転磁界と永久磁石２１が発生する磁界との相互作用により回転子２０を回転させている。
縦断面を示す図９において、１７がコイルエンドである。このコイルエンド１７はどのような巻線方式でもたいてい生じるものであるが、従来の交流電動機のコイルエンド１７は固定子鉄心１１から完全にはみ出した構造となっていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来技術による交流電動機の固定子では、コイルエンドが固定子鉄心から完全に、はみ出した構造となっている。そしてコイルエンドはトルクの発生には直接寄与していないため、なるべくコイルエンド部の寸法を小さく抑えることが望ましい。しかしながら、コイルエンドの寸法を小さく抑えることには限界がある。
一方、モータの発生するトルクは、固定子鉄心と永久磁石の長さが同じ場合には、固定子鉄心の長さすなわち電磁鋼板の積層厚に比例する。そのため、モータの発生するトルクを増大させる方法として、最も単純な方法は、固定子鉄心の長さを長くすること、すなわちモータの長さを長くすることである。
しかし、近年、交流電動機の更なる小型化が要望されており、モータの長さを長くすることなく、モータの発生するトルクを増大させることが要望されているものの、従来技術による交流電動機の固定子では、トルクの発生に直接寄与しないコイルエンド部の寸法が無駄に使われており、発生するトルクを増大させることに限界があった。
したがって本発明の目的は、上記課題を解決するもので、モータの長さを長くすることなく、モータの発生するトルクを増大できる交流電動機を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、請求項１記載の交流電動機の発明は、薄板状の電磁鋼板を多数枚積層して構成された固定子鉄心を有する交流電動機において、前記固定子鉄心のティース先端部および／または前記固定子鉄心の外周部に、積層電磁鋼板または鉄系金属塊で構成された補助鉄心を追加したことを特徴とする。
以上の構成の交流電動機によれば、従来コイルエンド部分として無駄に使われていた領域に補助鉄心を追加しているので巻線の寸法を長くすることはなく、しかも永久磁石からの磁束はこの補助鉄心を経由してティース中央部に収束するようになり、また電機子巻線によりティース中央部に発生した磁束は補助鉄心に沿って拡げられて最終的に永久磁石全面に作用するようになるので、補助鉄心を追加することにより等価的に固定子鉄心の積層厚の長さを長くすることができ、従ってモータの発生するトルクを大きくすることができる。
また、コイルエンドの近くに熱伝導率の大きい鉄心が置かれることから、放熱性も向上する。
さらに、補助鉄心を金属塊で構成すると、電磁鋼板で構成された補助鉄心と比較して、軸方向の磁束がより流れやすくなり、磁束を効率よくティース中央部に収束させることができる。
また、請求項２記載の交流電動機の発明は、内周側が薄肉連結部にて連結された放射状ティース部と、該放射状ティース部の外側に嵌合される円筒状の外周部との２分割鉄心構造で構成された固定子鉄心を有する交流電動機において、
前記ティース部のティース先端部の軸方向側面に、内周側が薄肉連結部にて円筒状に連結された補助鉄心を、および／または前記外周部の軸方向側面に、円筒状の補助鉄心を追加したことを特徴とする。
以上の構成の交流電動機によれば、上記効果に加えて、さらにティース先端部に追加される補助鉄心が内周側の薄肉連結部により円筒状に連結されているため、固定子内側への脱落の恐れがなくなり，機械的な強度が向上する。
さらに、請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の交流電動機において、前記固定子鉄心を、周方向ティース部ごとに分割された分割鉄心の集合構造で構成したことを特徴とする。
以上の構成の交流電動機によれば、１ｋＷ以上の中・大容量の交流電動機が得られることとなる。
そして、請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項記載の交流電動機において、回転子の軸方向長さを前記補助鉄心の追加分だけ長くしたことを特徴とする。
以上の構成の交流電動機によれば、回転子の軸方向長さは追加された補助鉄心の長さに一致するので、永久磁石からの磁束をより多く鎖交させることが可能となる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の交流電動機の各実施の形態を図に基づいて説明する。
図１〜図３は、本発明の第１の実施の形態に係る交流電動機の一例である。
図１は横断面図を、図２は縦断面図を、図３は図１の一部を拡大した斜視図を示す。
図１および図２において、１０は固定子、１１は固定子鉄心、１２は電機子巻線、１３はティース、１４はスロット、１５は外周部、１６は絶縁材である。１７（図２）はコイルエンド、１８（図２）はモールド樹脂である。２０は回転子、２１は永久磁石、２２は回転軸である。４０（図２）は磁束の流れである。６０および６１は本実施の形態によって設けられた補助鉄心である。
以下、図にしたがって具体的に各部の働きについて説明する。
固定子鉄心１１は電磁鋼板などの薄板材を多数枚積層して形成し、固定子鉄心１１の内側は放射状のティース１３となっている。ティース１３とティース１３の間をスロット１４と称し、そのスロットの内周面は絶縁材１６で覆われている。
スロット１４内には、絶縁被覆電線を用いて巻装された電機子巻線１２が収められている。電機子巻線１２は、通常ティース１３の直線部のみに巻装される。そのため、ティース先端部とティースの根元部すなわち固定子鉄心の外周部は、外側から露出した格好となっている。
本発明では、上記の固定子鉄心の露出した箇所、すなわち、ティース先端部に補助鉄心６０を、および／または固定子鉄心の外周部に補助鉄心６１を追加するようにしたものである。
【０００８】
図３は補助鉄心６０、６１の追加された固定子鉄心の一部斜視図を示している。図３では、理解し易くするために電機子巻線を省略している。図において、固定子鉄心のティース１３の先端部（図で下方）で軸方向の両端に、積層電磁鋼板で構成された補助鉄心６０を追加しているのが判る。
また、固定子鉄心の外周部１５で軸方向の両端に、積層電磁鋼板で構成された補助鉄心６１を追加しているのが判る。
このような構成にすることにより、従来コイルエンド部分として無駄に使われていた領域に補助鉄心６０、６１を追加しているので、巻線の寸法を長くすることはなく、永久磁石からの磁束はこの補助鉄心を経由してティース中央部に収束するようになる。
また、電機子巻線によりティース１３の中央部に発生した磁束は、補助鉄心６０、６１に沿って拡げられて最終的に永久磁石全面に作用するようになる。
従って、補助鉄心６０、６１を追加することにより等価的に固定子鉄心の積層厚の長さを長くすることができ、従ってモータの発生するトルクを大きくすることができる。
また、コイルエンドの近くに熱伝導率の大きい鉄心が置かれることから、放熱性も向上する。
【０００９】
以上の説明では、補助鉄心６０、６１として積層電磁鋼板を用いている説明をしているが、積層電磁鋼板の代わりに、鉄系の金属塊で構成したものを用いてもよい。
補助鉄心６０，６１を鉄系金属塊で構成すると、電磁鋼板で構成された補助鉄心と比較して、軸方向の磁束がより流れやすくなり、磁束を効率よくティース中央部に収束させることができる効果が得られる。
【００１０】
図３のような固定子鉄心に電機子巻線１２が巻装されて補助鉄心６０、６１が追加されて成る固定子１０はモールド樹脂１８（図２）により充填される。
モールド樹脂１８は、電機子巻線１２および補助鉄心６０、６１の固定のためと、電機子巻線１２に電流を流すことにより電機子巻線１２に発生するジュール熱を効率よく外部に放熱させる効果がある。
【００１１】
一方、固定子の内側に、回転軸２２の外周表面に永久磁石２１が固定された回転子２０が置かれる。回転子２０は、図示していない軸受を装着した、同じく図示していないブラケット２個１組により、両側から支えられている。回転子２０の長さ、すなわち、永久磁石２１の長さは、前記の補助鉄心６０を追加した分長くすることが望ましい。
前記の電機子巻線１２に三相交流電流を流すことにより固定子１０の内側に回転磁界が発生し、この回転磁界と永久磁石２１が発生する磁界との相互作用により回転子２０を回転させることとなる。
【００１２】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る交流電動機を図に基づいて説明する。
図４〜図６は、本発明の第２の実施の形態に係る交流電動機である。
図４は横断面図を、図５は縦断面図を、図６は図４の一部を拡大した斜視図を示す。
図４〜図６において、１０は固定子、１１は固定子鉄心、１２は電機子巻線、１３はティース、１４はスロット、１５は外周部、１６は絶縁材である。１７（図５）はコイルエンド、１８（図５）はモールド樹脂である。２０は回転子、２１は永久磁石、２２は回転軸である。４０（図５）は磁束の流れである。６１および６２は本実施の形態によって設けられた補助鉄心、６２ａは薄肉連結部である。
【００１３】
以下、図にしたがって具体的に各部の働きについて説明する。
固定子鉄心１１は、内周側が薄肉連結部１３ａにて連結された放射状のティース１３と、その外側に嵌合される円筒状の外周部１５のいわゆる２分割鉄心構造にて構成されている。ティース１３及び外周部１５は、それぞれ電磁鋼板などの薄板材を多数枚積層して構成されている。ティース１３のそれぞれには絶縁材１６を介して電機子巻線１２が巻装されている。すべてのティース１３に電機子巻線１２を装着した後、その外側に外周部１５が嵌合される。
電機子巻線１２は、通常はティース１３の直線部のみに巻装される。そのため、ティース先端部の側面及び外周部１５の側面は露出した格好となっている。
本実施の形態では、上記の固定子鉄心の露出した箇所、すなわち、ティース部１３のティース先端部の側面に補助鉄心６２、および外周部１５の側面に補助鉄心６１を追加するようにしたものである。補助鉄心６１，６２は、電磁鋼板などの薄板材を多数枚積層して構成されている。
また、補助鉄心６２の内周側が薄肉連結部６２ａにて円筒状に連結されている。
図６はティース先端部に補助鉄心６２を装着した状態の斜視図である。
図６では、わかりやすくするために、外周部１５と電機子巻線１２とを省略している。
補助鉄心６１，６２が装着された固定子１０はモールド樹脂１８により充填される。これは電機子巻線１２および補助鉄心６１、６２の固定のためと、電機子巻線１２に電流を流すことにより電機子巻線１２に発生するジュール熱を効率よく外部に放熱させるためである。
一方、固定子１０の内側に、回転軸２２の外周表面に永久磁石２１が固定された回転子２０が置かれる。回転子２０は、図示していない軸受を装着した、同じく図示していないブラケット２個１組により、両側から支えられている。
回転子２０の長さ、すなわち、永久磁石２１の長さは、前記の補助鉄心６１，６２を追加した分だけ長くすることが望ましい。
前記の電機子巻線１２に三相交流電流を流すことにより固定子１０の内側に回転磁界が発生し、この回転磁界と永久磁石２１が発生する磁界との相互作用により回転子２０を回転させている。
【００１４】
第２の実施の形態で示された交流電動機によれば、従来コイルエンド部分として無駄に使われていた領域に補助鉄心を追加しているので、巻線の寸法を長くすることはなく、永久磁石からの磁束はこの補助鉄心を経由してティース中央部に収束するようになる。また、電機子巻線によりティース中央部に発生した磁束は、補助鉄心に沿って拡げられて最終的に永久磁石全面に作用するようになる。従って、補助鉄心を追加することにより等価的に固定子鉄心の積層厚の長さを長くすることができる。従って、モータの発生するトルクを大きくすることができる。
また、コイルエンドの近くに熱伝導率の大きい鉄心が置かれることから、放熱性も向上する。
さらに、ティース先端部に追加される補助鉄心は、内周側の薄肉連結部により，円筒状に連結されているため、固定子内側への脱落の恐れがなくなり，機械的な強度が向上する。
【００１５】
図７は、本発明の第２の実施形態に係る交流電動機の変形例である。
図７は横断面図を示す。図７中の符号で図４〜図６の符号と同一のものは図４〜図６のものと同一であるためその説明を省略する。図７において、１１’は固定子鉄心で、図４のそれと若干異なり、周方向ティース部ごとに複数個に分割された分割鉄心の集合構造で構成されているのが特徴である。
第２の実施形態と同様に、ティース１３の先端部の軸方向側面に補助鉄心６２が装着され、および固定子鉄心の外周部１５の軸方向側面に補助鉄心６１が装着される。
このような第２の実施形態の変形例で示された交流電動機によれば、第２の実施形態で示された交流電動機と同様に、モータの長さを長くすることなく、等価的に固定子鉄心の積層厚を長くすることができる。従って、モータの発生するトルクを大きくすることができる。
また、コイルエンドの近くに熱伝導率の大きい鉄心が置かれることから、放熱性も向上する。
さらに、ティース先端部に追加される補助鉄心は、内周側の薄肉連結部により、円筒状に連結されているため、固定子内側への脱落の恐れがなくなり、機械的な強度が向上する。
第１および第２の実施形態で示された２分割鉄心構造を基にした構造は、約１ｋＷ以下の比較的小容量の交流電動機に適しており、第２の実施形態の変形例で示された周方向ティース部ごとの分割鉄心構造を基にした構造は、２分割鉄心構造では製造が困難であった１ｋＷ以上の中・大容量の交流電動機に適している。そして、上記第１および第２の実施形態とその変形例における交流電動機において、回転子の軸方向長さを補助鉄心の追加分だけ長くするとよい。このようにすることで、回転子の軸方向長さが、追加された両補助鉄心の長さ間隔に一致することとなり、永久磁石からの磁束をより多く鎖交させることが可能となる。
【００１６】
【発明の効果】
以上述べたように、請求項１記載の交流電動機の発明によれば、薄板状の電磁鋼板を多数枚積層して構成された固定子鉄心を有する交流電動機において、前記固定子鉄心のティース先端部および／または前記固定子鉄心の外周部に、積層電磁鋼板または鉄系金属塊で構成された補助鉄心を追加したことを特徴とするので、従来コイルエンド部分として無駄に使われていた領域に補助鉄心を追加して巻線の寸法を長くすることなく、しかも永久磁石からの磁束はこの補助鉄心を経由してティース中央部に収束するようになり、また電機子巻線によりティース中央部に発生した磁束は補助鉄心に沿って拡げられて最終的に永久磁石全面に作用するようになるので、補助鉄心を追加することにより等価的に固定子鉄心の積層厚の長さを長くすることができ、従ってモータの発生するトルクを大きくすることができる。
また、コイルエンドの近くに熱伝導率の大きい鉄心が置かれることから、放熱性も向上する。
さらに、補助鉄心を金属塊で構成すると、電磁鋼板で構成された補助鉄心と比較して、軸方向の磁束がより流れやすくなり、磁束を効率よくティース中央部に収束させることができる。
また、請求項２記載の交流電動機の発明によれば、内周側が薄肉連結部にて連結された放射状ティース部と、該放射状ティース部の外側に嵌合される円筒状の外周部との２分割鉄心構造で構成された固定子鉄心を有する交流電動機において、前記ティース部のティース先端部の軸方向側面に、内周側が薄肉連結部にて円筒状に連結された補助鉄心を、および／または前記外周部の軸方向側面に、円筒状の補助鉄心を追加したので、上記効果に加えて、さらにティース先端部に追加される補助鉄心が内周側の薄肉連結部により円筒状に連結されているため、固定子内側への脱落の恐れがなくなり，機械的な強度が向上する。
さらに、請求項３記載の発明によれば、請求項１または２記載の交流電動機において、前記固定子鉄心を、周方向ティース部ごとに分割された分割鉄心の集合構造で構成したので、１ｋＷ以上の中・大容量の交流電動機が得られることとなる。
そして、請求項４記載の発明によれば、請求項１〜３のいずれか一項記載の交流電動機において、回転子の軸方向長さを前記補助鉄心の追加分だけ長くしたので、回転子の軸方向長さが、追加された両補助鉄心の長さ間隔に一致することとなり、永久磁石からの磁束をより多く鎖交させ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の実施の形態に係る交流電動機の横断面図である。
【図２】図１の交流電動機の縦断面図である。
【図３】図１の１ティース分のみを拡大した斜視図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る交流電動機の横断面図である。
【図５】図４の交流電動機の縦断面図である。
【図６】図４のティース先端部を拡大した斜視図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る交流電動機の変形例の横断面図である。
【図８】従来の交流電動機を示す横断面図である。
【図９】図８の交流電動機を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１０ 固定子
１１ 固定子鉄心
１２ 電機子巻線
１３ ティース
１３ａ 薄肉連結部
１４ スロット
１５ 外周部
１６ 絶縁材
１７ コイルエンド
１８ モールド樹脂
２０ 回転子
２１ 永久磁石
２２ 回転軸
４０ 磁束の流れ
６０、６１、６２ 補助鉄心
６２ａ 薄肉連結部

Claims (4)

1. 薄板状の電磁鋼板を多数枚積層して構成された固定子鉄心を有する交流電動機において、
   前記固定子鉄心のティース先端部および／または前記固定子鉄心の外周部に、積層電磁鋼板または鉄系金属塊で構成された補助鉄心を追加したことを特徴とする交流電動機。
2. 内周側が薄肉連結部にて連結された放射状ティース部と、該放射状ティース部の外側に嵌合される円筒状の外周部との２分割鉄心構造で構成された固定子鉄心を有する交流電動機において、
   前記ティース部のティース先端部の軸方向側面に、内周側が薄肉連結部にて円筒状に連結された補助鉄心を、および／または前記外周部の軸方向側面に、円筒状の補助鉄心を追加したことを特徴とする交流電動機。
3. 前記固定子鉄心を、周方向ティース部ごとに分割された分割鉄心の集合構造で構成したことを特徴とする請求項１または２記載の交流電動機。
4. 回転子の軸方向長さを前記補助鉄心の追加分だけ長くしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の交流電動機。

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