JP2005253198A - 電動機又は発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】
コイルエンドに対峙するブラケットに渦電流が発生することを抑止し、ステータの回転軸の支持間隔を小さくし、電動機又は発電機の高速化に対応すると共に渦電流の発生によるエネルギロスを低減する。
【解決手段】
モータステータ２を具備するケース１内にロータ７が設けられ、該ロータがケース端部のブラケット５に支持され、前記モータステータ端部のコイルエンド９に対峙する前記ブラケットの面に渦電流抑止手段１５が設けられた。
【選択図】 図１

Description

本発明は電動機又は発電機、特に高速回転する電動機又は発電機に関するものである。

電動機又は発電機（以下電動機と称する）の高速回転化を図る手段の１つとして、ロータの支持間隔を短縮し、危険速度を大きくすることが挙げられる。又、電動機の小型化を図り、効率の向上を考慮すると、発熱量を低減することが必要となる。

図７に於いて、従来の電動機について概略断面図にて説明する。

図７は誘導電動機を示しており、図中、１は円筒状の中空部が形成されたケースであり、該ケース１内部に中空円筒状のモータステータ２が同心に設けられている。該モータステータ２はリング状の積層板３が軸芯方向に多数重合されて形成され、又前記モータステータ２には軸芯方向に沿って平行な溝（スロット）（図示せず）が形成されており、該スロットに埋込まれる様にステータ側励磁コイル４が設けられる。該ステータ側励磁コイル４は、軸芯と平行な部分がスロットに嵌込まれ、スロットから外れた位置で折返され他のスロットに再び嵌込まれる様になっている。

前記ケース１の両端に非磁性金属製のブラケット５が固着され、該ブラケット５に軸受６を介してロータ７の回転軸８が支持されている。

前記ステータ側励磁コイル４にインバータを介して高周波励磁電流を通電することで、前記ステータ側励磁コイル４により回転磁界が生成され、前記ロータ７側に該回転磁界に対応した磁界が生成されることで、前記ロータ７が前記回転磁界に追従して回転する。

上記した電動機に於いて、前記ステータ側励磁コイル４には構造上前記モータステータ２から飛出した部分（コイルエンド９）が形成され、該コイルエンド９に周方向の電流が流れることで、回転に寄与しない漏れ磁束１１が発生し、該漏れ磁束１１により前記ブラケット５には図８に示される様に、周方向の渦電流１２が発生する。

前記ブラケット５に発生する渦電流１２は、前記ブラケット５と前記コイルエンド９が接近する程大きく、又前記ステータ側励磁コイル４に通電する励磁電流の周波数が高くなる程大きくなる。電気抵抗を有する前記ブラケット５に渦電流１２が発生することで、前記ブラケット５が発熱する現象が現れる。

本発明者は、前記ブラケット５が発熱すること、発熱の原因が該ブラケット５に発生する渦電流１２に起因することを確認した。

この為、従来の電動機では、ブラケット５に発生する渦電流１２を減少させる為、コイルエンド９と前記ブラケット５間に所定以上の間隙を形成し、該ブラケット５の発熱を抑制している。

上記した様に、前記ロータ７を高速で回転する為には前記回転軸８の支持間隔を小さくして危険速度を大きくする必要があるが、従来の電動機では前記コイルエンド９と前記ブラケット５間の間隙を所定値以上とする必要がある為、回転軸８の支持間隔を小さくすることができず、電動機の高速化の障害となっていた。

尚、渦電流の発生を低減し、回転軸の長さを短くすることを目的とした電動機として特許文献１に示されるものがある。該特許文献１はロータに発生する渦電流を低減するものであり、ブラケット５に発生する渦電流を考慮したものではない。

特開平１１−３２５０７３号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、コイルエンドに対峙するブラケットに渦電流が発生することを抑止し、ステータの回転軸の支持間隔を小さくし、電動機又は発電機の高速化に対応すると共に渦電流の発生によるエネルギロスを低減しようとするものである。

本発明は、モータステータを具備するケース内にロータが設けられ、該ロータがケース端部のブラケットに支持され、前記モータステータ端部のコイルエンドに対峙する前記ブラケットの面に渦電流抑止手段が設けられた電動機又は発電機に係るものである。

又本発明は、前記渦電流抑止手段は、溝等の凹部である電動機又は発電機に係り、又前記渦電流抑止手段は、凸部である電動機又は発電機に係り、又前記渦電流抑止手段は、放射状に形成された溝である電動機又は発電機に係るものである。

本発明によれば、モータステータを具備するケース内にロータが設けられ、該ロータがケース端部のブラケットに支持され、前記モータステータ端部のコイルエンドに対峙する前記ブラケットの面に渦電流抑止手段が設けられたので、ブラケットに惹起される渦電流を抑止でき、渦電流の発生によるエネルギロスを低減でき、ステータの回転軸の支持間隔を小さくでき、電動機又は発電機の高速化に対応が可能となる等の優れた効果を発揮する。

以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。

図１は本発明に係る電動機の概略断面図を示しており、図１中、図７中で示したものと同等のものには同符号を付し、説明の詳細は省略する。

中空部のケース１にはモータステータ２が同心に設けられ、該モータステータ２にはステータ側励磁コイル４が設けられ、該ステータ側励磁コイル４のコイルエンド９が前記モータステータ２の端部に露出して形成される。

前記ケース１の両端に非磁性金属製のブラケット５が固着され、ロータ７の回転軸８は軸受６を介して前記ブラケット５に回転自在に支持されている。

前記ステータ側励磁コイル４にインバータを介して高周波励磁電流が通電され、前記ロータ７が回転される。

図２、図３に示される様に、前記ブラケット５の前記コイルエンド９に対峙する面には、所要角度の間隔で渦電流遮断溝１５が放射状に刻設されている。前記コイルエンド９の漏れ磁束１１で発生し惹起される渦電流１２は、前記ブラケット５の表皮を流れることが分っている。前記渦電流遮断溝１５の深さは、前記渦電流１２の流れる深さ以上となっており、下記式（１）で与えられる深さδ以上となっていればよく、例えば０．５ｍｍ乃至１ｍｍ程度の溝でも効果がある。尚、渦電流遮断溝１５は前記ブラケット５を厚み方向に貫通するものでもよい。

δ≧０．２×√｛１／（π・ｆ・μ・σ）｝…（１）
（ｆ：電流周波数、μ：ブラケット材の透磁率、σ：ブラケット材の電気伝導率）

又、前記渦電流遮断溝１５の数を増やすことで、渦電流１２の遮断効果が増大する。

図４は、前記ステータ側励磁コイル４に１８０Ａの励磁電流を通電し、前記ブラケット５と前記コイルエンド９間の間隙を４ｍｍとした場合のケースの発生損失［Ｗ］について解析した結果を示している。

図中、縦軸はケースの発生損失［Ｗ］、横軸は励磁周波数［Ｈｚ］を示しており、溝の数を０，４，８，１６，２４の場合について励磁周波数とケースの発生損失［Ｗ］との関係を示しており、ケースの発生損失［Ｗ］は励磁周波数の増大と共に増加しているが、溝を設けることで、又溝の数を増やすことで、ケースの発生損失［Ｗ］が減少することが分る。例えば、溝の数を２４本とすることで、溝が無い場合のケースの発生損失［Ｗ］は略半分近く迄大きく減少している。

上述した様に、前記渦電流遮断溝１５が設けられることで、該渦電流遮断溝１５に発生する渦電流を抑制でき、前記ブラケット５の発熱が抑制され、ケースの発生損失が低減する。従って、電動機の効率を向上できると共に前記ブラケット５と前記コイルエンド９間の間隙を少なくでき、前記回転軸８の支持間隔を小さくでき、電動機の高速回転に対応可能となる。

尚、前記ブラケット５に流れる渦電流を遮断、或は流れ難くする渦電流抑止手段としては、上記放射状に形成した渦電流遮断溝１５に限られるものではなく、図５に示される様に、半円、円弧状の溝１６でもよく、或は図６に示される様に適宜の分布で設けられた円形の凹部１７、長孔の凹部１８でもよい。更に、格子状に形成した溝でもよい。又、サンドブラスト等の加工により表面に凹凸を形成してもよい。又、前記ブラケット５に形成するものは凹部に限らず、放射状、円弧状等所要の状態に突条を形成し、或は多数の突起を設ける等してもよい。

本発明の実施の形態を示す概略断面図である。 該実施の形態に於ける電動機のブラケットの側面図である。 該実施の形態に於ける電動機のブラケットとコイルエンドの関係を示す模式図である。 前記ブラケットに設けられる溝の効果を示す線図である。 前記ブラケットに設けられる溝の他の例を示す説明図である。 前記ブラケットに設けられる凹部の例を示す説明図である。 従来の電動機を示す概略断面図である。 該電動機のブラケットに発生する渦電流を示す説明図である。

符号の説明

１ ケース
２ モータステータ
３ 積層板
４ ステータ側励磁コイル
５ ブラケット
６ 軸受
７ ロータ
８ 回転軸
９ コイルエンド
１１ 漏れ磁束
１２ 渦電流
１５ 渦電流遮断溝
１６ 円弧状の溝
１７ 円形の凹部
１８ 長孔の凹部

Claims (4)

1. モータステータを具備するケース内にロータが設けられ、該ロータがケース端部のブラケットに支持され、前記モータステータ端部のコイルエンドに対峙する前記ブラケットの面に渦電流抑止手段が設けられたことを特徴とする電動機又は発電機。
2. 前記渦電流抑止手段は、溝等の凹部である請求項１の電動機又は発電機。
3. 前記渦電流抑止手段は、凸部である請求項１の電動機又は発電機。
4. 前記渦電流抑止手段は、放射状に形成された溝である請求項１の電動機又は発電機。

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