JP5507759B2 - 径方向に磁気回路を有するスロットレス非結晶鉄合金電気装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電気装置の製造に用いられる磁気回路部品に関し、特に、電機子巻線及び磁気材料に特徴があるステータ又はロータに関する。

非結晶鉄合金材料は、高温溶融状態下で活性状態にある金属原子が、急冷によって所定の結晶規則に従った配列が間に合わずに形成されることにより、間延びした無秩序構造を有するものである。非結晶鉄合金材料は、従来のケイ素鋼と比べると、透磁率が高い、抵抗が大きい、渦電流損失が小さい、高周波数特性が優れる等といった利点を有する。

しかし、その加工性が悪く、シート状にプレスし難くいし、体積の大きいものは研削加工も行い難い。従来、電気装置には発電機と電動機とがあり、これらはケーシングと、端板と、ステータと、ロータと電気装置軸とを備えている。ステータはケーシング内に固定されている。また、ロータは電気装置軸に固定されてステータ内に配置され、ステータとの間にエアギャップが形成されている。

さらに、電気装置軸は、ステータコアを貫通し、ケーシングと端板とで所定位置に回転可能に取り付けられている。ステータは、ステータコアとステータ巻線とからなる。一般的には、ステータコアは、ケイ素鋼などの軟磁性体がプレス積層されてなる。ステータコアは、その内側に軸方向に延びるスロットを有し、ステータ巻線は、スロットに嵌め込まれている。

電気装置の損失のうち、鉄損は大きな比率を占めている。これらの損失は熱を発する形で消耗されるため、エネルギーの再生ができない。同時に、電気装置の温度が高くなり、電気装置の効率が低減される。

電気装置での鉄損の低減は、電気装置の設計目標の一つであり、電気装置の研究開発の方向は、ケイ素鋼シートの代わりに、高透磁率、高抵抗、小渦電流損失の新材料を用いることにある。

ＣＮ １８７４１１３Ａ ＣＮ ２８９１４５０Ｙ

従来、非結晶鉄合金材料の電気装置が採用されている。中国の特許出願（公開番号ＣＮ １８７４１１３Ａ、発明の名称「非結晶材料の新型電動機」）のように、そこでのステータコアは、円筒状の非結晶材料ケーシングと、ケイ素鋼シートが積層された極柱と、を接合することでスロットが形成されている。ステータは、ステータ巻線をスロット内に嵌め込むことで形成されている。電気装置のステータコアには部分的に非結晶材料が用いられている。

このような混合材料のコアを有する電気装置は、そのロータが依然として従来の構造を有し、ステータコアに２種類の材料が用いられ、２つの部材がそれぞれ作製された後に接合されるので、構造や作製工程が複雑になる。

また、スロットを有するため、スロット効果による電気装置の電磁ノイズやスロットの損失は依然として克服されていない。

一方、スロット効果による欠陥を克服するスロットレス電気装置、例えば特許出願（公開番号ＣＮ ２８９１４５０Ｙ、発明の名称「高出力永久磁石ブラシレススロットレス電動機」）に開示される技術によると、そこでのステータコアは、依然として従来のケイ素鋼シートを積層してなり、ロータは、従来材料のコアとコア周辺の永久磁石とからなる。ケイ素鋼シートは、透磁率、抵抗、渦電流損失や高周波特性などの点において固有の欠点を有するため、高効率の電気装置を製造することができない。

本発明は、これら従来の欠点を克服して、径方向に磁気回路を有するスロットレス非結晶鉄合金電気装置を提供することにある。この電気装置は、渦電流損失が小さく、高周波特性が良好で、電磁ノイズが低い、スロット損失がない、效率が高い、パワー密度が大きい、材料利用率が高い、といった利点を有する。また、本発明は、径方向に磁気回路を有するスロットレス非結晶鉄合金電気装置の製造方法を提供することにある。

本発明において、前記の課題を解決するための解決手段は以下の通りである。

本発明は、ロータの種類によって、インナーロータ型の電気装置又はアウターロータ型の電気装置を構成することができる。

本発明は、インナーロータ型の電気装置に適用される場合、径方向に磁気回路を有するスロットレス非結晶鉄合金電気装置であって、ケーシングと、端板と、ステータと、ロータと、電気装置軸とを備え、端板は、ケーシング端部に装着されてケーシングと共に電気装置軸を位置決めし、ステータは、ケーシング内に固定され、ロータは、電気装置軸に固定されてステータ内に配置され、ロータとステータとの間に径方向のエアギャップが形成されている。電気装置軸及びそこに固定されるロータは、ステータの内キャビティを貫通して、ケーシングと端板とで、所定位置に回転可能に取付けられている。ステータは、ステータコアとステータ巻線とを備えている。前記ステータコアは、非結晶鉄合金テープを巻回してなる円筒状部材である。前記ステータ巻線は、全体が円筒状であり、ステータコアの内周面に固定されている。ステータ巻線の内壁に、軸方向の長さが同じ金属補強スリーブが固定され、その内周面とロータの外周面との間に、径方向のエアギャップが形成されている。

本発明において、ステータ巻線は、ステータコアの内壁に直接固定されてもよく、金属補強スリーブはステータ巻線の内壁に直接固定されてもよい。

本発明において、ステータコアの内壁には第１絶縁ボビンが取り付けられてもよい。また、第１絶縁ボビンの本体は円筒状であり、その一方の端面は環状の径方向フランジを有し、２つの同じ第１絶縁ボビンは、それぞれフランジの設けられていない一端がステータコア内のキャビティの両端から嵌入され互いに突き合わされるとともに、ステータコアの内壁に固定されている。さらに、２つの第１絶縁ボビンの端面における環状の径方向フランジはステータコア内のキャビティの両端部にそれぞれ接している。

本発明において、ステータ巻線内のキャビティには、円筒状の第２絶縁ボビンが固定されている。また、第２絶縁ボビンの軸方向長さは、ステータ巻線と同じであり、第２絶縁ボビンの内壁は、金属補強スリーブの外周面に固定されている。

各絶縁ボビンの構造によって、ステータ巻線の安定性や絶縁性を高めることができる。
従って、本発明におけるステータ巻線は「ステータコアの内周面に固定されており」、ステータ巻線は、ステータコアの内壁に直接固定されてもよく、第１絶縁ボビンの内壁に固定されて、第１絶縁ボビンはさらにステータコアの内壁に固定されてもよい。「固定」は、接着剤を用いて固定することを含んでおり、接着固定用の接着剤は、使用温度が、電気装置の温度の上限を超えない接着剤であれば何でもよい。

本発明における径方向に磁気回路を有するスロットレス非結晶鉄合金電気装置は、ブラシレスの直流電気装置又は交流同期電気装置であり、直流又は交流の電動機又は発電機を含む。また、交流非同期電気装置であってもよい。

本発明におけるロータは、ロータコアと永久磁石とを備え、ロータコアは、例えばケイ素鋼シートなどの通常の材料を積層したものであってもよい。又は、ロータコアは非結晶鉄合金材料からなる中空の円柱状構造体であって、その径方向の外周面は永久磁石に合っており、永久磁石はロータコアの外周面に嵌合又は被せて固定されている。ロータコアの内壁には、電気装置軸に連結するためのキー溝が形成されている。永久磁石は、ネオジム・ホウ素・鉄の高磁気能合金、あるいはストロンチウム若しくはバリウムのフェライトである。

永久磁石が、中空の円柱状であって、磁化により円周面に複数の磁極が形成された円筒状である場合、ロータコアの外周面は円柱状に形成され、その外径は円筒状の永久磁石の内径に合っているため、円筒状の永久磁石は、ロータコアに直接被せて固定されている。

永久磁石が、偶数の、断面瓦状の帯状体又は断面Ｖ字状の帯状中実体である場合には、ロータコアの外周面に、同数の、各永久磁石の断面形状に沿う軸方向凹溝が形成されており、各永久磁石が各軸方向凹溝に嵌合して固定されている。軸方向凹溝が、あり溝であり、永久磁石が、それに対応した構造を有してもよい。

本発明は、交流非同期電気装置に適用される場合、ロータは、ロータコア及びその表面のかご形部材を備える。ロータコアは、電気装置軸に装着されており、かご形部材は、ロータコアの外周面に固定されている。ロータコアは、例えばケイ素鋼シートなどの通常の材料を積層したものであってもよい。又は、ロータコアは、非結晶鉄合金材料からなる中空の円柱状構造体であって、その径方向の外周面は、銅バー又はアルミバーの形状に合っており、これら銅バー又はアルミバーは、ロータコアの外周面に嵌合して、両端部の銅又がアルミのリングによって固定されていてもよい。ロータコアの内壁にも電気装置軸に連結するためのキー溝が形成されている。

本発明が、アウターロータ型の電気装置に適用される場合には、径方向に磁気回路を有するスロットレス非結晶鉄合金電気装置は、ステータと、ステータの外側に配置されたアウターロータと、取付け用の電気装置軸と、ケーシングと、左右の端板と、永久磁石とを備えている。永久磁石はケーシングの内壁に固定され、左右の端板は、それぞれケーシングの左右端部に固定され、アウターロータは、電気装置軸に回転可能に取り付けられている。ステータコアとステータ巻線とを備えたステータは、電気装置軸に固定されている。ステータコアは、非結晶鉄合金材料からなる中空の円柱状構造を有している。ステータ巻線は、全体が円筒状であり、ステータコアの外周面に固定されている。また、ステータ巻線の径方向の外周面には、金属補強スリーブが設けられ、金属補強スリーブの外周面とアウターロータの内周面との間に、径方向のエアギャップが形成されている。永久磁石は、偶数の帯状体をなして、ケーシングの内周面に嵌合されている。あるいは、中空の円柱状をなして、ケーシングの内周面に直接固定されている。ケーシングは、鋼板を巻いてなるか、又は鋼管で直接作製されている。

本発明において、ステータコアに用いられる非結晶鉄合金材料は、非結晶鉄合金テープを巻回してなる市販の型材である。

本発明において、ロータコアは、非結晶鉄合金テープを巻回してなる市販の型材の半加工品を加工したものである。

本発明において、ステータ及びロータの径方向の磁気回路の半加工品として、非結晶鉄合金テープを巻回してなる型材を同時に用いてもよい。

本発明は、インナーロータ型の電気装置に対して、径方向に磁気回路を有するスロットレスの非結晶鉄合金電気装置の製造方法を提供する。

その製造方法は、次の各工程を含む。

ａ．準備工程：非結晶鉄合金テープを巻回してなる中空の円柱状型材を、ステータコア及びロータコアの半加工品として用いる。

ｂ．ステータの作製工程：巻回してステータ巻線を形成し、その後、ステータ巻線が必要とする形状及び寸法となるように整形するとともに、以下のいずれか一つの工程を選択的に行う。

ｂ１．ステータ巻線に第２絶縁ボビンが用いられる場合には、第２絶縁ボビンをステータ巻線の内周面に固定した後、金属補強スリーブを第２絶縁ボビンの内壁に固定する。

ｂ２．ステータ巻線に第２絶縁ボビンが用いられない場合には、ステータ巻線の内周面を金属補強スリーブに直接に固定する。

さらに、以下のいずれか一つの工程を選択的に行う。

ｂ３．ステータコア内に第１絶縁ボビンが用いられる場合には、第１絶縁ボビンをステータコアの内壁に固定するとともに、ステータ巻線の外周面を第１絶縁ボビンの内壁に固定して、ステータを作製する。

ｂ４．ステータコア内に第１絶縁ボビンが用いられない場合には、ステータ巻線をステータコアの内壁に直接固定して、ステータを作製する。

ｃ．ロータの作製工程：ロータコアとして用いられる、非結晶鉄合金テープを巻回してなる、中空の円柱状型材の半加工品における内壁に、電気装置軸に連結するためのキー溝を形成するとともに、以下のいずれか一つの工程を選択的に行う。

ｃ１．永久磁石が、中空の円柱状であって、磁化により円周面に複数の磁極が形成された円筒状である場合には、ロータコアの型材の半加工品の外周面が円柱状であるため、ロータコアを円筒状の永久磁石内に直接嵌合して固定することにより、ロータを作製する。

ｃ２．永久磁石が、偶数の、断面瓦状の帯状体又は断面Ｖ字状の帯状中実体である場合には、ロータコアの外周面に、各永久磁石の断面形状に合った軸方向凹溝を同数形成し、各永久磁石を各軸方向凹溝に嵌合して固定することにより、ロータを作製する。

ｃ３．ロータが、かご形構造体である場合には、ロータコアの外周面に、かご形構造体の軸方向の銅バー又はアルミバーの形状に合った軸方向溝を形成し、かご形構造体の銅バー又はアルミバーをロータコアの外周面に嵌合して両端部の銅又はアルミのリングによって固定する。

ｄ．通常の操作方法で、ステータをケーシング内に装着するとともに、ロータを電気装置軸に装着して、これら２つの部材を作製する。

ｅ．全体の組立工程：通常の操作方法で、電気装置の全体を組み立てる。

本発明は、アウターロータ型の電気装置に対して、径方向に磁気回路を有するスロットレスの非結晶鉄合金電気装置の製造方法を提供する。その製造方法は、次の各工程を含む。

ａ．準備工程：非結晶鉄合金テープを巻回してなる中空の円柱状型材をステータコアの半加工品として用いる。

ｂ．ステータの作製工程：ステータコアの内孔面に、電気装置軸に連結するためのキー溝を形成し、巻回してステータ巻線を形成し、その後、ステータ巻線が必要とする形状及び寸法となるように整形し、ステータ巻線の外周面を金属補強スリーブに固定し、ステータ巻線をステータコアの外周面に装着して固定し、ステータコアと電気装置軸とを、キー溝により連結して固定し、電気装置軸に２つの軸受を装着することにより、ステータを作製する。

ｃ．ロータの作製工程：永久磁石を、偶数の帯状体、又は中空の円柱状に形成し、鋼板を巻いてケーシングを形成するか、又は、鋼管をそのままケーシングとして用い、ケーシングの内壁を、そこに固定される永久磁石に合った形状に形成し、永久磁石をケーシングの内壁に嵌め込んで固定することにより、ロータを作製する。

ｄ．通常の操作方法で、電気装置の全体を組み立てる。

従来の技術と比較して、本発明における径方向に磁気回路をするスロットレス非結晶鉄合金電気装置及びその製造方法による有益な効果は、下記の通りである。

１．非結晶鉄合金材料が、ステータの径方向の磁気回路の材料として用いられるため、電気装置の体積が効率的に縮小され、損失が低減され、効率が高められる。また、ステータは、ティースやスロットが無い設計となっているので、スロットの加工の難しさが低減され、工数が減少される。そのため、コストが大幅に削減され、電気装置のスロット効果がなくなり、電磁ノイズが低減され、電気装置の動作性能が高められる。

２．非結晶鉄合金材料は、ロータの径方向の磁気回路の材料に用いてもよいので、電気装置の体積がさらに縮小され、損失がさらに低減され、効率がさらに高められる。

３．渦電流損失が小さく、高周波数特性が優れ、電磁ノイズが低く、効率が高く、パワー密度が大きいため、高効率で省エネルギーの電気装置となる。電気装置の変換効率は、従来の電気装置の９５％から９７％又はそれ以上に高まり、予想外の効果が得られ、ビジネスにおいて容易に成功することができる。

図１は、本発明の「径方向に磁気回路を有するスロットレス非結晶鉄合金電気装置及びその製造方法」の好ましい実施例の全体を示す正投影の縦断面模式図である。 図２は、好ましい実施例におけるロータ３の構造を示す縦断面模式図である。 図３は、好ましい実施例におけるロータコア３１及び永久磁石３２の組み立て状況を示す横断面模式図である。 図４は、図３のＡ−Ａ線の断面図である。 図５は、好ましい実施例におけるロータコア３１を示す縦断面模式図である。 図６は、図５の左側面図である。 図７は、好ましい実施例におけるステータ２の全体構造を示す横断面模式図である。 図８は、図７の左側面の縦断面模式図である。 図９は、ステータコア２１を示す横断面模式図である。 図１０は、図９の左側面の縦断面模式図である。 図１１は、第１絶縁ボビン２３の構造を示す縦断面模式図である。 図１２は、２つの第１絶縁ボビン２３が接着された後のステータコア２１の構造を示す縦断面模式図である。 図１３は、第２絶縁ボビン２４の構造を示す縦断面模式図である。 図１４は、本発明をアウターロータ型の電気装置に適用した場合での実施例全体の構造を示す正投影の縦断面模式図である。

以下、本発明について図面を参照して詳細に説明する。

本発明は、ロータの種類によって、インナーロータ型の電気装置又はアウターロータ型の電気装置を構成することができる。

本発明がインナーロータ型の電気装置に適用される場合として、図１に、その径方向に磁気回路を有するスロットレス非結晶鉄合金電気装置を示す。この電気装置は、ケーシング１と、端板４と、ステータ２と、ロータ３と、電気装置軸６とを備える。

端板４は、ケーシング１の端部に装着され、ケーシング１と共に電気装置軸６の取付位置を決定する。ステータ２は、ケーシング１内に取り付けられて固定される。ロータ３は、電気装置軸６に取り付けられて固定され、ステータ２内に配置される。ロータ３とステータ２との間には、径方向のエアギャップ５が形成される。

電気装置軸６及びそこに固定されたロータ３は、ステータ２内のキャビティを貫通して、ケーシング１と端板２とで所定位置に回転可能に取付けられる。例えば、電気装置軸６は２つの軸受７を用いてケーシング１と端板４とで所定位置に回転可能に取り付けることができる。ステータ２は、ステータコア２１とステータ巻線２２とを備えている。ステータコア２１は、非結晶鉄合金テープを巻回してなる円筒状部材である。

ステータ巻線２２は、全体が円筒状であり、ステータコア２１の内周面に固定されている。ステータ巻線２２の内壁には、金属補強スリーブ２５が固定されている。金属補強スリーブ２５の軸方向の長さはステータ巻線２２と同じであり、その内周面とロータ３の外面との間には、径方向にエアギャップ５が形成されている。

本発明の実施例１として、ステータ巻線２２は、ステータコア２１の内壁に直接固定され、金属補強スリーブ２５は、ステータ巻線２２の内壁に直接固定されている。

本発明の実施例２を、図１、図７〜図１３に示す。図示のように、ステータコア２１の内壁には、第１絶縁ボビン２３が取り付けられている。第１絶縁ボビン２３の本体２３１は、円筒状であり、その一方の端面は、環状の径方向フランジ２３２を有している。

２つの同じ第１絶縁ボビン２３は、それぞれ、フランジのない一端が、ステータコア２１内のキャビティの両端から嵌入されて互いに突き合わされ、ステータコア２１の内壁に固定されている。２つの第１絶縁ボビン２３の端面における環状の径方向フランジ２３２は、ステータコア２１内のキャビティの両端部にそれぞれ接している。

また、ステータ巻線２２内のキャビティには、円筒状の第２絶縁ボビン２４が固定されている。第２絶縁ボビン２４の軸方向の長さは、ステータ巻線２２と同じであり、第２絶縁ボビン２４の内壁は、金属補強スリーブ２５の外周面に固定されている。

本発明の各実施例において、本発明の、径方向に磁気回路を有するスロットレス非結晶鉄合金電気装置は、ブラシレスの直流電気装置又は交流同期電気装置であり、直流又は交流の電動機と発電機とを含む。また、交流非同期電気装置であってもよい。

図１及び図２に示すように、本発明のロータ３は、ロータコア３１と永久磁石３２とを備える。ロータコア３１は、例えばケイ素鋼シートなどの通常の材料が積層されたものである。

また、本発明の解決手段に示すように、ロータコア３１は、非結晶鉄合金材料からなる中空の柱状構造体である。その径方向の外面は、永久磁石３２に合うようになっており、永久磁石３２は、ロータコア３１の外面に嵌合又は被せられて固定されている。

また、ロータコア３１の内壁には、電気装置軸６に連結するためのキー溝３１２が形成されている。永久磁石３２は、ネオジム・ホウ素・鉄の高磁気能合金、あるいはストロンチウム若しくはバリウムのフェライトである。

図２に示すように、永久磁石３２が中空の円柱状であって、磁化によって円周面に複数の磁極が形成された円筒状の磁石である場合、ロータコア３１の型材の半加工品の外周面は円柱状であり、その外径が円筒状の永久磁石の内径に合うため、ロータコア３１は、円筒状の永久磁石３２内に直接嵌合して固定されている。

図３〜図６に示すように、永久磁石３２が偶数の断面瓦状の帯状体又は断面Ｖ字状の帯状中実体である場合には、ロータコア３１の外周面に、各永久磁石３２の断面形状に合った軸方向凹溝３１１が同数形成され、各永久磁石３２は、各軸方向凹溝３１１に嵌合して固定されている。軸方向凹溝３１１が、あり溝とされ、永久磁石３２が、それに対応した構造を有している。

又、本発明が交流非同期電気装置に適用される場合には、ロータ３は、ロータコア３１及びその表面のかご形部材を備える。ロータコア３１は、電気装置軸６に装着され、かご形部材は、ロータコア３１の外面に取り付けて固定される。ロータコア３１は、例えばケイ素鋼シートなどの通常の材料が積層されたものである。

また、本発明の解決手段に示すように、ロータコア３１は、非結晶鉄合金材料からなる中空の柱状構造体である。その径方向の外面は、かご形部材の軸方向の銅バー又はアルミバーの形状に合っており、銅バー又はアルミバーは、ロータコア３１の外面に嵌合され、両端部の銅又はアルミのリングによって固定されている。ロータコア３１の内壁には、電気装置軸６に連結するためのキー溝３１２が形成されている。

本発明がアウターロータ型の電気装置に適用される場合として、図１４に、径方向に磁気回路を有するスロットレス非結晶鉄合金電気装置を示す。この電気装置は、ステータ２’と、アウターロータ３’と、取付け用の電気装置支持軸６’と、ケーシング３１’と、左右の端板３４’，３３’と、永久磁石３２’とを備え、アウターロータ３’は、ステータ２’の外側に配置されている。

永久磁石３２’は、ケーシング３１’の内壁に固定されている。左右の端板３４’，３３’は、それぞれケーシング３１’の左右の端部に固定されている。アウターロータ３’は、電気装置支持軸６’に回転可能に取付けられている。例えば、アウターロータ３’は、２つの軸受７’を用いて電気装置支持軸６’に回転可能に取り付けることができる。

ステータ２’は、電気装置支持軸６’に固定され、ステータコア２１’とステータ巻線２２’とを備えている。ステータコア２１’は、非結晶鉄合金材料からなる中空の円柱状構造を有している。

ステータ巻線２２’は、全体が円筒状であり、ステータコア２１’の外周面に固定されている。ステータ巻線２２’の径方向の外周面には、金属補強スリーブ２５’が設けられている。金属補強スリーブ２５’の外周面とアウターロータ３’の内面との間には、径方向にエアギャップ５’が形成されている。

ステータ巻線２２’から引き出された導線は、従来技術のように、電気装置支持軸６’の上面の溝又は軸上の通路に沿ってケーシング３１の外側に引き出されている。永久磁石３２’は、偶数の帯状体をなしてケーシング３１’の内面に嵌合されている。又は、永久磁石３２’は、中空の円柱状をなしてケーシング３１’の内面に直接固定されている。ケーシング３１’は、鋼板を巻いてなるか、又は鋼管から直接作製されている。

本発明の各実施例において、「固定」とは、電気装置の絶縁クラスの耐熱温度よりも使用耐熱温度が低くない接着剤で接着固定することをいう。

これに対応して、本発明では、径方向に磁気回路を有するスロットレスの非結晶鉄合金電気装置の製造方法を提供する。

その製造方法は、次の各工程を含む。

ａ．準備工程：非結晶鉄合金テープを巻回してなる中空の円柱状型材を、ステータコア２１及びロータコア３１の半加工品として採用する。

ｂ．ステータ２の作製工程：巻回してステータ巻線２２を形成する。その後、ステータ巻線２２が必要とする形状及び寸法となるように整形する。それとともに、以下のいずれか一つの工程を選択的に行う。

ｂ１．ステータ巻線２２が第２絶縁ボビン２４を用いる場合には、第２絶縁ボビン２４をステータ巻線２２の内周面に固定した後、金属補強スリーブ２５を第２絶縁ボビン２４の内壁に固定する。

ｂ２．ステータ巻線２２が第２絶縁ボビン２４を用いない場合には、ステータ巻線２２の内周面を金属補強スリーブ２５に直接に固定する。

さらに、以下のいずれか一つの工程を選択的に行う。

ｂ３．ステータコア２１内に第１絶縁ボビン２３を用いる場合には、第１絶縁ボビン２３をステータコア２１の内壁に固定する。それとともに、ステータ巻線２２の外周面を第１絶縁ボビン２３の内壁に固定する。そうして、ステータの作製を完了する。

ｂ４．ステータコア２１内に第１絶縁ボビン２３を用いない場合には、ステータ巻線２２をステータコア２１の内壁に直接固定する。そうして、ステータの作製を完了する。

ｃ．ロータ３の作製工程：ロータコア３１として用いられる、非結晶鉄合金テープを巻回してなる中空の円柱状型材の半加工品において、その内壁に電気装置軸６に連結するためのキー溝３１２を形成する。それとともに、以下のいずれか一つの工程を選択的に行う。

ｃ１．永久磁石３２が中空の円柱状であって、磁化によって円周面に複数の磁極が形成された円筒状の永久磁石である場合には、ロータコア３１の型材の半加工品の外周面が円柱状であるため、ロータコア３１を円筒状の永久磁石３２内に直接嵌合して固定し、ロータを作製する。

ｃ２．永久磁石３２が偶数の断面瓦状の帯状体又は断面Ｖ字状の帯状中実体である場合には、ロータコア３１の外周面に、各永久磁石３２の断面形状に合った軸方向凹溝３１１を同数形成し、各永久磁石３２を各軸方向凹溝３１１に嵌合して固定し、ロータを作製する。

ｃ３．ロータが、かご形構造体である場合には、ロータコア３１の外周面に、かご形構造体の軸方向の銅バー又はアルミバーの形状に合った軸方向溝を形成する。そして、かご形構造体の銅バー又はアルミバーをロータコア３１の外周面に嵌合し、両端部の銅又はアルミのリングで溶接して固定する。

ｄ．通常の操作方法で、ステータ２をケーシング１内に装着する。それとともに、ロータ３を電気装置軸６に装着して、これら２つの部材の作製を完了する。

ｅ．全体の組立工程：通常の操作方法で電気装置全体の組立を完了する。

本発明の製造方法の他の好ましい実施例として、径方向に磁気回路を有するスロットレスの非結晶鉄合金電気装置の製造方法を提供する。

その製造方法は、次の各工程を含む。

ａ．準備工程：ステータコア２１及びロータコア３１の半加工品として、それぞれ必要な寸法の非結晶鉄合金テープを巻回してなる中空の円柱状型材を用いる。

ｂ．ステータ２の作製工程：巻き型に自己接着エナメル線を巻きつけてステータ巻線２２を形成する。その後、整形型で整形し、自己接着エナメル線の加熱温度で加熱成形し、ステータ巻線２２が必要とする円筒形状及び寸法にする。整形型において、接着剤でステータ巻線２２の内周面と金属補強スリーブ２５とを接着硬化する。さらに、接着剤でステータ巻線２２の外周面とステータコア２１の内周面とを接着硬化する。その後、６０〜１００℃で、２〜３時間の焼成を行って成形し、ステータの作製を完了する。

ｃ．ロータ３の作製工程：ロータコア３１として用いられる、非結晶鉄合金テープを巻回してなる中空の円柱状型材において、その内壁に電気装置軸６に連結するためのキー溝３１２を形成する。それとともに、以下のいずれか一つの工程を選択的に行う。

ｃ１．永久磁石３２が中空の円柱状であって、磁化によって円周面に複数の磁極が形成された円筒状の永久磁石である場合には、ロータコア３１の型材の半加工品の外周面が円柱状であり、その外径が円筒状の永久磁石の内径に合うため、ロータコア３１を円筒状の永久磁石内に直接嵌合して接着硬化する。そして、ロータを組み立てて、６０〜１００℃で、２〜３時間の焼成を行って成形する。

ｃ２．永久磁石３２が偶数の断面瓦状の帯状体又は断面Ｖ字状の帯状中実体である場合には、ロータコア３１の外周面に各永久磁石３２の断面形状に合った軸方向凹溝３１１を同数形成し、各永久磁石３２を各軸方向凹溝３１１に嵌合して固定する。そして、ロータを組み立てて、６０〜１００℃で、２〜３時間の焼成を行って成形する。

ｃ３．ロータが、かご形構造体である場合には、ロータコア３１の外周面に、かご形構造体の軸方向の銅バー又はアルミバーの形状に合った軸方向溝を形成する。そして、かご形構造体の銅バー又はアルミバーをロータコア３１の外周面に嵌合し、両端部の銅又はアルミのリングで溶接して固定し、ロータを作製する。

ｄ．通常の操作方法で、ステータ２をケーシング１内に装着する。それとともに、ロータ３を電気装置軸６に装着して、これら２つの部材を作製する。

ｅ．全体の組立工程：通常の操作方法で電気装置全体を組み立てる。

本発明の製造方法のさらなる好ましい実施例として、径方向に磁気回路を有するスロットレスの非結晶鉄合金電気装置の製造方法を提供する。

その製造方法は、次の各工程を含む。

ａ．準備工程：ステータコア２１及びロータコア３１の半加工品として、それぞれ必要な寸法の非結晶鉄合金テープを巻回してなる市販の円柱状型材を用いる。

ｂ．ステータ２の作製工程：巻き型に自己接着エナメル線を巻きつけてステータ巻線２２を形成する。その後、整形型で整形し、自己接着エナメル線の加熱温度で加熱成形し、ステータ巻線２２が必要とする円筒形状及び寸法にする。整形型において、接着剤で第２絶縁ボビン２４をステータ巻線２２の内周面に接着硬化する。さらに、整形型において、接着剤で金属補強スリーブ２５と第２絶縁ボビン２４の内壁とを接着硬化する。２つの第１絶縁ボビン２３のそれぞれを、ステータコア２１内のキャビティの両端から、フランジ２３２の無い一端を嵌入して突き合わせ、接着剤でステータコア２１の内壁に接着硬化する。２つの第１絶縁ボビン２３の端面における環状フランジ２３２を、ステータコア２１内のキャビティの両端部に接しさせる。

以上の工程により作製されたステータ巻線ユニット２２，２４，２５を、接着剤でステータコア２１内の２つの第１絶縁ボビン２３に接着硬化する。最後に、ステータ２の全体に対して６０〜１００℃で、２〜３時間の焼成を行って成形し、ステータの作製を完了する。

ｃ．ロータ３の作製工程：ロータコア３１として用いられる、非結晶鉄合金テープを巻回してなる中空の円柱状型材において、その内壁に電気装置軸６に連結するためのキー溝３１２を形成する。それとともに、以下のいずれか一つの工程を選択的に行う。

ｃ１．永久磁石３２が中空の円柱状であって、磁化によって円周面に複数の磁極が形成された円筒状の永久磁石である場合には、ロータコア３１の型材の半加工品の外周面が円柱状であり、その外径が円筒状の永久磁石の内径に合うため、ロータコア３１を円筒状の永久磁石内に直接嵌合して接着硬化する。そして、ロータを組み立てて、６０〜１００℃で、２〜３時間の焼成を行って成形する。

ｃ２．永久磁石３２が偶数の断面瓦状の帯状体又は断面Ｖ字状の帯状中実体である場合には、ロータコア３１の外周面に各永久磁石３２の断面形状に合った軸方向凹溝３１１を同数形成し、各永久磁石３２を各軸方向凹溝３１１に嵌合して固定する。そして、ロータを組み立てて、６０〜１００℃で、２〜３時間の焼成を行って成形する。

ｃ３．ロータが、かご形構造体である場合には、ロータコア３１の外周面に、かご形構造体の軸方向の銅バー又はアルミバーの形状に合った軸方向溝を形成する。そして、かご形構造体の銅バー又はアルミバーをロータコア３１の外周面に嵌合し、両端部の銅又はアルミのリングで固定し、ロータを作製する。

ｄ．通常の操作方法で、ステータ２をケーシング１内に装着する。それとともに、ロータ３を電気装置軸６に装着して、これら２つの部材を作製する。

ｅ．全体の組立工程：通常の操作方法で電気装置全体を組み立てる。

本発明は、アウターロータ型の電気装置に対しても、径方向に磁気回路を有するスロットレスの非結晶鉄合金電気装置の製造方法を提供する。

その製造方法は、次の各工程を含む。

ａ．準備工程：ステータコア２１’の半加工品として、非結晶鉄合金テープを巻回してなる中空の円柱状型材を用いる。

ｂ．ステータの作製工程：ステータコア２１’の内孔面に電気装置軸に連結するためのキー溝を形成する。巻回してステータ巻線２２’を作製する。その後、ステータ巻線２２’を、必要とする形状及び寸法となるように整形し、ステータ巻線２２’の外周面を、金属補強スリーブ２５’に固定する。ステータ巻線２２’を、ステータコア２１’の外周面に装着して固定する。キーでステータコア２１’と電気装置軸６’とを連結固定する。電気装置軸６’に２つの軸受７’を装着し、ステータを作製する。

ｃ．ロータの作製工程：永久磁石３２’を、偶数の帯状体又は中空の円柱状に形成する。鋼板を巻いてケーシング３１’を形成するか、鋼管をそのままケーシング３１’として用いる。ケーシング３１’の内壁を、そこに固定される永久磁石３２’に合った形状に形成する。永久磁石３２’を、ケーシング３１’の内壁に嵌合して固定し、ロータを作製する。

ｄ．通常の操作方法で電気装置全体を組み立てる。

本発明の各実施例において、ステータコア２１及びロータコア３１に用いられる非結晶鉄合金材料は、中国の安泰社が製造したナノ鉄系非結晶鉄合金テープが巻き付けられた型材及び型材半加工品である。

本発明の各実施例において、ステータ２における各部材の接着、及びロータコア３１と永久磁石３２との間の接着に用いられる接着剤の耐熱温度は、電気装置の絶縁レベルの耐熱温度よりも低くないものである。

本発明の各実施例において、アメリカのＨｅｎｋｅｌ社製のＥＳＰ１１０（商標）樹脂や、Ｌａｎｇｂｏｗａｎ社製の高強度、耐２００℃のエポキシ樹脂である２組成の３０３４Ａ及び３０３４Ｂが用いられており、接着操作は接着材の従来の要求に従って行う。

以上の実施例は本発明の好ましい実施方式を示しており、その記載は具体的かつ詳細的なものであるが、それらは本発明の請求範囲を限定するものではない。なお、本発明の構想から逸脱しない限り、当業者は若干の変更や改善を行ってもよく、これらの変更や改善はすべて本発明の保護範囲に属する。従って、本発明の同等範囲内での変更や変形などは全て本発明の請求の範囲内にある。

１ ケーシング
２ ステータ
３ ロータ
４ 端板
５ エアギャップ
６ 電気装置軸
７ 軸受
８ 止め環
ステータ２の構造において、
２１ ステータコア
２２ ステータ巻線
２３ 第１絶縁ボビン
２３１ （円筒状）本体
２３２ 環状径方向フランジ
２４ 第２絶縁ボビン
２５ 金属補強スリーブ
ロータ３の構造において、
３１ ロータコア
３２ 永久磁石
３１１ 軸方向凹溝
３１２ キー溝
図１４のアウターロータ型の電気装置の全体構造を示す模式図において、
２′ ステータ
３′ 外ロータ
５′ エアギャップ
６′ 電気装置支持軸
７′ 軸受
ステータ２′の構造において、
２１′ ステータコア
２２′ ステータ巻線
２５′ 金属補強スリーブ
ロータ３′の構造において、
３１′ ケーシング
３２′ 永久磁石
３３′ 右端板
３４′ 左端板

Claims (10)

1. ケーシングと、端板と、ステータと、ロータと、電気装置軸とを備え、
   端板は、ケーシングの端部に装着されてケーシングと共に電気装置軸を位置決めし、
   ステータは、ケーシング内に固定され、
   ロータは、電気装置軸に固定されてステータ内に配置され、
   ロータとステータとの間に径方向のエアギャップが形成され、
   電気装置軸及びそこに固定されたロータは、ステータ内のキャビティを貫通して、ケーシングと端板とで、所定位置に回転可能に取付けられ、
   ステータは、ステータコアとステータ巻線とを備えている、径方向に磁気回路を有するスロットレス非結晶鉄合金電気装置において、
   前記ステータコアは、非結晶鉄合金テープを巻回してなる円筒状部材であり、
   前記ステータコアの内壁に、第１絶縁ボビンが取り付けられ、
   前記第１絶縁ボビンの本体は円筒状であり、その一方の端面は環状の径方向フランジを有し、
   ２つの同じ第１絶縁ボビンのそれぞれは、ステータコア内のキャビティの両端から、フランジの無い一端が嵌入されて互いに突き合わされて、ステータコアの内壁に固定され、
   前記２つの第１絶縁ボビンの端面における環状の径方向フランジは、ステータコア内のキャビティの両端部にそれぞれ接し、
   前記ステータ巻線は、全体が円筒状であり、ステータコアの内周面に固定され、
   ステータ巻線の内壁に、軸方向の長さが同じ金属補強スリーブが固定され、その内周面とロータの外面との間に、径方向のエアギャップが形成されていることを特徴とする、スロットレス非結晶鉄合金電気装置。
2. 請求項１に記載のスロットレス非結晶鉄合金電気装置において、
   前記ロータは、ロータコアと永久磁石とを備え、
   前記ロータコアは、非結晶鉄合金材料からなる中空の柱状構造体であり、その径方向の外面に合った永久磁石が、ロータコアの外面に嵌合又は被せて固定されていることを特徴とする、スロットレス非結晶鉄合金電気装置。
3. 請求項１に記載のスロットレス非結晶鉄合金電気装置において、
   前記ロータは、ロータコアと、かご形部材とを備え、
   前記ロータコアが電気装置軸に装着され、前記かご形部材がロータコアの外面に固定されることにより、交流非同期電気装置が構成され、
   前記ロータコアは、非結晶鉄合金材料からなる中空の柱状構造体であって、その径方向の外面は、前記かご形部材の軸方向の銅バー又はアルミバーの形状に合っており、
   前記銅バー又はアルミバーが、ロータコアの外面に嵌合されて、両端部の銅又はアルミのリングによって固定されていることを特徴とする、スロットレス非結晶鉄合金電気装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一つに記載のスロットレス非結晶鉄合金電気装置において、
   前記ステータ巻線内のキャビティに、軸方向の長さが同じ円筒状の第２絶縁ボビンが固定され、
   前記第２絶縁ボビンの内壁に、金属補強スリーブの外周面が固定されていることを特徴とする、スロットレス非結晶鉄合金電気装置。
5. 径方向に磁気回路を有するスロットレス非結晶鉄合金電気装置の製造方法であって、次のａ〜ｅの各工程を含むことを特徴とする製造方法。
   ａ．準備工程：非結晶鉄合金テープを巻回してなる中空の円柱状型材を、ステータコア及びロータコアの半加工品として用い、
   ｂ．ステータの作製工程：巻回してステータ巻線を形成し、その後、ステータ巻線が必要とする形状及び寸法となるように整形するとともに、次のｂ１及びｂ２のいずれか一つの工程を選択的に行い、
   ｂ１．ステータ巻線に第２絶縁ボビンが用いられる場合には、第２絶縁ボビンをステータ巻線の内周面に固定した後、金属補強スリーブを第２絶縁ボビンの内壁に固定し、
   ｂ２．ステータ巻線に第２絶縁ボビンが用いられない場合には、ステータ巻線の内周面を金属補強スリーブに直接に固定し、
   さらに、次のｂ３及びｂ４のいずれか一つの工程を選択的に行い、
   ｂ３．ステータコア内に第１絶縁ボビンが用いられる場合には、第１絶縁ボビンをステータコアの内壁に固定するとともに、ステータ巻線の外周面を第１絶縁ボビンの内壁に固定して、ステータを作製し、
   ｂ４．ステータコア内に第１絶縁ボビンが用いられない場合には、ステータ巻線をステータコアの内壁に直接固定して、ステータを作製し、
   ｃ．ロータの作製工程：ロータコアとして用いられる、非結晶鉄合金テープを巻回してなる、中空の円柱状型材の半加工品における内壁に、電気装置軸に連結するためのキー溝を形成するとともに、次のｃ１〜ｃ３のいずれか一つの工程を選択的に行い、
   ｃ１．永久磁石が、中空の円柱状であって、磁化により円周面に複数の磁極が形成された円筒状である場合には、外周面が円柱状の型材の半加工品であるロータコアを、円筒状の永久磁石内に直接嵌合して固定することにより、ロータを作製し、
   ｃ２．永久磁石が、偶数の、断面瓦状の帯状体又は断面Ｖ字状の帯状中実体である場合には、ロータコアの外周面に、各永久磁石の断面形状に合った軸方向凹溝を同数形成し、各永久磁石を各軸方向凹溝に嵌合して固定することにより、ロータを作製し、
   ｃ３．ロータが、かご形構造体である場合には、ロータコアの外周面に、かご形構造体の軸方向の銅バー又はアルミバーの形状に合った軸方向溝を形成し、かご形構造体の銅バー又はアルミバーをロータコアの外周面に嵌合して両端部の銅又はアルミのリングによって固定し、
   ｄ．通常の方法で、ステータをケーシング内に装着するとともに、ロータを電気装置軸に装着して、これら２つの部材を作製し、
   ｅ．全体の組立工程：通常の方法で、電気装置の全体を組み立てる
6. 径方向に磁気回路を有するスロットレス非結晶鉄合金電気装置の製造方法であって、次のａ〜ｄの各工程を含むことを特徴とする製造方法。
   ａ．準備工程：非結晶鉄合金テープを巻回してなる中空の円柱状型材を、ステータコアの半加工品として用い、
   ｂ．ステータの作製工程：ステータコアの内孔面に、電気装置軸に連結するためのキー溝を形成し、巻回してステータ巻線を形成し、その後、ステータ巻線が必要とする形状及び寸法となるように整形し、ステータ巻線の外周面を金属補強スリーブに固定し、ステータ巻線をステータコアの外周面に装着して固定し、キーでステータコアと電気装置軸とを連結して固定し、電気装置軸に２つの軸受を装着することにより、ステータを作製し、
   ｃ．ロータの作製工程：永久磁石を、偶数の帯状体、又は中空の円柱状に形成し、鋼板を巻いてケーシングを形成するか、又は鋼管をそのままケーシングとして用い、ケーシングの内壁を、そこに固定される永久磁石に合った形状に形成し、永久磁石をケーシングの内壁に嵌合して固定することにより、ロータを作製し、
   ｄ．通常の操作方法で、電気装置の全体を組み立てる
7. 径方向に磁気回路を有するスロットレスの非結晶鉄合金電気装置の製造方法であって、次のａ〜ｅの各工程を含むことを特徴とする製造方法。
   ａ．準備工程：それぞれ必要な寸法の非結晶鉄合金テープを巻回してなる中空の円柱状型材を、ステータコア及びロータコアの半加工品として用い、
   ｂ．ステータの作製工程：巻き型に自己接着エナメル線を巻きつけてステータ巻線を形成し、その後、整形型で整形を行って自己接着エナメル線の加熱温度で加熱して成形し、ステータ巻線が必要とする円筒形状及び寸法にし、整形型において、接着剤でステータ巻線の内周面と金属補強スリーブとを接着硬化して成形し、さらに、接着剤でステータ巻線の外周面とステータコアの内周面とを接着硬化し、その後、６０〜１００℃で、２〜３時間の焼成を行って成形することにより、ステータを作製し、
   ｃ．ロータの作製工程：ロータコアとして用いられる、非結晶鉄合金テープを巻回してなる、中空の円柱状型材の内壁に、電気装置軸に連結するためのキー溝を形成するとともに、次のｃ１〜ｃ３のいずれか一つの工程を選択的に行い、
   ｃ１．永久磁石が、中空の円柱状であって、磁化により円周面に複数の磁極が形成された円筒状である場合には、外周面が円柱状の型材の半加工品であり、その外径が、円筒状の永久磁石の内径に合っている、ロータコアを、円筒状の永久磁石内に直接嵌合して接着硬化することにより、ロータを組み立てて、６０〜１００℃で、２〜３時間の焼成を行って成形し、
   ｃ２．永久磁石が、偶数の、断面瓦状の帯状体又は断面Ｖ字状の帯状中実体である場合には、ロータコアの外周面に、各永久磁石の断面形状に合った軸方向凹溝を同数形成し、各永久磁石を各軸方向凹溝に嵌合して固定することにより、ロータを組み立てて、６０〜１００℃で、２〜３時間の焼成を行って成形し、
   ｃ３．ロータが、かご形構造体である場合には、ロータコアの外周面に、かご形構造体の軸方向の銅バー又はアルミバーの形状に合った軸方向溝を形成し、かご形構造体の銅バー又はアルミバーをロータコアの外周面に嵌合して両端部の銅又はアルミのリングによって固定することにより、ロータを作製し、
   ｄ．通常の操作方法で、ステータをケーシング内に装着するとともに、ロータを電気装置軸に装着して、これら２つの部材を作製し、
   ｅ．全体の組立工程：通常の操作方法で、電気装置の全体を組み立てる
8. 請求項７に記載の製造方法において、
   前記ステータにおける各部材間の接着、及びロータコアと永久磁石との接着に用いられる接着剤の耐熱温度が、前記電気装置の絶縁レベルの耐熱温度よりも低くないものであることを特徴とする、製造方法。
9. 径方向に磁気回路を有するスロットレスの非結晶鉄合金電気装置の製造方法であって、次のａ〜ｅの各工程を含むことを特徴とする製造方法。
   ａ．準備工程：それぞれ必要な寸法の非結晶鉄合金テープを巻回してなる中空の円柱状型材を、ステータコア及びロータコアの半加工品として用い、
   ｂ．ステータの作製工程：巻き型に自己接着エナメル線を巻きつけてステータ巻線を形成し、その後、整形型で整形を行って自己接着エナメル線の加熱温度で加熱して成形し、ステータ巻線が必要とする円筒形状及び寸法にし、整形型において、接着剤で第２絶縁ボビンをステータ巻線の内周面に接着硬化して成形し、その後、整形型において、接着剤で金属補強スリーブと第２絶縁ボビンの内壁とを接着硬化して成形し、２つの同じ第１絶縁ボビンを、ステータコア内のキャビティの両端からそれぞれ嵌入してフランジの無い一端を突き合わせるとともに、接着剤でステータコアの内壁に接着硬化して成形し、これら２つの第１絶縁ボビンの端面における環状フランジを、ステータコア内のキャビティの両端部に接しさせ、以上の工程によって作製されたステータ巻線ユニットを、ステータコアの内壁における２つの第１絶縁ボビンに接着剤で接着硬化し、最後にステータの全体に対して６０〜１００℃で、２〜３時間の焼成を行って成形することにより、ステータを作製し、
   ｃ．ロータの作製工程：ロータコアとして用いられる、非結晶鉄合金テープを巻回してなる、中空の円柱状型材の内壁に、電気装置軸に連結するためのキー溝を形成するとともに、次のｃ１〜ｃ３のいずれか一つの工程を選択的に行い、
   ｃ１．永久磁石が、中空の円柱状であって、磁化により円周面に複数の磁極が形成された円筒状である場合には、外周面が円柱状の型材の半加工品であり、その外径が、円筒状の永久磁石の内径に合っている、ロータコアを、円筒状の永久磁石内に直接嵌合して接着硬化することにより、ロータを組み立てて、６０〜１００℃で、２〜３時間の焼成を行って成形し、
   ｃ２．永久磁石が、偶数の、断面瓦状の帯状体又は断面Ｖ字状の帯状中実体である場合には、ロータコアの外周面に、各永久磁石の断面形状に合った軸方向凹溝を同数形成し、各永久磁石を各軸方向凹溝に嵌合して固定することにより、ロータを組み立てて、６０〜１００℃で、２〜３時間の焼成を行って成形し、
   ｃ３．ロータが、かご形構造体である場合には、ロータコアの外周面に、かご形構造体の軸方向の銅バー又はアルミバーの形状に合った軸方向溝を形成し、かご形構造体の銅バー又はアルミバーをロータコアの外周面に嵌合して両端部の銅又はアルミのリングによって固定することにより、ロータを作製し、
   ｄ．通常の操作方法で、ステータをケーシング内に装着するとともに、ロータを電気装置軸に装着して、これら２つの部材を作製し、
   ｅ．全体の組立工程：通常の操作方法で、電気装置の全体を組み立てる
10. 請求項９に記載の製造方法において、
    前記ステータにおける各部材間の接着、及びロータコアと永久磁石との接着に用いられる接着剤の耐熱温度が、前記電気装置の絶縁レベルの耐熱温度よりも低くないものであることを特徴とする、製造方法。

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