JPH0370440A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、回転電機、特に、磁界発生コイルに通電す
ることにより磁界を発生させる回転電機に関するもので
ある。

［従来の技術］ 第９図に示すものは従来の回転電機例えばモータの構成
を示す断面図であり、また、第１０図は第９図の固定子
を示す。

図において、符号（１）はモータのフレーム、（２）は
モータの負荷側ブラケット、（３）はモータの反負荷側
ブラケット、（４）及び（５）は負荷側及び反負荷側ブ
ラケット（２）（３）により支持されているベアリング
、（６〉は固定子鉄心板（６ａ）をＷＩ層して構成され
ている固定子鉄心、（７）は固定子鉄心（６）のスロッ
トに挿入されている磁界発生コイルのコイルエンド、（
８）は積層された電機子鉄心とアルミニウムダイカスト
で構成された回転子、（９）は回転子（８）と−像化さ
れてベアリング（４）（５）なより支持されているモー
タ軸、（１０〉は固定子鉄心（６）とコイルエンド（７
）との間を絶縁するための絶縁物である。

次に、第１１図に示すものは、積層される前の固定子鉄
心板（６ａ〉−枚を示すものは、第１０図の固定子鉄心
（６）の部分断面の拡大図で、〈１１）はそのスロット
部（１２）に押入されている磁界発生コイル、（１３）
は磁界発生コイル（１１）と固定子鉄心（６）との間を
絶縁するスロットセル、（１４）は磁界発生コイル（１
１）をスロット部（１２）内に保持するスロットウェッ
ジである。

次に上記構成の固定子鉄心〈６）が、１２スロ・ｙトで
３相４ｔＩｆ！の構成を有する場合のコイル配置と、３
相の合成起磁力とを、第１３図及び第１４図に示す。

なお、第１５図に示すものは、２４スロツトで単相４Ｍ
の場合のコイル配置の一例を示したものである。

；欠にこの従来装置の動作について説明する。

まず、モータ、特に、固定子鉄心の製作手順及び回転力
を発生させる起磁力のでき方について説明する。

まず、第１１図に示すような固定子鉄心板（６ａ）を作
る。

このとき、固定子鉄心板（６ａ）のスロット数Ｎｓは、
３相の場合には、一般的に次のようになる。

Ｎｓ＝　　　− Ｘ３ ただし、ＮＳ：固定子鉄心板の全スロット数ｑ：毎極毎
相のスロット数（通常整 数） Ｐ：極数 ここで、スロット数ｑをできるだけ多くとった方が、モ
ータにとっては、非常に良い性能が得られる。

しかし、全スロット数Ｎｓを多く設けるということは、
第１１図で示すスロット幅（ｂ）の残り部分すなわちス
ロット間隔（）が極度に小さくなることになり、従って
、強度上からも、鉄心として使用し得なくなる。

また、この固定子鉄心板（６ａ）を′ｆ！を層して、固
定子鉄心（６）を構成するので、スロット間隔（）部分
の強度が十分でないと、スロット部（１２〉が不ぞろい
となり、磁界発生コイル（１１）を押入できなくなる。

従って、通常、スロット間隔（〉は最小で２．５＋ｅｍ
程度とされる。

Ｎｓ であるので、 ｂ　＋ となり、スロット幅（ｂ）が小さくなると、Ｎｓを増加
することができる。

しかしながら、スロット幅（ｂ）を小さくすることは、
第１２図に示すように、スロット（工２〉の中に入る絶
縁物であるスロットセル（１３）及びスロットウェッジ
（１４〉の占める割合が増加し、磁界発生コイル（１１
）のスロット（１２）内占積率が減少し、磁界発生コイ
ル（１１）がスロット（１２〉内に入らなくなる。

よって、通常のモータにおいては、小形４極のモータで
は、Ｎ　ｓ　＝　１２．２４．３６・・・・・などが採
用されている。

さて製作手順としては、第１１図に示す固定子鉄心板（
６ａ）を製作した後、この固定子鉄心板（６ａ）を積層
して固定子鉄心（６）を構成し、そのスロット（１２）
に、第１２図に示すように、スロットセル（１３）を挿
入した後、磁界発生コイル（１１〉を入れ、更に、スロ
ットウェッジ（１４）を装着して第１０図に示す固定子
を構成している。

このときの起磁力の発生を示したのが、第１３図及び第
１４図である。

ここで、第１３図は、１２スロツト、３相、４極のｉ戒
を有する場合のＵ、Ｖ、Ｗ相の磁界発生コイルの入り方
、特に、Ｕ相の入り方（第１３図Ａ）及びこれに対応す
るＵ、Ｖ、Ｗ各相の磁界発生コイルの起磁力（第１３図
Ｂ）並びにＵ相の起磁石（第１３図Ｃ）の発生を示して
おり、また、第１４図は、このようなＵ相起磁力（第１
４図Ａ）、Ｖ相起磁力（第１４図Ｂ）及びＷ相起磁力（
第１４図Ｃ）からの３相合成起磁力を示している。いま
、Ｕ相の電流が最大値１ｍのときには、ｍ ｖ、Ｗ相は共に一□　となる状況で図示している、３相
のＵ、Ｖ、Ｗ相が次の時間軸にずれても、通常Ｕ、Ｖ、
Ｗ相の各磁界発生コイルの巻数は同一であるので、３相
合或磁界が回転方向に進むだけで３相合成起磁力波形は
変わらない。

また、第１５図に示すものは、２４スロツト、単相、４
極の構成を有する場合の磁界発生コイルの主コイルの入
り方（第１５図Ａ）及びそれぞれの主コイルａ、ｂの起
磁力（第１５図Ｂ、Ｃ）並びにその合成起磁力（第■５
図Ｄ）を示したもので、主コイルの合成起磁力は、主コ
イルの電流変化に伴ない、起磁力の形は変わらず、高さ
のみが変化する。

単相モータの場合１．コイル巻数はａ、ｂコイルで異な
る場合があるが、第１５図では、同一巻数で図示さした
。ａ、ｂ巻数が異なる場合は、高さ方向の起磁力が変わ
ることになるだけである。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の回転電機の磁界は、以上のように構成されている
ので、スロット数を有限の少数個数としなければならず
、従って、正弦波磁界を発生させることができず、また
、スロット数を増加させるとすると、外径方向に大きく
することが必要となり、それらのために、モータのトル
ク異常及び高周波ロス発生により効率がダウンし、また
、温度上昇などの問題があり、これらの問題点を解決し
たいという課題を従来装置は有していた。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされ
たもので、より正弦波に近い磁界を発生できると共に、
トルク異常及び高周波ロスの発生しない回転電機を得る
ことを目的とする。

「課題を解決するための手段］ この発明に係る回転主機は、正弦波磁界が発生するよう
に配置されている磁界発生コイルと、粉体珪素鋼を含有
しているモールド樹脂に上記磁界発生コイルを埋設して
磁界発生コイルとモールド樹脂とが一体モールド化され
て成形している固定子鉄心とを備えており、上記粉体珪
素鋼を含有しているモールド樹脂により磁路を形成する
ものである。

［作　用］ この発明における回転電機は、粉体珪素鋼を含有してい
るモールド樹脂によって固定子鉄心を槽底して磁路を形
成しており、かつ、磁界発生コイルをモードル樹脂に埋
設しているので、同一外径を有する固定子鉄心であって
も、スロット数に相当する磁界発生コイル数を増加させ
ることができ、その結果、発生磁界は正弦波磁界に近付
く。

［実施例コ 以下、この発明をその一実施例を示す図に基づいて説明
する。

第１図はこの発明の一実施例による回転電機であるモー
タの断面図であり、第２図は第１図の固定子である。

なお、図中、符号（１）〜（５）（８）〜（１０）で示
すものは、従来装置において同一符号で示したものと同
−又は同等のものである。

次に、符号（２１）は、粉体珪素鋼を含有させているモ
ールド樹脂に後に述べる磁界発生コイルを埋設してモー
ルドして成形している固定子鉄心であり、〈２２）は上
記固定子鉄心（２１）に埋設されている磁界発生コイル
のコイルエンドである。ただし、（１０）は固定子鉄心
（２１）とコイルエンド（２２）との間を２重に絶縁し
た絶縁物であって、固定子鉄心は基本的には導電性はな
いが、安全性を増すために特別に入れた絶縁物である。

なお、第３図は、上記第２図の絶縁物（１０）を省略し
たものである。

第４図に示すものは、この発明における一実施例の磁界
発生コイルに関して示すもので、第４図Ａは、第２図の
断面状態で磁界発生コイルの配置を横に広げたものの３
相、４極のコイル配置の一例に示すものであり、また、
第４図Ｂは、毎ｉ毎相のスロット数Ｑ＝３にしたときの
１相における各コイルの起磁力とその相の合成起磁力で
あり、また、第４図Ｃは上記各相の合成起磁力と３相合
戒起磁力とを示したものである。ただし、毎極毎相のス
ロット数ｑ、あるいはスロット数Ｎｓという概念は、基
本的には、スロットが形成されていないため、ありえな
いが、それは、わかりにくいので、ｑの概念を用いてい
る。

次に、第５図に示すものは、この発明の他の実施例であ
って、上記第４図と同様のものであるが、第５図Ａには
、単相、４極でスロット数Ｎ５＝４８のコイル配置を示
しており、また、第５図Ｂには各コイルの起磁力を、更
に、第５図Ｃには、上記各コイルの起磁力の単相合成起
磁力を示している。

ただし、Ｎｓに関する概念については、上記と同様であ
る。

また、第６図に示すものは、かめのこう形に作ったコイ
ルを空間に配置した概略図を示すもので、第６図Ａは空
間的に配置したものを横に開いた状態を示し、また、第
６図Ｂは、粉体珪素鋼含有モールド樹脂に埋設される以
前に空間的に配置したコイル状態の概略を示している。

この発明の実施例は、上記のように構成され、起磁力を
発生する。すなわち、第４図にあっては、従来の概念で
いうＮ５＝３６　（ただし、第１３図及び第１４図に示
す従来例ではＮ５＝１２）３φ４極に相当するものの合
成起磁力を示すものであって、当然のことながら、磁界
発生コイルを第４図に示すように、空間に配置し、その
後、粉体珪素鋼含有のモールド樹脂に埋設成形したもの
である。

これによると、３相の合成起磁力は、第４図りに示すよ
うに、非常に正弦波に近付いているのがわかる。また、
いまＵ相の電流値が最大値Ｉｎの１ｍ とき、Ｖ、Ｗ相は共に、−□　となる状況で図示してい
る。従って、時間的変位があっても、３相の合成磁界が
回転方向に進むだけで、３相合成起磁力の波形は第４図
Ｃに示すものと何ら変わらない。

次に、第５図にあっては、単相、４極、Ｎ５−４８の一
例を示す（ただし、第５図に示す従来例では、Ｎ５＝２
４）。

この場合の製作手順は、上記第４図におけるものと同じ
である。

これによると、合成起磁力波形は、第１５図で示した従
来例におけるＮ５−２４の場合に比べて、大幅に正弦波
に近付いているのがわがる。

また、この第５図に示すものは、コイルａｌ＋ｂｌ＋Ｃ
Ｉ　＋　ｄ　ｌ　を同じ巻数で示しているが、より正弦
波にするためには、各コイルで巻数を変化させた方がよ
り正弦波に近付く、これは、従来もこのように各コイル
の巻数を変化させることは行なわれていたが、打ち抜き
珪素鋼板のスロットにあっては、巻数を変化させ正弦波
配置に近付けると、スロット内の占積率が変動してコイ
ルの過不足によりスロット内にコイルの収納できない所
が発生していたが、この発明による場合には、コイルを
配置後に、それを埋設するようにモールドするので、上
記コイルの収納不能のような事態の発生はなくなり、よ
り正弦波に近付く巻線配置が可能となる。

次に動作について説明する。

モータとしての製作手順及び回転力を発生させる起磁力
の生じ方について説明する まず、第６図に示すコイルを製作し、空間的に正弦波を
発生するようにモールド型内に上記コイルを配置する。

このとき、従来のようにスロットを打ち抜きした珪素鋼
板を積層して構成した固定子鉄心のスロットに挿入する
ものではないので、スロット数に制約を受けることはな
い、従って、より正弦波磁界に近付くように、磁界発生
コイルを分布してモールド型内に配置すれば良い。

次いで、上記磁界発生コイルを埋設するように、粉体珪
素鋼含有のモールド樹脂をモールド型に充填することに
より、一体モールドして、第２図又は第３図の固定子を
構成する。粉体珪素鋼は、モルト樹脂を介しているため
、連続的につながっていないので、導電体ではなく、絶
縁体であり、従って、従来例のようにスロット絶縁は不
要となり、その結果、従来例での占積率という考え方を
とると、１００％の占積率を得ることができる。

また、当然ながら、従来側のようにスロット残部の強度
等も、一体モールドなので考えに入れる必要はない。

なお、絶縁の強度を上げるということであれば、第２図
に示すように、磁界発生コイル、粉体珪素鋼、モールド
樹脂及びコイルに巻いた絶縁を一体モールドするという
こともできる。

上記の結果をふまえれば、従来の打ち抜き珪素鋼板を使
用した概念で示すと、スロット数Ｎｓを無数に作れるこ
とになる。

なお、従来装置では、固定子鉄心（６）は固定子鉄心板
（６ａ）を積層して構成されていたので、コイルエンド
（７）と積層された固定子鉄心（６）との間では、コイ
ルエンド（７）に流れる交流電流により、鉄損が発生す
るため、コイルエンド（７）　と積層された固定子鉄心
（６）とを接近させることができなかったが、この発明
においては、固定子鉄心（２１）は、粉体珪素鋼を含有
させたモールド樹脂に磁界発生コイルを埋設して一部モ
ールドし構成しているので、コイルエンド（７〉　と、
粉体珪素鋼含有のモールド樹脂による一部モールドによ
り構成されている固定子鉄心（２１）との間では、コイ
ルエンド（７〉に交流電流が流れても、固定子鉄心（２
１）には、鉄損が発生しない、なぜならば、固定子鉄心
（２１）は、粉体珪素鋼とモールド樹脂との結合であっ
て、基本的には、モータ軸（９）に対して直角方向には
、非常に高い磁気抵抗を有しており、従って、固定子鉄
心（２！〉とコイルエンド（７）とを接近させても、鉄
損の発生はなく、その結果、温度上昇や効率ダ、ランを
起こさない。

従って、第７図及び第８図に示すように、コイルエンド
（２３〉を固定子鉄心（２１）に接近させて設けること
もでき、その結果、モータ軸（９）方向の長さを小さく
することができて、モータすなわち回転ｔｉを小形化し
得る効果も持っている。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、正弦波配置した磁界
発生コイルを、粉体珪素鋼含有のモールド樹脂に埋設し
一部モールドしているので、発生する磁界は非常に正弦
波に近いものとなり、より精度が高くしかもトルク異常
も高周波ロスも発生しない回転電機が得られる効果を有
している。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の断面図、第２ｒｌは第１
図の固定子の断面図、第３図は第１図の固定子の他の例
による断面図、第４図Ａは第２図の一例のコイル配置状
態図、第４図Ｂは第４図ＡのＵ相の起磁力状態図、第４
図Ｃは第４図Ａの３相合成起磁力状態図、第５図Ａは第
２図の他の例のコイル配置状態図、第５図Ｂは第５図Ａ
の各コイルの起磁力状態図、第５図Ｃは第５図Ｂの合成
起磁力状態図、第６図Ａは第２図の磁界発生コイルの展
開配置図、第６図Ｂは第６図Ａの立体配置図、第７図は
この発明の他の実施例の断面図、第８図は第７図の要部
断面図、第９図は従来の回転電機の断面図、第１０図は
第９図の固定子の断面図、第１１図は第１０図の固定子
鉄心（６）を構成する固定子鉄心板（６ａ）の平面図、
第１２図は第９図の一部断面図、第１３図は第１０図の
コイル配置状態図（Ａ〉、コイルま起磁力状態図（Ｂ）
及びＵ相合成起磁力状態図（Ｃ）、第１４図Ａ、Ｂ、Ｃ
は各相の起磁力状態図、第１４図りは３相合成起磁力状
態図、第１５図は第１０図の他の例のコイル配置状態図
（Ａ〉、コイルの起磁力状態図（Ｂ。 Ｃ）及び合成起磁力状態図（Ｄ）である。 （２１）・・固定子鉄心、（２２）・・磁界発生コイル
のコイルエントウ なお、各図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。 ２２−、？ｉｊｉ男七屯’（コイルのコイルしエンド（ ■ 昂５図 １ 汽９区 罠１０図 昂７図 昂８図 Ｏ■０■０００■０■０（Ｅ） Ｕ　　ＷＶＬＪＷＶ　　ＬＪ　　ＷＶＵ　　ＷＶＷ、相
、起漬六力

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 正弦波磁界が発生がするように配置されている磁界発生
   コイルと、粉体珪素鋼を含有しているモールド樹脂に上
   記磁界発生コイルを埋設し成形している固定子鉄心とを
   備えていることを特徴とする回転電機。