JPH07131945A

JPH07131945A - 回転電機

Info

Publication number: JPH07131945A
Application number: JP27372693A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yasuhara; 隆安原; Hiroshi Asabuki; 弘朝吹; Akio Imai; 翠男今井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-11-01
Filing date: 1993-11-01
Publication date: 1995-05-19

Abstract

(57)【要約】【目的】軽量で小形の汎用誘導電動機などの回転電機を
得ること。【構成】その内周部に厚肉部１Ａが形成されているハウ
ジング１を磁性アルミニウム合金材料で作り、この厚肉
部１Ａの内周部に固定子鉄心３の外周部を装着すること
により、この厚肉部１Ａを磁路の一部として用いるよう
にすると共に、固定子鉄心３のスロットを外周部側に開
口させ、このスロット内を軸方向に貫通した空間部１３
を設けたもの。【効果】固定子鉄心３の一部が磁性アルミニウム合金材
料からなる厚肉部１Ａにより置き換えられることにな
り、磁性アルミニウム合金材料が有する低比重と高熱伝
導特性により、軽量化と放熱特性の改善による小型化と
が得られると共に、空間部１３内を矢印ハで示すように
冷却風が流通することにより、一層の冷却作用が得ら
れ、さらに小形化することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アルミニウム製のハウ
ジングを備えた回転電機に係り、特に汎用誘導電動機に
好適な回転電機に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的な汎用誘導電動機などの回転電機
としては、例えば図７、図８に示す構造のものが従来か
ら知られている。これら図７、図８において、鋳鉄製ハ
ウジング１は、その軸方向の両端を開放した円筒形に形
成されており、内周には内リブ１ａが複数個設けてあ
る。そして、この内リブ１ａの内周壁に接するようにし
て固定子鉄心３が取り付けられており、この固定子鉄心
３には固定子コイル４が巻装されている。なお、ここ
で、４ａはコイルエンドを示している。また、このハウ
ジング１の両端には、エンドブラケット２ａ、２ｂが設
けられており、これらに夫々の軸受を介してシャフト５
が支承され、その一方の端部がエンドブラケット２ｂを
挿通して出力軸をなし、反対側の端部のエンドブラケッ
ト２ａを挿通した部分には、外ファン９(外部冷却扇)が
取付けしてある。

【０００３】外ファン９にはエンドカバー１０が設けて
あるが、このエンドカバー１０の一端には、外気を取り
込むための通風孔(風穴)１０ａが複数個設けられている
が、他端は開放された円筒形若しくは異形の円筒形に形
成され、エンドブラケット２ａの外径部に固定されてい
るる。

【０００４】シャフト５には、固定子鉄心３と対向する
ようにして回転子６が設けられているが、この回転子６
には、図示してない二次導体バーと、この二次導体バー
の端部を接続しているエンドリング７とが設けられてい
る。そして、このエンドリング７の両端面には、軸方向
に沿って突設された複数の羽根ブレードからなる冷却扇
８が形成されている。

【０００５】固定子コイル４に多相交流電力が供給され
ると、固定子鉄心３に回転磁界が現われ、その磁気作用
により回転子６にトルクが発生し、シャフト５が回転す
る。これにより外ファン９も回転し、この結果、エンド
カバー１０の通風入り口１０ａから矢印イに示すように
外気が吸い込まれる。そして、この外気は、エンドブラ
ケット２ａに設けてある通風孔１１ａを通って電動機の
内部へ導入され、ハウジング１と固定子鉄心３の間に内
リブ１ａによって径方向に形成されている隙間、つま
り、この内リブ１ａとハウジング１、それに固定子鉄心
３とで囲まれた部分に形成されている通風路１２を、矢
印イで示すように通過し、エンドブラケット２ｂに形成
してある通風孔１１ｂから外部に通りぬけるようにし、
これにより固定子が冷却されるように構成してある。

【０００６】また、同時に、回転子６の回転により冷却
扇８も回転し、外気が矢印ロの如く循環し、さらに固定
子コイル４や回転子６の冷却が得られるようにしてあ
る。なお、この種の公知例としては、特開昭５８−８９
０４４号公報がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、冷却
効果の向上について配慮がされておらず、回転電機の小
形化を充分に得るという点で問題があった。すなわち、
小形にしても必要なトルクが得られなくなってしまった
のでは、意味が無い。一方、所要トルクを発生するため
の起磁力、言いかえると磁束量は一定値を確保しなけれ
ばならないから、回転電機が小形になると単位面積当た
りの磁束量を増やさなければならない。

【０００８】このことは単位面積当りの磁束量、すなわ
ち磁束密度の飽和をもたらすことになり、回転電機の過
熱や異常音の発生を招き、正常に運転することができな
くなることを意味する。また、磁束密度が飽和すると起
磁力も飽和するので、トルクが充分に得られなくなる。
さらに、回転電機が小形になると、その表面積、つまり
冷却表面積が少なくなり、温度上昇を抑えるのが困難に
なる。

【０００９】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、小形で冷却性能がよく、製作
が容易な回転電機を得ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的は、回転電機の
固定子鉄心を、その内周側のスロットが形成されている
円筒形部分と、外周側の磁路を構成している円筒形部分
とに分割し、この外周側の円筒部分を磁性アルミニウム
合金材料からなるハウジングの円筒状部分の一部で構成
し、且つ、上記スロットが上記内周側の円筒形部分の外
周側でだけ開口し、このスロットの断面の一部に上記巻
線が存在しない空間が回転電機の軸方向の一方の端面か
ら他方の端面に連通して形成されるようにして達成され
る。

【００１１】

【作用】磁性アルミニウム合金材料からなるハウジング
の円筒状部分の一部は、固定子で発生する熱を効率よく
ハウジング全体に伝える働きをし、これにより高い冷却
効果が得られるようにするので、小形化を可能にする。

【００１２】ここで、ハウジングを構成している磁性ア
ルミニウム合金材料につい説明すると、これは、「磁性
アルミ合金」という商品名で市場に供給されているもの
で、この「磁性アルミ合金」(商品名)とは、アルミ粉末
と強磁性体を混合し、固化成形して製作された新材料
で、非磁性体であるアルミニウムに強磁特性を持たせ、
さらに高剛性を持つようにした材料であり、製造方法を
工夫することにより磁気異方性を持たせることも可能な
材料である。

【００１３】そして、この材料の特徴は、アルミの基本
性質である軽量性(鉄に比して３０〜５０％軽量)を残し
ながら、高剛性(アルミの約２倍)、高耐熱性、高耐磨耗
性で、高い電磁波シールド性をも持っており、さらに固
化成形法により磁気特性の選択が可能な上、冷間鍛造に
より複雑な部品形状を得ることも可能な点にある。

【００１４】磁性アルミニウム合金は以上の特徴をもつ
が、ケイ素鋼板のような磁性体に比べると飽和磁束密度
が低く、一般に磁気特性は劣る。しかしながら本発明で
は、この欠点を以下の工夫で補っている。

【００１５】本発明における固定子鉄心の外周側に開口
したスロットは、外周側からの固定子コイルの挿入を可
能にし、且つ、スロットの開口が広く得られるため、コ
イルの巻回数を従来技術より増やすことができる。

【００１６】このことは、小形にしたことで磁束密度が
飽和することと、固定子背部の磁束密度を低くすること
において大きく寄与することになる。つまりコイルの巻
回数を増やすと、同一電流において起磁力が増すことに
なるので同一トルクを出すためには電流は少なくてす
む。また磁束密度は小さくなる。

【００１７】また、スロットの中に定子鉄心の軸方向に
貫通して設けてある空間は冷却風の通路となり、主な発
熱部であるコイルを直接冷却するように働き、この結
果、小形化したことによる温度上昇を抑えることができ
る。

【００１８】

【実施例】以下、本発明による回転電機について、図示
の実施例により詳細に説明する。図１は、本発明による
回転電機を誘導電動機に適用した場合の一実施例で、図
において、１Ａはハウジング１の厚肉部であり、そし
て、この実施例では、ハウジング１の材質が異なり、且
つ、固定子鉄心３の構成が異なっているだけで、その他
は、図７で説明した従来例と同じである。

【００１９】ハウジング１は、上記した「磁性アルミ合
金」という商品名で市場に供給されている磁性アルミニ
ウム合金材料で作られ、上記したように、厚肉部１Ａを
有するが、この厚肉部１Ａは、固定子鉄心３の外周部に
相当する部分に形成されている。そして、これに応じ
て、固定子鉄心３は、図２に示すように、複数のスロッ
ト１２と、歯部(ティース部)３ａとを有する内周側の円
筒形部分２０だけで形成された形に作られ、外周側の磁
路を構成すべき円筒形部分は、見かけ上は、この円筒形
部分２０から分割された形で、ハウジング１の厚肉部１
Ａで形成されている状態に作られている。

【００２０】固定子鉄心３について、さらに詳しく説明
すると、図２において、この実施例における固定子鉄心
３は、上記したように、外周部と内周部の間に複数のス
ロット１２を有するが、これらのスロット１２は、外周
側の端部が開口しており、内周側の端部は開口させず
に、３ｄで示してある連結部分を残して内周面より僅か
に外径側に位置しており、この結果、スロット１２は、
内周側では閉じられており、従って、固定子コイル４
は、このスロット１２に対して、外周側から挿入して装
巻するようになっている。

【００２１】このため、まず、これらのスロット１２に
は、絶縁物４ｂを介して外周側から固定子コイル４が巻
回され、次いで、このコイル４が外に飛び出さないよう
に、サシキ(コイル抑え用のくさび)４ｃを装着し、固定
子コイル４の巻装を終わるのである。

【００２２】そして、この実施例では、さらに図示のよ
うに、各スロット１２内の外側(開口側)に、ハウジング
１の厚肉部１Ａの内面と、歯部３ａの側面、それにサシ
キ４ｃの上面とで区画された空間部１３が形成されるよ
うにしてある。従って、この空間部１３は、図１に現わ
れているように、固定子鉄心４の一方の端面から軸方向
に他方の端面にまで貫通して形成されていることにな
る。

【００２３】その後、このスロット１２に固定子コイル
４が収納された固定子鉄心３(円筒形部分２０)は、絶縁
強化のためワニス処理が施こされてから、ハウジング１
内に挿入され、厚肉部１Ａの内周に位置決めされてか
ら、焼ばめによりハウジング１に装着される。なお、こ
のため、ハウジング１の厚肉部１Ａの内径寸法は、予め
固定子鉄心３(円筒形部分２０)の外形寸法よりも、締め
代ろとなる分、小さくしてあり、これにより、固定子鉄
心３の装着に所定の締付力が与えられるようにする。

【００２４】なお、この実施例では、さらに固定子鉄心
３の外周部に、固定子の回り止めとなる突起３ｃを設け
てある。固定子には、運転中、回転トルクの反作用によ
る回動力が現われるが、この実施例によれば、焼ばめし
た後、この突起３ｃが、ハウジング１の厚肉部１Ａの内
周面に食い込んだ形になるため、厚肉部１Ａに対する固
定子鉄心３の装着強度がたとえ低下したとしても、固定
子の回動を確実に抑えることができる。

【００２５】以後、回転子６を固定子鉄心２内に挿入
し、エンドブラケット４ａ、４ｂをハウジング１に装着
して、図１に示す誘導電動機が完成する。

【００２６】次に、この実施例における磁気回路の構成
について説明する。以上の説明から明らかなように、こ
の実施例では、結果として、本来の固定子鉄心が、内周
側のスロットが形成されている円筒形部分２０と、外周
側の磁路を構成している円筒形部分とに分割されてお
り、この外周側の円筒部分は、磁性アルミニウム合金材
料からなるハウジング１の円筒状の厚肉部１Ａで形成さ
れていることになる。

【００２７】そこで、固定子コイル４による主磁束は、
図２の矢印(ニ)で示すように、固定子の或る磁極を形成
する歯部３ａ内の磁路３ｂを通ってからハウジング１の
厚肉部１Ａ内の磁路１ｂを通り、次の磁極を構成する隣
りの歯部３ａ内の磁路３ｂ’を通って、図示してない回
転子へ向かう閉回路を構成する。従って、この実施例に
よっても、必要な固定子磁路を確実に形成することがで
き、必要な特性の誘導電動機を得ることができる。

【００２８】ここでハウジング１の厚肉部１Ａは、固定
子鉄心２の外周部に相当し、この部分を、図２では磁路
１ｂで示してある。しかして、この磁路１ｂの一部を構
成する部分は、アルミと磁性体の合金であるため、ケイ
素鋼板のような完全な磁性体と異なり、飽和磁束密度が
小さい。そこで固定子の歯部に相当するこの部分の磁束
密度は、従来技術より小さくしなければならない。しか
しながら、この本発明の実施例によれば、従来技術と同
じ特性を充分に持たせることができるものであり、この
点について、以下に説明する。

【００２９】すなわち、この実施例では、各スロット１
２は、固定子鉄心３の外周側で開口しており、このた
め、固定子の外周から固定子コイル４をスロット１２内
に挿入することができる。そして、この結果、固定子コ
イル４のスロット１２内への挿入が容易になり、コイル
の巻回数を従来技術よりも多くすることができる。

【００３０】そこで、固定子コイル４の巻回数を増加さ
せたとすると、同一電流値でも起磁力(起磁力＝巻回数
×電流)が大きくなり、発生トルクも大きくなる。一
方、性能上は、同一トルクが出せればよいのであるか
ら、結局、電流は少なくて済むことになる。他方、コイ
ルの巻数が多くなると磁束密度は小さくて済むから、結
局、磁性アルミニウム合金材料からなるハウジング１の
厚肉部１Ａでの飽和磁束密度が小さいことによる性能低
下を抑えることができることになり、従って、この実施
例によっても、従来技術と同じ特性の誘導電動機を得る
ことができるのである。また、この実施例では、スロッ
ト１２の開口が広くとれるため、巻線作業が簡単にな
り、熟練技能を必要としないという利点もある。

【００３１】ところで、この実施例において使用してい
る磁性アルミニウム合金材料は、上記したように、比較
的導電率が高く、且つ、この実施例では、ハウジング１
の厚肉部１Ａ(固定子の外周部となる部分の磁路１ｂ)は
積層構造ではなく、一体成形されているので、この部分
には渦電流が流れ、固定子の温度上昇が大きくなってし
まうという問題を生じる虞れがある。

【００３２】しかしながら、この実施例では、上記した
ように、固定子コイル４の巻回数を多くすることがで
き、これにより同一トルクを確保する電流は小さくて済
むことから、渦電流の増加は相殺され、損失が増加する
虞れはない。

【００３３】また、この実施例では、万一、渦電流が増
加して固定子の温度が上昇しても、ハウジング１の材質
が熱伝導度の高い磁性アルミニウム合金材料であり、厚
肉部１Ａが固定子鉄心の一部を構成しているため、固定
子からハウジング１への熱の伝達が良く、高い放熱特性
が得られるので、従来技術よりも温度上昇を低減するこ
とができる。

【００３４】さらに、この実施例では、各スロット１２
のそれぞれに空間部１３が設けてある。既に、図７の従
来技術でも説明したように、運転中は、外ファン９の回
転により、エンドカバー１０の通風入り口１０ａから、
図１の矢印イに示すように外気が吸い込まれる。そし
て、この外気は、エンドブラケット２ａに設けてある通
風孔１１ａを通って電動機の内部へ導入される。そこ
で、この外気は、矢印ニで示してあるように、この空間
部１３内に流入し内部を通過して反対側に抜け、エンド
ブラケット２ｂに形成してある通風孔１１ｂから外部に
放出されるようになる。

【００３５】この結果、主な発熱部となっている固定子
コイル４が、固定子鉄心３及び厚肉部１Ａと共に、外気
流に直接曝されるようになり、高い冷却機能が得られる
ことになり、厚肉部１Ａでの渦電流損や小形化に伴う発
熱量の増加にも良く対応して温度上昇を充分に抑えるこ
とができる。

【００３６】従って、この実施例によれば、小形化に伴
う温度上昇を確実に抑えることができ、誘導電動機を充
分に小形化することができる。また、この実施例によれ
ば、固定子鉄心の一部が磁性アルミニウム合金材料で置
き換えられているので、その分、重量が抑えられ、従っ
て、回転電機の軽量化を図ることができる。

【００３７】次に、本発明の他の実施例について説明す
る。まず図３の実施例は、各スロット１２内での固定子
コイル４を２群に分け、その間に空間部１３を形成した
ものであり、次に図４の実施例は、各スロット１２内で
の固定子コイル４の位置を外周側にずらし、内周側に空
間部１３を形成したものである。これらの実施例と図
１、図２の実施例とでは、特に優劣は付け難く、従っ
て、必要に応じて任意に選択実施すればよい。

【００３８】次に、図５の実施例は、図２の実施例にお
ける空間部１３の、固定子鉄心３の両方の端面での開口
部の縁部を円弧状にし、広がり部１４を形成したもの
で、その狙いは、この空間部１３での冷却用外気の流通
抵抗を少なくして、外気の流通量を増加させ、さらに良
好な冷却が得られるようにしたものである。

【００３９】また、図６の実施例も同様であるが、この
実施例では、広がり部１４を形成するため、徐々に開口
の大きさがことなっている複数枚の薄当板１４ａ、１４
ｂ、１４ｃを用いたものである。従って、これら図５、
図６の実施例によれば、さらに効率的な冷却作用が期待
でき、一層の小形化を図ることができる。

【００４０】ところで、以上の説明では、ハウジング１
の厚肉部１Ａに対して、焼ばめにより固定子鉄心３を装
着しているが、圧入により装着するようにしてもよく、
或いは、ハウジング１の成形時に、固定子鉄心３を一体
にダイキャスト成形するようにしてもよい。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、以下に列挙する効果を
得ることができた。

【００４２】小形軽量の回転電機を提供できる(容
積比で約３０％小形化が可能)。

【００４３】巻線作業が容易になるため、製造コス
トの低減が図れる。

【００４４】回転電機の温度上昇の低減が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による回転電機の一実施例を示す部分断
面による側面図である。

【図２】本発明の回転電機における固定子の一実施例を
示す部分正面図である。

【図３】本発明による回転電機の他の一実施例における
固定子を示す部分正面図である。

【図４】本発明による回転電機の更に別の一実施例にお
ける固定子を示す部分正面図である。

【図５】本発明による回転電機の他の一実施例を示す部
分側断面図である。

【図６】本発明による回転電機の更に別の一実施例を示
す部分側断面図である。

【図７】回転電機の従来例を示す部分断面による側面図
である。

【図８】回転電機の従来例における固定子を示す部分正
面図である。

【符号の説明】

１ハウジング１Ａ厚肉部１ｂ、３ｂ、３ｂ’ 磁路２ａ、２ｂエンドブラケット３固定子鉄心３ａ歯部３ｃ回り止め用の突起３ｇ連結部分４固定子コイル４ａコイルエンド４ｂ絶縁物４ｃサシキ(コイル抑え用のくさび) ５シャフト６回転子７エンドリング８内ファン９外ファン１０エンドカバー１０ａ風穴１２スロット１３空間部１４広がり部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ薄当板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】巻線収納用のスロットが形成されたほぼ
円筒形の鉄心に巻線が施されている固定子を備えた回転
電機において、上記鉄心を、その内周側のスロットが形
成されている円筒形部分と、外周側の磁路を構成してい
る円筒形部分とに分割し、この外周側の円筒部分を磁性
アルミニウム合金材料からなるハウジングの円筒状部分
の一部で構成し、且つ、上記スロットが上記内周側の円
筒形部分の外周側でだけ開口し、このスロットの断面の
一部に上記巻線が存在しない空間部が回転電機の軸方向
の一方の端面から他方の端面に連通して形成されている
ことを特徴とする回転電機。
【請求項２】請求項１の発明において、上記巻線が、
上記スロット内で分割されており、上記空間部が、これ
ら分割された巻線の間に形成されていることを特徴とす
る回転電機。
【請求項３】請求項１の発明において、上記空間部
が、上記スロット内の上記巻線の外周側に形成されてい
ることを特徴とする回転電機。
【請求項４】請求項１の発明において、上記空間部
が、上記スロット内の上記巻線の内周側に形成されてい
ることを特徴とする回転電機。