JPH08130842A

JPH08130842A - 回転電機

Info

Publication number: JPH08130842A
Application number: JP26881694A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Amagi; 滋夫天城; Yoshikiyo Kashiwamura; 吉清柏村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-11-01
Filing date: 1994-11-01
Publication date: 1996-05-21

Abstract

(57)【要約】【目的】導体とステータコアの線膨張係数差により、
導体とステータコア間の絶縁材が破壊してしまうことを
防止する。【構成】ステータコア１は軸方向に重ねられた複数枚
の電磁鋼板からなり、その外表面には軸方向に対して＋
４５度または−４５度傾斜させて帯板材６が溶接されて
いる。このように構成すると、帯板材６はステータコア
の周方向ではステータコア１外表面に固定された形とな
り伸縮不可能であるが、ステータコア１の軸方向では両
端側が開放されているので伸縮自在となる。その結果、
ステータコア１は捻じり変形は阻止されるが、軸方向変
形は可能となって、ステータコア１の導体２周辺での軸
方向弾性係数を１ＧＰa以下にすることができ、絶縁材
の破壊を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は大型発電機、産業用、車
両用モータ等の回転電機に係り、特にステータコア表面
に形成された溝内に、絶縁材を介して導体が固着された
構成の回転電機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の回転電機は、図７及び図８に示す
ように、複数の電磁鋼板を回転電機の軸方向に重ねてほ
ぼ円筒状のステータコア１が構成され、このステータコ
ア１の内周面に形成された溝内に導体２が設けられてい
る。導体２が設けられた溝部の詳細を図９に示す。図９
に示すように、ステータコア１の溝内に設けられた導体
２の周囲には絶縁材４が設けられ、導体２とステータコ
ア１が電気的に絶縁されているとともに、回転電機運転
中に導体２に振動が生じないようになっている。

【０００３】また、図７及び図８に示すように、ステー
タコア１の外周面には、その軸方向に沿って帯板材３が
溶接によって固定されている。帯板材３の本数は回転電
機の大きさに応じて決定され、図７及び図８では８本と
なっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来技
術では、導体は銅で構成され、ステータコアは電磁鋼板
で構成されるのが一般的である。しかしながら、銅と電
磁鋼板の軸方向線膨張係数は、それぞれ１７×１０~⁶／
℃、１４×１０~⁶／℃であるため、絶縁材によって導体
をステータコアに一体的に固定しておくと、導体と電磁
鋼板との線膨張係数差により絶縁材、特にステータコア
の両端部近傍に高い剪断応力が生じ、絶縁材が破壊する
という問題がある。

【０００５】本発明の目的は、導体とステータコアの線
膨張係数差により絶縁材に生じる剪断応力を最小限に抑
えることにより、絶縁材の破壊を防止した回転電機を提
供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、透磁性材料で形成されたステータコアと、
前記ステータコア表面に形成された溝内に配設され絶縁
材を介してステータコアに固着された導体と、前記ステ
ータコアと同心状に配設され且つその同心軸上で回転自
在なロータとを備え、前記導体に通電したときは前記ロ
ータが回転して電動機として機能し、前記ロータに外部
から回転力を加えたときは前記導体に電力が発生して発
電機として機能する回転電機において、前記ステータコ
アの軸方向変形は許容し、捩じれ変形は阻止する手段を
設けることにより、前記ステータコアの導体周辺での軸
方向弾性係数を１ＧＰa以下にしたことを特徴としてい
る。

【０００７】前記ステータコアとしては、軸方向に重ね
られた複数枚の電磁鋼板で形成されたものが一般的であ
る。

【０００８】また、前記手段は、ステータコア表面のう
ち前記溝が形成された面と反対側の面に、右上がり及び
左上がりの傾きで螺旋状に固着された複数の帯板材でも
よいし、もしくは右上がり及び左上がりの傾きで螺旋状
に溶接した複数の線状溶接部でもよい。

【０００９】さらに、本発明は、軸方向に重ねられた複
数枚の電磁鋼板で形成されたステータコアと、前記ステ
ータコア表面に形成された溝内に配設され絶縁材を介し
てステータコアに固着された導体と、前記ステータコア
と同心状に配設され且つその同心軸上で回転自在なロー
タとを備え、前記導体に通電したときは前記ロータが回
転して電動機として機能し、前記ロータに外部から回転
力を加えたときは前記導体に電力が発生して発電機とし
て機能する回転電機において、前記各電磁鋼板の一方の
面には凸部を他方の面には凹部を形成し、相隣合う電磁
鋼板の凸部と凹部を係合させるとともに、前記ステータ
コア表面のうち前記溝が形成された面と反対側の面にス
テータコアの軸方向に沿った帯板材を固着させることに
より、前記ステータコアの導体周辺での軸方向弾性係数
を１ＧＰa以下にしたことを特徴としている。

【００１０】また、本発明は、上記各構成の回転電機で
あって、出力５０ｋＷ以上の回転電機をポンプ装置また
は送風機装置に設置したものである。

【００１１】

【作用】ステータコアと導体との間の絶縁材に生じる剪
断応力は、両材料が絶縁材を介して接着された温度から
変化することにより、ステータコアと導体との間で軸方
向に相対変位を生じるために発生する。ステータコアの
軸方向弾性係数と絶縁材の層内最大剪断応力との関係の
一例を図１０に示す。このようにステータコアと導体と
の間に相対変位が生じようとした際に、ステータコアの
軸方向弾性係数が小さければステータコアの位置が導体
に追従するので、ステータコアの線膨張係数と導体の線
膨張係数に差があっても、ステータコアと導体間の相対
変位は小さなものとなり、絶縁材に生じる剪断応力も小
さなものとなる。

【００１２】そこで、本発明では、絶縁材に生じる発生
する剪断応力が絶縁材の剪断強度を上まわらないように
するために、ステータコアの軸方向変形は許容し、捩じ
れ変形は阻止する手段を設けることにより、ステータコ
アの導体周辺での軸方向弾性係数を１ＧＰa以下とする
ことができ、これにより絶縁材の破壊が防止される。

【００１３】前記手段として、例えばステータコアの外
表面に右螺子状及び左螺子状に帯板材を固着したり、も
しくは右螺子状及び左螺子状に線状の溶接を施したりし
てもよい。このような構成にすると、帯板材または線状
溶接部はステータコアの周方向ではステータコア外表面
に固定された形となり伸縮不可能であるが、ステータコ
アの軸方向では両端側が開放されているので伸縮自在と
なる。その結果、ステータコアは捻じり変形は阻止され
るが、軸方向変形は可能となる。

【００１４】また、前記手段としては、ステータコアを
構成する各電磁鋼板の一方の面に凸部を他方の面に凹部
を形成し、相隣合う電磁鋼板の凸部と凹部を係合させる
とともに、ステータコア表面に軸方向に沿った帯板材を
固着させるようにしてもよい。このように構成すると、
凸部と凹部との係合により各電磁鋼板の回転が阻止さ
れ、つまりステータコアの捻じれ変形が阻止される。ま
た、凸部と凹部とが係合しているだけであるから、ステ
ータコアは軸方向には変形可能である。

【００１５】さらに、ステータコアと導体との相対変位
は、回転電機の出力が大きいほどステータコアの軸方向
長さが大きくなるため、ステータコアの軸方向弾性係数
を１ＧＰa以下とする効果は出力５０ｋＷ以上の回転電
機において特に著しい。そこで、本発明では、上記回転
電機をポンプ装置または送風機装置に設置している。

【００１６】

【実施例】以下に、本発明の実施例を図面に従って説明
する。（第１実施例）第１実施例として、図１及び図２に示す
ように、外表面を螺旋状の帯板材を溶接したステータコ
アを製作した。ステータコア１として透磁性材料である
電磁鋼板を軸方向に積み重ねて構成し、その外径を１４
００mm、内径を９００mm、軸方向長さを７００mmに加工
するとともに、ステータコア１の内周面（内径側の面）
に複数個の溝を軸方向に沿って形成した。そして、ステ
ータコア１を１.８ＭＰaの荷重で軸方向に加圧し、この
加圧状態で、ステータコア１の外表面に幅３０mm、厚さ
１０mmの鋼板からなる帯板材６を溶接した。ステータコ
ア１の外表面に帯板材６を溶接する際に、帯板材６をス
テータコア１の軸方向に対して＋４５度または−４５度
傾斜させ、それぞれの帯板材６の両側端部を隅肉溶接に
よって溶接した。

【００１７】帯板材６が交差する部分では、図３に示す
ように帯板材６の片面に凹部６Ａを設け、２つの帯板材
６の凹部６Ａを互いに嵌合させた構成とした。帯板材６
の本数は＋４５度傾斜したものと−４５度傾斜したのも
とを合わせて１６本である。

【００１８】このようにして製作したステータコア１の
内周面の溝に絶縁材４を巻いた導体２を挿入し、絶縁材
４とステータコア１とを絶縁ワニスで接着した。このス
テータコア１について、導体２周辺の軸方向弾性係数を
測定した結果、０.９ＧＰaであった。また、このように
して製作したステータコアに対して導体２へ通電し、導
体温度７０℃、コア温度４０℃における絶縁材４に生じ
る剪断応力を測定した結果、その値は２ＭＰaと絶縁材
４の強度を十分下回ったものであった。

【００１９】（第２実施例）第２実施例として、図４及
び図５に示すように、外表面を螺旋状に溶接したステー
タコアを製作した。ステータコア１として第１実施例と
同様に電磁鋼板を軸方向に積み重ねて構成し、その外径
を５６０mm、内径を４００mm、軸方向長さを３００mmに
加工するとともに、ステータコア１の内周面に複数個の
溝を軸方向に沿って形成した。そして、ステータコア１
を１.８ＭＰａの荷重で軸方向に加圧した状態で、ステ
ータコア１の軸方向に対して±４５度傾けた二重螺旋１
６本の線上をアーク溶接し、ステータコア１の外表面に
線状溶接部７を形成した。

【００２０】このようにして製作したステータコア１の
内周面の溝に、絶縁材４を巻いた導体２を挿入し、導体
２とステータコア１とを絶縁ワニスで接着した。そし
て、ステータコア１について、導体２周辺の軸方向弾性
係数を測定した結果、その値は０.８ＧＰaであった。

【００２１】（第３実施例）第３実施例として、図１及
び図２に示したステータコアを内蔵する電動機を作成
し、その電動機をポンプ装置に搭載した。ステータコア
としては、第１実施例と同様に電磁鋼板で構成し、その
外径を１４００mm、内径を９００mm、軸方向長さを７０
０mmに加工し、そのステータコアを１.８ＭＰａの荷重
で軸方向に加圧した状態で、ステータコアの軸方向に対
して±４５度傾けた帯板材を溶接し、ステータコアの導
体周辺での軸方向弾性係数が０.９ＧＰaとなるようにし
た。

【００２２】そして、上記ステータコアを内蔵した電動
機を製作し、その電動機をポンプ装置に搭載して運転し
た結果、導体の温度が７０℃、ステータコアの温度が４
０℃となった。このとき、絶縁材に生じる剪断応力は２
ＭＰａであった。この値は、図７及び図８に示した従来
の電動機において絶縁材に生じる剪断応力の２／３以下
であり、絶縁材の強度を下回っている。その結果、高信
頼性を有するポンプ装置が得られることが分かった。

【００２３】（第４実施例）第４実施例として、図１及
び図２に示したステータコアを内蔵する電動機を作成
し、その電動機を送風機装置に搭載した。ステータコア
としては、第１実施例と同様に電磁鋼板で構成し、その
外径を１４００mm、内径を９００mm、軸方向長さを７０
０mmに加工し、そのステータコアを１.８ＭＰａの荷重
で軸方向に加圧した状態で、ステータコアの軸方向に対
して±４５度傾けた帯板材を溶接し、ステータコアの導
体周辺での軸方向弾性係数が０.９ＧＰaとなるようにし
た。

【００２４】そして、上記ステータコアを内蔵した電動
機を製作し、その電動機を送風機装置に搭載して運転し
た結果、導体の温度が６５℃、ステータコアの温度が３
８℃となった。このとき、絶縁材に生じる剪断応力は
１.９ＭＰａであった。この値は、図７及び図８に示し
た従来の電動機において絶縁材に生じる剪断応力の２／
３以下であり、絶縁材の強度を下回っている。その結
果、高信頼性を有する送風機装置が得られることが分か
った。

【００２５】（第５実施例）また、ステータコアの軸方
向変形は許容し、捩じれ変形は阻止して、ステータの導
体周辺の軸方向弾性係数を１ＧＰa以下にする手段とし
ては、図６に示すような構成であってもよい。すなわ
ち、ステータコアの外周面には、図７及び図８に示した
従来技術と同様に、帯板材６をステータコア１の軸方向
に平行に設けておき、更にステータコア１を構成する電
磁鋼板の各々に凹部と凸部を有する突起１０を設け、相
隣合う電磁鋼板の凸部を凹部に嵌合させるようにする。

【００２６】このような構成にしても、ステータコア１
の軸方向変形は許容し、捩じれ変形は阻止して、ステー
タコア１の導体周辺での軸方向弾性係数を１ＧＰa以下
とすることができる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ステータコアの導体周辺での軸方向弾性係数を１ＧＰa
以下とすることができ、導体とステータコアの線膨張係
数差により絶縁材、特にステータコアの両端部近傍に生
じる剪断応力を低減することができる。その結果、絶縁
材の破壊が防止され、信頼性の高い回転電機を得ること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による回転電機のステータ
コアの構成図である。

【図２】図１に示したステータコアの断面図である。

【図３】帯板材の交差部の詳細斜視図である。

【図４】本発明の第２実施例による回転電機のステータ
コアの構成図である。

【図５】図４に示したステータコアの断面図である。

【図６】本発明の第５実施例による回転電機のステータ
コアの要部構成図である。

【図７】従来技術による回転電機のステータコアの構成
図である。

【図８】図７に示したステータコアの断面図である。

【図９】ステータコアの溝部の詳細断面図である。

【図１０】ステータコアの軸方向弾性係数と絶縁層内最
大剪断応力との関係を示した図である。

【符号の説明】

１ステータコア２導体３，６帯板材４絶縁材５ウエッジ６Ａ凹部７線状溶接部１０突起

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透磁性材料で形成されたステータコア
と、前記ステータコア表面に形成された溝内に配設され
絶縁材を介してステータコアに固着された導体と、前記
ステータコアと同心状に配設され且つその同心軸上で回
転自在なロータとを備え、前記導体に通電したときは前
記ロータが回転して電動機として機能し、前記ロータに
外部から回転力を加えたときは前記導体に電力が発生し
て発電機として機能する回転電機において、前記ステータコアの軸方向変形は許容し、捩じれ変形は
阻止する手段を設けることにより、前記ステータコアの
導体周辺での軸方向弾性係数を１ＧＰa以下にしたこと
を特徴とする回転電機。
【請求項２】軸方向に重ねられた複数枚の電磁鋼板か
らなるステータコアと、前記ステータコア表面に形成さ
れた溝内に配設され絶縁材を介してステータコアに固着
された導体と、前記ステータコアと同心状に配設され且
つその同心軸上で回転自在なロータとを備え、前記導体
に通電したときは前記ロータが回転して電動機として機
能し、前記ロータに外部から回転力を加えたときは前記
導体に電力が発生して発電機として機能する回転電機に
おいて、前記ステータコアの軸方向変形は許容し、捩じれ変形は
阻止する手段を設けることにより、前記ステータコアの
導体周辺での軸方向弾性係数を１ＧＰa以下にしたこと
を特徴とする回転電機。
【請求項３】請求項１又は２に記載の回転電機におい
て、前記手段は、前記ステータコア表面のうち前記溝が形成
された面と反対側の面に、右上がり及び左上がりの傾き
で螺旋状に固着された複数の帯板材であることを特徴と
する回転電機。
【請求項４】請求項１又は２に記載の回転電機におい
て、前記手段は、前記ステータコア表面のうち前記溝が形成
された面と反対側の面に、右上がり及び左上がりの傾き
で螺旋状に溶接した複数の線状溶接部であることを特徴
とする回転電機。
【請求項５】軸方向に重ねられた複数枚の電磁鋼板か
らなるステータコアと、前記ステータコア表面に形成さ
れた溝内に配設され絶縁材を介してステータコアに固着
された導体と、前記ステータコアと同心状に配設され且
つその同心軸上で回転自在なロータとを備え、前記導体
に通電したときは前記ロータが回転して電動機として機
能し、前記ロータに外部から回転力を加えたときは前記
導体に電力が発生して発電機として機能する回転電機に
おいて、前記各電磁鋼板の一方の面には凸部を他方の面には凹部
を形成し、相隣合う電磁鋼板の凸部と凹部を係合させる
とともに、前記ステータコア表面のうち前記溝が形成さ
れた面と反対側の面にステータコアの軸方向に沿った帯
板材を固着させることにより、前記ステータコアの導体
周辺での軸方向弾性係数を１ＧＰa以下にしたことを特
徴とする回転電機。
【請求項６】請求項１〜５のいずれかに記載の出力５
０ｋＷ以上の回転電機を設置したポンプ装置。
【請求項７】請求項１〜５のいずれかに記載の出力５
０ｋＷ以上の回転電機を設置した送風機装置。