JPH09219943A

JPH09219943A - 回転電機

Info

Publication number: JPH09219943A
Application number: JP2677396A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yasuhara; 隆安原; Akiji Yamada; 旭司山田; Hiromitsu Fuku; 裕光富久; Tsugio Sekine; 次雄関根; Izumi Shimizu; 泉清水; Yukiro Endo; 幸郎遠藤; Matsutoshi Ihara; 松利井原; Ryuichi Iwata; 竜一岩田; Takahiro Takeda; 高広竹田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-02-14
Filing date: 1996-02-14
Publication date: 1997-08-19

Abstract

(57)【要約】【課題】分割鉄心形固定子を用いたことによる性能向
上と小形軽量化が充分に得られるようにした回転電機を
提供すること。【解決手段】回転電機の固定子鉄心３Ａを、Ｌ字状鉄
心片３１と棒状鉄心片３２に分割して作成してから、こ
れらを所定個数組合せて構成するようにした回転電機に
おいて、Ｌ字状鉄心片３１相互の接合面Ｓを、矢印φで
示した磁束の流通方向と垂直な面、つまり軸Ｏを通る径
方向の面から所定角θだけ傾けたもの。【効果】斜めにしたことにより、接合面積が増加する
ので、接合面に存在する空隙による磁気抵抗の増加を抑
えることができ、この結果、分割鉄心形固定子を用いた
ことによる利点が確実に活かされ、性能向上と小形軽量
化を充分に図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、誘導電動機や同期
機などの回転電機に係り、特に比較的小容量の汎用誘導
電動機に好適な回転電機に関する。

【０００２】

【従来の技術】比較的小容量の汎用誘導電動機などの回
転電機としては、図６に示す構造のものが、従来から一
般的に使用されている。この図６において、１はハウジ
ングで、枠体或いはフレームとも呼ばれ、鋳鉄など鉄系
材料の鋳造によりほぼ筒状に作られ、電動機の外被を構
成している。１ａは放熱フィンで、軸方向に伸びた短冊
状をなし、ハウジング１と一体鋳造され、その外周に放
射状に形成されている。

【０００３】２Ａ、２Ｂはエンドブラケットで、軸受ブ
ラケットとも呼ばれ、軸受４Ａ、４Ｂを収納しハウジン
グ１の両端に各々インロー嵌合して取付けられるように
なっている。

【０００４】３は固定子で、図７に示すように、複数の
スロット３Ｃを内周側に持つ環状のけい素鋼板(電磁鋼
板)の積層体からなる固定子鉄心３Ａを用い、この固定
子鉄心３Ａのスロット３Ｃ内に固定子巻線３Ｂを巻回し
て構成されている。

【０００５】５は回転子で、回転軸６を有し、この回転
軸６がエンドブラケット２Ａ、２Ｂの軸受４Ａ、４Ｂに
より回転自在に保持されることにより、固定子３内の所
定の位置で、この固定子３に対向した位置で回転するよ
うに構成されている。

【０００６】そして、このような従来の電動機では、予
め固定子３をハウジング１の内側に挿入して、その内周
壁に取付けておき、その後、この固定子３内に回転子５
を挿入し、次いで回転軸６に軸受４Ａ、４Ｂが嵌合する
ようにして、ハウジング１の両端にそれぞれエンドブラ
ケット２Ａ、２Ｂをインロー嵌合させ、複数本のボルト
(図示してない)により、ハウジング１に固着して取付
け、組立てるようになっている。

【０００７】回転軸６は、その一端側(図では右側)がエ
ンドブラケット２Ａの軸受４Ｂを挿通して外部に突出
し、出力軸を形成しているが、他端側(同、左側)はエン
ドブラケット２Ａの軸受４Ａから突出した部分に外部冷
却扇９(以下、外ファンと称す)が取付けられている。

【０００８】１０はエンドカバーで、外ファン９を覆う
カバーを形成している。そして、このエンドカバー１０
には、外気を外ファン９で取り込むための開孔１０ａ
(以下、通風入口と称す)が設けられている。また、この
開孔１０ａの反対側は、開放した円筒形若しくは異形の
円筒形に形成され、これによりエンドブラケット２Ａ及
びハウジング１の外径部との間に径方向の隙間部１０ｂ
からなる通風出口が形成されるようになっている。

【０００９】従って、回転子５により外ファン９が回転
されると、エンドカバー１０の通風入口１０ａから外気
が吸い込まれ、隙間部１０ｂから吹き出されるようにな
り、これによりエンドブラケット２Ａと、ハウジング１
及びエンドブラケット２Ｂの外部表面に外気を通風し、
冷却作用が得られるようになっている。

【００１０】回転子５は、上記したように、回転軸６の
ハウジング１内で固定子２と対向する位置に取付けられ
ており、この回転子５には、図示してない二次導体バー
と、エンドリング７が設けられており、さらに、このエ
ンドリング７と一体に内部冷却扇８(以下、内ファンと
称す)が形成されている。

【００１１】この内ファン８は、エンドリング７の両端
面から軸方向に突設された複数の羽根ブレードからな
り、電動機内部での空気の循環を図り、冷却作用が得ら
れるようにしている。すなわち、内ファン８により起こ
された空気流は、回転子５、エンドリング７、固定子巻
線３Ｂ及び固定子鉄心３Ａの両端面を冷却しながら通過
した後、ハウジング１に比して比較的温度上昇の低いエ
ンドブラケット２Ａ、２Ｂの内面に沿って通過するとき
に放熱が得られるようになっているのである。

【００１２】なお、この種の従来技術に関するものとし
ては、例えば特開昭６１ー２５１４４０号公報等を挙げ
ることができる。

【００１３】ところで、このような回転電機にあって
は、小形軽量化が常に大きな命題であるが、回転電機
は、小形化により特性が低下する傾向にあり、特に出力
や停動トルク(最大トルク)が低下する傾向がある。しか
して、これらの低下を防ぐため、固定子コイル(電機子
コイル)の巻線数を増やし、磁束密度を上げようとする
と、鉄損が大きくなり、力率や効率が悪くなるという問
題があった。

【００１４】また、一般に回転電機を小形にするには、
固定子を小さくするのが効果的であるが、しかし、この
場合、固定子外径を小さくして同一トルクを出力するた
めには、起磁力を同一の大きさに保たなければならな
い。つまり、磁気装荷を変えることなく回転電機を構成
する必要がある。言い換えると、固定子で発生する磁束
量を減少することなく、しかも固定子の単位面積当たり
の磁束量(以下、磁束密度という)を一定に保つことが重
要なのである。

【００１５】しかしながら、この状態では、磁束量は小
型化する前と同じままで、固定子だけが小さくなるの
で、磁束密度の増加をもたらし、そのため、磁束飽和を
招く結果、回転電機の特性が悪化してしまう。そこで、
固定子が小さくなっても磁束密度が飽和しないように、
磁気装荷を変えることなく構成するためには、固定子の
磁路各部の面積を、小形化する前と同等になるように確
保する必要がある。しかして、この結果、固定子のスロ
ット面積が減少するので、該スロットに固定子巻線３Ｂ
を収納することができなくなってしまう。

【００１６】これは、従来の技術では、固定子巻線３Ｂ
は、スロット３Ｃ内に開口溝から一本ずつスロット内へ
挿入していたので、スロット３Ｃ内では、固定子巻線３
Ｂの配列が不規則になり、そのため、コイルの収納容積
がスロット容積に匹敵する程度にはならず、これらの容
積比(以下、占積率という)では６０％台にとどまり、コ
イル収納に限度があるからである。

【００１７】そこで、この占積率を向上するために、固
定子鉄心を分割してコイルの収納性を改善するようにし
た分割鉄心形回転電機が従来から知られている。この分
割鉄心形の回転電機は、所定個数に分割した固定子鉄心
を用い、これらを、予め成形してある固定子巻線に順次
組み付けることにより、固定子を組み立てるようにした
ものであり、固定子鉄心のスロット内に一本ずつコイル
を挿入して巻線を施す必要が無いので、スロット内に隙
間なくコイルを充填させることができ、この結果、占積
率の向上が充分に得られ、小型化を図ることができるの
である。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、固定
子鉄心の分割に伴う磁気抵抗の増加について特に配慮が
されておらず、分割鉄心形固定子を用いたことによる回
転電機の性能向上の点で不満があった。本発明の目的
は、分割鉄心形固定子による利点を活かして、性能向上
と小形軽量化が充分に得られるようにした回転電機を提
供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目的は、固定子鉄心
が複数個の積層鉄心片の組合せにより形成されている回
転電機において、前記積層鉄心片の固定子鉄心円筒状継
鉄部を形成する部分での接合面が、該円筒状継鉄部での
磁束の通過方向に垂直な平面から所定の角度で傾斜した
平面で構成されるようにして達成される。

【００２０】ここで、磁束の通過方向に垂直な平面を傾
斜させれば、その面積は、もとの平面の面積よりも大き
くなる。

【００２１】ところで、周知のように、磁気回路での磁
気抵抗は、電気回路での電気抵抗と同様に、その経路の
断面積に反比例し、長さに比例する。一方、積層鉄心片
の接合面は、その面積を磁束流通断面積とし、そこに存
在する空隙を磁束流通長とする磁気回路として作用する
ので、それにより与えられてしまう磁気抵抗の大きさ
は、接合面の面積に反比例し、空隙の長さに比例する。

【００２２】そこで、接合面を磁束の通過方向に垂直な
平面から傾斜させてやれば、その面積が広くなるので、
磁気抵抗を減らすことができることになり、この結果、
固定子鉄心の分割に伴う磁気抵抗の増加を最小限に抑え
ることができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明による回転電機につ
いて、実施形態例により詳細に説明する。本発明の一実
施形態は誘導電動機であるが、その全体構成は、図６で
説明した従来の誘導電動機と同じであり、異なる点は、
固定子鉄心３Ａが分割鉄心形になっている点だけなの
で、以下、主として、この固定子鉄心３Ａの構成につい
て説明する。

【００２４】図１は、本発明の一実施形態例による固定
子３を示したもので、分割形の固定子鉄心３Ａと、その
スロット３Ｃ内に収納された固定子コイル３Ｂとで構成
されている。そして、固定子鉄心３Ａは、図示のよう
に、Ｌ字状鉄心片３１(第１の積層鉄心片)と棒状鉄心片
３２(第２の積層鉄心片)の二種類に分割された形状に作
られた上で、複数個のＬ字状鉄心片３１が順次環状に配
置して組み合わされ、これに対して棒状鉄心片３２が、
Ｌ字状記鉄心片３１のスロット用空間部内周の切欠き
に、ほぼ固定子鉄心３Ａの中心軸Ｏから外方向に挿入し
て組み合わされることにより、固定子鉄心３Ａが構成さ
れるようになっている。

【００２５】ここで、Ｌ字状鉄心片３１は、図３(a)に
示すように、固定子の周方向に適宣の幅を有する背部３
１ａと、該背部３１ａの一方の端面側、図では右側の端
面側にあって、固定子鉄心３Ａの中心軸Ｏ方向に向かっ
て突出する歯部３１ｂと、該歯部３１ｂの左側に設けら
れたスロット用の空間部をなす切欠き部３１ｃと、該空
間部切欠き３１ｃ内周の左側に、歯部３１ｂとほぼ同様
の幅の切欠き部３１ｄとを有する形状に作られている。

【００２６】そして、このとき、鉄心片背部３１ａの周
方向の端面３１ｅ、３１ｆは、固定子鉄心３Ａの中心軸
Ｏを通る鎖線で示した直線に対して平行ではなくて、所
定角度θだけ傾いて形成されている。

【００２７】次に棒状鉄心片３２は、図３(b)に示すよ
うに、一方の端部に根本部３２ａと、他方の端部に歯部
３２ｂを有すると共に、該歯部３２ｂの先端にスロット
開口部を形成する舌片３２ｃを有する棒状に作られ、根
本部３２ａがＬ字状鉄心片３１のスロット用空間部内周
の切欠き３１ｄに径方向に沿って挿入されたとき、この
棒状鉄心片３２の歯部３２ｂと、Ｌ字状鉄心片３１の歯
部３１ｂとの間に固定子コイルを収納するためのスロッ
ト３Ｃが画成されるように作られている。

【００２８】従って、各Ｌ字状鉄心片３１の背部３１ａ
の周方向の寸法は、棒状鉄心片３２が挿入係合されたと
き、これに隣接する歯部３１ｂとにより、所定の寸法の
スロット３Ｃの空間部が形成されるような寸法に作られ
ている。

【００２９】そして、これらＬ字状鉄心片３１と棒状鉄
心片３２は、それぞれけい素鋼板などの電磁鋼板から図
３に示す通りの平面形状に打ち抜いた鉄板を所定枚数積
層した上で、その積層面が例えばレーザ溶接され、一体
化される。

【００３０】そこで、これらのＬ字状鉄心片３１と棒状
鉄心片３２を用い、Ｌ字状鉄心片３１は、相互に各端面
３１ｅ、３１ｆが突き合わされた状態で筒状に組み立
て、これに内面から棒状鉄心片３２が組み合わされるよ
うにして、固定子コイル３Ｂと組合せてやれば、固定子
３が構成されることになる。なお、このため、固定子コ
イル３Ｂは、予めスロット３Ｃ内に収納し得るように、
所定の形状に成形されている。

【００３１】そして、このようにして構成された固定子
３によれば、固定子鉄心３ＡのＬ字状鉄心片３１の端面
３１ｅ、３１ｆによる接合面での磁気抵抗を最小限に抑
えることができ、この結果、鉄心の分割による磁束数の
減少が充分に抑えられることになるのであるが、以下、
この理由について説明する。

【００３２】まず、固定子鉄心３Ａを形成するＬ字状鉄
心片３１の背部３１ａは、相互に各端面３１ｅ、３１ｆ
が突き合わされた状態で筒状に組み立てられることによ
り、固定子鉄心３Ａの継鉄部(ヨーク部)を形成してい
る。従って、このＬ字状鉄心片３１の背部３１ａ内での
磁束は、各端面３１ｅ、３１ｆの接合面を通って、矢印
φで示すように、軸Ｏを中心軸とする円周方向に流れ
る。

【００３３】一方、固定子鉄心３ＡのＬ字状鉄心片３１
の端面３１ｅ、３１ｆは、この矢印φで示す磁束の流れ
る方向と垂直な面から、図示のように、角度θをもって
傾いており、この結果、矢印φで示す磁束に対しては、
これら端面３１ｅ、３１ｆによる接合面は、磁束の通過
方向に垂直な平面よりも大きな面積になっていることに
なり、従って、この接合面による磁気抵抗を最小限に抑
えることができるのである。

【００３４】そこで、この図１に示す固定子３を用いて
図６に示した誘導電動機を構成することにより、分割鉄
心形固定子を用いたことによる利点が充分に活かされ、
高性能で小形軽量の回転電機を容易に得ることができ
る。

【００３５】次に、上記実施形態例について、更に詳し
く説明する。まず、固定子コイル３Ｂは、普通の断面形
状が円形の導体を用いてもよいが、例えば図４に示すよ
うに、ほぼ矩形断面を有する導体３３を用い、この導体
３３のスロット３Ｃ内での向きを、図示のように、その
長辺部分がスロット３Ｃの長手方向に向い、短辺部分が
スロット３Ｃの横手方向に向くようにして配置するのが
望ましい。

【００３６】これによれば、各導体３３間に残ってしま
う空間が最小限に抑えられ、且つ、各導体３３とスロッ
ト内壁との間の空間をも最小限に抑えることができ、こ
の結果、占積率をさらに改善することができる。なお、
この図４において、３４はスロットライナで、固定子コ
イル３Ｂに装着されているものである。

【００３７】次に、図１に示した固定子３の組み立て方
法について説明する。まず、固定子３の組込みに際して
は、予め成形された所定個数の固定子コイル３Ｂを、図
示してない治具により、所定の角度で所定の位置に環状
に配列保持させ、ついで、図示してないインデックスと
コレットチャック等の手段により、この固定子コイルに
対して内周側から棒状鉄心片３２移動させ、該棒状鉄心
片３２の両側に固定子コイル３Ｂを位置決めする。

【００３８】その後、Ｌ字状鉄心片３１を外周方向か
ら、これも図示してないインデックス等の移動手段によ
って移動させ、その切欠き部３１ｄに、棒状鉄心片３２
を挿入係合すると、鉄心片３１の歯部３１ｂと棒状鉄心
片３２の歯部３２ｂとで画成されるスロット３Ｃ内に固
定子コイル３Ｂを収納することができる。

【００３９】従って、予め成形した固定子コイル３Ｂ
を、分割形成したＬ字状鉄心片３１と棒状鉄心片３２と
に組付けるだけで、固定子コイル３Ｂがスロット３Ｃに
収納できるので、固定子コイル３Ｂの収納を的確に行う
ことができる。

【００４０】そのため、従来技術のように、固定子コイ
ルを３Ｂをスロット内に圧入する必要が無くなるので、
スロット３Ｃ内に、固定子コイル３Ｂの導体を多数本に
わたり、ほとんど限度一杯まで収納させることができ
る。

【００４１】しかも、Ｌ字状鉄心片３１の切欠き部３１
ｄに対して、固定子３の中心側から径方向に棒状鉄心片
３２を移動させて挿入係合すれば、固定子３が形成でき
るので、多数本の導体からなる固定子コイルをスロット
に圧入する従来技術に比較すると、固定子コイルの収納
を極めて容易に行うことができ、この結果、スロット３
Ｃの面積が小形化しているにも拘らず、スロット内での
コイル占積率を確実に高めることができる。

【００４２】また、従来技術では、固定子鉄心の内周に
僅かな幅の溝を設けてスロット３Ｃ内にコイルを導き、
収納するようになっているので、この溝の幅はコイルの
導線一本の径寸法により支配されてしまい、このため、
回転電機の特性を改良するため、溝幅を任意に選択する
ことについて制限を受けていた。

【００４３】しかして、上述の実施形態例では、Ｌ字状
鉄心片３１に棒状鉄心片３２を挿入係合すれば固定子コ
イル３Ｂを収納できるので、従来技術のように溝幅に制
限されることがなくなり、回転電機の設計の裕度が大き
くなり、最適を設計することが可能となる。

【００４４】さらに、棒状鉄心片３２の歯部３２ｂの先
端には、図３(b)に示すように、舌片３２ｃが形成さ
れ、この舌片３２ｃによりスロット３Ｃの幅より狭い開
口部を形成しているので、固定子コイル３Ｂの導体がス
ロット３Ｃ内から外部に出てしまう虞れを全く無くすこ
とができるばかりでなく、舌片３２ｃと周方向に隣接す
るＬ字状鉄心片３１の歯部３１ｂとの間のギャップが小
さくできるので、回転子５が回転したときに発生する騒
音を低減することもできる。

【００４５】次に、図５は、固定子鉄心３Ａの他の実施
形態例を示したもので、この固定子鉄心３Ａは、図２で
説明したＬ字状鉄心片３１と左右勝手違いのＬ字状鉄心
片３１’を用い、この勝手違いのＬ字状鉄心片３１’
を、Ｌ字状鉄心片３１と軸方向において交互に積層して
構成したものである。

【００４６】この図５の固定子鉄心３Ａによれば、鉄心
片同志の係合箇所が、積層方向にみて同一線上にならな
いで、交差して周方向に配列されるようになるため、鉄
心片の積層状態が堅固になるという効果が得られる。

【００４７】

【発明の効果】本発明によれば、固定子鉄心の接合面を
傾けるという簡単な構成で、固定子鉄心の分割に伴う磁
気抵抗の増加を最小限に抑えることができ、この結果、
分割鉄心形固定子による利点を活かして、回転電機の性
能向上と小形軽量化を充分に図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を誘導電動機に適用した一実施形態例に
おける固定子の説明図である。

【図２】本発明の一実施形態例における固定子鉄心の正
面図である。

【図３】本発明の一実施形態例における固定子鉄心の分
解説明図である。

【図４】本発明の一実施形態例における固定子コイルの
一例を示す説明図である。

【図５】本発明の他の一実施形態例における固定子鉄心
の正面図である。

【図６】回転電機の一例である誘導電動機の説明図であ
る。

【図７】回転電機の従来例における固定子鉄心の平面図
である。

【符号の説明】

１ハウジング３固定子３Ａ固定子鉄心３Ｂ固定子コイル３Ｃスロット３１Ｌ字状鉄心片３１ａ背部３１ｂ歯部３１ｃスロット用の切欠き部３１ｄ切欠き部３１ｅ、３１ｆ周方向の端面３２棒状鉄心片３２ａ背部３２ｂ歯部３２ｃ舌片

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者関根次雄東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地株式会社日立製作所内 (72)発明者清水泉東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地株式会社日立製作所内 (72)発明者遠藤幸郎東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地株式会社日立製作所内 (72)発明者井原松利東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地株式会社日立製作所内 (72)発明者岩田竜一東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地株式会社日立製作所内 (72)発明者竹田高広千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号株式会社日立製作所産業機器事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固定子鉄心が複数個の積層鉄心片の組合
せにより形成されている回転電機において、前記積層鉄心片の固定子鉄心円筒状継鉄部を形成する部
分での接合面が、該円筒状継鉄部での磁束の通過方向に
垂直な平面から所定の角度で傾斜した平面で構成されて
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、前記積層鉄心片が第１の積層鉄心片と第２の積層鉄心片
の二種類の異なった形状を有し、第１の積層鉄心片は、前記円筒状継鉄部と、磁極形成用
の歯部、スロット形成用の空間部、及び前記第２の積層
鉄心片の根本部挿入用の切欠き部とを形成するのに必要
な形状に作られ、第２の積層鉄心片は、磁極形成用の歯部と、前記第１の
積層鉄心の前記切欠き部に挿入される根本部を形成する
のに必要な形状に作られていることを特徴とする回転電
機。