JPH0946940A

JPH0946940A - 回転電機の固定子

Info

Publication number: JPH0946940A
Application number: JP19726895A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Mikami; 浩幸三上; Haruo Oharagi; 春雄小原木; Satoshi Kikuchi; 菊地　　聡; Miyoshi Takahashi; 身佳高橋; Fumio Tajima; 文男田島; Ryoichi Naganuma; 良一長沼; Noboru Fujimoto; 登藤本; Takeshi Komata; 剛小俣
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-08-02
Filing date: 1995-08-02
Publication date: 1997-02-14

Abstract

(57)【要約】【目的】回転電機の固定子巻線におけるスロット内占積
率を向上し、銅損を低減することによる高効率化、およ
びマシンサイズの小型化を図れる高性能な回転電機の固
定子を提供すること。【構成】あらかじめ、所定の配置をなすように各巻線４
を端部で固定しておき、同巻線４間に存在する空間部に
同一形状である歯部１を各々挿入する。このとき、各歯
部１の径方向寸法は固定子内径部から固定子外径部にわ
たる長さとする。次いで、歯部１およびヨーク部２の双
方に設けられた切り欠き３（３ａ，３ｂ）を用いて、各
々周方向に隣り合う２本の歯部１間にヨーク部２を嵌合
し、回転電機の固定子を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は三相誘導電動機のような
回転電機における固定子の構成に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】中，小容量である三相誘導電動機のよう
な回転電機においては、固定子巻線による銅損が、発生
する総損失中で最も高い割合を占める。よって、巻線部
の局部加熱を避けるために巻線の電流密度を低めに設定
する必要があり、必然的に固定子鉄心部に余裕を持たせ
た設計となっている。すなわち、回転電機のマシンサイ
ズ低減を阻害する大きな要因の１つにあげられる。

【０００３】上記不具合を解決する手段として、極歯単
位毎に固定子鉄心を分割し、各々の分割された鉄心に整
列状の高密度な固定子巻線を施すという方法が、特開平
6−105487号公報で開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術において
は、極歯単位毎に分割された各固定子鉄心に高密度な固
定子巻線を各々集中巻にして施している。このため、固
定子巻線を支持固定するために固定子鉄心部に設けられ
るスロット内の巻線占積率を向上することができる。す
なわち、同一マシンサイズでの比較では電流密度を下げ
られるため、銅損を低減することが可能である。

【０００５】しかし、極歯単位毎に巻線を集中巻にする
ため、多相交流巻線を有する回転電機に対しては適用が
困難であるという不具合をもつ。特に電動機特性の改善
のため、１スロット当りに異なる電源位相となる複数の
巻線が収納されるような三相誘導電動機などに対しては
不可能に近いものと思われる。

【０００６】本発明は以上の点に鑑みなされたものであ
り、多相交流巻線が施されている回転電機の固定子巻線
に対してもスロット内占積率を向上し、銅損を低減する
ことによる高効率化、またマシンサイズの小型化を図れ
る高性能な回転電機の固定子を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的は、空隙を介し
て固定子と回転子が対向してなる回転電機の固定子鉄心
が、複数の同一形状となる歯部とヨーク部から構成さ
れ、該歯部と該ヨーク部によって巻線を支持固定するた
めのスロットが形成され、該スロットに巻線が固定され
てなる回転電機の固定子において、所望の断面形状及び
コイル形状に成型した複数の巻線を各々所定の巻線配置
になるように各該巻線端部を整列固定する支持手段を設
け、各巻線間に存在する空間部に前記歯部を挿入し、各
歯部と前記ヨーク部を嵌合させることにより構成した回
転電機の固定子により達せられる。

【０００８】

【作用】固定子巻線を固定子スロットの径方向断面積よ
りも小さな断面積となる導体で整列状に巻回し、固定子
スロットの径方向断面形状に応じてあらかじめ成型して
おく。これにより固定子巻線のスロット内占積率を向上
することができる。

【０００９】次に、上記のように構成した複数の巻線を
各々所定の巻線配置になるように各巻線端部で整列固定
する支持手段を設ける。そして、支持固定されている各
巻線間に存在する空間部に前記歯部を挿入し、各歯部と
前記ヨーク部を嵌合させることにより回転電機の固定子
を構成する。以上の構造を採用することにより、多相交
流巻線が施されている回転電機の固定子巻線に対しても
スロット内占積率を向上することができる。よって、固
定子巻線の銅損低減による高効率化、またマシンサイズ
の小型化を図ることが可能となる。

【００１０】

【実施例】本発明の実施例を以下図面を用いて説明す
る。

【００１１】図１は本発明の一実施例を示す回転電機の
固定子における径方向断面図である。同図において、固
定子鉄心は複数の同一形状である歯部１とヨーク部２か
ら構成される。歯部１とヨーク部２は、歯部１とヨーク
部２の双方に設けられた所定の切り欠き３（３ａ，３
ｂ）を嵌合させることにより、巻線４を支持固定するた
めのスロット５を形成する。巻線４はスロット５内で２
層になるように配置する。なお、図示していないが、回
転子はギャップを介して固定子の内孔部に配置される。

【００１２】次に、図１で示した回転電機の固定子の構
成方法を説明する。

【００１３】図２に、本発明の一実施例に係る回転電機
の固定子巻線構成図を示す。同図において、巻線４は図
１に示したスロット５より断面積が小さい導線６を整列
状に巻回し、同スロット５の断面形状に対応するように
成型して構成される。なお、同図の破線部は巻線４の断
面形状を示すために用いており、実際には導線６が連続
して巻回されている。

【００１４】図３に本発明による回転電機の固定子にお
ける巻線端部の構成図を示す。図２で示した複数の巻線
４は、あらかじめ所定の巻線配置（ここでは三相交流巻
線の２層巻構成とする）になるように樹脂等による巻線
位置整列固定ガイド７内に設けられた溝８を用いて、同
溝８内に巻線４の端部を収納することによって配置され
る。

【００１５】図４に本発明による回転電機の固定子にお
ける鉄心部構成方法の説明図を示す。図３で示した施策
により、所定の配置となった各巻線４間に存在する空間
部に歯部１を各々挿入する。このとき、各歯部１の径方
向寸法は固定子内径部から固定子外径部にわたる長さと
する。次いで、歯部１およびヨーク部２の双方に設けら
れた切り欠き３（３ａ，３ｂ）を用いて、各々周方向に
隣り合う２本の歯部１間にヨーク部２を嵌合することに
より、本発明による回転電機の固定子は構成される。

【００１６】以上で示した構成により、本発明によれ
ば、あらかじめスロット断面形状に応じて巻線を成型し
ておくため、スロット内占積率を向上することができ
る。すなわち、マシンサイズを一定とすれば固定子電流
密度を下げられるため、銅損の低減による回転電機の高
効率化が可能である。また、電流密度が一定ならば、電
気装荷の向上によるマシンサイズの低減を達成できる。

【００１７】一方、巻線端部を固定する手段を用いるこ
とにより、任意の固定子巻線構成をとることが可能であ
ると共に、鉄心部の組み立てが容易になるという利点も
ある。

【００１８】ところで、一般に歯部１はヨーク部２より
高い磁束密度となるように設計される。さらに、歯部１
では回転子スロットに起因した高調波磁束も重畳する。
したがって、発生する損失は歯部１の方がヨーク部２よ
りも大きくなり、温度上昇も大となる。しかしながら、
本発明によれば歯部１の径方向寸法が固定子内径部から
固定子外径部にわたる長さであるため、歯部１で生じた
熱を効果的に固定子外径部へと伝熱することができる。
すなわち、図示していないが、通常、固定子鉄心の外周
側には冷却フィン等を備えたフレームが存在するため、
局部加熱しやすい歯部を効率良く冷却することが可能で
ある。

【００１９】続いて、図５に本発明の他の実施例による
回転電機の固定子鉄心部構成方法を示す。図４と同様
に、所定の配置となった各巻線４間に存在する空間部に
歯部１を各々挿入するが、ヨーク部の構造が図４とは異
なる点になる。すなわち、ヨーク部２の周方向寸法が１
固定子スロットピッチ角度の整数倍に等しい長さであ
り、各々周方向に隣り合うヨーク部２の接合部９にまた
がるように前記歯部１を配置する。また接合部９以外に
配置される歯部１は、歯部１およびヨーク部２の双方に
設けられた切り欠き３（３ａ，３ｂ）を用いて嵌合部１
０に示すように結合される。

【００２０】同図の構造によれば、巻線のスロット内占
積率向上という効果に加え、例えば三相交流巻線を施し
た回転電機の固定子に対して、以下の効果を得ることが
できる。

【００２１】三相交流巻線を有する回転電機の固定子の
場合、各鉄心歯部における最大磁束密度は、例えば特開
昭61−42248 号公報に記載されているようにギャップの
円周方向で均一にならない。特に固定子巻線相帯の中央
部あるいは相帯の変わり目といった毎相毎極スロットピ
ッチ毎の特定位置にあたる歯部で最大磁束密度は高くな
ることが知られている。この磁束密度分布の不均一さ
は、回転子表面に高調波損失をもたらし、回転子表面の
温度上昇，電動機効率の低下という問題を生じさせる。
しかしながら、図５に示した各ヨーク部２の周方向長さ
を毎相毎極当りのスロットピッチに等しい寸法とし、最
大磁束密度が高くなる歯部１と各ヨーク部２同士の接合
部９を結合させることにより、同結合部の磁気抵抗をそ
の他の嵌合部１０に比べて上げることができる。つま
り、最大磁束密度が他に比べて高くなる歯部の磁束密度
を下げることができるため、回転子に生じる損失を低減
でき、電動機の高効率化が可能になる。

【００２２】図６に、本発明の他の実施例に係る回転電
機の固定子巻線構成図を示す。同図において、巻線４は
図１に示したスロット５より断面積が小さく、かつ断面
形状が円である導線６を整列状に巻回し、少なくとも同
スロット５内に挿入される巻線４の一部をスロット５の
断面形状に対応するように成型して構成される。なお、
同図の破線部は巻線４の断面形状を示すために用いてお
り、実際には導線６が連続して巻回されている。

【００２３】同図に示す巻線４の場合、導線６として丸
線を用いることとスロット内に挿入される一部分のみが
成型されることにより、巻線端部成型後の機械強度が損
なわれないという利点がある。さらに、成型範囲が図２
の場合に比べ少ないことから製造工程を短縮できること
に加え、巻線端部の構成に自由度が増すという長所があ
る。

【００２４】図７に、本発明の他の実施例に係る回転電
機の固定子巻線位置整列固定ガイドの径方向断面図を示
す。同図において、巻線位置整列固定ガイド７は、図１
における巻線４を収納するための溝８を備えている。同
溝８の構造は、巻線位置整列固定ガイド７の外径側が開
口部となっており、図１におけるスロット５の巻線収納
部に相当する断面形状と同一に構成されている。

【００２５】図８に、図７で示した巻線位置整列固定ガ
イド７を用いた場合の固定子構成方法を示す。同図にお
いて、巻線位置整列固定ガイド７については一部分のみ
を示しているが、径方向位置に関しては固定子鉄心と同
心位置に、軸方向位置に関しては歯部１をはさみこむ位
置に配置する。そして、所定の巻線配置となるように溝
８内に巻線４の端部の一部を挿入して整列固定後、歯部
１とヨーク部２が図４記載の方法で組み立てられる。

【００２６】本実施例によれば、巻線位置の整列固定方
法を図３記載の方法に比べ簡略化できる。また、歯部と
ヨーク部を嵌合させる際に問題となる固定子鉄心の真円
度を容易に向上させることが可能となる。

【００２７】以上の実施例では、固定子の内孔部に回転
子が配置されるインナロータ形回転電機を対象に述べた
が、固定子の外周側に回転子が配置されるアウタロータ
形回転電機についても本発明は適用できる。

【００２８】なお、スロット内に巻線が１層ずつ配置さ
れる場合についても、本発明が適用可能であることはい
うまでもない。

【００２９】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
多相交流巻線が施されている回転電機の固定子巻線に対
してもスロット内占積率を向上し、銅損を低減すること
による高効率化、およびマシンサイズの小型化を図るこ
とができる高性能な回転電機の固定子を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す回転電機の固定子にお
ける径方向断面図である。

【図２】本発明の一実施例に係る回転電機の固定子巻線
構成図である。

【図３】本発明による回転電機の固定子における巻線端
部の構成図である。

【図４】本発明の一実施例による回転電機の固定子にお
ける鉄心部構成方法の説明図である。

【図５】本発明の他の実施例による回転電機の固定子に
おける鉄心部構成方法の説明図である。

【図６】本発明の他の実施例に係る回転電機の固定子巻
線構成図である。

【図７】本発明の他の実施例に係る回転電機の固定子巻
線位置整列固定ガイドの径方向断面図である。

【図８】本発明の他の実施例による回転電機の固定子に
おける構成方法の説明図である。

【符号の説明】

１…歯部、２…ヨーク部、４…巻線、５…スロット、７
…巻線位置整列固定ガイド。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高橋身佳茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者田島文男茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者長沼良一茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者藤本登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)発明者小俣剛千葉県習志野市東習志野七丁目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】空隙を介して固定子と回転子が対向してな
る回転電機の固定子鉄心が、複数の同一形状となる歯部
とヨーク部から構成され、該歯部と該ヨーク部によって
巻線を支持固定するためのスロットが形成され、該スロ
ットに巻線が固定されてなる回転電機の固定子におい
て、所望の断面形状及びコイル形状に成型した複数の巻線を
各々所定の巻線配置になるように各巻線端部を整列固定
する支持手段を設け、各巻線間に存在する空間部に前記
歯部を挿入し、各歯部と前記ヨーク部を嵌合させたこと
を特徴とする回転電機の固定子。
【請求項２】請求項１において、前記歯部の径方向寸法
は固定子内径部から固定子外径部にわたる長さであり、
各々周方向に隣り合う２本の該歯部間に前記ヨーク部を
配置し嵌合させたことを特徴とする回転電機の固定子。
【請求項３】請求項１において、前記ヨーク部の周方向
寸法は１固定子スロットピッチ角度の整数倍に等しい長
さであり、各々周方向に隣り合う前記ヨーク部の接合部
にまたがるように前記歯部を配置し嵌合させたことを特
徴とする回転電機の固定子。
【請求項４】請求項１及至３において、前記歯部及び前
記ヨーク部の各々の嵌合位置に嵌合のための所定の切り
欠きを持たせたことを特徴とする回転電機の固定子。
【請求項５】請求項１において、前記巻線を前記固定子
スロットの径方向断面積よりも小さな断面積となる導体
で整列状に巻回し、かつ固定子スロット断面形状に対応
するように成型したことを特徴とする回転電機の固定
子。
【請求項６】請求項１において、前記巻線が前記スロッ
ト内で２層巻となることを特徴とする回転電機の固定
子。
【請求項７】請求項６において、前記巻線に断面形状が
円である導線を用い、少なくとも前記スロット内に挿入
される前記巻線の一部を固定子スロット断面形状に対応
するように成型し、前記巻線の端部を整列させたことを
特徴とする回転電機の固定子。
【請求項８】請求項１において、前記巻線端部を整列固
定する支持手段として、巻線位置整列固定ガイドを具備
したことを特徴とする回転電機の固定子。
【請求項９】請求項１において、前記ヨーク部の周方向
寸法は毎相毎極あたりのスロット数に相当した角度に等
しい長さであり、各々周方向に隣り合う前記ヨーク部の
接合部は前記歯部同士の間で磁束密度が高くなる歯部を
またぐように配置し嵌合させたことを特徴とする回転電
機の固定子。