JPS5810945B2 - デンドウキヨウコテイシ オヨビ ソノ セイゾウホウホウ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は電動機、特に巻線形磁極とそれらの磁極間に
磁束を得るのに必要な継鉄構成部とから別々に構成され
ている形式の電動機用固定子の製造方法に関するもので
ある。

多数の電動機、例えば整流子電動機やくま取り巻線磁極
形電動機には上記の固定子が設けられている。

これらの電動機は一般に、高速度の得られるように設計
され、定格が低または中程度で、例えば扇風機、送風機
、電気掃除機や同様の機器に用途をもっている。

しかしこれらの電動機はある重大な短所をもっている。

つまりそれらの寸法が太きくしかも重量が大きいことで
ある。

このことは一部ある種の電動機に必要な集電系のためで
あるが、更には丈夫で複雑な磁極対のためでもある。

固定子は回転子系の正確な心合を阻止し、相当なギャッ
プを必要とする機械的に弱いセクタを有しているので、
結果的に得られる効率は低い。

この極めて低い効率のため、より大きな装置の製造を直
接的に妨げる大きな熱損失が生じる。

全体的に見れば巻線は非常にコンパクトであり、大部分
が金属シートの大きな部材により包囲されているため、
放熱面が小さくなっている。

これらの電動機の固定子は回転子の縦方向軸線と９０°
の角度をなして積層された成層体で形成されている。

成層体の断面は複雑な様相を呈しており、このため大量
の材料浪費が避けられず、また成層体の接合に非常に費
用がかかる。

ここで技術の背景を示すために、公知の当該技術の代表
例として添付の第１図に示した二極整流予電動機を挙げ
て説明する。

この第１図はかかる電動機の一部断面端面図であり、図
示したように、この電動機の二つの突極１，２は継鉄構
成部３゜４によって結合されている。

また上記二つの突極はそれぞれ巻線５，６により包囲さ
れている。

巻線を流れる電流は磁束７を発生させ、この磁束は突極
１から回転子８を通じて突極２へ到る。

磁気回路は二つの継鉄構成部３，４中の反射磁束により
閉じられる。

従って上記継鉄構成部の断面積はその大きさが全磁束を
通過させる程度である。

参照番号９で示すある程度の磁極幅は電動機の運転に必
要である。

この磁極幅のために磁極に与えられる断面積は継鉄構成
部３，４の断面積の何倍にもなる。

この結果、磁極における磁束密度は継鉄構成部における
よりも相当低くなり、また突極の、例えば参照番号１０
で示す部分の磁束は低いあるいはゼロになる。

上記の電動機はこれに比例して常にその鉄損が極めて著
しい。

これに加えて、巻線が鉄心部材、継鉄、磁極によりほぼ
完全に包囲されているので冷却の可能性はほとんどない
。

このことは上記の鉄損と共に、この形式の電動機の冷却
に関して深刻な問題を提起する。

かかる問題を克服するために、固定子の成層体を回転子
の縦方向に配置し、それら成層体板の縁部を固定子の穴
の内側へ向って曲げることがすでに提案されている（米
国特許第２，４４９，０２１号および３，５９１，８１
９号明細書参照。

）しかし、固定子の穴への磁束はこの方法によれば成層
体縁部の相対位置により全体的に定められるので、それ
ら縁部における心合せの問題に代わって深刻な問題が生
じている。

かかる問題の一解決方法としては、成層体縁部の外端部
分を曲げて成層体と９０°の角度を成すようにし、従っ
て、成層体の外端を相互接合させることがある。

これとは別の解決方法として従来あるのは、成層体の縁
部に特別の固締具を取付けてそれら成層体縁部の相対位
置を定める方法である。

しかしながら、上記二つの解決方法によれば、固定子の
穴が不精確な円形になってしまい、従ってすでに判明し
ているように、旋削その他の方法でこの固定子の穴を研
削することが不可能である。

この固定子の穴の不精確な形状もさることながら、また
かかる装置の製造費は高くなってしまう。

製造費を低下させる一方法は従来、成層体を分割して、
互いに滑合させ得る積層体を形成することであった。

しかしこうして作られた装置では磁束がキャップを通ら
ざるを得ないので大きな損失が生ずる。

この発明の目的は、上記の欠点を除去した電動機用固定
子の製造方法を提供することにある。

この発明においては、固定子は、固定子巻線が固定子の
穴に隣接した成層体縁部あるいは成層体の継鉄構成部の
いずれかの周囲に配置されるように形成することもでき
る。

この場合、巻線を成形コンパウンドから実質的に自由に
し、そして固定子の継鉄構成部と回転子との間に開ギャ
ップを形成すれば極めて大いなる利益が得られる。

こうすることにより、固定子巻線を非常に効率的に冷却
することが可能となる。

すなわち固定子巻線は自然あるいは強制対流による冷却
を用い得るために同時に内向きおよび外向きの双方に自
由放熱面を備えることになる。

こうした大きな冷却面による、固定子の冷却容量増大の
可能性は全体的にはクーラ用電動機に寄与するものであ
り、これによって効率および出力が太いに向旧される。

巻線は機械的に容易に施すことができる。

こうしてこの発明による磁極の磁束に対する断面積が継
鉄構成部のそれと同じになるので、この発明によって製
造した電動機は、寸法が対応の従来技術による電動機よ
りも著しく小さくなり、従って余剰の鉄部材は全て除去
できる。

同じ出力をもった従来の電動機と比較すれば銅部材もま
た著しく低減され、１／３までに減らすことが可能であ
る。

成層体浪費は成層体を矩形または平行四辺形に製造でき
るためほとんどゼロに低下させ得、これに従って製造費
も低減する。

成層体はまた磁束抵抗を調整するために不均一の肉厚で
形成することもできる。

短絡電流回路をもった成層体を挿入するための個別成層
体間の空間を利用すれば、誘導リング、いわゆるくま取
り巻線磁極を容易に付加挿入できる。

不均等に曲げられた成層体の長さは異なっていてもよい
が、これは均一磁束抵抗が得られるように成層体肉厚を
変化させることにより、上記のように縦横にしかも容易
に補償され得る。

成層体はいかなる成層体浪費も伴なわずに形成されるの
で、「心合せされた」磁束特性を有し、全製造費に著し
く影響しない品質の金属シートを用いれば有利である。

成形コンパウンドとしては熱硬化樹脂等を用いることが
できる。

磁束の良好な分散を得るには成形コンパウンドは磁気伝
導性のものでもよい。

従ってこの発明によれば固定子は、予め曲げた巻線付き
軟鉄板を型の中に挿入し、この時内部中心マンドレルを
挿入し、最後に成形コンパウンドを巣に導入して硬化さ
せることによって製造される。

軟鉄板縁部を固定子の穴に隣接配置して、マンドレルを
導入する前に、そのマンドレルよりも小径の巣を決める
と、上記成層体縁部を外に向かって圧迫し、かつマンド
レルを巣に挿入した時にこのマンドレルと当接させるこ
とができる。

中心成形マンドレルに対するかかる柔軟な自己調整を場
合によっては成層体間隔の電気的配向等と組合わせるこ
とにより、固定子の穴の公差が極めて小さい固定子を得
ることができる。

回転子と固定子との間のギャップはこれにより改善され
て電動機のギャップは小さくても十分となり、このため
効率と出力とが著しく向上せしめられる。

マンドレルの包囲面には、成層体縁部を案内する溝また
は棟を設けてもよい。

巻線を成層体の継鉄構成部の周囲に配する場合、成層コ
ンパウンドが巻線間に入らないようにコンパウンド注入
中はマンドレルを巻線へ圧迫するのが重要である。

次に添付図面にもとづきこの発明を更に詳述する。

第２図において、括弧１１，１２で示す突極は継鉄構成
部１３，１４により接続されているので、巻線１５．１
６に電流が与えられると閉磁束が発生される。

継鉄構成部は互いに圧着された多数の薄肉成層体１７で
形成されており、それら成層体の相互保合面は電動機の
軸方向平面上に配向されている。

継鉄構成部１３，１４は成層体１７の非切断延長部によ
り突極１１，１２に続いていると同時に、心合せされか
つ互いに他から離間されて、突極１１に続く想像上の理
想磁束曲線１８乃至２４に従っている。

このように磁束極線状に形成された成層体の間の空間２
５にはプラスチック・コンパウンドが充填され、このコ
ンパウンドにより成層体は相互関係で固締され、また上
記コンパウンドにより突極１１の幅は回転子２７に最良
の磁束分散２６をもたらすものとなる。

第３図は継鉄構成部３０、突極３１、巻線３２および、
外型３３と中心マンドレル３４とからなるプラスチック
成形具の部分断面図である。

継鉄構成部３０は７枚の成層体３５からなっている。

上記成層体３５は扇形状に突極３１の中へ延び貫出して
いる想像上の理想磁束線に従って曲げられている。

成層体と巻線３２の積層体が外型の中に置かれると、成
層体縁部３６の位置は所望の固定子の穴径Ｄ２より若干
率さな径Ｄ１をもった円筒により決められることになる
。

直径Ｄ２をもった中心マンドレル３４を挿入すれば、成
層体の端面（縁部）３６は直径Ｄ２に合わせて外に向っ
て押圧され、この直径位置で成層体縁部はプラスチック
成形コンパウンド３７により所望の相互関係で固締され
る。

薄肉成層体のこの外向き撓み処理により直径Ｄ２部位に
おける金属接触が確保され、これにより固定子の穴にお
ける非常に良好な公差が得られる。

電動機に課される不可欠の要求の一つは、固定子と回転
子との間のギャップが一定でなければならないことであ
る。

このギャップを定めるのは互いに向い合った回転子面と
固定子面の精度および回転子の、軸受けの嵌入である。

従来の回転子は旋削等による研削が容易でしかも非常に
高精度の円筒面が得られた。

しかし、この発明によって製造される固定子の穴および
この固定子の穴と向い合っている成層体を備えた他の実
施例は研削が難しい。

例えば旋削具は成層体縁部に当たると、この発明のプラ
スチック・コンパウンド中の硅素またはガラス等の填材
のために直ぐに摩耗してしまう。

また固定子の形状は旋盤のチャックへの装填を更に離し
ており、この作業は極めて高経費につく。

この発明によって製造される固定子の満たすべき別の要
求は磁束方向が変らないことであり、このため成層体と
プラスチック・コンパウンドとの間には良好な結合がな
ければならない。

個別成層体間の空間にはプラスチック・コンパウンド以
外のいかなる填剤も充填してはならず、また所望であれ
ば正接磁束分布も得られねばならない。

上記二つの要求はこの発明の場合では前記のようにして
解決され、これについて更に第４図、第５図にもとづい
て説明を行なう。

第４図から判るように成層体４０はプラスチック・コン
パウンドの中に埋込まれており、中心マンドレルにより
外向きに圧迫されている成層体縁部４２は横断面で完全
な円を決めている。

使用プラスチックは縮む性質をもつもので、成層体４０
どうしの間に波形線４３が現われる。

このようにして所望の大きなギャップが得られ、これと
同時に、そのプラスチックは電動機が温度上昇しても成
層体縁部から膨出しないことが保証させる。

第５図は更に別の、成層体５１の案内方法を示している
。

中心マンドレルには溝５２を設けてよく、これに対して
成層体縁部が圧迫される。

この場合にも、この図から判るように、完全な円形断面
が得られる。

成形プラスチックは成層体縁部から更に離隔されている
。

第４図および第５図から判るように、固定子の穴の研削
は実際上不可能であるが、この発明の場合では成層体縁
部が所望の完全な周部を得るので、いかなる種類の研削
も不要である。

第５図に示すようにマンドレルに溝を設ける代りとして
、平滑なマンドレルであればこれに棟を設けて成層体縁
部をそれらの棟に圧接させることもできる。

第６図は巻線が継鉄構成部の周囲に配設されている固定
子の製造について示している。

この場合、マンドレル６１は巻線６２に圧接することに
なり、また成層体が縁部において曲げられるので継鉄構
成部６３に張力が生じ、この張力により巻線は更にマン
ドレルに圧接されることになる。

こうすれば、固定子の穴６４から巻線への液体成形コン
パウンドの滲入は難しくあるいは不可能にすらなる。

このようにして、外側においても、回転子へ向って回転
させられた側においても極めて効果的な冷却の可能な自
由巻線を得ることができる。

また回転子と巻線との間には比較的大きな自由空間が生
じる。

この利点は電動機の効率のためには不可欠の最重要点で
ある。

第７図は巻線７２により包囲された突極７１を伴なった
継鉄構成部７０の部分断面図である。

この継鉄構成部７０は第３図に関連して説明した同様に
して成層体７３を積層形成したものであるが、この例に
おいては成層体が、突極の外側部７４に高い磁束密度が
得られるが突極の中央部７５に得られる磁束密度は上記
より低くなるように配向された突極中に設けられている
。

何らかの理由で突極中央部に高磁束密度が所望される場
合には、図中の破線７６の示すように成層体の配設を行
なうことができる。

磁束を調整する簡単な方法は前記のように、成層体の肉
厚７１を変更することである。

突極の中央から側部へ向って成層体肉厚７７を連続して
減少させると、例えば、中央成層体が側部成層体よりも
長くなることを補正できる。

固定子の穴に続く成層体縁部にゆるやかならせん形状を
施し、これによりそれら成層体を角度分割または裂開し
て磁束を変化させ得るように形成できる。

第８図は一般には「くま取り差線磁極形電動機−１と称
されている形式の電動機の部分断面図である。

この図は突極８１を備えた継鉄構成部８０を示しており
、それら両者共第２乃至４図に関連して説明したように
成層体８２を積層形成したものである。

突極８１の側部軟鉄板８４と８５との間には誘導コイル
８３が装着されていて、これが電動機へのある起動トル
クを与える。

主磁束８６が上記誘導コイル８３を通ると、特定の曲げ
られた成層体８８において小さな閉磁束８７が得られる
。

第９図は埋込まれた成層体９０の拡大郡図である。

これは成形マンドレルが型に挿入されるに先立って成層
体９１が直径り、に対する位置に置かれたものである。

この例では、回転子Ｄ３と固定子Ｄ２との間のギャップ
ｑ１を電気的に最適化するために公差を極めて小さくす
ることが可能である。

これにより、ギャップ損失はかかる形式の従来技術の電
動機に共通したギャップ損失と比べれば小さく維持でき
る。

ギャップｑ２の大きさはこの図においては、比較のため
に実尺で示されている。

第９図において磁束には参照番号９２が付されている。

成層体９０を裂開して曲げ、何らかの段差付き形状にす
れば、磁束の正接分散が得られる。

第１０ａ図、第１０ｂ図は固定子の大側から見た成層体
縁部の配設の様子を示している。

第１０ａ図において成層体縁部１０１は直線形であるが
これらにはらせん形状が与えられる。

また成層体縁部は成形コンパウンド１０２の中に埋込ま
れている。

磁束の分散を得るために、成層体縁部は第１０ｂ図に示
すように、裂開されかつ外に向って曲げられ、これより
それら縁部に段差付き形態１０３がもたらされている。

第１１図は第２図に対比される別の電動機実施例の部分
端面、断面図である。

第２図に示す例での電動機の突極は二つの電流コイルで
包囲されている。

しかし、この第１１図に示す実施例の場合、それら巻線
は巻線１１０，１１１となっており、これらは電動機の
継電構成部１１２，１１３を包囲するように配設されて
いる。

この例では、第２図の場合と同数のアンペア回数が非常
に増大した放熱容量に達するので極めて大きな利益がも
たらされる。

コイルは細く、また周囲へ外向すると共に、回転子の発
生させる気流に向っても内向する大きな冷却面１１４，
１１５を備えている。

電流コイルの巻き落差（ｈｅａｄ）は最低に保持可能な
ので、電動機の全体的寸法は低減される。

これは、すでにコイル中に発生している磁束が成層体１
１６上で分割されると、それら成層体１１６は直接かつ
互いに他とは別々に磁束を、その成層体が固定子の穴に
続いている、突極部分へ導くので可能である。

第１２ａ図、第１２ｂ図はそれぞれ、従来の電動機１２
１および、第１１図に示す実施例によって作られた、同
じ出力を得るための電動機１２２の簡単な斜視図である
。

これらの図から寸法的な利得は明らかである。

この発明による固定子の製造方法においては次のように
実施できる。

（１）マンドレルを伴なわずに固定子の穴に隣接した成
層体縁部で、固定子の穴より小径の巣を決め、これによ
り上記成層体縁部を外に向って圧迫し、そしてマンドレ
ルを巣の中に挿入した時に、そのマンドレルと接合させ
る。

（２）マンドレルの包囲表面に溝または棟を設けて成層
体縁部を案内する。

（３）マンドレルは継鉄部に圧接される。

【図面の簡単な説明】 第１図は公知技術による二極整流子電動機の一部断面端
面図、第２図はこの発明によって製造した電動機の端面
・横断面図、第３図は成形具を伴なった固定子部の部分
断面図、第４図および第５図はプラスチックの中に埋込
まれかつ中心マンドレルと接合している成層体の部分断
面図、第６図はこの発明の別の実施例を示す同様の図、
第７図および第８図は特別の磁束関係で作られた固定子
の部分断面図、第９図は磁束矢印で示す固定子成層体の
詳細図、第１０ａ、１０ｂ図は固定子の穴に隣接した成
層体縁部の構造図、第１１図は特別の巻線構成の部分端
面・断面図、第１２ａ、１２ｂ図は同じ性能特性を備え
たこの発明によって製造した電動機と従来の電動機の比
較斜視図である。 図中、１，２，１１，１２は突極、３，４゜１３．１４
は継鉄成層部、５，６，１５，１６は巻線、７は磁束、
８は回転子、１７は薄肉成層体、１８乃至２４は想像上
の理想磁束曲線、２６は磁束分散、２７は回転子、３０
は継鉄構成部、３１は突極、３２は巻線、３３は外型、
３４は中心マンドレル、３５は成層体、３７は成形コン
パウンド（プラスチック）である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 側部を回転子軸線の方向に配列した多数の成層体を
   有し、軸方向にのびるこれら成層体の縁部が固定子の穴
   に向って内側に曲げられかつ所定位置に離間された状態
   で維持されしかも単に成形コンパウンドによって上記所
   定位置に固定され、各主極が二つの隣接成層積層体の成
   層縁部から成り、各成層積層体がＮ極とＳ極とを備えた
   互いに連結された成層体から成る電動機用固定子の製造
   方法において、成層体を一対の内側成形部材と外側成形
   部材との間に配置し、成層体の縁部を内側に曲げてこれ
   らの縁部を予定の直径を持つ円の周囲上に位置させ、そ
   して成層体の縁部を内側成形部材と係合させて上記予定
   の直径より大きな直径の円に沿ってこれらの縁部を位置
   決めし、その後縁部に隣接した成層体間の空間内の成形
   物によって成層体の縁部を相互に固定することから成る
   ことを特徴とする電動機用固定子の製造方法。