JPS5845268B2 - Stator of AC rotating electric machine - Google Patents

Stator of AC rotating electric machine

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JPS5845268B2
JPS5845268B2 JP4373577A JP4373577A JPS5845268B2 JP S5845268 B2 JPS5845268 B2 JP S5845268B2 JP 4373577 A JP4373577 A JP 4373577A JP 4373577 A JP4373577 A JP 4373577A JP S5845268 B2 JPS5845268 B2 JP S5845268B2
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JP
Japan
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teeth
stator
width
magnetic flux
slots
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JP4373577A
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JPS53129805A (en
Inventor
元哉 伊藤
宏史 奥田
征規 佐藤
正之 小井戸
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は三相誘導電動機などのようtよ交流回転電機の
固定子に係り、特にその鉄心に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a stator for an AC rotating electrical machine such as a three-phase induction motor, and particularly to an iron core thereof.

一般に三相誘導電動機などのような交流回転電機の固定
子においては、固定子巻線電流の生成する起磁力が、よ
り有効な磁束を誘起する様に、鉄心のスロット形状或い
はティース幅を決定している。
Generally, in the stator of an AC rotating electric machine such as a three-phase induction motor, the slot shape or teeth width of the iron core is determined so that the magnetomotive force generated by the stator winding current induces more effective magnetic flux. ing.

即ち、磁束の集中するティースの幅を狭くし過ぎると、
磁束密度が増加して磁気的に飽和を生じたり、著しく鉄
損が増大し、機械の性能を低下させるので、ティースの
磁束密度が例えば15000ガウス程度を越えない様に
ティース幅を決定する。
In other words, if the width of the teeth where the magnetic flux concentrates is made too narrow,
The tooth width is determined so that the magnetic flux density of the teeth does not exceed, for example, about 15,000 Gauss, since this increases the magnetic flux density and causes magnetic saturation, significantly increases iron loss, and degrades the performance of the machine.

ところで、最近の絶縁物の進歩は目覚しく、生年耐熱性
の優れた絶縁物が開発されており、誘導電動機において
は、その大多数が従来のB種絶縁より一段と耐熱性のあ
るF種絶縁を採用するに至っている。
By the way, recent advances in insulators have been remarkable, and insulators with excellent heat resistance have been developed, and the majority of induction motors use class F insulation, which is even more heat resistant than conventional class B insulation. It has come to the point where

このように絶縁物の耐熱性が向−ヒすると、固定子巻線
に多大な電流を流すことができるので、機械を飛躍的に
小形軽量とすることが期待される。
If the heat resistance of the insulator is improved in this way, a large amount of current can be passed through the stator windings, so it is expected that machines can be made dramatically smaller and lighter.

しかし先に述べた様に、固定子巻線電流を増やして磁束
量を増大させると、ティースの磁束密度が限界値を超え
て高くなり、従ってティース幅を広くする必要が生じて
くる。
However, as described above, when the amount of magnetic flux is increased by increasing the stator winding current, the magnetic flux density of the teeth becomes higher than the limit value, and therefore it becomes necessary to increase the width of the teeth.

つまり、機械を小形軽量とするためには、単に絶縁物の
耐熱性を向−ヒさせるのみならず、磁束分布を詳細に検
討し、部分的な磁束集中などを避けた最適の鉄心形状に
設計する必要がある。
In other words, in order to make a machine smaller and lighter, it is necessary not only to improve the heat resistance of the insulator, but also to study the magnetic flux distribution in detail and design the optimal iron core shape to avoid local magnetic flux concentration. There is a need to.

而して、従来の固定子の構成は、第1図に示すように、
薄鉄板を積層して構成した固定子鉄心1の内周側にスロ
ット3を設け、このスロット3内に三相、二層、短節巻
の固定子巻線を構成する各コイル2を挿入し、ウェッジ
5で保持している。
Therefore, the configuration of the conventional stator is as shown in Fig. 1.
A slot 3 is provided on the inner circumferential side of a stator core 1 constructed by laminating thin iron plates, and each coil 2 constituting a three-phase, two-layer, short-pitch stator winding is inserted into the slot 3. , is held by wedge 5.

固定子巻線はU相(凶で示す)、■相(囚で示す)、W
相(口で承す)より成り、各々図の様に配置しである。
The stator windings are U phase (indicated by black), ■ phase (indicated by black), and W phase.
It consists of a number of parts (accepted orally), each arranged as shown in the figure.

ところで、この構成では、各々のティース4の磁束密度
及び鉄損を詳細に調べてみると、同図に示す様に周方向
位置がtlとt2に代表される様な2つの様相を示し、
42部が41部に比べて磁束密度が高く、かつ鉄損の大
きいこと力付)かった。
By the way, in this configuration, when the magnetic flux density and iron loss of each tooth 4 are examined in detail, as shown in the same figure, the circumferential position shows two aspects represented by tl and t2,
42 parts had a higher magnetic flux density and larger iron loss than 41 parts.

これは、41部の両側のスロット内に挿入されたコイル
を流れる電流の位相が変化していないのに対して、42
部ではこれが変化しているために、42部では予想外に
漏れ磁束が増大したことによるものである。
This is because the phase of the current flowing through the coils inserted in the slots on both sides of the 41 part does not change, whereas the 42
This is due to an unexpected increase in leakage magnetic flux in the 42nd part because this changes in the 42nd part.

すなわち、41部では左右のコイルの上層にはIJ相が
、下層にはV相が流れており、41部に於てに右の電流
の位相の形態が変化していないが、これに対して42部
では左側のコイルの上層にU相、下層に■相が、右側の
コイルでは上下層にV相が流れており、周方向位置t2
部のティース4を境にして、スロット3内の電流の位相
の形態が異なっていることによる。
In other words, in the 41st part, the IJ phase flows in the upper layer of the left and right coils, and the V phase flows in the lower layer, and the phase form of the right current does not change in the 41st part, but in contrast to this, In part 42, the U phase flows in the upper layer of the left coil, the ■ phase flows in the lower layer, and the V phase flows in the upper and lower layers of the right coil, and the circumferential position t2
This is due to the fact that the phase of the current in the slot 3 differs across the teeth 4 of the slot.

さて、この様にスロット3内の電流の位相の形態が異な
る境界のティース4部で、磁束密度が増大することは、
ティース4部の磁束密度がほぼ限界値に達しているのに
加えて、更にこれよりも磁束密度が高くなる点が生じる
ことになり、このことは、ティース4部の鉄損の著しい
増加を招くことになる。
Now, the fact that the magnetic flux density increases at the boundary teeth 4 where the current phase forms in the slot 3 are different is as follows.
In addition to the fact that the magnetic flux density in the 4th part of the teeth has almost reached its limit value, there will be a point where the magnetic flux density becomes even higher than this, which causes a significant increase in the iron loss in the 4th part of the teeth. It turns out.

すなわち、第2図に示すように、鉄損は磁束密度の約2
乗に比例して増大するものであり、特に磁束密度の高い
領域においてその増分が著しいから、機械の効率が低下
し、十分な性能を確保するのが困難に至る嫌いがあった
In other words, as shown in Figure 2, iron loss is approximately 2 times the magnetic flux density.
The increase is proportional to the power of the magnetic flux, and the increase is particularly significant in areas with high magnetic flux density, which tends to reduce the efficiency of the machine and make it difficult to ensure sufficient performance.

本発明の目的は、固定子鉄心の各ティースの磁束密度の
高低を是正し、周方向に分散して生ずる鉄損の大きなテ
ィ・−スをなくして、効率の良い回転電機の固定子を提
供するにある。
An object of the present invention is to provide a highly efficient stator for a rotating electrical machine by correcting the magnetic flux density of each tooth of the stator core and eliminating teeth that are distributed in the circumferential direction and have a large core loss. There is something to do.

この目的を達成するため、本発明は、固定子巻線の相隣
り合うスロット中のコイルに流れる電流の位相が互に異
なるような位置のティース部で磁束密度が増大すること
を実験的に確認し、この位置にあるティースの径方向磁
路の断面積を他の部分のティースの径方向磁路の断面積
よりも犬にしたことを特徴とする。
To achieve this objective, the present invention has experimentally confirmed that the magnetic flux density increases in the teeth portions at positions where the phases of the currents flowing in the coils in adjacent slots of the stator winding are different from each other. However, it is characterized in that the cross-sectional area of the radial magnetic path of the tooth at this position is made smaller than the cross-sectional area of the radial magnetic path of the teeth in other parts.

以下、本発明の一実施例を第3図に1で説明する。Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described with reference to 1 in FIG.

固定子鉄心1にはスロット3が切られ、このスロット3
内に固定子巻線を構成する各コイル2が挿入されている
A slot 3 is cut in the stator core 1, and this slot 3
Each coil 2 constituting a stator winding is inserted therein.

ティース4の中、その両側のスロット3内に流れる電流
の位相の形態が周方向に変化する42部に代表されるテ
ィース4aの幅aは、両側のスロット内に流れる電流の
位相の形態が周方向に変化しない41部に代表される通
常のティースの幅すに比べ広く構成されている。
The width a of the tooth 4a, represented by the 42 part, is such that the phase form of the current flowing in the slots 3 on both sides of the tooth 4 changes in the circumferential direction. The width of the tooth is wider than that of a normal tooth, typically 41 parts, which do not change in direction.

このタメ、42部の磁束密度が低下して、各ティースの
磁束密度が均一化されると共に、42部で発生する鉄損
を著しく減少することができ、効率の良い機械が得られ
る。
Due to this, the magnetic flux density of the 42 part is reduced, the magnetic flux density of each tooth is made uniform, and the iron loss occurring in the 42 part can be significantly reduced, resulting in a highly efficient machine.

例えば、700KW機で実施した例においては、従来の
ティース幅が全て同一の機械(a、−b=]−2胴)で
は、磁束密度が41部で限界の15000ガウスである
のに比して、42部では実に17000ガウスにまで達
していたのが、a=13.6闘とわずかに1.6mm広
くすることにより、42部の磁束密度が41部と同一の
15000ガウスまで低減できて全ティース部の磁束密
度を等しく限界値まで採ることができ、かっ42部の鉄
損を従来の約70多に減少することができた。
For example, in an example conducted on a 700KW machine, a conventional machine with the same tooth width (a, -b=]-2 cylinder) had a magnetic flux density of 41 parts, which was the limit of 15,000 Gauss, compared to , the 42nd part actually reached 17,000 gauss, but by making it slightly wider by 1.6mm to a=13.6mm, the magnetic flux density of the 42nd part was reduced to 15,000 gauss, which is the same as the 41st part, and the total The magnetic flux densities of the teeth can be maintained at the same limit, and the iron loss of the 42 parts can be reduced to about 70 times the conventional value.

この結果、機械の効率は約1係向上し、性能の良い機械
が得られる。
As a result, the efficiency of the machine increases by approximately one factor, resulting in a machine with good performance.

また、第4図は本発明の他の実施例を示すもので、42
部に代表されるティース4aの幅aを41部に代表され
る通常のティースの幅すよりも広くするために、42部
のティース4aに隣接するスロット3aの幅Cを他のス
ロットの幅dよりも狭くしたものである。
Further, FIG. 4 shows another embodiment of the present invention.
In order to make the width a of the tooth 4a represented by the part 41 wider than the width of a normal tooth represented by the part 41, the width C of the slot 3a adjacent to the tooth 4a of the part 42 is set to the width d of the other slots. It is narrower than.

なお、この幅の狭いスロット3aについては、幅の狭い
割合だけ深さを深くし、コイル2に流れる電流密度を各
スロットで均一になるようにする。
Note that the depth of the narrow slots 3a is increased by a proportion of the narrow width, so that the current density flowing through the coil 2 is made uniform in each slot.

さらに、前記各実施例では、固定子巻線の相隣り合うス
ロット中のコイルに流れる電流の位相が互に異なるよう
な位置のティースの幅をその他の部分のティースの幅よ
りも広くして、その径方向磁路の断面積をその他の部分
のティースの径方向磁路の断面積よりも犬にしているが
、ティースの磁紙流通断面積を大にする手段としては、
この他、第5図あるいは第6図に示すような構造を採用
することもできる。
Furthermore, in each of the above embodiments, the width of the teeth at the position where the phases of the currents flowing in the coils in adjacent slots of the stator winding are different from each other is made wider than the width of the teeth at other parts, The cross-sectional area of the radial magnetic path is set to be larger than the cross-sectional area of the radial magnetic path of the teeth in other parts, but as a means to increase the magnetic paper flow cross-sectional area of the teeth,
In addition, a structure as shown in FIG. 5 or 6 can also be adopted.

すなわち、第5図の実施例では、t2部に代表されるテ
ィース4aに隣接するスロット3aのウェッジ5をスロ
ットの全長に亘って設けないで、例えばスロツ7トの両
端部のみに設ける。
That is, in the embodiment shown in FIG. 5, the wedge 5 of the slot 3a adjacent to the tooth 4a, represented by the section t2, is not provided over the entire length of the slot, but is provided, for example, only at both ends of the slot 7.

したがって、このスロワ)3aのほぼ全長に亘ってウェ
ッジを支持するための溝部が不要となり、このスロット
3aに隣接するティース4aの径方向磁路の断面積を他
の部分のティースの径方向磁路の断面積よりも大にする
ことができる。
Therefore, there is no need to provide a groove for supporting the wedge over almost the entire length of the thrower 3a, and the cross-sectional area of the radial magnetic path of the teeth 4a adjacent to the slot 3a is reduced to the radial magnetic path of the other teeth. can be made larger than the cross-sectional area of

また、第6図の実施例では、t2部に代表されるティー
ス4aに隣接するスロット3aのウェッジとして、第7
図す、cに示すような磁性体6および非磁性体7からな
る磁性ウェッジ5b 、 5cを使用し、このスロット
3aに隣接するティース4aの径方向磁路の断面積を実
質的に大にしたものである。
In addition, in the embodiment shown in FIG. 6, the seventh wedge is used as a wedge of the slot 3a adjacent to the tooth 4a represented by the t2 portion.
Magnetic wedges 5b and 5c made of a magnetic material 6 and a non-magnetic material 7 as shown in FIG. It is something.

なお、他の部分のスロットには第7図aに示すような通
常の非磁性体7からなるウェッジ5aが使用される。
Note that wedges 5a made of a normal non-magnetic material 7 as shown in FIG. 7a are used for slots in other parts.

以上説明したように、本発明によれば、各ティース部の
磁束密度を等しくその限界値までとることができ、鉄損
の増大を防いで、機械の効率を向上することができる。
As explained above, according to the present invention, the magnetic flux density of each tooth portion can be made equal to its limit value, and the increase in iron loss can be prevented and the efficiency of the machine can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は従来の三相誘導電動機における固定子鉄心のテ
ィースの周方向位置と固定子巻線コイルの電流位相が変
化する周方向位置の関係および各ティースの周方向にお
ける磁束密度と鉄損を示す説明図、第2図は磁束密度と
鉄損の関係を示す特性図、第3図は本発明の一実施例に
係る三相誘導電動機の固定子における第1図と同様の説
明図、第4図〜第6図はそれぞれ異なる本発明の他の各
実施例を示す三相誘導電動機の固定子の説明図、第7図
a ”−cは第6図に示した固定子で使用する各ウェッ
ジを示す概略断面図である。 1・・・・・・固定子鉄心、2・・・・・・固定子巻線
のコイル、3.3a・・・・・・スロット、4,4a・
・・・・・ティース。
Figure 1 shows the relationship between the circumferential position of the teeth of the stator core and the circumferential position where the current phase of the stator winding coil changes in a conventional three-phase induction motor, and the magnetic flux density and iron loss of each tooth in the circumferential direction. FIG. 2 is a characteristic diagram showing the relationship between magnetic flux density and iron loss. FIG. 3 is an explanatory diagram similar to FIG. 4 to 6 are explanatory diagrams of a stator for a three-phase induction motor showing other embodiments of the present invention, respectively, and FIGS. It is a schematic sectional view showing a wedge. 1... Stator core, 2... Coil of stator winding, 3.3a... Slot, 4, 4a...
...Teeth.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 多数のスロットとティースを有する固定子鉄心のス
ロット内に固定子巻線の各コイルを挿入した交流回転電
機の固定子において、前記固定子巻線の相隣り合うスロ
ット中のコイルに流れる電流の位相が互に異なるような
位置のティースの径方向磁路の断面積を、その他の部分
のティースの径方向磁路の断面積よりも犬にしたことを
特徴とする交流回転電機の固定子。 2、特許請求の範囲第1項において、前記固定子巻線の
相隣り合うスロット中のコイルに流れる電流の位相が互
に異なるような位置のティースの幅を、その他の部分の
ティースの幅よりも犬にしたことを特徴とする交流回転
電機の固定子。 3 特許請求の範囲第2項において、前記固定子巻線の
相隣り合うスロット中のコイルに流れる電流の位相が互
に異なるような位置のティースに隣接スるスロットの幅
をその他の部分のスロットの幅よりも狭くして、前記電
流の位相が互に異なるような位置のティースの幅を、そ
の他の部分のティースの幅よりも犬にしたことを特徴と
する交流回転電機の固定子。
[Scope of Claims] 1. In a stator for an AC rotating electrical machine in which each coil of a stator winding is inserted into a slot of a stator core having a large number of slots and teeth, each coil of the stator winding is inserted between adjacent slots of the stator winding. An alternating current characterized in that the cross-sectional area of the radial magnetic path of the teeth at positions where the phases of the currents flowing through the coils are different from each other is made smaller than the cross-sectional area of the radial magnetic path of the teeth at other parts. Stator of rotating electric machine. 2. In claim 1, the width of the teeth at positions where the phases of the currents flowing through the coils in adjacent slots of the stator winding are different from each other is set to be wider than the width of the teeth at other portions. A stator for an AC rotating electric machine, which is characterized by the fact that it is also a dog. 3. In claim 2, the width of the slots adjacent to the teeth at positions such that the phases of the currents flowing through the coils in adjacent slots of the stator winding are different from each other is determined by the width of the slots in other parts. A stator for an AC rotating electric machine, characterized in that the width of the teeth at positions where the phases of the currents are different from each other is narrower than the width of the teeth at other parts.
JP4373577A 1977-04-17 1977-04-17 Stator of AC rotating electric machine Expired JPS5845268B2 (en)

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JPS53129805A JPS53129805A (en) 1978-11-13
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