JPS6035928A - 回転機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術づ１−野 本発明はモータやゼネＬ／−夕等の回転機、特に回転子
や固体子の構造に関するものである。

従ＬＩｋ街− 自己発熱の多い、又は室温以上の高温環境下で使われる
可能ｆｌｌのある（現器に搭載されているモータやゼネ
Ｌ・−夕等において番よ、付属する半導体等の電子」、
了の８１容ン品度が一般に７０〜８０℃程度であり、周
囲温度や回器の内部温度が４０〜５０℃にｆ、ｉ：ろと
発熱上昇分は２０〜４０℃程度しか許さ相ないことにな
り、モータやゼネレータ等の温ｊａ’　ｌ−冒が問題と
２１′る。

この問題を回避する六：め発熱を押さえようとする占、
ジュール熱となる電流（電圧）は流すことができなくな
り、機器の性能が低下することになる。モータやゼネレ
ータの特性を高めてその低下をカバーしようとすると費
用が高くなるという欠点がある。

温度上昇を避けるために、別にヒートシンクや送風ファ
ンを設けて、強制冷却することも可能であるが、この場
合部品が多くなり費用が高くなると共に増大する部品に
よる占有空間も増大し、設計に際してはレイアウト上不
利になるという欠点があった。

回転子の巻線に際して、占積率すなわち鉄心のスロット
断面積に対する巻線総断面積の占める割合を高めてモー
タの特性を高めようとすると、巻線時にスロット開口部
を閉じる作業を別に必要とすることになり、この作業に
は通常手作業を必要とするのでそれだけ手間がかかり、
コスト高となる。その上、手作業における力の入れ加減
によりバラツキを生し、コイルに傷をつけて絶縁抵抗や
耐圧性において不良となり不良品を生ずる原因となると
いう欠点があった。

例えばＵｉ来の曲流モータの例をめると、第１図及び第
２図に示す、１、・）に回転子は放射状の歯１をＹずす
る１に厚（の１アブＬ・−Ｉ−２を積層した鉄心３と、
鉄心の隣り合・）歯１の間に形成されるスロワ１一部４
に巻きつし１られる巻線（束）５と、鉄心３の中心に差
込まｌｑたシｔ・フｌ−６と、該シャフトを回転可能に
支持するヘアリング７と、前記シャフト６に固着される
コミュテータ８と、必要に応じて設（Ｊられる′：ｌ−
（ル押え９とを有する。

コアブＬ／−ト２の歯１の幅即ち歯＠ｔｗ（”）υ：１
゛、鉄心３０にさ［、すなわち積層長さＬ−ｔ　Ｘ　ｎ
（ｎ４ｆコアプレー１２の＋ｌｆｆ１数）と共に磁気回
路の断面積を決定し、この断面積はコアプレート２の）
、イ質（例えば純鉄、快鉄、珪素鋼板、パーメンダー等
の違い）と共に回転子の磁束量を決定する。

従ってモータの特性を高めるためには歯幅ｔｗと鉄心旧
さＩ、を大きくし又材質も前記磁気回路の断面積を大き
くするものを選定する必要がある。

：１アブレート２の歯によって囲まれた略扇形のス覧゛
１ソ１部４に仁、１゛巻線束５が入るが、モータの誘起
電圧定数Ｋ［：（Ｖ／ｒｐｍ　）又はトルク定数ＫＴ（
ｇ　ｃｍ　／　Ａ　）を高めるためには巻線束５の巻数
を多くする必要があり、その際発熱及び駆動電圧を低く
抑ええるためには、モータ抵抗値Ｒａ　（Ω）を小さく
する、すなわち巻線の線径を太くする必要がある。この
ことからモータの特性を高めるためにはコアプレート２
のスロット部４の断面積を大きくするか、巻線を太くし
て巻数を多くする必要がある。

又鉄心３の直径りすなわちコアプレート２の直径と鉄心
３の長さＩ、はモータの寸法及び変量に影響する外、特
に制御用モータのように起動、停止特性について厳しい
要求のある場合には回転子の回転慣性モーメントＪＲ（
ｇｃＪ）を小さくすることが要求される。回転慣性モー
メン）ＪＲは直径の４乗に比例するので、起動停止特性
を高めるためには回転子の直径り及び長さしく積層枚数
に比例）を小さくする必要がある。

つまりモータの特性を高めるためには上記のように矛盾
する条件を満たす必要があり、設計に際５− しζ＋ｊその矛盾する条（’Ｉに対してバランスのとれ
た設ｉｆが必要となる。又生産技術的には、巻線時の占
積率を高める巻線技術が必要となる。

利仙 本発明は従来のモータやゼネレータ等の−ＪＴ、記の欠
点を解消しく＝Ｊ加的な設備を用いることなく性能が良
くしかも発熱の問題のない回転機を提供することを目的
とし°Ｃいる。

藷戊 Ｊ二重の目的を達成する本発明の構成を図に示す実施例
に基づいて詳細に説明する。

第３図において、従来と同様コアプレート２、巻線５、
シャフト６、ヘアリング７及びコミュテータ８を構成要
素とする回転子において、コアプレーＩ・２を全て互い
に密着するように積層していたのに対しコアプレー１・
２の積層により形成される鉄心３の途中にコアプレート
２とコアプレート２の間に厚さ６文のスペーサ１０を装
着しく図の例では２個所）、鉄心３の途中に幅６誌の空
隙部１１を形成する。

６− コアプレート２の積層時に公知技術により所定位置に幅
６文のスペーサとして治具等を間挿して積層作業をし、
その後治具を取り除く方法を用いれば上記のスペーサ１
０自体は省略してもコアプレート間に空隙部を形成する
ことができる。

図の例では、空隙部を２個所形成することにより鉄心３
の全長しはＬ−２×ΔＱ＋ｔｘｎとなり普通より２×Δ
立だけ軸方向に長くなり、モータ全体としても若干長く
なるが、コアプレートとして従来と同一のものを用い積
層枚数も同じとすれば、磁気回路（磁束量）は従来と同
じ状態が得られ、回転慣性モーメント及び巻線抵抗値に
おいては間隙の長さΔｕＸｍ（ｍは個数、図の例では２
）だけ増加することになるが、その部分には鉄心部分す
なわちコアプレートがないので増加率は小さく抑えるこ
とができる。しかも空隙部が形成されることにより放熱
断面積が著しく増加し、しかも発熱部である巻線５の一
部、すなわち空隙部１１を通る部分が空中に露出され、
回転子自身は空気を切って回転するので従来の回転子に
比べて大きな放熱効果をｆｒ７ることがてき、モータ固
有の熱抵抗（ｉｆ’（Ｒθ　（ｄｏｇ／ｗ）を小さくす
ることができる。従って放熱効果が増大する分だＴＪ温
温度上値値下げろことができ、このことは許容温度に刻
してジ工−ル熟となる駆動電流（電圧）を増大すること
を可能にし、搭載機器の性能を向上することができる。

しかも温度低下にヒートシンクや送風ファン等の冷却機
器を必要とせず、それだＬＪ省カ化でき、その部品代だ
けコストを下げることができ、装置の小型化も可能にな
る。

モータ自身を、ろえた場合空隙部を形成することにより
回転子−１固定子の長さが長くなる分だけコスト高には
な乙が、モータ全体の祠利費及び組立費用からめれぽ極
く僅かでありモータ単体のコストは従来と同程度とする
ことができる。

回転子に番よ鉄心のスリソＩ一部が第４図に示ずＪ、う
に回転軸線に対し傾斜して延びる形式のものがあるが、
このような回転子においても、第３図と同様、鉄心の途
中の所定箇所のコアプレー１・２とコアプレー１・２の
間に空隙部１１を設けることができる。

この場合鉄心の全長は従来のしさＬｌからＬ２＝Ｌ、＋
Δ立ｘｒｎに長くなるので、リードをＬＩＸＮ（Ｎ：回
転子のスロット数）から１，２×Ｎに変更する必要があ
る。

この例では、第３図の例により得られる効果の他にリー
ドが大きくなるのですなわちスキュー角が小さくなるの
で巻線が容易となりその分占積率を向上させ、モータの
性能を向上することができる。

上記の回転子の例に対して第５図及び第６図に示すよう
に固定子に対しても同様に空隙部を設けることを応用す
ることができる。

固定子は界磁用永久磁石（アルニコ等）２１とヨーク２
２とを有し、ヨーク２２は一般に積層鋼板、焼結材、引
き抜き加工材等で作られ、永久磁石２１と接着等により
固定される。

ヨーク２２の途中に幅Δ立の空隙部２３を複数箇所設け
ると、固定子に複数の開口部が設けられることになり発
熱部例えば回転子がらの熱の放熱９− をより効果的に行・）ことができる。この場合空隙部２
３の形成にあたっては第３図の例同様スペーサーとして
カラー等を装着することも、治具等の利用により特にス
ペーサーを装着した状態にしないで空隙部を形成するこ
とも可能である。

空隙部を途中に形成した第３図、第４図の例のような本
発明に係る回転子と第５図に示すような固定子を絹合せ
ると冷却効果は倍増され、開放形モータや、ファン付モ
ータでは冷却効果はより高められる。

積層コアプレート２に巻線する場合、占積率を向上し７
て回転機の性能を向上しようとすると、巻線機の性能に
支配され、しかも第７図に示すように巻線５の一部がス
ロット部４からはみ出すという状態を生ずることがある
。

そこで生産性を考慮すると巻線がはみ出さない巻数に抑
える必要があり、回転機の特性を考慮して巻数を一部げ
ようとするとスロット部からのはみ出し部を押し込んだ
り、必要に応じてコイル押え９を挿入したりする必要が
あり、これは手作業で１０− 費用高となる。

このように費用高を生じながらも占積率の向上は２０〜
３０％、多くても５０％程度であり、第７図に示すよう
に巻線時に一方向から巻線機のバンクテンションがかか
るために反対側に無駄な空間を生ずることになり整列巻
きが困難であり占積率の向上が抑制される。しかるに本
発明により鉄心の途中に空隙部を設けることにより巻線
時の途中又は１巻き毎に巻線機の周期に同期して巻線を
外から押し込むことが可能になり、スロット部に無駄な
空間を生ずることなく巻線を充填することが自動機を用
いても容易にできる。したがって本発明により占積率の
向上及び巻線束をシャフト中心に向って充填することに
より回転慣性ＪＲを低下することも可能になった。した
がって回転機の性能を一層向上させることができる。

空隙部は第３図、第４図に示すように複数個所に形成し
、各コアプレート間を密着する例に対して各コアプレー
ト間に夫々僅かの空隙を形成することも本発明の一実施
例として可能である。

−１アブＩ・−Ｉの積層に際しては従来第８図、第９図
に示すように各１アブレート２に半抜き部１２を形成し
、−１アブレート２の半抜き部１２により形成される四
部に次のコアプレート２の半抜き部１２によＶ）形成さ
れる凸部を打抜き時にはめ込みしかもカシメをするよう
にして所定枚数のコアプレー１・を自動的に積層する、
順送・半抜き・自動プＬ・スＪ＃　Ｒ技術が使用される
場合がある。

第１０図及び第１１図に示すようにコアプレー１２に自
動プＬ・スにより半抜き部１２と、絞り部１３とを形成
し、半抜き部１２同志は互いに市なり合うが＞＋’抜き
部１２と絞り部１３とは互いに重なり合わないように配
置する。第１２図に示すように各′：１アブレート２に
形成される半抜き部１２の突出高さをｆ、絞り部１３の
突出高さをｇとするとｈ　＝　ｒ　−Ｈ＜だｌ−１半抜
き部１２の突出高さを大にする。これにより、絞り部１
３の突出部が隣りのコアプレー］−２に接した状態で半
抜き部１２の突出部１２ａの一部が隣りのコアプレート
２の半抜き部１２の凹部１２ｂの中に突入することがで
きるようにする。当然半抜き部１２の突出部１２ａの直
径ｄ＋Δｄは凹部１２ｂの直径ｄより若干大であるが圧
入できる程度の差になるように設定する。

一方絞り部１３の突出部１３ａの外径Ｃ＋ΔＣは凹部１
３ｂの内径Ｃよりも大でしかも互いにはまりあうことが
できない寸法になるように設定する。

このようにして第１０図及び第１１図のコアプレート２
は自動プレス積層時に互いに半抜き部１２のカシメ作用
により固定されるが、絞り部１３により隣り合うコアプ
レート間には幅ｇの空隙が形成されることができる。

第３図、第４図の例では少ない場所に空隙部が集中され
るのに対し第１０図の例では空隙部が各コアプレート間
の空隙に分散されたという違いがあるだけで熱放散効果
及びそれに付随する効果は第３図、第４図の例と同様で
ある。

半抜き部１２の凹部１２ｂの深さをｉ、絞り部１３の凹
部１３ｂの深さをｊとし、プレスのスト−１５＝ １゛ｌ−りをｉとｋ　＝　ｉ　−ｊの二段階にしてお番
ノば、空隙の必要のないときは半抜き部をストロークに
でプレスし、空隙が必要なときはストロークｉでプレス
積層するようにすれば通常の自動計数積層と、幅ｇの空
隙を形成したい場合の自動計数積層とを容易に制御する
ことが可能である。

玩果 本発明により回転子、固定子の鉄心もしくはヨークの一
部に空隙部を形成することにより放熱効果が増大し冷却
機器等が不必要となり、回転機の性能が向−ヒしかつ費
用が低減するという優れた効果が得られた。

更にスロットを有する鉄心では空隙部を設けることによ
り巻線中又は巻線後に外からスロット内部に巻線束を手
作業又は自動巻線機により押し込むこと又はコイル整形
することが可能になり占積率を向上することができ、巻
線束の修正作業を容易にし、又自動化を容易にし、コイ
ル押え部品や開口部閉じ行程を削減し、更に絶縁抵抗、
耐圧不良の低減ができ、品質の向上が可能になった。

１４−

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の回転子の平面図、第２図は第１図のｎ−
ｎ断面図、第３図は本発明に係る回転子の平面図で−Ｌ
半分は一部を断面で示した図、第４図は本発明に係るス
キュー形回転子の平面図、第５図は本発明に係る固定子
の例の平面図で上半分は断面で示した図、第６図は第５
図の側面図、第７図は巻線の状態を示す図、第８図は従
来の自動稍屓による鉄心の略図、第９図は第８図の側面
図、第１０図は本発明に係る自動積層鉄心の説明図、第
１１図は第１０図の側面図、第１２図は第１１図のコア
プレートの一部の拡大断面図である。 ２・・・コアプレート（積層板） ３・・・鉄心 １０・・・スペーサ−１１・・・空隙部１５−

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転子と固定子とを有する回転機において、回転
   子と固定子の少なくとも一方に回転子の鉄心の軸方向の
   中間部分に複数個の環状空隙部が形成されていることを
   特徴とする回転機。
2. （２）前記回転子もしくは固定子が自動積層固定可能な
   積層板により形成され、該積層板に半抜き部と、該半抜
   き部より低い突出部を有する絞り部が設けられ、隣接す
   る積層板の半抜き部が互いに嵌合可能に、絞り部が互い
   に嵌合不能に形成されていることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項に記載の回転機。
3. （３）　半抜き部のプレス深さと、半抜き部と絞り部と
   の段差を形成するに必要なプレス深さとの二段のプレス
   加工によりＷＩ層板がプレス積層されることを特徴とす
   る特許請求の範囲第２項に記載の回転機。
4. （４）　回転子と固定子の少なくとも一方が積層、引抜
   き加工、焼結成形のいずれかにより形成され、形成時に
   空隙部に対応する場所にスペーサーを設ける、二とによ
   り空隙部が形成されることを特徴とず？、’１５許請求
   の範囲第１項に記載の回転機。