JPH0522885A

JPH0522885A - 回転電機の磁性楔

Info

Publication number: JPH0522885A
Application number: JP3166685A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Mikami; 浩幸三上; Keiji Arai; 啓治新井; Miyoshi Takahashi; 身佳高橋; Kenzo Kajiwara; 憲三梶原
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-07-08
Filing date: 1991-07-08
Publication date: 1993-01-29

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は回転電機に用いられる磁性楔の改良に
関し、鉄心表面の周方向磁束分布に生じる脈動を平滑化
し、同時にスロット歯部から相隣合うスロット歯部に流
れる漏れ磁束を低減し、回転電機における高効率化等の
特性向上に寄与できる磁性楔を提供する。【構成】磁性楔５における磁性体層５ａは、磁性細線５
ｃ等の磁性体を積層して基材とし塑造材で構成する。同
磁性楔５をスロット開口部２ａに装着した際にスロット
開口部２ａ中心位置付近に相当する前記磁性楔５の構成
が非磁性体部になるように、アルファベットのＨを横に
した断面形状を有する非磁性体層５ｂの開口部に前記磁
性体層５ａを配置後、一体成型し、前記スロット開口部
２ａの形状に合うように形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は回転電機に係り、特に回
転電機鉄心のスロット内に収納される巻線を固定する磁
性楔に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の回転電機鉄心は、固定子及び回転
子鉄心に設けられたスロット内に絶縁が施されている巻
線が収納されて、同スロットの開口部に巻線が脱落する
ことを防ぐため楔が挿入される。しかし、同楔を非磁性
体で構成した場合、スロット開口部の影響により、固定
子及び回転子鉄心間の空隙部における周方向の磁気抵抗
値が不連続になる。従って、楔に空隙部を介して対向す
る鉄心表面部における周方向の磁束分布には脈動が生じ
高調波損失が大きくなる。一方、スロット開口部の磁気
抵抗は鉄心の磁気抵抗より大きいため、鉄心歯部への磁
束集中が起きるという欠点を有していた。

【０００３】上記欠点を解決する手法として、前記スロ
ット開口部に挿入される楔を磁性体にするいわゆる磁性
楔を採用する方法は、例えば特開昭63−161834号公報及
び特開昭62−262626号公報等で開示されている。前者の
磁性楔を図７に、後者の磁性楔を図８にそれぞれ示す。
前者は、磁性鉄粉を塑造材でモールド成型した磁性体層
５ａと、またガラス繊維等の補強剤を非磁性体層５ｂと
して一体成型した２層構造を有しているので、複合磁性
楔と呼ばれている。一方後者は、複数の磁性細線５ｃを
所定の間隔及び角度で並設し、かつ交互に傾斜角が異な
るように積層して塑造材でモールド成型したことを特徴
としており、磁気異方性楔と呼ばれている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術におい
て、前者は、磁性楔５の磁性体層５ａが隣接する鉄心歯
部１ａ，１ｂを磁気的に短絡するために漏れ磁束Φｅ
（ある鉄心歯部から隣接する鉄心歯部に流れてしまう磁
束）が増加し、有効磁束（Φｔ＋Φｗ）が減少するので
トルクが低下する等の欠点を持つ。一方、後者は、塑造
材による隣接磁性細線層同志の接合に問題があり、磁性
細線５ｃが剥離するなど楔５自体の機械的強度に不安が
あった。この不具合は、磁性楔５を構成する磁性体層５
ａの比透磁率を大きくするために、同磁性体層５ａにお
ける磁性細線５ｃの占積率を高めるほど顕著になる。従
って、磁性細線５ｃを基材とした磁性体層５ａでは、磁
性体層５ａの比透磁率を望ましい値まで高めることがで
きないために、鉄心１０表面における周方向磁束分布を
十分に平滑化できないという欠点があった。

【０００５】本発明は以上の点に鑑みなされたものであ
り、楔自体の機械的強度が十分に大きく、さらに磁性楔
に空隙部を介して対向する鉄心表面の周方向磁束分布に
生じる脈動を平滑化し、かつ漏れ磁束を減少させ、回転
電機における高効率化等の特性向上に寄与できる磁性楔
を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的は、スロット開
口部に装着される回転電機の磁性楔において、該磁性楔
を磁性体と塑造材からなる磁性体層、及び非磁性体であ
る塑造材からなる非磁性体層で構成し、前記磁性楔を前
記スロット開口部に装着した際に同スロット開口部中心
位置付近に相当する前記磁性楔の構造が非磁性体部にな
るように、同楔を構成する非磁性体層にアルファベット
のＨを横にした断面形状を持たせると共に、同Ｈ型断面
形状を有する非磁性体層の開口部に前記磁性体層を配置
し一体成型することにより達せられる。

【０００７】

【作用】本発明による磁性楔は、同磁性楔を構成する非
磁性体層の断面形状をＨ型にしたことにより、スロット
内に収納した巻線に働く遠心力及び電磁力等の外力に対
して、十分な機械的強度を有する。また、同Ｈ型断面形
状を有する非磁性体層の開口部に磁性体層を配置するこ
とにより、同磁性楔に空隙部を介して対向する鉄心表面
の周方向磁束分布に生じる脈動を格段に平滑化すること
ができる。さらに、鉄心歯部から楔の磁性体層を通り隣
接する鉄心歯部に流れようとする漏れ磁束は、前記楔を
スロット開口部に装着した際に、スロット開口部中心位
置付近に相当する同楔の構成を非磁性体部にしたことに
より同部分の磁気抵抗が大きくなるため、その流れを抑
制することができる。

【０００８】

【実施例】本発明の一実施例を以下、図面を用いて説明
する。

【０００９】図１は本発明の一実施例を示す回転電機の
要部断面図である。同図において、固定子鉄心１に設け
られたスロット２内には絶縁３が施された巻線４が収納
されている。そして、スロット２の開口部２ａには、巻
線４を支持固定するため、磁性楔５が挿入される。磁性
楔５は鉄心歯１ａ，１ｂ側壁部に設けられた溝で固定さ
れ、磁性楔５自体を保持すると共に巻線４を支持固定し
ている。６及び７はスロット２内における巻線４の高さ
方向寸法を調整するためのスペーサであり、８及び９は
スロット２と巻線４の幅方向寸法を調整するスペーサで
ある。１０は回転子鉄心で空隙部１１を隔てて、固定子
鉄心１内の内孔中に回転自在に支承されている。

【００１０】図２に本発明による磁性楔５の詳細を示
す。同磁性楔５は、非磁性体である塑造材からなるアル
ファベットのＨを横にした断面形状を有する非磁性体層
５ｂの開口部に、磁性体と塑造材からなる磁性体層５ａ
が配置されるという構造を持つ。同図における磁性楔５
の磁性体層５ａは、磁性細線５ｃ等の磁性体を基材とし
て積層し、塑造材により形成される。ここで、磁性細線
５ｃ等の磁性体は、磁性体層５ａに入射する磁束の流れ
を整流するよう磁気的な異方性を持たせる目的により、
図２中の矢印で示す方向に一定の角度を保ち積層され
る。そして塑造材を含有して上記非磁性体層５ｂの開口
部に配置する。

【００１１】本発明によれば、前記磁性楔５を構成する
非磁性体層５ｂの断面形状をＨ型にしたことにより、ス
ロット２内に収納した巻線３に働く遠心力等の外力に対
して、十分な機械的強度を持たせることができる。ま
た、前記Ｈ型断面形状を有する非磁性体層５ｂの開口部
に磁性体層５ａを配置することから、磁性体占積率を高
めるために例えば磁性細線５ｃ等の量を増加しても磁性
体層５ａが剥離することがなくなるという効果がある。
なお、図示した例は磁性体層５ａの数が２つであるが、
磁性体層５ａの数を複数にした場合でもこの効果に変わ
りはない。

【００１２】次に本発明による磁性楔５を、回転電機に
適用した場合における磁気的効果を詳細に説明する。

【００１３】図１に示すように、図２で示した本発明に
よる磁性楔５を用いることにより、固定子鉄心歯部１ａ
及び１ｂから空隙部１１に向かう有効磁束は、鉄心歯部
１ａ，１ｂからのΦｔに加えて、磁性楔５の磁性体層５
ａを通るΦｗも流れることになる。すなわち鉄心歯部１
ａ，１ｂの側面より、磁性楔５の磁性体層５ａに入射す
る磁束Φｗは、回転電機の径方向（図１におけるｒ方
向）に対し、所定の角度で積層された磁性体（図１では
一例として磁性細線５ｃとする）により整流されて空隙
部１１方向に流れるようになるため、有効磁束が増加す
る。また、磁性楔５を構成するアルファベットのＨを横
にした断面形状を有する非磁性体層５ｂにより、磁性体
層５ａは強固に保持されるため、磁性体層５ａの磁性体
占積率が向上できる。よって、磁性体層５ａの比透磁率
を高めることができるため、磁束が同磁性体層５ａを通
り易くなり、磁性楔５を通過して空隙部１１に流れる磁
束Φｗがさらに増加する。従って、固定子鉄心歯１ａ，
１ｂ表面部からの有効磁束Φｔに加え、磁性楔５を通る
磁束Φｗにより空隙部１１の全磁束量が増加され、磁性
楔５に空隙部１１を介して対向する鉄心１０表面部にお
ける周方向磁束分布の脈動は一段と平滑化される。

【００１４】図３は、本発明の効果を具体的に示した図
であり、楔５に対向する鉄心表面部における磁束密度の
分布を１スロットピッチ分のみ示した図である。同図に
おいて、実線が本発明による磁性楔５をスロット開口部
に適用した場合、破線が従来技術による楔５を適用した
場合の磁束分布をそれぞれ示しており、本発明によっ
て、明らかに前記磁束分布の平滑化が達成されているこ
とがわかる。

【００１５】一方、従来問題とされた鉄心歯部１ａから
１ｂに流れる漏れ磁束Φｅは、Φｅの磁路となる方向
（図１におけるθ方向）の途中に比透磁率の低い（磁気
抵抗が大きい）非磁性体層５ｂが存在するために、その
流通が大幅に妨げられる。ここで、同非磁性体層５ｂが
存在するために、前記周方向磁束分布に脈動がもたらさ
れることが懸念されるが、これは、磁性楔５の磁性体占
積率を向上することにより有効磁束Φｗを増加できるた
め問題はない。

【００１６】次に、本発明における他の実施例として、
磁性楔５における磁性体層５ａを構成する塑造材に磁性
鉄粉を含有すれば、磁性体層５ａの磁性体占積率をより
細かく調節することが可能になり、磁性体層５ａの比透
磁率を所望の値に設定できる。従って、磁性楔５に対向
する鉄心１０表面部における周方向磁束分布の脈動をよ
り効果的に平滑化することができる。

【００１７】また、本発明における他の実施例として、
前記磁性体層５ａを構成する磁性体に複数の磁性細線５
ｃを使用した場合、同磁性体層５ａの断面形状を、どの
様な形にも容易に加工できるという効果がある。従っ
て、磁性体層５ａの断面形状は、長方形，台形，三角
形，円形，凸形等必要に応じて形成することができる。

【００１８】なお、磁性細線５ｃは、図４に示すような
網状に編まれている網状磁性細線５ｄであってもよい。
この場合、磁性楔５を構成する非磁性体層５ｂの構造は
図２の場合と同一である。図２の場合との相違点は、磁
性楔５を構成する磁性体層５ａとして、磁性細線５ｃを
網状にした網状磁性細線５ｄを回転電機の径方向に対し
複数枚積層したものを塑造材により構成した所にある。
網状磁性細線５ｄを採用することにより、磁性楔５の機
械的強度をさらに高めることができ、しかも磁性楔５の
製作が簡単になるという効果がある。

【００１９】さらに、磁性細線５ｃに代わり薄鉄板を使
用すれば、より磁性楔５の機械的強度を高めることがで
きる。ここで、特に前記磁性楔５を構成する非磁性体層
５ｂにＦＲＰ等の非磁性シートに樹脂を含浸させたもの
を用いれば、同楔５のさらなる機械的強度を得ることが
できる。

【００２０】本発明による磁性楔５を形成する塑造材
は、その目的に応じて有機塑造材及び無機塑造材のどち
らを使用しても良い。これらの塑造材を使用することに
より、磁性楔５自体の断面形状も上記磁性体層５ａの断
面形状と同様に、スロット開口部２ａの形状に応じて形
成することができる。

【００２１】前記特徴を有する本発明の磁性楔５は、次
のようにして製作すれば良い。まず、前記塑造材とガラ
ス繊維，面布若しくは紙等からなる非磁性体層５ｂを、
図５に示すように、前記磁性体層５ａを覆い包み込むよ
うにして一体にする。ただし、この際磁性体層５ａと５
ａ′との間に非磁性体層５ｂが入り込むようにする。こ
れを加熱圧縮することにより、図６に示す形状とする。
そして、同図に示す形状の両端を所望の形状に加工すれ
ば、例えば図２に示す形状の磁性楔５を得ることができ
る。

【００２２】以上述べたように、本発明の磁性楔５は、
磁性体を積層して磁性体層５ａを形成したことにより、
楔５の厚さ方向における磁気抵抗が小さく（比透磁率が
大きく）、幅方向の磁気抵抗が大きい（比透磁率が小さ
い）という、磁気的な異方性を持つという特徴を有する
ため、磁性楔５に対向する鉄心１０表面部における周方
向磁束分布に生じる脈動の平滑化に効果的であり、さら
に漏れ磁束Φｅの磁路途中に非磁性体層５ｂを設けたこ
とによりΦｅは低減される。

【００２３】なお、本実施例では、主に回転電機の固定
子鉄心側を対象に説明したが、回転子鉄心側に本発明に
よる楔を用いた場合でもその効果が同様であることはい
うまでもない。さらに、固定子鉄心側及び回転子鉄心側
の双方に同時に用いることも可能である。

【００２４】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
上記磁性楔を用いることにより、磁性楔に空隙部を介し
て対向する鉄心表面部における周方向磁束分布の脈動を
平滑化し、かつ隣接する鉄心歯部間の漏れ磁束を抑制す
るので、回転電機における高効率化等の特性向上を達成
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要部断面図。

【図２】本発明の一実施例による磁性楔の詳細斜視図。

【図３】本発明の一実施例による効果を示す説明図。

【図４】本発明の他実施例による磁性楔の詳細断面図。

【図５】磁性楔を構成する磁性体層と非磁性体層を示す
説明図。

【図６】磁性楔を構成する磁性体層と非磁性体層の加熱
圧縮後を示す説明図。

【図７】スロット部に複合磁性楔を施した回転電機要部
断面図。

【図８】スロット部に磁気異方性楔を施した回転電機要
部断面図。

【符号の説明】

１…固定子鉄心、１ａ，１ｂ…鉄心歯、２…スロット、
４…巻線、５…磁性楔、５ａ…磁性楔の磁性体層、５ｂ
…磁性楔の非磁性体層、５ｃ…磁性細線、１０…回転子
鉄心、１１…空隙部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者梶原憲三茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内

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及び回転子鉄心に設けられた複数の
スロットに収納されるコイル巻線を、前記スロット内に
支持固定するために同スロット開口部に装着される回転
電機の磁性楔において、該磁性楔を磁性体と塑造材から
なる磁性体層、及び非磁性体からなる非磁性体層で構成
し、前記磁性楔を前記スロット開口部に装着した際に同
スロット開口部中心位置付近に相当する前記磁性楔の構
造が非磁性体部になるように、前記非磁性体層をアルフ
ァベットのＨを横にした断面形状をもつ構造とし、同Ｈ
型断面形状を有する非磁性体層の開口部に前記磁性体層
を配置し、一体成型したことを特徴とする回転電機の磁
性楔。
【請求項２】請求項１において、前記磁性楔の磁性体層
は、前記回転電機の径方向に対し所定の角度で傾斜させ
て積層した複数の磁性細線からなる磁性体と前記塑造材
との混合物で構成したことを特徴とする回転電機の磁性
楔。
【請求項３】請求項１において、前記磁性楔の磁性体層
は、網状磁性細線を前記回転電機の径方向に対し所定の
角度で傾斜させて複数枚積層してなる磁性体と前記塑造
材との混合物で構成したことを特徴とする回転電機の磁
性楔。
【請求項４】請求項１において、前記磁性楔の磁性体層
は、前記回転電機の径方向に対し所定の角度で傾斜させ
て積層した複数の薄鉄板からなる磁性体と前記塑造材と
の混合物で構成したことを特徴とする回転電機の磁性
楔。
【請求項５】請求項１乃至請求項４において、前記磁性
体層を構成する塑造材に磁性鉄粉を含有したことを特徴
とする回転電機の磁性楔。
【請求項６】請求項１において、前記磁性楔の非磁性体
層は、非磁性シートと同非磁性シート同志を固定するた
めに樹脂を含浸させた塑造材との混合物で構成したこと
を特徴とする回転電機の磁性楔。