JPH09219941A

JPH09219941A - 回転電機

Info

Publication number: JPH09219941A
Application number: JP8025478A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yasuhara; 隆安原; Akiji Yamada; 旭司山田; Hiromitsu Fuku; 裕光富久; Kaoru Ogawa; 薫小川; Tsugio Sekine; 次雄関根; Yukiro Endo; 幸郎遠藤; Matsutoshi Ihara; 松利井原; Izumi Shimizu; 泉清水; Takahiro Takeda; 高広竹田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-02-13
Filing date: 1996-02-13
Publication date: 1997-08-19

Abstract

(57)【要約】【課題】分割鉄心形固定子を用いたことによる性能向
上と小形軽量化が充分に得られるようにした回転電機を
提供すること。【解決手段】回転電機の固定子を構成する積層した鉄
板３１Ａからなる分割固定子鉄心片３１において、これ
ら積層した鉄板３１Ａの固着を溶接で行なう際、その溶
接点３３を、積層方向に伸びる直線Ｄの左右に千鳥状に
配置したもの。【効果】溶接点３３が積層方向の同一直線上に重なっ
て形成されないので、溶接による熱の集中が起こらず、
熱歪みの発生が最小限に抑えられ、歪みによる寸法精度
の低下がないので、分割鉄心形固定子を用いたことによ
る利点が確実に活かされ、性能向上と小形軽量化を充分
に図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、誘導電動機や同期
機などの回転電機に係り、特に比較的小容量の汎用誘導
電動機に好適な回転電機に関する。

【０００２】

【従来の技術】比較的小容量の汎用誘導電動機などの回
転電機としては、図５に示す構造のものが、従来から一
般的に使用されている。この図５において、１はハウジ
ングで、枠体或いはフレームとも呼ばれ、鋳鉄など鉄系
材料の鋳造によりほぼ筒状に作られ、電動機の外被を構
成している。１ａは放熱フィンで、軸方向に伸びた短冊
状をなし、ハウジング１と一体鋳造され、その外周に放
射状に形成されている。

【０００３】２Ａ、２Ｂはエンドブラケットで、軸受ブ
ラケットとも呼ばれ、軸受４Ａ、４Ｂを収納しハウジン
グ１の両端に各々インロー嵌合して取付けられるように
なっている。

【０００４】３は固定子で、図６に示すように、複数の
スロット３Ｃを内周側に持つ環状のけい素鋼板(電磁鋼
板)の積層体からなる固定子鉄心３Ａを用い、この固定
子鉄心３Ａのスロット３Ｃ内に固定子巻線３Ｂを巻回し
て構成されている。

【０００５】５は回転子で、回転軸６を有し、この回転
軸６がエンドブラケット２Ａ、２Ｂの軸受４Ａ、４Ｂに
より回転自在に保持されることにより、固定子３内の所
定の位置で、この固定子３に対向した位置で回転するよ
うに構成されている。

【０００６】そして、このような従来の電動機では、予
め固定子３をハウジング１の内側に挿入して、その内周
壁に取付けておき、その後、この固定子３内に回転子５
を挿入し、次いで回転軸６に軸受４Ａ、４Ｂが嵌合する
ようにして、ハウジング１の両端にそれぞれエンドブラ
ケット２Ａ、２Ｂをインロー嵌合させ、複数本のボルト
(図示してない)により、ハウジング１に固着して取付
け、組立てるようになっている。

【０００７】回転軸６は、その一端側(図では右側)がエ
ンドブラケット２Ａの軸受４Ｂを挿通して外部に突出
し、出力軸を形成しているが、他端側(同、左側)はエン
ドブラケット２Ａの軸受４Ａから突出した部分に外部冷
却扇９(以下、外ファンと称す)が取付けられている。

【０００８】１０はエンドカバーで、外ファン９を覆う
カバーを形成している。そして、このエンドカバー１０
には、外気を外ファン９で取り込むための開孔１０ａ
(以下、通風入口と称す)が設けられている。また、この
開孔１０ａの反対側は、開放した円筒形若しくは異形の
円筒形に形成され、これによりエンドブラケット２Ａ及
びハウジング１の外径部との間に径方向の隙間部１０ｂ
からなる通風出口が形成されるようになっている。

【０００９】従って、回転子５により外ファン９が回転
されると、エンドカバー１０の通風入口１０ａから外気
が吸い込まれ、隙間部１０ｂから吹き出されるようにな
り、これによりエンドブラケット２Ａと、ハウジング１
及びエンドブラケット２Ｂの外部表面に外気を通風し、
冷却作用が得られるようになっている。

【００１０】回転子５は、上記したように、回転軸６の
ハウジング１内で固定子２と対向する位置に取付けられ
ており、この回転子５には、図示してない二次導体バー
と、エンドリング７が設けられており、さらに、このエ
ンドリング７と一体に内部冷却扇８(以下、内ファンと
称す)が形成されている。

【００１１】この内ファン８は、エンドリング７の両端
面から軸方向に突設された複数の羽根ブレードからな
り、電動機内部での空気の循環を図り、冷却作用が得ら
れるようにしている。すなわち、内ファン８により起こ
された空気流は、回転子５、エンドリング７、固定子巻
線３Ｂ及び固定子鉄心３Ａの両端面を冷却しながら通過
した後、ハウジング１に比して比較的温度上昇の低いエ
ンドブラケット２Ａ、２Ｂの内面に沿って通過するとき
に放熱が得られるようになっているのである。

【００１２】なお、この種の従来技術に関するものとし
ては、例えば特開昭６１ー２５１４４０号公報等を挙げ
ることができる。

【００１３】ところで、このような回転電機にあって
は、小形軽量化が常に大きな命題であるが、回転電機
は、小形化により特性が低下する傾向にあり、特に出力
や停動トルク(最大トルク)が低下する傾向がある。しか
して、これらの低下を防ぐため、固定子コイル(電機子
コイル)の巻線数を増やし、磁束密度を上げようとする
と、鉄損が大きくなり、力率や効率が悪くなるという問
題があった。

【００１４】また、一般に回転電機を小形にするには、
固定子を小さくするのが効果的であるが、しかし、この
場合、固定子外径を小さくして同一トルクを出力するた
めには、起磁力を同一の大きさに保たなければならな
い。つまり、磁気装荷を変えることなく回転電機を構成
する必要がある。言い換えると、固定子で発生する磁束
量を減少することなく、しかも固定子の単位面積当たり
の磁束量(以下、磁束密度という)を一定に保つことが重
要なのである。

【００１５】しかしながら、この状態では、磁束量は小
型化する前と同じままで、固定子だけが小さくなるの
で、磁束密度の増加をもたらし、そのため、磁束飽和を
招く結果、回転電機の特性が悪化してしまう。そこで、
固定子が小さくなっても磁束密度が飽和しないように、
磁気装荷を変えることなく構成するためには、固定子の
磁路各部の面積を、小形化する前と同等になるように確
保する必要がある。しかして、この結果、固定子のスロ
ット面積が減少するので、該スロットに固定子巻線３Ｂ
を収納することができなくなってしまう。

【００１６】これは、従来の技術では、固定子巻線３Ｂ
は、スロット３Ｃ内に開口溝から一本ずつスロット内へ
挿入していたので、スロット３Ｃ内では、固定子巻線３
Ｂの配列が不規則になり、そのため、コイルの収納容積
がスロット容積に匹敵する程度にはならず、これらの容
積比(以下占積率という)では６０％台にとどまり、コイ
ル収納に限度があるからである。

【００１７】そこで、この占積率を向上するために、固
定子鉄心を分割してコイルの収納性を改善するようにし
た分割鉄心形回転電機が従来から知られている。この分
割鉄心形の回転電機は、所定個数に分割した固定子鉄心
を用い、これらを、予め成形してある固定子巻線に順次
組み付けることにより、固定子を組み立てるようにした
ものであり、固定子鉄心のスロット内に一本ずつコイル
を挿入して巻線を施す必要が無いので、スロット内に隙
間なくコイルを充填させることができ、この結果、占積
率の向上が充分に得られ、小型化を図ることができるの
である。

【００１８】ところで、このような分割鉄心形の固定子
を用いる方法では、所定の形状の鉄板を積層しただけで
は組み立てが困難なので、鉄板を積層した後、全体を固
着して一体化し、分割固定子鉄心片としておき、それら
を組合せるようにしている。

【００１９】そして、この積層した鉄心の固着一体化の
ため、従来技術では、鉄心の積層した後、この積層外周
表面を連続溶接していた。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、分割
固定子鉄心片の寸法精度保持についての配慮がされてお
らず、以下に説明するような性能低下の問題があった。
すなわち、分割鉄心形固定子では、分割固定子鉄心片を
所定の個数、環状に接合して組み立てているため、各鉄
心片の寸法精度が不十分であると、接合部に隙間が生じ
たり、全体として大きな寸法精度の低下がもたらされた
りしてしまう。

【００２１】しかるに、従来技術では、積層した鉄心の
積層外周表面を連続溶接して固着しているので、溶接時
の歪みが鉄心の内外周に発生し、一体化した後の分割固
定子鉄心片に軸方向の曲がりや撓みを誘発してしまうこ
とになり、この結果、該鉄心片を環状に接合した際、前
記歪みのため接合部に隙間が生じたり、固定子鉄心内径
の寸法精度が低下して、回転電機の励磁電流が増加した
り、空隙の不均衡による振動や騒音が発生して、回転電
機の性能を低下させてしまうという問題が生じてしまう
のである。

【００２２】本発明の目的は、分割鉄心形固定子を用い
たことによる性能向上と小形軽量化が充分に得られるよ
うにした回転電機を提供することにある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上記目的は、積層鉄板の
固着一体化による分割固定子鉄心片の形成を、鉄板積層
面での鉄板相互の溶接により得るようにした分割鉄心形
の回転電機において、前記鉄板相互の溶接が、隣接した
２枚の前記鉄板の間でそれぞれ独立した溶接点により形
成され、前記溶接個所が、前記積層鉄板の積層方向に対
して左右に千鳥配置されるようにして達成される。

【００２４】回転電機の固定子を構成する鉄板の板厚は
一般に０.５ｍｍ程度で、かなり薄く、この鉄板を打ち
抜き成形などにより所定の形状にした後、積層して固定
子鉄心が形成される。そして、この積層した鉄心に発生
する歪みは、溶接時の熱の影響によるものであるから、
この熱による影響が最も少なくなるように溶接の仕方を
工夫してやればよい。

【００２５】そこで、溶接箇所が積層方向で千鳥状にな
るようにしてやれば、溶接箇所が積層方向で同一直線上
に重ならなくなるので、で溶接熱の集中が避けられ、こ
の結果、熱による歪みの発生を抑えることができる。

【００２６】また、このとき、溶接出力を管理すること
により、積層鉄板同志を適切な溶着強度で堅固に接合す
ることができ、従って、溶接歪みのない堅固な分割固定
子鉄心片をえることができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明による回転電機につ
いて、実施形態例により詳細に説明する。本発明の一実
施形態は誘導電動機であるが、その全体構成は、図５で
説明した従来の誘導電動機と同じであり、異なる点は、
固定子鉄心３Ａが分割鉄心形になっている点だけなの
で、以下、主として、この固定子鉄心３Ａの構成にいて
説明する。

【００２８】図２は、本発明の一実施形態例による固定
子鉄心３Ａを示したもので、この固定子鉄心３Ａは、図
示のように、Ｌ字状鉄心片３１と棒状鉄心片３２の二種
類に分割された形状に作られた上で、複数個のＬ字状鉄
心片３１が順次環状に配置して組み合わされ、これに対
して棒状鉄心片３２が、Ｌ字状記鉄心片３１のスロット
用空間部内周の切欠きに、ほぼ固定子鉄心３Ａの中心軸
Ｏから外方向に向かって挿入し、組み合わされることに
より、固定子鉄心３Ａが構成されるようになっている。

【００２９】まずＬ字状鉄心片３１は、図３(a)に示す
ように、周方向に適宣の幅を有する背部３１ａと、該背
部３１ａの一方の端面部、図では右側の端面部にあっ
て、固定子鉄心３Ａの中心軸Ｏ方向に向かって突出する
歯部３１ｂと、該歯部３１ｂの左側に設けられたスロッ
ト用の空間部をなす切欠き部３１ｃと、該空間部切欠き
３１ｃ内周の左側に、歯部３１ｂとほぼ同様の幅の切欠
き部３１ｄとを有する形状に作られ、このとき、鉄心片
背部３１ａの周方向の端面３１ｅ、３１ｆは、固定子鉄
心３Ａの中心軸Ｏに向かう鎖線で示した直線に対して平
行ではなくて、所定角度θだけ傾いて形成されている。

【００３０】次に棒状鉄心片３２は、図３(b)に示すよ
うに、一方の端部に根本部３２ａと、他方の端部に歯部
３２ｂを有すると共に、該歯部３２ｂの先端にスロット
開口部を形成する舌片３２ｃを有する棒状に作られ、根
本部３２ａがＬ字状鉄心片３１のスロット用空間部内周
の切欠き３１ｄに径方向に沿って挿入されたとき、この
棒状鉄心片３２の歯部３２ｂと、Ｌ字状鉄心片３１の歯
部３１ｂとの間に固定子コイルを収納するためのスロッ
ト３Ｃが画成されるように作られている。

【００３１】従って、各Ｌ字状鉄心片３１の背部３１ａ
の周方向の寸法は、棒状鉄心片３２が挿入係合されたと
き、これに隣接する歯部３１ｂとにより、所定の寸法の
スロット３Ｃの空間部が形成されるような寸法に作られ
ている。

【００３２】そして、これらＬ字状鉄心片３１と棒状鉄
心片３２は、それぞれけい素鋼板から図４に示す通りの
平面形状に打ち抜き成形された鉄板で作られ、これらを
所定枚数積層した上で溶接して固着され、一体化されて
形成されており、これにより分割固定子鉄心片を構成す
ることになる。

【００３３】図１は、本発明の一実施形態例によるＬ字
状鉄心片３１を示したもので、図において、３１Ａは積
層した鉄板で、３３は溶接点である。そして、この図１
から明らかなように、この実施形態例では、積層された
鉄板３１Ａは、順次、隣接した２枚づつレーザ溶接さ
れ、これにより形成された溶接点３３により、図示のよ
うに相互に固着され、この結果、積層された鉄板３１Ａ
全体が一体化されてＬ字状鉄心片３１が構成されること
になる。

【００３４】しかして、このとき、これらの溶接点３３
は、図示のように、各鉄板３１Ａの破線Ｄで示した積層
方向に沿って同一直線上に配置されるのではなくて、積
層方向Ｄに対して交互に左右にずれて配置、すなわち、
積層方向Ｄに対して千鳥状に配列されている。

【００３５】また、図示してないが、棒状鉄心片３２に
ついても同様で、それを構成する積層された鉄板につい
ても順次、隣接した２枚づつレーザ溶接され、これによ
り形成された溶接点により相互に固着し、一体化される
ようになっており、このとき溶接点は、同じく積層方向
に対して千鳥状に配列されている。

【００３６】従って、この実施形態例によれば、溶接箇
所が積層方向で同一直線上に重なって形成されないの
で、溶接による熱の集中が起こらず、この結果、熱によ
る歪みの発生が最小限に抑えられ、溶接歪みによる寸法
精度の低下のない堅固な分割固定子鉄心片、すなわち、
Ｌ字状鉄心片３１と棒状鉄心片３２を容易に得ることが
できる。

【００３７】そして、この結果、これらのＬ字状鉄心片
３１と棒状鉄心片３２を用いて固定子鉄心３Ａを形成さ
せ、図５に示した誘導電動機を構成することにより、分
割鉄心形固定子を用いたことによる性能向上と小形軽量
化が充分に得られることになる。

【００３８】また、このとき、この実施形態例では、レ
ーザによる溶接出力を管理することにより、積層された
鉄板の外周表面からの溶接点３３の溶け込み深さを、積
層された鉄板の板厚の２倍以下に抑えるようにしてあ
り、この結果、必要とする適切な溶着強度を保ちながら
溶接による熱の発生を最小限に抑え、歪みの発生を更に
少なく抑えることができる。

【００３９】ところで、上記の実施形態例では、図１か
ら明らかなように、溶接点３３が溶接方向Ｄの左右に２
列の千鳥状配置となっているが、２列よりも多い千鳥状
配置としても良い。図４は、３列の千鳥状配置による本
発明の実施形態例であり、この実施形態例によっても、
図１の実施形態例と同様に、分割鉄心形固定子を用いた
ことによる性能向上と小形軽量化を充分に得ることがで
きる。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、寸法精度のよい堅固な
分割固定子鉄心片を得ることができるので、分割鉄心形
固定子を用いたことによる利点が充分に活かされ、以下
に列挙する効果を得ることができる。

【００４１】１．寸法精度のよい堅固な固定子を提供す
ることができる。

【００４２】２．上記固定子を用いることにより、従来
より小形軽量の回転電機を提供することができる。

【００４３】３．小形軽量にもかかわらず効率や力率の
低下がなく、性能が良好な低振動で低騒音の回転電機を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を誘導電動機に適用した一実施形態例に
おける分割固定子鉄心片の一部拡大斜視図である。

【図２】本発明の一実施形態例における分解鉄心形固定
子鉄心の正面図である。

【図３】本発明の一実施形態例における分解鉄心形固定
子鉄心の分解説明図である。

【図４】本発明を誘導電動機に適用した他の一実施形態
例における分割固定子鉄心片の一部拡大斜視図である。

【図５】回転電機の一例として示した誘導電動機の従来
例の説明図である。

【図６】回転電機の従来例における固定子鉄心の平面図
である。

【符号の説明】

１ハウジング３固定子３Ａ固定子鉄心３Ｂ固定子コイル３Ｃスロット３１Ｌ字状鉄心片３１Ａ積層された鉄板３１ａ背部３１ｂ歯部３１ｃスロット用の切欠き部３１ｄ切欠き部３１ｅ、３１ｆ周方向の端面３２棒状鉄心片３２ａ背部３２ｂ歯部３２ｃ舌片３３溶接点

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小川薫千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号株式会社日立製作所産業機器事業部内 (72)発明者関根次雄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)発明者遠藤幸郎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)発明者井原松利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)発明者清水泉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)発明者竹田高広千葉県習志野市東習志野７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】積層鉄板の固着一体化による分割固定子
鉄心片の形成を、鉄板積層面での鉄板相互の溶接により
得るようにした分割鉄心形の回転電機において、前記鉄板相互の溶接が、隣接した２枚の前記鉄板の間で
それぞれ独立した溶接点により形成され、該溶接点が、前記積層鉄板の積層方向に対して左右に千
鳥状に配置されていることを特徴とする回転電機。
【請求項２】請求項１の発明において、前記溶接点がレーザ溶接で形成され、該溶接点の溶け込み深さが、積層された鉄板の板厚の２
倍以下に抑えられていることを特徴とする回転電機。