JPH099532A - 電動機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 磁気ロスが少なく、小形、薄形でしかも効率
の高い電動機を提供すること。 【構成】 ティース部３３ｃを有する固定子鉄心３３ａ
に、固定子巻線３３ｂがトロイダル巻されている電動機
において、ティース部３３ｃの背面部に切欠き部１１を
設け、固定子巻線３３ｂによる磁束を、矢印２１で示す
ように、ティース部３３ｃから回転子に導くようにした
もの。 【効果】 固定子で発生した磁束の漏洩分を低減させる
ことができるので、トルクの低下が防止でき、高トル
ク、高出力で小型、且つ薄型の電動機が提供でき、さら
に、この結果、力率の良い省電力形の電動機を提供する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、誘導電動機などの電動
機に係り、特に比較的小容量の汎用誘導電動機に好適な
電動機に関する。

【０００２】

【従来の技術】比較的小容量の汎用誘導電動機などで
は、図７に示すような構造のものが、従来から一般的に
使用されている。この図７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、鋳鉄やアルミニウ
ムなど軽合金材料によりほぼ筒状に作られており、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と一体鋳造などに
より、このハウジング１の外周に放射状に形成されてい
る。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。

【０００３】３は固定子で、珪素鋼板の積層体でつくら
れた固定子鉄心３ａと、この固定子鉄心３ａの内周部に
多数個設けられているスロット部(溝部)に巻回された固
定子巻線３ｂとで構成されている。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、２
Ｂ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。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。

【０００４】回転軸６は、その一端(図では右端)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(左端)はエンドブラケッ
ト２Ａの軸受４Ａから突出され、その部分に外部冷却扇
９が取付けられている。１０はエンドカバーで、外部冷
却扇９を覆うカバーを形成しており、このエンドカバー
１０には、外気を外部冷却扇９で取り込むための開孔と
なる通風入口１０ａが設けられている。また、この通風
入口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。従っ
て、回転子５により外部冷却扇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。

【０００５】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が形成されている。

【０００６】この内部冷却扇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。すなわち内部冷却扇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流れ
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。なお、この
種の公知例としては、例えば特開昭６１ー２５１４４０
号公報がある。

【０００７】ところで、電動機の小形化は大きな命題で
あるが、特に、その軸方向の寸法を小さくしたい場合に
は、内周面の円周方向に沿って等間隔に歯部が形成され
ているほぼ円筒状の固定子鉄心を用い、該固定子鉄心の
歯部の間の継鉄部にそれぞれ固定子巻線が区分して巻装
されているトロイダル巻線形固定子、いわゆるトロイダ
ル巻線形固定子を用いた電動機が、例えば特開昭５５ー
１３９０６２号公報などにより提案されている。そこ
で、この図７の従来技術でも、トロイダル巻線形固定子
を用いており、従って、図８に示すように、固定子巻線
３ｂが、固定子鉄心３ａのティース部(歯部)とティース
部の間のスロット部(溝部)において、継鉄部にトロイダ
ル状に巻装してある。

【０００８】そして、この結果、固定子巻線３ｂが固定
子鉄心３ａの外周面にも巻装されるので、この部分を避
けて、固定子３をハウジング１の内側に固定するため
に、図示のように、ハウジング１の内周壁に複数の固定
部材１ｂを設けておき、これに固定子鉄心３ａの外周面
を嵌合させて取付けるようにしてある。このトロイダル
巻線形固定子を用いることにより、固定子鉄心３ａの軸
方向の両端面での巻線の渡りが少なくて済み、コイルエ
ンドの盛り上がり寸法が抑えられることになるので、そ
の分、電動機の軸方向寸法が少なくでき、いわゆる薄型
の電動機とすることができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、電動
機の小形化、特に薄型化については、それなりの成果を
得ることができるが、トロイダル巻線形固定子における
漏洩磁束の増加についての配慮がされておらず、励磁電
流の増加など、電動機の特性を低下させてしまうという
問題があった。

【００１０】すなわち、従来のトロイダル巻線形固定子
では、巻線に通電することで発生する磁束のうち、回転
子と鎖交しないで固定子外部へ漏洩する成分がかなり多
く生じてしまうが、この漏洩分はトルク発生に寄与せ
ず、従って、電動機の特性を低下させてしまうのであ
る。

【００１１】本発明の目的は、トロイダル巻線形固定子
での磁束漏洩分を低減し、これによりトルクの低下を抑
え、高トルク、高出力で、小形化、薄型化が充分に得ら
れるようにした電動機を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的は、内周面の円
周方向に沿って等間隔に歯部が形成されているほぼ円筒
状の固定子鉄心を用い、該固定子鉄心の上記歯部の間の
継鉄部にそれぞれ固定子巻線が区分して巻装されている
トロイダル巻線形固定子を備えた電動機において、固定
子鉄心の歯部が存在する位置の外周側にある継鉄部に、
外周面から内周面に向かって形成した切欠き部を設け、
継鉄部の外周面の近傍に沿って周方向に向かう磁束が、
この切欠き部によって歯部に誘導されるようにして達成
される。このとき、切欠き部としては、そのままにして
おいても、そこに非磁性金属材料体を設けても良く、さ
らには、方向性磁性材料を設けるようにしても良い。

【００１３】

【作用】上記切欠き部は、継鉄部の外周面の近傍に沿っ
て周方向に向かう経路の磁気抵抗が、溝部の外周部分で
局部的に増加させる働きをする。この結果、磁束は、鉄
心外周部からティース部に向って方向付けされれると共
に、切欠き部の近傍では、磁束密度の飽和現象が発生す
るため、磁束は切欠き部を通過し難くなり、通過し易い
鉄心中心部のティース部へ向かうようにされる。この結
果、固定子鉄心の外側へ漏洩していた磁束成分が抑えら
れ、発生した磁束のほとんどが回転子鉄心に流れ込み、
回転子巻線と鎖交するように磁束の方向付けができる。

【００１４】また、請求項２記載のように切欠き部の材
質を非磁性体で構成すると、磁束は該部を通ることはで
きず、前記の切欠きと同様の作用が生まれ、漏洩磁束が
減少する。また、請求項３記載のように切欠き部の材質
を方向性磁性材料で構成すると、磁束の通過する方向を
回転子側に規制することになり、回転子と鎖交するよう
な磁束の方向付けができる。この結果、本発明によれ
ば、磁束の漏洩分を少くすることができ、その分、トル
ク発生に寄与する成分が増加するので、固定子外径寸法
を減らしても、トルクの減少が抑えられることになり、
一層の小型化を得ることができる。

【００１５】

【実施例】以下本発明による電動機について、図示の実
施例により詳細に説明する。図１は本発明を汎用の誘導
電動機に適用した場合の一実施例で、図において、３３
は固定子で、３３ａは珪素鋼板の積層体で作られた固定
子鉄心、３３ｂは固定子鉄心３３ａの内周部に多数個設
けられているティース部の間の空所部分(スロット部)の
継鉄部に巻回された固定子巻線である。なお、この図１
に示す本発明の実施例は、この図では、図７に示した従
来例と同じに見えるが、これは、本発明の実施例と従来
例との違いが、本発明の実施例では、図２に示すよう
に、固定子鉄心３３ａに切欠き部１１が設けてあるのに
対して、従来技術では、図８から明らかなように、固定
子鉄心３の外周面は円筒形のままになっている点で異な
っているだけで、その他の構成は、図７の従来例と同じ
だからである。

【００１６】ここで、まず、図９により、従来の固定子
鉄心３ａにおける磁束の流れについて説明すると、この
図９において、２０は固定子鉄心内に現われる回転磁界
の、或る瞬時での磁極の端境部を表わす。そうすると、
この磁極の端境部２０では、矢印２１で示すように、固
定子鉄心３ａの周辺継鉄部から中心に向かう磁束が生
じ、これがトルク発生に寄与する主磁束となる。しかし
て、このとき、同じく磁極の端境部２０では、矢印２２
で示すように、固定子鉄心の外側に漏洩してしまう磁束
が現われてしまう。この結果、従来技術では、主磁束２
１が減少してしまうことになり、結局、小型化の点で限
界を生じてしまうのである。

【００１７】一方、本発明の実施例によれば、図２に示
したように、切欠き部１１が設けてあり、これにより、
この漏洩磁束２２を減少させ、固定子巻線３ｂで発生す
る磁束のほとんどを主磁束にすることができる。図３
は、図２の詳細を示したもので、これらの図において、
３３ｃはティース部(溝部)を表わし、３３ｄは、このテ
ィース部３３ｃの底部を表わしており、１１は、上記し
たように、切欠き部である。この切欠き部１１は、固定
子鉄心３３ａに設けられている複数のティース部３３ｃ
のうちで、磁極の端境部２０が現われる部分にある複数
のティース部３３ｃの外周継鉄側に、固定子鉄心３３ａ
の外周から中心に向かって、電動機の主空隙寸法より大
きい長さと幅をもって、それぞれ形成してある。

【００１８】次に、この切欠き部１１の働きについて説
明すると、この切欠き部１１は、固定子鉄心３３ａの継
鉄部を周方向に向かう経路に設けられているので、この
経路を塞ぎ、内側に迂回させるようにしてしまう。この
結果、この経路に沿って流れる磁束は、この切欠き部１
１が存在する部分に現われる高い磁気抵抗のため、矢印
２１で示すように、ティース部３３ｃの先端に向い、回
転子巻線と鎖交する方向に方向付けされてしまうように
なる。また、この切欠き部１１が存在する部分では、磁
束の経路が狭められるので磁束の飽和現象が発生し、こ
の結果、磁束は切欠き部１１の近傍を通過し難くなるの
で、これによっても、通過し易いティース部底部３３ｄ
の方へ向かうようにされる。

【００１９】従って、これら図１〜図３に示した実施例
によれば、従来技術では固定子鉄心の外側へ漏洩してい
た磁束が阻止できることになり、この結果、図２、図３
に示されているように、固定子巻線３３ｂにより発生し
た磁束のほとんどが、矢印２１で表わされているよう
に、回転子巻線と鎖交する磁束となるようにでき、特性
の低下を伴わずに、充分に電動機の小型化を図ることが
できる。

【００２０】なお、上記実施例では、切欠き部１１の形
状として、その幅が一定のもの、つまり、固定子鉄心３
３ａの外周及び内周とで同じものとして説明したが、そ
の幅を、外周部では広く、内周部では狭くし、外側に向
かって広がるテーパ状に形成してやれば、なお一層効果
的である。また、切欠き部の角部を円弧状になるように
しても良い。

【００２１】次に、図４は本発明の第２の実施例を示し
たもので、図において、１２は、例えばオーステナイト
系ステンレスやアルミニウム、或いはアルミニウム合金
などからなる非磁性体の部材であり、その他の構成は、
図１〜図３で説明した実施例と同じである。この部材１
２は、図２、図３で示した実施例における切欠き部１１
の代わりに設けたもので、この部材１２が非磁性体であ
るため、同じく磁束は切欠き部１１の近傍を通過し難く
なるので、これによっても、通過し易いティース部底部
３３ｄの方へ向かうようにされる。

【００２２】従って、この図４に示した実施例によって
も、固定子鉄心の外側へ漏洩していた磁束が阻止できる
ことになり、この結果、特性の低下を伴わずに、充分に
電動機の小型化を図ることができる。なお、この実施例
の場合でも、部材１２となる非磁性体の形状及び寸法に
ついては、図２と図３で説明した実施例と同様にするこ
とができる。

【００２３】次に、図５、図６は、本発明の第３の実施
例で、図において、１３は、方向性磁性体からなる部材
で、例えば方向性珪素鋼板などで作られている。そし
て、その磁化容易方向が、固定子鉄心３３ａの外周側か
ら内周側に向かう方向になるようにして、図示のよう
に、固定子鉄心３３ａの分割部に挿入したものである。
図６において、矢印１３ａは、部材１３の容易磁化方向
を示したもので、これにより、固定子鉄心３３ａの磁極
の端境部では、この部材１３により、矢印２１で示すよ
うに、磁束が誘導されることになり、従って、この実施
例によっても固定子鉄心の外側へ漏洩していた磁束が阻
止できることになり、この結果、特性の低下を伴わず
に、充分に電動機の小型化を図ることができる。なお、
この実施例の場合でも、部材１３の形状及び寸法につい
ては、図２と図３で説明した実施例と同様にすることが
できる。

【００２４】従って、上記した実施例によれば、磁束の
漏洩分を低減することができ、その結果、小型で、しか
も薄型の高トルク、高出力の電動機を容易に提供するこ
とができる。また、上記実施例によれば、漏洩磁束が少
くできるので、同一トルクのもとでの励磁電流が少なく
なり、力率の良い電動機を得ることができる。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、以下の効果を得ること
ができる。 １．固定子で発生した磁束の漏洩分が低減できるので、
その分、大きなトルクを得ることができ、従って、高ト
ルクで高出力の電動機を提供できる。 ２．漏洩磁束が少なくできるので、力率の良い省電力の
電動機を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電動機の一実施例を示す部分断面
による側面図である。

【図２】本発明の第１の実施例における固定子の部分拡
大斜視図である。

【図３】本発明の第１実施例における固定子部の部分拡
大図である。

【図４】本発明の第２実施例における固定子部の部分拡
大斜視図である。

【図５】本発明の第３実施例における固定子部の部分拡
大斜視図である。

【図６】本発明の第３実施例における固定子部の部分拡
大図である。

【図７】電動機の従来例を示す部分断面による側面図で
ある。

【図８】従来例による固定子部の部分拡大斜視図であ
る。

【図９】従来例による固定子部の部分拡大斜視図であ
る。

【符号の説明】 １ ハウジング １ａ 放熱フィン ２Ａ、２Ｂ エンドブラケット ３、３３ 固定子 ３ａ、３３ａ 固定子鉄心 ３ｂ、３３ｂ 固定子巻線 ３３ｃ ティース部(溝部) ４Ａ、４Ｂ 軸受 ５ 回転子 ６ 回転軸 ７ エンドリング ８ 内部冷却扇 ９ 外部冷却扇外 １０ エンドカバー １０ａ 通風口 １０ｂ 通風出口 １１ 切欠き部 １２ 非磁性体からなる部材 １３ 方向性磁性体からなる部材 １３ａ 方向性磁性体からなる部材の磁束容易方向 ２０ 磁極の端境部 ２１ 主磁束を表わす矢印、 ２２ 漏洩磁束を表わす矢印

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 岩田 竜一 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 安原 隆 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 山田 旭司 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 (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内周面の円周方向に沿って等間隔に歯部
   が形成されているほぼ円筒状の固定子鉄心を用い、該固
   定子鉄心の上記歯部の間の継鉄部にそれぞれ固定子巻線
   が区分して巻装されているトロイダル巻線形固定子を備
   えた電動機において、 上記固定子鉄心の上記歯部が存在する位置の外周側にあ
   る継鉄部に、外周面から内周面に向かって形成した切欠
   き部を設け、 上記継鉄部の上記外周面の近傍に沿って周方向に向かう
   磁束が、上記切欠き部によって歯部に誘導されるように
   構成したことを特徴とする電動機。
2. 【請求項２】 請求項１の発明において、上記切欠き部
   に、非磁性金属材料が設けられていることを特徴とする
   電動機。
3. 【請求項３】 請求項１の発明において、上記切欠き部
   に方向性磁性体を設け、 該方向性磁性体の磁化容易方向が、上記固定子鉄心の外
   周側から内周側に向かう方向になるように構成したこと
   を特徴とする特徴とする電動機。