JPH1051987A

JPH1051987A - 回転電機

Info

Publication number: JPH1051987A
Application number: JP20203196A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yasuhara; 隆安原; Akiji Yamada; 旭司山田; Hiromitsu Fuku; 裕光富久; Tsugio Sekine; 次雄関根; Izumi Shimizu; 泉清水; Matsutoshi Ihara; 松利井原; Yukiro Endo; 幸郎遠藤; Kaoru Ogawa; 薫小川
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-07-31
Filing date: 1996-07-31
Publication date: 1998-02-20

Abstract

(57)【要約】【課題】小形軽量で特性の良好な回転電機を提供する
こと。【解決手段】縁部３３ａと桟部３３ｂを残して、第１
の孔部３３ｃと第２の孔部３３ｄが形成された、磁性材
料の梯子状部材３３を用い、固定子鉄心３Ａの歯部３２
の端部３２ｂに、第２の孔部３３ｄが嵌入されるように
して、梯子状部材３３を固定鉄心３Ａの内周面に取付
け、桟部３３ｂにより舌片部が形成されて半閉スロット
方式の固定子が得られるようにしたもの。【効果】梯子状部材３３を取付ける前に固定子コイル
をスロット３１内に収納することができるので、予め巻
回成形した状態で固定子コイルの収納が可能になり、こ
の結果、コイル占積率を充分に上げることができ、力率
や効率の低下を伴うこと無く、充分に回転電機の小型化
軽量化を図ることができる。

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８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８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
材料により、例えば鋳造などによりほぼ筒状に作られ、
電動機の外被を構成している。

【０００３】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。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９に示すように、歯部３
２を設けることにより形成された複数のスロット３１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３１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に対して空隙３Ｃを隔てて位
置され、回転でき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。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り、このため、
ハウジングを、アルミニウムやアルミニウム合金などの
軽金属で形成する方法が従来から知られている。

【００１３】すなわち、このような回転電機の小形軽量
化が要請された場合、ハウジングの材料として、比重が
小さく、且つ熱伝導率のよいアルミニウムやアルミニウ
ム合金材(比重は鋼の約１/３、ヤング率は約１/３、比
熱は約２倍、熱伝導率は約３倍)などの非鉄金属を用い
てやれば、回転電機の内部で発生する熱をハウジングに
良好に伝達することにより冷却を改善し、これにより、
ハウジング自体の軽量化と共に回転電機全体としての小
形軽量化が得られるのである。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
は、回転電機の軽量化については、それなりの成果を得
ることができるが、小形化に伴う特性の改善についてま
で充分な配慮がされているとは言えず、以下の問題があ
った。

【００１５】まず、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。

【００１６】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。

【００１７】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。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。

【００１８】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、固定子
巻線３Ｂの本数を少なくしないと、収納できなくなって
しまう。

【００１９】これは、従来技術の固定子鉄心３Ａでは、
図９から明らかなように、歯部３２の先端部の両側には
舌片部３２ａが設けてあり、スロット３１の入口部分が
狭くなっているからである。そして、このため、従来技
術では、固定子巻線３Ｂを予め成形しておいてスロット
３１内に納めることができず、スロット３１内に開口部
から一本ずつ挿入して形成しなければならない。

【００２０】そして、この結果、スロット３１内では、
固定子巻線３Ｂ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、つまり占積率は６０％台にとどま
り、コイル収納量に限度が生じてしまうからである。

【００２１】従って、従来技術では、より一層の小形化
のため、上述の如くスロット面積を減らした場合には、
コイルの収納量が従来より減り、巻回数が減少してしま
うことから、磁束密度がさらに増加して特性上支障が生
じ、小型化を進めることができないという問題があっ
た。

【００２２】本発明の目的は、固定子コイルの占積率を
容易に高めることができ、これにより、特性の劣化を伴
わずに充分に小型化が図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、円筒内周面
に円周方向に沿って配列した複数の歯部を設けることよ
り、前記内周面から放射状に延びて形成された複数のス
ロットを有する固定子鉄心と、該固定子鉄心のスロット
に巻回された固定子巻線とで構成された固定子を有する
回転電機において、前記スロットの開口端部に形成すべ
き舌片部が、前記固定子鉄心とは別体の部材で形成さ
れ、前記固定子巻線収納後、前記開口端部に装着される
ようにして達成される。

【００２４】この結果、本発明の固定子では、大きく開
いたスロット開口からスロット内に固定子コイルが収納
された形態となる。そのため、従来技術のように、固定
子コイルをスロット内に一本ずつ挿入する必要が無くな
るので、スロット内に固定子コイルの導体を最大限まで
多数本にわたり収納させることができる。

【００２５】すなわち、コイルの占積率を向上するため
には、スロット内にコイルを整列して収納すればよい。
本発明によれば、スロットの開口部が大きく開いた状態
でコイルを収納できるので、予め多数本の固定子コイル
を整列して巻いたものを用意し、その整列状態を崩すこ
となく、容易にスロット内へ収納でき、この結果、スロ
ット内でのコイル占積率を最大限まで高めることがで
き、スロットの面積を少なくすることができるのであ
る。

【００２６】そして、このため、本発明によれば、スロ
ットの小型化が可能になるので、固定子外径を小さくで
きると共に、回転電機の磁気装荷を変えないで、スロッ
ト容積の減少が得られることになり、従って、小形化軽
量化を図っても力率や効率などの低下の虞れがなく、電
気特性やトルク特性の良好な回転電機を容易に得ること
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、図示の実施形態を用いて詳細に説明する。なお、
以下に説明する本発明の実施形態も、図８で説明した従
来技術と同じ汎用の誘導電動機に本発明を適用した場合
のものであり、この結果、図８の従来技術とは、固定子
３、特に固定子鉄心３Ａの歯部とスロットの構成が主と
して異なるので、以下の説明では、全体的な構成につい
ての説明は省略する。

【００２８】図１は、本発明の一実施形態例における固
定子３の固定子鉄心３Ａを内周面から見た一部の斜視図
で、図２は全体の正面図であり、これらの図において、
３１はスロット(コイル収納用の溝部)、３２は歯部(テ
ィース部)、３２ｂは歯部の端部、３３は梯子状部材、
３３ａは縁部、３３ｂは桟部、３３ｃは第１の孔部、３
３ｄは第２の孔部を示している。

【００２９】固定子鉄心３Ａは、けい素鋼板などの磁性
板を、軸方向に所定枚数積層して形成されている。そし
て、この実施形態では、図示のように、分割線３５によ
り、円周方向に４分割された磁性板を用いた場合につい
て示しているが、従来技術と同様に、分割しない形状に
しても良い。

【００３０】この固定子鉄心３Ａは、内周側に複数のス
ロット３１と歯部３２を有している点では、従来技術と
同じであるが、このとき、歯部３２には従来技術のよう
な舌片は無く、スロット３１は、内周側の開口部から外
周側の底部までほぼ等しい幅に作られ、内周側でも同じ
幅のまま開放されている。

【００３１】梯子状部材３３は、固定子鉄心３Ａと同じ
く、けい素鋼板など磁性材料で作られているもので、例
えば、幅寸法Ｗ_T の帯状の板材から、図４に示すよう
に、縁部３３ａと桟部３３ｂを残して、方形の第１の孔
部３３ｃと、同じく方形の第２の孔部３３ｄを打ち抜い
て形成されている。

【００３２】そして、まず、図４に示すように、Ｗ_S を
第１の孔部３３ｃの幅(＝第２の孔部３３ｄの幅)、ａを
縁部３３ａの幅としたとき、寸法Ｗ_S の大きさが固定子
鉄心３Ａの積層厚さと略同じになるようにする。従っ
て、Ｗ_T＝Ｗ_S＋２ａとなる。

【００３３】次に、同じく図４に示すように、ｂを桟部
３３ｂの幅、ｃを第１の孔部３３ｃの高さ(梯子状部材
３３の長手方向、つまり図４では左右方向の寸法)、そ
してｄを第２の孔部３３ｄの高さとしたとき、寸法ｃの
大きさが、図３に示すように、固定子鉄心３Ａの歯部３
２の端部３２ｂの幅寸法ｔと略同じになり、他方、寸法
ｄは、それよりも小さな寸法に作られ、これにより、寸
法(ｄ＋２ｂ)が、同じく図３に示すように、スロット３
１の幅寸法ｓに等しくなるようにしてあり、この結果、
梯子状部材３３は、全体としては、図４に示すように、
不等間隔の梯子状に作られていることになる。

【００３４】次に、このようにして、図４に示すような
形状に作られた梯子状部材３３は、図５に示すように、
ほぼ円筒状に丸められてから固定子鉄心３Ａの内周側に
挿入され、その第１の孔部３３ｃが、夫々歯部３２の端
部３２ｂに係合するようにして、図１と図２に示すよう
に、固定子鉄心３Ａに装着される。

【００３５】この結果、梯子状部材３３の桟部３３ｂ
は、歯部３２の端部３２ｂの両端に位置され、これによ
り所定の幅ｂの舌片部を形成し、さらに第２の孔部３３
ｄは、各スロット３１の開口端部の中央付近で、舌片部
の間に位置するスロット開口を形成することになり、こ
れにより、いわゆる半閉スロット方式の固定子鉄心が構
成されることになる。

【００３６】次に、この実施形態における固定子コイル
の収納について、図６を用いて説明する。まず、図６の
中段に示してあるように、予め固定子鉄心３Ａのスロッ
ト３１の形状に合わせて巻回し成形した固定子コイル３
Ｂを用意する。次に、これらの固定子コイル３Ｂを、図
６の上段に示してある固定子鉄心３Ａの内周側に入れ、
中心側から矢印で示したように、それぞれ固定子鉄心３
Ａのスロット３１内に挿入する。

【００３７】次いで、この後、今度は、図６の下段に示
してある梯子状部材３３を、ほぼ円筒状に曲げた状態で
固定子鉄心３Ａの内周側に入れ、鉄心の歯部３２の先端
に、梯子状部材３３の第１の孔部３３ｃが係合するよう
にして、同じく矢印で示すように、固定子鉄心３Ａに装
着する。

【００３８】これにより、図７に示すように、固定子コ
イル３Ｂは、スロット３１内に確実に収納されることに
なる。そして、このとき、梯子状部材３３の桟部３３ｂ
は鉄心歯部３２の両側の端部に位置し、幅が狭い方の孔
部３３ｄは、前述したように、スロット３１の開口端の
中央付近に位置する。そこで、この結果、梯子状部材３
３の桟部３３ｂは、図９に示した従来技術における舌片
部３２ａに相当する部材として機能するようにされる。

【００３９】従って、この実施形態例によれば、半閉ス
ロット方式の固定子鉄心でありながら、予め巻回成形し
ておいた固定子コイル３Ｂを用いることができ、従来技
術のように、固定子コイル３Ｂをスロット内に一本ずつ
挿入する必要が無く、この結果、固定子コイル３Ｂの導
体本数を充分に多くすることができる。

【００４０】何故なら、固定子コイルを収納する前のス
ロットは、その開口が大きいため、多数本の固定子コイ
ル３Ｂを予め整列して巻いた上で、その整列状態を崩す
ことなく、スロット内に容易に収納できるからである。

【００４１】しかも、この実施形態では、固定子コイル
３Ｂを、固定子鉄心３Ａの内周側から、外周側に移動す
るだけでスロット３１に挿入でき、収納が完了するの
で、多数本の導体からなる固定子コイルをスロットに一
本ずつ挿入する従来技術に比較すると、固定子コイルの
収納を極めて容易に行うことができる。

【００４２】上記したように、コイルの占積率を向上さ
せるためには、スロット内にコイルを整列して収納して
やればよいが、それが、この実施形態によれば、容易に
得られ、従って、スロットの容積を小さくしても、スロ
ット内におけるコイルの占有率を充分に高く保持させる
ことができる。

【００４３】また、従来技術では、固定子鉄心のスロッ
ト内にコイルを導入し、巻回収納させなければならない
から、スロットの開口幅は一本のコイルの径寸法により
支配されてしまい、舌片部の間の開口寸法の選択に制限
があり、このため、回転電機の特性改善に限度があっ
た。

【００４４】しかるに、本発明の実施形態によれば、上
述の如く、コイル収納時には、スロットが全開している
ので、従来技術のように、舌片部の間の開口寸法に制限
を受ける虞れがなく、回転電機の設計の裕度が大きくな
り、常に最適な設計を行なうことができる。

【００４５】さらに、上記実施形態によれば、梯子状部
材３３により半閉スロット方式にしているので、固定子
コイル３Ｂの導体がスロット３１内から外部に出る虞れ
が全くないばかりでなく、スロット開口寸法を充分に小
さくできるので、回転子５が回転したときに発生する騒
音を低減することもできる。

【００４６】

【発明の効果】本発明によれば、半閉スロット方式であ
りながら、スロットの開口を全開にした状態にできるの
で、固定子コイルを移動するだけで固定子コイルを収納
し得ることになり、この結果、従来技術のように、固定
子コイルを一本ずつスロット内に挿入する必要が無くな
り、スロット内での固定子コイルの占積率を極限まで高
めることができる。

【００４７】この結果、本発明によれば、固定子外径を
小さくすると共に、スロット容積が小さくなっても、回
転電機の磁気装荷が変わらないようにでき、従って、小
形軽量化を図っても、力率や効率の低下の虞れがなく、
電気特性やトルク特性の良好な回転電機を容易に提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による回転電機の一実施形態における固
定子の一部を拡大して示した斜視図である。

【図２】本発明による回転電機の一実施形態における固
定子の正面図である。

【図３】本発明による回転電機の一実施形態における固
定子鉄心の平面図である。

【図４】本発明による回転電機の一実施形態における梯
子状部材の平面図である。

【図５】本発明による回転電機の一実施形態における梯
子状部材の側面図である。

【図６】本発明による回転電機の一実施形態における固
定子コイルの収納方法の説明図である。

【図７】本発明による回転電機の一実施形態における固
定子コイル収納後の状態を示す説明図である。

【図８】回転電機の一例を示す一部断面による側面図で
ある。

【図９】回転電機の固定子鉄心の従来例を示す正面図で
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固定子３Ａ固定子鉄心３Ｂ固定子コイル３Ｃ空隙４Ａ、４Ｂ軸受５回転子６回転軸７エンドリング８内ファン９外ファン１０エンドカバー１０ａ通風口１０ｂ通風出口３１スロット３２歯部３２ａ歯部３２の舌片部３２ｂ歯部３２の端部３３梯子状部材３３ａ縁部３３ｂ桟部３３ｃ第１の孔部３３ｄ第２の孔部３５背部分割部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円筒内周面に円周方向に沿って配列した
複数の歯部を設けることより、前記内周面から放射状に
延びて形成された複数のスロットを有する固定子鉄心
と、該固定子鉄心のスロット内に収納された固定子巻線
とで構成された固定子を有する回転電機において、前記スロットの開口端部に形成すべき舌片部が、前記固
定子鉄心とは別体の部材で形成され、前記固定子巻線収
納後、前記開口端部に装着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、前記別体の部材が、帯状の磁性体に、長手方向の寸法を
異にする２種の方形の孔部を、交互に長手方向に配列し
て不等間隔の梯子状に形成した部材で作られ、この部材
の前記孔部の一方を前記複数の歯部に嵌合させることに
より、前記磁性体の孔部の間に残っている部分で前記舌
片部が形成されるように構成したことを特徴とする回転
電機。