WO2016021070A1 - 交流電動機 - Google Patents

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motor
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英男 寺澤
中川 健一
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Definitions

  • This invention relates to an AC motor.
  • an induction motor as one of AC motors.
  • a rotating magnetic field is generated when an alternating current flows through a stator coil in a slot.
  • an induced electromotive voltage is generated in the rotor conductor. Due to this induced electromotive voltage, an induced current flows through the rotor conductor constituting the closed circuit, and a magnetic pole is generated in the rotor core. Due to the interaction between the magnetic pole and the magnetic pole of the rotating magnetic field, a circumferential force is generated in the rotor. This force becomes the output torque of the rotating shaft of the induction motor.
  • an AC motor represented by an induction motor there is a demand for increasing the output without increasing the size of the motor.
  • the space occupied by the stator coil in the slots provided in the stator core is minimized as much as possible to reduce the influence on the physique. Effective use is required.
  • a die-wound coil is used for the purpose of using space as effectively as possible.
  • a rectangular coil-shaped conductor having a large cross-sectional area is used for the die-wound coil, and the entire conductor arranged on the coil side after being wound a required number of times is shaped so as to maintain the rectangular shape.
  • each coil side is inserted into two slots at predetermined intervals.
  • one coil side is disposed on the back side of the slot, and the other coil side is disposed on the entrance side of the other slot.
  • Coil sides of two different stator coils are inserted into each slot of the stator core.
  • a slot of a conventional AC motor (induction motor) used for driving a railway vehicle is called an open slot (for example, see FIG. 1 of Patent Document 1), and the width of the slot into which the stator coil is inserted is the entrance. Uniform from bottom to bottom.
  • a coiled coil formed using a conductor with a rectangular cross-section can be inserted into the slot from the slot entrance, and the proportion of the coil cross-sectional area of the stator coil in the slot can be increased, and the outside of the stator core The coils can be easily connected with each other.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an AC motor that can be easily assembled into a coil and that can reduce the possibility of damage to the insulating coating on the coil surface. .
  • the plurality of slots provided in the stator core of the AC motor of the present invention are arranged so that one coil side is located at the back of the slot.
  • the space which can be rotated by is provided.
  • the space is provided so that one coil side can be rotated on the back side of the slot. Can be lifted from the slot without difficulty. As a result, the coil assembling work is facilitated, and the possibility of damage to the insulating coating on the coil surface can be reduced.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an AC motor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ of FIG. 1. It is a figure which shows the state in which the stator coil was inserted in the slot. It is an enlarged view of a stator slot. It is a figure which shows a mode at the time of lifting the coil side of a stator coil and inserting the coil side of another stator coil in a slot. It is sectional drawing of the stator slot of the conventional alternating current motor.
  • Embodiment 1 FIG. Embodiment 1 of the present invention will be described below.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section of the AC motor according to the first embodiment.
  • a longitudinal section is a cut surface when the AC motor 1 is cut along the rotation axis AX of the AC motor 1.
  • the AC motor 1 is an induction motor.
  • the AC motor 1 includes a stator 2 that generates a rotating magnetic field and a rotor 5 that rotates about a rotation axis AX.
  • the stator 2 and the rotor 5 are installed in the frame 9.
  • the stator 2 is fixed to the frame 9 of the AC motor 1 and is disposed so as to surround the rotor 5 around the rotation axis AX.
  • the stator 2 includes a stator core 3 and a plurality of stator coils 4.
  • the stator core 3 is a laminated core and is also called a stator core.
  • FIG. 2 shows a cross section A-A ′ of the stator 2 shown in FIG. 1 of the AC motor 1.
  • the stator core 3 has a plurality of slots 12 arranged at equal intervals on the inner peripheral side of the stator core 3.
  • the stator coil 4 is inserted into the slot 12. When an alternating current flows through the stator coil 4, a rotating magnetic field is generated in the stator 2.
  • the rotor 5 is disposed inside the stator 2 via a bearing and can rotate around the rotation axis AX.
  • the rotor 5 includes a rotor shaft 8 that rotates about a rotation axis AX, a cylindrical rotor core 6 provided around the rotor shaft 8, and a rotor that is inserted into a slot of the rotor core 6. And a conductor 7.
  • a rotating magnetic field is generated in the stator core 3.
  • a current is induced in the rotor conductor 7 by this rotating magnetic field, and torque is generated in the rotor core 6 due to the interaction between the magnetic pole generated in the rotor core 6 and the magnetic pole of the rotating magnetic field by this induced current, and the rotor shaft 8 Rotates.
  • the stator coil 4 is formed by winding a rectangular cross-section shaped conductor having an insulation coating as many times as necessary to form a coil shape, and the entire conductor arranged on the coil side maintains the rectangular shape.
  • the outside is covered with an insulating tape or the like.
  • the stator coil 4 is inserted across a plurality of slots 12 provided in the stator core 3.
  • One coil side of the stator coil 4 is inserted into the back side of one of the plurality of slots 12 and is referred to as a lower opening coil 4b.
  • the other coil side of the stator coil 4 is inserted into the entrance side of another slot 12 having a predetermined interval among the plurality of slots 12 and is referred to as an upper coil 4a. That is, in the AC motor 1, the stator coil 4 is inserted into the slot 12 by a two-layer winding method.
  • the slot 12 has a width of 0.3 to 0.5 mm with respect to the maximum width of the coil sides (upper coil 4a, lower coil 4b) in which a plurality of insulating coated conductors are held in a rectangular shape with insulating tape or the like. It is set to be the added value. This facilitates the insertion of the stator coil 4 into the slot 12 and reduces the possibility of damage to the insulating layer on the surface of the stator coil 4 at the time of insertion.
  • the coil sides (upper coil 4 a and lower coil 4 b) of the two stator coils 4 are arranged in the depth direction of the slot 12.
  • a wedge 10 for preventing the stator coil 4 from dropping off is disposed at the entrance 12a of each slot 12, and a retreating portion 11 is provided for forming a passage through which cooling air flows when the AC motor 1 is operated. Yes.
  • each slot 12 a space where the coil side on the lower coil 4 b side can be rotated on the back side of the slot 12 when the coil side on the upper coil 4 a side of the stator coil 4 is lifted from the slot 12. Is provided.
  • FIG. 4 shows an enlarged view of the slot 12.
  • the slot 12 includes a parallel groove portion 12 b having parallel inner walls facing each other with the same width as the entrance portion 12 a that is an opening thereof, a groove bottom portion 12 d that is a bottom surface of the slot 12, and An enlarged portion 12c in which the width of the slot 12 is increased is provided.
  • a parallel groove portion 12b is formed at a depth of a% of the groove depth L from the entrance portion 12a to the groove bottom portion 12d.
  • the depth position of a% is also referred to as a depth position e. a% is about 60%, and can be a numerical value of 50% or more and 70% or less, for example.
  • the part from the depth position e of a% to the groove bottom part 12d is an enlarged part 12c.
  • the groove width widens toward the groove bottom portion 12d at an opening angle of ⁇ degrees on both sides from the position of the depth of a%.
  • the ⁇ degree is, for example, 10 degrees.
  • the groove width is enlarged at an opening angle of ⁇ degrees on both sides from the groove bottom portion 12d toward the inlet portion 12a.
  • the ⁇ degree is, for example, 45 degrees.
  • a space is formed by widening the slot width by ⁇ degrees (first angle) from the predetermined depth position e of each slot 12 toward the groove bottom portion 12d.
  • the predetermined depth position e is a depth position of about 60% of the entire depth L, and ⁇ degree is 10 degrees.
  • each slot 12 a space is formed by widening the slot width by ⁇ degrees (second angle) from the groove bottom portion 12d toward the inlet side, and ⁇ degrees is 45 degrees.
  • the cross-sectional shape of the entire slot 12 is an octagonal shape.
  • stator coil 4 is inserted across the two slots 12. For example, a total of 36 stator coils 4 are inserted into the slot 12 for each AC motor 1 having 36 slots 12. For most of the stator coils 4, the respective coil sides (the upper coil 4a and the lower coil 4b) can be inserted into the two slots 12 spaced apart from each other without any problem. However, when one coil side of the last several stator coils 4 is inserted as the lower coil 4b in the back side of the slot 12, the coil side of another stator coil 4 that has already been inserted is the upper side. The coil 4a exists on the entrance side of the slot 12. For this reason, it is necessary to insert a coil side that becomes the lower opening coil 4b in a state where the upper opening coil 4a is lifted from the slot 12.
  • the groove width is expanded at an opening angle of ⁇ degrees (10 degrees) on both sides from the position of a (about 60)% of the groove depth toward the groove bottom 12d.
  • the lower coil 4b of the stator coil 4 inserted into the slot 12 can be inclined to an angle of ⁇ degrees (10 degrees) on the back side of the slot 12. Therefore, as shown in FIG. 5, the upper opening coil 4 a can be easily lifted to the outside of the slot 12. As a result, the upper coil 4a of another stator coil 4 that has already been inserted is lifted to the outside of the slot 12, and the lower coil 4b of the other stator coil 4 is moved in the direction of arrow B to the slot 12. The inserting operation can be easily performed.
  • the lower coil 4b can be freely inclined up to the inclination of the tapered inner wall of the enlarged portion 12c of the slot 12, the lower coil 4b is not strongly pressed by the groove wall of the slot 12, and is fixed. Damage to the insulating layer on the surface of the child coil 4 can be prevented.
  • a parallel groove portion 12b is formed from the entrance portion 12a to a position e having a depth of a% (about 60%) of the groove depth L. For this reason, in the state where all the stator coils 4 are inserted at predetermined positions, the groove width on the back side of the slot 12 is enlarged, but the upper portion of the lower coil 4b is held by the parallel groove portion 12b. .
  • the predetermined depth position e is determined so that the upper portion of the lower opening coil 4b is within the range of the parallel groove portion 12b, and the lower opening coil 4b can be rotated in a space on the back side of the slot.
  • the opening angle ⁇ degree (10 degrees), in which the groove width is expanded on both sides from the depth position e of a% (about 60%), is, as shown in FIG. 2, the stator core teeth 13 between the slots 12.
  • the width of the tooth base portion 13b is determined to be larger than the width of the tooth tip portion 13a.
  • the groove width can be expanded from the position e at a depth of a% (about 60%) of the slot 12 according to the number of the slots 12. If the opening angle ⁇ is set, the cross-sectional shape of the slot 12 can be set such that the tooth width of the tooth base portion 13b of the stator core tooth 13 between the slots 12 is larger than the tooth width of the tooth tip portion 13a. Become.
  • the slot 72 provided between the stator core teeth 73 extending from the tooth tip portion 73a to the tooth root portion 73b is a generally parallel groove as shown in FIG. .
  • the upper coil 4a and the lower coil 4b of the stator coil 4 are inserted inside the slot 72, which is a parallel groove, with a predetermined gap.
  • the upper coil 4a of another stator coil 4 that has already been inserted exists in the slot 72.
  • the slot 72 is a parallel groove
  • the inserted upper coil 4a can be easily moved to the outside of the slot 72 as shown in FIG. Can't move on. Therefore, it is necessary to insert the lower coil 4b of the other stator coil 4 into the back side of the slot 72 while lifting the upper coil 4a of the inserted stator coil 4 in the direction of arrow C.
  • the lifting of the upper coil 4a is accompanied by a slight deformation of the molded stator coil 4 because a space in which the lower coil 4b can rotate is not formed, so that a large force is required.
  • the slot 12 is positioned at a depth of a% (about 60%) of the groove depth L from the inlet 12a of the slot 12 to the groove bottom 12d.
  • the groove width is enlarged by an opening angle of ⁇ degrees (10 degrees) on both sides of the groove width direction from the depth position e of a% (about 60%) toward the groove bottom section 12d.
  • the groove width is increased at an opening angle of ⁇ degrees (45 degrees) on both sides in the groove width direction from the bottom 12d toward the entrance 12a.
  • the lower opening coil 4b can be tilted to an inclination in contact with the tapered inner wall of the slot 12, so that the corners of the wall surface of the slot 12 and the end of the stator core 3 can be inclined. The possibility of damaging the insulating layer on the surface of the stator coil 4 can be reduced.
  • Embodiment 2 FIG. Next, a second embodiment of the present invention will be described.
  • the configuration of the AC motor 1 according to the second embodiment is different from the configuration of the AC motor 1 according to the first embodiment only in the cross-sectional shape of the slot 22.
  • the enlarged portion 22c in the second embodiment, as shown in FIGS. 8 and 9, in the enlarged portion 22c from the depth position e of about 60% to the groove bottom portion 22d, ⁇ degrees (10 degrees from the depth position e to one side in the groove width direction.
  • the groove width is enlarged toward the groove bottom 22d at an opening angle of degrees.
  • the enlarged portion 22c has a shape in which the groove width is enlarged to one side in the same direction at an opening angle of ⁇ degrees (45 degrees) from the groove bottom portion 22d toward the entrance side. In this way, the direction in which the stator coil 4 is inserted into the slot 22 is limited to one direction, but the same effect as in the first embodiment can be expected.
  • the groove width of the slot 22 is increased only on one side. In this way, it is possible to increase the opening angle for expanding the slot width to 20 degrees while securing the tooth width of the root portion 23b of the stator core tooth 23 larger than that of the tooth tip portion 23a. is there. By doing so, it is also possible to expect an effect that the lifting operation of the upper coil portion 4a of the inserted coil can be further facilitated at the final stage of insertion of the stator coil 4.
  • Embodiment 3 FIG. Next, a third embodiment of the present invention will be described.
  • the configuration of the AC motor 1 according to Embodiment 3 is different from the configuration of the AC motor 1 according to Embodiment 1 only in the shape of the slot 32.
  • the slot width is enlarged toward the groove bottom 32d at an opening angle of ⁇ degrees (10 degrees).
  • the surfaces extending from the groove bottom portion 32d to both sides in the groove width direction are concave curved surfaces.
  • Embodiment 4 FIG. Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.
  • the configuration of the AC motor 1 according to Embodiment 4 is different from the configuration of the AC motor 1 according to Embodiment 3 only in the shape of the slot 42.
  • the enlarged portion 42c from the depth position e of about 60% to the groove bottom portion 42d from the depth position e of about 60% to one side in the slot width direction.
  • the groove width is expanded toward the groove bottom 42d at an opening angle of ⁇ degrees (10 degrees).
  • the surface on the groove bottom side of the enlarged portion 42c is a concave curved surface on the same side as the direction in which the groove width is enlarged from the groove bottom portion 42d. In this way, the direction in which the stator coil 4 is inserted into the slot 42 is limited to one direction, but the same effect as in the third embodiment can be expected.
  • the expansion of the slot width of the slot 42 is only on one side, and the groove width is increased while ensuring the tooth width of the tooth base portion 43b of the stator core teeth 43 larger than the tooth tip portion 43a as described above.
  • the opening angle ⁇ can be increased up to 20 degrees, and the lifting operation of the inserted upper coil portion 4a in the final stage of the insertion of the stator coil 4 can be further facilitated.
  • Embodiment 5 FIG. Next, a fifth embodiment of the present invention will be described.
  • the configuration of the AC motor 1 according to Embodiment 5 is different from the configuration of the AC motor 1 according to Embodiment 1 only in the shape of the slot 52.
  • the enlarged portions 52c from the depth position e of about 60% to the groove bottom 52d are respectively set to ⁇ degrees (10 degrees) on both sides from the depth position e.
  • the groove width is increased toward the groove bottom 52d at an opening angle of.
  • the entire shape of the slot 52 is a hexagonal shape. Even if the cross-sectional shape of the slot 52 is such a shape, the same effect as in the first embodiment can be expected.
  • Embodiment 6 FIG. Next, a sixth embodiment of the present invention will be described.
  • the configuration of the AC motor 1 according to Embodiment 6 is different from the configuration of the AC motor 1 according to Embodiment 5 only in the shape of the slot 62.
  • the enlarged portion 62c from the depth position e of about 60% to the groove bottom 62d is set to ⁇ degree (10 degrees) from the depth position e to one side.
  • the groove width is increased toward the groove bottom 62d at an opening angle.
  • the overall shape of the groove is a pentagonal shape. In this way, the direction in which the stator coil 4 is inserted into the slot 62 is limited to one direction, but the same effect as in the fifth embodiment can be expected.
  • the groove width of the slot 62 is enlarged only on one side, and the width of the slot 62 is increased while the tooth width of the tooth base portion 63b of the stator core teeth 63 is made larger than the tooth tip portion 63a as described above.
  • the opening angle to be expanded can be increased up to about 20 degrees, and the lifting operation of the inserted upper opening coil 4a in the final stage of the insertion of the stator coil 4 can be further facilitated.
  • the cross-sectional shape of the slot is not limited to that of the above embodiments.
  • the depth a% of the expansion start position e on the inlet side of the enlarged portion can be arbitrarily determined, and the opening angles ⁇ and ⁇ of the enlarged portion can also be arbitrarily set, and the groove bottom of the groove width enlarged portion
  • the side shape can also be set arbitrarily.
  • the first angle is determined so that the width of the root portion of the stator core teeth is not narrower than the width of the tooth tip portion, and the power factor in the AC motor 1 is not provided on the back side of the slot. It is possible to maintain almost the same as the case.
  • each slot 22, 42, 62 the space is provided on one side in the slot width direction, and the insertion direction of the stator coil 4 is limited to one direction, but the first angle of the space on the back side of the slot is Can be bigger.
  • the angle can be increased up to 20 degrees.
  • the width of the root part of the stator core teeth may be set wider than the width of the tooth tip part and is not limited to 20 degrees.
  • This invention is suitable for use as the structure of the stator of a two-layer winding type AC motor.
  • the AC motor may be an induction motor or a synchronous motor.
  • stator core 1 AC motor, 2 stator, 3 stator core, 4 stator coil, 4a upper coil, 4b lower coil, 5 rotor, 6 rotor core, 7 rotor conductor, 8 rotor shaft, 9 frame, 10 wedges, 11 retracted parts, 12 slots, 12a entrance parts, 12b parallel groove parts, 12c enlarged parts, 12d groove bottom parts, 13 stator core teeth, 13a tooth tip parts, 13b tooth root parts, 21 stator cores, 22 slots, 22a entrance part, 22b parallel groove part, 22c enlarged part, 22d groove bottom part, 23 stator core tooth, 23a tooth tip part, 23b root part, 31 stator core, 32 slot, 32a entrance part, 32b parallel groove part, 32c enlarged Part, 32d groove bottom part, 33 stator core teeth, 33a tooth tip part, 33b tooth root part, 41 stator core, 42 Slot, 42a entrance part, 42b parallel groove part, 42c enlarged part, 42d groove bottom part, 43 stator core tooth, 43a tooth tip part, 43

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Abstract

 固定子鉄心(3)には、複数のスロット(12)が設けられている。複数の固定子コイル(4)は、長方形断面形状のコイルに成形されている。固定子コイル(4)は、下口コイル(4b)が複数のスロット(12)のうちの一のスロット(12)の奥側に挿入され、上口コイル(4a)が複数のスロット(12)のうちの他のスロット(12)の入り口側に挿入されることにより、二層巻方式で各スロット(12)に挿入されている。各スロット(12)には、上口コイル(4a)が他のスロット(12)から持ち上げられた場合に、下口コイル(4b)をスロット(12)の奥側で回動させることができるスペースが設けられている。

Description

交流電動機
 この発明は、交流電動機に関する。
 交流電動機の1つに誘導電動機がある。誘導電動機では、スロット内の固定子コイルに交流電流が流れることにより回転磁界が発生する。回転子スロット内の回転子導体がこの回転磁界と差交することにより、回転子導体に誘導起電圧が発生する。この誘導起電圧により、閉回路を構成する回転子導体に誘導電流が流れ、回転子鉄心に磁極が発生する。この磁極と回転磁界の磁極との相互作用により、回転子に円周方向の力が発生する。この力が誘導電動機の回転軸の出力トルクとなる。
 誘導電動機に代表される交流電動機においては、電動機の体格を大きくせずに、出力を増大したいという要請がある。回転磁界を発生させるための固定子コイルに流す電流を大きくすることが必要であるが、体格への影響を少なくするため、固定子鉄心に設けられたスロット内で固定子コイルが占めるスペースを極力有効に使用することが求められている。スペースを極力有効に使用することを目的として型巻コイルが用いられている。型巻コイルには、断面積の大きい長方形断面形状の導体が用いられ、必要回数分巻いた後にコイル辺に並んだ導体全体が長方形形状を保持するように成形される。
 さらに、発生磁束を大きくするため、コイル数を多くできる二層巻方式を適用することが必要となる。固定子コイルは所定の間隔を開けた2箇所のスロットに各コイル辺が挿入される。二層巻方式の場合には、一方のコイル辺がスロットの奥側に配置され、他方のコイル辺が他方のスロットの入り口側に配置される。固定子鉄心の各スロットには、それぞれ2つの異なる固定子コイルのコイル辺が挿入される。
 鉄道車両駆動用として使用される従来の交流電動機(誘導電動機)のスロットは、オープンスロットと呼ばれ(例えば、特許文献1の図1参照)、固定子コイルが挿入されているスロットの幅が入り口から底部まで均一である。長方形断面形状の導体を用いて成形された型巻コイルがスロット入り口からスロット内に挿入でき、固定子コイルのコイル断面積がスロット内に占める割合を大きくすることができるうえ、固定子鉄心の外側でコイル同士を容易に接続することができる。
特開2011-87373号公報
 固定子を組み立てる際に、固定子コイルをスロットに挿入する工程を順次繰り返すことになる。したがって、この工程の最終段階では、すでにスロット(入り口側の部分)に挿入された固定子コイルのコイル辺の奥側に、別の固定子コイルのコイル辺を挿入する必要が出てくる。この場合、すでに配置されているコイル辺を持ち上げて、一旦スロットから出して作業が行われる。
 この作業により、固定子の組み立て作業に要する時間が長くなるという問題がある。特に、固定子鉄心の内径が小さい場合には、コイル辺の持ち上げ作業は容易ではなく、固定子の組み立て作業に要する時間がかなり長くなってしまう。さらに、スロットの入り口側に配置されるコイル辺を持ち上げる際に、スロットの奥側に配置されるコイル辺がスロットの内壁面及び固定子鉄心の角部に強く押付けられることにより、固定子コイルの外側の絶縁被膜を損傷させる可能性もある。
 この発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、コイル組込み作業が容易で、しかも、コイル表面の絶縁被膜の損傷の可能性を低減することができる交流電動機を提供することを目的とする。
 上記目的を達成するため、この発明の交流電動機の固定子鉄心に設けられた複数のスロットには、他方のコイル辺が他のスロットから持ち上げられた場合に、一方のコイル辺をスロットの奥側で回動させることができるスペースが設けられている。
 この発明によれば、他方のコイル辺が他のスロットから持ち上げられた場合に一方のコイル辺をスロットの奥側で回動させることができるスペースが設けられているので、他方のコイル辺を他のスロットから無理なく持ち上げることができる。この結果、コイル組込み作業が容易になり、コイル表面の絶縁被膜の損傷の可能性を低減することができる。
この発明の実施の形態1に係る交流電動機の縦断面図である。 図1のA-A’の断面図である。 固定子コイルが、スロットに挿入された状態を示す図である。 固定子スロットの拡大図である。 固定子コイルのコイル辺を持ち上げて、他の固定子コイルのコイル辺をスロットに挿入する際の様子を示す図である。 従来の交流電動機の固定子スロットの断面図である。 従来の交流電動機において、固定子コイルのコイル辺を持ち上げて、他の固定子コイルのコイル辺をスロットに挿入する際の様子を示す図である。 この発明の実施の形態2の交流電動機の固定子スロットの断面図である。 図8の固定子のスロットの拡大図である。 この発明の実施の形態3の交流電動機の固定子スロットの断面図である。 図10の固定子のスロットの拡大図である。 この発明の実施の形態4の交流電動機の固定子スロットの断面図である。 図12の固定子のスロットの拡大図である。 この発明の実施の形態5の交流電動機の固定子スロットの断面図である。 図14の固定子のスロットの拡大図である。 この発明の実施の形態6の交流電動機の固定子スロットの断面図である。 図16の固定子のスロットの拡大図である。
 以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
実施の形態1.
 以下、この発明の実施の形態1について説明する。
 図1には、実施の形態1に係る交流電動機の縦断面が示されている。縦断面とは、交流電動機1の回転軸AXに沿って交流電動機1を切断したときの切断面である。この交流電動機1は、誘導電動機である。
 図1に示すように、交流電動機1は、回転磁界を発生させる固定子2と、回転軸AXを中心に回転する回転子5と、を備える。固定子2と、回転子5とは、フレーム9内に設置されている。
 固定子2は、交流電動機1のフレーム9に固定されており、回転軸AXを中心として、回転子5を囲むように配置されている。
 固定子2は、固定子鉄心3と、複数の固定子コイル4とを備える。固定子鉄心3は、積層鉄心であり、固定子コアともいう。
 図2には、交流電動機1の図1に示す固定子2のA-A’の横断面が示されている。図2に示すように、固定子鉄心3には、複数のスロット12が固定子鉄心3の内周側に等間隔で配列されている。このスロット12に、固定子コイル4が挿入されている。この固定子コイル4に交流電流が流れることにより、固定子2に回転磁界が発生する。
 回転子5は、軸受を介して固定子2の内側に配置され、回転軸AXを中心に回転可能である。
 回転子5は、回転軸AXを中心に回転する回転子軸8と、回転子軸8の周囲に設けられた円筒状の回転子鉄心6と、回転子鉄心6のスロットに挿入される回転子導体7とを備える。固定子コイル4に交流電力が入力されると固定子鉄心3には回転磁界が発生する。この回転磁界により回転子導体7に電流が誘起され、この誘導電流によって回転子鉄心6に発生する磁極と回転磁界の磁極との相互作用により回転子鉄心6にトルクが発生し、回転子軸8が回転する。
 固定子2の構成について、さらに詳細に説明する。図2に示すように、固定子コイル4は、絶縁被覆を有する長方形断面形状の導体を必要回数分巻いてコイル状とし、コイル辺に並んだ導体全体が長方形形状を保持するように絶縁被覆導体の外側が絶縁テープ等で被覆されている。
 図3に示すように、固定子コイル4は、固定子鉄心3に設けられた複数のスロット12に跨って挿入される。固定子コイル4の一方のコイル辺は、複数のスロット12のうちの一のスロット12の奥側に挿入され、下口コイル4bと呼ばれる。固定子コイル4の他方のコイル辺は、複数のスロット12のうちの所定の間隔を開けた他のスロット12の入り口側に挿入され、上口コイル4aと呼ばれる。すなわち、交流電動機1では、二層巻方式で、固定子コイル4がスロット12に挿入されている。
 スロット12の幅は、絶縁テープ等で複数の絶縁被覆導体を長方形形状に保持したコイル辺(上口コイル4a、下口コイル4b)の最大幅に対し、0.3~0.5mmの隙間を加えた値になるように設定されている。これにより、固定子コイル4のスロット12への挿入が容易になり、挿入時の固定子コイル4の表面の絶縁層の損傷の可能性が低減される。
 図2に示すように、スロット12では、2個の固定子コイル4のコイル辺(上口コイル4a、下口コイル4b)が、スロット12の深さ方向に並んでいる。各スロット12の入り口部12aには固定子コイル4の脱落を防止するためのウエッジ10が配置され、さらに交流電動機1の運転時に冷却風が流れる通路を形成するための後退部11が設けられている。
 各スロット12には、固定子コイル4の上口コイル4a側のコイル辺をスロット12から持ち上げた場合に、下口コイル4b側のコイル辺がスロット12の奥側で回動することができるスペースが設けられている。
 図4に、スロット12の拡大図が示されている。図4に示すように、スロット12には、その開口部である入り口部12aと同一の幅で対向する内壁が平行となっている平行溝部12bと、スロット12の底面である溝底部12dと、スロット12の幅が広がっている拡大部12cとが設けられている。
 スロット12では、入り口部12aから溝底部12dまでの溝深さLのa%の深さまでは平行溝部12bとなっている。a%の深さ位置を以下では、深さ位置eともいう。a%は、約60%であり、例えば50%以上70%以下の数値とすることができる。
 a%の深さ位置eから溝底部12dまでの部分は、拡大部12cとなっている。拡大部12cでは、a%の深さの位置から両側にそれぞれα度の開き角度で、溝底部12dに向かって溝幅が広がっている。α度は例えば10度である。
 また、拡大部12cでは、溝底部12dから入り口部12aに向かって両側にそれぞれβ度の開き角度で溝幅が拡大している。β度は例えば45度である。
 このように、この実施の形態1では、各スロット12の所定の深さ位置eから溝底部12dに向かって、α度(第1の角度)でスロット幅を広げることにより、スペースが形成されている。所定の深さ位置eは、全体の深さLの約60%の深さ位置であり、α度は10度である。
 また、各スロット12では、溝底部12dから入口側に向かって、β度(第2の角度)でスロット幅を広げることにより、スペースが形成されており、β度は45度である。
 スロット12全体の断面形状は、八角形形状となっている。
 次に、交流電動機1の固定子2への固定子コイル4の組込について説明する。
 1個の固定子コイル4は、2個のスロット12に跨って挿入される。例えば、スロット12の数が36個の交流電動機1には、1台につき、合計36個の固定子コイル4がスロット12に挿入される。大半の固定子コイル4については、所定の間隔を開けた2ヶ所のスロット12にそれぞれのコイル辺(上口コイル4a、下口コイル4b)を問題なく挿入することができる。しかしながら、スロット12の奥側に最後の数個の固定子コイル4の一方のコイル辺を下口コイル4bとして挿入する際には、すでに挿入済みの別の固定子コイル4のコイル辺が上口コイル4aとしてスロット12の入り口側に存在している。このため、上口コイル4aをスロット12から持ち上げた状態で下口コイル4bとなるコイル辺を挿入する必要がある。
 スロット12では、溝深さのa(約60)%の位置から溝底部12dに向かって両側にそれぞれα度(10度)の開き角度で溝幅を拡大している。このため、スロット12に挿入済みの固定子コイル4の下口コイル4bを、スロット12の奥側でα度(10度)の角度まで傾斜させることができる。したがって、図5に示すように、上口コイル4aをスロット12の外側まで容易に持ち上げることが可能となる。これにより、すでに挿入済みの別の固定子コイル4の上口コイル4aをスロット12の外側まで持ち上げ、他の固定子コイル4の下口コイル4bを矢印Bの方向に移動させることによりスロット12に挿入する作業を容易に行なうことができる。また、下口コイル4bは、スロット12の拡大部12cのテーパ状の内壁の傾きまで自由に傾斜することができるため、下口コイル4bがスロット12の溝壁に強圧されることはなく、固定子コイル4の表面の絶縁層の損傷を防止することができる。
 スロット12では、入り口部12aから溝深さLのa%(約60%)の深さの位置eまでは平行溝部12bとなっている。このため、全ての固定子コイル4を所定の位置に挿入した状態においては、スロット12の奥側における溝幅は拡大されているものの、下口コイル4bの上部は平行溝部12bに保持されている。所定の深さ位置eは、下口コイル4bの上部が平行溝部12bの範囲内にあり、しかもスロット奥側のスペースで下口コイル4bが回動可能となるように決められている。
 さらに、a%(約60%)の深さ位置eから両側に溝幅を拡大している開き角度α度(10度)は、図2に示すように、スロット12間の固定子鉄心歯13の歯元部13bの幅を歯先部13aの幅よりも大きく確保するように決められている。これにより、固定子コイル4によって発生する磁束が通る際の歯元部13bの磁束密度を歯先部13aの磁束密度よりも小さくして、交流電動機1としての力率を従来のスロット形状の場合の力率とほぼ同等に維持することが可能となる。
 固定子鉄心3に設けられるスロット12の個数が36以外であっても、スロット12の個数に応じてスロット12のa%(約60%)の深さの位置eからの溝幅拡大のための開き角度αを設定すれば、スロット12間の固定子鉄心歯13の歯元部13bの歯幅が、歯先部13aの歯幅よりも大きくなるようなスロット12の断面形状の設定が可能となる。
 従来の交流電動機の固定子鉄心71において、歯先部73aから歯元部73bに渡る固定子鉄心歯73の間に設けられたスロット72は、図6に示すように全体的に平行溝である。固定子コイル4の上口コイル4aおよび下口コイル4bが、平行溝であるスロット72の内側に所定の隙間を設けて挿入される。固定子コイル4をスロット72に挿入する最終段階においては、下口コイル4bを挿入しようとすると、すでに挿入済みの別の固定子コイル4の上口コイル4aがスロット72内に存在しているため、他の固定子コイル4の下口コイル4bを挿入しようとすると、挿入済みの上口コイル4aを持ち上げる必要がある。
 しかしながら、スロット72が平行溝の場合は固定子コイル4の下口コイル4bの溝内での傾きが小さいため、図7に示すように、挿入済みの上口コイル4aをスロット72の外側まで容易に移動することができない。そのため、挿入済みの固定子コイル4の上口コイル4aを矢印Cの方向に持ち上げながら他の固定子コイル4の下口コイル4bをスロット72の奥側に挿入する必要がある。この上口コイル4aの持ち上げは、下口コイル4bが回転できるスペースが形成されていないことから、成形された固定子コイル4の多少の変形を伴うため、大きな力が必要となる。最後の固定子コイル4を挿入する段階では数個の上口コイル4aの持ち上げとなるため、コイルの挿入作業にかなりの時間を要す結果となるほか、持ち上げられた上口コイル4aに対応する下口コイル4bがスロット72内で溝壁等に強圧され、固定子コイル4の表面の絶縁層が損傷されるおそれがある。
 これに対して、この実施の形態に係る交流電動機1によれば、スロット12を、スロット12の入り口部12aから溝底部12dまでの溝深さLのa%(約60%)の深さ位置eまでは平行溝部12bとし、a%(約60%)の深さ位置eから溝底部12dに向かって溝幅方向両側にそれぞれα度(10度)の開き角度で溝幅を拡大し、溝底部12dから入り口部12aに向かって溝幅方向両側にそれぞれβ度(45度)の開き角度で溝幅を拡大した形状としている。このため、上口コイル4aを持ち上げる作業が容易となり、固定子鉄心3の内径が小さい交流電動機1の場合であっても、固定子コイル4を組込む作業の時間を短縮することができる。
 さらに、上口コイル4aを持ち上げる際、下口コイル4bを、スロット12のテーパ状の内壁と当接する傾きまで傾斜させることができるため、スロット12の壁面や固定子鉄心3の端部の角部に強く押付けられることが無くなり、固定子コイル4の表面の絶縁層を損傷させる可能性を低減することができる。
実施の形態2.
 次に、この発明の実施の形態2について説明する。
 実施の形態2に係る交流電動機1の構成は、スロット22の断面形状のみが、上記実施の形態1に係る交流電動機1の構成と異なる。
 この実施の形態2では、図8及び図9に示すように、約60%の深さ位置eから溝底部22dまでの拡大部22cでは、深さ位置eから溝幅方向片側にα度(10度)の開き角度で溝底部22dに向かって溝幅が拡大されている。そのうえ、拡大部22cは、溝底部22dから入り口側に向かってβ度(45度)の開き角度で同一方向の片側に溝幅を拡大した形状となる。このようにすれば、固定子コイル4をスロット22に挿入する方向は1方向に限定されることになるが、上記実施の形態1と同等の効果が期待できる。
 この実施の形態2では、スロット22の溝幅拡大は片側のみである。このようにすれば、固定子鉄心歯23の歯元部23bの歯幅を、歯先部23aよりも大きく確保しながら、スロット幅を拡大する開き角度を、20度まで大きくすることが可能である。このようにすれば、固定子コイル4の挿入の最終段階において、挿入済みコイルの上口コイル部4aの持ち上げ作業をさらに容易にすることが可能となる効果も期待できる。
実施の形態3.
 次に、この発明の実施の形態3について説明する。
 実施の形態3に係る交流電動機1の構成は、スロット32の形状のみが、上記実施の形態1に係る交流電動機1の構成と異なる。
 この実施の形態3では、図10及び図11に示すように、約60%の深さ位置eから溝底部32dまでの拡大部32cでは、約60%の深さ位置eからスロット幅方向の両側に、それぞれα度(10度)の開き角度で溝底部32dに向かってスロット幅が拡大されている。さらに、拡大部32cの溝底側の面については、溝底部32dから溝幅方向両側に延びる面を、凹曲面となるようにしている。
 スロット32の断面形状を、このような形状としても、上記実施の形態1と同等な効果を期待することができる。
実施の形態4.
 次に、この発明の実施の形態4について説明する。
 実施の形態4に係る交流電動機1の構成は、スロット42の形状のみが、上記実施の形態3に係る交流電動機1の構成と異なる。
 この実施の形態4では、図12及び図13に示すように、約60%の深さ位置eから溝底部42dまでの拡大部42cでは、約60%の深さ位置eからスロット幅方向片側にα度(10度)の開き角度で溝底部42dに向かって溝幅を拡大している。さらに、拡大部42cの溝底側の面については、溝底部42dから溝幅を拡大した方向と同じ側で、凹曲面となるようにした。このようにすれば、固定子コイル4をスロット42に挿入する方向は1方向に限定されることになるが、上記実施の形態3と同様の効果を期待することができる。
 さらに、スロット42のスロット幅の拡大は片側のみであり、前述のように固定子鉄心歯43の歯元部43bの歯幅を、歯先部43aよりも大きく確保しながら、溝幅を拡大する開き角度αを、20度まで大きくすることが可能であり、固定子コイル4の挿入の最終段階における挿入済みの上口コイル部4aの持ち上げ作業をさらに容易にすることが可能となる。
実施の形態5.
 次に、この発明の実施の形態5について説明する。
 実施の形態5に係る交流電動機1の構成は、スロット52の形状のみが、上記実施の形態1に係る交流電動機1の構成と異なる。
 この実施の形態5では、図14及び図15に示すように、約60%の深さ位置eから溝底部52dまでの拡大部52cを、深さ位置eから両側にそれぞれα度(10度)の開き角度で、溝底部52dに向かって溝幅を拡大している。スロット52の全体の形状は、六角形形状となっている。スロット52の断面形状を、このような形状としても実施の形態1と同様の効果を期待することができる。
実施の形態6.
 次に、この発明の実施の形態6について説明する。
 実施の形態6に係る交流電動機1の構成は、スロット62の形状のみが、上記実施の形態5に係る交流電動機1の構成と異なる。
 この実施の形態6では、図16及び図17に示すように、約60%の深さ位置eから溝底部62dまでの拡大部62cを、深さ位置eから片側にα度(10度)の開き角度で溝底部62dに向かって溝幅を拡大した形状としている。溝全体の形状は五角形形状となっている。このようにすれば、固定子コイル4をスロット62に挿入する方向は1方向に限定されることになるが、実施の形態5と同様な効果を期待することができる。
 さらに、スロット62の溝幅拡大は片側のみであり、前述のように固定子鉄心歯63の歯元部63bの歯幅を、歯先部63aよりも大きくなるようにしながら、スロット62の幅を拡大する開き角度を、約20度まで大きくすることが可能であり、固定子コイル4の挿入の最終段階における挿入済みの上口コイル4aの持ち上げ作業をさらに容易にすることが可能となる。
 スロットの断面形状は、上記各実施の形態のものに限られない。拡大部の入口側の拡大開始位置eの深さa%を任意に決定することができ、また、拡大部の開き角度α、βも任意に設定することができ、溝幅拡大部の溝底側形状も任意に設定できる。
 以上詳細に説明したように、上記各実施の形態によれば、上口コイル4aが他のスロット12等から持ち上げられた場合に下口コイル4bをスロットの奥側で回動させることができるスペースが設けられている。このスペースにより、他方のコイル辺を他のスロットから無理なく持ち上げることができる。この結果、コイル組込み作業が容易になり、コイル表面の絶縁被膜の損傷の可能性を低減することができる。
 第1の角度は、固定子鉄心歯の歯元部の幅が歯先部の幅よりも狭くならないように決められており、交流電動機1における力率を、スロットの奥側にスペースを設けなかった場合とほぼ同等に維持することができる。
 各スロット22、42、62では、上記スペースがスロット幅方向片側に設けられており、固定子コイル4の挿入の向きは一方向に制限されるが、スロット奥側のスペースの第1の角度を大きくすることができる。実施の形態の説明においては20度まで大きくできることを示したが、固定子鉄心歯の歯元部幅が歯先部幅よりも広く設定すればよく、20度に限定されない。
 この発明は、二層巻方式の交流電動機の固定子の構造として採用するのに好適である。交流電動機としては、誘導電動機であってもよいし、同期電動機であってもよい。
1 交流電動機、2 固定子、3 固定子鉄心、4 固定子コイル、4a 上口コイル、4b 下口コイル、5 回転子、6 回転子鉄心、7 回転子導体、8 回転子軸、9 フレーム、10 ウエッジ、11 後退部、12 スロット、12a 入り口部、12b 平行溝部、12c 拡大部、12d 溝底部、13 固定子鉄心歯、13a 歯先部、13b 歯元部、21 固定子鉄心、22 スロット、22a 入り口部、22b 平行溝部、22c 拡大部、22d 溝底部、23 固定子鉄心歯、23a 歯先部、23b 歯元部、31 固定子鉄心、32 スロット、32a 入り口部、32b 平行溝部、32c 拡大部、32d 溝底部、33 固定子鉄心歯、33a 歯先部、33b 歯元部、41 固定子鉄心、42 スロット、42a 入り口部、42b 平行溝部、42c 拡大部、42d 溝底部、43 固定子鉄心歯、43a 歯先部、43b 歯元部、51 固定子鉄心、52 スロット、52a 入り口部、52b 平行溝部、52c 拡大部、52d 溝底部、53 固定子鉄心歯、53a 歯先部、53b 歯元部、61 固定子鉄心、62 スロット、62a 入り口部、62b 平行溝部、62c 拡大部、62d 溝底部、63 固定子鉄心歯、63a 歯先部、63b 歯元部、71 固定子鉄心、72 スロット、73 固定子鉄心歯、73a 歯先部、73b 歯元部、AX 回転軸、B 下口コイルの挿入方向、C 上口コイルの持ち上げ方向。

Claims (11)

  1.  複数のスロットが設けられた固定子鉄心と、
     長方形断面形状に成形され、一方のコイル辺が前記複数のスロットのうちの一のスロットの奥側に挿入され、他方のコイル辺が前記複数のスロットのうちの他のスロットの入り口側に挿入されることにより、二層巻方式で前記各スロットに挿入される複数の固定子コイルと、
     を備え、
     前記各スロットには、
     前記他方のコイル辺が前記他のスロットから持ち上げられた場合に、前記一方のコイル辺をスロットの奥側で回動させることができるスペースが設けられている、
     交流電動機。
  2.  前記各スロットでは、
     所定の深さ位置までスロット幅が均一であり、
     前記所定の深さ位置から溝底側に向かって前記スロット幅を広げることにより、
     前記スペースが形成されている、
     請求項1に記載の交流電動機。
  3.  前記各スロットでは、
     前記所定の深さ位置から溝底部に向かって、第1の角度で、前記スロット幅が広げられている、
     請求項2に記載の交流電動機。
  4.  前記所定の深さ位置は、
     前記一方のコイル辺の上部が前記スロット幅が均一な部分にあり、前記スペースにより前記一方のコイル辺が回動可能となるように決められている、
     請求項2又は3に記載の交流電動機。
  5.  前記スペースは、前記所定の深さ位置から前記溝底部までのスロット幅が、
     前記一方のコイル辺を前記各スロットの奥側で回動させた場合に、前記他方のコイル辺が前記他のスロットから外部に退出可能となるように決められている、
     請求項2から4のいずれか一項に記載の交流電動機。
  6.  前記スペースは、
     前記各スロット間の固定子鉄心歯の歯元部の幅を歯先部の幅よりも大きく確保するように決められている、
     請求項5に記載の交流電動機。
  7.  前記各スロットでは、
     溝底部から入口側に向かって前記スロット幅を広げることにより、
     前記スペースが形成されている、
     請求項2から6のいずれか一項に記載の交流電動機。
  8.  前記各スロットでは、
     前記溝底部から入口側に向かって、第2の角度で、前記スロット幅が広げられている、
     請求項7に記載の交流電動機。
  9.  前記各スロットでは、
     前記溝底部から入口側に向かって、凹曲面が形成されている、
     請求項7に記載の交流電動機。
  10.  前記各スロットでは、
     前記スペースが前記スロットの幅方向の両側に設けられている、
     請求項1から9のいずれか一項に記載の交流電動機。
  11.  前記各スロットでは、
     前記スペースが前記スロットの幅方向の片側に設けられている、
     請求項1から9のいずれか一項に記載の交流電動機。
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