WO1997010640A1 - Machine electrique rotative - Google Patents

Description

m 糸田 回転電機

技術分野

この発明は、 誘導電動機や同期機など、 積層 した固定子鉄心を有する回転 電機に係り、 特に比較的小容量の汎用誘導亀動機に好適な回転電機に関する ,

背景技術

回転電機の中で、 比較的小容量の汎用誘導耄動機と しては、 図 6 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 6の誘導黧動機において、 1 はハウジングで、 枠体或いはフ レーム と も呼ばれ、 銪鉄など鉄系材料や、 アルミ ニウムなどの軽合金材料の铸造に ょ リ 、 ほぼ简状に作られ、 電動機の外被を構成している。

l a 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 铸造などによ リ 、 その外周に放射状に形成されている。

2 A、 2 Bはエン ドブラケ ッ トで、 軸受ブラケ ッ ト と も呼ばれ、 軸受 4 A 4 Bを収納し、 ノ、ウジング 1 の両端に各々イ ン口一嵌合して取付けられるよ う になつている。

3 は固定子で、 硅素銷板の薄板を積層 して作られた固定子鉄心 3 Aと、 こ の固定子鉄心 3 Aの内周部に多数個設け られているス ロ ッ ト に卷回された固 定子コ イ ル 3 B とで構成されている。

固定子鉄心 3 Aは、 硅素銷板の薄板を、 ブレスなどによる打ち抜き加工な どにょ リ 、 図 7 に示すよ う な形に加工し、 これを所定の厚さ寸法に積層 した もので、 図示のよ う に、 その内周部に磁路となる歯部（ティ ース部〉 3 Dを形 成し、 これによ リ ス ロ ッ ト 3 Cを形成させ、 こ のス ロ ッ ト 3 C に、 上記した よ う に、 固定子コ イ ル 3 Bが卷回してある。

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 2 A、 2 Bの軸受 4 A、 4 Bによ リ回転自在に保持されるこ とによ リ 、 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 4 A、 4 B が嵌合する よ う に して、 ハ ウジング 1 の両端にそれぞれェン ドプラケ ッ ト 2 A、 2 Bをィ ンロー嵌合さ せ、 複数本のボル ト （図示してない）によ リ 、 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。

回転軸 6 は、 その一端側（図では右側）がェン ドプラケ ッ ト 2 Aの軸受 4 B を揷通して外部に突出 し、 出力軸を形成しているが、 他端側（左側）はエン ド ブラケッ ト 2 Aの軸受 4 Aから突出 した部分に外フ ァ ン 9 (外部冷却扇）が取 付け られている。

1 0はエン ドカバーで、 外フ ァ ン 9 を覆う カバ一を形成している。 そ して、 こ のエン ドカバー 1 0 には、 外気を外フ ァ ン 9 で取り 込むための通風入口 と なる関孔 1 0 a が設けられてお リ 、 且つ、 この開孔 1 0 a の反対側は、 開放 した円筒形若しく は異形の円简形に形成され、 これによ リエン ドプラケッ 卜 2 A及びハウジング 1 の外径部と の間に、 径方向の隙間部 1 0 b からなる通 風出口が形成されるよ う になつている。

そ こで、 回転子 5 によ リ外フ ァ ン 9が回転される と 、 エン ドカバー 1 0 の 通風入口 1 0 a から外気が吸い込まれ、 隙間部 1 0 b から吹き 出されるよ う にな リ 、 これによ リエン ドブラケ ッ ト 2 A と、 ハウジング 1 及びエン ドブラ ケ ッ ト 2 Bの外部表面に外気を通風し、 冷却作用が得られるよ う になつてい る。

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 リ 、 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 リ 、 さ らに、 こ のエン ド リ ン グ 7 と 一体に内フ ァ ン 8 (内部冷却扇）が形成されている。

この内フ ァ ン 8 は、 ェン ドリ ング 7の两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リ 、 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 リ起こ された空気流は、 回転子 5 、 エン ド リ ング 7 、 固定子コイ ル 3 B及び固定子鉄心 3 A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ェ ン ドブラケ ッ ト 2 A、 2 Bの内面に沿って通過する と きに放熱が得られる よ う になつているのである。

なお、 この種の公知例と しては、 例えば特開昭 6 1 — 2 5 1 4 4 0号公報 に記載されている ものがある。

と ころで、 回転電機の小形軽！:化は常に大きな命題でぁリ 、 このため、 従 来から、 種々の小形化手段が提案されているが、 その一例と して、 固定子ス 口 ッ ト內での固定子コイ ルの占積率、 すなわち、 固定子スロ ッ ト内に収納可 能なコ イ ル素線の全断面積の固定子スロ ッ ト面稜に対する比率を向上させる こ とによ リ 、 回転電機の小形化が得られるよ う にする方法がある。

そ して、 この占稜率向上の一技法と して、 固定子鉄心のス ロ ッ ト部を形成 する歯部が分離された状態となるよ う に、 固定子鉄心を複数の固定子鉄心部 材に分割して作成し、 予め卷回整形しておいた固定子コイルに固定子鉄心部 材を組み合わせた上で、 相互に接合して固定子を組み立てる よ う に し、 これ によ リ コ イ ルの収納性が改善されるよ う に した、 いわゆる分割形固定子鉄心 を用いる方法が従来から知られている。

この方法は、 図 5 に示すよ う に、 まず、 固定子鉄心 3 Aを、 円简状の継鉄 部分（ヨーク）の円周方向に沿って、 ス ロ ッ ト部で分離された状態と なるよ う に して分割し、 これら分割した鉄心部分 3 ' 、 すなわち、 分割鉄心部材を、 夫々稍層 した鉄板で作る と共に、 予め固定子鉄心のス ロ ッ ト に卷回した状態 に卷回整形した固定子コイ ル 3 Bを用意しておき、 こ の固定子コ イ ル 3 Bが . 固定子鉄心の内径側からス ロ ッ ト内へ収納されるよ う に して、 夫々 の分割し た鉄心部分を組み合わせ、 接合して固定子 3 を組み立てるのである。

なお、 図 5 において、 3 3 c 、 3 3 d は固定子コィノレ 3 Bのコ イ ル エ ン ド 部でぁ リ 、 これら コ イ ルエ ン ド部 3 3 c 、 3 3 d は、 固定子コ イ ル 3 Bが固 定子鉄心 3 Aのス ロ ッ ト 3 Cに揷入され、 組立られたと き、 図示のよ う に、 固定子鉄心 3 Aの軸方向の一方と他方の端面から、 夫々露出するこ と と なる _t と こ ろで、 このよ う に鉄心を分割した とする と 、 この鉄心による磁気回路 も分割される こ と になる。

一方、 このよ う に、 ひと たび鉄心を分割した場合には、 その後、 組立てて 接合した部分に隙間の形成が不可避である。 そ して、 このこ とは、 寸法精度 を髙める こ と によ り 、 寸法的には抑えられる ものの、 隙間自体の残留は、 無 く すこ と ができない。

しかして、 従来技術では、 この隙間の残留については、 特に配慮がされて おらず、 この結果、 回転電機の磁気回路中に分割部による新たな空隙がが形 成されたこ と と等価にな リ 、 鉄心の分割にょ リ磁気抵抗の增加を生じて しま ラ。

従って、 従来技術では、 固定子鉄心の寸法糝度を高める必要がぁ リ 、 そ う したと しても、 固定子鉄心の分割による磁気抵抗の増加が不可避で、 同一磁 束数を保つのに、 ょ リ大きな起磁力が必要にな リ 、 この結果、 励磁電流の增 加と力率の低下を招き、 回転電機の性能が低下して しま う という 問題があつ た。

本発明の目的は、 上記従来技術が有する問題点に充分に対処でき、 鉄心の 寸法精度をそれほど向上させなく ても、 固定子鉄心の分割に伴な う磁気抵抗 の增加が充分に抑えられ、 性能の良い小形軽量の回転電機を提供する こ とに ある。 発明の開示

本発明は、 固定子鉄心を複数の鉄心部材に分割 して作成し、 予め卷回整形 しておいた固定子コイルに上記鉄心部材を組み合わせた上で、 相互に接合し て組み立てる よ う に した分割形固定子鉄心方式の回転電機において、 上記鉄 心部材相互の接合面に、 磁性体微粒子を含む接着材が介在されるよ う に した ものである。

複数の鉄心部材を接合して固定子鉄心を組み立てた場合には、 その接合部 に隙間が残留し、 空隙が形成されてしま う こ と は不可避であるが、 本発明に よれば、 この隙間には磁性体微粒子を含む接着材が充填された状態にされる ので、 磁気的には空隙が存在しないのと等価にな り 、 この結果、 分割に伴な う磁気抵抗の増加を充分に抑える こ とができる。

磁性体微粒子の材質と しては、 例えばパーマロイ などの透磁率が高い磁性 材を使用するのが望ま しく 、 且つ、 その粒度は 1 0 /i m m以下がよい。

そ して、 磁性体微粒子の層を上記鉄心部材の端面に形成し易 く するために エポキシ系又はシリ コ ン系の接着材を使用するのがよい。

なお、 回転亀機に要求される性能如何によつては、 磁性体微粒子と してフ ェライ ト系鉄粉を用いてもよいが、 このと きでも、 その鉄粉粒度は 1 0 / m m以下がよい。

磁性体微粒子を上記のよ う な材質で構成する と 、 磁束は良好に通すが、 ヒ ステ リ シス損に代表される鉄損は、 珪素鋼板よ リ 大幅に少なく なるので、 固 定子鉄心の分割に伴な う性能低下の廣れは、 ほとんど生じ無い。

磁性体微粒子を含む接着材は、 鉄心部材の接合面に予め塗布 しておく と 良 い。 そ うすれば、 接合面を合わせて組み立てたと き、 鉄心部材の端面には接 着材が付着しているので、 鉄心部材同志の接合を容易に行なう こ とができ る ,

図面の ffi単な説明

第 1 図は本発明による固定子鉄心の一例を示す平面図、 第 2 図は本発明に よる固定子鉄心を構成する鉄心部材の一方を示す拡大正面図、 第 3 図は本発 明による固定子鉄心を構成する鉄心部材の他方を示す拡大正面図、 第 4 図は 本発明による固定子鉄心に固定子コイルを耝込んだ状態を示す説明図、 第 5 図は分割形固定子鉄心の組み立て状態を示す斜視図、 第 6図は回転亀機の一 例を示す分解側面図、 第 7 図は固定子鉄心の従来例を示す平面図である。 発明を実施するための最良の形態

以下、 本発明によ る回転電機について、 図示の実施例を用いて詳細に説明 する。 なお、 本発明の一実施例も、 その全体構成の大略は、 第 6 図で説明 した従来の回転電機と 同 じで、 固定子鉄心の構成が異なるだけなので、 以下 主と して固定子鉄心を中心に して、 本発明について説明する。

第 1 図は、 本発明を第 6 図に示した誘導電動機に適用 した場合の、 固定子 鉄心 3 Aを軸方向から見たもので、 この固定子鉄心 3 Aは、 第 2 図及ぴ第 3 図に分解 して示してあるよ う に、 第 1 の鉄心部材 3 1 と第 2 の鉄心部材 3 2 の二種類の形状の珪素鋼板を所定の厚さになるよ う に、 複数枚積層 して作ら れている。

そ して、 第 1 図から明らかなよ う に、 これら第 1 の鉄心部材 3 1 と第 2 の 鉄心部材 3 2 が交互に環状に配置される こ とによ リ 、 固定子鉄心 3 Aを構成 する よ う になっている。

具体的に説明する と、 第 1 の鉄心部材 3 1 は、 第 2図に示すよ う に、 固定 子鉄心 3 Aの維鉄部分となる背部 3 1 a と 、 該背部 3 1 a の内側中央部に、 中心方向に向かって突設されてティ ース部を形成する棒状の部分、 すなわち 歯部 3 1 b と を有し、 こ の歯部 3 1 b の両側に、 ス ロ ッ ト 3 C を形成するた めの切欠き部 3 1 c が設けられ、 全体と してほぼ T字状に形成されている。 また、 鉄心部材 3 1 の背部 3 1 a の両側面 3 1 f には、 図 3 に示したよ う に、 第 2 の鉄心部材 3 2 と係合し得るよ う に した突起 3 I d が形成され、 さ らに、 これらの突起 3 1 d よ り外周惻と なる上部には面取リ 3 1 e が形成さ れている。

そ して、 こ の第 1 の鉄心部材 3 1 と第 2 の鉄心部材 3 2 とが配列接合され る際に、 互いに係合し合う分割面の径方向の端面、 すなわち両側面 3 1 f に は、 磁性体微粒子を含む接着材層 3 4が塗布されている。

こ の接着材層 3 4 に混入され、 分散されている磁性体微粒子の材質と して は、 上記したよ う に、 例えばパーマロイ な どの透磁率が高い磁性材を使用す るのが望ま しく 、 且つ、 その粒度は 1 0 /i m m以下がよレ、。 この磁性体微粒 子をエポキシ系又はシ リ コ ン系の接着材に混入分散させ、 これを接着材層 3 4 と して塗布するのである。

そ して、 こ の鉄心部材 3 1 を軸方向に所定枚数稂層する こ と によ リ 、 第 1 図に示すよ う に、 積層鉄心部 3 1 0 が形成される。 次に、 棒状の第 2の鉄心部材 3 2 は、 第 4 図に示すよ う に、 鉄心部材 3 1 の背部 3 1 a と同じ長さに作られた背部 3 2 a と、 鉄心部材 3 1 の歯部 3 1 b と 同 じ幅で、 中心方向に真直に延長形成され、 かつ先端に幅方向に突出す る舌片 3 2 c を設けた歯部 3 2 b と で形成されている。 そ して、 前記背部 3 2 a の両側面 3 5 には、 鉄心部材 3 1 の背部 3 1 a の突起 3 1 d と係合し得 るよ う に して凹溝 3 2 dが形成され、 さ らにこれら凹溝 3 2 d ょ リ 外周側と なる上部には、 鉄心部材 3 1 と同様に、 面取 リ 3 2 e が形成されている。 そ して、 この棒状の鉄心部材 3 2 も、 軸方向に所定枚数積層する こ とによ リ 、 第 1 図に示すよ う に、 穰層棒状鉄心部材 3 2 0が形成される。

なお、 上記実施例では、 鉄心部材 3 1 の接合端面に接着材層 3 4 を塗布 し ているが、 棒状の鉄心部材 3 2の接合端面と なる両側面 3 5 に形成してもよ く 、 両方に面に形成してもよい。

次に、 これら稹層鉄心部材 3 1 0 と積層棒状鉄心都材 3 2 0 に固定子コィ 3 Bを組み合わせて、 固定子 3 を形成する方法について説明する。

積層棒状鉄心部材 3 2 0 は、 積層鉄心部材 3 1 0 の両側に、 固定子 3 の中 心側から外側に向かって挿入した と き、 各棒状鉄心部材 3 2 の凹溝 3 2 に 鉄心部材 3 1 の突起 3 1 d が係合するこ と によ って互いに位置決めされ、 し かもその状態のと き、 積層棒状鉄心部材 3 2 0の歯部 3 2 b と稜層鉄心部材 3 1 0 の黹部 3 1 b と によって、 ス ロ ッ ト 3 Cが画成される よ う になつてい る。

従って、 各鉄心部材 3 1 における背部 3 1 a の周方向の幅は、 棒状鉄心部 材 3 2 が挿入係合されたと き、 ス ロ ッ ト 3 C の空間部と、 これに隣接する歯 部 3 1 b と、 これに隣接するスロ ッ ト 3 Cの空間部と を形成し得る寸法に作 られている。

固定子コイ ル 3 Bは、 予め、 ス ロ ッ ト 3 C内に収納し得る形状と なるよ う に、 卷回され成形されている。 すなわち、 固定子コイル 3 Bは、 複数本の導 線が ト ロイダル状に卷線され、 ス ロ ッ ト 3 C内に挿入される部分は、 ス ロ ッ ト 3 C の角度位置に応じた角度に成形されているのである。

また、 第 5 図に示すよ う に、 固定子コイ ル 3 B のコイ ルエン ド部 3 3 c 、 3 3 d は、 固定子コイル 3 Bが固定子鉄心 3 Aのス ロ ッ ト 3 C に挿入された と き、 固定子鉄心 3 Aの軸方向の上部、 下部に II出する こ と になる。

従って、 固定子コ イ ル 3 B の コ イ ルエン ド部 3 3 c 、 3 3 d は、 ス ロ ッ ト に挿入されたと き、 隣のス ロ ッ トに挿入された固定子コ イ ルの コ イ ルェン ド 部と干渉するのを避けるため、 図示はしてないが、 適度の半径をもつ曲線状 に成形するのが望ま しい。

まず、 固定子 3の組立に際しては、 予め成形された所定個数の固定子コィ ル 3 Bを、 図示しない治具にょ リ所定の位置に瑭状に配列保持し、 その固定 子コ イ ル 3 Bに対し、 予め鉄心部材 3 1 が積層されている積層鉄心部材 3 1 0 を外周方向から図示しないイ ンデックス等の移動手段によって移動させ、 積層鉄心部材 3 1 0 の歯部 3 l b 両側の切欠き部 3 1 c に固定子コイル 3 B を位置決め した後、 稍層棒状鉄心 3 2 0 を、 固定子コ イ ル 3 B , 積層鉄心部 材 3 1 0双方の内方から図示しない移動手段にょ リ径方向に沿って外側に移 動させ、 積層鉄心部材 3 1 0 間に挿入係合する と 、 稷層鉄心部材 3 1 0の歯 部 3 1 b と稜層棒状鉄心部材 3 2 0 の歯部 3 2 b とで画成されるス ロ ッ ト 3 C内に固定子コィノレ 3 Bが収納された状艏で、 組立が得られる こ と になる。 と こ ろで、 このと き、 夫々の稜層鉄心部材には、 製作寸法誤差や組付け誤 差があるので、 上述のよ う に、 夫々の積層鉄心部材 3 1 0 と 3 2 0 を組付け たと き、 積層鉄心部材が相互に係合した部分、 つま り係合面に僅かな隙間が 生じる。

こ こで、 上記本発明の実施例の場合は、 第 6 図から明らかなよ う に、 各磁 極の磁気回路毎に、 係合部が 8箇所存在 してぉ リ 、 従って， これらの係合部 に隙間が生じて しま う と、 誘導電動機本来の空隙部に加えて、 それと 同様な 空隙部が新たに 8箇所も增えたこ と にな リ 、 磁気抵抗が著し く 增加 して しま い、 空隙部に磁束を通過させるために多大の起磁力を要する結果、 励磁電流 が異常に增加して しま う。

しかるに、 この本発明の実施例によれば、 係合部と なる接合面の一方には 必ず磁性体微粒子を含む接着材層 3 4が塗布されているので、 係合部に隙間 を生じて も、 そこには接着材層 3 4 が介在し、 磁性体微粒子が充填されて し ま う ので、 磁束は磁性体微粒子を通って良好に流れ、 隙間があっても空隙と しては機能せず、 磁気抵抗の增加は確実に抑えられ、 励磁電流の增加が防止 でき る。

しかも、 上記したよ う に、 磁性体微粒子は、 鉄分の粒度が Ι Ο μ πι πι以下 と非常に細かく 、 且つ、 それら微粒子は互いに接着材の中で分散しているの で、 渦電流による鉄損は問題にならないほど少ない。

さ らに、 上記したパーマロイ などの高透磁率磁性材料のヒ ステ リ シス損は 電解鉄のほぼ 1 5 と小さ く 、 結局、 磁性体微粒子による鉄損は、 全体と し て も極めて少なく 、 従って、 本発明によれは、 充分に性能の良い小形軽量の 回転電機を容易に提供する こ とができる。

こ こ で、 本発明による効果を列挙すれば、 以下の通 リ である。

① 分割形固定子鉄心を用いたこ とによる固定子スロ ッ ト内での固定子コ ィ ルの占種率の向上を充分に得るこ とができ るので、 従来よ リ 小形軽量 で高出力の回転電機を容易に提供するこ とができ る。

② 分割形固定子鉄心を用いたこ とによる磁気抵抗の增加を、 鉄損の增加 を伴わずに、 確実の抑える こ とができ るので、 小形軽量にもかかわらず 効率や力率の低下の無い、 高性能の回転電機を低コス ト で提供する こ と ができ る。

Claims

請 求 の 範 囲 . 固定子鉄心を複数の鉄心部材に分割して作成し、 予め卷回整形 しておい た固定子コイルに上記鉄心部材を組み合わせた上で、 相互に接合 して組み 立てるよ う に した分割形固定子鉄心方式の回転電機において、 上記鉄心部 材相互の接合面に、 磁性体微粒子を含む接着材が介在される よ う に構成 し たこ と を特徴とする回転電機。

. 上記磁性体微粒子を含む接着材が、 上記組み立て前の鉄心部材の接合面 に、 予め塗布されてお リ 、 上記組み立て後、 該接着材が硬化されて上記接 合が得られる よ う に構成したこ と を特徴とする回転電機。