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技術 電動機の固定子

出願人 パナソニック株式会社
発明者 浅野能成山崎昭彦関郁剛澤畑隆夫
出願日 2000年1月11日 (20年2ヶ月経過) 出願番号 2000-002174
公開日 2001年7月19日 (18年8ヶ月経過) 公開番号 2001-197689
状態 拒絶査定
技術分野 回転電機の鉄心 回転電機の鉄心 電動機、発電機の巻線の絶縁、固着
主要キーワード 駆動電源周波数 円弧半径 固定子片 底部中心 回転子中心 回転子極数 磁路幅 巻線位置
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2001年7月19日)のものです。
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図面 (6)

課題

巻線用溝の底部と固定子鉄心外径との間の磁路幅を確保し、かつ、整列巻線により、高占積率で効率の高い電動機を提供するものである。

解決手段

固定子鉄心21の外径部に、切り欠きまたは平坦部を有し、前記切り欠きまたは平坦部の、回転子回転中心より最も距離が小さい点と、回転子の回転中心とを結んだ線上に、略等幅の突極を設け、巻線用溝23の底部形状が、両側の突極にそれぞれ直交する線と、巻線用溝23の底部中心付近において、回転子の回転中心を中心とする円弧または回転子の回転中心と巻線用溝23の底部中心とを結ぶ線と直交する線とからなることを特徴とする。

概要

背景

従来、突極集中巻線を施した電動機の固定子は、巻線用溝の底部の形状が回転子回転中心を中心とした円弧となっているのが一般的であった。しかしながらこのような構成では巻線整列巻することが極めて困難であり、巻線占積率が低く効率の悪い電動機とならざるを得なかった。このため、例えば特願平10−235284号公報に記載されているように、固定子鉄心を突極毎に分割して巻線を施し、その後各々の突極を組み合わせて固定子とするもので、巻線用溝の底部の形状を各々の突極に直交する平面として、各突極に整列巻線を施すことを可能とすることで高占積率化を実現する電動機が提案されていた。

図5は、特願平10−235284号公報に記載されている固定子鉄心および回転子の径方向断面図である。固定子片2はティース(突極部)11とヨーク14とが一体に構成されてなり、ティース11は回転子と対向する円弧形状の極部と外径方向に向かって延設された柱部を、ヨーク14は前記柱部に直交して配置されて両端にヨーク部同士を互いに連結するための連結部を有している。ティース11の柱部には電気絶縁体を介して巻線(図示せず)が巻装される。この時、ティース11の側面とヨーク14の巻き線側底面とは互いに直交しており、容易に整列巻線が可能であり高占積率の巻線ができる。しかる後にヨーク14の両端に設けられた連結部を用いて互いに連結し環状の固定子を組み立てている。

概要

巻線用溝の底部と固定子鉄心の外径との間の磁路幅を確保し、かつ、整列巻線により、高占積率で効率の高い電動機を提供するものである。

固定子鉄心21の外径部に、切り欠きまたは平坦部を有し、前記切り欠きまたは平坦部の、回転子の回転中心より最も距離が小さい点と、回転子の回転中心とを結んだ線上に、略等幅の突極を設け、巻線用溝23の底部形状が、両側の突極にそれぞれ直交する線と、巻線用溝23の底部中心付近において、回転子の回転中心を中心とする円弧または回転子の回転中心と巻線用溝23の底部中心とを結ぶ線と直交する線とからなることを特徴とする。

目的

本発明は、上記課題を解決し、巻線用溝底部と固定子鉄心外径との間の磁路幅を確保し、かつ、整列巻線により、高占積率で効率の高い電動機を提供するものである。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
3件

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請求項1

略円筒形固定子鉄心内径側に複数の突極巻線用溝略等間隔に有する内転型電動機であって、内径側の巻線用溝の開口部から、突極に絶縁物を介して巻線を施してなり、固定子鉄心の外径部に、切り欠きまたは平坦部を有し、前記切り欠きまたは平坦部の、回転子回転中心より最も距離が小さい点と、回転子の回転中心とを結んだ線上に、略等幅の突極を設け、巻線用溝の底部形状が、両側の突極にそれぞれ直交する線と、巻線用溝の底部中心付近において、回転子の回転中心を中心とする円弧または回転子の回転中心と巻線用溝の底部中心とを結ぶ線と直交する線とからなることを特徴とした電動機の固定子

請求項2

固定子鉄心の外形と巻線用溝の底部との間に形成される固定子鉄心の磁路幅が、穴を有する場合においてはその穴を除き、突極幅の2分の1以上の幅をもって略等幅となるよう構成された請求項1記載の電動機の固定子。

請求項3

巻線用溝の外周部に沿って、略等厚の絶縁物を設け、絶縁物の内側の、突極と底部が直交する部分、および突極と突極の内径側先端の拡幅部との交差する部分において、巻線の半径以下の円弧で丸められていることを特徴とする請求項1または請求項2記載の電動機の固定子。

請求項4

巻線用溝の外周部に沿って、略等厚の絶縁物を設け、絶縁物の内側の、突極と底部が直交する部分、および突極と突極の内径側先端の拡幅部との交差する部分において、巻線位置固定用段差または溝を有する請求項1または請求項2記載の電動機の固定子。

請求項5

回転子極数が4であり、固定子の巻線用溝数が6であり、各突極には集中巻線が施されたことを特徴とする請求項1ないし請求項4記載の電動機の固定子。

技術分野

0001

本発明は、整列巻線を施すことにより高占積率とし、効率を向上させた電動機の固定子の構造に関するものである。

背景技術

0002

従来、突極集中巻線を施した電動機の固定子は、巻線用溝の底部の形状が回転子回転中心を中心とした円弧となっているのが一般的であった。しかしながらこのような構成では巻線整列巻することが極めて困難であり、巻線占積率が低く効率の悪い電動機とならざるを得なかった。このため、例えば特願平10−235284号公報に記載されているように、固定子鉄心を突極毎に分割して巻線を施し、その後各々の突極を組み合わせて固定子とするもので、巻線用溝の底部の形状を各々の突極に直交する平面として、各突極に整列巻線を施すことを可能とすることで高占積率化を実現する電動機が提案されていた。

0003

図5は、特願平10−235284号公報に記載されている固定子鉄心および回転子の径方向断面図である。固定子片2はティース(突極部)11とヨーク14とが一体に構成されてなり、ティース11は回転子と対向する円弧形状の極部と外径方向に向かって延設された柱部を、ヨーク14は前記柱部に直交して配置されて両端にヨーク部同士を互いに連結するための連結部を有している。ティース11の柱部には電気絶縁体を介して巻線(図示せず)が巻装される。この時、ティース11の側面とヨーク14の巻き線側底面とは互いに直交しており、容易に整列巻線が可能であり高占積率の巻線ができる。しかる後にヨーク14の両端に設けられた連結部を用いて互いに連結し環状の固定子を組み立てている。

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら上記従来の構成では、固定子鉄心を固定子片毎に分割しているため、固定子片同士の接合部に存在する微少な隙間が原因となって損失が増加し、さらに、鉄心の強度も低下するという欠点があった。

0005

また、巻線用溝底部が両側の突極にそれぞれ直交する線からなり、かつ固定子鉄心外形回転子中心を中心とする円弧形状であるため、ヨークの両端付近では固定子鉄心外形と巻線用溝底部との間に形成される磁路の幅が狭められ、磁束の飽和の原因となっていた。また、磁束の飽和を緩和しようとすると、ヨーク中央部分の巻線用溝底部と固定子鉄心外形との間の磁路が必要以上に大きくなり、結果的に巻線用溝の面積を十分大きくとることを妨げていた。

0006

本発明は、上記課題を解決し、巻線用溝底部と固定子鉄心外径との間の磁路幅を確保し、かつ、整列巻線により、高占積率で効率の高い電動機を提供するものである。

課題を解決するための手段

0007

上記課題を解決するため本発明は、固定子鉄心外径部に、切り欠きまたは平坦部を有し、前記切り欠きまたは平坦部の、回転子の回転中心より最も距離が小さい点と、回転子の回転中心とを結んだ線上に、略等幅の突極を設け、巻線用溝底部の形状が、両側の突極にそれぞれ直交する線と、巻線用溝の底部中心付近において、回転子の回転中心を中心とする円弧または回転子の回転中心と巻線用溝の底部中心とを結ぶ線と直交する線とからなることを特徴とした電動機の固定子である。

発明を実施するための最良の形態

0008

本願請求項1に記載の発明は、略円筒形の固定子鉄心の内径側に複数の突極と巻線用溝を略等間隔に有する内転型電動機であって、内径側の巻線用溝の開口部から、突極に絶縁物を介して巻線を施してなり、固定子鉄心の外径部に、切り欠きまたは平坦部を有し、前記切り欠きまたは平坦部の、回転子の回転中心より最も距離が小さい点と、回転子の回転中心とを結んだ線上に、略等幅の突極を設け、巻線用溝の底部形状が、両側の突極にそれぞれ直交する線と、巻線用溝の底部中心付近において、回転子の回転中心を中心とする円弧または回転子の回転中心と巻線用溝の底部中心とを結ぶ線と直交する線とからなることを特徴とした電動機の固定子であって、高占積率化が可能であり、固定子鉄心の外形と巻線用溝の底部との間に形成される磁路幅を十分に確保できるため、効率の高い電動機を提供することができる。

0009

本願請求項2に記載の発明は、外形と巻線用溝の底部との間に形成される固定子鉄心の磁路幅が、穴を有する場合においてはその穴を除き、突極幅の2分の1以上の幅をもって略等幅となるよう構成された請求項1記載の電動機の固定子であって、固定子鉄心の外形と巻線用溝の底部との間に形成される磁路幅を十分に確保できるため、効率の高い電動機を提供することができる。

0010

本願請求項3に記載の発明は、巻線用溝の外周部に沿って、略等厚の絶縁物を設け、絶縁物の内側の、突極と底部が直交する部分、および突極と突極の内径側先端の拡幅部との交差する部分において、巻線の半径以下の円弧で丸められていることを特徴とする請求項1または請求項2記載の電動機の固定子であって、高占積率化が可能であり、効率の高い電動機を提供することができる。

0011

本願請求項4に記載の発明は、巻線用溝の外周部に沿って、略等厚の絶縁物を設け、絶縁物の内側の、突極と底部が直交する部分、および突極と突極の内径側先端の拡幅部との交差する部分において、巻線位置固定用段差または溝を有する請求項1または請求項2記載の電動機の固定子であって、高占積率化が可能であり、効率の高い電動機を提供することができる。

0012

本願請求項5に記載の発明は、回転子極数が4であり、固定子の巻線用溝数が6であり、各突極には集中巻線が施されたことを特徴とする請求項1ないし請求項4記載の電動機の固定子であって、損失のバランスがよく、効率の高い電動機を提供することができる。

0013

なお、ここで、巻線用溝の外周部とは、巻線用溝底部と突極および突極の内径側先端拡幅部両側のことを言い、巻線用溝の開口部については含まないものとする。

0014

平坦部および切り欠き部とは、固定子鉄心の最外径より小さい部分を言い、固定子鉄心の、外周の固定子鉄心の最外径より小さい部分を切り欠き部、固定子鉄心の、外周の固定子鉄心の最外径から、直線で切り欠いた部分を平坦部と称することとする。

0015

(実施の形態1)本発明における第一の実施の形態について、図1を用いて詳細に説明する。

0016

図1は、本発明第一の実施の形態における固定子鉄心の断面図である。

0017

略円筒形の固定子鉄心21の内径側に複数の突極22と巻線用溝23を略等間隔に有し、内径側の巻線用溝の開口部24から、突極22に絶縁物(図示せず)を介して巻線(図示せず)を施してなる4極6スロットの電動機である。

0018

固定子鉄心21の外径部に、平坦部25a、25b、25cを有し、前記平坦部の、回転子の回転中心より最も距離が小さい点Poと、回転子の回転中心Oとを結んだ線上に、略等幅T1の突極22が設けられている。

0019

本実施の形態においては、3通りの大きさの平坦部25a、25b、25cを有し、それらが突極のピッチと等しくないため、最も大きい平坦部25aの、回転子の回転中心より最も距離が小さい点Poと、回転子の回転中心Oとを結んだ線上に、略等幅T1の突極22を設けている。仮に、平坦部または切り欠きが、突極のピッチに等しい場合は、それぞれの平坦部または切り欠きの、回転子の回転中心より最も距離が小さい点と、回転子の回転中心Oとを結んだ線上に、略等幅の突極を設けることが可能である。

0020

巻線用溝23の底部形状は、両側の突極にそれぞれ直交する線26a、26bと、巻線用溝23の底部中心付近において、回転子の回転中心Oと巻線用溝の底部中心Psとを結ぶ線と直交する線26cとからなる。

0021

また、固定子鉄心21の外径に施された最も大きい平坦部25aと、前記平坦部25aと対向する位置にある巻線用溝の底部とは平行であり、幅Y2の磁路が形成される。また、最も小さい平坦部25cと、前記平坦部25cと対向する位置にある巻線用溝の底部とは平行にあり、幅Y1の磁路が形成される。さらに、2番目に大きい平坦部25bと、前記平坦部25bに対向する位置にある巻線用溝の底部との間には、取り付け用貫通穴27があり、前記取り付け用貫通穴27を除いた幅Y3の磁路が形成されている。これらの磁路幅Y1、Y2、Y3は、突極の幅T1の2分の1以上でほぼ同一であり、すなわち、固定子鉄心外形と巻線用溝の底部との間に形成される固定子鉄心の磁路幅が、穴を有する場合においてはその穴を除き、突極幅の2分の1以上、望ましくは3分の2以上の幅をもって略等幅となるよう構成されている。通常、回転子の永久磁石の磁束は、図2の磁束の流れを示す図より、1つの突極22を通り、左右の磁路に分かれてそれぞれ別の突極に行く。したがって、固定子鉄心外形と巻線用溝底部との間に形成される固定子鉄心の磁路の磁束量は、突極の磁束量の2分の1から3分の2であり、本構成により、磁束の飽和がなく、鉄損の低い構成となる。

0022

さらに、巻線用溝が略等間隔であり、略同一形状であるため、巻線性も良好である。したがって、固定子鉄心を分割せず、一体として巻線を行った場合においても、整列高密度巻線が可能である。

0023

また、極数に関しては、高効率化を考慮すると、小さい方が、駆動電源周波数が小さいため鉄損が低下できて有利であるが、2極では、電磁力が1方向に偏って回転するため、振動が発生しやすい。したがって、電磁力が180°対称位置でつりあっている4極が最適であり、このとき、3相巻線を施せば、6スロットが最適である。

0024

(実施の形態2)本発明における第二の実施の形態について、図3を用いて詳細に説明する。

0025

図3は、本発明第二の実施の形態における固定子の拡大断面図である。巻線に付いては、便宜上、一部を省略した。

0026

固定子鉄心21は、第一の実施の形態と同様であるので構造および作用については説明を省略する。巻線用溝23の外周には、鉄心21にほぼ密着した形で略等厚の絶縁物32が存在する。突極部22には、絶縁物32を介して巻線33が施されている。絶縁物の内側の、突極と底部が直交する部分32a、および突極と突極の内径側先端の拡幅部との交差する部分32bにおいて、巻線の半径Rc以下の円弧R1、R2で丸められていることを特徴とする。絶縁物32が、樹脂などで整形されたものであれば、予め円弧R1およびR2を、Rcより小さくなるようにすればよいが、フィルムや紙を折り曲げたものである場合、固定子鉄心の巻線用溝23の、突極と底部が直交する部分31a、および突極と突極の内径側先端の拡幅部との交差する部分31bの円弧半径が、絶縁物の厚みをTiとすると、Rc+Ti以下とすればよい。本構成により、絶縁物の内側の、突極と底部が直交する部分32a、および突極と突極の内径側先端の拡幅部との交差する部分32bにおいて、巻線を整列して施すことが可能であり、占積率を向上させることができる。

0027

例えば、巻線33sから巻回を開始したとき、最初の1列における最後の巻線33eが、列から外れずに巻線ができ、2列目以降も、整列性を保ったまま巻回が可能である。

0028

なお、図4に示すように、絶縁物の内側の突極と突極の内径側先端の拡幅部とが交差する部分42bにおいては、巻線位置固定用の段差または溝を設けてもよい。本構成により、巻線時に、巻線の整列性が乱れることなく、高占積率巻線が可能である。特に、磁気飽和の防止や磁束の滑らかな流れを確保するため、巻線用溝の外周部のうち、突極と底部が直交する部分41aまたは突極と突極の内径側先端の拡幅部との交差する部分41bにおいて、円弧を大きく取った場合においても、高占積率巻線を可能とするものである。

0029

ある電動機に上記構成を採用したところ、鉄損が同等とした場合、スロット面積が約10%、占積率が約5%向上した。

発明の効果

0030

上記説明から明らかなように、本願請求項1に記載の発明によれば、固定子鉄心外形と巻線用溝底部との間に形成される磁路幅を十分に確保できるため、効率の高い電動機を提供することができる。

0031

本願請求項2に記載の発明によれば、固定子鉄心外形と巻線用溝底部との間に形成される磁路幅を十分に確保できるため、効率の高い電動機を提供することができる。

0032

本願請求項3に記載の発明によれば、高占積率化が可能であり、効率の高い電動機を提供することができる。

0033

本願請求項4に記載の発明によれば、高占積率化が可能であり、効率の高い電動機を提供することができる。

0034

本願請求項5に記載の発明によれば、損失のバランスがよく、効率の高い電動機を提供することができる。

図面の簡単な説明

0035

図1本発明第一の実施の形態における固定子鉄心の断面図
図2本発明第一の実施の形態における固定子鉄心内部の磁束の流れを示す図
図3本発明第二の実施の形態における固定子の拡大断面図
図4本発明第二の実施の形態における別の固定子の拡大断面図
図5従来の固定子鉄心の断面図

--

0036

21固定子鉄心
22突極部
23巻線用溝
24 開口部
25a、25b、25c平坦部
26a、26b、26c 巻線用溝の底部
27 貫通穴

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