JP2005124378A - リング状の固定子コイルを有する誘導電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】 コイルエンドが存在しない巻線方式と固定子及び回転子構造により、ローコストで小形・軽量・高効率な誘導電動機を得ることを目的とする。
【解決手段】
単相誘導電動機においては、固定子の軸方向に分割してリング状に２種類のコイルを巻装し、各コイルのリングの中心と回転軸の中心が概ね一致するように配置して、各コイルの外周側及び軸方向両端側に夫々磁気回路を構成する固定子鉄心を設け、この内周側に、磁極片を備えた磁極歯部を、各コイルを挟んで回転軸の周方向に電気角でπ（ｒａｄ）ずれた位置に交互に形成し、更に極間に非磁性部材を配置し、各コイルの磁極歯部を回転軸の周方向に電気角でπ／２（ｒａｄ）ずらして軸方向に重ね合わせたように構成する。三相誘導電動機においては、コイルを３種類として、各コイルの磁極歯部を互いに電気角で２π／３（ｒａｄ）ずらして構成する。
【選択図】 図１

Description

発明の詳細な説明

この発明は、単相交流電源にて運転されるコンデンサモータ・コンデンサ始動モータ・分相始動モータ等の単相誘導電動機、及び三相交流電源にて運転される三相誘導電動機に関し、特に巻線方式及び固定子鉄心構造に関する。

従来、この種の電動機としては、例えば三相誘導電動機を例にとると、図１５に示すような構造が一般的に採用されている。図１５（ａ）は軸方向半断面側面図であり、固定子鉄心１２０には、Ｕ・Ｖ・Ｗ相のコイル１１０が、図１５（ｂ）の巻線展開図に示すように専用機等により巻装された後、巻線相互間の結線及びリード線接続等の端末処置を行っている。

発明が解決しようとする課題

上述のような従来の三相誘導電動機においては、Ｕ・Ｖ・Ｗ相のコイル１１０を周方向に分布して巻線を行なうため、固定子鉄心１２０の軸方向端面から突出したコイルエンドの長さｈが大きくなり巻線量増加と銅損増加により、小形・軽量・高効率化、及びコストダウンが困難であるという問題がある。単相誘導電動機においても、固定子鉄心に主巻線と補助巻線を周方向に分布して巻線を行なうため、同様の問題がある。

この発明は、上述のような問題点を解消するためになされたものであり、コイルエンドが存在しないため小形・軽量・高効率であり、更に巻線の端末処理が容易でローコストな誘導電動機の巻線方法と固定子鉄心構造を得ることを目的としている。

課題を解決するための手段

上述の目的を達成するために、この発明による誘導電動機は、固定子に軸方向に分割してリング状に複数のコイルを巻装し、各コイルのリングの中心と回転軸の中心が概ね一致するように配置して、各コイルの外周側と軸方向両端側に夫々磁気回路を構成する固定子鉄心を設け、この内周側に磁極歯部が当該コイルを挟んで回転軸の周方向に互いに電気角でπ（ｒａｄ）ずれた位置に交互に形成され、更に、各磁極歯部には磁極片を備え、磁極片と磁極歯部で形成される極間には非磁性部材を配置し、各コイルの磁極歯部を回転軸の周方向に所定の角度ずらして軸方向に重ね合わせたように構成されているものである。

つぎの発明による誘導電動機は、固定子に軸方向に分割してリング状に複数のコイルを巻装し、各コイルのリングの中心と回転軸の中心が概ね一致するように配置して、各コイルの外周側と軸方向両端側に夫々磁気回路を構成する固定子鉄心を設け、この内周側に磁極歯部が当該コイルを挟んで回転軸の周方向に互いに電気角でπ（ｒａｄ）ずれた位置に交互に形成され、更に、各磁極歯部には磁極片を備え、磁極片と磁極歯部で形成される極間がブリッジ部分で連結され、各コイルの磁極歯部を回転軸の周方向に所定の角度ずらして軸方向に重ね合わせたように構成されているものである。

つぎの発明による誘導電動機は、さらに、固定子あるいは回転子に磁束の漏れを軽減するための手段を備えたものである。

つぎの発明による誘導電動機は、さらに、固定子鉄心の少なくともその一部を、板状磁性部材を用いて積層一体化して構成するものである。

つぎの発明による誘導電動機は、さらに、固定子鉄心の少なくともその一部を、圧粉磁心を用いて構成するものである。

つぎの発明による誘導電動機は、さらに、磁極片の軸方向の断面積が、磁極歯部より漸減するように形成されたものである。

つぎの発明による誘導電動機は、さらに、固定子あるいは回転子にスキューを施したものである。

以下に添付の図を参照にして、この発明にかかる誘導電動機の実施の形態を詳細に説明する。

実施の形態１．
図１〜図４は、この発明による誘導電動機の実施の形態１として、軸方向に分割された２種類の固定子巻線を有する４極の単相誘導電動機として、コンデンサモータに適用した例を示す。図１は、軸方向半断面側面図であり、Ａ相・Ｂ相のコイル１０・１１とリード線１３、及び固定子２０、カゴ形回転子８０、回転軸９０、軸受部材９１、ブラケット９２、フレーム９３等で構成されている。なお、この実施の形態においては、Ａ相コイルは主巻線を、Ｂ相コイルは補助巻線を形成する。

Ａ相・Ｂ相のコイル１０・１１は、回転軸９０の軸方向に分割して、各コイル１０・１１のリングの中心と回転軸９０の中心が概ね一致するように巻装され、適切な絶縁処理が施されて、リード線１３により図２に示すようにコンデンサ１４とともに単相交流電源１５に接続されている。

固定子２０は、コイル１０・１１とこれの外周側の背面固定子鉄心２１・２２及び、各コイル１０・１１の軸方向両端側の側面固定子鉄心２４〜２７で構成されており、Ａ相の背面固定子鉄心２１と側面固定子鉄心２４・２５は夫々磁気的につながっており、更に側面固定子鉄心２４・２５の内周側には磁極片４０・４１を備えた磁極歯部３０・３１が夫々形成されている。Ｂ相の固定子鉄心も同様に構成されており、内周側に磁極片４２・４３を備えた磁極歯部３２・３３が形成されている。

カゴ形回転子８０は、軸方向の両端側で短絡環により短絡された二次導体８１を備え、Ａ相・Ｂ相のコイル１０・１１の磁極歯部３０〜３３及び磁極片４０〜４３と所定のエヤーギャップを介して回転軸９０、軸受部材９１により回転可能に支持されている。

図３（ａ）〜図３（ｄ）は、側面固定子鉄心２４〜２７と、これの内周側に形成された凸形の磁極歯部３０〜３３の構成を、図１の反負荷側から負荷側（軸端側）へ透かして見た図であり、他の構成部品は図中省略している。図３（ａ）は、Ａ相コイル１０の反負荷側の側面固定子鉄心２４であり、磁極歯部３０は、その周方向の中心が、マッチマーク３６の位置と合わせて時計の１２時と、電気角で２π（ｒａｄ）ずれた時計の６時の位置となるように２箇所に形成されている。図３（ｂ）は、Ａ相コイル１０の負荷側の側面固定子鉄心２５であり、磁極歯部３１は、その周方向の中心が、反負荷側の側面固定子鉄心２４に形成された磁極歯部３０の中心に対し、電気角でπ（ｒａｄ）ずれた位置に形成されている。この結果、背面固定子鉄心２１（図中省略）を通して４極の磁極が、Ａ相コイル１０を挟んで側面固定子鉄心２４・２５の磁極歯部３０と磁極片４０、及び磁極歯部３１と磁極片４１により内周側の周方向に交互に形成される。

図３（ｃ）は、Ｂ相コイル１１の反負荷側の側面固定子鉄心２６であり、磁極歯部３２は、その周方向の中心が、Ａ相コイル１０の反負荷側の側面固定子鉄心２４に形成された磁極歯部３０の中心に対し、電気角でπ／２（ｒａｄ）ずらして構成されている。図３（ｄ）は、Ｂ相コイル１１の負荷側の側面固定子鉄心２７であり、磁極歯部３３は、その周方向の中心が、反負荷側の側面固定子鉄心２６に形成された磁極歯部３２の中心に対し、電気角でπ（ｒａｄ）ずれた位置に形成されている。この結果、Ａ相コイル１０の磁極歯部３０・３１に対し、電気角でπ／２（ｒａｄ）離れた位置に、背面固定子鉄心２２（図中省略）を通して４極の磁極が、Ｂ相コイル１１を挟んで側面固定子鉄心２６・２７の磁極歯部３２と磁極片４２、及び磁極歯部３３と磁極片４３により、内周側の周方向に交互に形成される。

図４（ａ）〜図４（ｆ）は、側面固定子鉄心の構成を示し、図４（ａ）・図４（ｃ）は、Ａ相コイル１０（図中省略）の側面固定子鉄心２４・２５を上述と同様に、図１の反負荷側から負荷側（軸端側）へ透かして見た図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）の断面ＡＡ、図４（ｄ）は図４（ｃ）の断面ＢＢを示す。反負荷側の側面固定子鉄心２４の磁極歯部３０には、これと対をなす負荷側の側面固定子鉄心２５の方向に，磁極歯部３０と同一内径寸法の磁極片４０を，コイル１０の内径側に備えている。負荷側の側面固定子鉄心２５の磁極歯部３１には、磁極片４０と逆向きに，反負荷側の側面固定子鉄心２４の方向に，磁極歯部３１と同一内径寸法の磁極片４１を備えている。

図４（ｅ）は、磁極片４０・４１を備えた側面固定子鉄心２４と２５を組み立てた状態を示し、図４（ｆ）は、図４（ｅ）の断面ＣＣを示す。側面固定子鉄心２４に形成された磁極片４０は、側面固定子鉄心２５の軸方向端面より，所定の寸法ａだけ短く構成されており、側面固定子鉄心２５に形成された磁極片４１も同様に、側面固定子鉄心２４の軸方向端面より、所定の寸法ａだけ短く構成されている。そして、側面固定子鉄心２４の磁極歯部３０と磁極片４０、及び、周方向の隣極となる側面固定子鉄心２５の磁極歯部３１と磁極片４１で形成される極間には、所定の巾ｔの非磁性部材４６ａが配置されており、コイル巻装側のリング状非磁性部材４６ｂと一体に形成されている。非磁性部材４６ａ・４６ｂは、アルミニウム系等の金属材のほか樹脂材を用いることもでき、樹脂材を用いたときは、コイル巻装側の絶縁層４６ｃも一体に成型し、更に側面固定子鉄心と磁極片の隙間４６ｄも樹脂で充填することもできる。他のコイルの固定子鉄心も同様に構成されている。

固定子２０は、上述のＡ相・Ｂ相の各コイル１０・１１と、外周側の背面固定子鉄心２１・２２、及び各コイルの側面固定子鉄心２４〜２７を、上述の位置関係を維持しながら軸方向に重ね合わせたように構成されている。

この実施の形態のものにおいては、例えば、Ａ相コイル１０により発生した磁束は、外周側の背面固定子鉄心２１→側面固定子鉄心２４→磁極歯部３０及び磁極片４０→所定のエヤーギャップ→カゴ形回転子８０→所定のエヤーギャップ→磁極歯部３１及び磁極片４１→側面固定子鉄心２５→背面固定子鉄心２１と巡る磁路を構成し、リング状のコイル１０に鎖交して軸方向に発生した磁束の変化を、回転方向の磁束の変化に変えることができる。Ｂ相コイル１１により発生した磁束も同様に作用させることができ、電源との間に接続されたコンデンサ１４による位相差に対応して、磁極歯部３２を周方向に電気角でπ／２（ｒａｄ）ずらしているため、コイル１０・１１により回転軸９０を中心とする二相の回転（移動）磁界が発生し、電磁誘導作用により二次導体８１に流れる電流が回転磁界と作用してトルクを発生し、カゴ形回転子８０を回転駆動させることができる。更に、コンデンサ１４の接続位置を変更する等により、従来のコンデンサモータと同様に回転軸９０を逆回転させることができる。

上述のような構成によれば、コイルエンドに相当する部分が存在しないため、コイルの銅線使用量を減らして銅損を低減することができ、単相誘導電動機の効率が向上し、コストダウンや小形・軽量化を実現することができる。また、各相のコイル数は最小限各１個で済むため、コイルの巻線作業及び端末処理を大幅に簡略化することができ生産性の向上に寄与することができる。更に、極間の非磁性部材により磁極片の剛性を向上させることにより振動・騒音の発生を抑制することができる。なお、非磁性部材と磁極歯部及び磁極片との接合面に嵌合部分を設けたり、接着固定する等により剛性を更に向上させることができる。また、寸法ａ及びｔを最適化することにより、磁束の漏れを軽減し、ギャップ磁束密度を確保することができるため、単相誘導電動機の特性を向上させることができる。

実施の形態２．
図５〜図７は、この発明による誘導電動機の実施の形態２として、軸方向に分割された３種類の固定子巻線を有する４極の三相誘導電動機に適用した例を示す。図５は、軸方向半断面側面図であり、Ｕ・Ｖ・Ｗ相のコイル１０〜１２とリード線１３、及び固定子２０、カゴ形回転子８０、回転軸９０、軸受部材９１、ブラケット９２、フレーム９３等で構成されている。

Ｕ・Ｖ・Ｗ相のコイル１０〜ｌ２は、回転軸９０の軸方向に分割して、各コイル１０〜１２のリングの中心と回転軸９０の中心が概ね一致するように、回転軸９０に対し同一方向に巻装されている。各コイルは、適切な絶縁処理が施されてＹ字形に結線された後、リード線１３により図６に示すように三相交流電源１６に接続されている。

固定子２０は、コイル１０〜１２と、これの外周側の背面固定子鉄心２１〜２３、及び各コイル１０〜１２の軸方向両端側の側面固定子鉄心２４〜２９で構成されており、Ｕ相の背面固定子鉄心２１と側面固定子鉄心２４・２５は、夫々磁気的につながっており、更に側面固定子鉄心２４・２５の内周側には、磁極片４０・４１を備えた磁極歯部３０・３１が夫々形成されている。Ｖ・Ｗ相の固定子鉄心も同様に構成されており、内周側には磁極片４２〜４５を備えた磁極歯部３２〜３５が形成されている。

カゴ形回転子８０は、軸方向の両端で短絡環により短絡された二次導体８１を備え、Ｕ・Ｖ・Ｗ相の各コイル１０〜１２の磁極歯部３０〜３５、及び磁極片４０〜４５と所定のエヤーギャップを介して回転軸９０、軸受部材９１により回転可能に支持されている。

図７（ａ）〜図７（ｆ）は、側面固定子鉄心２４〜２９とこれの内周側に形成された凸形の磁極歯部３０〜３５と磁極片４０〜４５の構成を、図５の反負荷側から負荷側（軸端側）へ透かして見た図であり、他の構成部品は図中省略している。図７（ａ）は、Ｕ相コイル１０の反負荷側の側面固定子鉄心２４であり、磁極歯部３０は、その周方向の中心がマッチマーク３６の位置と合わせて時計の１２時と、電気角で２π（ｒａｄ）ずれた時計の６時の位置となるように２個所に形成されている。図７（ｂ）は、Ｕ相コイル１０の負荷側の側面固定子鉄心２５であり、磁極歯部３１は、その周方向の中心が、反負荷側の側面固定子鉄心２４に形成された磁極歯部３０の中心に対し、電気角でπ（ｒａｄ）ずれた位置に形成されている。この結果、背面固定子鉄心２１（図中省略）を通して４極の磁極が、Ｕ相コイル１０を挟んで側面固定子鉄心２４・２５の磁極歯部３０と磁極片４０及び磁極歯部３１と磁極片４１により、内周側の周方向に交互に形成される。

図７（ｃ）は、Ｖ相コイル１１の反負荷側の側面固定子鉄心２６であり、磁極歯部３２は、その周方向の中心が、Ｕ相コイル１０の反負荷側の側面固定子鉄心２４に形成された磁極歯部３０の中心に対し、電気角で２π／３（ｒａｄ）ずらして構成されている。図７（ｄ）は、Ｖ相コイル１１の負荷側の側面固定子鉄心２７であり、磁極歯部３３は、その周方向の中心が、反負荷側の側面固定子鉄心２６に形成された磁極歯部３２の中心に対し、電気角でπ（ｒａｄ）ずれた位置に形成されている。この結果、Ｕ相コイル１０の場合と同様に、背面固定子鉄心２２（図中省略）を通して４極の磁極が、Ｖ相コイル１１を挟んで側面固定子鉄心２６・２７の磁極歯部３２と磁極片４２及び磁極歯部３３と磁極片４３により、内周側の周方向に交互に形成される。

図７（ｅ）は、Ｗ相コイル１２の反負荷側の側面固定子鉄心２８であり、磁極歯部３４は、その周方向の中心が、Ｕ相コイル１０の反負荷側の側面固定子鉄心２４に形成された磁極歯部３０の中心に対し、電気角で４π／３（ｒａｄ）ずらして構成されている。図７（ｆ）は、Ｗ相コイル１２の負荷側の側面固定子鉄心２９であり、磁極歯部３５は、その周方向の中心が、反負荷側の側面固定子鉄心２８に形成された磁極歯部３４の中心に対し、電気角でπ（ｒａｄ）ずれた位置に形成されている。この結果、Ｕ・Ｖ相の場合と同様に、背面固定子鉄心２３（図中省略）を通して４極の磁極が、Ｗ相コイル１２を挟んで側面固定子鉄心２８・２９の磁極歯部３４と磁極片４４及び磁極歯部３５と磁極片４５により、内周側の周方向に交互に形成される。

Ｕ相コイル１０の側面固定子鉄心２４の磁極歯部３０と磁極片４０は，実施の形態１の図４（ａ）〜図４（ｆ）と同じように、周方向の隣極となる側面固定子鉄心２５の磁極歯部３１及び磁極片４１とで形成される極間に、所定の巾ｔの非磁性部材４６ａが配置されており、磁極片４０・４１は夫々軸方向端面より寸法ａだけ短く構成され、必要に応じて非磁性部材４６ｂ〜４６ｄが採用されている。他のコイルの側面固定子鉄心も同様に構成されている。

固定子２０は、上述のＵ・Ｖ・Ｗ相の各コイル１０〜１２と、外周側の背面固定子鉄心２１〜２３、及び各コイルの側面固定子鉄心２４〜２９を、上述の位置関係を維持しながら軸方向に重ね合わせたように構成されている。

この実施の形態のものにおいては、例えば、Ｕ相コイル１０により発生した磁束は、外周側の背面固定子鉄心２１→側面固定子鉄心２４→磁極歯部３０及び磁極片４０→所定のエヤーギャップ→カゴ形回転子８０→所定のエヤーギャップ→磁極歯部３１及び磁極片４１→側面固定子鉄心２５→背面固定子鉄心２１と巡る磁路を構成し、リング状のコイル１０に鎖交して軸方向に発生した磁束の変化を、回転方向の磁束の変化に変えることができる。Ｖ・Ｗ相コイル１１・１２により発生した磁束も同様に作用させることができ、電源の位相差に対応して磁極歯部３２・３４を周方向に電気角で２π／３（ｒａｄ）ずつずらしているため、コイル１０〜１２に三相交流電源を供給することにより、回転軸９０を中心とする三相の回転磁界が発生し、電磁誘導作用により二次導体８１に流れる電流が回転磁界と作用してトルクを発生して、カゴ形回転子８０を回転駆動させることができる。更に、従来の三相誘導電動機と同様に、Ｕ・Ｖ・Ｗ相のコイルのうち、任意の２つのコイルを電源に対して入れ替え、逆接続とすることにより相回転の順序が反対となるため、カゴ形回転子８０に働くトルクの方向が逆向きとなり、回転軸９０を逆回転させることができる。また、コイル１０〜１２の巻き方向が同一でない場合は、当該磁極歯部を、回転軸の周方向に電気角でπ（ｒａｄ）ずらす等により、同様に作用させることができる。

上述のような構成によれば、コイルエンドに相当する部分が存在しないため、コイルの銅線使用量を減らして銅損を低減することができ、三相誘導電動機の効率が向上し、コストダウンや小形・軽量化を実現することができる。また、各相のコイル数は最小限各１個で済むため、コイルの巻線作業及び端末処理を大幅に簡略化することができ生産性の向上に寄与することができ、実施の形態１と同様に、極間の非磁性部材により磁極片の剛性を向上させることにより振動・騒音の発生を抑制することができる。なお、大容量機種においては、各相のコイルを夫々複数個に分割して軸方向に配置し、各相毎に適宜直列あるいは並列に接続することにより、振動を更に抑制することも可能であり、△結線やＹ−△起動等も採用することができ、分割したコイルの鉄心間を通風ダクトとして利用することもできる。なお、複数個に分割されたコイルの軸方向の並び順は、誘導電動機の特性を考慮して適宜決定することができる。

実施の形態３．
図８は、この発明による誘導電動機の実施の形態３を示している。実施の形態３では、上述の実施の形態１あるいは２において、極間に設けた非磁性部材４６ａの巾ｔ＝０とし、周方向の互いに隣接する磁極片と磁極歯部、及び磁極片どうしがブリッジ部分で連結されたものである。

図８（ａ）は、Ｕ相コイル１０（図中省略）の側面固定子鉄心２４・２５を、実施の形態１の図４（ｅ）と同様に組み立てた状態を示す。側面固定子鉄心２４の磁極歯部３０と磁極片４０は、周方向に互いに隣接する側面固定子鉄心２５の磁極歯部３１及び磁極片４１に、カゴ形回転子８０（図中省略）に対向する内周側において、ブリッジ部分Ｅにより連結している。図８（ｂ）は、図８（ａ）のブリッジ部分Ｅの拡大図であり、ｓはブリッジ部分Ｅの径方向の厚さを示す。図８（ｃ）は、図８（ａ）の断面ＣＣを示し、カゴ形回転子８０に対向する内周側は、寸法ａの部分を除いて連続した円筒形状となっている。他のコイルの固定子鉄心も同様に構成されている。

上述のような構成によれば、側面固定子鉄心と磁極片の内周側の寸法精度を向上させることができ、ブリッジ部分の寸法、形状を最適化することにより、漏れ磁束によるギャップ磁束密度の低下を抑制しながら、磁極片の剛性を向上することができ、振動・騒音の発生を低減することができる。

実施の形態４．
実施の形態４では、上述のような実施の形態の構成に加え、磁束の漏れを軽減するための手段として、軸方向に隣接する相間に磁気的な隙間を設けたものである。

図９（ａ）は、図４（ｆ）においてａ＝０とした単相誘導電動機のＡ相・Ｂ相の固定子とフレーム９３の組み立て状態を示す軸方向の半断面側面図であり、他の構成部品は図中省略している。Ａ相の固定子は、コイル１０と軸方向両端側の側面固定子鉄心２４・２５及び背面固定子鉄心２１で構成されており、Ｂ相の固定子も同様にコイル１１と固定子鉄心で構成されているが、互いに隣接するＡ相の固定子鉄心とＢ相の固定子鉄心の間には、磁気的な隙間として所定の空隙ｂを設けて構成されている。

図９（ｂ）は、他の実施の形態を示す単相誘導電動機のカゴ形回転子８０であり、Ａ相の固定子（図中省略）と所定のエヤーギャップを介して対向する鉄心部分と、Ｂ相の固定子（図中省略）と対向する鉄心部分の間には、磁気的な隙間として所定の寸法ｃの非磁性部材４６ｅが配置されている。

上述のような構成によれば、寸法ｂ及びｃを最適化することにより、隣接する相への磁束の漏れを軽減し、ギャップ磁束密度を確保することができるため、単相誘導電動機の特性を向上させることができる。

三相誘導電動機の場合も同様に、Ｕ相とＶ相、Ｖ相とＷ相の固定子鉄心間に空隙ｂを設け、カゴ形回転子の鉄心間に寸法ｃの非磁性部材を配置することにより、隣接する相への磁束の漏れを軽減することができるため、三相誘導電動機の特性を向上させることができる。また、単相・三相いずれの場合も、空隙ｂを通風ダクトとして利用したり、マグネットワイヤーの引き出しに用いることができる。更に空隙ｂを隙間とせずに非磁性部材を用いて構成しても、同様の効果を得ることができる。なお、図４（ｆ）においてａ＝０以外の場合にも適用可能であることは明白である。

実施の形態５．
図１０は、この発明による誘導電動機の実施の形態５を示している。実施の形態５では、上述のような実施の形態の構成を実現する手段として、固定子鉄心の一部を、板状磁性部材を用いて積層一体化するものである。

図１０は、コイル１０（図中省略）の側面固定子鉄心２４・２５を実施の形態１あるいは実施の形態２と同様に、図１あるいは図５の反負荷側から負荷側（軸端側）へ透かして見た図を示す。図１０（ａ）の側面固定子鉄心２４には磁極歯部３０が形成されており、図１０（ｂ）の側面固定子鉄心２４には磁極歯部３０に隣接して磁極片４１が、ブリッジ部分Ｅにより連結されて一体に形成されている。図１０（ｄ）の側面固定子鉄心２５にも同様に、磁極歯部３１に隣接して磁極片４０が、ブリッジ部分Ｅにより連結されて一体に形成され、図１０（ｅ）の側面固定子鉄心２５には磁極歯部３１が形成されている。図１０（ｃ）は、磁極片４０と磁極片４１が、ブリッジ部分Ｅにより連結されて一体に形成されたものであり、側面固定子鉄心２４と２５の間に挟むようにして支持されるものである。

図１０（ａ）〜図１０（ｅ）の夫々の部品は、板状磁性部材をプレス加工により製作し、同時にヌキカシメ４７により所要枚数を夫々積層し密着固定されるものであり、ヌキカシメの他にカシメピン・ネジ止め・溶接等により固着することもできる。他のコイルの固定子鉄心も同様に構成されており、適切な絶縁処理を施して各相のコイルを巻装後、円筒状の背面固定子鉄心２１等（図９参照）に焼き嵌め、圧入等を行うものである。なお、背面固定子鉄心２１等も板状磁性部材を用いて積層一体化して構成することができる。

上述のような製法によれば、高精度な固定子鉄心を安価で容易に製作することができるため、誘導電動機の特性と生産性が向上し、コストダウンを実現することができる。

実施の形態６．
図１１・図１２は、この発明による誘導電動機の実施の形態６を示している。実施の形態６では、固定子鉄心の一部を、鉄粉を無機系の皮膜などで一粒一粒絶縁し圧縮成型等を行った所謂圧粉磁心を用いて構成するものである。

図１１は、単相誘導電動機の固定子とフレーム９３の組み立て状態を示す軸方向の半断面側面図であり、他の構成部品は図中省略している。固定子は、Ａ相・Ｂ相のコイル１０・１１、これの外周側の背面固定子鉄心２１・２２、コイル１０・１１の軸方向両端側の側面固定子鉄心２４、２５等で構成されている。背面固定子鉄心２１・２２は夫々圧粉磁心を用いて構成されており、その内径側に、コイル１０・１１及び側面固定子鉄心２４・２５等を、図９（ａ）と同様に軸方向に順次積み重ねたように構成されている。

図１１の矢印線５１・５２は、コイル１０・１１による、ある瞬間の磁束の流れを模式的に示しており、背面固定子鉄心２１・２２の内部においては、磁束が三次元的に移動することとなる。このため、全方向に対し比抵抗と透磁率の値がともに大きい圧粉磁心を用いることにより、磁束の移動が容易となり、鉄心内部の損失を軽減することができ、単相誘導電動機の効率向上に寄与することができる。

三相誘導電動機の場合にも同様に、背面固定子鉄心に圧粉磁心を用い、損失を軽減することができる。また、いずれの場合も側面固定子鉄心２４・２５等にも同様に圧粉磁心を用いることができる。

図１２（ａ）は、圧粉磁心で構成した他の実施の形態を示す一相分の固定子であり、コイル１０の固定子鉄心は、軸直角方向の分割面ｆで二分されて夫々が圧粉磁心で構成されており、コイル１０は別工程にてリング状に形成され適切な絶縁処理を施した後、側面固定子鉄心２４・２５と組み立てを行う。他の相の固定子鉄心も同様に構成されており、軸方向に隣接する固定子鉄心端面に固定子鉄心を相互に連結するための嵌合部分を設けることもできる。

図１２（ｂ）は、更に他の実施の形態を示す一相分の固定子であり、コイル１０の固定子鉄心は、軸直角方向の分割面ｆで二分されて夫々が圧粉磁心で構成されており、コイル１０は別工程にてリング状に形成され適切な絶縁処理を施した後、側面固定子鉄心２４側に装着され、背面固定子鉄心２１と一体に構成された側面固定子鉄心２５側と、分割面ｆで嵌合・組み立てを行うものである。

上述のような構成によれば、背面固定子鉄心２１から磁極片４０までの固定子鉄心内部を磁束が三次元的に容易に移動できるため、鉄心内部の損失を更に軽減することができ、単相・三相誘導電動機の効率向上に寄与することができる。また、鉄心プレスの工程が一部あるいは全部不要となるため、固定子鉄心を安価で容易に製作することができ、更に各コイルの巻線が容易となるため、生産性の向上とコストダウンに寄与することができる。なお、分割面ｆで二分された固定子鉄心は圧入・カシメピン・ネジ止め等により適宜固定されるものである。

図１２においては、更に、側面固定子鉄心２４あるいは背面固定子鉄心２１の外周側にマグネットワイヤー引出し用のＵ字形溝を設けることができ、このＵ字形溝を各コイルの側面固定子鉄心の外周全域に単相誘導電動機の場合は電気角でπ／２（ｒａｄ）ピッチ、三相誘導電動機の場合は２π／３（ｒａｄ）ピッチで設けることにより、マグネットワイヤーを固定子の軸方向端面まで容易に引き出すことが可能となる。また、このときはＵ字形溝の一個所をマッチマーク３６として用いることができ、ワイヤーの引出しに使用しないＵ字形溝は、軸方向に互いに隣接する固定子鉄心を相互に連結するための手段として用いることができ、このＵ字形溝を貫通孔で代用することも可能である。なお、図１２に示す固定子鉄心の形状は、板状磁性部材を用いても構成することができる。

実施の形態７．
図１３は、この発明による誘導電動機の実施の形態７を示している。実施の形態７では、磁極歯部に構成された磁極片の断面形状を、磁極歯部より漸減するように形成するものである。

図１３は、一相分の固定子鉄心であり、実施の形態３の図８（ｃ）と同様の軸方向断面側面図を示し、側面固定子鉄心２４の磁極歯部３０に構成された磁極片４０は、軸方向の断面積が、側面固定子鉄心２５の方向に向かって磁極歯部３０より漸減するように形成されており、側面固定子鉄心２５の磁極歯部３１に構成された磁極片４１の断面積も、側面固定子鉄心２４の方向に向かって磁極歯部３１より漸減するように形成されている。他の相の固定子鉄心も同様に構成されている。

上述のような構成によれば、各コイルを巻装する空間を確保しながら磁極歯部の磁束密度の上昇を抑えることができるため、鉄心内部の損失が更に低減し、誘導電動機の効率向上に寄与することができる。

実施の形態８．
図１４は、この発明による誘導電動機の実施の形態８を示している。実施の形態８では、上述のような実施の形態の構成に加え、固定子にスキューを施すものである。

図１４は、三相誘導電動機の回転軸を水平方向として固定子鉄心を切り開いて、カゴ形回転子と対向する内周面を見た部分図である。Ｕ相の磁極歯部３０と磁極片４０は、周方向に隣接する磁極歯部３１、及び磁極片４１とスキュー角だけ傾いてブリッジ部分Ｅにより連結しており、軸方向に隣接するＶ・Ｗ相の夫々の磁極歯部と磁極片も同様に構成されている。

上述の構成においては、固定子に容易にスキューを施し、スキュー角を最適化することによりギャップ磁束の高調波成分の影響を低減させることができるため、振動・騒音を小さくすることができ、三相誘導電動機の特性を向上させることができる。なお、固定子をスキューする代わりに、カゴ形回転子にスキューを施しても同様の効果を得ることができる。また、単相誘導電動機の場合も同様にスキューを行うことにより、スキュー効果を得ることができる。図１４においては、実施の形態３の図８に示す固定子鉄心の形状を例に示したが、これ以外の実施の形態に示す固定子鉄心の形状にも適応可能である。

実施の形態１〜８は、単相・三相誘導電動機の極数が４極の場合をこの発明に適用したが、この発明による誘導電動機は、これ以外の極数を有する場合に対しても有効である。そして、この発明による誘導電動機は、従来の誘導電動機のように固定子の内径寸法・スロット数等に左右されることなく、最適な極数の電動機を容易に得ることができる。また、この発明による誘導電動機は、コイル部分が露出しないためビルトイン型にも適しており、更に各コイルが独立して巻装されるため、低電圧機種においてはワニス処理等が不要となり対環境性に優れ、高電圧機種においても絶縁処理を容易に行うことができ、廃却時には材料の分離・再利用が容易である。更にまた、この発明による誘導電動機は、従来の誘導電動機と同様にインバータ駆動等により可変速運転を行うことも可能である。

発明の効果

以上の説明から理解される如く、この発明による誘導電動機によれば、固定子に軸方向に分割してリング状に複数のコイルを巻装し、各コイルの外周側と軸方向両端側に夫々磁気回路を構成する固定子鉄心を設け、この内周側に、磁極片を備えた磁極歯部を回転軸の周方向に所定の角度ずらして、極間に非磁性部材を配し軸方向に重ね合わせたように構成することにより、コイルエンドに相当する部分が存在しないため、コイルの銅線使用量が減少し、銅損も低減することができるため、誘導電動機の効率が向上し、コストダウンや小形・軽量化を実現することができる。また、コイルの巻線作業及び端末処理を大幅に簡略化することができ、生産性の向上に寄与することができる。

つぎの発明による誘導電動機によれば、各コイルの固定子鉄心内周側に、磁極片を備えた磁極歯部を回転軸の周方向に所定の角度ずらして、極間をブリッジ部分で連結し軸方向に重ね合わせたように構成することにより、固定子鉄心の寸法精度が向上し、振動・騒音を低減することができる。

つぎの発明による誘導電動機によれば、固定子あるいは回転子の磁束の漏れを軽減するための手段を備えたことにより、漏れ磁束を低減し、ギャップ磁束密度を確保することができるため、誘導電動機の特性を向上させることができる。

つぎの発明による誘導電動機によれば、固定子鉄心の少なくともその一部を、板状磁性部材を用いて積層一体化して形成することにより、高精度な固定子鉄心を、安価で容易に製作することができるため、生産性の向上に大きく寄与することができる。

つぎの発明による誘導電動機によれば、固定子鉄心の少なくともその一部を、圧粉磁心を用いて形成することにより、磁束が三次元的に容易に移動できるため、鉄心内部の損失を軽減することができ、誘導電動機の効率向上と小形・軽量化に寄与することができる。

つぎの発明による誘導電動機によれば、磁極片の断面形状を磁極歯部より漸減するように形成することにより、磁極歯部の磁束密度の上昇を抑えることができるため、鉄心内部の損失を更に低減することができ、誘導電動機の効率向上に寄与することができる。

つぎの発明による誘導電動機によれば、固定子あるいは回転子にスキューを施すことにより、ギャップ磁束の高調波成分の影響を低減させることができるため、振動・騒音を抑制し、誘導電動機の特性を向上させることができる。

実施の形態１における単相誘導電動機の軸方向半断面側面図である。 実施の形態１における単相誘導電動機の接続図である。 実施の形態１における側面固定子鉄心の磁極歯部の構成を、反負荷側から負荷側へ透かして見た図である。 実施の形態１における側面固定子鉄心と磁極片の構成を示す。 実施の形態２における三相誘導電動機の軸方向半断面側面図である。 実施の形態２における三相誘導電動機の接続図である。 実施の形態２における側面固定子鉄心の磁極歯部の構成を、反負荷側から負荷側へ透かして見た図である。 実施の形態３における側面固定子鉄心と磁極片の構成を示す。 （ａ）は実施の形態４における固定子、（ｂ）は他の実施の形態におけるカゴ形回転子を示す夫々軸方向半断面側面図である。 実施の形態５における側面固定子鉄心と磁極片の構成を、反負荷側から負荷側へ透かして見た図である。 実施の形態６における固定子を示す軸方向半断面側面図である。 （ａ）は実施の形態６の他の実施の形態における固定子、（ｂ）は更に他の実施の形態における固定子を示す軸方向半断面側面図である。 実施の形態７における固定子を示す軸方向断面側面図である。 実施の形態８における固定子鉄心の内周面の部分図である。 従来例の三相誘導電動機を示し、（ａ）は軸方向半断面側面図、（ｂ）は巻線展開図である。

符号の説明

１０〜１２ 固定子コイル、１３ リード線、１４ コンデンサ、１５ 単相電源、１６ 三相電源、２０ 固定子、２１〜２３ 背面固定子鉄心、２４〜２９ 側面固定子鉄心、３０〜３５ 磁極歯部、３６ マッチマーク、４０〜４５ 磁極片、４６ａ〜４６ｅ 非磁性部材、４７ ヌキカシメのカシメ位置、５１・５２ 磁束の流れ、８０ カゴ形回転子、８１ 二次導体、９０ 回転軸、９１ 軸受部材、９２ ブラケット、９３ フレーム、１１０ 従来のコイル、１２０ 従来の固定子鉄心、ａ・ｂ・ｃ 所定の隙間・寸法、Ｅ ブリッジ部分、ｆ 分割面、ｈ コイルエンドの長さ、ｓ ブリッジ部分の径方向の厚さ、ｔ 非磁性部材の巾

Claims (7)

1. 回転子の外側に、所定のエヤーギャップを介して対向する磁極歯部を備えた固定子を配置したインナーロータ形の誘導電動機において、前記固定子に、軸方向に分割してリング状に複数のコイルを巻装し、前記各コイルのリングの中心と回転軸の中心が概ね一致するように配置して、前記各コイルの外周側と軸方向両端側に夫々磁気回路を構成する固定子鉄心を設ける。そして、前記固定子鉄心の内周側には、前記磁極歯部が当該コイルを挟んで回転軸の周方向に電気角でπ（ｒａｄ）ずれた位置に交互に形成されており、更に前記各磁極歯部には磁極片を備え、前記磁極片と前記磁極歯部で形成される極間には非磁性部材を配置し、前記各コイルの前記磁極歯部を回転軸の周方向に所定の角度ずらして、軸方向に重ね合わせたように構成されていることを特徴とする誘導電動機。
2. 回転子の外側に、所定のエヤーギャップを介して対向する磁極歯部を備えた固定子を配置したインナーロータ形の誘導電動機において、前記固定子に、軸方向に分割してリング状に複数のコイルを巻装し、前記各コイルのリングの中心と回転軸の中心が概ね一致するように配置して、前記各コイルの外周側と軸方向両端側に夫々磁気回路を構成する固定子鉄心を設ける。そして、前記固定子鉄心の内周側には、前記磁極歯部が当該コイルを挟んで回転軸の周方向に電気角でπ（ｒａｄ）ずれた位置に交互に形成されており、更に前記各磁極歯部には磁極片を備え、前記磁極片と前記磁極歯部で形成される極間がブリッジ部分で連結され、前記各コイルの前記磁極歯部を回転軸の周方向に所定の角度ずらして、軸方向に重ね合わせたように構成されていることを特徴とする誘導電動機。
3. 前記固定子あるいは前記回転子に、磁束の漏れを軽減するための手段を備えていることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の誘導電動機。
4. 前記固定子鉄心の少なくともその一部を、板状磁性部材を用いて積層一体化して構成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の誘導電動機。
5. 前記固定子鉄心の少なくともその一部を、所謂圧粉磁心（鉄粉磁心ともいう。以下同様）を用いて構成することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の誘導電動機。
6. 前記磁極片の軸方向の断面積が、前記磁極歯部より漸減するように形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の誘導電動機。
7. 前記固定子あるいは前記回転子に、スキューを施したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の誘導電動機。

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