JP3131635B2

JP3131635B2 - 電動機

Info

Publication number: JP3131635B2
Application number: JP03151295A
Authority: JP
Inventors: 入江眞一郎
Original assignee: 芝浦電産株式会社
Priority date: 1991-06-24
Filing date: 1991-06-24
Publication date: 2001-02-05
Anticipated expiration: 2016-02-05
Also published as: JPH0522912A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鉄心に巻線を巻き付け
る構造の電動機における、振動及び騒音を低減すること
ができる構造に関する。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】電動機
は、一般に鉄心にクシ状に軸心に向かって延出する多数
の歯部を備えてスロットと称される開口部を形成し、こ
の開口部に巻線を軸方向から挿入装着している。しか
し、この様な巻線の装着では、鉄心の軸方向端面に巻線
端が大きく突出して軸方向の寸法が大きくなる。しか
も、この様な巻線端は、鉄心に有効な磁束を発生するも
のではなく、抵抗損となり、発熱するだけの無駄な巻線
となっていた。そこで、継鉄部に巻線を巻き付ける、す
なわちトロイダル状の巻線が施される電動機が試みら
れ、巻線の無駄を少なくし軸方向の寸法を小さくするこ
とで大きな効果を得ている。

【０００３】しかしながら、この様な電動機においても
幾つかの問題がある。リング状の継鉄部に巻線を巻き付
けるには、継鉄部を分割しなければ容易に巻線を施すこ
とができず、この分割によって製造上および特性上好ま
しくない現象が現れた。例えば、分割された鉄心を接合
する手間や接合部分における磁気抵抗の乱れなどがあ
り、高効率や低騒音が求められる電動機としては問題が
あった。

【０００４】また、この様な磁気抵抗の乱れがなくと
も、鉄心が分割され、巻線を施した後、接合すると十分
な真円度を得ることが難しく、固定子鉄心の内周におけ
る磁束分布が乱れ、振動や騒音に悩まされた。この様な
問題は、回転数を制御するためにサイリスタなどの素子
で電源電流を制御すると電源電流の波形が正弦波でなく
なることから発生する高調波に同調して極めて大きな振
動や騒音が発生することで確認されている。

【０００５】この様な電動機は、従前のクシ状に多数の
歯部を延出させてスロットを形成する電動機に比較する
と固定子鉄心の回転子に対する磁束密度分布が正弦波状
にならず、磁気的特性上においても大きな振動を発生す
るものであった。

【０００６】そこで、固定子鉄心を分割しないで巻線を
巻装することが考えられ、特開昭６３−１１０９２８号
公報に記載される電動機では、主巻線と補助巻線のスロ
ットをそれぞれ径方向に異なる深さにして、それぞれの
巻線を巻装している。この様な固定子鉄心においては、
固定子鉄心を分割しなくとも主巻線と補助巻線とがそれ
ぞれ巻装できるため、固定子鉄心を分割するといった問
題を解消することができる。しかしながら、この特開昭
６３−１１０９２８号公報に記載される電動機において
も、振動や騒音を低減するとはできない要素がある。

【０００７】この様な従来の電動機の問題点を図５、図
７、図８、図９及び図１０に説明すると、図５は、固定
子鉄心の一つの極に分布する磁束の幅によって発生する
高調波振動を表すものであり、図７は、特開昭６３−１
１０９２８号公報に記載される電動機の固定子鉄心の構
造を示すものであり、図８は、クシ型の歯部を形成する
従来の電動機の固定子鉄心を展開して示すものであり、
図９は、図７に示される固定子鉄心を図８に示される固
定子鉄心と比較するために構造を展開して示したもので
あり、図１０は、図８に示される固定子鉄心の磁束の分
布を示すものである。従来の電動機では、図８に示され
るクシ型の固定子鉄心の場合、一つの極を構成する電気
角１８０度の幅に対して、磁束密度分布は、１３５度の
幅の正弦波になっている。そして、１３５度の場合、図
５に示される第３高調波及び第５高調波がそれぞれ少な
い状態となる。しかし、固定子鉄心の構造を図７に示さ
れるように変形させると、図９に示されるようになり、
この場合、歯部１、２に巻装される巻線３、４は、巻装
量が少なくなり、理想的であり、磁束の分布する電気角
は、１３５度のショ―トピッチとなり、同じ効果が得ら
れる。

【０００８】しかしながら、図９に示される固定子鉄心
では、主コイル４と補助コイル３とを径方向に完全に分
離しようとすると巻線の巻けない無駄な空間が生じる。
したがって、充分な巻線量を巻くことができない。そこ
で、図３に示すように巻線量を充分確保できる形状のス
ロットに変更すると磁束の分布する電気角が１４５°と
なり、図５のグラフより、第３高調波成分が急激に増加
し、トルク−スピ−ド特性の低速域でトルクの陥没が生
じて、振動，騒音の元となるといった欠点があった。

【０００９】

【発明の目的】本発明は、従来の電動機の理想的な構造
を採用すると共に、固定子鉄心の回転子に対向する内径
側の磁束密度分布を正弦波状に近付けることによって振
動、騒音を低減することができる電動機を提供すること
を目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、外周にリング
状の継鉄部を形成し、この継鉄部の内周に軸向きに突出
する複数の第１補極を備え、この第１補極の間に軸向き
に突出する主極を形成し、この主極の内径側に周方向に
延設される支持部を形成し、この支持部の両端に軸向き
に突出する２個の歯部を形成し、この２個の歯部の間で
前記主極の延長線上に第２補極を形成してＥ字状に形成
し、前記第１補極、第２補極及び歯部の内径側に回転子
に対向する磁束面を形成する電動機において、前記第１
補極、前記第２補極及び前記一対の歯部の軸向きに伸び
る部分の幅をそれぞれほぼ同じ幅に形成し、前記一対の
歯部の先端部をそれぞれ第２補極に向かって周方向へ延
出して歯部の延出部分を形成することにより、前記一対
の歯部の延出部分の磁束面を、前記第１補極及び前記第
２補極の内径側の先端部によって生じる磁束面より大き
くして、前記一対の歯部の延出部分の磁束密度を前記第
１補極及び前記第２補極の磁束密度より小さくしたこと
を特徴とする電動機である。

【００１１】

【作用】第１補極、あるいは第２補極に対して、その
両側に形成される歯部の延出部分の磁束密度が小さくな
るため、第１補極、第２補極部分をそれぞれ山とする正
弦波状に近い磁束密度分布を形成することができる。こ
のため、振動、騒音が低減できる。

【００１２】

【実施例】本発明を図面に示された一実施例に基づいて
説明すると、図１は、本発明による電動機の固定子鉄心
を示す要部斜視図であり、図２は、固定子鉄心の磁束の
流れを示す要部平面図であり、図３は、スロットピッチ
を示す要部平面図であり、図４（ａ）及び（ｂ）は、そ
れぞれ磁束分布が正弦波状に近くなる状態を示す図であ
る。図５は、固定子鉄心の一つの極に分布する磁束の幅
（電気角）によって発生する高調波成分を表すものであ
る。図６は、本発明の電動機の特性の一例を示した図で
ある。

【００１３】図１において、電動機は、ド―ナツ状の継
鉄部５で外郭を構成する固定子鉄心６に第１巻線７と第
２巻線８とが巻装されており、第１巻線７は、外周側に
６個備えられ補助巻線を構成しており、第２巻線８は、
内周側に６個備えられており、主巻線を構成している。
そして、第１巻線７は、固定子鉄心６の内周に軸心に向
かって形成された主極を構成する第１巻線部９に巻装さ
れており、第２巻線８は、第１巻線部９の内径側にＥ字
状に形成された歯部１０に巻装されている。ここで、第
１巻線７は、コンデンサが接続される補助巻線を構成し
ており、第２巻線８は、主巻線を構成している。このた
め、第１巻線７は、線径が小さく、第２巻線８の線径が
少し大きくなっている。

【００１４】この様な固定子鉄心６は、図示されないが
鋼板をプレスで打抜き、外表面の特に第１巻線７及び第
２巻線８が巻装される部分が絶縁されている。そして、
その絶縁は、樹脂を成型型に入れて行うプレモ―ルド、
あるいは、薄い絶縁部材を固定子鉄心６に密着する形状
に形成しておき、被着するなどの方法によるものであ
る。さらに、第１巻線７及び第２巻線８が巻装された
後、その端末をリ―ド線１１により引き出し、図示され
ないコンデンサ及び電源に接続されている。

【００１５】図２において、電動機は、固定子鉄心６に
第１巻線７及び第２巻線８によって発生する磁束７ａ、
８ａは、それぞれ線７ａ、８ａによって示され、継鉄部
５を介して第１補極１２、第２補極１３及び第１巻線部
９から周方向へ延出されて磁路となる支持部から内径側
向かって延出される歯部１４、１５を介して内装され図
示されない回転子に作用するように構成されている。

【００１６】図３において、固定子鉄心６は、歯部１
４、１５がそれぞれ中央の第２補極１３と共にＥ字状に
形成されており、歯部１４、１５の内径側に形成される
磁束面１４ａ、１５ａがそれぞれ第２補極１３に向かっ
て周方向へ延出されており、スロットピッチｃ、ｄがそ
れぞれ決定されている。そして、スロットピッチｃに対
してスロットピッチｄの幅が大きく形成されている。

【００１７】図４（ａ）において、図３に示される固定
子鉄心６を展開して示すと、継鉄部５から磁束面１４
ａ、１５ａなどの磁束の通過する部分となる歯部１４、
１５及び第１補極１２、第２補極１３の磁路ｅがそれぞ
れほぼ同じ幅に形成されている。そして、歯部１４、１
５の磁束面１４ａ、１５ａの幅ｇが大きくなっており、
この幅ｇより第１補極１２、第２補極１３の磁束面１２
ａ、１３ａの幅ｆが小さく形成されている。このように
磁束面１２ａ、１３ａ、１４ａ、１５ａがそれぞれ形成
されることによってスロットピッチｃ、ｄが異なる寸法
となり、第１補極１２と歯部１４との間から、第１補極
１２と歯部１５との間に形成される極の幅が図４（ｂ）
に示されるように１４８度になっている。そして、磁束
面１３ａ、１４ａ、１５ａを通過する磁束の密度がそれ
ぞれ１３ｂ、１４ｂ、１５ｂによって示されており、磁
束面１４ａ、１５ａに対向するエアギャップを通過する
磁束の量Ａに対して第２補極１３、磁束面１３ａに対向
するエアギャップを通過する磁束の密度Ｂが約２倍にな
っている。

【００１８】図５は、Ｈ３、―Ｈ３が第３高調波を示し
ており、Ｈ５、―Ｈ５が第５高調波を示しており、線Ｘ
が図９に示される電動機の第３高調波成分の割合であ
り、線Ｙが本発明による電動機の第３高調波成分の割合
を示すものである。

【００１９】図６において、曲線イが５０Ｈｚにおける
特性、曲線ロが６０Ｈｚにおける特性を示してる。

【００２０】この様な構成において、電動機は、固定子
鉄心６を形成し、第１巻線７及び第２巻線８をそれぞれ
所定の部分に巻装する。この巻装は、固定子鉄心６の中
空部分を軸方向に上下し、かつ固定子鉄心６の端面で周
方向に振れることができるノズルによって巻線を第１巻
線部９及び歯部１４、１５にそれぞれ直接巻き付けるこ
とができる巻線機によって行う。そして、巻装された第
１巻線７及び第２巻線８にそれぞれリ―ド線１１を接続
し、図示されないフレ―ムなどに収められる。さらに、
フレ―ムに収められた後、ブラケットなどにをよって回
転子を取り付けて組み立てる。この様な組み立ては、従
来の電動機と同じである。

【００２１】そして、本発明による電動機は、第１巻線
７及び第２巻線８によって固定子鉄心６が励磁されると
１極の構成磁束面１４ａ，１３ａ，１５ａに対向するエ
アギャプに図４（ｂ）に示されるような磁束密度が分布
する。磁束分布がこのようになるのは、それぞれの磁路
ｅがほぼ同じ幅であり、それぞれ磁気抵抗が同じとなる
にも係わらず、回転子に対向する磁束面１２ａ、１３
ａ、１４ａ、１５ａがそれぞれ異なる面積を形成してお
り、歯部１４、１５の間に形成される第２補極１３の磁
束面１３ａが小さく、歯部１４、１５の磁束面１４ａ、
１５ａがそれぞれ大きくなっているため、回転子に対す
る周方向の磁束密度が変化するものである。そして、図
４（ｂ）に示すような磁束密度分布になると、矩形波に
比べ正弦波状に近くなり、回転子に与える衝撃が少なく
なり、振動や騒音を低減することができるのである。し
かし、この様な磁束は、幅が電気角で１４８度になるた
め、図５によれば、第３高調波Ｈ３が増加することにな
るが、それに増して正弦波状に近くなる磁束分布の効果
が大きく、振動、騒音が低減できることになる。

【００２２】この様な電動機を実験によって確認する
と、図６に示される通り、第３高調波によるトルクリッ
プルは、ほとんど現れず、良好な特性が得られているこ
とがわかる。もし、第３高調波Ｈ３などの影響が大きく
現れるとなると、曲線イでは３３０ＲＰＭ、曲線４００
ＲＰＭ付近にリップルが現れることになる。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、固定子鉄心に巻装され
る巻線が直接第１巻線部および歯部に巻装されるため、
固定子鉄心の端面に端部が大きく延出するといった巻線
の無駄がなく、従来のトロイダル巻線における固定子鉄
心の分割などの問題を生じることなく、しかも、磁束の
分布が矩形波状になることはなく、電気角が１３５度と
は異なるものになるにも係わらず、振動騒音が改善さ
れ、例えば、冷房装置などの小形で低騒音が要求される
電動機として極めて大きな効果が得られるものとなり、
その産業的価値は大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電動機の固定子鉄心を示す要部斜
視図である。

【図２】固定子鉄心の磁束の流れを示す要部平面図であ
る。

【図３】スロットピッチを示す要部平面図である。

【図４】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ磁束分布が正弦
波状に近くなる状態を示す図である。

【図５】固定子鉄心の一つの極に分布する磁束の幅によ
って発生する高調波振動を表すものである。

【図６】本発明の電動機の特性の一例を示した図であ
る。

【図７】従来の電動機を説明するための図である。

【図８】従来の電動機を説明するための図である。

【図９】従来の電動機を説明するための図である。

【図１０】従来の電動機を説明するための図である。

【符号の説明】

５……継鉄部６……固定子鉄心７……第１巻線８……第２巻線９……第１巻線部１０……歯部１２……補極１３……補極

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】外周にリング状の継鉄部を形成し、この継鉄部の内周に軸向きに突出する複数の第１補極を
備え、この第１補極の間に軸向きに突出する主極を形成し、この主極の内径側に周方向に延設される支持部を形成
し、この支持部の両端に軸向きに突出する２個の歯部を形成
し、この２個の歯部の間で前記主極の延長線上に第２補極を
形成してＥ字状に形成し、前記第１補極、第２補極及び歯部の内径側に回転子に対
向する磁束面を形成する電動機において、前記第１補極、前記第２補極及び前記一対の歯部の軸向
きに伸びる部分の幅をそれぞれほぼ同じ幅に形成し、前記一対の歯部の先端部をそれぞれ第２補極に向かって
周方向へ延出して歯部の延出部分を形成することによ
り、前記一対の歯部の延出部分の磁束面を、前記第１補極及
び前記第２補極の内径側の先端部によって生じる磁束面
より大きくして、前記一対の歯部の延出部分の磁束密度
を前記第１補極及び前記第２補極の磁束密度より小さく
したことを特徴とする電動機。