JP4168245B2 - 磁性くさびを用いた電動機およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速に回転する電動機、特に磁性くさびを固定子のスロット内に用いた電動機のインバータ電圧波形の影響により生じるキャリア損失の低減に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
本発明に関連する従来特許は数多く出願されている(例えば、特許文献1〜3参照。)。
【0003】
【特許文献1】
特開平7−123622号公報
【特許文献2】
特開平7−227053号公報
【特許文献3】
特開平8−172742号公報
【0004】
その中で代表的な構成を図4および図5を用いて説明する。
図4において、1は固定子、2は固定子コア、3はスロット、4はティース、6は巻線、7はくさび、8はスロット肩部、9はテーパ部、11は巻線の作る磁束である。
固定子1は電磁鋼板をスロット3およびティース4を金型にて打抜いた後、所望の積厚となるまで紙面に垂直な方向に積層し、その後カシメ等により固着して固定子コア2を構成し、該固定子コア2のスロット3には電気装荷手段となる巻線6を巻回し、該スロット3のスロット肩部8にはくさび7が打込み挿入されて成る構成である。
【0005】
図4は図3に用いられるくさびの斜視図である。
このくさび7は図4に示すように磁性粉含有樹脂層12をガラスクロス13に塗布したものを多層に積層固化した板状の母材を、前記スロット肩部8の幅より若干大きく切り出した後、該スロット肩部8の幅に合わせて切削し、更に該スロット肩部8のテーパ部9に合わせて面取り加工を施し作られている。
その断面はスロット肩部9と相似形をしており、したがってくさび7はスロット肩部8にハンマー等で打込み挿入できるようになっている。
高速回転する電動機では一般にインダクタンスは小さい。これは、電動機の端子に加わる電圧値がインバータの出力電圧値により制限されており、高速回転を目的とした電動機では、逆起電力を抑えるために電気装荷手段となる巻線の巻回数を少なくした設計となるためである。そのため、インダクタンスは巻数の2乗に比例する値であり、高速回転する電動機ほどインダクタンスは小さくなる。
電動機をインバータにより駆動する場合、電動機端子に加わる電圧波形は細かく見るとキャリア周波数に比例した矩形波である。そのため、電動機に流れる電流はこの矩形波をした電圧波形に起因する三角波をしたリップル電流を含むこととなる。その大きさは電動機のインダクタンスが小さいほど大きな値となる。
このリップル電流は、高調波銅損及び高調波鉄損の原因であり、高速回転で用いられる電動機はリップル電流低減のために如何にしてインダクタンスを増やすかが課題となっていた。
図4において、巻線6の作るスロット3内を通る漏れ磁束11は、スロット3内に位置する巻線6およびスロット肩部8を通る。スロット肩部8には磁性粉含有くさび7が打込まれており、この部位では磁束の流れ易さを表す透磁率が、前記くさび7が打込まれていない場合に比べて大幅に高くなっており、漏れ磁束11は流れ易くなっている。そのため、巻線6の作る漏れ磁束11の全体の量は、くさび7を設けることにより増加させることが出来、該くさび7を設けたことで電動機のインダクタンスを増加させることが出来る。
以上述べたように、従来、高速回転する電動機ではリップル電流低減のためにインダクタンスを増大させる目的でスロット開口部に磁性粉含有くさびを打込んでいた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述した従来のくさびを打込む電動機においては、くさび7の断面形状をスロット肩部8の断面形状に合わせて製作する必要があり、ハンマー等で打込むことで挿入可能なほどの寸法精度を要求されていた。そのため、くさび7の製作は加工工数が多く、高価なものとなっていた。
また、くさび7の断面形状をスロット肩部8より小さくし、加工精度を下げると、挿入した際にスロット肩部8において、くさび7とティース4との間に空隙が生じることとなる。空隙が生じると、くさび7を打込み漏れインダクタンスを大きくする効果が薄れ、所望の増加を望めないという問題があった。
本発明は、これらの問題に鑑みてなされたものであり、くさびを用いた電動機において、容易にスロット肩部に挿入出来るほど断面形状を該スロット肩部に対して小さくし、且つ、くさびの加工精度を落としても、インダクタンスを小さく低下させることが無いくさび構造およびその製造方法を提供することを目的としたものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1記載のくさびを用いた電動機の発明は、
電磁鋼板を打抜き積層して形成する固定子のスロット内に電気装荷手段となる巻線を巻回し、かつ前記スロット肩部に磁性くさびを備えて成る電動機であって、
前記磁性くさびが、樹脂にエポキシ樹脂を用いた磁性粉含有樹脂層をガラスクロスに塗布したものを多層に積層固化した板状の母材を前記スロット肩部の幅より若干小さい幅に切り出しかつ前記スロット肩部のテーパ部に沿う形に面取りして前記スロット肩部に挿入された磁性粉含有樹脂製磁性コアと、前記磁性コアと前記スロット肩部のティースとの隙間に充填固化した、前記ガラスクロスに塗布した磁性粉含有樹脂と同様にエポキシ樹脂を用いた磁性粉含有樹脂と、で構成されたことを特徴とする。
以上の構成により、くさびをスロット肩部にハンマーで打込むという従来の不便な工程をなくすことが出来、安価に製作することが出来るようになる。
また、磁性コアの断面形状をスロット肩部の断面形状にきっちり合わせる必要が無いため、磁性コアの加工精度を下げることが出来、くさびの製作が安価に行え、しかも従来製品よりも大きなインダクタンスの増加が見込める。
さらに、樹脂にエポキシ樹脂を用いたので、機械強度と耐薬品強度が高く且つ入手し易い安価な材料でくさびを構成することが出来る。
請求項2記載発明は、請求項1記載の磁性くさびを用いた電動機において、前記磁性粉含有樹脂に含有される磁性粉が鉄紛であることを特徴とする。
以上の構成により、透磁率が高く且つ安価な材料でくさびを構成することが出来る。
【0008】
請求項3記載の磁性くさびを用いた電動機の製造方法の発明は、電磁鋼板を打抜き積層して形成する固定子のスロット内に電気装荷手段となる巻線を巻回し、かつ前記スロット肩部に磁性くさびを備えて成る電動機の製造方法において、樹脂にエポキシ樹脂を用いた磁性粉含有樹脂層をガラスクロス13に塗布したものを多層に積層固化した板状の母材を、スロット肩部の幅より若干小さい幅に切り出す切り出し工程と、前記切り出し工程後に前記スロット肩部のテーパ部に沿う形に面取りする面取り工程と、前記面取り工程で面取りされた磁性粉含有樹脂製磁性コアを前記スロット肩部に挿入し、且つ、該磁性コアをスロット肩部に挿入する際、前記ガラスクロスに塗布した磁性粉含有樹脂と同様にエポキシ樹脂を用いた磁性粉含有樹脂を前記磁性コアとスロット肩部のティースとの隙間に充填する工程と、該充填した磁性粉含有樹脂をスロット肩部にて固化させる工程を有することを特徴とする。
以上の構成により、磁性粉含有樹脂のみを充填固化させてくさびを構成したので、スロット肩部の形状に沿ったくさびを容易に構成でき、安価に製作でき、またインダクタンスの増加が見込める。
さらに、樹脂にエポキシ樹脂を用いたので、機械強度と耐薬品強度が高く且つ入手し易い安価な材料でくさびを構成することが出来る。
【0009】
【発明の実施の形態】
次に本発明の第1の実施形態について、図1を参照して詳細に説明する。
図1は本発明の第1の実施形態に係るくさびを用いた電動機の断面図で、同図において、1は固定子、2は固定子コア、3はスロット、4はティース、5は磁性コア、6は巻線、7はくさび、8はスロット肩部、9はテーパ部、10は磁性粉含有樹脂、11は巻線の作る磁束である。
固定子1は電磁鋼板をスロット3およびティース4を金型にて打抜いた後、所望の積厚となるまで紙面に垂直な方向に積層すると共にカシメ等により固着して固定子コア2を構成し、該固定子コア2のスロット3には電気装荷手段となる巻線6を巻回し、該スロット3のスロット肩部8にはくさび7を設け構成した。
図2は図1に用いられるくさびの斜視図である。
くさび7は、図2に示すように、磁性粉含有樹脂層12をガラスクロス13に塗布したものを多層に積層固化した板状の母材を、該スロット肩部8の幅より若干小さい幅に切り出した後に、テーパ部9に沿う形に面取りを行い構成した磁性コア5を前記スロット肩部8に挿入し、且つ、該磁性コア5をスロット肩部8に挿入する際、磁性粉含有樹脂10を前記磁性コア5とスロット肩部8のティース4との隙間に充填し、該充填した磁性粉含有樹脂10をスロット肩部にて固化させ、前記磁性コア5と充填固化させた磁性粉含有樹脂10とで構成した。
なお、本実施の形態では、磁性粉として平均粒径が100μmの鉄紛を用い、樹脂にはエポキシ樹脂を用いて構成した。
こうすることにより、くさび7をスロット肩部8にハンマーで打込むという工程をなくすことが出来、安価に製作することが出来る。
さらに、磁性コア5とスロット肩部8との隙間に磁性粉含有樹脂10を充填固化させ、くさび7を構成することにより、スロット肩部8に隙間無く磁性粉含有くさび7を設けることが出来、インダクタンスの増加が見込める。
また、磁性コア5の断面形状をスロット肩部8の断面形状にきっちり合わせる必要が無いため、磁性コア5の加工精度を下げることが出来、くさび7の製作が安価に行え、しかも従来製品よりも大きなインダクタンスの増加が見込める。
また、本実施の形態では、磁性粉として鉄紛を用いたことにより、透磁率が高く且つ安価な材料でくさびを構成することが出来る。
また、本実施の形態では、樹脂としてエポキシ樹脂を用いたことにより、機械強度と耐薬品強度が高く且つ入手し易い安価な材料でくさびを構成することが出来る。
なお、本実施の形態では、磁性コア5の製作を上述のような方法で行っているが、大量に製作する際は、磁性粉含有樹脂を射出成形により成形することも出来る。
【0010】
次に、本発明の第2の実施の形態を図3を用いて説明する。
図3は本発明の第2の実施形態に係るくさびを用いた電動機の断面図で、固定子形状および巻線等は図1と同様であるため説明を省略する。
第2の実施形態では、巻線6を保護する絶縁紙14をスロット肩部8に設け、更に、磁性粉含有樹脂10を該スロット肩部8に隙間無く充填した後、加熱することで固化させ、くさび7を形成した。本実施の形態では、実施の形態1で示した磁性粉含有樹脂10を用いたため、パテ状になるまでしばらく放置して所望の粘度となった状態で、前記スロット肩部8に指で押込み充填した。
こうすることによりスロット肩部の形状に沿ったくさびを容易に構成でき、安価に製作できる。また、スロット肩部8に隙間無く磁性粉含有くさび7を設けることが出来、インダクタンスの増加が見込める。
【0011】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1記載の発明によれば、電磁鋼板を打抜き積層して形成する固定子のスロット内に電気装荷手段となる巻線を巻回し、かつ前記スロット肩部に磁性くさびを備えて成る電動機において、前記磁性くさびが、前記スロット肩部に挿入された磁性粉含有樹脂製磁性コアと、前記磁性コアと前記スロット肩部のティースとの隙間に充填した磁性粉含有樹脂と、で構成されたことにより、くさびをスロット肩部にハンマーで打込むという従来の不便な工程をなくすことが出来、安価に製作することが出来るようになる。
また、磁性コアの断面形状をスロット肩部の断面形状にきっちり合わせる必要が無いため、磁性コアの加工精度を下げることが出来、くさびの製作が安価に行え、しかも従来製品よりも大きなインダクタンスの増加が見込める。
【0012】
請求項2記載の発明によれば、電磁鋼板を打抜き積層して形成する固定子のスロット内に電気装荷手段となる巻線を巻回し、かつ前記スロット肩部に磁性くさびを備えて成る電動機において、前記磁性くさびを前記スロット肩部に挿入されて固化した磁性粉含有樹脂で構成したことにより、磁性粉含有樹脂製磁性コアの代わりに磁性粉含有樹脂のみを充填固化させてくさびを構成したので、スロット肩部に隙間無く磁性粉含有くさびを設けることが出来、インダクタンスの増加が見込める。
請求項3記載の発明によれば、請求項1又は2記載の磁性くさびを用いた電動機において、前記磁性粉含有樹脂に含有される磁性粉を鉄紛で構成したことにより、透磁率が高く且つ安価な材料でくさびを構成することが出来る。
請求項4記載の発明によれば、請求項1〜3のいずれか1項記載の磁性くさびを用いた電動機において、前記磁性粉含有樹脂の樹脂をエポキシ樹脂で構成したので、機械強度と耐薬品強度が高く且つ入手し易い安価な材料でくさびを構成することが出来る。
請求項5記載の磁性くさびを用いた電動機の製造方法の発明によれば、電磁鋼板を打抜き積層して形成する固定子のスロット内に電気装荷手段となる巻線を巻回し、かつ前記スロット肩部に磁性くさびを備えて成る電動機の製造方法において、該スロット肩部に、磁性粉含有樹脂製磁性コアを挿入し、且つ、該磁性コアをスロット肩部に挿入する際、磁性粉含有樹脂を前記磁性コアとスロット肩部のティースとの隙間に充填する工程と、該充填した磁性粉含有樹脂をスロット肩部にて固化させる工程を有することにより、くさびをスロット肩部にハンマーで打込むという従来の不便な工程をなくすことが出来、安価に製作することが出来るようになる。
また、磁性コアの断面形状をスロット肩部の断面形状にきっちり合わせる必要が無いため、磁性コアの加工精度を下げることが出来、くさびの製作が安価に行える。
【0013】
請求項6記載の磁性くさびを用いた電動機の製造方法の発明によれば、電磁鋼板を打抜き積層して形成する固定子のスロット内に電気装荷手段となる巻線を巻回し、かつ前記スロット肩部に磁性くさびを備えて成る電動機の製造方法において、磁性粉含有樹脂を前記スロット肩部に充填する工程と、該充填した磁性粉含有樹脂を前記スロット肩部にて固化する工程を有することにより、磁性粉含有樹脂のみを充填固化させてくさびを構成したので、スロット肩部の形状に沿ったくさびを容易に構成でき、安価に製作でき、またインダクタンスの増加が見込める。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係るくさびを用いた電動機の断面図である。
【図2】図1の磁性コアの形状を示す斜視図である。
【図3】本発明の第2の実施形態に係るくさびを用いた電動機の断面図である。
【図4】従来公知のくさびを用いた電動機の断面図である。
【図5】図4の公知のくさびの形状を示す斜視図である。
【符号の説明】
1 固定子
2 固定子コア
3 スロット
4 ティース
5 磁性コア
6 巻線
7 くさび
8 スロット肩部
9 テーパ部
10 磁性粉含有樹脂
11 巻線の作る磁束
12 磁性粉含有樹脂層
13 ガラスクロス
14 絶縁紙
Claims (3)
- 電磁鋼板を打抜き積層して形成する固定子のスロット内に電気装荷手段となる巻線を巻回し、かつ前記スロット肩部に磁性くさびを備えて成る電動機であって、
前記磁性くさびが、樹脂にエポキシ樹脂を用いた磁性粉含有樹脂層をガラスクロスに塗布したものを多層に積層固化した板状の母材を前記スロット肩部の幅より若干小さい幅に切り出しかつ前記スロット肩部のテーパ部に沿う形に面取りして前記スロット肩部に挿入された磁性粉含有樹脂製磁性コアと、
前記磁性コアと前記スロット肩部のティースとの隙間に充填固化した、前記ガラスクロスに塗布した磁性粉含有樹脂と同様にエポキシ樹脂を用いた磁性粉含有樹脂と、で構成されたことを特徴とする磁性くさびを用いた電動機。 - 前記磁性粉含有樹脂に含有される磁性粉が鉄紛であることを特徴とする請求項1記載の磁性くさびを用いた電動機。
- 電磁鋼板を打抜き積層して形成する固定子のスロット内に電気装荷手段となる巻線を巻回し、かつ前記スロット肩部に磁性くさびを備えて成る電動機の製造方法において、
樹脂にエポキシ樹脂を用いた磁性粉含有樹脂層をガラスクロス13に塗布したものを多層に積層固化した板状の母材を、スロット肩部の幅より若干小さい幅に切り出す切り出し工程と、
前記切り出し工程後に前記スロット肩部のテーパ部に沿う形に面取りする面取り工程と、
前記面取り工程で面取りされた磁性粉含有樹脂製磁性コアを前記スロット肩部に挿入し、且つ、該磁性コアをスロット肩部に挿入する際、前記ガラスクロスに塗布した磁性粉含有樹脂と同様にエポキシ樹脂を用いた磁性粉含有樹脂を前記磁性コアとスロット肩部のティースとの隙間に充填する工程と、
該充填した磁性粉含有樹脂をスロット肩部にて固化させる工程を有することを特徴とする磁性くさびを用いた電動機の製造方法。
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