JP4485818B2 - 電動機の固定子 - Google Patents

Description

本発明は各種産業機械に用いられる電動機の固定子に関し、特に、絶縁耐力を向上したものである。

従来の電動機の固定子では、特許文献１に記載のように、極歯単位ごとに極方向に分割された積層鉄心と前記積層鉄心の極歯部に直交してほどこした巻線とを備え、前記積層鉄心を所定数量結合して円筒状に形成する際、巻線を整列巻で異相間に最も近い側に中性点を接続し、極歯部に最も近い側に相入力を接続することで絶縁耐量を高くすることができ、より高密度巻線が容易にでき一層の小型，高出力化が図れ、実用上極めて効果のある電動機の固定子とすることができる。
特開平９−２３６００号公報

しかしながら、発明者は鋭意検討および実験を重ねた結果、固定子のスロット内面、すなわち、巻線の巻き始め部分となる第１層目の絶縁耐力が第２層目以降に比較して絶縁耐力が低下するということを見出した。したがって、電動機の定格電圧などを考慮した絶縁耐力の点では、巻線を整列巻で異相間に最も近い側に中性点を接続し、極歯部に最も近い側に相入力を接続することは好ましいことではないとう問題があった。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、全体として絶縁協調が採れた電動機の固定子を提供することを目的とするものである。

第１の発明に係る電動機の固定子は、鋼板が積層されると共に、複数のスロットと該スロット間に極歯部とを有する積層鉄心と、中性点から連続した相入力までの電線を前記極歯部に整列巻で巻回すると共に、ｎ相を有する少なくとも第1各相巻線、第２各相巻線と、該第1各相巻線、第２各相巻線とを有する巻線部と、該巻線部と前記積層鉄心とを絶縁する絶縁部とを備え、一つの前記スロットに前記第１、第２各相巻線を収納すると共に、前記第１各相巻線と前記第２各相巻線との最も近い側に前記相入力が接続され、前記極歯部に最も近い側に前記中性点が接続された、ことを特徴とするものである。

第２の発明に係る電動機の固定子における第１、第２各相巻線は、極歯部に最も近い側の側面に沿って電線が巻回された第1層を形成してあり、前記第1層の上に中性点から相入力側の方向に前記電線が巻回された第２層とを有する、ことを特徴とするものである。

以上のように、第１の発明によれば、積層鉄心に電線を整列巻で各異相巻線間の最も近い側に相入力を、極歯部に最も近い側を中性点に接続したものである。かかる固定子によれば、巻線の絶縁耐力が極歯部に最も近い側で最も低くなるという 発明者の発見に基いて、固定子の巻線が巻回されたものである。したがって、巻線における中性点側の電線被覆に加わる電圧が最も低いので、電線の絶縁耐力が低くても、全体として絶縁協調が採れた電動機の固定子を得ることができるという効果がある。

第２の発明によれば、極歯部に最も近い側の側面に沿って電線を整列巻して第1層を形成してあり、第1層の上に中性点から相入力側に電線を巻回した第２層とを形成したので、第1層が固定子巻線の中性点近傍により形成されるので、第１層を成す電線間に加わる電圧が低い。よって、全体としてより絶縁協調が採れた電動機の固定子を得ることができるという効果がある。

実施の形態１
本発明の一実施の形態を図１乃至図３によって説明する。図１は、一実施の形態を示す電動機の固定子の平面図、図２は図１に示す固定子の部分拡大図、図３は図１に示す電動機の巻線の結線図である。
図１及び図２において、電動機の固定子は、極歯単位ごとに分割されると共に、スロット１０ｓを有する積層鉄心１０と、積層鉄心１０の極歯部１０ｔに形成された絶縁部２０と、電線が極歯部１０ｔに直交して整列巻に巻回されて、一つのスロット１０sに収められた各相巻線３５,３５を有する巻線部３０と、一つのスロット１０sに収められた各相巻線３５,３５、すなわち、第１各相巻線３５と第２各相巻線間３５の絶縁を成す絶縁部材としての絶縁シート４０とを備え、個々に分割された積層鉄心１０に高密度な整列巻線を各電線に示された番号のように巻回が施された後、積層鉄心１０を所定数量結合して円筒状に形成している。

図３において、電動機の固定子の巻線３０はｎ相としての三相のスター結線で、三相交流電源のＵ相、Ｖ相、Ｗ相がそれぞれ接続されるＵ相入力３１Ｕe、Ｖ相入力３１Ｖe、Ｗ相入力３１Ｗeを有しており、各相が複数の各相巻線３５から形成され、巻線の巻始め３１ａが中性点で、巻き終わりがＵ相入力３１Ｕe、Ｖ相入力３１Ｖe、Ｗ相入力３１Ｗeとなるように形成されている。各相巻線３５は、固定子の一スロット１０ｓに収められている。
本実施の形態では、固定子の巻線における第１番目から第６番目までが第1層の巻線を成し、電線巻回の第７番目から第１０番目までが第２層の巻線を成している。

ここで、巻線の巻始め３１ａが中性点で、巻き終わりＵ相入力３１Ｕe、Ｖ相入力３１Ｖe、Ｗ相入力３１Ｗeとなるように形成したのは、図４に示す実験結果に基くものである。まず、図４は、巻線のターン数により絶縁耐力が異なることを示した絶縁耐力特性曲線で、横軸に巻線のターン数、縦軸に絶縁耐力を示し、パラメータとして巻線３０を形成する際の巻線の巻回速度を８０回(min-¹)、１６０回(min-¹)を二度行って、二種類の巻回速度にて実験した。固定子に第１層を１１ターンとして、第２層などを形成して合計７２ターンにより巻線３０を形成した。その後、該巻線３０を巻き戻することにより電線をほどいて、三ターンずつ切断した所定の長さの切断電線を、さらに長さがちょうど同じになるように切断した二つの第１再切断電線、第２再切断電線を重ねて、第１再切断電線、第２再切断電線のそれぞれの絶縁被覆に電圧を加えて絶縁耐電圧を測定したものである。なお、電線そのものの絶縁耐力の値は、１０(KV)である。
図４の実験結果によれば、第一に、巻線３０のターン数が少ない領域では、電線の絶縁耐力が低く、ターン数が所定値を超えると、電線の絶縁耐力が一定になるものである。これは第1層目、すなわち、１１ターンまでの絶縁耐力が低いのは、積層鉄心１０の角部に電線を巻回しながら第１層目を形成する際には、該角部にて電線が衝撃を受けながら巻回するために電線に機械的なストレスが加わる。このため、電線の絶縁耐力が低下するものと推定される。さらに、第２層目、すなわち、１２ターン以上において電線の絶縁耐力が向上するのは、巻線３０の第１層目の形成により、第1層目の電線の上から電線を巻回するので、第２層目以降における電線の巻回の衝撃が、第1層目を形成する電線よりも緩和される。よって、第２層目以降の電線の絶縁耐力が減少するものと推定される。
第二に、巻線３０を形成する巻回速度により電線の絶縁耐力が異なることで、電線の巻回速度を遅くすると、電線の絶縁耐力が向上し、逆に電線の巻回速度を速くすると、電線の絶縁耐力が低下することにある。これは、巻線の巻回速度が速いと、電線に加わる衝撃が大きくなるから電線の絶縁耐力が低下すると、推定される。

実施の形態２.
本発明の他の実施の形態を図５によって説明する。本実施の形態は、図４に示した実験結果に基いて巻線を形成する際における、電線の巻回速度は第１層目を形成する時には低くし、第２層目以降を高くすることにより巻線の巻始めから巻終わりまでの電線の絶縁耐力をほぼ一定に維持しつつ、巻線を形成する巻回時間を長くしないようにしたものである。
図５において巻線装置は、巻線の巻始めが中性点で、六回巻回して第１層を形成したことを、サーボ電動機１０１に結合されたエンコーダ１０３の位置検出信号により検出して、第１層よりも七回以降の巻回の巻回速度、ノズルの周回速度を上昇するように形成されている。ノズルの周回速度は好ましくは第１層を形成する際の第１速度とすると、第２層以降が第１速度よりも２倍程度高く設定されている。

上記のように構成された巻線装置を用いて電動機の固定子を製造する方法について図１乃至図５によって説明する。まず、固定子の極歯部１０ｔに最も近い側の側面に沿って、ノズルが第１速度として８０で巻回するようにサーボ電動機１０１を回転しながら1番目から６番目による巻回で第1層を形成したことをサーボ電動機１０１に結合されたエンコーダ１０３の位置検出信号から検出して後、第1層の上に中性点から相入力側に巻回された第７番目から第１０番目による巻回で第２層を第１速度よりも高い第２速度により巻回して固定子を形成する。
したがって、固定子の第１層を形成する電線の絶縁耐力の低下を抑制しつつ電動機の固定子巻線を短時間に形成できる。

上記のように各種産業機器などに用いられる電動機の固定子の用途に適用できる。

一実施の形態を示す一実施の形態を示す電動機の固定子の平面図である。 図１に示す固定子の部分拡大図である。 図１に示す電動機の巻線の結線図である。 図１に示す電動機が巻線のターン数により絶縁耐力が異なることを示した絶縁耐力特性曲線である。 図１に示す巻線の巻回方法を示す固定子の一部を示す平面図である。

符号の説明

１０ 積層鉄心、１０s スロット、１０ｔ 極歯部、３０ 巻線、４０ 絶縁シート。

Claims (2)

1. 鋼板が積層されると共に、複数のスロットと該スロット間に極歯部とを有する積層鉄心と、
   中性点から連続した相入力までの電線を前記極歯部に整列巻で巻回すると共に、三相を有する少なくとも第１各相巻線、第２各相巻線と、
   該第２各相巻線、第２各相巻線とを有する巻線部と、
   該巻線部と前記積層鉄心とを絶縁する絶縁部とを備え、
   一つの前記スロットに前記第１、第２各相巻線を収納すると共に、前記第１各相巻線と前記第２各相巻線との最も近い側に前記相入力が接続され、前記極歯部に最も近い側に前記中性点が接続された、
   ことを特徴とする電動機の固定子。
2. 前記第１、第２各相巻線は、前記極歯部に最も近い側の側面に沿って前記電線が巻回された第１層を形成してあり、前記第１層の上に前記中性点から前記相入力側の方向に前記電線が巻回された第２層とを有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動機の固定子。

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