JPH084371B2 - 回転電機の電機子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、巻線用の溝を有するコア板が複数枚積層さ
れてなる電機子を具備する回転電機の電機子に関する。

（従来の技術） 巻線用の溝を有するコア板が複数枚積層されてなる電
機子を有する回転電機では、上記コア板を複数枚積層し
た状態で各コア板をかしめ部分において互いに連結した
状態に積層かしめ固定することによって電機子を形成し
ている。

第８図に示す従来の回転電機の電機子の例では、３個
の放射状のリブ21と、各リブ21の先端の傘状の突極22
と、各突極22間に形成された巻線用の溝24とを有する複
数のコア板が複数枚積層され、この積層された複数枚の
コア板を積層かしめすることによって電機子20が形成さ
れている。第８図において符号25はかしめ部を示してお
り、このかしめ部25は各突極22の中心、即ち各リブ21の
中心に設けられている。符号26は電機子20と一体の回転
軸を示す。

第９図は従来の回転電機の電機子の別の例を示すもの
で、符号30は電機子、31はリブ、32は突極、34は巻線用
溝、35,35はかしめ部、36は回転軸をそれぞれ示す。こ
の例が第８図の例と異なる点は、かしめ部35,35が各突
極32の中央寄りの位置両側に対をなして設けられている
ことである。

第10図は上記第８図の例におけるかしめ部の構造を示
すもので、積層された複数枚のコア板をかしめ部分27に
おいてそれぞれのコア板が互いに連結された状態にかし
め固定するものである。

（発明が解決しようとする課題） 従来の回転電機の電機子によれば、磁束変化の大きい
位置にかしめ部が設けられているため、磁気損失が大き
くなり、電流が増大して効率が低下するという問題があ
る。以下、その理由を詳細に説明する。

コア板の材料として、表面に絶縁処理した電磁鋼板が
用いられる。この電磁鋼板は鉄損の少ない優れた鉄心用
材料であるが、第８図、第９図に示す従来例のように磁
束変化の大きい箇所にかしめ部を設けると、かしめ部周
辺の内部組織に歪みを生じ、鉄損が増加する。

鉄損にはヒステリシス損と渦電流損がある。このうち
ヒステリシス損は、金属材料を磁化するときに描くヒス
テリシスループの内側の面積に相当するものである。第
５図はコア板の材料として用いられる電磁鋼板の磁気特
性を示すもので、それ自体のヒステリシスループの内側
の面積は小さく、損失は少ない。しかし、コア板材内部
に歪みが発生すると、第６図に示すようにヒステリシス
ループの内側の面積が増大し、ヒステリシス損が増加す
る。

一方、渦電流損は、磁束が変化すると電圧が発生し、
この電圧によって渦電流が発生してこれが損失となるも
のである。磁束変化によって発生する電圧Ｅは Ｅ＝−ｄΦ/dt で表される。いま、モータの渦電流損について考える
と、第７図に矢印で示すように、磁束Φは電機子20のリ
ブ21方向に大きく変化し、これにより、第７図に円Ecで
示すように、積層されたコア板を横切るようにして渦電
流が発生する。そこで、コア材の表面を絶縁処理して積
層コア板間の渦電流を少なくしている。ところが、第８
図、第９図に示すように積層コア板相互間をかしめる
と、かしめ部において積層コア相互間が短絡されて電気
抵抗が減少し、渦電流が増大して損失が増加する。

以上述べたヒステリシス損にせよ、渦電流損にせよ、
磁束が変化することによって発生するものであり、その
変化が大きければ大きいほど大きくなる。また、上記の
ように、積層コアのかしめ部は、ヒステリシス損と渦電
流損の両方を発生させる原因となるため、なるべく磁束
変化の少ない位置にかしめ部を設けた方が鉄損は少なく
なる。

しかるに、従来の電機子では、第８図、第９図につい
て説明したとおり、突極の中心又は中心寄りの両側の磁
束変化の大きい位置に設けられているため、ヒステリシ
ス損と渦電流損が大きくなり鉄損も増加するという問題
がある。

本発明は、かかる従来技術の問題点を解消するために
なされたもので、鉄損を減少させ、電流の増加を防止し
て、効率の向上を図った回転電機の電機子を提供するこ
とを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明は、複数の突極及びこの突極間に形成された巻
線用の溝を有するコア板が複数枚積層されかしめられて
なる電機子と、偶数極に着磁された永久磁石界磁とを備
え、この永久磁石界磁の内周面に上記電機子の外周面が
対向して配設されると共に、界磁と電機子のうち何れか
一方が他方に対して回転する回転電機において、上記電
機子は、上記突極よりも半径方向内側の磁束変化の少な
い位置であって磁束変化により発生するヒステリシス損
失及び渦電流損失が少ない位置に複数の突出部を有し、
上記複数の突出部に上記かしめ部が設けられていること
を特徴とする。突出部は、電機子の巻線用の溝に連通す
る巻線空間の一部に形成された三角形状の巻線ガイド部
であってもよく、電機子の各突極の周方向両端部に半径
方向内側に突出して形成されたものであっもよく、ま
た、電機子のコア板に、各リブを連結する基部よりも内
周側に円形の空間を設け、この空間内に複数の突出部を
形成してもよい。

電機子の各突極の周方向両端には半径方向内側に突出
する部位を形成し、この部位にかしめ部を設けてもよ
い。また、電機子のコア板を、各リブを連結する基部よ
りも内周側に円形の空間を有するように形成し、この空
間内に複数の突出部を形成し、この突出部にかしめ部を
設けてもよい。

（作用） コア板のかしめ部で内部組織が歪み、コア板相互の電
気抵抗が低下するが、かしめ部は界磁と対向する電機子
の突極よりも半径方向内側に位置し、かつヒステリシス
損失及び励磁により発生する渦電流損失が少ない位置に
あるため、ヒステリシス損と渦電流損は少なくなる。

巻線空間の一部に形成した三角形状の巻線ガイド部も
磁束変化が少ないため、この巻線ガイド部にかしめ部を
設けた場合もヒステリシス損と渦電流損が少なくなる。
また、電機子の各突極の周方向両端に、半径方向内側に
突出する部位を形成し、この部位にかしめ部を設けた場
合、及び電機子のコア板を、各リブを連結する基部より
も内周側に円形の空間を有するように形成し、この空間
内に複数の突出部を形成し、この突出部にかしめ部を設
けた場合でもヒステリシス損と渦電流が損が少なくな
る。

（実施例） 以下、本発明にかかる回転電機の電機子の実施例につ
いて説明する。

まず、本発明にかかる電機子を適用した回転電機の例
を第１図について説明する。第１図において、有底円筒
状ケース１の開放端部には端板２が固定されており、ケ
ース１の底部中心と端板２の中心に嵌められた軸受11,1
2によって回転軸３が回転自在に支持されている。回転
軸３には複数枚のコア板を積層し、かつ、かしめによっ
て一体化してなる電機子４が固着されている。電機子４
を構成する複数枚のコア板は、複数の突極とこの突極間
に形成された巻線用の溝を有し、この巻線用溝に巻線10
が巻回されている。ケース１の内周面には永久磁石界磁
９が固定されている。永久磁石界磁９は周方向に偶数極
に着磁されている。永久磁石界磁９の内周面と電機子４
の各突極の外周面はその間に適宜の空間をおいて対向し
ている。回転軸３には整流子７が固着されており、端板
２の内面に基部が固定されたブラシ８の先端部が整流子
７に摺接している。

上記回転電機がモータの場合は、ブラシ８と整流子７
を通じて各巻線10へ通電され、また、回転位置に応じて
通電が切り換えられることにより、電機子４及び回転軸
３が回転駆動される。また、上記回転電機が発電機の場
合は、回転軸３を回転駆動して電機子４を回転させるこ
とにより、巻線10に電圧が誘起され、整流子７とブラシ
８を通じて直流出力を得ることができる。

なお、第１図の例では永久磁石界磁９が固定で電機子
４側が回転するようになっているが、電機子４が固定で
永久磁石界磁９が回転するものであってもよい。

次に、上記回転電機における電機子及び永久磁石界磁
の具体例を第２図によって説明する。第２図において、
永久磁石界磁９は円筒状に形成されると共に、周方向に
２局に着磁されている。これに対して電機子４は、回転
軸３を中心として放射状に３個のリブ4aを有し、かつ、
各リブ4aの先端に傘状の突極4bを有してなるコア板が複
数枚積層されてなる。上記各突極4bの外周面は、永久磁
石界磁９の内周面と同心の部分円弧状に形成されてい
る。電機子４を構成する上記各コア板はまた、各突極4b
間に巻線用の溝4cを有すると共に、各リブ4a間に巻線空
間4dを有している。巻線空間4dは巻線用の溝4cに連通し
ている。各リブ4aの基部の両側からは巻線ガイド部4eが
巻線空間4dに突出している。巻線ガイド部4eは相隣接す
るリブ4a間から巻線空間4dに三角形状に突出し、各リブ
4aの両側の巻線ガイド部4eの縁部は各リブ4aに対して直
角方向に突出している。

各リブ4aにはその両側の巻線空間4dを利用して第１図
に符号10で示すような巻線が施される。巻線10を施す際
に、リブ4aの両側の巻線ガイド部4eの縁部がガイドとな
って巻線範囲の一端を規制する。電機子４の巻線によっ
て発生する磁束及び永久磁石界磁９によって発生する磁
束の大半は電機子４のリブ4aと突極4bの中心部を通り、
これらの部位における磁束変化は大きい。これに対して
巻線ガイド部4eを通る磁束は少なく、よって、この部位
の磁束変化は少ない。そこで、磁束変化の少ない巻線ガ
イド部4eに、積層された複数枚のコア板を一体にかしめ
るためのかしめ部4fが設けられている。かしめ部4f自体
の構造は、従来のように各コア板をかしめ部分において
互いに連結した状態に積層かしめ固定した構造のもので
よい。

上記実施例によれば、かしめ部4fを設けることによ
り、その部分で内部組織の歪みが発生し、また、その部
分で電気抵抗が低下するが、かしめ部4fは永久磁石界磁
９と対向する電機子４の突極4bよりも半径方向内側に位
置し、かつヒステリシス損失及び励磁により発生する渦
電流損失が少ない位置に設けられているので、ヒステリ
シス損の増大が防止され、また、渦電流も抑制されて渦
電流損の増大も防止されるため、磁気損失を低く抑える
ことができ、電流が増大するのを防止して効率の高い回
転電機を提供することができる。また、巻線ガイド部4e
は巻線空間に三角形状に突出して形成されているため、
巻線の際にその縁部がガイドとなって巻線範囲を規制す
ると共に、巻線崩れを防止して巻線量を増加させること
ができる。

次に、本発明にかかる電機子の各種変形例について説
明する。

第３図に示す実施例は、積層された複数枚のコア板に
３個のリブ5aを放射状に形成し、各リブ5aの先端にそれ
ぞれ傘状の突極5bを形成すると共に、各突極5bの周方向
両端に、半径方向内側に突出するようにして各コア板を
一体化するための突出部を形成し、この突出部にかしめ
部5fを形成して電機子５を形成したものである。符号5c
は巻線用溝を、5dは巻線空間をそれぞれ示す。この実施
例の場合も第２図の実施例と同様に第１図に示す回転電
機の電機子として適用可能である。

上記実施例の場合も、突極5bよりも半径方向内側に位
置し、かつヒステリシス損失及び励磁により発生する渦
電流損失が少ない位置である各突極5bの両端部にかしめ
部5fが設けられているため、ヒステリシス損と渦電流損
が少なくなり、電流が増大するのを防止して効率の高い
回転電機を提供することができる。

第４図に示す実施例は、ブラシレスモータの電機子に
本発明を適用したものである。第４図において、電機子
６は、放射状に形成された多数のリブ6aと、各リブ6aの
先端に傘状に形成された突極6bとが形成された複数枚の
コア板を積層してなる。コア板は各リブ6aを連結する基
部6gよりも内周側に円形の空間を有し、この内周側の空
間には適宜数の突出部6eが形成されている。この突出部
6eは界磁及び電機子の双方から磁束変化が少ない部位で
あり、この部位に、積層された各コア板を一体化するた
めのかしめ部6fが設けられている。符号6cは巻線用の
溝、6dは巻線空間をそれぞれ示す。

この実施例の場合も、突極5bよりも半径方向内側に位
置し、かつヒステリシス損失及び励磁により発生する渦
電流損失が少ない位置である電機子６の内周側の突出部
6eにかしめ部6fが設けられているため、ヒステリシス損
と渦電流損が少なくなり、電流が増大するのを防止して
効率の高い回転電機を提供することができる。

なお、本発明は、複数のコア板をかしめにより一体化
して電機子を構成するものであれば総ての回転電機に適
用可能である。従って、永久磁石界磁の極数や電機子の
突極数は適宜設定してよく、例えば、４−６構造、その
他多極構造としてもよい。また、ブラシ付きモータでも
ブラシレスモータでもよく、モータに限らず発電機であ
ってもよい。

（発明の効果） 本発明によれば、複数の突極及びこの突極間に形成さ
れた巻線用の溝を有するコア板が複数枚積層されかしめ
られてなる電機子と、偶数極に着磁された永久磁石界磁
とを備え、この永久磁石界磁の内周面に上記電機子の外
周面が対向して配設されると共に、界磁と電機子のうち
何れか一方が他方に対して回転する回転電機において、
上記電機子は、上記突極よりも半径方向内側の磁束変化
の少ない位置であって磁束変化により発生するヒステリ
シス損失及び渦電流損失が少ない位置に複数の突出部を
有し、上記複数の突出部に上記かしめ部が設けられてい
るため、ヒステリシス損の増大が防止されると共に、渦
電流の抑制により渦電流損の増大も防止され、もって、
磁気損失が低く抑えられると共に、電流の増大が防止さ
れて効率の高い回転電機を提供することができる。ま
た、請求項２記載の発明のように電機子の巻線用の溝に
連通する巻線空間の一部に三角形状の巻線ガイド部を形
成し、この巻線ガイド部にコア位置のかしめ部を設ける
ことにより、かしめ部が巻線の際に邪魔にならないし、
巻線の際に巻線ガイド部の縁部がガイドとなって巻線範
囲を規制すると共に、巻線崩れを防止して巻線量を増加
させることができる。また、本発明は、永久磁石界磁の
ない周面に電機子の外周面が対向している形式の回転電
機において、磁束の通路に関係のない電機子の突極の半
径方向内側、すなわち回転電機として関係のないデッド
スペースに突出部を設け、この突出部にかしめ部を設け
るという構成上の特徴があり、これにより、突出部及び
かしめ部を設けることによる回転電機の体格の増大を防
止することができる利点がある。さらに、コア板がかし
められると、コア板の内部組織が歪み、この歪んだ部分
が磁路になっていると磁路に影響が及びことになるが、
本発明では、電機子の突極よりも半径方向内側の磁路に
影響のない位置に突出部を設け、この突出部にかしめ部
を設けているため、かしめ部が磁路に影響を与えないと
いう利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用可能な回転電機の例を示す断面正
面図、第２図は本発明にかかる回転電機の電機子の実施
例を示す平面図、第３図は本発明にかかる回転電機の電
機子の別の実施例を示す平面図、第４図は本発明にかか
る回転電機の電機子のさらに別の実施例を示す平面図、
第５図は電機子コア材料である電磁鋼板の磁気特性を示
すヒステリシス線図、第６図は同上電機子コア材料に歪
みが発生した場合の磁気特性を示すヒステリシス線図、
第７図は電機子に渦電流が発生する原理を説明するため
の斜視図、第８図は従来の回転電機の電機子の例を示す
平面図、第９図は従来の回転電機の電機子の別の例を示
す平面図、第10図は第８図に示す従来例のかしめ部の構
造を示す断面図である。 4,5,6……電機子、4b,5b,6b……突極、4c,5c,6c……巻
線用の溝、4d,5d,6d……巻線空間、4e……巻線ガイド
部、4f,5f,6f……かしめ部、９……永久磁石界磁。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の突極及びこの突極間に形成された巻
   線用の溝を有するコア板が複数枚積層されかしめられて
   なる電機子と、偶数極に着磁された永久磁石界磁とを備
   え、この永久磁石界磁の内周面に上記電機子の外周面が
   対向して配設されると共に、界磁と電機子のうち何れか
   一方が他方に対して回転する回転電機において、 上記電機子は、上記突極よりも半径方向内側の磁束変化
   の少ない位置であって磁束変化により発生するヒステリ
   シス損失及び渦電流損失が少ない位置に複数の突出部を
   有し、 上記複数の突出部に上記かしめ部が設けられていること
   を特徴とする回転電機の電機子。
2. 【請求項２】突出部は、電機子の巻線用の溝に連通する
   巻線空間の一部に形成された三角形状の巻線ガイド部か
   らなり、この巻線ガイド部にコア板のかしめ部が設けら
   れていることを特徴とする請求項１記載の回転電機の電
   機子。
3. 【請求項３】突出部は、電機子の各突極の周方向両端部
   に半径方向内側に突出して形成され、この部位にかしめ
   部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の回
   転電機の電機子。
4. 【請求項４】電機子のコア板は、各リブを連結する基部
   よりも内周側に円形の空間を有し、この空間内に複数の
   突出部が形成され、この突出部にかしめ部が設けられて
   いることを特徴とする請求項１記載の回転電機の電機
   子。