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電動機の固定子 - 株式会社東芝
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発明の名称 電動機の固定子
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平11−46462
公開日 平成11年(1999)2月16日
出願番号 特願平9−200074
出願日 平成9年(1997)7月25日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】鈴江 武彦 (外6名)
発明者 稲葉 好昭 / 信太 義春 / 川村 清隆
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】回転子が挿通される環状の連結部を介して連結され、外側に向けて放射状にそれぞれ延びる複数の磁極歯を備えた磁極部鉄心と、この磁極部鉄心の外側を囲むように配置され、内周部に上記各磁極歯端部が嵌合される複数の嵌合溝が形成される継鉄鉄心とを具備した電動機の固定子において、上記磁極歯端部および、この磁極歯端部が嵌合される嵌合溝は、その両側部が凹凸状に形成されることを特徴とする電動機の固定子。
【請求項2】上記磁極歯端部と嵌合溝の両側部は、磁極歯端部先端面と所定間隔を存して並行に引かれた線分上の一点を頂点とする線対称の楔状に形成されることを特徴とする請求項1記載の電動機の固定子。
【請求項3】回転子が挿通される環状の連結部を介して連結され、外側に向けて放射状にそれぞれ延びる複数の磁極歯を備えた磁極部鉄心と、この磁極部鉄心の外側を囲むように配置され、内周部に上記各磁極歯端部が嵌合される複数の嵌合溝が形成され、かつ外周部に平坦部が設けられる継鉄鉄心とを具備した電動機の固定子において、上記磁極部鉄心を構成する磁極歯で、その先端面が上記継鉄鉄心の平坦部に対向する磁極歯は、平坦部に対して垂直に配置されるとともに、この磁極歯の全長は、他の平坦部に対向しない磁極歯の全長よりも短く形成されることを特徴とする電動機の固定子。
【請求項4】上記磁極歯端部先端面と平坦部との間隔および、平坦部と対向しない磁極歯端部先端面と継鉄鉄心外周面との間隔は、互いにほぼ同一としたことを特徴とする請求項3記載の電動機の固定子。
【請求項5】回転子が挿通される環状の連結部を介して連結され、外側に向けて放射状にそれぞれ延びる複数の磁極歯を備えた磁極部鉄心と、この磁極部鉄心の外側を囲むように配置され、内周部に上記各磁極歯端部が嵌合される複数の嵌合溝が形成され、かつ外周部に平坦部が設けられる継鉄鉄心とを具備した電動機の固定子において、上記継鉄鉄心の平坦部は、上記磁極部鉄心を構成する磁極歯と同数設けられ、かつ全ての平坦部は磁極歯端部先端面と対向する位置に設けられることを特徴とする電動機の固定子。
【請求項6】上記磁極歯端部先端面と上記嵌合溝端面との間に、溝部が設けられることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の電動機の固定子。
【請求項7】上記平坦部と上記磁極歯先端面との間に、継鉄鉄心積層結束用の突起部が設けられることを特徴とする請求項5記載の電動機の固定子。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電動機の固定子に関する。
【0002】
【従来の技術】図7は、従来より用いられる電動機の平面視の図である。この電動機は、たとえば中心軸をなす回転軸Sを介して圧縮機構部に連結され、この圧縮機構部を駆動する密閉型圧縮機に用いられる。
【0003】上記電動機は、回転軸Sに一体に取付けられる回転子Aと、この回転子Aの外周面と狭小の間隙を存して配置され、たとえば密閉型圧縮機を構成する密閉ケースに取付けられる固定子Bからなる。
【0004】上記固定子Bは、図9にも示すように、回転子Aが挿通される環状の連結部aを介して連結され、外側に向けて放射状にそれぞれ延びる複数の磁極歯b…を備えた磁極部鉄心cと、この磁極部鉄心cの外側を囲むように配置され、内周部に上記各磁極歯端部b1 が嵌合される複数の嵌合溝dが形成される継鉄鉄心eとから構成される。
【0005】そして、図8に示すように、ここでは上記磁極歯bと同数の巻線fが巻装されたボビンgが用意され、これらボビンgが各磁極歯bに掛合固定される。すなわち、ボビンgは枠状に形成されて、この外周面に巻線eが巻装され、内周開口部が磁極歯bに介挿されることになる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このような電動機の固定子Bであるが、以下のような問題があった。
1.図10に示すように、磁極部鉄心cを構成する磁極歯端部b1 を継鉄鉄心eに設けられる嵌合溝dに嵌合する際、磁極歯端部先端面b2 において反方向にF1=F2なる反発力が生じる。このとき、磁極歯bを連結する環状の連結部aの強度が弱ければ、磁極歯bが内径側へ押されて連結部aが同方向に変形し、磁極歯bと嵌合溝cとの間にギャップが生じてしまう。
【0007】逆に、継鉄鉄心eが強度的に弱ければ、継鉄鉄心eが外径側へ膨出して、密閉ケースに固定子Bを焼きバメあるいは圧入により取付け固定する際に不良が発生する。したがって、各部品要素の強度の設定が極めて難しい。
【0008】2.図11に示すように、圧縮機の機種によっては、密閉ケースと固定子Bとの間に冷媒の流通路を確保するため、継鉄鉄心eの外周部を切削してなる平坦部hが設けられる。そして、磁極歯端部先端面b2 が平坦部hに対向することの有無にかかわらず、嵌合溝dと磁極歯端部b1 との嵌合長さmは全て同一寸法に設定されている。
【0009】したがって、平坦部hと磁極歯端部先端面b2 との間隔n1 は、平坦部hと対向しない磁極歯端部先端面b2 と継鉄鉄心e外周面との間隔n2 よりも小(n1<n2 )となっているため、固定子Bを圧縮機の密閉ケースに焼バメあるいは圧入により取付け固定する際に継鉄鉄心eの各部に加わる力が均一でなくなる。そのため、局部的応力が集中し、特に、その長さが短いn2 の部分において変形する恐れがあり、磁極歯bの連結部aが変形し、上記回転子Aとのギャップ不良が生じる。
【0010】3.継鉄鉄心eの材料取りを優先するため、平坦部hの位置は磁極歯b数と無関係に定められている。そのため、各磁極歯bと継鉄鉄心eの外形形状との関係が同じとならず、継鉄鉄心eに形成される磁路幅n1 ないしn4 が各部において相違する。
【0011】その結果、図12に示すように、継鉄鉄心eの各部において磁束pの流れが均一でなくなり、磁束密度が部分的にアンバランスになって電動機特性の低下をきたす。
【0012】4.上記固定子Bを構成する継鉄鉄心eと磁極部鉄心cとは、板状の電磁鋼板を打ち抜いたものをそれぞれ積層して形成される。そのため、継鉄鉄心eには図11および図12に示すように、積層結束用の突起部iが平坦部hの両側部に対向して設けられている。
【0013】これは、積層時に突起部iの部分が外側に変形しても、固定子Bを圧縮機の密閉ケースに焼きバメあるいは圧入により取付け固定する際に影響が出ないようにするためであるが、この突起部iが設けられる部位は、継鉄鉄心e上の磁束が多く通る場所であり、したがって磁束の流れが歪んで電動機特性が低下する悪影響を及ぼしている。
【0014】本発明は上記事情に鑑みなされたもので、第1の目的とするところは、継鉄鉄心の嵌合溝に磁極部鉄心を構成する磁極歯端部を嵌合する際の、磁極部鉄心連結部と継鉄鉄心の変形を防止して、高精度の組立ておよび信頼性の向上を図った電動機の固定子を提供しようとするものである。
【0015】第2の目的とするところは、継鉄鉄心外周部に平坦部を備えることを前提として、第1の目的に加えて平坦部の変形を防止して、高精度の組立てと信頼性の向上を図った電動機の固定子を提供しようとするものである。
【0016】第3の目的とするところは、継鉄鉄心外周部に平坦部を備えることを前提として、第2の目的に加えて、各磁路における磁束の流れを均一に、かつより多く磁束が流れるようにして電動機特性の向上を図った電動機の固定子を提供しようとするものである。
【0017】第4の目的とするところは、継鉄鉄心外周部に平坦部と、継鉄鉄心積層結束用の突起部を備えることを前提として、第3の目的に加えて、突起部の磁束に対する影響を抑制し、より円滑な磁束の流れをなして、さらなる電動機特性の向上を図った電動機の固定子を提供しようとするものである。
【0018】
【課題を解決するための手段】上記第1の目的を満足するため、請求項1の発明の電動機の固定子は、回転子が挿通される環状の連結部を介して連結され、外側に向けて放射状にそれぞれ延びる複数の磁極歯を備えた磁極部鉄心と、この磁極部鉄心の外側を囲むように配置され、内周部に上記各磁極歯端部が嵌合される複数の嵌合溝が形成される継鉄鉄心とを具備し、上記磁極歯端部および、この磁極歯端部が嵌合される嵌合溝は、その両側部が凹凸状に形成されることを特徴とする。
【0019】上記第2の目的を満足するため、請求項3の発明の電動機の固定子は、回転子が挿通される環状の連結部を介して連結され、外側に向けて放射状にそれぞれ延びる複数の磁極歯を備えた磁極部鉄心と、この磁極部鉄心の外側を囲むように配置され、内周部に上記各磁極歯端部が嵌合される複数の嵌合溝が形成され、かつ外周部に平坦部が設けられる継鉄鉄心とを具備し、上記磁極部鉄心を構成する磁極歯で、その先端面が上記継鉄鉄心の平坦部に対向する磁極歯は、平坦部に対して垂直に配置されるとともに、この磁極歯の全長は、他の平坦部に対向しない磁極歯の全長よりも短く形成されることを特徴とする。
【0020】上記第3の目的を満足するため、請求項5の発明の電動機の固定子は、回転子が挿通される環状の連結部を介して連結され、外側に向けて放射状にそれぞれ延びる複数の磁極歯を備えた磁極部鉄心と、この磁極部鉄心の外側を囲むように配置され、内周部に上記各磁極歯端部が嵌合される複数の嵌合溝が形成され、かつ外周部に平坦部が設けられる継鉄鉄心とを具備し、上記継鉄鉄心の平坦部は、上記磁極部鉄心を構成する磁極歯と同数設けられ、かつ全ての平坦部は磁極歯端部先端面と対向する位置に設けられることを特徴とする。
【0021】上記第4の目的を満足するため、請求項7の発明の電動機の固定子は、上記平坦部と上記磁極歯先端面との間に、継鉄鉄心積層結束用の突起部が設けられることを特徴とする。
【0022】以上の課題を解決する手段を採用することにより、請求項1の発明は、継鉄鉄心の嵌合溝に磁極部鉄心を構成する磁極歯端部を嵌合する際の、磁極部鉄心を構成する連結部と継鉄鉄心の変形を防止する。
【0023】請求項3の発明は、固定子を所定の部位に取付け固定する際の、平坦部と磁極歯端部との変形を防止する。請求項5の発明は、固定子を所定の部位に取付け固定する際の、固定子の局部的な変形を防止し、磁路における磁束の流れを均一に、かつより多く流れるようにする。
【0024】請求項7の発明は、固定子を所定の部位に取付け固定する際の、固定子の局部的な変形を防止し、磁路における磁束の流れを均一に、かつより多く流れるようにするとともに、突起部の磁束の流れに対する影響をなくす。
【0025】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図面にもとづいて説明する。ここに用いられる電動機は、たとえば先に説明したように密閉型圧縮機の圧縮機構部を駆動するためのものであり、基本的には、回転軸に一体に取付けられる回転子と、この回転子の外周面と狭小の間隙を存して配置される固定子からなり、後述する固定子以外は図7および図8において説明したものと同一である。
【0026】図1に示すように、上記固定子1は、内径側に図示しない回転子が挿通される環状の連結部2を介して連結され、外側に向けて放射状にそれぞれ延びる複数の磁極歯3を備えた磁極部鉄心4と、この磁極部鉄心4の外側を囲むように配置され、内周部に上記各磁極歯端部3aが嵌合される複数の嵌合溝5が設けられる継鉄鉄心6とから構成される。(なお、ボビンと巻線は省略する)
図2にも示すように、上記磁極歯端部3aと、この磁極歯端部3aが嵌合される嵌合溝5のそれぞれ両側部には、内側に向かって凹凸状に突出形成される嵌合用凹凸部7a,7bが設けられ、互いに嵌合固着される。
【0027】上記磁極歯端部3aの嵌合用凹凸部7aについて、さらに詳細に説明すると、磁極歯端部3aの先端面3a1 と所定間隔Laを存し、かつ並行に線分jが引かれる。この線分j上で、かつ磁極歯3の両側部3a2 ,3a2 から同一の所定距離の一点を定め、ここから磁極歯端部先端面3a2 両側へ所定の角度で傾斜する切込みk1 が設けられる。この状態で、先端面3a2 が下底辺、上記線分j上の二点間が上底辺、左右の切込みk1 が斜辺となす台形が形成される。
【0028】つぎに、上記切込みk1の切込み角度と同一の角度をもった切込みk2 を磁極歯両側部3a2 に向かって入れる。すなわち、上記線分jを軸として軸心側に折り返し、線分jを対称軸とした状態の切込みk2 が入れられる。したがって、上記線分jから2つの切込みk1 ,k2 の基端をなす側部3a2 間の距離La,Lbは互いに同一である。
【0029】このようにして、磁極歯3の両側部3a2 には磁極歯端部先端面3a1 と所定間隔Laを存して並行に引かれた線分j上の一点を頂点とする線対称の楔状に形成される嵌合用凹凸部7aが設けられる。
【0030】また、上記嵌合溝5において、この両側部には磁極歯両側部3a2 に形成される嵌合用凹凸部7aと形状が一致する嵌合用凹凸部7bが設けられ、磁極歯端部3a1 と嵌合溝5は互いに位置ズレのないよう嵌合固着される。
【0031】しかるに実際には、磁極歯3と嵌合溝5との間に極く微小のクリアランスが存在するよう設定されていて、同図は、そのクリアランスを模式的に示している。すなわち、ここでは磁極歯端部先端面3a1 と嵌合溝5の端部面5a1 とのクリアランスKaは、楔状の嵌合用凹凸部7a,7bが設けられる磁極歯3と嵌合溝5とのクリアランスKbよりも大(Ka>Kb)に形成される。
【0032】しかして、固定子1を成形するため、それぞれの磁極歯3に図示しない巻線を巻装したボビンを挿入したあと、磁極部鉄心4を継鉄鉄心6に組み込む。すなわち、連結部2で連結された磁極歯3の端部3aを継鉄鉄心6に設けられる嵌合溝5に嵌合する。
【0033】このとき、磁極歯端部先端面3a1 において反方向にF1=F2なる反発力が生じるが、磁極歯3と嵌合溝5の両側部に線対称の楔状に形成された嵌合用凹凸部7a,7bが設けられているから、反発力F1,F2を受けた線分の両側では均一な状態でその作用を打ち消す。
【0034】すなわち、内径側である磁極部鉄心4の連結部2の突出変形や、外径側である継鉄鉄心6の膨出変形を確実に防止できる。組立てられた固定子1を密閉ケースに取付け固定するのに何らの問題もないばかりか、この内径側に配置される回転子とのギャップが均一に保持される。
【0035】上記磁極歯端部先端面3a1 と、上記嵌合溝端部面5a1 とのクリアランスKaを、嵌合用凹凸部7a,7bが設けられたクリアランスKbよりも大に形成したから、磁極部鉄心4は主に嵌合用凹凸部7a,7bで嵌合固着される。したがって、径方向への力はさほど働かずにすみ、連結部2や継鉄鉄心6の変形がより確実に防止される。
【0036】なお上記実施の形態では、磁極歯3と嵌合溝5の両側部に内側に突出する楔状の嵌合用凹凸部7a,7bを設けたが、この形状に限定されるものではない。たとえば、鋸波状、パルス状、あるいは半円状であってもよい。逆に、同様の形状で、外側に突出形成される嵌合用凹凸部であってもよく、要は反発力による変形を防止できる形状であればよい。さらには、距離LaとLbを互いに同一としたが、それぞれ異なる距離としてもよい。
【0037】また、上記固定子は、以下に述べるような変形実施が可能である。なお、上述の構成部品と同一の部品については、同番号を付して新たな説明は省略する。図3に示すように、圧縮機の密閉ケースとの間に冷媒の流通路を形成するとの理由で、継鉄鉄心6Aの外周部に複数の平坦部8が設けられる。磁極部鉄心4Aは、連結部2と後述する磁極歯3,3Aとから構成される。
【0038】ここでは、平坦部8に対向する位置にある磁極歯3Aは、平坦部8面に対して垂直に配置されるとともに、この磁極歯3Aの全長Qaは、他の平坦部8に対向しない磁極歯3の全長Qbより(Qa<Qb)も短く形成される。
【0039】実際には、平坦部8に対向する磁極歯3Aの端部長さと、この端部が嵌合する嵌合溝5aの深さ寸法maは、平坦部8に対向しない磁極歯端部長さと、この端部が嵌合する嵌合溝5の深さ寸法mbよりも短く(ma<mb)形成される。
【0040】したがって、相対的に平坦部8と磁極歯3A端部との間隔naは、平坦部8以外の継鉄鉄心6A外周部と磁極歯3端部先端面との間隔nbとほぼ等しく(na=nb)なる。
【0041】そのため、継鉄鉄心6Aは平坦部8とそれ以外の部分において、磁極歯3,3Aの嵌合部分が均一の強度を保持することとなり、固定子を圧縮機の密閉ケースに焼きバメもしくは圧入する際の、反発力による継鉄鉄心6Aと磁極歯3,3Aを介しての連結部2の変形が防止される。
【0042】図4に示すように、磁極歯3Bの端部先端面3a4 は、その両側部を残して中央部分が所定の曲率をもった円弧状断面に形成される。したがって、磁極歯端部先端面3a4 と嵌合溝端面5a1 との間に溝部10が設けられる。
【0043】あるいは、図示しないが磁極歯端部先端面を直状断面とし、嵌合溝端面の両側部を残して中央部分を所定の曲率をもった円弧状断面に形成して、互いの間に溝部を設けてもよい。
【0044】このように形成することにより、磁極歯端部先端面3a4 と嵌合溝端面5a1との接触面積が少なくなり、よって磁極歯端部3aと嵌合溝5との嵌合時に、磁極歯端部先端面3a4 に働く力が減少して、内径,外径側への力を極力抑えられ、ここでは図示しない磁極部鉄心の連結部や、継鉄鉄心の変形をより確実に防止できる。
【0045】また、溝部10による隙間は磁束Zのほとんど通らない磁極歯端部先端面3a4 の中央部付近のみ形成されているので、磁束Zの有効な流れを妨げることなく、電動機特性の低下を最小限に抑えて、性能・信頼性の向上につなげられる。なお、この形態は、以下に述べる実施の形態の全てにも適用される。
【0046】図5に示すように、上記連結部2とともに磁極部鉄心4Cを構成する磁極歯3Cの端部は矩形状に形成され、同一形状の嵌合溝5cに嵌合固着される。なお、これら磁極歯3C端部と嵌合溝5は、その両側部が先に説明したような嵌合用凹凸部であっても何らの支障もない。
【0047】ただし、継鉄鉄心6Cに設けられる平坦部8は、磁極部鉄心4Cを構成する磁極歯3C端部と対向する位置に設けられる。したがって、平坦部8と磁極歯3Cは互いに同数であり、換言すれば、磁極歯3Cの数と継鉄鉄心6Cの多角形数は同一の固定子1Cとなる。
【0048】さらに、継鉄鉄心6Cにおいて全ての平坦部8と磁極歯3C端部との間には、突起部11が設けられている。この突起部11は継鉄鉄心6Cの積層結束用として用いられるものである。
【0049】このように、磁極歯3C数と継鉄鉄心6Cの多角形数を同じとしたので、固定子1Cを密閉ケースに取付け固定する際の外径側から内径側に加わる力を均一に分散させ、局部的に強い力が加わることを防止する。
【0050】たとえ平坦部8が外径側に多少膨出変形したとしても、本来、平坦部8と密閉ケースとの間に隙間を有するために平坦部8を設けたのであるから、固定子1Cを圧縮機密閉ケースに取付け固定する際の支障とはならない。
【0051】磁極歯3C端部先端面と継鉄鉄心平坦部8との間隔xaが全て同一であり、強度的な均一化を図ることができ、さらなる局部的な変形の防止を図れる。特に電動機極数が4極以上になると、継鉄鉄心6Cの幅が短くなるため、磁極歯3C数と継鉄鉄心6Cの多角数を同一にした効果が発揮される。
【0052】また、磁極歯3Cと継鉄鉄心平坦部8とを対向することによって、この対向部分の間隔xaと比較して対向しない部分の継鉄鉄心6Cの幅寸法xbが大(xa>xb)になり、よって継鉄鉄心6Cにおける磁路幅が大きくなって磁束が多く通る。
【0053】図6に示すように、所定の磁極歯3Cの左右の継鉄鉄心6C部分の磁路幅xbが互いに同一となり、磁束が左右に均一に流れるとともに磁束密度が均一となるため、電動機効率が向上する。
【0054】そして、上記継鉄鉄心6Cに設けられる積層結束用の突起部11は、磁極歯3Cから出た磁束Zが左右に分れて継鉄鉄心6Cである磁路に導かれる分岐点に配置されるので、磁束Zの流れを妨げることなく、円滑な流れを保証でき、よって電動機効率の向上に寄与する。
【0055】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、磁極部鉄心と継鉄鉄心とを組み合わせるにあたって、磁極部鉄心を構成する磁極歯の端部を継鉄鉄心に設けられる嵌合溝に嵌合するときの各部の変形を確実に防止して、高精度の組立てをなし、よって電動機特性と信頼性の向上を得るという効果を奏する。




 

 


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