(57)【要約】【課題】交流回転電機の回路インダクタンスを容易に増加させる。【解決手段】回転電機は、回転軸周りを回転する略中空円筒状の回転子１１と、回転子１１の中空部内を貫通するように配置された略円筒形状で、外周面に回転軸方向に延びる複数の固定子スロット２９が形成されて、静止固定された固定子鉄心２１と、を有する。各固定子スロット２９内には、回転軸方向に延びたコイル３１、３２と、回転軸方向に延びて固定子スロット２９内でコイル３１、３２よりも固定子スロット２９の開口側に嵌め込まれた非磁性スロット楔４１と、回転軸方向に延びてコイルに接するように挿入されて磁性を備えたスペーサ５１と、を有する。【選択図】図１
2010081715.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を回転中心とする略円筒状の回転子と、
前記回転軸方向に延びて前記回転子を取り囲むように形成された中空部を有する略円筒形状で、前記回転軸方向に延びる複数の固定子スロットが前記中空部の内周側面に形成されて、静止固定された固定子鉄心と、
前記各固定子スロット内に配置されて前記回転軸方向に延びたコイルと、
前記回転軸方向に延びて、前記固定子スロット内で前記コイルよりも前記固定子スロットの開口側に嵌め込まれるように取り付けられた非磁性スロット楔と、
前記回転軸方向に延びて、前記固定子スロット内の前記コイルに接するように挿入されて磁性を備えたスペーサと、
を有することを特徴とする回転電機。
【請求項２】
回転軸周りを回転する略中空円筒状の回転子と、
前記回転子の中空部内を貫通するように配置された略円筒形状で、外周側面に前記回転軸方向に延びる複数の固定子スロットが形成されて、静止固定された固定子鉄心と、
前記各固定子スロット内に配置されて前記回転軸方向に延びたコイルと、
前記回転軸方向に延びて、前記固定子スロット内で前記コイルよりも前記固定子スロットの開口側に嵌め込まれるように取り付けられた非磁性スロット楔と、
前記回転軸方向に延びて、前記固定子スロット内の前記コイルに接するように挿入されて磁性を備えたスペーサと、
を有すること特徴とする回転電機。
【請求項３】
前記スペーサは、前記非磁性スロット楔およびコイルの間に挿入された楔下スペーサを含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記コイルは、前記固定子スロット内の底側に配置された第１コイルと、前記固定子スロット内で前記第１コイルよりも開口側に配置された第２コイルとを含み、
前記スペーサは、前記第１コイルおよび第２コイルの間に挿入されたコイル間スペーサを含むこと、
を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項５】
前記回転軸周りに配置された中空円筒状で、前記回転軸方向に延びる複数の電機子スロットが外周面および前記中空部の内周面の少なくとも一方の面に形成された電機子と、
前記各電機子スロット内に配置されて前記回転軸方向に延びたコイルと、
前記回転軸方向に延びて、前記電機子スロット内で前記コイルよりも前記電機子スロットの開口側に嵌め込まれるように取り付けられた非磁性スロット楔と、
前記回転軸方向に延びて、前記電機子スロット内の前記コイルに接するように挿入されて磁性を備えたスペーサと、
を有することを特徴とする回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スロットが形成された電機子を有する回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
インバータ装置を用いて例えば多相交流の回転電機を駆動する場合には、駆動電流に、インバータのスイッチングに起因する高調波電流が発生する。これにより巻線には、基本波電流による損失に加えて、高調波電流に起因する高調波損失が発生する。
【０００３】
この高調波電流による損失を低減するためには、例えば特許文献１に開示されているように、回路インダクタンスを増やして高調波電流を減らす方法が知られている。
【０００４】
この方法では力率は悪化するが、スロットを深くすることやコイル巻回数を増やすことなど、スロット漏れインダクタンスを増加させる設計が行われている。また、インバータ装置と電機子巻線端子の間にリアクトルを直列に挿入することなどが知られている。
【特許文献１】特開平５−９５６４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、高速大容量機、多相電動機、低電圧大電流電動機などインダクタンスを低く設計する必要がある場合には、回転電機の設計によってインダクタンスを増加させるには限界がある。
【０００６】
また、漏れインダクタンスを増加させる方法として磁性のスロット楔を適用する方法があるが、楔の形状に制約が多く、インダクタンスを容易に増加させることができない場合がある。
【０００７】
また、磁性スロットの楔には、電磁力等が作用するので、ゆるみや脱落が発生しやすくなる。これによって、安全性や信頼性が低下するため、高速大容量機、多相電動機、低電圧大電流電動機には、適用できないことがある。
【０００８】
一方、リアクトルを回路に直列に挿入する場合、リアクトルには基本波電流を流す必要がある。このため、装置が大型化してしまい、損失発生および磁気音発生等の原因となる。
【０００９】
本発明は上述した課題を解決するものであり、その目的は、交流回転電機のスロット漏れ磁束を大きくし、回路インダクタンスを容易に増加させることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための本発明に係る回転電機は、回転軸を回転中心とする略円筒状の回転子と、前記回転軸方向に延びて前記回転子を取り囲むように形成された中空部を有する略円筒形状で、前記回転軸方向に延びる複数の固定子スロットが前記中空部の内周側面に形成されて、静止固定された固定子鉄心と、前記各固定子スロット内に配置されて前記回転軸方向に延びたコイルと、前記回転軸方向に延びて、前記固定子スロット内で前記コイルよりも前記固定子スロットの開口側に嵌め込まれるように取り付けられた非磁性スロット楔と、前記回転軸方向に延びて、前記固定子スロット内の前記コイルに接するように挿入されて磁性を備えたスペーサと、を有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る回転電機は、回転軸周りを回転する略中空円筒状の回転子と、前記回転子の中空部内を貫通するように配置された略円筒形状で、外周側面に前記回転軸方向に延びる複数の固定子スロットが形成されて、静止固定された固定子鉄心と、前記各固定子スロット内に配置されて前記回転軸方向に延びたコイルと、前記回転軸方向に延びて、前記固定子スロット内で前記コイルよりも前記固定子スロットの開口側に嵌め込まれるように取り付けられた非磁性スロット楔と、前記回転軸方向に延びて、前記固定子スロット内の前記コイルに接するように挿入されて磁性を備えたスペーサと、を有すること特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る回転電機は、前記回転軸周りに配置された中空円筒状で、前記回転軸方向に延びる複数の電機子スロットが外周面および前記中空部の内周面の少なくとも一方の面に形成された電機子と、前記各電機子スロット内に配置されて前記回転軸方向に延びたコイルと、前記回転軸方向に延びて、前記電機子スロット内で前記コイルよりも前記電機子スロットの開口側に嵌め込まれるように取り付けられた非磁性スロット楔と、前記回転軸方向に延びて、前記電機子スロット内の前記コイルに接するように挿入されて磁性を備えたスペーサと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、交流回転電機のスロット漏れ磁束を大きくし、回路インダクタンスを容易に増加させることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係る回転電機の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１５】
［第１の実施形態］
本発明に係る回転電機の第１の実施形態について、図１〜図３を用いて説明する。図１は、本実施形態の回転電機の固定子の一部を示す部分横断面図である。図２は、図１のコイル間磁性スペーサ５１の外観を示す概略斜視図である。図３は、図１の楔下非磁性スペーサ４２および溝底非磁性スペーサ４３の外観を示す斜視図である。
【００１６】
本実施形態の回転電機は、回転軸を回転中心とする略円筒状のインナ型回転子１１と、このインナ型回転子１１を取り囲むように形成された中空部を具備し回転軸方向に延びた中空円筒形状で、静止固定されたアウタ型固定子鉄心２１とを有し、固定子を電機子とするインナロータ型の回転電機である。
【００１７】
図１に示すように、アウタ型固定子鉄心２１の中空部２３の内周面２２には、回転軸方向に延びる固定子スロット２９が、周方向に互いに間隔をあけて平行に複数形成されている。図１では、１つの固定子スロット２９のみを示している。
【００１８】
これらの複数の固定子スロット２９それぞれには、その内部に回転軸方向に延びた２層のコイル、すなわち固定子スロット２９の溝底側の第１コイル３１と、開口側の第２コイル３２が配置されている。これらの第１コイル３１および第２コイル３２それぞれには、それらの外周を覆う対接地絶縁３５が設けられている。
【００１９】
固定子スロット２９それぞれの内部には、第２コイル３２よりも固定子スロット２９の開口側に回転軸方向に延びた非磁性スロット楔４１が嵌め込まれるように取り付けられている。
【００２０】
第２コイル３２と第１コイル３１との間には、コイル間磁性スペーサ５１が挿入されている。このコイル間磁性スペーサ５１は、図２に示すように、回転軸方向に延びた帯板状で磁性を有している。
【００２１】
コイル間磁性スペーサ５１は、例えば鉄粉等の磁性材料と、例えば非導電性接着剤およびエポキシ系樹脂の非磁性材料と、を混合して成形したものである。また、図２に示す磁性スペーサの板厚ｈ１よりも薄い平板を積層させて固定子スロット２９に挿入してもよい。
【００２２】
非磁性スロット楔４１と第２コイル３２との間には、楔下非磁性スペーサ４２が挿入されている。また、固定子スロット２９の底部と第１コイル３１との間には、溝底非磁性スペーサ４３が挿入されている。これらの楔下非磁性スペーサ４２および溝底非磁性スペーサ４３は、図３に示すように回転軸方向に延びた帯板状で、例えばガラス・ポリエステルの積層板である。図２のコイル間磁性スペーサ５１と同様に、図３に示す楔下非磁性スペーサ４２または溝底非磁性スペーサ４３の板厚ｈ２よりも薄い平板を積層させて挿入してもよい。
【００２３】
この溝底非磁性スペーサ４３は、第１コイル３１と固定子スロット２９の底部を含むスロット壁面とを絶縁する機能と、固定子スロット２９内に第１コイル３１および第２コイル３２が所望の位置に配置させるための寸法調整機能とを有している。
【００２４】
各固定子スロット２９内は、第１コイル３１および第２コイル３２が配置されて、非磁性スロット楔４１、楔下非磁性スペーサ４２、コイル間磁性スペーサ５１、および溝底非磁性スペーサ４３が挿入された後に、エポキシ樹脂等により真空含浸されている。
【００２５】
また、本実施形態の回転電機は、第１および第２コイル３１、３２にインバータ装置等の電力変換装置（図示せず）を接続し、駆動電流を供給できるように構成されている。
【００２６】
多相交流の回転電機のインダクタンスは、固定子スロット２９や回転子に形成されたスロットにおけるスロット漏れ磁束、じくざぐ漏れ磁束、コイルエンド漏れ磁束、相帯間漏れ磁束などの大きさにより決まる。
【００２７】
本実施形態では、主にスロット漏れ磁束を大きくするものである。スロット漏れ磁束は、固定子スロット２９の溝幅および溝深さの寸法と、固定子スロット２９に挿入するコイル、すなわち第１および第２コイル３１、３２の寸法により算定できる。
【００２８】
このため、固定子スロット２９の非磁性スロット楔４１の下と、第１および第２コイル３１、３２の間に磁性体を挿入すると、磁性体の部分には、空気に比べて磁束が通りやすくなりスロット漏れ磁束が増加する。このため、回路インダクタンスが増加する。
【００２９】
また、各スペーサが非磁性スペーサのみで構成された場合に比べ、本実施形態では、巻線インダクタンスは増加する。このため、高調波損失を減らすことができる。
【００３０】
また、非磁性スロット楔４１には電磁力等が作用しないため、緩みや脱落等を抑制可能になる。このため、回転電機の安全性および信頼性が向上する。
【００３１】
さらに、磁性スペーサが挿入されていない回転電機において交流電圧を印加してインダクタンスを測定したときに所望値よりもインダクタンスが小さいと判断された場合には、非磁性スペーサが挿入されていた部分に磁性スペーサを入れ替える。これにより大幅な設計変更をすることなくスロット漏れ磁束を大きくすることができ、回路インダクタンスを増加させることが可能になる。
【００３２】
以上の説明から分かるように本実施形態によれば、大形のリアクトルを追加することなく、交流回転電機のスロット漏れ磁束を大きくし、回路インダクタンスを容易に増加させることが可能になる。
【００３３】
［第２の実施形態］
本発明に係る回転電機の第２の実施形態について、図４を用いて説明する。図４は、本発明に係る第２の実施形態の回転電機の固定子の一部を示す部分横断面図である。なお、本実施形態は、第１の実施形態の変形例であって、第１の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。
【００３４】
本実施形態では、非磁性スロット楔４１および第２コイル３２の間には、楔下磁性スペーサ５２が挿入されている。楔下磁性スペーサ５２は、第１の実施形態で説明したコイル間磁性スペーサ５１と同じ機能を有している。
【００３５】
これにより、第１の実施形態の効果に加えて、スロット漏れインダクタンスをより増加させることが可能になる。
【００３６】
［第３の実施形態］
本発明に係る回転電機の第３の実施形態について、図５を用いて説明する。図５は、本実施形態の回転電機の固定子の一部を示す部分横断面図である。なお、本実施形態は、第１の実施形態の変形例であって、第１の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。
【００３７】
本実施形態では、固定子スロット２９内には、回転軸方向に延びる単層コイル３３が配置されている。この単層コイル３３は、第１の実施形態と同様に、その外側に対接地絶縁３５が設けられている。
【００３８】
非磁性スロット楔４１および単層コイル３３の間には、第３の実施形態と同様に、楔下磁性スペーサ５２が挿入されている。
【００３９】
これにより単層コイル３３の場合においても、第１の実施形態と同様に、スロット漏れインダクタンスを容易に増加させることが可能になる。
【００４０】
［第４の実施形態］
本発明に係る回転電機の第４の実施形態について、図６を用いて説明する。図６は、本発明に係る第４の実施形態の回転電機の固定子の一部を示す部分横断面図である。なお、本実施形態は、第１の実施形態の変形例であって、第１の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。
【００４１】
本実施形態の回転電機は、回転軸周りを回転する略中空円筒状のアウタ型回転子１５と、このアウタ型回転子１５の中空部内を貫通するように配置されて静止固定された略円筒形状のインナ型固定子鉄心２５とを有し、固定子を電機子とするアウタロータ型の回転電機である。
【００４２】
図６に示すように、インナ型固定子鉄心２５の外周面２６には、回転軸方向に延びる固定子スロット２９が、周方向に互いに間隔をあけて複数形成されている。
【００４３】
各固定子スロット２９は、第１の実施形態と同様に、第１コイル３１および第２コイル３２が配置されて、非磁性スロット楔４１、楔下非磁性スペーサ４２、コイル間磁性スペーサ５１、および溝底非磁性スペーサ４３が挿入された後に、エポキシ樹脂等により真空含浸されている。
【００４４】
本実施形態によれば、アウタロータ型回転電機においても、第１の実施形態と同様の効果を得ることが可能になる。
【００４５】
［その他の実施形態］
上記実施形態の説明は、本発明を説明するための例示であって、特許請求の範囲に記載の発明を限定するものではない。また、本発明の各部構成は上記実施形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。
【００４６】
第２および第３の実施形態についてはインナロータ型回転電機について説明したが、これに限らない。アウタロータ型回転電機に用いることも可能である。
【００４７】
また、上記の実施形態では、固定子が電機子となる場合について説明したが、これに限らない。回転子が電機子となる場合においても、電機子となる回転子に形成された複数の電機子スロットに、楔下磁性スペーサ５２等を挿入してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係る第１の実施形態の回転電機の固定子の一部を示す部分横断面図である。
【図２】図１のコイル間磁性スペーサの外観を示す概略斜視図である。
【図３】図１の楔下非磁性スペーサおよび溝底非磁性スペーサの外観を示す斜視図である。
【図４】本発明に係る第２の実施形態の回転電機の固定子の一部を示す部分横断面図である。
【図５】本発明に係る第３の実施形態の回転電機の固定子の一部を示す部分横断面図である。
【図６】本発明に係る第４の実施形態の回転電機の固定子の一部を示す部分横断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１１…インナ型回転子、１５…アウタ型回転子、２１…アウタ型固定子鉄心、２２…内周面、２３…中空部、２５…インナ型固定子鉄心、２６…外周面、２９…固定子スロット、３１…第１コイル、３２…第２コイル、３３…単層コイル、３５…対接地絶縁、４１…非磁性スロット楔、４２…楔下非磁性スペーサ、４３…溝底非磁性スペーサ、５１…コイル間磁性スペーサ、５２…楔下磁性スペーサ
【図１】
2010081715.tif 000003
【図２】
2010081715.tif 000004
【図３】
2010081715.tif 000005
【図４】
2010081715.tif 000006
【図５】
2010081715.tif 000007
【図６】
2010081715.tif 000008