JP2006081262A - 回転電機のアーマチュアおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 四極以上の磁極を備えた回転電機において、アーマチュアの磁気バランスを向上させ、しかも、巻線による巻き太りの防止が図れるように構成する。
【解決手段】 アーマチュアコア６の外周に形成される複数のスロット６ｃのうち、任意のスロット６ｃ間に、周回り方向に隣接する一対の整流子片７ａに導通する巻線９を巻装してコイル１０を形成するにあたり、隣接する一対の整流子片７ｂに導通する巻線９は、各磁極に対向するよう所定の角度間隔を存したスロット間に巻装されて磁極数と同数のコイル１０を直列接続する状態で形成するものとし、かつ、これら各コイル１０は、巻線方向を順巻と逆巻とを交互に繰り返しながら周回り方向に順次巻装される構成とする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、電装品を構成する回転電機のアーマチュアおよびその製造方法の技術分野に属するものである。

一般に、この種回転電機のアーマチュアは、シャフトに外嵌固定されるコアの外周に軸方向に長いスロットが複数形成されており、シャフトの外周面に複数設けられた整流子片の隣接する一対に導通する巻線を、所定間隔を存して位置するスロット間に巻装して、周回り方向に複数のコイルを形成することにより構成されている。そして、回転電機は、前記アーマチュアを、内周面に磁石を固定することで磁極が形成されたヨークに回動自在に支持せしめて構成され、前記整流子片にブラシを介して給電することにより、アーマチュアシャフトが回転駆動するように構成されている。このような回転電機において、一対の整流子片に導通される巻線は、従来、任意の一箇所のスロット間に巻装されている。このため、整流子片とブラシとの当接関係にズレが生じ、各ブラシ同士のあいだで隣接する整流子片に移行するタイミングがずれたような場合では、各コイルの励磁バランスが崩れてしまい、振動や異音の発生の要因となるという問題があり、特に、高電圧で回転電機を駆動させた場合では、前記振動や異音の発生が顕著になり、改善が望まれている。

この改善策として、一対の整流子片に導通する巻線を、径方向に対向するスロット間に直列接続する関係で巻装するようにして、磁気バランスの崩れを低減させるようにすることが提唱されている。
特開２００２−３０５８６１号公報

ところが、前記従来のものは、任意の整流子片から引き出された巻線を、予め設定される第一のスロット間に例えばＮ回巻装して第一コイルを形成し、その後、第一のスロット間と径方向に対向する第二のスロット間に巻線をＮ回巻装して第二コイルを形成し、その後、前記整流子片に隣接する整流子片に導通させる構成となっている。このため、第二コイルを巻き終えて整流子片に巻き回される巻線がコンミテータとアーマチュアコアとのあいだのアーマチュアシャフト外周部位に長く配線されることになり、該部位が巻き太りしてしまうという問題があり、ここに本発明の解決すべき課題がある。

本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明は、Ｐを４以上の偶数、ａを１以上の自然数としたとき、Ｐ個の磁極が形成されたヨークに軸承されるアーマチュアを、周回り方向に（ａ×Ｐ）個のティースが外周に形成されたコアの外周に、隣接する一対の整流子片に導通するコイルを、複数箇所の任意のスロット間に巻装して構成するにあたり、前記複数のコイルは、各磁極に対向するスロット間に巻装されるものとし、これらコイルは、巻線方向を順巻と逆巻とを交互として周回り方向に順次巻装されているものである。
そして、このようにすることにより、磁気バランスの優れた回転電機を構成することができるうえ、巻線による巻き太りの防止を図ることができる。
請求項２の発明は、請求項１において、Ｎおよびｎを自然数、かつ、Ｎ＞ｎとし、コイルは、巻線をスロット間にＮ回巻装して形成されるものとしたときに、一対の整流子片に導通する巻線は、巻き始めとなるスロット間に（Ｎ−ｎ）回巻装し、その他のスロット間にはＮ回巻装し、再度巻き始めのスロット間にｎ回巻装するようにして構成されているものであり、このようにすることにより、巻き太りのさらなる回避を図ることができる。
請求項３の発明は、Ｐを４以上の偶数、ａを１以上の自然数としたとき、Ｐ個の磁極が形成されたヨークに軸承されるアーマチュアを、周回り方向に（ａ×Ｐ）個のティースが外周に形成されたコアの外周に、隣接する一対の整流子片に導通するコイルを、複数箇所の任意のスロット間に巻装して構成するにあたり、前記複数のコイルを、各磁極に対向するスロット間に、巻線方向を順巻と逆巻とを交互に繰り返しながら周回り方向に順次巻装したものである。
そして、このようにすることにより、磁気バランスの優れた回転電機を構成することができるうえ、巻線による巻き太りの防止を図ることができる。
請求項４の発明は、請求項３において、Ｎおよびｎを自然数とし、かつ、Ｎ＞ｎとしたとき、コイルは、巻線をスロット間にＮ回巻装して形成されるものとし、一対の整流子片に導通する巻線は、巻き始めとなるスロット間に（Ｎ−ｎ）回巻装した後、周回り方向に隣接する磁極に対向するスロット間に順次Ｎ回巻装し、再度巻き始めのスロット間にｎ回巻装することで、磁極数と同数のコイルを形成したものであり、このようにすることにより、巻き太りのさらなる回避を図ることができる。

請求項１の発明とすることにより、磁気バランスの優れるうえ、巻線による巻き太りを回避できる。
請求項２の発明とすることにより、巻き太りのさらなる回避を図れる。
請求項３の発明とすることにより、磁気バランスの優れるうえ、巻線による巻き太りを回避できる。
請求項４の発明とすることにより、巻き太りのさらなる回避を図れる。

つぎに、本発明の実施の形態について、図１〜３の図面に基づいて説明する。
図面において、１は車両に搭載する電装品の駆動源となる電動モータ（回転電機）であって、該電動モータ１を構成する有底筒状に形成されたモータハウジング２の内周面には周回り方向に二対の永久磁石３が固定され、これによって、モータハウジング２内に四（Ｐ＝４）個の磁極が形成された四極型の電動モータ１に構成されている。４はアーマチュアであって、該アーマチュア４を構成するシャフト（アーマチュア軸）５には、リング状の板材６ａを複数枚積層することにより構成されるアーマチュアコア６が一体的に外嵌されているとともに、該アーマチュアコア６の一端部に位置してコンミテータ（整流子）７が外嵌固定されている。そして、アーマチュア４のシャフト５は、他側部（基端部）がモータハウジング２に軸受２ａを介して軸承され、モータハウジング２内において回動自在となるように内装されている。また、モータハウジング２の開口端にはカバー２ｂが設けられ、該カバー２ｂに、ホルダステー８が一体的に内嵌支持されている。このホルダステー８には、周回り方向四箇所に位置してブラシホルダ８ａが形成されており、これらブラシホルダ８ａに、それぞれブラシ８ｂが出没自在に内装されている。これら各ブラシ８ｂは、それぞれ突出先端部（内径側先端部）がコンミテータ７に弾圧状に当接（接触）するように構成され、ことによって、外部からの電源がブラシ８ｂを介してコンミテータ７に供給されるように構成されており、これらの基本構成は従来通りとなっている。

さて、前記アーマチュアコア６を構成するリング状の板材６ａは、外周部に放射状に突出するＴ字形のティース６ｂが周回り方向複数（本実施の形態では２０（２０＝５×４（ａ×Ｐ））個）形成されたものになっており、これら板材６ａの複数枚をシャフト５に回り止め状に外嵌することにより、アーマチュアコア６の外周に、隣接するティース６ｂ同士とのあいだに軸芯方向に凹設された蟻溝状のスロット６ｃが、軸方向に長く、かつ、周回り方向に複数（２０個）形成されている。
一方、前記コンミテータ７は、外周面に導電材で形成された軸方向に長い板状の整流子片７ａの複数枚（本実施の形態では２０枚）を、互いに絶縁される状態で周回り方向に並列状に固定したものとなっており、各整流子片７ａのアーマチュアコア６側を向く端部には、外径側に折返し折曲されたライザ７ｂが一体形成されている。

そして、前記アーマチュアコア６の任意の箇所に位置し、かつ所定間隔を存するスロット６ｃ間に、エナメル被覆の巻線９を後述するような巻装手順により巻装することで、コア６の外周に複数のコイル１０が巻装されてアーマチュア４が構成されるが、これら各コイル１０の巻き始め端部と巻き終り端部となる巻線９は、各対応する周回り方向に隣接する整流子片７ａのライザ７ｂに懸回されている。そして、前記各ライザ７ｂに懸回される（導通される）各コイル１０の巻き始め端部および巻き終り端部となる巻線９を対応する整流子片７ａにフュージングすることで、整流子片７ａと巻線９との電気的な導通がなされ、前述したように、ブラシ８ｂを介して整流子片７ａに外部電源が供給されることに基づいて、コイル１０が励磁するように設定されている。

次に、コイル９の巻装手順について図２、３に基づいて説明する。
図２は、アーマチュア４の整流子片７ａ（ライザ７ｂ）とティース６ｂ、そして、モータハウジング２側に固着される永久磁石３とを展開した図面となっており、隣接するティース６ｂとのあいだの空隙がスロット６ｃに相当している。そして、これら図面において、各整流子片７ａ、各ティース６ｂ、巻装されたコイル１０にそれぞれ符号を附し、これらに基づいて巻装手順を説明する。
つまり、本実施の形態のアーマチュア４に巻装されるコイル１０は、巻線９を、三個のスロット６ｃを飛ばしたスロット６ｃ間に順次巻装する重巻方式に基づいて巻装されている。この場合に、巻線９は、一端が３番ライザに導通するべく懸け回された状態で巻き始められ、該３番ライザに懸け回された巻線９を、１−２番ティースのあいだのスロット６ｃに引き込んで、該１−２番ティースのあいだのスロット６ｃと５−６番ティースのあいだのスロット６ｃとのあいだにおいて、巻装方向を順巻とし、かつ、従来の巻装する回数の１／４の回数（本実施の形態では６回）巻装することにより、Ｎ極に対向する（３−１）番（第一）のコイル１０を形成する。
続いて、５−６番ティースのあいだから引き出された巻線９を、１０−１１番ティースに引き込んで、該１０−１１番ティースのあいだのスロット６ｃと６−７番ティースとのあいだのスロット６ｃとのあいだにおいて、巻装方向を逆巻きとして６回巻装することにより、（３−１）番コイルとは９０度（３６０度を磁極数４で除した角度）の角度間隔を存した周回り方向位置であり、前記Ｎ極に隣接するＳ極に対向する（３−２）番（第二）のコイル１０を形成する。

さらに、このものでは、６−７番ティースのあいだのスロット６ｃから引き出された巻線９を、１１−１２番ティースのあいだのスロット６ｃに引き込み、該１１−１２番ティースのあいだのスロット６ｃと１５−１６番ティースのあいだのスロット６ｃとのあいだにおいて、巻装方向を順巻として６回巻装することにより、（３−２）番コイルとは９０度の角度間隔を存した状態であり、前記Ｓ極に隣接するＮ極に対向する（３−３）番（第三）のコイル１０を形成する。続いて、１５−１６番ティースのあいだのスロット６ｃから引き出された巻線９を、２０−１番ティースのあいだのスロット６ｃに引き込み、該２０−１番ティースのあいだのスロット６ｃと１６−１７番ティースのあいだのスロット６ｃとのあいだにおいて、巻装方向を逆巻として６回巻装することにより、（３−３）番コイルとは９０度の角度間隔を存した状態であり、前記Ｎ極に隣接するＳ極に対向する（３−４）番（第四）のコイル１０を形成する。そして、１６−１７番ティースのあいだのスロット６ｃから引き出された巻線９を、図３において反時計回り方向に引き回して４番ライザに懸け回すことにより、３番、４番ライザのあいだに、（３−１）、（３−２）、（３−３）、（３−４）番（第一〜第四）の各コイル１０が直列接続する状態で巻装されるように設定されている。

そして、４番ライザに懸け回された巻線９は、２−３番ティースのあいだのスロット６ｃに引き込まれ、６−７番ティースのあいだのスロット６ｃとのあいだに（４−１）番（第一）のコイル１０を形成し、続いて、（３−２）、（３−３）、（３−４）番の各コイル１０とは、周回り方向に一つのスロット６ｃ分だけ移動した状態で（４−２）、（４−３）、（４−４）番（第二〜第四）の各コイル１０を形成した後、５番ライザに懸け回され、これによって、４番ライザと５番ライザとのあいだに、（４−１）、（４−２）、（４−３）、（４−４）番（第一〜第四）の各コイル１０を直列に接続する状態で巻装するように設定され、このようにして、巻線９は、順次各隣接する整流子片７ａのあいだに四個のコイル１０を形成しながら巻き進むように設定されている。

前述したように、順次巻線９を巻装することにより、各隣接するライザ７ｂ同志のあいだに、周回り方行に９０度の角度間隔を存した四つの第一〜第四のコイル１０がそれぞれ形成され、各スロット６ｃ間には、都合四つのコイル１０が重ねて巻装されたアーマチュア４が形成されるように設定され、これによって、巻線９に電源供給がなされ、コイル１０が励磁することによって発生するアーマチュア４の磁力が点対称状となり、もって、励磁タイミングがズレても周回り方向のバランスを保持できるように設定されている。
さらに、この場合に、巻線９は、周回り方向に順次巻装することにより、スロット６ｃ形成部位（アーマチュアコア６）とライザ７ｂ形成部位（コンミテータ７）とのあいだを横切る巻線９の長さを短くすることができ、これによって、所謂巻き太りの防止ができるように構成されている。

叙述の如く構成された本形態において、電動モータ１のコア６に巻装される巻線９は、任意の整流子片７ａから繰り出され、任意のスロット間に通常の巻数の略１／４の回数を巻装して第一のコイル１０を形成し、該第一のコイル１０位置とは、３６０度を磁極数（４）で除した角度（９０度）だけ変位した（９０度の間隙を存した）スロット６ｃ間部位に１／４の回数を巻装して第二のコイル１０を形成し、該第二のコイル１０位置とは９０度の間隙を存したスロット６ｃ間位置に１／４の回数を巻装して第三のコイル１０を形成し、さらに、第三のコイル１０位置とは９０度の間隙を存したスロット６ｃ間位置に１／４の回数を巻装して第四のコイル１０を形成し、前記任意の整流子片７ａに隣接する整流子片７ａに懸け回すようにして巻装されている。これによって、一対の整流子片７ａのあいだに直列接続されるコイル１０は、アーマチュア４の周回りに、直列に接続された状態のコイル１０が各磁極に対向して位置することになり、しかも、各位置に巻装されるコイル１０は、対向する磁極に合わせて順巻と逆巻とが交互に位置するように巻装されている。このため、仮令ブラシ８ｂの整流子片７ａとの当接が、一方は二個の整流子片７ａと、他方は一個の整流子片７ａと当接するようなアンバランスな状態となったとしても、アーマチュア４全体としての磁気バランスを保つことができ、もって、電動モータ１を振動の少ない低騒音なものにでき、安定した性能を備えた電動モータ１とすることができる。

このように、電動モータ１は、アーマチュア４の磁気バランスが確保されたものとできるが、このものは、アーマチュアコア６に巻線９を巻装する際に、任意の箇所を基準として、磁極数と同数のコイル１０を形成するべく周回り方向に等間隔を存したスロット６ｃ間部位にコイル１０を形成することにより磁気バランスを確保する構成である。この結果、磁気バランスの向上のために別途部材が必要になったり、特別な取付け作業が必要になったりすることがなく、電動モータ１に必要な部材をそのまま利用することで磁気バランスを向上させることがで来て、構造の簡略化を図れるとともに、コスト低下にも寄与できる。

さらにこのものでは、周回り方向に隣接する任意の一対の整流子片７ａに導通する巻線９により、周回り方向四箇所に位置する四つのコイル１０を一続きに形成する構成となっているので、前記任意の整流子片７ａのライザ７ｂに懸け回される巻線９の本数を少なくできて、巻線９をライザ７ｂにフュージングする作業が容易になるとともにフュージングの信頼性が向上し、高品質の電動モータ１を安定した状態で供給できるという利点もある。

さらには、このものでは、巻線９は、所定の間隙を存して周回り方向に順次巻装されるものであり、巻き終った巻線９を、該巻線９が巻き始められたライザ７ｂに隣接するライザ７ｂに向けて引き出す場合に、該ライザ７ｂの位置が第四のコイル１０が巻装されて巻線９が引き出されるスロット６ｃに対し、周回り方向に近付いた位置となっているため、巻線９の引き回し出し長さを短くすることができて、コンミテータ７とアーマチュア４とのあいだに巻線９が長く引き回されて集中する所謂巻き太りを回避することができる。

尚、本発明は前記実施の形態に限定されることは勿論なく、図４に示す第二の実施の形態のように構成することができる。
前記第二の実施の形態では、第一の実施の形態と同様に四極の電動モータ１における巻線９の巻装状態が開示されており、このものは、前記第一の実施の形態と同様に、３番ライザ７ｂから巻き出された巻線９が、周回り方向に９０度の角度間隔を存する四箇所のスロット６ｃ間に、（３−１）、（３−２）、（３−３）、（３−４）コイル（第一〜第四のコイル１０）を形成しており、第四のコイル１０を巻き終えた巻線９の４番ライザへの引き回し方向が、前記第一の実施の形態と箱となっている。つまり、１６−１７番ティースのあいだのスロット６ｃから引き出された巻線９は、図４において時計回り方向に引き回され、そして、４番ライザに懸け回されるように構成されており、第一の実施の形態のように反時計回り方向とは逆方向となっている。そして、この場合では、巻き終えた巻線９のスロット６ｃからライザ７ｂへの引き回し長さが前記第一の実施の形態の場合よりもさらに短くすることができ、巻線９による巻き太りのさらなる防止を図ることができる。

つぎに、第三の実施の形態について、図５を用いて説明する。このものは、電動モータの基本的な構成等は前記各実施の形態と同様の四極型であり、巻線９の巻装方法がつぎのようになっている。
つまり、第三の実施の形態では、３番ライザから巻き出された巻線９を、１−２番ティースのあいだのスロット６ｃと５−６番ティースのあいだのスロット６ｃとのあいだに巻装して（３−１）番コイル（第一のコイル１０）を形成するにあたり、巻線９の巻数を、予め設定される巻数をＮとしたとき、該Ｎ回よりも少ないｎ回だけ巻装するように設定されており、本実施の形態では、予め設定される６回の巻数より１回少ない５回の巻装がなされている。その後、（３−２）番コイル（第二のコイル１０）、（３−３）番コイル（第三のコイル１０）、（３−４）番コイル（第四のコイル１０）を順次Ｎ回の巻数で巻装し、そして、最後に、第一のコイル１０の巻装部位に巻き戻って、第一のコイル１０をさらに１回巻装することで、３番ライザと４番ライザとのあいだに直列接続され、かつ、それぞれ巻線９が６回巻装された第一〜第四のコイル１０が形成される構成となっている。このように、本実施の形態では、一対の隣接する整流子片７ａのあいだに直列接続される第一〜第四のコイル１０は、第一のコイル１０から巻き始めて、第四のコイル１０まで巻き終えた後、再度、第一のコイル１０を巻装することにより、巻線９の巻き終り端部が引き出されるスロット６位置が、導通するべく懸け回されるライザ７ｂに体し、周回り方向において近付くことができるように設定されている。
このように構成することにより、例えば、３番ライザと４番ライザとのあいだの第一〜第四のコイル１０を巻装した巻線９は、最終的に５−６番ティースのあいだのスロット６ｃから引き出されて、該スロット６ｃからは周回り方向に近接している４番ライザ７ｂに懸け回され、これによって、スロット６ｃとコンミテータ７とのあいだに引き回される巻線９の長さを一層短くすることができて、巻き太りのさらなる防止を図ることができる。

因みに、図６に示す第四の実施の形態のようにすることも可能である。このものは、電動モータの基本的な構成等は前記各実施の形態と同様の四極型となっており、一対の隣接する整流子片７ａのあいだには、径方向に対向する一対のコイル１０が直列状に接続される構成となっており、このため、一対のコイル１０は、同極に対向しており巻線９の巻き方向は同方向になっている。そして、このものでは、３番ライザから巻き出された巻線９を、１−２番ティースのあいだのスロット６ｃに引き込んで、５−６番ティースのあいだのスロット６ｃとのあいだにおいて、予め設定されるＮ回（本実施の形態では１２回）よりｎ回（本実施の形態では２回）少ない（Ｎ−ｎ）回巻装して第一のコイル１０を形成した後、巻線９を、１１−１２番ティースのあいだのスロット６ｃに引き込み、１５−１６番ティースのあいだのスロット６ｃとのあいだにおいてＮ回巻装して第二のコイル１０を形成し、その後、巻線９を１−２番ティースのあいだのスロット６ｃに引き込んで、再度、第一のコイル１０をｎ回（２回）巻装し、巻線９を５−６番ティースのあいだのスロット６ｃから引出して、該スロット６ｃと周回り方向位置の近い４番ライザ７ｂに懸け回すように構成されている。
そして、このような構成とすることで、スロット６ｃとコンミテータ７とのあいだに引き回される巻線９の長さを短くすることができて、巻き太りの防止を図ることができる。

電動モータの一部断面側面図である。 アーマチュアのコイル巻装状態を説明する展開図である。 アーマチュアのコイル巻装状態を説明する正面図である。 第二の実施の形態におけるアーマチュアのコイル巻装状態を説明する正面図である。 図５（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ第三の実施の形態におけるアーマチュアのコイル巻装状態を説明する展開図、正面図である。 図５（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ第四の実施の形態におけるアーマチュアのコイル巻装状態を説明する展開図、正面図である。

符号の説明

１ 電動モータ
３ 永久磁石
４ アーマチュア
６ アーマチュアコア
６ｃ スロット
７ コンミテータ
７ａ 整流子片
７ｂ ライザ
９ 巻線

Claims (4)

1. Ｐを４以上の偶数、ａを１以上の自然数としたとき、Ｐ個の磁極が形成されたヨークに軸承されるアーマチュアを、周回り方向に（ａ×Ｐ）個のティースが形成されたコアの外周に、隣接する一対の整流子片に導通するコイルを、複数箇所の任意のスロット間に巻装して構成するにあたり、前記複数のコイルは、各磁極に対向するスロット間に巻装されるものとし、これらコイルは、巻線方向を順巻と逆巻とを交互として周回り方向に順次巻装されている回転電機のアーマチュア。
2. 請求項１において、Ｎおよびｎを１以上の自然数、かつ、Ｎ＞ｎとし、コイルは、巻線をスロット間にＮ回巻装して形成されるものとしたときに、一対の整流子片に導通する巻線は、巻き始めとなるスロット間に（Ｎ−ｎ）回巻装し、その他のスロット間にはＮ回巻装し、再度巻き始めのスロット間にｎ回巻装するようにして構成されている回転電機のアーマチュア。
3. Ｐを４以上の偶数、ａを１以上の自然数としたとき、Ｐ個の磁極が形成されたヨークに軸承されるアーマチュアを、周回り方向に（ａ×Ｐ）個のティースが外周に形成されたコアの外周に、隣接する一対の整流子片に導通するコイルを、複数箇所の任意のスロット間に巻装して構成するにあたり、前記複数のコイルを、各磁極に対向するスロット間に、巻線方向を順巻と逆巻とを交互に繰り返しながら周回り方向に順次巻装した回転電機のアーマチュアの製造方法。
4. 請求項３において、Ｎおよびｎを自然数とし、かつ、Ｎ＞ｎとしたとき、コイルは、巻線をスロット間にＮ回巻装して形成されるものとし、一対の整流子片に導通する巻線は、巻き始めとなるスロット間に（Ｎ−ｎ）回巻装した後、周回り方向に隣接する磁極に対向するスロット間に順次Ｎ回巻装し、再度巻き始めのスロット間にｎ回巻装するようにした回転電機のアーマチュアの製造方法。

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