JP2008199791A - 電機子、回転電機、圧縮機、送風機、空気調和機 - Google Patents

電機子、回転電機、圧縮機、送風機、空気調和機 Download PDF

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Abstract

【課題】高い占積率を有し生産性の高い電機子を提供する。
【解決手段】磁性コア12に隣接した位置から面11bまで磁性ヨーク11を貫通する貫通孔14が磁性ヨーク11に設けられている。電機子巻線20は貫通孔14を通って磁性コア12に巻回されている。電機子巻線20の始点側引き出し線が、磁性コア12に巻回された電機子巻線20と干渉しないため、高い占積率を実現できる。また、磁性ヨーク11に貫通孔14を設けるだけなので生産性が高い。
【選択図】図1

Description

本発明は、電機子、回転電機、圧縮機、送風機、空気調和機に関し、特に導線の占積率を向上する技術に関する。
特許文献1には、高い占積率を実現する整列巻方式で容易に電機子巻線をティースに巻回できるように、電機子巻線と嵌合する溝をティースの表面に形成したラジアルギャップ型の電機子が開示されている。
なお、本発明に関する技術として特許文献2,3が開示されている。
特開2006−67778号公報 特開2005−143213号公報 特開平11−332138号公報
しかしながら、特許文献1に記載の技術では、ティースの表面に溝を形成する必要があった。
そこで、本発明は、高い占積率を有し、生産性の高い電機子を提供することを目的とする。
本発明に係る電機子の第1の態様は、磁性コア(12)と、所定方向を軸として前記磁性コアの周りで二層以上巻回された電機子巻線(20)と、前記所定方向に関して相互に対向する第1面(11a)及び第2面(11b)を有し、前記第1面(11a)には前記磁性コアが配置され、前記電機子巻線を前記磁性コアから前記第2面(11b)まで導く凹部(14,15,17)が設けられた磁性ヨーク(11)とを備える。
本発明に係る電機子の第2の態様は、第1の態様に係る電機子であって、前記凹部は前記第1面(11a)から前記第2面(11b)まで前記磁性ヨークを貫通する貫通孔(14)である。
本発明に係る電機子の第3の態様は、第1の態様に係る電機子であって、前記磁性ヨーク(11)は、前記第1面(11a)及び前記第2面(11b)を連結する環状の第3面(11c)をさらに有し、前記凹部は前記第1面(11a)及び前記第3面(11c)に設けられた溝(17)である。
本発明に係る電機子の第4の態様は、第1の態様に係る電機子であって、前記磁性ヨーク(11)は、前記第1面(11a)及び前記第2面(11b)を連結する環状の第3面(11c)をさらに有し、前記凹部(15)は前記第1面(11a)から前記第2面(11b)まで前記磁性ヨークを貫通し、前記第3面(11c)まで延在した空間を有している。
本発明に係る電機子の第5の態様は、第2の態様に係る電機子であって、前記電機子巻線を構成する導線および前記貫通孔の断面は略円形である。
本発明に係る電機子の第6の態様は、第2又は第5の態様に係る電機子であって、前記貫通孔は、前記電機子巻線を構成する導線1本の断面積よりも大きい。
本発明に係る電機子の第7の態様は、第1乃至第6のいずれか一つの態様に係る電機子であって、前記磁性ヨークには、前記磁性コアごとに前記凹部(14,15,17)が2つ以上設けられる。
本発明に係る電機子の第8の態様は、第1乃至第7のいずれか一つの態様に係る電機子であって、前記第1面(11a)上で複数の前記磁性コアが所定の第1方向(30)に並べられて設けられ、前記凹部は、前記磁性コアの重心(G)から見て、前記第1方向(30)に垂直且つ前記第1面(11a)に平行な第2方向に位置する面(12a,12c)側から前記電機子巻線を導く。
本発明に係る電機子の第9の態様は、第1乃至第8のいずれか一つの態様に係る電機子であって、前記第1面(11a)は平板である。
本発明に係る電機子の第10の態様は、第1乃至第9のいずれか一つの態様に係る電機子であって、前記磁性コアと、前記磁性ヨークとの組の複数が前記所定方向を軸とした周方向に相互に連結される。
本発明に係る回転電機の第1の態様は、第1乃至第10のいずれか一つの態様に係る電機子を備える。
本発明に係る圧縮機の第1の態様は、第1の態様に係る回転電機を備える。
本発明に係る送風機の第1の態様は、第1の態様に係る回転電機を備える。
本発明に係る空気調和機の第1の態様は、第1の態様に係る圧縮機及び第1の態様に係る送風機の少なくともいずれか一方を備える。
本発明に係る電機子の第1の態様、回転電機の第1の態様、圧縮機の第1の態様、送風機の第1の態様、空気調和機の第1の態様によれば、電機子巻線を磁性コアに巻回した際の占積率を向上することができる。また、磁性ヨークに凹部を設けるだけなので、生産性が高い。
本発明に係る電機子の第2の態様によれば、磁性ヨークの磁気抵抗の低下を抑制できる。
本発明に係る電機子の第3の態様によれば、導線の引き回し線を所定の位置で固定することができる。
本発明に係る電機子の第4の態様によれば、容易に導線を引き回すことができる。
本発明に係る電機子の第5の態様によれば、導線及び貫通孔の断面形状が互いに相似形であるので不要なエアギャップを無くすことができる。
本発明に係る電機子の第6の態様によれば、容易に導線を貫通孔に通すことができる。
本発明に係る電機子の第7の態様によれば、巻回した電機子巻線を第2面側のみで引き回すことができる。
本発明に係る電機子の第8の態様によれば、隣り合う磁性コア同士の間で対向する面以外の面に導線が交差するクロスポイントを形成することができる。
本発明に係る電機子の第9の態様によれば、本発明を適用したアキシャルギャップ型の電機子を提供することができる。
本発明に係る電機子の第10の態様によれば、生産性を向上することができる。
以下、本発明に係る実施の形態について図を参照して説明する。なお、同一符号は同一又は相当部分を示し、重畳する説明は省略する。
(第1の実施の形態)
本発明に係る第1の実施の形態の電機子について説明する。図1は本電機子の一例を電機子の回転軸に沿って分解した模式的な斜視図である。図1に示すように、本電機子は例えばアキシャルギャップ型の電機子である。
本電機子1は、磁性ヨーク11と、磁性コア12Ua〜12Ud,12Va〜12Vd,12Wa〜12Wdと、電機子巻線20Ua〜20Ud,20Va〜20Vd,20Wa〜20Wdとを備えている。なお、以下の説明において、特に区別する必要がない場合は、磁性コア12Ua〜12Ud,12Va〜12Vd,12Wa〜12Wdを磁性コア12と、電機子巻線20Ua〜20Ud,20Va〜20Vd,20Wa〜20Wdを電機子巻線20とそれぞれ呼称する。
磁性ヨーク11は、例えば回転軸である軸Pと略直交する平板形状を有しており、軸Pを中心とした環状の周縁を有している。また、磁性ヨーク11には、軸Pを含む領域に不図示のシャフトを貫挿するシャフト孔18が設けられている。言い換えると、磁性ヨーク11は、回転軸である軸Pに関して相互に対向する面11a,11bと、面11a,11bを連結し、軸Pを中心とした環状の面11c,11dとを有している。そして面11aは平面であり、面11cは磁性ヨーク11の外周面とし、面11dはシャフト孔18を構成する内周面とする。
磁性コア12Ua〜12Ud,12Va〜12Vd,12Wa〜12Wdは、磁性ヨーク11の一方の面11a上で、軸Pの周囲に環状に配置されている。そして、磁性ヨーク11には、面11aから面11bを貫通する貫通孔14が磁性コア12ごとに設けられている。後述するように、この貫通孔14は電機子巻線20を磁性コア12から面11bに導く。
図1においては、磁性コア12Ua〜12Ud,12Va〜12Vd,12Wa〜12Wdと、電機子巻線20Ua〜20Ud,20Va〜20Vd,20Wa〜20Wdとは相互に離間して図示されているが、電機子1として構成されている状態では、磁性コアにそれぞれ対応する電機子巻線が巻回される。
例えば、電機子巻線20Uaは、磁性コア12Uaを通り軸Pと平行な方向(所定方向に相当)を軸として、磁性コア12Uaの周りで2層以上巻回されている。その他の電機子巻線20と磁性コア12との関係についても同様である。また、例えば電機子巻線20Ua〜20Udは、一本の導線が貫通孔14を面11b側から通って順次磁性コア12Ua〜12Udに巻回されて構成されてもよい。その他の電機子巻線20と磁性コア12の関係についても同様である。
そして、例えば電機子巻線20Ua〜20UdにU相電流が、電機子巻線20Va〜20VdにV相電流が、電機子巻線20Wa〜20WdにW相電流がそれぞれ供給される。なお、U相、V相、W相の電機子巻線20がそれぞれ4つに分割されて配置されているが4つに限らない。
図2は電機子1において磁性コア12一つ分の領域を示す平面模式図である。磁性コア12は、磁性コア12同士が配置される方向(ここでは、軸Pを中心とした周方向30)に対して略直交する面12b,12dと、当該方向に略平行な面12a,12cとを有している。なお、面12aは磁性ヨーク11の外周側(面11c側)、面12cは磁性ヨーク11の内周側(面11d側)に位置するものであるとして説明する。
貫通孔14は面12aに隣接した位置で磁性ヨーク11を貫通している。そして、電機子巻線20が貫通孔14を通って磁性コア12に巻回されている。なお、一般的に電機子巻線20は断面が略円形状の導線により構成されており、貫通孔14も電機子巻線20に合わせて断面が略円形状である。即ち、電機子巻線20の導線の断面形状と貫通孔14の断面形状が略相似関係にあるので、貫通孔14によって磁性ヨーク11に形成される空隙をより小さくすることができ、磁性ヨーク11の磁気抵抗の増大を抑制することができる。また、貫通孔14の断面積は電機子巻線20の導線1本の断面積よりも大きいほうが好ましい。これにより、電機子巻線20の導線を容易に貫通孔14に通すことができる。
なお、以下の説明で電機子巻線20のうち、磁性コア12に巻き始める引き出し線を始点側引き出し線、磁性コア12に巻回された後の引き出し線を終点側引き出し線と呼ぶ。貫通孔14には始点側引き出し線が通る。
次に、図3〜図6は、磁性コア12に電機子巻線20を整列巻で巻回する様子を示した概略構成図である。図3(a)及び図3(b)は電機子巻線20を磁性コア12に1層分巻回したときの様子を示す図であり、図3(a)は面12aを正面から見た様子、図3(b)は図3(a)に示すA−A’断面をそれぞれ示している。
電機子巻線20は貫通孔14を通って磁性コア12に例えば4周巻回されている。面12a側の電機子巻線20は面11aに対して傾斜している。他方、図示しない面12b,12c,12d側では電機子巻線20は面11aに対して平行に巻回される。
なお、図1及び図2においては磁性コア12を底面が略台形状の角柱として示しているが、磁性コア12は、電機子巻線20を所定の範囲に抑えるための鍔16を面11aと反対側に有してもよく、ここでは鍔16を有しているものとして図示している。
図4(a)及び図4(b)は電機子巻線20を、図3に示された状態から更に磁性コア12に巻回したときの2層1周目までの様子を示す図であり、図4(a)は面12aを正面から見た様子、図4(b)は図4(a)に示すA−A’断面をそれぞれ示している。
図4(a)に示すように、2層1周目の電機子巻線20は、面12a側で1層目の電機子巻線20と交差し、ここにおいていわゆるクロスポイントが形成される。他方、図示しない面12b,12c,12d側では、2層目の電機子巻線20は1層目の電機子巻線20のうち隣り合う2本の導線間に嵌合して、面11aに平行に巻回される。
図5(a)及び図5(b)は電機子巻線20を、図4に示された状態から更に磁性コア12に巻回したときの2層3周目までの様子を示す図であり、図5(a)は面12aを正面から見た様子、図5(b)は図5(a)に示すA−A’断面をそれぞれ示している。
2層目各周の電機子巻線20は、面12a側で1層目各周の電機子巻線20とそれぞれ交差する。このとき、電機子巻線20の始点側引き出し線は貫通孔14を通って面11bに貫通しているので、2層3周目の電機子巻線20は始点側引き出し線と干渉することなく巻回される。なお、図4(a)、図4(b)で述べたものと同様に、面12b,12c,12d側では電機子巻線20は面11aに平行に巻回される。
図6(a)及び図6(b)は電機子巻線20を、図5に示された状態から更に磁性コア12に巻回したときの3層1周目までの様子を示す図であり、図6(a)は面12aを正面から見た様子、図6(b)は図6(a)に示すA−A’断面をそれぞれ示している。なお、図6(a)においては、3層目の電機子巻線20によって隠れる線を二点鎖線で示し、2層目の電機子巻線20によって隠れる1層目の電機子巻線を省略して示している。
図4(a)及び図4(b)で述べたのと同様に、3層1周目の電機子巻線20は、2層目の電機子巻線20と交差する。いわゆるクロスポイントが形成される。このとき、やはり3層1周目の電機子巻線20は電機子巻線20の始点側引き出し線と干渉することなく巻回される。なお、図示しない面12b,12c,12dでは、2層3周目の電機子巻線20と面11aとの間に嵌合して、面11aに平行に巻回される。
このようにして任意の層数で電機子巻線20が磁性コア12に巻回される。このとき、始点側引き出し線は、面11a上のうち2層目以上の電機子巻線20が相当する位置に始点側引き出し線が現れない。よって、始点側引き出し線が、電機子巻線20うち磁性コア12に巻回された部分(2層目、3層目の電機子巻線20)と干渉しないため、電機子巻線20の占積率を向上することができる。
また、磁性ヨーク11に貫通孔14を設けるだけなので生産性が高い。さらに、貫通孔14によって始点側引き出し線を面11b上で位置決めすることもでき、容易に面11b側で引き回すことができる。
また、貫通孔14によって磁性ヨーク11に生じる空隙の大きさは、貫通孔14の断面積(およそ電機子巻線20の導線1本分の断面積)に磁性ヨーク11の厚みを乗じたものであるので、磁気ヨーク11に生じる空隙は小さい。よって磁性ヨーク11の磁気抵抗の増大を抑制することができる。
なお、例えば電機子巻線20を磁性コア12に巻回した後に、続いて次の磁性コア12に巻回する際は、巻回後の終点側引き出し線が面11cを経由したうえで、次の磁性コア12に設けられた貫通孔14を面11b側から通って当該磁性コア12に巻回すればよい。また始点側引き出し線を、次の磁性コア12に設けられた貫通孔14に面11b側から通して当該磁性コア12に巻回しても良い。
なお、貫通孔14は面12aに隣接した位置に設けられたものとして説明したが、これに限らず面12b〜面12dのいずれか一つに隣接した位置に設けられていても良い(図2参照)。但し、一般的に磁性コア12は磁性コアの配置方向(周方向30)に略直交する面12b,12dの方がその他の面12a,12cよりも面積が大きい。クロスポイントが設けられる面の占積率はその他の面の占積率よりも小さくなるため、クロスポイントは面12a,12cのいずれか一方にあることが望ましい。よって、貫通孔14は面12a,12cのいずれか一方に隣接した位置にあることが望ましい。これにより、全体として占積率を向上することができる。
また、一般的にアキシャルギャップ型であれば、磁性ヨーク11の内周側に位置する面12cは面積が他の面12a,12b,12dに比べて非常に小さく、面12cのみにクロスポイントを形成することが困難な場合がある。このような場合は面12aに隣接した位置に貫通孔14を設けることで生産性と占積率をバランスよく向上することができる。
なお、貫通孔14は磁性コア12ごとに一つ設けられているものとして説明したが、2つ以上あってもよい。例えば、磁性コア12ごとに貫通孔14が2つ設けられていれば、一方を始点側引き出し線、他方を終点側引き出し線として用いることができる。この場合、電機子巻線20が面11b側で位置決めされるとともに、電機子巻線20を面11b側のみで引き回すことができる。
なお、本発明は、磁性コア12ごとに軸Pを中心とした周方向で磁性ヨーク11を分割てもよい。図2を参照して具体的な一例を説明すると、図2に示す一点鎖線が磁性ヨーク11の端部に相当する。このような磁性ヨーク11と磁性コア12の組の複数(図1に示す電機子1においては12個)が周方向30で相互に連結されて電機子1を構成する。この場合であれば、磁性ヨーク11と磁性コア12の組ごとに電機子巻線20を巻回することができるので生産性を向上することができる。
(第1の変形例)
本発明に係る第1の変形例に係る電機子の一例を示す斜視図を図7に示す。第1の実施の形態と比較して、磁性ヨーク11には磁性コア12ごとに切れ目15が設けられている。切れ目15は、磁性コア12に隣接した位置で面11aから面11bまで磁性ヨーク11を貫通しており、面11cまで延在した空間を有している。そして、切れ目15を通って電機子巻線20が磁性コア12に巻回される。なお、電機子巻線20が磁性コア12に巻回される様子は図3〜6と略同一であるため説明を省略する。
よってこの場合であっても占積率を向上することができる。また、磁性ヨーク11の外周(面11c)側から電機子巻線20を切れ目15に嵌めこみ、磁性コア12に巻回することができるので、さらに生産性を向上することができる。また、切れ目15に始点側引き出し線及び終点側引き出し線の両方を通すことができ、始点側引き出し線及び終点側引き出し線の両方の位置決めも実現できる。
なお、第1の変形例に係る磁性ヨーク11と比較して、第1の実施の形態に係る磁性ヨーク11によれば、磁性ヨーク11に生じる空隙が小さいので磁性ヨーク11の磁気抵抗の増大を抑制することができる。
(第2の変形例)
本発明に係る第2の実施の形態に係る電機子の一例を示す斜視図を図8に示す。第1の実施の形態と比較して、磁性ヨーク11には、面11a,面11c上に溝17が設けられている。溝17は磁性コア12から面11cまで延在し、そのまま面11c上を面11bまで延在している。そして、電機子巻線20の始点側引き出し線が溝17に嵌合される。即ち、溝17は電機子巻線20を磁性コア12から面11bまで導く。なお、溝17は電機子巻線20の導線1本分の断面積よりも深い。
図9は図8に示す電機子1を軸Pに垂直な方向から見た図であって、磁性コア12の一つ分の領域を示している。図9に示すように、始点側引き出し線が面11a上のうち2層目以上の電機子巻線20に相当する位置に現れないため、始点側引き出し線が電機子巻線20(特に2層目、3層目の電機子巻線20)と干渉しない。よって、占積率を向上することができる。また、面11cにも溝17が設けられているため、始点側引き出し線を容易に位置決めすることができる。
なお、第1の実施の形態、第1の変形例、第2の変形例で述べた貫通孔14、切れ目15、溝17は電機子巻線20を磁性コア12から面11bまで導く凹部とみなすことができる。
(第2の実施の形態)
本発明に係る第2の実施の形態の電機子の一例を図10に示す。第2の実施の形態に係る電機子1は、ラジアルギャップ型の電機子である。なお、図10において、電機子巻線を省略して示している。
磁性ヨーク11は、軸Pを中心とした内周面である面11aと、軸Pを中心とした外周面である11bと、面11a,11bを連結した環状の面11c,11dとを有している。即ち、磁性ヨーク11は軸Pに延在した円筒状の形状を有している。
磁性コア12Ua,12Ub,12Va,12Vb,12Wa,12Wbは面11a上で軸Pの周囲に環状に配置されており、各々に電機子巻線(図示せず)が巻回される。例えば、電機子巻線は、磁性コア12Uaを通り軸Pに垂直な方向(所定方向に相当)を軸として、磁性コア12Uaの周りを巻回される。他の磁性コアについても同様である。
そして、磁性ヨーク11には、磁性コア12に隣接した位置で面11aから面11bを貫通する貫通孔14が磁性コア12ごとに設けられている。そして、電機子巻線はこの貫通孔14を通って磁性コア12に巻回される。つまり、貫通孔14は電機子巻線20を磁性コア12から面11bに導いている。
この場合であっても、第1の実施の形態と同様の効果を招来する。また、第2の実施の形態においても、第1の実施の形態で述べた変形例と同様に、貫通孔14の替わりに、切れ目15、溝17を設けても良い。
第1の実施の形態に係る電機子を回転軸方向に分割した模式的な斜視図である。 磁性コア一つ分の領域を示す概略的な平面図である。 電機子巻線を磁性コアに巻回した様子を示す概略構成図である。 電機子巻線を磁性コアに巻回した様子を示す概略構成図である。 電機子巻線を磁性コアに巻回した様子を示す概略構成図である。 電機子巻線を磁性コアに巻回した様子を示す概略構成図である。 第1の変形例に係る電機子を示した模式的な斜視図である。 第2の変形例に係る電機子を示した模式的な斜視図である。 電機子巻線を磁性コアに巻回した様子を示す概略構成図である。 第2の実施の形態に係る電機子を示す概略的な斜視図である。
符号の説明
11 磁性ヨーク
11a〜11c 面
12,12Ua〜12Ud,12Va〜12Vd,12Wa〜12Wd 磁性コア
20,20Ua〜20Ud,20Va〜20Vd,20Wa〜20Wd 電機子巻線
14 貫通孔
15 切れ目
17 溝

Claims (14)

  1. 磁性コア(12)と、
    所定方向を軸として前記磁性コアの周りで二層以上巻回された電機子巻線(20)と、
    前記所定方向に関して相互に対向する第1面(11a)及び第2面(11b)を有し、前記第1面(11a)には前記磁性コアが配置され、前記電機子巻線を前記磁性コアから前記第2面(11b)まで導く凹部(14,15,17)が設けられた磁性ヨーク(11)と
    を備える、電機子。
  2. 前記凹部は前記第1面(11a)から前記第2面(11b)まで前記磁性ヨークを貫通する貫通孔(14)である、請求項1に記載の電機子。
  3. 前記磁性ヨーク(11)は、前記第1面(11a)及び前記第2面(11b)を連結する環状の第3面(11c)をさらに有し、
    前記凹部は前記第1面(11a)及び前記第3面(11c)に設けられた溝(17)である、請求項1に記載の電機子。
  4. 前記磁性ヨーク(11)は、前記第1面(11a)及び前記第2面(11b)を連結する環状の第3面(11c)をさらに有し、
    前記凹部(15)は前記第1面(11a)から前記第2面(11b)まで前記磁性ヨークを貫通し、前記第3面(11c)まで延在した空間を有している、請求項1に記載の電機子。
  5. 前記電機子巻線を構成する導線および前記貫通孔の断面は略円形である、請求項2に記載の電機子。
  6. 前記貫通孔は、前記電機子巻線を構成する導線1本の断面積よりも大きい、請求項2又は5に記載の電機子。
  7. 前記磁性ヨークには、前記磁性コアごとに前記凹部(14,15,17)が2つ以上設けられる、請求項1乃至6の何れか一つに記載の電機子。
  8. 前記第1面(11a)上で複数の前記磁性コアが所定の第1方向(30)に並べられて設けられ、
    前記凹部は、前記磁性コアの重心(G)から見て、前記第1方向(30)に垂直且つ前記第1面(11a)に平行な第2方向に位置する面(12a,12c)側から前記電機子巻線を導く、請求項1乃至7の何れか一つに記載の電機子。
  9. 前記第1面(11a)は平板である、請求項1乃至8の何れか一つに記載の電機子。
  10. 前記磁性コアと、前記磁性ヨークとの組の複数が前記所定方向を軸とした周方向に相互に連結される、請求項9に記載の電機子。
  11. 請求項1乃至10の何れか一つに記載の電機子を備える、回転電機。
  12. 請求項11に記載の回転電機を備える、圧縮機。
  13. 請求項11に記載の回転電機を備える、送風機。
  14. 請求項12に記載の圧縮機、及び請求項13に記載の送風機の少なくともいずれか一方を備える、空気調和機。
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