JP2009284672A - 電機子及び回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】コイルエンド部の高さを低くし、電機子のアンバランスを低減することができる電機子及び回転電機を提供する。
【解決手段】本発明に係る電機子７は、放射状に延びる複数のティース部１６を有する電機子コア１２を備えていて、ティース部１６は、電機子７の軸方向の両端側に形成された溝部２２を有し、溝部２２の内径側に巻回された内径側の巻線２６と、溝部２２の外径側に巻回された外径側の巻線２８とは、電機子７の軸方向に重なり合う部分がないように巻回される。
【選択図】図３

Description

本発明は、電機子及び回転電機に関するものである。

回転電機の電機子は、電機子コアに導線が巻回されて巻線が構成されている。このような電機子コアへの巻線は、電機子コアの各ティースのそれぞれに巻線が形成される集中巻きや、２つのティースに跨って橋架状に巻線が形成される重ね巻（多極巻き）などの巻回により形成されていて、設計上それぞれから適宜選択される（例えば、特許文献１、２参照）。

特開２００３−０６１２８７号公報 特開２００７−０４３８３１号公報

しかしながら、特許文献１のように電機子コアの各ティースに跨って橋架状に巻線を形成すると、図５と６に示すように、下層に位置する内径側の巻線１２６に上層に位置する外径側の巻線１２８がティース部１１６に重なった状態で巻回されるため、渡り線部（コイルエンド部）の高さが軸方向に対して高くなる。また、巻線同士が複雑に重なり合うため、電機子コア１１２の巻線スペースに占める線材占有率は５０％程度に留まっている。特に巻線を乱巻きにより巻回した場合には、巻線の重なり方がランダムなため、電機子１１２のアンバランス及び巻線材の使用量の増大の原因となっていた。

本発明の目的は、上記問題点に鑑み、コイルエンド部の高さを低くし、電機子のアンバランスの低減することができる電機子及び回転電機を提供することである。
また、本発明の他の目的は、磁気特性を損なうことなく、電機子コアの巻線スペースに占める線材占有率を向上させると共に、巻線材の使用量の低減を図ることができる電機子を提供することである。

前記課題は、請求項１に係る電機子によれば、放射状に延びる複数のティース部を有する電機子コアと、前記電機子コアの複数の前記ティース部の間に橋架状に巻回された巻線と、を備えた電機子において、前記ティース部は、前記電機子の軸方向の両端側に形成された溝部を備え、前記巻線は、前記溝部の内径側に巻回された内径側の巻線と、前記溝部の外径側に巻回された外径側の巻線と、を有し、前記内径側の巻線及び前記外径側の巻線は、それぞれ異なる前記ティース部との間に橋架状に巻回されると共に、前記電機子の径方向に並べて巻回されることにより解決される。

このように、ティース部は電機子の軸方向の両端側に形成された溝部を備え、巻線は、溝部の内径側に巻回された内径側の巻線と、外径側に巻回された外径側の巻線と、を有し、内径側の巻線及び外径側の巻線は、それぞれ異なる前記ティース部との間に橋架状に巻回されると共に、電機子の径方向に並べて巻回されることによって、コイルエンド側で内径側の巻線と外径側の巻線とが軸方向に重なり合う部分がなくなるため、コイルエンド側の高さを抑えることができる。そのため、重心のバラツキが低減し、アンバランス化を抑制した電機子が得られる。

具体的には、請求項２のように、前記ティース部は、一方側に隣接するティース部との間の内径側に橋絡部を有し、前記橋絡部を跨いで前記内径側の巻線が巻回されると好適である。
このように、隣接するティース部との間の内径側に形成された橋絡部を跨いで内径側の巻線が巻回されることによって、巻線の内側の空間をコアで埋めることができるため磁気特性を損なうことがない電機子が得られる。

また、請求項３のように、前記ティース部は、前記橋絡部が形成された方向とは逆方向の外径側に拡幅した穴埋め部を有し、前記穴埋め部は、前記外径側の巻線の内側に配置されると好適である。
このように、橋絡部が形成された方向とは逆方向の外径側に拡幅した穴埋め部が、外径側の巻線の内側に配置されることによって、巻線の内側の空間をコアで埋めることができるため磁気特性を損なうことがない電機子が得られる。

さらに具体的には、請求項４のように、前記内径側の巻線が巻回される前記ティース部のうち、前記内径側の巻線の内側に配置される部分と、前記外径側の巻線が巻回される前記ティース部のうち、前記外径側の巻線の内側に配置される部分とは、前記内径側の巻線及び前記外径側の巻線がそれぞれ巻回される軸方向に垂直な断面の面積がほぼ同じであると好適である。
上記構成によって、内径側の巻線と外径側の巻線のコアの断面積を等しくすることができるため、内径側の巻線と外径側の巻線の磁気特性のバランスを良好に保ち、且つ磁気特性を損なうことがない電機子が得られる。

また、請求項５のように、前記ティース部は、前記橋絡部が形成された部分と逆側の内径側に第１の切り欠き部が形成され、前記穴埋め部が形成された部分と逆側の外径側に第２の切り欠き部が形成されると好適である。
上記構成によって、巻線の内側に位置するスロットの空間をコアで埋めると共に、コイルが巻かれるスペースを広げた電機子が得られる。

また、請求項６のように、前記溝部は、内径側に形成される第１の溝部と、前記第１の溝部よりも外径側に形成される第２の溝部と、からなり、前記第２の溝部は、前記第１の溝部よりも深く形成されると好適である。
上記構成によって、ティース部の厚みを部分的に変化させて調整し、内径側の巻線と外径側の巻線のコイルエンドの高さを揃えた電機子が得られる。

また、請求項７のように、前記巻線は、前記溝部に整列して巻回されると好適である。
このように、巻線を整列して巻回することによって、電機子コアの巻線スペースに占める線材占有率を向上することができ、重心、重量のバラツキの低減に加えて、巻線材の使用量の低減を図ることができる電機子が得られる。

前記課題は、請求項８に係る回転電機によれば、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電機子を有することにより解決される。
このように、本発明の回転電機は、請求項１乃至７の特徴を備えたものを得ることが可能となる。

請求項１に係る電機子によれば、コイルエンド側で内径側の巻線と外径側の巻線とが重なる部分が生じないため、コイルエンド側の高さを抑え、アンバランスを低減できる電機子が得られる。
請求項２と３に係る電機子によれば、巻線の内側の空間をコアで埋めることができるため磁気特性を損なうことがない電機子が得られる。
請求項４に係る電機子によれば、磁気特性を損なうことがない電機子が得られる。
請求項５に係る電機子によれば、巻線の内側に位置するスロットの空間をコアで埋めると共に、コイルが巻かれるスペースを広げた電機子が得られる。
請求項６に係る電機子によれば、ティース部の厚みを部分的に変化させて調整し、内径側の巻線と外径側の巻線のコイルエンドの高さを揃えることができる電機子が得られる。
請求項７に係る電機子によれば、線材占有率の向上と、重心及び重量のバラツキの低減を図り、さらに、巻線材の使用量を低減することができる電機子が得られる。
請求項８に係る回転電機によれば、請求項１乃至７の特徴を備えた回転電機を得ることができる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明する部材，配置等は本発明を限定するものでなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができることは勿論である。

（第１の実施形態）
図１乃至３は本発明に係る第１の実施形態を示し、図１は回転電機の概略説明図、図２は電機子の斜視説明図、図３は電機子の部分断面説明図である。

先ず、図１に基づき、本発明の実施形態に係る回転電機１の構成を説明する。
本実施形態における回転電機１は、固定子５と電機子７とを有している。固定子５は、略円筒状のヨークハウジング９と、ヨークハウジング９の内側に所定間隔で配設された複数の永久磁石１１とを備えている。
電機子７は、回転軸１０と、回転軸１０に一体として固定された電機子コア１２と、同じく回転軸１０に一体として固定されたコンミテータ１４と、を備え、ヨークハウジング９の所定位置に軸支されている。なお、電機子７は永久磁石１１と対向して周囲を囲まれるように配置される。

図２に示した本実施例に係る電機子の斜視図は、一部のティース部に巻線が形成された様子を示している。また、図３（ａ）は導線が巻回されたティース部の部分縦断面図、図３（ｂ）は同じくティース部の部分横断面図である。
電機子コア１２は、回転軸を中心として放射状に延びる８個のティース部１６を有していて、軸方向の両側にはそれぞれ不図示のインシュレータが取り付けられ、電機子コア１２のティース部１６に巻回される導線と、電機子コア１２との接触を防止している。
ティース部１６は、電機子コア１２から径方向の外周に向かって延設され、外側部分に周方向の両側に向かって張り出したコアホルダ１８を有し、断面略Ｔ字状に形成されている。それぞれのコアホルダ１８の間にはスリット２０が形成されている。また、各ティース部１６に軸方向の両側には、導線が巻回される溝部２２が形成されている。
溝部２２は、電機子コア１２の側面であるガイド壁１９と、コアホルダ１８の内側面との間の位置に形成された窪み部分として、軸方向両側のそれぞれに設けられている。

インシュレータが取り付けられた電機子コア１２のそれぞれのティース部１６には、各ティース部１６間に橋架状に導線が巻回されて巻線２５が設けられている。
ティース部１６の軸方向の両側に設けられた溝部２２に形成された巻線２５は、溝部２２の内径側に巻回された内径側の巻線２６と、外径側に巻回された外径側の巻線２８と、を備えている。
内径側の巻線２６及び外径側の巻線２８のそれぞれの端末は、コンミテータ１４の所定の接続部に連結されている。

内径側の巻線２６が形成された状態の電機子コア１２に、外径側の巻線２８を巻回する際に、電機子コア１２の軸方向の両端部であるコイルエンド側で、外径側の巻線２８が内径側の巻線２６の上に重なって巻回されないように巻回されている。すなわち、内径側の巻線２６及び外径側の巻線２８は、溝部２２の内径側と外径側の部分に、それぞれ重ならないように径方向に層状に並べて巻回されている。ティース部１６の間の渡り線部分においても、内径側と外径側に整列して層状に巻回されている。このように、コイルエンド側で内径側の巻線２６と外径側の巻線２８と、が重なり合う部分がないため、外径側の巻線２８のコイルエンド側の高さを抑えることができる。
コイルエンド側の高さを抑えることにより、重心のバラツキが低減し、電機子７のアンバランス化を防止できる。
また、内径側の巻線２６及び外径側の巻線２８は、いずれも整列巻されていて、電機子コア１２の巻線スペースに占める線材占有率が向上されている。これにより、重心、重量のバラツキの低減に加えて、巻線材の使用量の低減を図ることができる。

図３（ｂ）に示すように、内径側の巻線２６及び外径側の巻線２８はいずれも、コアホルダ１８の軸方向の高さに合わせて巻回されている。このため、巻線２５がコアホルダ１８からコイルエンド側に張り出すことがなく、また、整列巻きであるため巻線のコイルエンド側の高さがコアホルダ１８の軸方向の高さと一律に揃えることができる。こうして、巻線２５のコイルエンド側の高さとコアホルダ１８の軸方向の高さとを揃えることで、コイルエンドを一層低くすると共に、さらにバランスの良好な電機子７を作製することができる。

また、従来のように、内径側の巻線２６の上に外径側の巻線２８が巻回される場合では、外径側の巻線２８が巻回される部分が平面とはならないため、導線を狙いの位置に安定して巻くことが困難となり整列巻きを行うことが困難であった。しかし、本実施形態のように、内径側の巻線２６と外径側の巻線２８とが重ならないように巻くことで、巻線する部分がインシュレータに覆われた溝部２２の安定した平面となるため整列巻きが容易となる。

なお、本実施形態においては、ガイド壁１９は、電機子コア１２の側面として構成しているが、電機子コア１２の側面にガイド壁１９としての部材を別途設ける構成としてもよい。
同様に、溝部２２のガイド壁１９と逆側は、コアホルダ１８の内側面として構成しているが、コアホルダ１８の内側に別の部材を設ける構成としてもよい。

本実施形態においては、巻線２５を整列巻きにて巻回しているが、コイルエンド部で巻線２５が重ならないような巻き方であれば乱巻きであってもよい。この場合でも、コイルエンド側の高さを抑えることができるため、重心のバラツキの低減を図ることができる。

（第２の実施形態）
図４（ａ），（ｂ）は本発明の第２の実施形態に係る電機子の部分断面説明図であり、図４（ａ）は導線が巻回されたティース部の部分縦断面図、図４（ｂ）は同じくティース部の部分横断面図を示している。
なお、以下の各実施の形態において、第１の実施の形態と同様部材、配置等には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
本実施形態においては、第１の実施形態と比べて電機子コア３２の形状が異なっている。

本実施形態に係る電機子コア３２は、回転軸を中心として放射状に延びる８つのティース部３６が設けられている。それぞれのティース部３６には、周方向に橋絡部５１と穴埋め部５３が形成されている。
橋絡部５１は、一方側に隣接するティース部３６との間に形成され、ティース部３６の内径側同士を周方向に連結するようにティース部３６の一部が拡幅されている。
穴埋め部５３は、橋絡部５１が形成された方向とは逆側の周方向に拡幅された部分であり、ティース部３６の外径側に形成されている。

ここで、ティース部３６の形状について詳しく説明する。
電機子コア３２の内壁とコアホルダ３８の間に位置するティース部３６の部分を、内径側と外径側に分けると、ティース部３６の内径側には、周方向に向かって橋絡部５１が形成されている。また、ティース部３６の外径側には、橋絡部５１の形成方向とは逆側の周方向に向かって穴埋め部５３が形成されている。
また、ティース部３６の内径側は、橋絡部５１を有すると共に、橋絡部５１が形成された部分とは逆側の部分に切り欠き部５５（第１の切り欠き部）が形成されている。同様に、ティース部３６の外径側は、穴埋め部５３が形成された部分とは逆側の部分に切り欠き部５６（第２の切り欠き部）が形成されている。こうして、本実施形態に係るティース部３６は、略鍵形の部分の外周側にコアホルダ３８を有した形状となっている。

また、各ティース部３６の軸方向の両側には、導線を巻回するために溝部４２が形成されている。
本実施形態に係る溝部４２は、溝の深さがティース部３６の内径側と外径側で異なる２段階に形成されていて、ティース部３６の外径側の溝部４４（第２の溝部）が、ティース部の内径側の溝部４３（第１の溝部）よりも深く形成されている。溝部４２の厚さを部分的に変化させることで、内径側の巻線４６と外径側の巻線４８の巻形状が異なる場合でもコイルエンド側の高さを揃えることができる。
上述のように、各ティース部３６の周方向に、橋絡部５１と穴埋め部５３及び切り欠き部５５，５６を設け、さらに、軸方向の両側にも溝の深さが異なる内径側の溝部４３と外径側の溝部４４を有することにより、内径側の巻線４６は、内径側の溝部４３と、橋絡部５１によって連結された一対のティース部３６，３６の切り欠き部５５，５５の回りに巻回されている。
一方、外径側の巻線４８は、外径側の溝部４４と、穴埋め部５３が対向して設けられた一対のティース部３６，３６の切り欠き部５６，５６の回りに巻回されている。

内径側の巻線４６は、橋絡部５１を跨いで巻回されるため、巻回された２つのティース部３６，３６の間の空間（デッドスペース５８：図３参照）を橋絡部５１によって埋めることができる。そして、内径側の巻線４６の内側に位置する、ティース部３６，３６及び橋絡部５１は、巻線のコアとして機能することができる。
外径側の巻線４８は、穴埋め部５３，５３が巻線の内側に配置されるように、２つのティース部３６，３６の間に橋架状に巻回されるため、第１の実施形態に比べて、巻線の内側にある空間（デッドスペース５８）を減少させることができる。もちろん、外径側の巻線４８の内側に位置する、ティース部３６，３６及び穴埋め部５３，５３は、巻線のコアとして機能する。

橋絡部５１を挟んで位置する一対のティース部３６，３６のそれぞれに内径側の切り欠き部５５，５５が設けられる一方、ティース部３６，３６の外径側にも外径側の切り欠き部５６，５６が設けられているため、この内径側の切り欠き部５５及び外径側の切り欠き部５６の大きさを調整することで、ティース部３６，３６の内径側と外径側のそれぞれに巻回される内径側の巻線４６と外径側の巻線４８とが同等の断面積のコアを有する構成とすることができる。コアの断面積を同等とすることで、内径側の巻線４６と外径側の巻線４８の有する磁気特性のバランスを良好に保つことができる。また、１つのティース部３６の回りに集中巻きによって構成される巻線を有する電機子と比べて磁気特性を損なうことがない。
同様に、溝部４２の厚さを部分的に変化させることで、コアの断面積を調整することもできる。
さらに、内径側の切り欠き部５５及び外径側の切り欠き部５６によって、内径側の巻線４６及び外径側の巻線４８は、第１の実施形態での内径側の巻線２６及び外径側の巻線２８と比べてコンパクトに配置されるため導線の巻回を行うスペースを広げることができ、巻回工程がより容易となる。

なお、本実施形態における橋絡部５１は、隣り合う一対のティース部３６，３６との間を連続して一体として構成されていて、デッドスペース５８の低減及び、電機子コア３２の加工性が良好な形状として構成されている。しかし、橋絡部５１を、別個に分けて構成してもよく、電機子コア３２の重量の低減、すなわちナターシャの低減を図ることができる。

また、内径側切り欠き部５５及び外径側の切り欠き部５６の大きさと形状は適宜変更可能であり、これらの切り欠き部５５，５６の形状を調整することで、巻線４５の巻回のターン数に応じた巻回を行うスペースを確保することができる。
さらに、内径側の切り欠き部５５及び外径側の切り欠き部５６と橋絡部５１，穴埋め部５３、及び溝部４２の形状を調整することで、各ティース部３６，３６に巻回される巻線４５の形状を変化させることができる。

本発明に係る電機子７によれば、重ね巻製品の内径側の巻線２６，４６及び外径側の巻線２８，４８の配置、ティース部１６，３６の形状を変更することでデッドスペースを低減でき、低コイルエンド化が可能となる。また、整列巻きをすることで各巻線２５，４５の重心位置の安定と、導線の使用量のバラツキの低減による重量位置の安定による電機子７のアンバランスを低減することができ、バランス測定、バランス修正工程を廃止することが可能となる。また、乱巻きに比べて整列巻きは、巻線の並び方に無駄がないため、線材使用量も低減でき、材料費の低減を図ることができる。

本発明の第１の実施形態に係る回転電機の概略説明図である。 本発明の第１の実施形態に係る電機子の斜視説明図である。 本発明の第１の実施形態に係る電機子の部分断面説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る電機子の部分断面説明図である。 従来の電機子の斜視説明図である。 従来の電機子の概略説明図である。

符号の説明

１ 回転電機、５ 固定子、７ 電機子、９ ヨークハウジング、１０ 回転軸、１１ 永久磁石、１２，３２，１１２ 電機子コア、１４ コンミテータ、１６，３６，１１６ ティース部、１８，３８ コアホルダ、１９ ガイド壁、２０ スリット、２２，４２ 溝部、２５，４５ 巻線、２６，４６，１２６ 内径側の巻線、２８，４８，１２８ 外径側の巻線、４３ 内径側の溝部、４４ 外径側の溝部、５１ 橋絡部、５３ 穴埋め部、５５ 内径側の切り欠き部、５６ 外径側の切り欠き部、５８ デッドスペース

Claims (8)

1. 放射状に延びる複数のティース部を有する電機子コアと、
   前記電機子コアの複数の前記ティース部の間に橋架状に巻回された巻線と、を備えた電機子において、
   前記ティース部は、前記電機子の軸方向の両端側に形成された溝部を備え、
   前記巻線は、前記溝部の内径側に巻回された内径側の巻線と、前記溝部の外径側に巻回された外径側の巻線と、を有し、
   前記内径側の巻線及び前記外径側の巻線は、それぞれ異なる前記ティース部との間に橋架状に巻回されると共に、前記電機子の径方向に並べて巻回されることを特徴とする電機子。
2. 前記ティース部は、一方側に隣接するティース部との間の内径側に橋絡部を有し、
   前記橋絡部を跨いで前記内径側の巻線が巻回されることを特徴とする請求項１に記載の電機子。
3. 前記ティース部は、前記橋絡部が形成された方向とは逆方向の外径側に拡幅した穴埋め部を有し、
   前記穴埋め部は、前記外径側の巻線の内側に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の電機子。
4. 前記内径側の巻線が巻回される前記ティース部のうち、前記内径側の巻線の内側に配置される部分と、前記外径側の巻線が巻回される前記ティース部のうち、前記外径側の巻線の内側に配置される部分とは、前記内径側の巻線及び前記外径側の巻線がそれぞれ巻回される軸方向に垂直な断面の面積がほぼ同じであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電機子。
5. 前記ティース部は、前記橋絡部が形成された部分と逆側の内径側に第１の切り欠き部が形成され、前記穴埋め部が形成された部分と逆側の外径側に第２の切り欠き部が形成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電機子。
6. 前記溝部は、内径側に形成される第１の溝部と、前記第１の溝部よりも外径側に形成される第２の溝部と、からなり、
   前記第２の溝部は、前記第１の溝部よりも深く形成されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電機子。
7. 前記巻線は、前記溝部に整列して巻回されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電機子。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電機子を有することを特徴とする回転電機。

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