JP2010283963A - 回転電機子、回転電機、及び、回転電機子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】重心偏倚が小さく回転バランスに優れ、回転時の振動が小となる回転電機子を提供する。
【解決手段】電機子コア１６のティースには、内層ティース部２１ａと、そこから周方向に二股に分岐する外層ティース部２１ｂ，２１ｃとが形成され、複数の巻線の内で、周方向に１つおきで同方向に重ならない内層巻線１７ａがその内層ティース部２１ａに巻回され、周方向に重ならない残りの１つおきの外層巻線１７ｂが隣接ティース間で対向する一対の外層ティース部２１ｂ，２１ｃに跨って巻回される。各巻線１７ａ，１７ｂの巻回の際、１８０°対向位置を除く最も離間位置にある巻回対象のティース部２１ａ〜２１ｃに順次移行しながら各巻線１７ａ，１７ｂがそれぞれ巻回される。
【選択図】図２

Description

本発明は、電機子コアのティースに巻線を巻回してなる回転電機子、その回転電機子を有する回転電機、及び、その回転電機子の製造方法に関するものである。

回転電機子は、電機子コアの所定のティース毎に導線が巻回されて複数の巻線が構成されており、整流子から各巻線への給電に基づいて回転するものである。このような回転電機子は、例えば特許文献１にて示されているように、隣接の巻線が周方向に（この場合、軸方向にも）重なり部分を有する巻回態様を採用するものにおいては特に、回転中心から重心の偏倚が大きくなりがちで回転バランスが悪化し易く、これが回転時の振動増加に繋がっている。

そのため、従来より、後工程において、回転電機子に修正材を取り付けるというプラス修正を行ったり、電機子コアを削るというマイナス修正を行う等して、重量バランスが良好となるように調整がなされていた。しかしながら、修正材を取り付けたり電機子コアを削るという後工程が別途必要となるとともに、修正材分の部品点数の増加や修正材の飛散を防止、更にはコアを削るための専用の工具が必要となる等、好ましい対応ではなかった。

そこで、同特許文献１にて示されている回転電機子のように、所定のティースに巻回する巻線の巻回数を調整して重量バランスを良好とすることで、上記したバランス修正を行う後工程を不要とすることができる。

特公平７−３４６３０号公報

しかしながら、巻線毎に巻回数を変えて回転電機子の重量バランスを良好とするという対応では、巻線毎の巻回数の違いから磁気的にアンバランスが生じるため、結果的にこの磁気的アンバランスによって回転時に回転電機子が振動することになる。従って、巻回数を変える対策は得策でなかった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、重心偏倚が小さく回転バランスに優れ、回転時の振動が小となる回転電機子、その回転電機子を有する回転電機、及び、その回転電機子の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、電機子コアのティースに複数の巻線が巻回されてなり、隣接の巻線が周方向に重なる巻回態様にて構成された回転電機子であって、前記電機子コアのティースには、第１ティース部と、該第１ティース部から周方向に二股に分岐する第２ティース部とが形成されるとともに、前記複数の巻線の内で、周方向に１つおきで同方向に重ならない巻線が第１巻線として前記第１ティース部に巻回され、周方向に重ならない残りの１つおきの巻線が第２巻線として隣接ティース間で対向する一対の前記第２ティース部に跨って巻回され、更に前記第１及び第２巻線が、１８０°対向位置を除く最も離間位置にある巻回対象の前記ティース部に順次移行して巻回されて構成されていることをその要旨とする。

この発明では、電機子コアのティースには、第１ティース部と、そこから周方向に二股に分岐する第２ティース部とが形成され、複数の巻線の内で、周方向に１つおきで同方向に重ならない巻線（第１巻線）がその第１ティース部に巻回され、周方向に重ならない残りの１つおきの巻線（第２巻線）が隣接ティース間で対向する一対の第２ティース部に跨って巻回される。また第１及び第２巻線の巻回の際には、１８０°対向位置を除く最も離間位置にある巻回対象のティース部に順次移行しながら各巻線がそれぞれ巻回される。従って、各巻線を周方向（回転方向）のいずれにおいても均等構成とでき、しかも各巻線の巻回順の工夫により、連続することによる巻線の構成の偏り（導線の重量変化の偏り等）を周方向に分散できるため、これらから重心偏倚の小さい回転バランスに優れた回転電機子が構成可能となる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の回転電機子において、前記各巻線が軸方向に重ならないように巻回されて構成されていることをその要旨とする。
この発明では、各巻線が軸方向に重ならないように巻回されるため、電機子コアの軸方向両端面からの巻線突出量（コイルエンド高さ）を小さくでき、回転電機子の短軸化、ひいてはこれを用いる回転電機の軸方向の小型化に寄与できる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の回転電機子を備えて構成されている回転電機である。
この発明では、重心偏倚の小さい回転バランスに優れた回転電機子が備えられることから、低振動の回転電機が提供可能となる。

請求項４に記載の発明は、電機子コアのティースに複数の巻線が巻回されてなり、隣接の巻線が周方向に重なる巻回態様にて構成された回転電機子の製造方法であって、前記電機子コアのティースには、第１ティース部と、該第１ティース部から周方向に二股に分岐する第２ティース部とが形成されるとともに、前記複数の巻線の内で、周方向に１つおきで同方向に重ならない巻線が第１巻線として前記第１ティース部に巻回され、周方向に重ならない残りの１つおきの巻線が第２巻線として隣接ティース間で対向する一対の前記第２ティース部に跨って巻回され、更に前記第１及び第２巻線が、１８０°対向位置を除く最も離間位置にある巻回対象の前記ティース部に順次移行して巻回されることをその要旨とする。

この発明では、上記した請求項１の発明と同様の作用効果が得られる。
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の回転電機子の製造方法において、前記各巻線が軸方向に重ならないように巻回されることをその要旨とする。

この発明では、上記した請求項２の発明と同様の作用効果が得られる。

本発明によれば、重心偏倚が小さく回転バランスに優れ、回転時の振動が小となる回転電機子、その回転電機子を有する回転電機、及び、その回転電機子の製造方法を提供することができる。

本実施形態における直流モータの概略構成図である。 （ａ）（ｂ）は、内層巻線の巻回態様を説明するための説明図、（ｃ）（ｄ）は、外層巻線の巻回態様を説明するための説明図、（ｅ）（ｆ）は、短絡線の接続態様を説明するための説明図である。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１は、本実施形態の回転電機としての直流モータ１１を示す。本実施形態の直流モータ１１は、円筒状のヨークハウジング１２の内周面に４個（４磁極）のマグネット１３が固着され、該マグネット１３の内側に回転電機子１４が回転可能に収容されて構成されている。

回転電機子１４は、回転軸１５と、該回転軸１５に固定される電機子コア１６と、該電機子コア１６に巻装される１０個（１０磁極）の巻線１７と、回転軸１５に固定され各巻線１７の端末線と接続される整流子１８とを備えている。

詳述すると、電機子コア１６は、磁性金属板材を複数枚積層してなり（磁性粉体の成形でも可）、円環状のコアバック２０の外周面から径方向外側に延び等角度間隔（７２°間隔）に設けられる５本のティース２１を有し、そのコアバック２０の中心に回転軸１５が嵌挿されて該回転軸１５に一体回転可能に固定されている。各ティース２１は、幅方向中心線（周方向中心線）に対して線対称をなしており、コアバック２０から径方向中間位置までは１本の内層ティース部２１ａとして構成され、その中間位置から先の径方向外側部分が周方向に二股に分岐する外層ティース部２１ｂ，２１ｃとして構成されている。同一のティース２１から分岐した外層ティース部２１ｂ，２１ｃの径方向外側端部には、それぞれ互いに近接するように円弧状に延びる延出部２１ｄが形成され、各延出部２１ｄは周方向に等角度間隔に位置し、その径方向外側面にて前記マグネット１３に対向するようになっている。

各内層ティース部２１ａには、上記した１０個の巻線１７の内の５個が内層巻線１７ａとしてそれぞれ巻回され、その巻回された各内層巻線１７ａは７２°間隔に配置されている。また、外層ティース部２１ｂ，２１ｃには、隣接のティース２１間で周方向に対向するもの同士が対となり互いに跨るようにして残りの５個が外層巻線１７ｂとしてそれぞれ巻回されている。巻回された各外層巻線１７ｂは、各内層巻線１７ａの中間位置毎に配置され、同じく７２°間隔に配置されている。こうして、各内層巻線１７ａ及び各外層巻線１７ｂよりなる１０個の巻線１７は、３６°の等角度間隔に交互に配置されその個々が約６０°の角度範囲で構成（周方向に重なりの生じる構成）され、また互いに軸方向に重なり部分を有さずに電機子コア１６に巻装されている。

因みに、各外層ティース部２１ｂ，２１ｃ間に形成されるスロット底部中央（外層ティース部２１ｂ，２１ｃの分岐部分）には、外層巻線１７ｂの巻線方向に倣った（図１にて２点鎖線に倣った）斜面を有する三角形状のガイド凸部２１ｅが形成されている。ガイド凸部２１ｅは、外層巻線１７ｂを配列を崩さないで整列状態で巻回できるようにガイドし、外層巻線１７ｂの巻回形状がアンバランスとなること等を抑制するために設けられている。

図２に示すように、回転電機子１４に備えられる整流子１８には、その外周面に１０個のセグメント２５が等角度間隔（３６°間隔）に互いに絶縁されて固着されている。各セグメント２５には、それぞれ対応する各巻線１７の端末線が接続されている。また、各セグメント２５は、１８０°間隔のもの同士を同電位とすべく、５本の短絡線２６にてそれぞれ互いに接続されている。

次に、本実施形態における巻線１７の電機子コア１６への巻回態様と、巻線１７の整流子１８との接続態様とを説明する。
ここで、図２に示すように、５本のティース２１から分岐した外層ティース部２１ｂ，２１ｃは合計１０本あり、所定のティース２１における反時計回り側の外層ティース部２１ｂから時計回り方向に順にティース番号「１」〜「１０」を付すこととする。５本の内層ティース部２１ａにおいては、それぞれティース番号「１」「２」、「３」「４」、「５」「６」、「７」「８」、「９」「１０」となる。また、ティース番号「１」「２」の外層ティース部２１ｂ，２１ｃ間（内層ティース部２１ａ）に位置する整流子１８のセグメント２５から時計回り方向に順にセグメント番号「１」〜「１０」を付すこととする。尚、本実施形態では、ティース番号「１」の外層ティース部２１ｂと、セグメント番号「１」のセグメント２５とが所定角度（例えば２７°）ずらした設定となっている。

先ず、図２（ａ）（ｂ）に示すように、各内層巻線１７ａが各内層ティース部２１ａに巻回される。即ち、セグメント「１」に掛止められた導線１７ｘは、ティース番号「３」「４」の内層ティース部２１ａに一定回数巻回して内層巻線１７ａを構成してセグメント番号「７」に掛止められる。セグメント「７」に掛止められた導線１７ｘは、ティース番号「９」「１０」の内層ティース部２１ａに一定回数巻回して内層巻線１７ａを構成してセグメント番号「３」に掛止められる。セグメント「３」に掛止められた導線１７ｘは、ティース番号「５」「６」の内層ティース部２１ａに一定回数巻回して内層巻線１７ａを構成してセグメント番号「９」に掛止められる。以降同様にして、ティース番号「１」「２」及びティース番号「７」「８」の各内層ティース部２１ａに内層巻線１７ａがそれぞれ巻回され、導線１７ｘがセグメント番号「１」に再び掛止められて、５個の内層巻線１７ａの内層ティース部２１ａへの巻回がなされる。各内層巻線１７ａは、セグメント番号が奇数番のセグメント２５を用いて１本の導線１７ｘにて構成されている。

次いで、図２（ｃ）（ｄ）に示すように、各外層巻線１７ｂが各外層ティース部２１ｂ，２１ｃに巻回される。即ち、セグメント「２」に掛止められた導線１７ｘは、ティース番号「５」「４」の外層ティース部２１ｂ，２１ｃに一定回数巻回して外層巻線１７ｂを構成してセグメント番号「８」に掛止められる。セグメント「８」に掛止められた導線１７ｘは、ティース番号「１」「１０」の外層ティース部２１ｂ，２１ｃに一定回数巻回して外層巻線１７ｂを構成してセグメント番号「４」に掛止められる。セグメント「４」に掛止められた導線１７ｘは、ティース番号「７」「６」の外層ティース部２１ｂ，２１ｃに一定回数巻回して外層巻線１７ｂを構成してセグメント番号「１０」に掛止められる。以降同様にして、ティース番号「３」「２」及びティース番号「９」「８」の各外層ティース部２１ｂ，２１ｃに外層巻線１７ｂがそれぞれ巻回され、導線１７ｘがセグメント番号「２」に再び掛止められて、５個の外層巻線１７ｂの外層ティース部２１ｂ，２１ｃへの巻回がなされる。各外層巻線１７ｂは、セグメント番号が偶数番のセグメント２５を用いて１本の導線１７ｘにて構成されている。

そして、図２（ｅ）（ｆ）に示すように、それぞれ１８０°間隔を有するセグメント「１」「６」、セグメント「２」「７」、セグメント「３」「８」、セグメント「４」「９」、セグメント「５」「１０」の各セグメント２５同士が５本の導線１７ｘ（短絡線２６）にて互いに接続され同電位とされる。このようにして、巻線１７の電機子コア１６に対する巻回と整流子１８に対する接続とがなされて、本実施形態の回転電機子１４が構成されている。

そして、ヨークハウジング１２内には、外部から直流電源が供給される図示しない給電ブラシが備えられている。給電ブラシはプラス側及びマイナス側のブラシで組をなし、４箇所あるマグネット１３の磁極中心位置（９０°間隔）のいずれかにその１組又は２組のブラシが振り分けられて配置され、回転電機子１４の整流子１８（セグメント２５）に押圧接触させている。そして、直流電源が給電ブラシから整流子１８を通じて各巻線１７に供給されることで回転電機子１４に回転のための磁界が生じ、該電機子１４が回転するようになっている。

次に、本実施形態の特徴的な作用効果を記載する。
（１）本実施形態では、電機子コア１６のティース２１には、内層ティース部２１ａと、そこから周方向に二股に分岐する外層ティース部２１ｂ，２１ｃとが形成され、複数の巻線１７の内で、周方向に１つおきで同方向に重ならない内層巻線１７ａがその内層ティース部２１ａに巻回され、周方向に重ならない残りの１つおきの外層巻線１７ｂが隣接ティース２１間で対向する一対の外層ティース部２１ｂ，２１ｃに跨って巻回されている。また各巻線１７ａ，１７ｂの巻回の際には、１８０°対向位置を除く最も離間位置にある巻回対象のティース部２１ａ〜２１ｃに順次移行しながら各巻線１７ａ，１７ｂがそれぞれ巻回されている。従って、各巻線１７ａ，１７ｂを周方向（回転方向）のいずれにおいても均等構成とでき、しかも各巻線１７ａ，１７ｂの巻回順の工夫により、連続することによる巻線１７ａ，１７ｂの構成の偏り（導線１７ｘの重量変化の偏り等）を周方向に分散できるため、これらから重心偏倚の小さい回転バランスに優れた回転電機子１４を構成でき、該電機子１４を用いるモータ１１の低振動化に寄与できる。

（２）本実施形態では、各巻線１７ａ，１７ｂが軸方向に重ならないように巻回されているため、電機子コア１６の軸方向両端面からの巻線突出量（コイルエンド高さ）を小さくでき、回転電機子１４の短軸化、ひいてはモータ１１の軸方向の小型化に寄与できる。また、各巻線１７ａ，１７ｂが軸方向に重ならないように巻回されることで、導線１７ｘの使用量の低減が可能で各巻線１７ａ，１７ｂの抵抗値も小さくなるため、軽量で効率の良いモータ１１として提供できる。

尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、電機子コア１６を図１にて示すような形状にて形成したが、適宜形状を変更してもよい。また、電機子コア１６を積層型コアとしたが、磁性粉体の成形よりなるコアとしてもよい。

・上記実施形態では、各巻線１７ａ，１７ｂを軸方向に重ならないように巻回したが、各巻線１７ａ，１７ｂの一部が軸方向に重なる態様としてもよい。
・上記実施形態では、導線１７ｘによる短絡線２６を用いて所定セグメント２５同士の短絡を図ったが、巻線１７ａ，１７ｂの巻回態様を若干変更し、所定セグメント２５同士の短絡の必要ない構成としてもよい。

・上記実施形態では、４個（４磁極）のマグネット１３と、１０個（１０磁極）の巻線１７とでモータ１１を構成したが、各個数（各磁極数）を適宜変更してもよい。

１４…回転電機子、１６…電機子コア、１７…巻線、１７ａ…第１巻線（内層巻線）、１７ｂ…第２巻線（外層巻線）、２１…ティース、２１ａ…内層ティース部（第１ティース部）、２１ｂ，２１ｃ…外層ティース部（第２ティース部）。

Claims (5)

1. 電機子コアのティースに複数の巻線が巻回されてなり、隣接の巻線が周方向に重なる巻回態様にて構成された回転電機子であって、
   前記電機子コアのティースには、第１ティース部と、該第１ティース部から周方向に二股に分岐する第２ティース部とが形成されるとともに、
   前記複数の巻線の内で、周方向に１つおきで同方向に重ならない巻線が第１巻線として前記第１ティース部に巻回され、周方向に重ならない残りの１つおきの巻線が第２巻線として隣接ティース間で対向する一対の前記第２ティース部に跨って巻回され、更に前記第１及び第２巻線が、１８０°対向位置を除く最も離間位置にある巻回対象の前記ティース部に順次移行して巻回されて構成されていることを特徴とする回転電機子。
2. 請求項１に記載の回転電機子において、
   前記各巻線が軸方向に重ならないように巻回されて構成されていることを特徴とする回転電機子。
3. 請求項１又は２に記載の回転電機子を備えて構成されていることを特徴とする回転電機。
4. 電機子コアのティースに複数の巻線が巻回されてなり、隣接の巻線が周方向に重なる巻回態様にて構成された回転電機子の製造方法であって、
   前記電機子コアのティースには、第１ティース部と、該第１ティース部から周方向に二股に分岐する第２ティース部とが形成されるとともに、
   前記複数の巻線の内で、周方向に１つおきで同方向に重ならない巻線が第１巻線として前記第１ティース部に巻回され、周方向に重ならない残りの１つおきの巻線が第２巻線として隣接ティース間で対向する一対の前記第２ティース部に跨って巻回され、更に前記第１及び第２巻線が、１８０°対向位置を除く最も離間位置にある巻回対象の前記ティース部に順次移行して巻回されることを特徴とする回転電機子の製造方法。
5. 請求項４に記載の回転電機子の製造方法において、
   前記各巻線が軸方向に重ならないように巻回されることを特徴とする回転電機子の製造方法。

Images