JP2013009471A

JP2013009471A - 電機子およびモータ

Info

Publication number: JP2013009471A
Application number: JP2011139024A
Authority: JP
Inventors: Yukio Shibuya; 幸雄渋谷
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2011-06-23
Filing date: 2011-06-23
Publication date: 2013-01-10

Abstract

【課題】回転する電機子におけるウェッジによる巻線の飛散を防止する構造に係り、ウェッジが低コストで得られ、またスロットへのウェッジの装着が簡単であり、更にウェッジが巻線に接触することで発生する巻線の損傷が防止される構造を提供する。
【解決手段】スロット１２６の内壁面に絶縁紙１２７，１２８を２重に配置し、その内側に巻線１２５を納め、その上部は絶縁紙１２７を左右から折り曲げた折り曲げ部１２７ａにより押さえられる。折り曲げ１２７ａは上下に重ねられて２重とされ、その部分を間に挟んで円筒形状または円柱形状のウェッジ１２９を配置し、ウェッジ１２９によって巻線１２５の遠心力による飛散が防止される構造とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、巻線を保持する構造に特徴のある電機子およびモータに関する。

ブラシ付きＤＣモータにおける電機子鉄心のスロットに巻線（マグネットワイヤ）を保持する構造として、特許文献１に記載された技術が知られている。特許文献１には、電機子鉄心のスロットに中空構造のバランス調整用ウェッジが装着される構造が記載されている。また、特許文献２には、交流発電機の固定子側の構造であるが、固定子スロットの内壁面を樹脂でコーティングし、円柱形状のウェッジを設ける構造、固定子スロットの内壁面を絶縁紙で覆い、円筒形状のウェッジを配置する構造が記載されている。

特開２０１０−１４８２９４号公報特開２００２−３５４７３１号公報

特許文献１に記載の構造では、ウェッジの断面形状が複雑であり、高コストとなる。また、ウェッジの断面形状が複雑であるので、その向きに注意しながらウェッジの装着を行わなくてはならない。このため、スロットへのウェッジの装着に手間がかかる。また、特許文献１では、ウェッジが巻線に接触することで発生する可能性がある巻線の損傷を防止する点への考慮がなされていない。

特許文献２には、固定子側におけるウェッジに係る構造について記載されているが、回転子側における遠心力に起因する巻線の飛散を防止する構造については何ら触れられていない。このような背景において、本発明は、回転する電機子におけるウェッジによる巻線の飛散を防止する構造に係り、ウェッジが低コストで得られ、またスロットへのウェッジの装着が簡単であり、更にウェッジが巻線に接触することで発生する巻線の損傷が防止される構造を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、シャフトに固着され、該シャフトと共に回転が可能な電機子鉄心と、前記電機子鉄心に形成される複数のスロットと、前記複数のスロットの内壁面に配置されたシート状の絶縁部材と、前記複数のスロットに収容された電機子コイルの巻線と、前記複数のスロットの開口部内側に配置された円柱形状または円筒形状のウェッジとを備えた電機子において、前記スロット内壁面に二重の前記シート状の絶縁部材を配置し、内側の前記シート状の絶縁部材の端部を前記スロット内の開放端部側で折り曲げて重ね合せて前記電機子コイルを包み込み、前記内側のシート状の絶縁部材の前記重ね合わせた外側に接触させて前記ウェッジが配置されていることを特徴とする電機子である。

請求項１に記載の発明によれば、スロットの内部において、シート状の絶縁部材を介してウェッジによって巻線が押さえられ、電機子の回転時に作用する遠心力による巻線のスロットからの飛散が防止される。そして、ウェッジを円柱構造または円筒構造とすることで、ウェッジを抵コストで得ることができる。また、ウェッジを円柱構造または円筒構造とすることで、軸方向から見た上下左右の向きが問題とならなくなるので、ウェッジの装着が容易となり、更にウェッジの回転によるウェッジの装着状態の不安定化が生じ難くなる。また、シート状の絶縁部材により巻線とスロット側壁との電気絶縁性が確保され、且つ、内側のシート状の絶縁部材を折り曲げた部分によりウェッジと巻線との間が緩衝され、ウェッジと接触することで巻線に傷が付く問題が生じ難い構造が得られる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記ウェッジは、両端または片端に面取りが施されていることを特徴とする。請求項２に記載の発明によれば、面取りが施されている部分からウェッジをスロットに押し込むことで、ウェッジの端部によって巻線に傷がつく問題が抑えられる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記スロットは、周方向で隣接する２つの突極の間の隙間であり、前記２つの突極は、周方向に延在した突極先端部を有し、前記ウェッジは、前記突極先端部の内側に接触することで前記スロットの内部に保持されていることを特徴とする。請求項３に記載の発明によれば、突極先端部が押さえとなり、電機子が回転することで生じる遠心力によるウェッジの軸から離れる方向への飛散が防止される。また、突極先端部によってウェッジが軸中心方向に押さえ込まれるので、ウェッジによる巻線のスロット内部における保持が効果的に行われる。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電機子と、前記電機子を回転自在な状態で内側に収容した固定子とを備えることを特徴とするモータである。ここで、固定子の磁極は、電磁石を用いたタイプであっても良いし、永久磁石構造を用いたタイプであっても良い。

本発明によれば、回転する電機子におけるウェッジによる巻線の飛散を防止する構造に係り、ウェッジが低コストで得られ、またスロットへのウェッジの装着が簡単であり、更にウェッジが巻線に接触することで発生する巻線の損傷が防止される構造が提供される。

実施形態のブロワの外観および内部構造を示す図である。実施形態の回転機の外観および内部構造を示す図である。図２の回転機における電機子の外観を示す斜視図である。実施形態における電機子鉄心の正面図である。実施形態における巻線が巻回された状態の電機子鉄心を軸方向から見た断面図（Ａ）、一部を拡大した拡大断面図（Ｂ）である。ウェッジの斜視図である。電機子鉄心への巻線の巻回およびウェッジの装着を行う工程を段階的に示す工程図である。比較例における電機子鉄心のウェッジが配置される部分の拡大図である。

（構成）
図１には、実施形態のブロワ１０が記載されている。ブロワ１０は、回転機（モータ）とファンとが一体とされた構造を有し、ファンの作用によって、気体を吸い込み、それを外部に勢いをつけて吐き出す機能を有している。ブロワ１０は、図２に示す回転機（ブラシ付きＤＣモータ）１００を備えている。回転機１００は電機子（ロータ）１０１の回転を出力するシャフト１０２を備え、シャフト１０２には、ファン１０３が固定されている。ファン１０３は、ファンケース１０４に収められ、ファンケース１０４の側面には、吸気口１０５が設けられ、またファンケース１０４の側面には、ファン１０３が回転することで吸気口１０５から吸い込んだ気体を吐き出す吐出口１１０が設けられている。ファンケース１０４は、回転機１００のハウジング１０６に固定されている。ハウジング１０６の内側には、軟磁性材料により構成されるバックヨークとして機能するヨーク１０７が固定され、さらにその内側には、固定子を構成する固定子鉄心（ステータコア）１０８が固定されている。固定子鉄心１０８には、界磁コイル（フィールドコイル）１０９が巻回されている。固定子鉄心１０８および界磁コイル１０９は、固定子側の磁極として界磁コイルを用いた通常のブラシ付きＤＣモータの場合と同じであるので、詳細な説明は省略する。

固定子鉄心１０８の内側には、ロータである電機子１０１が収容されている。電機子１０１は、回転軸となるシャフト１０２を備えており、シャフト１０２の両端が軸受１１２，１１３によって回転自在な状態で保持されている。軸受１１２はハウジング１０６に固定され、軸受１１３は、エンドベルアッシィ１１４に固定されている。エンドベルアッシィ１１４は、ハウジング１０６に固定された部材であって、ハウジング１０６と共にモータ１００の筐体を構成する。軸受１１３の軸方向外側は、エンドベルアッシィ１１４に固定されたエンドプレート１１５によって蓋をされている。エンドベルアッシィ１１４には、ブラシ給電部１１６が取り付けられている。ブラシ給電部１１６は、電機子１０１に設けられた整流子１１９に接触するブラシ１１７を備え、電機子１０１に駆動電力を供給する。

図３には、電機子１０１の斜視図が示されている。電機子１０１は、軸受１１２，１１３による軸受構造により、回転自在な状態で固定子鉄心１０８の内側に収容されている。電機子１０１は、電機子鉄心１１８、更にブラシ１１７に接触する整流子１１９を備えている。整流子１１９およびブラシ１１７の構造は、通常のブラシ付きＤＣモータと同じである。

図４には、軸方向から見た電機子鉄心１１８の正面図が示されている。電機子鉄心１１８は、周方向の等角な位置に配置された複数の突極１２２を備えている。突極１２２は、通常のブラシ付きＤＣモータの電機子が備える突極と同じ構造を有している。詳しくいうと、突極１２２は、軸中心から離れる方向に延在し、その先端は、軸方向から見て傘型に周方向に平たく開き、周方向に延在した部分を備えた突極先端部１２３を有している。突極先端部１２３は図示する断面形状が軸方向に延在した形状を有し、その外側に固定子鉄心１０８の内周側に対向する突極面１２４を備えている。

周方向において隣接する突極１２３の隙間がスロット１２６とされている。図４に示す状態において、スロット１２６は、周方向で隣接する突極先端部１２３の間が開放された空間により構成されている。この空間に突極１２３に巻回される巻線が収容される。

図５（Ａ）には、巻線が巻回された状態の電機子鉄心の正面図が示され、図５（Ｂ）には、その一部を拡大した拡大図が示されている。図５に示すように、各突極１２２には、巻線（マグネットワイヤ）１２５が巻回され、電機子コイルが構成されている。そして、隣接する突極の間に形成されたスロット１２６に突極１２２に巻回された巻線１２５が収容されている。つまり、スロット１２６内に電機子コイルを構成する巻線１２５が収容されている。スロット１２６の内部において、巻線１２５は、突極１２２に直接接触しておらず、巻回された状態にある巻線１２５と突極１２２との間には、シート状の電気絶縁物である絶縁紙（例えばポリイミドフィルム）１２７，１２８が２重に配置されている。突極１２２に接触する絶縁紙１２８（外側の絶縁紙）の縁は、折り曲げられず、そのまま突極１２２の延在方向に延在している。巻線１２５に接触する絶縁紙１２７（内側の絶縁紙）の縁は、巻線１２５を包み込むように、図５の視点から見た状態における左右から内側に折り曲げられ、折り曲げ部１２７ａとされている。左右からの折り曲げ部１２７ａは、上下で重ねられ、巻線１２５を覆っている。すなわち、巻線１２５は、絶縁紙１２７によって包み込まれている。そしてこの折り曲げ部１２８ａの外側（軸から離れる方向の側）がウェッジ１２９によって押さえられている。

すなわち、スロット１２９の内壁（突極１２２の側面）に絶縁紙１２８，１２７が配置され、その内側に電機子コイルを構成する巻線１２５が収められている。そして、巻線１２５の上部（スロット１２６の開放端側）において、内側の絶縁紙１２７の縁の部分をそれぞれ内側に折り曲げて折り曲げ部１２７ａとして、この左右からの折り曲げ部１２７ａによって巻線１２５を包む状態を有している。そして、折り曲げ部１２７ａの上部にウェッジ１２９を位置させ、ウェッジ１２９によってスロット１２６の開放部分に蓋をし、遠心力による巻線１２５のラジアル方向への飛散が防止された構造とされている。

図６には、ウェッジ１２９の斜視図が示されている。ウェッジ１２９は、電気絶縁性を有し、且つ、ある程度の強度を有した材質（例えば、ガラスエポキシ樹脂）の円柱である。ウェッジ１２９の端部の少なくとも一方は、面取り加工１３０が施されている。この面取り加工１３０は、スロット１２６にウェッジ１２９を挿入する工程において、ウェッジ１２９端部のエッジによって巻線１２５に傷が付かないようにするために行われている。ウェッジ１２９は、中実な円柱構造のもの以外に、中空な円筒構造であってもよい。

（巻線の巻回および巻線の固定を行う工程）
以下、図５に示す状態を得る作業の一例を説明する。図７には、この工程の一例が段階的に示されている。なお、図７には、巻線や絶縁紙が概念的に示されている。まず、図４に示す電機子鉄心１１８（図７（Ａ））に、絶縁紙１２７，１２８を重ねたものをスロット１２６の内部に押し込み、スロット１２６の開放された側が縁となるように軸方向から見て略Ｖ字型の状態にする（図７（Ｂ））。ここで、絶縁紙１２８が外側、絶縁紙１２７が内側となるようにする。

次に、内側の絶縁紙１２７の更にその内側に巻線１２５が位置するように、突極１２２に対して巻線１２５の巻回を行う（図７（Ｃ））。次に、内側の絶縁紙１２７の縁を左右から内側に折り曲げる。この際、折り曲げた部分（折り曲げ部１２７ａ）が巻線１２５の上部（露出部分）を包み込むように、左右からの折り曲げ部１２７ａを重ねる（図７（Ｄ））。そして、この絶縁紙１２７の折り曲げ部１２７ａを上下に重ねた部分の外側にウェッジ１２９が接触した状態となるように、ウェッジ１２９を軸方向からスロット１２６の内部に挿入する。この際、図６の面取り加工１３０が施された部分からスロット１２６内部へのウェッジ１２９の挿入を行う。こうして、図７（Ｅ）に示す状態を得る。

これらの作業を全ての突極１２２およびスロット１２６において行うことで、図５（Ａ）に示す状態を得る。図５に示す状態において、突極１２２に巻回された巻線１２５は、絶縁紙１２７の折り曲げ部１２７ａにおける２重の絶縁紙を介して軸から離れる方向からウェッジ１２９によって押さえられている。また、ウェッジ１２９は、突極先端部１２３の傘（あるいは鍔）の部分で軸から離れる方向から押さえられている。こうして、高速回転時における遠心力によって巻線１２５およびウェッジ１２９のスロット１２６からの飛散を防止する構造が構成されている。

（優位性）
以上述べた実施形態では、スロット１２６の内壁面に絶縁紙１２７，１２８を２重に配置し、その内側に巻線１２５を納め、その上部は絶縁紙１２７を左右から折り曲げて折り曲げ部１２７ａとしている。そして。折り曲げ部１２７ａは上下に重ねられて２重とされ、その部分を間に挟んで円筒形状または円柱形状のウェッジ１２９を配置し、ウェッジ１２９によって巻線１２５の遠心力による飛散が防止される構造としている。

この構造においては、ウェッジ１２９となる円柱部材の直径を適宜選定することにより、素材として入手が容易な円柱部材をウェッジ１２９として使用することができ、低コスト化が可能となる。また、適切な直径のウェッジ１２９がなくても、円形断面なので加工が容易であり、適切な直径のウェッジ１２９を低コストで得ることができる。例えば、ウェッジをスロット形状にマッチする異形形状断面とした場合、素材購入後の加工または専用の金型等が必須となりコストが増加するが、ウェッジを円柱形状または円筒形状とした場合は、この点で非常に有利となる。また、ウェッジ１２９を円柱形状または円筒形状とすることで、ウェッジ１２９のスロット１２６内部での据わりが良く、位置づれの問題が発生し難い構造が得られる。

ウェッジ１２９の断面形状が円形であるので、スロット１２６にウェッジ１２９を挿入する際、軸方向から見たウェッジ１２９の上下左右等の方向を気にすることなく、作業が行える。このため、組み立て性が高く、組み立てコストが抑えられ、また作業ミスによる不具合の発生が抑えられる。また、ウェッジ１２９の端部に面取り加工１３０が施されており、この部分からスロット１２６内部へのウェッジ１２９の挿入が行われるので、ウェッジ１２９端部のエッジ部分により巻線１２５に傷が付く現象が抑えられる。

スロット１２６の内部における巻線１２５の保持を確実にするには、ウェッジ１２９から巻線１２５にある程度の圧力が加わる状態が好ましいが、ウェッジ１２９と巻線１２５が直接接触する構造とした場合、ウェッジ１２９のスロット１２６内部への挿入作業の際に、巻線１２５に傷が付く可能性が増大する。しかしながら、図５に示す構造とした場合、折り曲げられ２重にされた絶縁紙１２７の折り曲げ部１２７ａがウェッジ１２９と巻線１２５の間に介在する緩衝材となるので、この問題が緩和される。また、２重にされた絶縁紙１２７，１２８によって、巻線１２５と突極１２２（電機子鉄心１１８）との間の電気絶縁性も確保される。

（比較例）
図８には、比較例が示されている。図８（Ａ）〜（Ｃ）において、突極７０１、スロット７０２および巻線(マグネットワイヤ)７０３は共通である。図８（Ａ）には、スロット７０２の形状にマッチする異形形状断面（略台形状）のウェッジ７０４を採用した場合の構造が示されている。この場合、上述したように、ウェッジ７０４の形状が複雑であり、コストがかかり、またウェッジ１０４の挿入作業に手間がかかる問題が生じる。

図８（Ｂ）には、ウェッジ７０５として平板状のものを採用した場合が示されている。この場合、図８（Ｃ）に示すようにウェッジ７０５の姿勢が不安定になり易く、巻線７０３の飛散を抑える効果が低下し易い。これに対して、図５に示す構造とした場合、ウェッジ１２９が丸棒なので、図８（Ｃ）に示すウェッジの姿勢が不安定になる問題が発生し難い。

（その他）
ここでは、絶縁紙１２７，１２８を２枚重ねて用いる構成を例示したが、３枚以上を重ねて利用することも可能である。すなわち、絶縁紙１２７を２重あるいはそれ以上にした構造または絶縁紙１２８を２重あるいはそれ以上にした構造、絶縁紙１２７および１２８の両方を２重あるいはそれ以上にした構造も可能である。絶縁紙の種類は、ポリイミドフィルム以外に、ポリエステルフィルムやアラミド紙等の他の絶縁紙材料を用いることもできる。また、ウェッジの材質もガラスエポキシ樹脂以外に、フェノール等の他の樹脂材料を用いることもできる。

実施形態では、固定子側の磁極として鉄心とコイルを用いたタイプが例示されているが、固定子側の磁極として永久磁石を用いたものを採用することも可能である。本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。

本発明は、ロータにコイルを備えたモータに利用することができる。

１０…ブロワ、１００…回転機（ブラシ付きＤＣモータ）、１０１…電機子（ロータ）、１０２…シャフト、１０３…ファン、１０４…ファンケース、１０５…吸気口、１０６…ハウジング、１０７…ヨーク、１０８…固定子鉄心、１０９…界磁コイル、１１０…吐出口、１１２…軸受、１１３…軸受、１１４…エンドベルアッシィ、１１５…エンドプレート、１１６…ブラシ給電部、１１７…ブラシ、１１８…電機子鉄心、１１９…整流子、１２２…突極、１２３…突極先端部、１２４…突極面、１２５…巻線（マグネットワイヤ）、１２６…スロット、１２７…内側の絶縁紙、１２７ａ…折り曲げ部、１２８…外側の絶縁紙、１２９…ウェッジ、１３０…面取り加工、７０１…突極、７０２…スロット、７０３…巻線、７０４…ウェッジ、７０５…ウェッジ。

Claims

シャフトに固着され、該シャフトと共に回転が可能な電機子鉄心と、
前記電機子鉄心に形成される複数のスロットと、
前記複数のスロットの内壁面に配置されたシート状の絶縁部材と、
前記複数のスロットに収容された電機子コイルの巻線と、
前記複数のスロットの開口部内側に配置された円柱形状または円筒形状のウェッジと
を備えた電機子において、
前記スロット内壁面に二重の前記シート状の絶縁部材を配置し、内側の前記シート状の絶縁部材の端部を前記スロット内の開放端部側で折り曲げて重ね合せて前記電機子コイルを包み込み、前記内側のシート状の絶縁部材の前記重ね合わせた外側に接触させて前記ウェッジが配置されていることを特徴とする電機子。
前記ウェッジは、両端または片端に面取りが施されていることを特徴とする請求項１に記載の電機子。
前記スロットは、周方向で隣接する２つの突極の間の隙間であり、
前記２つの突極は、周方向に延在した突極先端部を有し、
前記ウェッジは、前記突極先端部の内側に接触することで前記スロットの内部に保持されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電機子。
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電機子と、
前記電機子を回転自在な状態で内側に収容し固定子と
を備えることを特徴とするモータ。