JP2013038862A - 回転電機のロータ及び回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】巻線の飛び出しを抑制する。
【解決手段】回転電機は、円筒状のロータ磁心１０を有する。このロータ磁心１０の周辺部には軸方向から見て扇型状の巻線用スロット１２が複数形成されている。また、この巻線用スロット１２で円周方向に等配に磁極ティース部１０ｂが形成され、この磁極ティース部１０ｂには２ターン以上巻回された巻線１４が配置されている。巻線用スロット１２の外側には、磁極ティース部１０ｂと一体化して、巻線用スロット１２内の巻線１４を外側から保持するとともに、前記ロータ磁心１０の周面を連続面とする巻線保持部１０ｃが形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロータ巻線を有する回転電機のロータに関する。

従来より、回転電機として誘導電動機が広く普及している。この誘導電動機の中で最も一般的なかご形誘導電動機の回転子（ロータ）は、通常外周面が連続で内部に溝がある構造をしている。このような回転子のロータ磁心の導体部は、融点の低いアルミで構成する場合はダイキャストで一体成形するものが多く、融点の高い銅で構成する場合は、丸棒を挿入し端部は溝のあるリングを挿入し蝋付けして短絡して構成される。このようなかご形誘導モータでは、回転子の磁極は、ロータ磁心により構成されるため、巻数は１ターンになってしまう。

ここで、特許文献１では、ロータ磁心（鉄芯）を扇型状の分割磁心として、これを周方向に係合させて構成している。また、各分割磁心には、予め巻線を巻回しておき、これを組み立てている。このような回転子に巻線を有する回転電機では、巻線に電流を流して回転子側の磁極が形成されるため、回転子側の磁極をより効率的に形成することができる。

特開２００９−１００４９０号公報

ここで、特許文献１では、回転子磁心を３種類の分割磁心から構成し、第１、第２の分割磁心は円周方向に順次係合させ、最後に第３の分割磁心を軸方向に挿入して回転子の円筒を構成するとともに、この第３の分割磁心で、回転軸との接続を行っている。

このような構成では、分割鉄心を打ち抜きの電磁鋼板で製造するのは困難である。また、回転子を構成している部品点数を数えてみると、分割鉄心だけで３種必要となる。さらに分割鉄心および回転軸は３次元的に加工が必要なため、加工が比較的難しい。また、回転子の組立工法においても、第１および第２分割鉄心は回転軸に円周方向に挿入して係合していくのに対し、第３分割鉄心は回転軸に対し軸方向に挿入して係合する。このため、組立工程によって組立方向を変える必要がある。

そして、特許文献１では、回転子のスロット内に巻線を挿入するが、この巻線が、外側に飛び出す可能性がある。

本発明は、ロータに巻線を有する回転電機のロータであって、前記ロータは、円筒状のロータ磁心と、このロータ磁心に巻回される巻線を含み、前記ロータ磁心は、ロータ磁心の周辺部に複数形成された巻線用スロットと、この巻線用スロットで円周方向に等配に形成された磁極ティース部と、前記巻線用スロットの外側に位置し、前記磁極ティース部と一体化して、巻線用スロット内の巻線を外側から保持するとともに、隣接する前記磁極ティース部間で連続している巻線保持部と、を含み、前記巻線は、前記磁極ティース部に２ターン以上巻回されていることを特徴とする。

また、前記巻線は、複数のＵ字型電線を一端側から前記磁極ティース部を跨ぐようにして前記巻線用スロットに挿入し、他端側において、Ｕ字型電線の足同士を接続して構成されていることが好適である。

また、前記ロータ磁心は、円筒状の内側磁心部と、外側の磁極ティース毎に分割された複数の分割外側磁心部から構成された外側磁心部に分割されており、各分割外側磁心部には、前記巻線保持部が一体形成されており、各分割外側磁心部を円周方向にはめ込むことで前記外側磁心部を構成し、この外側磁心部は、その内側端において、前記内側磁心部の周面にはめ込まれていることが好適である。

また、前記ロータ磁心は、円筒状の内側磁心部と、外側の複数の磁極ティース部と前記巻線保持部から構成される外側磁心部に分割されているとともに、前記外側磁心部の各磁極ティース部の内側端が前記内側磁心部の周面にはめ込まれて構成されており、前記外側磁心部は、複数の磁極ティース部を対応する前記巻線保持部で連結した帯状体を丸め、前記帯状体の両端部を接合して構成されていることが好適である。

また、本発明は、上述のいずれか１つの回転電機のロータを用いた回転電機に関する。

本発明によれば、ティース部と一体的に巻線保持部が形成されているため、巻線が遠心力で外側に飛び出すのを防止することができる。

ロータの構成を示す図である。 Ｕ字型巻線の構成を示す図である。 Ｕ字型巻線の接続を示す図である。 分割型ロータの構成例を示す図である。 分割外側磁心部の構成例を示す図である。 分割型ロータの他の構成例を示す図である。 分割外側磁心部の他の構成例を示す図である。 分割型ロータのさらに他の構成例を示す図である。 外側磁心部のさらに他の構成例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。

「ロータの構成」
図１には、本実施形態に係るロータの構成例を示してある。ロータ磁心（ロータ鉄心ともいう）１０は、全体として円筒状であり、周辺側に扇型の巻線用スロット１２が等間隔で複数（この例では、１２個）設けられている。ロータ磁心１０は、電磁鋼板を積層して構成されるが、圧粉磁心などでもよい。

ロータ磁心１０は、内側磁心部１０ａと、周辺の半径方向の板状のティース部１０ｂと、ティース部１０ｂ同士を結ぶ円弧状で、外側がロータ磁心１０の外周面を形成するとともに、内側面が巻線用スロット１２の外側の巻線支持部となる巻線保持部１０ｃとからなっている。ここで、ティース部１０ｂおよび巻線保持部１０ｃが外側磁心部１０ｄを構成する。

また、ロータ磁心１０の内側磁心部１０ａには、円筒状の開口が設けられ、ここに向かった２つの線状突起１０ｐが設けられ、これが回転軸に係合するキーとなっている。回転軸は、ロータ磁心１０の開口に軸方向から挿入される。

巻線１４は、１つのティース部１０ｂに両側の巻線用スロット１２を利用して巻回される。従って、１つの巻線用スロット１２には、隣接する２つのティース部１０ｂに巻回される巻線が共存している。なお、巻線は、銅やアルミの線材にエナメルなどの絶縁被膜を施した導線である。

特に、本実施形態では、巻線１４は、２ターン以上巻回されている。従って、ステータ巻線によって生起される磁界に応じて巻線１４に流れる電流によって、ティース部１０ｂを確実に磁極として作用して効率的駆動が行える。

そして、本実施形態に係るロータでは、ティース部１０ｂと一体的に構成された巻線保持部１０ｃを有している。従って、この巻線保持部１０ｃが、巻線用スロット１２に挿入された巻線１４を外側から支持する。従って、遠心力によって、巻線１４が外側にはみ出すことを効果的に防止することができる。

「巻線の構成例」
図２には、図１のＸ−Ｘ’断面に該当する、巻線１４の構成例が示されている。この巻線１４は、Ｕ字型の素線を、ティース部１０ｂを跨ぐようにして巻線用スロット１２内に一方側から挿入する。これによって、他方側にＵ字型の素線の一対の足１４ａが突出する。そこで、図２に破線で示すように、Ｕ字型の素線の足１４ａ同士を溶接する。すなわち、図３に示すように、隣接するＵ字型の素線の足１４ａ同士を順次接続（溶接）することで、らせん状の巻線１４を形成する。

このような方法によって、図１のようなロータ磁心１０に対し、巻線１４を所定のターン数で効率的に巻き付けることができる。

「分割型ロータ」
図４、図５に分割型ロータの一例を示す。この例では、ロータ磁心１０が、内側磁心部１０ａと、外側磁心部１０ｄに分割されている。さらに、外側磁心部１０ｄで、１つのティース部１０ｂと、１つの巻線保持部１０ｃからなる分割外側磁心部１０ｆを複数（この例では１２個）連結して構成されている。すなわち、分割外側磁心部１０ｆのティース部１０ｂの内側端には、断面逆三角形状の軸方向に伸びる線状の突起が形成されており、内側磁心部１０ａの周面に設けられた断面三角形状の軸方向に伸びる溝状の凹部に軸方向にはめ込まれるようになっている。

また、分割外側磁心部１０ｆのティース部１０ｂの外方端の一方側（図における左側）からは、一体的に構成された断面円弧状の巻線保持部１０ｃが形成されている。一方、ティース部１０ｂの外方端の他方側には、軸方向に伸びる溝状の凹部１０ｇが形成され、隣接する分割外側磁心部１０ｆの巻線保持部１０ｃの先端１０ｈが凹部１０ｇに挿入される。すなわち、分割外側磁心部１０ｆを１つずつ内側磁心部１０ａに軸方向からはめ込んで行くことで、分割外側磁心部１０ｆが隣接する外側磁心部１０ｄともはめ込まれ、１２個の分割外側磁心部１０ｆを内側磁心部１０ａにはめ込むことで円筒状のロータ磁心１０が形成される。

また、本実施形態の場合、ティース部１０ｂに巻回した巻線１４をはめ込んだ状態で、隣り合う分割外側磁心部１０ｆをはめ合いつないで円周状に構成することが好適である。

このようにして形成されたロータにおいても、巻線１４は、巻線保持部１０ｃによって、飛び出しを抑制される。

「分割型ロータの他の例」
図６、図７に分割型ロータの他の一例を示す。この例においても、ロータ磁心１０が、内側磁心部１０ａと、外側磁心部１０ｄに分割されている。

さらに、１つの分割外側磁心部１０ｆは、１つのティース部１０ｂが２分割されて両側に位置し、その中間に１つの巻線保持部１０ｃが接続されて構成されており、この分割外側磁心部１０ｆを複数（この例では１２個）連結して外側磁心部１０ｄが構成されている。

隣接する２つの分割外側磁心部１０ｆのティース部１０ｂを円周方向に合わせることで、１つのティース部１０ｂが構成され、内側端の断面逆三角形状の軸方向に伸びる線状の突起１０ｅも２つの分割外側磁心部１０ｆを合わせることによって形成される。そこで、この突起１０ｅ、内側磁心部１０ａの周面に設けられた断面三角形状の軸方向に伸びる溝状の凹部に軸方向にはめ込まれるようになっている。

また、分割外側磁心部１０ｆの２つに分割されたティース部１０ｂの中間部の一方（図における左側）には、断面逆三角状の線状の突起１０ｉが左側に向けて突出形成され、ティース部１０ｂの他方側には、軸方向に伸びる溝状の凹部１０ｊが左側に向けて凹むように形成されている。従って、隣接する分割外側磁心部１０ｆの突起１０ｉと凹部１０ｊが互いに係合される。そこで、この例においても、分割外側磁心部１０ｆを１つずつ内側磁心部１０ａに軸方向からはめ込んで行くことで、分割外側磁心部１０ｆが隣接する外側磁心部１０ｄともはめ込まれ、１２個の分割外側磁心部１０ｆを内側磁心部１０ａにはめ込むことで円筒状のロータ磁心１０が形成される。

また、本実施形態の場合も、ティース部１０ｂに巻回した巻線１４をはめ込んだ状態で、隣り合う分割外側磁心部１０ｆをはめ合いつないで円周状に構成することが好適である。

このようにして形成されたロータにおいても、巻線１４は、巻線保持部１０ｃによって、飛び出しを抑制される。

「分割型ロータのさらに他の例」
図８、図９に分割型ロータのさらに他の一例を示す。この例においても、ロータ磁心１０が、内側磁心部１０ａと、外側磁心部１０ｄに分割されている。

そして、外側磁心部１０ｄは、複数のティース部１０ｂと巻線保持部１０ｃが接続された帯状外側磁心部１０ｋで構成されており、巻線保持部１０ｃがその中間部に屈曲接続部１０ｍを有しており、ここで屈曲可能になっている。従って、組立前において、帯状外側磁心部１０ｋは直線状であり、屈曲接続部１０ｍを曲げて全体として丸めながら、突起１０ｅを内側磁心部１０ａの凹部に挿入しながらはめ込む。これによって、帯状外側磁心部１０ｋが円筒状の外側磁心部１０ｄとして、内側磁心部１０ａにはめ込まれる。なお、帯状外側磁心部１０ｋの両側端部同士は、溶接などによって固定することが好適である。

この場合も、ティース部１０ｂに巻回した巻線１４をはめ込んだ状態で、帯状外側磁心部１０ｋを内側磁心部１０ａに組み合わせることが好適である。この例におけるロータにおいても、巻線１４は、巻線保持部１０ｃによって、飛び出しを抑制することができる。

１０ ロータ磁心、１０ａ 内側磁心部、１０ｂ ティース部、１０ｃ 巻線保持部、１０ｄ 外側磁心部、１０ｅ，１０ｉ 突起、１０ｆ 分割外側磁心部、１０ｇ，１０ｊ 凹部、１０ｈ 先端、１０ｋ 帯状外側磁心部、１０ｍ 屈曲接続部、１２ 巻線用スロット、１４ 巻線、１４ａ 足。

Claims (5)

1. ロータに巻線を有する回転電機のロータであって、
   前記ロータは、円筒状のロータ磁心と、このロータ磁心に巻回される巻線を含み、
   前記ロータ磁心は、
   ロータ磁心の周辺部に複数形成された巻線用スロットと、
   この巻線用スロットで円周方向に等配に形成された磁極ティース部と、
   前記巻線用スロットの外側に位置し、前記磁極ティース部と一体化して、巻線用スロット内の巻線を外側から保持するとともに、隣接する前記磁極ティース部間で連続している巻線保持部と、
   を含み、
   前記巻線は、前記磁極ティース部に２ターン以上巻回されている回転電機のロータ。
2. 請求項１に記載の回転電機のロータであって、
   前記巻線は、複数のＵ字型電線を一端側から前記磁極ティース部を跨ぐようにして前記巻線用スロットに挿入し、他端側において、Ｕ字型電線の足同士を接続して構成されている回転電機のロータ。
3. 請求項１または２に記載の回転電機のロータであって、
   前記ロータ磁心は、円筒状の内側磁心部と、外側の磁極ティース毎に分割された複数の分割外側磁心部から構成された外側磁心部に分割されており、
   各分割外側磁心部には、前記巻線保持部が一体形成されており、各分割外側磁心部を円周方向にはめ込むことで前記外側磁心部を構成し、
   この外側磁心部は、その内側端において、前記内側磁心部の周面にはめ込まれている回転電機のロータ。
4. 請求項１または２に記載の回転電機のロータであって、
   前記ロータ磁心は、円筒状の内側磁心部と、外側の複数の磁極ティース部と前記巻線保持部から構成される外側磁心部に分割されているとともに、前記外側磁心部の各磁極ティース部の内側端が前記内側磁心部の周面にはめ込まれて構成されており、
   前記外側磁心部は、複数の磁極ティース部を対応する前記巻線保持部で連結した帯状体を丸め、前記帯状体の両端部を接合して構成されている回転電機のロータ。
5. 請求項１〜４のいずれか１つの回転電機のロータを用いた回転電機。