JP2013215024A - 電機子およびモータ - Google Patents

Abstract

【課題】
整列巻が難しい巻線をコアに巻く場合において占積率を向上させることを目的とする。
【解決手段】
電機子２３Ａは、コア４１Ａと、インシュレータ４２Ａと、コイル４３Ａと、を備える。コア４１Ａはコアバック５２Ａと複数のティース５１Ａを備える。複数のティース５１Ａはコアバック５２Ａから中心軸に対して放射線方向に伸びる。ティース５１Ａの上面、下面および周方向の側面は、インシュレータ４２Ａに覆われる。コイル４３Ａはインシュレータ４２Ａに非整列巻きによって巻かれた導線により構成される。また、コイル４３Ａはティース５１Ａとコアバック５２Ａの接続端からティース５１Ａの先端に向かって巻き線の巻数が異なる。インシュレータ４２Ａは、壁部４２１Ａを備える。壁部４２１Ａはティース５１Ａの端部と基部の間に配置され、ティース５１Ａの表面から離れる方向に向かって延びている。
【選択図】図１

Description

本発明は電機子およびモータに関する。

モータの性能向上が求められる近年では、性能向上の一環として巻線の占積率を向上させることが求められている。占積率の向上には様々な方法が採用されているが、その一つとして、例えば特許文献１、２のように巻線をティースのコアバック寄りの位置に多く巻くことで占積率の向上を実現する方法がある。図１１に、そのような電機子の例を示す。

特開２００１−００８３９５号 特開２００３−０８８０３１号

しかしながら、整列巻きが難しい巻線においては、図１１のような巻き線形状は維持し難い。巻線の張力によって巻数の多いコアバック５２側からティース５１の先端に向けたコイル４３の巻き崩れが起こるからである。

そこで本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、整列巻が難しい巻線を巻く場合において占積率を向上させることを目的とする。

本発明のインシュレータは、前記の目的を達成するために、固定子コアを覆うインシュレータの一部に、径方向および軸方向に延びた壁部を設け、巻線の下底側の巻線を支える構成としたものである。

本発明の例示的な一の側面に係る電機子は、中心軸に対して放射状に伸びる複数のティースを有するコアと、前記複数のティースの何れか一つ以上に装着され、該ティース表面の少なくとも一部を覆うインシュレータと、前記インシュレータの上から前記ティースに装着される一つ以上のコイルと、からなり、前記コイルを構成する導線は非整列巻きであり、前記ティースの端部と基部の間において前記インシュレータは前記ティース表面から離れる方向に伸びる壁部を備え、前記コイルは前記壁部の径方向内側面と径方向外側面に接触している。

本発明の例示的な一の側面に係る発明によると、導線を非整列巻きによって巻いたコイルの巻線崩れを抑制できる。

図１は、第１実施形態に係る電機子の平面図である。 図２は、第１実施形態に係る電機子の断面図である。 図３は、第２実施形態に係るモータの縦断面図である。 図４は、第２実施形態に係る電機子の平面図である。 図５は、第２実施形態に係る電機子の部分断面図である。 図６は、変形例に係るインシュレータ側面図である。 図７は、変形例に係るインシュレータの部分断面図である。 図８は、変形例に係るインシュレータの部分断面図である。 図９は、変形例に係る電機子の横断面図である。 図１０は、変形例に係る電機子の横断面図である。 図１１は、従来の電機子の平面図である。 図１２は、かご型ロータの斜視図である。

＜１．第１実施形態＞
図１、図２は、本発明の一の実施例に係る電機子を表す図である。
図２の断面図は図１中のＡ−Ａ断面に相当する。
電機子２３Ａは、コア４１Ａと、インシュレータ４２Ａと、コイル４３Ａと、を備える。コア４１Ａはコアバック５２Ａとティース５１Ａを備える。ティース５１Ａはコアバック５２Ａから中心軸に対して放射線方向に伸びる。ティース５１Ａの上面、下面および周方え向の側面は、インシュレータ４２Ａに覆われる。コイル４３Ａはインシュレータ４２Ａに非整列巻きによって巻かれた導線により構成される。また、コイル４３Ａはティース５１Ａの基部とコアバック５２Ａとの接続端からティース５１Ａの先端に向かって巻き線の巻数が異なっている。なお、非整列巻とは、整列巻の逆を表す概念である。すなわち、整列巻においては、個々の導線の剛性と巻線同士の摩擦力によって、巻線作業字に導線にかかる張力を支える事が出来る状態で導線が巻きつけられるため、巻き付ける導線の層数をティースの位置によって変化させても、その状態を保つことが出来る。これに対して非整列巻では、巻線作業時に導線にかかる張力を支える事が出来ない状態で導線が巻きつけられるため、ティースの位置によって導線の巻き数を変えることが難しい。また、非整列巻きのコイルの導線は、数えることの出来る明瞭な層を成さない。

インシュレータ４２Ａは、壁部４２１Ａを備える。壁部４２１Ａはティース５１Ａの端部と基部の間に配置され、ティース５１Ａの表面から離れる方向に向かって延びている。

コイル４３Ａの壁部４２１Ａより径方向外側に配置される部分は、壁部４２１Ａの径方向外側面に接触している。同様に、コイル４３Ａの壁部４２１Ａより径方向内側に配置される部分は、壁部４２１Ａの径方向内側面に接触している。したがって、整列巻きをする事が難しく巻き崩れが起きやすい場合でも、ティース５１Ａのコアバック５２Ａ寄りの部位に、より多くの導線を巻きつける事が可能になる。このため、占積率が向上する。具体的には、ティース５１Ａの先端から、ティース５１Ａの基部に向かうにしたがって、ティースに巻きつけられる導線の巻数が多くなる。

＜２．第２実施形態＞
続いて、本発明の第２実施形態について、説明する。
図３は、第２実施形態に係るモータの縦断面図である。
図４は、第２実施形態に係る電機子の平面図である。

図３に示すように、モータ１は固定部２と回転部３とを有する。固定部２は、駆動対象となる装置の枠体に固定される。回転部３は、固定部２に対向して配置され、固定部２に対し軸受機構を介して回転可能に支持される。

固定部２は、ハウジング２１、蓋部２２、電機子２３、下軸受部２４、上軸受部２５を備える。

電機子２３は、コア４１、インシュレータ４２、およびコイル４３を有する。コア４１は、磁性体である複数の電磁鋼板が、軸方向に積層されたものである。コア４１は、複数のティース５１と、コアバック５２とを有する。コアバック５２は、中心軸を中心として環状に配置される。各ティース５１はコアバック５２から放射状に伸びている。また、複数のティース５１は、周方向に略等間隔に配置されている。

インシュレータ４２は、絶縁体である樹脂で形成され、上面、下面、側面と、壁部４２１とを有する。インシュレータ４２は少なくとも一つ以上のティース５１に取り付けられている。ティース５１の上面、下面、及び周方向の両側面は、インシュレータ４２に覆われている。インシュレータ４２は、ティース５１とコイル４３との間に介在することにより、ティース５１とコイル４３とが電気的に短絡することを防止する。

インシュレータ４２の壁部４２１は、インシュレータ４２の上面および下面に配置され、それぞれの面から離れる方向に延びている。これにより、非整列巻きで巻かれたコイル４３の巻き線崩れを抑制することができる。

また、本実施例では壁部４２１がインシュレータ４２の上面および下面に配置されている構成を開示しているが、壁部４２１は上面または下面の何れか一方にのみ設けられていてもよい。

なお、壁部４２１が各面に対し一つのみ配置される例を説明したが、図５のように壁部４２１が同一の面において径方向に複数備えられてもよい。

コイル４３は、非整列巻きにて、インシュレータ４２の周囲に巻かれた導線により構成され、壁部４２１よりも径方向外側に配置される外側コイル４３１および、壁部４２１よりも径方向内側に配置される内側コイル４３２を備える。また、コイル４３はティース５１とコアバック５２の接続端からティース５１の先端に向かって巻き線の巻数が異なるように構成される。具体的には、ティース５１の先端から、ティース５１の基部に向かうにしたがって、ティースに巻きつけられる導線の巻数が多くなる。

外側コイル４３１の少なくとも一部は、壁部４２１の径方向外側面に接触している。同様に、内側コイル４３２の少なくとも一部は、壁部４２１の径方向外側面に接触している。したがって、整列巻きをする事が難しく巻き崩れが置きやすい場合でも、ティース５１のコアバック５２寄りの部位に、より多くの導線を巻きつける事が可能になる。このため、占積率が向上する。

また、外側コイル４３１を中心軸Ｊ１に平行かつ周方向に広がる平面で切ったときの断面積は、内側コイル４３２を軸方向に沿った中心軸Ｊ１に平行な平面で切ったときの断面積よりも大きい。なお、互いの水平面の軸方向位置は等しい。これにより、コイル４３の占積率が向上する。

図６は、本発明にかかわる電機子のティースを、中心軸側から見通した状態を示している。なお、ここでティースのアンブレラ部及びインシュレータのアンブレラ部は、共に表示していない。インシュレータ４２の周囲に巻かれた導線により構成されるコイル４３は外周部４３１１をさらに備える。コイル４３の外周面の少なくとも一部は、壁部４２１の端縁よりも周方向外側に位置している。この構成とすることで、より高い占積率でも巻き崩れを抑制できる。

下軸受部２４および上軸受部２５は、ハウジング２１および蓋部２２と、回転部３側のシャフト３１との間に配置されている。本実施形態の下軸受部２４および上軸受部２５には、球体を介して外輪と内輪とを相対回転させるボールベアリングが、使用されている。ただし、ボールベアリングに代えて、すべり軸受や流体軸受等の他方式の軸受が、使用されていてもよい

本実施形態の回転部３は、シャフト３１、ロータコア３２、および複数のマグネット３
３を有する。

シャフト３１は、中心軸Ｊ１に沿って延びる柱状の金属部材である。シャフト３１は、上述した下軸受部２４および上軸受部２５に支持されつつ、中心軸９を中心として回転する。

ロータコア３２および複数のマグネット３３は、電機子２３の径方向内側に配置されて、シャフト３１とともに回転する。ロータコア３２は、シャフト３１に固定された、略円筒状の部材である。複数のマグネット３３は、ロータコア３２の外周面に、例えば接着剤で、固定される。各マグネット３３の径方向外側の面は、ティース５１の径方向内側の端面に対向する磁極面となっている。複数のマグネット３３は、Ｎ極の磁極面とＳ極の磁極面とが交互に並ぶように、周方向に等間隔に配列されている。

なお、複数のマグネット３３に代えて、Ｎ極とＳ極とが周方向に交互に着磁された１つの円環状のマグネットが、使用されていてもよい。

電機子２３と、複数のマグネット３３とは、中心軸Ｊ１を中心として相対回転可能に支持される。電機子２３のコイル４３に駆動電流を与えると、ステータコア４１の複数のティース５１に、径方向の磁束が生じる。そして、ティース５１とマグネット３３との間の磁束の作用により、周方向のトルクが発生する。その結果、静止部２に対して回転部３が、中心軸Ｊ１を中心として回転する。

＜３．変形例＞
以上、本発明の例示的な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。

図７は、一変形例に係るインシュレータ４２を中心軸側から見通した状態を表す。この例でも、アンブレラ部は省略して表示していない図７の例では、壁部４２１がティース５１の周方向側面を覆うインシュレータ側面に配置されている。このように壁部４２１を設けることで、巻線崩れを抑制できる。

図８は、一変形例に係るインシュレータ４２を中心軸側から見通した状態を表す。この例でも、アンブレラ部は省略して表示していない図８の例では、インシュレータ４２はティース５１の上面と下面および側面を覆い、インシュレータ４２の上面に配置される上面壁部４２１１、下面壁部４２１２、側面壁部４２１３と、これらの壁部４２１を接続する接続部４２１４を更に備えている。これによると支える面積が増えるので、巻線崩れを更に抑制できる。

図９は、他の変形例に係る電機子の平面図である。図７の例では、電機子はコア４１と、コイル４３を備えている。コイル４３は非整列巻によってコア４１に巻かれた導線により構成される。コア４１はティース５１と、コアバック５２とを備える。ティース５１はコアバック５２から一方向に延び、先端方向に向かうにつれて幅が狭くなる傾斜面５３を備えている。この構成によると、非整列巻でも巻線崩れを抑制しながら、占積率を増加させることができる。少なくともコイル表面の一部における接線の傾きは、傾斜面５３と平行である。ここで、コイル表面とは、隣り合うティースに形成されたコイルと対向している面である。

図１０は、他の変形例に係る電機子の平面図である。図８の例では、電機子はコア４１と、コイル４３を備えている。コイル４３は非整列巻によってコア４１に巻かれた導線により構成される。コア４１はティース５１と、コアバック５２とを備える。ティース５１はコアバック５２から一方向に延び、先端方向に向かうにつれて幅が広くなる傾斜面５４を備えている。この構成によると、非整列巻でも巻線崩れを抑制しながら、占積率を増加させることができる。少なくともコイル表面の一部における接線の傾きは、傾斜面５３と平行である。ここで、コイル表面とは、隣り合うティースに形成されたコイルと対向している面である。

また、回転部３は図１２のようにかご部３４を備えてもよい。かご部はエンドリング３４１と、導体バー３４２を備える。このような構成とすることで、誘導モータとして駆動することができる。

また、上記の実施形態や変形例に登場した各要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に組み合わせてもよい。

本発明は、電機子およびモータに利用できる。

１ モータ
２ 固定部
３ 回転部
Ｊ１ 中心軸
２１ ハウジング
２２ 蓋部
２３，２３Ａ 電機子
２４ 下軸受部
２５ 上軸受部
３１ シャフト
３２ ロータコア
３３ マグネット
３４ かご部
３４１ エンドリング
３４２ 導体バー
４１ ステータコア
４２，４２Ａ インシュレータ
４３，４３Ａ コイル
５１，５１Ａ ティース
５２，５２Ａ コアバック
５３，５４ 傾斜面
４２１，４２１Ａ 壁部
４３１ 外側コイル
４３２ 内側コイル
４２１１ 上面壁部
４２１２ 下面壁部
４２１３ 側面壁部
４２１４ 接続部
４３１１ 外周部

Claims (12)

1. 中心軸に対して放射状に伸びる複数のティースを有するコアと
   前記複数のティースの何れか一つ以上に装着され、該ティース表面の少なくとも一部を覆うインシュレータと、
   前記インシュレータの上から前記ティースに装着される一つ以上のコイルと、
   からなり、
   前記コイルを構成する導線は非整列巻きであり、
   前記ティースの端部と基部の間において前記インシュレータは前記ティース表面から離れる方向に伸びる壁部を備え、
   前記コイルは前記壁部の径方向内側面と径方向外側面に接触している電機子。
2. 前記コイルの前記壁部の径方向外側部分の外径は、径方向内側部分の外径よりも大きい、
   請求項１の電機子。
3. 前記インシュレータは、前記ティースの端部と基部の間において、前記ティース表面の前記中心軸方向一方側において周方向に広がる面である上面、若しくは他方側において周方向に広がる下面を有し、
   前記壁部は前記上面若しくは前記下面に配置される、
   請求項１または２の何れかの電機子。
4. 前記インシュレータは、前記ティースの端部と基部の間において、前記ティース表面の周方向一方側若しくは他方側において前記中心軸方向に広がる側面を有し、
   前記壁部は前記側面に配置される、
   請求項１乃至３の何れかの電機子。
5. 前記壁部は、前記ティースの前記上面と前記下面および前記側面に配置され、
   前記インシュレータは前記上面と前記下面および前記側面に配置された前記壁部を接続する接続部を更に備える、
   請求項１乃至４の何れかの電機子。
6. 前記インシュレータは、径方向で異なる位置に配置された複数の前記壁部を備える、
   請求項１乃至５の何れかの電機子。
7. 前記インシュレータの前記上面または前記下面の一方若しくは両方に配置される第１の壁部と、
   前記インシュレータの前記側面に配置される第２の壁部を備え、
   前記第１の壁部と前記第２の壁部の径方向の位置は異なる、
   請求項６のモータ。
8. 前記コイルの外周部の少なくとも一部は、前記壁部の端縁よりも周方向外側に位置する、
   請求項１乃至７の何れか電機子。
9. 前記コアは環状のコアバック部を更に有し、
   複数の前記ティース部は、前記コアバック部より放射状に延びる、
   請求項１乃至８の何れかの電機子。
10. 請求項９の電機子を有する固定部と、
    前記固定部に対向して配置された回転部と、
    前記固定部と前記回転部の間に介在する軸受機構と、
    を備えるモータ。
11. 一方向に延びるティース部を有するコアと、
    非整列巻によって巻かれた導線により構成されるコイルと、
    を有し、
    前記コアの前記ティース部は、先端に向かうにつれて幅が狭くなる傾斜面を備える電機子。
12. 一方向に延びるティース部を有するコアと、
    非整列巻によって巻かれた導線により構成されるコイルと、
    を有し、
    前記コアの前記ティース部は、先端に向かうにつれて幅が広くなる傾斜面を備える電機子。

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