JP3559172B2 - 回転電機のアマチュア及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば隣接したコイル部同士の一方の端部がスロットを共有した回転電機のアマチュア及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図10は従来のモータのアマチュア1の側面図であり、このアマチュア1は極数が4極の固定子(図示せず)の内部に回転自在に設けられている。アマチュア1は、モータ軸2と、このモータ軸2に固着されているとともに軸線方向に延びたスロット4を有するコア3と、このコア3にエナメルが被覆された導線5が巻回されて構成されたコイル6と、コア3の片側でモータ軸2に固着された整流子8とを備えている。
【0003】
整流子8は21個のセグメント11と、セグメント11を互いに電気的に絶縁した絶縁片10と、各セグメント11に突設され導線5と電気的に接続されたフック12とを有している。
【0004】
図11はコア3の正面図であり、コア3は周方向に等分間隔で21箇所のスロット4が形成されているとともに、スロット4間にはティース9が設けられている。コイル6は導線5を所謂重ね巻でコア3に巻回されて構成されている。
【0005】
図12ないし図14はコア3に重ね巻方式で導線5が巻回された状態を説明する説明図である。
図12はコア3に導線5を巻回する巻線装置のノズル(図示せず)から同時に導線5が供給され、第1Aのコイル部30、第1Bのコイル部31、第1Cのコイル部32がそれぞれ同時に形成されたときの図である。第1Aのコイル部30は、第1のノズルから供給された導線5が4個のスロット4を飛び越えてティースNo.2のティース9とティースNo.6のティース9との間を例えば十数回巻回して形成される。第1Bのコイル部31は、第2のノズルから供給された導線5が4個のスロット4を飛び越えてティースNo.9のティース9とティースNo.13のティース9との間を十数回巻回して形成される。第1Cのコイル部32は、第3のノズルから供給された導線5が4個のスロット4を飛び越えてティースNo.16のティース9とティースNo.20のティース9との間を十数回巻回して形成される。
【0006】
図13は巻線装置のノズル(図示せず)から引き続き導線5が供給され、フック12に係止された後さらに第2Aのコイル部36、第2Bのコイル部37、第2Cのコイル部38がそれぞれ形成されたときの図である。
【0007】
図14はコア3のティース9間に導線5の巻回が完了したときの図であり、第1のノズルから供給された導線5によりさらに第3Aのコイル部42、第4Aのコイル部45、第5Aのコイル部48、第6Aのコイル部51、第7Aのコイル部54が連続的に形成される。また、第2のノズルから供給された導線5によりさらに第3Bのコイル部43、第4Bのコイル部46、第5Bのコイル部49、第6Bのコイル部52、第7Bのコイル部55が連続的に形成される。
【0008】
上記のモータでは、セグメント11に当接するブラシ(図示せず)を介して外部から電流をコイル6に供給することにより、アマチュア1は電磁作用によりモータ軸2を中心に回転する。なお、アマチュア1がどの回転位置でもアマチュア1に一定方向の回転力が働くように、ブラシに当接するセグメント11は順次切り替えられて、コイル6に流れる電流方向は切り替えられている。
【0009】
上述した従来のアマチュア1では、スロット4の総数が21であり、それに対してノズルの数は3本であり、スロット4の総数はノズルの数で割り切れうようになっており、各コイル部では均一に導線5が巻回され、隣接したコイル部間ではインピーダンスは略同じである。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えばトルク値を上げるためにスロット数を21から22に増加させ、このコアに4本のノズルを用いて導線を巻回しようとしたときには、図16に示すように、隣接したコイル部同士の一方の端部はスロットを共有していることになる。
【0011】
図16は、図15に示すように98.2°と81.8°との2種類の回動角度を有する巻線装置の4本のノズル(図示せず)から同時に導線がコアに供給され、第1Aのコイル部108、第1Bのコイル部109、第1Cのコイル部110及び第1Dのコイル部111がそれぞれ同時に形成されたときの図である。
【0012】
図16の第1Aのコイル部108は、第1のノズルから供給された導線が4個のスロット102を飛び越えてティースNo.4のティース107とティースNo.22のティース107との間を例えば十数回巻回して形成される。第1Bのコイル部109は、第2のノズルから供給された導線が4個のスロット102を飛び越えてティースNo.5のティース107とティースNo.9のティース107との間を十数回巻回して形成される。第1Cのコイル部110は、第3のノズルから供給された導線が4個のスロット102を飛び越えてティースNo.11のティース107とティースNo.15のティース107との間を十数回巻回して形成される。第1Dのコイル部111は、第4のノズルから供給された導線が4個のスロット102を飛び越えてティースNo.16のティース107とティースNo.20のティース107との間を十数回巻回して形成される。
この場合、ティースNo.4のティース107とティースNo.5のティース107との間のスロット102には第1Aのコイル部108の端部と第1Bのコイル部109の端部とが共有し、またティースNo.15のティース107とティースNo.16との間のスロット102には第1Cのコイル部110の端部と第1Dのコイル部111の端部とが共有している。
【0013】
そのため、コイル部108〜111が共有するスロット102では、コイル部108〜111同士が干渉した状態で導線が巻回される結果、コイル部108〜111間でインピーダンスに差が生じてしまい、下記のような問題点があった。「コイル部108〜111で生じる誘起電圧に差が生じ、ブラシを通じて不平衡電流が流れてしまい、その結果、ブラシ整流作用の悪化、ブラシから発生する整流火花の増加に伴うブラシ・整流子の高温化、ブラシ・整流子の寿命低下、トルクリップルの増加、及びそれらの複合作用によりモータの作動音が顕著に増加する。」
【0014】
この発明は、かかる問題点を解決することを課題とするものであって、ブラシを通じて流れる不平衡電流の発生を防止し、ブラシ整流効果を維持しつつ作動音を低減できる回転電機のアマチュア及びその製造方法を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項1に係る回転電機のアマチュアでは、シャフトと、このシャフトに固定され外周面に軸線方向に延びて形成された複数のスロットを有するコアと、所定の数の前記スロットを飛び越えて一対のスロット間で導線を複数回巻回して形成されたコイル部を1スロットずつずらして前記コアの周方向に周回させて形成された複数のコイル部から構成されたコイルと、前記シャフトに固定され複数のセグメントを有する整流子とを備え、隣接した前記コイル部同士の一方の端部は前記スロットと共有した回転電機のアマチュアにおいて、同電位であるべき前記セグメント同士が均圧線で電気的に接続されている。
【0016】
この発明の請求項2に係る回転電機のアマチュアでは、シャフトと、このシャフトに固定され外周面に軸線方向に延びて形成された複数のスロットを有するコアと、所定の数の前記スロットを飛び越えて一対のスロット間で導線を複数回巻回して形成されたコイル部を1スロットずつずらして前記コアの周方向に周回させて形成された複数のコイル部から構成されたコイルと、前記シャフトに固定され複数のセグメントを有する整流子とを備え、隣接した前記コイル部間の空スロットの数が不均一である回転電機のアマチュアにおいて、同電位であるべき前記セグメント同士が均圧線で電気的に接続されている。
【0017】
この発明の請求項3に係る回転電機のアマチュアでは、シャフトと、このシャフトに固定され外周面に軸線方向に延びて形成された複数のスロットを有するコアと、所定の数の前記スロットを飛び越えて一対のスロット間で導線を複数回巻回して形成されたコイル部を1スロットずつずらして前記コアの周方向に複数回周回させて形成された複数のコイル部から構成されたコイルと、前記シャフトに固定され複数のセグメントを有する整流子とを備え、各前記コイル部の前記導線の巻回数が最初の周回とその後の後続周回とでは異なる回転電機のアマチュアにおいて、同電位であるべき前記セグメント同士は均圧線で電気的に接続されている。
【0018】
この発明の請求項4に係る回転電機のアマチュアでは、最初の周回のコイル部の導線の巻回数が後続周回のコイル部の導線の巻回数よりも少ない。
【0019】
この発明の請求項5に係る回転電機のアマチュアでは、最初の周回のコイル部の導線の巻回数が後続周回のコイル部の導線の巻回数よりも多い。
【0020】
この発明の請求項6に係る回転電機のアマチュアの製造方法では、シャフトと、このシャフトに固定され外周面に軸線方向に延びて形成された複数のスロットを有するコアと、所定の数の前記スロットを飛び越えて一対のスロット間で導線を複数回巻回して形成されたコイル部を1スロットずつずらして前記コアの周方向に周回させて形成された複数のコイル部から構成されたコイルと、前記シャフトに固定され複数のセグメントを有する整流子と、複数の同電位であるべき前記セグメント同士が電気的に接続された均圧線とを備えた回転電機のアマチュアの製造方法であって、前記スロットの数に対して割り切れない数の巻線装置のノズルから同時に前記導線を前記コアに供給して巻回する。
【0021】
この発明の請求項7に係る回転電機のアマチュアの製造方法では、スロット数は22であり、ノズル数は4である。
【0022】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1の回転電機であるモータのアマチュア100の巻線図であり、このものは、4極で、スロット102の数が22のコア101に、巻線装置の4個のノズル(図示せず)を同時に用いて導線103を巻回するときの図であり、エナメル被覆の導線103が複数のスロット102を飛び越えて重巻で巻回されている。また、整流子105は22個のセグメント104を有しており、また同電位であるべきセグメント104間は均圧線106で電気的に接続されている。例えば、1番目のセグメント104は12番目のセグメント104と接続され、2番目のセグメント104は13番目のセグメント104と接続されている。
【0023】
図2は巻線装置の各ノズルから導線103が供給されコア101に巻回される途中を示す図であり、セグメント104のフックに係止された後、第2Aのコイル部112、第2Bのコイル部113、第2Cのコイル部114及び第2Dのコイル部115がそれぞれ形成されたときの図である。なお、各ノズルから導線103が供給されてコア101に最初にコイル部108〜111が形成されたときの状態は図16に示したもので同じである。
【0024】
図3は引き続き1スロットずつずらして導線103を巻回して最終的にコイル116が形成されたときのアマチュア100の正面図である。
【0025】
上記構成のアマチュア100では、同電位であるべきセグメント104間は均圧線106で電気的に接続されているので、スロット102において隣接したコイル部108〜115同士の端部が共有し、コイル部108〜115同士が干渉した状態で導線が巻回されるものの、コイル部で生じる誘起電圧の差に起因してブラシを通じて不平衡電流が流れてしまうようなことはない。その結果、ブラシ整流作用の悪化、ブラシから発生する整流火花の増加に伴うブラシ・整流子の高温化、ブラシ・整流子の寿命低下、トルクリップルの増加、及びそれらの複合作用によりモータの作動音が顕著に増加するといった不都合は生じない。
【0026】
実施の形態2.
スロットの数に対して割り切れない数の巻線装置のノズルから同時に導線がコアに供給され巻回されたときに、隣接したコイル部間にコイル部が存在しないコイル部の空スロットが生じ、その空スロットの数が不均一である場合(例えば1スロットの場合と2スロットの場合)も生じる。そして、この場合には、コアに導線が均一に巻回されず、コイル部間で誘起電圧に差が生じてしまうおそれがある。この場合にも、同電位であるべきセグメント同士を均圧線で電気的に接続することで、ブラシを通じて不平衡電流が流れてしまうようなことを防止できる。
【0027】
実施の形態3.
図4はこの発明の実施の形態3のモータのアマチュア200の巻線図であり、この図は、巻線装置の2本のノズル(図示せず)から同時に導線103が供給され、第1Aのコイル部201、第1Bのコイル部202がそれぞれ同時に形成されたときを示すものであり、また同電位であるべきセグメント104間は均圧線106で電気的に接続されている。例えば、1番目のセグメント104は12番目のセグメント104と接続され、2番目のセグメント104は13番目のセグメント104と接続されている。図5はそのときのコア101の正面図である。
【0028】
図6は2個のノズルから引き続き導線103が供給され、セグメント104のフックに係止された後さらに第2Aのコイル部203及び第2Bのコイル部204がそれぞれ形成されたときの図である。
【0029】
図7は引き続き1スロットずつずらして、全部で11スロットずらして導線103を巻回してコイル体205が形成されたときのコア101の正面図である。そして、ここまでは例えばコイル部の導線103の巻回数を6回とし、それ以降を例えば巻回数7回として巻線完了してコイル206が形成されたときのものが図8である。
【0030】
このように、導線103の巻回数が最初の周回のときには6回とし、その後の後続周回のときには7回とすることにより、導線103を6.5回巻回したときと等価になり、モータ性能変更が容易となり、設計自由度が向上する。しかしながら、このままの状態では導線103の巻回数が異なることによりコイル部間でインピーダンスに差が生じ、コイル部で生じる誘起電圧の差に起因してブラシを通じて不平衡電流が流れてしまう虞れがある。しかしながら、この実施の形態でも、実施の形態1,2と同様に同電位であるべきセグメント104間は均圧線106で電気的に接続されているので、不平衡電流が流れるようなことはない。
【0031】
実施の形態4.
図9は最初の周回のときの導線103の巻回数を7回とした場合の図であり、このときには第1Aのコイル部211、第1Bコイル部212によりスロット102の斜線部Eの部分は覆われてしまい、この斜線部Eの面積は実施の形態3の場合(図5参照)よりも大きく。この結果、スロット102の面積が減少したことにより、巻線性は実施の形態3と比較して不利になるが、コイル部の径が小さい最初の周回のときに巻数の多い方を巻き、コイル部の径が大きい後続周回のときに巻数の少ない方を巻くことにより、最初の周回と後続周回との間ではインピーダンスの差は小さい。
【0032】
なお、上記の各実施の形態では回転電機としてモータについて説明したが、この発明は発電機にも適用することができる。また、各実施の形態とも均圧線106の本数を11本であるが、これに限定されないのは勿論である。
【0033】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の請求項1に係る回転電機のアマチュアによれば、シャフトと、このシャフトに固定され外周面に軸線方向に延びて形成された複数のスロットを有するコアと、所定の数の前記スロットを飛び越えて一対のスロット間で導線を複数回巻回して形成されたコイル部を1スロットずつずらして前記コアの周方向に周回させて形成された複数のコイル部から構成されたコイルと、前記シャフトに固定され複数のセグメントを有する整流子とを備え、隣接した前記コイル部同士の一方の端部は前記スロットと共有した回転電機のアマチュアにおいて、同電位であるべき前記セグメント同士が均圧線で電気的に接続されたので、回転電機の性能及びブラシ整流効果を維持しつつ作動音を低減することができる。
【0034】
この発明の請求項2に係る回転電機のアマチュアによれば、シャフトと、このシャフトに固定され外周面に軸線方向に延びて形成された複数のスロットを有するコアと、所定の数の前記スロットを飛び越えて一対のスロット間で導線を複数回巻回して形成されたコイル部を1スロットずつずらして前記コアの周方向に周回させて形成された複数のコイル部から構成されたコイルと、前記シャフトに固定され複数のセグメントを有する整流子とを備え、隣接した前記コイル部間の空スロットの数が不均一である回転電機のアマチュアにおいて、同電位であるべき前記セグメント同士が均圧線で電気的に接続されたので、回転電機の性能及びブラシ整流効果を維持しつつ作動音を低減することができる。
【0035】
この発明の請求項3に係る回転電機のアマチュアによれば、シャフトと、このシャフトに固定され外周面に軸線方向に延びて形成された複数のスロットを有するコアと、所定の数の前記スロットを飛び越えて一対のスロット間で導線を複数回巻回して形成されたコイル部を1スロットずつずらして前記コアの周方向に複数回周回させて形成された複数のコイル部から構成されたコイルと、前記シャフトに固定され複数のセグメントを有する整流子とを備え、各前記コイル部の前記導線の巻回数が最初の周回とその後の後続周回とでは異なる回転電機のアマチュアにおいて、同電位であるべき前記セグメント同士は均圧線で電気的に接続されたので、回転電機の性能及びブラシ整流効果を維持しつつ作動音を低減することができる。
【0036】
この発明の請求項4に係る回転電機のアマチュアによれば、最初の周回のコイル部の導線の巻回数が後続周回のコイル部の導線の巻回数よりも少ないときでも、ブラシ整流効果を維持し、かつ作動音が小さい状態で、トルク値、回転数の性能変更を容易に行うことができ、回転電機の設計自由度が向上する。
【0037】
この発明の請求項5に係る回転電機のアマチュアによれば、最初の周回のコイル部の導線の巻回数が後続周回のコイル部の導線の巻回数よりも多いときでも、最初の周回のコイル部と後続周回のコイル部との間でインピーダンスの差が少なくなり、回転電機の性能及びブラシ整流効果を維持しつつ作動音を低減することができる。
【0038】
この発明の請求項6に係る回転電機のアマチュアの製造方法によれば、シャフトと、このシャフトに固定され外周面に軸線方向に延びて形成された複数のスロットを有するコアと、所定の数の前記スロットを飛び越えて一対のスロット間で導線を複数回巻回して形成されたコイル部1スロットずつずらして前記コアの周方向に周回させて形成された複数のコイル部から構成されたコイルと、前記シャフトに固定され複数のセグメントを有する整流子と、複数の同電位であるべき前記セグメント同士が電気的に接続された均圧線とを備えた回転電機のアマチュアの製造方法であって、前記スロットの数に対して割り切れない数の巻線装置のノズルから同時に前記導線を前記コアに供給して巻回するので、コイル時間を大幅に短縮することができ、ブラシ整流効果が維持された回転電機を短時間で製造することができる。
【0039】
この発明の請求項7に係る回転電機のアマチュアの製造方法によれば、スロット数は22であり、ノズル数は4であるので、隣接したコイル部同士の一方の端部はスロットと共有した状態でコイル部が形成されるものの、モータの性能及びブラシ整流効果を維持しつつ作動音を低減することができる回転電機のアマチュアを短時間で製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態1のアマチュアの巻線図である。
【図2】重ね巻による導線の巻線途中においてコアにコイル部が巻装されている状態を示す図である。
【図3】重ね巻による導線の巻線完了時におけるコアにコイルが巻装されている状態を示す図である。
【図4】この発明の実施の形態3のアマチュアの巻線図である。
【図5】図4のコアに重ね巻により導線が巻回されている途中を示す図である。
【図6】図4のコアに重ね巻により導線が巻回されている途中を示す図である。
【図7】重ね巻による導線の巻線途中において図4のコアにコイル体が巻装されている状態を示す図である。
【図8】重ね巻による導線の巻線完了時において図4のコアにコイルが巻装されている状態を示す図である。
【図9】重ね巻による導線の巻線途中において実施の形態4のアマチュアのコアにコイル部が巻装されている状態を示す図である。
【図10】従来のアマチュアの側面図である。
【図11】図10のコアの正面図である。
【図12】重ね巻による導線の巻線途中において図11のコアにコイル部が巻装されている状態を示す図である。
【図13】重ね巻による導線の巻線途中において図11のコアにコイル部が巻装されている状態を示す図である。
【図14】重ね巻による導線の巻線完了時において図11のコアにコイルが巻装されている状態を示す図である。
【図15】コアの別の例を示す正面図である。
【図16】図15のコアに重ね巻による導線が巻回されている途中を示す図である。
【符号の説明】
100 アマチュア、101 コア、102 スロット、103 導線、104 セグメント、105 整流子、106 均圧線、108 第1Aのコイル部、109 第1Bのコイル部、110 第1Cのコイル部、111 第1Dのコイル部、112 第2Aのコイル部、113 第2Bのコイル部、114 第2Cのコイル部、115 第2Dのコイル部、116 コイル、211 第1Aのコイル部、212 第1Bのコイル部、200 アマチュア、201 第1Aのコイル部、202 第1Bのコイル部、203 第2Aのコイル部、204 第2Bのコイル部、205 コイル体、206 コイル。
Claims (7)
- シャフトと、このシャフトに固定され外周面に軸線方向に延びて形成された複数のスロットを有するコアと、所定の数の前記スロットを飛び越えて一対のスロット間で導線を複数回巻回して形成されたコイル部を1スロットずつずらして前記コアの周方向に周回させて形成された複数のコイル部から構成されたコイルと、前記シャフトに固定され複数のセグメントを有する整流子とを備え、隣接した前記コイル部同士の一方の端部は前記スロットと共有した回転電機のアマチュアにおいて、同電位であるべき前記セグメント同士が均圧線で電気的に接続された回転電機のアマチュア。
- シャフトと、このシャフトに固定され外周面に軸線方向に延びて形成された複数のスロットを有するコアと、所定の数の前記スロットを飛び越えて一対のスロット間で導線を複数回巻回して形成されたコイル部を1スロットずつずらして前記コアの周方向に周回させて形成された複数のコイル部から構成されたコイルと、前記シャフトに固定され複数のセグメントを有する整流子とを備え、隣接した前記コイル部間の空スロットの数が不均一である回転電機のアマチュアにおいて、同電位であるべき前記セグメント同士が均圧線で電気的に接続された回転電機のアマチュア。
- シャフトと、このシャフトに固定され外周面に軸線方向に延びて形成された複数のスロットを有するコアと、所定の数の前記スロットを飛び越えて一対のスロット間で導線を複数回巻回して形成されたコイル部を1スロットずつずらして前記コアの周方向に複数回周回させて形成された複数のコイル部から構成されたコイルと、前記シャフトに固定され複数のセグメントを有する整流子とを備え、各前記コイル部の前記導線の巻回数が最初の周回とその後の後続周回とでは異なる回転電機のアマチュアにおいて、同電位であるべき前記セグメント同士は均圧線で電気的に接続された回転電機のアマチュア。
- 最初の周回のコイル部の導線の巻回数が後続周回のコイル部の導線の巻回数よりも少ない請求項3に記載の回転電機のアマチュア。
- 最初の周回のコイル部の導線の巻回数が後続周回のコイル部の導線の巻回数よりも多い請求項3に記載の回転電機のアマチュア。
- シャフトと、このシャフトに固定され外周面に軸線方向に延びて形成された複数のスロットを有するコアと、所定の数の前記スロットを飛び越えて一対のスロット間で導線を複数回巻回して形成されたコイル部を1スロットずつずらして前記コアの周方向に周回させて形成された複数のコイル部から構成されたコイルと、前記シャフトに固定され複数のセグメントを有する整流子と、複数の同電位であるべき前記セグメント同士が電気的に接続された均圧線とを備えた回転電機のアマチュアの製造方法であって、前記スロットの数に対して割り切れない数の巻線装置のノズルから同時に前記導線を前記コアに供給して巻回する回転電機のアマチュアの製造方法。
- スロット数は22であり、ノズル数は4である請求項6に記載の回転電機のアマチュアの製造方法。
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