JP3563258B2 - 電機子及び電機子の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータ等の電機子に係り、詳しくはコア形状に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、図１３に示すようにモータの電機子１０の中心部には同一形状に形成された複数の薄鋼板を形状を合わせてそれぞれ結合させたコア１１が設けられている。図１４に示すように、コア１１を構成するこれらのコア・シート１２はＴ字状の複数のティース片１３が放射状に形成されていると共に、中心部にはモータ回転軸１４を軸通するために１個の孔１５が設けられている。通常、コア・シート１２は一体成形される。コア１１はコア・シート１２の各ティース片１３間に存在する空間によって形成される複数のスロット１６をモータ回転軸方向に対して平行に備えている。コア１１の外周面にはスリット幅ｄを有するスリット１７がモータ回転軸方向に対して平行に形成されている。
【０００３】
図１５に示すように、各スロット１６内には電機子巻線１８が各スロット１６を通して巻装される。各スロット１６内には電機子巻線１８がコア１１の中心に近い場所から順にほぼ幅ｄでコア１１の周辺付近まで巻装される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、スリット幅ｄは狭いため、図１５に示すようにコア１１の各スロット１６内にはスリット幅ｄで示す領域外に、まだ電機子巻線１８によって使用されてない領域が存在してしまい、各スロット１６内の領域は電機子巻線１８のために有効に使用されていない。
【０００５】
そこで、スリット幅ｄを広げて、スロット１６内に電機子巻線１８をより多く巻くことが考えられるが、コギング・トルク及び電機子巻線１８のスロット１６外への飛び出しが発生し易くなる。従って、スリット幅ｄをあまり広くすることができない。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、その目的は、各スロット内の領域において、電機子巻線の占有体積、即ち占積率を向上させること、スリット幅を狭くしてコギング・トルクを抑制すること及び電機子巻線のスロット外への飛び出しを阻止することのできるモータの電機子及び電機子の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、コアに形成されたスロット内に電機子巻線が巻装される電機子において、前記コアは複数のティース片を等角度間隔に放射状に延出したコア・シートを複数枚重合して、スロットを形成したティース部と、前記ティース部を内嵌する筒部とから構成され、前記筒部の外周面には他より磁気抵抗が大きい領域であるスリットが形成され、そのスリットの内側面は絶縁材を用いてコーティングされたことを要旨とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、前記スリットを前記ティース部のスロットの中間位置に配置するように、前記筒部に前記ティース部をはめ込むことを要旨とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、前記筒部の内周面に前記ティース部のティースの先端部と係合する欠切部を形成したことを要旨とする。
請求項４に記載の発明は、複数のティース片を等角度間隔に放射状に延出したコア・シートを複数枚重合して、スロットを形成したティース部を回転軸に固着し、その外形部を開放したスロットに巻線を巻装し、その巻線の巻装後に、その外周面にスリットを形成した筒部に前記ティース部をはめ込むようにした電機子の製造方法であって、前記スリットの内側面は絶縁材を用いてコーティングされていることを要旨とする。
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、巻線を巻装する場合、ティース部がコアを構成する筒部にはめ込まれていない状態であることと、各スロットの外形部は開放された空間であることから、広い範囲でスロット内に巻線を装入することができる。
【００１１】
また、筒部の外周面において、磁気抵抗が大きい領域であるスリットはコア及びステータ間の磁気抵抗が大きい。磁力線はこの領域において規制されて、筒部のこの領域以外の部分とステータ間に流れるようになる。即ち、磁力線は電機子を回転させるために、コア及びステータの間を有効に流れるようになる。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、各スリットを各スロットの中間位置に配置することは、コアとステータ間の磁気分布を緩和する。
請求項３に記載の発明によれば、筒部の内周面に欠切部が形成されているので、筒部の体積を削減することができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明によれば、巻線の巻装完了後にティース部をその外周面に磁気抵抗の大きい領域（スリット）を備える筒部にはめ込むため、筒部の外周面には任意に狭い幅を有する磁気抵抗の大きい領域（スリット）を形成することが可能になる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図１〜図６に従って説明する。
図６は、直流モータの電機子Ａの正面図の概略を示す。電機子Ａの回転軸Ｓにはコア１が固着されている。コア１には巻線Ｃが巻装され、その巻端は整流子片ＳＧに接続されている。
【００１５】
図１は、コア１の構造を示す。コア１はティース部２とそのティース部（２）を内嵌する筒部３から構成されている。図１に示すように、ティース部２は同一形状のコア・シート４を重合させた積層鋼板から構成されている。ティース部２に１２個のティース５が等角度間隔に放射状に並び、そのティース５間に中心から遠ざかるほど拡開する１２個のスロット６が形成されている。また、ティース部２の中心部には回転軸Ｓを軸通するための１つの貫通孔７が形成されている。
【００１６】
図２は、前記コア・シート４の正面図を示す。コア・シート４の中央部には前記ティース部２の貫通孔７を構成する孔４ａが形成されている。また、コア・シート４には前記ティース部２のティース５を構成するティース片４ｂがコア・シート４の中央部から放射状に延出形成されている。各ティース片４ｂは等角度間隔に延出形成されている。従って、２つのティース片４ｂによって形成される１２個の空間は、コア・シート４の中央部から遠ざかるほど拡開し、前記スロット６を構成する。各ティース片４ｂの先端外周面４ｃはそれぞれコア・シート４の中心点を中心とする半径Ｒの円弧面となっている。このように構成されたコア・シート４を複数枚重ね合わせると、図１に示すティース部２が形成される。
【００１７】
前記筒部３は図４及び図５に示すような円筒体であって、その内径は前記コア・シート４の半径Ｒの２倍（＝２Ｒ）である。従って、コア・シート４を複数枚重ね合わせてなるティース部２は、筒部３にはめ込むことができる。筒部３の外周面にはスリット幅ｄを有する３個のスリット９が中心軸線と平行に形成されている。そして、その軸線方向に形成された３個のスリット９を１つのスリット列として、１２個のスリット列が等角度の間隔で形成されている。そして、筒部３にティース部２をはめ込むとき、ティース部２は前記１２個のスリット列がそれぞれティース部２のスロット６の中間位置に配置するようにはめ込まれる。各スリット列を構成するスリット９は長方形であって、その長辺を短辺に比べて非常に長くし、一つの列における隣り合うスリット９同士の間隔を狭くしている。そして、このスリット列によりティース５の先端部間の磁気抵抗を非常に大きくしている。
【００１８】
次に、上記のように構成されたコア１に巻線Ｃを巻装する方法について説明する。今、コア・シート４を複数枚重ね合わせてなるティース部２が回転軸Ｓに整流子片ＳＧとともに固着されている状態において、ティース部２のスロット６間に巻線Ｃを巻装する。このとき、ティース部２がコア１を構成する筒部３にはめ込まれていない状態であることと、各スロット６がコア・シート４の中央部から遠ざかるほど拡開た空間であることから、広い範囲でスロット６内に巻線Ｃを装入するすることができる。その結果、図２に示すように、スロット６内に無駄なく緻密に巻線Ｃを巻装することができる。即ち、巻装し易く、しかも巻線占積率を向上させることができる。
【００１９】
巻線Ｃの巻装が完了すると、筒部３に該巻線Ｃが巻装されたティース部２をはめ込む。このとき、図３に示すように筒部３に形成された各スリット列がそれぞれスロット６の中間位置に配置されるように、ティース部２が筒部３にはめ込まれる。そして、コア１のティース５の先端部間はその中間位置に１つのスリット列（３個のスリット）が形成された筒部３を介してつながる。しかも、ティース５の先端部間の磁気抵抗はこのスリット列により非常に大きくなっている。
【００２０】
次に、上記のように構成された本実施形態の特徴について説明する。
本実施形態の電機子によれば、以下のような特徴を得ることができる。
（１）隣接する２つのティース片４ｂ間に形成される各スロット６は、コア・シート４の中心から遠ざかるほど拡開するように形成れている場合には、コア・シート４の先端において、隣接する２つのティース５間の間隔は最大となる。巻線Ｃは各スロット６内にこの間隔を有する領域内を通して案内される。巻線Ｃはスロット６内の最もコア・シート４の中心に近い領域から順に先端に向かって巻装されるので、コア・シート４の先端において隣接する２つのティース５間の間隔が最大であることは、各スロット６内の全ての領域に巻線Ｃを巻装することを可能にする。従って、巻線Ｃのスロット６内における体積占有率、即ち巻線占積率を向上させることができる。
【００２１】
（２）筒部３の外周面において、各スリット９が形成された領域はコア１及びステータ間の磁気抵抗が大きい。磁力線はこの領域において規制されて、筒部３のこの領域以外の部分とステータ間に流れるようになる。即ち、磁力線は電機子Ａを回転させるために、コア１及びステータの間を有効に流れるようになる。従って、コア１及びステータ間の磁気効率が向上する。
【００２２】
（３）巻線Ｃの巻装完了後に、ティース部２が筒部３にはめ込まれるので、該筒部３の外周面に形成される各スリット９のスリット形状は巻線作業に影響を及ぼさない。これにより、スリット幅ｄを任意に狭く設定することができる。従って、これはコギング・トルクを抑制し、モータ磁気音を低減するこを可能にする。
【００２３】
（４）巻線Ｃが電機子Ａの回転中に遠心力によってスロット６外に飛び出し易くなる。このとき、スリット幅ｄを狭くすることによって、巻線Ｃは筒部３の内周面に当接する可能性が高くなる。従って、巻線Ｃがスロット６外に飛び出すことを防止することができる。
【００２４】
なお、実施形態は上記に限定されることなく以下のように変更してもよい。
・ スリット９付きの筒部３を設けたが、スリット９を有しない筒部３を用いてもよい。
【００２５】
この場合、筒部３は薄板を用いて構成される。従って、ティース５の先端部間の磁気抵抗は非常に大きくなる。
このようにした場合にも、前記第１の各実施形態に記載の特徴（１）（２），（３）に加えて以下の特徴を得ることができる。
【００２６】
筒部３にはスリット９が形成されていないため、巻線Ｃがスロット６外に飛び出すことは生じない。
・ 図４及び図５に示す筒部３に代えて、図７及び図８に示す筒部２０を用いてもよい。図７及び図８に示す筒部２０は、図４及び図５に示した筒部３と比べて、その内周面に１２個の欠切部２１を備える点においてのみ異なる。
【００２７】
図７に示すように、筒部２０は筒部３と同様に円筒体であって、その内径はコア・シート４の半径Ｒの２倍（＝２Ｒ）より小さく、且つその外径はコア・シート４の半径Ｒの２倍より大きい。そして、筒部２０の内周面にはコア・シート４を複数枚重ね合わせてなるティース部２をはめ込むために、１２個の欠切部２１が形成されている。該欠切部２１は筒部２０の周方向にティース５の先端部の周方向の幅を有して等角度間隔に、且つ筒部２０の中心点から径方向にコア・シート４の半径Ｒだけ削成されている。また、それぞれの欠切部２１は筒部２０の外周面に形成された２個のスリット列間の中央付近に配置されている。図８に示すように、欠切部２１は筒部２０の内周面にティース部２の軸方向の長さを有して一端から中心軸線に対して平行に形成されている。このため、筒部２０の内周面に形成された各欠切部２１にティース部２の各ティース５の先端部を係合させることが可能となる。従って、筒部２０にティース部２をはめ込むことが可能になる。
【００２８】
このようにした場合には、前記実施形態に記載の特徴に加えて、以下のような特徴を得ることができる。
筒部２０の内周面に欠切部２１が形成されているので、筒部２０の体積は筒部３よりも少ない。筒部に発生する渦電流は筒部の体積と相関関係を有する。従って、筒部３と比べて、筒部２０に発生する渦電流を減少させることができる。
【００２９】
・ 図４及び図５に示す筒部３に代えて、図９に示す筒部２２を用いてもよい。図９に示す筒部２２は、図７及び図８に示した筒部２０と比べて、その外周面に１２個のスリット２３を備える点においてのみ異なる。
【００３０】
図９に示すように、筒部２２の外周面に同一形状の長方形をした１２個のスリット２３が中心軸線に対して平行に、且つ等角度間隔に形成されている。また、それぞれ１つのスリット２３が筒部２２の内周面に形成された２つの欠切部２１間の中央付近に形成されている。スリット２３の長辺は筒部２２の中心軸方向の長さに近くなるように形成されており、短辺はそれに対して非常に短くなっている。
【００３１】
このようにした場合には、前記各実施形態に記載の特徴に加えて、以下のような特徴を得ることができる。
筒部２２の各スリット２３の全体積を筒部２０の各スリット９の全体積より大きくすることができるので、筒部２２の体積を筒部２０の体積より削減することが可能である。従って、筒部２０と比べて、筒部２２に発生する渦電流を減少させることができる。
【００３２】
・ 図４及び図５に示す筒部３に代えて、図１０に示す筒部２４を用いてもよい。図１０に示すように、筒部２４の外周面に同一形状の四辺形をした１２個のスリット２５が筒部２４の中心軸線に対してそれぞれ同一の傾斜を有し、且つ等角度間隔に形成されている。また、それぞれのスリット２５を構成する四辺形の中心が、筒部２４の内周面に形成された２つの欠切部２１間の中央付近に位置し、且つ筒部２４の軸線方向においても中央付近に位置している。各スリット２５の長辺は筒部２４の一端付近から他端付近まで非常に長く形成されおり、短辺はそれに対して短い。
【００３３】
このようにした場合には、前記各実施形態に記載の特徴に加えて、以下のような特徴を得ることができる。
筒部２４の各スリット２５の全体積は筒部２２の各スリット２３の全体積より大きくすることができる。このため、筒部２４の体積を筒部２２の体積より削減することが可能になる。従って、筒部２２と比べて、筒部２４に発生する渦電流を減少させることができる。また、各スリット２５を筒部２４の中心軸線に対してそれぞれ同一に傾斜させることによって、コア１及びステータ間の磁気分布を緩和させることができる。従って、コギング・トルクを抑制することが可能である。
【００３４】
・ 図４及び図５に示す筒部３に代えて、図１１に示す筒部２６を用いてもよい。
筒部２６の外周面にはその中心軸線に対して同一の傾斜を有して５個のスリット２７がそれぞれ等間隔に形成されている。そして、筒部２６の軸線方向に形成された５個のスリット２７を１つのスリット列として１２個のスリット列が等角度間隔で形成されている。各スリット列は筒部２６の内周面に形成された隣接する２つの欠切部２１間内に形成されている。更に、それぞれのスリット２７を構成する四辺形の中心が２つの欠切部２１間の中央付近に位置している。各スリット２７は筒部２６の中心軸線に対して傾斜しているため、スリット２７を構成する四辺形の長辺はその短辺に対して長く形成することができる。
【００３５】
このようにした場合には、前記各実施形態に記載の特徴に加えて、以下のような特徴を得ることができる。
筒部２６の各スリット２７の全体積は、筒部２４の各スリット２５の全体積より大きくすることができる。即ち、筒部２６の体積は筒部２４の体積より削減することができる。従って、筒部２４に比べて、筒部２６に発生する渦電流を減少させることができる。
【００３６】
・ 図２に示すティース部２に代えて、図１２に示すティース部２８を用いてもよい。
ティース部２８の中心部から遠ざかるほど拡開する１２個のティース２９が、ティース部２８の中心部から放射状に延出形成されている。このため、各ティース２９間に形成される空間、即ち各スロット３０はティース部２８の中心部から先端部まで周方向にほぼ同一の幅を有している。
【００３７】
ティース部２８の先端において、隣接する２つのティース２９間に形成される各スロット３０は、ティース部２８の中心部付近のスロット幅にほぼ同一のスリット幅ｄを有する。巻線Ｃはティース部２８の先端のこのスロット幅ｄを有する領域を通してスロット３０内に案内されるため、各スロット３０内の全ての領域に巻装することができる。従って、巻線Ｃのスロット３０内における体積占有率、即ち巻線占積率を向上させることができる。
【００３８】
・ 筒部３，２０，２２，２４，２６は小さい磁気抵抗及び大きい電気抵抗を備える材料、例えばステンレス・スチールを使用して成形可能である。また、鉄粉末を成形して筒部３，２０，２２，２４，２６を製造することも可能である。更に、鉄の線材を筒状に巻き付け、樹脂を用いて線材を接着した後、スリットを設けることによって筒部３を製作することもできる。
【００３９】
このようにした場合には、前記各実施形態に記載の特徴に加えて、以下のような特徴を得ることができる。
筒部３，２０，２２，２４，２６の磁気抵抗を小さくし、電気抵抗を大きくできるので、筒部３，２０，２２，２４，２６に発生する渦電流を更に減少させることができる。
【００４０】
・ 磁気抵抗の大きい領域としてのスリットを設けるのではなく、筒部のスリット９，２３，２５，２７に対応する位置において、筒部材を部分的に変質させて磁気抵抗を大きくする。
【００４１】
このようにした場合にも、筒部に磁気抵抗を大きくした部分を形成することができるため、コアとステータ間の磁気効率を向上させることができる。
・ 図９〜図１１において、筒部２０，２２，２４，２６の内周面に欠切部２１を設けることなくその内径をティース部２の半径Ｒの２倍に等しくする場合、前記筒部２０，２２，２４，２６の内周面は第１の実施の形態における筒部３の内周面と同一になる。
【００４２】
・ 各スリット９の内側面は電機子巻線Ｃと接触する可能性があるので、電気的な絶縁を確保するために、絶縁材を用いてコーティングされている。
・ 筒部３，２０，２２，２４，２６は円筒体であるため、鋼板を打ち抜き、その後丸め加工することによって形成することができる。
【００４３】
このようにした場合には、以下のような特徴を得ることができる。
筒部２０，２２，２４，２６の内周面に欠切部２１を形成する必要がないので、その内周面を容易に形成することができる。
【００４４】
次に、前記各実施形態及び別例から把握できる請求項に記載した発明以外の技術的思想について、それらの効果と共に以下に記載する。
（１）前記他より磁気抵抗が大きい領域（９）を前記筒部（３；２０）の中心軸線に対して同一に傾斜させて形成した電機子。このように構成すれば、各スリット９を筒部３，２０の中心軸線に対してそれぞれ同一に傾斜させることによって、コア１及びステータ間の磁気分布を緩和させることができる。従って、コギング・トルクを抑制することが可能である。
【００４６】
（２）鋼板を打ち抜き、丸め加工によって製作された筒部（３；２０）を備えた電機子。このような構成にすれば、筒部３，２０は円筒体であるので、鋼板を打ち抜き、その後丸め加工することによって、製作可能である。これは筒部３，２０を容易に製作すること及びスリット９を容易に形成することを可能にする。即ち、筒部３，２０の製作において自由度が大きくなる。
【００４７】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、電機子巻線Ｃのスロット６内における体積占有率、即ち巻線占積率を向上させることができる。また、コア１とステータ間の磁気効率を向上させることができる。さらに、各スロット６内において、各スリット９の内側面付近まで巻線Ｃを備える場合、巻線Ｃの被覆が破損したとき、巻線Ｃとスリット９の内側面の間に電気的短絡が発生し得るという問題点がある。従って、各スリット９の内側面を絶縁材を用いてコーティングすることによって、この問題点を解消することがでる。
【００４８】
請求項２に記載の発明によれば、コギング・トルクを抑制することができる。
請求項３に記載の発明によれば、筒部３に発生する渦電流を減少させることができる。
【００４９】
請求項４に記載の発明によれば、コギング・トルクを抑制させることができる。更に、電機子巻線Ｃがスロット６の外に飛び出すことも防止する。また、各スロット６内において、各スリット９の内側面付近まで巻線Ｃを備える場合、巻線Ｃの被覆が破損したとき、巻線Ｃとスリット９の内側面の間に電気的短絡が発生し得るという問題点がある。従って、各スリット９の内側面を絶縁材を用いてコーティングすることによって、この問題点を解消することがでる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の筒部の斜視図及び実施形態のティース部の斜視図。
【図２】実施形態のコア・シートの正面図。
【図３】実施形態のコアの正面図。
【図４】実施形態の筒部の正面図。
【図５】実施形態の筒部の側面図。
【図６】実施形態における電機子の正面図。
【図７】別例のコアの正面図。
【図８】別例の筒部の側面図。
【図９】別例の筒部の側面図。
【図１０】別例の筒部の側面図。
【図１１】別例の筒部の側面図。
【図１２】別例のティース部の正面図。
【図１３】従来の電機子の正面図。
【図１４】従来のコアの斜視図。
【図１５】従来のコア・シートの正面図。
【符号の説明】
１…コア、２…ティース部、３，２０…筒部、４ｂ…ティース片、６…スロット、９…磁気抵抗の大きい領域としてのスリット、２１…欠切部、Ｃ…電機子巻線、Ｓ…回転軸。

Claims (4)

1. コア（１）に形成されたスロット（６）内に電機子巻線（Ｃ）が巻装される電機子において、
   前記コア（１）は、
   複数のティース片（４ｂ）を等角度間隔に放射状に延出したコア・シート（４）を複数枚重合して、スロット（６）を形成したティース部（２）と、
   前記ティース部（２）を内嵌する筒部（３；２０）とから構成され、
   前記筒部（３；２０）の外周面には他より磁気抵抗が大きい領域であるスリット（９）が形成され、そのスリット（９）の内側面は絶縁材を用いてコーティングされたことを特徴とする電機子。
2. 請求項１に記載の電機子において、
   前記スリット（９）を前記ティース部（２）のスロット（６）の中間位置に配置するように、前記筒部（３；２０）に前記ティース部（２）をはめ込むことを特徴とする電機子。
3. 請求項１又は請求項２に記載の電機子において、
   前記筒部（３；２０）の内周面に前記ティース部（２）のティース（５）の先端部と係合する欠切部（２１）を形成したことを特徴とする電機子。
4. 複数のティース片（４ｂ）を等角度間隔に放射状に延出したコア・シート（４）を複数枚重合して、スロット（６）を形成したティース部（２）を回転軸（Ｓ）に固着し、そのスロット（６）に巻線（Ｃ）を巻装し、その巻線（Ｃ）の巻装後に、その外周面にスリット（９）を形成した筒部（３；２０）に前記ティース部（２）をはめ込むようにした電機子の製造方法であって、前記スリット（９）の内側面は絶縁材を用いてコーティングされていることを特徴とする電機子の製造方法。

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