JP3916896B2 - 直流電動機の電機子 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流電動機の電機子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特開平１２−２６２０２３号公報には、従来の直流電動機の電機子及びその製造方法の一例が開示されている。この公報の図１に示された従来の直流電動機の電機子では、１つのコイルを構成する複数のコイルターンのコイルエンド部を構成する部分の形状寸法を、回転軸に近づくに従って漸次大きくすることにより、コイルエンド部の突出寸法が大きくなるのを抑制している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この従来の構造では、コイルエンド部の軸線方向の突出寸法が、一番下に位置するコイルターンのコイルエンド部の形状寸法によって決定される。しかしながら一番下に位置するコイエンド部の軸線方向への突出寸法をあまり短くすると、スプリングバックにより逆にコイルエンド部が径方向外側に広がってしまう問題が発生する。そのため従来は、コイルエンド部の軸線方向の突出寸法を短くすることに限界があった。
【０００４】
本発明の目的は、コイルエンド部の軸線方向寸法及び径方向寸法の両寸法を小さくすることできる直流電動機の電機子を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明が改良の対象とする直流電動機の電機子は、回転軸に対して固定された整流子を構成する複数のセグメントと、回転軸に対して固定されたロータコアと、このロータコアに装着される複数の単位コイルとから構成される。ロータコアは、整流子側に開口する整流子側開口部、整流子とは反対側に開口する非整流子側開口部及び回転軸の径方向外側に開口する径方向開口部を有して回転軸の軸線方向に沿って延びるように形成された複数のスロットが回転軸の周方向に間隔をあけるように配置されて構成されている。また複数の単位コイルは、コイル導体が環状に巻回されて形成された複数のコイルターンが同心的に配置されて構成され、ロータコアに取付けられた状態で、コイル導体の両端が整流子を構成する複数のセグメントから選択された二つのセグメントにそれぞれ接続されている。そして複数の単位コイルは、それぞれ複数のスロットから選択された２つのスロット内にそれぞれ嵌合される第１及び第２の嵌合コイル部と、２つのスロットの整流子側開口部の外側に位置して第１及び第２の嵌合コイル部のそれぞれの一端部間をつなぐ第１のコイルエンド部と、２つのスロットの非整流子側開口部の外側に位置して第１及び第２の嵌合コイル部のそれぞれの他端部間をつなぐ第２のコイルエンド部とから構成されている。そして複数の単位コイルは、それぞれ第１及び第２のコイルエンド部において、複数のコイルターンが径方向に沿って層を成すように形成されている。
【０００６】
本発明においては、単位コイルを構成する複数のコイルターンの第１及び第２のコイルエンド部を構成する部分の形状寸法を、回転軸に近づくに従って漸次小さくなるようにそれぞれ定める。ここで漸次小さくする場合の態様としては、複数のコイルターンの第１及び第２のコイルエンド部を構成する部分を、回転軸に近づくに従って順に形状寸法を小さくする場合や、複数のコイルターンの第１及び第２のコイルエンド部を構成する部分を、回転軸に近づくに従って複数のコイルターン群毎に形状寸法を小さくするように形成する場合も含まれる。別の見方をすると、本発明では、単位コイルを構成する複数のコイルターンの第１及び第２のコイルエンド部を形成する部分の形状を、径方向外側に位置するコイルターンほど、軸線方向外側に延び出る寸法が長くなるように形成することになる。
【０００７】
そして１つの単位コイルを構成する複数のコイルターンを、隣接するコイルターンの第１及び第２のコイルエンド部を構成する部分よりも軸線方向外側に突出する第１及び第２のコイルエンド部の部分が、回転軸に近づくように変形させる。このようにすると、径方向外側に位置するコイルターンの第１及び第２のコイルエンド部を構成する部分の長さを長くしても、その部分と回転軸との間には変形を許容するスペースが形成されている。そのためこのスペースを利用すれば、長くしたその部分の変形を容易に行うことができて、第１及び第２のコイルエンド部の軸線方向寸法を小さくすることが可能になる。また各コイルターンの第１及び第２のコイルエンド部を構成する部分を変形させた場合にスプリングバックが発生しても、その変形部分の下に全体的に下のコイルターンの第１及び第２のコイルエンド部の変形部分が存在することがないめ、複数のコイルターンの第１及び第２のコイルエンド部で発生するスプリングバックが重なって、第１及び第２のコイルエンド部の径方向への突出寸法が大きくなるといった問題が発生することはなく、第１及び第２のコイルエンド部の径方向突出寸法を小さくすることができる。
【０００８】
なお隣接する他のコイルターンの第１及び第２のコイルエンド部を構成する部分よりも軸線方向外側に突出するコイルターンの第１及び第２のコイルエンド部の部分を、回転軸に近づくように変形させずに、そのまま使用することもできるのは勿論である。この場合には、第１及び第２のコイルエンド部を構成する部分の内側に形成されるスペースに、バランスウエイトを配置することができる。そのため、ロータコアが回転したときのバランスが良くなって、高速回転をしても振動が大きくなるのを防ぐことができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。図１は、本発明の直流電動機の電機子を製造する場合の一工程の概念図を示している。また図２は、後述するステ−タコア３の端面図を示しており、図３は図１の実施の形態における電機子のコイルエンド部の状態を概念的に示す図である。図１において、１は直流電動機の電機子の回転軸である。この回転軸１の一端上には複数のコンミュテータまたはセグメント２が固定されている。整流子を構成する複数のセグメント２は、相互に電気的に絶縁した状態で回転軸１の周方向に並んでいる。回転軸１の中央部には、複数枚の珪素鋼板を積層してなるロータコア３が固定されている。ロータコア３には、周方向に間隔をあけて複数のスロット４が形成されている。これらのスロット４は、複数枚の珪素鋼板が周方向に順番にずらされて（スキューされて）積層されて構成され、その結果各スロット４はそれぞれ回転軸１の軸線に対して斜めになっている。各スロット４は、整流子のセグメント２側に開口する整流子側開口部４ａと、整流子のセグメント２とは反対側に開口する非整流子側開口部４ｂと、回転軸１の径方向外側に開口する径方向開口部４ｃとを有している。なおロータコア３には、複数の単位コイル５が巻装される。図１には、集中巻きにより形成した１つの単位コイル５を誇張して描いてある。
【００１０】
単位コイル５は、３つのスロット４を間に挟むように並ぶ２つのスロット４，４を利用して、コイル導体６を環状に巻回して形成した複数のコイルターン６ａ，６ｂ，６ｃ…が同心的に配置されて構成されている。図３には、３つのコイルターン６ａ〜６ｃを図示してある。そして１つの単位コイル５は、ロータコア３に取付けられた状態で、コイル導体６の両端６Ａ及び６Ｂが整流子を構成する複数のセグメント２から選択された二つのセグメントにそれぞれ接続されている。図３に示すように、複数の単位コイル５は、それぞれ複数のスロット４から選択された２つのスロット内４にそれぞれ嵌合される第１及び第２の嵌合コイル部５ａ及び５ｂと、２つのスロットの整流子側開口部４ａ，４ａの外側に位置して第１及び第２の嵌合コイル部５ａ及び５ｂのそれぞれの一端部間をつなぐ第１のコイルエンド部５ｃと、２つのスロットの非整流子側開口部４ｂ，４ｂの外側に位置して第１及び第２の嵌合コイル部５ａ及び５ｂのそれぞれの他端部間をつなぐ第２のコイルエンド部５ｄとから構成されている。複数の単位コイル５は、それぞれ第１及び第２のコイルエンド部５ｃ及び５ｄにおいて、複数のコイルターン６ａ，６ｂ，６ｃ…が回転軸１の径方向に沿って層を成すように形成されている。なおこの単位コイルの巻き方については、特開平１２−２６２０２３号公報の図２に詳細に示されているので説明を省略する。
【００１１】
図２に示すように、この実施の形態の電機子では、単位コイル５を構成する複数のコイルターン６ａ，６ｂ，６ｃ…の第１及び第２のコイルエンド部５ｃ及び５ｄを構成する部分の形状寸法を、回転軸１に近づくに従って漸次小さくなるようにそれぞれ形成している。言いかえると、単位コイル５を構成する複数のコイルターン６ａ，６ｂ，６ｃ…の第１及び第２のコイルエンド部５ｃ及び５ｄを形成する部分の形状を、径方向外側に位置するコイルターンほど軸線方向外側に延び出る寸法が長くなるように形成している。この例では、複数のコイルターン６ａ，６ｂ，６ｃ…の第１及び第２のコイルエンド部５ｃ及び５ｄを構成する部分の形状寸法を、回転軸１に近づくに従って順に小さくしている。そして各コイルターン６ａ，６ｂ，６ｃ…は、隣接する他のコイルターン（回転軸側に位置する他のコイルターン）の第１及び第２のコイルエンド部５ｃ及び５ｄを構成する部分よりも軸線方向外側に突出する第１及び第２のコイルエンド部５ｃ及び５ｄの部分が、回転軸１に近づくように変形されている。
【００１２】
このように隣接する２つのコイルターンのうち径方向外側に位置するコイルターン６ｂ、６ｃの第１及び第２のコイルエンド部５ｃ及び５ｄを構成する部分の長さを、径方向内側に位置するコイルターンの第１及び第２のコイルエンド部を構成する部分の長さよりも長くすると、その余分に長くした部分と回転軸１との間に変形を許容するスペースＳが形成される。このスペースＳが、各コイルターンの第１及び第２のコイルエンド部の回転軸１側への変形を容易にする。
【００１３】
単位コイルを巻き始める場合には、まずコイル導体６の一端を所定のセグメント２に接続した後にコイル導体６を回転軸１側に（径方向内側に）押し込みながら軸線方向に移動させて、回転軸１に沿わせる。その後コイル導体６を回転軸１から離れる方向に（径方向外側に）移動させる。すなわちロータコア２を図１の状態で見て、上方に移動させ、そしてコイル導体６を１つのスロット４内に入り込ませる。１つのスロット４の非整流子側開口部４ｂからコイル導体６を引き出した後、ロータコア３を所定の角度回転させる。なおこの場合には、コイル導体６を図示しないガイドロッドに引っ掛けた状態（係止された状態）にしてロータコア３を回転させる。この際にガイドロッドにコイル導体６が係止された状態でロータコア３が回転するため、別のスロット４との間に第２のコイルエンド部５ｄを構成するコイルターン６ａの部分が形成される。このとき図示しないガイドロッドを適宜に動かすことにより、コイル導体６に回転軸１側に向かう力を加えることができる。ロータコア３が所定の角度回転して、別のスロット４の位置までコイル導体６が相対的に移動した後、コイル同導体６を別のスロット４内に挿入される。コイル導体６は、この別のスロット４内を通った後、この別のスロット４の整流子側開口部４ａから出る。整流子側開口部４ａから出たコイル導体６は、図示しない別のガイドロッドにガイドされる。コイル導体６をガイドした状態でロータコア３を所定の角度逆回転させて、コイル導体６を先のスロット４の整流子側開口部４ａに挿入し得るようにする。この際に前述の第２のコイルエンド部５ｄの形成と同様の動作で第１のコイルエンド部５ｃが形成される。その次にコイル導体６を再度先のスロット４に挿入し、以後同じ動作が繰り返されて、所定ターン数のコイルターン６ａ，６ｂ，６ｃ…が順次形成される。ロータコア３の位置に対する図示しないガイドロッドの延び出し位置を順次換える（ロータコア３の位置に対する図示しないガイドロッドの延び出し位置を離すようにする）ことにより、下側に位置するコイルターンのコイルエンド部を形成する部分の形状寸法を小さくすることができる。
【００１４】
なおこの方法は、一例であって、その他の方法により、単位コイルを形成するようにしてもよいのは勿論である。例えば、必要なコイルターンを形成した後に、第１及び第２のコイルエンド部を回転軸に近づけるような後加工を施してもよい。
【００１５】
なお図４に概略的に示すように、複数のコイルターンの第１及び第２のコイルエンド部を構成する部分を、回転軸に近づくに従って複数のコイルターン群毎（図４の例では２つのコイルターン毎）に形状寸法を小さくするようにしてもよい。
【００１６】
なお図４に破線で示すように、隣接するコイルターンの第１及び第２のコイルエンド部を構成する部分よりも軸線方向外側に突出するコイルターンの部分を、回転軸に近づくように変形させずに、第１及び第２のコイルエンド部を構成する部分の内側に、バランスウエイトＷを配置してもよい。
【００１７】
図５は、コイル導体６の線径が小さい場合に、本発明を適用して形成したコイルエンド部５ｃの形状を概念的に示す図である。この例では、単位コイルを構成する複数のコイルターンの第１及び第２のコイルエンド部を構成する部分の形状寸法が、回転軸に近づくに従って連続的な弧を描くように漸次小さくなっている。このような形状にすると、コイル導体６の線径が小さい場合でも、堅固なコイルエンド部を形成できる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明によれば、径方向外側に位置するコイルターンの第１及び第２のコイルエンド部を構成する部分の長さを長くしても、その部分と回転軸との間には変形を許容するスペースが形成されているために、その部分の変形を容易に行うことができ、第１及び第２のコイルエンド部の軸線方向寸法を小さくすることができる。また各コイルターンの第１及び第２のコイルエンド部を構成する部分を変形させた場合にスプリングバックが発生しても、その変形部分の下に全体的に下のコイルターンの変形部分が存在することがないめ、複数のコイルターンで発生するスプリングバックが重なって、第１及び第２のコイルエンド部の径方向突出寸法が大きくなるといった問題が発生することはなく、第１及び第２のコイルエンド部の径方向突出寸法を小さくすることができる利点があある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の直流電動機の電機子の実施の形態の一例を製造する工程の途中の状態を示す図である。
【図２】 図１の実施の形態で用いるスロットコアの端面図である。
【図３】 図１の電機子のコイルエンド部の構造を概念的に示す図である。
【図４】 コイルエンド部の構成の異なる例を説明するための図である。
【図５】 コイルエンド部の構成の更に異なる例を説明するための図である。
【符号の説明】
１ 回転軸
２ セグメント
３ ロータコア
４ スロット
５ 単位コイル
６ａ，６ｂ，６ｃ コイルターン

Claims (4)

1. 回転軸に対して固定された整流子を構成する複数のセグメントと、
   前記整流子側に開口する整流子側開口部、前記整流子とは反対側に開口する非整流子側開口部及び前記回転軸の径方向外側に開口する径方向開口部を有して前記回転軸の軸線方向に沿って延びるように形成された複数のスロットが前記回転軸の周方向に間隔をあけるように配置されて構成されて、前記回転軸に対して固定されたロータコアと、
   コイル導体が環状に巻回されて形成された複数のコイルターンが同心的に配置されて構成され、前記ステータコアに取付けられた状態で、前記コイル導体の両端が前記整流子を構成する複数のセグメントから選択された二つのセグメントにそれぞれ接続されている複数の単位コイルとを有し、
   前記複数の単位コイルが、それぞれ前記複数のスロットから選択された２つのスロット内にそれぞれ嵌合される第１及び第２の嵌合コイル部、前記２つのスロットの前記整流子側開口部の外側に位置して前記第１及び第２の嵌合コイル部のそれぞれの一端部間をつなぐ第１のコイルエンド部並びに前記２つのスロットの前記非整流子側開口部の外側に位置して前記第１及び第２の嵌合コイル部のそれぞれの他端部間をつなぐ第２のコイルエンド部から構成されており、
   前記複数の単位コイルが、それぞれ前記第１及び第２のコイルエンド部において、前記複数のコイルターンが前記径方向に沿って層を成すように形成されている直流電動機の電機子であって、
   前記単位コイルを構成する前記複数のコイルターンの前記第１及び第２のコイルエンド部を構成する部分の形状寸法が、前記回転軸に近づくに従って漸次小さくなるようにそれぞれ定められており、
   前記複数のコイルターンは、隣接するコイルターンの前記第１及び第２のコイルエンド部を構成する部分よりも前記軸線方向外側に突出する前記第１及び第２のコイルエンド部の部分が、前記回転軸に近づくように変形していることを特徴とする電機子。
2. 回転軸に対して固定された整流子を構成する複数のセグメントと、
   前記整流子側に開口する整流子側開口部、前記整流子とは反対側に開口する非整流子側開口部及び前記回転軸の径方向外側に開口する径方向開口部を有して前記回転軸の軸線方向に沿って延びるように形成された複数のスロットが前記回転軸の周方向に間隔をあけるように配置されて構成されて、前記回転軸に対して固定されたロータコアと、
   コイル導体が環状に巻回されて形成された複数のコイルターンが同心的に配置されて構成され、前記ステータコアに取付けられた状態で、前記コイル導体の両端が前記整流子を構成する複数のセグメントから選択された二つのセグメントにそれぞれ接続されている複数の単位コイルとを有し、
   前記複数の単位コイルが、それぞれ前記複数のスロットから選択された２つのスロット内にそれぞれ嵌合される第１及び第２の嵌合コイル部、前記２つのスロットの前記整流子側開口部の外側に位置して前記第１及び第２の嵌合コイル部のそれぞれの一端部間をつなぐ第１のコイルエンド部並びに前記２つのスロットの前記非整流子側開口部の外側に位置して前記第１及び第２の嵌合コイル部のそれぞれの他端部間をつなぐ第２のコイルエンド部から構成されており、
   前記複数の単位コイルは、それぞれ前記第１及び第２のコイルエンド部において、前記複数のコイルターンが前記径方向に沿って層を成すように形成されている直流電動機の電機子であって、
   前記単位コイルを構成する前記複数のコイルターンの前記第１及び第２のコイルエンド部を構成する部分の形状寸法が、前記回転軸に近づくに従って漸次小さくなるようにそれぞれ形成されていることを特徴とする電機子。
3. 前記複数のコイルターンの第１及び第２のコイルエンド部を構成する部分は、前記回転軸に近づくに従って１つずつ順に形状寸法が小さくなるようにそれぞれ形成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。
4. 前記複数のコイルターンの第１及び第２のコイルエンド部を構成する部分は、前記回転軸に近づくに従って複数のコイルターン群毎に形状寸法が小さくなるようにそれぞれ形成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。

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