JP4440419B2 - 電動機の積層コアと巻線構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、外周にて開口するスロットを有するティース連結部と、このティース連結部の前記各スロットの内面を覆うように設けられるインシュレータ部材を介して前記各スロットに巻回される巻線を備えた電動機の積層コアと巻線構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、モータの効率を向上させる手段として巻線の断面積を増加させる方法が知られているが、モータのサイズや磁気回路特に磁束飽和等の制約がある。図５に示すように、実際に巻線を巻回していくと、巻き始めの巻線はコアのスロットの内側に、巻き終わりの巻線はコアのスロットの外側に巻き込まれて整列するため、デッドスペースＤが生じる。このように巻線の占積率は巻線工程の能力によって差が生じ、モータ出力が十分引き出せず、効率の悪いものとなっていた。
また、デッドスペースＤが多くティース先端部とティース連結部までの長さも長く、磁気回路が長いことからモータの磁気特性の向上も図ることができず、モータサイズが大きいわりにはモータ出力の向上を図ることが困難であるばかりでなく、スロットのデッドスペース分だけティースも長くなり、その分重量もアップしていた。
【０００３】
この発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、巻線の占積率を向上させながら、モータの磁気特性を向上させ、さらには、積層コア全体の軽量化を図ることにより、モータの軽量化に寄与するものである。
【０００５】
請求項１においては、中央部に回転軸挿入孔を備え、複数本のティース部を内周部にて一体的に連結してなり、各ティース部間に外周にて開口するスロットを有するティース連結部と、このティース連結部の各スロットの内面を覆うように設けられるインシュレータ部材を介して各スロットに巻回される巻線を備えた電動機の積層コアと巻線構造において、ティース部を周方向に湾曲させ、各スロットの内、巻線の巻き始め部分のスロットの溝部の径方向深さを他のスロット深さよりも深く形成し、ティース部に巻線を巻回したことを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。図１はモータ全体の断面図で、円筒状モータケース１の円筒部裏面に複数の磁石が装着されている。円筒状モータケース１の開口部側には、開口部を閉塞するエンドカバー３が装着され、モータケース１とエンドカバー３の中央部の凹部には軸受４，５が装着されている。両軸受４，５には回転子としてのアーマチャ６が組み込まれている。このアーマチャ６は積層コア７に、合成樹脂からなり各スロットの内面を覆うように設けられるコアインシュレータ（図示省略）を介して巻線８が巻回されている。アーマチャ６の端部には整流子９が設けられ、エンドカバー３に設けられたブラシからの給電により、整流子９に給電され、整流された電流が巻線８に流れ、積層コア７と共に磁界を発生し、磁石２との吸引、反発作用により、アーマチャ６が回転し、モータが作動する。
【００１０】
図２はコア７で、ティース部１１と、各ティース部１１を連結しているティース連結部１２でティース部１１間のスロット部１３を構成している。中央部には回転軸挿入孔１４を備え、回転軸１５が挿入される。回転軸挿入孔１４とティース連結部１２との間は軽量化のため、打抜き部２０が、本実施例では４個所設けられている。
【００１１】
このコア７の各スロット部１３には巻線８が巻回される。巻回順としては、本実施例の場合、巻き始めとなるスロット部１３ａから２スロット飛び越してスロット１３ｄに所定回数巻回される。
また、１８０度対向した位置からも略同時に同様な方法で巻回される。つまり巻線作業が１８０度対向して２方向から行われる。この場合、スロット１３ｉから２スロット飛び越してスロット１３ｌに巻回され、この場合、巻線の巻き始めのスロット１３ａとスロット１３ｄが、また他方の巻線の巻き始めのスロット１３ｉとスロット１３ｌが径方向に深い溝となっている。つまりスロットの半径が小さいｒ１で、最初の巻き始めはより回転軸挿入孔１４側に巻線が位置するようになっている。第２スロット１３ｂと隣り合う第３スロット１３ｃはスロット部の溝深さが最も浅く、スロットの半径が大きいｒ３である。スロット１３ｅから１３ｈまではスロットの半径は、小さい半径ｒ１と大きい半径ｒ３の略中間の半径でｒ２である。つまりスロット部半径ｒ１、ｒ２、ｒ３の関係は、
ｒ１＜ｒ２＜ｒ３の関係となっている。また、スロット１３ｉとスロット１３ｌの半径はｒ１、スロット１３ｊとスロット１３ｋの半径はｒ３、スロット１３ｍからスロット１３ｐの半径はｒ２となっている。
【００１２】
また、各ティース１１をＳ字状、逆Ｓ字状に湾曲させている。ティース１１ａ、１１ｂを逆Ｓ字状に、またティース１１ｃからティース１１ｈを逆Ｓ字状に湾曲させている。また他の１８０度対向した位置の各ティース１１ｉと１１ｊを逆Ｓ字状に、またティース
１１ｋからティース１１ｐまでをＳ字状に湾曲させている。
【００１３】
積層コア７に巻線８を巻回する順序として、まず、半径ｒ１で溝の深いスロット１３ａと同様に半径ｒ１の溝の深いスロット１３ｄに所定回数巻回する。次に、スロット１３ｂと１３ｅに所定回数巻回する。この場合、最初の巻回位置での半径ｒ１が小さいので、よりモータ回転軸側に巻回され、巻線の盛り上がりがあっても次のスロット１３ｂと１３ｅの巻回時にスロットのデッドスペースができにくくなっている。最初のスロット１３ａとスロット１３ｄに巻回された状態で、次にこの状態で最も大きい半径ｒ３のスロット１３ｂと、半径ｒ１と半径ｒ３との間の大きさの、半径ｒ２のスロット１３ｅに巻回される。これは最初の巻線の盛り上がりにより、巻回位置がよりコアの外周側（径方向外側）に寄るのでスロット１３ｂの溝位置がより外周側になっている。スロット１３ｅの半径が中位のｒ２になっているのは巻線の盛り上がりを考慮し、巻き始めの盛り上がりの影響を最も大きく受けるスロット１３ｂよりも巻線の盛り上がりによるデッドスペースの影響を受け難いことからスロット１３ｂの溝位置よりもより回転軸側に寄り、半径ｒ２となっている。スロット１３ｉとスロット１３ｌへの巻回も同様に順に行われ、最後には、スロット１３ｍとスロット１３ｐに巻回され巻回作業が終了する。これをまとめたのが表１である。
【００１４】
【表１】

すなわち、最初の巻き始めではいずれのスロットにおいても、最も深い溝、すなわち最少半径ｒ１同士のスロットとし、次に巻回するスロットは最大半径ｒ３と中間半径ｒ２、次巻回するスロットも最大半径ｒ３と中間半径ｒ２、次に巻回するスロットからは、いずれも中間半径ｒ２のスロット同士になる。次の巻回は最初に巻回されたスロット１３ｄからスロット１３ｇに巻回されるが、この時、すでにスロット１３ｄのスロット溝部には巻線が占められていることから、溝部の外周側に巻回されることになる。この時、ティース１１ｄが周方向にＳ字状に湾曲されているので、本来デッドスペースとなる部分にはティースの肉が突出し、また湾曲した凹部には巻線が占められるようになっており、各スロットにおける巻線の径方向内側巻回部と外側巻回部とが周方向に一部重なるようにしたのでデッドスペースの発生を抑えており、占積率が向上している。
【００１５】
また、この積層コア７は、点対称に形成しているので、回転体としてバランスがとれている。尚、微細なバランス取りについては、公知のバランス取り装置で修正できる。
【００１６】
また、ティース連結部１２と前記回転軸挿入孔１４との間にコア打抜き孔２０を形成したので、コアの軽量化が図れる。図２においては４個所打抜き孔２０を形成し、スロット１３ａ、１３ｄ、
１３ｉ、１３ｌの溝が深い部分の近傍については孔部が小さく、スロット１３ｂ、１３ｃ、１３ｊ、１３ｋの溝が浅い部分の近傍は孔部を大きく形成し、軽量化を図っている。
【００１７】
また、特にスロット１３ｂ、１３ｃ、１３ｊ、１３ｋの溝が浅い部分のティース１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｉ、１１ｊ、１１ｋでの磁気の流路が短いことからモータの磁気特性が向上する。
【００１８】
また、本発明では、製造ラインの関係から、モータの体格を例えば従来まま使用する場合、占積率を向上させることもでき、また一方、従来の占積率を維持しながら、全体としてスロットの溝を浅くすることも可能で、その場合には巻線の巻き始めのスロット部を深くし、他は比較的浅く形成できるので、総合的に各ティースの長さを短くすることもでき、磁気特性が向上すると共に、溝の浅いスロット部近傍の打抜き孔を大きくできることから、同じモータ体格であってもモータ出力の向上と、軽量化を図ることができる。この場合も同様に、最初に巻回される両スロット部の溝部を深く、即ちスロット部の半径ｒを最少にし、次に、巻回されるスロット部の溝部をより浅くする構造にすればよい。また、本実施例は回転するアーマチャ即ち、回転子の例を示したが、マグネット部が回転するタイプで、固定子としても成り立つ。この場合はコアの打抜き部はなくなる。デッドスペースを抑え、占積率が向上できる点は同様である。
【００１９】
尚、実施例では２スロット分飛び越えた巻線構造としたが、１スロット分あるいは３スロット分等複数スロット分飛び越えた巻線構造にも流用できる。１スロット分飛び越えた例では表２に示した。
【００２０】
【表２】

この場合は、１２極の例で、まずスロットの溝部が最も深い（半径ｒ１）スロット１３ａと１３ｃに巻線が所定数巻回され、次にスロットの溝部が最も浅い（半径ｒ３）スロット１３ｂとスロットの溝部が中位の深さの（半径ｒ２）スロット１３ｄに巻線が所定数巻回される。次にスロット１３ｃの径方向外側の位置と半径ｒ２のスロット１３ｅに巻線が所定数巻回される。この例もスロット内でスロット内側から巻回され、しだいに径方向外側の位置に巻回される。また、１８０度反対側の半径ｒ１のスロット１３ｇと半径ｒ１のスロット１３ｉも略同時に所定数巻回され、以下同様に巻回されていく。
【００２１】
【表３】

表３は２０極で３スロット分飛び越しの例で、スロット１３ａとスロット１３ｅが、次にスロット１３ｂとスロット１３ｆが順に巻回され、以下説明は省略する。この場合の説明は省略する。
【００２２】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明によれば、各ティースを周方向にＳ字状、または逆Ｓ字状に湾曲させたので各ティース間のスロット内における占積率が向上し、巻線の巻き始めのスロットの溝を深く形成し、他は浅い溝、また深い溝と浅い溝の略中位の溝を形成したので、巻線におけるデッドスペースの発生を抑えることができ、占積率が向上する。また、総合的に各ティースの長さを短くすることもでき、磁気特性が向上すると共に、溝の浅いスロット部近傍の打抜き孔を大きくできるので、同じモータ体格であってもモータ出力の向上と、軽量化を図ることができ、また出力を従来のモータと同程度でよいならモータ体格を小さくすることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の電動機の内部構造を表す断面図である。
【図２】 本発明のコアの平面図である。
【図３】 図１のＡ−Ａ断面図である。
【図４】 本発明のコアに巻線を巻回した状態を表す概略図である。
【図５】 従来のコアに巻線を巻回した状態を表す断面図である。
【符号の説明】
１…モータケース、２…磁石、３…エンドカバー、４、５…軸受、
６…アーマチャ、７…積層コア、８…巻線、９…整流子、
１０…ブラシ、
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，１１ｇ，
１１ｈ，１１ｉ，１１ｊ，１１ｋ，１１ｌ，１１ｍ，１１ｎ，
１１ｏ，１１ｐ…ティース、
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ，１３ｆ，１３ｇ，
１３ｈ，１３ｉ，１３ｊ，１３ｋ，１３ｌ，１３ｍ，１３ｎ，
１３ｏ，１３ｐ…スロット
１４…回転軸挿入孔、２０…打抜き孔

Claims (1)

1. 中央部に回転軸挿入孔を備え、複数本のティース部を内周部にて一体的に連結してなり、前記各ティース部間に外周にて開口するスロットを有するティース連結部と、このティース連結部の前記各スロットの内面を覆うように設けられるインシュレータ部材を介して前記各スロットに巻回される巻線を備えた電動機の積層コアと巻線構造において、前記ティース連結部のティース部を周方向に湾曲させ、前記各スロットの内、巻線の巻き始め部分のスロットの溝部の径方向深さを他のスロット深さよりも深く形成し、前記ティース部に巻線を巻回したことを特徴とする電動機の積層コアと巻線構造。

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