JP5497344B2 - Rotating armature, rotating electric machine, and method of manufacturing rotating armature - Google Patents
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Description
本発明は、電機子コアのティースに巻線を巻回してなる回転電機子、その回転電機子を有する回転電機、及び、その回転電機子の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a rotary armature obtained by winding a winding around teeth of an armature core, a rotary electric machine having the rotary armature, and a method of manufacturing the rotary armature.
回転電機子は、電機子コアの所定のティース毎に導線が巻回されて複数の巻線が構成されており、整流子から各巻線への給電に基づいて回転するものである。このような回転電機子は、例えば特許文献1にて示されているように、隣接の巻線が周方向に(この場合、軸方向にも)重なり部分を有する巻回態様を採用するものにおいては特に、回転中心から重心の偏倚が大きくなりがちで回転バランスが悪化し易く、これが回転時の振動増加に繋がっている。
In the rotating armature, a plurality of windings are formed by winding a conductive wire for each predetermined tooth of the armature core, and the rotating armature rotates based on power feeding from the commutator to each winding. Such a rotary armature employs a winding mode in which adjacent windings have overlapping portions in the circumferential direction (in this case, also in the axial direction), as shown in
そのため、従来より、後工程において、回転電機子に修正材を取り付けるというプラス修正を行ったり、電機子コアを削るというマイナス修正を行う等して、重量バランスが良好となるように調整がなされていた。しかしながら、修正材を取り付けたり電機子コアを削るという後工程が別途必要となるとともに、修正材分の部品点数の増加や修正材の飛散を防止、更にはコアを削るための専用の工具が必要となる等、好ましい対応ではなかった。 For this reason, adjustments have been made so that the weight balance is improved in the subsequent process by performing a positive correction in which a correction material is attached to the rotary armature or a negative correction in which the armature core is cut. It was. However, it requires a separate post-process for attaching correction materials and cutting the armature core, and prevents an increase in the number of parts for the correction materials and scattering of the correction materials, as well as a dedicated tool for cutting the core. It was not a preferable response.
そこで、同特許文献1にて示されている回転電機子のように、所定のティースに巻回する巻線の巻回数を調整して重量バランスを良好とすることで、上記したバランス修正を行う後工程を不要とすることができる。
Therefore, as in the rotary armature disclosed in
しかしながら、巻線毎に巻回数を変えて回転電機子の重量バランスを良好とするという対応では、巻線毎の巻回数の違いから磁気的にアンバランスが生じるため、結果的にこの磁気的アンバランスによって回転時に回転電機子が振動することになる。従って、巻回数を変える対策は得策でなかった。 However, in the response of changing the number of turns for each winding to improve the weight balance of the rotating armature, the magnetic unbalance occurs due to the difference in the number of turns for each winding. The rotating armature vibrates during rotation due to the balance. Therefore, measures to change the number of turns were not a good idea.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、重心偏倚が小さく回転バランスに優れ、回転時の振動が小となる回転電機子、その回転電機子を有する回転電機、及び、その回転電機子の製造方法を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and its object is to provide a rotating armature that has a small deviation in the center of gravity and excellent rotational balance, and a small amount of vibration during rotation. An object of the present invention is to provide an electric machine and a method of manufacturing the rotating armature.
上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、電機子コアのティースに複数の巻線が巻回されてなり、隣接の巻線が周方向に重なる巻回態様にて構成された回転電機子であって、前記電機子コアの各ティースには、径方向に延びる1本の内層ティース部と、該内層ティース部の径方向外側端部から周方向に二股に分岐する外層ティース部とが形成されるとともに、前記複数の巻線の内で、周方向に1つおきで同方向に重ならない巻線が第1巻線として各前記内層ティース部に巻回され、周方向に重ならない残りの1つおきの巻線が第2巻線として隣接ティース間で対向する一対の前記外層ティース部に跨って巻回され、更に前記第1及び第2巻線が、180°対向位置を除く最も離間位置にある巻回対象の前記ティース部に順次移行して巻回されて構成されていることをその要旨とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to
この発明では、電機子コアの各ティースには、径方向に延びる1本の内層ティース部と、その径方向外側端部から周方向に二股に分岐する外層ティース部とが形成され、複数の巻線の内で、周方向に1つおきで同方向に重ならない巻線(第1巻線)がその内層ティース部に巻回され、周方向に重ならない残りの1つおきの巻線(第2巻線)が隣接ティース間で対向する一対の外層ティース部に跨って巻回される。また第1及び第2巻線の巻回の際には、180°対向位置を除く最も離間位置にある巻回対象のティース部に順次移行しながら各巻線がそれぞれ巻回される。従って、各巻線を周方向(回転方向)のいずれにおいても均等構成とでき、しかも各巻線の巻回順の工夫により、連続することによる巻線の構成の偏り(導線の重量変化の偏り等)を周方向に分散できるため、これらから重心偏倚の小さい回転バランスに優れた回転電機子が構成可能となる。 In the present invention, each tooth of the armature core, one inner layer teeth part extending in a radial direction, and the outer tooth portion branching from the radially outer end of its circumferentially bifurcated formed, a plurality of Among the windings, every other winding in the circumferential direction that does not overlap in the same direction (first winding) is wound around the inner layer tooth portion, and the remaining windings that do not overlap in the circumferential direction (the first winding). The second winding) is wound over a pair of outer layer teeth facing each other between adjacent teeth. Further, when winding the first and second windings, the windings are respectively wound while sequentially shifting to the winding target tooth portion at the most distant position excluding the 180 ° facing position. Therefore, each winding can be configured uniformly in any of the circumferential directions (rotation directions), and further, the winding configuration is biased by continuation of the winding order of each winding (such as a variation in the weight of the conductor). Can be dispersed in the circumferential direction, so that it is possible to configure a rotating armature excellent in rotational balance with a small deviation in the center of gravity.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の回転電機子において、前記各巻線が軸方向に重ならないように巻回されて構成されていることをその要旨とする。
この発明では、各巻線が軸方向に重ならないように巻回されるため、電機子コアの軸方向両端面からの巻線突出量(コイルエンド高さ)を小さくでき、回転電機子の短軸化、ひいてはこれを用いる回転電機の軸方向の小型化に寄与できる。
The gist of the invention described in
In this invention, since each winding is wound so as not to overlap in the axial direction, the amount of winding protrusion (coil end height) from both axial end faces of the armature core can be reduced, and the short axis of the rotating armature As a result, it can contribute to the downsizing of the rotating electrical machine using the same in the axial direction.
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の回転電機子を備えて構成されている回転電機である。
この発明では、重心偏倚の小さい回転バランスに優れた回転電機子が備えられることから、低振動の回転電機が提供可能となる。
A third aspect of the present invention is a rotating electric machine including the rotating armature according to the first or second aspect.
According to the present invention, since the rotary armature having a small rotational balance with a small center of gravity deviation is provided, a low-vibration rotary electric machine can be provided.
請求項4に記載の発明は、電機子コアのティースに複数の巻線が巻回されてなり、隣接の巻線が周方向に重なる巻回態様にて構成された回転電機子の製造方法であって、前記電機子コアの各ティースには、径方向に延びる1本の内層ティース部と、該内層ティース部の径方向外側端部から周方向に二股に分岐する外層ティース部とが形成されるとともに、前記複数の巻線の内で、周方向に1つおきで同方向に重ならない巻線が第1巻線として各前記内層ティース部に巻回され、周方向に重ならない残りの1つおきの巻線が第2巻線として隣接ティース間で対向する一対の前記外層ティース部に跨って巻回され、更に前記第1及び第2巻線が、180°対向位置を除く最も離間位置にある巻回対象の前記ティース部に順次移行して巻回されることをその要旨とする。
The invention according to
この発明では、上記した請求項1の発明と同様の作用効果が得られる。
請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の回転電機子の製造方法において、前記各巻線が軸方向に重ならないように巻回されることをその要旨とする。
In the present invention, the same effect as that of the first aspect of the invention can be obtained.
The gist of a fifth aspect of the present invention is that the windings are wound so as not to overlap in the axial direction in the method of manufacturing a rotary armature according to the fourth aspect.
この発明では、上記した請求項2の発明と同様の作用効果が得られる。
In this invention, the same effect as that of the invention of
本発明によれば、重心偏倚が小さく回転バランスに優れ、回転時の振動が小となる回転電機子、その回転電機子を有する回転電機、及び、その回転電機子の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a rotating armature having a small center-of-gravity deviation, excellent rotation balance, and small vibration during rotation, a rotating electric machine having the rotating armature, and a method of manufacturing the rotating armature. it can.
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図1は、本実施形態の回転電機としての直流モータ11を示す。本実施形態の直流モータ11は、円筒状のヨークハウジング12の内周面に4個(4磁極)のマグネット13が固着され、該マグネット13の内側に回転電機子14が回転可能に収容されて構成されている。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of the invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a
回転電機子14は、回転軸15と、該回転軸15に固定される電機子コア16と、該電機子コア16に巻装される10個(10磁極)の巻線17と、回転軸15に固定され各巻線17の端末線と接続される整流子18とを備えている。
The rotating
詳述すると、電機子コア16は、磁性金属板材を複数枚積層してなり(磁性粉体の成形でも可)、円環状のコアバック20の外周面から径方向外側に延び等角度間隔(72°間隔)に設けられる5本のティース21を有し、そのコアバック20の中心に回転軸15が嵌挿されて該回転軸15に一体回転可能に固定されている。各ティース21は、幅方向中心線(周方向中心線)に対して線対称をなしており、コアバック20から径方向中間位置までは1本の内層ティース部21aとして構成され、その中間位置から先の径方向外側部分が周方向に二股に分岐する外層ティース部21b,21cとして構成されている。同一のティース21から分岐した外層ティース部21b,21cの径方向外側端部には、それぞれ互いに近接するように円弧状に延びる延出部21dが形成され、各延出部21dは周方向に等角度間隔に位置し、その径方向外側面にて前記マグネット13に対向するようになっている。
More specifically, the
各内層ティース部21aには、上記した10個の巻線17の内の5個が内層巻線17aとしてそれぞれ巻回され、その巻回された各内層巻線17aは72°間隔に配置されている。また、外層ティース部21b,21cには、隣接のティース21間で周方向に対向するもの同士が対となり互いに跨るようにして残りの5個が外層巻線17bとしてそれぞれ巻回されている。巻回された各外層巻線17bは、各内層巻線17aの中間位置毎に配置され、同じく72°間隔に配置されている。こうして、各内層巻線17a及び各外層巻線17bよりなる10個の巻線17は、36°の等角度間隔に交互に配置されその個々が約60°の角度範囲で構成(周方向に重なりの生じる構成)され、また互いに軸方向に重なり部分を有さずに電機子コア16に巻装されている。
In each inner
因みに、各外層ティース部21b,21c間に形成されるスロット底部中央(外層ティース部21b,21cの分岐部分)には、外層巻線17bの巻線方向に倣った(図1にて2点鎖線に倣った)斜面を有する三角形状のガイド凸部21eが形成されている。ガイド凸部21eは、外層巻線17bを配列を崩さないで整列状態で巻回できるようにガイドし、外層巻線17bの巻回形状がアンバランスとなること等を抑制するために設けられている。
Incidentally, at the center of the bottom of the slot formed between the outer
図2に示すように、回転電機子14に備えられる整流子18には、その外周面に10個のセグメント25が等角度間隔(36°間隔)に互いに絶縁されて固着されている。各セグメント25には、それぞれ対応する各巻線17の端末線が接続されている。また、各セグメント25は、180°間隔のもの同士を同電位とすべく、5本の短絡線26にてそれぞれ互いに接続されている。
As shown in FIG. 2, ten
次に、本実施形態における巻線17の電機子コア16への巻回態様と、巻線17の整流子18との接続態様とを説明する。
ここで、図2に示すように、5本のティース21から分岐した外層ティース部21b,21cは合計10本あり、所定のティース21における反時計回り側の外層ティース部21bから時計回り方向に順にティース番号「1」〜「10」を付すこととする。5本の内層ティース部21aにおいては、それぞれティース番号「1」「2」、「3」「4」、「5」「6」、「7」「8」、「9」「10」となる。また、ティース番号「1」「2」の外層ティース部21b,21c間(内層ティース部21a)に位置する整流子18のセグメント25から時計回り方向に順にセグメント番号「1」〜「10」を付すこととする。尚、本実施形態では、ティース番号「1」の外層ティース部21bと、セグメント番号「1」のセグメント25とが所定角度(例えば27°)ずらした設定となっている。
Next, how the
Here, as shown in FIG. 2, there are a total of ten outer
先ず、図2(a)(b)に示すように、各内層巻線17aが各内層ティース部21aに巻回される。即ち、セグメント「1」に掛止められた導線17xは、ティース番号「3」「4」の内層ティース部21aに一定回数巻回して内層巻線17aを構成してセグメント番号「7」に掛止められる。セグメント「7」に掛止められた導線17xは、ティース番号「9」「10」の内層ティース部21aに一定回数巻回して内層巻線17aを構成してセグメント番号「3」に掛止められる。セグメント「3」に掛止められた導線17xは、ティース番号「5」「6」の内層ティース部21aに一定回数巻回して内層巻線17aを構成してセグメント番号「9」に掛止められる。以降同様にして、ティース番号「1」「2」及びティース番号「7」「8」の各内層ティース部21aに内層巻線17aがそれぞれ巻回され、導線17xがセグメント番号「1」に再び掛止められて、5個の内層巻線17aの内層ティース部21aへの巻回がなされる。各内層巻線17aは、セグメント番号が奇数番のセグメント25を用いて1本の導線17xにて構成されている。
First, as shown in FIGS. 2A and 2B, each inner layer winding 17a is wound around each inner
次いで、図2(c)(d)に示すように、各外層巻線17bが各外層ティース部21b,21cに巻回される。即ち、セグメント「2」に掛止められた導線17xは、ティース番号「5」「4」の外層ティース部21b,21cに一定回数巻回して外層巻線17bを構成してセグメント番号「8」に掛止められる。セグメント「8」に掛止められた導線17xは、ティース番号「1」「10」の外層ティース部21b,21cに一定回数巻回して外層巻線17bを構成してセグメント番号「4」に掛止められる。セグメント「4」に掛止められた導線17xは、ティース番号「7」「6」の外層ティース部21b,21cに一定回数巻回して外層巻線17bを構成してセグメント番号「10」に掛止められる。以降同様にして、ティース番号「3」「2」及びティース番号「9」「8」の各外層ティース部21b,21cに外層巻線17bがそれぞれ巻回され、導線17xがセグメント番号「2」に再び掛止められて、5個の外層巻線17bの外層ティース部21b,21cへの巻回がなされる。各外層巻線17bは、セグメント番号が偶数番のセグメント25を用いて1本の導線17xにて構成されている。
Next, as shown in FIGS. 2C and 2D, each outer layer winding 17b is wound around each outer
そして、図2(e)(f)に示すように、それぞれ180°間隔を有するセグメント「1」「6」、セグメント「2」「7」、セグメント「3」「8」、セグメント「4」「9」、セグメント「5」「10」の各セグメント25同士が5本の導線17x(短絡線26)にて互いに接続され同電位とされる。このようにして、巻線17の電機子コア16に対する巻回と整流子18に対する接続とがなされて、本実施形態の回転電機子14が構成されている。
As shown in FIGS. 2E and 2F, segments “1” and “6”, segments “2” and “7”, segments “3” and “8”, segments “4”, “ The
そして、ヨークハウジング12内には、外部から直流電源が供給される図示しない給電ブラシが備えられている。給電ブラシはプラス側及びマイナス側のブラシで組をなし、4箇所あるマグネット13の磁極中心位置(90°間隔)のいずれかにその1組又は2組のブラシが振り分けられて配置され、回転電機子14の整流子18(セグメント25)に押圧接触させている。そして、直流電源が給電ブラシから整流子18を通じて各巻線17に供給されることで回転電機子14に回転のための磁界が生じ、該電機子14が回転するようになっている。
The
次に、本実施形態の特徴的な作用効果を記載する。
(1)本実施形態では、電機子コア16のティース21には、内層ティース部21aと、そこから周方向に二股に分岐する外層ティース部21b,21cとが形成され、複数の巻線17の内で、周方向に1つおきで同方向に重ならない内層巻線17aがその内層ティース部21aに巻回され、周方向に重ならない残りの1つおきの外層巻線17bが隣接ティース21間で対向する一対の外層ティース部21b,21cに跨って巻回されている。また各巻線17a,17bの巻回の際には、180°対向位置を除く最も離間位置にある巻回対象のティース部21a〜21cに順次移行しながら各巻線17a,17bがそれぞれ巻回されている。従って、各巻線17a,17bを周方向(回転方向)のいずれにおいても均等構成とでき、しかも各巻線17a,17bの巻回順の工夫により、連続することによる巻線17a,17bの構成の偏り(導線17xの重量変化の偏り等)を周方向に分散できるため、これらから重心偏倚の小さい回転バランスに優れた回転電機子14を構成でき、該電機子14を用いるモータ11の低振動化に寄与できる。
Next, characteristic effects of the present embodiment will be described.
(1) In the present embodiment, the
(2)本実施形態では、各巻線17a,17bが軸方向に重ならないように巻回されているため、電機子コア16の軸方向両端面からの巻線突出量(コイルエンド高さ)を小さくでき、回転電機子14の短軸化、ひいてはモータ11の軸方向の小型化に寄与できる。また、各巻線17a,17bが軸方向に重ならないように巻回されることで、導線17xの使用量の低減が可能で各巻線17a,17bの抵抗値も小さくなるため、軽量で効率の良いモータ11として提供できる。
(2) In the present embodiment, since the
尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、電機子コア16を図1にて示すような形状にて形成したが、適宜形状を変更してもよい。また、電機子コア16を積層型コアとしたが、磁性粉体の成形よりなるコアとしてもよい。
In addition, you may change embodiment of this invention as follows.
In the above embodiment, the
・上記実施形態では、各巻線17a,17bを軸方向に重ならないように巻回したが、各巻線17a,17bの一部が軸方向に重なる態様としてもよい。
・上記実施形態では、導線17xによる短絡線26を用いて所定セグメント25同士の短絡を図ったが、巻線17a,17bの巻回態様を若干変更し、所定セグメント25同士の短絡の必要ない構成としてもよい。
In the above embodiment, the
In the above embodiment, the
・上記実施形態では、4個(4磁極)のマグネット13と、10個(10磁極)の巻線17とでモータ11を構成したが、各個数(各磁極数)を適宜変更してもよい。
In the above embodiment, the
14…回転電機子、16…電機子コア、17…巻線、17a…第1巻線(内層巻線)、17b…第2巻線(外層巻線)、21…ティース、21a…内層ティース部(第1ティース部)、21b,21c…外層ティース部(第2ティース部)。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記電機子コアの各ティースには、径方向に延びる1本の内層ティース部と、該内層ティース部の径方向外側端部から周方向に二股に分岐する外層ティース部とが形成されるとともに、
前記複数の巻線の内で、周方向に1つおきで同方向に重ならない巻線が第1巻線として各前記内層ティース部に巻回され、周方向に重ならない残りの1つおきの巻線が第2巻線として隣接ティース間で対向する一対の前記外層ティース部に跨って巻回され、更に前記第1及び第2巻線が、180°対向位置を除く最も離間位置にある巻回対象の前記ティース部に順次移行して巻回されて構成されていることを特徴とする回転電機子。 A plurality of windings are wound around the teeth of the armature core, and the rotating armature is configured in a winding manner in which adjacent windings overlap in the circumferential direction,
The teeth of the armature core, one inner layer teeth part extending in a radial direction, with an outer layer tooth portions branching from the radially outer end of the inner teeth in the circumferential direction into two is formed,
Among the plurality of windings, every other winding in the circumferential direction that does not overlap in the same direction is wound around each inner layer tooth portion as a first winding, and every other winding that does not overlap in the circumferential direction. The winding is wound as a second winding over a pair of the outer layer teeth facing each other between adjacent teeth, and the first and second windings are in the most separated positions except the 180 ° facing position. A rotating armature characterized in that the rotating armature is configured by sequentially shifting to the tooth portion to be rotated.
前記各巻線が軸方向に重ならないように巻回されて構成されていることを特徴とする回転電機子。 The rotary armature according to claim 1,
A rotating armature, wherein each of the windings is wound so as not to overlap in the axial direction.
前記電機子コアの各ティースには、径方向に延びる1本の内層ティース部と、該内層ティース部の径方向外側端部から周方向に二股に分岐する外層ティース部とが形成されるとともに、
前記複数の巻線の内で、周方向に1つおきで同方向に重ならない巻線が第1巻線として各前記内層ティース部に巻回され、周方向に重ならない残りの1つおきの巻線が第2巻線として隣接ティース間で対向する一対の前記外層ティース部に跨って巻回され、更に前記第1及び第2巻線が、180°対向位置を除く最も離間位置にある巻回対象の前記ティース部に順次移行して巻回されることを特徴とする回転電機子の製造方法。 A plurality of windings are wound around the teeth of the armature core, and a manufacturing method of a rotating armature configured in a winding manner in which adjacent windings overlap in the circumferential direction,
The teeth of the armature core, one inner layer teeth part extending in a radial direction, with an outer layer tooth portions branching from the radially outer end of the inner teeth in the circumferential direction into two is formed,
Among the plurality of windings, every other winding in the circumferential direction that does not overlap in the same direction is wound around each inner layer tooth portion as a first winding, and every other winding that does not overlap in the circumferential direction. The winding is wound as a second winding over a pair of the outer layer teeth facing each other between adjacent teeth, and the first and second windings are in the most separated positions except the 180 ° facing position. A method for manufacturing a rotary armature, wherein the winding is successively shifted to the teeth portion to be wound.
前記各巻線が軸方向に重ならないように巻回されることを特徴とする回転電機子の製造方法。 In the manufacturing method of the rotary armature according to claim 4,
A method of manufacturing a rotary armature, wherein the windings are wound so as not to overlap each other in the axial direction.
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