JP6095462B2 - 回転電機の電機子、回転電機、および回転電機の電機子の製造方法 - Google Patents
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Description
分割鉄心が円弧状のヨーク部と、ヨーク部の両端に設けられた磁極ティース構成部と、ヨーク部と磁極ティース構成部とで囲まれたスロットを備え、磁極ティースが、隣接する一方の分割鉄心における一端の磁極ティース構成部と隣接する他方の分割鉄心における他端の磁極ティース構成部とで形成され、スロットに絶縁部材が設けられ、絶縁部材が設けられたスロット内にコイルを配置した各2個の分割鉄心の間に、別の分割鉄心が配置された電機子として例えば特許文献1が開示されている。
当該文献に係る電機子は、励磁コイルが複数の磁極を跨いで巻かれ、鉄心のスロット内に収められている。
電機子の磁界を強くする方法の1つとして、鉄心のスロット部内のコイル占積率を向上させる方法が挙げられる。
特許文献1に記載の電機子は、分割鉄心が、単体でスロット部を形成しているため、絶縁部材の組立性およびコイルの巻線性が良く、コイル占積率の向上を図ることができる。
しかし、この鉄心を構成する各分割鉄心は、鉄心の各ティース部を、鉄心の軸方向に対称に2分割して形成されている。
小型の回転電機の場合、ティース部の、鉄心の周方向の幅は狭い。
これを分割することにより更に幅が狭くなるので、製造技術上このような構成は採用できないという課題があった。
分割ヨーク部と前記分割ヨーク部から延出したティース部を有する複数の分割鉄心を円環状に配置して形成された鉄心と、前記鉄心のスロット部の内側に、前記鉄心の複数の前記ティース部に跨って配設されたコイルとを備えた回転電機の電機子であって、
1個の前記分割鉄心は、前記分割ヨーク部の周方向の一端部から延出する第1ティース部と他端部から延出する第2ティース部を有し、
隣接する2つの前記分割鉄心の、一方の前記第1ティース部及び一方の前記第1ティース部から径方向に連続する前記分割ヨーク部の第1ティース取り付け部と、
他方の前記第2ティース部及び他方の前記第2ティース部から径方向に連続する前記分割ヨーク部の第2ティース取り付け部同士とが、前記鉄心の軸方向に重なっているものである。
分割ヨーク部と前記分割ヨーク部から延出したティース部を有する複数の分割鉄心を円環状に配置して形成された鉄心と、前記鉄心のスロット部の内側に、前記鉄心の複数の前記ティース部に跨って配設されたコイルとを備えた回転電機の電機子であって、
1個の前記分割鉄心は、前記分割ヨーク部の周方向の一端部から延出する第3ティース部と第4ティース部及び他端部から延出する第5ティース部を有し、
隣接する2つの前記分割鉄心の、一方の前記第5ティース部及び一方の前記第5ティース部から径方向に連続する分割ヨーク部の第5ティース取り付け部が、
他方の前記第3ティース部及び他方の前記第3ティース部から径方向に連続する分割ヨーク部の第3ティース取り付け部と、他方の前記第4ティース部及び他方の前記第4ティース部から径方向に連続する分割ヨーク部の第4ティース取り付け部との間に、前記鉄心の軸方向に挟まれているものである。
分割ヨーク部と前記分割ヨーク部から延出したティース部とを有する複数の分割鉄心を円環状に配置して形成された鉄心と、前記鉄心のスロット部の内側に、前記鉄心の複数の前記ティース部に跨って配設されたコイルとを備えた回転電機の電機子の製造方法であって、
磁性板からなる複数かつ複数形状の分割鉄心片を積層して、
前記分割ヨーク部の周方向の一端部から延出する第1ティース部と他端部から延出する第2ティース部を有する前記分割鉄心を形成する第1工程と、
各前記分割鉄心のスロット部にそれぞれ第1絶縁部材を装着する第2工程と、
複数の前記分割鉄心を直線状に位置決めしてセットする第3の工程と、
位置決めされた各前記分割鉄心のスロット開口部より各前記スロット内へ電線を巻回又は挿入して前記コイルを形成する第4の工程と、
前記コイルが形成された各前記分割鉄心の前記スロット開口部に第2絶縁部材を装着する第5の工程と、
所定の前記分割鉄心の端部から出た前記コイルを所定の形状に形成する第6の工程と、
各前記分割鉄心を環状に、隣接する2つの前記分割鉄心の、一方の前記第1ティース部及び一方の前記第1ティース部から径方向に連続する前記分割ヨーク部の第1ティース取り付け部と、
他方の前記第2ティース部及び他方の前記第2ティース部から径方向に連続する前記分割ヨーク部の第2ティース取り付け部同士とが、前記鉄心の軸方向に重なるように丸める第7の工程と、
前記分割鉄心の端部から出た前記コイルをコイルエンド部の形状に形成する第8の工程と、
前記分割鉄心の結合部を接合する第9の工程とを備えたものである。
分割ヨーク部と前記分割ヨーク部から延出したティース部を有する複数の分割鉄心を円環状に配置して形成された鉄心と、前記鉄心のスロット部の内側に、前記鉄心の複数の前記ティース部に跨って配設されたコイルとを備えた回転電機の電機子の製造方法であって、
前記分割ヨーク部の周方向の一端部から延出する第3ティース部と第4ティース部及び他端部から延出する第5ティース部を有する前記分割鉄心を形成する第1工程と、
各前記分割鉄心のスロット部にそれぞれ第1絶縁部材を装着する第2工程と、
複数の前記分割鉄心を直線状に位置決めしてセットする第3の工程と、
位置決めされた各前記分割鉄心のスロット開口部より各前記スロット内へ電線を巻回又は挿入して前記コイルを形成する第4の工程と、
前記コイルが形成された各前記分割鉄心の前記スロット開口部に第2絶縁部材を装着する第5の工程と、
所定の前記分割鉄心の端部から出た前記コイルを所定の形状に形成する第6の工程と、
各前記分割鉄心を環状に、隣接する2つの前記分割鉄心の、一方の前記第5ティース部及び一方の前記第5ティース部から径方向に連続する分割ヨーク部の第5ティース取り付け部が、他方の前記第3ティース部及び他方の前記第3ティース部から径方向に連続する分割ヨーク部の第3ティース取り付け部と、他方の前記第4ティース部及び他方の前記第4ティース部から径方向に連続する分割ヨーク部の第4ティース取り付け部との間に、前記鉄心の軸方向に挟まれるように丸める第7の工程と、
前記分割鉄心の端部から出た前記コイルをコイルエンド部の形状に形成する第8の工程と、
前記分割鉄心の結合部を接合する第9の工程とを備えたものである。
分割鉄心の端部より回転電機の軸方向に出たコイルエンド部のコイル余りが少なく、また、鉄心のスロット部内のコイル占積率の高い電機子を得ることができる。
また、ティース部を電機子の軸方向に垂直に分割したことにより、分割後のティース部の周方向の幅についての制約を受けないため、小型の電機子についても適用することが可能となる。
分割鉄心の端部より出たコイルエンド部のコイル余りが少なく、また、鉄心のスロット内のコイル占積率の高い電機子を得ることができるとともに、ティース部を電機子の軸方向に垂直に分割したことで、分割後のティース部の、鉄心の周方向の幅について制約を受けないため、小型の電機子についても適用することが可能となる。
また、1つの分割鉄心に分割したティース部を3個設け、隣接する分割鉄心と嵌め合わせることにより、鉄心の軸方向の位置決め精度を向上できる。
以下、本発明の実施の形態1に係る回転電機の電機子、回転電機、および回転電機の電機子の製造方法を図を用いて説明する。
図1は、回転電機100の正面模式図である。
図2は、回転電機100を構成する鉄心1の正面図である。
図1、2に示すように、回転電機100は、固定子である電機子10とシャフトを有する回転子20で構成されている。
電機子10は、複数の分割鉄心3で形成される鉄心1と、鉄心1の複数のティース部31に跨って巻線されたコイル2と、鉄心1とコイル2との絶縁を保持する絶縁部材4とで構成される。
図2に示すように、鉄心1は、分割鉄心3を円環状に配列して形成されている。
分割鉄心3は、ティース部31と分割ヨーク部32で構成され、ティース部31は、分割ヨーク部32の周方向端部から、鉄心1の径方向中心に向かって延出している。
実際には、ティース部31は、鉄心1の軸方向に垂直に2分割されているが、詳細は後述する。
また、ティース部31の、鉄心1の径方向内側(以後、単に内側という)先端部は、隣接するティース部31と接触しておらず、所定の間隔を保って離れ、スロット開口部7を形成している。
分割鉄心3は、分割ヨーク部32の周方向端部から2つのティース部31a(第1ティース部)、ティース部31b(第2ティース部)が、鉄心1の内側に延出して構成されている。
図3に示すように、鉄心1の内側から見て左側には、ティース部31aと、このティース部31aが接続されている、分割ヨーク部32のティース取り付け部32a(第1ティース取り付け部)を有しており、右側には、ティース部31bと、このティース部31bが接続されている、分割ヨーク部32のティース取り付け部32b(第2ティース取り付け部)を有している。
ティース部31aとティース取り付け部32aの下側には、この分割鉄心3の左側に配置される分割鉄心3のティース部31bとティース取り付け部32bが重なることになる。
同様に、ティース部31bとティース取り付け部32bの上側には、この分割鉄心3の右側に配置される分割鉄心3のティース部31aとティース取り付け部32aが重なることになる。
このように、分割鉄心3のティース部31は、鉄心1の軸方向に垂直に2分割されている。
図4(b)は、鉄心1のスロット部5のスロット開口部7にセットされる第2絶縁部材42の斜視図である。
図4(c)は、第1絶縁部材の他の例を示す図である。
図4(a)に示すように、第1絶縁部材41であるU字型フィルム状のスロットセルを鉄心1の軸方向からスロット部5に装着し、コイル2をスロット部5の内部に装着後、第2絶縁部材42を装着してコイル2を鉄心1から電気的に絶縁するとともに、スロット開口部7を塞いでコイルのはみ出しを防止する。
図4(a)に示す第1の絶縁部材41は、その軸方向の両端部に、この絶縁部材41を鉄心1の端面に係止する係止部41aを備えているが、図4(c)に示すように、係止部41aを設けなくても絶縁上問題はない。
図5は、本発明の実施の形態1に係る回転電機100の電機子10の製造工程を示すフローチャートである。
図5に示すように、第1工程では、珪素鋼板から打ち抜いた磁性板の分割鉄心片を積層して分割鉄心を形成する。
最初に、ティース部31bと分割ヨーク部32(ティース取り付け部32bを含む)を積層して、図3に示す分割鉄心3の下側半分を形成し、その後、ティース部31aと分割ヨーク部32(ティース取り付け部32aを含む)を積層して分割鉄心3の全体を形成する。
第3の工程では、各分割鉄心3を載置台の所定の位置に位置決めしてセットする。
第4の工程では、電線を巻回し、載置台に位置決めしてセットされた分割鉄心3のスロット部5間に電線を巻落としてコイル2を形成する。
図6は、分割鉄心3にコイル2を設置する第1の巻線方式を説明する図である。
第1の巻線方式では、まず、図6(a)に示すように、電線を巻枠16に巻回し、コイル21を形成する。
次に、図6(b)に示すように、巻枠16に形成されたコイル21を、載置台にセットされた複数の分割鉄心3のスロット部5内に、スロット開口部7を通して落とし込み、分割鉄心3にコイル2を設置する方式である。
そうすることにより、鉄心1に装着したときに内周層となるコイルを短く、外周層となるコイルを長くすることにより、コイルエンド部を整えて更に小型化することができる。
図7は、分割鉄心3にコイル2を設置する第2の巻線方式を説明する図である。
第2の巻線方式は、図7に示すように、コイルガイドであるフォーマ18を用いて、載置台にセットされた分割鉄心3のスロット開口部7から巻線機19により電線25を巻き込むことによりコイル2を設置するフォーマ巻線方式である。
分割鉄心3のスロット部5内に設置されるコイル2は、図中の上下に実線で示している位置に収まることになる。
本例では、大小2種類のコイルが用いられており、大コイル2aは、ティース部31を6個跨いでスロット部5に収納されている。
また、小コイル2bはティース部31を4個を跨いでいる。
また、両端の分割鉄心3Xは、分割鉄心3の1個分のスペースSを空けて載置台にセットされている。
本実施の形態では、分割鉄心3のスロット部5に設けたスロットセルとなる第1絶縁部材41とスロット開口部7に設けたウェッジとなる第2絶縁部材42とは、いずれもフィルム状の絶縁部材を用いているが、樹脂成形品であっても良い。
次に、第7の工程では、分割鉄心3を環状に丸める。
図9は、図8に示す直線状に配置した複数の分割鉄心3を環状に形成する途中の状態を示す図である。
複数の分割鉄心3を直線状に配列した際に、両端の分割鉄心3Xと端部から2番目の分割鉄心3との間に、1個分のスペースSを残しておいた部分に、それぞれ反対側の端部の分割鉄心3Xを挿入するように全ての分割鉄心3を丸める。
こうすることにより、結合部を跨ぐコイル2についてもスロット部5内に収納した状態で電機子10を環状に形成できる。
次に、第9の工程では、分割鉄心3の結合部を接合する。
このように、第1の工程から第9の工程が順次実施され、回転電機100の電機子10が完成する。
また、ティース部を電機子の軸方向に垂直に分割したことにより、分割後のティース部の周方向の幅についての制約を受けないため、小型の電機子についても適用することが可能となる。
以下、本発明の実施の形態2に係る回転電機の電機子、回転電機、および回転電機の電機子の製造方法を図を用いて実施の形態1と異なる部分を中心に説明する。
図10は、本発明の実施の形態2に係る、絶縁部材4を装着した分割鉄心203の斜視図である。
図10に示すように、分割鉄心203は、3つのティース部を有する。
分割鉄心203をX方向に見たとき、左側には、ティース部31を鉄心の軸方向に垂直に3分割したティース部31c(第3ティース部)とティース部31d(第4ティース部)を有し、右側には、ティース部31eを有している。
ティース部31cとティース部31dの間には、この分割鉄心203の左側に配置される分割鉄心203のティース部31eが挟まれて重なることになる。
同様に、ティース部31eの上側には、この分割鉄心203の右側に配置される分割鉄心203のティース部31cが重なり、下側にはティース部31dが重なることになる。
各ティース取り付け部については、実施の形態1と同様にそれぞれのティース部に延在するように分割ヨーク部に形成されている。
以下、本発明の実施の形態3に係る回転電機の電機子、回転電機、および回転電機の電機子の製造方法を図を用いて実施の形態1、2と異なる部分を中心に説明する。
図11は、本発明の実施の形態3に係る、絶縁部材4を装着した分割鉄心303の斜視図である。
図11に示すように、分割鉄心303は、周方向の右端面に、鉄心の軸方向に形成した位置決め部としての凹部33aと凸部33bを備えている。
また、左端面には、これらの凹凸を反転した構造の凹部と凸部を備えている。
隣接する分割鉄心303同士を結合すると、これらの凹部と凸部が噛み合って、それぞれの分割鉄心303の鉄心の径方向に対する位置決めがされる。
本発明の実施の形態3に係る分割鉄心303によれば、鉄心の軸方向の位置決めに加えて、径方向に対してもそれぞれの分割鉄心303を正確に位置決めできる。
以下、本発明の実施の形態4に係る回転電機の電機子、回転電機、および回転電機の電機子の製造方法を図を用いて実施の形態1と異なる部分を中心に説明する。
図12は、電機子の鉄心401の正面図である。
図13は、回転電機の電機子410の正面模式図である。
図12に示すように、鉄心401は、分割鉄心403を円環状に配列して形成しているとともに、分割ヨーク部432の外周面から鉄心401の径方向外側に向かってティース部431が延出している。
実施の形態1では、ティース部31が鉄心の中心に向かって延出していたのに対して、本実施の形態では反対に外側に向いている。
分割ヨーク部432とティース部431で囲まれた部分がスロット部405となっている。
また、ティース部431の先端部は、隣接するティース部431の先端部と接触しておらず、所定の間隔を保って離れ、スロット開口部407となっている。
本実施の形態の回転電機の電機子410は、分割鉄心のティース部431が、分割ヨーク部432から鉄心401の径方向外側に延出したものである以外、実施の形態1の回転電機100の電機子10と同様であり、同様な効果を奏する。
3,203,303,403 分割鉄心、31,31a〜31e,431 ティース部、32,232,432 分割ヨーク部 、33a 凹部、33b 凸部、4 絶縁部材、5,405 スロット部、10,410 電機子、16 巻枠、18 フォーマ、
19 巻線機、20 回転子、25 電線、41,42 絶縁部材、41a 係止部、
100 回転電機、7,407 スロット開口部。
Claims (16)
- 分割ヨーク部と前記分割ヨーク部から延出したティース部を有する複数の分割鉄心を円環状に配置して形成された鉄心と、前記鉄心のスロット部の内側に、前記鉄心の複数の前記ティース部に跨って配設されたコイルとを備えた回転電機の電機子であって、
1個の前記分割鉄心は、前記分割ヨーク部の周方向の一端部から延出する第1ティース部と他端部から延出する第2ティース部を有し、
隣接する2つの前記分割鉄心の、一方の前記第1ティース部及び一方の前記第1ティース部から径方向に連続する前記分割ヨーク部の第1ティース取り付け部と、
他方の前記第2ティース部及び他方の前記第2ティース部から径方向に連続する前記分割ヨーク部の第2ティース取り付け部同士とが、前記鉄心の軸方向に重なっている回転電機の電機子。 - 分割ヨーク部と前記分割ヨーク部から延出したティース部を有する複数の分割鉄心を円環状に配置して形成された鉄心と、前記鉄心のスロット部の内側に、前記鉄心の複数の前記ティース部に跨って配設されたコイルとを備えた回転電機の電機子であって、
1個の前記分割鉄心は、前記分割ヨーク部の周方向の一端部から延出する第3ティース部と第4ティース部及び他端部から延出する第5ティース部を有し、
隣接する2つの前記分割鉄心の、一方の前記第5ティース部及び一方の前記第5ティース部から径方向に連続する分割ヨーク部の第5ティース取り付け部が、
他方の前記第3ティース部及び他方の前記第3ティース部から径方向に連続する分割ヨーク部の第3ティース取り付け部と、他方の前記第4ティース部及び他方の前記第4ティース部から径方向に連続する分割ヨーク部の第4ティース取り付け部との間に、前記鉄心の軸方向に挟まれている回転電機の電機子。 - 前記分割鉄心の各前記分割ヨーク部は、隣接する前記分割鉄心間の径方向の位置決めをする、位置決め部を周方向の両端面に有する請求項1または請求項2に記載の回転電機の電機子。
- 前記位置決め部は、前記分割鉄心の軸方向に設けた凹部又は凸部である請求項3に記載の回転電機の電機子。
- 前記ティース部が、前記分割ヨーク部から前記鉄心の径方向における中心側に向かって延出している請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の回転電機の電機子。
- 前記ティース部が、分割ヨーク部から前記鉄心の径方向における外側に向かって延出している請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の回転電機の電機子。
- 前記コイルは、前記鉄心に装着した時の内周層と外周層で同じ周長を有する請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の回転電機の電機子。
- 前記コイルは、前記鉄心に装着した時の内周層と外周層では、外周層の方が長い請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の回転電機の電機子。
- 前記スロット部は、前記ティース部と前記分割ヨーク部に沿うU字状の第1絶縁部材と、前記スロット部の径方向のスロット開口部を塞ぐ第2絶縁部材とを備えた請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の回転電機の電機子。
- 前記第1絶縁部材および前記第2絶縁部材は、フィルム状の絶縁材料である請求項9に記載の回転電機の電機子。
- 前記第1絶縁部材および前記第2絶縁部材は、樹脂製の絶縁材料である請求項9に記載の回転電機の電機子。
- 請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の回転電機の電機子を備えた回転電機。
- 分割ヨーク部と前記分割ヨーク部から延出したティース部とを有する複数の分割鉄心を円環状に配置して形成された鉄心と、前記鉄心のスロット部の内側に、前記鉄心の複数の前記ティース部に跨って配設されたコイルとを備えた回転電機の電機子の製造方法であって、
磁性板からなる複数かつ複数形状の分割鉄心片を積層して、
前記分割ヨーク部の周方向の一端部から延出する第1ティース部と他端部から延出する第2ティース部を有する前記分割鉄心を形成する第1工程と、
各前記分割鉄心のスロット部にそれぞれ第1絶縁部材を装着する第2工程と、
複数の前記分割鉄心を直線状に位置決めしてセットする第3の工程と、
位置決めされた各前記分割鉄心のスロット開口部より各前記スロット内へ電線を巻回又は挿入して前記コイルを形成する第4の工程と、
前記コイルが形成された各前記分割鉄心の前記スロット開口部に第2絶縁部材を装着する第5の工程と、
所定の前記分割鉄心の端部から出た前記コイルを所定の形状に形成する第6の工程と、
各前記分割鉄心を環状に、隣接する2つの前記分割鉄心の、一方の前記第1ティース部及び一方の前記第1ティース部から径方向に連続する前記分割ヨーク部の第1ティース取り付け部と、
他方の前記第2ティース部及び他方の前記第2ティース部から径方向に連続する前記分割ヨーク部の第2ティース取り付け部同士とが、前記鉄心の軸方向に重なるように丸める第7の工程と、
前記分割鉄心の端部から出た前記コイルをコイルエンド部の形状に形成する第8の工程と、
前記分割鉄心の結合部を接合する第9の工程とを備えた回転電機の電機子の製造方法。 - 分割ヨーク部と前記分割ヨーク部から延出したティース部を有する複数の分割鉄心を円環状に配置して形成された鉄心と、前記鉄心のスロット部の内側に、前記鉄心の複数の前記ティース部に跨って配設されたコイルとを備えた回転電機の電機子の製造方法であって、
前記分割ヨーク部の周方向の一端部から延出する第3ティース部と第4ティース部及び他端部から延出する第5ティース部を有する前記分割鉄心を形成する第1工程と、
各前記分割鉄心のスロット部にそれぞれ第1絶縁部材を装着する第2工程と、
複数の前記分割鉄心を直線状に位置決めしてセットする第3の工程と、
位置決めされた各前記分割鉄心のスロット開口部より各前記スロット内へ電線を巻回又は挿入して前記コイルを形成する第4の工程と、
前記コイルが形成された各前記分割鉄心の前記スロット開口部に第2絶縁部材を装着する第5の工程と、
所定の前記分割鉄心の端部から出た前記コイルを所定の形状に形成する第6の工程と、
各前記分割鉄心を環状に、隣接する2つの前記分割鉄心の、一方の前記第5ティース部及び一方の前記第5ティース部から径方向に連続する分割ヨーク部の第5ティース取り付け部が、他方の前記第3ティース部及び他方の前記第3ティース部から径方向に連続する分割ヨーク部の第3ティース取り付け部と、他方の前記第4ティース部及び他方の前記第4ティース部から径方向に連続する分割ヨーク部の第4ティース取り付け部との間に、前記鉄心の軸方向に挟まれるように丸める第7の工程と、
前記分割鉄心の端部から出た前記コイルをコイルエンド部の形状に形成する第8の工程と、
前記分割鉄心の結合部を接合する第9の工程とを備えた回転電機の電機子の製造方法。 - 前記第4工程は、電線を巻枠に巻回して前記コイルを成形し、前記巻枠に形成された前記コイルを、前記分割鉄心の前記スロット開口部より挿入する請求項13または請求項14に記載の回転電機の電機子の製造方法。
- 前記第4の工程は、コイルガイドであるフォーマを用いて、前記分割鉄心の前記スロット部内に電線を巻き込む請求項13または請求項14に記載の回転電機の電機子の製造方法。
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