JP6118869B2

JP6118869B2 - 電動機

Info

Publication number: JP6118869B2
Application number: JP2015196356A
Authority: JP
Inventors: 聡廣田
Original assignee: DMG Mori Co Ltd
Current assignee: DMG Mori Co Ltd
Priority date: 2015-10-02
Filing date: 2015-10-02
Publication date: 2017-04-19
Anticipated expiration: 2035-10-02
Also published as: WO2017056548A1; JP2017070155A

Description

本発明は、ハウジングと、このハウジング内に、中心軸を中心として回転可能に設けられる回転子と、ハウジング内で前記回転子の周囲に配設される固定子とを備えた電動機に関する。

前記電動機として、従来、前記固定子が前記回転子の中心軸を中心として半径方向に放射状に設けられた複数のティースを備え、各ティースに、環状に巻回されたコイルを外嵌した構成の電動機が知られている。そして、このような構成を有する電動機の一つとして、従来、特開２０１５−４２１１３号公報（下記特許文献１）に開示される電動機が提案されている。

具体的には、前記特許文献１に開示される電動機では、前記ティースに巻き付けるコイルとして平角線を用い、この平角線をフラットワイズ巻きで、層状に重ならないように、しかも隣り合う平角線同士が接触しないように隙間を空けて前記コイルに巻き付けるとともに、コイルとティースを樹脂で固定した構成を備えている。

この特許文献１に開示される電動機では、コイルの放熱性を高めるために上記構成を採用しており、かかる構成とすることで、一重に巻回された平角線の長方形断面の長辺側がティース及び樹脂に接触し、これによって放熱性が向上するとのことである。

特開２０１５−４２１１３号公報

ところで、前記特許文献１にも記載されるように、電動機の出力は、コイルの通電電流［Ａ］×巻き数［ｔｕｒｎ］で決定され、高出力の電動機を得るには、限られた空間内に配置されるコイルの総断面積をできるだけ大きくするのが好ましい。

したがって、より高出力の電動機を得るには、上述した放熱性については別の工夫を要するものの、前記ティースにできるだけ多くのコイルを巻き付けて、その総断面積を大きくするような工夫が求められる。

一方、機械，機器及び器具などにおける普遍的な設計上の要請から、このような高出力化が図られる電動機においても、全体的なコンパクト化が求められており、したがって、高出力にすべく、前記ティースにできるだけ多くのコイルを巻き付けて、その総断面積を大きくするような場合においても、当該コイルを前記ティースにコンパクトに外嵌することができる構造が求められる。

本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、コンパクトな構成を阻害されることなく、従来に比べてより高出力化が図られた電動機の提供を、その目的とする。

上記課題を解決するための本発明は、ハウジングと、該ハウジング内に、中心軸を中心として回転可能に設けられる回転子と、前記ハウジング内で前記回転子の周囲に配設される固定子とを備えた電動機であって、
前記固定子は、前記回転子の中心軸を中心として半径方向に放射状に設けられた複数のティースを備え、
前記各ティースには、環状に巻回されたコイルが外嵌されて構成される電動機において、
前記各ティースには、前記半径方向内側に配置される第１のコイルと、半径方向外側に配置される第２のコイルとがそれぞれ外嵌され、
前記第１のコイルは、その巻回内側の端部が前記半径方向外側に曲げられて、積層巻回部から外方に延出され、更に、前記ティースに外嵌された状態で、前記巻回内側の端部が、前記第２のコイルの積層巻回部の環内に挿通されるように配置された電動機に係る。

上述のように、本発明に係る電動機では、前記ティースの前記半径方向内側に第１のコイルが外嵌され、半径方向外側に第２のコイルが外嵌される。隣接する各ティース間の空間は、その横断面の形状が扇形をしているため、前記第１のコイルの巻き数に比べて、前記第２のコイルの巻き数を多くすることができ、第１のコイルと第２のコイルとを、このような巻き数にすることで、前記ティース間の空間内にできるだけ多くのコイルを配置することができる。言い換えれば、前記空間内における、前記コイルの所謂占積率を高めることができる。したがって、本発明に係る電動機によれば、従来に比べて、より高い出力が得ることができる。

また、本発明に係る電動機において、前記第１のコイルは、その巻回内側の端部（即ち、巻き始め側の端部であり、以下、「一端部」という）が前記半径方向外側に曲げられて、積層巻回部から外方に延出され、更に、前記ティースに外嵌された状態で、前記一端部が、前記第２のコイルの積層巻回部の環内に挿通されるように配置されているので、当該一端部を他の配線と結線する際に、当該一端部を第１のコイルや第２のコイルの外周部に張り出させることなく結線することができ、電動機のコンパクト化を図ることができる。

また、本発明において、前記第１のコイル及び第２のコイルは、それぞれ平角線をフラットワイズに積層状に巻回することによって形成されるとともに、その一端部がそれぞれエッジワイズに曲げられて、積層巻回部から外方に延出され、更に、前記ティースに外嵌された状態で、前記第１のコイルの前記一端部が、前記第２のコイルの積層巻回部の環内に挿通されるように配置されていても良い。

このように、第１のコイル及び第２のコイルを、それぞれ平角線をフラットワイズに積層状に巻回して形成することで、その前記占積率を高めることができる。また、その一端部をそれぞれエッジワイズに曲げて、積層巻回部から外方に延出するとともに、前記ティースに外嵌された状態で、前記第１のコイルの前記一端部を、前記第２のコイルの積層巻回部の環内に挿通するようにすることで、上述した如く、電動機のコンパクト化を図ることができる。

また、平角線を用いることで、丸線に比べて占積率を高めることができ、更に、平角線をフラットワイズに巻回して積層状に形成すれば、エッジワイズに巻回する場合に比べて、成形が容易であり、その製造に当たって、特殊で高価な装置を要しないというメリットもある。

尚、前記フラットワイズとは、平角線の長辺で形成される面が内周面及び外周面となるような巻き方及び曲げ方を言う。また、前記エッジワイズとは、平角線の短辺で形成される面が内周面及び外周面となるような巻き方及び曲げ方を言う。

また、本発明において、前記第１のコイルは、その前記一端部が、前記第２のコイルの積層巻回部の環内に挿通された状態で、前記半径方向と直交する幅方向において、前記第２のコイルの前記一端部と横並びで配置されるように構成されていても良い。このようにすることで、よりコンパクト化が図られるとともに、両者間を結線する際、或いは他の配線と結線する際の容易化が図られる。

また、本発明において、前記第１のコイル及び第２のコイルは、それぞれ巻回外側の端部（即ち、巻き終わり側の端部であり、以下、「他端部」という）がエッジワイズに曲げられて、積層巻回部から外方に延出され、更に、前記ティースに外嵌された状態で、第１のコイルの他端部と第２のコイルの他端部とが、前記半径方向と直交する幅方向において、横並びで配置されるように構成されていても良い。

このようにすれば、前記第１のコイル及び第２のコイルの他端部を結線する際や、当該他端部と他の配線とを結線する際に、外周部への不要な張り出しを生じることなく結線することができ、電動機のコンパクト化を図ることができる。

以上のように、本発明によれば、前記ティースの半径方向内側に第１のコイルを外嵌し、半径方向外側に第２のコイルを外嵌した構成としたので、第１のコイルの巻き数に比べて、第２のコイルの巻き数を多くすることで、隣接する各ティース間の扇形をした空間内にできるだけ多くのコイルを配置して、その占積率を高めることができ、このようにすることで、従来に比べて、より高い出力が得られる電動機とすることができる。

また、前記第１のコイルは、その巻回内側の端部（一端部）が前記半径方向外側に曲げられて、積層巻回部から外方に延出され、更に、前記ティースに外嵌された状態で、前記一端部が、前記第２のコイルの積層巻回部の環内に挿通されるように配置されているので、当該一端部を他の配線と結線する際に、当該一端部を第１のコイルや第２のコイルの外周部に張り出させることなく結線することができ、電動機のコンパクト化を図ることができる。

本発明の一実施形態に係る電動機のハウジング、固定子及び回転子を示した平面図である。本実施形態に係る第１コイル及び第２コイルであって、固定子のティースに外嵌させた状態の第１コイル及び第２コイルを示す斜視図である。本実施形態に係る第１コイル及び第２コイルの係合状態を説明するための斜視図である。本実施形態に係る第１コイル及び第２コイルを係合させた状態を示す正面図である。本実施形態に係る第１コイル及び第２コイルを係合させた状態を示す側面図である。本実施形態に係る第１コイル及び第２コイルの効果を説明するための説明図である。本実施形態に係る第１コイル及び第２コイルの効果を説明するための説明図である。

以下、本発明の具体的な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１に示すように、本例の電動機１は、円筒状をした中空のハウジング２と、円筒状をした内径部を有し、前記ハウジング２内に配設される固定子３と、この固定子３内に回転自在に配設された回転子１０とを備えて構成される。尚、本例では、発明の中核に関わる部分のみを図示し、電動機１の他の構成部分については、その図示と説明を省略するものとする。

前記固定子３は、前記回転子１０の中心軸Ｃを中心として半径方向に放射状に設けられた複数（本例では１２個）のティース４を備えており、このティース４には、それぞれ環状に巻回されたコイル５が外嵌されている。

図２〜図５に示すように、前記ティース４に外嵌されるコイル５は、前記半径方向の内側に配置される第１コイル６と、前記半径方向の外側に配置される第２コイル７とから成り、これら第１コイル６及び第２コイル７はそれぞれ平角線から構成され、この平角線をフラットワイズに巻回するとともに、各巻始め端部（巻回内側の端部）６ａ，７ａを前記半径方向の外側に向けて９０度エッジワイズに曲げて、積層巻回部から外方に延出させ、同様に、各巻終わり端部（巻回外側の端部）６ｂ，７ｂを前記半径方向の外側に向けて９０度エッジワイズに曲げて、積層巻回部から外方に延出させている。

尚、ここで言う前記フラットワイズとは、平角線の長辺で形成される面が内周面及び外周面となるような巻き方及び曲げ方を言い、前記エッジワイズとは、平角線の短辺で形成される面が内周面及び外周面となるような巻き方及び曲げ方を言う。

そして、これら第１コイル６及び第２コイル７は、これらを前記半径方向に重ね合せて前記ティース４に外嵌する際に、前記第１コイル６の巻始め端部６ａが第２コイル７の積層巻回部の環内に挿通されて、第１コイル６の巻始め端部６ａと第２コイル７の巻始め端部７ａとが、前記半径方向と直交する方向に横並びとなり、また、前記第１コイル６の巻終わり端部６ｂが第２コイル７の上方に位置して、同様に、当該第１コイル６の巻終わり端部６ｂと第２コイル７の巻終わり端部７ｂとが、前記半径方向と直交する方向に横並びとなるように構成されている。

尚、図２には、固定子３、並びにそのティース４に外嵌される第１コイル６及び第２コイル７の一部のみを実線で示し、他の部分は二点鎖線で示して、その具体的な図示を省略している。

斯くして、以上の構成を備えた本例の電動機１では、ティース４に外嵌するコイル５を第１コイル６と第２コイル７の２つに分割して、ティース４の半径方向内側に第１コイル６を外嵌し、半径方向外側に第２コイル７を外嵌した構成としたので、図６に示すように、第１コイル６の巻き数に比べて、第２コイル７の巻き数を多くすることができ、このようにすることで、隣接する各ティース４間の扇形をした空間内にできるだけ多くのコイル５を配置して、その占積率を高めることができる。このように、本例の電動機１によれば、従来に比べて各ティース４間の空間におけるコイル５の占積率をより高めることができるので、当該電動機１を、従来に比べてより出力の高いものとすることができる。

比較のために、従来の態様の一つとして知られている、平角線をエッジワイズに巻回して形成したコイル１００を、図７に示す。また、図７において、本例の電動機１に係るコイル５を二点鎖線で示す。同図７に示すように、この態様のコイル１００では、平角線の長辺が、ティース４の基端部４ａと、各ティース間の空間の中間位置（二点鎖線で示す中間線Ｗ）との間に収まるような長さＬにする必要があるため、各ティース間の空間の、前記半径方向外側の部分に、コイル１００が存在しない空き空間を生じ、このため、本例の電動機１に比べて、コイル１００の占積率が低いものとなるのである。

尚、図６には、固定子３、並びにそのティース４に外嵌される第１コイル６及び第２コイル７を一部拡大して示し、同様に、図７には、固定子３、並びにそのティース４に外嵌されるコイル１００を一部拡大して示しており、図６における第１コイル６及び第２コイル７の断面へのハッチング、並びに、図７におけるコイル１００の断面へのハッチングは、これを省略している。

また、本例の電動機１では、上述したように、第１コイル６及び第２コイル７の巻始め端部６ａ，７ａ及び巻終わり端部６ｂ，７ｂをそれぞれ９０度エッジワイズに曲げて、積層巻回部から外方に延出させるとともに、これら第１コイル６及び第２コイル７を前記ティース４に外嵌する際に、前記第１コイル６の巻始め端部６ａを第２コイル７の積層巻回部の環内に挿通して、第１コイル６の巻始め端部６ａと第２コイル７の巻始め端部７ａとを横並びにし、また、前記第１コイル６の巻終わり端部６ｂを第２コイル７の上方に位置させて、同様に、当該第１コイル６の巻終わり端部６ｂと第２コイル７の巻終わり端部７ｂとを、横並びになるように構成している。

したがって、当該巻始め端部６ａと巻始め端部７ａとを結線する、或いは、これら巻始め端部６ａ，７ａと他の配線とを結線する際に、当該巻始め端部６ａ，７ａを第１コイル６や第２コイル７の外周部に張り出させることなく結線することができ、当該電動機１のコンパクト化を図ることができる。同様に、前記巻終わり端部６ｂと巻終わり端部７ｂとを結線する、或いは、これら巻終わり端部６ｂ，７ｂと他の配線とを結線する際に、当該巻始め端部６ｂ，７ｂを第１コイル６や第２コイル７の外周部に張り出させることなく結線することができ、この面でも、当該電動機１のコンパクト化を図ることができる。

また、第１コイル６及び第２コイル７に平角線を用いることで、丸線に比べて占積率を高めることができ、また、平角線をフラットワイズに巻回して積層状に形成すれば、エッジワイズに巻回する場合に比べて、成形が容易であり、その製造に当たって、特殊で高価な装置を要しないというメリットもある。

また、本例の電動機１では、上述したように、コイル５を第１コイル６と第２コイル７に分割するとともに、第１コイル６の巻き数と第２コイル７の巻き数とを異なる巻き数としているので、例えば、巻き数の少ない第１コイル６を、前記回転子１０を高速で回転させる高速回転用として使用し、一方、巻き数の多い第２コイル７を、前記回転子１０を低速で回転させる低速回転用として使用することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明が採り得る具体的な態様は、何らこれに限定されるものではない。

例えば、上例では、第１コイル６及び第２コイル７に平角線を用いたが、これに限られるものではなく、幾分占積率が落ちるが丸線であっても良い。

また、前記固定子３及びそのティース４の形状は上例のものに何ら限定されるものではない。本発明の目的が達成される範囲内で、公知のあらゆる形状の固定子３及びティース４を適用することができる。

１電動機
２ハウジング
３固定子
４ティース
５コイル
６第１コイル
６ａ巻始め端部
６ｂ巻終わり端部
７第２コイル
７ａ巻始め端部
７ｂ巻終わり端部
１０回転子

Claims

ハウジングと、該ハウジング内に、中心軸を中心として回転可能に設けられる回転子と、前記ハウジング内で前記回転子の周囲に配設される固定子とを備えた電動機であって、
前記固定子は、前記回転子の中心軸を中心として半径方向に放射状に設けられた複数のティースを備え、
前記各ティースには、環状に巻回されたコイルが外嵌されて構成される電動機において、
前記各ティースには、前記半径方向内側に配置される第１のコイルと、半径方向外側に配置される第２のコイルとがそれぞれ外嵌され、
前記第１のコイルは、その巻回内側の端部が前記半径方向外側に曲げられて、積層巻回部から外方に延出され、更に、前記ティースに外嵌された状態で、前記巻回内側の端部が、前記第２のコイルの積層巻回部の環内に挿通されるように配置されていることを特徴とする電動機。
前記第１のコイル及び第２のコイルは、それぞれ平角線をフラットワイズに積層状に巻回することによって形成されるとともに、その巻回内側の端部がそれぞれエッジワイズに曲げられて、積層巻回部から外方に延出され、更に、前記ティースに外嵌された状態で、前記第１のコイルの前記巻回内側の端部が、前記第２のコイルの積層巻回部の環内に挿通されるように配置されていることを特徴とする請求項１記載の電動機。
前記第１のコイルは、その前記巻回内側の端部が、前記第２のコイルの積層巻回部の環内に挿通された状態で、前記半径方向と直交する幅方向において、前記第２のコイルの前記巻回内側の端部と横並びで配置されるように構成されていることを特徴とする請求項２記載の電動機。
前記第１のコイル及び第２のコイルは、それぞれ巻回外側の端部がエッジワイズに曲げられて、積層巻回部から外方に延出され、更に、前記ティースに外嵌された状態で、第１のコイルの前記巻回外側の端部と第２のコイルの前記巻回外側の端部とが、前記半径方向と直交する幅方向において、横並びで配置されるように構成されていることを特徴とする請求項２又は３記載の電動機。