JP5172698B2 - 電動モータの固定子 - Google Patents
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Description
特許文献1には、固定子をその周方向について、一つ若しくは複数の磁極ティースを含む複数のブロックに分割し、各磁極ティースに対する巻き線後、各ブロックを相互に結合して円環形状の固定子を製作する技術が開示されている。
特許文献2には、2極構造の固定子鉄心を2分割して、両分割鉄心の磁極ティースに対して巻き線作業を同時並行して行うことによりその高速化を図る技術が開示されている。
特許文献3には、円環形状の固定子鉄心の周方向適数箇所に薄肉部を設け、この薄肉部を経て当該固定子鉄心を展開し、この展開状態で磁極ティースに巻き線し、その後円環形状に戻す技術が開示されている。
また、例えば、上記特許文献3に開示された技術によれば、磁極ティースの巻き線量を多くすると、巻き線後、展開用の切り込み部を経て固定子を円環形状に閉じる際、若しくは各ブロックを相互に円環形状に結合する段階において、外周側の巻き線が切り込み部に噛み込まれるおそれがあるため巻き線スペースに見合った十分な巻き線量を確保することができなかった。この問題は、対向する2つの磁極ティースを有する2極の固定子の場合に、巻き線スペースの曲率(極弧の曲率)が大きくなるため特に顕著であった。
そこで、本発明は、主として磁極数の少ない固定子であって、特に巻き線スペースの曲率が最も大きくなる2極の固定子の磁極ティースに対しても高密度で効率よく巻き線することができるようにすることを目的とする。
請求項1記載の固定子及び請求項5記載の巻き線方法によれば、極弧を外周側に展開して巻き線スペースを外周側に変位させて例えばその長手方向を相互に同一の直線上に沿わせた状態(直列状態)で磁極ティースに対して巻き線することができるので、極弧の先端や固定子の円弧部が巻き線時に障害とならず、巻き線スペースの内側まで高密度に巻き線を行うことができる。
また、磁極ティースの両側の巻き線スペースを相互に直列に配置して巻き線装置を用いて巻き線することができるので、高速かつ均一な品質の巻き線を行うことができる。
さらに、各ブロックにおける磁極ティース及び極弧を外周側へ展開するための切り込み部を巻き線スペースの外周側からではなく極弧の内周側から設けたので、各磁極ティースの展開状態を内周側へ戻す際に、若しくは各ブロックを相互に円環形状に結合する段階において、巻き線の噛み込みを未然に防止することができる。
固定子鉄心を例えばプレス打ち抜きにより製作した薄鋼板を積層して構成する場合、プレス打ち抜きの段階で円弧形状としてこれを外周側へ展開して巻き線を行う構成あるいはプレス打ち抜きの段階で展開した状態として巻き線後これを内周側に湾曲させる構成とすることができる。いずれを採用するかは、プレス打ち抜き工程の歩留まり等を考慮して決定することができる。
ここで、磁極ティースの数(極数)が少ないほど(例えば2極)、巻き線スペースを広く確保するため極弧の周方向の長さ(巻き線スペースの周方向の長さ)が長くなることから、例えば2極の固定子鉄心について請求項1記載の構成を採用することにより最も大きな効果を得ることができる。
請求項2記載の固定子によれば、簡単な構成のヒンジ部により磁極ティースを展開させることができる。
請求項4記載の固定子によれば、磁極ティースの外周側に切り込み凹部を設けることにより極弧ひいては巻き線スペースを外周側へ変位させて直列状態に位置させることができ、従って前記と同様の作用効果を得ることができる。切り込み凹部には、固定ブロック体を嵌め付けておくことにより、当該固定子を円環形状に固定することができ、また切り込み凹部は固定ブロック体が嵌め付けられる構成であるのでモータ特性を損なうことがない。
図5に示すようにこの固定子鉄心10は、両磁極ティース11,11を周方向に結合する円環部12,12のほぼ中央において二つのブロック(分割鉄心13,13)に分割可能となっている。両分割鉄心13,13のそれぞれの両端部は、図示するようにくさび形の凹部13aと凸部13bに形成されている。一方の分割鉄心13の凹部に他方の分割鉄心13の凸部13bを嵌め込むことにより当該両分割鉄心13,13が相互に径方向(図5において上下方向)に位置決めされるようになっている。
両分割鉄心13,13のそれぞれの周方向中央に磁極ティース11が位置している。両分割鉄心13,13は相互に同様の構成を備えているので、以下図5において右側の分割鉄心13について説明する。図6には一つの分割鉄心13が示されている。この分割鉄心13の周方向中央であって、磁極ティース11の中央には、その肉厚方向の内周側が一定の幅及び深さで欠落されて薄肉部13cが設けられている。この薄肉部13cの中央には矩形の挿通孔13dが肉厚方向に貫通する状態で一つ設けられている。この挿通孔13dは、後述するように巻き線工程に用いられる。
この薄肉部13cの周方向両側には、さらに内周側から切り込み部13e,13eが形成されている。この二箇所の切り込み部13e,13eがヒンジ部として機能することにより当該分割鉄心13は図6に示すように外周側へ展開可能となっている。
磁極ティース11の先端側(内周側)には周方向両側へ張り出す状態で極弧11a,11aが設けられている。両極弧11a,11aと円環部12との間には、それぞれ円弧形状の巻き線スペースSが形成されている。上記したように切り込み部13e,13eをヒンジ部として分割鉄心13を外周側へ展開すると、両巻き線スペースS,Sがモータ軸線を中心とする同一円周上に位置する状態(図5に示す状態)から外周側へ変位して、その長手方向をほぼ同一直線上に沿わせて直列に位置する状態(図6に示す直列状態)となる。
両巻き線治具20,21の対向面には予め展開状態の分割鉄心13を当該展開状態のまま収容する位置決め凹部が設けられている。この位置決め凹部内に分割鉄心13を嵌め込んで両巻き線治具20,21を相互に重ね合わせた状態に固定する。両巻き線治具20,21を重ね合わせた状態では、両者間に隙間22が発生し、この隙間22は挟み込んだ分割鉄心13の相互に直列に変位した巻き線スペースS,Sの周囲に位置する。このため、この隙間22を経て巻き線スペースS,Sに巻き線することができる。
両巻き線治具20,21の中心には、分割鉄心13の挿通孔13dと同じく矩形の挿通孔20a,21aが設けられている。分割鉄心13をセットした状態では、挿通孔13bに対して両挿通孔20a,21aが同心に位置する。分割鉄心13の挿通孔13b及び巻き線治具20,21の挿通孔20a,21aには、1本の断面矩形の角軸25が挿通される。この角軸25は図示省略した駆動モータによりその軸線回りに回転され、これにより両巻き治具20,21及びこれに挟み込まれた分割鉄心13が一体で回転される。
一体で回転する巻き線治具20,21間の隙間22を経て銅線24が巻き線スペースS,Sに供給され、これにより当該銅線24が分割鉄心13の磁極ティース11の周囲に巻かれていく。この場合、磁極ティース11の両側に位置する巻き線スペースS,Sは、それぞれ軸線方向から見て緩やかな円弧形状を有しているものの、相互に同一円周上に位置するのではなく、その長手方向を相互に同一直線上に沿わせた直列状態となる位置に位置していることから、巻き線治具20,21の隙間22を経て、両巻き線スペースS,Sの開口側から奥部に至るほぼ全体の範囲が外周側に露出された状態となっている。この隙間22を経て銅線24が巻き線スペースS,Sに供給される。銅線24は、巻き線装置の案内滑車23を経て供給される。案内滑車23を角軸25の軸線方向に僅かな距離(隙間22の幅分)だけ往復動(揺動)させつつ銅線24を供給することにより、当該銅線24を巻き線スペースS,Sの幅全体にわたって巻き線することができる。このため、案内滑車23の回転軸線を大きく変位させる等する必要がない。
巻き線が完了した分割鉄心13は、図3に示すように切り込み部13e,13e(ヒンジ部)を経て内周側に湾曲した半円弧形状となる位置に戻される。分割鉄心13が半円弧形状に戻されると、これに伴って極弧11a,11a及び巻き線スペースS,Sが相互に同一円周上に沿った位置に変位し、従って巻き線部Mが図示するように軸線方向から見て半円弧形状に変形する。
以上で、固定子鉄心10の片側の分割鉄心13に対する巻き線工程が完了する。もう一方(図5において左側)の分割鉄心13についても上記と同様に切り込み部13e,13eを経て外周側に展開した状態で巻き線スペースS,Sに十分な量の巻き線がなされ、その後半円弧形状に湾曲した状態に戻される。巻き線が完了した両分割鉄心13,13が、図4に示すように相互に突き合わされて一つの固定子鉄心10が製作される。前記したようにこの突き合わせ状態では、円弧部12,12の先端において凹部13aと凸部13bの凹凸係合により、当該両分割鉄心13,13が径方向(図4において上下方向)に相互に位置決めされた状態となる。
この段階で当該固定子鉄心10の磁極ティース11,11に対してそれぞれ十分な量の巻き線部M,Mが高密度で形成されている。
また、上記のように巻き線治具20,21にセットして巻き線装置により巻き線することができるので、この種の巻き線工程の迅速化及び低コスト化を図ることができる。
この第2実施形態に係る分割鉄心30は、一つの磁極ティース31を有し、その先端には回転子Rに沿った円弧形状の極弧31a,31aが相互に連続する状態で設けられている。両極弧31a,31aは、相互に接近する側に延びる延長部31bを備えている。図8に示すように当該分割鉄心30が円弧形状をなす状態では、この両延長部31b,31bが突き合わせられた状態となり、これにより当該両極弧31a,31aが回転子Rに沿って一つの連続した周面を形成する。
この両極弧31a,31aの延長部31b,31b間には、展開用の切り込み部32が設けられている。この切り込み部32は、延長部31b,31bの間から放射方向外方へ切り込まれて形成された縦部32aと、この縦部32aの奥部で左右に分岐する状態に切り込まれて形成された横部32bとによりT字形に形成されている。この横部32bの両端部がヒンジ部31c,31cとして機能する。すなわち、図9に示すようにこの分割鉄心30も、磁極ティース31の中央に設けた切り込み部32の縦部32a及び横部32bにより外周側へ展開可能であり、展開すると巻き線スペースS,Sをその長手方向を相互に同一直線上に沿わせた直列状態に位置させることができる。このため、前記と同様外周側へ展開して巻き線スペースS,Sを直列に位置させた状態で巻き線治具にセットすることにより、磁極ティース31の周囲に十分な量の銅線を高密度で巻き線することができる。それぞれの磁極ティース31に巻き線をした2つの分割鉄心30,30を半円弧形状に戻して相互に突き合わせることにより、円環形状の固定子を得ることができる。
この第2実施形態に係る分割鉄心30の場合、円弧形状に戻した状態では、極弧31a,31aの延長部31b,31bが相互に突き合わせられて前記薄肉部13cに相当する部分に重ね合わせられた状態となることにより前記磁極ティース31のような中央の欠落部を有しない状態となる結果、極弧31a,31aが相互に連続した一つの周面を形成する状態となることからモータ特性を高めることができる。
この第3実施形態に係る分割鉄心41の磁極ティース42の先端には、一つの連続した円弧面を形成する極弧44が形成されている。この分割鉄心41の外周側であって、磁極ティース41の外周部には、M字形の切り込み凹部45が形成されている。この切り込み凹部45は、左右一対の縦切り込み部45a,45aと左右一対の傾斜切り込み部45b,45bを備えている。両縦切り込み部45a,45aは外周側から相互に平行に設けられている。両傾斜切り込み部45b,45bは、それぞれ縦切り込み部45aの切り込み先端(内周側端部)から相互に結合する方向に沿って傾斜している。この切り込み凹部45によって、磁極ティース42には2箇所の薄肉部が形成され、この薄肉部がヒンジ部44a,44aとされている。巻き線工程では、この両ヒンジ部44a,44aを介して当該分割鉄心41が外周側へ変位(展開)される。図11に示すように切り込み凹部45の縦切り込み部45aが傾斜切り込み部45bに当接するまで両円弧部43,43が外周側へそれぞれ約45°程度変位される。これにより磁極ティース42の両側に位置する巻き線スペースS,Sがその長手方向をほぼ同一直線上に沿わせた直列状態とされる。このように第3実施形態に係る各分割鉄心41もヒンジ部44a,44aを介して外周側へ展開され、この展開状態で巻き線スペースS,Sに巻き線される。巻き線工程は、前記と同様巻き線治具20,21を用いて高速かつ高密度で行われる。また、両巻き線スペースS,Sがその長手方向をほぼ同一直線上に沿わせた直列状態に位置していることから、極弧44の端部若しくは円弧部43に対する銅線24の干渉等を回避して、当該銅線24を両巻き線スペースS,Sの奥部から高密度で巻き線することができる。この段階で、巻き線部Mは、モータ回転軸線方向から見て湾曲することなく直線状態に位置している。
以上のように構成した第3実施形態に係る固定子40によっても、2つに分割された分割鉄心41,41のそれぞれが外周側に展開されて磁極ティース42の両側に位置する巻き線スペースS,Sがその長手方向を相互に同じ直線上に沿わせた直列状態で巻き線を行うことができるので、極弧44の端部や円弧部43に対する銅線24の干渉(引っ掛かり)を気にすることなく銅線24を両巻き線スペースS,Sの奥部より高速かつ高密度で巻き線することができる。
外周側の切り込み凹部45には固定ブロック体46が嵌め付けられるため、当該固定子40を内装した電動モータのモータ特性を損なうことがない。
図18及び図19に示すようにこの第4実施形態に係る固定子50も相互に対向する二つの磁極ティース52,52を有する2極の固定子鉄心55を備えている。この固定子鉄心55は、その円環部53のほぼ中央で二つの分割鉄心51,51に分割される。両分割鉄心51,51のそれぞれの両端部の一方には、各実施形態と同様くさび形の凹部51aが形成され、他方には凸部51bが形成されている。一方の分割鉄心51の凹部51aと他方の分割鉄心51の凸部51bが相互に嵌め込まれて、両分割鉄心51,51が相互に径方向に位置決めされ、これにより概ね円環形状の固定子鉄心55が形成される。図14及び図15には、図18及び図19において右側の分割鉄心51であってその巻き線前の状態が示されている。
第2実施形態と同様、この分割鉄心51の周方向中央に1つの磁極ティース52が設けられている。この磁極ティース52の先端には、回転子Rに沿って両側へ張り出す円弧形状の極弧52a,52aが連続する状態で設けられている。磁極ティース52の内面中央には展開用の切り込み部56が設けられている。この切り込み部56は放射方向の縦部56aと、この縦部56aの奥部から周方向両側へ分岐する横部56bから構成されている。この切り込み部56によって、磁極ティース52の中央に薄肉部57が形成され、また切り込み部56によって二分された両極弧52a,52aには、それぞれ相互に接近する側に延びる延長部52bが設けられている。
両延長部52b,52bの先端には、それぞれ矩形の係合凸部52cが外周側へ突き出す状態に設けられている。一方、薄肉部57の内周面側中央であって、縦部56aと横部56bとの交差部には、上記係合凸部52c,52cが嵌め込まれる係合凹部57aが設けられている。
図14に示すように両ヒンジ部52d,52dを介して分割鉄心51を外周側へ展開することにより、磁極ティース52の周方向両側に位置する巻き線スペースS,Sをその長手方向が相互に同一線上に沿った直列状態に位置させることができる。このため、前記各実施形態と同様、この展開状態で巻き線治具にセットすることにより、磁極ティース52の周囲に十分な量の銅線を高密度で巻き線することができる。図17は巻き線後、巻き線治具から取り外した段階の分割鉄心51を示している。
ここで、第4実施形態では、両巻き線スペースS,Sの周囲であって円弧部53の内周面、極弧52aの内周面及びその両者間に沿ってそれぞれ絶縁材60を被覆した状態で巻き線されている。両絶縁材60の外周側の端部60aは、円弧部53の端部(凹部51a、凸部51b)からさらに周方向に例えば4〜5mm程度はみ出す長さに設定されている。各巻き線部Mと分割鉄心51との間に絶縁材60が被覆されることによりその絶縁特性を高めることができ、ひいてはモータ特性を高めることができる。
こうして巻き線が完了した左右の分割鉄心51,51がそれぞれヒンジ部52d,52dを介して半円弧形状に戻され、その後、相互の端部間(凹部51aと凸部51b)を突き合わせて接合することにより、図19に示すように円環形状の固定子50が製作される。
このため、両極弧52a,52aが回転子Rに精確に沿った円弧形状に確実に固定されることから、巻き線部M,Mのスプリングバック(直列状態への復元力)等によって当該磁極ティース52の寸法精度のばらつき及び変形が防止され、これにより当該分割鉄心51の曲げ戻し後の寸法精度を確保して固定子50の寸法精度のばらつきを少なくすることにより効率のよい電動モータを得ることができる。
また、第4実施形態の固定子50によれば、各磁極ティース52の巻き線スペースS,Sにそれぞれ絶縁材60が被覆され、かつ両分割鉄心51,51を相互の接合部(凹部51aと凸部51bとの接合部)において、絶縁材60,60の端部60a,60aが相互にオーバーラップされるため、当該接合部が巻き線部Mに対して絶縁材60で被覆され、この点でも固定子50の磁極特性を改善して効率のよい電動モータを得ることができる。
また、各磁極ティースに設けた切り込みを利用して円環形の固定子鉄心を展開する構成とすることができ、この場合には固定子鉄心を展開すれば、同時に各磁極ティースも外周側へ展開されることから、切り込み部を少なくし、かつ巻き線工程の簡略化を図ることができる。
また、2つの磁極ティースを有する固定子を例示したが、3極以上の固定子についても同様に適用することができる。3極以上の固定子の場合には、少なくとも一つの磁極ティースを含む複数ブロックに分割若しくは展開して、各磁極ティースについて外周側へ展開した状態で巻き線を行うことにより同様の作用効果を得ることができる。
さらに、切り込み部を形成し、若しくは薄肉部を形成してヒンジ部とする構成を例示したが、分割若しくは展開した固定子鉄心において例えばヒンジピン等のその他の形態のヒンジ部を用いて磁極ティースを外周側へ展開する構成とすることもできる。
また、図5に示すようにプレス打ち抜きの段階で半円弧形状に形成した薄鋼板を積層して固定子鉄心を製作し、これを外周側へ展開して巻き線する構成を例示したが、逆にプレス打ち抜きの段階で図6に示す展開状態に形成した薄鋼板を積層して固定子鉄心を製作し、巻き線後これをヒンジ部を経て内周側へ湾曲させて半円弧形状とする構成としてもよい。
また、磁極ティースの周方向両側において円弧形状をなす巻き線スペースS,Sを、当該磁極ティースをヒンジ部を介して外周側へ展開することにより相互に直列となる位置に変位させ、その結果として図1に示すように巻き線部Mがモータ回転軸線方向から見て直線状若しくはほぼ直線状となるようにすればよい。
Claims (5)
- 回転子の外周に沿って湾曲する極弧を先端に有する磁極ティースを内周側に複数備えた円環形の固定子鉄心をその周方向に複数のブロックに展開若しくは分割可能であり、かつ各ブロックの磁極ティースにヒンジ部を設け、該ヒンジ部を経て前記極弧を外周側に展開して前記磁極ティースの両側に形成される巻き線スペースを、前記各磁極ティース毎に、前記回転子の外周に沿う半円弧形状に沿った位置から、その長手方向を相互に同一直線上に沿わせた直列状態に変位可能な構成とした固定子。
- 請求項1記載の固定子であって、前記磁極ティースの内周側から切り込み部を設けて形成される薄肉部の両端部を前記ヒンジ部とする固定子。
- 請求項2記載の固定子であって、前記磁極ティースの内周側から縦部と横部の切り込み部を設けて形成される前記薄肉部と二分された極弧からそれぞれ延長された延長部との間に、相互の離間を規制する極弧保持部を設けて、前記二分された極弧を前記回転子に沿って連なった湾曲形状に固定する構成とした固定子。
- 請求項1記載の固定子であって、前記磁極ティースの外周部に切り込み凹部を設けて該切り込み凹部の切り込み先端側を前記ヒンジ部として前記極弧を外周側へ展開可能であり、かつ該切り込み凹部内に固定ブロックを嵌め付けて前記極弧を外周側へ展開不能に固定する構成とした固定子。
- 回転子の外周に沿って湾曲する極弧を先端に有する磁極ティースを内周側に複数備えた固定子鉄心をその周方向に複数のブロックに展開若しくは分割し、各ブロックの磁極ティースにヒンジ部を設け、該ヒンジ部を経て前記極弧を外周側に展開して該磁極ティースの両側に形成される巻き線スペースを、前記各磁極ティース毎に、前記回転子の外周に沿う半円弧形状に沿った位置から、その長手方向を相互に同一直線上に沿わせた直列状態に変位させた状態で該巻き線スペースに巻き線する方法。
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