JP6052351B1 - 電機子、回転電機、クロスフローファン - Google Patents
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Abstract
【課題】電機子における一相当たりの電機子巻線同士を直列接続し、かつティースにおける電機子巻線の巻回方向を一つにして、電機子を容易に製造する。【解決手段】U相巻線は中性点NとU相入力端Puとの間に直列に接続される巻回部Lu1,Lu2,Lu3,Lu4を備える。V相巻線は中性点NとV相入力端Pvとの間に直列に接続される巻回部Lv1,Lv2,Lv3,Lv4を備える。W相巻線は中性点NとW相入力端Pwの間に直列に接続される巻回部Lw1,Lw2,Lw3,Lw4を備える。これらの巻回部は所定位置の周囲に環状に配置される。これらの巻回部のそれぞれの第1巻線端sから第2巻線端eへ向かう巻回方向は、所定位置から見て同じである。【選択図】図5
Description
この発明は、周方向に配置された12n個(nは正整数)のティースと、これらのティースの各々に集中巻で巻回された電機子巻線とを有する電機子に関し、特に極数(12±2)nの界磁子と共に回転電機を構成する電機子に関する。
電動機の加振力として多く問題となるのは、その回転方向の加振力(以下「回転加振力」と仮称)である。回転加振力は、無通電時のコギングトルクと、通電時のトルクリップルとに大別される。
スロット数をN、極数をP(N,Pは正整数)としたときに、コギングトルクの高調波の次数はNとPの最小公倍数になることが知られている。
例として8極12スロット電動機と、10極12スロット電動機とでその次数を比較する。前者では8と12との最小公倍数が24であり、後者では10と12との最小公倍数が60である。よって後者の方が、電動機のロータの1回転当たりのコギングトルクの次数は大きく、よってコギングトルクの波高値が低減される。
このように、極数が(12±2)n、ティース数が12nである電動機(以下「12スロット系電動機」と仮称する)は、低振動・低騒音電動機として有力視されている。特に、滑らかなトルク伝達が必須である分野(例えば自動車用EPSや送風機駆動用電動機)においては低い回転加振力が求められるので、これらの分野において12スロット系電動機が採用されている。
しかしながら、12スロット系電動機の集中巻き電機子の巻回方向と結線は、8極12スロット電動機等のそれに対して煩雑であり、工業的な生産性が悪化する課題が知られている。
この課題に対応して、下掲の特許文献2では電機子巻線を巻回する結線ノズルが、各相あたり2つ設けられ、一方向に巻回する電機子巻線の巻回と、逆方向に巻回する電機子巻線の巻回とを並列して行われる。これにより、それぞれの結線ノズルを同一方向に動作させて電機子巻線を巻回することができ、生産性を向上できる技術が開示されている。
しかしながら特許文献1では、
(i)周方向に隣接する一対のティースについて、それぞれに巻回された電機子巻線が互いに同相であればそれらには電機子の中心から見て互いに逆向きに巻回され、
(ii)周方向に隣接する一対のティースについて、それぞれに巻回された電機子巻線が互いに異なる相であればそれらには電機子の中心から見て同じ向きに巻回され、
(iii)正対する(つまり周方向で180度ずれた)一対のティースに巻回された電機子巻線同士は電機子の中心から見て互いに逆向きに巻回される、
という煩雑な巻回がなされている。
(i)周方向に隣接する一対のティースについて、それぞれに巻回された電機子巻線が互いに同相であればそれらには電機子の中心から見て互いに逆向きに巻回され、
(ii)周方向に隣接する一対のティースについて、それぞれに巻回された電機子巻線が互いに異なる相であればそれらには電機子の中心から見て同じ向きに巻回され、
(iii)正対する(つまり周方向で180度ずれた)一対のティースに巻回された電機子巻線同士は電機子の中心から見て互いに逆向きに巻回される、
という煩雑な巻回がなされている。
また、各ティースでは電機子巻線が一体形状で巻回される必要がある。よって同相の電機子巻線であって周方向に隣接するティースに巻回されるもの同士を並列して巻回することは、電機子巻線の占積率を低下させてしまう。これを避けるために両者の間で時間差を設けて巻回すると、生産性を低下させてしまう。
特許文献2には、分割コアに対してそれぞれ電機子巻線を同一方向に巻回した技術が開示されている。そして多層配線基板にてティース巻き線同士の結線を行って渡り線を排除する技術が開示されており、上記の特許文献1の課題を解決している。
しかしながらここで多層配線基板に必要とされている配線層の層数は4である。なるほど、特許文献2では配線層の層数を削減したと説明されているが、層数が4であれば依然として多層配線基板は高価である。
更に、特許文献1,2のいずれについても、一相当たりに4つの電機子巻線が設けられているものの、これらでは二つの電流経路が並列接続されている。よって、これら二つの電流経路におけるそれぞれ誘起電圧が相違することがある。この場合には環状電流が流れることでジュール損が発生する。更には一相の全体における誘起電圧を低下させてしまい、電動機のトルク特性と損失特性を悪化させてしまうという課題がある。
特許文献3についても、類似の技術が記載されているが、特許文献2と同様の課題を有する。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、一相当たりの電機子巻線同士を直列接続し、かつティースにおける電機子巻線の巻回方向を一つにして、電機子を容易に製造する技術を提供する。
この発明にかかる電機子(1)は、中性点(N)に対してスター結線された三相巻線たる第1相巻線と、第2相巻線と、第3相巻線とを備える。前記第1相巻線は、前記中性点と第1相入力端(Pu)との間で直列に接続された第1〜第4の第1相巻回部(Lu1,Lu2,Lu3,Lu4)を有し、前記第2相巻線は、前記中性点と第2相入力端(Pv)との間で直列に接続された第1〜第4の第2相巻回部(Lv1,Lv2,Lv3,Lv4)を有し、前記第3相巻線は、前記中性点と第3相入力端(Pw)との間で直列に接続された第1〜第4の第3相巻回部(Lw1,Lw2,Lw3,Lw4)を有する。
望ましくは当該電機子は(12±2)n極(nは正整数)の界磁子(2)と共にアウターロータ型の回転電機を構成する。
望ましくは当該電機子は(12±2)n極(nは正整数)の界磁子(2)と共にアウターロータ型の回転電機を構成する。
そしてその第1の態様では、前記第1〜第4の前記第1相巻回部、前記第1〜第4の前記第2相巻回部、前記第1〜第4の前記第3相巻回部は所定位置の周囲に環状に配置される。しかも前記第1〜第4の前記第1相巻回部、前記第1〜第4の前記第2相巻回部、前記第1〜第4の前記第3相巻回部のいずれにおける前記第1巻線端から前記第2巻線端へ向かう巻回方向も、前記所定位置から見て同方向である。
望ましくは前記第1の前記第1相巻回部(Lu1)の第1巻線端(s)と、前記第2の前記第1相巻回部(Lu2)の第1巻線端(s)とが接続され、前記第1の前記第1相巻回部(Lu1)の第2巻線端(e)と、前記第1相入力端(Pu)とが接続され、前記第2の前記第1相巻回部(Lu2)の第2巻線端(e)と、前記第3の前記第1相巻回部(Lu3)の第1巻線端(s)とが接続され、前記第4の前記第1相巻回部(Lu4)の第1巻線端(s)と、前記中性点とが接続され、前記第4の前記第1相巻回部(Lu4)の第2巻線端(e)と、前記第3の前記第1相巻回部(Lu3)の第2巻線端(e)とが接続され、前記第3の前記第2相巻回部(Lv3)の第1巻線端(s)と、前記第4の前記第2相巻回部(Lv4)の第1巻線端(s)とが接続され、前記第4の前記第2相巻回部(Lv4)の第2巻線端(e)と、前記中性点とが接続され、前記第3の前記第2相巻回部(Lv3)の第2巻線端(e)と、前記第2の前記第2相巻回部(Lv2)の第1巻線端(s)とが接続され、前記第1の前記第2相巻回部(Lv1)の第1巻線端(s)と、前記第2相入力端(Pv)とが接続され、前記第1の前記第2相巻回部(Lv1)の第2巻線端(e)と、前記第2の前記第2相巻回部(Lv2)の第2巻線端(e)とが接続され、前記第3の前記第3相巻回部(Lw3)の第1巻線端(s)と、前記第4の前記第3相巻回部(Lw4)の第1巻線端(s)とが接続され、前記第4の前記第3相巻回部(Lw4)の第2巻線端(e)と、前記中性点とが接続され、前記第3の前記第3相巻回部(Lw3)の第2巻線端(e)と、前記第2の前記第3相巻回部(Lw2)の第1巻線端(s)とが接続され、前記第1の前記第3相巻回部(Lw1)の第1巻線端(s)と、前記第3相入力端(Pw)とが接続され、前記第1の前記第3相巻回部(Lw1)の第2巻線端(e)と、前記第2の前記第3相巻回部(Lw2)の第2巻線端(e)とが接続される。
更に望ましくは前記第1の前記第2相巻回部(Lv1)、前記第2の前記第2相巻回部(Lv2)、前記第1の前記第1相巻回部(Lu1)、前記第2の前記第1相巻回部(Lu2)、前記第1の前記第3相巻回部(Lw1)、前記第2の前記第3相巻回部(Lw2)、前記第3の前記第2相巻回部(Lv3)、前記第4の前記第2相巻回部(Lv4)、前記第3の前記第1相巻回部(Lu3)、前記第4の前記第1相巻回部(Lu4)、前記第3の前記第3相巻回部(Lw3)、前記第4の前記第3相巻回部(Lw4)が、この順に前記所定位置の周囲に環状に配置される。
この発明にかかる電機子の第2の態様は、その第1の態様であって、前記第1の前記第2相巻回部(Lv1)の前記第2巻線端(e)、前記第1の前記第2相巻回部(Lv1)の前記第1巻線端(s)、前記第2の前記第2相巻回部(Lv2)の前記第2巻線端(e)、前記第2の前記第2相巻回部(Lv2)の前記第1巻線端(s)、前記第1の前記第1相巻回部(Lu1)の前記第2巻線端(e)、前記第1の前記第1相巻回部(Lu1)の前記第1巻線端(s)、前記第2の前記第1相巻回部(Lu2)の前記第2巻線端(e)、前記第2の前記第1相巻回部(Lu2)の前記第1巻線端(s)、前記第1の前記第3相巻回部(Lw1)の前記第2巻線端(e)、前記第1の前記第3相巻回部(Lw1)の前記第1巻線端(s)、前記第2の前記第3相巻回部(Lw2)の前記第2巻線端(e)、前記第2の前記第3相巻回部(Lw2)の前記第1巻線端(s)、前記第3の前記第2相巻回部(Lv3)の前記第2巻線端(e)、前記第3の前記第2相巻回部(Lv3)の前記第1巻線端(s)、前記第4の前記第2相巻回部(Lv4)の前記第2巻線端(e)、前記第4の前記第2相巻回部(Lv4)の前記第1巻線端(s)、前記第3の前記第1相巻回部(Lu3)の前記第2巻線端(e)、前記第3の前記第1相巻回部(Lu3)の前記第1巻線端(s)、前記第4の前記第1相巻回部(Lu4)の前記第2巻線端(e)、前記第4の前記第1相巻回部(Lu4)の前記第1巻線端(s)、前記第3の前記第3相巻回部(Lw3)の前記第2巻線端(e)、前記第3の前記第3相巻回部(Lw3)の前記第1巻線端(s)、前記第4の前記第3相巻回部(Lw4)の前記第2巻線端(e)、前記第4の前記第3相巻回部(Lw4)の前記第1巻線端(s)が、この順に前記所定位置の周囲に環状に配置される。
この発明にかかる回転電機は、第2の態様に係る電機子(1)と、(12±2)n極の界磁子(2)とを備える。望ましくは、前記界磁子(2)は前記電機子(1)を囲む磁石(21)を有し、アウターロータ型である。更に望ましくは前記磁石(21)は樹脂磁石である。
この発明にかかるクロスフローファンは、前記回転電機で駆動される。
この発明にかかる電機子の第1の態様によれば、第1相入力端、第2相入力端、第3相入力端に対して三相交流電圧を供給することにより、(12±2)n極の界磁子に適した回転磁界を発生させることができる。しかも、第1〜第4の第1相巻回部、第1〜第4の第2相巻回部、第1〜第4の第3相巻回部のいずれも、第1巻線端から第2巻線端へと同じ方向に巻回することで得られるので、これらの製造工程が簡易化される(製造が容易となる)。
この発明にかかる電機子の第2の態様によれば、第1〜第4の第1相巻回部、第1〜第4の第2相巻回部、第1〜第4の第3相巻回部同士の間での接続に必要な配線層が二層で足りるので、当該配線層を実現するプリント基板の構成が単純であり、その製造も容易となる。
この発明にかかる回転電機は、特にアウターロータ形である場合に、プリント基板を小型化できる。電機子外径がロータよりも小径になり、かつ前記ティースの第1端部同士を結んだ概略円の直径は、電機子外径に比べてティース長さの分だけ小さくなる為である。
回転電機がアウターロータ形であれば、この発明にかかる回転電機でクロスフローファンを駆動する場合に、磁石の面積を広く設計できる。よって使用する磁石は磁束密度が低い材料で足り、安価な製造に資する。例えば樹脂に磁性粉を混合した樹脂磁石が使用可能となる。
回転電機がアウターロータ形であれば多極化も行いやすい。外径が大きい為に1極当たりの円弧長が長く取れるため、量産時の寸法公差が絶対値として同一で有った場合に(例えば±0.1mm等)、極角度の誤差が、インナーロータ形の回転電機で採用される小径の磁石の極角度の誤差よりも高精度に設定・量産化することができ、低振動化や低騒音化の観点でも利点がある。
また、磁石が樹脂磁石であることは、極数が異なる界磁子を得やすくする。電機子は従来と同一のままで、極数の異なる樹脂磁石の金型と着磁ヨークを新設するだけで良いからである。特に、樹脂磁石だけでロータを構成している場合は、磁石を固定するための部品を極数が異なる毎に新設する必要もなく、当該部品も従来品と同一で済む。
以下、12スロット系電動機の例としてn=1の場合、即ち極数が10もしくは14、ティース数が12である電動機について説明する。但し、n≧2であっても、下記の説明は妥当する。
図1はこの発明の一実施の形態にかかる電機子1の構造を示す平面図である。但し、電機子1は後述するプリント基板3をも更に備える。
図2及び図3は電機子1と共に回転電機を構成する界磁子2の構成を示す平面図である。当該回転電機はいわゆるアウターロータ型であり、界磁子2は電機子1(仮想線たる鎖線で示した)を囲む磁石21を備えたロータである。
但し、図2は界磁子2の極数が14(=12+2)の場合を、図3は界磁子2の極数が10(=12−2)の場合を、それぞれ示している。具体的には図2においては14個の磁石21が、図3においては10個の磁石21が、それぞれ周方向に配置される。そしていずれの場合も、周方向において隣接する磁石21同士は、電機子1に対して異なる極性(N/S)を呈する。
磁石21は樹脂磁石であることが望ましい。界磁子2に必要な極数を得るために磁石21を個々に準備する必要が無く、着磁工程を異ならせるだけで容易に複数の磁石21が得られるからである。
樹脂磁石は、例えばフェライト磁性粉や、NdFeB等の希土類磁性粉が樹脂バインダー中に分散して混合されている。
界磁子2は取り付け孔23及びシャフト孔20が開口した取り付け面22を有している。取り付け面22には上述の回転電機の駆動対象(例えば送風用のクロスフローファン)が、取り付け孔23を用いた締結具(不図示)によって取り付けられる。これにより、界磁子2の回転が駆動対象の回転を招来する。シャフト孔20には駆動対象に固定されたシャフト(不図示)が貫通し、当該シャフトは電機子1に対して回転可能に支持される。
図1に戻り、電機子1の構成を説明する。電機子1はその中央部に貫通孔10が開いており、上述のシャフトが貫通する。もちろん、貫通孔10が開いていることは電機子1において必須要件ではない。
電機子1の所定位置、具体的にはその中央部(ここでは貫通孔10)の周囲には周方向に12個のティースが配置されている。より具体的には、図面上で反時計回りに、ティースTu1,Tu2,Tw1,Tw2,Tv3,Tv4,Tu3,Tu4,Tw3,Tw4,Tv1,Tv2がこの順に環状に配置されている。
これらのティースには電機子巻線がそれぞれ集中巻きで巻回されており、図では電機子巻線を構成する導線を模式的に描いている。以下、ティース毎に巻回された電機子巻線については巻回部と称する。
図1において黒点を囲む白円(以下、「点円」と仮称)と、X印を囲む白円(以下、「X円」と仮称)とは、いずれも巻回部において流れる電流を模式的に示している。点円は紙面奥側から手前側に流れる向きを、X円は紙面手前側から奥側に流れる向きを、それぞれ示す。
具体的にはU相については、ティースTu1,Tu2,Tu3,Tu4のそれぞれに巻回された巻回部が対応しており、これらがU相巻線を構成する。隣接するティースTu1,Tu2のそれぞれに巻回される巻回部は、電機子1の中心側から見て互いに反対向きに電流が流れる。同様に、隣接するティースTu3,Tu4のそれぞれに巻回される巻回部は、電機子1の中心側から見て互いに反対向きに電流が流れる。そして相互に正対するティースTu1,Tu3のそれぞれに巻回される巻回部は、電機子1の中心側から見て互いに反対向きに電流が流れる。
V相についてはティースTv1,Tv2,Tv3,Tv4のそれぞれに巻回された巻回部が対応しており、これらがV相巻線を構成する。W相についてはティースTw1,Tw2,Tw3,Tw4のそれぞれに巻回された巻回部が対応しており、これらがW相巻線を構成する。そしてこれらのティースに巻回された巻回部についても、電流の流れる向きについて上述のU相巻線と同様の関係がある。
U相巻線、V相巻線、W相巻線(これらは三相巻線を構成する)に流れる電流は、いずれか二つが同じ極性であり、他の一つが異なる極性となる。ここではV相巻線、W相巻線に流れる電流の極性が同じであって、U相巻線に流れる電流の極性とは異なる場合が例示されている。
図4は、ティースTqの構成を示す平面図である。ここでティースTqはティースTu1,Tu2,Tu3,Tu4,Tv1,Tv2,Tv3,Tv4,Tw1,Tw2,Tw3,Tw4を代表して示す。
ティースTqは、界磁子2から遠い側(ここでは図1の貫通孔10に近い側)に第1端部Tqiを、界磁子2に近い側に第2端部Tqoを、それぞれ有している。
ティースTqにはインシュレータが被せられており、巻回部Lqはインシュレータを介してティースTqに巻回されている。
巻回部Lqは、その両端として、第1巻線端Lqs及び第2巻線端Lqeを有する。第1巻線端Lqs及び第2巻線端Lqeのいずれもが、ティースTqの第1端部Tqiにおいて現れる。より具体的には、ティースTqのインシュレータには第1端部Tqiにおいて一対のピンが設けられている。第1巻線端Lqs及び第2巻線端Lqeはこれらのピンに接続される。
巻回部Lqは、第1巻線端Lqsから第2巻線端Lqeへ向かうにつれて、ティースTqの第1端部Tqiから第2端部Tqoを見た方向Dqに対して、反時計回りの巻回方向Rqで巻回されている。このようにして、ティースTu1,Tu2,Tu3,Tu4,Tv1,Tv2,Tv3,Tv4,Tw1,Tw2,Tw3,Tw4のいずれにおいても、巻回部は電機子1の中心から見て同方向(ここでは反時計回り)に巻回される。
巻回部Lqの巻回の便宜上、第2巻線端Lqeが接続されるピンは第1巻線端Lqsが接続されるピンよりも界磁子2から遠い側(ここでは図1の貫通孔10に近い側)に配置されることが多い。
ティースTqのインシュレータのうち第1端部Tqi側には、シャフトが延在する方向の一方側(図において紙面に垂直で手前向き)に突出する突起Kqが設けられる。突起Kqは巻回部Lqを巻き終える際に、巻き崩れを防止する機能を果たす。
図5は、巻回部同士の接続状態を示す結線図である。図5で示された巻回部Lu1,Lu2,Lu3,Lu4,Lv1,Lv2,Lv3,Lv4,Lw1,Lw2,Lw3,Lw4は、それぞれティースTu1,Tu2,Tu3,Tu4,Tv1,Tv2,Tv3,Tv4,Tw1,Tw2,Tw3,Tw4に巻回されている。
図5において、各々の巻回部の第1巻線端(図4では第1巻線端Lqsとして示される)に相当する部位に記号「s」が付記される。各々の巻回部の第2巻線端(図4では第2巻線端Lqeとして示される)に相当する部位に記号「e」が付記される。そして以下のように結線される:巻回部Lu1の第2巻線端eとU相入力端Puとが接続される。巻回部Lu1の第1巻線端sと巻回部Lu2の第1巻線端sとが接続点X12で接続される。巻回部Lu2の第2巻線端eと巻回部Lu3の第1巻線端sとが接続点X23で接続される。巻回部Lu4の第1巻線端sと中性点Nとが接続される。巻回部Lu4の第2巻線端eと巻回部Lu3の第2巻線端eとが接続点X34で接続される。巻回部Lv3の第1巻線端sと巻回部Lv4の第1巻線端sとが接続点Y34で接続される。巻回部Lv4の第2巻線端eと中性点Nとが接続される。巻回部Lv3の第2巻線端eと巻回部Lv2の第1巻線端sとが接続点Y23で接続される。巻回部Lv1の第1巻線端sとV相入力端Pvとが接続される。巻回部Lv1の第2巻線端eと巻回部Lv2の第2巻線端eとが接続点Y12で接続される。巻回部Lw3の第1巻線端sと巻回部Lw4の第1巻線端sとが接続点Z34で接続される。巻回部Lw4の第2巻線端eと中性点Nとが接続される。巻回部Lw3の第2巻線端eと巻回部Lw2の第1巻線端sとが接続点Z23で接続される。巻回部Lw1の第1巻線端sとW相入力端Pwとが接続される。巻回部Lw1の第2巻線端eと巻回部Lw2の第2巻線端eとが接続点Z12で接続される。
このような結線により、U相巻線、V相巻線、W相巻線は、中性点Nに対してスター結線される。巻回部Lu1〜Lu4は中性点NとU相入力端Puとの間で直列に接続され、U相巻線を構成する。巻回部Lv1〜Lv4は中性点NとV相入力端Pvとの間で直列に接続され、V相巻線を構成する。巻回部Lw1〜Lw4は中性点NとW相入力端Pwとの間で直列に接続され、W相巻線を構成する。
電流の流れる方向はLu1,Lu3同士で逆向きとなり、巻回部Lu2,Lu4同士で逆向きとなる。電流の流れる方向は巻回部Lv1,Lv3同士で逆向きとなり、巻回部Lv2,Lv4同士で逆向きとなる。電流の流れる方向は巻回部Lw1,Lw3同士で逆向きとなり、巻回部Lw2,Lw4同士で逆向きとなる。
よってU相入力端PuにU相電圧を、V相入力端PvにV相電圧を、W相入力端PwにW相電圧を、それぞれ印加することにより、図1に示された全ての点円、X円で示された電流の向きを実現することができる。
図6はプリント基板3の構成を示す配線図である。プリント基板3は図5に示された電機子巻線同士の接続状態を実現する。具体的には、プリント基板3には、第1のランド群と、第1のランド群に囲まれて配置される第2のランド群と、ランドHu,Hv,Hwとが設けられている。
第1のランド群では、各々の巻回部の第1巻線端が接続される複数のランドが環状に配置される。第2のランド群では、各々の巻回部の第2巻線端が接続される複数のランドが環状に配置される。これらのランドには例えば上述のピンが通る孔が開けられている。なお、上述のシャフトを貫通させるべく、プリント基板3には貫通孔10とほぼ一致する貫通孔30が、第2のランド群に囲まれて開けられている。
第1のランド群は、ランドHu1s,Hv1s,Hw1s,Hu2s,Hv2s,Hw2s,Hu3s,Hv3s,Hw3s,Hu4s,Hv4s,Hw4sを備え、これらには、巻回部Lu1,Lv1,Lw1,Lu2,Lv2,Lw2,Lu3,Lv3,Lw3,Lu4,Lv4,Lw4のそれぞれの第1巻線端が接続されるピンが接続される。
第2のランド群は、ランドHu1e,Hv1e,Hw1e,Hu2e,Hv2e,Hw2e,Hu3e,Hv3e,Hw3e,Hu4e,Hv4e,Hw4eを備え、これらには、巻回部Lu1,Lv1,Lw1,Lu2,Lv2,Lw2,Lu3,Lv3,Lw3,Lu4,Lv4,Lw4のそれぞれの第2巻線端が接続されるピンが接続される。
第1のランド群と第2のランド群とは、それらが呈する環の径の大小を無視すれば、下記の順に周方向で反時計回りに配置される:ランドHv1e,Hv1s,Hv2e,Hv2s,Hu1e,Hu1s,Hu2e,Hu2s,Hw1e,Hw1s,Hw2e,Hw2s,Hv3e,Hv3s,Hv4e,Hv4s,Hu3e,Hu3s,Hu4e,Hu4s,Hw3e,Hw3s,Hw4e,Hw4s。
プリント基板3には実線で示された第1層配線パターンと、破線で示された第2層配線パターンとが設けられ、これらは絶縁層31を挟んで互いに異なる配線層に設けられている。そしてプリント基板3に必要となる配線層はこれらの第1層配線パターンと、第2層配線パターンとで足りる。絶縁層31には第1層配線の一部と第2層配線の一部とを接続する接続部J1〜J5も設けられている。
第1配線層パターンは、ランドHv2sと接続部J1とを接続する配線Py23aと、ランドHw,Hw1s同士を接続する配線Pwwと、ランドHu1s,Hu2s同士を接続する配線Px12と、ランドHw2sと接続部J5とを接続する配線Pz23aと、ランドHu3sと接続部J2とを接続する配線Px23aと、接続部J3,J4とランドHu4sとを接続する配線Pnaと、ランドHw3s,Hw4s同士を接続する配線Pz34とを含む。
第2配線層パターンは、ランドHu,Hu1e同士を接続する配線Puuと、ランドHu2eと接続部J2とを接続する配線Px23bと、ランドHv3eと接続部J1とを接続する配線Py23bと、ランドHv4eと接続部J3とを接続する配線Pnbと、ランドHw3eと接続部J5とを接続する配線Pz23bと、ランドHw4eと接続部J4とを接続する配線Pncとを含む。
第1配線層パターンあるいは第2配線相パターンは、ランドHv1e,Hv2e同士を接続する配線Py12と、ランドHu,Hv1s同士を接続する配線Pvvと、ランドHw1e,Hw2e同士を接続する配線Pz12と、ランドHu3e,Hu4e同士を接続する配線Px34とを含む。但し図6ではこれらは第1配線パターンに含まれる場合が例示されている。
このような配線パターンを採用することにより、図5に示された接続関係を、二層の配線パターンで得ることができる。
図7は電機子1の構成を示す平面図であり、図1に示された構成に対して、紙面手前側からプリント基板3を配置した状態を示す。ここでは各ランドには孔が開いており、第1巻線端が接続されたピン、あるいは第2巻線端が接続されたピンが孔に入っている状況が示されている(各ランドを示す円の中に示された円は当該ピンを模式的に示す)。また貫通孔30が貫通孔10よりも小さい場合が例示されているが、貫通孔30が貫通孔10より大きくてもよい。
プリント基板3にはコネクタ4が装着されている。ケーブルCu,Cv,CwはそれぞれU相、V相、W相の電圧を供給し、それぞれU相入力端Pu、V相入力端Pv、W相入力端Pwを介してランドHu,Hv,Hw(図6参照)に接続される。
このようにプリント基板3を用いることにより、ティース対Tuaの第2巻線端、ティース対Tvaの第1巻線端、ティース対Twaの第1巻線端に三相電圧を与えて、電機子1は12極の回転電界を発生する。
プリント基板3を小型化できる観点からは、プリント基板3が採用される回転電機はアウターロータ形であることが望ましい。ランドHu1s,Hv1s,Hw1s,Hu2s,Hv2s,Hw2s,Hu3s,Hv3s,Hw3s,Hu4s,Hv4s,Hw4s,Hu1e,Hv1e,Hw1e,Hu2e,Hv2e,Hw2e,Hu3e,Hv3e,Hw3e,Hu4e,Hv4e,Hw4eが、回転電機の内周側に位置するからである。
かかるアウターロータ形の回転電機は、例えば空気調和機の室内機に採用されるクロスフローファンを駆動するのに適している。
図8はクロスフローファン80及びこれを駆動する回転電機の構成を示す断面図である。但し、図面の煩雑を避けるため、クロスフローファン80の断面ハッチングは省略した。また電機子1は一点鎖線で簡略化して示した。
クロスフローファン80は取り付け孔23を用いた締結具(不図示)によって界磁子2の取り付け面22に取り付けられる。これにより、界磁子2の回転がクロスフローファン80の回転を招来する。つまり界磁子2を備えた回転電機がクロスフローファン80を駆動する。
シャフト孔20、貫通孔30(実際には更に貫通孔10も)にはクロスフローファン80のシャフト81が貫通し、電機子1に対して回転自在に、不図示の支持機構によって支持される。
かかる支持機構や、締結具、及びクロスフローファン80の構成については周知の技術を用いて実現できるので、ここではその詳細な説明を省略する。
クロスフローファン80を駆動するアウターロータ形の回転電機は、そのロータの径が大きくなる。よって磁石21の面積も広く設計できる。これは磁石21の磁束密度を低くしても必要な磁束が得られる観点で好適である。これはまた、磁石21が樹脂磁石である場合、これに分散して混合される磁性粉は、磁束密度が低い材料、例えばフェライト磁石で足りるという利点を招来する。これは、NdFeB等の希土類磁石を磁性粉として採用する場合と比較して、安価な製造に資する観点で有利である。
回転電機がアウターロータ形であれば多極化も行いやすい。外径が大きい為に1極当たりの円弧長が長く取れるため、量産時の寸法公差が絶対値として同一で有った場合に(例えば±0.1mm等)、極角度の誤差が、インナーロータ形の回転電機で採用される小径の磁石の極角度の誤差よりも高精度に設定・量産化することができ、低振動化や低騒音化の観点でも利点がある。
フェライト磁石同士、希土類磁石同士の様に、磁石の種類が同一であった場合には、樹脂磁石の方が焼結磁石に比べて、磁石を固定するための部品の削減や成形工数削減(焼結磁石のC面研磨、寸法出しの研削等が省略できる)により安価な製造に資する。
また、磁石が樹脂磁石であることは、極数が異なる界磁子を得やすくする。電機子は従来と同一のままで、極数の異なる樹脂磁石の金型と着磁ヨークを新設するだけで良いからである。特に、樹脂磁石だけでロータを構成している場合は、磁石を固定するための部品を極数が異なる毎に新設する必要もなく、当該部品も従来品と同一で済む。
図9及び図10はインシュレータ6の形状を示す斜視図である。インシュレータ6は各ティースを覆い、電機子巻線が巻回される。
インシュレータ6は、図4も参照して、ティースTqの第1端部Tqiに位置する第1板608と、第2端部Tqoに位置する第2板607と、第1板608と第2板607との間で電機子巻線が巻回される筒601を有している。筒601はその内側に内周面602を有している。
第1板608には孔605s,605eが開けられる。孔605sにはピン7sが、孔605eにはピン7eが、それぞれ挿入される。ピン7sには巻回部Lqの第1巻線端Lqsが、ピン7eには巻回部Lqの第2巻線端Lqeが、それぞれ接続される。
第1板608にはピン7s,7eが設けられる側と同じ側に突出する突起604が設けられる。突起604は図4の突起Kqとして機能する。
第1板608の、ピン7s,7eや突起604が設けられる側には、その界磁子2に近い側において斜面606が設けられる。これは図4を参照して巻回部Lqからピン7s,7eに向かう電機子巻線に対して、第1板608が局所的に強い力を与えなくするためである。
図11はティースを構成するティースコア8の形状を示す平面図である。ティースコア8は例えば紙面垂直方向に積層される電磁鋼板で実現される。ティースコア8は接続部位8aと、磁極部位8bとを有する。
ティースコア8は、接続部位8aが第1板608側に、磁極部位8bが第2板607側に、それぞれ配置されるように筒601へ挿入される。これにより、内周面602はティースコア8を覆う。
図12はヨークコア9の形状を示す平面図である。ヨークコア9は例えば紙面垂直方向に積層される電磁鋼板で実現される。ヨークコア9は複数の接続部位9aと、連結部位9bとを有する。
接続部位9aは環状に配列され、それらは連結部位9bによって連結される。接続部位8a,9aは互いに組み合わさって連結される。よって周方向に隣接する接続部位9aに対してティースコア8を連結することにより、図1に示された構成を得ることができる。例えば電機子1の貫通孔10は連結部位9bにおいて開口される。
上記の説明はいずれも例示であって、その効果を妨げない範囲で適宜に変形することができることはいうまでもない。
1 電機子
2 界磁子
21 磁石
3 プリント基板
e (巻回部の)第2巻線端
Lu1,Lu2,Lu3,Lu4,Lv1,Lv2,Lv3,Lv4,Lw1,Lw2,Lw3,Lw4 巻回部
N 中性点
Pu U相入力端
Pv V相入力端
Pw W相入力端
s (巻回部の)第1巻線端
2 界磁子
21 磁石
3 プリント基板
e (巻回部の)第2巻線端
Lu1,Lu2,Lu3,Lu4,Lv1,Lv2,Lv3,Lv4,Lw1,Lw2,Lw3,Lw4 巻回部
N 中性点
Pu U相入力端
Pv V相入力端
Pw W相入力端
s (巻回部の)第1巻線端
Claims (8)
- 中性点(N)に対してスター結線された三相巻線たる第1相巻線と、第2相巻線と、第3相巻線とを備え、(12±2)n極(nは正整数)の界磁子(2)と共にアウターロータ型の回転電機を構成する電機子(1)であって、
前記第1相巻線は、前記中性点と第1相入力端(Pu)との間で直列に接続された第1〜第4の第1相巻回部(Lu1,Lu2,Lu3,Lu4)を有し、
前記第2相巻線は、前記中性点と第2相入力端(Pv)との間で直列に接続された第1〜第4の第2相巻回部(Lv1,Lv2,Lv3,Lv4)を有し、
前記第3相巻線は、前記中性点と第3相入力端(Pw)との間で直列に接続された第1〜第4の第3相巻回部(Lw1,Lw2,Lw3,Lw4)を有し、
前記第1〜第4の前記第1相巻回部、前記第1〜第4の前記第2相巻回部、前記第1〜第4の前記第3相巻回部は所定位置の周囲に環状に配置され、
前記第1〜第4の前記第1相巻回部、前記第1〜第4の前記第2相巻回部、前記第1〜第4の前記第3相巻回部のいずれもが、それぞれの両端として第1巻線端(s)及び第2巻線端(e)を有し、
前記第1〜第4の前記第1相巻回部、前記第1〜第4の前記第2相巻回部、前記第1〜第4の前記第3相巻回部のいずれにおける前記第1巻線端から前記第2巻線端へ向かう巻回方向も、前記所定位置から見て同方向である、電機子。 - 中性点(N)に対してスター結線された三相巻線たる第1相巻線と、第2相巻線と、第3相巻線とを備えた電機子(1)であって、
前記第1相巻線は、前記中性点と第1相入力端(Pu)との間で直列に接続された第1〜第4の第1相巻回部(Lu1,Lu2,Lu3,Lu4)を有し、
前記第2相巻線は、前記中性点と第2相入力端(Pv)との間で直列に接続された第1〜第4の第2相巻回部(Lv1,Lv2,Lv3,Lv4)を有し、
前記第3相巻線は、前記中性点と第3相入力端(Pw)との間で直列に接続された第1〜第4の第3相巻回部(Lw1,Lw2,Lw3,Lw4)を有し、
前記第1〜第4の前記第1相巻回部、前記第1〜第4の前記第2相巻回部、前記第1〜第4の前記第3相巻回部は所定位置の周囲に環状に配置され、
前記第1〜第4の前記第1相巻回部、前記第1〜第4の前記第2相巻回部、前記第1〜第4の前記第3相巻回部のいずれもが、それぞれの両端として第1巻線端(s)及び第2巻線端(e)を有し、
前記第1〜第4の前記第1相巻回部、前記第1〜第4の前記第2相巻回部、前記第1〜第4の前記第3相巻回部のいずれにおける前記第1巻線端から前記第2巻線端へ向かう巻回方向も、前記所定位置から見て同方向であり、
前記第1の前記第1相巻回部(Lu1)の前記第1巻線端(s)と、前記第2の前記第1相巻回部(Lu2)の前記第1巻線端(s)とが接続され、
前記第1の前記第1相巻回部(Lu1)の前記第2巻線端(e)と、前記第1相入力端(Pu)とが接続され、
前記第2の前記第1相巻回部(Lu2)の前記第2巻線端(e)と、前記第3の前記第1相巻回部(Lu3)の前記第1巻線端(s)とが接続され、
前記第4の前記第1相巻回部(Lu4)の前記第1巻線端(s)と、前記中性点とが接続され、
前記第4の前記第1相巻回部(Lu4)の前記第2巻線端(e)と、前記第3の前記第1相巻回部(Lu3)の前記第2巻線端(e)とが接続され、
前記第3の前記第2相巻回部(Lv3)の前記第1巻線端(s)と、前記第4の前記第2相巻回部(Lv4)の前記第1巻線端(s)とが接続され、
前記第4の前記第2相巻回部(Lv4)の前記第2巻線端(e)と、前記中性点とが接続され、
前記第3の前記第2相巻回部(Lv3)の前記第2巻線端(e)と、前記第2の前記第2相巻回部(Lv2)の前記第1巻線端(s)とが接続され、
前記第1の前記第2相巻回部(Lv1)の前記第1巻線端(s)と、前記第2相入力端(Pv)とが接続され、
前記第1の前記第2相巻回部(Lv1)の前記第2巻線端(e)と、前記第2の前記第2相巻回部(Lv2)の前記第2巻線端(e)とが接続され、
前記第3の前記第3相巻回部(Lw3)の前記第1巻線端(s)と、前記第4の前記第3相巻回部(Lw4)の前記第1巻線端(s)とが接続され、
前記第4の前記第3相巻回部(Lw4)の前記第2巻線端(e)と、前記中性点とが接続され、
前記第3の前記第3相巻回部(Lw3)の前記第2巻線端(e)と、前記第2の前記第3相巻回部(Lw2)の前記第1巻線端(s)とが接続され、
前記第1の前記第3相巻回部(Lw1)の前記第1巻線端(s)と、前記第3相入力端(Pw)とが接続され、
前記第1の前記第3相巻回部(Lw1)の前記第2巻線端(e)と、前記第2の前記第3相巻回部(Lw2)の前記第2巻線端(e)とが接続される、電機子。 - 前記第1の前記第2相巻回部(Lv1)、前記第2の前記第2相巻回部(Lv2)、前記第1の前記第1相巻回部(Lu1)、前記第2の前記第1相巻回部(Lu2)、前記第1の前記第3相巻回部(Lw1)、前記第2の前記第3相巻回部(Lw2)、前記第3の前記第2相巻回部(Lv3)、前記第4の前記第2相巻回部(Lv4)、前記第3の前記第1相巻回部(Lu3)、前記第4の前記第1相巻回部(Lu4)、前記第3の前記第3相巻回部(Lw3)、前記第4の前記第3相巻回部(Lw4)が、この順に前記所定位置の周囲に環状に配置される、請求項2記載の電機子。
- 前記第1の前記第2相巻回部(Lv1)の前記第2巻線端(e)、前記第1の前記第2相巻回部(Lv1)の前記第1巻線端(s)、前記第2の前記第2相巻回部(Lv2)の前記第2巻線端(e)、前記第2の前記第2相巻回部(Lv2)の前記第1巻線端(s)、前記第1の前記第1相巻回部(Lu1)の前記第2巻線端(e)、前記第1の前記第1相巻回部(Lu1)の前記第1巻線端(s)、前記第2の前記第1相巻回部(Lu2)の前記第2巻線端(e)、前記第2の前記第1相巻回部(Lu2)の前記第1巻線端(s)、前記第1の前記第3相巻回部(Lw1)の前記第2巻線端(e)、前記第1の前記第3相巻回部(Lw1)の前記第1巻線端(s)、前記第2の前記第3相巻回部(Lw2)の前記第2巻線端(e)、前記第2の前記第3相巻回部(Lw2)の前記第1巻線端(s)、前記第3の前記第2相巻回部(Lv3)の前記第2巻線端(e)、前記第3の前記第2相巻回部(Lv3)の前記第1巻線端(s)、前記第4の前記第2相巻回部(Lv4)の前記第2巻線端(e)、前記第4の前記第2相巻回部(Lv4)の前記第1巻線端(s)、前記第3の前記第1相巻回部(Lu3)の前記第2巻線端(e)、前記第3の前記第1相巻回部(Lu3)の前記第1巻線端(s)、前記第4の前記第1相巻回部(Lu4)の前記第2巻線端(e)、前記第4の前記第1相巻回部(Lu4)の前記第1巻線端(s)、前記第3の前記第3相巻回部(Lw3)の前記第2巻線端(e)、前記第3の前記第3相巻回部(Lw3)の前記第1巻線端(s)、前記第4の前記第3相巻回部(Lw4)の前記第2巻線端(e)、前記第4の前記第3相巻回部(Lw4)の前記第1巻線端(s)が、この順に前記所定位置の周囲に環状に配置された、請求項3記載の電機子。
- 請求項4記載の電機子(1)と、(12±2)n極(nは正整数)の界磁子(2)とを備える回転電機。
- 前記界磁子(2)は前記電機子(1)を囲む磁石(21)を有し、アウターロータ型である請求項5記載の回転電機。
- 前記磁石(21)は樹脂磁石である、請求項6記載の回転電機。
- 請求項6又は請求項7記載の回転電機で駆動される、クロスフローファン。
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