JP6127494B2 - 回転電機およびインシュレータ - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、回転電機およびインシュレータに関する。

従来、コアのティースとコイルとの間を絶縁するインシュレータが設けられた回転電機が知られている。

特開平８−１４９７３２号公報

この種の回転電機では、一例としては、インシュレータをより不都合の少ない新規な構成にできれば好ましい場合がある。

本発明の実施形態にかかる回転電機は、一例として、回転軸の径方向に延びて上記回転軸の周方向の一方側および他方側の面を有して上記周方向に並んだ複数のティースを有し、当該複数のティース間にスロットが設けられたコアと、複数の上記ティースに巻かれた巻線で構成された複数のコイルと、上記スロット内に位置され厚さが異なる複数の部分を含み少なくとも一部が上記面を覆う壁部を有し、上記コアと上記コイルとの間に介されたインシュレータと、を備えた。よって、本実施形態によれば、一例としては、スロット内におけるコイルが通る領域（巻線の本数）の確保（増大）とインシュレータの剛性や強度とが、より両立されやすい。また、上記回転電機では、一例として、上記壁部は、上記面と上記コイルの上記スロット内に位置された部分との間に位置され上記巻線が巻かれた第一の部分と、当該第一の部分よりも厚く上記巻線が巻かれない第二の部分と、を有した。よって、本実施形態によれば、一例としては、第二の部分で剛性や強度が確保されやすい分、第一の部分がより薄く構成されやすい。

また、上記回転電機では、一例として、上記壁部の、上記第一の部分と上記第二の部分との間に、段差が設けられた。よって、本実施形態によれば、一例としては、巻線がスロット内で移動したりスロットから外へ移動したりするのが抑制されやすい。

また、上記回転電機では、一例として、上記壁部は、二つの上記第二の部分の間に介された上記第一の部分を有した。よって、本実施形態によれば、一例としては、第二の部分によって壁部の剛性や強度の低下が抑制されやすい。

また、上記回転電機では、一例として、上記壁部は、二つの上記第一の部分の間に介された上記第二の部分を有した。よって、本実施形態によれば、一例としては、第二の部分によって壁部の剛性や強度の低下が抑制されやすい。

また、上記回転電機では、一例として、上記壁部は、上記スロットの上記径方向の一方側の端部と他方側の端部との間に位置され上記スロットの上記周方向の一方側の上記面と他方側の上記面との間で亘った部分を有した。よって、本実施形態によれば、一例としては、壁部がスロットの径方向の端部と端部との間に亘って構成された場合に比べて、インシュレータの質量がより小さくなりやすい。

また、上記回転電機では、上記スロットの上記周方向の一方側の上記面と他方側の上記面との間で亘った部分は、上記第二の部分である。よって、本実施形態によれば、一例としては、比較的厚さが確保されやすい上記亘った部分によって、壁部の剛性や強度の低下が抑制されやすい。

また、上記回転電機では、第一の上記スロット内に位置され、その上記径方向の長さが第一の長さである第一の上記壁部と、第二の上記スロット内に位置され、その上記径方向の長さが第一の長さより短い第二の上記壁部と、を備えた。よって、本実施形態によれば、一例としては、インシュレータの質量がより小さくなりやすい。

また、上記回転電機では、上記第一の上記スロットの上記径方向の長さが、上記第二のスロットの上記径方向の長さより長い。よって、本実施形態によれば、一例としては、第一のスロットでは壁部が径方向により長く構成されやすい。よって、一例としては、壁部が部分的により厚くされやすくなる。よって、一例としては、壁部の剛性や強度の低下が抑制されやすい。

また、本発明の実施形態にかかるインシュレータは、一例として、上記回転電機で用いられる。よって、本実施形態によれば、一例としては、回転電機のスロット内でインシュレータの壁部が厚さの異なる部分を有するため、一例としては、回転電機で、スロット内における巻線領域の確保（増大）とインシュレータの剛性や強度とが、より両立されやすい。

図１は、実施形態にかかる回転電機の一例の一部の、回転軸方向から見た模式図である。 図２は、実施形態にかかる回転電機の一例のコアの、回転軸方向から見た模式図である。 図３は、実施形態にかかる回転電機の一例のコアと一つのインシュレータとのアセンブリの、回転軸方向から見た模式図である。 図４は、実施形態にかかる回転電機の一例のインシュレータの、回転軸方向から見た模式図である。 図５は、図４の一部の拡大図である。 図６は、変形例にかかる回転電機の一例のコアと一つのインシュレータとのアセンブリの、回転軸方向から見た模式図である。

以下の実施形態および変形例には、同様の構成が含まれている。それら同様の構成には共通の符号が付されるとともに、重複する説明が省略される。なお、以下の説明では、特に断らない限り、軸方向は、回転軸Ａｘの軸方向、径方向は、回転軸Ａｘの径方向、周方向は、回転軸Ａｘの周方向を示す。

＜実施形態＞
本実施形態では、一例として、図１〜５に示される回転電機１では、複数のコイル４が取り付けられたコア２が回転軸Ａｘ回りに回転し、複数の磁石５が取り付けられたヨーク３が固定されている。また、ヨーク３は、円筒状（円環状）に構成され、コア２の外周側（径方向の外側）を間隔をあけて囲っている（覆っている）。すなわち、本実施形態では、一例として、インナロータとしての可動部１０がコア２とコイル４とを含み、アウタステータとしての固定部１１がヨーク３と磁石５とを含んでいる。また、可動部１０は電機子であり、固定部１１は、界磁である。また、回転電機１は、直流ブラシモータである。コア２は、シャフト６に固定されている。シャフト６は、軸受（図示されず）を介して、ケース７に、回転軸Ａｘ回りに回転可能に支持されている。ヨーク３は、ケース７の一部を構成することができる。

本実施形態では、一例として、図２に示されるように、コア２は、円柱状の基部２ａと、当該基部２ａから径方向に沿って放射状に延びた複数のティース２１と、を有している。コア２は、軸方向からの視線での図２に示される形状で、当該軸方向（すなわち、図２の紙面と垂直な方向）に沿って所定の厚さ（高さ）を有している。コア２は、例えば、磁性材（例えば、鉄系材料等）の薄板が軸方向に積層されて構成されることができる。

コア２は、径方向の一方側（本実施形態では、一例として径方向の外側）に、回転軸Ａｘを中心とする円柱面（円筒面）状の面２ｂ（周面、側面、縁）を有する。そして、コア２の面２ｂには、径方向の他方側（本実施形態では、一例として径方向の内側）に向けて延びた複数のスロット２２（凹部、切欠、切込、開口部）が形成されている。複数のスロット２２は、いずれも同一の形状で、かつ一定のピッチ（間隔）で、設けられている。本実施形態では、一例として、２４個のスロット２２が、周方向に１５°（ｄｅｇ）おきに設けられている。スロット２２は、径方向の一方側（外側）の狭窄部２２ａ（スリット）と、その反対側（径方向の他方側（内側））の収容部２２ｂ（室）とを含んでいる。収容部２２ｂには、コイル４（の巻線４ａ（配線）、図１参照）が収容される。収容部２２ｂの幅は、狭窄部２２ａから離れるほど狭くなっている。収容部２２ｂは、軸方向からの視線では扇形状、二等辺三角形状、あるいは矢尻状の外観を呈している。

コア２には、複数のスロット２２間に、ティース２１が構成されている。ティース２１は、基部２ａから径方向の一方側（外側）に沿って延びたアーム部２１ａと、アーム部２１ａの先端側で周方向の両側に突出した突出部２１ｂと、を有している。すなわち、ティース２１は、Ｔ字状（ハンマー状）の外観を呈している。また、ティース２１は、周方向の一方側（本実施形態では、一例として時計回り方向側）の面２１ｃと、他方側（本実施形態では、一例として反時計回り方向側）の面２１ｄと、を有している。各スロット２２には、当該スロット２２の周方向の一方側のティース２１の周方向の他方側の面２１ｄと、当該スロット２２の周方向の他方側のティース２１の周方向の一方側の面２１ｃとが、臨んでいる。面２１ｃと面２１ｄとは、スロット２２を挟んで周方向に互いに対向している。また、コア２の軸方向の面２ｃ（端面）は、一例としては平面状に構成される。

また、図１に示されるように、巻線４ａ（配線）がティース２１に巻かれることで、コイル４が構成されている。本実施形態では、各コイル４は、所謂分布巻きの態様で、複数のティース２１に巻かれている。一例として、本実施形態では、各コイル４は、互いに隣接する三つのティース２１に、当該三つのティース２１を束ねた状態に巻かれている。各コイル４は、図５に示されるように、コア２の面２ｃ（端面）に沿う部分４ｂと、スロット２２内を軸方向に貫通する部分４ｃ（スロット２２内に位置された部分）とを有する。また、本実施形態では、複数のティース２１に巻かれたコイル４が、所謂重ね巻きの態様で、径方向に複数段に重ねられている。本実施形態では、一例として、三つのティース２１に巻かれたコイル４が、径方向に３段重ねられている。また、コイル４が巻かれる周方向の位置は、各段間で、一スロット２２ずつ（一ティース２１ずつ）周方向の一方側にずれている。

そして、本実施形態では、一例として、図５に示されるように、コア２とコイル４との間には、インシュレータ３０が設けられている。インシュレータ３０は、エポキシ樹脂等の絶縁性の材料で構成されている。すなわち、インシュレータ３０により、コア２とコイル４との間の絶縁性が向上されうる。インシュレータ３０は、一例としては、熱可塑性樹脂（合成樹脂材料）の射出成形等によって構成することができる。

インシュレータ３０は、図４，５に示されるように、各スロット２２内に位置された壁部３１を有する。壁部３１の形状は、スロット２２内を通過するコイル４（の部分４ｃ）の位置によって異なる。よって、本実施形態では、一例として、インシュレータ３０は、径方向の長さ（幅、Ｌａ〜Ｌｃ、Ｌａ＞Ｌｂ＞Ｌｃ）が異なる三種類の壁部３１（３１Ａ〜３１Ｃ）を有している。壁部３１Ａ〜３１Ｃは、軸方向からの視線では、Ｕ字状あるいはＶ字状の外観を呈している。また、壁部３１Ａ〜３１Ｃは、スロット２２内で、それぞれ、面２１ｃ，２１ｄに沿い厚さが異なる複数の部分３１ａ〜３１ｄを有している。

各壁部３１Ａ〜３１Ｃで、部分３１ａは、突出部２１ｂの周方向に位置されている。また、部分３１ｃは、コイル４のスロット２２内の部分４ｃとティース２１の面２１ｃ，２１ｄとの間に位置されている。この部分３１ｃのスロット２２内の径方向での位置は、各壁部３１Ａ〜３１Ｃで、コイル４の部分４ｃの位置に応じて異なっている。また、部分３１ｂは、部分３１ａと部分３１ｃとの間に介されている。部分３１ｂは、コイル４の部分４ｃでは覆われない。また、部分３１ｄは、面２１ｃと面２１ｄとの間で亘っている。すなわち、部分３１ｄにより、スロット２２に面した周方向一方側の面２１ｃを覆った部分３１ａ〜３１ｃと周方向他方側の面２１ｄを覆った部分３１ａ〜３１ｃとが接続されている。

ここで、本実施形態では、一例として、図５から明らかとなるように、コイル４の部分４ｃとティース２１の面２１ｃ，２１ｄとの間に位置された部分３１ｃの厚さｔは、当該部分３１ｃと繋がった他の部分３１ｂ，３１ｄの厚さより薄い。よって、本実施形態によれば、一例としては、コイル４が通る領域（コイル４の部分４ｃが存在する領域、巻線４ａ（配線）が通る本数）がより大きく確保されやすい。よって、本実施形態によれば、一例としては、コイル４の部分４ｃに面する壁部３１の部分３１ｃの厚さがより厚い場合に比べて、回転電機１の性能がより向上されやすい。なお、本実施形態では、一例として、部分３１ｂ，３１ｄの厚さは、部分３１ａの厚さより厚い。

回転電機１の小型化および軽量化には、一例として、多極化が有効である。これは、例えば、コイルエンドの軸方向への張り出しを減らしたり、ステータの磁石やヨークの薄型化したりしやすいからである。ここで、一例として、回転電機１が直流ブラシモータである場合、多極化に際しては、ブラシの寿命の短縮やノイズの増大の抑制のため、ティース２１（スロット２２）の数を増大して、スイッチング時の電気エネルギの変化をより小さくするのが望ましい。しかしながら、仮に、スロット２２内に設けられるインシュレータ３０の壁部３１の厚さがそのままでスロット２２の数が増大すると、当該スロット２２の数の増大に応じてスロット２２一つあたりの断面積（回転軸Ａｘと直交する面での断面積）はより小さくなるから、一つのスロット２２の断面積に対する壁部３１の断面積の比率が大きくなりやすい。そうすると、スロット２２内を貫通できる巻線４ａの本数（コイル４の断面積）が減りやすくなって、回転電機１の性能が低下しやすくなってしまう。かと言って、仮に、スロット２２内で壁部３１の厚さを全体的に薄くしてしまうと、例えば、インシュレータ３０を成形（構成）する際に壁部３１で不良が生じやすくなったり、壁部３１の剛性や強度が低くなってインシュレータ３０を組み付け難くなったりするなど、不都合な事態が生じる虞がある。この点、本実施形態では、一例として、壁部３１が、厚さが異なる複数の部分３１ａ〜３１ｄを有しているため、厚さがより厚い部分３１ｂ，３１ｄによって剛性や強度の低下が抑制されやすく（確保されやすく、増大されやすく）、かつ厚さがより薄い部分３１ｃによってコイル４の巻線４ａの数の低下が抑制されやすい（確保されやすい、増大されやすい）。すなわち、本実施形態によれば、一例としては、スロット２２内におけるコイル４が通る領域（巻線の本数）の確保（増大）とインシュレータ３０の剛性や強度とが、より両立されやすい。換言すれば、壁部３１に厚い部分３１ｂ，３１ｄを含めることによって、壁部３１に薄い部分３１ｃを含めやすい、あるいは、コイル４に接する（コイル４で覆われる）部分３１ｃの厚さがより薄く構成されやすい。本実施形態では、部分３１ｃが、第一の部分の一例であり、部分３１ｂ，３１ｄが、第二の部分の一例である。また、一例として、合成樹脂材料の射出成形等によってインシュレータ３０を構成する場合にあっては、より薄い部分３１ｃに対応した型内にはより厚い部分３１ｂ，３１ｄに対応した型内から樹脂が供給されるため、全体的に薄い構成に比べて成形不良等が生じ難いという利点がある。

また、本実施形態では、一例として、より厚い部分３１ｂ，３１ｄは、スロット２２内ではコイル４に接しない（コイル４で覆われない）。よって、本実施形態によれば、一例としては、部分３１ｂ，３１ｄの厚さを増大することによるデメリットは少ない。すなわち、本実施形態によれば、一例としては、スロット２２内のデッドスペース（コイル４が貫通しない領域）をより有効に利用して、壁部３１の所要の剛性や強度が確保あるいは増大されやすい。

また、本実施形態では、一例として、壁部３１の、より厚い部分３１ｂとより薄い部分３１ｃとの間には、段差３１ｅが設けられている。よって、本実施形態によれば、一例としては、巻線４ａがティース２１に巻き付けられる際などに、巻線４ａがスロット２２内で移動したり、スロット２２から抜け出したりするのが抑制されやすい。また、コア２に対するコイル４の移動も抑制されやすい。

また、段差３１ｅに設けられた、面２１ｃ，２１ｄから離れる方向に突出した突出部３１ｆの先端部は、曲面状に構成されている。よって、本実施形態によれば、一例としては、巻線４ａが巻き付けられる際に、突出部３１ｆ（段差３１ｅ）に引っ掛かるのが抑制されやすい。よって、一例としては、組み立て作業に手間を要したり、突出部３１ｆに引っ掛かった巻線４ａが損傷したりといった不都合な事態が生じにくい。

また、本実施形態では、一例として、図５に示されるように、より薄い部分３１ｃは、より厚い二つの部分３１ｂ，３１ｄの間に介されている。よって、本実施形態によれば、一例としては、より薄い部分３１ｃの片側のみにより厚い部分がある場合に比べて、壁部３１の剛性や強度の低下が抑制されやすい。また、成形不良等が生じ難い。

また、本実施形態では、一例として、図５に示されるように、より厚い部分３１ｄは、より薄い二つの部分３１ｃ，３１ｃの間に介されている。よって、本実施形態によれば、一例としては、部分３１ｄによって、二つの部分３１ｃ，３１ｃを補強することができる。よって、一例としては、部分３１ｄによって、壁部３１の剛性や強度の低下が抑制されやすい。また、二つのより薄い部分３１ｃ，３１ｃのそれぞれに二つのより厚い部分３１ｄを設けた場合に比べて、より少ない容積でより効率良く二つの部分３１ｃ，３１ｃの剛性の低さを補うことができる。

また、本実施形態では、一例として、図５に示されるように、コイル４がスロット２２の径方向の他方側（内側、奥側）に無いスロット２２に対応した壁部３１Ｂ，３１Ｃでは、部分３１ｄは、スロット２２の径方向の一方側の端部２２ｃと他方側の端部２２ｄとの間に位置され、スロット２２の周方向の一方側の面２１ｃと他方側の面２１ｄとの間で亘っている。よって、本実施形態によれば、一例としては、壁部３１がスロット２２の径方向の一方側の端部２２ｃと他方側の端部２２ｄとに亘って（径方向の他方側（内側、奥側）まで）構成された場合に比べて、インシュレータ３０の質量がより小さくなりやすい。よって、一例としては、インシュレータ３０を構成する材料の無駄が減りやすい。また、一例としては、インシュレータ３０をスロット２２に差し込んで取り付ける構成の場合、スロット２２に差し込む際の抵抗がより小さくなりやすい。

また、本実施形態では、一例として、図５に示されるように、壁部３１Ｂ，３１Ｃで、スロット２２の周方向の一方側の面２１ｃと他方側の面２１ｄとの間に亘った部分３１ｄの厚さは、部分３１ｃの厚さより厚い。よって、本実施形態によれば、一例としては、比較的厚さが確保されやすい位置にある部分３１ｄによって、より効率良く壁部３１の剛性や強度の低下が抑制されやすい。すなわち、本実施形態によれば、一例としては、スロット２２内のデッドスペースをより有効に利用して、壁部３１の所要の剛性や強度が確保あるいは増大されやすい。

また、本実施形態では、一例として、図５に示されるように、インシュレータ３０は、径方向の長さ（Ｌａ〜Ｌｃ、Ｌａ＞Ｌｂ＞Ｌｃ）が異なる複数の壁部３１Ａ〜３１Ｃを備えている。よって、本実施形態によれば、一例としては、全てのスロット２２にスロット２２の径方向の一方側の端部２２ｃと他方側の端部２２ｄとの間に亘る壁部３１が設けられた場合に比べて、インシュレータ３０の質量がより小さくなりやすい。また、一例としては、インシュレータ３０を構成する材料の無駄が減りやすい。また、一例としては、インシュレータ３０をスロット２２に差し込んで取り付ける構成の場合、スロット２２に差し込む際の抵抗がより小さくなりやすい。

また、本実施形態では、一例として、図４に示されるように、複数のスロット２２に対応する複数の壁部３１は、コア２の軸方向の面２ｃ（端面、図１参照）に沿った板状かつ円環状の壁部３２に接続（結合、一体化）されている。よって、本実施形態によれば、一例としては、複数の壁部３１がそれぞれ別個に設けられた場合に比べて、インシュレータ３０がより容易に取り扱われやすい。また、かかる構成の二つのインシュレータ３０を、コア２の軸方向の両側から差し込んで取り付けることができる。

以上、説明したように、本実施形態では、一例として、インシュレータ３０のスロット２２内に位置されてティース２１の周方向の面２１ｃ，２１ｄを覆う壁部３１が、厚さが異なる複数の部分３１ａ〜３１ｄを含んでいる。よって、本実施形態によれば、一例としては、スロット２２内におけるコイル４が通る領域（巻線４ａの本数）の確保（増大）とインシュレータ３０の剛性や強度とが、より両立されやすい。

＜変形例＞
図６に示される変形例では、一例として、壁部３１Ａが収容されているスロット２２Ａの径方向の長さＬｓａが、壁部３１Ｂ，３１Ｃが収容されている他のスロット２２の径方向の長さＬｓｂより長い。本変形例によれば、一例としては、一例としては、スロット２２Ａでは壁部３１Ａが径方向により長く構成されやすい。よって、一例としては、壁部３１Ａの部分３１ｄが、より厚くなりやすい。よって、一例としては、壁部３１Ａの剛性や強度の低下が抑制されやすい。なお、図６の変形例にかかる回転電機１Ａは、上述した点以外は、上記実施形態と同様の構成を備えている。よって、本変形例によっても、上記実施形態と同様の構成に基づく同様の結果（効果）が得られる。

以上、本発明の実施形態や変形例を例示したが、上記実施形態や変形例はあくまで一例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態や変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、組み合わせ、変更を行うことができる。また、各実施形態や変形例の構成や形状は、部分的に入れ替えて実施することも可能である。また、各構成や、形状、表示要素等のスペック（構造や、種類、方向、形状、大きさ、長さ、幅、厚さ、高さ、数、配置、位置、材質等）は、適宜に変更して実施することができる。上記実施形態や変形例では、回転電機が直流ブラシモータとして構成された場合を例示したが、本発明は上記実施形態や変形例には限定されず、分布巻きおよび重ね巻きのコイルが実装される構成であれば、本発明を適用することができる。また、ロータに限らず、ステータにコイルが実装される場合も適用することができるし、ティースが径方向の内側に突出する構成についても、本発明を適用することができる。また、本発明は、射出成形によって成形されたインシュレータとしての実施には限定されず、種々の製造方法で製造されたインシュレータとして実施することもできる。

１…回転電機、２…コア、２１…ティース、２１ｃ…面、２１ｄ…面、２２…スロット、２２ｃ，２２ｄ…端部、３０…インシュレータ、３１…壁部、３１Ａ…壁部、３１Ｂ，３１Ｃ…壁部、３１ａ…部分、３１ｂ…（第二の）部分、３１ｃ…（第一の）部分、３１ｄ…（第二の）部分（亘った部分）、３１ｅ…段差、４…コイル、４ａ…巻線。

Claims (9)

1. 回転軸の径方向に延びて前記回転軸の周方向の一方側および他方側の面を有して前記周方向に並んだ複数のティースを有し、当該複数のティース間にスロットが設けられたコアと、
   複数の前記ティースに巻かれた巻線で構成された複数のコイルと、
   前記スロット内に位置され厚さが異なる複数の部分を含み少なくとも一部が前記面を覆う壁部を有し、前記コアと前記コイルとの間に介されたインシュレータと、
   を備え、
   前記壁部は、前記面と前記コイルの前記スロット内に位置された部分との間に位置され前記巻線が巻かれた第一の部分と、当該第一の部分よりも厚く前記巻線が巻かれない第二の部分と、を有した、回転電機。
2. 前記壁部の、前記第一の部分と前記第二の部分との間に、段差が設けられた、請求項１に記載の回転電機。
3. 前記壁部は、二つの前記第二の部分の間に介された前記第一の部分を有した、請求項１または２に記載の回転電機。
4. 前記壁部は、二つの前記第一の部分の間に介された前記第二の部分を有した、請求項１〜３のうちいずれか一つに記載の回転電機。
5. 前記壁部は、前記スロットの前記径方向の一方側の端部と他方側の端部との間に位置され前記スロットの前記周方向の一方側の前記面と他方側の前記面との間で亘った部分を有した、請求項１〜４のうちいずれか一つに記載の回転電機。
6. 前記スロットの前記周方向の一方側の前記面と他方側の前記面との間で亘った部分は、前記第二の部分である、請求項１〜５のうちいずれか一つに記載の回転電機。
7. 前記スロットとしての第一のスロット内に位置され、その前記径方向の長さが第一の長さである第一の前記壁部と、
   前記スロットとしての第二のスロット内に位置され、その前記径方向の長さが第一の長さより短い第二の前記壁部と、
   を備えた、請求項１〜６のうちいずれか一つに記載の回転電機。
8. 前記第一のスロットの前記径方向の長さが、前記第二のスロットの前記径方向の長さより長い、請求項７に記載の回転電機。
9. 請求項１〜８のうちいずれか一つに記載の回転電機で用いられ、前記壁部を備えたインシュレータ。

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