JPWO2015140970A1 - 回転電機及び回転電機の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(1−1.回転電機の概略構成)
図1及び図2を用いて、第1実施形態に係る回転電機の概略構成について説明する。図1及び図2に示すように、本実施形態の回転電機10は、固定子30と、固定子30の内側に配置された回転子50とを備え、軸方向長さを短縮した扁平なインナーロータ型のモータである。この回転電機10は、後述の図11に示すように、例えば産業用ロボットの関節部7を駆動するモータ11等に使用される。
回転子50は、固定子30と径方向に磁気的間隙を空けて、シャフト51の外周側に設けられている。回転子50は、周方向に配置された複数の永久磁石58と、永久磁石58の径方向外側及び径方向内側を挟むように配置された外側の回転子鉄心52及び内側の回転子鉄心53とを備える。複数の永久磁石58は、軸方向から見て実質的にV字状に配置された1対の永久磁石58が複数対(この例では16対)、周方向に沿うように配列されている。複数対の永久磁石58は、各対の永久磁石58の互いに向かい合う側の磁極同士が同極のN極又はS極となり、かつそのN極同士、S極同士の磁極が周方向に交互に繰り返されるように配置されている。永久磁石58、外側の回転子鉄心52、及び内側の回転子鉄心53は、ボルト57によってシャフト51に固定された円環状の大径の負荷側プレート55と、該第1プレート55の反負荷側に配置された狭幅の円環状の反負荷側プレート56との間に挟持される。そして、永久磁石58及び回転子鉄心52,53は、回転子鉄心52,53の各々を貫通して負荷側プレート55及び反負荷側プレート56を結合したボルト54によって一体に固定され、負荷側プレート55を介してシャフト51に支持されている。
固定子30は、ヨーク部31から径方向内側に突出したティース部33を有するとともに、フレーム部41aの内周面に周方向に配置されて環状に連結された複数(この例では18個)の固定子鉄心32と、ティース部33に装着された複数(この例では18個)の空芯コイル20(固定子コイルの一例に相当)とを備えている。隣り合うティース部33,33間にはスロット34が形成され、ティース部33に装着された空芯コイル20は、周方向両側部がスロット34内に装着される。空芯コイル20の巻き始め側のリード端部21、巻き終り側のリード端部22は、空芯コイル20の反負荷側から径方向外側に引き出されて結線部39で結線され、外部の給電ケーブル8と接続される。
図4(b)に示すように、空芯コイル20は、径方向内側(図4(b)中右側)及び径方向外側(図4(b)中左側)に実質的に円筒形状の一部を構成する曲面状となる端面28及び端面29をそれぞれ備えている。また、空芯コイル20は、周方向両側(図4(b)中上側及び下側)に実質的に平面状となる端面25,25をそれぞれ備えている。また、空芯コイル20は、図4(c)に示すように、軸方向両側の負荷側、反負荷側に実質的に平面状となる端面23及び端面24をそれぞれ備えている。これら端面23及び端面24は、いずれも回転子50の回転軸心AX(図1参照)に垂直な面方向の端面となっている。
図5に示すように、空芯コイル20を形成する巻線17は、周方向両側(図5中左右両側)と軸方向両側(図5中紙面の奥側及び手前側)の4つの平面部13において整列配置されている。巻線17の巻き位置の移動は、空芯コイル20の軸方向のいずれか一方側の2つの角部、本実施形態では反負荷側(図5中紙面の手前側)の両側の角部18のみで行われる。
空芯コイル20は、巻線17を定位置に巻回できるような形状の巻き治具80に巻回された後、平坦な型に装着されて加圧成形される。図7(a)、図7(b)及び図7(c)に示すように、巻き治具80は、空芯コイル20の内側の巻き治具本体87と、巻き治具本体87の径方向両側(図7(a)中左右両側)にはめ合わされた径方向内側治具85及び径方向外側治具86とを備えている。この例では、図7(b)に示すように、巻き治具本体87は、負荷側治具81、反負荷側治具82、周方向右側治具83、及び周方向左側治具84の4つの組み合わせで構成されている。
上述のように、巻き治具80に巻線17を巻回して未成形の空芯コイル20を形成した後、空芯コイル20の径方向内側及び外側の端面を円筒形状の一部を構成する曲面状のプレス治具で加圧成形し、空芯コイル20の周方向両側及び軸方向両側の端面を平面状のプレス治具で加圧成形する。この空芯コイル20の加圧成形について図8及び図9を用いて説明する。
加圧成形後の空芯コイル20の各巻線17の断面の様子を図10に示す。巻線17は、導体15をエナメル等の絶縁被膜16で被覆した構造である。導体15は、例えば銅又はアルミ等からなる。なお、導体15にアルミを用いた場合には、空芯コイル20を軽量化でき、固定子30、ひいては回転電機10を軽量化できる。各巻線17は、加圧成形により丸形の断面が塑性変形した形状(例えば略矩形や略多角形等)となっている。図中の符号Pは、ダイ72の成形面70bや横パンチ74の成形面を表しており、加圧成形により空芯コイル20の端面が実質的に平面状に形成されている。これにより、占積率を高めつつ、各端面を所望の形状とした空芯コイル20を実現できる。
例えば産業用ロボットの関節部の駆動に使用するモータには、関節部の肥大化を防ぐためにモータを扁平形状に構成したい要望がある。図11に産業用ロボットの関節部の一例を示す。産業用ロボットの関節部7では、元アーム9と、先アーム12との間をモータ11で連結して、モータ11により関節部7を駆動し、元アーム9に対し先アーム12の回動動作を行わせている。
以上説明したように、第1実施形態の回転電機10は、ティース部33を備えた固定子鉄心32と、ティース部33に装着され、径方向内側及び外側に実質的に円筒形状の一部を構成する曲面状となる端面28,29を備えると共に周方向両側に実質的に平面状となる端面25,25及び軸方向両側に実質的に平面状となる端面23,24を備えた空芯コイル20と、を有する。
図12乃至図14を用いて、第2実施形態について説明する。
図12に、第2実施形態に係る回転電機10Aの概略構成を示す。回転電機10Aは、固定子30Aの構成が第1実施形態の回転電機10における固定子30と異なる。回転電機10Aのその他の構成は第1実施形態の回転電機10と同様である。図12において図10と同様な要素については同一の符号を付して適宜説明を省略又は簡略化する。
なお、空芯コイル20Aを、第1実施形態で説明した空芯コイル20のように、巻き始め側のリード端部21を第1層目のコイルエンド部27の径方向外側に引き出す構成とした場合、環状鉄心35に干渉する可能性があることから、環状鉄心35に干渉しないようなリード端部の設け方を工夫する必要がある。
以上説明した第2実施形態によれば、リード端部21A,22Aの両方を最外層より引き出した、いわゆるα巻き方式の空芯コイル20Aを実現できる。この場合、両方のリード端部21A,22Aをコイルエンド部27の軸方向外側位置で引き出すことができるので、固定子鉄心32Aのヨーク部31Aの軸方向寸法をティース部33よりも大きくした場合でも、リード端部21A,22Aとヨーク部31Aとの干渉を防止できる。
以上では、回転電機10,10Aがモータである場合を一例として説明したが、本実施形態は、回転電機10,10Aが発電機である場合にも適用することができる。
13 平面部
17 巻線
18 角部
19 角部
20,20A 空芯コイル(固定子コイル)
21 リード端部
21A リード端部
22 リード端部
22A リード端部
23,24 端面
25 端面
26 スロット装着部
27 コイルエンド部
28 端面
29 端面
30,30A 固定子
31A ヨーク部
32,32A 固定子鉄心
33 ティース部
36 絶縁体
38 モールド樹脂部
39 結線部
41 負荷側ブラケット(筐体)
42 反負荷側ブラケット(筐体)
50 回転子
72 ダイ(プレス治具)
73 上パンチ(プレス治具)
74 横パンチ(プレス治具)
Claims (14)
- 回転子及び固定子を有する回転電機であって、
ティース部を備えた固定子鉄心と、
前記ティース部に装着され、径方向内側及び外側に実質的に円筒形状の一部を構成する曲面状となる端面を備えると共に周方向両側及び軸方向両側に実質的に平面状となる端面を備えた空芯コイルと、
を有することを特徴とする回転電機。 - 前記空芯コイルは、
軸方向両側に前記回転子の回転軸心に垂直な面方向の前記端面を備える
ことを特徴とする請求項1に記載の回転電機。 - 前記空芯コイルは、
スロット装着部及びコイルエンド部を備え、
前記スロット装着部の周方向の断面形状が実質的に径方向外側ほど寸法が大きくなる扇形であり、前記コイルエンド部の軸方向の断面形状が実質的に長方形である
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の回転電機。 - 前記空芯コイルは、
前記スロット装着部及び前記コイルエンド部における各巻線の断面形状が、丸形が加圧成形により塑性変形した形状を含むように構成される
ことを特徴とする請求項3に記載の回転電機。 - 前記空芯コイルは、
周方向両側及び軸方向両側に位置する4つの平面部と、
前記平面部の各々の間に位置する4つの角部と、を備え、
前記平面部において巻線が整列に配置され、前記4つの角部のうちいずれか2つの角部において巻き位置の移動が行われるように、前記巻線が巻回されて構成される
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の回転電機。 - 前記空芯コイルは、
前記巻線の巻き位置の移動が行われる前記2つの角部の曲率半径が、前記巻線の巻き位置の移動が行われない他の2つの角部の曲率半径よりも大きくなるように構成される
ことを特徴とする請求項5に記載の回転電機。 - 前記空芯コイルは、
軸方向一方側の2つの前記角部又は軸方向他方側の2つの前記角部よりコイルエンド部の径方向外側又は内側に向けて引き出された2つのリード端部を有する
ことを特徴とする請求項5又は6に記載の回転電機。 - 巻き始め側の前記リード端部は、
軸方向一方側の一方の角部において径方向外側の第1層目より引き出され、
巻き終わり側の前記リード端部は、
軸方向一方側の他方の角部においてコイル最外層より引き出される
ことを特徴とする請求項7に記載の回転電機。 - 巻き始め側の前記リード端部は、
軸方向一方側の一方の角部において径方向内側のコイル最外層より引き出され、
巻き終わり側の前記リード端部は、
軸方向一方側の他方の角部においてコイル最外層より引き出される
ことを特徴とする請求項7に記載の回転電機。 - 前記空芯コイルの軸方向両側の前記端面と筐体との間に密着して配置された絶縁体をさらに有する
ことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の回転電機。 - 固定子鉄心、前記空芯コイル、及び前記絶縁体を一体に成形したモールド樹脂部をさらに有する
ことを特徴とする請求項10に記載の回転電機。 - 前記空芯コイルのコイルエンド部の径方向外側又は内側に配置され、前記空芯コイルのリード端部を結線する結線部をさらに有する
ことを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の回転電機。 - 前記固定子は、
ティース部及び前記ティース部よりも軸方向寸法が大きいヨーク部を備えた固定子鉄心を有する
ことを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1項に記載の回転電機。 - 回転子及び固定子を有する回転電機の製造方法であって、
固定子コイルの線材を巻き治具に巻回することと、
巻回により形成された空芯コイルの径方向内側及び外側の端面を円筒形状の一部を構成する曲面状のプレス治具で加圧成形することと、
前記空芯コイルの周方向両側及び軸方向両側の端面を平面状のプレス治具で加圧成形することと、
を有することを特徴とする回転電機の製造方法。
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