(57)【要約】【課題】材料歩留まりがよく、容易に製造可能であると共に、回転電機のコギングトルクあるいはトルクリップルを低減することのできる電機子および回転電機を得る。【解決手段】電機子５０、５０ａは、複数個の鉄心ブロック１０Ｂ、１０Ｂａを連結させて環状に構成する鉄心１０、１０ａと、鉄心１０、１０ａのティース部１ｂに巻線が巻回されて構成されるコイル２、２ａとを備える。コイル２、２ａは、複数の巻線群２Ｇ、２Ｇａにより構成され、少なくともひとつの巻線群２Ｇ、２Ｇａが、隣接する鉄心ブロック１０Ｂ、１０Ｂａ間を跨いで、隣接する鉄心ブロック１０Ｂ、１０Ｂａのそれぞれのティース部１ｂに巻線を巻回して形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヨーク部と複数のティース部とを有する鉄心ブロックを複数有し、該鉄心ブロックの周方向端部を互いに連結させて環状に構成する鉄心と、
前記鉄心の前記ティース部に巻線が巻回されて構成されるコイルとを備えた電機子において、
前記コイルは、複数の巻線群により構成され、
少なくともひとつの前記巻線群が、隣接する前記鉄心ブロック間を跨いで、前記隣接する鉄心ブロックのそれぞれの前記ティース部に前記巻線を巻回して形成される電機子。
【請求項２】
前記巻線群の前記巻線を巻回する前記ティース部の数は、１つの前記鉄心ブロックの前記ティース部の数より多い請求項１に記載の電機子。
【請求項３】
全ての前記巻線群が、隣接する前記鉄心ブロック間を跨いで形成される請求項１または請求項２に記載の電機子。
【請求項４】
前記鉄心ブロックは、複数の分割鉄心片が周方向端部を互いに連結されて構成されている請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電機子。
【請求項５】
各前記分割鉄心片は、前記周方向端部において回動可能に連結されている請求項４に記載の電機子。
【請求項６】
前記鉄心ブロックは、複数の電磁鋼板を積層して構成される請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電機子。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電機子を、固定子または回転子として用いる回転電機。
【請求項８】
前記回転電機は、エレベータ用巻上げモータである請求項７に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コギングトルクあるいはトルクリップルが低減された電機子および回転電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回転電機の電機子を製造する際に、電機子に用いられる鉄心の材料歩留まりを向上させると共に、製造工程における鉄心の取り扱いを容易にするために、以下のような鉄心を用いた電機子とその電機子を用いた回転電機が開示されている。
【０００３】
薄板磁性鋼板を、プレス打ち抜き装置に挿入して、プレス打ち抜きにより鉄心部材を複数枚形成する。次いで、これら鉄心部材を所定の枚数積層して、例えば抜きかしめ、リベット、溶接等で一体化することにより、積層鉄心を４個形成し分割鉄心が完成する。各分割鉄心は、内周面に９個ずつ突出して形成された磁極ティースを有する。
各分割鉄心にそれぞれ各相の固定子巻線を施して、固定子モジュールを構成する。Ｕ相固定子巻線、Ｖ相固定子巻線、Ｗ相固定子巻線は、各分割鉄心の各９個の磁極ティースを３個ずつを１組とした３組にし、巻回された各Ｕ、Ｖ、Ｗ相の固定子巻線である。
【０００４】
この固定子モジュールを４個組み合わせるとともに、各相の固定子巻線の両端を、各相端子Ｕ、Ｖ、Ｗの電源線および中性点へ接続するリード線とそれぞれ接続する。そして最後に、各固定子モジュール同士を例えば溶接等で固定一体化することにより固定子の組立が完了する（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２０１４６２号公報（第７頁、段落［００４３］〜［００４６］、図６、図７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般的に、複数の分割鉄心を繋いで環状に構成される鉄心は、分割鉄心の端部の繋ぎ目における強度が弱く、それに起因する歪みが鉄心の内周部に生じる。特に、各分割鉄心を溶接などにより接合した場合では、溶接部分においてこのような歪みが顕著に生じる。この場合、分割鉄心の端部のスロット開口幅が、それ以外の部分のスロット開口幅に比べて小さくなる現象が見られる。
【０００７】
また、電磁鋼板から分割鉄心を製作する場合では、電磁鋼板の面方向の磁気特性が分割鉄心毎に一様ではなくなる。これは、一般に方向性電磁鋼板と呼ばれるもののみならず、無方向性電磁鋼板と呼ばれるものを用いた場合においても同様である。
【０００８】
このような分割鉄心間の繋ぎ目による固定子の歪みや、分割鉄心毎の磁気特性の不一様性に起因して、回転電機のコギングトルクあるいはトルクリップルが発生することが知られている。
【０００９】
特許文献１に記載の固定子は、４つの分割鉄心と、この分割鉄心に巻回される４つのコイル巻線群とを備える。各コイル巻線群は１つの分割鉄心のみに巻回されて形成されたものであり、各コイル巻線群の両端部の周方向位置と、各分割鉄心の両端部の周方向位置とが一致している。この場合、上述したような各分割鉄心間の繋ぎ目に起因する固定子の歪の周期、あるいは各分割鉄心毎の磁気特性の不一様性に起因する歪みの周期と、このコイル巻線群により発生する磁界の周期とが合致する。その結果、回転電機のコギングトルクあるいはトルクリップルが増加するという問題点があった。
【００１０】
本発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、材料歩留まりがよく、容易に製造可能であると共に、回転電機のコギングトルクあるいはトルクリップルを低減することのできる電機子および回転電機の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る電機子は、
ヨーク部と複数のティース部とを有する鉄心ブロックを複数有し、該鉄心ブロックの周方向端部を互いに連結させて環状に構成する鉄心と、
前記鉄心の前記ティース部に巻線が巻回されて構成されるコイルとを備えた電機子において、
前記コイルは、複数の巻線群により構成され、
少なくともひとつの前記巻線群が、隣接する前記鉄心ブロック間を跨いで、前記隣接する鉄心ブロックのそれぞれの前記ティース部に前記巻線を巻回して形成されるものである。
【００１２】
本発明に係る回転電機は、上記に示した電機子を、固定子または回転子として用いるものである。
【発明の効果】
【００１３】
この発明に係る電機子および回転電機によれば、回転電機のコギングトルクあるいはトルクリップルを低減することができると共に、材料歩留に優れ、容易に製造可能である。
これにより、信頼性が高く、且つ、低コストで生産性の高い電機子および回転電機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１によるモータを示す概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１によるモータにおける固定子の鉄心を、鉄心ブロック毎に分解して示す概略構成図である。
【図３】本発明の実施の形態１による鉄心ブロックを示す平面図である。
【図４】本発明の実施の形態１による鉄心ブロックの一部拡大平面図である。
【図５】本発明の実施の形態１による鉄心ブロックの断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１による固定子を構成するコイルの結線状態を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１による他の構成のモータを示す概略構成図である。
【図８】本発明の実施の形態１によるモータにおける固定子の鉄心を、鉄心ブロック毎に分解して示す概略構成図である。
【図９】本発明の実施の形態１による他の構成の固定子を構成するコイルの結線状態を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態２による鉄心ブロックを示す平面図である。
【図１１】本発明の実施の形態２によるモータにおける固定子の鉄心を、鉄心ブロック毎に分解して示す概略構成図である。
【図１２】本発明の実施の形態２による固定子を構成するコイルの結線状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１による電機子および回転電機について図を用いて説明する。
図１は、本発明の実施の形態１によるモータ１００を示す概略構成図である。
本実施の形態で用いる回転電機としてのモータ１００は、主にエレベータの巻き上げ機の駆動用モータとして用いられる。
【００１６】
モータ１００は、円筒状の内周部を有する電機子としての固定子５０と、固定子５０の円筒状の内周側に回転可能に配置された回転子５１とを備える。
固定子５０は、鉄心１０と、この鉄心１０に巻線が巻回されて形成されたコイル２とを備える。また、回転子５１は、Ｎ極／Ｓ極の複数の永久磁石５２をその外周に備える。
回転子５１の磁極数Ｑは６０極（磁極対数Ｐ＝１０）であり、固定子５０のティース（あるいはスロット）の数Ｚは７２である。このように本実施の形態で用いるモータ１００は、電気設計的には従来にも同様のものが存在する。
なお、上記に示す磁極数Ｑ、ティースの数Ｚは一例であり、上記の構成に限定されるものではない。
【００１７】
図２は、本発明の実施の形態１によるモータ１００における固定子５０の鉄心１０を、鉄心１０を構成する鉄心ブロック１０Ｂ毎に分解して示す概略構成図である。
図３は、本発明の実施の形態１による鉄心ブロック１０Ｂを示す平面図である。
図４は、図３に示す鉄心ブロック１０Ｂの点線部内を拡大した平面図である。
図５は、図３のＤ−Ｄ線における断面図である。
【００１８】
固定子５０の鉄心１０は、図２に示すように、８個の鉄心ブロック１０Ｂから構成されている。そして、この各鉄心ブロック１０Ｂの周方向端部を互いに連結させることにより円環状に構成される。
各鉄心ブロック１０Ｂは、図３に示すように、固定子５０の周方向に延びるヨーク部１ａと、ヨーク部１ａから固定子５０の径方向内側に突出する９個のティース部１ｂとを有する。
本実施の形態で用いる鉄心ブロック１０Ｂは、図３〜図５に示すように、ヨーク部１ａとティース部１ｂとを有し、電磁鋼板から成る分割鉄心片１を９個帯状に連結し、この連結された分割鉄心片１を軸方向に積層することで構成されている。
【００１９】
図４、図５に示すように、各分割鉄心片１のヨーク部１ａの周方向両端部は、凸部３ａと凹部３ｂとから成る連結部３を有する。この凸部３ａを凹部３ｂに差し込むことにより、分割鉄心片１の周方向端部が互い違いに重ね合わされる。こうして、隣接する分割鉄心片１同士が周方向端部において互いに連結されると共に、分割鉄心片１が積層方向に対しても連結される。このように連結部３を介して分割鉄心片１を連結することによって、隣接する分割鉄心片１は、周方向端部の連結部３において互いに回動可能である。そのため、鉄心ブロック１０Ｂを直線状あるいは逆反り状に展開することができる。これにより、巻線の巻回時において鉄心ブロック１０Ｂのティース部１ｂ間の間隔が広がった状態で、各ティース部１ｂに巻線を集中巻きにて巻回することができる。よって、巻線の巻回が容易になると共に、コイル２の占積率も向上する。
なお、連結部３は、隣接する分割鉄心片１同士を互いに回動可能に連結するものであればどのような構成でもよく、上記の構成に限るものではない。
【００２０】
図６は、固定子５０を構成するコイル２の結線状態を示す図である。
図６においては、コイル２の結線状態の理解を容易にするために、鉄心１０を鉄心ブロック１０Ｂ毎に分解して示している。
固定子５０を構成するコイル２は、６つの巻線群２Ｇにより構成されている。
各巻線群２Ｇは、同相、且つ同極性の巻線を、隣接する２つのティース部１ｂに連続して集中巻きより巻回することで形成されている。本実施の形態における各巻線群２Ｇの各相コイル２の並び順と極性（以降、巻線パターンと称す）は、時計回りに、Ｕ、−Ｗ、Ｖ、−Ｕ、Ｗ、−Ｖとなっている。Ｕ、Ｖ、Ｗは三相交流の各相を表し、正負で示す各相の極性は、コイル２の巻き方向、即ち電流の流れる方向を表す。例えば、ある瞬間においてＵと表示されたコイル２がＮ極に励磁されているとき、−Ｕと表示された別のコイル２はＳ極に励磁されていることを示す。
【００２１】
なお、同相、且つ同極性の巻線を、２つのティース部１ｂに連続して巻回する際に、巻回対象の２つのティース部１ｂが、隣接する２つの鉄心ブロック１０Ｂにそれぞれ分かれて備えられている箇所では、図に示す渡り線Ａを介して巻線を巻回する。本実施の形態では、Ｗ相の巻線が渡り線Ａを介して隣接する鉄心ブロック１０Ｂのティース部１ｂに連続して巻回されている。
【００２２】
固定子５０を製造する際は、まず、８個の鉄心ブロック１０Ｂの各ティース部１ｂに巻線を集中巻きにて巻回する。そして、巻線が巻回された状態の８個の鉄心ブロック１０Ｂの周方向端部を図示しないフレームに焼きばめなどの手段を用いて固定する。そして、各巻線群２Ｇの結線を、カシメ、ヒュージング、はんだ付け等で行って、固定子５０を製造する。
【００２３】
このように、鉄心１０は、８個の鉄心ブロック１０Ｂに分割されているため、ティース部１ｂに巻線を巻回する作業が容易である。また、鉄心１０に用いる材料の高い歩留まりも維持できる。
なお、図６においては、理解を容易にするために、鉄心ブロック１０Ｂ間の距離を実際より長く示しているが、実際の巻線巻回時では、鉄心ブロック１０Ｂ間の距離が短くなるように鉄心ブロック１０Ｂを配置する。そのため、渡り線Ａの長さは短く、各鉄心ブロック１０Ｂを連結した際にも渡り線Ａが撚れたりすることはない。
【００２４】
このように、各巻線群２Ｇは、隣接する２つの鉄心ブロック１０Ｂ間を跨いで、隣接する鉄心ブロック１０Ｂのティース部１ｂに巻回されている。これにより、各鉄心ブロック１０Ｂ間の繋ぎ目や、各鉄心ブロック１０Ｂ毎の磁気特性の不一様性に起因するコギングトルクあるいはトルクリップルの周期と、固定子５０に巻線群２Ｇが巻回されることで発生する磁界の周期とをずらすことができる。こうして、モータ１００のコギングトルクあるいはトルクリップルを低減することができる。
【００２５】
発明者は、従来のモータと、上記モータ１００とを用いて、発生するコギングトルク、トルクリップルの測定比較実験を行った。結果、本実施の形態のモータ１００は、従来のモータに比較して約０．４％のコギングトルク、トルクリップルの低減が確認された。
【００２６】
以下、本発明の実施の形態１に係る他の構成のモータ１００ａについて説明する。上記に示したモータ１００と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。
図７は、本発明の実施の形態１による他の構成のモータ１００ａを示す概略構成図である。
図８は、本発明の実施の形態１によるモータ１００ａにおける固定子５０ａの鉄心１０ａを、鉄心１０ａを構成する鉄心ブロック１０Ｂａ毎に分解して示す概略構成図である。
【００２７】
モータ１００ａの回転子５１ａの磁極数Ｑは３２極、固定子５０ａのティース（あるいはスロット）の数Ｚは３６であり、電気設計的には従来にも同様のものが存在する。また、固定子５０ａの鉄心１０ａは、９個の鉄心ブロック１０Ｂａから構成されている。また、各鉄心ブロック１０Ｂａが備えるティース部１ｂの数は４個である。
なお、上記に示す磁極数Ｑ、ティースの数Ｚは一例であり、上記の構成に限定されるものではない。
【００２８】
図９は、固定子５０ａを構成するコイル２ａの結線状態を示す図である。
固定子５０ａを構成するコイル２ａは、４つの巻線群２Ｇａにより構成されている。
各巻線群２Ｇａは、同相の巻線を、隣接する３つのティース部１ｂに連続して集中巻きにより巻回して形成されており、巻線パターンは、時計回りに、Ｕ、−Ｕ、Ｕ、Ｖ、−Ｖ、Ｖ、Ｗ、−Ｗ、Ｗとなっている。
なお、同相の巻線を３つのティース部１ｂに連続して巻回する際に、巻回対象の３つのティース部１ｂが、隣接する鉄心ブロック１０Ｂに分かれて備えられている場合では、渡り線Ａを介して巻線を巻回する。
【００２９】
図に示すように、全ての巻線群２Ｇａが、隣接する３つの鉄心ブロック１０Ｂａ間を跨ぐように、隣接する鉄心ブロックの１０Ｂａのそれぞれのティース部１ｂに巻回されている。このように、磁極数Ｑ、ティース部１ｂの数、巻線パターン等が、前述したモータ１００異なる場合でも、各巻線群２Ｇａが、隣接する鉄心ブロック１０Ｂａ間を跨いで、隣接する鉄心ブロックの１０Ｂａのティース部１ｂに巻回されていれば、各鉄心ブロック１０Ｂ間の繋ぎ目や、各鉄心ブロック１０Ｂ毎の磁気特性の不一様性に起因するコギングトルクあるいはトルクリップルの周期と、固定子に巻回することで発生する磁界の周期をずらすことができる。そのため、モータ１００ａのコギングトルクあるいはトルクリップルの増加を抑えることができる。
【００３０】
上記のように構成された本実施の形態の固定子５０、５０ａ、モータ１００、１００ａによると、巻線群２Ｇ、２Ｇａが、隣接する鉄心ブロック１０Ｂ、１０Ｂａ間を跨ぐように、隣接する鉄心ブロック１０Ｂ、１０Ｂａのそれぞれのティース部１ｂに巻回されている。そのため、モータ１００、１００ａのコギングトルクあるいはトルクリップルを低減することができる。
また、複数の鉄心ブロック１０Ｂ、１０Ｂａを用いて鉄心１０、１０ａを形成するため、鉄心１０、１０ａの材料歩留まりに優れ、また、製造工程も容易である。
これにより、低コストで高生産性の固定子５０、５０ａおよびモータ１００、１００ａを維持しつつ、モータ１００、１００ａの信頼性を向上することができる。
【００３１】
なお、本実施の形態では、１つの巻線群２Ｇ、２Ｇａが巻線を巻回するティース部１ｂの数は、１つの鉄心ブロック１０Ｂ、１０Ｂａが備えるティース部１ｂの数より多くなるように構成したが、この構成に限るものではなく、巻線群２Ｇ、２Ｇａの幅が鉄心ブロック１０Ｂの幅以下になるように構成してもよい。この場合、隣接する鉄心ブロック１０Ｂ、１０Ｂａ間を跨いで巻線が巻回されるように、各鉄心ブロック１０Ｂ、１０Ｂａに対する巻線群２Ｇ、２Ｇａの巻回位置を調節するとよい。
【００３２】
また、上記では、全ての巻線群２Ｇ、２Ｇａが隣接する鉄心ブロック１０Ｂ、１０Ｂａ間を跨ぐ構成となっていたが、これに限るものではない。少なくとも一つの巻線群２Ｇ、２Ｇａが鉄心ブロック１０Ｂ、１０Ｂａ間を跨ぐ構成であればよい。
【００３３】
また、上記では電機子として固定子５０、５０ａを用いて説明したが、電機子としての回転子に本実施の形態の発明を適用させることも可能である。
またモータ１００、１００ａは、エレベータの巻き上げ機の駆動用モータ以外に用いることも可能である。
また、鉄心ブロック１０Ｂは、電磁鋼板を積層する構成のものに限るものではなく、電磁鋼板を積層する必要のない厚みのあるブロック状の部材を用いてもよい。
【００３４】
実施の形態２．
以下、本発明の実施の形態２を、上記実施の形態１と異なる箇所を中心に図を用いて説明する。上記実施の形態１と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。
図１０は、本発明の実施の形態２による鉄心ブロック２１０Ｂを示す平面図である。
図１１は、本発明の実施の形態２によるモータ２００における固定子の鉄心２１０を、鉄心２１０を構成する鉄心ブロック２１０Ｂ毎に分解して示す概略構成図である。
【００３５】
図１２は、固定子２５０を構成するコイル２の結線状態を示す図である。
実施の形態１の鉄心ブロック１０Ｂ、１０Ｂａは、複数の分割鉄心片１を帯状に連結し、この連結された分割鉄心片１を軸方向に積層することで構成されていた。本実施の形態の鉄心ブロック２１０Ｂは、ヨーク部２０１ａが予め一体に形成された円弧状の電磁鋼板を積層して構成されている。図１１、図１２に示すように、固定子２５０のその他の構成は実施の形態１の固定子５０と同じであり、全ての巻線群２Ｇが、隣接する鉄心ブロック２１０Ｂ間を跨ぐように、隣接する鉄心ブロックの２１０Ｂのそれぞれのティース部１ｂに巻回されている。
【００３６】
上記のように構成された本実施の形態の固定子２５０、モータ２００によると、巻線群２Ｇが、隣接する鉄心ブロック２１０Ｂ間を跨ぐように、隣接する鉄心ブロック２１０Ｂのそれぞれのティース部１ｂに巻回されている。これにより、上記実施の形態１と同様の効果を奏し、これにより、各鉄心ブロック２１０Ｂ間の繋ぎ目や、鉄心ブロック２１０Ｂ毎の磁気特性の不一様性とに起因するコギングトルクあるいはトルクリップルの周期と、固定子２５０に巻線群２Ｇが巻回されることで発生する磁界の周期とをずらすことができる。よって、モータ２００のコギングトルクあるいはトルクリップルを低減することができる。
【００３７】
また、複数の鉄心ブロック２１０Ｂを用いて鉄心２１０を形成するため、鉄心２１０の材料歩留まりがよく、また、製造工程を容易である。
これにより、低コストで高生産性の固定子５０、５０ａおよびモータ１００、１００ａを維持しつつ、モータ１００、１００ａの信頼性を向上することができる。
【００３８】
さらに、鉄心ブロック２１０Ｂのヨーク部２０１ａが一体となっているため、鉄心ブロック２１０Ｂの剛性が高く、その歪みの絶対値が小さい。そのため、鉄心２１０の真円度が高くなり、モータ２００のコギングトルクあるいはトルクリップルを更に低減することが可能になる。
【００３９】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１  分割鉄心片、１ａ，２０１ａ  ヨーク部、１ｂ  ティース部、２，２ａ  コイル、２Ｇ，２Ｇａ  巻線群、１０，１０ａ  鉄心、
１０Ｂ，１０Ｂａ，２１０Ｂ  鉄心ブロック、
５０，５０ａ，２５０  固定子（電機子）、
１００，１００ａ，２００  モータ（回転電機）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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