(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024150905
(43)【公開日】2024-10-24
(54)【発明の名称】回転電機
(51)【国際特許分類】
H02K 3/46 20060101AFI20241017BHJP
【ＦＩ】
H02K3/46 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023063939
(22)【出願日】2023-04-11
(71)【出願人】
【識別番号】000005108
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
(74)【代理人】
【識別番号】110000925
【氏名又は名称】弁理士法人信友国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】長谷川 祐
(72)【発明者】
【氏名】志村 樹
【テーマコード（参考）】
5H604
【Ｆターム（参考）】
5H604AA05
5H604CC01
5H604CC05
5H604PB03
5H604QA01
(57)【要約】
【課題】ローレンツ力によって導線が振動することを防止することができる回転電機を提供する。
【解決手段】転電機は、固定子と、回転子と、を備えている。固定子は、複数のボビン１３０と、電機子巻線１１２と、を有している。また、ボビン１３０の胴部１３１の側面部１３１ａ、１３１ｂは、複数の突起１３６と、２つの突起１３６の間に形成される溝部１３７と、を有している。そして、電機子巻線１１２における１層目の導線は、溝部１３７に一部が配置される第１導線１１２ａ１と、第１導線１１２ａ１と隣接し、突起１３６に巻かれる第２導線１１２ａ２と、を有している。また、突起１３６における溝部１３７からの突出高さＨ１は、導線の高さよりも小さく設定される。
【選択図】図５
【解決手段】転電機は、固定子と、回転子と、を備えている。固定子は、複数のボビン１３０と、電機子巻線１１２と、を有している。また、ボビン１３０の胴部１３１の側面部１３１ａ、１３１ｂは、複数の突起１３６と、２つの突起１３６の間に形成される溝部１３７と、を有している。そして、電機子巻線１１２における１層目の導線は、溝部１３７に一部が配置される第１導線１１２ａ１と、第１導線１１２ａ１と隣接し、突起１３６に巻かれる第２導線１１２ａ２と、を有している。また、突起１３６における溝部１３７からの突出高さＨ１は、導線の高さよりも小さく設定される。
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
固定子と、
前記固定子と対向して配置される回転子と、を備え、
前記固定子は、
複数のボビンと、
前記ボビンの胴部に集中巻された平角線からなる導線を有する電機子巻線と、を有し、
前記ボビンの前記胴部の側面部は、複数の突起と、２つの前記突起の間に形成される溝部と、を有し、
前記電機子巻線における１層目の導線は、
前記溝部に一部が配置される第１導線と、
前記第１導線と隣接し、前記突起に巻かれる第２導線と、を有し、
前記突起における前記溝部からの突出高さは、前記導線の高さよりも小さく設定される
回転電機。
前記固定子と対向して配置される回転子と、を備え、
前記固定子は、
複数のボビンと、
前記ボビンの胴部に集中巻された平角線からなる導線を有する電機子巻線と、を有し、
前記ボビンの前記胴部の側面部は、複数の突起と、２つの前記突起の間に形成される溝部と、を有し、
前記電機子巻線における１層目の導線は、
前記溝部に一部が配置される第１導線と、
前記第１導線と隣接し、前記突起に巻かれる第２導線と、を有し、
前記突起における前記溝部からの突出高さは、前記導線の高さよりも小さく設定される
回転電機。
【請求項2】
複数の前記突起の数は、前記電機子巻線の前記導線の層数と同数以上である
請求項１に記載の回転電機。
請求項１に記載の回転電機。
【請求項3】
前記突起における前記溝部からの突出高さは、前記導線の高さの半分の長さに設定されている
請求項１に記載の回転電機。
請求項１に記載の回転電機。
【請求項4】
前記溝部における２つの前記突起の間の長さは、前記導線の長手方向の長さに前記導線の巻膨らみ余裕を加えた長さに設定される
請求項１に記載の回転電機。
請求項１に記載の回転電機。
【請求項5】
前記導線は、導体に絶縁被膜をコーティングすることで形成され、
前記突起における前記溝部からの突出高さ及び前記溝部における２つの前記突起の間の長さは、前記導体にコーティングされた前記絶縁被膜の厚さを考慮して設定される
請求項３又は４に記載の回転電機。
前記突起における前記溝部からの突出高さ及び前記溝部における２つの前記突起の間の長さは、前記導体にコーティングされた前記絶縁被膜の厚さを考慮して設定される
請求項３又は４に記載の回転電機。
【請求項6】
前記胴部は、
前記突起と前記溝部が形成された第１側面部と、
前記第１側面部と対向し、前記突起と前記溝部が形成された第２側面部と、を有し、
前記第２側面部における、前記第１側面部の前記溝部が形成された位置と対向する位置には、前記突起が形成され、
前記第２側面部における、前記第１側面部の前記突起が形成された位置と対向する位置には、前記溝部が形成される
請求項１に記載の回転電機。
前記突起と前記溝部が形成された第１側面部と、
前記第１側面部と対向し、前記突起と前記溝部が形成された第２側面部と、を有し、
前記第２側面部における、前記第１側面部の前記溝部が形成された位置と対向する位置には、前記突起が形成され、
前記第２側面部における、前記第１側面部の前記突起が形成された位置と対向する位置には、前記溝部が形成される
請求項１に記載の回転電機。
【請求項7】
前記突起に突出方向の先端側である前記導線と接触する接触面は、前記導線の形状に合わせて一部に曲面が形成される
請求項１に記載の回転電機。
請求項１に記載の回転電機。
【請求項8】
前記導線における２層目以降の導線は、少なくとも４本の導線と接触して配置される
請求項１に記載の回転電機。
請求項１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、回転電機に関するものである。
【背景技術】
【0002】
一般的に、エレベーターの巻上機やその他各種の装置には、固定子と、回転子を有する回転電機が設けられている。従来の回転電機としては、例えば、特許文献１に記載されているようなものがある。
【0003】
特許文献１には、鉄心の周囲を覆う絶縁部材の巻回部に平角線を複数層に重ねて巻回した回転電機のコイルが記載されている。そして、絶縁部材の巻回部は、巻回軸に直交する断面が方形状であり、平角線の横断面は、長辺および短辺を有する長方形状であることが記載されている。また、平角線の一方の長辺が絶縁部材の巻回部に対向するように巻回されている。そして、特許文献１には、絶縁部材の巻き始め部分に対応する巻回部の相対向する一対の辺に沿ってそれぞれ段状突起部を形成することが記載されている。また、段状突起部の幅は、そこに巻回された初期ターン部の平角線の倒れを阻止し得る幅である。さらに、段状突起部の高さＨは初期ターン部に隣接する複数層の実ターン部の最外層の平角線が、初期ターン部の平角線に係止されて巻回軸の方向へのずれを阻止される高さであることが記載されている。
【0004】
また、一般的に回転電機のコイルは、駆動中の振動や熱膨張の影響で解けたりしないように、ワニス等の樹脂を用いて固定される。しかしながら、長期的に運用された回転電機のコイルは、繰り返し温度変化や電磁力にさらされることで、樹脂層の摩耗や油脂分の減少が起こり、導線同士の結合力が弱まる。
【0005】
導線同士の結合力が弱まると、コイルに作用するローレンツ力等の作用で、コイルが振動し、振動による摩擦でエナメル層などのコイル表面の被膜が剥がれてしまう。そして、被膜が剥がれたコイルの導線は、導線同士の接触による層間短絡や導線とコアの接触による地絡などを引き起こす原因となっていた。
【0006】
このため、定期的なメンテナンスによる摩耗箇所の確認や、摩耗を低減する対策が必要である。そして、集中巻の回転電機では、コイルに作用するローレンツ力が固定子ヨーク側に発生する。例えば、アウターロータ型の回転電機では、内径方向にローレンツ力が発生し、その力の大きさは周期的である。なお、インターロータ型の回転電機では、外径方向にローレンツ力が発生する。このため、コイルの導線が内径方向に変位しないように、絶縁物等で固定したり、接着を強化したりする必要があった。
【0007】
このような問題の対策として、特許文献１に記載されている技術では、導線の幅方向がボビンの段状突起部に接触することで、導線がローレンツ力によって変位することを規制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開２００４－３１２７９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
しかしながら、特許文献１に記載された技術において、ローレンツ力による変位を規制することができるのは、コイルの１層目だけであった。通常、集中巻コイル構造の回転電機では、平角線である導線が何層も重ねて巻かれている。その結果、特許文献１に記載された技術では、２層目以降に作用したローレンツ力による変位を規制する効果はなく、１層目以外は振動し、動線の被膜が剥がれる、という問題を有していた。
【0010】
本目的は、上記の問題点を考慮し、ローレンツ力によって導線が振動することを防止することができる回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上記課題を解決し、目的を達成するため、回転電機は、固定子と、固定子と対向して配置される回転子と、を備えている。固定子は、複数のボビンと、ボビンの胴部に集中巻された平角線からなる導線を有する電機子巻線と、を有している。また、ボビンの胴部の側面部は、複数の突起と、２つの突起の間に形成される溝部と、を有している。そして、電機子巻線における１層目の導線は、溝部に一部が配置される第１導線と、第１導線と隣接し、突起に巻かれる第２導線と、を有している。また、突起における溝部からの突出高さは、導線の高さよりも小さく設定される。
【発明の効果】
【0012】
上記構成の回転電機によれば、ローレンツ力によって導線が振動することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】第１の実施の形態例にかかる回転電機を示す概略構成図である。
【図2】第１の実施の形態例にかかる回転電機を示す断面図である。
【図3】第１の実施の形態例にかかる回転電機の一部の固定子を示す図である。
【図4】第１の実施の形態例にかかる回転電機のボビンを示す斜視図である。
【図5】第１の実施の形態例にかかる回転電機のボビンの一部を拡大して示す図である。
【図6】第２の実施の形態例にかかる回転電機のボビンを示す正面図である。
【図7】第２の実施の形態例にかかる回転電機のボビンに導線を巻いた状態を示す断面図である。
【図8】第３の実施の形態例にかかる回転電機のボビンを示す斜視図である。
【図9】第３の実施の形態例にかかる回転電機のボビンの一部を拡大して示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
【0015】
１．第１の実施の形態例
１－１．回転電機の構成例
まず、第１の実施の形態例（以下、「本例」という。）にかかる回転電機の構成について図１及び図２を参照して説明する。
図１は、回転電機を示す概略構成図である。図２は、回転電機を示す断面図である。なお、以下の説明において、「内径側」および「外径側」という記載は、それぞれ回転軸中心に対して距離が近い側（半径方向の内側）と遠い側（半径方向の外側）を意味する。また、「径方向」という記載は、回転軸と垂直に交わる直線方向を意味し、「円周方向」という記載は、回転軸（後述するシャフト４）の回転方向を意味する。
１－１．回転電機の構成例
まず、第１の実施の形態例（以下、「本例」という。）にかかる回転電機の構成について図１及び図２を参照して説明する。
図１は、回転電機を示す概略構成図である。図２は、回転電機を示す断面図である。なお、以下の説明において、「内径側」および「外径側」という記載は、それぞれ回転軸中心に対して距離が近い側（半径方向の内側）と遠い側（半径方向の外側）を意味する。また、「径方向」という記載は、回転軸と垂直に交わる直線方向を意味し、「円周方向」という記載は、回転軸（後述するシャフト４）の回転方向を意味する。
【0016】
本例の回転電機は、例えば、エレベーターの巻上機に用いられる。図１及び図２に示すように、本例の回転電機１００は、スロット数が３６、磁極数が３２の集中巻アウターロータ型永久磁石同期モータである。なお、スロット数及び磁極数については、限定されないものであり、例えば、スロット数を４８、磁極数を４０としてもよい。また、回転電機１００は、アウターロータ型のモータに限定されるものではなく、インナーロータ型のモータであってもよい。
【0017】
回転電機１００は、ロータケース２と、シャフト４と、固定子１０と、回転子２０と、を備えている。ロータケース２は、有底の略円筒状に形成されている。ロータケース２の軸方向の一端部には、シャフト４が固定されている。ロータケース２の筒孔内には、固定子１０と、回転子２０が配置される。そして、ロータケース２は、回転子２０を覆う。回転子２０は、シャフト４の中心軸を中心に回転する。なお、ロータケース２は、回転子２０の全体を覆う必要はなく、シャフト４と回転子２０を固定し、シャフト４と回転子２０を同時に回転する部品であればよい。
【0018】
なお、回転電機１００のシャフト４及びロータケース２の軸方向をＺ方向とし、Ｚ方向と直交する方向をＸ方向、Ｚ方向及びＸ方向と直交する方向をＹ方向とする。
【0019】
また、ロータケース２に固定された回転子２０の内径側には、固定子１０が配置されている。回転子２０と固定子１０は、所定のギャップ１０２を介して対向している。また、回転子２０と固定子１０の中心は、一致している。
【0020】
回転子２０は、ロータケース２の内壁面に固定されている。図２に示すように、回転子２０は、磁性体からなる回転子コア１２０と、複数の永久磁石１２２とを有している。回転子コア１２０は、円環状に形成されている。回転子コア１２０は、例えば、鋳造した磁性体を、旋盤等を用いて加工した一体コアや、プレス加工やレーザ加工で任意の形状に形成された磁性体の積層コアである。磁性体の材質としては、一般的に薄板のケイ素鋼板が用いられるが、これに限定されるものではない。
【0021】
複数の永久磁石１２２は、回転子コア１２０の内径側に固定されており、円周方向に沿って配置されている。永久磁石１２２は、その磁化方向が半径方向の内側である中心軸を向いている。また、永久磁石１２２は、その磁極が交互になるように円周方向に並べられている。本例では、複数の永久磁石１２２は、１６極対を構成する。
【0022】
永久磁石１２２の材質としては、フェライト磁石系や、ネオジム磁石系、サマリウムコバルト磁石系などその他各種の材質が適用される。また、永久磁石１２２は、径方向や周方向、軸方向に複数に分割されていてもよい。永久磁石１２２における回転子コア１２０への固定方法は、接着材を用いた接着でもよく、または、磁石の全部あるいは一部を覆う介在物でギャップ１０２の方向から押さえつける方法でもよく、特に限定されるものではない。
【0023】
固定子１０は、略円筒状の固定子ヨーク１１０と、複数の固定子ティース１１６と、複数のボビン１３０と、電機子巻線１１２とを有している。なお、ボビン１３０と、ボビン１３０に巻回された電機子巻線１１２により固定子コイルが構成される。複数の固定子ティース１１６は、固定子ヨーク１１０の外周面から半径方向の外側に向けて突出している。複数の固定子ティース１１６は、固定子ヨーク１１０の円周方向に沿って等間隔に並べて配置されている。本例では、固定子ティース１１６は、３６個設けられている。
【0024】
ここで、ギャップ１０２の内周側であって、２つの固定子ティース１１６、１１６で囲まれた空間をスロット１１８と呼ぶ。スロット１１８は、複数の固定子ティース１１６と同様に、固定子ヨーク１１０の円周方向に沿って３６個並んでいる。
【0025】
固定子ヨーク１１０及び固定子ティース１１６は、回転子コア１２０と同様に、磁性体で構成される。固定子ヨーク１１０及び固定子ティース１１６は、一体コアでもよく、固定子ヨーク１１０を円周方向に分割した分割コアでもよい。
【0026】
固定子ティース１１６には、ボビン１３０が固定されている。ボビン１３０は、固定子ティース１１６の周囲を囲むように配置される。ボビン１３０の固定子ティース１１６への固定方向は、接着材を用いた接着でもよく、あるいは機械的にボルト等で固定子ヨーク１１０に固定しもよい。
【0027】
ボビン１３０には、電機子巻線１１２がコイルとして集中巻されている。これにより、固定子コイルが形成される。本例において、電機子巻線１１２は、断面が略長方形の平角電線で構成される。電機子巻線１１２は、例えば、銅を主成分とした電気導体に絶縁被膜（例えば、エネメルやエンプラ等）がコーティングされた導線が使用される。なお、ボビン１３０の詳細な構成については、後述する。
【0028】
電機子巻線１１２を構成する導線の長手方向の長さＷは、導線の長手方向の絶縁被膜の厚さＷＢを含めた幅である。そして、導線の長手方向の長さＷは、導線の導体幅ＷＡに対して、Ｗ＝ＷＡ＋２＊ＷＢで表される。同様に、導線の短手方向の長さＨは、導線の短手方向の絶縁被膜の厚さＨＢと、導線の導体高さＨＡに対して、Ｈ＝ＨＡ＋２＊ＨＢであらわされる。
【0029】
電機子巻線１１２は、長方形の長手方向Ｗがボビン１３０の径方向側面に接触するように巻き付けられ、巻回数が任意の巻数に到達するまで導線の上に導線を重ねて巻かれる。電機子巻線１１２は、ボビン１３０に巻きつけられた後、ワニス等の樹脂を含浸させることで固定される。また、皮膜に接着効果のある融着層を設けた自己融着線を用い、加熱処理で固定してもよい。
【0030】
なお、本例では、外周方向にまっすぐ伸びた固定子ティース１１６により、スロット１１８が、オープンスロットで構成されているが、これに限定されるものではない。例えば、固定子ティース１１６の先端部に円周方向に延びる略楕円状の鍔部を設け、スロット１１８をセミクロースで構成してもよい。
【0031】
図３は、固定子１０について、電流を通電した際のＵ相、２スロット分を抜粋した断面図である。
図３における電機子巻線１１２状に記載した丸印１４１とバツ印１４２は、電流の向きを示している。丸印１４１は、紙面の手前向きに流れる電流を示し、バツ印１４２は紙面の奥向きに流れる電流を示している。また、電機子巻線１１２には、交流電流が流れる。そのため、図３に示す電流向きはある時点の電流の向きであり、固定子ティース１１６の両側の電機子巻線１１２は一体であるため、その電流の向きは互いに逆方向となる。
図３における電機子巻線１１２状に記載した丸印１４１とバツ印１４２は、電流の向きを示している。丸印１４１は、紙面の手前向きに流れる電流を示し、バツ印１４２は紙面の奥向きに流れる電流を示している。また、電機子巻線１１２には、交流電流が流れる。そのため、図３に示す電流向きはある時点の電流の向きであり、固定子ティース１１６の両側の電機子巻線１１２は一体であるため、その電流の向きは互いに逆方向となる。
【0032】
図３に示す破線の矢印は、漏れ磁束の経路１４０を示す。漏れ磁束は、電機子巻線１１２に通電することによって発生する。この漏れ磁束は、回転子２０側には鎖交せず、回転電機１００のトルクとならない。漏れ磁束の経路１４０は、固定子ティース１１６からスロット１１８を貫通し、隣接する固定子ティース１１６及び固定子ヨーク１１０を通る。
【0033】
この漏れ磁束の経路１４０は、固定子１０の中で完結した回路状の磁束分布である。そして、漏れ磁束は、隣接するスロット１１８間で全てのスロット１１８に発生する。漏れ磁束がスロット１１８を通る経路において、電機子巻線１１２に鎖交する際に、ローレンツ力が発生する。このローレンツ力は、電機子巻線１１２を構成する導線全体に発生する。
アウターロータ型のモータにおいて、ローレンツ力の発生方向は、固定子１０の半径方向の内側である内周側を向いている。なお、インナーロータ型のモータでは、ローレンツ力の発生方向は、固定子の半径方向の外側である外周側を向いている。そして、ローレンツ力の発生方向は、回転電機１００の回転方向によらず一定方向である。また、ローレンツ力は、回転電機１００の電機角において、１周期あたり２回の周期的な力を発生する。
アウターロータ型のモータにおいて、ローレンツ力の発生方向は、固定子１０の半径方向の内側である内周側を向いている。なお、インナーロータ型のモータでは、ローレンツ力の発生方向は、固定子の半径方向の外側である外周側を向いている。そして、ローレンツ力の発生方向は、回転電機１００の回転方向によらず一定方向である。また、ローレンツ力は、回転電機１００の電機角において、１周期あたり２回の周期的な力を発生する。
【0034】
なお、インナーロータ型のモータでは、ローレンツ力の発生方向は、固定子の半径方向の外側である外周側を向く。
【0035】
［ボビンの構成］
次に、ボビン１３０の構成について、図４を参照して説明する。図４は、ボビン１３０を示す斜視図である。
図４に示すように、ボビン１３０は、中空の筒状に形成されている。ボビン１３０は、略角筒状の胴部１３１と、２つの鍔部１３２とを有している。鍔部１３２は、胴部１３１の軸方向（図４に示す例ではＹ方向）の両端部に形成されている。鍔部１３２は、胴部１３１の両端部から外側に向けて張り出して形成されている。鍔部１３２は、胴部１３１におけるギャップ１０２に面した外周側と、スロット１１８の底面である内周側にそれぞれ形成される。
次に、ボビン１３０の構成について、図４を参照して説明する。図４は、ボビン１３０を示す斜視図である。
図４に示すように、ボビン１３０は、中空の筒状に形成されている。ボビン１３０は、略角筒状の胴部１３１と、２つの鍔部１３２とを有している。鍔部１３２は、胴部１３１の軸方向（図４に示す例ではＹ方向）の両端部に形成されている。鍔部１３２は、胴部１３１の両端部から外側に向けて張り出して形成されている。鍔部１３２は、胴部１３１におけるギャップ１０２に面した外周側と、スロット１１８の底面である内周側にそれぞれ形成される。
【0036】
胴部１３１は、筒孔を有する略角筒状に形成されている。そして、胴部１３１の筒孔には、固定子ティース１１６が挿入される。胴部１３１は、第１側面部１３１ａと、第１側面部１３１ａに対向する第２側面部１３１ｂと、第３側面部１３１ｃと、第４側面部１３１ｄとを有している。第１側面部１３１ａ及び第２側面部１３１ｂは、回転電機１００の円周方向に沿って配置される。また、第３側面部１３１ｃと第４側面部１３１ｄは、互いに対向する。
【0037】
第１側面部１３１ａ及び第２側面部１３１ｂは、それぞれ略長方形状に形成されている。なお、第１側面部１３１ａと第２側面部１３１ｂは、同一の構成を有しているため、第１側面部１３１ａについて説明する。第１側面部１３１ａの長手方向の一端部に第３側面部１３１ｃが形成されており、第１側面部１３１ａの長手方向の他端部に第４側面部１３１ｄが形成されている。また、第１側面部１３１ａの短手方向の両端部に鍔部１３２が形成されている。
【0038】
第１側面部１３１ａには、それぞれ複数の突起１３６が形成されている。突起１３６は、第１側面部１３１ａにおける長手方向の一端部から他端部に沿って連続する突条である。また、複数の突起１３６は、第１側面部１３１ａにおける短手方向に所定の間隔を開けて並べて配置される。突起１３６の間隔の長さは、電機子巻線１１２を構成する導線の長手方向の長さＷに応じて設定される。なお、突起１３６の間隔の長さ及び突起１３６の突出高さについては、後述する。
【0039】
第１側面部１３１ａにおける突起１３６の間には、溝部１３７が形成される。溝部１３７は、突起１３６と同様に、第１側面部１３１ａにおける長手方向の一端部から他端部に沿って連続して形成される。
【0040】
ボビン１３０は、樹脂を用いて射出成形や３Ｄプリント等の手段により形成される。また、本例のボビン１３０は、一体成形品で説明したが、これに限定されるものではなく、固定子ティース１１６に装着しやすいように、例えば、軸方向に対して複数に分割し、固定子ティース１１６に嵌合可能な形状で形成してもよい。
【0041】
１－２．電機子巻線の巻回状態
次に、上述した構成を有するボビン１３０に巻き付けられる電機子巻線１１２の巻回状態について図５を参照して説明する。
図５は、ボビン１３０の一部を拡大して示す図である。なお、図５に示すハッチングされた電機子巻線１１２は、コイルの１層目を示している。
次に、上述した構成を有するボビン１３０に巻き付けられる電機子巻線１１２の巻回状態について図５を参照して説明する。
図５は、ボビン１３０の一部を拡大して示す図である。なお、図５に示すハッチングされた電機子巻線１１２は、コイルの１層目を示している。
【0042】
ここで、従来の突起の無いボビン構造では、平角線を示す電機子巻線の導線が図３に示すローレンツ力が作用していた。そして、従来のボビン構造では、動線の移動は、ボビンに設けた鍔部のみで規制していたため、電機子巻線全体がローレンツ力により振動する、という問題を有していた。
【0043】
これに対して、本例の回転電機１００によれば、下記の理由により、電機子巻線１１２に作用するローレンツ力による導線の変位を抑制することができる。
【0044】
図５に示すように、電機子巻線１１２は、ボビン１３０の突起１３６と溝部１３７に沿って整列して巻かれている。そして、２層目以降の電機子巻線１１２の導線１１２ｂ１、１１２ｂ２、１１２ｂ３は、１層目の電機子巻線１１２の凹凸に重なるように順に巻かれる。
【0045】
ここで、突起１３６の幅Ｗ１は、電機子巻線１１２の導線の長手方向の長さＷと同等である。また、２つの突起１３６の間隔である溝部１３７の幅Ｗ２は、電機子巻線１１２の導線の長手方向の長さＷに導線の巻膨らみ余裕ＷＣを加えた長さに設定される。すなわち、Ｗ＝Ｗ１＜Ｗ２の関係である。巻膨らみ余裕ＷＣは、導線の長手方向の絶縁被膜の厚さＷＢの２倍程度の値である。また、突起１３６における溝部１３７からの突出高さ（以下、単に高さという）Ｈ１は、導線の短手方向の長さＨに対し、Ｈ１＜Ｈの関係に設定されている。なお、本例では、突起１３６の高さＨ１は、導線の短手方向の長さＨの半分の長さに設定されている。
【0046】
図５に示すように、電機子巻線１１２の１層目には、例えば、第１導線１１２ａ１、第２導線１１２ａ２、第３導線１１２ａ３の順に巻かれている。第１導線１１２ａ１は、溝部１３７に巻かれており、２つの突起１３６、１３６の間に配置される。また、第１導線１１２ａ１に隣接する第２導線１１２ａ２は、突起１３６上に巻かれている。そして、第２導線１１２ａ２に隣接する第３導線１１２ａ３は、溝部１３７に巻かれており、２つの突起１３６、１３６の間に配置される。
【0047】
第１導線１１２ａ１及び第３導線１１２ａ３は、一部が溝部１３７内に嵌まり込んでいる。本例では、突起１３６の高さＨ１が導線の短手方向の長さＨの半分の長さに設定されているため、第１導線１１２ａ１及び第３導線１１２ａ３の半分が溝部１３７に嵌まり込、残りの半分が溝部１３７から露出している。
【0048】
また、第１導線１１２ａ１及び第３導線１１２ａ３は、一部が２つの突起１３６、１３６の間に配置されることで、第１導線１１２ａ１及び第３導線１１２ａ３は、２つの突起１３６、１３６に当接する。これにより、第１導線１１２ａ１及び第３導線１１２ａ３における内径方向への変位を規制することができる。
【0049】
なお、突起１３６上に配置された第２導線１１２ａ２は、第１導線１１２ａ１及び第３導線１１２ａ３の一部に当接する。これにより、第２導線１１２ａ２における内径方向への変位を規制することができる。
【0050】
これにより、電機子巻線１１２の１層目の導線１１２ａ１、１１２ａ２、１１２ａ３は突起１３６で変位および振動を規制することができる。また、電機子巻線１１２の最内径の導線は、他の導線１１２ａ１、１１２ａ２、１１２ａ３と連続した導線である。そのため、電機子巻線１１２の最内径の導線においても、他の導線が規制されることで動きを抑制することができる。
【0051】
また、電機子巻線１１２の２層目には、例えば、第１導線１１２ｂ１、第２導線１１２ｂ２、第３導線１１２ｂ３の順に巻かれている。第１導線１１２ｂ１は、１層目の第１導線１１２ａ１上に巻かれており、第２導線１１２ｂ２は、１層目の第２導線１１２ａ２上に巻かれている。そして、第３導線１１２ｂ３は、１層目の第３導線１１２ａ３上に巻かれている。
【0052】
第１導線１１２ｂ１は、最内径の導線と１層目の第２導線１１２ａ２及び２層面の第２導線１１２ｂ２と接触している。また、第２導線１１２ｂ２は、２層目の第１導線１１２ｂ１及び第３導線１１２ｂ３と接触している。そして、第３導線１１２ｂ３は、１層目の第２導線１１２ａ２及び２層面の第２導線１１２ｂ２と接触している。
【0053】
上述したように、１層目の導線１１２ａ１、１１２ａ２、１１２ａ３は、突起１３６により、変位が規制されている。この規制された導線１１２ａ１、１１２ａ２、１１２ａ３に当接することで、２層目の導線１１２ｂ１、１１２ｂ２、１１２ｂ３全体の変位も規制することができる。なお、電機子巻線１１２の３層目以降の導線についても同様であるため、その説明は省略する。また、本例の回転電機１００のように、径方向に１１列、円周方向に３層の導線が巻かれた構成であれば、上記効果により、半分以上の導線の変位を規制することができ、実質的に電機子巻線１１２全体の振動を低減する効果を得ることができる。
【0054】
２つの突起１３６、１３６の間である溝部１３７に複数本の導線を配置することが考えられるが、上述した導線の変位を規制するためには、２つの突起１３６、１３６の間である溝部１３７に配置される導線の数は、１本であることが好ましい。
【0055】
では、突起１３６の高さＨ１は、導線の短手方向の長さＨの半分の長さに設定したが、これに限定されるものではない。しかしながら、突起１３６の高さＨ１を導線の短手方向の長さＨの半分よりも短くした場合、１層目の導線における突起１３６と当接する面積が小さくなる。また、突起１３６の高さＨ１を導線の短手方向の長さＨの半分よりも長くした場合、２層目の導線における１層目の導線と当接する面積が小さくなる。そのため、突起１３６の高さＨ１は、導線の短手方向の長さＨの半分の長さに設定することが好ましい。
【0056】
上述したように、電機子巻線１１２のコイル層数に対して、突起１３６の数を同数に設定すれば最大の効果が得られる。なお、本例では、胴部１３１の第１側面部１３１ａ及び第２側面部１３１ｂの全面に突起１３６を設けている。これにより、突起１３６により導線の変位を規制する効果に加えて、電機子巻線１１２を接着した際の導線同士の結合力を高めることができる。
【0057】
ここで、従来の回転電機における電機子巻線の導線は、１層目と２層目の導線が円周方向の面だけで接着される。この場合、径方向に働くローレンツ力は、導線の接触面に対して、せん断方向の力になるため、導線同士の接着が剥がれやすい方向となる。
【0058】
これに対して、本例の回転電機１００では、電機子巻線１１２の導線を互い違いのレンが積み状に配置している。そのため、図５に示すように、導線は、導線の円周方向の面だけではなく、径方向の面でも他の導線と接触している。すなわち、２層目以降の導線は、少なくとも４本以上の導線と接触している。また、突起１３６の高さＨ１は、導線の短手方向長さＨの半分の長さに設定されている。そのため、導線における径方向の面で他の導線と接触する面積を均一にできる。これにより、任意の導線に対して接着する導線の数を従来よりも増加させることができる。ワニスや導線の自己融着によって、導線の接触面積も各層で偏りがなく、導線同士の結合力を最大限に高めることができる。
【0059】
このように、本例の回転電機１００によれば、突起１３６による動線の振動の低減効果だけでなく、導線同士が互いに移動を規制する振動抑制効果も得ることができる。これにより、導線が移動することで生じる故障の発生を抑制できる回転電機１００を提供することができる。
【0060】
２．第２の実施の形態例
次に、第２の実施の形態例にかかる回転電機ついて図６～図７を参照して説明する。
図６は、第２の実施の形態例にかかる回転電機のボビンを示す正面図、図７は、第２の実施の形態例にかかる回転電機のボビンに導線を巻いた状態を示す断面図である。
次に、第２の実施の形態例にかかる回転電機ついて図６～図７を参照して説明する。
図６は、第２の実施の形態例にかかる回転電機のボビンを示す正面図、図７は、第２の実施の形態例にかかる回転電機のボビンに導線を巻いた状態を示す断面図である。
【0061】
この第２の実施の形態例にかかる回転電機が、第１の実施の形態例にかかる回転電機１００と異なる点は、ボビンの構成である。そのため、ここでは、第１の実施の形態例にかかる回転電機と共通する部分には同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【0062】
図６及び図７に示すように、ボビン２３０は、略角筒状の胴部２３１と、２つの鍔部２３２とを有している。胴部２３１は、互いに対向する第１側面部２３１ａと、第２側面部２３１ｂとを有している。第１側面部２３１ａ及び第２側面部２３１ｂには、複数の突起２３６と、複数の溝部２３７が形成されている。
【0063】
なお、突起２３６の高さＨ１は、第１の実施の形態例にかかるボビン１３０の突起１３６の高さＨ１と同等である。突起１３６の径方方向の長さ（幅）Ｗ１は、第１の実施の形態例にかかるボビン１３０の突起１３６の幅Ｗ１と同等である。そして、溝部２３７の幅Ｗ２は、第１の実施の形態例にかかるボビン１３０の溝部１３７の幅Ｗ２と同等である。
【0064】
また、第２側面部２３１ｂにおける第１側面部２３１ａの突起２３６が形成された位置と円周方向で対向する位置には、溝部２３７が形成されている。さらに、第２側面部２３１ｂにおける第１側面部２３１ａの溝部２３７が形成された位置と円周方向で対向する位置には、突起２３６が形成されている。すなわち、突起２３６は、胴部２３１を間に挟んで、第１側面部２３１ａと第２側面部２３１ｂにおいて、互い違いに配置される。
【0065】
そして、このボビン２３０には、電機子巻線２１２がコイルとして集中巻されている。電機子巻線２１２の１層目の導線は、突起２３６及び溝部２３７上に巻かれる。上述したように、突起２３６は、胴部２３１を間に挟んで、第１側面部２３１ａと第２側面部２３１ｂにおいて、互い違いに配置されている。そのため、第１側面部２３１ａの突起２３６上に配置された導線２１２ｅは、第２側面部２３１ｂでは、溝部２３７に配置される。そのため、各層におけるボビン２３０の胴部２３１を導線２１２ｅが一周する１ターン当たりの周長を一定にすることができる。
【0066】
ここで、上述した第１の実施の形態例における回転電機１００では、同じ層でも、突起１３６上に配置される導線（例えば、第２導線１１２ａ２）と、溝部１３７に配置される導線（例えば、第１導線１１２ａ１）が発生する。そのため、１ターン当たりの導線長さが、突起１３６上に配置された導線と、溝部１３７に配置された導線とで、異なる。その結果、巻線機等でコイルを形成する際に、送り量などを調節する必要があった。
【0067】
これに対して、第２の実施の形態例にかかる回転電機によれば、各層の導線の周長が一定であるため、１ターン毎に導線の送り量を調節する必要がなくなる。これにより、線機等でコイルを形成する際に導線にかかるテンションの大きさを一定にすることができ、コイルがばらつきにくくすることができる。その結果、コイルを製作する際における導線の位置の不整やテンションの不均一を改善でき、コイル部品の歩留まり向上を図ることができる。
【0068】
その他の構成は、上述した第１の実施の形態例にかかる回転電機と同様であるため、それらの説明は省略する。このようなボビン２３０を有する回転電機においても、上述した第１の実施の形態例にかかる回転電機１００と同様の作用及び効果を得ることができる。
【0069】
３．第３の実施の形態例
次に、第３の実施の形態例にかかる回転電機ついて図８～図９を参照して説明する。
図８は、第３の実施の形態例にかかる回転電機のボビンを示す斜視図、図９は、第３の実施の形態例にかかる回転電機のボビンの一部を拡大して示す
次に、第３の実施の形態例にかかる回転電機ついて図８～図９を参照して説明する。
図８は、第３の実施の形態例にかかる回転電機のボビンを示す斜視図、図９は、第３の実施の形態例にかかる回転電機のボビンの一部を拡大して示す
【0070】
この第３の実施の形態例にかかる回転電機が、第１の実施の形態例にかかる回転電機１００と異なる点は、ボビンの構成である。そのため、ここでは、第１の実施の形態例にかかる回転電機と共通する部分には同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【0071】
図８に示すように、ボビン３３０は、略角筒状の胴部３３１と、２つの鍔部３３２とを有している。胴部３３１は、互いに対向する第１側面部３３１ａ及び第２側面部３３１ｂと、互いに対向する第３側面部３３１ｃ及び第４側面部３３１ｄと、を有している。第１側面部３３１ａ及び第２側面部３３１ｂには、複数の突起３３６と、複数の溝部３３７が形成されている。
【0072】
図９に示すように、突起３３６における突出方向の先端側、すなわち円周方向の接触面３３６ａは、電機子巻線３１２の導線に対応して、一部に曲面が形成されている。接触面３３６ａは、突起３３６における溝部３３７側の角部から中心に向かうにつれて円弧状に形成されている。そして、接触面３３６ａにおける曲面の曲率は、電機子巻線３１２の導線の角部に形成される曲面の曲率と同じ曲率に設定される。
【0073】
これにより、ボビン３３０に導線を巻いてコイルを形成していく際に、電機子巻線３１２における径方向への変移を突起３３６における接触面３３６ａの曲面部分で規制することができる。その結果、突起３３６の接触面３３６ａ上で導線の位置がずれることを防止することができ、コイル部品の歩留まり向上を図ることができる。
【0074】
なお、突起３３６の接触面３３６ａを曲面状に形成した例を説明したが、溝部３３７における導線と接触する面も同様に、曲面状に形成してもよい。
【0075】
その他の構成は、上述した第１の実施の形態例にかかる回転電機と同様であるため、それらの説明は省略する。このようなボビン３３０を有する回転電機においても、上述した第１の実施の形態例にかかる回転電機１００と同様の作用及び効果を得ることができる。
【0076】
なお、上述しかつ図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能である。
【0077】
なお、上述した実施の形態例では、突起と溝部をボビンにおける回転電機の円周方向に配置された長辺部である第１側面部と第２側面部に設けた例を説明したが、ボビンの短辺部である第３側面部及び第４側面部に突起と溝部を設けてもよい。さらに、ボビンの胴部を角筒状に形成したが、胴部の形状は角筒に限定されるものではなく、その他各種の形状であってもよい。すなわち、電機子巻線を胴部に巻き付けた際の電機子巻線の膨らみに応じて、胴部の側面部の形状を曲面状に湾曲させて形成してもよい。
【0078】
さらに、回転電機として、エレベーターの巻上機に用いられる回転電機を適用した例を説明したが、これに限定されるものではなく、本例の回転電機は、その他各種の装置に用いられる回転電機に適用できるものである。
【0079】
なお、本明細書において、「平行」及び「直交」等の単語を使用したが、これらは厳密な「平行」及び「直交」のみを意味するものではなく、「平行」及び「直交」を含み、さらにその機能を発揮し得る範囲にある、「略平行」や「略直交」の状態であってもよい。
【符号の説明】
【0080】
２…ロータケース、 ４…シャフト、 １０…固定子、 ２０…回転子、 １００…回転電機、 １０２…ギャップ、 １１０…固定子ヨーク、 １１２、２１２、３１２…電機子巻線、 １１２ａ１、１１２ａ２、１１２ａ３、１１２ｂ１、１１２ｂ２、１１２ｂ３、２１２ｅ…導線、 １１６…固定子ティース、 １１８…スロット、 １２０…回転子コア、 １２２…永久磁石、 １３０、２３０、３３０…ボビン、 １３１、２３１、３３１…胴部、 １３１ａ、２３１ａ、３３１ａ…第１側面部、 １３１ｂ、２３１ｂ、３３１ｂ…第２側面部、 １３１ｃ、３３１ｃ…第３側面部、 １３１ｄ、３３１ｄ…第４側面部、 １３２、２３２、３３２…鍔部、 １３６、２３６、３３６…突起、 １３７、２３７、３３７…溝部、 １４０…経路、３３６ａ…接触面
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】