特開 2024-64259 回転電機

(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】P2024064259

(43)【公開日】2024-05-14

(54)【発明の名称】回転電機

(51)【国際特許分類】

   H02K 3/34 20060101AFI20240507BHJP

   H02K 3/46 20060101ALI20240507BHJP

【ＦＩ】

H02K3/34 C

H02K3/46 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】16

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022172712

(22)【出願日】2022-10-27

(71)【出願人】

【識別番号】502129933

【氏名又は名称】株式会社日立産機システム

(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】110001689

【氏名又は名称】青稜弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】浅海 勇介

(72)【発明者】

【氏名】榎本 裕治

(72)【発明者】

【氏名】床井 博洋

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 祐

(72)【発明者】

【氏名】竹内 啓祐

(72)【発明者】

【氏名】酒井 亨

【テーマコード（参考）】

5H604

【Ｆターム（参考）】

5H604AA05

5H604AA08

5H604BB08

5H604BB14

5H604CC01

5H604CC05

5H604CC14

5H604PB03

(57)【要約】

【課題】回転電機において、作業性と信頼性の両方を確保した状態でボビンの位置決めを行う。
【解決手段】固定子は複数のスロットを有する固定子鉄心とスロットの内部に嵌め込まれたボビンとを有し、ボビンは固定子の軸方向の両端にそれぞれ設けられた鍔部と鍔部にそれぞれ設けられた突条部とを有し、固定子鉄心はスロットの内面から突出する突起部を有し、突条部と突起部が係合することによりボビンの位置決めが行われる。
【選択図】図１A

【特許請求の範囲】

【請求項1】

固定子と回転軸を中心軸として回転可能に配置された回転子とを有する回転電機であって、
前記固定子は、
複数のスロットを有する固定子鉄心と、
前記スロットの内部に嵌め込まれたボビンと、を有し、
前記ボビンは、
前記固定子の軸方向の両端にそれぞれ設けられた鍔部と、
前記鍔部にそれぞれ設けられた突条部と、を有し、
前記固定子鉄心は、
前記スロットの内面から突出する突起部を有し、
前記突条部と前記突起部が係合することにより、前記ボビンの位置決めが行われることを特徴とする回転電機。

【請求項2】

前記突条部は、
前記固定子鉄心の端面とそれぞれ接する接触面に位置すると共に前記軸方向に延びるように前記鍔部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。

【請求項3】

前記鍔部は、
弾性変形可能に構成されており、
前記ボビンの前記突条部は、
前記鍔部の裏側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。

【請求項4】

前記鍔部は、
所定方向に曲げることが可能なような弾性材料で構成されていることを特徴とする請求項３に記載の回転電機。

【請求項5】

前記ボビンは、
前記軸方向に延びた複数のコイル挿入孔を有し、
前記ボビンの位置決めが行われた状態で、凸型セグメントコイルと凹型セグメントコイルが前記コイル挿入孔の内部で嵌合されることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。

【請求項6】

前記固定子は、
コアバックと、前記コアバックの内径方向に延びた複数のティースとを有し、
前記スロットは、前記ティースに挟まれており、
前記突起は、前記スロットの内面に設けられており、
前記ボビンは、前記スロットに前記固定子の径方向から挿入されることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。

【請求項7】

前記ボビンが前記スロットに前記径方向から挿入されることにより、前記突条の前記径方向の内側面と前記突起の前記径方向の外側面とが接して前記突条部と前記突起部が係合され、前記ボビンは前記軸方向及び前記径方向に固定されることを特徴とする請求項６に記載の回転電機。

【請求項8】

前記スロットの中心部で、前記突条部と前記突起部が係合することことを特徴とする請求項６に記載の回転電機。

【請求項9】

前記コアバックと前記ティースは、別部品でそれぞれ構成されており、
前記固定子鉄心は、
前記コアバックに前記ティースを嵌め込むことにより構成されることを特徴とする請求項６に記載の回転電機。

【請求項10】

前記コアバックは、ティース挿入溝を有し、
前記軸方向から前記ティースを前記ティース挿入溝に挿入することにより前記コアバックに前記ティースを嵌め込むことを特徴とする請求項９に記載の回転電機。

【請求項11】

前記ティースは、アモルファス材で構成され、
前記コアバックは、電磁鋼板で構成されることを特徴とする請求項９に記載の回転電機。

【請求項12】

前記固定子鉄心は、
第１の固定子鉄心と第２の固定子鉄心とから構成され、
前記ボビンは、
前記第１の固定子鉄心と前記第２の固定鉄心にそれぞれ嵌め込まれており、
前記第１の固定子鉄心と前記第２の固定子鉄心とは、前記鍔部を介して接していることを特徴とする請求項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、モータ等の回転電機に関し、特に、産業機械に用いられる回転電機に関する。

【背景技術】

【0002】

導線に断面が扁平形状の平角線であるセグメントコイルを用いて固定子の巻線占積率を高め、高出力密度化し小型化した回転電機が開発されている。この回転電機において、分割されたセグメントコイルを固定子のスロット内に備わるボビンに形成された複数のコイル挿入孔内で嵌合させ、さらなる小型化と高生産性と低コスト化を実現している。

【0003】

特許文献１には、固定子コアのバックヨークに凹部が、ボビンに突起が設けられており突起を凹部に嵌めることにより、ボビンを位置決めする構造が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１６－２０８７３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

分割されたセグメントコイルを固定子のスロット内に備わるボビンに挿入する際に、ボビンが径方向や軸方向に動いて位置ずれすることは作業性が悪く生産性の低下につながる。

【0006】

また、位置がずれたボビンにコイルを挿入しようとすると、コイルがボビンの壁に当たってしまうことで、ボビンが破損する可能性が考えられる。

【0007】

特許文献１の構造では、ボビンの突起を凹部に嵌めるため、突起に角度が必要である。この角度が大きいと圧入時の必要な力が増加するとともに、ボビンが破損するリスクが増加する。軸方向のいずれかの箇所で突起に破損が発生した場合、組立後にその箇所を確認することは困難であり信頼性に課題がある。

【0008】

分割されたセグメントコイルを固定子のスロット内に備わるボビンに挿入する際の作業性向上のためのボビン位置決めについて、破損リスクが小さい構造で実現することが求められる。

【0009】

本発明の目的は、回転電機において、作業性と信頼性の両方を確保した状態でボビンの位置決めを行うことにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の一態様の回転電機は、固定子と回転軸を中心軸として回転可能に配置された回転子とを有する回転電機であって、前記固定子は、複数のスロットを有する固定子鉄心と、前記スロットの内部に嵌め込まれたボビンとを有し、前記ボビンは、前記固定子の軸方向の両端にそれぞれ設けられた鍔部と、前記鍔部にそれぞれ設けられた突条部とを有し、前記固定子鉄心は、前記スロットの内面から突出する突起部を有し、前記突条部と前記突起部が係合することにより前記ボビンの位置決めが行われることを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明の一態様によれば、回転電機において、作業性と信頼性の両方を確保した状態でボビンの位置決めを行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1A】実施例１の回転電機１００の斜視図である。

【図1B】回転電機１００の径方向断面図である。

【図2A】コイル５の組立途中の斜視図である。

【図2B】コイル５の組立後の斜視図である。

【図3A】ボビン２０の斜視図である。

【図3B】図３Ａの部分拡大図である。

【図3C】図３Ｃはボビン２０の側面図である。

【図3D】図３Ｃの部分拡大図である。

【図4A】固定子コア４の斜視図である。

【図4B】固定子コア４の上面図である。

【図4C】図４Ｂの部分拡大図である。

【図5A】固定子コア４のスロット７にボビン２０に挿入しているときの斜視図である。

【図5B】固定子コア４のスロット７に全てのボビン２０を挿入後の斜視図である。

【図5C】固定子コア４のスロット７に全てのボビン２０挿入後の断面図である。

【図5D】ボビン２０に凸型セグメントコイル１１と凹型セグメントコイル１２を挿入しているときの斜視図である。

【図5E】全ての凸型セグメントコイル１１と凹型セグメントコイル１２を挿入後の固定子６の斜視図である。

【図5F】突条２３の突条径方向外側面３１が突起２４の突起径方向内側面３４に突き当たっているときの斜視図である。

【図5G】図５Ｇは図５Ｆにおける断面図である。

【図5H】突条２４が突起２３と軸方向で接している状態の斜視図である。

【図5I】突条２３の突条径方向内側面３１が突起２４の突起径方向内側面３４に接しているときの斜視図である。

【図5J】図５Ｉにおける断面図である。

【図6A】実施例２のティース９の上面図である。

【図6B】コアバック１０の上面図の部分拡大図である。

【図6C】固定子コア４の組立途中の斜視図である。

【図6D】固定子コア４の上面図の部分拡大図である。

【図7A】実施例３の凸型セグメントコイル１１が挿入された凸側固定子２５の斜視図である。

【図7B】図７Ａの部分拡大図である。

【図7C】凹型セグメントコイル１２が挿入された凹側固定子２６の斜視図である。

【図7D】図７Ｃの部分拡大図である。

【図7E】凸側固定子２５と凹側固定子２６を組み合わせにより構成される回転電機１００の組立て途中の斜視図である。

【図7F】は回転電機１００の組立て後の斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施例を、図面を用いて説明する。ただし、本発明は以下に示す実施例の記載内容に限定して解釈されるものではない。本発明の思想ないし主旨から逸脱しない範囲で、その具体的構成を変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。

【0014】

なお、実施例を説明するための各図において、同一の構成要素には同一の名称、符号を付して、その繰り返しの説明を省略する。

【0015】

本実施例は内転型回転電機を対象としている。コイルは分布巻であり、分割されたセグメントコイルを固定子のスロット内に備わるボビンに形成された複数のコイル挿入孔内で嵌合させることで構成されている。回転子は回転子コアが複数の磁石挿入孔を有し、前記磁石挿入孔に磁石を挿入することで形成した埋込磁石型の回転子でも良いし、磁石を回転子コア表面に貼り付けることで形成した表面磁石型であっても良い。また、磁石を用いない誘導モータや、シンクロナスリラクタンスモータ、スイッチトリラクタンスモータでも良い。

【実施例0016】

図１Ａ～図５Ｊを参照して、本発明の実施例１について説明する。

【0017】

図１Ａは回転電機１００の斜視図であり、図１Ｂは回転電機１００の径方向断面図である。

【0018】

外転型回転電機１００は、回転子コア（回転子鉄心）１と永久磁石２により構成された回転子３と、回転子３の内径側に所定の間隙を設けて配置され、固定子コア（固定子鉄心）４とコイル５により構成された固定子６を備える。回転子３は回転軸９０を中心軸として回転可能に配置されている。

【0019】

図２Ａはコイル５の組立途中の斜視図であり、図２Ｂはコイル５の組立後の斜視図である。

【0020】

コイル５は、凸型セグメントコイル１１と凹型セグメントコイル１２を固定子６のスロット７内に備わるボビン２０に形成された複数のコイル挿入孔２２内で嵌合させることで構成されている。

【0021】

図３Ａはボビン２０の斜視図であり、図３Ｂは図３Ａの部分拡大図である。図３Ｃはボビン２０の側面図であり、図３Ｄは図３Ｃの部分拡大図である。

【0022】

ボビン２０は、軸方向に延びた複数のコイル挿入孔２２を有し、軸方向の両端部に鍔２１を有する。また、鍔２１の固定子コア４と接触する面側には突条２３を有する。ボビン２０は、例えば樹脂などの弾性のある材料を射出成形することで生成する。弾性のある材料で生成することで、鍔２１は図３Ｄの矢印方向に曲げることができる。

【0023】

図４Ａは固定子コア４の斜視図であり、図４Ｂは固定子コア４の上面図である。図４Ｃは図４Ｂの部分拡大図である。

【0024】

固定子コア４はコアバック１０と、コアバック１０の内径方向に延びたティース９で構成される。固定子コア４のティース９に挟まれたスロット７の内面に突起２４を有する。３０は固定子コア４の端面である。

【0025】

図５Ａは、固定子コア４のスロット７にボビン２０に挿入している斜視図であり、図５Ｂは固定子コア４のスロット７に全てのボビン２０を挿入後の斜視図である。図５Ｃは固定子コア４のスロット７に全てのボビン２０挿入後の断面図であり、図５Ｄはボビン２０に凸型セグメントコイル１１と凹型セグメントコイル１２を挿入している斜視図である。図５Ｅは全ての凸型セグメントコイル１１と凹型セグメントコイル１２を挿入後の固定子６の斜視図である。

【0026】

図５Ｆは、突条２３の突条径方向外側面３１が突起２４の突起径方向内側面３４に突き当たっているときの斜視図である。図５Ｇはその時の断面図である。図５Ｈは、鍔２１が図３Ｄの矢印方向に曲がって、弾性変形した鍔３５になり、突条２４が突起２３と軸方向で接している状態の斜視図である。図５Ｉは、突条２３の突条径方向内側面３１が突起２４の突起径方向内側面３４に接しているときの斜視図である。図５Ｊはその時の断面図である。

【0027】

ボビン２０は、軸方向の両端部に鍔２１を有するため、軸方向から固定子コア４のスロット７に挿入することはできない。ボビン２０は、固定子コア４のスロット７へ径方向から挿入する。径方向から挿入した際に、突条２３の突条径方向外側面３１が突起２４の突起径方向内側面３４に突き当たるが、さらに押し込むと、鍔２１が図３Ｄの矢印方向に曲がるため、突条２４は突起２３と軸方向で接する。そこからさらに押し込むと、鍔２１は元の形状に戻り、突条２３の突条径方向内側面３１と突起２４の突起径方向外側面３４が接する。

【0028】

これにより固定子コア４とボビン２０が径方向に係合される。この構造により、ボビンは軸方向及び径方向に固定されるため、凸型セグメントコイル１１と凹型セグメントコイル１２を挿入する際の作業性が良くなり、生産性が向上する。

【実施例0029】

図６Ａ～図６Ｄを参照して、本発明の実施例２について説明する。

【0030】

図６Ａはティース９の上面図であり、図６Ｂはコアバック１０の上面図の部分拡大図である。図６Ｃは固定子コア４の組立途中の斜視図であり、図６Ｄは固定子コア４の上面図の部分拡大図である。

【0031】

固定子コア４は、ティース９とコアバック１０が別パーツ化されており、軸方向からティース９をコアバック１０のティース挿入溝１３に挿入することで構成される。ティース９とコアバック１０を別パーツ化することで、例えば、ティース９の材料にアモルファス、コアバック１０の材料に電磁鋼板を用いる。これにより、ティース９で発生する損失を低減させることができる。

【0032】

また、ティース９とコアバック１０に同じ材料を用いる場合でも、一体型の固定子コア４の形状を打ち抜きなどで作成した場合に発生する材料の余りを減らすことができる。

【0033】

このとき、上記特許文献１のように、ティース９がコアバック１０と接する根元に凹部を設けていると、ティース９とコアバック１０の接触面積が小さくなりティース９の保持強度が弱くなる。

【0034】

本実施例２では、固定子コア４とボビン２０の係合部がスロット７の中心部に位置しており、ティース９とコアバック１０の接触面が小さくなることはない。

【0035】

また、上記特許文献１のように、ティース９がコアバック１０と接する根元に凹部を設けていると、凹部に磁束が通らず磁気抵抗が大きくなり、効率が低下する。

【0036】

本実施例２では、固定子コア４とボビン２０の係合部がスロット７の中心部に位置していることで、磁束の流れ１４（図６Ｄ参照）が形成され、根元に凹部を有する構造と比べて磁気抵抗が小さくなり効率が良くなる。

【0037】

ティース９とコアバック１０の組み立て、固定子コア４とした後のボビン２０の挿入や、凸型セグメントコイル１１及び凹型セグメントコイル１２の挿入に関しては、実施例１と同様なのでその説明は省略する。