JP5036442B2 - ステータおよびステータの製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、モータ等の回転電機のステータおよびそのステータの製造方法に係り、特に、コイル同士の干渉を防ぎ性能の向上を図るものである。

従来の、固定子を１極ずつ分割して巻線する固定子の製造方法において、各分割固定子をＵ相、Ｖ相、Ｗ相毎にそれぞれスロット側を外側にして放射状に等間隔に配設し、相間の渡り線を連続させて順次巻線している（例えば、特許文献１参照）。

また従来の、ステータが複数の複数のコアに分割され、各コアが夫々基部及び突極部よりなるモータの、二つ以上のコアに連続して線部材を巻き付けるモータのモータ巻線方法において、線部材が第１コアの基部側突出部から導入され、基部側突出部側から張出部側突出部側に向けて１層目、張出部側突出部側から基部側突出部側に向けて２層目、基部側突出部側から張出部側突出部側に向けて３層目と巻き付けられている。第１コアの巻き終わり線は渡り線となって第２コアの基部側突出部から導入され、第１コアと同様に巻回されている（例えば、特許文献２）。

特開２００２−３４２１２号公報（段落番号[０００５]、図５〜図８等） 特開２００４−９６８９４号公報（段落番号[０００５]、[００２９]、図４等）

従来、同相の各分割コア間の渡り線を連続させて巻線するステータの製造方法では、コイルが各分割コアのティース部の径方向外側（バックヨーク側）から巻始められ、１層目から２層目への折り返しは分割コアのティース部の径方向内側（張出部側）で行われていた。従って、折り返しをティース部の周方向側側面で行えば、ティース部の径方向内側のコイルが周方向に膨らみ、分割コアを円周状に配置した場合にコイル同士が干渉するという問題があった。また、コイルの周方向の膨らみを防止するために折り返しをティース部の軸方向側端面で行えば、２層目最初のターンとこの最初のターンが１層目のコイルと引っかかる部分に大きな力が加わるため、コイルの巻崩れが生じるという問題があった。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、同相の各分割コア間の渡り線を連続させて巻線できるとともに、隣り合う分割コア間のコイル同士の干渉を防止し、性能の高いステータを得ることを目的とする。

この発明の回転電機のステータは、ティース部とバックヨーク部からなる複数の分割コアを環状に配置し、少なくとも２以上の隣り合う分割コアからなる分割コア組を複数組み合わせて構成される回転電機のステータである。そして、各分割コア組内における隣り合う分割コア間のコイルの渡り線が切断されることなく連続してコイルが各分割コアに巻回され、コイルは各分割コアの径方向内側から巻始められ、各分割コアの径方向外側で１層目から２層目へ折り返されるものである。

また、この発明の回転電機のステータ製造方法は、ティース部とバックヨーク部からなる複数の分割コアを環状に配置して構成され、少なくとも２以上の隣り合う分割コア間のコイルの渡り線が切断されることなく連続してコイルが分割コアに巻回される回転電機のステータの製造方法である。そして、隣り合う分割コアの第１の分割コアと第２の分割コアをティース部側が対向するように配置する工程と、隣り合う分割コアのティース部側を対向配置した状態で、第１の分割コアのティース部に径方向内側からコイルを巻始め、径方向外側で１層目から２層目へ折り返す工程と、第１の分割コアへのコイルの巻回が終了後に、第１の分割コアの径方向内側から第２の分割コアの径方向内側へコイルを渡す工程と、第２の分割コアのティース部に径方向内側から上記渡されたコイルを巻始め、径方向外側で１層目から２層目へ折り返す工程と、第２の分割コアへのコイルの巻回終了後に、第１の分割コアと第２の分割コアの配置を、対向配置から各分割コアのバックヨーク部が接触する隣接配置に移動する工程と、を備えたものである。

この発明のステータによれば、ティース部とバックヨーク部からなる複数の分割コアを環状に配置し、少なくとも２以上の隣り合う分割コアからなる分割コア組を複数組み合わせて構成される回転電機のステータであって、各分割コア組内における隣り合う分割コア間のコイルの渡り線が切断されることなく連続してコイルが各分割コアに巻回され、コイルは各分割コアの径方向内側から巻始められ、各分割コアの径方向外側で１層目から２層目へ折り返されるものであるため、同相の各分割コア間のコイルの渡り線を連続させて巻線することによりステータの生産性の向上を図ることができるとともに、分割コアを円周状に配置した際に、隣り合う分割コア間のコイル同士が干渉することを防止する。そして、コイル間の絶縁距離を確保するとともに、真円度や占積率を向上させ、回転電機の性能を向上させることができる。

また、この発明のステータ製造方法によれば、隣り合う分割コアの第１の分割コアと第２の分割コアをティース部側が対向するように配置する工程と、隣り合う分割コアのティース部側を対向配置した状態で、第１の分割コアのティース部に径方向内側からコイルを巻始め、径方向外側で１層目から２層目へ折り返す工程と、第１の分割コアへのコイルの巻回が終了後に、第１の分割コアの径方向内側から第２の分割コアの径方向内側へコイルを渡す工程と、第２の分割コアのティース部に径方向内側から上記渡されたコイルを巻始め、径方向外側で１層目から２層目へ折り返す工程と、第２の分割コアへのコイルの巻回終了後に、第１の分割コアと第２の分割コアの配置を、対向配置から各分割コアのバックヨーク部が接触する隣接配置に移動する工程と、を備えたため、同相の各分割コア間のコイルの渡り線を連続させて巻線することによりステータの生産性の向上を図ることができるとともに、分割コアを円周状に配置した際に、隣り合う分割コア間のコイル同士が干渉することを防止する。そして、コイル間の絶縁距離を確保するとともに、真円度や占積率を向上させ、回転電機の性能を向上させることができる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における回転電機のステータを構成する分割コアの一部を示す平面図、図２は図１の分割コアに巻枠を装着し、コイルを巻回した状態を示す平面図、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線方向からみた側面図であり、構造が分かり易いようコイルは表示していない。
図１〜図３に示すように、分割コア１は複数枚の鉄心シートを積層して構成して成る積層体であり、円弧状のバックヨーク部２と、バックヨーク部２から径方向内側に突出するティース部３とを備えている。ティース部３は先端に張出部３０を有し、ティース部３の周方向側の両側部に凹溝３１ａ、３１ｂを形成している。
そして、各分割コア１の軸方向（積層方向）両端側からは、分割コア１のティース部３を覆うように一対の巻枠４が装着されている。巻枠４は、ティース部３の軸方向端面を覆う端面被覆部４０と、凹溝３１ａ、３１ｂを覆う凹溝被覆部４１を備え、端面被覆部４０にはバックヨーク部２および張出部３０に各々対応する位置にバックヨーク部側突出部４２、張出部側突出部４３が形成され、コイル５の巻崩れを防いでいる。
コイル５は巻枠４を介して分割コア１のティース部３に巻回され、巻枠４を介して巻回されることにより分割コア１とコイル５間の電気的絶縁がなされている。
そして、このような構成の複数の分割コア１が、バックヨーク部２同士を接触させて環状に配置され連結されることにより本実施の形態１のステータを形成する。

次に、各分割コア１にコイル５を巻回する手順の一例を説明する。
ここで、図４〜図９はこの発明による分割コア１へのコイル５の巻回手順を説明する図、図１０はコイル５巻回後の分割コア１を環状に配置した時の平面図である。
図４〜図１０に示す分割コア１ａ、１ｂは、環状に連結されてステータを形成する際に隣接するものであり、同相となるものである。そして、本実施の形態１ではこの隣り合う同相の各分割コア１ａ、１ｂの間のコイル５の渡り線を連続させてコイル５を巻回するにあたり、各分割コア１ａ、１ｂにに反対方向の磁界を発生させるために、分割コア１ａとは逆回りに分割コア１ｂにコイル５を巻回する場合を例として説明する。

まず、図４に示すように、各分割コア１ａ、１ｂは、巻枠４が装着されたティース部３（以降巻枠４が装着されたティース部３を単にティース部３と記載する。）の先端側、すなわち張出部３０側が内側となるように対向させて配置される。専用のコア固定治具６ａ、６ｂは、各分割コア１ａ、１ｂのバックヨーク部２をそれぞれ保持するものであり、分割コア１ａ、１ｂの周方向の中央を通る中心線を回転軸１００とし、この回転軸１００を中心に自在に回転する。

図５はコイル５の分割コア１ａ側への巻回初期状態を示す図であり、図６は分割コア１ａへのコイル５の巻回が完了した時の状態を示す図である。
コイル５はノズル７から繰り出され、コイル端末部５０は端末保持具６０ｂにより保持される。端末保持具６０ｂは分割コア１ｂを保持するコア固定治具６ｂに搭載されており、コア固定治具６ｂの回転に伴って回転する。ノズル７の位置は、コイル５が巻始められるティース部３の張出部３０側（径方向内側）端に合わせられ、この状態でコア固定治具６ａ、６ｂの回転が開始される。そして、ノズル７がティース部３のバックヨーク部２側（径方向外側）方向へ移動されることにより、ティース部３の径方向内側から径方向外側へ順次コイル５が巻回される。コイル５がティース部３の径方向外側端まで巻回されると、コイル５は１層目から２層目へとティース部３の径方向外側で折り返される。
続いて、ノズル７を径方向外側から内側に移動させることにより２層目が順次巻回され、２層目のコイル巻終わり５ａまで巻回されて分割コア１ａへのコイル５の巻回が完了する。

なお、１層目から２層目の折り返しが径方向外側で行われることにより、その折り返しを分割コア１ａの周方向側の側面で行っても、分割コアを円周状に配置した際に隣り合う分割コア間とでコイルの干渉が生じない。従って、１層目から２層目への折り返しは分割コア１ａの周方向側の側面で行うことが望ましく、軸方向側の端面で折り返しを行った場合に比べ、２層目最初のターンとこの２層目最初のターンが１層目のコイル５と引っかかる部分にかかる力が小さくなるため、２層目最初のターンの位置がティース部３のバックヨーク部２側へずれてコイルの巻崩れが生じることを防ぐことができる。

また、複数個の分割コアを円周状に配置した際に、隣り合う分割コアの内周側でコイル５が干渉することを防止するため、図６中点線で示す隣りに配置される分割コアとの境界線内に、コイル５の巻終わり５ａが収まるようにコイル５の２層目の巻回回数を設定するものとし、本実施の形態１では２層目の巻回回数を５回に設定している。

次に、分割コア１ｂ側にコイル５を巻回する。ここで、図７はコイル５の分割コア１ｂ側への巻回初期状態を示す図、図８（ａ）は分割コア１ｂへのコイル５の巻回が完了した時の状態を示す図、図８（ｂ）は図８（ａ）を側面から見た状態を示す参考図である。
図７に示すように、端末保持治具６０ｂに保持されていたコイル端末部５０は、分割コア１ａ側のコア固定治具６ａに搭載された端末保持治具６０ａに持ち替えられる。なお、端末保持治具６０ａはコア固定具６ａの回転に伴い回転するものである。そして、ノズル７を分割コア１ｂの所定位置、すなわちコイル５が巻始められるティース部３の張出部３０側（径方向内側）端の位置まで移動させる。これを、分割コア１ｂ側への巻回初期状態とする。
この時、分割コア１ａの巻終わり５ａから分割コア１ｂ側へのびるコイル５の渡り線５１は、分割コア１ａの軸方向側端面上の径方向内側から、分割コア１ｂの軸方向側端面上の径方向内側へ渡されている。そして、この渡り線５１は、分割コア１ａに巻回されたコイル５の巻崩れを防ぐとともに、分割コア１ｂへのコイル巻回の開始位置を位置決めするため、図示しない保持部材等により分割コア１ａ、１ｂの軸方向側端面上部で保持されている（図８（ｂ）参照）。
次に、コア固定治具６ａ、６ｂの回転を開始し、ノズル７をティース部３のバックヨーク部２側（径方向外側）方向へ移動させることにより、分割コア１ｂの１層目が巻回される。そして、図８（ａ）に示すように、コイル５がティース部３の径方向外側端まで巻回されると、コイル５は１層目から２層目へとティース部３の径方向外側で折り返され、ノズル７を径方向外側から径方向内側に移動させることにより２層目が順次巻回され、２層目のコイル巻終わり５ｂまで巻回されて巻線が完了する。

なお、コイル巻終わり５ｂについても、上述の分割コア１ａの巻終わり５ａの場合と同様、図８（ａ）中点線で示す隣りに配置される分割コアとの境界線内に収まるように巻回回数を設定している。本実施の形態１では２層目の巻線回数は５回に設定している。
また、１層目から２層目への折り返しは分割コア１ｂの周方向側の側面で行えば、分割コアを円周状に配置した際に隣り合う分割コア間とでコイルの干渉が生じないとともに、コイル５の巻崩れを防止することができる。

次に、図９に示すようにコイル５をノズル７から切り離し、また、コイル端末部５０を端末保持治具６０ａから取り外す。そして、各分割コア１ａ、１ｂをそれぞれコア固定治具６ａ、６ｂから取り外し、対向状態にある分割コア１ａ、１ｂを図中矢印の方向に回転させる。そして、図１０に示すように、各分割コア１ａ、１ｂの各バックヨーク部２を接触させると、円周状に配置された２つの分割コア１ａ、１ｂ間に渡り線５１を介してコイル５が連続して巻回された状態が作られる。この時、渡り線５１は分割コア１ａのコイルの巻終わり５ａから分割コア１ｂのコイルの巻始め５ｃへ向けて、分割コア１ａのティース部３の軸方向端面上に配置される。

図１１は、図１０の状態の分割コア１ａ、１ｂを複数組みあわせて形成したステータ１０の構成を示す平面図である。複数組の分割コア１ａ、１ｂは各バックヨーク部２が接触するように環状に配置され、さらにその外周に環状のフレーム８を配置することにより全体が固定されている。分割コア１ａ側のコイル５の端末５２ａと分割コア１ｂ側のコイル５の端末５２ｂはそれぞれ所定の相手と接続されてコイル結線が行われる。

なお、本実施の形態１ではフレーム８により各分割コア１を環状に固定したが、各分割コア１の固定方法はこれに限られるものではなく、例えばバックヨーク部２に連結部を設けることにより固定したり、バックヨーク部２の接触部を溶接等することにより固定してもよい。

また、本実施の形態１では各分割コア１ａ、１ｂへのコイル５の巻回層数は２層としているが、これに限られるものではなく、コイル径や、分割コアの形状や分割数等により、隣り合う分割コアのコイル同士が干渉しない範囲でコイルの巻回層数を随時変更すればよい。
例えば３層巻や４層巻きとした場合であっても、少なくともコイル干渉が最も生じやすい１層目から２層目の折り返しを分割コアの外周側で行えることで、分割コアの内周側のコイル干渉を十分に防ぐことができる。
もちろんステータの分割コア数も１２に限られるものではなく、用途に応じて随時設定すればよい。

また、本実施の形態１では２つの分割コア１ａ、１ｂに連続してコイル５を巻回する場合を示したが、２つ以上の分割コアに連続してコイルを巻回してもよく、例えば３つの分割コアに連続してコイルを巻回する場合には、２つ目の分割コアにコイルを巻回後、１つ目の分割コアをコア固定治具から外し、このコア固定治具に３つ目の分割コアを設置してコイルを巻回すればよい。

以上のように、本実施の形態１では、２つの隣り合う分割コア１ａ、１ｂ間のコイルの渡り線５１が切断されることなく連続してコイル５が分割コア１ａ、１ｂに巻回されるため、ステータの生産性の向上を図ることができるとともに、コイル５は分割コア１ａ、１ｂの径方向内側から巻始められ、分割コア１ａ、１ｂの径方向外側で１層目から２層目へ折り返されるため、分割コア１ａ、１ｂを円周上に配置した際に、隣り合う分割コア１ａ、１ｂ間の径方向内側でコイル５同士が干渉することを防止することができる。これにより、コイル５間の絶縁距離を確保し、ステータ１０の真円度やコイル５の占積率を向上させ、回転電機の性能を向上させることができる。

また、コイル５の渡り線５１は、分割コア１ａ、１ｂのティース部３の軸方向端面上に配置されているため、渡り線５１の長さを短くすることができる。従って、渡り線５１部分による電気抵抗の増大を抑制し、回転電機の性能を向上させることができる。

また、１層目から２層目の折り返しを、分割コア１ａ、１ｂの径方向外側の周方向側側面で行えば、分割コアを円周状に配置した際に隣り合う分割コア間とでコイルの干渉を防止するとともに、コイルの巻崩れを防止することができる。

また、分割コア１ａ、１ｂの周方向側側面でこの折り返しを行えることにより、コイル５の巻崩れが生じにくいためコイル５の巻回が容易になり、巻回速度を向上して生産の効率化を図ることができる。また、巻回時のコイル５のテンションを抑えることができるため、巻回装置のサイズを小型化することができる。

また、隣り合う分割コア１ａ、１ｂをティース部３側が対向するように配置し、各ティース部３の径方向内側からコイル５を巻回するため、分割コア１ａ、１ｂ間のコイル５を切断することなく巻回できるとともに、その渡り線５１を分割コア１ａの径方向内側から分割コア１ｂの径方向内側へ渡すことができる。これにより、渡り線５１の長さを短く設計でき、かつ分割コア１ｂのティース部３へのコイル５巻回時に、渡り線５１がノズル７より繰り出されるコイル５の巻回を妨げることはない。

この発明の実施の形態１における回転電機のステータを構成する分割コアの一部を示す平面図を示す。 図１の分割コアに巻枠を装着し、コイルを巻回した状態を示す平面図を示す。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ方向からみた側面図であり、コイルの表示は省略したものを示す。 この発明の実施の形態１における分割コアへのコイルの巻回方法を説明する図である。 この発明の実施の形態１における分割コアへのコイルの巻回方法を説明する図である。 この発明の実施の形態１における分割コアへのコイルの巻回方法を説明する図である。 この発明の実施の形態１における分割コアへのコイルの巻回方法を説明する図である。 この発明の実施の形態１における分割コアへのコイルの巻回方法を説明する図である。 この発明の実施の形態１における分割コアへのコイルの巻回方法を説明する図である。 図４〜図９によりコイルを巻回した分割コアを環状に配置した時の平面図である。 この発明の実施の形態１におけるステータの構成を示す平面図である。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ 分割コア、２ バックヨーク部、３ ティース部、５ コイル、
１０ ステータ、５１ 渡り線。

Claims (2)

1. ティース部とバックヨーク部からなる複数の分割コアを環状に配置し、少なくとも２以上の隣り合う分割コアからなる分割コア組を複数組み合わせて構成される回転電機のステータであって、
   上記各分割コア組内における隣り合う分割コア間のコイルの渡り線が切断されることなく連続してコイルが上記各分割コアに巻回され、上記コイルは上記各分割コアの径方向内側から巻始められ、上記各分割コアの径方向外側で１層目から２層目へ折り返されることを特徴とする回転電機のステータ。
2. ティース部とバックヨーク部からなる複数の分割コアを環状に配置して構成され、少なくとも２以上の隣り合う上記分割コア間のコイルの渡り線が切断されることなく連続してコイルが上記分割コアに巻回される回転電機のステータの製造方法であって、
   上記隣り合う分割コアの第１の分割コアと第２の分割コアをティース部側が対向するように配置する工程と、
   上記隣り合う分割コアのティース部側を対向配置した状態で、上記第１の分割コアのティース部に径方向内側からコイルを巻始め、径方向外側で１層目から２層目へ折り返す工程と、
   上記第１の分割コアへの上記コイルの巻回が終了後に、上記第１の分割コアの径方向内側から上記第２の分割コアの径方向内側へ上記コイルを渡す工程と、
   上記第２の分割コアのティース部に径方向内側から上記渡されたコイルを巻始め、径方向外側で１層目から２層目へ折り返す工程と、
   上記第２の分割コアへの上記コイルの巻回終了後に、上記第１の分割コアと上記第２の分割コアの配置を、対向配置から上記各分割コアのバックヨーク部が接触する隣接配置に移動する工程と、
   を備えたことを特徴とする回転電機のステータの製造方法。

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