JP2003116240A - 固定子および固定子の製造方法 - Google Patents
固定子および固定子の製造方法Info
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Abstract
止しつつ、固定子巻線内に巻線温度の温度差が生じるこ
とを抑制する。 【解決手段】 所定周方向に所定間隔をおいて配置した
複数のティース鉄心11,…,11間の外周側にコアバ
ック鉄心12,…,12を配置し、ティース鉄心11,
…,11間の内周側に固定子巻線25を配置した。固定
子巻線25を、所定の複数本の電線が束ねられてなる複
数の束線を並列接続して構成した。ティース鉄心11,
11間の内周側に位置する束線ほど、外周側に位置する
束線よりも、束線を構成する電線の本数が少なくなるよ
うに設定し、各束線の周長Lと断面積Aとの比(L/
A)が、所定の許容範囲内の値となるように設定した。
Description
子および固定子の製造方法に関する。
3号公報に開示された固定子のように、固定子鉄心を、
ティース鉄心部とコアバック鉄心部とに分割して、ティ
ース鉄心部間のスロット部に固定子巻線を巻装した後、
ティース鉄心部間にコアバック鉄心部を径方向の外側か
ら押圧挿入してなる固定子が知られている。このような
固定子において、ティース鉄心部間のスロット部に固定
子巻線を巻装する際に、例えば、複数本の電線を束ねて
なる束線をティース鉄心部間を縫うようにして複数回に
亘って周回させる方法が知られている。
術に係る固定子において、例えば複数の束線を周回させ
て固定子巻線を形成する場合には、ティース鉄心部間の
内周側の束線の配線長に比べて、外周側の束線の配線長
の方が長くなり、この配線長差に起因して抵抗値の差が
生じる。このため、固定子巻線に所定電圧で通電を行う
と、並列接続された複数の束線のうち、相対的に抵抗値
が小さい内周側の束線ほど大きな電流が流れて発熱量が
増大する。ここで、固定子巻線には、所定の耐熱温度が
設定されており、この耐熱温度に応じた所定の温度範囲
内にて固定子巻線の温度変化が生じるように、電源等に
対する所定の給電可能範囲が設定されている。しかしな
がら、束線の発熱量に大きなばらつきが生じると、固定
子巻線に対する所定の温度範囲、つまり給電可能範囲が
狭くなってしまい、固定子巻線の耐熱性能を有効利用し
て多様な通電制御を行うことが困難になる虞がある。
化との関係を0.4%/℃とし、束線の抵抗値の差が1
4.3%の場合に、固定子巻線には局部的に14.3/
0.4≒36℃の温度差が生じる。ここで、固定子巻線
の雰囲気温度が80℃、耐熱温度が180℃の場合に
は、固定子巻線に対する所定の温度範囲、つまり給電可
能範囲は180−80=100℃とされているが、局部
的に36℃の温度差が生じていると、この温度範囲は1
00−36=64℃まで狭くなってしまう虞がある。ま
た、固定子巻線の温度が所定の耐熱温度(例えば、18
0℃)近傍の値になっているときに、このような温度差
が生じた場合には、固定子巻線の温度が局部的に180
+36=216℃となって、耐熱温度を超えてしまう虞
がある。
複数本(例えば、80本)の電線が並列接続され、複数
回(例えば、3回)周回させて固定子巻線を形成する場
合には、これら複数本の電線を並列接続して一本の束線
を構成し、この一本の束線を周回させる方法と、これら
複数本の電線を所定本数(例えば、各20本)に分割し
て複数本(例えば、4本)の束線を構成し、各束線毎に
複数回(例えば、3回)周回させ、各束線を並列接続す
る方法が知られている。ここで、前者の方法において
は、一本の束線を周回させる際に、所定の位置毎に束線
を捻って、束線の内周側が外周側等となるように転移さ
せることによって、束線を構成する電線の各配線長が等
しくなるように設定する。
は、例えば束線が捻られる位置において隣接する束線同
士の間に隙間が生じ、占積率が低下してしまう虞があ
る。また、後者の方法においては、各束線を周回させた
後に、各束線からの引出線の長さを所定長に調整して並
列接続することによって、引出線の長さを含めた束線の
配線長が各束線同士で互いに等しくなるように設定す
る。例えばティース鉄心部間の内周側に配置された束線
に比べて、外周側に配置された束線ほど引出線が短くな
るように設定することで、束線の配線長差に起因する抵
抗値の差が生じることを防止することができる。しかし
ながら、このような固定子巻線では、内周側に配置され
た束線ほど、抵抗値を増大させるために引出線を長くす
る必要があり、固定子巻線の製作費用が嵩むと共に、引
出線が長くなることでコイルエンドの高さが高くなり、
固定子の寸法が増大してしまう虞がある。
で、固定子の寸法や製作費用が増大することを防止しつ
つ、固定子巻線を構成する複数の電線の巻線温度に温度
差が生じることを抑制することが可能な固定子および固
定子の製造方法を提供することを目的とする。
目的を達成するために、請求項1に記載の発明の固定子
は、所定周方向に所定間隔をおいて配置された複数のテ
ィース鉄心(例えば、後述する実施の形態におけるティ
ース鉄心11)と、隣り合う前記ティース鉄心間の外周
側に設けられたコアバック鉄心(例えば、後述する実施
の形態におけるコアバック鉄心12)と、前記ティース
鉄心間に配置され、前記周方向に沿って周回する複数本
の束線が並列接続されてなる固定子巻線(例えば、後述
する実施の形態における固定子巻線25)とを備えた固
定子であって、前記束線は複数本の電線が束ねられてな
り、前記ティース鉄心間の内周側の前記束線は、外周側
の前記束線に比べて、前記電線の本数が少なくされてい
ることを特徴としている。
ース鉄心間の径方向の位置に応じて束線を構成する電線
の本数を変化させることで、束線の断面積を調整するこ
とができる。これにより、束線の配線長差によって生じ
る抵抗値の差と、束線の断面積差によって生じる抵抗値
の差とを相殺し、隣り合うティース鉄心間の径方向の位
置に関わりなく、複数の束線の抵抗値を同等の値に設定
することができる。すなわち、隣り合うティース鉄心間
の外周側に配置された束線では、内周側に配置された束
線に比べて配線長が長いため、抵抗値がより大きくなっ
ている。このため、例えば、外周側の束線を構成する電
線の本数を、内周側の束線を構成する電線の本数よりも
増加させ、束線の断面積を大きくすることによって、抵
抗値を減少させ、外周側の束線の抵抗値と内周側の束線
の抵抗値とを同等の値に設定する。あるいは、例えば、
内周側の束線を構成する電線の本数を、外周側の束線を
構成する電線の本数よりも減少させ、束線の断面積を小
さくすることによって、抵抗値を増大させ、外周側の束
線の抵抗値と内周側の束線の抵抗値とを同等の値に設定
する。これにより、隣り合うティース鉄心間の径方向の
位置に関わりなく、複数の束線の抵抗値を同等の値に設
定する際に、占積率の低下やコイルエンドの高さが高く
なることを防止することができる。
製造方法は、複数本の電線が束ねられてなる束線を、所
定周方向に所定間隔をおいて配置された複数のティース
鉄心間に配置して、前記周方向に沿って周回させる第1
のステップ(例えば、後述する実施の形態におけるステ
ップS02)と、前記周方向に沿って周回する複数の前
記束線を並列接続する第2のステップ(例えば、後述す
る実施の形態におけるステップS06)とを含む固定子
の製造方法であって、前記ティース鉄心間の内周側の前
記束線に対する前記電線の本数を、外周側の前記束線に
比べて、少なくすることを特徴としている。
線を周回させる際に、ティース鉄心間の外周側に位置す
る束線ほど、より多くの本数の電線を束ねる、あるい
は、ティース鉄心間の内周側に位置する束線ほど、より
少ない本数の電線を束ねることによって、束線の配線長
差によって生じる抵抗値の差と、束線の断面積差によっ
て生じる抵抗値の差とを相殺し、ティース鉄心間の径方
向の位置に関わりなく、複数の束線の抵抗値を同等の値
に設定することができる。これにより、複数の束線の抵
抗値を同等の値に設定する際に、占積率の低下やコイル
エンドの高さが高くなることを防止することができると
共に、製作に要する費用が増大することを防止すること
ができる。
態について添付図面を参照しながら説明する。図1は本
発明の一実施形態に係る固定子10の斜視図であり、図
2は図1に示す固定子10の平面図であり、図3は図1
に示す固定子10のティース鉄心11の平面図であり、
図4は図1に示す固定子10のコアバック鉄心12の平
面図であり、図5は図2に示す固定子10の要部平面図
であり、図6は所定間隔をおいて配置したティース鉄心
11,…,11に固定子巻線25を巻き付ける工程を示
す図であり、図7は図6に示す固定子10の要部断面図
であり、図8は図6に示す固定子10の要部を径方向の
外周側から見た図である。本実施の形態による固定子1
0は、例えば図1および図2に示すように略円筒状に形
成され、所定円周上に周方向に所定間隔をおいて配置さ
れた複数のティース鉄心11,…,11と、隣り合うテ
ィース鉄心11,…,11間の外周側に配置されたコア
バック鉄心12,…,12とを備えて構成されている。
うに、珪素鋼鈑等の方向性を有する電磁鋼鈑が積層され
てなり、例えば磁化容易方向が固定子10の径方向に設
定されている。ティース鉄心11は、固定子10の中心
軸線と平行な方向に所定の厚さを有しており、内周側の
巻線部21と、一対の突出部22,22と、一対の爪部
23,23と、外周側の継鉄部24とを備えて構成され
ている。
に形成され、この巻線部21の外周側の端部には、周方
向の外側に向かい突出する一対の突出部22,22が設
けられ、内周側の端部には、周方向の外側に向かい突出
する一対の爪部23,23が設けられている。ここで、
隣り合うティース鉄心11,11間で対向する2つの突
出部22,22は、ティース鉄心11,11間に挿入さ
れたコアバック鉄心12の内周側の端部12aに当接可
能とされており、コアバック鉄心12の径方向内方に向
かう移動を規制するようになっている。また、巻線部2
1の一対の爪部23,23は、巻線部21に巻装される
固定子巻線(図示略)の径方向内方への抜け落ちを防止
するようになっている。
周側に向かい大きくなるように形成され、例えばテーパ
状の継鉄部側面24A,24Aを有している。すなわ
ち、継鉄部側面24A,24A間の距離aは、内周側か
ら外周側に向かい漸次大きくなるように設定されてい
る。そして、例えば図5に示すように、所定円周上に所
定間隔をおいて配置された隣り合うティース鉄心11,
11間で対向する2つの継鉄部側面24A,24A間の
距離bは、内周側から外周側に亘って所定の値となるよ
うに、あるいは、内周側から外周側に向かい若干小さく
なるように設定されている。
ように、珪素鋼鈑等の方向性を有する電磁鋼鈑が積層さ
れてなる略直方体状に形成され、例えば磁化容易方向が
固定子10の周方向に設定されている。コアバック鉄心
12の厚さは、例えばティース鉄心11の厚さと同等に
形成され、径方向の長さdは、例えばティース鉄心11
の継鉄部24の径方向の長さcと同等に形成されてい
る。さらに、コアバック鉄心12の周方向の幅fは、内
周側から外周側に亘って所定の値、例えば隣り合うティ
ース鉄心11,11間で対向する2つの継鉄部側面24
A,24A間の距離bと同等の値、あるいは、この距離
bよりも若干大きな値となるように形成されている。
離bを内周側から外周側に向かい小さくなるように設定
した場合には、隣り合うティース鉄心11,11間に圧
入したコアバック鉄心12は継鉄部側面24A,24A
の特に外周部によって挟み込まれるようにして固定され
る。また、継鉄部側面24A,24A間の距離bを内周
側から外周側に亘って所定値となるように設定した場合
には、コアバック鉄心12の両側面を継鉄部側面24
A,24Aと面接触させ、コアバック鉄心12を継鉄部
側面24A,24Aの全面によって両側から挟み込むよ
うにして固定することができる。
ース鉄心11の巻線部21に巻き付けられるようにして
固定子巻線25が巻装されている。この固定子巻線25
は、後述するように、所定の複数本の電線が束ねられて
なる複数の束線が、並列接続されて構成されており、各
束線は固定子10を一回だけ周回するように設定されて
いる。そして、ティース鉄心11,11間の内周側に位
置する束線ほど、外周側に位置する束線よりも、束線を
構成する電線の本数が少なくなるように設定されてい
る。すなわち、周回する所定本数の電線を束ねてなる適
宜の束線に対して、この束線よりも内周側の位置には、
より少ない本数の電線を束ねてなる束線が配置されてい
る。
えば、束線の周長Lと断面積Aとに応じて設定されてい
る。例えば、各束線をティース鉄心11,…,11間を
縫うようにして一回だけ周回させ、波巻きを行う場合に
おいて、1相の1周回あたりの束線Bの周長Lは、下記
数式(1)に示すように、ティース鉄心11,11間の
径方向の位置に応じて異なる束線の半径r(例えば、図
7に示す内周側束線B1の半径r1、外周側束線B2の
半径r2)と、極数Pと、積厚t1(例えば、図8に示
すティース鉄心11の厚さt1)と、コイルエンド高さ
t2(例えば、図8に示すティース鉄心11の側面11
Aと固定子巻線25との間の距離t2)とによって記述
される。
周長Lと断面積Aとの比(L/A)つまり束線の抵抗値
に相当する値が、各束線毎に所定の許容範囲内の値とな
るように設定されている。
を備えており、次に、この固定子10の製造方法につい
て添付図面を参照しながら説明する。
のティース固定治具26の外周面上に、所定間隔をおい
て複数のティース鉄心11,…,11を配置する(ステ
ップS01)。次に、ティース固定治具26に固定され
たティース鉄心11,…,11の外周面に沿って周回移
動可能、かつ、固定子10の軸線と平行な方向に揺動可
能とされた適宜の巻線機(図示略)の複数あるノズル2
7、…、27から、各ノズル27毎に所定の複数本の電
線を束ねてなる束線Bを供給し、各ティース鉄心11の
巻線部21に束線Bを巻き付ける(ステップS02)。
ス鉄心11,…,11を所定数毎に跨いで縫うようにし
て動かしてティース鉄心11に束線Bを巻き付けるよう
にして周回させ、各周回毎に同じ相の固定子巻線25が
同じティース鉄心11,…,11間に巻装されるように
設定する。さらに、各周回毎にノズル27から供給され
る電線の本数を変更する。例えば、ティース鉄心11,
…,11間の径方向において、内周側に配置される束線
Bに比べて、外周側に配置される束線Bほど供給される
電線の本数がより多くなるように設定する。
装される複数の相の固定子巻線25,…,25の相数と
同じ数のノズル27,…,27を備えたものであり、例
えば、3相モータの場合には、U相、V相、W相に対応
して3個のノズル27,27,27を備えている。各ノ
ズル27は、所定の複数本の電線を同時に束ねた状態で
供給するように構成され、これら3個のノズル27,2
7,27を、同時にティース鉄心11,…,11間を縫
うようにして周回させるようになっている。これによ
り、ノズル27,27,27の周回を複数回行うことに
よって、多相(例えば、U相、V相、W相)分の巻装が
行われる。
うティース鉄心11,11間に外周側からコアバック鉄
心12を圧入し、コアバック鉄心12の内周側の端部1
2aに、隣り合うティース鉄心11,11間で対向する
2つの突出部22,22を当接させる(ステップS0
3)。そして、ティース固定治具26を取り外す(ステ
ップS05)。次に、各相毎に、異なる本数の電線を束
ねてなる複数の束線B1,…,Bn(nは任意の自然
数)の各引出線(図示略)を並列接続して(ステップS
06)、一連の工程を終了する。
の製造方法により製造した固定子10の一例について説
明する。なお、以下において、固定子巻線25は、例え
ば3セットの束線C1,C2,C3により構成され、最
も内周側を周回する束線C1の外周側に束線C2が配置
され、さらに束線C2の外周側に束線C3が配置されて
いる。また、各束線C1,C2,C3を構成する複数本
の電線の一本あたりの断面積を、例えば0.0625m
mとした。
18本とし、束線C2の電線の本数を19本とし、束線
C3の電線の本数を20本として固定子巻線25を形成
した場合を実施例とした。また、各束線C1,C2,C
3を、互いに等しい20本の電線により構成した場合を
比較例とした。表1には、実施例における束線C1,C
2,C3の断面積A(各電線の断面積の合計)、周長
L、周長Lと断面積Aの比(L/A)と、束線C3を基
準としたときの束線C1,C2の断面積差による抵抗値
の差、周長差の割合、束線の抵抗値の差(比(L/A)
の差)を示した。また、表2には、比較例における束線
C1,C2,C3に対して、表1と同様に断面積A、断
面積差による抵抗値の差、周長L、周長差、周長Lと断
面積Aの比(L/A)、束線の抵抗値の差(比(L/
A)の差)を示した。
時の発熱による温度変化と抵抗値の変化との関係を0.
4%/℃とし、固定子巻線25内に局所的に生じる温度
差の許容範囲を10℃とすれば、固定子巻線25内の抵
抗値の差を4%に設定する必要がある。表2に示す比較
例では、各束線C1,C2,C3を構成する電線の本数
が互いに等しいため、断面積Aが等しくなり、各束線C
1,C2,C3の周長差に応じた抵抗値の差が生じる。
すなわち、最も外周側の束線C3を基準として、束線C
2の抵抗値は束線C3よりも4.51%だけ小さくな
り、さらに、最も内周側の束線C1の抵抗値は束線C3
よりも9.01%だけ小さくなり、許容される抵抗値の
差である4%を超えてしまっている。
線ほど電線の本数が少なくされており、各束線C1,C
2,C3の断面積Aに応じた抵抗値の差が生じる。すな
わち、最も外周側の束線C3を基準として、束線C2の
断面積Aに起因する抵抗値は束線C3よりも5%だけ大
きくなり、さらに、最も内周側の束線C1の断面積Aに
起因する抵抗値は束線C3よりも10%だけ大きくなっ
ている。さらに、上述した比較例と同様に、各束線C
1,C2,C3の周長差に応じた抵抗値の差が生じてお
り、最も外周側の束線C3を基準として、内周側の束線
ほど、周長Lに起因する抵抗値は小さくなっている。こ
れにより、断面積Aに起因する抵抗値と、周長Lに起因
する抵抗値とが相殺し、結局、最も外周側の束線C3を
基準として、束線C2の抵抗値は束線C3よりも0.5
2%だけ大きくなり、さらに、最も内周側の束線C1の
抵抗値は束線C3よりも1.09%だけ大きくなり、許
容される抵抗値の差である4%未満の値となっている。
すなわち、ティース鉄心11,…,11間の径方向にお
ける位置に応じて、各束線C1,C2,C3の構成する
電線の本数を変化させることで、束線C1,C2,C3
の抵抗値の差を略1%以内に設定することができ、固定
子巻線25に生じる局所的な温度差を所望の許容範囲内
に収めることができる。
子10によれば、固定子巻線25をなす複数本の束線に
対し、束線の断面積に起因する抵抗値と、束線の周長に
起因する抵抗値とを相殺して、ティース鉄心間11,
…,11の径方向の位置に関わりなく、複数の束線の抵
抗値を同等の値に設定することができる。これにより、
複数の束線の抵抗値を同等の値に設定する際に、占積率
の低下やコイルエンドの高さが高くなることを防止する
ことができる。
子の製造方法によれば、複数の束線の抵抗値を同等の値
に設定する際に、占積率の低下やコイルエンドの高さが
高くなることを防止することができると共に、内周側の
束線に対する電線の本数を外周側の束線に比べて少なく
することによって、固定子10を製作する際に要する費
用が増大することを防止することができる。
内周側の束線に対する電線の本数を外周側の束線に比べ
て少なくしたが、外周側の束線に対する電線の本数を内
周側の束線に比べて多くしてもよい。
発明の固定子によれば、隣り合うティース鉄心間の径方
向の位置に関わりなく、複数の束線の抵抗値を同等の値
に設定する際に、占積率の低下やコイルエンドの高さが
高くなることを防止することができる。
造方法によれば、隣り合うティース鉄心間の径方向の位
置に関わりなく、複数の束線の抵抗値を同等の値に設定
する際に、占積率の低下やコイルエンドの高さが高くな
ることを防止することができると共に、製作に要する費
用が増大することを防止することができる。
ある。
ある。
である。
定子巻線を巻き付ける工程を示す図である。
ら見た図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 所定周方向に所定間隔をおいて配置され
た複数のティース鉄心と、隣り合う前記ティース鉄心間
の外周側に設けられたコアバック鉄心と、前記ティース
鉄心間に配置され、前記周方向に沿って周回する複数本
の束線が並列接続されてなる固定子巻線とを備えた固定
子であって、 前記束線は複数本の電線が束ねられてなり、前記ティー
ス鉄心間の内周側の前記束線は、外周側の前記束線に比
べて、前記電線の本数が少なくされていることを特徴と
する固定子。 - 【請求項2】 複数本の電線が束ねられてなる束線を、
所定周方向に所定間隔をおいて配置された複数のティー
ス鉄心間に配置して、前記周方向に沿って周回させる第
1のステップと、 前記周方向に沿って周回する複数の前記束線を並列接続
する第2のステップとを含む固定子の製造方法であっ
て、 前記ティース鉄心間の内周側の前記束線に対する前記電
線の本数を、外周側の前記束線に比べて、少なくするこ
とを特徴とする固定子の製造方法。
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