JP2005094825A - ステータ製造方法及び回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】予め巻回された巻線部をステータコアのスロットに対して挿入し易くするとともにリード部の絶縁被膜を保護する。
【解決手段】導線をフライヤ及びノズルを通して固定手段に固定（ステップＳ１）した後、第１巻線部の所定層を巻枠に形成する（ステップＳ２）。落とし込み手段により第１巻線部の所定層を落下させ（ステップＳ３）、トランスファツールを１８０°回転させる（ステップＳ４）。同様に第２巻線部を形成する（ステップＳ５、Ｓ６）。第１巻線部及び第２巻線部を所定層分積層させた後（ステップＳ７）、第１巻線部のリード部を第１子巻線部の内側を経由して外側に引き出す（ステップＳ９）。さらに、コイルをステータに挿入する（ステップＳ１０）。
【選択図】図２

Description

本発明は、予め巻回された巻線部をステータコアのスロットに挿入することによりステータを製造するステータ製造方法、及び該ステータを備える回転電機に関する。

モータや発電機等の回転電機には、コイルとステータコアからなるステータが設けられている。ステータを製造する際には回転電機の極数に応じた複数の巻回部を備える巻枠を用い、該巻枠に巻回された巻線部を所定のトランスファツールに移載した後に該トランスファツールから巻線部をスロットに挿入する（例えば、特許文献１参照）。トランスファツールには回転電機の極数に応じた複数のポール（又はブレードとも呼ばれる）が円環状に配置されており、巻線部を構成する子巻線部はこれらのポールの間隙を通るように配置される。

特公昭６１−１８４１０号公報

ところで、回転電機の極数、及び該極数に対応するポールの数が大きい場合にはポールの間隙が非常に狭くなり、該間隙の幅方向には導線を数本しか配置できなくなる。従って、このような場合には間隙の高さ方向に導線を積層させる必要があることから、巻枠に形成した巻線部を複数回に分けてトランスファツールに移載することになる。

しかしながら、このように巻線部を複数回に分けて形成して、それぞれをトランスファツールに積層させると、最も内側の子巻線部の端部であるリード部が隣接する子巻線部の間に挟み込まれる。この場合、コイルが絡み合うことがあり、スロットの幅が狭い場合にはスロットに子巻線部を挿入し難く、リード部は隣接する子巻線部と擦れることになる。

また、図１２に示すように、ステータコア１のスロット２に挿入された巻線部３のうちリード部４は、隣接する巻線部５に挟まれたままの状態となり、図示しないロータと組み合わせた回転電機として動作させる際に、リード部４が擦れて導線の外被である絶縁被膜の絶縁性能が低下することがある。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、予め巻回された巻線部をステータコアのスロットに対して挿入し易く、しかもリード部の絶縁被膜が保護されるステータの製造方法、及び該ステータを備え、運転中においてもリード部を保護することができる回転電機を提供することを目的とする。

本発明に係るステータ製造方法は、階段状に小さくなる被巻回部に導線を巻き付けることにより、各被巻回部に対応する子巻線部、及び該子巻線部からなる巻線部を形成する第１工程と、前記被巻回部で形成された巻線部を、複数のポールを備える治具上に、前記ポールに係合するように載せる第２工程と、前記第１工程及び前記第２工程をそれぞれ所定回数繰り返し実行して、前記治具上に前記巻線部を積層した後に、前記子巻線部のうち最小径に形成された第１子巻線部の各端部であるリード部を、２番目に小さい径に形成された第２子巻線部よりも内側を経由して外側に引き出す第３工程と、前記治具にステータコアを取り付け、前記ブレードの内側に設けたスライダを該ステータコア側に向かって押圧することにより、該ステータコアのスロットへ前記巻線部を挿入する第４工程と、からなることを特徴とする。

このように、リード部を第２子巻線部よりも内側を経由して外側に引き出すことにより、リード部が他の子巻線部と交差したり擦れたりすることがない。従って、子巻線部をステータコアのスロットに対して挿入し易く、しかもリード部の絶縁被膜が保護される。

また、本発明に係る回転電機は、多段で径の異なる子巻線部からなるコイルが挿入されたステータを備える回転電機において、多段の前記子巻線部はそれぞれ個別のスロットに挿入されており、多段の前記子巻線部のうち最も内側で最小径の部分における複数の導線からなるリード部が、他の子巻線部に対して非交差状態で外方へ引き出されていることを特徴とする。

このように、リード部が他の子巻線部に対して非交差状態となることにより、運転中においてリード部を保護することができる。

本発明に係るステータ製造方法によれば、予め巻回された巻線部をステータコアのスロットに対して挿入し易く、しかもリード部の絶縁被膜を保護することができる。

また、本発明に係る回転電機によれば、ステータコアの端部から引き出されるリード部が、他の巻線部と交差したり挟まれたりすることがなく、運転中においてリード部を保護することができる。

以下、本発明に係るステータ製造方法及び回転電機について実施の形態を挙げ、添付の図１〜図１１を参照しながら説明する。

本実施の形態に係るステータ製造方法では、例えば、図１に示す巻線製造装置１０が用いられる。また、本実施の形態に係る回転電機は、巻線製造装置１０を用いて製造されたコイル１００（図１０参照）がステータコア４０（図１１参照）のスロット４６に挿入されたステータ４４を備え、所定のロータ及びハウジングと組み合わされて構成される。

図１に示すように、巻線製造装置１０は下方に向かって階段状に小さくなる略四角形状の被巻回部１２ａ、１２ｂ、１２ｃを備える巻枠１２と、巻枠１２の周りを回転するノズル１４により被巻回部にそれぞれ導線（例えば、エナメルの絶縁被膜を有する銅線）２１を巻回させて第１巻線部１００ａ及び第２巻線部１００ｂ（図１０参照）を順に形成するフライヤ１６とを有する。

また、巻線製造装置１０は、巻枠１２に形成される第１巻線部１００ａの導線の巻き始めの端部１８を把持及び切断する固定手段２０と、第１巻線部１００ａの導線の巻終わり部とノズル１４との間の導線２１を係合して移動させるリードプーラ２２と、第１巻線部１００ａ及び第２巻線部１００ｂを巻枠１２から下方に落とす落とし込み手段２４とを有する。

さらに、巻線製造装置１０は落とし込み手段２４によって落とされた第１巻線部１００ａ及び第２巻線部１００ｂの一端部を被巻回部１２ａ、１２ｂ、１２ｃに対応して、円環状に配置された複数のポール２６のうち一部に係合させるトランスファツール２８を有する。該トランスファツール２８は、回転可能な円板３０の周囲に前記複数のポール２６が上方に延在するように円環状に配置されている。

さらにまた、巻線製造装置１０は、ポール２６の近傍に設けられ、トランスファツール２８が回転するときに第１巻線部１００ａ及び第２巻線部１００ｂがポール２６から抜けることを防ぐ抑え板３２を有する。該抑え板３２は、複数のポール２６によって形成される円状の包絡線のうち、第１巻線部１００ａが落とし込まれる部分を除いた箇所に沿って設けられる。抑え板３２は昇降可能であり、トランスファツール２８上に形成されたコイル１００をポール２６から抜くときには、抑え板３２を上昇させる。

巻線製造装置１０は、全体の制御を行う制御手段（図示せず）を有する。該制御手段は、内部にコンピュータを有し所定のプログラムに基づいて処理を行う。制御手段が行う処理は、具体的には、フライヤ１６の回転制御、巻枠１２の段階的な昇降制御、落とし込み手段の昇降制御、リードプーラ２２の移動制御、固定手段２０による導線の端部１８の固定及び切断制御、トランスファツール２８の回転制御及び抑え板３２の昇降制御等である。

次に、このように構成される巻線製造装置１０を用いて、コイル１００（図１０参照）を製造する手順について図１〜図１１を参照しながら説明する。コイル１００は、第１巻線部１００ａ及び第２巻線部１００ｂと、第１及び第２巻線部１００ａ、１００ｂを接続する渡り線１１０（図５参照）から構成され、第１巻線部１００ａからはリード部１１１ａが引き出され、第２巻線部１００ｂからはリード部１１１ｂが引き出されている。

第１巻線部１００ａは第１〜第３子巻線部１０２ａ、１０２ｂ及び１０２ｃからなり、第２巻線部１００ｂは第１〜第３子巻線部１０４ａ、１０４ｂ及び１０４ｃからなっており、いわゆる同心巻のコイルとなっている。また、各子巻線部１０２ａ〜１０２ｃ、１０４ａ〜１０４ｃは縦方向に積層された５つの層からなる。

先ず、図２のステップＳ１において、図示しないリールに巻かれた導線２１を巻線製造装置１０まで導出し、フライヤ１６及びノズル１４を通して、端部１８を固定手段２０に固定する（図１参照）。

次に、ステップＳ２において、制御手段の制御下にフライヤ１６を所定方向（例えば、反時計方向）に回転させて、導線２１を巻枠１２に巻回させる。このとき、導線２１は、巻枠１２のうち最下層で最も小さい被巻回部１２ａに巻回される。被巻回部１２ａに巻回される導線は、第１巻線部１００ａのうち最も内側で最小径である第１子巻線部１０２ａのうちの所定層を形成する。つまり、ステップＳ２〜Ｓ９におけるループの実行回数に応じた層を形成し、初回時には第１層目を形成する。

被巻回部１２ａに対して導線２１を所定回数巻回した後、固定手段２０により導線の端部１８を切断するとともにフライヤ１６を停止させる。このように切断された導線２１の端部１８はコイル１００に給電するためのリード部１１１ａ（図６参照）のうち１本となる。

この後、図３に示すように、巻枠１２を順次下降させながら各被巻回部１２ａ、１２ｂ、１２ｃにそれぞれ導線を巻回して第１〜第３子巻線部１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃの所定層を形成する。このとき、巻枠１２の側面には、ポール２６に適合した形状の溝１３が設けられていることから、巻枠１２はポール２６と干渉することなく下降することができる。

次に、ステップＳ３において、リードプーラ２２により第１巻線部１００ａの端部である導線を所定位置まで待避させた後、落とし込み手段２４を下降させることによって第１巻線部１００ａを巻枠１２からトランスファツール２８の円板３０上に落下させて、ポール２６の間隙を第１〜第３子巻線部１０２ａ〜１０２ｃが通るように載置する。

次いで、ステップＳ４において、トランスファツール２８を反時計方向（矢印Ａ方向）に１８０°回転させるとともにリードプーラ２２を円板３０の近傍の位置Ｐまで移動させる（図４参照）。

さらに、ステップＳ５において、巻枠１２を所定の高さまで上昇させた後、フライヤ１６を逆回転（例えば、時計方向）に回転させて第２巻線部１００ｂの第１子巻線部１０４ａの所定層を被巻回部１２ａに形成する。以後、第１巻線部１００ａの所定層の形成手順と同様に、第２子巻線部１０４ｂ及び第３子巻線部１０４ｃの所定層を形成した後に落とし込み手段２４によって第２巻線部１００ｂの所定層を巻枠１２から円板３０上に落下させ（ステップＳ６）、導線２１の端部を切断する（図５参照）。このようにして、第１層目の第１巻線部１００ａ及び第２巻線部１００ｂが形成される。

次に、ステップＳ７において、第１巻線部１００ａ及び第２巻線部１００ｂを所定回数（本実施の形態では５回とする）形成し、積層したか否かを確認する。第１巻線部１００ａ及び第２巻線部１００ｂの層数が５未満であるときには、トランスファツール２８を１８０°回転させた後（ステップＳ８）、ステップＳ１へ戻り、層数が５であるときには次のステップＳ９へ移る。

図６に示すように、コイル１００の層数が５に達したときには、各第１巻線部１００ａ及び第２巻線部１００ｂが高さ方向に５層分積層された状態となっている。このように、高さ方向に複数回積層することにより、ポール２６の間隙が狭い場合であっても、導線２１を十分多い本数に設定可能である。

このとき、図７に示すように、各リード部１１１ａは、最小径の第１子巻線部１０２ａから、第２子巻線部１０２ｂ及び第３子巻線部１０２ｃにおいて第２子巻線部１０２ｂ及び第３子巻線部１０２ｃを構成する導線と交差し、挟み込み部１０３を介して外方に引き出されている。

次に、ステップＳ９において、図８に示すように、リード部１１１ａを最小径である第１子巻線部１０２ａの内側を経由するように引き出す。つまり、第２子巻線部１０２ｂ及び第３子巻線部１０２ｃを構成する導線に挟まれている挟み込み部１０３（図７参照）からリード部１１１ａをなす導線２１をそれぞれ引き抜いて第１子巻線部１０２ａの内側の領域１０６を通して外側に引き出す。

また、図９に示すように、リード部１１１ａを第１子巻線部１０２ａと第２子巻線部１０２ｂとの間の領域１０８を通して外側に引き出すようにしてもよい。換言すれば、リード部１１１ａは２番目に小さい径に形成された第２子巻線部１０２ｂより内側である領域１０６又は１０８を経由して外側に引き出し、第２子巻線部１０２ｂ及び第３巻子線部１０２ｃと交差することがないようにすればよい。

このステップＳ９における処理は、人手によって行ってもよいし、所定の自動引き出し手段によって引き出すようにしてもよい。

次いで、ステップＳ１０において、図１０に示すように、トランスファツール２８の軸上方にステータコア４０を配置するとともに、軸下方にスライダ４２を配置する。この後、該スライダ４２を上方に移動させることにより、第１〜第３子巻線部１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃをスロット４６に挿入してステータ４４（図１１参照）が形成される。

このとき、リード部１１１ａは第２及び第３子巻線部１０２ｂ、１０２ｃと交差していないことから、第１〜第３子巻線部１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃが互いに拘束されずに動きの自由度が大きくなる。従って、リード部１１１ａが擦れたり絡み合ったりすることがなく、第１〜第３子巻線部１０２ａ〜１０２ｃをスロット４６に挿入し易い。

実際上、このステップＳ１０の処理は、トランスファツール２８を所定のコイル挿入装置に装着することにより実行してもよい。

このように製造されたステータ４４は、図１１に示すように、第１巻線部１００ａの端部におけるリード部１１１ａが第１子巻線部１０２ａから外方に直接導出されており、第２子巻線部１０２ｂ及び第３子巻線部１０２ｃに挟まれていたり交差することがない。従って、該ステータ４４をロータ及びハウジングと組み合わせて回転電機は、例えば、振動を受ける箇所で運転したり持ち運んだりする場合にもリード部１１１ａと第２及び第３子巻線部１０２ｂ、１０２ｃとが擦れることがない。これにより、リード部１１１ａの絶縁性能が低下することを防止し、回転電機の高寿命化を図ることができる。

なお、図７に示す状態のままコイル１００をステータコア４０に挿入すると、上記の通り図１２に示すような状態となりリード部１１１ａに相当するリード部４が子巻線部５に挟まれることとなる。この状態では、子巻線部５の長さに余裕がなく、しかも子巻線５はスロット２で挟み込まれているためにリード部４を子巻線部５から引き抜くことは困難である。本実施の形態においては、ステータコア４０に挿入する前にリード部１１１ａを予め挟み込み部１０３（図７参照）から外方に引き出すことから、容易に引き出し可能である。

上記の実施の形態においては、コイル１００は巻枠１２を用いて巻回し、ポール２６に落とし込むものとして説明したが、巻線製造装置１０とは別体の所定の巻回治具（例えば、巻枠１２に相当する部分が自転する治具）を用いてコイル１００を形成してもよい。

本発明に係るステータ製造方法及び回転電機は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

巻線製造装置の斜視図である。 本実施の形態に係るステータ製造方法の手順を示すフローチャートである。 リードプーラにより第１巻線部の端部を引き寄せる工程を示す斜視説明図である。 トランスファツールの回転が終了するとともにリードプーラを移動させる工程の斜視説明図である。 第１巻線部及び第２巻線部の第１層目が形成された工程を示す斜視説明図である。 第１巻線部及び第２巻線部が第５層目まで形成された工程を示す斜視説明図である。 リード部が第２巻線部及び第３巻線部と交差している状態を示す一部拡大斜視図である。 リード部を第１子巻線部の内側を経由するように引き出した状態を示す一部拡大斜視図である。 リード部を第１子巻線部と第２子巻線部との間を通して外側に引き出した状態を示す一部拡大斜視図である。 コイルをステータコアのスロットに挿入する工程を示す斜視説明図である。 本実施の形態に係る回転電機におけるステータの一部拡大斜視図である。 従来技術に係る回転電機におけるステータの一部拡大斜視図である。

符号の説明

１０…巻線製造装置 １２…巻枠
１２ａ〜１２ｃ…被巻回部 １４…ノズル
１６…フライヤ １８…端部
２０…固定手段 ２１…導線
２２…リードプーラ ２４…落とし込み手段
２６…ポール ２８…トランスファツール
３０…円板 ３２…抑え板
４０…ステータコア ４２…スライダ
４４…ステータ ４６…スロット
１００…コイル １００ａ…第１巻線部
１００ｂ…第２巻線部 １０２ａ、１０４ａ…第１子巻線部
１０２ｂ、１０４ｂ…第２子巻線部 １０２ｃ、１０４ｃ…第３子巻線部
１１０…渡り線 １１１ａ、１１１ｂ…リード部

Claims (2)

1. 階段状に小さくなる被巻回部に導線を巻き付けることにより、各被巻回部に対応する子巻線部、及び該子巻線部からなる巻線部を形成する第１工程と、
   前記被巻回部で形成された巻線部を、複数のポールを備える治具上に、前記ポールに係合するように載せる第２工程と、
   前記第１工程及び前記第２工程をそれぞれ所定回数繰り返し実行して、前記治具上に前記巻線部を複数積層した後に、前記子巻線部のうち最小径に形成された第１子巻線部の各端部であるリード部を、２番目に小さい径に形成された第２子巻線部よりも内側を経由して外側に引き出す第３工程と、
   前記治具にステータコアを取り付け、前記ポールの内側に設けたスライダを該ステータコア側に向かって押圧することにより、該ステータコアのスロットへ前記巻線部を挿入する第４工程と、
   からなることを特徴とするステータ製造方法。
2. 多段で径の異なる子巻線部からなるコイルが挿入されたステータを備える回転電機において、
   多段の前記子巻線部はそれぞれ個別のスロットに挿入されており、
   多段の前記子巻線部のうち最も内側で最小径の部分における複数の導線からなるリード部が、他の子巻線部に対して非交差状態で外方へ引き出されていることを特徴とする回転電機。
   
   

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