JP2005318669A

JP2005318669A - ステータ

Info

Publication number: JP2005318669A
Application number: JP2004130912A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Yoshida; 秀幸吉田; Hirobumi Shin; 博文新
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2004-04-27
Filing date: 2004-04-27
Publication date: 2005-11-10

Abstract

【課題】巻き線を分割鉄心のティース部に直に巻回することができるようにし、且つ、巻き乱れを防止できるようにする。
【解決手段】分割鉄心１１のティース部１３に巻き線２０を巻回してステータ片を構成し、複数の前記ステータ片を円環状に配列して一体化したステータであって、前記ティース部１３の側面１５，１６に階段状に段差部１７を形成するとともに、この段差部１７の各段毎に、表面に絶縁被膜を有する平角線からなる巻き線２０を直に配置した。
【選択図】図６

Description

この発明は、電動機や発電機等の回転電機に用いられるステータに関するものである。

ステータには、分割鉄心のティース部に巻き線を巻回してステータ片を構成し、複数の前記ステータ片を円環状に配列して一体化したものがある。従来は、巻き線として裸の導体を用いているため、ティース部の外周にインシュレータ（絶縁体）を配置し、このインシュレータに巻き線を巻回している。

また、ステータの巻き線には、断面円形のいわゆる丸線からなる巻き線と、断面が略長方形のいわゆる平角線からなる巻き線がある。
丸線の場合には一般にいわゆる俵巻きをするが、丸線は密接して巻回しても丸線間に隙間が生じるので占積率が低い。これに対して平角線は、隙間なく整列させることができるので占積率を高めることができる。ここで、占積率とは、スロット断面積に対する巻き線占有面積の比であり、占積率の増大により回転電機の性能向上を図ることができる。

しかしながら、平角線を前記インシュレータに巻回する場合には丸線のように俵巻きができないので、巻き線が巻き乱れ（捩れや浮き等）し易い（例えば、特許文献１参照）。そのため、従来は、特殊な巻回装置（例えば、特許文献２参照）を用いることで、平角線を正しく整列させながら巻回し、巻き乱れを防止していた。
特開２０００−２４５０９２号公報特開２０００−３４８９５９号公報

しかしながら、従来のように裸線の巻き線をインシュレータに巻回する構成では、部品点数が増大し、製造工程が複雑化し、コストアップを招くなど不利であった。
また、高占積率が得られる平角線であるが、一般的な巻回装置を用いて巻回したときに、平角線を正しく整列させることができず、巻き乱れが生じるのでは、平角線の採用が困難になる。一方、特許文献２に開示されているような特殊な巻回装置を用いて平角線を巻回するとなると、既存の製造ラインが利用できなくなり、コストアップを招く。
そこで、この発明は、部品点数を減少することができ、構成が簡単で、特殊な巻回装置を用いずとも平角線の巻き乱れを防止することができるステータを提供するものである。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、分割鉄心（例えば、後述する実施例における分割鉄心１１）のティース部（例えば、後述する実施例におけるティース部１３）に巻き線（例えば、後述する実施例における巻き線２０）を巻回してステータ片（例えば、後述する実施例におけるステータ片１０）を構成し、複数の前記ステータ片を円環状に配列して一体化したステータ（例えば、後述する実施例におけるステータ１）であって、前記ティース部の側面（例えば、後述する実施例における側面１５，１６）に階段状に段差部（例えば、後述する実施例における段差部１７）を形成するとともに、この段差部の各段毎に、表面に絶縁被膜を有する平角線からなる巻き線を直に配置したことを特徴とするステータである。
このように構成することにより、巻き線の表面に絶縁被膜を有するので、従来はティース部と巻き線の間に必要とされていたインシュレータが不要になり、巻き線をティース部に直に巻回することが可能になる。また、平角線からなる巻き線を各段差部に配置し巻回していくことができるので、巻き線の位置を規定しながら巻回することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の発明において、前記段差部の高さ（例えば、後述する実施例における高さＨ）は、前記巻き線の厚み（例えば、後述する実施例における厚みＤ）よりも小さいことを特徴とする。
このように構成することにより、平角線からなる巻き線を複数層に巻回しても、下層の巻き線によって段差部が形成されるので、下層の巻き線の上に上層の巻き線を巻回するときにも位置を規定しながら巻回することができる。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の発明において、前記段差部の高さは前記巻き線の厚みの約半分であることを特徴とする。
このように構成することにより、平角線からなる巻き線を複数層に巻回しても、下層の巻き線によって段差部を確実に形成することができ、下層の巻き線の上に上層の巻き線を巻回するときにも位置を規定しながら巻回することができる。

請求項１に係る発明によれば、巻き線の表面に絶縁被膜を有するので、従来はティース部と巻き線の間に必要とされていたインシュレータが不要になり、巻き線をティース部に直に巻回することが可能になる。その結果、ステータの部品点数を減らすことができ、製造工程の簡略化が可能になり、コストダウンを図ることができる。
また、平角線からなる巻き線を、位置を規定しながらティース部に巻回していくことができるので、規則正しく密接して整列させることができ、高占積率を得ることができる。また、特殊な巻回装置が不要で、一般的な巻回装置を用いて巻き線を巻回することができる。

請求項２または請求項３に係る発明によれば、平角線からなる巻き線を複数層に巻回しても、下層の巻き線によって段差部が形成されるので、下層の巻き線の上に上層の巻き線を巻回するときにも位置を規定しながら巻回することができる。

以下、この発明に係るステータの実施例を図１から図１６の図面を参照して説明する。

初めに、この発明に係るステータの実施例１を図１から図１３の図面を参照して説明する。
図１はステータ１の正面図、図２は同分解斜視図であり、ステータ１は、回転電機（モータや発電機等）のハウジング５０の内側に設置される。
ステータ１は、複数のステータ片１０を円環状に配列してなる環状ステータ群２を、筒状のステータホルダ３の内側に圧入することで一体化し、さらに環状ステータ群２の正面側に環状の配電部材４を装着して構成される。
図３、図４に示すように、各ステータ片１０は、ヨーク部１２とティース部１３からなる分割鉄心１１と、ティース部１３に巻回された平角線からなる巻き線２０を備えている。

各分割鉄心１１のヨーク部１２同士は連結されて円環状になる。このヨーク部１２同士の連結を容易にするために、ヨーク部１２の周方向一端面には係合凸部１２ａが設けられ、他端面には係合凸部１２ａに嵌合する係合凹部１２ｂが設けられている。
ティース部１３はヨーク部１２の中央から径方向中心に向かって延出しており、ティース部１３の先端には周方向に延出する延出部１４が設けられている。

ティース部１３の４つの側面のうち、隣接するステータ片１０に対向して配置される一対の側面１５，１６には階段状に複数の段差部１７が形成されており、他の２つの側面（すなわち、ステータ１の軸方向に対して直交する方向に広がる一対の側面）１８，１９は平坦面に形成されていて段差部がない（図４、図６、図７参照）。
側面１５，１６の段差部１７は、いずれも延出部１４に接近する方向に下り階段状に形成されている。各段差部１７の幅Ｗ１は巻き線２０の幅Ｗ２と同一寸法に設定されており（Ｗ１＝Ｗ２）、各段差部１７の高さＨは巻き線２０の厚みＤ（図８参照）の約半分の寸法に設定されている（Ｈ＝Ｄ／２）。

巻き線２０は、表面に絶縁被膜を有する平角線で構成されており、絶縁被膜を備えることで、インシュレータなしで、分割鉄心１１のティース部１３に直に巻回可能にしている。絶縁被膜としては、ポリエーテルエーテルケトンやポリエーテルケトン等、自己融着性を有する絶縁材が好ましい。
巻き線２０は、ティース部１３の側面１５，１６で対応する１対の段差部１７の上で１ターンずつ巻回し、段差部を有しない側面１８の上で列替えして隣の段差部１７の上へ移動するという方法により、１層毎規則正しく隙間なく整列して、複数層巻回されている。

次に、分割鉄心１１への巻き線２０の巻回方法について、図５〜図１２を参照して詳細に説明する。
図５に示すように、ボビン６１には表面に絶縁被膜を有する巻き線２０が巻かれており、このボビン６１から引き出された巻き線２０はテンション管理装置６２、プリスプリングバック管理装置６３を通って、分割鉄心１１に供給される。
まず初めに、図６に示すように、巻き線２０の先端を分割鉄心１１のヨーク部１２に配置し、この巻き線２０の先端部分を、ヨーク部１２に嵌め込んだクランプ治具６４でクランプし、側面１５においてヨーク部１２に隣接する段差部１７に巻き線２０の１ターン目を巻き付ける。

次に、図７に示すように、分割鉄心１１を回転することにより巻き線２０をティース部１３に巻回していく。そして、次のターンへ移行する際には分割鉄心１１を図７において矢印Ｙ方向に巻き線２０の幅寸法だけ移動していく。このターンの移行は、図８〜図１２に示すようにティース部１３において段差部１７を有しない側面１８の上で行う。

図８は、ティース部１３に対し巻き線２０の１層目の巻回が完了した状態を示しており、側面１５におけるヨーク部１２に隣接する段差部１７から巻回された巻き線２０は、その一側面（ヨーク部１２に近い側の側面）をヨーク部１２の端面１２ｃに密接させながら巻回され、さらに側面１６の段差部１７に巻回され、側面１８において１ターン目から２ターン目へと列替えされる。そして、側面１８の上において２ターン目の巻き線２０は、その一側面を１ターン目の巻き線２０の他側面（延出部１４に近い側の側面）に密接させながら巻回されて、側面１５において次に隣接する下段の段差部１７に巻回される。ここで、段差部１７の幅Ｗ１は巻き線２０の幅Ｗ２と同一寸法であり、段差部１７の高さＨは巻き線２０の厚みＤよりも小さいことから、側面１５，１６において、２ターン目の巻き線２０の一側面は、１段目の段差部１７の側面に密接するとともに、１ターン目の巻き線２０の他側面に密接する。同様な手順で、順次、隣接する下段の段差部１７へと階段を下っていくように螺旋状に巻き線２０を巻回していき、延出部１４に隣接する段差部１７まで巻き線２０を巻回すると１層目の巻回が完了となる。

そして、１層目の最終ターン（この実施例では９ターン目）から２層目の１ターン目への移行は、図９に示すように、列替えを行わず、１層目の最終ターンの巻き線２０の上に２層目の１ターン目の巻き線２０を巻回する。ここで、１層目の最終ターンの巻き線２０とその１つ前のターンの巻き線２０との間には、段差部１７の高さＨと同じ高低差が生じており、ティース部１３の側面１５，１６においては、２層目の１ターン目の巻き線２０の一側面は、１層目の最終ターンより１つ前のターンの巻き線２０の他側面に密接する。

２層目の巻き線２０のターンの移行も、図１０に示すように、ティース部１３の側面１８において行われ、２層目では１層目とは逆に延出部１４に近い側からヨーク部１２に接近する方向に階段を登っていくように螺旋状に巻き線２０を巻回していく。
なお、図１０は巻き線２０の２層目の巻回が完了した状態を示しており、２層目の最終ターン（この実施例では１８ターン目）から３層目の１ターン目への移行は、図１１に示すように、列替えを行わず、２層目の最終ターンの巻き線２０の上に３層目の１ターン目の巻き線２０を巻回する。

３層目の巻き線２０の巻回は、２層目の巻き線２０の段差を利用して、１層目の巻回と同様に階段を下っていくように螺旋状に巻回する。図１２は巻き線２０の３層目の巻回が完了した状態を示し、この実施例では３層目が最終層であり、巻き線２０における３層目最終ターンの末端をカットする。そして、クランプ治具６４をヨーク部１２から取り外し、巻き線２０の始端と終端を所定に曲げ形成して、図３に示すステータ片１０が完成する。

このようにティース部１３に段差部１７を形成したことにより、平角線からなる巻き線２０を、位置を規定しながらティース部１３に巻回していくことができるので、巻き乱れを生じさせずに規則正しく密接して整列させることができる。その結果、ステータ１の占積率を極めて高くすることができる。
また、巻き線２０を螺旋状に巻いていくので、巻き線２０のねじりやたるみを防止することができる。しかも、巻き線２０にストレスを加えずに巻回することができるので、巻回後のコイル寿命が長くなる。
また、巻き線２０の寸法ばらつきに影響を受けにくく、巻き線２０を安定して巻回することができる。
さらに、巻き線２０の巻回を、一般的な巻回線装置を用いて、単純な動作および制御で行うことができるので、設備コストが低減することができる。また、巻き線２０を高速で巻回することが可能であり、量産性に優れている。

また、実施例１のステータ１によれば、表面に絶縁皮膜を有する巻き線２０をティース部１３に直に巻回しているので、従来必要だったインシュレータが不要になり、ステータ１の部品点数を減らすことができるとともに、製造工程も簡略化でき、コストダウンを図ることができる。
さらに、高占積率、低抵抗にモータ等の回転電機を構成することができるので、回転電機の出力密度、運転効率が向上する。

また、実施例１のステータ１は、段差部を有しないティース部に平角線からなる巻き線を巻回した従来のステータに比べて、磁束密度が均一になるので、図１３に示すように、相電流の増大に伴うトルク垂れを防止することができる。なお、図１３において、破線は実施例１のステータのトルク特性を示し、実線は従来のステータのトルク特性を示す。

次に、この発明に係るステータの実施例２を図１４から図１６の図面を参照して説明する。
前述した実施例１のステータ１においては、分割鉄心１１の段差部１７を、ティース部１３の側面１５，１６のいずれにおいても延出部１４に接近する方向に下り階段状に形成したが、実施例２のステータ１では、図１４に示すように、ティース部１３の側面１５においては延出部１４に接近する方向に登り階段状に形成し、側面１６においては延出部１４に接近する方向に下り階段状に形成した。このように側面１５，１６で段差部１７の傾斜方向を互いに逆にすることにより、側面１５，１６間の幅寸法を一定にすることができる。ティース部１３への巻き線２０の巻回方法は実施例１と同じであり、図１５は巻き線巻回後のステータ片１０の正面図であり、図１６は実施例２における環状ステータ群２の部分正面図である。

〔他の実施例〕
なお、この発明は前述した実施例に限られるものではない。
例えば、前述した実施例では段差部１７の高さＨを巻き線２０の厚みＤの約半分の寸法に設定したが、少なくとも段差部１７の高さＨが巻き線２０の厚みＤよりも小さく設定されていれば、前記寸法比でなくてもよい。段差部１７の高さＨが巻き線２０の厚みＤよりも小さく設定されていれば、巻き線２０を２層目以降巻回するときにも、下層の巻き線２０によって段差が生じているので、巻き線２０の位置を規定しながら巻回することができる。

この発明に係るステータの実施例１における正面図である。実施例１のステータの分解斜視図である。実施例１のステータにおけるステータ片の正面図である。実施例１のステータに用いられる分割鉄心の正面図である。実施例１のステータにおいて分割鉄心に巻き線を巻回する巻回装置の概略構成を示す図である。分割鉄心に巻き線を巻回する方法を説明するための図（その１）である。分割鉄心に巻き線を巻回する方法を説明するための図（その２）である。分割鉄心に巻き線を巻回する方法を説明するための図（その３）である。分割鉄心に巻き線を巻回する方法を説明するための図（その４）である。分割鉄心に巻き線を巻回する方法を説明するための図（その５）である。分割鉄心に巻き線を巻回する方法を説明するための図（その６）である。分割鉄心に巻き線を巻回する方法を説明するための図（その７）である。実施例１のステータと従来のステータのトルク特性図である。この発明の実施例２におけるステータに用いられる分割鉄心の正面図である。実施例２のステータにおけるステータ片の正面図である。実施例２のステータにおける環状ステータ群の一部を示す正面図である。

符号の説明

１ステータ
１０ステータ片
１１分割鉄心
１３ティース部
１５，１６側面
１７段差部
２０巻き線

Claims

分割鉄心のティース部に巻き線を巻回してステータ片を構成し、複数の前記ステータ片を円環状に配列して一体化したステータであって、
前記ティース部の側面に階段状に段差部を形成するとともに、この段差部の各段毎に、表面に絶縁被膜を有する平角線からなる巻き線を直に配置したことを特徴とするステータ。
前記段差部の高さは、前記巻き線の厚みよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のステータ。
前記段差部の高さは前記巻き線の厚みの約半分であることを特徴とする請求項２に記載のステータ。