JP2006325296A

JP2006325296A - ステータの組立方法

Info

Publication number: JP2006325296A
Application number: JP2005144054A
Authority: JP
Inventors: Takuro Kugimiya; 卓郎釘宮; Masayoshi Kimura; 正良木村; Masahito Kazama; 雅仁架間; Junko Tanaka; 淳子田中
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2005-05-17
Filing date: 2005-05-17
Publication date: 2006-11-30
Anticipated expiration: 2025-05-17
Also published as: JP4713219B2

Abstract

【課題】組立作業が容易であり、また、小型薄肉化を達成できるとともに、高い巻線占積率を得ることのできるステータの組立方法を提供する。
【解決手段】導線６４を巻治具６０によって巻き取って複数のコイルを形成し、各コイルをモールドしてコイル体７０ａ〜７０ｆとした後、コイル体７０ａ〜７０ｆ間の一方の渡り線６８ａ、６８ｃ、６８ｅを内周部側とし、他方の渡り線６８ｂ、６８ｄを外周部側と、３相の各コイル体７０ａ〜７０ｆを円環状に配設してステータを形成する。
【選択図】図１２

Description

本発明は、コイルが巻回される複数のティースと、周方向に分割され、前記各ティースに連結して環状に配設されるヨークとから構成されるステータの組立方法に関する。

近年、電動機の分野において、ＤＣブラシレスモータが広汎に使用されている。図１３は、従来の３相４極６スロットのＤＣブラシレスモータ２の概略構成を示す。

ＤＣブラシレスモータ２は、中心部に回転軸４を有し、外周部に４個の永久磁石６が固定されたロータ８と、ロータ８の外周部に配設され、コイル１０が巻回された複数のティース１２をヨーク１４を介して周方向に一体的に連結したステータ１６とを備える。なお、ステータ１６は、回転軸４の方向に複数の電磁鋼板を積層して構成される。

このように構成されるＤＣブラシレスモータ２は、コイル１０に三相交流電流を流してステータ１６に交番磁界を発生させ、この交番磁界と永久磁石６の磁界とによって発生する反発力を利用してロータ８を回転させる。

ところで、前記のステータ１６は、ティース１２及びヨーク１４が一体となった複雑な構造であるため、高い巻線占積率を確保してティース１２にコイル１０を高精度に巻回させることは困難である。しかも、各ティース１２間で渡り線を切ることなくコイル１０を連続的に巻回させることは構造上困難であることから、各ティース１２に巻回されたコイル１０同士を接合する作業が必要となる。この場合、コイル１０の接合作業が煩雑になるだけでなく、接合部分において電気抵抗が増加し、ＤＣブラシレスモータ２の効率が低下してしまう不具合が生じる。

そこで、上記の不具合を解消するため、図１４に示すように、磁性材料をプレス打ち抜きし、モータの相数に等しい数からなるティース１８を一組とし、薄肉部２０を介して連結した連結ステータ２２を形成し、この連結ステータ２２に導線を巻回させるようにした従来技術が開発されている（特許文献１参照）。

この場合、巻線機の複数のノズル２４をティース１８の回りに周回させ、導線を複数のティース１８に同時に巻回させてコイル２６が形成される。また、一組のティース１８に対するコイル２６の形成が終了すると、導線を切断することなく渡り線２８を介してノズル２４を隣接するティース１８に移動させ、同様にして導線の巻回処理が行われる。そして、全てのティース１８に対してコイル２６を形成した後、図１５に示すように、連結ステータ２２を薄肉部２０の部分で折曲して円環状とすることで、モータのステータが形成される。

特開平１１−２２０８４３号公報

ところで、上記の従来技術では、予め相互の配置関係が決められている複数の相のティース１８に対して複数のノズル２４により導線を同時に巻回させているため、例えば、図１６に示すように、各コイル２６に導入される各相の渡り線２８と、各コイル２６から導出される各相の渡り線２８とがティース１８の同一端部側で交差してしまう。この場合、形成されたステータの軸方向に対する厚みが渡り線２８の交差部分で増大するため、モータの小型薄肉化が困難となる。

また、ティース１８間にノズル２４を挿入し、ノズル２４をティース１８の回りに周回させてコイル２６を形成しているため、ノズル２４を挿入するスペースを確保しなければならない分、巻線占積率が低下してしまう。

さらに、ティース１８の回りにノズル２４を周回させて導線を巻回させようとすると、ノズル２４から導出される各導線が捻れてしまう不具合が発生する。特に、１つのティース１８に複数の導線を同時に巻回させてなるパラレル巻線を形成する場合には、各導線が捻れるだけでなく、導線同士が重なってしまうため、コイル２６の整列性が悪化する問題も発生する。

本発明は、前記の不具合に鑑みてなされたもので、組立作業が容易であり、また、小型薄肉化を達成できるとともに、高い巻線占積率を得ることのできるステータの組立方法を提供することを目的とする。

本発明は、コイルが巻回される複数のティースと、周方向に分割され、前記各ティースに連結して環状に配設されるヨークとから構成されるステータの組立方法において、
巻治具を軸線の回りに回転させることで連続する導線を前記巻治具に所定の間隔で巻回し、渡り線により連結される複数のコイル体を形成するステップと、
形成された複数の前記コイル体から前記巻治具を取り外した後、隣接する前記コイル体を連結する前記渡り線が前記ステータの内周側及び外周側に交互に導出されるように前記各コイル体を配置するステップと、
前記各コイル体を環状に配置するステップと、
からなり、前記各コイル体に前記ティースを装着するとともに、前記各ティースを前記ヨークによって連結することを特徴とする。

この場合、電動機の相数に応じた複数のコイル群を形成し、各コイル群を構成するコイル体を交互に配置することにより、多相回転電機を構成するステータを組み立てることができる。

本発明のステータの組立方法では、複数のコイル体が渡り線により連結されているため、コイル体間の接合作業が不要であり、接合による電気抵抗の低下が生じることがなく、ステータを容易に組み立てることができる。

また、隣接するコイル体を連結する渡り線がステータの内周側及び外周側に交互に配設されるため、ステータの径方向の一方側にのみ渡り線を配設した場合に比較すると、渡り線の重なりが半減する。この結果、ステータの小型薄肉化を達成することができる。

さらに、巻治具を軸線の回りに回転させて導線を巻回させコイル体を形成した後、各コイル体を環状に配置することにより、各コイル体間の空間を有効に利用して巻線占積率を向上させることができる。

図１は、本実施形態に係るステータ３０の構成図である。ステータ３０は、スロット３２を介して円周状に配設される複数のティース３４と、ティース３４を連結して環状に配設される複数の分割されたヨーク３６とから構成される。ティース３４及びヨーク３６は、電動機の軸線方向に積層されてステータ３０となる。積層された各ティース３４には、後述するようにしてコイルが巻装される。

ティース３４は、一端部に鍔状部４２が形成され、コイルが巻回される中間部４４が略平行に延在した後、ステータ３０の径方向外方に向かって徐々に幅狭となる直線状の接合部４６が形成され、他端部にステータ３０の周方向両側に突出する係合部４８が形成される。なお、鍔状部４２は、隣接して配設されるティース３４間に所定の磁気ギャップ５０を形成する。一方、ヨーク３６は、ティース３４の接合部４６に接合する接合部５２と、ティース３４の係合部４８に係合する係合部５４とが両端部に形成される。

ティース３４及びヨーク３６は、図２に示すように、電磁鋼板５６を矢印方向に圧延した後、圧延方向に対して長手方向を一致させた状態でプレス打ち抜きにより形成される。なお、電磁鋼板５６に形成された孔部５８は、ティース３４及びヨーク３６を打ち抜く際の位置決め孔である。

この場合、電磁鋼板５６の比透磁率は、圧延方向に大きくなる傾向がある。そのため、矢印方向に圧延された電磁鋼板５６から得られるティース３４及びヨーク３６により構成されるステータ３０は、図１の矢印で示すように、比透磁率が大きくなる方向に沿って磁気回路が形成され、ティース３４及びヨーク３６の磁気抵抗及び鉄損を小さくすることができる。また、ティース３４及びヨーク３６は、いずれも長尺な形状からなるため、これらを長手方向に沿って電磁鋼板５６に配置して打ち抜くことにより、電磁鋼板５６を有効に活用し、高い歩留まりでティース３４及びヨーク３６を量産することができる。

次に、ステータ３０の組立方法について説明する。なお、ステータ３０は、３相１８スロットであり、ティース３４に巻装されるコイルは、パラレル巻線とする。

先ず、図３に示すように、長尺な直線状の巻治具６０を準備する。なお、巻治具６０の断面形状は、積層状態のティース３４の中間部４４の断面形状に対応している。

巻治具６０には、所定間隔で１２本の位置決めピン６２が植設されている。各位置決めピン６２に２本の導線６４を図３に示すように係合させた後、巻治具６０を矢印方向に回転させることにより、４組のコイル６６ａ、６６ｃ、６６ｄ、６６ｆを形成し、次いで、巻治具６０を逆方向に回転させることにより、２組のコイル６６ｂ、６６ｅを形成する。この場合、各コイル６６ａ〜６６ｆは、巻治具６０の長手方向に沿って、ステータ３０の外周側及び内周側の配置が交互に配設されるように形成する。また、各コイル６６ａ〜６６ｆは、連続する導線６４からなる渡り線６８ａ〜６８ｅによって連結される。このように、巻治具６０を回転させてコイル６６ａ〜６６ｆを形成することにより、特にパラレル巻線を行う際、導線６４同士の捩れの発生を回避することができる。

巻治具６０上にコイル６６ａ〜６６ｆが形成された後、図４に示すように、各コイル６６ａ〜６６ｆを樹脂によってモールドし、あるいは、自己融着線からなるコイル６６ａ〜６６ｆを通電加熱してコイル体７０ａ〜７０ｆとし、硬化してから巻治具６０を抜き取る。なお、このようにして形成されたコイル体７０ａ〜７０ｆを、Ｕ相のコイル群７１Ｕとする。

次に、隣接するコイル体７０ａ〜７０ｆを相互に反対方向に９０゜回転させ、図５に示すように、ステータ３０の外周側及び内周側がそれぞれ同じ側となるようにコイル体７０ａ〜７０ｆを配設する。この場合、コイル体７０ａ、７０ｂを連結する渡り線６８ａ、コイル体７０ｃ、７０ｄを連結する渡り線６８ｃ、及び、コイル体７０ｅ、７０ｆを連結する渡り線６８ｅは、ステータ３０の内周側に配設され、コイル体７０ｂ、７０ｃを連結する渡り線６８ｂ、及び、コイル体７０ｄ、７０ｅを連結する渡り線６８ｄは、ステータ３０の外周側に配設される。

次いで、図６に示すように、コイル体７０ａ〜７０ｆをステータ３０の形状に従った円環状に配置した後、各コイル体７０ａ〜７０ｆの巻治具６０によって形成された中空部に積層状態とされたティース３４を係合部４８側から挿入する（図７）。

図３〜図７に示す処理を繰り返し、ステータ３０を構成するＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各コイル群７１Ｕ、７１Ｖ、７１Ｗを形成した後、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の順にコイル体７０ａ〜７０ｆが配置されるように、３組のコイル群７１Ｕ、７１Ｖ、７１Ｗを上下方向に組み合わせる（図８）。

次いで、外周部からティース３４間に積層状態のヨーク３６を組み付け、係合部４８、５４間を溶接する。また、各コイル群７１Ｕ、７１Ｖ、７１Ｗの渡り線６８ａ、６８ｃ、６８ｅをティース３４の内周部側に沿わせるとともに、渡り線６８ｂ、６８ｄをティース３４の外周部側に沿わせることにより、図９に示すステータ７２が完成する。

この場合、コイル体７０ａ〜７０ｆを連結する渡り線６８ａ、６８ｃ、６８ｅがティース３４の内周側に配設される一方、渡り線６８ｂ、６８ｄ、６８ｆがティース３４の外周側に配設されるため、図１６に示す従来技術の場合に比較して、渡り線６８ａ〜６８ｅ同士がステータ７２の軸線方向に重なる頻度が半減し、その分、ステータ７２を小型薄肉に構成することができる（図１０参照）。

また、本実施形態では、図３に示すように、巻治具６０を回転させて２本の導線６４を巻回させた後、図５に示すように、モールドされた各コイル体７０ａ〜７０ｆの配置を調整し、円環状に配設しているため、導線６４の捩れが発生することがなく、特に、パラレル巻線からなるコイル６６ａ〜６６ｆ自体を小型化し、且つ、巻線占積率を十分に確保することができる。

さらに、パラレル巻線を構成する各コイル６６ａ〜６６ｆは、図１１に示す回路構成となり、各コイル６６ａ〜６６ｆが渡り線６８ａ〜６８ｅによって連結されているため、導線６４同士の接合個所は、中性点７４の一個所だけでよい。従って、導線６４の接合作業が軽減されるとともに、接合による電気抵抗の増加がなく、良好な特性からなるステータ７２を得ることができる。

なお、上述した実施形態では、各相のコイル体７０ａ〜７０ｆを円環状に配設した後、３相を組み合わせてステータ７２としているが、例えば、図１２に示すように、直線状に形成された各相のコイル体７０ａ〜７０ｆを交互に組み合わせながら円環状に形成してステータ７２とすることもできる。また、図示はしていないが、各コイル群７１Ｕ、７１Ｖ、７１Ｗを直線状とし、各相のコイル体７０ａ〜７０ｆを交互に配置した後、円環状に形成してもよい。

本実施形態のステータの構成図である。本実施形態のステータを構成するティース及びヨークの切り出し方法の説明図である。本実施形態のステータを構成するコイルの形成方法の説明図である。図３に示すコイルをモールドして得られたコイル体の説明図である。配置が調整されたコイル体の説明図である。コイル体を円環状に配置した状態の説明図である。図６に示すコイル体にティースを装着する説明図である。３相のコイル体を組み付ける処理の説明図である。３相のコイル体が組み付けられて得られるステータの説明図である。本実施形態のコイル体における渡り線の配線関係説明図である。本実施形態のステータの回路構成図である。ステータの組付方法の他の実施形態の説明図である。従来技術に係るＤＣブラシレスモータの構成図である。従来技術に係るステータの組立方法の説明図である。図１４に示す組立方法によって作成されたステータの構成図である。図１５に示す組立方法によって作成されたステータにおける渡り線の配線関係説明図である。

符号の説明

３０、７２…ステータ３２…スロット
３４…ティース３６…ヨーク
６０…巻治具６４…導線
６６ａ〜６６ｆ…コイル６８ａ〜６８ｅ…渡り線
７０ａ〜７０ｆ…コイル体７１Ｕ、７１Ｖ、７１Ｗ…コイル群
７４…中性点

Claims

コイルが巻回される複数のティースと、周方向に分割され、前記各ティースに連結して環状に配設されるヨークとから構成されるステータの組立方法において、
巻治具を軸線の回りに回転させることで連続する導線を前記巻治具に所定の間隔で巻回し、渡り線により連結される複数のコイル体を形成するステップと、
形成された複数の前記コイル体から前記巻治具を取り外した後、隣接する前記コイル体を連結する前記渡り線が前記ステータの内周側及び外周側に交互に導出されるように前記各コイル体を配置するステップと、
前記各コイル体を環状に配置するステップと、
からなり、前記各コイル体に前記ティースを装着するとともに、前記各ティースを前記ヨークによって連結することを特徴とするステータの組立方法。
請求項１記載の組立方法において、
前記渡り線により連結された複数の前記コイル体からなる複数のコイル群を形成するステップと、
複数の前記コイル群を構成する前記各コイル体を交互に配置するステップと、
からなることを特徴とするステータの組立方法。
請求項２記載の組立方法において、
前記各コイル群を環状に形成するステップと、
環状に形成された前記各コイル群を構成する前記各コイル体を交互に配置するステップと、
からなることを特徴とするステータの組立方法。
請求項２記載の組立方法において、
前記各コイル群を構成する前記各コイル体を交互に配置するステップと、
前記各コイル体が交互に配置された前記各コイル群を環状に形成するステップと、
からなることを特徴とするステータの組立方法。