JP2007043813A - ステータ用の分割ステータコア - Google Patents

Abstract

【課題】 エッジワイズ巻きで巻回される電線の倒れを防止する構造を有するステータ用の分割ステータコアを提供する。
【解決手段】 電線が巻回されるティース部１１に絶縁部材２０が取り付けられており、当該絶縁部材２０の周りにエッジワイズ巻きで長四角形断面の電線Ｗが巻回される、ステータ用の分割ステータコア１０であって、前記絶縁部材２０は、ティース部１１を取り囲むように配置されていると共に電線が巻回される巻回部２１と、当該巻回部２１の側端に巻回部２１よりも高く形成されたリブ部２２とを有し、前記リブ部２２には、前記巻回部２１に巻回される電線Ｗの導入部分を収める逃げ溝２２ａが形成されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ステータ用の分割ステータコアの構造に関するものである。

モータ等のコイルとしては、長方形断面の電線がエッジワイズ巻きで巻回されたものがある（特許文献１参照）。エッジワイズ巻きでは、長方形断面の電線を、幅の狭い側面が巻線内周面になるように巻回する。巻線機を用いて巻回する場合は、まず、コアおよび絶縁キャップなどの電線が巻きつけられる部材をクランプし、その後、電線の巻回開始部分を所定位置に固定して、巻回を行う。

ところが、このようにしてエッジワイズ巻きを行うと、１ターン目から２ターン目に移り電線のレーンが移動するときに電線が倒れやすい。電線が倒れると、所定の位置に巻線を形成できなくなり、巻線の密度（占積率）が低下する。
特開２００３−１６８６１４号公報

このような問題点に鑑み、本発明は、エッジワイズ巻きで巻回される電線の倒れを防止する構造を有するステータ用の分割ステータコアを提供することを課題とする。

上記目的は、下記に記載の発明により達成される。

（１）電線が巻回されるティース部に絶縁部材が取り付けられており、当該絶縁部材の周りにエッジワイズ巻きで長四角形断面の電線が巻回される、ステータ用の分割ステータコアであって、前記絶縁部材は、ティース部を取り囲むように配置されていると共に電線が巻回される巻回部と、当該巻回部の側端に巻回部よりも高く形成されたリブ部とを有し、前記リブ部には、前記巻回部に巻回される電線の導入部分を収める逃げ溝が形成されていることを特徴とする。

（２）電線が巻回されるティース部に絶縁部材が取り付けられており、当該絶縁部材の周りにエッジワイズ巻きで長四角形断面の電線が巻回される、ステータ用の分割ステータコアであって、前記絶縁部材は、ティース部を取り囲むように配置されていると共に電線が巻回される巻回部と、当該巻回部の側端に巻回部よりも高く形成されたリブ部とを有し、前記リブ部は、その巻回部側の表面のうち、電線の導入位置に隣接していると共に電線導入位置の電線巻回方向上流側である所定領域に、前記巻回部に接する内周端から外周端に向けて、前記巻回部と接する側の反対側に傾斜する傾斜面を有していることを特徴とする。

（３）電線が巻回されるティース部に絶縁部材が取り付けられており、当該絶縁部材の周りにエッジワイズ巻きで長四角形断面の電線が巻回される、ステータ用の分割ステータコアであって、前記絶縁部材は、ティース部を取り囲むように配置されていると共に電線が巻回される巻回部と、当該巻回部の側端に巻回部よりも高く形成されたリブ部とを有し、前記巻回部の表面の少なくとも一部に、前記リブ部方向へ傾く表面が形成された断面鋸歯形状の凹凸面を有することを特徴とする。

（４）電線が巻回されるティース部に絶縁部材が取り付けられており、当該絶縁部材の周りにエッジワイズ巻きで長四角形断面の電線が巻回される、ステータ用の分割ステータコアであって、前記絶縁部材は、ティース部を取り囲むように配置されていると共に電線が巻回される巻回部と、当該巻回部の側端に巻回部よりも高く形成されたリブ部とを有し、前記電線は、当該電線の幅広の両側面が相互に平行であると共に幅の狭い両側面のうち少なくとも１つが幅広の側面に対して傾斜しており、巻回内周側に配置された幅の狭い側面と、前記リブ部側に配置された幅広の側面とのなす内角が鈍角となる長四角形断面の電線が巻回されていることを特徴とする。

上記（１）に記載の発明によれば、リブ部に逃げ溝を設けることにより、巻回初めの電線を逃げ溝に嵌合させることができ、電線の１ターン目から２ターン目に移る位置での電線の倒れが防止される。さらに、このような構造とすることにより１ターン目の電線と２ターン目の電線の接触が穏やかになるため、巻線皮膜の損傷を防止することが可能となる。

上記（２）に記載の発明によれば、リブ部に傾斜面を設けることにより、電線をリブ部側へ倒すことができ、電線の周長が短くなることで銅損を低減させることができる。また、電線を倒すことでコイルエンド部の高さを低減することが可能となり、モータをコンパクトにすることが可能となる。さらに、巻線の外周側の伸び量が小さくなるため、皮膜に与える残留応力が低減でき、熱サイクルによる絶縁皮膜の損傷などが発生しにくくなり、絶縁信頼性が向上する。また，電線をステータ外周側に倒すことで、コイルエンド部がステータ内周側に飛び出すことを抑制でき、ロータ組み付け時に電線と接触して絶縁皮膜を損傷させることを未然に防いでいる。

上記（３）に記載の発明によれば、絶縁部材に、巻線がリブ部側に倒れるように傾斜した面を設けることで、電線がリブ部側に倒れ、形状安定性の高い巻線を提供することが可能となる。

上記（４）に記載の発明によれば、電線の幅の狭い側面と幅広の側面とのなす内角が鈍角となる長四角形断面を有する電線を用いることにより、電線にリブ部方向へ倒れる力が作用し、電線のリブ部側の反対方向への倒れを防止できる。

本発明に係る具体的な実施の形態について説明する。

図１は第１実施形態のステータ用の分割ステータコア１０を示す斜視図、図２は図１の分割ステータコアに電線を巻き始めた状態を示す斜視図、図３は第１実施形態の分割ステータコアの別の態様を示す斜視図である。

分割ステータコア１０は、電線が巻回されるティース部１１と、ステータを組み立てたときに両隣りの分割コアと接するバックティース部１２とを有する。ティース部１１には、これを覆う絶縁キャップ（絶縁部材）２０が取り付けられており、電線は実際にはこの絶縁キャップ２０に巻回される。

なお、分割ステータコア１０は、ケイ素鋼板をパンチングにて所定形状に打ち抜き、得られた所定形状の鋼鈑を所定枚数積層してカシメにより固定したものである。積層鋼板の固定方法としてはカシメの他、種々の方法を用いることができる。そして、分割ステータコアの材料としては、上記材料の他、軟磁気性能の優れた材料を用いることができる。たとえば、純鉄系や鉄系合金の粉末を分割ステータコア形状に固化成形して分割ステータコアを製造することができる。

絶縁キャップ２０は、ティース部１１の長手方向上側の部材２０ａと下側の部材２０ｂを組み合わせたものであり、両部材２０ａ，２０ｂでティース部１１を上下から挟み込むようにして組み付けられる。

組み付けられた絶縁キャップ２０は、電線が巻回される巻回部２１と、巻回部２１のバックティース部１２側に設けられたリブ部２２とを有する。本実施形態では、この巻回部２１の周りにエッジワイズ巻きで電線が巻回される。なお、エッジワイズ巻きとは、長方形断面の電線を、幅の狭い側面が巻回内周面となるように巻回する方法である。

巻回部２１は、電線が直線状態で巻回されるコイル中間部２１ａと、コイル中間部２１ａの両端に配置されており、電線が曲げられた状態で巻回されるコイルエンド部（湾曲部）２１ｂとを有する。このような巻回部２１のバックティース部１２側にリブ部２２を設けると、巻回部２１に巻回された電線がバックティース部１２側に倒れることが防止される。また、リブ部２２には、電線の導入部分が収められる逃げ溝２２ａが形成されている。逃げ溝２２ａの底面は、リブ部２２の外周端から内周側に向かうに連れて溝の深さが徐々に浅くなる斜面になっている。この逃げ溝２２ａの内周側は、巻回部２１のコイル中間部２１ａと、コイルエンド部２１ｂの境界部に近接する。

このような分割ステータコア１０にエッジワイズ巻きで電線Ｗを巻回する場合は、図２に示されるように、まず電線Ｗの導入部分Ｗｅをリブ部２２の逃げ溝２２ａに収め、この状態で電線Ｗを絶縁部材２０の巻回部２１に巻回していく。電線Ｗを巻回していくと、１ターン目から２ターン目に移るときに、２ターン目の電線Ｗが導入部分Ｗｅと重なる。従来にあっては、電線Ｗの導入部分Ｗｅが段差となることから、この位置で電線Ｗの倒れが生じやすかった。

たとえば、図１２および図１３に示されるように、逃げ溝２２ａが設けられていない従来の分割ステータコア１００では、エッジワイズ巻きで巻回される電線Ｗの導入部分Ｗｅを、リブ部２２の表面に固定していた。この状態では、電線Ｗの導入部分Ｗｅが２ターン目の電線Ｗにとって大きな段差になるので、２ターン目の電線Ｗが倒れやすかった。段差が大きいほど、隣のレーンへの移動の始まる位置がより上流側になってレーン移動区間（隣のレーンに移動が完了するまでの電線伸延方向の長さ）が長くなり、電線Ｗがより倒れやすくなると考えられる。また、実施形態の分割ステータコア１０や、ここで説明した従来の分割ステータコア１００のように、巻回部２１がいわゆる長円形のものでは、電線Ｗが直線状で巻回されるコイル中間部２１ａよりも、電線Ｗが曲がった状態で巻回されるコイルエンド部２１ｂでレーン移動が行われた場合に電線Ｗの倒れがより生じやすいところ、レーン移動区間が長くなると、コイルエンド部２１ｂでレーン移動することになりやすく、電線Ｗの倒れが生じやすくなる。

この点、本実施形態の分割ステータコア１０では、電線Ｗの導入部分Ｗｅは逃げ溝２２ａに収められるため、その分、段差が低くなっている。このように、段差が低いと、２ターン目の電線Ｗが導入部分Ｗｅに重なっても、電線Ｗの倒れが防止される。倒れが防止されると、所望の巻線密度が確保されることとなり、実施形態の分割ステータコア１０を用いるモータの性能が確保される。また、上記のような構造にすると、１ターン目と２ターン目の電線の接触が緩やかになるため、電線被覆の損傷が防止される。そして、逃げ溝２２ａに電線Ｗの導入部分Ｗｅを収める構造にすると、電線の導入部分Ｗｅの位置が安定し、その後の巻回が安定する。また、電線が倒れにくくなれば、巻回させた電線に治具を押し付けてより確実に倒れを防止する場合であっても、弱い押し付け力で十分となるため、治具によって電線の絶縁被覆に損傷を与えることが防止される。

また、段差が低いことからレーン移動区間が短い。本実施形態の場合、レーン移動区間は、２ターン目の直線部の直前の短い区間である。この結果、倒れが生じやすいコイルエンド部２１ｂでのレーン移動が防止される。このように、本実施形態では、コイルエンド部に隣接する電線Ｗの導入位置に、電線Ｗの導入部分Ｗｅを収める逃げ溝２２ａを設けたことで、コイルエンド部２１ｂでのレーン移動を防止できるようになっている。つまり、リブ部２２に逃げ溝２２ａを設けることは、長円形の巻回部２１を有する分割ステータコア１０において、電線Ｗの倒れを防止する手段として有効であるといえる。

なお、逃げ溝２２ａの深さは、電線Ｗの幅の狭い面の幅寸法Ｌ（図２参照）と同等であることが望ましいが、それより浅い場合であっても、その深さに応じた倒れ防止効果が得られる。そして、逃げ溝２２ａの底面の状態は、必ずしも一定角度の斜面である必要はなく、図３に示されるように、バックティース１２側（巻回部２１と接する側の反対側）に大きく湾曲させた形状でもよい。そして、図３に示されるように、逃げ溝２２ａの一部または全部がリブ部２２の裏側まで貫通した状態のものであってもよい。また、本実施形態の絶縁キャップ２０は２つの部材２０ａ，２０ｂからなるものであり、両部材２０ａ，２０ｂで巻回部２１を両側から挟むように取り付ける構造であるが、このような構造に限られるものではない。たとえば、積層コアを樹脂モールド型に装填し、樹脂をモールドすることで絶縁キャップを一体で成形することも可能である。

次に、第２実施形態の分割ステータコアを説明する。

図４は第２実施形態の分割ステータコアを示す斜視図、図５は図４のＡ−Ａ線に沿う部分断面図、図６は第２実施形態の分割ステータコアの別の態様を示す斜視図、図７は第２実施形態の分割ステータコアに巻回された電線に、傾斜面側への押し圧を付与する治具形状を示す斜視図である。なお、先の実施形態と同一の部材には同一の符合を付すこととし、その説明を省略する。

図４に示されるように、本実施形態の分割ステータコア３０は、リブ部２２の巻回部側の表面のうち、電線導入位置寄りのコイルエンド部２１ｂに隣接する位置に傾斜面２２ｂを有する。つまり、リブ部２２の巻回部２１側の表面のうち、電線導入位置に隣接していると共に電線導入位置の電線巻回方向上流側の領域が傾斜面２２ｂになっている。図５に示されるように、この傾斜面２２ｂは、巻回部２１に接する内周端から外周端に向けて巻回部２１と接する側の反対側に傾斜しており、コイルエンド部２１ｂに隣接する部分にのみ形成されている。このように、コイルエンド部２１ｂに隣接するリブ部２２の表面を傾斜面２２ｂにすると、この傾斜面２２ｂによって、巻回した電線Ｗをリブ部２２側、すなわちバックティース部１２側に傾けた状態で保持することができ、反対側すなわちティース部１１先端側への電線Ｗの倒れが防止される。電線が倒れにくくなれば、巻回させた電線に治具を押し付けてより確実に倒れを防止する場合であっても、弱い押し付け力で十分となるため、治具によって電線の絶縁被覆に損傷を与えることが防止される。

なお、リブ部２２の傾斜面２２ｂの傾斜角度は、傾斜していない部分の表面に対して３０°以上であることが好ましい。図６に示される絶縁キャップ２０は、リブ部２２の巻回部２１側の表面のうち、コイルエンド部２１ｂに隣接する表面がバックティース部１２側に４５°倒されたものである。このような分割ステータコア３０に電線Ｗを巻回する場合は、巻回した電線Ｗをリブ部２２の傾斜面２２ｂにきれいに密着させる治具を用いる。具体的には、図７に示される側押治具Ｊを、巻回部２１に巻回された電線Ｗに向けて巻回軸方向に押し込む。これにより、コイルエンド部２１ｂに巻回された電線Ｗをリブ部２２の傾斜面２２ｂに密着させることができる。

このように、リブ部２２の表面のうち、巻回部２１のコイルエンド部２１ｂに隣接する領域をバックティース部１２側に大きく傾斜させた構造にすると、巻線周長が短くなるため、銅損を低減できる。そして、傾斜させることでコイルエンド部２１ｂの高さが低くなり、モータのコンパクト化を図ることができる。また、傾斜させることで巻回された電線の外周側の伸び量が小さくなり、皮膜に与えられる残留応力が低減されて、熱サイクルによる絶縁皮膜の損傷などが発生しにくくなり、絶縁信頼性が向上する。また、電線Ｗをステータ外周側に倒すことで、コイルエンド部２１ｂがステータ内周側に飛び出すことを抑制でき、ロータ組み付け時に電線Ｗと接触して絶縁皮膜を損傷させることを未然に防ぐことができる。

なお、図４や図６に示される本実施形態の分割ステータコア３０は、第１実施形態の分割ステータコア１０のリブ部２２に設けられた逃げ溝２２ａを有していないが、上記傾斜面２２ｂを設けた上で、さらに逃げ溝２２ａを設けてもよい。このような構成にすると、巻線Ｗの倒れの発生がより確実に防止される。

次に、第３実施形態の分割ステータコア４０を説明する。

図８（ａ）は、第３実施形態の分割ステータコアを示す斜視図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う部分断面図、図９は、第３実施形態の分割ステータコアに巻回される電線の形状および向きを示す断面図である。なお、先の実施形態と同一の部材には同一の符合を付すこととし、その説明を省略する。

図８に示されるように、本実施形態の分割ステータコア４０は、巻回部２１のうち、電線Ｗが曲げられた状態で巻回されるコイルエンド部２１ｂの表面に、巻回された電線Ｗの倒れを防止する断面鋸歯形状の凹凸面２１ｃを有する。この鋸歯形状の凹凸面２１ｃは、巻回された電線Ｗのティース部先端側への倒れを防止するものであり、リブ部２２側に傾く斜面が、巻回される電線Ｗの幅寸法Ｌ（図２参照）に相当するピッチで形成されている。なお、この斜面は、電線Ｗの巻回するターン数に相当する数だけ設けている。このような構造にすると、巻回された巻線Ｗのティース部先端側すなわちステータ内周側への倒れが防止される。また、このような凹凸を設けると、巻回された電線Ｗにリブ部２２側、すなわちバックティース部１２側に傾く力が安定的に付与され、また電線のずれが防止されることから、形状安定性の高い巻線が得られる。なお、巻回する電線Ｗとしては、長方形断面の電線も考えられるが、図９に示されるように、幅の狭い側面の一方が、鋸歯形状の凹凸面２１ｃの斜面の角度に応じて傾斜している電線Ｗが好ましい。

また、ここで説明した第３実施形態の分割ステータコアのリブ部に、第１実施形態で説明した逃げ溝や、第２実施形態で説明した斜面を設けてもよい。これらの一方または両方を設けると、巻線の倒れの発生がより確実に防止される。

次に、第４実施形態の分割ステータコアを説明する。

図１０は第４実施形態の分割ステータコアを示す斜視図、図１１は図１０のＣ−Ｃ線に沿う部分断面図である。なお、先の実施形態と同一の部材には同一の符合を付すこととし、その説明を省略する。

図１０に示されるように、この分割ステータコア５０は、第１実施形態で説明した逃げ溝２２ａや、第２実施形態で説明した斜面２２ｂや、第３実施形態で説明した鋸歯形状の凹凸面２１ｃを有していない。そして、絶縁キャップ２０の巻回部２１には、図１１に示されるような断面形状を有する電線Ｗがエッジワイズ巻きで巻回される。図示されるように、この電線Ｗは、幅広の側面が相互に平行であると共に、幅の狭い側面のうち少なくとも１つが幅広の側面に対して傾斜しているものである。そして、この電線Ｗは、巻回内周側の幅狭の側面Ｓ１と、リブ部２２側の幅広の側面Ｓ２とのなす内角が鈍角になる状態で巻回部２１に巻回される。

このように巻回すると、巻回するだけで、巻線Ｗにリブ部２２側、すなわちバックティース部１２側に傾こうとする力が作用し、ティース部先端側すなわちステータ内周側への電線Ｗの倒れが防止される。電線Ｗのステータ内周側への倒れが防止されると、ステータ中心にロータ（不図示）を挿入するとき等に、ロータと巻線の接触が防止され、巻線の皮膜の損傷が防止できる。また、この実施形態によれば、特別な構造のキャップを用いたり、特別な治具を用いたりすることなく、コイルエンド部における電線のティース部先端側への倒れを防止でき、シンプルな生産機械で形状安定性の高いコイルを提供することが可能となる。

なお、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。例えば、コイルの巻回方向を逆にしてもよく、また、巻回部２１のティース部先端側にリブ部が設けることもできる。

第１実施形態の分割ステータコアを示す斜視図である。 図１の分割ステータコアに電線を巻き始めた状態を示す斜視図である。 第１実施形態の分割ステータコアの別の態様を示す斜視図である。 第２実施形態の分割ステータコアを示す斜視図である。 図４のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 第２実施形態の分割ステータコアの別の態様を示す斜視図である。 第２実施形態の分割ステータコアに巻回された電線に、傾斜面側への押し圧を付与する治具形状を示す斜視図である。 （ａ）は、第３実施形態の分割ステータコアを示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う部分断面図である。 第３実施形態の分割ステータコアに巻回される電線の形状および向きを示す断面図である。 第４実施形態の分割ステータコアを示す斜視図である。 図１０のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。 従来の分割ステータコアにおける巻線工程（２ターン目に入る直前の状態）を示す斜視図である。 図１２の状態の分割ステータコアを示す平面図である。

符号の説明

１０，３０，４０，５０ 分割ステータコア、
１１ ティース部、
１２ バックティース部、
２０ 絶縁キャップ、
２１ 巻回部、
２１ａ コイル中間部、
２１ｂ コイルエンド部、
２１ｃ 鋸歯形状の凹凸面、
２２ リブ部、
２２ａ 逃げ溝、
２２ｂ 傾斜面、
Ｗ 電線、
Ｗｅ 電線の導入部分。

Claims (7)

1. 電線が巻回されるティース部に絶縁部材が取り付けられており、当該絶縁部材の周りにエッジワイズ巻きで長四角形断面の電線が巻回される、ステータ用の分割ステータコアであって、
   前記絶縁部材は、ティース部を取り囲むように配置されていると共に電線が巻回される巻回部と、当該巻回部の側端に巻回部よりも高く形成されたリブ部とを有し、
   前記リブ部には、前記巻回部に巻回される電線の導入部分を収める逃げ溝が形成されていることを特徴とするステータ用の分割ステータコア。
2. 電線が巻回されるティース部に絶縁部材が取り付けられており、当該絶縁部材の周りにエッジワイズ巻きで長四角形断面の電線が巻回される、ステータ用の分割ステータコアであって、
   前記絶縁部材は、ティース部を取り囲むように配置されていると共に電線が巻回される巻回部と、当該巻回部の側端に巻回部よりも高く形成されたリブ部とを有し、
   前記リブ部は、その巻回部側の表面のうち、電線の導入位置に隣接していると共に電線導入位置の電線巻回方向上流側である所定領域に、前記巻回部に接する内周端から外周端に向けて、前記巻回部と接する側の反対側に傾斜する傾斜面を有していることを特徴とするステータ用の分割ステータコア。
3. 前記リブ部の傾斜面の傾斜角度は、３０°以上であることを特徴とする請求項２に記載のステータ用の分割ステータコア。
4. 前記絶縁部材の巻回部は、電線が直線状で巻回されるコイル中間部と、当該コイル中間部の両端に配置されており電線が曲げられた状態で巻回されるコイルエンド部とを有し、
   前記リブ部の傾斜面は、前記巻回部のコイルエンド部に隣接して形成されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のステータ用の分割ステータコア。
5. 電線が巻回されるティース部に絶縁部材が取り付けられており、当該絶縁部材の周りにエッジワイズ巻きで長四角形断面の電線が巻回される、ステータ用の分割ステータコアであって、
   前記絶縁部材は、ティース部を取り囲むように配置されていると共に電線が巻回される巻回部と、当該巻回部の側端に巻回部よりも高く形成されたリブ部とを有し、
   前記巻回部の表面の少なくとも一部に、前記リブ部方向へ傾く表面が形成された断面鋸歯形状の凹凸面を有することを特徴とするステータ用の分割ステータコア。
6. 絶縁部材の巻回部は、電線が直線状で巻回されるコイル中間部と、コイル中間部の両端に配置されており電線が曲げられた状態で巻回されるコイルエンド部とを有し、
   前記断面鋸歯形状の凹凸面が形成されている位置は、コイルエンド部の表面であることを特徴とする請求項５に記載のステータ用の分割ステータコア。
7. 電線が巻回されるティース部に絶縁部材が取り付けられており、当該絶縁部材の周りにエッジワイズ巻きで長四角形断面の電線が巻回される、ステータ用の分割ステータコアであって、
   前記絶縁部材は、ティース部を取り囲むように配置されていると共に電線が巻回される巻回部と、当該巻回部の側端に巻回部よりも高く形成されたリブ部とを有し、
   前記電線は、当該電線の幅広の両側面が相互に平行であると共に幅の狭い両側面のうち少なくとも１つが幅広の側面に対して傾斜しており、
   巻回内周側に配置された幅の狭い側面と、前記リブ部側に配置された幅広の側面とのなす内角が鈍角となる長四角形断面の電線が巻回されていることを特徴とするステータ用の分割ステータコア。

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