JP2007244115A - 電動機の巻線構造とその巻線方法及びその巻線装置 - Google Patents

Abstract

【課題】導線の巻線時のズレを抑制する巻線構造を提供する。
【解決手段】本発明は、電動機において、ティース部１ａに巻回される導線２ａは、四角形断面の平角線であり、ステータは、巻線時に導線を位置決めする位置決め手段１ｅを備え、位置決め手段は、ロータの回転中心から放射状に伸びてティース部の中心を通る直線ＣＬに対して、導線の断面が所定の角度だけ傾くように導線を位置決めすることを特徴とする電動機の巻線構造である。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動機の分割分割コアに巻回される巻線構造とその巻線方法及びその巻線装置に関するものである。

従来の分割コアに長方形断面を有する平角線を巻回する技術として、図３に示すような巻線構造とする技術がある（特許文献１参照）。平角線を用いて巻回することにより、導線間の間隙が減少し、占積率が向上するため、電動機の出力が向上できる。
特開2005-102477号公報

しかしながら、前述の巻線構造とする場合には、図３中にａ１、ａ２で示す列の端部にに巻線された導線が列の変更時に矢印方向にずれ易いという課題がある。この導線のずれを防止するために専用の治具を設ける必要が生じて設備費の上昇を招くことになる。

また、このような電動機用のステータコアにおいては、電動機回転時に発生する鉄損や銅損にともなう発熱によって電動機の特性劣化が生じることから、このような発熱を速やかに放散する必要がある。

さらに導線に巻線時のずれがあると、導線と、この導線とティース部及びヨーク部との間に設置された絶縁性のインシュレータとの間に隙間が生じて、抜熱性能が低下するという課題がある。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、巻線時の導線のずれを防止する巻線構造とその巻線方法及びその巻線の製造装置を提供することを目的としている。

本発明は、ロータの回転中心に向かって凸状に形成されたティース部を備えた分割コアを円環状に配置したステータコアと、前記分割コアのティース部に導線を集中巻によって巻回されてなるステータコイルとからなるステータと、前記ステータ内に所定の間隙を持って配置され、前記ステータコイルに通電されることで回転するロータとを備えた電動機において、前記ティース部に巻回される前記導線は、長手方向の断面形状が四角形の平角線であり、前記ステータは、巻線時に前記導線を位置決めする位置決め手段を備え、前記位置決め手段は、前記ロータの回転中心から放射状に伸びて前記ティース部の中心を通る直線に対して、前記導線の断面が所定の角度だけ傾くように前記導線を位置決めすることを特徴とする電動機の巻線構造である。

本発明では、導線が電動機のロータの回転中心から放射状に伸びてティース部の中心を通る直線に対して所定の角度だけ傾くように位置決めするため、巻回された導線が前記直線に対して傾くことになり、導線の前記直線方向の移動が隣接する導線に引っ掛かることで抑制される。これにより、導線の直線方向のずれ、占積率の低下や抜熱性能の低下を防止することができる。

以下、本発明の電動機の巻線構造を図を用いて説明する。

図１は、本発明を適用した電動機の巻線構造の第１実施形態としてのステータの部分断面図であり、電動機のロータの回転中心軸方向から見た断面図である。

電動機の巻線構造の第１実施例を示す図１において、ステータは、円環状のステータコアとステータコイル２からなり、ステータコアは、電動機内周側（ロータ側）に向かって凸形状のティース部１ａを備えた分割コア１ｂを複数個円環状に並設して形成される。ステータコイル２は、この分割コア１ｂのティース部１ａに集中巻によって巻回して形成される。ステータは、ステータコイル２を集中巻した３Ｎ個（Ｎは１以上の整数）以上のティース部１ａを配置して備える。

分割コア１ｂは通常、ヨーク部１ｃとティース部１ａとを含む形状の磁性鋼板をロータの回転中心軸方向に複数枚積層した状態で一体化して構成する。

ティース部１ａには、その内周側端部から周方向左右に延出する先端部１ｄが形成され、ティース部１ａ回りに巻回されたステータコイル２はティース部１ａ、先端部１ｄ及びヨーク部１ｃで区画された領域内に整列される。

ステータコイル（以下、コイルという）２は、銅等の高導電材料の導体にエナメル等の絶縁材料で皮膜を施した導線２ａにより形成される。ここで導線２ａは、長手方向の断面形状が長方形の平角線である。

ティース部１ａ及びヨーク部１ｃと導線２ａとの間には絶縁材からなるインシュレータ３が設置される。本実施形態においてインシュレータ３は、ティース部１ａ及びヨーク部１ｃの形状に沿って配置される所定の厚さの平板状に形成される。

このように構成されたステータのコイル２に所定の電流を流すと、ステータ内周側にティース部１ａの先端部１ｄと所定のエアギャップを介して設置されたロータとの間に磁気作用を生じ、永久磁石を埋設したロータを回転させ、電動機の機能を生じる。

次に図２を用いて本実施形態の特徴である導線２ａの巻線構造について説明する。図２は図１中のＡ部の拡大図である。

本実施形態の導線２ａの巻線構造の特徴は、ロータの回転中心方向から見た場合に、巻線２ａの四角形断面が、ロータの回転中心から放射状に伸び、ティース部１ａの中心を通る線ＣＬに対して所定の角度θだけ傾くように、つまり四角形断面の外郭を構成する各辺が線ＣＬに平行とならないように巻線することである。例えば、図に示すように導線２ａの長方形断面の対角線の一方２ｂが、ロータの回転中心から放射状に伸びる線ＣＬに対して平行となるように導線２ａを巻線する。

このように導線２ａを巻線するために、本実施形態では、インシュレータ３に溝５設け、この溝５を位置決めとして巻線する点である。以下、図２を用いて詳しく説明する。

本実施形態のインシュレータ３の、ティース部１ａに面する中央部に複数の凸部３ｃが線ＣＬ方向に形成される。凸部３ｃは三角形断面を有しており、隣接する凸部３ｃ間に位置決めとしての溝５が形成される。隣接した凸部３ｃ間に形成される溝５は、三角形断面となり、その底部５ａの角度が直角となるように形成され、溝５に導線２ａが入り込むことにより、導線２ａの１つの角部が底部５ａに嵌り、導線２ａが位置決めされる。ここで、導線２ａは、導線２ａの断面の対角線の一方２ｂが線ＣＬと平行となるように位置決めされる。

また、ティース部１ａの先端部１ｄのコイル２側の面１ｅは、線ＣＬに直交する対角線２ｂに対して角度θとなる傾斜した線に対して直交する角度を持った平面として形成され、この面１ｅを導線２ａの位置決めとして巻線する。ここで、傾斜面１ｅに接するインシュレータ３の先端部３ａが、前述の面１ｅと平行となるように形成される。

次に本実施形態の巻線方法について説明する。

本実施形態での導線２ａのティース部１ａへの巻き始めは、ヨーク１ｃ側で、図示しないノズル等から繰り出された導線２ａがインシュレータ３の形成された溝４に嵌るように巻回する。このとき、ノズルから繰り出される導線２ａは、インシュレータ３の溝４の傾きを考慮して繰り出すようにする。これにより、精度よく導線２ａを分割コア１ｂに傾けて整列させることができる。

そして、分割コア１ｂの回転数とノズルからの導線２ａの繰り出し速度及びノズルの線ＣＬ方向の移動速度とが同期して順次分割コア１ｂに導線２ａが分割コア１ｂの外側から内側に向けて巻回される。そして、１列の目の巻線後、２列目の巻線を実施する際に、巻線方向は逆転し、内側から外側へ向けて巻回される。２列目の巻き始めの導線２ａは、インシュレータ３が形成する凸部３ｃとインシュレータ３の先端部３ａで形成される溝４により位置決めされる。このように巻線方向を順次切換える巻線方法により、図１に示すようなコイル２が形成される。

したがって、本実施形態においては、平角線の導線２ａの対角線の一方２ｂがロータの回転中心から放射状に伸びる線ＣＬに対して平行となるように、インシュレータ４の凸部３ｃを位置決めとして導線２ａを分割コア１ｂに巻回する。

このような巻線構造とすることで、線ＣＬに対して平行となるように長方形断面の導線２ａの対角線２ｂが設定され、導線２ａが傾くことにより隣接する導線間で溝４が形成される。この溝４に列の異なる導線２ａが入り込むことで、別の列の導線２ａの巻線時の位置決めがなされ、巻線が進行する。

図１に示すように列の端部に巻線された導線２ｄに線ＣＬ方向にずれる力が作用する場合にも、導線２ｄが隣接する導線２ｅ、２ｆ間に形成された溝４に入り込み、導線２ｅと接触してずれが抑制される。このように、導線２ａの巻線時のずれを防止するとともに溝４に入り込むことで、占積率の低下を抑制し、また抜熱性能の低下を抑制することができる。

なお、巻き終わりを分割コア１ｂの外側とすることで、巻き始めと巻き終わりがそれぞれ分割コア１ｂの外側に位置することになり、導線２ａの取り出しが容易とすることができる。ただし、取り出し位置がこれに限られるものでないことはいうまでもない。

また、図１、図２では、線ＣＬに対して平行となるように長方形断面の導線２ａの対角線２ｂを設定するものとして説明したが、これに限らず、導線２ａの四角形断面を構成する４辺が線ＣＬに対して平行とならないように、角度を持って巻線されるようにすればよい。

以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。

第１実施形態としてのステータの部分断面図。 図１中のＡ部の拡大図。 従来の巻線構造を説明する図。

符号の説明

１ａ ティース部
１ｂ 分割コア
１ｃ ヨーク部
１ｄ 先端部
１ｅ 面
２ ステータコイル
２ａ 導線
２ｂ 対角線
２ｃ 一辺
３ インシュレータ
３ａ 先端部
３ｂ 中央部
３ｃ 凸部
４ 溝

Claims (8)

1. ロータの回転中心に向かって凸状に形成されたティース部を備えた分割コアを円環状に配置したステータコアと、前記分割コアのティース部に導線を集中巻によって巻回されてなるステータコイルとからなるステータと、
   前記ステータ内に所定の間隙を持って配置され、前記ステータコイルに通電されることで回転するロータとを備えた電動機において、
   前記ティース部に巻回される前記導線は、長手方向の断面形状が四角形の平角線であり、
   前記ステータは、巻線時に前記導線を位置決めする位置決め手段を備え、
   前記位置決め手段は、前記ロータの回転中心から放射状に伸びて前記ティース部の中心を通る直線に対して、前記導線の断面が所定の角度だけ傾くように前記導線を位置決めすることを特徴とする電動機の巻線構造。
2. 前記位置決め手段は、前記導線の四角形断面の対角線の一方が、前記直線に対して平行となるように位置決めすることを特徴とする請求項１に記載の電動機の巻線構造。
3. 前記ティース部と、このティース部に巻回される前記導線との間に絶縁材からなるインシュレータを設け、
   前記位置決め手段は、このインシュレータに形成され、前記直線方向に並ぶ複数の三角形断面の凸部であり、この凸部によって形成される溝に前記導線の角部を嵌め込み、前記導線を位置決めすることを特徴とする請求項１または２に記載の電動機の巻線構造。
4. 前記ティース部は、前記ロータ側端部に周方向に延出する先端部を備え、
   前記位置決め手段は、前記先端部の巻回される前記導線側の面を前記直線に対して所定の角度だけ傾斜させて形成した平面であり、
   前記平面に前記導線の四角形断面の一辺が接するようにして、前記導線を位置決めすることを特徴とする請求項３に記載の電動機の巻線構造。
5. 長手方向の断面形状が四角形の平角線からなる導線を、回転する分割コアのティース部に集中巻によって巻回してステータコイルを形成する電動機の巻線方法において、
   前記ロータの回転中心から放射状に伸びて前記ティース部の中心を通る直線に対して、前記導線が所定の角度だけ傾くように位置決めし、巻線することを特徴とする電動機の巻線方法。
6. 前記ティース部と、このティース部に巻回される導線との間に絶縁材からなるインシュレータを設け、
   このインシュレータは前記直線方向に複数の三角形断面の凸部を備え、
   前記導線の巻き始めは、前記凸部によって形成される溝に前記導線の角部を嵌め込むように位置決めし、
   順次前記直線方向に導線を巻回し、
   前記導線が前記直線に対して所定の角度だけ傾くように巻線することを特徴とする請求項５に記載の電動機の巻線方法。
7. 長手方向の断面形状が四角形の平角線からなる導線を供給する導線供給手段と、
   ロータの回転中心に向かって凸状に形成されたティース部を備えた分割コアを回転するコア回転手段と、
   前記導線供給手段を移動する移動手段と、
   前記導線を前記ティース部に巻き始める時に前記導線を前記分割コアの所定位置に位置決めする位置決め手段とを備え、
   前記位置決め手段は、前記ロータの回転中心から放射状に伸びて前記ティース部の中心を通る直線に対して、前記導線が所定の角度だけ傾くように前記導線供給手段から供給された導線を位置決めし、
   前記コア回転手段と前記移動手段と前記導線供給手段を用いて順次導線を前記分割コアに巻回することを特徴とする電動機の巻線装置。
8. 前記位置決め手段は、前記ティース部と、このティース部に巻回される前記導線との間に絶縁材からなるインシュレータを備え、
   前記位置決め手段は、前記直線方向に複数の三角形断面の凸部を備え、この凸部によって形成される溝に前記導線の角部を嵌め込み、前記導線を位置決めすることを特徴とする請求項７に記載の電動機の巻線装置。

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