JP2007267463A - 回転電機及び回転電機の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機における固定子のスロット内でのコイルの占積率を高める一方、コイル表面に施された絶縁被覆の損傷を防止する。
【解決手段】断面が円形のコイルを俵積みになるように巻回し、コイルにおけるスロット内に配置される箇所の周囲を囲むようにコイルと断面が略同一径の押圧部材を配置すると共に、該押圧部材の周囲を押圧することにより、コイルに断面形状で６箇所の潰れた部分を成形する。このように成形されたコイルから押圧部材を取り除いてスロット内に装着することで固定子が構成される。このため、スロット内でのコイルの占積率を向上させることができ、コイルエンド部は断面が円形のままとなっているため、コイルが交差したとしても絶縁被覆の損傷を防止することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、モータや発電機などの回転電機に関するものである。

近年、例えば、電気自動車やハイブリット自動車に用いられる駆動主機用モータでは、車載空間の制約，バッテリ電圧の制約，車体重量軽減，駆動力向上の要求があり、更なる小型軽量化や高出力化の実現が強く求められている。このような要求は、自動車に搭載されるモータに限らず、エアコン等の家電用モータ，産業用のサーボモータ等でも同様である。

このような問題を解決するために、特許文献１に示すような鉄心のスロット内に複数層巻回されるコイルの断面形状を略四角形、もしくは、略六角形とし、隣り合うコイル間に存在する空隙を極力少なくして、鉄心に設けられるスロット内でのコイル面積の比率、つまり、コイルの占積率を大きくすることが考えられている。このようにコイルの占積率を大きくできれば、基準となるコイルの抵抗を小さくすることができ、更にはコイルの密着度の向上により放熱性が高まり、温度上昇による抵抗増加も小さくできる。

特開２００５−２０４４２２号公報

しかしながら、特許文献１のものは、スロット内から外側に突出するコイルエンド部の断面形状もスロット内と同様に多角形状となっている。このため、コイルエンド部では、コイルが交差する部分が生じるが断面が多角形となっているコイルの角部によって絶縁被覆が損傷してしまうといった問題が生じてしまう。

本発明の目的は、スロット内に複数層が巻回されたコイルの占積率を大きくすると共に、コイルエンド部での絶縁被覆の損傷を防止することができる回転電機及び回転電機の製造方法を提供することにある。

本発明は、スロット内に位置する全てのコイルの断面形状を円形に対して周方向に略等間隔に３箇所以上、６箇所以下の潰れた部分を有する形状とし、スロット内から外側に突出するコイルエンド部におけるコイルの断面形状を円形としたことを特徴としている。

また、本発明は、スロット内に位置するコイルの断面形状をティースから複数の層を円形に対して周方向に略等間隔に３箇所以上、６箇所以下の潰れた部分を有する形状とし、その外側の層を円形とすると共に、コイルエンド部におけるコイルの断面形状も円形としたことを特徴としている。

また、本発明は、コイルのスロット内に配置される箇所の周囲を囲むようにコイルと断面が略同一径の押圧部材を配置し、押圧部材を押圧後に押圧部材をコイルから取り除いてコイルが成形されることを特徴としている。

また、本発明は、コイルを１層毎に径方向に押圧して扁平したコイルを成形し、更に軸方向に押圧してコイルが成形されることを特徴としている。

本発明によれば、スロット内のコイルの断面形状が３箇所以上、６箇所以下の潰れた部分を有する形状となっているため、スロット内でのコイルの占積率を向上させることができる。また、コイルエンド部は断面が円形となっているため、コイルが交差したとしても絶縁被覆の損傷を防止することができる。

以下、本発明による各実施例を図面に基づいて説明する。

〔第１実施例〕
図１は、第１実施例における鉄心としての固定子鉄心を各部品毎に斜視図としたものである。図２は、第１実施例に用いられるコイルの詳細図である。尚、第１実施例は、回転電機の一実施例である電動モータについて説明する。

図１に示すように鉄心としての固定子鉄心は、バックヨーク１と複数のティース２とによって構成されている。このバックヨーク１及びティース２は、複数の鋼板を絶縁された状態で積層する積層鋼板によって構成されており、同一の板材からそれぞれを打ち抜いて成形するため、バックヨーク１とティース２の積層枚数は同一となる。

バックヨーク１は、略円筒状に形成されており、外周には、周方向略等間隔に４箇所の取付部３が突出形成されている。この取付部３は、バックヨーク１外周の他の箇所に対してなだらかに連続するように突出し、突出した箇所の周方向略中央部には半円状の凹部が形成されている。この凹部に図外の固定部材を挿通することによって規定の場所に固定される。また、バックヨーク１の内周側には、ティース２が固定されるべくティース２の数と同数の嵌合用溝４が周方向略等間隔に形成されている。この嵌合用溝４には、図２の詳細図にて示すようにバックヨーク１における周方向両端に内周側が凸となる凹凸状の嵌合部が設けられており、また、バックヨーク１の軸方向両端に開口するように軸方向に延在して形成されている。

ティース２は、１２本設けられ、バックヨーク１の嵌合用溝４に夫々が圧入によって固定されている。このため、各ティース２間にはコイル７が巻回されるスロット８が形成される。このティース２の内周端には、周方向両側に先細り形状に突出するティースブリッジ５が軸方向に連続するように設けられている。また、ティース２の外周端には、図２の詳細図にて示すように周方向両端に外周側が凸となるバックヨーク１の嵌合用溝４と嵌合可能な嵌合用突起６が軸方向に延在するように形成されている。このため、嵌合用溝４内にティース２が挿入されると、内周側から引っ張り力が作用したとしても嵌合用溝４から外れてしまうことはない。

このように構成された固定子鉄心におけるティース２の周りには、夫々、連続した金属線からなるコイル７が複数層に巻装される。つまり、コイル７は、ティース２の周りに集中巻きされる。このコイル７の表面にはエナメル等の絶縁被覆が施され、更には、ティース２とコイル７の間に絶縁体としての樹脂材料からなるボビン９が設けられている。このボビン９は、ティース２の延出する方向の両端に夫々フランジ１０が設けられているが固定子鉄心における周方向両端側は、図２（ａ）に示すようバックヨーク１に接する側の幅が大きく、ティースブリッジ５に接触する側の幅が小さくなっている。しかしながら、図２（ｂ）に示すよう固定子鉄心における軸方向両端側から突出する部分、つまり、コイルエンド部１１のフランジ１０は、ほぼ同じ幅である。

また、ボビン９に巻装されるコイル７のうち、図２（ａ）に示す固定子鉄心における周方向両端側は、全ての断面形状が円形に対して周方向に略等間隔に６箇所の潰れた部分を有する形状、つまり、六つの直線と六つの曲線を交互に結んだ輪郭の略六角形状に成形されているが、図２（ｂ）に示すコイルエンド部１１における全ての断面形状及び外部に連結するための端末線１２は円形となっている。このように断面が成形されたコイルは、俵積みになるように巻回されるので、断面形状が略六角形状となっている部分については、ほぼ隙間なく巻回することができる。尚、ボビン９は、コイル７の内周側と外周側から２分割されている。

以上、説明したように固定子が構成されるが、固定子内には、ティースブリッジ５の内周面に対向するかたちで図外の磁極部材としての回転子が固定子に対して回転自在に設けられる。この回転子には、永久磁石、もしくは、界磁コイルによって周方向に異なる極性の磁極が交互に設けられるように構成される。

次にコイル７の断面形状の生成方法を図３に基づいて説明する。図３は、コイル７の断面形状を円形に対して周方向に略等間隔に６箇所の潰れた部分を有する形状に成形している状態の図である。

まず、断面が円形状のコイル７を金属製の巻枠（図示せず）に巻線する。この時、コイル７における次の層への移行部分は端末線１２取り出し側のコイルエンドに集め、固定子のスロット８内に配置される箇所は、俵積みとなるようにコイル７を巻回する。これは、この後のコイル成形時にコイル７がクロスした部分があると絶縁皮膜が損傷してしまうからである。

次に、巻枠からコイル７を取り出す。コイルが細く、ばらけ易い場合には、素材に自己融着電線を用い、通電固着によってコイルを固めておいてもよい。コイルの剛性が高く、コイルの配列を維持できる場合は，自己融着の必要はない。

次に、図３に示すように巻枠から取り出したコイル７におけるスロット８内に配置される箇所の周囲にコイル７と同じ外径，形状，材料，硬さの押圧部材としてのダミーコイル１８を俵積みになるように配置する。ダミーコイル１８の端部は、接触によってコイルの皮膜が損傷しないようにＲ形状にしておく。

次に、ダミーコイル１８の周囲に配置された４つの可動型からなる成形型１５によって、ダミーコイル１８を上下左右の４方向から加圧する。そうすると成形型１５内の全てのコイル７は、外周６方向から均一に力を受け、円形に対して周方向に略等間隔に６箇所の潰れた部分を有する形状、つまり、断面が六つの直線と六つの曲線を交互に結んだ輪郭の略六角形に変形する。

このようにコイル７の成形が終わったら、成形型１５とダミーコイル１８をコイル７から取り外す。以上により、コイル７におけるスロット８内に配置される箇所の全てを均一な略六角形断面とし、コイルエンド部１１と端末線１２は丸断面のままのコイル７が得られる。

このように成形されたコイル７をボビン９に取り付け、更にボビン９をティース２の嵌合用突起６側から挿入して固定する。このコイル７が巻回された各ティース２を夫々、バックヨーク１の嵌合用溝４内に軸方向から圧入して固定子が製造される。

以上、第１実施例について説明したが、第１実施例の作用効果を以下に示す。

第１実施例では、スロット内に位置する全てのコイルの断面形状を円形に対して周方向に略等間隔に３箇所以上、６箇所以下の潰れた部分を有する形状とし、スロット内から外側に突出するコイルエンド部１１におけるコイルの断面形状は、円形としたので、スロット内でのコイルの占積率を向上させることができると共に、コイルエンド部１１は断面が円形となっているため、コイルが交差したとしても絶縁被覆の損傷を防止することができる。

また、スロット内に位置するコイルの断面形状が外周側においても同一形状となっているので無理な形状に潰された部分がなく絶縁皮膜が損傷するようなことがない。特に本実施例は、複数層コイルが巻回される集中巻のものでスロット内に位置するコイルの断面形状を同一としている。

また、第１実施例は、鉄心における各ティースを周方向に分割したため、コイルの装着が容易になり、コイルにおける絶縁被覆の損傷を防止することができる。

また、第１実施例は、コイルのスロット内に配置される箇所の周囲を囲むようにコイルと断面が略同一径の押圧部材を配置し、押圧部材を押圧後に押圧部材をコイルから取り除いてコイルを成形したので、元々、断面が円形であった安価なコイルを用いて、スロット内に位置するコイルの断面形状だけを円形に対して周方向に略等間隔に６箇所の潰れた部分を有する形状とすることができる。従来、巻回する前に断面を変形させたものがあるが、コイルエンドの長さが一定でないため、一層だけを巻回したコイルにしか適用できなかった。しかし、本実施例を用いればコイルを巻回した後に断面を変形させているので複数層を巻回した集中巻きのコイルでも断面を均等に変形させることができる。

また、第１実施例は、押圧部材とコイルとを同一の硬さの材料で構成したので、コイルの最外周の断面形状を内周側のコイルの断面形状とほぼ同一に成形することができる。

以上、第１実施例として電動モータの固定子について説明したが、発電機の固定子にも本発明を適用することができる。また、ブラシを介して電流が供給されるような回転子に巻回されるコイルとしても適用することが可能である。更に、鉄心と対向する磁極部材の磁極を形成するものとしては、永久磁石による磁界でもコイルによって生じる磁界でも構わない。

また、第１実施例では、スロット内に位置する全てのコイルの断面形状を円形に対して周方向に略等間隔に６箇所の潰れた部分を有する形状としたが、最外周側から所定数の層を断面形状が円形のままとすることも可能であるが占積率を向上させるためには、断面が６箇所の潰れた部分を有する形状の層を断面が円形の層より多く巻回した方がよい。

また、第１実施例では、スロット内に位置するコイルの断面形状を６箇所の潰れた部分を有する形状としたが、３箇所の潰れた部分を有する形状としたり、４箇所の潰れた部分を有する形状としたり、５箇所の潰れた部分を有する形状としたりしても隣り合うコイルとの隙間を小さくすることは可能である。しかしながら、潰れた箇所同士を連結する箇所は鋭角となっているよりも鈍角となっている方が成形しやすいため、断面の６箇所を潰した形状とするのが最もよい。

また、第１実施例では、固定子鉄心とコイルの絶縁には樹脂製のボビンを用いたが、絶縁紙をコの字形に折り、コイルの内周を包むように取り付けてもよい。

また、第１実施例では、押圧部材とコイルを同一の材料で構成したが、押圧部材をコイルより硬い材料にて構成し、何度も使用できるようにしてもよい。その場合、押圧部材の断面形状をスロット内に位置するコイルの最終断面とほぼ同一の形状としておくとよい。更に、押圧部材は、コイルである必用はなく成形型に一体的に構成することも可能である。

また、第１実施例では、鉄心を積層鋼板によって構成したが、表面が絶縁処理された磁粉を圧縮して固めた圧粉磁心にて構成してもよい。

また、第１実施例では、分割されたティースを固定することで鉄心を構成したがコイルの装着が可能であれば、ティースを始めから鉄心に一体に成形することも可能である。

〔第２実施例〕
次に本発明の第２実施例を図４，図５に基づいて説明する。図４は、第２実施例における鉄心としての固定子鉄心の正面断面図及び固定鉄心を構成する分割コアの斜視図である。図５は、第２実施例に用いられるコイルの詳細図である。尚、第１実施例と共通する部位については、同一称呼，同一の符号で表す。

第２実施例の回転電機も第１実施例と同様、電動モータである。この第２実施例における固定子鉄心は、第１実施例とは異なり、図４に示すようにバックヨーク１の部分でティース２毎に分割された分割コア１３を周方向に組み合わせて外周を円筒状のハウジング
１４で押さえ込むことで構成されている。

夫々の分割コア１３は、第１実施例と同様に積層鋼板によって構成されており、ティースブリッジ５を有するティース２とバックヨーク１を有し、軸方向一端側から見ると略Ｔ字形状となっている。また、バックヨーク１における周方向一端側には凸部が形成されており、周方向他端側には凹部が形成されている。このため、各分割コア１３における凸部と凹部を嵌合させると略円形に組み合わされることになる。更に各分割コア１３が離れてしまわぬように組み合わされた各分割コア１３の外周にハウジング１４が嵌め込まれている。このようにハウジング１４を嵌め込むことにより、各分割コア１３は、内周側に寄せられようとするが周方向両端が隣り合う分割コア１３と当接し、かつ、凹部と凸部で嵌合しているため、互いの分割コア１３の両端は、突っ張るかたちとなり、離間してしまうことはない。

これらの分割コア１３におけるティース２の外周にはボビン９を介してコイル７が複数層に集中巻で巻回されている。このコイル７は、図５に示すよう基本的には第１実施例と同様であるが、ボビン９に巻装されるコイル７のうち、図５（ａ）に示す固定子鉄心におけるスロットに挿入される周方向両端側の全ての断面形状が円形に対して周方向に略等間隔に４箇所の潰れた部分を有する形状、つまり、四つの直線と四つの曲線を交互に結んだ輪郭の略四角形状に成形されている点が異なる。尚、図５（ｂ）に示すようコイルエンド部１１における全ての断面形状及び外部に連結するための端末線１２は、第１実施例と同様に円形となっている。

次にコイル７の断面形状の生成方法を図６に基づいて説明する。図６は、コイル７の断面形状を円形に対して周方向に略等間隔に４箇所の潰れた部分を有する形状に成形する工程図である。尚、第１実施例と共通する部位については、同一称呼，同一の符号で表す。

まず、断面が円形状のコイル７を金属製の巻枠１６に巻回する。ここで、コイル７のスロットに挿入される箇所を軸方向から挟む巻枠１６のツバ１７は、巻回軸方向に移動が可能な構造となっている。１層目のコイルを巻枠１６に巻回し終わったら、外周側から成形型１５を押し付けて径方向（コイル７の積層方向）に圧縮成形する。このため、スロットに挿入される箇所におけるコイル７の断面形状は二面が平らに潰れた形状となる。

次に２層目のコイル７を巻回するが、この時、１層目のコイル７の表面が平らに成形されているので十分な載置面積が確保でき、２層目のコイル７が１層目のコイル７の線間に落ちることはない。２層目のコイル７は、１層目と同様に外周側から成形型１５を押し付けて径方向（コイル７の積層方向）に圧縮成形する。このため、２層目のコイル７も１層目と同様に断面形状は、二面が平らに潰れた形状となる。更に、この工程を繰り返して多層にコイル７を積上げる。

このように巻回されたコイル７の断面形状は、二面が平らに潰れた形状となっているので、最後にツバ１７を移動させて巻回軸方向にコイル７を圧縮すると、スロット内に配置される箇所の全てが均一な略四角形断面となり、コイルエンド部１１と端末線１２は丸断面のままのコイル７が得られる。

次にコイル７の分割コア１３への組み付け方法を図７に基づいて説明する。図７は、コイル７を分割コア１３に組み付ける工程図である。尚、第１実施例と共通する部位については、同一称呼，同一の符号で表す。

前述の方法で成形されたコイル７において、巻枠１６の幅をティースブリッジ５の幅
（ボビン９などの絶縁物の幅も含む）よりも大きくしておき、巻枠１６から取り出したコイル７を分割コア１３におけるティースブリッジ５側から組み付ける。

その後、コイル７をボビン９など絶縁物が装着されたティース２を挟んで圧縮し、ティース２とコイル７との間の空隙をなくす。このため、コイルエンド部１１が圧縮された分だけ伸びることになる。

以上、第２実施例について説明したが、第２実施例は、基本的には第１実施例と同様の作用効果を有する。しかしながら、第２実施例においては、スロット内に位置する全てのコイルの断面形状を円形に対して周方向に略等間隔に４箇所の潰れた部分を有する形状としたので、第１実施例に対して、巻回軸方向の両端を隙間無く配列することが可能となる。このため、更なる占積率の向上ができる。

また、第２実施例は、コイルにおける最内周側をティースが挿通可能に巻回すると共に、スロット内にコイルを挿入後、周方向からティースを挟み込むようにコイルを変形させて装着したので、ティースの外周側にバックヨークが存在していたとしても容易に装着することが可能である。

また、第２実施例は、鉄心における各ティースを周方向に分割し、分割した各ティースにコイルを装着した後、一体化して鉄心が構成されるようにしたので、容易に周方向からティースを挟み込むようにコイルを変形させることができる。

以上、第２実施例について説明したが、第２実施例においても第１実施例同様にスロット内に位置するコイルの最外周側から所定数の層を断面形状が円形のままとすることも可能である。

第１実施例における鉄心としての固定子鉄心を各部品毎に斜視図としたものである。 第１実施例に用いられるコイルの詳細図である。 コイルの断面形状を円形に対して周方向に略等間隔に６箇所の潰れた部分を有する形状に成形している状態の図である。 第２実施例における鉄心としての固定子鉄心の正面断面図及び固定鉄心を構成する分割コアの斜視図である。 第２実施例に用いられるコイルの詳細図である。 コイルの断面形状を円形に対して周方向に略等間隔に４箇所の潰れた部分を有する形状に成形する工程図である。 コイルを分割コアに組み付ける工程図である。

符号の説明

１…バックヨーク（鉄心）、２…ティース（鉄心）、７…コイル、８…スロット、９…ボビン、１１…コイルエンド部、１３…分割コア（鉄心）、１５…成形型、１８…ダミーコイル（押圧部材）。

Claims (9)

1. 径方向に延びるティースが周方向に複数設けられ、前記各ティース間にスロットを有する磁性体からなる鉄心と、
   絶縁被覆が施された連続した線を前記スロット内に複数層に巻回することで構成されるコイルと、
   前記各ティースの先端と対向して配置され、周方向に複数の磁極を有する磁極部材と、
   を有し、
   前記鉄心、もしくは、前記磁極部材の一方が固定され、他方が一方に対して回転自在に設けられた回転電機において、
   前記スロット内に位置する全ての前記コイルの断面形状は、円形に対して周方向に略等間隔に３箇所以上、６箇所以下の潰れた部分を有する形状とし、
   前記スロット内から外側に突出するコイルエンド部における前記コイルの断面形状は、円形としたことを特徴とする回転電機。
2. 径方向に延びるティースが周方向に複数設けられ、前記各ティース間にスロットを有する磁性体からなる鉄心と、
   絶縁被覆が施された連続した線を前記スロット内に複数層に巻回することで構成されるコイルと、
   前記各ティースの先端と対向して配置され、周方向に複数の磁極を有する磁極部材と、
   を有し、
   前記鉄心、もしくは、前記磁極部材の一方が固定され、他方が一方に対して回転自在に設けられた回転電機において、
   前記スロット内に位置する前記コイルの断面形状は、前記ティースから複数の層を円形に対して周方向に略等間隔に３箇所以上、６箇所以下の潰れた部分を有する形状とし、その外側の層を円形とすると共に、
   前記スロット内から外側に突出するコイルエンド部における前記コイルの断面形状も円形としたことを特徴とする回転電機。
3. 請求項１乃至請求項２に記載の回転電機において、
   前記各ティースは周方向に分割され、夫々が固定されることにより前記鉄心が構成されることを特徴とする回転電機。
4. 径方向に延びるティースが周方向に複数設けられ、前記各ティース間にスロットを有する磁性体からなる鉄心と、
   絶縁被覆が施された連続した線を前記スロット内に巻回することで構成されるコイルと、
   前記各ティースの先端と対向して配置され、周方向に複数の磁極を有する磁極部材と、
   を有し、
   前記鉄心、もしくは、前記磁極部材の一方が固定され、他方が一方に対して回転自在に設けられた回転電機の製造方法において、
   断面が円形の前記コイルを俵積みになるように巻回する工程と、
   前記コイルにおける前記スロット内に配置される箇所の周囲を囲むように前記コイルと断面が略同一径の押圧部材を配置する工程と、
   該押圧部材の周囲を押圧することにより、前記コイルに断面形状で６箇所の潰れた部分を成形する工程と、
   前記押圧部材を前記コイルから取り除く工程と、
   成形後の前記コイルを前記スロット内に装着する工程と、
   によって、前記鉄心に前記コイルを巻回することを特徴とする回転電機の製造方法。
5. 径方向に延びるティースが周方向に複数設けられ、前記各ティース間にスロットを有する磁性体からなる鉄心と、
   絶縁被覆が施された連続した線を前記スロット内に巻回することで構成されるコイルと、
   前記各ティースの先端と対向して配置され、周方向に複数の磁極を有する磁極部材と、
   を有し、
   前記鉄心、もしくは、前記磁極部材の一方が固定され、他方が一方に対して回転自在に設けられた回転電機の製造方法において、
   断面が円形の前記コイルを１層分だけ巻回する工程と、
   前記コイルを径方向に押圧して扁平した前記コイルを成形する工程と、
   前記コイルの扁平箇所に次の層を巻回して径方向に押圧することを繰り返し、扁平した複数の前記コイルを積層する工程と、
   積層された前記コイルの束を軸方向に押圧して前記コイルに断面形状で４箇所の潰れた部分を成形する工程と、
   成形後の前記コイルを前記スロット内に装着する工程と、
   によって、前記鉄心に前記コイルを巻回することを特徴とする回転電機の製造方法。
6. 請求項４乃至請求項５に記載の回転電機の製造方法において、
   前記コイルにおける最内周側は、前記ティースが挿通可能に巻回されると共に、前記スロット内に前記コイルを挿入後、周方向から前記ティースを挟み込むように前記コイルを変形させて装着することを特徴とする回転電機の製造方法。
7. 請求項６に記載の回転電機の製造方法において、
   前記鉄心における前記各ティースを周方向に分割し、分割した各前記ティースに前記コイルを装着した後、一体化して前記鉄心が構成されることを特徴とする回転電機の製造方法。
8. 請求項４に記載の回転電機の製造方法において、
   前記押圧部材と前記コイルは、同一の硬さの材料あることを特徴とする回転電機の製造方法。
9. 請求項４に記載の回転電機の製造方法において、
   前記押圧部材は、前記コイルよりも硬い材料にて構成されていることを特徴とする回転電機の製造方法。
   

Images