JP2008061442A - Winding structure of rectangular wire, motor, winding method of rectangular wire, and forming method of rectangular wire - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、固定子と回転子とを有する電動機、電動機の固定子鉄心のティース部に巻装される平角線の巻線構造、平角線の巻装方法及び平角線の成形方法に関するものである。 The present invention relates to an electric motor having a stator and a rotor, a flat wire winding structure wound around a tooth portion of a stator core of the electric motor, a flat wire winding method, and a flat wire forming method. .
一般に、マグネットが設けられている回転子と巻線が巻装されている固定子鉄心とで構成されている電動機は、その固定子鉄心のティース部に巻装されている巻線の密度(占積率)が高いほど性能を高めることができる。そこで、ティース部に巻線を巻回しやすくするためにティース部を含む積層鉄心片を電動機の軸線に沿って周方向に分割したものがある。このようにすることで、分割された積層鉄心片毎に巻線を巻回してから固定子鉄心を組立てることができるので占積率を高めることができる。 In general, an electric motor composed of a rotor provided with a magnet and a stator core around which windings are wound has a density (occupancy of windings wound around the teeth of the stator core). The higher the product ratio, the higher the performance. In view of this, in order to make it easy to wind the winding around the tooth portion, there is a laminated core piece including the tooth portion divided in the circumferential direction along the axis of the motor. By doing in this way, since a stator core can be assembled after winding a coil | winding for every divided | segmented laminated core pieces, a space factor can be raised.
ところで、巻線には断面円形のいわゆる丸線からなる巻線と、断面略長方形のいわゆる平角線からなる巻線とがある。平角線は、その形状の特徴から丸線と比較して固定子鉄心内での巻線間の隙間を小さくできるため、占積率をさらに向上させることができる。この平角線の製造方法や製造装置においては、さまざまな技術が提案されている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。
また、平角線は、その形状の特性からティース部に巻装された際、丸線を巻装した場合のように俵巻き(俵を積み重ねていくような安定した巻き方)ができず、横ずれ(巻き崩れ)しやすい。このため、特許文献2に開示されているように、平角線に凸条を形成し、この凸条によってティース部に巻回して積層した際に上側となる平角線の動きを規制する技術が提案されている。これによって、平角線の横ずれによる巻き崩れを防止できるようになっている。
Also, because of the shape of the flat wire, when it is wound around the tooth part, it cannot be wound like a round wire (stable winding method such as stacking firewood) It is easy to collapse. For this reason, as disclosed in
しかしながら、上述の特許文献2に開示された技術では、平角線の横ずれを防止できるという点では優れているが、巻線を積み上げていくとティース部と巻線との隙間が大きくなってしまう。つまり、ティース部の平角線を収容できる幅(スロット幅)は、平角線の積層(巻線層)毎に異なる。このため、例えば、平角線のn層目の幅とその部位でのティース部のスロット幅とが合わず、これが隙間となって占積率が低下するという課題がある。
However, the technique disclosed in
そこで、この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、平角線とティース部との間の隙間を最小限にすることで占積率をさらに向上させることができる平角線の巻線構造、電動機、平角線の巻装方法及び平角線の成形方法を提供するものである。 Therefore, the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and is a winding of a rectangular wire that can further improve the space factor by minimizing the gap between the rectangular wire and the tooth portion. The present invention provides a wire structure, an electric motor, a method for winding a flat wire, and a method for forming a flat wire.
上記の課題を解決するために、請求項1に記載した発明は、電動機の固定子を構成する固定子鉄心の径方向に延びるティース部に巻装される平角線の巻線構造であって、前記平角線の断面形状を巻線層毎に変化させることを特徴とする。
この場合、請求項2に記載した発明のように、前記平角線の断面形状を変化させる部位を、少なくとも前記ティース部の前記電動機の軸方向両端側に設定してもよい。
このように構成することで、平角線を巻線層毎にその断面形状を変化させてティース部に巻装することができる。つまり、平角線の縦横比(平角線の幅寸法及び厚さ寸法)をティース部のスロット幅に対応して変化させ、これをティース部に巻装することができる。
In order to solve the above problems, the invention described in claim 1 is a winding structure of a rectangular wire wound around a tooth portion extending in a radial direction of a stator core constituting a stator of an electric motor, The cross-sectional shape of the rectangular wire is changed for each winding layer.
In this case, as in the invention described in
By comprising in this way, a rectangular wire can be wound around a teeth part, changing the cross-sectional shape for every winding layer. That is, the aspect ratio of the flat wire (the width and thickness of the flat wire) is changed in accordance with the slot width of the tooth portion, and this can be wound around the tooth portion.
請求項3に記載した発明は、前記平角線が二種類以上の断面形状を有していることを特徴とする。
このように構成することで、二種類以上の断面形状を適宜選択して平角線をティース部に巻装することができる。
The invention described in
By comprising in this way, a rectangular wire can be wound around a teeth part, selecting two or more types of cross-sectional shapes suitably.
請求項4に記載した発明は、請求項1〜請求項3の何れかに記載の平角線の巻線構造によって前記ティース部に前記平角線が巻装されている固定子と、前記固定子に対して回転自在に設けられた回転子とを有することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a stator in which the rectangular wire is wound around the teeth portion by the rectangular wire winding structure according to any one of the first to third aspects, and the stator. And a rotor provided so as to be freely rotatable.
請求項5に記載した発明は、前記固定子は、前記ティース部を含む部分を鉄心片として分割構成したことを特徴とする。 The invention described in claim 5 is characterized in that the stator is configured by dividing a portion including the teeth portion as an iron core piece.
請求項6に記載した発明は、前記ティース部をスキューさせたことを特徴とする。
The invention described in
請求項7に記載した発明は、電動機の固定子の径方向に延びるティース部に平角線を巻回する平角線の巻装方法であって、前記平角線の幅寸法と厚さ寸法とを巻線層毎に変化させながら巻回することを特徴とする。 The invention described in claim 7 is a method of winding a flat wire around a tooth portion extending in a radial direction of a stator of an electric motor, wherein the width and thickness of the flat wire are wound. It is characterized by winding while changing for each line layer.
請求項8に記載した発明は、電動機の固定子の径方向に延びるティース部に平角線を巻回する平角線の成形方法であって、丸線を上下左右から押し潰して前記平角線を成形し、上下方向又は左右方向の何れか一方を少なくとも二回押し潰すことによって前記平角線の幅寸法と厚さ寸法を決定することを特徴とする。 The invention described in claim 8 is a method of forming a flat wire in which a flat wire is wound around a tooth portion extending in a radial direction of a stator of an electric motor, and the flat wire is formed by crushing a round wire from above, below, left and right. The width dimension and the thickness dimension of the rectangular wire are determined by crushing at least twice in either the vertical direction or the horizontal direction.
本発明によれば、平角線を巻線層毎にその断面形状を変化させてティース部に巻装することができる。つまり、平角線の縦横比(平角線の幅寸法及び厚さ寸法)をティース部のスロット幅に対応して変化させ、これをティース部に巻装することができる。このため、ティース部と平角線との間の隙間を最小限にすることができ、占積率を向上させることができる。
また、二種類以上の断面形状を適宜選択して平角線をティース部に巻装することができるため、製造コストを低く設定しつつ、容易に占積率を向上させることが可能になる。
According to the present invention, a rectangular wire can be wound around a tooth portion by changing its cross-sectional shape for each winding layer. That is, the aspect ratio of the flat wire (the width and thickness of the flat wire) is changed in accordance with the slot width of the tooth portion, and this can be wound around the tooth portion. For this reason, the clearance gap between a teeth part and a flat wire can be minimized, and a space factor can be improved.
Further, since the rectangular wire can be wound around the teeth portion by appropriately selecting two or more kinds of cross-sectional shapes, the space factor can be easily improved while setting the manufacturing cost low.
次に、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1に示すように、電動機1は、ハウジング2に圧入された固定子3と、固定子3に対して回転自在に設けられた回転子4とを有するブラシレスタイプの電動機であって、例えば、電動パワーステアリング(EPS;Electric Power Steering)に用いられるものである。
ハウジング2は、有底筒形状を有し、筒状部分の内周に固定子3が圧入されている。ハウジング2のエンド部(底部)2Aは、中央部に軸受け5を圧入してある。この軸受け5には、回転子4の回転軸6が回転自在に支持されている。ハウジング2の開口部は、ブラケット7で閉鎖されている。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the electric motor 1 is a brushless type electric motor having a
The
固定子3は、略円筒状の固定子鉄心10を有し、固定子鉄心10に絶縁部材11を装着してから巻線である平角線12を巻装してある。この平角線12は断面略矩形に形成された、いわゆる平角線である。
回転子4は、回転軸6に磁石13と、位置検出用のレゾルバ14のレゾルバ回転子14Aとを順番に配置してある。磁石13は、周方向に磁極が順番に変わるように着磁されている。
The
In the rotor 4, a
ブラケット7は、円盤形状を有し、中央部に孔20が形成されている。孔20内には、軸受け21が圧入固定されており、軸受け21で回転軸6を回転自在に支持している。さらに、レゾルバ14を構成するレゾルバ固定子14Bがレゾルバ回転子14Aの位置に合わせて固定されており、回転軸6と一体に回転するレゾルバ回転子14Aの回転位置を検出可能になっている。また、ブラケット7のハウジング2側には、ターミナル22が複数配設されている。ターミナル22は、固定子3側の平角線12の固定子巻線と、ブラケット7の外周から引き込まれたリード線23とを電気的に繋ぐ役割を有し、リード線23を介して接続される外部の電源から平角線12に電流供給が可能になっている。この他にブラケット7の外周部には、電動機1を固定するときに使用されるボルト孔24が突設されている。
The bracket 7 has a disk shape, and a
ここで、固定子鉄心10は、周方向に分割可能な分割コア方式が用いられている。図2〜図4に示すように、固定子鉄心10から分割された積層鉄心片30は、周方向に延びるコア本体31を有する。コア本体31は、固定子鉄心10の環状の磁路を形成する部分であり、且つハウジング2の内周面に圧入される部分であって、平面視略円弧状に形成されている。また、コア本体31は、固定子鉄心10の長さ方向(電動機の軸線)に対して捩れつつ傾斜するように所定のスキュー角を有している。
Here, the
コア本体31の周方向の両端部は、他の積層鉄心片30に圧入によって連結される連結部32A,32Bになっている。一方の連結部32Aは凸形状を有し、他方の連結部32Bは連結部32Aを受け入れ可能な凹形状を有している。コア本体31の内周側で周方向の略中央部からは突極であるティース部33が径方向で回転中心に向かって一体に延設されている。このティース部33もコア本体31と同様にスキューしている。これらティース部33とコア本体31とで平角線12を巻装するためのスロット部60を形成している。
Both end portions in the circumferential direction of the
また、ティース部33の内周側の端部は、周方向に延びる内周部34が形成されている。この内周部34の内周面には、2条の凹部35がティース部33と同じスキュー角度で形成されており、2条の凹部35によって一つの積層鉄心片30に対して三つのティースが形成されている。一方、内周部34の外周側は、スロット部60の開口部に向かって徐々に広がるように斜壁部34Aが形成されている。
Moreover, the inner
このように形成されたティース部33を囲むように装着されている絶縁部材11は、ティース部33を積層鉄心片30の長さ方向(軸方向)の両端部30A,30Aから挟み込むように一つずつ装着される一対の樹脂製のインシュレータ40と、ティース部33とコア本体31が形成するスロット部60に挿入され、可撓性を有する一対の紙状の絶縁紙41とからなり、全体として略四角形状になっている。これらインシュレータ40と絶縁紙41から成る絶縁部材11を介して平角線12がティース部33に巻装されている。
The insulating
図4、図5に示すように、平角線12は、スロット部60の外周側からティース部33の側面に沿って配索され、その後積層鉄心片30の両端部30A,30Aに装着されたインシュレータ40を経て再びスロット部60へ、この順で複数回(この実施形態では34回)ティース部33に巻回され、複数の巻線層(この実施形態では6層)を形成している。具体的には、平角線12は、巻線層が1、2層目においては3回巻回され、3、4層目においては4回巻回され、5層目においては2回巻回され、6層目においては1回巻回されている。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
ここで、平角線12は、2層目から3層目へと巻回していく間(12番平角線12から13番平角線12へと巻回していく間)で、その断面形状がスロット部60の形状に対応して変化するようになっている。つまり、12番平角線12と13番平角線12との間であるインシュレータ40上で12番平角線12の縦横(厚さ、幅)比を変化させ、13番平角線12のように、12番平角線12よりも厚さを厚くし、且つ幅を小さくしてスロット部60の形状に対応して平角線12が整列できるようになっている。
Here, the
より詳しくは、図6に示すように、スロット部60の形状は開口部に向かって徐々に広がるように形成されているため、巻線層の2層目のスロット幅E1と比較して3層目のスロット幅E2が大きくなっている。そのため、2層目の平角線12(12番平角線12)の断面形状のまま3層目を巻回していくと(図6における二点鎖線)、平角線12とティース部33との間に隙間Sが生じてしまう。
More specifically, as shown in FIG. 6, since the shape of the
そこで、3層目のスロット幅E2に対応して平角線12を隙間なく整列するべく3層目の平角線12(13番平角線)の断面形状、すなわち、平角線12の幅寸法、厚さ寸法を変化させ、平角線12とティース部33との間の隙間Sを最小限にするようになっている。尚、平角線12の断面形状を変化させる部位は、特に限定されるものではないが、この断面形状を変化させる部位をスロット部60上ではなく、積層鉄心片30の両端部30A,30Aに装着されたインシュレータ40上とすることで、より正確に平角線12をスロット部60内で隙間なく整列させることができ、より占積率を高めることができる。
Therefore, in order to align the
さらに、平角線12は、13番平角線の断面形状のまま3層目、4層目を巻回し、そして、4層目から5層目へと巻回していく間(28番平角線12から29番平角線へと巻回していく間)で、再び平角線12の断面形状が変化するようになっている。つまり、この実施形態においては、一つのティース部33には、合計3種類の断面形状を有する平角線12が巻装されていることとなる。このような巻線構造及び巻装方法とすることで、積層鉄心片30の巻線範囲(図5における二点鎖線範囲)の隙間を最小限にすることが可能となり、固定子鉄心10の巻線占積率を向上させることが可能となる。
Further, the
次に、平角線12の成形方法について図7、図8に基づいて説明する。
図7、図8に示すように、平角線成形装置70は、断面円形の丸素線71を巻装した巻線リール72と、平角線を形成するための平角線成形ローラ73を備えている。巻線リール72は、回転自在に支持されている。平角線成形ローラ73は、第一ローラ74、第二ローラ75及び第三ローラ76の三つのローラ74,74,76で構成されている。
Next, a method for forming the
As shown in FIGS. 7 and 8, the flat
第一ローラ74は、丸素線71を上下方向から押し潰すためのもので、上下一対のローラ74A,74Bが回転自在に設けられている。第二ローラ75は、丸素線71を横方向から押し潰すためのもので、左右一対のローラ75A,75Bが回転自在に設けられている。第三ローラ76は、丸素線71を再び上下方向から押し潰すためのもので上下一対のローラ76A,76Bが回転自在に設けられている。これらローラ76A,76Bは、それぞれ上下方向にスライド可能に設けられている。また、第三ローラ76は不図示の制御部に電気的に接続されており、制御部の信号に基づいてローラ76A,76B間の距離を適宜設定できるようになっている。また、平角線成形ローラ73の下流側(図7における右側)には、固定子鉄心10を構成する積層鉄心片30が平角線12の巻回方向に向かって回転可能にセットされている。
The
そして、巻線リール72から引出された丸素線71は、まず、第一ローラ74を通過することによって上下方向に押し潰される。次に、第二ローラ75を通過することによって横方向が押し潰され、断面略矩形の仮平角線12Aになる。尚、仮平角線12Aの厚さ寸法は積層鉄心片30のスロット部60に巻装可能な最大厚さとなっている。
The
その後、第三ローラ76によって仮平角線12Aが所定の厚さに形成され、仮平角線12Aから平角線12となる。つまり、第三ローラ76によって、平角線12の縦横比(平角線12の厚さ寸法及び幅寸法)が決定するようになっている。そして、所定の縦横比に形成された平角線12は、積層鉄心片30のスロット部60へと巻装されていく。尚、第三ローラ76に電気的に接続されている制御部には、予め仮平角線12Aが第三ローラ76を所定長さ通過するとローラ76A,76B間の距離が変化するようにプログラムされている。
Thereafter, the provisional
つまり、第三ローラ76は、仮平角線12Aがスロット部60に対して2ターン分(巻線層2層分)の長さだけ通過すると、ローラ76A,76Bが互いに離反する方向にスライドするようにプラグラムされている。これによって、スロット部60において巻線層3層目からの平角線12の厚さが、1、2層目と比較して厚くなる。すなわち、平角線12は、丸素線71を横方向に1回、上下方向に2回押し潰すことによって、縦横比(厚さ寸法、幅寸法)が決定するようになっている。同様に、仮平角線12Aがスロット部60に対して巻線層4層分の長さだけ通過すると、ローラ76A,76Bが互いに接近する方向にスライドし、5層目以降の平角線12が4層目の平角線12より厚さを薄くなるように形成される。
That is, the
したがって、上述の実施形態によれば、平角線12をスロット部60に巻装する際に、巻線層の2層目から3層目へと巻回していく間(12番平角線12から13番平角線12へと巻回していく間)で、平角線12の断面形状がスロット部60の形状に対応して変化するようになっているため、ティース部33と平角線12との間の隙間Sを最小限にすることができる。よって、平角線12の占積率を向上させることができる。
また、断面形状の異なる3種類の平角線12を適宜選択してティース部33に巻回しているため、第三ローラ76のローラ76A,76B間の距離を少なくとも二種類設定しておけばよく、プログラムを簡易化することができる。よって、製造コストを低く設定しつつ、容易に平角線12による占積率を向上させることができる。
Therefore, according to the above-described embodiment, when the
In addition, since three types of
尚、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
また、上述の実施形態では、ティース部33に巻装された平角線12は、巻線層が1、2層目においては3回巻回され、3、4層目においては4回巻回され、5層目においては2回巻回され、6層目においては1回巻回されている場合について説明したが、平角線12の巻線構造はこれに限らず、ティース部33のスロット部60の形状に対応して適宜変更可能である。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications made to the above-described embodiment without departing from the spirit of the present invention.
Further, in the above-described embodiment, the
さらに、上述の実施形態では、ティース部33に合計3種類の断面形状を有する平角線12が巻装されている場合について説明したが、一つのティース部33に巻装される平角線12の断面形状の種類は3種類に限るものではなく、2種類以上であればよい。
そして、上述の実施形態では、平角線12の縦横比(厚さ寸法、幅寸法)が丸素線71を横方向に1回、上下方向に2回押し潰すことによって決定する場合について説明したが、横方向に2回、上下方向に1回押し潰すことによって平角線12の縦横比を決定してもよい。また、1方向を2回押し潰すことによって平角線12の縦横比を決定する場合に限らず、1方向を押し潰す回数は3回以上であってもよい。この場合、平角線成形装置70の第三ローラ76の下流側(図7における右側)に、さらに第四ローラ、第五ローラ、…、を設ければよい。
Furthermore, although the above-mentioned embodiment demonstrated the case where the
And in the above-mentioned embodiment, although the aspect ratio (thickness dimension, width dimension) of the
また、上述の実施形態では、固定子鉄心10が周方向に分割された積層鉄心片30より構成されている、いわゆる分割コア方式の場合について説明したが、固定子鉄心10が分割コアでない一体成形されたものであってもこの実施形態における平角線12の巻線構造及び巻装方法を適用することができる。
さらに、上述の実施形態では、コア本体31(ティース部33)が固定子鉄心10の長さ方向(電動機の軸線)に対して捩れつつ傾斜するように所定のスキュー角を有している場合について説明したが、コア本体31(ティース部33)がスキュー角を有さないものであっても、この実施形態における平角線12の巻線構造及び巻装方法を適用することができる。
Moreover, although the above-mentioned embodiment demonstrated the case of what is called a split core system comprised from the
Furthermore, in the above-described embodiment, the core body 31 (the teeth portion 33) has a predetermined skew angle so as to be inclined while twisting with respect to the length direction of the stator core 10 (the axis of the electric motor). Although explained, even if the core main body 31 (tooth portion 33) does not have a skew angle, the winding structure and winding method of the
1 電動機
3 固定子
4 回転子
10 固定子鉄心
12 平角線
30 積層鉄心片(鉄心片)
30A 端部
33 ティース部
60 スロット部
71 丸素線(丸線)
73 平角線成形ローラ
74 第一ローラ
75 第二ローラ
76 第三ローラ
1 Electric motor
3 Stator 4 Rotor
10
73 Flat
Claims (8)
A method of forming a rectangular wire in which a rectangular wire is wound around a tooth portion extending in a radial direction of a stator of an electric motor, and the rectangular wire is formed by crushing a round wire from above, below, left, and right, and either A method of forming a rectangular wire, wherein the width and thickness of the rectangular wire are determined by crushing at least twice.
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