JP2008206318A - 電機子のインシュレータおよび電機子 - Google Patents

Abstract

【課題】電機子コイルの線径にかかわらず電機子コイルを整列して巻回することのできるインシュレータおよびこのインシュレータを有した電機子を得ることを目的とする。
【解決手段】電磁鋼板を積層してなる電機子コアの磁極ティース部を覆うように装着される電機子コイル巻回し用のインシュレータは、磁極ティース部を覆う巻線巻回部と、巻線巻回部の両側部に設けられたフランジ部と、磁極ティース部の積層方向端面を覆う巻線巻回部の両側部に位置する両フランジ部の相対する少なくとも一方の側面の根元部に配設され、相対する他方のフランジ部側面方向に押圧力を有する弾性部材とを備えた。
【選択図】図３

Description

この発明は、回転電機やリニアモータ等の電機子に装着されるインシュレータおよび該インシュレータを装着した電機子の構造に係るものである。

従来の電機子は、巻線の占積率を高めモータの効率を向上させるため、巻線の１層目を整列して巻回させるべく、巻線が巻回されるインシュレータにおいて、ティースを覆い径方向に延びる略四角形筒状の巻線巻装部を備え、該巻線巻装部の周方向両側面にはそれぞれ径方向に並列され軸方向に沿って延びる複数の案内溝が凹設され、また、巻線を左右どちらに巻く場合であっても対応できるように、巻線巻装部の軸方向側の両端面のうち少なくとも一方は案内溝に収容された巻線を列替えさせるように平面状に形成されている（例えば特許文献１参照）。

特開２００４−１４０９６４号公報（段落番号[００１１]、図２等）

ところで、電機子コイルの占積率を高めるには、電機子コイルを整列してインシュレータに巻回することが重要である。そして、電機子コイルが巻回される際、１層目が整列して巻回されれば、２層目以降の各層は下層の電機子コイルにガイドされるため整列して巻回することができる。このため、従来より、電機子コイルの１層目を整列して巻回することが望まれている。
そして、上記の通り従来の電機子のインシュレータでは、電機子コイルの１層目を整列して巻回するために、巻線巻装部に巻線案内溝を形成している。しかしながら、例えば機種変更により電機子コイルの種類が変わりその線径が異なる場合や、電機子コイルを巻回するテンションにより電機子コイルの線径が変化した場合には、その線径に応じた巻線案内溝を形成したインシュレータが必要となり、一種類のインシュレータでは対応できないという問題があった。そして、電機子コイルに応じた巻線案内溝を有するインシュレータを形成するためには、それに対応する金型の製作や、溝のないインシュレータに機械加工により溝を施す必要があり、特に多品種少量生産に対応する場合のコストアップの要因となる。

この発明は上記のような問題を解消するためになされたもので、電機子コイルの線径にかかわらず電機子コイルを整列して巻回することのできるインシュレータおよびこのインシュレータを有した電機子を得ることを目的とするものである。

この発明に係る電機子のインシュレータは、電磁鋼板を積層してなる電機子コアの磁極ティース部を覆うように装着される電機子コイル巻回し用のインシュレータである。そして、インシュレータは、磁極ティース部を覆う巻線巻回部と、巻線巻回部の両側部に設けられたフランジ部と、磁極ティース部の積層方向端面を覆う巻線巻回部の両側部に位置する両フランジ部の相対する少なくとも一方の側面の根元部に配設され、相対する他方のフランジ部側面方向に押圧力を有する弾性部材とを備えるものである。

この発明は、磁極ティース部の積層方向端面を覆う巻線巻回部の両側部に位置する両フランジ部の相対する少なくとも一方の側面の根元部に配設され、相対する他方のフランジ部側面方向に押圧力を有する弾性部材をインシュレータに備えた。その結果、インシュレータに電機子コイルが巻回される際に、弾性部材が弾性変形することにより電機子コイルの１層目を相対する他方のフランジ部方向に押圧し、電機子コイルの１層目を隙間無く片寄せして巻回することができる。これにより更に２層目以降の層も下層にガイドされ整列して巻回され、電機子コイルの占積率を向上することができる。また、このような構成は、電機子コイルの線径にかかわらず電機子コイルを隙間無く片寄せすることができるため、線径が異なる電機子コイルに対して一種類のインシュレータで対応することができ、線径に応じたインシュレータを作製する必要がないため、生産性の向上、生産コストの低減を図ることができる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による回転電機の電機子の構造を示す正面断面図である。本実施の形態では、図示しない回転子と所定の空隙を介して配置され、固定子として機能する回転電機の電機子１を例に取り上げ説明する。
図１において、電機子１は、ヨーク部２０と磁極ティース部２１とからなる電機子コア片２００を環状に配列した電機子コア２と、磁極ティース部２１に巻回される電機子コイル３とを備えている。

図２は、図１における電機子１の一部を拡大し分解して示す部分斜視図であり、図２を参照して本実施の形態１の構成を詳述する。なお、図２では電機子コイル３は省略して記載している。
電機子コア片２００は、図２に示すように、電磁鋼板をプレスで打ち抜くとともに打ち抜いた鋼板を積層し、抜きカシメなどで鋼板同士を連結して形成されており、隣り合う電機子コア片２００と当接する略矩形形状のヨーク部２０と、ヨーク部２０の周方向中央位置から径方向内側に突出する磁極ティース部２１とからなり、磁極ティース部２１は磁極ティース先端部２１ａを有している。そして各電機子コア片２００は、各ヨーク部２０に設けられた図示しない連結部により環状に連結され電機子コア２を形成している。そして、各電機子コア片２００の積層方向両端側からは、磁極ティース部２１を覆うように一対のインシュレータ４が装着されており、電機子コイル３は該インシュレータ４を介して電機子コア片２００に巻回される。これにより、電機子コイル３と電機子コア２は電気的に絶縁される。

インシュレータ４は、例えば樹脂成形品であり、断面コの字状に形成され磁極ティース部２１を囲む巻線巻回部４０と、巻線巻回部４０の両側部に設けられ、電機子コイル３の少なくともコイルエンド部の巻崩れを防ぐ壁面を有するフランジ部４１ａ、４１ｂとを備えている。両フランジ部４１ａ、４１ｂの積層方向側壁面（磁極ティース部２１の積層方向端面を覆う巻線巻回部４０の両側部に位置する箇所）の相対する少なくとも一方の側面、本実施の形態１ではフランジ部４１ａの側面の根元部には、弾性変形する突起部５が突設されている。電機子コイル３巻回時には、この突起部５が弾性変形することにより電機子コイル３を他方のフランジ部４１ｂ側面方向に押圧する。そのため、電機子コイル３は巻線巻回部４０に隙間なく巻回される。なお、上記根元部とは、フランジ部４１ａの積層方向側壁面の巻線巻回部４０の積層方向端面側の部分を指し、突起部５を設けることにより突起部５が電機子コイル３巻回時に少なくとも電機子コイル３の１層目を押圧できる部分である。また、上記コイルエンド部とは、電機子コア２に巻回された電機子コイル３が電機子コア２の積層方向両端面から外部に露出する部分を指している。

図３はこの発明の実施の形態１による電機子コイル３の巻回工程を説明する電機子コア片２００の側面図である。なお、巻回工程が分かり易いよう電機子コイル３はコイルエンド部の断面のみ記載している。
図３に示すように、突起部５は、フランジ部４１ａの積層方向側壁面から巻線巻回部４０の積層方向端面に向かって傾斜する板状に形成されている。突起部５の先端は巻線巻回部４０の積層方向端面から所定の隙間を有する位置まで延び、先端部が弾性変形時に積層方向端面に支えてしまわないようにしている。また、突起部５の先端は１層目の電機子コイル３を押圧する必要があるため、少なくともその先端（折り曲げ部分）が電機子コイル巻回時に１層目の最初のターンとなる電機子コイル３ｃに接触し押圧するように形成されている。図３の例では、１層目の電機子コイル３の押圧を確実にするため、その先端をさらに斜め下方向に傾斜するように折り曲げて形成されている。

次に、電機子コイル３の巻回工程の一例を説明する。
図３（ａ）に示すように、電機子コイル３はヨーク部２０側のフランジ部４１ａ側から巻始められ、フランジ部４１ｂ側に向かって巻回される。図３（ｂ）に示すように、電機子コイル３がフランジ部４１ｂの壁面に到達すると１層目の最終ターンとなる電機子コイル３ａはその前のターンである電機子コイル３ｂをフランジ部４１ａ側に押しつけるようにして巻回される。その際、図３（ｃ）に示すように、１層目の最初のターンとなる電機子コイル３ｃは突起部５が弾性変形することによりフランジ部４１ｂ側に押圧されるため、電機子コイル３の１層目は巻線巻回部４０に隙間無く整列して巻回される。電機子コイル３の１層目が隙間無く整列して巻回されることにより、２層目以降は下層の電機子コイル３にガイドされて整列して巻回される。

なお、上述の通り、図３に記載の突起部５は、フランジ部４１ａの積層方向側壁面から巻線巻回部４０の積層方向側端面に向かって傾斜する板状に形成され、その先端をさらに斜め下方向（巻線巻回部４０の積層方向側端面方向）に傾斜するように折り曲げて形成されているが、図２の、突起部５の形状は、巻線巻回部４０の積層方向側端面方向に傾斜する板状であり、その先端をさらに斜め下方向に折り曲げることまではしていない。しかしながら、もちろん図２のような形状であっても１層目の電機子コイル３をフランジ４１ｂの方向へ押圧することができ、電機子コイル３を整列巻回することができる。
また、もちろん、突起部５の形状は図２および図３に記載の形状に限られず、十分に弾性変形し、１層目の電機子コイル３を押圧することができればどのような形状であってもよい。

次に、図４はこの発明の実施の形態１の別例による電機子コイル３の巻回工程を説明する電機子コア片２００の側面図である。
図４に示すように、本例では、突起部５がフランジ部４１ａ側ではなく、磁極ティース先端部２１ａ側のフランジ部４１ｂに形成されるもので、フランジ部４１ｂの積層方向側壁面のフランジ部４１ａに相対する側面の根元部に突起部５が突設されている。
本例の電機子コイル３の巻回工程について以下に詳述する。図４（ａ）に示すように、電機子コイル３はヨーク部２０側のフランジ部４１ａ側から巻始められ、フランジ部４１ｂ側に向かって巻回される。そして、図４（ｂ）に示すように、電機子コイル３がフランジ部４１ｂの突起部５に到達すると１層目の最終ターンとなる電機子コイル３ａは突起部５を弾性変形させながら突起部５に沿って巻線巻回部４０に挿入される。そして、突起部５が弾性変形することにより電機子コイル３ａがフランジ部４１ａ方向に押圧されるため、図４（ｃ）に示すように、電機子コイル３の１層目は巻線巻回部４０に隙間無く整列して巻回される。電機子コイル３の１層目が隙間無く整列して巻回されることにより、２層目以降は下層の電機子コイル３にガイドされて整列して巻回される。

なお、上述の通り、突起部５の形状は、十分に弾性変形し、１層目の電機子コイル３を押圧することができればどのような形状であってもよいが、図４のような構成の場合には、フランジ部４１ａの積層方向側壁面から巻線巻回部４０の積層方向側端面に向かって傾斜する板状に形成され、その先端をさらに斜め下方向（巻線巻回部４０の積層方向側端面方向）に傾斜するように折り曲げて形成することにより、１層目最終ターンの電機子コイル３ａの巻線巻回部４０への巻回時に、電機子コイル３ａを突起部５の斜面に沿うように押し込んで巻回することができ、巻回が容易であるとともに、安定して電機子コイル３をフランジ４１ａ方向に押圧することができる。

以上のように、本実施の形態１によれば、磁極ティース部２１の積層方向端面を覆う巻線巻回部４０の両側部に位置する両フランジ部４１ａ、４１ｂの相対する少なくとも一方の側面の根元部に配設され、相対する他方のフランジ部側面方向に押圧力を有する弾性部材５をインシュレータ４に備えたため、インシュレータ４に電機子コイル３が巻回される際に、弾性部材５が弾性変形することにより電機子コイル３の１層目を他方のフランジ部方向に押圧し、電機子コイル３の１層目を隙間無く片寄せして巻回することができる。これにより更に２層目以降の層も下層にガイドされ整列して巻回され、電機子コイル３の占積率を向上することができる。
また、このような構成は、電機子コイル３の線径にかかわらず電機子コイル３を隙間無く片寄せすることができるため、線径が異なる電機子コイル３に対して一種類のインシュレータ４で対応することができ、線径に応じたインシュレータを作製する必要がないため、生産性の向上、生産コストの低減を図ることができる。
また、インシュレータ４が一種類であれば、電機子コア２に別種類のインシュレータを誤装着することをがないという効果も有している。
また、突起部５はインシュレータ４と一体形成されるため、生産工程の削減をはかることができる。

なお、本実施の形態１では、弾性変形する突起部５はインシュレータ４と一体に形成されているが、突起部５とインシュレータ４とを別部品として、それぞれ別々に形成した後に、インシュレータ４の所定位置に突起部５を固定してもよい。固定の方法としては、例えば接着剤等を使用して固定したり、インシュレータ４にスリットや固定穴等を設けておき、そのスリットや固定穴等に突起部５を差し込んで固定するなどの方法がある。
このように突起部５とインシュレータ４とを別々に形成することにより、インシュレータ４自体の形状を単純化でき、インシュレータ４の成形上の制約が減少し、それに伴い作製費用の低減を図ることができる。

また、図３、図４に示す電機子コイル３の巻回工程は一例であり、例えば、電機子コイル３はインシュレータ４のフランジ部４１ｂ側からフランジ部４１ａ側に向かって巻回してもよく、また、上述の例では１層目のターン数は８ターンとしているがこれに限られる必要はなく、状況に応じてターン数を設定すればよい。

また、本実施の形態１では電機子が固定子として機能する回転電機の場合について説明したが、反対に、電機子が回転軸と一体に構成される回転子として機能する場合も同様に適用することができ、また、リニアモータの電機子にも適用することができる。
また、本実施の形態１では、電機子コア２はヨーク部２０と磁極ティース部２１とを有する複数の電機子コア片２００を環状に連結することにより構成したが、これに限られるものではなく、例えば、環状のヨーク部材に複数の磁極ティースを所定間隔で固定することにより形成するような構成であっても良い。

実施の形態２．
図５は、この発明の実施の形態２による電機子コイル３の巻回工程を説明する電機子コア片２００の側面図である。
上記実施の形態１ではインシュレータ４に形成された突起部５により電機子コイル３を一方方向に押圧する構成としていたが、本実施の形態２ではインシュレータ４の所定の位置に弾性変形するゴム部材６を配置することにより、電機子コイル３を押圧する構成とする。なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されているため説明は省略する。

図５に示すように、本実施の形態２では、インシュレータ４において、巻線巻回部４０の積層方向側端面とフランジ部４１ａとが交わる角部にゴム部材６が設置されている。本実施の形態２では、例えばゴム部材６の材料としてウレタンゴムを使用し、また、ゴム部材６の形状は断面台形形状としている。ゴム部材６のインシュレータ４への固定は、例えば接着剤等による固着により行っている。
電機子コイル３の巻回工程について以下に詳述する。図５（ａ）に示すように、電機子コイル３はフランジ部４１ａ側から巻始められ、フランジ部４１ｂ側に向かって巻回される。図５（ｂ）に示すように、電機子コイル３がフランジ部４１ｂの壁面に到達すると１層目の最終ターンとなる電機子コイル３ａはその前のターンである電機子コイル３ｂをフランジ部４１ａ側に押しつけるようにして巻回される。その際、図５（ｃ）に示すように、１層目の最初のターンである電機子コイル３ｃはゴム部材６が弾性変形することによりフランジ部４１ｂ側に押圧されるため、電機子コイル３は巻線巻回部４０に隙間無く整列して巻回される。電機子コイル３の１層目が隙間無く整列して巻回されることにより、２層目以降は下層の電機子コイル３にガイドされて整列して巻回される。

なお、ゴム部材６の形状は、十分に弾性変形し、１層目の電機子コイル３を押圧することができればどのような形状であってもよい。本実施の形態２では断面台形形状とし、ゴム部材６が電機子コイル３を押圧する面が、電機子コイル３の押圧方向と垂直となるようにしているため、電機子コイル３を安定して確実に押圧している。

次に、図６はこの発明の実施の形態２の別例による電機子コイル３の巻回工程を説明する電機子コア片２００の側面図である。
図６に示すように、本例では、ゴム部材６がフランジ部４１ａ側ではなく、フランジ部４１ｂ側に設置されるもので、インシュレータ４において、巻線巻回部４０の積層方向側端面とフランジ部４１ｂとが交わる角部にゴム部材６が接着剤等により固着されている。
本例の電機子コイルの巻回工程を以下に詳述する。図６（ａ）に示すように、電機子コイル３はフランジ部４１ａ側から巻始められ、フランジ部４１ｂ側に向かって巻回される。そして、図６（ｂ）に示すように、電機子コイル３がフランジ部４１ｂのゴム部材６に到達すると１層目の最終ターンとなる電機子コイル３ａはゴム部材６を弾性変形させながらゴム部材６に沿って巻線巻回部４０に挿入される。そして、ゴム部材６が弾性変形することにより電機子コイル３ａがフランジ部４１ａ方向に押圧されるため、図６（ｃ）に示すように、電機子コイル３の１層目は巻線巻回部４０に隙間無く整列して巻回される。電機子コイル３の１層目が隙間無く整列して巻回されることにより、２層目以降は下層の電機子コイル３にガイドされて整列して巻回される。

本例では、ゴム部材６の形状を断面台形形状とし、このゴム部材６がフランジ部４１ｂの積層方向側壁面から巻線巻回部４０の積層方向側端面に向かって傾斜する面を有するため、１層目最終ターンの電機子コイル３ａの巻線巻回部４０への巻回時に、電機子コイル３ａをゴム部材６の斜面に沿うように押し込んで巻回することができ、巻回が容易であるとともに、ゴム部材６が電機子コイル３を押圧する面は、電機子コイル３の押圧方向と垂直となるようにしているため、安定して電機子コイル３をフランジ部４１ａ方向に押圧することができる。

もちろん、上述の通り、ゴム部材６の形状は、十分に弾性変形し、１層目の電機子コイル３を押圧することができればどのような形状であってもよく、本実施の形態２の断面台形形状に限られるものではない。例えば図７の例に示すように、ゴム部材６の形状を、フランジ部４１ａの積層方向側壁面から巻線巻回部４０の積層方向側端面まで延びる傾斜面を有する断面三角形状としてもよく、ゴム部材６の形状が単純化するためゴム部材６の製作コストを削減することができる。

以上のように、本実施の形態２によれば、インシュレータ４に弾性部材であるゴム部材６を設けたことにより、上述の実施の形態１の効果を有することに加えて、ゴム部材６の材質を変更することによりゴム部材６の弾性率を自由に変更することができるため、電機子コイル３の１層目を押圧して電機子コイル３を整列させるのに最適な弾性率を有するゴム部材６を設けたインシュレータ４を得ることができる。

また、インシュレータ４とゴム部材６とは別部品であり、それぞれ別々に形成された後、インシュレータ４にゴム部材が固定される構成であるため、インシュレータ４自体の形状を単純化でき、インシュレータ４の成形上の制約が減少し、それに伴い作製費用の低減を図ることができる。

なお、電機子コイルの巻回方向は上述の例に限らず、例えば電機子コイル３をインシュレータ４のフランジ部４１ｂ側からフランジ部４１ａ側に向かって巻回してもよく、また、上述の例では１層目のターン数は８ターンとしているがこれに限られる必要はなく、状況に応じてターン数を設定すればよい。

また、本実施の形態２では電機子が固定子として機能する回転電機の場合について説明したが、反対に、電機子が回転軸と一体に構成される回転子として機能する場合も同様に適用することができ、また、リニアモータの電機子にも適用することができる。
また、本実施の形態２では、電機子コア２はヨーク部２０と磁極ティース部２１とを有する複数の電機子コア片２００を環状に連結することにより構成したが、これに限られるものではなく、例えば、環状のヨーク部に複数の磁極ティース部を所定間隔で固定することにより形成するような構成であっても良い。

実施の形態３．
上記実施の形態１および２における、インシュレータ４に設けられた突起部５およびゴム部材６は、上述の通り十分に弾性変形するため、電機子コイル３の線径にかかわらず電機子コイル３を一方方向へ押圧することができる。そのため、インシュレータを一種類化することができるが、本実施の形態３では、より占積率の高いインシュレータを得るために電機子コイル３の線径に応じて突起部５およびゴム部材６の形状や材質を変更するものである。この際もちろんインシュレータ４自体の設計変更は不要であり、突起部５およびゴム部材６の簡単な設計変更をするだけで、電機子コイル３の線径に応じたインシュレータ４を得ることができる。

以上のように、本実施の形態３によれば、電機子コイル３の線径に応じて突起部５またはゴム部材６の形状や材質を変更するだけで、インシュレータ４自体の設計変更をすることなく、より占積率の高いインシュレータ４を得ることができるという効果を有している。

この発明の実施の形態１における回転電機の電機子の構造を示す正面断面図である。 この発明の実施の形態１における回転電機の電機子の一部を拡大し分解して示す部分斜視図であり、電機子コイルを省略したものである。 この発明の実施の形態１における電機子コイルの巻回工程を説明する電機子コア片の側面図である。 この発明の実施の形態１の別例による電機子コイルの巻回工程を説明する電機子コア片の側面図である。 この発明の実施の形態２における電機子コイルの巻回工程を説明する電機子コア片の側面図である。 この発明の実施の形態２の別例による電機子コイルの巻回工程を説明する電機子コア片の側面図である。 この発明の実施の形態２のもう一つの別例による電機子コイルの巻回工程を説明する電機子コア片の側面図である。

符号の説明

１ 電機子、２ 電機子コア、２０ ヨーク部、２１ 磁極ティース部、
３ 電機子コイル、４ インシュレータ、４０ 巻線巻回部、
４１ａ，４１ｂ フランジ部、５ 突起部（弾性部材）、６ ゴム部材（弾性部材）。

Claims (6)

1. 電磁鋼板を積層してなる電機子コアの磁極ティース部を覆うように装着される電機子コイル巻回し用の電機子のインシュレータであって、
   上記インシュレータは、上記磁極ティース部を覆う巻線巻回部と、上記巻線巻回部の両側部に設けられたフランジ部と、上記磁極ティース部の積層方向端面を覆う上記巻線巻回部の両側部に位置する上記両フランジ部の相対する少なくとも一方の側面の根元部に配設され、相対する他方のフランジ部側面方向に押圧力を有する弾性部材と、
   を備えたことを特徴とする電機子のインシュレータ。
2. 上記弾性部材は、上記フランジ部側面に突設された弾性変形する突起部であることを特徴とする請求項１に記載の電機子のインシュレータ。
3. 上記弾性部材は、上記フランジ部側面に設置された弾性変形するゴム部材であることを特徴とする請求項１に記載の電機子のインシュレータ。
4. 上記弾性部材は、上記インシュレータと一体形成されたことを特徴とする請求項２に記載の電機子のインシュレータ。
5. 上記弾性部材は、上記インシュレータとは別部品であり、別々に形成された後、上記弾性部材が上記インシュレータに固定されたものであることを特徴とする請求項２または３に記載の電機子のインシュレータ。
6. ヨーク部と磁極ティース部とからなる電機子コアと、上記磁極ティース部を覆うように装着される上記請求項１乃至５のいずれか１項に記載のインシュレータと、上記インシュレータを介して上記電機子コアに巻回される電機子コイルとを備えたことを特徴とする電機子。

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