JP2008278632A - 分割ステータおよび分割ステータの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】巻線の成形時に絶縁樹脂層に発生する応力集中が引き起こす絶縁樹脂層およびコアの破損を防止する。
【解決手段】コアと、前記スロット部の底面および側周面に被覆された絶縁樹脂層と、前記ティース部にコイル状に巻き付けられ、前記スロット部内に積層状態で収容される巻線とを備え、前記コイルはバックヨーク部側から鍔部側にかけて積層数が漸減され、最外層の巻線は段状に配置され、前記段状に配置される各段部の先端位置の巻線を端縁巻線とすると、該端縁巻線の中心と、該端縁巻線が接触する内周層の巻線の中心とを結ぶ直線の延長線上に位置する前記絶縁樹脂層の部分は厚肉部とされると共に、前記スロット部の底面あるいは／および側周面に前記厚肉部を内嵌する凹部が設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は分割ステータおよび分割ステータの製造方法に関し、特に、分割ステータのコアスロット部表面の絶縁樹脂層が巻き付けられるコイルにより応力集中が生じても、損傷が発生するのを防止するものである。

従来、モータにおいて、ロータの外周に配置されるステータに、巻き線のしやすさ等の理由から、リング状のステータを所定角度に分割して円環状に並べた分割ステータが用いられている。
前記分割ステータのコア（鉄心）１は、通常、図７に示すように、ティース部１ａ、バックヨーク部１ｂおよび鍔部１ｃに囲まれたスロット部２に導電線からなる巻線３を整列巻きで巻きつけている。該スロット部２のティース部１ａ、バックヨーク部１ｂおよび鍔部１ｃの表面には絶縁樹脂層（インシュレータ）４が被覆され、該絶縁樹脂層４で巻線３とコア１とが絶縁されている。

モータのトルク向上の理由から、ティース部に巻きつけるコイルのターン数は多いことが望まれている。そのため、外周側の周方向に突出したバックヨーク部から内周側の鍔部にかけてティース部に巻きつける巻線の最外層では階段状に巻き付け、各階段の端縁位置の巻線は、バックヨーク部の外周端と鍔部の外周端とを結ぶスロット部の外周端より突出している。
一方、モータの小型化の要求も強く、出力性能を維持して小型化しようとすると巻線に流れる電流を大きくする必要があり発熱量も増大するため、発熱の減少および放熱性の向上に有効であるコイルの占積率向上、即ち、コイルの巻線間の隙間の低減が求められている。
分割ステータを円環状に並べて連結しステータを組み付ける際、巻線がスロット部から突出していると、隣接した分割ステータの巻線と接触してしまうため、スロット部から突出している巻線を加圧治具で押圧して成形している。

その際、巻線は階段状に巻きつけられているため、各段部の端縁位置の巻線のみに加圧治具が接触し、該端縁位置の巻線のみが加圧され、該端縁位置の巻線と接触している巻
線に応力が伝達する。最終的には、最内層側に整列している一部の巻線に応力が伝わり、該巻線と接触する絶縁樹脂層を局所的に加圧し、絶縁樹脂層の一部に応力集中が生じ、絶縁樹脂層および分割ステータのコアが破損する問題がある。
そのため、外部からの加圧によって絶縁樹脂層に応力集中が発生しても、絶縁樹脂層および分割ステータのコアの破損を防ぐことが望まれる。

絶縁樹脂層で被覆しているステータのコアとして、特開２００２−２７２０４５号公報(特許文献１)が提供されている。図８に示すように、前記ステータコア５はリング状の外周コア５ａと、該外周コア５ａから内方に突出する磁極歯５ｂを備え、該磁極歯５ｂはコイルの巻線が巻きつけられる巻芯部５ｃと巻芯部先端の鍔部５ｄとを備えており、前記ステータコア５は絶縁材からなるインシュレータ６で覆われている。該巻芯部５ｃの端部側と根元側ではインシュレータ６の厚さを不均一としている。

特開２００２−２７２０４５号公報

しかしながら、前記ステータコア５では、巻芯部５ｃに巻いたコイルの最外層の巻線の一部に外部からの加圧によって応力集中が発生した場合、該応力は内層側の巻線に伝達していき、一部のインシュレータ６のみが加圧されることで、インシュレータ６に応力集中が発生する。応力集中が発生した部分のインシュレータ６が薄い場合、インシュレータ６および磁極歯５ｂが破損してしまう恐れがある。

本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであり、絶縁樹脂層で被覆した分割ステータのコアにおいて、絶縁樹脂層に発生する応力集中が引き起こす絶縁樹脂層およびコアの破損を防止することを課題としている。

前記課題を解決するために、本発明は、円環状に配置されてステータを構成する分割ステータであって、
ステータ径方向に延在するティース部の外周端にバックヨーク部が設けられると共に内周端に鍔部が設けられ、これらティース部とバックヨーク部と鍔部に囲まれたコイル収容用のスロット部が設けられている分割ステータのコアと、
前記ティース部外周面からなるスロット部の底面および前記バックヨークと鍔部の対向面からなるスロット部の側周面に被覆された絶縁樹脂層と、
前記スロット部底面の絶縁樹脂層に、巻線を層状に巻き付けて形成したコイルと、
前記コイルの巻線はバックヨーク部側から鍔部側にかけて積層数が漸減されて最外層の巻線は階段状に配置され、
前記階段状の各段部の端縁位置の巻線の中心と、該巻線が接触する内周層の巻線の中心とを結ぶ直線の延長線上に位置する前記絶縁樹脂層の部分は厚肉部とされると共に、前記スロット部の底面あるいは／および側周面に前記厚肉部を内嵌する凹部が設けられていることを特徴とする分割ステータを提供している。

前記コイルの最外周の各段部の端縁位置の巻線（以下、端縁巻線と略称する）に外力が負荷されると、該巻線に応力が発生し、該巻線と接触している内層側の巻線に応力が伝達する。その繰り返しによってさらに内層側の巻線に順次応力が伝達していくため、前記端縁巻線の中心と内周側の巻線の中心とを結ぶ延長線上に位置する巻線に応力が伝達されていく。最終的には、該延長線上の絶縁樹脂層部分が加圧されるため、絶縁樹脂層に局所的に応力が負荷されて、絶縁樹脂層に応力集中が発生する。

本発明の構成では、端縁巻線に外力が負荷されても、該巻線が接触する内周層の巻線の中心とを結ぶ直線の延長線上に位置する前記絶縁樹脂層の部分を厚肉部としているので、前記厚肉部が弾性変形することで巻線を伝達してきた応力を吸収することができ、応力集中を回避することができる。その結果、絶縁樹脂層およびコアが破損することを防止することができる。
また、絶縁樹脂層の厚肉部で応力を吸収するので、巻線にかかる応力も低減することができ、巻線の絶縁皮膜の損傷を防止することができる。
前記絶縁樹脂層の厚さは、モータのコイルーコア間に印加される電圧に対し、放電を起こさないような最低の厚みを確保し、かつ、占積率が低下しないような厚みが良い。システム電圧が５００Ｖのモータの場合、サージ電圧を考慮すると、コイルーコア間にはシステム電圧の約２倍の１０００Ｖが印加されるため、絶縁樹脂層の厚さは０．１mm〜０．３mmが好ましい。

前記スロット部に収容されている前記コイルの巻線は整列巻きされ、
前記各段部の端縁位置の巻線と、その内層側で接触する巻線の中心を結ぶ直線は前記ティース部の軸線に対して６０度傾斜し、該傾斜線が前記絶縁樹脂層と接する位置に前記厚肉部が設けられているのが好ましい。

前記構成とすると、端縁巻線に外力が負荷されても、応力集中が発生する絶縁樹脂層を厚肉部としているので、該厚肉部が弾性変形して応力を吸収し、絶縁樹脂層およびコアが破損することを防止することができる。
また、巻線を整列巻きにすることで、巻線の占積率を向上させることができ、モータ特性を向上させることができる。

前記厚肉部は深さが前記巻線の直径の０．５〜２倍、幅が２倍〜４倍の長さとし、前記端縁巻線は１本以上１０本以下の間隔をあけて配置されているのが好ましい。

前記厚肉部の深さが前記巻線の直径の０．５倍以下とすると応力集中に絶縁樹脂層が耐えられず、絶縁樹脂層が破損する恐れがあり、２倍以上とすると応力を吸収するのには不必要な厚肉部を設けることになり、コアの磁路減少および材料費がかかってしまう。
また、幅が２倍以下とすると応力集中に絶えられず絶縁樹脂層が破損してしまう恐れがあり、４倍以上とすると応力集中を吸収するのには不必要な箇所まで厚肉部を設けることになり、コアの磁路減少および材料費がかかってしまうためコスト高となってしまう。
前記段部の端縁巻線は間隔をあけないで段状に配置すると、最外層のコイルに均等に応力が負荷されるため、絶縁樹脂層での応力集中は発生せず、１０本以上の間隔あけると端縁巻線にかかる応力が大きくなり、端縁巻線自体が潰れてしまう恐れがある。

さらに、本発明は、前記分割ステータの製造方法として、
前記スロット部にコイルの巻線をバックヨーク部側から鍔部側にかけて積層数を漸減して最外層の巻線を階段状に配置してコイルを形成し、
前記コイル形成後に、前記最外層の各段部の端縁位置の巻線を結んだ直線と平行に加圧治具を配置して、該加圧治具を各段部の端縁位置の巻線と接触させ、この状態で配置方向と直交方向に押圧作動して前記端縁位置の巻線を加圧することを特徴とする分割ステータの製造方法を提供している。

前記方法で製造すると、加圧治具で各段部の端縁巻線を成形加圧する際に絶縁樹脂層に応力集中が発生しても、応力集中が発生する絶縁樹脂層に厚肉部を設けているので、該厚肉部で応力を吸収し、絶縁樹脂層およびコアが破損することを防止することができる。

前述したように、本発明によれば、絶縁樹脂層で被覆した分割ステータのコアにおいて、巻線の成形時に発生する応力集中によって生じる絶縁樹脂層およびコアの破損を防止することができる。

本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１乃至図６は本発明の実施形態を示す。
本発明の分割ステータ１０は、図１（Ａ）（Ｂ）に示すように、コア１１と、コア１１を覆う絶縁樹脂層１２と、絶縁樹脂層１２に層状に巻き付けてコイルを形成する巻線１３とを備えており、前記分割ステータ１０は円環状に連結されてステータ２０を構成すると共に、該ステータ２０は円柱形状のロータ３０の周囲に配置されてモータ４０となる。

前記コア１１は、図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、径方向に延在し、巻線１３を巻き付けられるティース部１１ａと、該ティース部１１ａの外周端に設けられているバックヨーク部１１ｂと、該ティース部１１ａの内周端に設けられている鍔部１１ｃとを備えており、該鍔部１１ｃはロータ３０と対向させている。

前記ティース部１１ａ、バックヨーク部１１ｂおよび鍔部１１ｃに囲まれた空間はコイル収容用のスロット部１１ｄとしている。スロット部１１ｄの底面１１ｅはティース部１１ａの外周面からなると共に、スロット部１１ｄの側周面は前記バックヨーク部１１ｂと鍔部１１ｃの対向面からなり、バックヨーク側の該側周面をバックヨーク部側側周面１１ｆ、鍔部側の該側周面を鍔部側側周面１１ｇとする。
コア１１は圧粉磁性体材料を加圧、圧縮した後に加熱処理することにより一体成形している。

前記巻線１３は、図２（Ａ）に示すように、スロット部底面１１ｅの前記絶縁樹脂層１２に層状に巻き付けてコイルを形成している。
前記巻線１３は、スロット部底面１１ｅに並べられた巻線１３ａを土台として整列巻きされていると共に、最外層の巻線１３は階段状に配置され、段部１３ｂを形成している。スロット部底面１１ｅはティース部１１ａの軸線Ｃ方向と平行とする。

前記整列巻きは、図２（Ｂ）に示すように、隣接配置した巻線１３Ａ、１３Ｂ間上に巻線１３Ｃを配置していく巻き方である。
前記巻線１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃは、巻線１３Ａ、１３Ｂの中心Ｐ１、Ｐ２と巻線１３Ｃの中心Ｐ３とを互いに結ぶと正三角形を形成し、巻線１３Ａ、１３Ｂの中心Ｐ１、Ｐ２を結ぶ直線と巻線１３Ａ、１３Ｃの中心Ｐ１、Ｐ３を結ぶ直線のなす角度αは６０度となる。巻線１３Ａ、１３Ｃの中心Ｐ１、Ｐを結ぶ傾斜線Ｌは、巻線１３Ａ、１３Ｃの接点Ｒ１を通っている

前記巻線１３Ａは、隣接した巻線１３Ｄ、１３Ｅ間上に配置しており、巻線１３Ａと巻線１３Ｄとは巻線１３Ｃと巻線１３Ａと同様の位置関係が成り立つ。傾斜線Ｌは巻線１３Ａと巻線１３Ｄの接点Ｒ２を通り、巻線１３Ｄの中心Ｐ４を通る。
前記巻線１３Ｃ、１３Ａ、１３Ｄの中心Ｐ３、Ｐ１、Ｐ４および接点Ｒ１、Ｒ２は同一傾斜線Ｌ上に配置され、巻線１３Ｃに応力が負荷されると、接点Ｒ１、Ｒ２を通じて巻線１３Ａおよび１３Ｄに応力が伝達していく。

前記スロット部１１ｄに収容されている巻線１３は、図２（Ａ）に示すように、バックヨーク部１１ｂ側から鍔部１１ｃ側にかけて積層数を漸減させており、階段状に配置される各段部１３ｂの端縁位置の巻線１３を端縁巻線１３ｃとしている。巻線１３同士は、図２（Ｂ）に示す整列巻きの位置関係で積層しており、前記段部１３ｂの端縁巻線１３ｃは巻線１３の５本分の間隔をあけて配置している。

前記端縁巻線１３ｃの内層側には、該端縁巻線１３ｃと接触するバックヨーク側巻線１３ｄと鍔部側巻線１３ｅとが配列している。各段部１３ｂの端縁巻線１３ｃを結んだ直線と直交する方向から、端縁巻線１３ｃに外力が負荷されると、鍔部１１ｃに向けて積層数が漸減されているので、鍔部側の分力よりバックヨーク部側の分力が大となる。
本実施形態では、絶縁樹脂層１２に発生する応力集中を考えるため、端縁巻線１３ｃとバックヨーク側巻線１３ｄの中心を結んだ傾斜線Ｌ１上の巻線１３にかかる応力のみを考えればよい。

傾斜線Ｌ１は、上述したように、巻線１３の横方向の配列方向、即ち、前記ティース部１１ａの軸線Ｃ方向に対して６０度の傾斜角度を持ち、傾斜線Ｌ１上には巻線１３が一直線状に並んでいる。
前記絶縁樹脂層１２と接触している傾斜線Ｌ１上の巻線１３を先端巻線１３ｆとし、端縁巻線１３ｃに負荷された外力によって発生した応力は、傾斜線Ｌ１上に並んだ巻線１３間を伝達して、先端巻線１３ｆが絶縁樹脂層１２を加圧する。

前記ティース部１１ａの外周面からなる前記スロット部１１ｄの底面１１ｅには、図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、傾斜線Ｌ１上に円弧状に切り欠いた凹部１１ｈを両側に設けている。該凹部１１ｈは、後述する絶縁樹脂層１２の厚肉部を内嵌する。
また、バックヨーク部１１ｂの内壁面となるバックヨーク部側側周面１１ｆの両側にも、傾斜線Ｌ１上に凹部１１ｈと同形状とするコの字状の凹部１１ｉを設けている。

前記絶縁樹脂層１２は、図４（Ａ）に示すように、コア１１のバックヨーク部１１ｂと対向配置されるバックヨーク当接部１２ａと、鍔部１１ｃと対向配置される鍔当接部１２ｂと、ティース部１１ａに対向配置されるティース当接部１２ｃとを備えており、図５に示すように、前記コア１１のスロット部１１ｄの底面１１ｅと側周面１１ｆ、１１ｇに被覆する。樹脂層１２の厚さは０．２ｍｍとする。

前記ティース当接部１２ｃは矩形筒状としコア１１のティース部１１ａを内嵌している。ティース当接部１２ｃの外周端からは記バックヨーク当接部１２ａ、内周端からは鍔当接部１２ｂがつば状に突設している。

前記ティース当接部１２ｃのティース部１１ａ側内壁と、前記バックヨーク当接部１２ａのバックヨーク側外壁には、前記コア１１の凹部１１ｈ、１１ｉと対向する位置に、円弧状に突出している厚肉部１２ｄ、１２ｅをそれぞれ設けており、凹部１１ｈ、１１ｉが該厚肉部１２ｄ、１２ｅをそれぞれ内嵌する。厚肉部１２ｄ、１２ｅが弾性変形することで、端縁巻線１３ｃに負荷された外力によって発生した応力を吸収する。
本実施形態の厚肉部１２ｄ、１２ｅの厚さを巻線１３の直径の１倍の長さとし、幅を３倍の長さとしている。

前記絶縁樹脂層１２は周方向の軸線で２つに分割して分割絶縁樹脂層１２Ａ、１２Ｂとなる。一方の前記分割絶縁樹脂層１２Ａのティース当接部１２ｃの端部からは上下一対の突起部１２ｆが突出している一方、他方の分割絶縁樹脂層１２のティース当接部１２ｃの端部には突起部１２ｆが嵌合する一対の切欠部１２ｇを設けており、突起部１２ｆが前記切欠部１２ｇに嵌合して分割絶縁樹脂層１２Ａ、１２Ｂが一体化する。

次に前記分割ステータ１０の製造方法を説明する。
図６（Ａ）は第１工程を示し、コア１１を分割絶縁樹脂層１２Ａ、１２Ｂで両側から挟みこんでいき、コア１１の凹部１１ｈ、１１ｉに分割絶縁樹脂層１２Ａ、１２Ｂの厚肉部１２ｄ、１２ｅを内嵌させ、分割絶縁樹脂層１２Ａ、１２Ｂの突起部１２ｆが切欠部１２ｇに嵌合する

図６（Ｂ）は第２工程を示し、前記スロット部１１ｄの底面１１ｅに巻線１３を並べて巻きつけていき、底面１１ｅに並んだ巻線１３ａを土台として、前記巻線１３を整列巻きで巻きつけいく。巻線１３はバックヨーク部１１ｂ側から鍔部１１ｃ側にかけて積層数を漸減し、最外層の巻線１３を階段状に配置してコイルを形成する。

図６（Ｃ）は第３工程を示し、コイルを形成した後、スロット部１１ｄの両側に、最外層の各段部１３ｂの端縁巻線１３ｃを結んだ直線と平行に加圧治具Ｍを配置し、該加圧治具を各段部１３ｂの端縁巻線１３ｃと接触させ、この状態で配置方向と直交方向に押圧作動して前記端縁巻線１３ｃを加圧する。

前記加圧治具Ｍの加圧によって発生した応力は、端縁巻線１３ｃからバックヨーク側に延びる延長線Ｌ１上の巻線１３を伝達し、絶縁樹脂層１２と接触する先端巻線１３ｆが絶縁樹脂層１２の厚肉部１２ｄ、１２ｅを加圧する。前記厚肉部１２ｄ、１２ｅでは加圧によって生じた応力を弾性変形によって吸収している。
前記スロット部１１ｄから巻線１３が突出しないよう加圧治具Ｍで端縁巻線１３ｃを加圧し、本発明の分割ステータ１０を完成させる。

前記構成とすると、巻線１３を成形するために端縁巻線１３ｃを加圧治具Ｍで加圧しても、該端縁巻線１３ｃが接触する内周層の巻線１３の中心とを結ぶ直線の延長線Ｌ１上に位置する絶縁樹脂層１２の部分を厚肉部１２ｄ、１２ｅとしているので、厚肉部１２ｄ、１２ｅが弾性変形することで巻線１３を伝達してきた応力を吸収することができるため、応力集中を回避することができ、絶縁樹脂層１２およびコア１１が破損することを防止することができる。
また、前記絶縁樹脂層１２の厚肉部１２ｄ、１２ｅで応力を吸収するので、巻線１３にかかる応力も低減することができ、巻線１３の絶縁皮膜の損傷を防止することができる。

なお、本発明は、前記実施形態は限定されず、本発明の特許請求の範囲内の種々の形態が含まれるものである。

（Ａ）は本発明にかかる分割ステータを用いたモータを示す斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）の分割ステータを示す斜視図である。 （Ａ）は本実施形態での巻線を分割ステータに巻き付けた状態を示す要部を拡大した断面図であり、（Ｂ）は整列巻きを示す概念図である。 （Ａ）はコアを示す斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）の平面図である。 （Ａ）は絶縁樹脂層を示す斜視図であり、（Ｂ）はＡ−Ａ線断面図であり、（Ｃ）はＢ−Ｂ線断面図である。 絶縁樹脂層を被覆したコアを示す斜視図である。 本発明の分割ステータの製造方法を示す要部を拡大した断面図であり、（Ａ）は第１工程を示す図であり、（Ｂ）は第２工程を示す図であり、（Ｃ）は第３工程を示す図である。 従来例を示す図である。 他の従来例を示す図である。

符号の説明

１０ 分割ステータ
１１ コア
１１ａ ティース部
１１ｂ バックヨーク部
１１ｃ 鍔部
１１ｄ スロット部
１１ｅ 底面
１１ｆ、１１ｇ 側周面
１１ｈ、１１ｉ 凹部
１２ 絶縁樹脂層
１２ｄ、１２ｅ 厚肉部
１３ 巻線
１３ｂ 段部
１３ｃ 端縁巻線
２０ ステータ
Ｌ１ 傾斜線
Ｍ 加圧治具
Ｃ ティース部の軸線

Claims (3)

1. 円環状に配置されてステータを構成する分割ステータであって、
   ステータ径方向に延在するティース部の外周端にバックヨーク部が設けられると共に内周端に鍔部が設けられ、これらティース部とバックヨーク部と鍔部に囲まれたコイル収容用のスロット部が設けられている分割ステータのコアと、
   前記ティース部外周面からなるスロット部の底面および前記バックヨークと鍔部の対向面からなるスロット部の側周面に被覆された絶縁樹脂層と、
   前記スロット部底面の絶縁樹脂層に、巻線を層状に巻き付けて形成したコイルと、
   前記コイルの巻線はバックヨーク部側から鍔部側にかけて積層数が漸減されて最外層の巻線は階段状に配置され、
   前記階段状の各段部の端縁位置の巻線の中心と、該巻線が接触する内周層の巻線の中心とを結ぶ直線の延長線上に位置する前記絶縁樹脂層の部分は厚肉部とされると共に、前記スロット部の底面あるいは／および側周面に前記厚肉部を内嵌する凹部が設けられていることを特徴とする分割ステータ。
2. 前記スロット部に収容されている前記コイルの巻線は整列巻きされ、
   前記各段部の端縁位置の巻線と、その内層側で接触する巻線の中心を結ぶ直線は前記ティース部の軸線に対して６０度傾斜し、該傾斜線が前記絶縁樹脂層と接する位置に前記厚肉部が設けられている請求項１に記載の分割ステータ。
3. 請求項１または請求項２に記載の分割ステータの製造方法であって、
   前記スロット部にコイルの巻線をバックヨーク部側から鍔部側にかけて積層数を漸減して最外層の巻線を階段状に配置してコイルを形成し、
   前記コイル形成後に、前記最外層の各段部の端縁位置の巻線を結んだ直線と平行に加圧治具を配置して、該加圧治具を各段部の端縁位置の巻線と接触させ、この状態で配置方向と直交方向に押圧作動して前記端縁位置の巻線を加圧することを特徴とする分割ステータの製造方法。