JP2009225597A - 集中巻線ステータおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コイルと絶縁材との間の隙間を無くし、コイル占積率の向上およびコイルの抜熱性向上を図ることができる集中巻線ステータおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】複数のティース３を有し、各ティース３にインシュレータ４を介してコイル５を集中巻してなる集中巻線ステータ１であって、各ティース３に巻線されたコイル５は、コイル５とインシュレータ４との間の隙間が無くなる方向に加圧成形されたことを特徴とする集中巻線ステータ。
【選択図】図２

Description

本発明は、集中巻線ステータおよびその製造方法に関する。

集中巻モータは、ステータ巻線をステータティースにインシュレータ（絶縁材）を介して直接コイルを巻きつける直巻方式のモータである。集中巻モータの性能向上のためには、コイルの占積率の向上とコイルの抜熱性の向上が求められる。

コイルを各ティースに巻線すると、一般に、ティース断面は四角形状であるため、コイルはティースの各辺に対して凸形状となり、コイルと絶縁材との間に隙間が発生する。コイルと絶縁材との間に隙間があると、コイルの熱がステータコアに伝わり難くなるため、コイルがコイルの絶縁被膜の耐熱温度を超えてしまうおそれがある。

そこで、従来のステータは、コイルと絶縁材との間の隙間を無くすために、絶縁材を凸形状にして、コイルと絶縁材との密着度を高めている（たとえば、特許文献１参照）。
特開２００６−２１１８２１号公報

しかしながら、従来のステータでは、コイルの熱は絶縁材に伝わりやすくなる一方、絶縁材の厚みが増すため、コイルの熱がステータコアまで伝わり難いという問題があった。また、従来のステータのように絶縁材を凸形状にするのみでは、コイルの占積率の向上は図れないという問題もあった。

したがって、本発明は、上記問題点を解決し、コイルと絶縁材との間の隙間を無くし、コイル占積率の向上およびコイルの抜熱性向上を図ることができる集中巻線ステータおよびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。

本発明の集中巻線ステータは、各ティースにインシュレータを介して巻線されたコイルは、前記コイルと前記インシュレータとの間の隙間が狭くなる方向に加圧成形されたことを特徴とする。

本発明の集中巻線ステータの製造方法は、各ティースに巻線されたコイルを集中巻により巻線する巻線段階と、前記コイルを前記コイルと前記インシュレータとの間の隙間が狭くなる方向に加圧成形する加圧成形段階と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、巻線されたコイルを、コイルと絶縁材との間の隙間を狭くなる方向に加圧成形することで、コイル占積率の向上およびコイルの抜熱性向上を図ることができる。

以下、本発明に係る集中巻線ステータおよびその製造方法について、図面を参照しながら詳細に本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明の実施形態では、集中巻線ステータとして、インナーロータ型の集中巻回転同期モータのステータを例にとって説明する。

図１は、本発明の一実施形態による集中巻線ステータの構造を示す正面図である。

本発明の一実施形態である集中巻線ステータは、複数のティースにそれぞれ絶縁材を介して巻線されたコイルを、コイルと絶縁材との間の隙間が無くなる方向（狭くなる方向）に加圧成形することに特徴を有するものである。

図１に示されるとおり、本実施形態の集中巻線ステータ（以下、「ステータ」と称する）１は、円環状のステータコア２を備え、その内周に円周方向に等間隔に配置される複数のティース３を一体的に設け、ティース３をステータコア２の内周から径方向内方へ延在して突出させる。また、ステータ１は、各ティース３に対し、ティース３の延在方向を包囲するようにインシュレータ（絶縁材）４を介してコイル５を集中巻により巻装してなる。なお、集中巻線ステータに用いられる部材は、従来の集中巻線ステータ（集中巻モータ）に用いられている部材と同じであるので、詳細な説明は省略する。

図２は、ステータコアの分割されている一つの分割コアの断面図である。図２に示されるように、本実施形態のステータ１は、コイル５を加圧成形することで、コイル５とインシュレータ４との間の隙間を無くしたことを特徴とする。

コイル５は、自己融着線を使用することで、熱によってコイル同士が接合し合い、巻線間の空気が除去されて放熱性がさらに高めることができる。また、コイル５は、平角電線または丸線を用いることができる。なお、コイル５は、自己融着線に限られず、たとえば、通常のエナメル線とすることもできる。

以上のように構成される本実施形態の集中巻線ステータは、以下のように処理を行う。

図３は、本実施形態の集中巻線ステータの処理内容の一例を示すフローチャートである。なお、本実施形態では、コイル５として、自己融着線であって、平角電線を用いるものとする。

まず、本実施形態における集中巻線ステータの製造方法は、複数のティース３にインシュレータ４を装着し、コイル５を集中巻により巻線する（ステップＳ１００）。図４は、コイル５を複数のティース３に巻線し、コイル５を加圧成形する前の断面図である。図４に示すように、通常、コイル５を各ティース３に巻線すると、一般に、ティース３断面は四角形状であるため、コイル５はティース３の各辺に対して凸形状となり、コイル５とインシュレータ４との間に隙間Ａおよび隙間Ｂが発生する。なお、コイル５が平角電線である場合、インシュレータ４のステータ外径側の面とコイル５との隙間Ｂが発生しやすく、ステータコア２から最も遠いコイルである部位Ｃの熱がステータコア２に伝わり難いという問題がある。

次いで、コイル５を成形するためのコイル成形治具７を用いて、各ティース３に巻線されたコイル５を、コイル５とインシュレータ４との間の隙間が無くなる方向に加圧成形する。すなわち、まず、各ティース３に巻線されたコイル５を、ティース３の内側方向に加圧する第１加圧成形をし（ステップＳ１１０）、次いで、ステータ半径方向に加圧する第２加圧成形をする（ステップＳ１２０）。図５は、コイル５を加圧成形した後の断面図である。第１加圧成形をすることで、コイル５とインシュレータ４との隙間Ａが無くなるため、巻線可能エリアが大きくなり、スロット面積に対するコイル占積率が向上する。また、第２加圧成形をすることで、コイル５とインシュレータ４との隙間Ｂが無くなるため、コイル５の熱がインシュレータにより伝わりやすくなる。なお、コイル５を、コイルの占積率および抜熱性を最大限に向上させるため、コイル５とインシュレータ４との間の隙間が無くなるまで加圧して成形することが望ましい。

参考に、図６に、加圧成形前後における図１のＩ-Ｉ線上より矢の方向に見てコイル巻線状態を示す要部断面図を示す。図６に示されるように、本実施形態によれば、コイル５とインシュレータ４との間の隙間Ａを無くすことができることがわかる。

ここで、コイル成形治具７について説明する。コイル成形治具７は、巻線されたコイル５とインシュレータ４との隙間を無くす方向に加圧成形する治具である。コイル成形治具７は、コイル５を加圧する面の形状が、コイル５の表面の形状に倣って変形する変形機構７ａを有する。変形機構７ａは、たとえば、コイル５の表面上に生じる段差に応じて、ばね、または空気圧を使用してコイル成形治具７の面の形状を自動調整する機構である。また、コイル成形治具７は、コイル５をステータ半径方向に加圧するための突起部７ｂを有する。突起部７ｂは、図５に示すように、ティースの先端のコイル５に当接させて、各ティース３に巻線されたコイル５を、ステータ半径方向に加圧しやすくするものである。なお、コイル５に自己融着線を用いる場合、コイル成形治具７のコイル５を加圧する表面に、後述するコイルの加熱時においてテフロン（登録商標）剤などの自己融着線が接着しないシートを貼り付けるか、コーティング処理することが望ましく、または離型剤を塗布しておいてもよい。

図３に戻り、巻線されたコイル５を加熱する（ステップＳ１３０）。すなわち、加圧した状態でコイル５を通電による自己発熱、加熱炉または熱風などの外部からの加熱によって、１００℃〜２２０℃まで熱する。したがって、加圧時または巻線時のコイル残留応力の除去によるスプリングバックの防止を図ることができる。また、コイル５が自己融着線を用いる場合、コイル５同士およびコイルとインシュレータ４とを接着固定することができる。

上記処理において、ステップＳ１００の処理は、複数のティースにインシュレータを装着し、コイルを集中巻により巻線する処理に対応する。また、ステップＳ１１０〜Ｓ１２０の処理は、各ティースに巻線されたコイルを、前記コイルと前記インシュレータとの間の隙間が無くなる方向に加圧成形する処理に対応する。さらに、ステップＳ１３０の処理は、前記巻線段階の後に、前記巻線されたコイルを加熱する処理に対応する。

以上のように、本実施形態の集中巻線ステータおよびその製造方法によれば、巻線されたコイルを、コイルと絶縁材との間の隙間を無くす方向に加圧成形することで、コイル占積率の向上およびコイルの抜熱性向上を図ることができる。また、占積率の向上に伴い、モータトルクの向上、連続出力の向上、および効率の向上が図れる。さらに、熱伝導性の向上に伴い、モータの信頼性向上、連続出力向上、効率向上、燃費向上、およびコイル絶縁被膜の信頼性向上が図れる。

また、各ティースに巻線されたコイルをティースの内側方向およびステータ半径方向に加圧成形することで、コイルとティースの内側方向の絶縁材およびステータ半径方向の絶縁材との間の隙間を無くし、コイルの占積率およびコイルの抜熱性向上を図ることができる。

さらに、コイル成形治具を用いることで、コイルとインシュレータとの間の隙間を無くすように、容易にコイルを加圧成形することができる。

さらに、コイル成形治具のコイルを加圧する面の形状が、コイルの表面の形状に倣って変形する変形機能を有することで、コイルの形状に合わせて均等に加圧することができる。すなわち、電線の仕上がり寸法および巻線後のコイル寸法はバラつきが多く、コイルに段差があっても、成形寸法の管理が容易となる。

さらに、コイル成形治具は、コイルをステータ半径方向に加圧するための突起部を有することで、ティース先端部のコイルをステータ半径方向への加圧が容易となる。

さらに、コイルを加圧成形後にコイルを加熱することで、コイルの残留応力の除去によるスプリングバックの発生を防止できるため、加圧成形後のコイルとインシュレータとの間の隙間をさらに小さくすることができる。

以上のように本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、以上の実施形態に限定されるべきものではなく、特許請求の範囲に表現された思想および範囲を逸脱することなく、種々の変形、追加、および省略が当業者によって可能である。

たとえば、本実施形態では、インナーロータ型の回転同期モータを例にとって説明したが、これに限られず、インナーロータ型か、アウターロータ型かを問わず、また、回転同期モータか、誘導モータかを問わず、あらゆる型式の集中巻モータに用い得るステータに本発明を応用することができる。

また、本実施形態では、ティースの内側方向、ステータ半径方向の順にコイルを加圧成形しているが、これに限られず、どちらか片方の加圧成形でもよい。また、加圧して成形する順は、ティースの内側方向およびステータ半径方向の順を問わず、同時、または、交互に少しずつ成形してもよい。

本発明の一実施形態による集中巻線ステータの構造を示す正面図である。 ステータコアの分割されている一つの分割コアの断面図である。 本実施形態の集中巻線ステータの処理内容の一例を示すフローチャートである。 コイルを複数のティース３に巻線し、コイルを加圧成形する前の断面図である。 コイルを加圧成形した後の断面図である。 図１のＩ-Ｉ線上より矢の方向に見てコイル巻線状態を示す要部断面図であって、（ａ）は加圧成形する前の状態を示す図であり、（ｂ）は加圧成形後の状態を示す図である。

符号の説明

１ 集中巻線ステータ、
２ ステータコア、
３ ティース、
４ インシュレータ、
５ コイル。

Claims (8)

1. 複数のティースを有し、当該各ティースにインシュレータを介してコイルを集中巻してなる集中巻線ステータであって、
   前記各ティースに巻線されたコイルは、前記コイルと前記インシュレータとの間の隙間が狭くなる方向に加圧成形されたことを特徴とする集中巻線ステータ。
2. 前記各ティースに巻線されたコイルは、前記ティースの内側方向およびステータ半径方向の少なくとも一方向に加圧成形されたことを特徴とする請求項１に記載の集中巻線ステータ。
3. 複数のティースにインシュレータを装着し、コイルを集中巻により巻線する巻線段階と、
   前記各ティースに巻線されたコイルを、前記コイルと前記インシュレータとの間の隙間が狭くなる方向に加圧成形する加圧成形段階と、
   を有することを特徴とする集中巻線ステータの製造方法。
4. 前記加圧成形段階において、
   前記コイルを成形するためのコイル成形治具を用いて、前記コイルを加圧成形することを特徴とする請求項３に記載の集中巻線ステータの製造方法。
5. 前記加圧成形段階において、
   前記各ティースに巻線されたコイルを、前記ティースの内側方向に加圧する第１加圧成形段階と、
   前記各ティースに巻線されたコイルを、ステータ半径方向に加圧する第２加圧成形段階と、
   を有することを特徴とする請求項４に記載の集中巻線ステータの製造方法。
6. 前記コイル成形治具は、前記コイルを加圧する面の形状が、前記コイルの表面の形状に倣って変形する変形機構を有し、
   前記加圧成形段階において、
   前記コイルの表面の形状に倣って変形した前記コイル成形治具によって、前記コイルを加圧成形することを特徴とする請求項４に記載の集中巻線ステータの製造方法。
7. 前記コイル成形治具は、前記コイルを前記ステータ半径方向に加圧するための突起部を有し、
   前記第２加圧成形段階において、
   前記突起部を前記コイルの先端に当てて、前記各ティースに巻線されたコイルを、前記ステータ半径方向に加圧することを特徴とする請求項５に記載の集中巻線ステータの製造方法。
8. さらに、前記巻線段階の後に、前記巻線されたコイルを加熱する段階を有することを特徴とする請求項３に記載の集中巻線ステータの製造方法。

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