JP2011004457A - 電動機用固定子、電動機用固定子の製造方法及び電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】小さな力でコイルエンド部を固定子の軸方向端面に沿うように変形させて、固定子の軸方向寸法を減少させることができるとともに、巻線の傷みを防止できる。
【解決手段】電動機用固定子１は、内周部に複数のスロット２が形成されたコア３と、上記スロットに巻線を巻き回して構成される複数のコイル４とを備えて構成されているとともに、上記コアの軸方向端面６から延出するコイルエンド部７を上記軸方向端面に沿う所定の方向へ傾倒させることにより構成されている。
【選択図】図６

Description

本願発明は、電動機用固定子、電動機用固定子の製造方法及び電動機に関する。詳しくは、軸方向寸法を削減できる電動機用固定子、電動機用固定子の製造方法及び電動機に関する。

ハイブリッド自動車や電気自動車では、自動車駆動のために電動機が用いられる。これら駆動用電動機は、高出力化、高効率化の要請があるのはもちろんのこと、その設置スペースが限られていることから、特に小型化の要請も強い。

電動機の固定子は、コアの内周側に形成されたスロット内に、絶縁被覆を備えるエナメル線等の巻線を巻き回して構成されるコイルが設けられている。上記コイルは、上記スロット内に巻き回されたコイルサイド部と、上記スロットの軸方向端部から延出して略コ字条の渡り線部を構成するコイルエンド部とを備えて構成されている。上記コイルは、環状に成形後、自動組立装置等を用いて上記スロットに装着される。

上記コイルのコイルエンド部は、コアの軸方向端面から固定子の軸方向へ延出しているため、固定子及び電動機の軸方向寸法を増加させることになる。上記コイルエンド部の延出高さを減少させるため、特許文献１に記載されているような手法が提案されている。

上記特許文献に記載された手法は、上記コイルエンド部の内側面とコアの軸方向端面との間に、自動組立機等でコイルを挿入するために生じる隙間があることに着目し、固定子の軸方向端面から延出するコイルエンド部を、固定子の軸方向に圧縮することにより、上記コイルエンド部の延出高さを減少させるものである。

特開２００４−３６４４７０号公報

上記特許文献１に記載されているように、上記コイルエンド部を軸方向に圧縮するには、コイルエンド部の頂部に大きな力を作用させなければならない。このため、圧縮時に巻線間にも大きな力が作用して、絶縁被覆を傷めることが多い。

しかも、上記特許文献に記載されているように、コイルエンド部を固定子の軸方向に圧縮すると、コイルエンド部のコ字状両側部が外側へ膨らむように変形させられる。一方、上記固定子は、複数のコイルを固定子の周方向に隙間なく配置して構成されている。このため、周方向に隣接するコイルエンド部間の隙間はほとんどない。

したがって、上記特許文献に記載されているように、コイルエンド部を軸方向に圧縮変形させると、隣接するコイルのコイルエンド部と干渉が生じて隣接する巻線が互いに押圧され。このため、加工に要する圧縮力が増加するばかりでなく、巻線に大きな力が作用してコイルを傷める可能性も大きくなる。

この結果、上記絶縁被覆が傷んで、巻線間の放電電圧が低下し、部分放電が繰り返し発生し易くなり、モータを焼損させる恐れも大きくなる。

本願発明は、上記従来の問題を解決するために案出されたものであって、上記従来の問題を解決し、小さな力でコイルエンド部を固定子の軸方向端面に沿うように傾倒させることにより、固定子の軸方向寸法を減少させることができるとともに、加工の際の巻線の傷みを防止できる電動機用固定子、電動機用固定子の製造方法及び電動機を提供するものである。

本願発明に係る電動機用固定子は、内周部に複数のスロットが形成されたコアと、上記スロットに巻線を巻き回して構成される複数のコイルとを備えて構成されているとともに、上記コアの軸方向端面から延出するコイルエンド部を上記軸方向端面に沿う所定の方向へ傾倒させることにより構成されている。

上記コイルエンド部を傾倒させることにより、固定子の軸方向寸法を削減することが可能となり、電動機の小型化を図ることができる。

また、コイルエンド部を固定子の軸方向に直接圧縮変形させる手法に比べて、コイルエンド部に作用する加工力が小さくなる。このため、加工の際に巻線間に作用する力も小さくなって、絶縁被覆が損傷する恐れも少なくなる。

上記コイルエンド部を傾倒させる方向は、特に限定されることはないが、請求項２に記載した発明のように、上記固定子の周方向に向けて傾倒させるのが好ましい。コイルエンド部を周方向に向けて傾倒させることにより、変形させられる際に各コイルが干渉することはなくなる。このため、各巻線が擦れたり、大きな力が作用することはなくなり、巻線の絶縁被覆が傷むのを防止できる。

また、請求項３に記載した発明のように、上記コイルエンド部を、上記固定子の軸方向端面内において傾倒させるのが好ましい。コイエンド部を上記軸方向端面内で傾倒させることにより、上記固定子の半径方向の寸法が増加することもない。

本願発明が適用される電動機の種類や形態は特に限定されることはない。コイルエンド部がコアの軸方向端面から延出して設けられるものであれば、３相交流用電動機を含む種々の形式の電動機に適用することができる。

また、上記コアを構成する材料も限定されることはなく、積層鋼板から形成されたコアのみならず、圧粉形成されたコアを備える固定子に本願発明を適用することができる。

請求項４に記載した発明は、内周部に複数のスロットが形成されたコアと、上記スロットに巻線を巻き回して構成される複数のコイルとを備える電動機用固定子の製造方法であって、上記コアの軸方向端面から延出するコイルエンド部を、上記コアの軸方向端面に沿う方向に傾倒させるコイルエンド部加工工程を含んで構成されるものである。これにより、固定子の軸方向寸法を減少させることができる。また、軸方向に圧縮変形させる場合に比べて小さな圧縮力で加工を行うことができる。このため、コイルに作用する力が小さくなるとともに巻線に作用力が小さくなり、絶縁被覆等が傷むのを防止することができる。

請求項５に記載した発明は、上記コイルエンド部加工工程を、上記コイルエンド部を固定子の周方向に向けて傾倒させることにより行うものである。

請求項６に記載した発明は、上記コイルエンド部加工工程を、上記コイルエンド部を上記軸方向端面内において傾倒させることにより行うものである。軸方向端面内で傾倒させることにより、固定子の半径方向の寸法が増加することはない。

上記コイルエンド部を上記軸方向端面内で傾倒させるために、上記軸方向端面を含む環状空間を形成する金型装置を設け、この金型装置によって構成される成形空間内で上記コイルエンド部を傾倒させることができる。

上記コイルエンド部加工工程は、複数の金型装置を用いて行うことができる。また、コイルエンド部加工工程を複数の工程を備えて行うこともできる。

請求項７に記載した発明のように、上記コイルエンド部加工工程を、上記コイルエンド部を上記軸方向端面の方向に傾斜させる傾斜工程と、上記傾斜させたコイルエンド部を固定子の軸方向に圧縮して傾倒させる軸圧縮工程とを含んで構成することができる。

上記傾斜工程を設けることにより、上記コイルエンド部に初期角度を持たせることが可能となる。このため、軸圧縮工程において、コイルエンド部を固定子の軸方向に圧縮することにより、上記初期角度に対応した方向へ傾倒させることが可能となる。さらに、上記軸圧縮工程における加工力を減少させることが可能となり、巻線に作用する力を減少させて、絶縁被覆等が傷むのを防止することも可能となる。上記傾斜角度は特に限定されることはないが、固定子の軸方向に対して１０度程度傾斜させるのが好ましい。

上記傾斜工程と上記軸圧縮工程とを同じ金型装置を用いて行うことができる。たとえば、環状の金型装置を回動させながら上記コイルエンド部が１０度まで傾斜するまで押圧して、その後軸方向に圧縮するように構成することができる。

また、上記傾斜工程と上記軸圧縮工程とを、異なる金型装置を用いて行うことができる。たとえば、角部に所定の傾斜面を備える金型部材を、固定子の軸方向に移動させることにより上記傾斜工程を行うことができる。その後、平面状の押圧面を備える金型装置を固定子の軸方向に移動させて上記コイルエンド部を軸方向に圧縮して傾倒させることができる。この構成を採用すると、金型装置を固定子の軸方向に移動させる機構を備えて構成することが可能となり、金型装置を簡単に構成することができる。

さらに、請求項８に記載した発明のように、上記コイルエンド部加工工程を、上記固定子の軸まわりに回動させられながら上記コイルエンド部を上記軸方向に押圧する金型装置を用いて行うことができる。上記金型装置を採用することにより、一度の工程で、しかも大きな加工力を要することなく、上記コイルエンド部を傾倒させることができる。

請求項９に記載した発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載した固定子を備える電動機に関するものである。本願発明に係る固定子が採用される電動機は特に限定されることはなく、種々の形態、方式の電動機に採用することができる。

本願発明に係る固定子を採用することにより、巻線の傷みを防止できるとともに、電動機の軸方向寸法を削減することができる。

本願発明が適用される固定子の全体斜視図である。 図１に係る固定子の平面図である。 本願発明に係る固定子の第１の実施形態に係る製造方法に用いる金型装置の構成を示す図であり、金型装置の一部を破断した斜視図である。 図３に示す金型装置によって行われるコイルエンド部加工工程の概要を示す図である。 コイルエンド部加工工程を行う前のコイルエンド部の状態を示す部分斜視図である。 コイルエンド部加工工程を行った後のコイルエンド部の状態を示す部分斜視図である。 本願発明の第２の実施形態に係るコイルエンド部加工工程の概要を示す図である。

以下、本願発明に係る実施形態を図に基づいて説明する。図１に、本願発明が適用される電動機用固定子１の全体斜視図を示す。上記固定子１は、内周部に複数のスロット２が周方向に配列形成されたコア３と、所定のスロット２に巻線を巻き回して構成される複数のコイル４とを備えて構成されている。上記コア３の種類及び形態は特に限定されることはなく、積層鋼板から形成されるコアのみならず、磁性粉体を圧粉成形して形成されるコアを採用することができる。

本実施形態は、３相交流用電動機の固定子１に本願発明を適用したものである。図２に示すように、上記スロット２の半径方向外側に配置されたＵ相コイル４ａと、半径方向中央部に配置されたＶ相コイル４ｂと、半径方向内側に配置されたＷ相コイル４ｃとが、それぞれ８巻ずつ設けられている。上記各相のコイル４ａ，４ｂ，４ｃは、位相が異なる位置に配置されるように選択された所定のスロット４に掛け回すようにして設けられている。

上記各コイル４は、上記スロット２内に配置されたコイルサイド部５と、コア３の軸方向の端面６から延出するように配置されたコイルエンド部７とを備えている。なお、図に示す実施形態では、各コイルエンド部７の加工形態の理解を容易にするため、複数の巻線から構成される各コイル４を、一本の環状体として表現するとともに、上記各コイルエンド部７の太さを実際より細く描いている。実際は、軸方向端面の全域にコイルエンド部７が広がった形態を備えるとともに、コイルサイド部５も、上記スロット内で広がっている。また、上記コイルエンド部７の延出量を実際より大きく描いている。

上記形態の電動機用固定子１においては、上記各コイル４を各スロットに装着した状態で、上記コイルエンド部７が、コアの軸方向両端面６から軸方向に延出した形態を備えている。このため、上記コイルエンド部７が、固定子１の軸方向寸法を増加させている。

図３に示すように、本実施形態では、上記コイルエンド部７が延出した領域の半径方向外方に円筒状の金型部材８を配置するとともに、半径方向内方に丸棒状の金型部材９を配置することにより、上記コア３の軸方向端面６から延出する上記コイルエンド部７を、半径方向から囲む環状の成形空間１０を設ける。そして、上記成形空間１０内で、環状の金型部材１１を矢印Ｘ方向に回動させながら、矢印Ｙ方向（固定子の軸方向）に移動させることにより、上記コイルエンド部７を圧縮する。

図４に、上記金型部材１１が、上記コイルエンド部７を傾倒させる状態を模式的に示す。なお、上記図４は、固定子１の半径方向中間部を周方向に切断した断面を示している。また、上記コイルエンド部７は、固定子１の軸方向の両端面から延出しているが、一方の端面６から延出する部分について説明する。他方から延出するコイルエンド部７も同様に処理される。

図４（ａ）に示すように、上記金型部材１１が回動させながら上記コイルエンド部７に作用させられる。具体的には、図４の矢印で示す斜め方向に金型部材１１が移動させられる。上記金型部材１１が斜め方向にコイルエンド部７を圧縮することにより、図４（ｂ）、図４（ｃ）に示すように、上記コイルエンド部７が、上記金型部材１１が回動する方向、すなわち、固定子１の周方向に向かって傾倒させられる。なお、上記金型部材１１を、上記コイルエンド部７の周方向の変位に応じた速度で移動させることにより、上記コイルエンド部７と上記金型部材１１のすべりがなくなり、巻線を傷めることなくコイルエンド部７を傾倒させることができる。

図５に、上記コイルエンド部７が傾倒させられる前の状態を示すとともに、図６に、コイルエンド部７が傾倒させられた後の状態を示す。なお、図５及び図６では、理解を容易にするため、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルエンド部を一つずつ示してある。

図５及び図６に示すように、上記コイルエンド部７を周方向に向けて傾倒させることにより、固定子１の軸方向寸法を減少させることができる。

また、上記コイルエンド部７を、固定子の軸方向に圧縮変形させる手法に比べて、コイルエンド部に作用する加工力が小さくなる。このため、加工の際にコイル４を構成する巻線間に作用する力も小さくなって、巻線の絶縁被覆が損傷する恐れも少なくなる。

また、コイルエンド部７を周方向に向けて傾倒させることにより、隣接する各コイルが干渉することもなくなる。このため、各巻線が擦れたり、大きな力が作用することはなくなり、巻線の絶縁被覆が傷むのを防止できる。

しかも、本実施形態では、上記金型部材８及び９によって、上記コイルエンド部７を、上記固定子１の軸方向端面内で傾倒さる。このため、上記コイルエンド部７が、上記固定子１の半径方向に延出することもない。したがって、固定子１の半径方向寸法が増加することもない。

本実施形態では、コイルエンド部７を、固定子１の周方向に向けて傾倒させたが、上記固定子１の軸方向端面６の半径方向寸法に余裕がある場合は、一部のコイルエンド部を固定子の半径方向に傾倒させることもできる。

図７に、本願発明の第２の実施形態を示す。

この実施形態は、金型部材を回動させることなく、コイルエンド部７を傾倒させるものである。なお、コイルエンド部７の半径方向内方と半径方向外方に配置される金型部材は、第１の実施形態と同様であるので説明は省略する。

第２の実施形態では、まず、金型部材１１１を矢印Ｙ方向（固定子の軸方向）に移動させて、コイルエンド部７を所定角度傾斜させる傾斜工程が行われる。上記金型部材１１１の角部には、傾斜面１１３が形成されている。上記金型部材１１１を、矢印Ｙ方向に移動させると、上記傾斜面１１３が上記コイルエンド部７の一方の角部に当接させられて、上記コイルエンド部７を傾斜させることができる。上記傾斜角度は、特に限定されることはないが、１０度程度傾斜させるのが好ましい。

次に、平坦面を備える環状の金型部材１１２を、矢印Ｙ方向（固定子の軸方向）に移動させて、上記コイルエンド部７を軸方向に圧縮する軸圧縮工程が行われる。これにより、第１の実施形態と同様に、上記コイルエンド部７が上記固定子１の軸方向端面６に傾倒させられる。

上記手法においては、上記金型部材１１１，１１２を軸方向に移動させるだけで、上記コイルエンド部７を傾倒させることができる。このため、金型装置を簡単に構成することが可能となる。

しかも、上記傾斜工程を設けているため、これに続く上記軸圧縮工程において、コイルエンド部７を傾倒させるに必要な圧縮力が小さくなる。このため、各巻線に作用する力も小さくなり、巻線及び絶縁被覆が傷むのを防止することができる。

本願発明の範囲は、上述の実施形態に限定されることはない。今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって、制限的なものでないと考えられるべきである。本願発明の範囲は、上述した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

コイルエンド部を固定子の軸方向端面に沿うように変形させることにより、固定子の軸方向寸法を減少させるとともに、コイルの巻線が傷むのを防止することができる。

１ 固定子
２ スロット
３ コア
４ コイル
５ コイルサイド部
６ 軸方向端面
７ コイルエンド部
８ 金型部材
９ 金型部材
１０ 成形空間
１１ 金型部材

Claims (9)

1. 内周部に複数のスロットが形成されたコアと、
   上記スロットに巻線を巻き回して構成される複数のコイルとを備える電動機用固定子であって、
   上記コアの軸方向端面から延出するコイルエンド部を備えるとともに、
   上記コイルエンド部が上記軸方向端面に沿う所定の方向に傾倒させられている、電動機用固定子。
2. 上記コイルエンド部が、上記固定子の周方向に向けて傾倒させられている、請求項１に記載の電動機用固定子。
3. 上記コイルエンド部が、上記軸方向端面内において傾倒させられている、請求項１又は請求項２のいずれかに記載の電動機用固定子。
4. 内周部に複数のスロットが形成されたコアと、
   上記スロットに巻線を巻き回して構成される複数のコイルとを備える電動機用固定子の製造方法であって、
   上記コアの軸方向端面から延出するコイルエンド部を、上記コアの軸方向端面に沿う方向に傾倒させるコイルエンド部加工工程を含む、電動機用固定子の製造方法。
5. 上記コイルエンド部加工工程は、上記コイルエンド部を固定子の周方向に向けて傾倒させることにより行われる、請求項４に記載の電動機用固定子の製造方法。
6. 上記コイルエンド部加工工程は、上記コイルエンド部を上記軸方向端面内において傾倒させることにより行われる、請求項４又は請求項５のいずれかに記載の電動機用固定子の製造方法。
7. 上記コイルエンド部加工工程は、
   上記コイルエンド部を、上記軸方向端面の方向に傾斜させる傾斜工程と、
   上記傾斜させたコイルエンド部を、固定子の軸方向に圧縮して傾倒させる軸圧縮工程とを含む、請求項４から請求項６のいずれか１項に記載の電動機用固定子の製造方法。
8. 上記コイルエンド部加工工程は、上記固定子の軸まわり回動させられながら上記軸方向に上記コイルエンド部を押圧するプレス治具を用いて行われる、請求項４から請求項７のいずれか１項に記載の電動機用固定子の製造方法。
9. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載した固定子を備える電動機。

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