JP2011166945A - ステータコイル及びモータ - Google Patents

Abstract

【課題】スロット内の導体線の占積率を下げることなく複数のスロットに簡単に挿通させることができ、組付けのための必要スペースの節約を図ることが可能なステータコイル及びモータの提供にある。
【解決手段】弾性を有する平角線で形成され、モータ１０のステータ１１のスロット１２に分布巻で装着されるステータコイル１３において、複数のスロット１２に収納されるスロット収納部１６、１７と、スロット収納部１６、１７の端部を連結するコイルエンド部１８、１９とを有し、コイルエンド部１８、１９に、ステータ１１の円周方向へ湾曲する湾曲部２２、２３が形成されている。
【選択図】 図２

Description

この発明は、複数のスロットに分布巻されたステータコイル及びこれを用いたモータに関する。

特許文献１で開示された従来技術においては、スロットに収納される複数のスロット収納部と、スロット収納部の端部同士を連結するコイルエンド部とを有し、スロット収納部が断面レーストラック状に形成された固定子巻線が開示されている。スロット収納部の形成は、加圧成型機により断面レーストラック状で扁平形状に加圧成型される。そして、上記固定子巻線を円周方向に複数個連結された振り分け巻線ユニットを、固定子鉄心に対して軸方向から挿入させ、スロット収納部をスロットに挿入させることにより振り分け巻線ユニットは固定子鉄心に装着される。

また、別の従来技術として特許文献２では、複数の導体線を束ねて構成し、複数の導体線のそれぞれの端を異なる導体線同士で接続させることにより、複数のスロットに分布巻された一本の導体線からなる巻線ケーブルが開示されている。複数の導体線を束ねるための巻き治具が使用され、巻き治具によって束ねられた複数の導体線の断面形状を、スロットの断面形状に合わせて形成することができる。この巻線ケーブルは、ステータの複数のスロットに軸方向より挿入され、巻回した後コイルエンドを半田などで接続されて接続部が形成されている。導体線としては、平角線を使用することにより、丸線を導体線として使用するよりも、一つのスロットに対する導体線の占積率を上げることができる。

ＷＯ２００４／０６２０６５号公報 特開２００５−１２４３６２号公報

しかし、特許文献１で開示された従来技術においては、スロット収納部が断面レーストラック状に形成されているので、スロット収納部をスロットに挿入させたとき、巻線の占積率を向上させることができるが、スロット収納部を形成するために加圧成型機を必要とする問題がある。また、巻線をスロットに装着させるのに、固定子鉄心に対して軸方向から挿入させる必要があり、固定子鉄心の外側に組付けのための余分なスペースを必要とする問題がある。
また、特許文献２で開示された従来技術においては、巻き治具によって束ねられた複数の導体線の断面形状を、スロットの断面形状に合わせて形成することができるので、導体線の占積率を向上させることができるが、巻き治具が必要となり装置が大型化する問題がある。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、スロット内の導体線の占積率を下げることなく複数のスロットに簡単に挿通させることができ、組付けのための必要スペースの節約を図ることが可能なステータコイル及びモータの提供にある。

上記の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、弾性を有する平角線で形成され、モータのステータのスロットに分布巻で装着されるステータコイルにおいて、複数の前記スロットに収納されるスロット収納部と、前記複数のスロット収納部の端部を連結するコイルエンド部とを有し、前記コイルエンド部に、前記ステータの円周方向へ湾曲する湾曲部が形成されていることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、コイルエンド部にステータの円周方向へ湾曲する湾曲部が形成されているので、例えば、ステータコイルをステータの内周側（ステータの径方向）より挿入させるとき、湾曲部の弾性を利用して複数のスロット収納部を互いに接近させる方向に圧縮変形させて、スロットの開口部から平角線で形成されたステータコイルを簡単に挿入させることができる。また、ステータコイルをステータの径方向より挿入させることができるので、ステータの外側に組付けのための余分なスペースを必要としない。従って、スロット内の導体線の占積率を下げることなく複数のスロットに簡単に挿通させることができ、組付けのための必要スペースの節約を図ることが可能である。

請求項２記載の発明は、請求項１に記載のステータコイルにおいて、前記湾曲部は、前記コイルエンド部の他部と曲率が異なることを特徴とする。

請求項２記載の発明によれば、湾曲部はコイルエンド部の他部と曲率が異なるので、ステータコイルの圧縮変形を容易に行うことができる。なお、コイルエンド部の他部とは、コイルエンド部の湾曲部が形成されている部分を除いた部分を指す。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載のステータコイルにおいて、前記ステータコイルはエッジワイズ巻であり、前記湾曲部は、前記平角線がフラットワイズ状に折り曲げられて形成されていることを特徴とする。

請求項３記載の発明によれば、エッジワイズ巻で形成されたステータコイルのうち、湾曲部は平角線をフラットワイズ状に折り曲げて形成すれば良いので、加工が容易である。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載のステータコイルにおいて、前記コイルエンド部は、前記スロット収納部よりも前記ステータの外周方向に向けて屈曲して形成され、前記スロット収納部は前記スロットの深さ方向に対して前記平角線を平行に重ねて形成されていることを特徴とする。

請求項４記載の発明によれば、コイルエンド部がスロット収納部よりもステータの外周方向に向けて屈曲して形成されているので、スロット収納部を収納するスロット間に配置された他のスロットとコイルエンド部とのオーバーラップを回避することができる。そして、分布巻を構成する他のステータコイルを、他のスロットへ組付ける時に、他のステータコイルのコイルエンド部が前記コイルエンド部と干渉することを防止できる。

請求項５記載の発明は、円筒状のステータと、前記ステータのスロットに分布巻にて装着される平角線よりなるステータコイルと、前記ステータの内周側に配置されたロータとを備えたモータであって、前記ステータコイルは複数の前記スロットに収納されたスロット収納部と、前記複数のスロット収納部の端部を連結するコイルエンド部とを有し、前記コイルエンド部が前記スロット収納部よりも前記ステータの外周方向に向けて屈曲して形成されると共に、前記スロット収納部が前記スロットの深さ方向に対して前記平角線を平行に重ねて形成されている第１ステータコイルと、前記スロット収納部が前記スロットの深さ方向に対して前記平角線を直角に重ねて形成される第２ステータコイルとからなり、前記第１及び第２ステータコイルは、特定のスロットを跨いで前記第２ステータコイルの前記コイルエンド部が前記第１ステータコイルの前記コイルエンド部よりも前記ステータの内周側に位置してそれぞれ円周方向に配置されていることを特徴とする。

請求項５記載の発明によれば、第１ステータコイルと第２ステータコイルとが特定のスロットを跨いで第２ステータコイルのコイルエンド部が第１ステータコイルのコイルエンド部よりもステータの内周側に位置してそれぞれ円周方向に配置されているので、例えば、特定のスロットを跨いで円周方向に先ず、第１ステータコイルを配置し、次に第１ステータコイルの円周方向の間（内側）にあるスロットに第２ステータコイルを配置することが可能である。この場合、第２ステータコイルのコイルエンド部は第１ステータコイルのコイルエンド部よりもステータの内周側に位置するように配置されるので、第１ステータコイルのコイルエンド部と第２ステータコイルのコイルエンド部との干渉を防止することが可能である。

本発明によれば、スロット内の導体線の占積率を下げることなく複数のスロットに簡単に挿通させることができ、組付けのための必要スペースの節約を図ることが可能である。

第１の実施形態に係るコイルのスロットへの装着状態を示す平面図である。 第１の実施形態に係るコイルの全体構成を示す斜視図である。 第１の実施形態に係るコイルの平面図である。 第１の実施形態に係るコイルの作用説明用の模式図である。 第２の実施形態に係るコイルの全体構成を示す斜視図である。 第２の実施形態に係るコイルの平面図である。 第２の実施形態に係るコイルのスロットへの装着状態を示す平面図である。 第２の実施形態に係るコイルの作用説明用の模式図である。 第３の実施形態に係るコイルのスロットへの装着状態を示す平面図である。 第３の実施形態に係るコイルの作用説明用の模式図である。

（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態に係るステータコイル１３を図１〜図４に基づいて説明する。
第１の実施形態に係るステータコイル１３は、モータ１０に適用したものである。図１に示すように、モータ１０は、円筒状のステータ１１と、ステータ１１の内周側に所定ピッチで形成されたスロット１２と、複数のスロット１２に収納されたステータコイル１３と、ステータ１１の内周側にギャップを介して回転自在に配置されたロータ１４とを備えている。

ステータ１１は、所定厚さの電磁鋼板を軸方向に積層して形成されている。ステータ１１の内周側には、スロット１２及びティース１５が円周方向に交互に形成されている。スロット１２は、ステータ１１の内周側に開口する開口部１２ａを有し、スロット１２の開口幅は、開口部１２ａから奥部１２ｂに至るまで等しくされたオープンスロット構造となっている。

ステータコイル１３は、後で詳細説明するが一つのスロット１２を挟んでその両側のスロット１２に巻装されている。ステータコイル１３は、図示しないが円周方向に分散して複数個配置されており、いわゆる分布巻で形成されている。
ロータ１４の外周部には、極性が周方向に交互に異なる多数の永久磁石（図示せず）が取り付けられている。分布巻されたステータコイル１３に位相の異なる交流を印加することにより、ステータ１１に回転磁界を発生させ、この回転磁界によりロータ１４が回転駆動される。

図２に示すように、ステータコイル１３は、平角線がエッジワイズ巻され積層して形成されており、ステータ１１のスロット１２に収納されるスロット収納部１６、１７と、スロット収納部１６、１７の端部同士を連結するコイルエンド部１８、１９と、コイルエンド部１８に形成されたコイル引出し部２０、２１とを有している。

平角線は断面長方形で扁平形状の導体線であり、断面長方形の平角線における断面長辺を含む面を平板面とし、断面長方形の平角線における断面短辺を含む面をエッジ面とする。エッジワイズ巻とは、この平角線のエッジ面側を折り曲げ、巻回したコイルのことを指す。平角線としてはエナメル処理された銅線を使用している。

コイルエンド部１８、１９は、図１に示すように、ステータ１１の外周面１１ａに倣って全体が緩やかに湾曲形成されている。さらに両コイルエンド部１８、１９の中央部にステータ１１の円周方向へ湾曲する湾曲部２２、２３がそれぞれ形成されている。
図２及び図３に示すように、湾曲部２２、２３は、コイルエンド部１８、１９の他部と曲率が異なり、他部より曲率が大きくなるように形成されている。湾曲部２２、２３は、平角線がフラットワイズ状に折り曲げて形成されている。なお、フラットワイズ状に折り曲げるとは、平角線の平板面側を折り曲げることを指す。また、コイルエンド部１８、１９の他部とは、コイルエンド部１８、１９の湾曲部２２、２３が形成されている部分を除いた部分を指す。

図１に示すように、ステータコイル１３は、スロット収納部１６、１７がスロット１２の深さ方向（ステータ１１の径方向）に対して平角線の平板面が直角となるようにスロット１２に重ねて収納されている。また、ステータコイル１３は、特定のスロット１２（空きスロット）を跨いでその両側のスロット１２に分布巻されている。

次に、上記構成を有するステータコイル１３について作用説明を行う。
ステータコイル１３のステータ１１への組付け時においては、図４（ａ）に示すように、先ず、ステータコイル１３をステータ１１の内周側に、湾曲部２２、２３が外周方向を向くように配置する。

次に、図４（ｂ）に示すように、スロット収納部１６、１７を治具又は指にて把持し、両スロット収納部１６、１７に互いに接近させる方向の圧縮荷重をかける。すると、ステータコイル１３は湾曲部２２、２３がステータ１１の円周方向に湾曲し、外周方向に大きく突出するよう弾性変形する。この圧縮変形状態で、スロット収納部１６、１７を所定のスロット１２の開口部１２ａに挿入させる。

そして、スロット収納部１６、１７を所定のスロット１２の深さ方向（ステータ１１の径方向）に挿入させつつ、圧縮荷重を徐々に解除することにより、ステータコイル１３は、図４（ｃ）に示すように、所定のスロット１２の深さ方向の適正位置に収納される。
なお、ステータコイル１３のスロット収納部１６、１７は、ステータ１１の軸方向の長さ（厚さ）よりも長く、コイルエンド部１８、１９がステータ１１と干渉しないように予め設定されている。

この第１の実施形態に係るステータコイル１３によれば以下の効果を奏する。
（１）コイルエンド部１８、１９にステータ１１の円周方向へ湾曲する湾曲部２２、２３が形成されているので、ステータコイル１３をステータ１１の内周側（ステータ１１の径方向）より挿入させるとき、湾曲部２２、２３の弾性を利用して両スロット収納部１６、１７を互いに接近させる方向に圧縮変形させて、スロット１２の開口部１２ａよりステータコイル１３を簡単に挿入させることができる。また、平角線を使用しているので、一つのスロット１２に対する導体線の占積率の低下を防止できる。
（２）ステータコイル１３をステータ１１の内周側（ステータ１１の径方向）より挿入させることができるので、ステータ１１の外側に組付けのための余分なスペースを必要とせず、スペースの節約を行える。
（３）湾曲部２２、２３はコイルエンド部１８、１９の他部と曲率が異なり、他部より曲率が大きくなるように形成されているので、湾曲部２２、２３にてステータコイル１３の圧縮変形を容易に行うことができる。
（４）湾曲部２２、２３は平角線をフラットワイズ状に折り曲げて形成すれば良いので、通常の加工機を用いて容易に加工することができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係るステータコイル３０を図５〜図８に基づいて説明する。
この実施形態は、第１の実施形態におけるステータコイル１３の形状を変更したものであり、その他の構成は共通である。
従って、ここでは説明の便宜上、先の説明で用いた符号を一部共通して用い、共通する構成についてはその説明を省略し、変更した個所のみ説明を行う。

図５に示すように、ステータコイル３０は、ステータ１１のスロット１２に収納されるスロット収納部３１、３２と、ステータ１１の外周方向に向けて屈曲して形成されたコイルエンド部３３、３４と、スロット収納部３１、３２とコイルエンド部３３、３４とを連結する連結部３９、４０と、コイルエンド部３３に形成されたコイル引出し部３５、３６とを有している。
スロット収納部３１、３２と連結部３９、４０とは平角線がエッジワイズ状に巻回して形成され、連結部３９、４０とコイルエンド部３３、３４とは、所定角度となるように平角線をフラットワイズ状に折り曲げて形成されている。

図６及び図７に示すように、コイルエンド部３３、３４は、ステータ１１の外周面１１ａに倣って全体が緩やかに湾曲形成されている。さらにこのコイルエンド部３３、３４の中央部にステータ１１の円周方向へ湾曲する湾曲部３７、３８が形成されている。
図５及び図６に示すように、湾曲部３７、３８は、コイルエンド部３３、３４の他部と曲率が異なり、他部より曲率が大きくなるように形成されている。湾曲部３７、３８は、平角線がフラットワイズ状に折り曲げて形成されている。

図７は、ステータコイル３０を装着したモータ４１を示しているが、ステータコイル３０は、スロット収納部３１、３２がスロット１２の深さ方向（ステータ１１の径方向）に対して平角線の平板面が平行となるようにスロット１２に重ねて収納されている。また、ステータコイル３０は、特定のスロット１２（空きスロット）を跨いでその両側のスロット１２に分布巻されている。
そして、コイルエンド部３３、３４は、スロット収納部３１、３２よりもステータ１１の外周方向に向けて屈曲して形成され、ステータ１１の外周面１１ａより外側に位置するように配置されている。

次に、上記構成を有するステータコイル３０について作用説明を行う。
ステータコイル３０のステータ１１への組付け時においては、図８（ａ）に示すように、先ず、ステータコイル３０をステータ１１の内周側に、湾曲部３７、３８が外周方向を向くように配置する。

次に、図８（ｂ）に示すように、スロット収納部３１、３２を治具又は指にて把持し、両スロット収納部３１、３２に互いに接近させる方向の圧縮荷重をかける。すると、ステータコイル３０は湾曲部３７、３８がステータ１１の円周方向に湾曲し、外周方向に大きく突出するようにして弾性変形する。この圧縮変形状態で、スロット収納部３１、３２を所定のスロット１２の開口部１２ａに挿入させる。

そして、スロット収納部３１、３２を所定のスロット１２の深さ方向（ステータ１１の径方向）に挿入させつつ、圧縮荷重を徐々に解除することにより、ステータコイル３０は、図８（ｃ）に示すように、所定のスロット１２の深さ方向の適正位置に収納される。
なお、ステータコイル３０のスロット収納部３１、３２は、ステータ１１の軸方向の長さ（厚さ）よりも長く、連結部３９、４０がステータ１１と干渉しないように予め設定されている。

この第２の実施形態に係るステータコイル３０によれば第１の実施形態における（１）〜（４）と同等の効果を得ることに加えて、コイルエンド部３３、３４がスロット収納部３１、３２よりもステータ１１の外周方向に向けて屈曲して形成されているので、スロット収納部３１、３２を収納するスロット１２間に配置された他のスロット１２とコイルエンド部３３、３４とのオーバーラップを回避することができる。そして、分布巻を構成する他のステータコイルを、他のスロット１２へ組付ける時に、コイルエンド部が前記コイルエンド部３３、３４と干渉することを防止できる。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係るステータコイルを図９〜図１０に基づいて説明する。
この実施形態は、第１の実施形態におけるステータコイル１３と、第２の実施形態におけるステータコイル３０とを組合せて使用したものであり、その他の構成は共通である。
従って、ここでは説明の便宜上、先の説明で用いた符号を一部共通して用い、共通する構成についてはその説明を省略し、変更した個所のみ説明を行う。

図９に示すように、モータ５０では、形状の異なる第１ステータコイル５１及び第２ステータコイル５８が、特定の空きスロット１２を跨いで円周方向にそれぞれ配置されている。
第１ステータコイル５１は、コイルエンド部５４、５５がスロット収納部５２、５３よりもステータ１１の外周方向に向けて屈曲して形成されると共に、スロット収納部５２、５３がスロット１２の深さ方向に対して平角線を平行に重ねて形成されている。コイルエンド部５４、５５には湾曲部５６、５７が形成されている。（形状は、第２の実施形態におけるステータコイル３０と同等である。）

一方、第２ステータコイル５８は、スロット収納部５９、６０とコイルエンド部６１、６２とを有し、スロット収納部５９、６０がスロット１２の深さ方向に対して平角線を直角に重ねて形成されている。コイルエンド部６１、６２には、湾曲部６３、６４が形成されている。（形状は、第１の実施形態におけるステータコイル１３と同等である。）

第１ステータコイル５１は、間に３個のスロット１２を介在させてその両側のスロット１２に湾曲部５６、５７を外周方向に向けてスロット収納部５２、５３がそれぞれ装着されている。第１ステータコイル５１のコイルエンド部５４、５５は、ステータ１１の外周面１１ａより外側に位置するように配置されている。
第２ステータコイル５８は、上記３個のスロット１２のうち間に空きスロット１２を挟んだ両側のスロット１２に湾曲部６３、６４を外周方向に向けてスロット収納部５９、６０がそれぞれ装着されている。第２ステータコイル５８のコイルエンド部６１、６２は、ステータ１１の外周面１１ａより内側、即ち、第１ステータコイル５１のコイルエンド部５４、５５よりもステータ１１の内周側に位置するように配置されている。

次に、上記構成を有するモータ５０について作用説明を行う。
第１ステータコイル５１及び第２ステータコイル５８のステータ１１への組付け時においては、図１０（ａ）に示すように、先ず、第１ステータコイル５１をステータ１１の内周側に湾曲部５６、５７が外周方向を向くように配置し、圧縮変形させてスロット収納部５２、５３を所定のスロット１２の開口部１２ａから挿入させる。

次に、図１０（ｂ）に示すように、第２ステータコイル５８をステータ１１の内周側に湾曲部６３、６４が外周方向を向くように配置し、圧縮変形させてスロット収納部５９、６０を、第１ステータコイル５１のスロット収納部５２、５３を収納したスロット１２間に配置された上記３個のスロット１２のうち間に空きスロット１２を挟んだ両側のスロット１２の開口部１２ａから挿入させる。
このとき、先に装着された第１ステータコイル５１のコイルエンド部５４、５５は、ステータ１１の外周面１１ａより外側に位置するように配置されているので、ステータ１１の外周面１１ａより内側に位置するように配置されたコイルエンド部６１、６２がコイルエンド部５４、５５と干渉することを防止できる。

図１０（ｃ）に示すように、第１ステータコイル５１及び第２ステータコイル５８は、相互に干渉することなく各スロット１２にスムースに装着できる。なお、各スロット１２における平角線の配列方向は、両コイルで異なっている。
このように、形状の異なる第１ステータコイル５１及び第２ステータコイル５８を円周方向にオーバーラップさせて分布巻を構成することができるので、スロットへのコイル（導体線）の占積率を向上可能である。

なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能であり、例えば、次のように変更しても良い。
○ 第１の実施形態〜第３の実施形態においては、各コイルエンド部に形成される湾曲部の数を一つとして説明したが、湾曲部を複数形成し波型としてもよいし、その他弾性変形しやすい形状であれば良い。

１０ モータ
１１ ステータ
１２ スロット
１２ａ 開口部
１３ ステータコイル
１４ ロータ
１６ スロット収納部
１７ スロット収納部
１８ コイルエンド部
１９ コイルエンド部
２２ 湾曲部
２３ 湾曲部
３０ ステータコイル
３１ スロット収納部
３２ スロット収納部
３３ コイルエンド部
３４ コイルエンド部
３７ 湾曲部
３８ 湾曲部
５１ 第１ステータコイル
５２ スロット収納部
５３ スロット収納部
５４ コイルエンド部
５５ コイルエンド部
５６ 湾曲部
５７ 湾曲部
５８ 第２ステータコイル
５９ スロット収納部
６０ スロット収納部
６１ コイルエンド部
６２ コイルエンド部
６３ 湾曲部
６４ 湾曲部

Claims (5)

1. 弾性を有する平角線で形成され、モータのステータのスロットに分布巻で装着されるステータコイルにおいて、
   複数の前記スロットに収納されるスロット収納部と、前記複数のスロット収納部の端部を連結するコイルエンド部とを有し、
   前記コイルエンド部に、前記ステータの円周方向へ湾曲する湾曲部が形成されていることを特徴とするステータコイル。
2. 前記湾曲部は、前記コイルエンド部の他部と曲率が異なることを特徴とする請求項１に記載のステータコイル。
3. 前記ステータコイルはエッジワイズ巻であり、前記湾曲部は、前記平角線がフラットワイズ状に折り曲げられて形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のステータコイル。
4. 前記コイルエンド部は、前記スロット収納部よりも前記ステータの外周方向に向けて屈曲して形成され、前記スロット収納部は前記スロットの深さ方向に対して前記平角線を平行に重ねて形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のステータコイル。
5. 円筒状のステータと、前記ステータのスロットに分布巻にて装着される平角線よりなるステータコイルと、前記ステータの内周側に配置されたロータとを備えたモータであって、
   前記ステータコイルは複数の前記スロットに収納されたスロット収納部と、前記複数のスロット収納部の端部を連結するコイルエンド部とを有し、前記コイルエンド部が前記スロット収納部よりも前記ステータの外周方向に向けて屈曲して形成されると共に、前記スロット収納部が前記スロットの深さ方向に対して前記平角線を平行に重ねて形成されている第１ステータコイルと、前記スロット収納部が前記スロットの深さ方向に対して前記平角線を直角に重ねて形成される第２ステータコイルとからなり、
   前記第１及び第２ステータコイルは、特定のスロットを跨いで前記第２ステータコイルの前記コイルエンド部が前記第１ステータコイルの前記コイルエンド部よりも前記ステータの内周側に位置してそれぞれ円周方向に配置されていることを特徴とするモータ。