JP2011254656A

JP2011254656A - 固定子および電動機

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Publication number: JP2011254656A
Application number: JP2010127964A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kinugawa; 浩行衣川; Hiroyuki Ogura; 廣行小倉; Tatsuhiro Ujiie; 達浩氏家
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-06-03
Filing date: 2010-06-03
Publication date: 2011-12-15
Anticipated expiration: 2030-06-03
Also published as: JP5595125B2; US8593031B2; US20110298329A1

Abstract

【課題】コイル線をインシュレータ外側に通すことなくティース間での渡しを行い、インシュレータの小型化を図り、コイル線と固定子外側ケースとの絶縁距離を確保し、巻線時間、巻線設備費用や巻線長さを減少する。
【解決手段】複数のティース２が一体に連結された鉄心３と、所定個数のティース２ごとに一巻きで巻線されたコイル線５とからなり、コイル線５は、所定個数のティース２において、隣接するティース２の対向面間で斜めに渡されることによって、巻線されたティース２から他のティース２への巻線に移行する。
【選択図】図２

Description

この発明は、複数のティースごとに１本のコイル線が巻線された固定子およびこの固定子を備えた電動機に関するものである。

電動機に備えられる固定子には、複数のティースが一体に連結された鉄心が設けられている。各ティースにはインシュレータ（絶縁材）が取り付けられ、このインシュレータにはコイル線が巻線されている。ここで、複数のティースは３セット（電動機のＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応）に分けられ、各セットに１本のコイル線が巻線されている。この場合、ティース間でコイル線を渡す必要がある。
そこで、従来の固定子では、インシュレータに巻線されたコイル線をインシュレータ外側（バックヨーク側）に通すことによって、他のインシュレータにこのコイル線を渡している（例えば特許文献１，２参照）。

特許３７４１６００号公報特開２００８−１６７６０４号公報

しかしながら、従来の固定子では、ティース間でコイル線を渡す際にこのコイル線をインシュレータ外側に通して渡しているため、コイル線による張力に降伏することがないようにインシュレータのサイズ、特にバックヨーク側の厚みを増大させる必要があるという課題があった。
また、コイル線がインシュレータ外側にも配置されるため、インシュレータ外側のコイル線と固定子外側の電動機ケースとの絶縁距離を確保することが困難であり、短絡する恐れがあるという課題があった。
さらに、コイル線をインシュレータ外側に通す必要があるため、巻線時間や巻線設備費用が増大し、巻線長さも長くなるという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、コイル線をインシュレータ外側に通すことなくティース間での渡しを行うことで、インシュレータの小型化を図ることができ、コイル線と固定子外側ケースとの絶縁距離を確保することができ、また、巻線時間、巻線設備費用や巻線長さを減少することができる固定子およびこの固定子を備えた電動機を提供することを目的としている。

この発明に係る固定子は、複数のティースが一体に連結された鉄心と、所定個数のティースごとに一巻きで巻線されたコイル線とからなり、コイル線は、所定個数のティースにおいて、隣接するティースの対向面間で斜めに渡されることによって、巻線されたティースから他のティースへの巻線に移行するものである。

この発明によれば、上記のように構成したので、コイル線をインシュレータ外側に通すことなく隣接するティース間で渡しを行い、インシュレータ内側にのみコイル線を配置させることで、インシュレータの小型化を図ることができ、コイル線と固定子外側ケースとの絶縁距離を確保することができる。また、巻線時間、巻線設備費用や巻線長さを減少させることができる。

この発明の実施の形態１に係る固定子の構成を示す上面図である。この発明の実施の形態１における鉄心に対するコイル線の巻線工程を示す（ａ）１つ目のティースから２つ目のティースへのコイル線の渡しを示す斜視図であり、（ｂ）２つ目のティースから３つ目のティースへのコイル線の渡しを示す斜視図であり、（ｃ）巻線完了を示す斜視図である。この発明の実施の形態１に係るコイル線と固定子外側ケースとの間の絶縁距離を説明する横断面図である。この発明の実施の形態２における鉄心の構成を示す斜視図である。この発明の実施の形態２における鉄心に対するコイル線の巻線工程を示す（ａ）１つ目のティースから２つ目のティースへのコイル線の渡しを示す斜視図であり、（ｂ）２つ目のティースから３つ目のティースへのコイル線の渡しを示す斜視図であり、（ｃ）巻線完了を示す斜視図である。この発明の実施の形態２における鉄心に対する湾曲工程を示す（ａ）湾曲前を示す上面図であり、（ｂ）湾曲後を示す上面図である。この発明の実施の形態３における鉄心の構成を示す（ａ）上側からの斜視図であり、（ｂ）下側からの斜視図である。この発明の実施の形態３における鉄心の構成を示す（ａ）上面図であり、（ｂ）正面図であり、（ｃ）下面図である。この発明の実施の形態３における１つ目のティースに対するコイル線の巻線を示す（ａ）上側からの斜視図であり、（ｂ）下側からの斜視図である。この発明の実施の形態３における２つ目のティースに対するコイル線の巻線を示す（ａ）上側からの斜視図であり、（ｂ）下側からの斜視図である。この発明の実施の形態３における３つ目のティースに対するコイル線の巻線を示す（ａ）上側からの斜視図であり、（ｂ）下側からの斜視図である。この発明の実施の形態３における鉄心に対するコイル線の巻線を示す（ａ）１層目から２層目へのコイル線の移行を示す下面図であり、（ｂ）２層目最終列でのコイル線の巻線を示す下面図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
固定子１は、図１に示すように、複数のティース２（２ａ〜２ｉ）が円弧状に配列されて一体に連結された鉄心３と、各ティース２に対して覆うように取り付けられ、鉄心３にコイル線５を巻線する際に傷が付くことを防止し、かつ鉄心３とコイル線５とを絶縁する樹脂製のインシュレータ（絶縁材）４（４ａ〜４ｉ）と、インシュレータ４に巻線されたコイル線５（５ａ〜５ｃ）とから構成されている。

複数のティース２は、図１に示すように、隣接する３個のティース２を１セットとして３セット（電動機２０のＵ相，Ｖ相，Ｗ相に対応）に分けられている。このティース２には、各セットに１本のコイル線５が巻線されている。
ここで、各セット内で隣接するティース２（例えばティース２ａとティース２ｂ）間は、図２（ｃ）に示すように、両ティース２の対向面（インシュレータ４ａの左側長辺とインシュレータ４ｂの右側長辺）間で斜めにコイル線５が渡されている。

次に、上記のように構成される鉄心３に対するコイル線５の巻線工程について説明する。なお、図２では、図１に示す鉄心３のうち、１セットのティース２（ティース２ａ〜２ｃ）部分のみを抜き出して示している。
鉄心３に対するコイル線５の巻線工程では、まず、不図示の巻線機は、１つ目のティース２（ティース２ａ）のインシュレータ４ａにコイル線５ａを巻線する。ここで、インシュレータ４ａへのコイル線５ａの巻線方法は従来の巻線方法と同様であり、巻線機は、インシュレータ４ａの右側長辺の根元から時計回りに先端に向かって１層目のコイル線５ａを所定回数巻線する。次いで、インシュレータ４ａの先端から時計回りに根元に向かって２層目のコイル線５ａを所定回数巻線する。なお、２層目のコイル線５ａを巻線する際に、インシュレータ４ａの四隅で、コイル線５ａが、１層目のコイル線５ａによる溝に収まるようにして整列巻きを行う。

次いで、巻線機は、図２（ａ）に示すように、ティース２ａから、隣接する２つ目のティース２（ティース２ｂ）に向かってコイル線５ａを渡す。ここで、巻線機は、インシュレータ４ａの左側長辺とインシュレータ４ｂの右側長辺との間で、インシュレータ４ａの下側短辺の左端からインシュレータ４ｂの上側短辺の右端に向かって、斜めにコイル線５ａを渡す。

次いで、巻線機は、インシュレータ４ｂにコイル線５ａを巻線する。ここで、巻線機は、インシュレータ４ｂの上側短辺の根元から反時計回りに先端に向かって１層目のコイル線５ａを所定回数巻線する。次いで、インシュレータ４ｂの先端から反時計回りに根元に向かって２層目のコイル線５ａを所定回数巻線する。

次いで、巻線機は、図２（ｂ）に示すように、ティース２ｂから、隣接する３つ目のティース２（ティース２ｃ）に向かってコイル線５ａを渡す。ここで、巻線機は、インシュレータ４ｂの左側長辺とインシュレータ４ｃの右側長辺との間で、インシュレータ４ｂの上側短辺の左端からインシュレータ４ｃの下側短辺の右端に向かって、斜めにコイル線５ａを渡す。

次いで、巻線機は、インシュレータ４ｃにコイル線５ａを巻線する。ここで、巻線機は、インシュレータ４ｃの下側短辺の根元から反時計回りに先端に向かって１層目のコイル線５ａを所定回数巻線する。次いで、インシュレータ４ｃの先端から反時計回りに根元に向かって２層目のコイル線５ａを所定回数巻線する。

これにより、図２（ｃ）に示すように、ティース２ａ〜２ｃに対してコイル線５ａを巻線することができる。なお、ティース２ｂに対するコイル線５ａの巻線長さは、ティース２ａ，２ｃに対するコイル線５ａの巻線長さに対して左側長辺分短くなる。
その後、残りの２セットのティース２（ティース２ｄ〜２ｆ，ティース２ｇ〜２ｉ）に対しても同様にコイル線５ｂ，５ｃの巻線を行い、固定子１を構成する。

なお、隣接するティース２（ティース２ａとティース２ｂ）でコイル線５の巻線方向が異なるが、固定子１が備えられる電動機２０の、不図示のマグネットを含む回転子や電動機２０の動作を制御するプログラムによって問題なく動作させることが可能である。

以上のように、この実施の形態１によれば、隣接するティース２間でコイル線５を渡す際に、隣接するティース２の対向面間で斜めにコイル線５を渡し、インシュレータ４内側にのみコイル線５を配置させるように構成したので、インシュレータ４外側にコイル線５が配置されることはなくなり、インシュレータ４外側（バックヨーク側）にコイル線５による張力は掛からないため、インシュレータ４のサイズ、特にバックヨーク側の厚みを縮小することができ、重量削減にも寄与することができる。

また、インシュレータ４外側にコイル線５が配置されることはないため、図３に示すように、コイル線５と、固定子１外側のケース２０ａとの絶縁距離を容易に確保することができ、短絡の発生を防止することができる。
さらに、コイル線５を巻線する際に、インシュレータ４外側にコイル線５を通す必要がなくなるため、巻線時間や巻線長さを減少させることができ、また、巻線設備を簡略化することが可能となり、巻線設備費用を減少させることができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、複数のティース２が円弧状に配列された鉄心３に対するコイル線５の巻線について示したが、実施の形態２では、複数のティース２が直線状に配列された鉄心６に対するコイル線５の巻線について示す。
なお、図４〜６において、図１に示す実施の形態１に係る固定子１と同様の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。また、図４〜６では、固定子１を構成する鉄心６のうち、１セットのティース２（２ａ〜２ｃ）部分のみを抜き出して示している。

鉄心６は、図４に示すように、複数のティース２が直線状に配列されて一体に連結されたものであり、各ティース２間でティース２側に折り曲げることで湾曲可能に構成されている。この鉄心６は、各ティース２にコイル線５が巻線された後、ティース２側に湾曲されて円形に成形されることによって、固定子１を構成する。

次に、上記のような鉄心６に対する巻線工程および湾曲工程について説明する。
図５に示すように、鉄心６に対するコイル線５の巻線工程は、図２に示す鉄心３に対するコイル線５の巻線工程と同様であり、その説明を省略する。
次いで、鉄心６に対する湾曲工程では、鉄心６に対するコイル線５の巻線が完了した後、図６に示すように、鉄心６をティース２側に湾曲させる。その後、鉄心６両端の接触面６ａ部分を接合して円形に成形することによって固定子１を構成する。

ここで、従来の巻線方法では、隣接するティース２間でコイル線５を渡す際にインシュレータ４外側にコイル線５を通している。そのため、コイル線５が巻線された鉄心６をティース２側に湾曲させた際にコイル線５が引っ張られ、コイル線５による張力がより増大することになる。これにより、コイル線５の伸びや擦れが発生し、サージやショートの発生が懸念されることになる。

それに対して実施の形態２における巻線方法では、ティース２間でコイル線５を渡す際に、隣接するティース２の対向面間で斜めにコイル線５を渡してインシュレータ４内側にのみコイル線５を配置させるように構成している。そのため、コイル線５が巻線された鉄心６をティース２側に湾曲させた際に、隣接するティース２間の距離が縮むことで、コイル線５による張力が弱まる。そのため、従来方法に対してコイル線５の伸びや擦れが抑制され、サージやショートの発生を回避することができる。

以上のように、この実施の形態２によれば、複数のティース２が直線状に配列され、コイル線５の巻線後に湾曲させて円形に成形する鉄心６を用いた場合に、隣接するティース２間でコイル線５を渡す際に隣接するティース２の対向面間で斜めにコイル線５を渡し、インシュレータ４内側にのみコイル線５を配置させるように構成したので、実施の形態１における効果に加えて、コイル線５の伸びや擦れを抑制することができ、サージやショートの発生を回避することができる。

実施の形態３．
実施の形態３では、各ティース２に、コイル線５を巻線する際に容易かつ高線積に巻線を行うための部材を設けたものについて示す。以下では、実施の形態２に示した、複数のティース２が直線状に配列された鉄心６を用いて説明を行う。
なお、図７〜１２において、図４〜６に示す実施の形態２に係る固定子１の構成と同様の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。また、図７〜１１では、固定子１を構成する鉄心３のうち、１セットのティース２（ティース２ａ〜２ｃ）部分のみを抜き出して示している。

図７，８に示すように、各インシュレータ４の根元側には、整列巻補助部７（７ａ〜７ｉ）および干渉防止部８（８ａ〜８ｉ）が一体に形成されている。また、各インシュレータ４の先端側には、移行補助部９（９ａ〜９ｉ）が一体に形成されている。

整列巻補助部７は、巻線されるコイル線５を、既に巻線されたコイル５に対して、ティース２の軸線方向に１列ずらすガイドであり、一方側に緩やかな傾斜の第１テーパ１０（１０ａ〜１０ｉ）を有している。また、整列巻補助部７の他方側に、第１テーパ１０に対して急勾配の第２テーパ１１（１１ａ〜１１ｉ）を有している。この第２テーパ１１は、図１２（ｂ）に示すように、２層目最終列のコイル線５を、第２テーパ１１とその上列の一層目のコイル線５とによる溝に収めさせて巻線崩れを防止するものである。

ここで、整列巻補助部７は、各ティース２に対するコイル線５の巻線に応じて、ティース２ごとに異なる位置・形状に形成されている。
図７，８に示すように、整列巻補助部７ａは、１つ目のティース２（ティース２ａ）のインシュレータ４ａの下側短辺に沿って形成され、右端から左端に向かって高くなる第１テーパ１０ａを有している。また、整列巻補助部７ｂは、２つ目のティース２（ティース２ｂ）のインシュレータ４ｂの下側短辺に沿って形成され、左側から右側に向かって高くなる第１テーパ１０を有している。また、整列巻補助部７ｃは、３つ目のティース２（ティース２ｃ）のインシュレータ４の上側短辺に沿って形成され、左側から右側に向かって高くなる第１テーパ１０を有している。

干渉防止部８は、整列巻補助部７により次列に移行したコイル線５を平行に巻線させて、既に巻線された前列のコイル線５との干渉を防止するガイドである。また、干渉防止部８は、隣接するティース２の対向面間で渡されたコイル線５と干渉することがないように一部にテーパを有している。

ここで、干渉防止部８は、各ティース２に対するコイル線５の巻線に応じて、ティース２ごとに異なる位置・形状に形成されている。
図７，８に示すように、干渉防止部８ａは、１つ目のティース２（ティース２ａ）のインシュレータ４ａの左側長辺および上側短辺に沿って形成されている。また、干渉防止部８ｂは、２つ目のティース２（ティース２ｂ）のインシュレータ４ｂの右側長辺に沿って形成されている。また、干渉防止部８ｃは、３つ目のティース２（ティース２ｃ）のインシュレータ４ｃの右側長辺に沿って形成されている。

移行補助部９は、巻線されるコイル線５を、既に巻線されたコイル線５に対して、ティース２軸の法線方向に１層ずらすガイドであり、円弧状に形成されている。
ここで、移行補助部９は、各ティース２に対するコイル線５の巻線状態に応じて、ティース２ごとに異なる位置・形状に形成されている。
図７，８に示すように、移行補助部９ａは、１つ目のティース２（ティース２ａ）のインシュレータ４ａの下側短辺に形成されている。また、移行補助部９ｂは、２つ目のティース２（ティース２ｂ）のインシュレータ４ｂの下側短辺に形成されている。また、移行補助部９ｃは、３つ目のティース２（ティース２ｃ）のインシュレータ４ｃの上側短辺に形成されている。

なお、図示はしないが、残りのインシュレータ４ｄ〜４ｉに対してもインシュレータ４ａ〜４ｃと同様に、整列巻補助部７ｄ〜７ｉ、干渉防止部８ｄ〜８ｉおよび移行補助部９ｄ〜９ｉが形成されている。

次に、上記のように構成された鉄心６に対するコイル線５の巻線工程について説明する。なお、この鉄心６に対するコイル線５の巻線工程は、巻線動作自体は実施の形態１に示したコイル線５の巻線工程と同様であり、簡略化して説明する。
鉄心６に対する巻線工程では、図９に示すように、まず、巻線機は、インシュレータ４ａに１層目のコイル線５ａを巻線する。ここで、図９（ｂ）に示すように、１列目（インシュレータ４ａ根元）にコイル線５ａが巻線されている際に、コイル線５ａが、整列巻補助部７ａによってティース２ａ先端側に１列ずらされ２列目に移行する。次いで、図９（ａ）に示すように、コイル線５ａは、干渉防止部８ａにより２列目の位置のまま右側長辺側にガイドされる。この際、ガイドされたコイル線５ａは、既に巻線された１列目のコイル線５ａと干渉することはない。その後２列目以降は、既に巻線されたコイル線５ａをガイドにして巻線される。

次いで、巻線機は、インシュレータ４ａに２層目のコイル線５ａを巻線する。ここで、図１２（ａ）に示すように、コイル線５ａを２層目の巻線に移行する際に、移行補助部９ａによって、このコイル線５ａを、既に巻線された１層目の最終列のコイル線５ａとその下列のコイル線５ａによる溝に収めさせ、インシュレータ４ａ根元側に向かって巻線させる。
また、図１２（ｂ）に示すように、２層目最終列のコイル線５ａを巻線する際に、コイル線５ａを、第２テーパ１１ａとその上列のコイル線５とによる溝に収めさせる。
これによりコイル線５ａの巻線崩れの発生を防止し、整列巻を容易に維持することができる。

次いで、巻線機は、図１０に示すように、インシュレータ４ａの左側長辺とインシュレータ４ｂの右側長辺との間で、インシュレータ４ａの下側短辺の左端からインシュレータ４ｂの上側短辺の右端に向かって、斜めにコイル線５ａを渡す。

次いで、巻線機は、インシュレータ４ｂに１層目のコイル線５ａを巻線する。ここで、図１０（ｂ）に示すように、１列目（インシュレータ４ｂ根元）にコイル線５ａが巻線されている際に、コイル線５ａが、整列巻補助部７ｂによってティース２ｂ先端側に１列ずらされ２列目に移行する。次いで、図１０（ａ）に示すように、コイル線５ａは、干渉防止部８ｂにより２列目の位置のまま上側短辺側にガイドされる。この際、ガイドされたコイル線５ａは、既に巻線された１列目のコイル線５ａと干渉することはない。その後２列目以降は、既に巻線されたコイル線５ａをガイドにして巻線される。
次いで、巻線機は、インシュレータ４ａと同様に、インシュレータ４ｂに２層目のコイル線５ａを巻線する。

次いで、巻線機は、図１１に示すように、インシュレータ４ｂの左側長辺とインシュレータ４ｃの右側長辺との間で、インシュレータ４ｂの上側短辺の左端からインシュレータ４ｃの下側短辺の右端に向かって、斜めにコイル線５ａを渡す。

次いで、巻線機は、インシュレータ４ｃに１層目のコイル線５ａを巻線する。ここで、図１１（ａ）に示すように、１列目（インシュレータ４ｃ根元）にコイル線５ａが巻線されている際に、コイル線５ａが、整列巻補助部７ｃによってティース２ｃ先端側に１列ずらされ２列目に移行する。次いで、図１１（ｂ）に示すように、コイル線５ａは、干渉防止部８ｃにより２列目の位置のまま下側短辺側にガイドされる。この際、ガイドされたコイル線５ａは、既に巻線された１列目のコイル線５ａと干渉することはない。その後２列目以降は、既に巻線されたコイル線５ａをガイドにして巻線される。
次いで、巻線機は、インシュレータ４ａと同様に、インシュレータ４ｃに２層目のコイル線５ａを巻線する。

これにより、ティース２ａ〜２ｃに対してコイル線５ａを巻線することができる。なお、残りの２セットのティース２（ティース２ｄ〜２ｆ，ティース２ｇ〜２ｉ）に対しても同様にコイル線５ｂ，５ｃの巻線を行い、鉄心６をティース２側に湾曲して円形に成形することによって固定子１を構成する。

以上のように、この実施の形態３によれば、各ティース２の根元側に、コイル線５を巻線する際に、整列巻きを容易に行うための整列巻補助部７と、コイル線５同士の干渉を防止するための干渉防止部８とを設け、先端側に、コイル線５の２層目への移行を容易に行うための移行補助部９を設けるように構成したので、実施の形態１，２における効果に加えて、コイル線５の巻線が容易となり、また、コイル線５の線積率を向上させることができる。

なお、実施の形態３では、複数のティース２が直線状に配列された鉄心６を用いて説明を行ったが、これに限るものではなく、実施の形態１に示した、複数のティース２が円弧状に配列された鉄心３に対しても同様に適用することができる。
また、実施の形態３では、整列巻補助部７を各ティース２の短辺側に形成するようにしたが、これに限るものではなく、長辺側に形成するようにしてもよい。

１固定子、２，２ａ〜２ｉティース、３，６鉄心、４，４ａ〜４ｉインシュレータ、５，５ａ〜５ｃコイル線、６ａ接触面、７，７ａ〜７ｉ整列巻補助部、８，８ａ〜８ｉ干渉防止部、９，９ａ〜９ｉ移行補助部、１０，１０ａ〜１０ｉ第１テーパ、１１，１１ａ〜１１ｉ第２テーパ、２０電動機、２０ａケース。

Claims

複数のティースが一体に連結された鉄心と、所定個数の前記ティースごとに一巻きで巻線されたコイル線とからなる固定子において、
前記コイル線は、前記所定個数のティースにおいて、隣接するティースの対向面間で斜めに渡されることによって、巻線されたティースから他のティースへの巻線に移行する
ことを特徴とする固定子。
ティースには、巻線されるコイル線を、既に巻線されたコイル線に対して、前記ティースの軸心方向に１列ずらす整列巻補助部が設けられる
ことを特徴とする請求項１記載の固定子。
ティースには、巻線されるコイル線が既に巻線されたコイル線と干渉することを防止する干渉防止部が設けられる
ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の固定子。
干渉防止部は、ティースの対向面間で渡されたコイル線との干渉を防止するテーパを有する
ことを特徴とする請求項３記載の固定子。
ティースには、巻線されるコイル線を、既に巻線されたコイル線に対して、前記ティース軸の法線方向に１層ずらす移行補助部が設けられる
ことを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか１項記載の固定子。
鉄心には複数のティースが直線状に配列され、前記鉄心は前記ティース側に湾曲可能に構成される
ことを特徴とする請求項１から請求項５のうちいずれか１項記載の固定子。
複数のティースが一体に連結された鉄心と、所定個数の前記ティースごとに一巻きで巻線されたコイル線とからなる固定子を備えた電動機において、
前記コイル線は、前記所定個数のティースにおいて、隣接するティースの対向面間で斜めに渡されることによって、巻線されたティースから他のティースへの巻線に移行する
ことを特徴とする電動機。