JP2017195647A - インシュレータ、ステータ、回転電機及びステータの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】端末線をインシュレータの溝内に仮固定することにより回転電機の生産性を向上できる、インシュレータ、ステータ、回転電機及びステータの製造方法を提供する。【解決手段】インシュレータ５は、ティース部４１を覆ってティース部４１とティース部４１に巻装されるコイル４５とを電気的に絶縁するティース被覆部５１と、コイル４５の外周側と分割ヨーク部１１との間を電気的に絶縁する外鍔５２と、コイル４５の内周側とティース部４１の内側先端から周方向両側に張り出したシュー部４１ｓとの間を電気的に絶縁する内鍔５３とからなり、外鍔５２および内鍔５３のいずれか一方は、コイル４５の端末線を挿入するための、径方向に延び、上方が開口する溝５２ｃ、５２ｄを有し、溝５２ｃ、５２ｄの両側壁部６１、６２から、互いに周方向に対向して突出する一対の係止突起６１ｂ、６２ｂを備える。【選択図】図６

Description

この発明は、インシュレータ、ステータ、回転電機及びステータの製造方法に関するものである。

従来、回転電機のステータは、径方向内側に放射状に延びる複数のティース部を有する環状のステータコアと、各ティース部に巻装されたコイルとを備えている。このようなステータでは、コイルの占積率向上のため、ステータコアを１つのティース部毎に分割して、分割コアとした構造を有するものがある（例えば、特許文献１参照）。

各分割コアには、その形状に対応した形状の絶縁用のインシュレータが装着されるとともに、各分割コアのティース部には、インシュレータを介してコイルが巻装されている。ところで、上記のようなステータでは、分割コアに巻装したコイルからは、巻き始めの端部（巻始端末線）及び巻き終わりの端部（巻終端末線）がそれぞれ引き出されており、それら巻始端末線及び巻終端末線は、各分割コアを環状に組み立てる作業時に、インシュレータに形成された溝にそれぞれ挿入される。

また、複数の分割コアに連続してコイルを巻装する製造方法では、各分割コア間のコイル同士をつなぐ渡り線部が必要となる。この渡り線も上述の溝に挿入される。

特許文献１のインシュレータの溝には、渡り線と端末線とが緩むことにより保持溝から離脱し、コイルの整列状態が崩れて隣り合うコイル同士が干渉し、分割コアを環状化する際に分割コアの周方向端部同士を当接できない不具合が発生することを防止するために、渡り線及び端末線用の係止突起が設けられている。

特開平２０１０−１１００４８号公報

特許文献１に記載の係止突起のような、端末線を引っ掛けるだけの係止突起では、端末線を完全にインシュレータに仮固定することができず、分割コアにコイルを巻装して円環状に組み立てる過程において、溝から端末線が外れ易い。一度、端末線が外れると、連鎖してコイルが巻き崩れを起こし、製品の不良率が上がったり、回転電機の生産性を悪化させ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あり、巻始端末線、巻終端末線のインシュレータの溝内への位置決め作業を容易化でき、更に、ステータの製造工程において各端末線をインシュレータの溝内に仮固定することにより回転電機の生産性を向上できる、インシュレータ、ステータ、回転電機及びステータの製造方法を提供することを目的とする。

この発明に係るインシュレータは、
ティース部と前記ティース部の最外周部から周方向両側へ延びる弧状に形成された分割ヨーク部とからなる、ステータコア用の分割コアに装着する絶縁用のインシュレータであって、
前記インシュレータは、前記ティース部を覆って前記ティース部と前記ティース部に巻装されるコイルとを電気的に絶縁するティース被覆部と、前記コイルの外周側と前記分割ヨーク部との間を電気的に絶縁する外鍔と、
前記コイルの内周側と前記ティース部の内側先端から周方向両側に張り出したシュー部との間を電気的に絶縁する内鍔とからなり、
前記外鍔および前記内鍔のいずれか一方は、前記コイルの端末線を挿入するための、径方向に延び、上方が開口する溝を有し、
前記溝の両側壁部から、互いに周方向に対向して突出する一対の係止突起を備えるものである。
また、この発明に係るステータは、
ティース部と、
前記ティース部の最外周部から周方向両側へ延びる弧状に形成された分割ヨーク部とからなる分割コアを複数個環状に結合したステータコアと、
それぞれの前記分割コアに装着した前記インシュレータと、
前記コイルとを備えたものである。
また、この発明に係る回転電機は、
前記ステータと、
前記ステータを保持するフレームと、
前記ステータの内周面に外周面を対向して回転可能に配設されたロータとからなるものである。
また、この発明に係るステータの製造方法は、
一対の前記係止突起の間を、前記端末線を弾性変形させて軸方向に通過させ、前記端末線を前記溝内に仮固定するものである。

この発明に係るインシュレータ、ステータ、回転電機及びステータの製造方法によれば、巻始端末線、巻終端末線のインシュレータの溝内への位置決め作業を容易化でき、更に、ステータの製造工程において各端末線をインシュレータの溝内に仮固定することにより、コイルの巻き崩れを防止して回転電機の生産性を向上できる。

この発明の実施の形態１に係る回転電機の上面図である。 この発明の実施の形態１に係るインシュレータを装着した分割コアの斜視図である。 この発明の実施の形態１に係るインシュレータを装着した分割コアの上面図である。 この発明の実施の形態１に係るインシュレータの斜視図である。 この発明の実施の形態１に係るインシュレータの上面図である。 図５のＡ−Ａ線における断面図である。 図６の要部拡大図である。 この発明の実施の形態１に係る他の巻終端末線を保持する状態を示す、インシュレータの溝の断面図である。 巻線装置を、その回転軸方向から見た図である。 巻線装置を、その回転軸に垂直な方向から見た図である。 この発明の実施の形態２に係る上側係止突起と下側係止突起の構成を示す図である。 この発明の実施の形態３に係る上側係止突起と下側係止突起の構成を示す図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１に係るインシュレータ、ステータ、回転電機及びステータの製造方法を、図を用いて説明する。なお、本明細書で、特に断り無く「軸方向」、「周方向」、「径方向」、「内周側」、「外周側」、「内周面」、「外周面」、というときは、それぞれ、ステータの「軸方向」、「周方向」、「径方向」、「内周側」、「外周側」、「内周面」、「外周面」をいうものとする。また、この明細書で、特に断り無く「上」、「下」と言うときは、基準となる場所において、軸方向に垂直な面を想定し、その面を境界としてステータの中心点が含まれる側を「下」、その反対を「上」とする。また、高さの高低を比較する場合は、ステータの中心からの距離が長い方を「高い」とする。

図１は、回転電機１００の上面図である。
図２は、インシュレータ５を装着した分割コア１０の斜視図である。
図３は、インシュレータ５を装着した分割コア１０の上面図である。
図４は、インシュレータ５の斜視図である。
図５は、インシュレータ５の上面図である。
図６は、図５のＡ−Ａ線における断面図である。
回転電機１００は、フレーム２と、フレーム２に外周面を嵌合されたステータ４と、ステータ４の内周面に外周面を対向して回転可能に配設されたロータ３とからなる。フレーム２は、中央に円柱状の中空部が形成され、ステータ４の外周面を保持する機能を有する。ロータ３は、円筒状のロータコア３０とステータ４と対向配置された図示しない磁石と、ロータコア３０の中心に挿通して固定されたシャフト３１とを有し、シャフト３１は、フレーム２に回転可能に軸支されている。

ステータ４は、ステータコア４０とインシュレータ５とコイル４５とを有する。ステータコア４０は、インシュレータ５によってコイル４５と電気的に絶縁されている。ステータコア４０は、放射状に設けられコイル４５が巻装される複数のティース部４１と、その各ティース部４１の径方向外側端部を周方向に連結するヨーク部４２とを備える。尚、本実施の形態では、ティース部４１は、等間隔に１２個形成されている。

ステータコア４０は、ティース部４１を一つずつ備えた複数（本実施形態では１２個）の分割コア１０から構成されている。分割コア１０は、薄板状の鉄心片を軸方向に複数枚積層することによって形成されている。各分割コア１０同士は、ティース部４１の最外周部から周方向両側へ延びる弧状に形成された分割ヨーク部１１の周方向両端部において互いに当接している。分割ヨーク部１１の周方向の一端には周方向に突出する凸部１１ａが形成され、他端には凹部１１ｂが形成されており、一方の凸部１１ａを隣り合う分割コアの凹部１１ｂに嵌め込むことにより、複数の分割コア１０が環状に保持されている。

インシュレータ５は、1個の分割コア１０に対して２個、軸方向の両側から装着されている。インシュレータ５は、ティース部４１を覆うティース被覆部５１と、コイル４５の外周側と分割ヨーク部１１との間を絶縁する外鍔５２と、コイル４５の内周側とティース部４１の内側先端から周方向両側に張り出したシュー部４１Ｓとの間を絶縁する内鍔５３とからなる。なお、本実施の形態では、１つの分割コア１０に装着する２つのインシュレータを同型としているが、異なった形状のものを用いてもよい。インシュレータ５は、絶縁性を有する樹脂材（例えばポリフェニレンサルファイド、ポリブチレンテレフタレート、ポリアセタールなど）からなる。

ティース被覆部５１は、径方向から見ると略コ字状に形成されていて、ティース部４１の軸方向一端面、及びティース部４１の周方向両側面を被覆する。内鍔５３は上述の絶縁機能の他に、コイル４５の径方向内側へのはみ出しを防止する役割をなしている。同様に、外鍔５２は、上述の絶縁機能の他に、コイル４５の径方向外側へのはみ出しを防止する役割をなしている。

図２に示すように、外鍔５２には、周方向端部近傍に溝５２ｃと溝５２ｄとを備える。溝５２ｃは、コイル４５の巻始端末線が挿通される溝である。反対側の溝５２ｄは、分割コア１０の環状化工程の際にコイル４５の巻終端末線を挿通して保持するために使用する溝である。溝５２ｃ、５２ｄは、外鍔の内周側から外周側に向かって径方向に形成されるとともに、軸方向の上方は開口するように形成されている。本実施の形態では、溝５２ｃ、５２ｄは同形状であるので以下、溝５２ｄを用いてその構成を示す。

図７は、図６の要部拡大図である。
溝５２ｄは、周方向に互いに対向する一対の側壁部６１、６２と、底部６３とからなり、側壁部６１、６２間にコイル４５の巻終端末線６ｂを保持可能な構成となっている。

側壁部６１、６２には、互いに周方向に対向して突出する一対の上側係止突起６１ａ、６２ａと、更にもう一対の下側係止突起６１ｂ、６２ｂとが形成されている。上側係止突起６１ａ、６２ａ及び、下側係止突起６１ｂ、６２ｂは、突出方向（周方向）において、先端側に向かって次第に細く尖っている。

下側係止突起６１ｂと下側係止突起６２ｂとの間の周方向の間隔Ｌ２は、巻終端末線６ｂの外径Ｄ１より小さくなるように設定されている。そして、上側係止突起６１ａと上側係止突起６２ａとの間の周方向の間隔Ｌ３は、巻終端末線６ｂの外径Ｄ１より大きくなるように形成されている。すなわち、Ｌ２＜Ｄ１＜Ｌ３とする。これにより、巻終端末線６ｂは、上側係止突起６１ａ、６２ａとの間においては、これらと干渉することなく軸方向に通過し、下側係止突起６１ｂ、６２ｂとの間を通る際には、弾性変形しながら溝５２ｄの底部６３まで挿入され、挿入後は下側係止突起６１ｂ、６２ｂと底部６３とで挟まれて安定的に保持される。

上側係止突起６１ａ、６２ａの上側には、巻終端末線６ｂを溝５２ｄ内に案内するための傾斜部６１ｋと６２ｋが形成されている。傾斜部６１ｋ、６２ｋは、側壁部６１、６２の上端に向かうに従って上側係止突起６１ａ、６２ａから離れるように周方向に湾曲している。これにより、溝５２ｄの開口幅が周方向に拡がるような形状となり、溝５２ｄに巻終端末線６ｂを挿入する際に、巻終端末線６ｂが傾斜部６１ｋ、６２ｋに沿ってスムーズに案内される。

図８は、他の巻終端末線６ｂ２を保持する状態を示す溝５２ｄの断面図である。
コイル４５の巻終端末線６ｂよりも大きい外径Ｄ２を有するコイルの巻終端末線６ｂ２を分割コア１０に巻装する場合には、図に示すように、巻終端末線６ｂ２は、上側係止突起６１ａ、６２ａの下側かつ、下側係止突起６１ｂ、６２ｂの上側に、これらの係止突起に挟まれて安定的に保持される。よって、同一のインシュレータを用いて異なった外径を有する二種類のコイルに対して端末線を保持できる。

次に、ステータ４の製造方法について説明する。
図９は、巻線装置７０を、その回転軸方向から見た図である。
図１０は、巻線装置７０を、その回転軸に垂直な方向から見た図である。
巻線装置７０は、回転円盤７１と、巻線ワーク７４を載置するワーク固定台７２と、コイル用のワイヤ６を繰り出すノズル７３とからなる。

巻線ワーク７４は、巻始線把持治具７５と、２つの分割コア１０（以下、便宜上、分割コア１０ａ、１０ｂとする）と、４つのインシュレータ５を有する。巻始線把持治具７５は、二つの分割コア１０ａ、１０ｂによって挟まれるように保持される。巻始線把持治具７５は、巻始端末線６ａを挟んで把持する機能を有する。

回転円盤７１は、図９の矢印方向に回転する。ワーク固定台７２は、回転円盤７１に固定されており、回転円盤７１と同期して回転する。ノズル７３からは、コイル４５のワイヤ６が引き出されており、回転円盤７１の回転と同期して、回転円盤７１の軸方向に往復運動する。

巻線ワーク７４は、ワーク固定台７２に固定される。ノズル７３から引き出されたワイヤ６は、まず、巻始線把持治具７５によって把持される。この状態で回転円盤７１が回転し、これと一体となって巻線ワーク７４が回転することで分割コア１０ａ、１０ｂに順にコイル４５が巻装される。

次に、更に詳細にコイル４５の巻装方法を説明する。
まず、分割コア１０ａに対して、その積層方向からインシュレータ５を軸方向両側から組み付ける。このとき、インシュレータ５を分割コア１０ａと樹脂成型金型を用いて一体成型してもよい。同様に、もう一つの分割コア１０ｂに対して、インシュレータ５を２個組み付ける。次に、２つの分割コア１０ａ、１０ｂによって巻始線把持治具７５を挟むように固定する。

次に、巻線ワーク７４を、回転円盤７１に固定されたワーク固定台７２に固定する。次に、コイル４５の巻始端末線６ａを巻始線把持治具７５で把持する。

次に、巻始端末線６ａを最初にコイル４５を巻装する、分割コア１０ａに取り付けたインシュレータ５の溝５２ｃに上方から挿入する。次に、ワイヤ６を送りだすノズル７３を巻線装置７０の軸方向に動かしながら、巻線ワーク７４を回転させることで、分割コア１０ａにコイル４５を巻装する。コイル４５の巻装が終了したら、コイル４５の巻終端末線６ｂをインシュレータ５の溝５２ｄに挿入し、溝５２ｄの下側係止突起６１ｂと下側係止突起６２ｂと、底部６３との間に係止する。この時、同時にコイル４５の渡線６ｃが、溝５２ｄ内に仮固定される。

次に、渡線６ｃを引き延ばし、分割コア１０ｂの巻始端末線６ａとして次にコイル４５を巻装する、分割コア１０ｂに取り付けたインシュレータ５の溝５２ｃに挿入する。次に、ワイヤ６を送りだすノズル７３を巻線装置７０の軸方向に動かしながら、巻線ワーク７４を回転させることで、分割コア１０ｂにコイル４５を巻装する。コイル４５の巻装が終了したら、コイル４５の巻終端末線６ｂをインシュレータ５の溝５２ｄに挿入し、溝５２ｄの下側係止突起６１ｂと下側係止突起６２ｂと、底部６３との間に係止する。

その後、分割コア１０ａと分割コア１０ｂとを相対的に回動させて、分割コア１０ａの凸部１１ａと分割コア１０ｂの凹部１１ｂとを勘合して連結することで、連結コアを得る。この時、下側係止突起６１ｂと下側係止突起６２ｂと底部６３とによって、巻始端末線６ａは、溝５２ｃ内に仮固定されており、巻終端末線６ｂは、溝５２ｄに仮固定されており、渡線６ｃは溝５２ｃと溝５２ｄに仮固定されている。したがって、巻装されたコイル４５の整列状態を崩さずに分割コア１０ａと分割コア１０ｂを連結することができ、所定の巻装領域に占めるコイル４５の割合が増し、回転電機１００の高効率化を実現できる。

このようにして製造した６個の連結コア１２を周方向に組付けて連結することで、図１に示す円環状のステータ４が得られる。その後、各巻始端末線６ａは溝５２ｃから外され、各巻終端末線６ｂは、溝５２ｄから外され、それぞれ図示しないプリント基板等に電気的に接続される。次に、ステータ４をフレーム２内に挿入、嵌合し、ステータ４の内側にロータ３を配設することにより回転電機１００が得られる。

本実施の形態では、１２個の分割コア１０から構成されるステータコア４０を用いたが、その他の個数の分割コアから構成されるステータコアに変更してもよい。この場合、インシュレータの個数も変更する必要がある。

また、本実施の形態では、二つの分割コア１０ａ、１０ｂにコイル４５を連続して巻装しているが、三つ以上の複数の分割コア１０を連続して巻装してもよい。

また、本実施の形態では、二つの分割コア１０ａ、１０ｂにコイル４５を連続して巻装しているが、分割コア１０ａ、１０ｂに一つずつコイル４５を巻装してもよい。

また、本実施の形態では、分割コア１０を回転させることでコイル４５を巻装しているが、そのほかの巻装方法、例えば、ノズルが分割コア１０の周囲を回転することで分割コア１０にコイル４５を巻装する方法を用いてもよい。

この発明の実施の形態１に係るインシュレータ５、ステータ４、回転電機１００及びステータ４の製造方法によれば、巻始端末線６ａ、巻終端末線６ｂ、渡線６ｃのインシュレータ５の溝５２ｃ、５２ｄ内への位置決め、仮固定作業を容易化でき、コイル４５の巻き崩れを防止して回転電機１００の生産性を向上できる。

なお、本実施の形態では、溝５２ｃ、５２ｄ内に、軸方向に上側係止突起６１ａ、６２ａと下側係止突起６１ｂ、６２ｂとの、二段の係止突起を設けていたが、溝５２ｃ、５２ｄ内に軸方向に係止突起を三段以上設けてもよいし、一段でもよい。下側係止突起ほど、係止突起間の間隔が狭くなるように設定することにより、３種類以上の外径のコイルに対応できる。同じインシュレータを使用可能な回転電機のバリエーションが増加し、トータル的に回転電機の製造コストを削減できる。また、本実施の形態では、外鍔５２に溝５２ｃ、５２ｄを設けたが、内鍔５３に設けてもよい。

実施の形態２．
以下、この発明の実施の形態２に係るインシュレータ、ステータ、回転電機及びステータの製造方法を説明する。
図１１は、本実施の形態に係る上側係止突起２６１ａ、２６２ａと、下側係止突起２６１ｂ、２６２ｂの構成を示す図である。図に示すように、各係止突起の周方向先端部を半球状としている。これにより、巻終端末線６ｂを軸方向に溝２５２ｄに挿入する際に、ワイヤ６の絶縁被覆を傷つけることがなく、回転電機１００の信頼性を向上できる。

実施の形態３．
以下、この発明の実施の形態３に係るインシュレータ、ステータ、回転電機及びステータの製造方法を説明する。
図１２は、本実施の形態に係る上側係止突起３６１ａ１、３６１ａ２と下側係止突起３６１ｂ１、３６１ｂ２の構成を示す図であり、溝３５２ｄの一方の側壁部６１を周方向に見た図である。図１２に示すように上側係止突起３６１ａ１、３６１ａ２を、径方向に２個ずつ並べ、下側係止突起３６１ｂ１、３６１ｂ２を、径方向に２個ずつ並べ、更に、上側係止突起３６１ａ１、３６１ａ２と、下側係止突起３６１ｂ１、３６１ｂ２を径方向にずらして配置している。側壁部６１に対向する側壁部６２側についても同様の配置とする。各係止突起をこのように配置することにより、巻終端末線６ｂを２個所で仮固定でき、ステータ４の組み立て時にコイル４５の整列状態を確実に維持できる。

尚、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１００ 回転電機、２ フレーム、３ ロータ、３０ ロータコア、３１ シャフト、４ ステータ、４０ ステータコア、４１ ティース部、４１Ｓ シュー部、
４２ ヨーク部、４５ コイル、５ インシュレータ、６ ワイヤ、６ａ 巻始端末線、６ｂ 巻終端末線、６ｂ２ 巻終端末線、６ｃ 渡線、
１０，１０ａ，１０ｂ 分割コア、１１ 分割ヨーク部、１１ａ 凸部、１１ｂ 凹部、１２ 連結コア、５１ ティース被覆部、５２ 外鍔、
５２ｃ，５２ｄ，２５２ｄ，３５２ｄ 溝、５３ 内鍔、６１，６２ 側壁部、
６１ａ，６２ａ，２６１ａ，３６１ａ１ 上側係止突起、
６１ｂ，６２ｂ，２６１ｂ，３６１ｂ１ 下側係止突起、
６１ｋ，６２ｋ 傾斜部、６３ 底部、７０ 巻線装置、７１ 回転円盤、
７２ ワーク固定台、７３ ノズル、７４ 巻線ワーク、７５ 巻始線把持治具、
Ｄ１ 外径、Ｌ２，Ｌ３ 間隔。

Claims (10)

1. ティース部と前記ティース部の最外周部から周方向両側へ延びる弧状に形成された分割ヨーク部とからなる、ステータコア用の分割コアに装着する絶縁用のインシュレータであって、
   前記インシュレータは、前記ティース部を覆って前記ティース部と前記ティース部に巻装されるコイルとを電気的に絶縁するティース被覆部と、前記コイルの外周側と前記分割ヨーク部との間を電気的に絶縁する外鍔と、
   前記コイルの内周側と前記ティース部の内側先端から周方向両側に張り出したシュー部との間を電気的に絶縁する内鍔とからなり、
   前記外鍔および前記内鍔のいずれか一方は、前記コイルの端末線を挿入するための、径方向に延び、上方が開口する溝を有し、
   前記溝の両側壁部から、互いに周方向に対向して突出する一対の係止突起を備えるインシュレータ。
2. 前記両側壁部のそれぞれの上端には、前記溝の開口幅を周方向に広げる傾斜部を備える請求項１に記載のインシュレータ。
3. 前記インシュレータは、
   前記溝の前記両側壁部から、互いに周方向に対向して突出する、軸方向に並んだ複数対の前記係止突起を備え、
   上側の一対の前記係止突起間の間隔は、下側の一対の前記係止突起の間の間隔より大きい請求項１又は請求項２に記載のインシュレータ。
4. 上側の一対の前記係止突起と、下側の一対の前記係止突起とは、径方向にずらして配置されている請求項３に記載のインシュレータ。
5. 前記インシュレータは、
   前記溝の両側壁部から、互いに周方向に対向して突出する、径方向に並んだ複数対の前記係止突起を備える請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のインシュレータ。
6. 前記係止突起は、周方向先端に向かって細くなるように形成されている請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のインシュレータ。
7. 前記係止突起の先端は、半球状に形成されている請求項１から請求項６のいずか1項に記載のインシュレータ。
8. ティース部と、
   前記ティース部の最外周部から周方向両側へ延びる弧状に形成された分割ヨーク部とからなる分割コアを複数個環状に結合したステータコアと、
   それぞれの前記分割コアに装着した請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の前記インシュレータと、
   前記コイルとを備えたステータ。
9. 請求項８に記載のステータと、
   前記ステータを保持するフレームと、
   前記ステータの内周面に外周面を対向して回転可能に配設されたロータとからなる回転電機。
10. 請求項８に記載のステータの製造方法であって、
    一対の前記係止突起の間を、前記端末線を弾性変形させて軸方向に通過させ、前記端末線を前記溝内に仮固定するステータの製造方法。

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