JP4271495B2 - ステータ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動機や発電機等の回転電機に用いられるステータに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ステータの巻線には、断面円形のいわゆる丸線と、断面が略長方形のいわゆる平角線がある。
ステータのティースに装着された絶縁ボビンに巻線を巻回するときに、丸線の場合には、俵を積み重ねていくような俵巻きが一般的であり、俵巻きにすると下側の巻線が上側の巻線を位置決めするので、巻線の横ずれ(巻崩れ)は殆ど生じない。
しかしながら、平角線を絶縁ボビンに巻回する場合には丸線のように俵巻きができないので、巻線が横ずれ(巻崩れ)し易い。
そこで、平角線を絶縁ボビンに巻回したときにも横ずれ(巻崩れ)が生じないようにしたステータが考案されている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
特許文献1に開示されたステータは、図8に示すように、絶縁ボビン100のティース絶縁部101の側面に複数の段差部102を設け、段差部102の段違い高さh1'を平角線110の厚みH1よりも小さく設定して構成されている。この絶縁ボビン100に平角線110を巻回すると、上の段の段差部102に巻回された平角線110の側面と、下の段の段差部102に巻回された平角線110の側面を段違いに面当接させることができるので、巻線の横ずれ(巻崩れ)を防止することができる。
【0004】
【特許文献1】
特開2003−9444号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、隣接するティースに対向して配置されるティース絶縁部の両側面に段差部102を設けた場合には、絶縁ボビン100に平角線110を巻回した巻線の外形形状が左右対称形となり、また、隣り合う絶縁ボビンの平角線の巻数を同じにした場合には、巻線の外形寸法が隣り合う絶縁ボビン100同士で同じになるため、隣り合う絶縁ボビン100の巻線同士が干渉しないようにするためには、平角線の巻数(ターン数)を減らさざるを得なくなり、その結果、平角線110の占積率が低下するという問題があった。
【0006】
また、特許文献1のステータにおいては、絶縁ボビン100の段差部102の幅寸法L1',L2'を平角線110の幅寸法W1の整数倍に設定しているので、段差部102に幅寸法が公差内で最小寸法の平角線110を巻回した場合には、図9に示すように、段差部102の端部に余裕ができてしまい、図中二点鎖線で示すように、下の段の段差部102に巻回すべき平角線110が上の段の段差部102に巻き回されたり、図示の如く上下の両段差部102、102に跨って傾斜して巻き回される可能性があり、巻き乱れの原因となって占積率が低下する虞があった。
そこで、この発明は、平角線の占積率を高めることができるステータを提供するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項1に係る発明は、円環状のヨーク(例えば、後述する実施の形態におけるヨーク1a)に円周方向所定間隔毎にティース(例えば、後述する実施の形態におけるティース部12)が設けられ、各ティースに装着した絶縁ボビン(例えば、後述する実施の形態における絶縁ボビン20)に平角線(例えば、後述する実施の形態における平角線50)が巻回されたステータ(例えば、後述する実施の形態におけるステータ1)において、前記絶縁ボビンは、前記ティースと前記平角線を絶縁するティース絶縁部(例えば、後述する実施の形態におけるティース絶縁部21)と該ティース絶縁部の端部から前記ヨークの内面に沿って延出する延出部(例えば、後述する実施の形態における延出部22,23)とを備え、前記ティース絶縁部の側面であって隣接するティースに対向して配置される一対の側面(例えば、後述する実施の形態における側面24,25)のうち一方の側面(例えば、後述する実施の形態における側面24)にのみ段差部(例えば、後述する実施の形態における段差部31〜34)が設けられ、前記絶縁ボビンの延出部のステータ軸方向における一方に、前記平角線を該延出部の外方からティース絶縁部の周方向に対して斜めに案内するガイド溝(例えば、後述する実施の形態におけるガイド溝41)が設けられ、前記段差部の段違い高さは前記平角線の厚みよりも小さく、前記ティース絶縁部の厚みは前記平角線の巻き始め側に近い側が厚く、巻き始め側から遠ざかるにしたがって薄くされ、前記ガイド溝が設けられた延出部の端面から前記各段差部の端部までの寸法は、前記平角線の幅寸法の非整数倍に設定されていることを特徴とする。
【0008】
このように構成することにより、段差部が設けられたティース絶縁部の側面において、隣り合う平角線同士を段違い状態で面当接させることができ、平角線の巻乱れおよび巻崩れを防止することができる。
また、隣接するティースに対向して配置される一対の側面のうち一方の側面にのみ段差部が設けられ他方の側面には段差部が設けられていないので、平角線巻回後の巻線の外形形状を左右非対象にすることができる。
【0009】
また、ガイド溝を設けることにより、平角線をエッジワイズ曲げなどの無理な曲げ加工をしないで、絶縁ボビンに導入し巻回することができる。
【0010】
さらに、段違い高さを平角線の厚みよりも小さくしたことにより、隣接する段差部に巻回された平角線同士を確実に段違い状態で面当接させることができる。また、ティース絶縁部の厚みを平角線の巻き始め側に近い側を厚く、巻き始め側から遠ざかるにしたがって薄くしたことにより、巻き始めに加わる大きな荷重に対して十分な強度を確保することができる。
【0011】
また、前記ガイド溝が設けられた延出部の端面から前記各段差部の端部までの寸法が、前記平角線の幅寸法の非整数倍に設定されていることにより、段差部の端部から平角線の端部を確実に突出させることができる。
【0012】
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の発明において、前記ティース絶縁部の側面には平角線の幅寸法の整数倍に相当する間隔で突起(例えば、後述する実施の形態における突起40)が設けられていることを特徴とする。
このように構成することにより、平角線の1層目の各ターンをティース絶縁部の側面において位置決めすることができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係るステータの実施の形態を図1から図7の図面を参照して説明する。
初めに、この発明に係るステータの第1の実施の形態を図1から図4の図面を参照して説明する。
図1に示すように、ステータ1は、複数のステータモジュール2を円環状に連結して構成されており、電動機や発電機等の回転電機に用いられる。
図2に示すように、各ステータモジュール2は、ヨーク部11とティース部(ティース)12からなるステータコア10と、ステータコア10のティース部12に装着された絶縁ボビン20と、絶縁ボビン20に巻回された平角線50を備えている。
【0014】
各ステータコア10のヨーク部11同士は連結されてステータ1における円環状のヨーク1aを形成する。このヨーク部11同士の連結を容易にするために、ヨーク部11の周方向一端面には係合凸部11aが設けられ、他端面には係合凸部11aに嵌合する係合凹部11bが設けられている。
ティース部12は断面略矩形をなし、ヨーク部11の中央から径方向の中心方向に向かって延出しており、ティース部12の先端にはヨーク部11の周方向に延出する延出部13が設けられている。
【0015】
図3に示すように、絶縁ボビン20は、矩形筒状をなすティース絶縁部21と、ティース絶縁部21の軸方向両端部からヨーク部11の内面に沿って延出する延出部22,23を備えている。ティース絶縁部21はティース部12の側面を取り囲むように配置され、延出部22はステータコア10の延出部13の内面に沿って配置され、延出部23はヨーク部11の内周面に沿って配置される。
矩形筒状をなすティース絶縁部21は、隣のステータモジュール2と対向して配置される一対の側面24,25と、ステータ1の軸方向に対して直交する方向に広がる一対の側面とを備えている。この4つの側面の中で、隣のステータモジュール2と対向して配置される一対の側面24,25のうち一方の側面24にのみ複数の段差部が設けられており、残る3つの側面には段差部がなく、平坦面に形成されている。
【0016】
図3、図4に示すように、側面24には、延出部22に近い側から順に4つの段差部31,32,33,34が設けられており、延出部23に近い側の非段差部35に繋がっている。非段差部25におけるティース絶縁部21の厚みは、段差部を有しない他の3つの側面におけるティース絶縁部21の厚みと同じにされている。
非段差部35と段差部34との段違い高さh、段差部34と段差部33との段違い高さh、段差部33と段差部32との段違い高さh、段差部32と段差部31との段違い高さhは同一寸法に設定されており、平角線50の厚みHよりも小さく設定されている(h<H)。例えば、段違い高さhは平角線50の厚みHの4分の1あるいは2分の1程度に設定することができる。
このように段差部31〜34が形成されている結果、側面24においては、ティース絶縁部21の厚みが延出部22に近いほど厚く、延出部22から遠ざかるにしたがって薄くなっている。
【0017】
また、絶縁ボビン20における延出部22の端面から延出部23の端面までの寸法L0は平角線50の幅寸法Wの整数倍に設定されているが、延出部22の端面から各段差部31,32,33,34の端部までの寸法L1,L2,L3,L4は、いずれも平角線50の幅寸法Wの非整数倍に設定されており、且つ、次の不等式が成立するように設定されている。
W・X > Ln ≧ (X−0.5)W
ここで、n=1,2,3,4であり、Xは段差部までに巻回される平角線の巻数を示し整数(1,2,3・・・)である。例えば、図3において、図4に示す寸法L4までには8ターン巻回されるので、このときはX=8であり、L4は8W〜7.5Wの間に設定される。
【0018】
このように形成された絶縁ボビン20に、平角線50が、延出部22に近い側で且つ段差部31〜34が設けられている側面24側から巻回されている。図3に示すように、平角線50は、1ターン目において最初に段差部31の上に巻きつけられ、その際に平角線50の一側面は延出部22に押し当てられる。なお、以下の説明では、平角線50において絶縁ボビン20の延出部22側に面する側面を「一側面」とし、延出部23側に面する側面を「他側面」とする。
ここで、延出部22の端面から段差部31の端部までの寸法L1が平角線50の幅寸法Wの非整数倍に設定されているので、段差部31に巻きつけられた平角線50の他側面は、段差部31の端部から段差部32側に突き出るように位置する。
そして、1ターン目の平角線50は、前記一側面を延出部22に押し当てた状態に維持されつつ、絶縁ボビン20における段差部を有しない他の3つの側面に巻回されている。
この後、平角線50は段差部31〜34を有する側面24においてターンの列替えが行われている。
【0019】
平角線50の2〜3ターン目は段差部32に巻回され、4〜5ターン目は段差部33に巻回され、6〜8タ−ン目は段差部34に巻回され、9〜11ターン目が非段差部35に巻回されて、1層目が構成されている。
平角線50の2ターン目が巻回される際に、段差部32においては、段差部31から段差部32側に突き出ている1ターン目の平角線50の前記他側面に2ターン目の平角線50の一側面が押し当てられて巻きつけられる。この場合、段差部32に対する段差部31の段違い高さhが平角線50の厚みHよりも小さく設定されているので、1ターン目の平角線50の他側面と2ターン目の平角線50の一側面とは段違いに面当接することとなる。なお、2ターン目の平角線50が絶縁ボビン20における段差部を有しない他の側面に巻きつけられるときには、図3において側面25側で示されるように、2ターン目の平角線50は1ターン目の平角線50と同一高さとなり、段違いにはならない。
【0020】
3ターン目以降も同様であり、延出部22の端面から各段差部32,33,34の端部までの寸法L2,L3,L4が平角線50の幅寸法Wの非整数倍に設定されているので、3ターン目の平角線50の他側面は段差部32から段差部33側に突き出るように位置し、5ターン目の平角線50の他側面は段差部33から段差部34側に突き出るように位置し、8ターン目の平角線50の他側面は段差部34から非段差部35側に突き出るように位置する。そして、1層目最終ターンである11ターン目の平角線50の他側面が絶縁ボビン20の延出部23に当接する。また、隣接する段差部同士の段違い高さhが平角線50の厚みHよりも小さく設定されているので、3ターン目の平角線50の他側面と4ターン目の平角線50の一側面とが段違いに面当接し、5ターン目の平角線50の他側面と6ターン目の平角線50の一側面とが段違いに面当接し、8ターン目の平角線50の他側面と9ターン目の平角線50の一側面とが段違いに面当接する。つまり、段差部31〜34および非段差部35の境界部分では、平角線50の側面同士が互いに段違い状態で面当接している。
以上の説明は絶縁ボビン20に巻回された1層目の平角線50についてのものであるが、2層目以降の平角線50についても同様である。
【0021】
また、段差部32における平角線50の積層数は段差部31における平角線50の積層数よりも1層多く、段差部33における平角線50の積層数は段差部32における平角線50の積層数よりも1層多く、段差部34における平角線50の積層数は段差部33における平角線50の積層数よりも1層多く、非段差部35における平角線50の積層数は段差部34における平角線50の積層数よりも1層多くされている。このように段差部31〜34および非段差部35毎に平角線50の積層数を1層ずつ差を付けたことにより、最外層の平角線50においても、段差部31〜34および非段差部35の境界部分では、平角線50の側面同士が互いに段違い状態で面当接している。
【0022】
このように構成されたステータ1およびステータモジュール2においては、段差部31〜34および非段差部35の境界部分で、最下層から最上層に亘って平角線50の側面同士が互いに段違い状態で面当接しているので、平角線50が絶縁ボビン20の軸方向に横ずれしなくなり、巻崩れを確実に防止することができる。
また、各段差部31〜34の端部から平角線50の他側面を必ず突出させることができるので、平角線50を巻回するときに、段差部の端部に余りが生じて巻き乱れが発生するのを未然に防止することができる。
また、平角線50の巻き初めを、ティース絶縁部21において肉厚が一番厚い段差部31としているので、巻き初めに加わる大きな荷重に対しても十分な強度を確保することができる。
【0023】
ティース絶縁部21は、隣のステータモジュール2と対向して配置される一対の側面24,25のうち一方の側面24にのみ段差部31〜34が設けられており、他方の側面25には段差部が設けられていないので、平角線50を巻回した後のステータモジュール2の外形形状を左右非対象にすることができる。しかも、最外層の平角線50のティース部12からの膨出寸法を比較すると、側面25に巻回された最外層の平角線50の膨出寸法を、側面24において段差部31〜34に巻回された最外層の平角線50の膨出寸法よりも小さくすることができるので、ステータモジュール2を連結していくときに、隣接するステータモジュール2の平角線50同士の干渉を回避しつつ、ターン数(巻数)を増やすことができ、その結果、平角線50の占積率を増やすことができる。
なお、上述した第1の実施の形態では、段差部32と段差部33との段違いの高さは同一寸法に設定しているが、必ずしも同一寸法でなくてもよく、平角線の側面が段違いに面当接できる寸法関係であればよい。
【0024】
次に、この発明に係るステータの第2の実施の形態を図5および図6の図面を参照して説明する。
第2の実施の形態のステータ1が第1の実施の形態のものと相違する点は、ティース絶縁部21の4つの側面総てに、延出部22の端面から平角線50の幅寸法Wの整数倍に相当する間隔で突起40が設けられている点だけである。その他の構成については第1の実施の形態のものと同じであるので、同一態様部分に同一符号を付して説明を省略する。
突起40は、図6に示すように、平角線50を当接して並べたときに隣接する平角線50のコーナー面取り部51の間に形成される空間に納まる形状および寸法に形成されている。なお、側面24において、平角線50の側面同士が互いに段違い状態で面当接する位置には、突起40は設けられていない。
【0025】
このようにティース絶縁部21の側面に突起40が設けられていると、平角線50の1層目の各ターンをティース絶縁部21の各側面において位置決めすることができる。平角線50が公差内ながら最小寸法で仕上がっている場合、突起40がないときには平角線50の幅寸法誤差の累積により、側面24において段差部31〜34の端部から平角線50の他側面が突き出なくなる虞もあるが、突起40が設けられていると、平角線50のコーナー面取り部51が突起40に係止して幅方向に位置決めされるので、幅寸法誤差の累積がなくなり、側面24の段差部31〜34の端部から平角線50の他側面を確実に突き出すことができる。これにより、平角巻線50の幅寸法誤差の累積に起因して平角線50の巻乱れが発生するのを阻止することができる。
【0026】
なお、前述した各実施の形態におけるステータ1においては、図7に示すように、平角線50の巻き初め側である絶縁ボビン20の延出部22に、平角線50を延出部22の外側から側面24の段差部31に向かって、ティース絶縁部21の周方向に対して斜めに案内するガイド溝41を設けるのが好ましい。
【0027】
ガイド溝41を設けると、平角線50を絶縁ボビン20に対して斜めに導入することができるので、平角線50に対してエッジワイズ曲げなどの無理な曲げ加工をしないで済み、曲げ加工に伴う捻れや膨らみを生じさせることもないので、占積率を高めることができる。
なお、本発明は前述した第1および第2の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々変更可能であることはいうまでもない。
【0028】
【発明の効果】
以上説明するように、請求項1に係る発明によれば、段差部が設けられたティース絶縁部の側面において、隣り合う平角線同士を段違い状態で面当接させることができ、平角線の巻乱れおよび巻崩れを防止することができるので、占積率を増やすことができる。
また、隣接するティースに対向して配置される一対の側面のうち一方の側面にのみ段差部が設けられ他方の側面には段差部が設けられていないので、平角線巻回後の巻線の外形形状を左右非対象にすることができ、隣り合う巻線同士の干渉を回避しつつ、平角線のターン数(巻数)を増やすことができて、占積率を増やすことができる。
【0029】
また、平角線をエッジワイズ曲げなどの無理な曲げ加工をしないで、絶縁ボビンに導入し巻回することができるので、曲げ加工に伴う捻れや膨らみを生じさせることもなく、占積率を高めることができる。
さらに、段違い高さを平角線の厚みよりも小さくしたことにより、隣接する段差部に巻回された平角線同士を確実に段違い状態で面当接させることができる。また、ティース絶縁部の厚みを平角線の巻き始め側に近い側を厚く、巻き始め側から遠ざかるにしたがって薄くしたことにより、巻き始めに加わる大きな荷重に対して十分な強度を確保することができる。
【0030】
また、段差部の端部から平角線の側面を確実に突出させることができるので、平角線を巻回するときに段差部の端部に余りが生じて巻き乱れが発生するのを確実に防止することができる。
請求項2に係る発明によれば、平角線の1層目の各ターンをティース絶縁部の側面において位置決めすることができるので、平角線の幅寸法誤差の累積がなくなり、幅寸法誤差の累積に起因して平角線の巻乱れが発生するのを確実に阻止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明に係るステータの第1の実施の形態における全体断面図である。
【図2】 前記第1の実施の形態におけるステータの一部を拡大して示す断面図である。
【図3】 前記第1の実施の形態におけるステータを構成するステータモジュールの断面図である。
【図4】 前記第1の実施の形態におけるステータに用いられる絶縁ボビンの断面図である。
【図5】 この発明に係るステータの第2の実施の形態において用いられる絶縁ボビンの断面図である。
【図6】 前記第2の実施の形態における絶縁ボビンの一部を拡大して示す断面図である。
【図7】 この発明に係るステータの第3の実施の形態において用いられる絶縁ボビンの正面図である。
【図8】 従来のステータの要部拡大断面図である。
【図9】 従来のステータにおいて巻線に巻乱れが生じる様子を説明する図である。
【符号の説明】
1 ステータ
1a ヨーク
11 ヨーク部
12 ティース部(ティース)
20 絶縁ボビン
21 ティース絶縁部
22,23 延出部
24,25 側面
31〜34 段差部
40 突起
41 ガイド溝
50 平角線
Claims (2)
- 円環状のヨークに円周方向所定間隔毎にティースが設けられ、各ティースに装着した絶縁ボビンに平角線が巻回されたステータにおいて、
前記絶縁ボビンは、前記ティースと前記平角線を絶縁するティース絶縁部と該ティース絶縁部の端部から前記ヨークの内面に沿って延出する延出部とを備え、前記ティース絶縁部の側面であって隣接するティースに対向して配置される一対の側面のうち一方の側面にのみ段差部が設けられ、
前記絶縁ボビンの延出部のステータ軸方向における一方に、前記平角線を該延出部の外方からティース絶縁部の周方向に対して斜めに案内するガイド溝が設けられ、
前記段差部の段違い高さは前記平角線の厚みよりも小さく、前記ティース絶縁部の厚みは前記平角線の巻き始め側に近い側が厚く、巻き始め側から遠ざかるにしたがって薄くされ、
前記ガイド溝が設けられた延出部の端面から前記各段差部の端部までの寸法は、前記平角線の幅寸法の非整数倍に設定されていることを特徴とするステータ。 - 前記ティース絶縁部の側面には平角線の幅寸法の整数倍に相当する間隔で突起が設けられていることを特徴とする請求項1に記載のステータ。
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