JP4935630B2 - 回転電機の巻線構造 - Google Patents

Description

本発明は回転電機の巻線構造に関するものである。

従来の永久磁石式回転電機の固定子の巻線構造においては、特許文献１に示されるように、回転電機の固定子鉄心に巻線を巻回してコイルを構成する場合、巻線の占有率を高めるために円形断面の丸線に代えて長方形断面の平角線を用い、固定子鉄心の外周を覆いかつ絶縁部材からなるコイル巻胴部に段階状の段差を形成し、この段差により平角線を位置決めしている。
特開２００３−９４４４号公報

しかし、このような回転電機の巻線構造においては、平角線のエッジワイズ曲げ（長方形断面の短辺と直交する方向の曲げ）を伴うために、巻回に先立って平角線を所定の形状に曲げる特殊な形成装置と、その平角線をコイル巻胴部に巻回する特殊な巻回機とが必要となるため、回転電機の製造コストが高くなるという問題があった。

本発明は上述の課題を解決するためになされたもので、平角線を所定の形状に曲げる特殊な形成装置と、その平角線をコイル巻胴部に巻回する特殊な巻回機とが不要である回転電機の巻線構造を提供することを目的とする。

この目的を達成するため、本発明においては、コイル巻胴部の対向する第１、第２の側面に巻線方向に沿った段状突起部を形成し、上記第１の側面に設けられた上記段状突起部の数を上記第２の側面に設けられた上記段状突起部の数よりも多くする。

本発明に係る回転電機の巻線構造においては、平角線を所定の形状に曲げる特殊な形成装置と、その平角線をコイル巻胴部に巻回する特殊な巻回機とが不要であるから、回転電機の製造コストを低減することができる。

図１は本発明に係る回転電機の巻線構造に使用するインシュレータを示す斜視図で、図１(ａ)、(ｂ)は別の方向からの斜視図、図２は図１に示したインシュレータを示す断面図、図３は図１に示したインシュレータを示す正面図である。図に示すように、図２紙面左右方向線に沿った断面形状がコ字状のコイル巻胴部１の上部にティース先端側つば部２を設け、コイル巻胴部１の下部にティース根元側つば部３を設けており、コイル巻胴部１、ティース先端側つば部２、ティース根元側つば部３は絶縁材料からなる。また、コイル巻胴部１の第１の側面１ａに巻線方向に沿って２つの段状突起部４ａ、４ｂを設け、コイル巻胴部１の側面１ａに対向する第２の側面１ｂに巻線方向に沿って１つの段状突起部４ｃを設けている。そして、段状突起部４ｃの上下方向位置（図２紙面上下方向位置）は段状突起部４ａの上下方向位置と段状突起部４ｂの上下方向位置との間である。また、コイル巻胴部１の２つの側面１ａ、１ｂの間に位置する正面１ｃの角部（側面１ｂ側部）に巻線方向に沿って凹形状部５が設けられ、凹形状部５は段状突起部４ｃと連続している。また、正面１ｃのティース先端側つば部２に接した角部（側面１ｂ側部）に巻線方向に沿って凹形状部６ａを設け、正面１ｃのティース根元側つば部３に接した角部（側面１ｂ側部）に凹形状部６ｂを設けている。

このインシュレータを使用した回転電機の巻線構造においては、固定子鉄心のティース部にインシュレータを被せて、インシュレータのコイル巻胴部１に平角線を巻回する。

図４は図１に示したインシュレータの段状突起部４ｂ部を示す断面図である。図に示すように、平角銅線７の厚さ寸法をＴｃ、平角銅線７の角部の丸みの半径をＲｃとすると、段状突起部４ｂの高さ寸法Ｈを次式のようにする。

Ｒｃ＜Ｈ＜(Ｔｃ−Ｒｃ)
図５は図１に示したインシュレータの凹形状部５部を示す断面図である。図に示すように、平角銅線７の幅寸法をＷｃとすると、凹形状部５の深さ寸法Ｄ、幅寸法Ｗを次式のようにする。

Ｒｃ＜Ｄ＜(Ｔｃ−Ｒｃ)
Ｗｃ＜Ｗ
図６は図１に示したインシュレータに平角銅線を１層巻回した状態を示す断面図である。図に示すように、段状突起部４ｂの上面上には平角銅線７を巻回している。しかし、段状突起部４ａ、４ｃの上面上には平角銅線７を巻回していない。すなわち、段状突起部４ａ、４ｃを跨いで平角銅線７を巻回している。このため、段状突起部４ｂの上面上に巻回された平角銅線７の外側面と段状突起部４ｂの両隣に巻回された平角銅線７の外側面とは高さが相違している。そして、段状突起部４ｂの上面上に巻回された平角銅線７の外側面は段状突起部４ｂの両隣に巻回された平角銅線７の外側面より外側に位置している。また、段状突起部４ａ、４ｃの両隣に巻回された平角銅線７の外側面と段状突起部４ｂの上面とは高さが相違している。そして、段状突起部４ａ、４ｃの両側に巻回された平角銅線７の外側面は段状突起部４ａ、４ｃの上面より外側に位置している。

図７は図１に示したインシュレータに平角銅線を４層巻回した状態を示す断面図である。図に示すように、３層目においても１層目と同様に高さの相違が生じている。すなわち、段状突起部４ｂの上面の上方に巻回された３層目の平角銅線７の外側面と段状突起部４ｂの両隣の上方に巻回された３層目の平角銅線７の外側面とは高さが相違している。そして、段状突起部４ｂの上面の上方に巻回された３層目の平角銅線７の外側面は段状突起部４ｂの両隣の上方に巻回された３層目の平角銅線７の外側面より外側に位置している。すなわち、段状突起部４ｂの上面の上方は山状になっている。また、段状突起部４ａ、４ｃの両隣に巻回された３層目の平角銅線７の外側面と段状突起部４ｂの上面の上方に巻回された３層目の平角銅線７の外側面とは高さが相違している。そして、段状突起部４ａ、４ｃの両隣に巻回された３層目の平角銅線７の外側面は段状突起部４ａ、４ｃの上面の上方に巻回された３層目の平角銅線７の外側面より外側に位置している。すなわち、段状突起部４ａ、４ｃの上面の上方は谷状になっている。そして、３層目から４層目に移るときに、３層目の巻回端部から段状突起部４ａの上面の上方に巻回し、つぎに段状突起部４ｃの上面の上方に巻回し、さらに段状突起部４ｂの下方隣の上方に巻回し、以降４層目の平角銅線７を３層目の平角銅線７の外側面上に巻回する。すなわち、平角銅線７の４層目のコイルエンドにおいてレーンチェンジを２回に分割している。

このような回転電機の巻線構造においては、３層目から４層目に移るときに、３層目の巻回端部から段状突起部４ａの上面の上方に巻回しており、このとき段状突起部４ａの上面の上方は谷状になっている。このため、３層目から４層目に移るときの平角銅線７の位置決めを確実かつ容易に行なうことができる。また、段状突起部４ａの上面の上方から段状突起部４ｃの上面の上方に巻回しており、このとき段状突起部４ｃの上面の上方は谷状になっている。このため、段状突起部４ａの上面の上方から段状突起部４ｃの上面の上方に巻回するときの平角銅線７の位置決めを確実かつ容易に行なうことができる。さらに、段状突起部４ｃの上面の上方から段状突起部４ｂの下方隣の上方に巻回しており、このとき段状突起部４ｂの上面の上方は山状になっている。このため、段状突起部４ｃの上面の上方から段状突起部４ｂの下方隣の上方に巻回するときの平角銅線７の位置決めを確実かつ容易に行なうことができる。このように、平角銅線７のレーンチェンジを行なうときに、平角銅線７の位置決めを確実かつ容易に行なうことができる。

以上説明した回転電機の巻線構造においては、コイル巻胴部に段状突起部４ａ〜４ｃを設けることにより、任意の層の平角銅線７の外側面に高さの相違を生じさせることができるから、巻線時の上層の平角銅線７を下層の平角銅線７に引っ掛けることができる。このため、巻線ノズルのみを装備し、特別な整列ガイド機能等は装備していない一般的な巻回機を用いても、平角銅線７の位置決めを確実かつ容易に行なうことができ、平角銅線７を拘束することが可能であり、平角銅線７の高い整列性を確保することができる。したがって、平角線を所定の形状に曲げる特殊な形成装置と、その平角線をコイル巻胴部に巻回する特殊な巻回機とは不要であるから、回転電機の製造コストを低減することができる。また、平角銅線７のレーンチェンジを行なうときに、平角銅線７の位置決めを確実かつ容易に行なうことができるから、巻き崩れが発生するのを防止することができる。また、平角銅線７を拘束することが可能であるから、巻線時の平角銅線７のテンション（巻線張力）を高くすることができるので、平角銅線７の巻太り量を小さくすることができるため、インシュレータからの平角銅線７の浮き量を低減することができる。これらのことから、巻線占有率が向上し、回転電機の出力、効率の向上を図ることができる。

また、正面１ｃの角部に凹形状部５、凹形状部６ａ、６ｂを設けているから、１銅線分の平角銅線７のレーンチェンジを行なうときに、巻き崩れが発生するのを防止することができる。また、正面１ｃのティース先端側つば部２に接した角部に凹形状部６ａを設け、正面１ｃのティース根元側つば部３に接した角部に凹形状部６ｂを設けているから、平角銅線７をティース先端側つば部２、ティース根元側つば部３に寄せた状態で位置決め拘束することができるので、平角銅線７の高い整列性を確保することができる。

また、段状突起部４ａの高さ寸法Ｈ、凹形状部５の深さ寸法Ｄ、幅寸法Ｗを次次式のようにしているから、
Ｒｃ＜Ｈ＜(Ｔｃ−Ｒｃ)
Ｒｃ＜Ｄ＜(Ｔｃ−Ｒｃ)
Ｗｃ＜Ｗ
巻線時の上層の平角銅線７を下層の平角銅線７に確実に引き掛けることができるので、平角銅線７のレーンチェンジを行なうときに、巻き崩れが発生するのを確実に防止することができる。

また、段状突起部４ａ、４ｃの上面上には１層目の平角銅線７を巻回していないから、段状突起部４ａ、４ｃの両隣に巻回された平角銅線７の外側面と段状突起部４ａ、４ｃの上面とに高さの相違が生じているので、２層目の平角銅線７を段状突起部４ａ、４ｃの上面に巻回すれば、２層目の平角銅線７を１層目の平角銅線７に引っ掛けることができる。このため、平角銅線７の位置決めを確実かつ容易に行なうことができ、平角銅線７の巻き崩れを防止することができる。また、平角銅線７の４層目のコイルエンドにおいてレーンチェンジを２回に分割しているから、１回のレーンチェンジ角度（移動量）を小さくすることができるので、平角銅線７の巻き崩れを確実に防止することができるとともに、巻線設備の位置決め機能である巻線ノズルの移動範囲を小さくすることができるので、巻線速度を速くすることができる。

なお、上述実施の形態においては、側面１ａに２つの段状突起部４ａ、４ｂを設け、側面１ｂに１つの段状突起部４ｃを設けたが、第１の側面に３つ以上の段状突起部を設け、第１の側面に設けられた段状突起部の数を上記第２の側面に設けられた段状突起部の数よりも多くしてもよい。また、上述実施の形態においては、平角線として平角銅線７を用いたが、他の平角線を用いてもよい。また、上述実施の形態においては、平角銅線７の４層目のレーンチェンジを２回に分割したが、平角線の同一層目のレーンチェンジを３回以上の複数回に分割してもよい。また、上述実施の形態においては、側面１ａ、１ｂの巻線方向の全域に段状突起部４ａ〜４ｃを設けたが、第１、第２の側面の巻線方向の一部に段状突起部を設けてもよい。

本発明に係る回転電機の巻線構造に使用するインシュレータを示す斜視図である。 図１に示したインシュレータを示す断面図である。 図１に示したインシュレータを示す正面図である。 図１に示したインシュレータの段状突起部部を示す断面図である。 図１に示したインシュレータの凹形状部部を示す断面図である。 図１に示したインシュレータに平角銅線を１層巻回した状態を示す断面図である。 図１に示したインシュレータに平角銅線を４層巻回した状態を示す断面図である。

符号の説明

１…コイル巻胴部 ２…ティース先端側つば部
３…ティース根元側つば部 ４ａ〜４ｃ…段状突起部
５…凹形状部 ６ａ、６ｂ…凹形状部
７…平角銅線

Claims (10)

1. 回転電機の固定子鉄心の周囲を覆いかつ絶縁材料からなるインシュレータのコイル巻胴部に平角線を複数層に重ねて巻回した回転電機の巻線構造において、上記コイル巻胴部の対向する第１、第２の側面に巻線方向に沿った段状突起部を形成し、上記第１の側面に設けられた上記段状突起部の数を上記第２の側面に設けられた上記段状突起部の数よりも多くしたことを特徴とする回転電機の巻線構造。
2. 上記第２の側面に設けられた上記段状突起部の上下方向位置を上記第１の側面に設けられた２つの上記段状突起部の上下方向位置の間としたことを特徴とする請求項１に記載の回転電機の巻線構造。
3. 上記コイル巻胴部の上記第１、第２の側面の間に位置する正面の角部に巻線方向に沿って凹形状部を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機の巻線構造。
4. 上記凹形状部の少なくとも１つを上記段状突起部と連続して設けたことを特徴とする請求項３に記載の回転電機の巻線構造。
5. 上記インシュレータのティース先端側つば部、ティース根元側つば部の少なくとも一方に接した上記角部に上記凹形状部を設けたことを特徴とする請求項３に記載の回転電機の巻線構造。
6. 上記平角線の厚さ寸法をＴｃ、上記平角線の角部の丸みの半径をＲｃとしたとき、上記段状突起部の高さ寸法Ｈを
   Ｒｃ＜Ｈ＜(Ｔｃ−Ｒｃ)
   としたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の回転電機の巻線構造。
7. 上記平角線の厚さ寸法をＴｃ、上記平角線の角部の丸みの半径をＲｃとしたとき、上記凹形状部の深さ寸法Ｄを
   Ｒｃ＜Ｄ＜(Ｔｃ−Ｒｃ)
   としたことを特徴とする請求項３、４または５に記載の回転電機の巻線構造。
8. 上記平角線の幅寸法をＷｃとしたとき、上記凹形状部の幅寸法Ｗを
   Ｗｃ＜Ｗ
   としたことを特徴とする請求項３乃至６のいずれかに記載の回転電機の巻線構造。
9. １層目の上記平角線を上記段状突起部の少なくとも１つを跨いで巻回したことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の回転電機の巻線構造。
10. 上記平角線の同一層のレーンチェンジを複数回に分割したことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の回転電機の巻線構造。

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