JP5214150B2 - 回転電機用固定子構造 - Google Patents

Description

本発明は、ノズルを用いて巻線を固定子鉄心の磁極に直接巻回する直巻き方式の回転電機用固定子に関し、より詳しくは巻線の渡り線の処理方法を改善した回転電機用固定子構造に関する。

回転電機の固定子鉄心の磁極に巻線を巻回するには、大別して次の二つの方式がある。
一つは、予め巻線を作っておき、それを磁極同士の隙間から挿入する方式である。この方式は誘導機などで良く用いられる。
もう一つは、ノズルを用いて巻線を固定子鉄心の磁極に直接巻回する方式である。この方式は一般的に、直巻き方式と呼ばれる。この方式はブラシレスモータなどで良く用いられる。

直巻き方式の巻線で良く問題になるのが、渡り線の処理方法である。渡り線とは、複数の磁極に巻装した巻線間を繋ぐ線のことである。
渡り線の処理で重要なのは、必要な絶縁を確保しつつ、かつ作業が煩雑にならないようにすることである。

従来技術としては、例えば特許文献１（特開平７−４６７８２号公報）がある。
特許文献１では、スロットインシュレータ（ステータカバー）の端部に渡り線を固定する渡り線保持構造部が一体的に設けられている。この渡り線保持構造部では、渡り線が通過する通路に段差を設け、この段差に渡り線を載せるようにして各渡り線が相互に接触しないようにしている。また、段差に代えて溝を設け、この溝中に渡り線を保持する構造も提案されている。
しかしながら、特許文献１の構造では、振動などで渡り線が段差からはずれやすいという問題がある。
さらに段差に代えて溝を用いる場合でも、巻線導体の線径が太くなると、巻線導体のバネ性が強くなり、単なる巻線導体が溝から出てしまう問題が発生する。

これらの問題を解決するため、特許文献２（特開２００２−２８１７０８号公報）が提案されている。
特許文献２では、インシュレータの巻線導体嵌合溝の開口幅寸法が、巻線導体の直径寸法より小さいため、導体が溝からはずれにくいという効果がある。
また、複数の巻線導体嵌合溝が、固定子鉄心に近いものほどその底部の位置が径方向外側に位置するように形成され、固定子鉄心に近いものほど径方向外側に開口する開口部の位置が径方向外側に位置するように形成されている。そのため、巻線導体嵌合溝に巻線導体を嵌合させる際に、隣接する開口部の両側に位置する少なくとも一方の壁部が撓みやすくなっており、巻線導体嵌合溝の開口部よりも大きな径の渡り線を嵌め込むのに困難を生じさせないという効果がある。
特開平７−４６７８２号公報 特開２００２−２８１７０８号公報

しかしながら、特許文献２の方法では、渡り線を巻線導体嵌合溝に嵌め込む作業が煩雑であり、人手でしなければならない。機械による自動化もできなくはないが、そのためには専用の装置を用意しなければならない。

本発明は、上記課題を解決し、渡り線の処理作業に際して、固定子鉄心との必要な絶縁を確保するとともに、作業が容易で従来のノズルを用いた巻線機で処理ができ、新たな装置を必要としない回転電機用固定子構造を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、環状のヨークの内周側に、円周方向に沿って一定間隔で、複数の磁極部を放射状に配設した固定子鉄心と、この固定子鉄心の少なくとも巻線が巻回される各磁極部外面を、外部と絶縁して覆うステータカバーと、前記ステータカバーで覆われた各磁極部周囲に巻回される巻線とを備えた回転電機用固定子構造において、前記磁極部の外面を覆う前記ステータカバー（４）の磁極部カバー部（４１ａ，４２ａ）の前記ヨーク側近傍に、前記ステータカバー（４）の半径方向に対する渡り線（６）の動きを係止する渡り線ガイド部（４５）を設けるとともに、前記ステータカバー（４）の前記磁極部カバー部（４１ａ，４２ａ）の外周側に軸方向に突設したフランジ壁面（４６）を設け、該フランジ壁面（４６）と前記渡り線ガイド部（４５）との間に前記巻線の渡り線（６）を通す間隙（α）を設け、前記ステータカバー（４）の互いに隣接する磁極部カバー部（４１ａ，４２ａ）に、円周方向に沿って順次渡る前記渡り線（６）を、前記ステータカバー（４）の軸方向の一方側と他方側の前記磁極部カバー部（４１ａ，４２ａ）の外側の巻線部を交互に通過させるように経由させて、前記渡り線ガイド部（４５）と前記ステータカバー（４）の外周側フランジ壁面（４６）との間を挿通させたことにある。
また、本発明は、前記ステータカバー（４）の前記磁極部カバー部（４１ａ，４２ａ）のヨーク側の端部の端面および/または側面に、凹溝（４５Ｃ）を形成し、該凹溝（４５Ｃ）内壁面によって、前記渡り線ガイド部（４５）を構成したことにある。

以上のように構成することによって、本発明では、回転電機用固定子の巻線巻回において、次のような効果を奏する。
環状のヨークの内周側に、円周方向に沿って一定間隔で、複数の磁極部を放射状に配設した固定子鉄心と、この固定子鉄心の少なくとも巻線が巻回される各磁極部外面を、外部と絶縁して覆うステータカバーと、前記ステータカバーで覆われた各磁極部周囲に巻回される巻線とを備えた回転電機用固定子構造において、前記磁極部の外面を覆う前記ステータカバー（４）の磁極部カバー部（４１ａ，４２ａ）の前記ヨーク側近傍に、前記ステータカバー（４）の半径方向に対する渡り線（６）の動きを係止する渡り線ガイド部（４５）を設けるとともに、前記ステータカバー（４）の前記磁極部カバー部（４１ａ，４２ａ）の外周側に軸方向に突設したフランジ壁面（４６）を設け、該フランジ壁面（４６）と前記渡り線ガイド部（４５）との間に前記巻線の渡り線（６）を通す間隙（α）を設け、前記ステータカバー（４）の互いに隣接する磁極部カバー部（４１ａ，４２ａ）に、円周方向に沿って順次渡る前記渡り線（６）を、前記ステータカバー（４）の軸方向の一方側と他方側の前記磁極部カバー部（４１ａ，４２ａ）の外側の巻線部を交互に通過させるように経由させて、前記渡り線ガイド部（４５）と前記ステータカバー（４）の外周側フランジ壁面（４６）との間を挿通させたので、巻線機による渡り線の処理が可能になる。したがって、その作業の煩雑さのため、従来人手に頼ったり、専用の装置を必要としていた渡り線処理が、従来の巻線機のみによって処理できるようになった。また、渡り線は、モータケースなどの筺体との絶縁距離がすでに確保されている巻線部を渡らせているため、渡り線単独での絶縁距離を確保する必要がない。そのため、モータをよりコンパクトにすることができる。絶縁部品の追加も不要であるため、コストを低減できる。さらに、渡り線がステータカバーの外径側に配置されることから渡り線がステータカバーの中心側にずれて巻線ノズルの動作を妨げる虞がない。したがって、巻線が巻線ノズルによって断線する虞がない。
前記ステータカバー（４）の前記磁極部カバー部（４１ａ，４２ａ）のヨーク側の端部の端面および/または側面に、凹溝（４５Ｃ）を形成し、該凹溝（４５Ｃ）内壁面によって、前記渡り線ガイド部（４５）を構成したので、巻線の邪魔にならず、渡り線を保持することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１において、１は固定子鉄心（ステーターコア）であり、環状のヨーク２の内周側に、円周方向に沿って一定間隔で、極歯と呼ばれる複数の磁極部３を放射状に配設したものである。４は合成樹脂等の絶縁材料で一体成形されたステータカバー（インシュレータとも呼ばれる。）であり、このステータカバー４は、互いに対向して組み合わさる断面コ字状の磁極部カバー部４１ａ，４２ａをそれぞれ筒状体４１ｂ，４２ｂの内周側に放射状に形成した一対のカバー本体４１，４２とで構成されている。磁極部カバー部４１ａ，４２ａは、内径側に開口部４３を有し、半径方向の中心側には、ステータカバー４の軸方向に向けて突設するストッパ用フランジ部４４が周縁に沿って形成されている。ストッパ用フランジ部４４は、磁極部カバー部４１ａ，４２ａの外側に巻回される巻線５の抜け止めを図るものである。また、磁極部カバー部４１ａ，４２ａには、図２に示すように半径方向の外周側に、ステータカバー４の軸方向に向けて渡り線６の渡り線ガイド部となるガイド用フランジ部４５がカバー本体４１，４２の壁面４６と一定の間隙αをあけて突設されている。ガイド用フランジ部４５は、カバー本体４１，４２の外周側に軸方向に突設した筒状体４１ｂ，４２ｂの壁面４６との間に一定の間隙αを設けて渡り線６を支持するもので、渡り線６の半径方向への動きを係止するものである。前記ガイド用フランジ部４５は、前記固定子鉄心１の軸方向端面に位置する磁極部３の外面を覆うステータカバー４の磁極部カバー部４１ａ，４２ａの前記ヨーク２側近傍の外面に、ステータカバー４の軸方向に向けて突設されている。

渡り線６は、前記磁極部カバー部４１ａ，４２ａに巻回される巻線５の前記磁極部カバー部４１ａ，４２ａから隣接する磁極部カバー部４１ａ，４２ａに渡る導線で、巻線５相互間を接続している。この渡り線６は、１箇所の磁極部カバー部４１ａ，４２ａに巻回された後、円周方向に沿って順次互いに隣接する磁極部カバー部４１ａ，４２ａに渡るため、前記ステータカバー４の軸方向の一方側と他方側を交互に通過するように経由されており、磁極部カバー部４１ａ，４２ａの位置では前記ガイド用フランジ部４５と筒状体４１ｂ，４２ｂの壁面４６との間隙αに挿通している。この間隙αは、渡り線６の径とほぼ同一の径に設定されている。
図３は、図２のＡ−Ａ線断面図である。導線の断面のうち、一番右下のひとつだけが渡り線で、他は全て巻線である。渡り線６は前記ガイド用フランジ部４５によってその位置が固定されている。

次に、図４および図５に示す巻線機７を用いて巻線ノズル７ａから繰り出した渡り線６の巻回方法を説明する。
巻線機７は固定子鉄心１の中心に配置し、巻線ノズル７ａを、図１の矢印で示すノズル軌跡Ｘのように、編み込みながら任意の位置まで渡り線６を渡らせる。例えば磁極部カバー部４１ａ，４２ａの上方を円周方向に移動させて、上方から磁極部カバー部４１ａ，４２ａ相互間の間隙を通してスロット内に挿入する。巻線ノズル７ａは磁極部３相互間を上下に移動操作され、巻線ノズル７ａの先端から渡り線６をガイド用フランジ部４５と筒状体４１ｂ，４２ｂの壁面４６との間隙αに挿通する（図４参照）。
次に、磁極部カバー部４１ａ，４２ａで覆われた磁極部３の周囲に巻線ノズル７ａを回転させて、磁極部３の周囲に巻線５を巻回する。そして、所定の巻線５を巻回してから、巻線ノズル７ａを、磁極部３相互間を通して下方に移動した（図５参照）後、巻線機７を一定角度、回転させて、巻線ノズル７ａを隣の磁極部３の下方を通し、隣の磁極部３の下方側のガイド用フランジ部４５と筒状体４１ｂ，４２ｂの壁面４６との間隙αに挿通する。そして、次の磁極部カバー部４１ａ，４２ａで覆われた磁極部３の周囲に巻線５を巻回し、今度は、巻線ノズル７ａを上方に移動させ、スロット内を通過させて、磁極部３の上方位置に巻線ノズル７ａを回動させて移動させる。こうして、順次、円周方向に移動させながら、順次隣の磁極部３に渡り線６を移動させながら巻線５を巻回していく。渡り線６の両端は、ステータカバー４の筒状体４１ｂ，４２ｂの壁面４６の外側に設けられたピンに巻き付けて固定する。

上記のように巻線ノズル７ａを、移動させながら磁極部カバー部４１ａ，４２ａで覆われた磁極部３の周囲に巻線５を巻回する。渡り線６は、ステータカバー４のガイド用フランジ部４５と筒状体４１ｂ，４２ｂの壁面４６との間隙αに挿通されて位置決めされていくので、渡り線６が巻線ノズル７ａの動作を妨げることはない。また巻線５が巻線ノズル７ａによって破損したり、断線する恐れがない。ガイド用フランジ部４５は、ステータカバー４の磁極部カバー部４１ａ，４２ａの位置に設けられており、巻線５の巻回作業に際して邪魔にならないような形状／寸法に形成されている。
ガイド用フランジ部４５は、ステータカバー４の磁極部カバー部４１ａ，４２ａの位置の最も外径側に設けられているので、渡り線６が内径側に寄るのを防止することができる。
上記実施の形態では、ステータカバー４の磁極部カバー部４１ａ，４２ａの位置に渡り線６を通すので、渡り線６とモーターケース４との間の絶縁確保が不要である。

渡り線６がステータカバー４の磁極部カバー部４１ａ，４２ａの位置の最も外径側に固定されているため、巻線ノズル７ａの揺動幅が内外径いっぱいにとれる。したがって、巻線時の巻線ノズル７ａの動きの自由度が高く、磁極部３の周囲に、整列した巻線５が可能である。
磁極部カバー部４１ａ，４２ａで覆われた磁極部３に巻線５を巻回する際、渡り線６を渡した後に巻線５を巻回することも可能であり、巻線５を巻回した後に渡り線６を渡らせることもできる。
巻線５が先で渡り線６が後の場合は、渡り線６は巻線５の外周を渡らせることになるので、ガイド用フランジ部４５は、本来の用途すなわち渡り線ガイドとしては用いられない。
このため渡り線６の位置が多少不安定になるが、すでに巻線５を巻回した後なので、巻回時の巻線ノズルと接触する恐れはない。

次に、図６Ａないし図６Ｂは、本発明の渡り線ガイド部の変形例であり、図１および図２と同一部分は同符号を付して同一部分の説明は省略して説明する。
図６Ａは、渡り線ガイド部としてのガイド用フランジ部４５Ａとして、ステータカバー４の磁極部カバー部４１ａ，４２ａ周囲に沿って端面および側面全域に突起部を設けたものである。これによって、渡り線６を入れやすく、かつ外れ易くすることができる。
図６Ｂは、渡り線ガイド部としてのガイド用フランジ部４５Ｂとして、図６Ａのガイド用フランジ部４５Ａの高さを高くしたものである。ガイド用フランジ部４５Ｂを大きくすることで、巻線５と渡り線６を分離させることが可能である。この変形例では、渡り線６と巻線５との絶縁を確保することができる。
図６Ｃは、渡り線ガイド部として、図２のガイド用フランジ部４５に変えて、凹溝４５Ｃを形成したものである。凹溝４５Ｃの内壁面によって、渡り線６の半径方向への動きを係止するものである。
図６Ｄは、渡り線ガイド部としてのガイド用フランジ部４５Ｄとして、図２のガイド用フランジ部４５を、ステータカバー４の磁極部３の端面の一部に形成したものである。
図６Ｅは、渡り線ガイド部としてのガイド用フランジ部４５Ｅとして、図６Ｄのガイド用フランジ部４５Ｄを端面の中央部分に形成したものである。

なお、本発明は、上記実施の形態のみに限定されるものではなく、例えば、ステータカバー４に形成する渡り線ガイド部としてのガイド用フランジ部４５には、高さ、あるいは厚みを適宜設定することができ、形状等についても任意に設定することができる。また、渡り線６の渡らせ方法についても任意の方法を選択することができる。

本発明の実施の形態による回転電機用固定子構造を示す概念斜視図である。 図１の渡り線ガイド部としてのガイド用フランジ部を示す部分拡大斜視図である。 図２のＡ−Ａ線断面図である。 巻線機による渡り線の作業手順を示す概念斜視図である。 巻線機による渡り線の作業手順を示す概念斜視図である。 渡り線ガイド部としてのガイド用フランジ部の変形例を示す斜視図である。 渡り線ガイド部としてのガイド用フランジ部の変形例を示す斜視図である。 渡り線ガイド部としてのガイド用フランジ部の変形例を示す斜視図である。 渡り線ガイド部としてのガイド用フランジ部の変形例を示す斜視図である。 渡り線ガイド部としてのガイド用フランジ部の変形例を示す斜視図である。

符号の説明

１ 固定子鉄心
２ ヨーク
３ 磁極部
４ ステータカバー
５ 巻線
６ 渡り線
７ 巻線機
７ａ 巻線ノズル
４１，４２ カバー本体
４１ａ，４２ａ 磁極部カバー部
４１ｂ，４２ｂ 筒状体
４４ ストッパ用フランジ部
４５ ガイド用フランジ部
４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｄ、４５Ｅ ガイド用フランジ部
４５Ｃ 凹溝
４６ 壁面

Claims (2)

1. 環状のヨークの内周側に、円周方向に沿って一定間隔で、複数の磁極部を放射状に配設した固定子鉄心と、この固定子鉄心の少なくとも巻線が巻回される各磁極部外面を、外部と絶縁して覆うステータカバーと、前記ステータカバーで覆われた各磁極部周囲に巻回される巻線とを備えた回転電機用固定子構造において、
   前記磁極部の外面を覆う前記ステータカバー（４）の磁極部カバー部（４１ａ，４２ａ）の前記ヨーク側近傍に、前記ステータカバー（４）の半径方向に対する渡り線（６）の動きを係止する渡り線ガイド部（４５）を設けるとともに、前記ステータカバー（４）の前記磁極部カバー部（４１ａ，４２ａ）の外周側に軸方向に突設したフランジ壁面（４６）を設け、該フランジ壁面（４６）と前記渡り線ガイド部（４５）との間に前記巻線の渡り線（６）を通す間隙（α）を設け、
   前記ステータカバー（４）の互いに隣接する磁極部カバー部（４１ａ，４２ａ）に、円周方向に沿って順次渡る前記渡り線（６）を、前記ステータカバー（４）の軸方向の一方側と他方側の前記磁極部カバー部（４１ａ，４２ａ）の外側の巻線部を交互に通過させるように経由させて、前記渡り線ガイド部（４５）と前記ステータカバー（４）の外周側フランジ壁面（４６）との間を挿通させたことを特徴とする回転電機用固定子構造。
2. 前記ステータカバー（４）の前記磁極部カバー部（４１ａ，４２ａ）のヨーク側の端部の端面および/または側面に、凹溝（４５Ｃ）を形成し、該凹溝（４５Ｃ）内壁面によって、前記渡り線ガイド部（４５）を構成したことを特徴とする請求項１に記載の回転電機用固定子構造。