JP5391325B1 - 電動機にコイルを固定するコイル固定装置、及び該コイル固定装置を備えた電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】接着剤等を使用せず、かつ電動機の特性にも悪影響を与えない構造を備えつつ、コイルをステータコアのスロットに正確に位置決めし固定できるコイル固定装置、及び該固定装置を備えた電動機の提供。
【解決手段】コイル固定装置の位置決め部材２４は、ステータコア１８の軸方向端面２６上に配置される連結部材２８と、ステータコア１８に固定すべき複数のコイル２０と同じ周方向角度間隔で連結部材２８に接続され、各々が連結部材２８から径方向内側に向けて延びる複数の突起部３０と、当該各突起部３０の先端に接続され、該先端から、各突起部３０の延びる方向に交差する方向に延びる返し部３２とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動機のステータコアにコイルを位置決めして固定するコイル固定装置、及び該コイル固定装置を備えた電動機に関する。

ロータ及びステータを備えた電動機を製造する方法としては種々のものがあるが、その一例として、図１１に示すように巻線１０２を矢印で示す方向に巻回して所定形状に構成し、１つのコイル１０４としたもの（これを単位コイルと称することもある）を複数用意し、これらの単位コイル１０４を、図１２に示すようにステータ１０６に内周面に設けたステータコア１０８に形成したスロット１１０に挿入して結線する、という方法がある。

ここで、図１３に示すように、一旦スロット１１０に挿入したコイル１０４を何らかの手段で固定しないと、該コイル１０４が該スロット１１０から矢印の方向に脱落してしまうことがある。これを防止するための手段としては、接着剤が挙げられる。また他の手段として、特許文献１にはくさびを用いた固定方法が開示されており、具体的には「くさび５をスロット２に挿入する場合は、図１の（ａ）で示すように、切れ目によって形成された切断面５１を外方向に向けてコイル３の上から点線で示すように挿入し、折れ曲がった部分を叩くことによって、くさび５は（ｂ）図で示すようにスロット内で平になる」と記載されている。

特開２００１−２１１５９２号公報

コイルを固定するために接着剤を使用する場合は、そのための作業が煩雑となり、またコイル等の電動機の構成要素が接着剤による化学反応の影響を受ける虞もある。また、コイルをステータコアのスロットから脱落させないための他の手段として、ステータ内部を樹脂でモールドすることも考えられるが、その場合であっても樹脂が硬化するまでは接着剤等により一時的に固定する必要がある。

一方、特許文献１に記載の固定方法では、接着剤は使用されないが、その図１（ｂ）等に示されているように、平らになったくさび５を保持するための切り欠きをコア（固定子鉄心）１に形成する必要がある。このような切り欠きをコアに形成することは、磁束の乱れを生じさせ、電動機の特性に悪影響を及ぼす虞がある。

そこで本発明は、接着剤等を使用せず、かつ電動機の特性にも悪影響を与えない構造を備えつつ、コイルをステータコアのスロットに正確に位置決めし固定できるコイル固定装置、及び該固定装置を備えた電動機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本願第１の発明は、複数のスロットが形成されたステータコアを有するステータと、該ステータに対して回転可能に構成されたロータと、前記複数のスロットにそれぞれ挿入される複数のコイルとを有する電動機において、該ステータコアに対する該複数のコイルの各々の位置決め及び固定に用いられるコイル固定装置であって、前記ステータコアの軸方向端面に配置される連結部材と、前記複数のコイルと同じ周方向角度間隔で前記連結部材に接続され、各々が前記連結部材から径方向内側に向けて延びる複数の突起部と、前記複数の突起部の各々の先端に接続され、前記先端から、前記突起部の延びる方向に交差する方向に延びる返し部と、を備えたコイル位置決め部材を有する、コイル固定装置を提供する。

第２の発明は、第１の発明において、長さが異なりかつ前記ステータコアから離れる方向に延びる返し部を有する少なくとも２種類の前記コイル位置決め部材を、前記ステータコアの軸方向両端部にそれぞれ配置してなる、コイル固定装置を提供する。

第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記コイル位置決め部材の前記複数の突起部の各々の先端に、前記ステータの軸方向について互いに反対方向に延びる２つの返し部が設けられる、コイル固定装置を提供する。

第４の発明は、第１の発明において、前記コイル位置決め部材の前記複数の突起部の各々の先端に、前記ステータの周方向に延びる返し部が設けられる、コイル固定装置を提供する。

第５の発明は、第４の発明において、同一形状の前記コイル位置決め部材を、前記ステータコアの軸方向両端部にそれぞれ配置してなる、コイル固定装置を提供する。

第６の発明は、第１〜第５のいずれか１つの発明において、前記連結部材は、前記ステータの内周面に嵌合する外周縁を有する環状形状を備える、コイル固定装置を提供する。

第７の発明は、第１〜第６のいずれか１つの発明に係るコイル固定装置を備えた電動機を提供する。

本発明によれば、位置決め部材を有する固定装置の使用により、電動機の特性に悪影響を与え得る接着剤等を使用することなく、ステータに対する各コイルの位置決め及び固定を正確に行うことができるようになる。

ステータコアの軸方向両端部に配置された位置決め部材の返し部の長さを互いに異なるようにすることにより、位置決め部材を弾性変形させなくとも各コイルの位置決め及び固定が行えるようになる。

コイル位置決め部材の各突起部の先端に、互いに反対方向に延びる２つの返し部を設けることにより、使用する位置決め部材を１種類のみとすることができ、製造コストや部品管理の面で有利となる。

コイル位置決め部材の各突起部の先端に、ステータコアの周方向に延びる返し部を設けることにより、コイル装着後にコイル固定装置を周方向に回転させるだけでコイルの位置決め及び固定が行えるようになる。

位置決め部材の連結部材を、ステータの内周面に嵌合する外周縁を有する環状形状とすることにより、位置決め部材をステータに対してより正確に位置決めでき、結果として各コイルの位置決め精度も向上する。

本発明の第１の実施形態に係るコイル固定装置を設けたステータの部分拡大図である。 図１のコイル固定装置を構成する位置決め部材の部分拡大図である。 本発明の第２の実施形態に係るコイル固定装置を設けたステータの部分拡大図である。 図３に類似する図であって、コイルの取り付けが完了した状態を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係るコイル固定装置を設けたステータの部分拡大図である。 図５のコイル固定装置を構成する位置決め部材の部分拡大図である。 本発明の第４の実施形態に係るコイル固定装置を設けたステータの部分拡大図である。 図７のコイル固定装置を構成する位置決め部材を、その部分拡大図とともに示す図である。 第４の実施形態に係るコイル固定装置を備えたステータにコイルを配置した状態を示す図である。 図９の状態からコイル固定装置を回転移動させ、コイルを固定した状態を示す図である。 電動機のステータコアに取り付けられるコイルを示す図である。 従来技術に係る電動機のステータコアに形成したスロットに、図１１のコイルを挿入した状態を示す図である。 図１２の部分拡大図であって、一旦ステータコアのスロット内に挿入したコイルが外れ得ることを説明する図である。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るコイル固定装置を電動機に適用した例を示す図である。コイル固定装置は、ステータ１０と、ステータ１０の内側に配置されてステータ１０に対して回転可能に構成されたロータ１２（概略図示）とを有する電動機１４において、コイルの位置決め及び固定に使用されるものである。ステータ１０は、略円筒状のケース１６と、ケース１６の内周面に形成されたステータコア１８とを有し、ステータコア１８には、上述のコイル１０４と同様の複数のコイル２０をそれぞれ受容するための複数のスロット２２が形成される。なおコイル固定装置以外の構成要素については従来のものと同様でよいので、詳細な説明は省略する。

図２は、コイル固定装置の詳細を示す部分拡大図である。コイル固定装置は、２つの位置決め部材２４を有し、各位置決め部材２４は、ステータコア１８の軸方向端面２６上に配置される連結部材２８と、ステータコア１８に固定すべき複数のコイル２０と同じ周方向角度間隔で連結部材２８に接続され、各々が連結部材２８から径方向内側に向けて延びる複数の突起部３０と、各突起部３０の先端に接続され、該先端から、各突起部３０の延びる方向に交差する方向（図示例ではステータコア１８から離れる方向（ステータコア１８の軸方向））に延びる返し部３２とを有する。図示例では、連結部材２８は複数の突起部３０を連結する略環状の部材であり、突起部３０はステータコア１８の軸方向端面２６からいくらか離れて径方向内側に向けて延び、突起部３０及び返し部３２は互いに直交している。また位置決め部材２４は、樹脂成形等によって一体的に作製可能であり、後述するように突起部３０は連結部材２８に対して弾性変形可能である。

図１に示す実施形態では、２つの位置決め部材２４を、ステータコア１８の軸方向両端面に、かつ互いに反対向きに取り付け、コイル固定装置を構成している。このようなコイル固定装置を使用する場合は、返し部３２を矢印３４で示すようなステータコアの軸方向端面２６に向かう方向（概ね軸方向）に弾性変形させながら、コイル２０をスロット２０内に矢印３６で示す挿入方向（概ね径方向）に挿入する。その後、返し部３２を元の位置に復帰させて返し部３２をコイル２０の内周部に掛止させることにより、返し部３２及び突起部３０によって各コイル２０の位置が正確に位置決めされ固定される。

なお第１の実施形態では２つの位置決め部材２４を使用しているが、一旦ステータコア１８に固定保持されたコイル２０がその挿入方向（図示例ではロータの回転軸から概ね径方向外側に向かう方向）にずれることを確実に部押しすることが求められていない等の場合は、位置決め部材をいずれか１つのみとしてもよく、この場合もコイル２０の位置決めについては一定の効果が得られる。

図３は、本発明の第２の実施形態に係るコイル固定装置を電動機に適用した例を示す図である。第１の実施形態では、ステータコア１８の軸方向両端面に同一の位置決め部材を取り付けた（但し向きは逆）が、第２の実施形態では、ステータコア１８の軸方向端面に異なる構成の位置決め部材を設けており、具体的には返し部の長さが異なっている。より詳細には、下側の位置決め部材４０は、ステータコア１８の軸方向端面に配置される連結部材４２と、ステータコア１８に固定すべき複数のコイル２０と同じ周方向角度間隔で連結部材４２に接続され、各々が連結部材４２から径方向内側に向けて延びる複数の突起部４４と、各突起部４４の先端に接続され、該先端から、各突起部４４の延びる方向に交差する方向（図示例ではステータコア１８から離れる方向（ステータコア１８の軸方向））に延びる返し部４６とを有する。図示例では、連結部材４０は複数の突起部４２を連結する略環状の部材である。なお突起部４４は、第１の実施形態とは異なり、ステータコア１８の軸方向端面に当接して延びる。また返し部４６の長さは、比較的長く（例えばコイル２０の厚さｄ以上）することができる。

一方、上側の位置決め部材５０は、ステータコア１８の軸方向端面に配置される連結部材５２と、複数のコイル２０と同じ周方向角度間隔で連結部材５２に接続され、各々が連結部材５２から径方向内側に向けて延びる複数の突起部５４と、各々が突起部５４の各々の先端に接続され、該先端からステータコア１８から離れる方向（ステータコア１８の軸方向）に延びる複数の返し部５６とを有する。図示例では、連結部材５２は複数の突起部５４を連結する略環状の部材である。なお突起部５４も、第１の実施形態とは異なり、ステータコア１８の軸方向端面に当接して延びる。また返し部５６の長さは、返し部４６より短く（例えばコイル２０の厚さｄの１／２以下、又は１／３以下）することができる。

第２の実施形態におけるコイル２０の取り付けは、以下のように行う。先ず、図３に示すように、コイル２０をステータ１０の軸方向（上下方向）に対していくらか傾け、下側の位置決め部材４０の長い返し部４６にコイル２０の下端側を係合させる。次に、コイル２０の上端側を、その下端側を略中心としてステータ１０の内周面に向けて回動させることにより、図４に示すように、コイル２０の上端側が短い返し部５６に係合する。このようにしてコイル２０は、位置決め部材４０及び５０によって正確に位置決めされ固定される。

第２の実施形態では、返し部５６の長さを適宜調整することにより、突起部５４や返し部５６を弾性変形させなくてもコイル２０を位置決めして固定することができるので、位置決め部材４０及び５０は可撓性の材料から作製する必要はなく、実質剛性の材料から作製してもよい。また突起部４４及び５４は、図示するようにステータコア１８の軸方向端面に当接していてもよいので、該突起部の軸方向長さ（厚さ）を適宜調整することにより、ステータ１０に対するコイル２０の軸方向についての位置決めも正確に行えるようになる。

図５は、本発明の第３の実施形態に係るコイル固定装置を電動機に適用した例を示す図である。第３の実施形態では、第１の実施形態と同様に上下で同一の位置決め部材を使用するが、各突起部に２種類の返し部を設けた点で、上記第１及び第２の実施形態とは異なっている。具体的には、図６に示すように、第３の実施形態に係る固定装置を構成する位置決め部材６０は、ステータコア１８の軸方向端面２６上に配置される連結部材６２と、ステータコア１８に固定すべき複数のコイル２０と同じ周方向角度間隔で連結部材６２に接続され、各々が連結部材６２から径方向内側に向けて延びる複数の突起部６４と、各突起部６４の先端に接続され、該先端から、各突起部６４の延びる方向に交差する方向（図示例ではステータコア１８から離れる方向（ステータコア１８の軸方向））に延びる２つの返し部６６ａ及び６６ｂとを有する。図示例では、連結部材６２は複数の突起部６４を連結する略環状の部材であり、突起部６４はステータコア１８の軸方向端面２６からいくらか離れて径方向内側に向けて延び、突起部６４及び返し部６６ａは互いに直交し、突起部６４及び返し部６６ｂも互いに直交し、かつ返し部６６ａ及び６６ｂは互いに反対方向に延びている。

返し部６６ａの長さは、第２の実施形態に係る位置決め部材４０の返し部４６と同様に比較的長く（例えばコイル２０の厚さｄ以上）することができ、一方返し部６６ｂの長さは、第２の実施形態に係る位置決め部材５０の返し部５６と同様に、返し部６６ａより短く（例えばコイル２０の厚さｄの１／２以下、又は１／３以下）することができる。

従って第３の実施形態におけるコイル２０の取り付けは、第２の実施形態と同様に行うことができる。つまり、先ず、コイル２０をステータ１０の軸方向（上下方向）に対していくらか傾け、下側に設けた位置決め部材６０の長い返し部６６ａにコイル２０の下端側を係合させる。次に、コイル２０の上端側を、その下端側を略中心としてステータ１０の内周面に向けて回動させることにより、図５に示すように、コイル２０の上端側が、上側に設けた位置決め部材６０の短い返し部６６ｂに係合する。このようにしてコイル２０は、上下の位置決め部材６０によって正確に位置決めされ固定される。

第３の実施形態でも、返し部６６ｂの長さを適宜調整することにより、突起部６４や返し部６６ａ、６６ｂを弾性変形させなくてもコイル２０を位置決めして固定することができるので、位置決め部材６０は可撓性材料から作製する必要はなく、実質剛性の材料から作製してもよい。また図６に示すように、連結部材６３の外周縁から略垂直に延びるフランジ部６８を形成することにより、上下で同一形状の位置決め部材の使用を可能としつつ、コイルの軸方向の位置決めも正確に行うことができる。詳細には、図５に示すように、位置決め部材６０にフランジ部６８を形成することにより、上側の位置決め部材はその連結部材６２をステータコアの軸方向端面に当接させることにより軸方向に正確に位置決めされ、下側の位置決め部材はそのブランジ部６８の上端をステータコアの軸方向端面に当接させることにより軸方向に正確に位置決めされる。従って第３の実施形態では、同一形状の位置決め部材を使用することの利点（製造コスト低減や部品管理性向上等）を確保しつつ、コイルの位置決め精度も高めることができる。

図７は、本発明の第４の実施形態に係るコイル固定装置を電動機に適用した例を示す図である。第４の実施形態では、突起部先端に設けた返し部の延びる方向が、上記第１〜第３の実施形態とは異なっている。具体的には、図８に示すように、第４の実施形態に係る固定装置を構成する位置決め部材７０は、ステータコア１８の軸方向端面２６上に配置される連結部材７２と、ステータコア１８に固定すべき複数のコイルと同じ周方向角度間隔で連結部材７２に接続され、各々が連結部材７２から径方向内側に向けて延びる複数の突起部７４と、各突起部７４の先端に接続され、該先端から、各突起部７４の延びる方向に交差する方向（ここではステータコア１８の周方向）に延びる返し部７６とを有する。図示例では、連結部材７２は複数の突起部７４を連結する略環状の部材であり、突起部７４はステータコア１８の軸方向端面２６からいくらか離れて径方向内側に向けて延び、突起部７４及び返し部７６は互いに略直交し、かつ各返し部７６は、矢印７８で図示するステータコアの一周方向に延びている。

次に図９及び図１０を参照して、コイル固定装置７０を用いたコイルの固定手順について説明する。先ず図７又は図９に示すように、同一形状の２つのコイル固定装置７０をステータコア１８の軸方向の両端部に取り付ける。ここでコイル固定装置７０は、スロット２２内へのコイル２０の挿入を妨げないようにステータコア１８に取り付けられる。具体的には、返し部７６の各々のステータ周方向の長さは、スロット２２により画定されるステータコア１８のブロック部分８０の幅（周方向長さ）以下に設定されており、図７に示すように、各返し部７６がブロック部分８０から周方向に突出しないようにコイル固定装置７０が位置決めされる。

この状態から、図９に示すように、コイル２０がスロット２２内に挿入される。従って第４の実施形態では、他の実施形態と異なり、コイル挿入時にコイル固定装置７０はコイル２０に干渉せず、図３に示したようにスロット内に挿入するためにコイルを傾ける必要もない。なお図９の状態ではコイル２０がステータコア１８から脱落する虞があるので、図示しない治具等を用いて内径側からコイルを押さえておく（スロット内に保持しておく）ことが好ましい。

次に図１０に示すように、２つのコイル固定装置７０を、互いに周方向反対方向に回転させ、各コイル２０の上部及び下部に返し部７６を掛止させて、各コイル２０をステータコア１８に位置決めし固定する。ここで各コイル固定装置７０の回転移動距離は、各返し部７６がステータコア１８のブロック部分８０から周方向に突出する程度であればよい。図１０の状態から、上述の図示しない治具等を取り外すことにより、コイルの固定作業が完了する。第４の実施形態では、使用する２つのコイル固定装置が同一形状でよいので部品管理の面で有利であり、またコイル挿入時にコイル固定装置との干渉がなく、かつコイルを傾ける必要もないので、電動機の生産工程や組立工程等の自動化に特に適している。

なおいずれの実施形態においても、位置決め部材はステータ１０の内周部に隙間なく係合することが好ましく、具体的には、位置決め部材が有する略環状の連結部材の外周縁が、ステータ１０のケース１６の内周面と嵌合によって固定されることが好ましい。但し第４の実施形態に係るコイル固定装置７０は、ステータ１０のケース１６の内周面と嵌合によって固定可能である一方で、図１０に示したように、所定の力を加えることにより周方向に所定距離だけ回転（ケース１６の内周面に対して摺動）できるように構成される。これにより、位置決め部材がステータに対してより正確に位置決めされ、結果として該位置決め部材に固定保持されるコイルも、ステータに対して正確に位置決めされ固定されることになる。

上述の実施形態に係る位置決め部材はいずれも、樹脂成形等によって一体的に作製可能であるが、略環状の位置決め部材を一部材として作製する必要はなく、製造コスト等の観点から分割式の位置決め部材としてもよい。

１０ ステータ
１２ ロータ
１４ 電動機
１６ ケース
１８ ステータコア
２０ コイル
２２ スロット
２４、４０、５０、６０、７０ 位置決め部材
２８、４２、５２、６２、７２ 連結部材
３０、４４、５４、６４、７４ 突起部
３２、４６、５６、６６ａ、６６ｂ、７６ 返し部
６８ フランジ部

Claims (5)

1. 複数のスロットが形成されたステータコアを有するステータと、該ステータに対して回転可能に構成されたロータと、前記複数のスロットにそれぞれ挿入される複数のコイルとを有する電動機において、該ステータコアに対する該複数のコイルの各々の位置決め及び固定に用いられるコイル固定装置であって、
   前記ステータコアの軸方向端面に配置される連結部材と、
   前記複数のコイルと同じ周方向角度間隔で前記連結部材に接続され、各々が前記連結部材から径方向内側に向けて延びる複数の突起部と、
   前記複数の突起部の各々の先端に接続され、前記先端から、前記突起部の延びる方向に交差する方向に延びる返し部と、を備えたコイル位置決め部材を有し、
   前記コイル位置決め部材の前記複数の突起部の各々の先端に、前記ステータの軸方向について互いに反対方向に延びる２つの返し部が設けられる、コイル固定装置。
2. 複数のスロットが形成されたステータコアを有するステータと、該ステータに対して回転可能に構成されたロータと、前記複数のスロットにそれぞれ挿入される複数のコイルとを有する電動機において、該ステータコアに対する該複数のコイルの各々の位置決め及び固定に用いられるコイル固定装置であって、
   前記ステータコアの軸方向端面に配置される連結部材と、
   前記複数のコイルと同じ周方向角度間隔で前記連結部材に接続され、各々が前記連結部材から径方向内側に向けて延びる複数の突起部と、
   前記複数の突起部の各々の先端に接続され、前記先端から、前記突起部の延びる方向に交差する方向に延びる返し部と、を備えたコイル位置決め部材を有し、
   前記コイル位置決め部材の前記複数の突起部の各々の先端に、前記ステータの周方向に延びる返し部が設けられる、コイル固定装置。
3. 同一形状の前記コイル位置決め部材を、前記ステータコアの軸方向両端部にそれぞれ配置してなる、請求項２に記載のコイル固定装置。
4. 前記連結部材は、前記ステータの内周面に嵌合する外周縁を有する環状形状を備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載のコイル固定装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のコイル固定装置を備えた電動機。

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