JP5496243B2 - 回転電機の固定子およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機の固定子およびその製造方法に関する。

特許文献１に記載のステータの製造方法では、略矩形波状に成形した帯状の絶縁紙をステータコアのスロット内に配置して巻線を巻装し、絶縁紙においてスロット開口部から引出されたスロット同士の間のティース前に膨らんだ部分（連結部）を切断し、この切断により舌状となった部分をスロット側に折り返して巻線のスロット開口部側の露出面を被覆し、ワニスにより巻線および絶縁紙をステータコアに固着している。

特開２００９−８９４５９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の従来技術では、巻線の巻装後にスロット毎の絶縁紙の切断が必要となり、しかも、絶縁紙のスロットへの配置後は、絶縁紙の把持が困難である上、絶縁紙はステータコアに固着されていないのでわずかな外力でもずれてしまう。この状態において刃物や切断用治具が絶縁紙にアクセスして切断しなければならないため、絶縁紙の位置ずれ防止のためには、切断用装置の速度・加速度を落として振動を抑制するなどの対処が必要となり、生産性を著しく低下させる。また、軸方向の位置ずれを効果的に防止するためにはカフス部（スロット軸方向両端の開口部の縁に掛かり止めするための折り返し形状）の成形が必要であり、製造コストが増えてしまう。

この発明は、上記に鑑みてなされたもので、複数のスロット内に配置する絶縁部材を１本の帯状としつつも、巻線巻装後の絶縁部材の切断工程を不要とし、さらにカフス部を設けることなく軸方向のずれの防止が可能であり、生産性が高く安価な回転電機の固定子およびその製造方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る回転電機の固定子は、内周側に開口する複数のスロットおよび隣り合うスロット間にティースが設けられた環状の固定子鉄心の前記複数のスロット内に絶縁部材を介して巻線が配置された回転電機の固定子において、前記絶縁部材は、その幅が前記固定子鉄心の軸方向の長さよりも大きい一本の帯状であって、前記スロット毎に分割されることなく前記複数のスロットに渡って周方向に連続的に前記各スロットの内壁に沿って装着されるとともに、隣り合うスロット間の前記ティースに対向する部位には前記ティースの断面と縦および横の寸法がほぼ同じでかつ当該ティースの先端部が挿通可能な「エ」の字形状または「コ」の字形状もしくは「コ」の字を左右反転した形状の切り込みが入れられて舌状部を成し、前記ティースの先端部が前記切り込みに挿通されて前記舌状部が前記スロットの開口部側に折り曲げられて当該スロット内の巻線を覆うものであることを特徴とする。

この発明によれば、複数のスロット内に配置する絶縁部材を１本の帯状としつつも、巻線巻装後の絶縁部材の切断工程を不要とし、さらにカフス部を設けることなく軸方向のずれの防止が可能であり、生産性が高く安価な回転電機の固定子およびその製造方法を提供することができる。

図１は、実施の形態１に係る回転電機の固定子のスロット付近の構成を示す断面図である。 図２は、実施の形態１において、スロット内に装着する前の絶縁部材の展開図である。 図３は、実施の形態２に係る回転電機の固定子のスロット付近の構成を示す断面図である。 図４は、実施の形態２において、スロット内に装着する前の絶縁部材の展開図である。 図５は、実施の形態３におけるティースの縦断面図である。 図６は、スロットを半閉型とした場合の固定子のスロット付近の構成を示す断面図である。

以下に、本発明に係る回転電機の固定子およびその製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態に係る回転電機の固定子のスロット付近の構成を示す断面図である。図２は、スロット内に装着する前の絶縁部材の展開図である。本実施の形態では、回転電機は例えば電動機であり、この電動機は、例えば電機子としてステータ（固定子）１と、ステータ１の内側に配置される例えば界磁としてのロータ（回転子）２とを備えている。図１では、ステータ１をその軸に垂直な面で切った断面のスロット４付近における構成を示している。以下、図１および図２を参照して、本実施の形態について説明する。

ステータ１は、環状のステータコア（固定子鉄心）３に巻線（コイル）７を巻装して構成される。ステータコア３は、例えば複数枚の電磁鋼板を積層固着して構成される。ステータコア３の内周側には、周方向に例えば等角ピッチで複数のスロット４およびティース５が設けられている。ここでスロット４は内周側に開口しており、このスロット４は隣接するティース５により画成されており、これらのスロット４およびティース５は、径方向に放射状に形成されている。ロータ２は、ステータコア３の内側で回転軸（図示せず）の周りに回転可能に配置されている。

スロット４には絶縁部材６を介して複数の巻線７が収容されている。絶縁部材６は、一本の帯状で、帯の幅Ｂｓがステータコア３の軸方向の長さＬｃよりも大きく（Ｂｓ＞Ｌｃ）、複数あるスロット４毎に分割されることなく、複数のスロット４に渡って連続的にスロット４の内壁８に沿って装着されている。

図２に示すように、絶縁部材６には、ステータコア３への装着前に、例えば「エ」の字状の切り込み９が長手方向に等間隔で入れられている。切り込み９は、ティース５の先端部の装着に用いられることから、少なくともティース５の個数以上設けられる。なお、絶縁部材６は例えばステータコア３の軸方向に直交する方向に長寸である。切り込み９は、ティース５を内径側から外径側へ向かって径方向にみたときの断面と縦および横の寸法がほぼ同じである。詳細には、切り込み９の縦および横の寸法は、ティース５の先端部が挿通可能なように、ティース５の断面に比べてわずかに大きい。すなわち、ティース５は径方向にみたときの断面形状が例えば矩形であり、切り込み９の縦の寸法はティース５の縦の寸法よりもわずかに大きく、切り込み９の横の寸法Ａはティース５の横の寸法よりもわずかに大きい。ここで、縦の寸法とは、ステータコア３の軸方向における寸法である。そして、絶縁部材６は、ティース５の先端部が切り込み９に挿通されるようにして、かつ、スロット４内では内壁８に沿うようにして、周方向に沿って複数のスロット４に渡って配置される。

絶縁部材６には切り込み９により左右一対の舌状部１２，１３が形成される。舌状部１２，１３は、ティース５に対向する部位に形成され、ティース５の先端部が切り込み９に挿通された状態で当該先端部により折り曲げられて舌状を成す。舌状部１２，１３はスロット４の開口部側に折り曲げられて巻線７のスロット４の開口部に面した露出部７ａを覆っている。すなわち、スロット４の露出部７ａは、その両側のティース５のうちの一方側から折り曲げられた舌状部１２と他方側から折り曲げられた舌状部１３とにより覆われている。なお、図示例では、露出部７ａを覆う舌状部１２，１３の先端部は互いに重なり合っているので、舌状部１２，１３の周方向の長さの和はスロット４の開口部の周方向の幅よりも長く設定されている。

また、絶縁部材６は、帯の幅Ｂｓがステータコア３の軸方向の長さＬｃよりも大きいので、切り込み９の上下（帯の幅方向の両端）に縁３０が設けられる。縁３０は、絶縁部材６のずれ防止の機能を果たす。絶縁部材６は、例えば絶縁紙または絶縁フィルム等とすることができる。

絶縁部材６の帯状の長手方向の端の処置は様々な方法が考えられるが、例えば、切り込み９の数をティース５の本数より一つ多くしておき、絶縁部材６の長手方向（周方向）の端１０，１１が一つのティース５で左右から互いに重なるように配置し、さらに一方の端１０に最も近い切り込み９と他方の端１０に最も近い切り込み９とを互いに重ね、これらの重なった切り込み９に当該一つのティース５の先端部を挿通させる。

本実施の形態の絶縁部材６およびそれを用いたステータ１の製造方法について説明する。まず、ロール状に巻き取られた紙や樹脂フィルムなどの絶縁材料をアンコイラで巻きほどきながら送り、パンチやスリッターで切り込み９を所定のピッチで入れる。切り込み９は、絶縁部材６の長手方向に所定のピッチで入れる。切り込み９同士のピッチは、絶縁部材６を隣り合う２つのティース５間のスロット４内の内壁８に沿わせるときに必要な長さである。

次に、切り込み９にティース５の先端部を挿通する。絶縁部材６の帯状の長手方向の２つの端１０，１１を重ね合わせ、一方の端１０に最も近い切り込み９と他方の端１０に最も近い切り込み９とが互いに重なるようにして、これらの切り込み９に一つのティース５の先端部を挿通する。これにより、絶縁部材６はスロット４毎に分割されることなく複数のスロット４に渡って周方向に連続的に装着される。

次に、スロット４に絶縁部材６を介して巻線７を巻装する。セグメントコイル方式などスロット４の軸方向から巻線７を入れる場合は、巻線７の巻装前にスロット４の開口部から径方向に棒で押すといった方法で、絶縁部材６をスロット４の内壁８にある程度沿わせておく。スロット４の開口部から径方向に巻線７を入れる場合は、巻線７が絶縁部材６をスロット４に押し込むので、絶縁部材６をスロット４の内壁８に沿うこととなり、巻線７の巻装前に絶縁部材６をスロット４の内壁８に沿わせておく必要はない。

次に、舌状部１２，１３をスロット４の開口部側に折り曲げる。最後にワニスなどで絶縁部材６および巻線７をステータコア３に固着させる。

以上説明したように、本実施の形態では、絶縁部材６を１本の帯状としつつも、絶縁部材６にはステータコア３に装着した後にスロット４の開口部の外の空隙側にはみ出る部分が無いので、巻線７巻装後の絶縁部材６の切断工程が不要となり、生産性が向上する。また、絶縁部材６を１本の帯状とすることで、その取り扱いが容易になる。

また、切り込み９の上下の縁３０が絶縁部材６のずれ防止の機能を果たすので、特許文献１に記載の従来技術のようにカフス部を設ける必要が無く、製造コストを抑制できる。また、絶縁部材６を加工する際に、帯状の材料から捨てる部分が無く経済的である。

実施の形態２．
図３は、本実施の形態に係る回転電機の固定子のスロット付近の構成を示す断面図である。図４は、スロット内に装着する前の絶縁部材の展開図である。

図３および図４に示すように、本実施の形態では、切り込み９ａの形状を、例えば「コ」の字状としている。なお、「コ」の字の代わりに、これを左右反転させた形状としてもよい。

切り込み９ａの縦の寸法はティース５の縦の寸法よりもわずかに大きく、切り込み９ａの横の寸法Ａはティース５の横の寸法よりもわずかに大きい。絶縁部材６において切り込み９ａにより規定される部位である舌状部２３は、ティース５の先端部が切り込み９ａに挿通された状態で当該先端部により折り曲げられて舌状を成す。舌状部２３はスロット４の開口部側に折り曲げられて巻線７のスロット４の開口部に面した露出部７ａを覆っている。この場合、スロット４の露出部７ａは、その両側のティース５のうちの一方側から折り曲げられた一枚の舌状部２３により覆われている。

また、絶縁部材６には、切り込み９ａの上下（帯の幅方向の両端）に縁３０ａが設けられる。縁３０ａは、絶縁部材６のずれ防止の機能を果たす。

本実施の形態のその他の構成、動作、および効果は、実施の形態１と同様である。そのため、図３および図４では、図１および図２と同一の構成要素には同一の符号を付している。

実施の形態３．
図５は、本実施の形態におけるティースの縦断面図である。本実施の形態では、実施の形態１の構成に加えて、ティース５の上下端の内周側に段差１４が設けられている。ここで、縦断面はステータコア３の軸線を含む平面による断面である。また、図５（ａ）では、絶縁部材６をティース５に装着する前の状態を示し、図５（ｂ）では、絶縁部材６をティース５に装着した後の状態を示している。

図５に示すように、ティース５の上下端の内周側にはそれぞれ段差１４が設けられている。ここで上下端は、ステータコア３の軸方向における端である。段差１４は、ティース５の内周面から外径側に一段下がるように形成されている。また、絶縁部材６の切り込み９にティース５の先端部が挿通されて開口部２５が形成されている。そして、絶縁部材６の開口部の軸方向の両端の縁（図２の縁３０、図４の縁３０ａ参照）が、段差１４に引っ掛けられて装着される。

段差１４は、例えばステータコア３を構成する複数枚の電磁鋼板のうちの両端の２枚をその他のものよりも内径を大きくすることにより形成される。図５では、これらの両端の電磁鋼板を端板２７，２８で表示している。あるいは、端板２７は、巻線７との絶縁のためにステータコア３の上下端面に追加するものとしてもよい。

以上の構成とすることで、段差１４がストッパーの役割を果たし、巻線７の巻装時などに絶縁部材６がスロット４の内壁８に沿わずに潰れながらスロット４の底に押し込まれるのを防ぐことができる。

本実施の形態のその他の構成は、実施の形態１，２と同様である。

なお、上記実施の形態１〜３では、例えば外側が電機子のステータ１で、内側が界磁のロータ２である構成の電動機について説明したが、この構成例に限定されず、本発明は、巻線を巻装する鉄心が複数のスロットで構成される電機に対して同様に適用できることは言うまでもない。例えば、本発明は、発電機やリニアモータにも好適に適用することができる。

また、図１〜図５では、例えば開放型のスロット４を用いた構成例を示しているが、半閉型のスロットを用いる構成でもよい。半閉型のスロットは、スロットの開口部の幅よりもスロットの奥側の幅の方が大きい。図６に、実施の形態１を半閉型のスロット４に適用した場合の構成例を示した。ティース５の先端部は略Ｔ字型の形状をしている。この場合、切り込み９の横幅の寸法Ａを図６の寸法Ｂより大きくとることにより、絶縁部材６のステータコア３への装着が可能となる。ここで、寸法Ｂは、ティース５の先端部の付け根の隅部からこれと略周方向において対向するティース５の先端部の内周側の角部までの距離である。図６において、その他の構成は図１と同様であり、この構成でも実施の形態１と同様の作用効果を奏する。また、図６の構成を実施の形態２，３に適用することもできる。

本発明は、回転電機の固定子に好適に適用することができる。

１ ステータ
２ ロータ
３ ステータコア
４ スロット
５ ティース
６ 絶縁部材
７ 巻線
７ａ 露出部
８ 内壁
９ 切り込み
１０，１１ 端
１２，１３，２３ 舌状部
１４ 段差
２５ 開口部
２７，２８ 端板
３０，３０ａ 縁

Claims (4)

1. 内周側に開口する複数のスロットおよび隣り合うスロット間にティースが設けられた環状の固定子鉄心の前記複数のスロット内に絶縁部材を介して巻線が配置された回転電機の固定子において、
   前記絶縁部材は、その幅が前記固定子鉄心の軸方向の長さよりも大きい一本の帯状であって、前記スロット毎に分割されることなく前記複数のスロットに渡って周方向に連続的に前記各スロットの内壁に沿って装着されるとともに、隣り合うスロット間の前記ティースに対向する部位には前記ティースの断面と縦および横の寸法がほぼ同じでかつ当該ティースの先端部が挿通可能な「エ」の字形状または「コ」の字形状もしくは「コ」の字を左右反転した形状の切り込みが入れられて舌状部を成し、前記ティースの先端部が前記切り込みに挿通されて前記舌状部が前記スロットの開口部側に折り曲げられて当該スロット内の巻線を覆うものであることを特徴とする回転電機の固定子。
2. 前記切り込みの個数は、前記ティースの個数よりも一つ多く、
   周方向における前記絶縁部材の両端が一つのティースで互いに重なり合うよう配置され、この一方の端に最も近い切り込みとこの他方の端に最も近い切り込みとが互いに重なり合い、これらの重なった切り込みに当該一つのティースの先端部が挿通されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機の固定子。
3. 前記ティースには、前記軸方向における両端部の内周側にその内周面から外径側に一段下がる段差がそれぞれ設けられており、
   前記絶縁部材の切り込みに前記ティースの先端部が挿通されて形成される開口部の前記軸方向における両端の縁が前記段差に引っ掛けられて装着される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固定子。
4. 内周側に開口する複数のスロットおよび隣り合うスロット間にティースが設けられた環状の固定子鉄心における前記複数のスロット内に絶縁部材を介して巻線が配置された回転電機の固定子の製造方法であって、
   その幅が前記固定子鉄心の軸方向の長さよりも大きい一本の帯状の前記絶縁部材に、前記ティースの断面と縦および横の寸法がほぼ同じでかつ当該ティースの先端部が挿通可能な「エ」の字形状または「コ」の字形状もしくは「コ」の字を左右反転した形状の切り込みを幅方向に直交する方向に所定の間隔で入れる工程と、
   前記各切り込みに前記各ティースの先端部を挿通させ、前記絶縁部材を前記スロット毎に分割されることなく前記複数のスロットに渡って周方向に連続的に装着する工程と、
   前記絶縁部材を前記各スロットの内壁に沿うように配置した状態で前記絶縁部材を介して前記巻線を前記スロット内に配置し巻装する工程と、
   前記切り込みにより形成された前記絶縁部材の舌状部を前記スロットの開口部側に折り曲げて当該スロット内の巻線を覆う工程と、
   前記絶縁部材および前記巻線を前記固定子鉄心に固着する工程と、
   を含むことを特徴とする回転電機の固定子の製造方法。

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