JP5600938B2 - 回転電機およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、円筒形の回転子と、固定子コイルを装着した固定子を有する回転電機に関するものである。

従来の、円筒形の回転子と、固定子コイルを装着した固定子とを有する回転電機は、固定子鉄心のティース部に巻回された固定子コイルにおいて発生した熱が、固定子の外周に設けたフレームと、前記フレームと連結する負荷側ブラケットとを経て、回転電機の外部へと放熱されるものが多い（例えば、特許文献１参照）。

図１２は、第１の従来技術を示す側断面図で、円筒形の回転子と、固定子鉄心のティース部に巻回されて装着された固定子コイルを有する固定子を備えた回転電機、例えば誘導電動機の構造例である。
図１２において、回転電機２１は、固定子２２と、前記固定子２２の外周面に嵌合固着したフレーム３５と、前記フレーム３５の回転軸方向の両端に取り付けられた負荷側ブラケット２３および反負荷側ブラケット２４と、前記負荷側ブラケット２３および反負荷側ブラケット２４に軸受２５、２６を介して回転自在に支承された回転軸２７ａを有し、かつ前記固定子２２の内部に空隙を介して配置された回転子２７とを備えて構成されている。
前記固定子２２は、ヨーク部とティース部とを有する固定子鉄心２８と、前記ティース部２８ｂに巻装した固定子コイル２９とを有している。
前記回転子２７は、前記軸受２５、２６に支承された回転軸２７ａと、前記回転軸２７ａに嵌合した回転子鉄心２７ｂと、前記回転子鉄心２７ｂの回転軸方向の両端部に形成されたエンドリング２７ｃと、前記エンドリング２７ｃに形成された羽根２７ｄとを有している。
前記回転電機２１は、前記負荷側ブラケット２３で、図示しない外部装置に取付けられるため、前記固定子コイル２９で発生した熱は、前記固定子２２の外周に設けたフレーム３０から、矢印３１で示されるように、大気中などの回転電機２１の外部へと放熱されるだけでなく、前記フレーム３０と連結する前記負荷側ブラケット２３を経て、矢印３２で示されるように、外部装置へと伝熱される。

図１３は、第２の従来技術を示す側断面図で、円筒形の回転子と、固定子鉄心のティース部に巻回されて装着された固定子コイルを有する固定子を備えた回転電機、例えば永久磁石電動機の構造例である。図１４は、図１３における回転電機の径方向の断面を示す正断面図である。
図１３および図１４において、回転電機３３は、固定子３４と、前記固定子３４の外周面に嵌合固着したフレーム３５と、前記フレーム３５の回転軸方向の両端に取り付けられた負荷側ブラケット３６および反負荷側ブラケット３７と、前記負荷側ブラケット３６および反負荷側ブラケット３７に軸受３８、３９を介して回転自在に支承され、かつ前記固定子３４の内部に空隙を介して配置された回転子４０と、前記反負荷側ブラケット３７よりもさらに反負荷側に配置したエンコーダなどの検出器４１とを備えて構成されている。
前記固定子３４は、ヨーク部４２ａとティース部４２ｂとを有する固定子鉄心４２と、絶縁皮膜を持つ丸銅線４３からなりボビン４４に集中巻きで巻装されるとともに、前記ティース部４２ｂに装着された固定子コイル４５とを有している。
前記固定子コイル４５を巻装した固定子鉄心４２のティース部４２ｂは、前記固定子鉄心４２のヨーク部４２ａの内周に配置した状態で、樹脂４６をモールドして一体化し、固定子３４が形成される。固定子鉄心４２のヨーク部４２ａの外側には、フレーム３５が焼き嵌め等で嵌合固定され、熱の放熱経路となっている。
前記回転子４０は、前記軸受３８、３９に支承された回転軸４０ａと、前記回転軸４０ａに嵌合した回転子鉄心４０ｂと、前記回転子鉄心４０ｂの外周面に取り付けた永久磁石４０ｃとを有している。
前記回転電機３３は、前記負荷側ブラケット３６で外部装置に取付けられるため、前記固定子コイル４５で発生した熱は、前記固定子３４の外周に設けたフレーム３５から回転電機３３の外部へと放熱されるだけでなく、前記フレーム３５から、前記フレーム３５と連結する負荷側ブラケット３６を経て、外部装置へと伝熱される。
この第２の従来技術と特許文献１との違いは、誘導電動機ではなく、前記固定子コイル４５が１つのティース部４２ｂに集中して巻回された永久磁石電動機であることである。
前記固定子コイル４５は、ボビン４４に巻回され、ボビン４４ごと固定子鉄心４２のティース部４２ｂに装着された後、絶縁体である樹脂４６をモールドして一体成形し、固定子３４が作られる。モールドされる樹脂４６は、固定子コイル４５同士および他の部品を固定し、絶縁性を確保するとともに、固定子コイル４５で発生した熱を他の部品に伝わり易くする働きも有している。

図１５は、第３の従来技術を示す部分側断面図で、円筒形の回転子と、固定子鉄心のティース部に巻回されて装着された固定子コイルを有する固定子を備えた回転電機の別の構造例であり、特許文献２の図１に示されている電動機である。
回転電機４７は、固定子４８と、前記固定子４８の外周面に嵌合固着したフレーム４９と、前記フレーム４９の回転軸方向の両端に取り付けられた負荷側ブラケット５０および反負荷側ブラケット（図示せず）と、前記負荷側ブラケット５０および反負荷側ブラケットに負荷側の軸受５１と反負荷側の軸受（図示せず）を介して回転自在に支承され、かつ前記固定子４８内部に空隙を介して配置された回転子５２とを備えて構成されている。
前記固定子４８は、ヨーク部５３ａとティース部５３ｂとを有する固定子鉄心５３と、前記ティース部５３ｂに巻装した固定子コイル５４とを有している。
前記回転電機４７は、前記負荷側ブラケット５０で外部装置に取付けられるため、負荷側コイルエンド５４ａを、熱伝導のよい絶縁体としての樹脂５５を介して前記負荷側ブラケット５０に直接接触させ、前記固定子コイル５４で発生した熱を、主として、前記負荷側ブラケット５０を経て外部装置Ｍへと伝熱させる。さらに、前記固定子コイル５４で発生した熱を、前記フレーム４９から、前記フレーム４９と連結する負荷側ブラケット５０に伝達した後、外部装置へと伝達する。

図１６は、第４の従来技術を示す側断面図で、円筒形の回転子と、ヨーク部のみを有しティース部を有しない固定子鉄心の内周面に、固定子コイルを備えた回転電機、例えばスロットレスモータタイプのＡＣサーボモータの構造例である。この構造例は、特許文献３の図１に示されているものである。
前記回転電機５６は、固定子５７と、前記固定子５７の外周面に嵌合固着したフレーム５８と、前記フレーム５８の回転軸方向の両端に取り付けられた負荷側ブラケット５９および反負荷側ブラケット６０と、前記負荷側ブラケット５９および反負荷側ブラケット６０に軸受６１、６２を介して回転自在に支承され、かつ前記固定子５７の内部に空隙を介して配置された回転子６３とを備えて構成されている。
前記固定子５７は、前述したように、ヨーク部６４ａのみを有しティース部を有しない固定子鉄心６４の内周面に、固定子コイル６５を有している。
前記回転電機５６において、前記固定子コイル６５で発生した熱は、前記固定子５７の外周に設けたフレーム５８から、矢印６６で示されるように、回転電機５６の外部へと放熱される。また、前記回転電機５６は、前記負荷側ブラケット５９で外部装置に取付けられるため、前記フレーム５８と連結する負荷側ブラケット５９を経て外部装置へと伝熱される。さらに、負荷側コイルエンド６５ａの熱が、矢印６７で示されるように、この負荷側コイルエンド６５ａと直接接する負荷側ブラケット５９に伝達され、さらに外部装置へと伝達される。

このように、従来の、円筒形の回転子と、固定子コイルを装着した固定子を有する回転電機は、固定子コイルで発生した熱が固定子の外周に設けたフレームから放熱されるとともに、前記フレームと連結された負荷側ブラケットを経て、外部装置へと伝熱されるものが多くある。

また、図１７は、第５の従来技術を示す図で、特許文献４の図１に示されている特殊な製造方法で製作したコイルの断面図である。
前記特許文献４の高密度コイルの製造方法は、円筒形の回転子と、固定子コイルを有する固定子とを備えた回転電機に関する発明に限らず、コイルの占積率向上に関する発明である。この第５の従来技術は、丸銅線を巻回後、垂直、水平二方向を押圧し、図１７に示すように、例えば角形形状の断面変形銅線６８に変形させて、同一コイルサイズにおいて、低抵抗のコイルを得ようというものである。

このように、放熱性能を高めるのではなく、コイルの抵抗を下げ、発熱を小さくすることで、回転電機の定格出力向上に貢献する技術もある。
特開平１０−９８８４４号公報（図２） 特開２００２−３６９４４９号公報（図１） 特開２００１−３０９５９５号公報（図１） 特開２００５−７２４２８号公報（図１）

しかしながら、このような従来技術においては、次のような問題があった。
（１）第１、第２の従来技術として示した、図１２、または図１３および図１４の回転電機では、固定子コイルで発生した熱が、固定子の外周に設けたフレームと、前記フレームと連結した負荷側ブラケットを経て、回転電機の外部、あるいは回転電機のへと放熱される。具体的には、固定子コイルで発生した熱は、スロットライナ等の絶縁体と固定子鉄心を経て、フレームおよび負荷側ブラケットから外部へと放熱される。そのため、熱伝導の経路は熱伝導性の良い金属部品が多いものの、経路が長くなり、さらなる改良を試みるも放熱性能の向上は困難であった。

（２）第３の従来技術として示した図１５の、負荷側コイルエンドの端面から直接負荷側ブラケットへ熱伝導させる構造の回転電機は、絶縁体としての樹脂を熱伝導のよい特殊な樹脂材を用いたとしても、熱伝導性は金属に比べ格段に悪いので、良好な放熱性能を得ることは困難であった。また、固定子コイルの負荷側コイルエンドの端面の形状が平坦でなく、回転軸方向に飛び出た部分について負荷側ブラケットとの間の絶縁性を確保すると、負荷側コイルエンドの端面と負荷側ブラケットの内側の面との間の平均距離が長くなる。そのため、良好な放熱性能を得ることは困難で、フレームから負荷側ブラケットを経て、回転電機の外部へと放熱される経路に対し、補助的な効果にしかなり得なかった。

（３）第４の従来技術として示した図１６の、固定子コイルの負荷側コイルエンドを負荷側ブラケットの内周面と接触させ、固定子コイルで発生する熱を、直接負荷側ブラケットへ導く構造の回転電機は、非常に有効であるが、ティース部に巻回された固定子コイルを有する回転電機においては、一般的に、固定子コイルがボビン等に巻回されていることや、固定子コイルの負荷側コイルエンドが円筒形状でないことから、現状のままでは実現は困難である。

（４）第５の従来技術として示した図１７の、丸銅線を巻回後、垂直、水平二方向を押圧し、銅線の断面を変形させる高密度コイルの製造方法の発明においては、回転電機における固定子コイルの抵抗を下げ、発熱を小さくすることで、回転電機の定格出力向上に貢献する技術ではあるものの、放熱性能を高めることによって回転電機の定格出力向上に貢献することには言及していない。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、負荷側コイルエンドから負荷側ブラケットへの熱伝達を良好にして、固定子コイルで発生した熱を、負荷側ブラケットを介して回転電機の外部へ効果的に放熱させることができる回転電機を提供することを目的とするものである。また、冷却性能の向上にともなって定格出力が向上する回転電機を提供することを目的とするものである。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項１に記載の回転電機の発明は、回転軸を有する円筒形の回転子と、前記回転子の径方向外側に配置されるとともに、固定子鉄心のティース部に巻回され、前記回転軸方向の端部から突出した負荷側コイルエンドと反負荷側コイルエンドを有する固定子コイルを備えた固定子と、を備えた回転電機において、前記固定子の負荷側に配置された負荷側ブラケットの固定子側の面に、周方向にリング状に形成された凹部を設け、前記固定子コイルの負荷側コイルエンドは、コイルエンドを嵌合させる前記負荷側ブラケットの凹部と対向する面が略平坦となるように３次元的に加圧成形されて当該コイルエンドの内周面、外周面および端面で、絶縁体を介し、前記凹部と密着しており、前記負荷側コイルエンドの端面および当該端面と対向する前記凹部の面が円錐面をなすことを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、内周面に前記固定子を嵌合保持するフレームを有し、前記フレームの負荷側端部を、前記負荷側ブラケットに密着させていることを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、前記回転電機の固定子コイルは、絶縁皮膜を持つ丸銅線を巻回してなり、負荷側コイルエンドがコイルエンドの内周面、外周面および端面で、絶縁体を介し、負荷側ブラケットと密着する外形形状を有することを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、前記固定子コイルが、反負荷側のコイルエンド部の反負荷側端面を除く、３次元的に加圧成形された外形形状を有する空芯コイルであることを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明は、前記固定子コイルが、完全整列巻きに巻回され、銅線の交差を全て反負荷側のコイルエンド部で行っていることを特徴とするものである。
請求項６に記載の発明は、前記回転電機の固定子が、金型で加圧して外形形状を成形してなる固定子コイルを、ボビンを用いず固定子鉄心に装着し、接着剤またはモールド樹脂で一体化してなるものであることを特徴とするものである。
請求項７に記載の回転電機の製造方法の発明は、円筒形回転子と、固定子鉄心のティース部に巻回されスロットに装着された固定子コイルを有する固定子を備えた回転電機の製造方法において、
前記負荷側ブラケットの固定子側の面に、前記負荷側コイルエンドの端面と対向する面が円錐面である凹部を設け、前記固定子コイルは、絶縁皮膜を持つ丸銅線を巻回したのち、金型で加圧して、前記凹部と対向する面が略平坦となるように外形形状を成形し、固定子コイルの負荷側コイルエンドをコイルエンドの内周面、外周面および端面で、絶縁体を介して、負荷側ブラケットの凹部と密着させることを特徴とするものである。
請求項８に記載の発明は、前記固定子コイルを、絶縁皮膜を持つ丸銅線を巻回したのち、金型で加圧成形する前または後に、ワニス等の接着剤を用いるか、加熱して絶縁皮膜を融着して形状固定することを特徴とするものである。
請求項９に記載の発明は、前記固定子コイルを、反負荷側のコイルエンド部の反負荷側端面を除く仕上げ外形形状を有する金型で、前記反負荷側側面を除く外形形状を３次元的に加圧成形することを特徴とするものである。
請求項１０に記載の発明は、前記回転電機の固定子が、金型で加圧して外形形状を成形してなる固定子コイルを、絶縁紙または粉体塗装等による絶縁処理が施された固定子鉄心に装着し、接着剤またはモールド樹脂で一体化して構成していることを特徴とするものである。

本発明によれば、次のような効果がある。
請求項１に記載の回転電機の発明によると、固定子コイルの負荷側コイルエンドがコイルエンドの内周面、外周面、および軸方向の端面の少なくとも２面で、絶縁体を介し、負荷側ブラケットと密着しているため、固定子コイルで発生した熱がより効果的に外部へと放熱され、定格出力が向上する回転電機を提供することができる。また、負荷側コイルエンドが凹部内に挿入されるため、例えば、負荷側コイルエンドの端面だけが負荷側ブラケットに接触しているものに比べて、負荷側コイルエンドの固定が強固になり固定子コイルと負荷側ブラケットとの接触が安定する。

請求項２に記載の発明によると、固定子コイルの負荷側コイルエンドがコイルエンドの内周面、外周面および端面等の少なくとも２面で、絶縁体を介し、負荷側ブラケットと密着しているとともに、固定子を保持するフレームの負荷側端部も、負荷側ブラケットと密着しているため、固定子コイルで発生した熱がより効果的に回転電機の外部へと放熱され、定格出力が向上する回転電機を提供することができる。

請求項３に記載の発明によると、固定子コイルは、絶縁皮膜を持つ丸銅線を巻回してなり、負荷側コイルエンドがコイルエンドの内周面、外周面および端面等の少なくとも２面で、絶縁体を介し、負荷側ブラケットと密着する外形形状を有するため、安価な従来の丸銅線巻線を用い、固定子コイルで発生した熱がより効果的に外部へと放熱される回転電機を構成することができる。

請求項４に記載の発明によると、固定子コイルは、反負荷側コイルエンドの端面を除く、３次元的に加圧成形された外形形状を有する空芯コイルであるため、負荷側コイルエンドの端面は、加圧成形されて凹凸のきわめて少ない平面形状をしており、絶縁が確保できる程度の薄い樹脂を介して、負荷側ブラケットと密着させることができる。薄い樹脂とすることにより、固定子コイルから負荷側ブラケットへの伝熱効率が向上し、固定子コイルで発生した熱を、より効果的に負荷側ブラケットに伝えることができる。これにより、負荷側ブラケットから回転電機の外部へと良好に放熱することができ、回転電機の効果的に冷却することができる。
また、前記固定子コイルが、固定子コアのティース部への装着前にあらかじめ巻回された空芯コイルであるため、固定子コアのティース部にコイルを巻き付ける巻き線作業が必要でなく、そのためボビンを用いる必要がない。したがって、固定子コイルの負荷側を、ボビンのないコイルエンドのみの構成にすることができ、負荷側コイルエンドと負荷側ブラケットとの間の間隙短縮にボビンが支障となることがない。

請求項５に記載の発明によると、固定子コイルは、完全整列巻きに巻回され、銅線の交差は全て反負荷側のコイルエンド部で行っているため、加圧成形する表面は銅線の交差がない比較的平坦なものとすることができ、容易に所望の形状を得ることができる。

請求項６に記載の発明によると、固定子は、金型で加圧して外形形状を成形してなる固定子コイルを、ボビンを用いず固定子鉄心に装着し、接着剤またはモールド樹脂で一体化したため、ボビンを介さず安定した形状をもって、負荷側ブラケットと密着させ得る。

請求項７に記載の回転電機の製造方法の発明によると、固定子コイルは、絶縁皮膜を持つ丸銅線を巻回したのち、金型で加圧して外形形状を成形して構成するため、従来の巻線技術とプレス成形技術を応用でき、特殊な銅線や、特殊なコイル成形装置等を必要としない。

請求項８に記載の発明によると、固定子コイルは、絶縁皮膜を持つ丸銅線を巻回したのち、金型で加圧成形する前または後に、ワニス等の接着剤を用いるか、加熱して絶縁皮膜を融着して形状固定するため、固定子鉄心に装着し、接着剤またはモールド樹脂で一体化して構成する際に取り扱いが容易である。

請求項９に記載の発明によると、固定子コイルは、反負荷側コイルエンド部の端面を除く仕上げ外形形状を有する金型で、前記反負荷側端面を除く外形形状を３次元的に加圧成形して構成するため、加圧面の全てで銅線の交差がなく、加圧に対する不良率を最小にすることができる。

請求項１０に記載の発明によると、固定子は、金型で加圧して外形形状を成形してなる固定子コイルを、絶縁紙または粉体塗装等による絶縁処理が施された固定子鉄心に装着し、接着剤またはモールド樹脂で一体化して構成するため、作業工程において固定子鉄心の角で固定子コイルの皮膜を傷つけることなく、不良率を最小にすることができる。

本発明の第１の実施例における永久磁石電動機などの回転電機を示す側断面図である。 図１における回転電機の正断面図で回転子は図示を省略している。 前記樹脂をモールドして形成された固定子と、前記負荷側ブラケットの分解斜視図である。 固定子コイルの巻き方を示す説明図で、（ａ）は固定子コイルを回転軸方向に対して垂直の方向から見た図で、図面右手が負荷側方向で、図面左手が反負荷側方向である。（ｂ）は反負荷側から見た図で、（ｃ）は負荷側から見た図である。（ｄ）は上方から見た図である。 固定子コイル部を示す図で、（ａ）は本発明の固定子コイル部を示す要部の正断面図、（ｂ）は図１１に示した従来構造の永久磁石電動機における固定子コイル部を示す要部の正断面図である。 本発明の実施例における固定子コイルを加圧成形する加圧成形治具を示す要部の断面図である。 前記加圧成形治具を用いて、固定子コイルを加圧成形する説明図で、（ａ）は上パンチの加圧前を示し、（ｂ）は上パンチの加圧後を示している。 前記加圧成形治具を用いて、固定子コイルを加圧成形する軸方向断面図による説明図である。 固定子を製造する処理手順を示すフローチャートである。 （ａ）から（ｃ）は、図１３に示した従来構造の永久磁石電動機と、図１に示した本発明の実施例にかかる構造の永久磁石電動機の放熱性能比較図である。 本発明の第２の実施例における永久磁石電動機などの回転電機を示す側断面図である。 第１の従来技術を示す側断面図で、円筒形の回転子と、固定子鉄心のティース部に巻回されて装着された固定子コイルを有する固定子を備えた回転電機、例えば誘導電動機の構造例である。 第２の従来技術を示す側断面図で、円筒形の回転子と、固定子鉄心のティース部に巻回されて装着された固定子コイルを有する固定子を備えた回転電機、例えば永久磁石電動機の構造例である。 図１３における回転電機の径方向の断面を示す正断面図である。 第３の従来技術を示す部分側断面図で、円筒形の回転子と、固定子鉄心のティース部に巻回されて装着された固定子コイルを有する固定子を備えた回転電機の別の構造例であり、特許文献２の図１に示されている電動機である。 第４の従来技術を示す側断面図で、円筒形の回転子と、ヨーク部のみを有しティース部を有しない固定子鉄心の内周面に、固定子コイルを備えた回転電機、例えば、スロットを有しないスロットレスモータタイプのＡＣサーボモータの構造例である。 第５の従来技術を示す図で、特許文献４の図１に示されている特殊な製造方法で製作したコイルの断面図である。

符号の説明

１ 回転電機
２ 固定子
３ 負荷側ブラケット
３ａ 凹部
４ 反負荷側ブラケット
５ 軸受
６ 軸受
７ 回転子
７ａ 回転軸
７ｂ 回転子鉄心
７ｃ 永久磁石
８ 回転検出器
９ 固定子鉄心
９ａ ヨーク部
９ｂ ティース部
１０ 固定子コイル
１０ａ 負荷側コイルエンド
１０ａａ 内周面
１０ａｂ 外周面
１０ａｃ 端面
１０ｂ 反負荷側コイルエンド
１０ｂａ 内周面
１０ｂｂ 外周面
１０ｂｃ 端面
１０ｃ 隣り合う面
１０ｄ 隣り合う面
１１ 樹脂
１２ 丸銅線
１３ 加圧成形治具
１３ａ 上パンチ
１３ｂ 下パンチ
１３ｃ ダイ
１４ コイル装着スペース
１５ フレーム
１５ａ 負荷側端部
２１ 第１の従来技術における回転電機
２２ 固定子
２３ 負荷側ブラケット
２４ 反負荷側ブラケット
２５ 軸受
２６ 軸受
２７ 回転子
２７ａ 回転軸
２７ｂ 回転子鉄心
２７ｃ エンドリング
２７ｄ 羽根
２８ 固定子鉄心
２９ 固定子コイル
３０ フレーム
３１ 矢印
３２ 矢印
３３ 第２の従来技術における回転電機
３４ 固定子
３５ フレーム
３６ 負荷側ブラケット
３７ 反負荷側ブラケット
３８ 軸受
３９ 軸受
４０ 回転子
４０ａ 回転軸
４０ｂ 回転子鉄心
４０ｃ 永久磁石
４１ 検出器
４２ 固定子鉄心
４２ａ ヨーク部
４２ｂ ティース部
４３ 丸銅線
４４ ボビン
４５ 固定子コイル
４６ 樹脂
４７ 第３の従来技術における回転電機
４８ 固定子
４９ フレーム
５０ 負荷側ブラケット
５１ 軸受
５２ 回転子
５３ 固定子鉄心
５３ａ ヨーク部
５３ｂ ティース部
５４ 固定子コイル
５４ａ 負荷側コイルエンド
５５ 樹脂
５６ 第４の従来技術における回転電機
５７ 固定子
５８ フレーム
５９ 負荷側ブラケット
６０ 反負荷側ブラケット
６１ 軸受
６２ 軸受
６３ 回転子
６４ 固定子鉄心
６４ａ ヨーク部
６５ 固定子コイル
６５ａ 負荷側コイルエンド
６６ 矢印
６７ 矢印
６８ 断面変形銅線
Ｍ 外部装置

以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。

図１は、本発明の第１の実施例における例えば永久磁石電動機などの回転電機を示す側断面図である。図２は、図１における回転電機の正断面図で回転子は図示を省略している。
図１および図２において、１は例えば永久磁石電動機などの回転電機で、固定子２と、前記固定子２の負荷側に配置されるとともに、前記固定子側に周方向にリング状に形成された凹部３ａを設けた負荷側ブラケット３と、反負荷側に配置された反負荷側ブラケット４と、前記負荷側ブラケット３および反負荷側ブラケット４に軸受５、６を介して回転自在に支承された回転軸７ａを有する円筒形の回転子７と、前記反負荷側ブラケット４よりもさらに反負荷側に配置されたエンコーダなどの回転検出器８などを備えて構成されている。７ｂは前記回転軸４０ａに嵌合した回転子鉄心で、７ｃは前記回転子鉄心７ｂの外周面に取り付けた永久磁石である。なお、回転子鉄心７ｂは必ずしも必要ではなく、回転軸７ａの径を大きくしてその外周面に永久磁石７ｃを取り付けるようにしてもよい。

前記固定子２は、ヨーク部（外側固定子鉄心）９ａと、前記ヨーク部９ａに嵌合固定するティース部（内側固定子鉄心）９ｂを有する固定子鉄心９と、前記固定子鉄心９のティース部９ｂに巻装した固定子コイル１０を備えるとともに、前記ティース部９ｂ間と、負荷側コイルエンド１０ａと反負荷側コイルエンド１０ｂを樹脂１１でモールドしている。前記固定子コイル１０の前記負荷側コイルエンド１０ａは、その内周面１０ａａ、外周面１０ａｂ、および回転軸方向の端面（以下、単に端面という）１０ａｃの３面において、絶縁体である前記樹脂１１を介して、前記負荷側ブラケット３の凹部３ａと密着している。なお、図１において、１０ｂａは、前記反負荷側コイルエンド１０ｂの内周面、１０ｂｂは前記反負荷側コイルエンド１０ｂの外周面、１０ｂｃは前記反負荷側コイルエンド１０ｂの端面である。

また、前記固定子コイル１０は、絶縁皮膜を持つ丸銅線１２を巻回したのち、前記負荷側コイルエンド１０ａを金型で加圧して外形形状を成形している。それにより、前記固定子鉄心９のティース部９ｂに装着された状態で、前記負荷側コイルエンド１０ａの内周面１０ａａと外周面１０ａｂは、高精度な円筒面をなし、前記負荷側コイルエンドの端面１０ａｃは、高精度の円錐面をなしている。したがって、前記３面は、密着嵌合させる前記負荷側ブラケット３の凹部３ａと対向する面が凹凸のきわめて少ない面となり、つまり、前記負荷側ブラケット３の凹部３ａと最も近接する平らな面積を広くし、前記負荷側コイルエンド１０ａにモールドする樹脂１１の厚みを、絶縁を確保できる程度に極力薄くしている。これにより、前記負荷側コイルエンド１０ａと前記負荷側ブラケット３との距離をできる限り短くし、前記負荷側コイルエンド１０ａから前記負荷側ブラケット３への熱の伝導を良好にすることができる。

なお、前記固定子コイル１０の隣り合う面１０ｃ、１０ｄ同士は、近接しながらも正確な絶縁距離を保持して、絶縁体である前記樹脂１１によって固定されている。
本実施例では、前記負荷側コイルエンド１０ａを、前記樹脂１１を介して負荷側ブラケット１０ａに密着させているが、低電圧の回転電機については、丸銅線１２の絶縁皮膜を絶縁体に兼ねることで、前記負荷側コイルエンド１０ａを、直接負荷側ブラケット３の凹部３ａに密着嵌合させてもよい。
また、前記固定子コイル１０の負荷側コイルエンド１０ａは、その内周面１０ａａ、外周面１０ａｂ、および端面１０ａｃの３面において、絶縁体である前記樹脂１１を介して、前記負荷側ブラケット３の凹部３ａと密着させているが、いずれかの２面を前記負荷側ブラケット３の凹部３ａと密着させるようにしてもよい。前記３面はそれぞれ完全な平面である必要はなく、丸銅線１２を巻回するのであるから、多少の凹凸が生じるのは当然である。

前記固定子鉄心９は、ヨーク部（外側固定子鉄心）９ａと、ティース部９ｂ（内側固定子鉄心）を組み合わせて構成している。金型で加圧して外形形状を成形した固定子コイル１０を、絶縁紙または粉体塗装等による絶縁処理が施されたティース部９ｂに装着し、前記ティース部９ｂをヨーク部９ａの内周に配置した状態で、樹脂１１をモールドして一体化し、固定子２を製作する。

図３は、前記樹脂１１をモールドして形成された固定子２と、前記負荷側ブラケット３の分解斜視図である。
前記固定子２に前記負荷側ブラケット３を取り付けるにあたっては（回転子の記載は省略）、前記固定子コイル１０の前記負荷側コイルエンド１０ａを、前記内周面１０ａａ、前記外周面１０ａｂ、および前記端面１０ａｃの３面で、絶縁体である前記樹脂１１を介して、前記負荷側ブラケット３の凹部３ａに密着嵌合させる。これにより、前記固定子コイル１０で発生した熱が、前記負荷側コイルエンド１０ａから直接前記負荷側ブラケット３へより効果的に伝達され、外部へと放熱される。

図４は、前記固定子コイル１０の巻き方を示す説明図で、（ａ）は前記固定コイル１０を回転軸方向に対して垂直の方向から見た図で、図面右手が負荷側方向で、図面左手が反負荷側方向である。（ｂ）は反負荷側から見た図で、（ｃ）は負荷側から見た図である。（ｄ）は上方から見た図である。
図４において、前記固定子コイル１０は、絶縁皮膜を持つ丸銅線１２を、反負荷側の端部より完全整列巻きに巻回する。前記負荷側コイルエンド１０ａの前記端面１０ａｃ、および２面ある固定子コイル１０の隣り合う面１０ｃ、１０ｄの合計３面においては、前記丸銅線１２を全て平行して巻回し、巻線を巻き進めるためのリードも取らない。巻線のリードは、反負荷側コイルエンド１０ｂで行う。１層目の巻回が終了し、２層目を巻回する場合も同様に、巻線のリードは、反負荷側コイルエンド１０ｂで行う。従って、上下層間の銅線の交差も全て反負荷側コイルエンド１０ｂの端面１０ａｃで行われ、反負荷側コイルエンド１０ｂの端面１０ｂｃを除く前記３面は比較的平坦であり、後工程の加圧成形を容易にする。

巻回を終えた固定子コイル１０を、金型である下パンチ１３ｂに装着し、後に示すその他の金型とともに、前記反負荷側コイルエンド１０ｂの端面１０ｂｃを除く外形形状を３次元的に加圧成形する。負荷側コイルエンド１０ａの端面１０ａｃを加圧成形することにより、前述したように、前記固定子コイル１０の負荷側コイルエンド１０ａは、その内周面１０ａａ、外周面１０ａｂ、および端面１０ａｃの３面を略平坦に成形でき、絶縁体である前記樹脂１１を介して、前記負荷側ブラケット３の凹部３ａと密着させることができる。
したがって、前記３面は、密着嵌合させる前記負荷側ブラケット３の凹部３ａと対向する面が凹凸のきわめて少ない面となり、つまり、最も近接する平らな面の面積を広くし、負荷側コイルエンド１０ａにモールドする樹脂１１の厚みを極力薄くして、負荷側コイルエンド１０ａと負荷側ブラケット３との距離をできる限り短くし、負荷側コイルエンド１０ａから負荷側ブラケット３への熱の伝導を良好にすることができる。
また、固定子コイル１０の隣り合う面１０ｃ、１０ｄを加圧成形することにより、固定子コイル１０の隣り合う面１０ｃ、１０ｄ同士は、近接しながらも正確な絶縁距離を保持し、スペースの有効利用と相間絶縁性確保を両立する。反負荷側コイルエンド１０ｂの端面１０ｂｃを加圧成形から除くことにより、反負荷側コイルエンド１０ｂで交差する丸銅線１２を傷める心配をなくすことができる。

図５は、固定子コイル部を示す図で、（ａ）は本発明の固定子コイル部を示す要部の正断面図、（ｂ）は図１１に示した従来構造の永久磁石電動機における固定子コイル部を示す要部の正断面図である。
図５（ｂ）に示すように、従来構造の固定子コイルは、絶縁皮膜を持つ丸銅線をボビンに巻回したのち、固定子コアのティース部に装着し、固定子コアのヨーク部に配置した状態で、樹脂でモールドして一体化し、固定子が形成される。
そのため、前記ボビンは巻線の加圧に耐えられるだけの強度が必要となり、絶縁性能上必要とされる以上の厚みを持つ形状となる。固定子コイルの断面形状は、ボビン形状に応じた形状に巻回されるため、図５（ｂ）に示したような概台形状となる。
これに対して、本発明の固定子コイル１０は、図５（ａ）に示すように、絶縁皮膜を持つ丸銅線を巻回したのち、金型で加圧して外形形状を成形し、絶縁紙または粉体塗装等による絶縁処理が施されたティース部９ｂに装着し、ヨーク部９ａの内周に配置した状態で、樹脂１１でモールドして一体化し、固定子２が形成される。固定子コイル１０の断面形状は、反負荷側コイルエンド１０ｂの端面１０ｂｃを除く仕上げ外形形状を有する金型で、前記反負荷側コイルエンド１０ｂの端面１０ｂｃを除く外形形状を３次元的に加圧成形するため、固定子鉄心９のないスペースを最大限に利用でき、従来構造に対し１４０％程度の断面積を有するものとなっている。

図６は、本発明の実施例における固定子コイル１０を加圧成形する加圧成形治具１３を示す要部の断面図である。
図６に示すように、加圧成形治具１３は、上パンチ１３ａ、下パンチ１３ｂ、ダイ１３ｃで構成され、これら３者の間で形成されるコイル装着スペース１４を有している。絶縁皮膜を持つ丸銅線１２を巻回した固定子コイル１０は、前記コイル装着スペース１４内に装着される。

図７は、前記加圧成形治具１３を用いて、固定子コイル１０を加圧成形する説明図で、（ａ）は上パンチ１３ａの加圧前を示し、（ｂ）は上パンチ１３ａの加圧後を示している。
図７（ａ）に示すように、前記コイル装着スペース１４に固定子コイル１０を装着し、上パンチ１３ａを、図７（ｂ）に示す上パンチ加圧後の状態まで下方に移動することにより、前記固定子コイル１０の外形が加圧成形される。
本実施例では、加圧成形ワニス含浸により形状を固定するが、融着コイル等を用いて形状を固定してもよい。

図８は、前記加圧成形治具１３を用いて、固定子コイル１０を加圧成形する軸方向断面図による説明図である。
上パンチ１３ａ、下パンチ１３ｂ、ダイ１３ｃの３つの金型は、反負荷側コイルエンド１０ｂの端面１０ｂｃを除く仕上げ外形形状を有するので、前記反負荷側コイルエンド１０ｂの端面１０ｂｃを除く外形形状を３次元的に瞬時に加圧成形することができる。
図９は、以上説明した固定子２を製造する処理手順を示すフローチャートである。固定子鉄心９の製造から固定子２の完成までを示している。

図１０の（ａ）から（ｃ）は、図１３に示した従来構造の永久磁石電動機（以下、従来構造という）と、図１に示した本発明の実施例にかかる構造の永久磁石電動機（以下、新構造）の放熱性能比較図であり、定格８００Ｗの電動機を雰囲気６０℃の室内で、広い放熱板に取付けた状態を例とした熱伝導計算の結果を示すものである。
図１０（ａ）は、８２．５Ｗの発熱が固定子コイルの内部より発生し、フレームから負荷側ブラケットを経て、電動機外部に放熱した場合の、従来構造における、放熱経路にある部品の熱の入口と出口の温度を示すものであり、例えば、ボビンの入口とは、固定子コイルに接するボビンの外周面であり、出口とは、固定子鉄心と接するボビンの内周面である。計算の結果、固定子コイルの内部温度は１０５℃に至った。この状態において、固定子コイルの温度は、小さな温度落差のままボビン表面に至り、ボビンで２０℃近い温度落差を経て、固定子鉄心に伝熱する。以下、フレーム、負荷側ブラケットを経て、電動機外部へと放熱する。
一方、図１０（ｂ）に示す新構造では、固定子コイル１０の発熱は、モールドされた樹脂１１を介して直接負荷側ブラケット３へ伝熱しモータ外部へと放熱するため、（ａ）と同じ８２．５Ｗの発熱において、固定子コイル１０の内部温度は７５℃にとどまっている。
図１０（ｃ）は、新構造の固定子コイル１０の内部温度が、従来構造と同じ１０５℃に達する状態を、新構造の定格出力状態と判断するため、その温度に至るまで固定子コイル１０での発熱を増加させたものであり、その結果は２５１Ｗであった。
つまり、従来構造の８２．５Ｗに対し、新構造では２５１Ｗまで発熱を許容できる結果であり、この結果より判断して、同じ外形サイズの電動機のまま、定格出力を２倍近く増大できる結論が得られた。

図１に示した本発明における実施例では、フレームを用いない構造としているが、図１１に示すように、固定子コイル１０の負荷側コイルエンド１０ａが内周面１０ａａ、外周面１０ａｂおよび端面１０ａｃの３面で、絶縁体である、モールドされた樹脂１１を介し、前記負荷側ブラケット３と密着しているとともに、固定子２を、内周面に嵌合保持するフレーム１５の負荷側端部１５ａも、前記負荷側ブラケット３と密着する構造としても良い。その場合、前記固定子２の外周面に嵌合するフレーム１５を設ける分、サイズが大きくなるが、固定子コイル１０で発生した熱がより効果的に外部へと放熱され、定格出力が向上する回転電機を提供することができる。

本発明が、特許文献１および特許文献２等の従来の、円筒形の回転子と、前記ティース部に巻回された固定子コイルを有する固定子とを備えた回転電機と異なる部分は、固定子コイル１０の負荷側コイルエンド１０ａが負荷側コイルエンド１０ａの内周面１０ａａ、外周面１０ａｂおよび端面１０ｂｃ等の少なくとも２面で、絶縁体である樹脂１１を介して負荷側ブラケット３と密着していることを特徴とする回転電機とした部分である。
また、本発明が特許文献４と異なる部分は、固定子コイル１０の丸銅線１２の断面を変形させるためではなく、固定子コイル１０の負荷側コイルエンド１０ａの外形形状を所望の形状に成形するために加圧する部分である。

Claims (10)

1. 回転軸を有する円筒形の回転子と、
   前記回転子の径方向外側に配置されるとともに、固定子鉄心のティース部に巻回され、前記回転軸方向の端部から突出した負荷側コイルエンドと反負荷側コイルエンドを有する固定子コイルを備えた固定子と、
   を備えた回転電機において、
   前記固定子の負荷側に配置された負荷側ブラケットの固定子側の面に、周方向にリング状に形成された凹部を設け、前記固定子コイルの負荷側コイルエンドは、コイルエンドを嵌合させる前記負荷側ブラケットの凹部と対向する面が略平坦となるように３次元的に加圧成形されて当該コイルエンドの内周面、外周面および端面で、絶縁体を介し、前記凹部と密着しており、前記負荷側コイルエンドの端面および当該端面と対向する前記凹部の面が円錐面をなすことを特徴とする回転電機。
2. 前記固定子を、内周面に嵌合保持するフレームを有し、前記フレームの負荷側端部が、前記負荷側ブラケットと密着していることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 前記回転電機の固定子コイルは、絶縁皮膜を持つ丸銅線を巻回してなり、負荷側コイルエンドがコイルエンドの内周面、外周面および端面で、絶縁体を介し、負荷側ブラケットと密着する外形形状を有す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。
4. 前記固定子コイルは、反負荷側コイルエンドの端面を除き、３次元的に加圧成形された外形形状を有する空芯コイルであ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。
5. 前記固定子コイルは、完全整列巻きに巻回され、銅線の交差は全て反負荷側コイルエンド部で行われてい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。
6. 前記回転電機の固定子は、金型で加圧して外形形状を成形してなる固定子コイルを、ボビンを用いず固定子鉄心のティースに装着し、接着剤またはモールド樹脂で一体化し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。
7. 円筒形回転子と、固定子鉄心のティース部に巻回されスロットに装着された固定子コイルを有する固定子を備えた回転電機の製造方法において、
   前記負荷側ブラケットの固定子側の面に、前記負荷側コイルエンドの端面と対向する面が円錐面である凹部を設け、
   前記固定子コイルは、絶縁皮膜を持つ丸銅線を巻回したのち、金型で加圧して、前記凹部と対向する面が略平坦となるように外形形状を成形し、固定子コイルの負荷側コイルエンドをコイルエンドの内周面、外周面および端面で、絶縁体を介して、負荷側ブラケットの凹部と密着させることを特徴とする回転電機の製造方法。
8. 前記固定子コイルは、絶縁皮膜を持つ丸銅線を巻回したのち、金型で加圧成形する前または後に、ワニス等の接着剤を用いるか、加熱して絶縁皮膜を融着して形状固定することを特徴とする請求項７に記載の回転電機の製造方法。
9. 前記固定子コイルは、反負荷側のコイルエンド部の反負荷側端面を除く仕上げ外形形状を有する金型で、前記反負荷側端面を除く外形形状を３次元的に加圧成形することを特徴とする請求項７に記載の回転電機の製造方法。
10. 前記回転電機の固定子は、金型で加圧して外形形状を成形してなる固定子コイルを、絶縁紙または粉体塗装等による絶縁処理が施された固定子鉄心に装着し、接着剤またはモールド樹脂で一体化して構成することを特徴とする請求項７に記載の回転電機の製造方法。

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