JP5624111B2

JP5624111B2 - コイルエンドの変形を防止する規制部材を有する回転電機の固定子及び該固定子を備える電動機

Info

Publication number: JP5624111B2
Application number: JP2012262482A
Authority: JP
Inventors: 志進高野; 洋平有松
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2014-11-12
Anticipated expiration: 2032-11-30
Also published as: DE102013019644A1; US9614404B2; JP2014110648A; DE102013019644B4; CN203691101U; CN103855837A; US20140152128A1

Description

本発明は、回転電機の固定子及び該固定子を備える電動機に関する。

回転電動機などの回転電機に使用される固定子は、固定子コアのスロットに巻回されたコイルを備える。コイルは、固定子コアの端面から外側に突出するコイルエンドを有している。コイルエンドは、絶縁距離を確保するために、半径方向内側に向かって変形しないように塑性変形された状態で固定される。特許文献１は、コイルエンドを半径方向外側に変形させる装置を開示している。

特開平５−３０４７４８号公報

固定子のコイルエンドが半径方向内側に変形するのを簡易な方法で防止できる固定子が望まれている。

本願における１番目の発明によれば、軸線方向に延在する複数のスロットを周方向に間隔を空けて有する固定子コアと、前記スロットを通って巻回されるコイルと、を備える回転電機の固定子であって、前記コイルは、前記固定子コアの端面から軸線方向外側に突出するコイルエンドを有しており、当該固定子は、前記コイルエンドが半径方向内側に変形するのを防止する規制部材を前記コイルエンドの半径方向内側に備えており、前記固定子コアが、前記規制部材及び前記コイルエンドを軸線方向において結束する結束部材を取付ける取付機構部を有する、回転電機の固定子が提供される。

本願における２番目の発明によれば、１番目の発明において、前記規制部材は円筒形の形状を有していて、一方の端部における直径が他方の端部における直径よりも大きくなるようにした、固定子が提供される。

本願における３番目の発明において、１番目又は２番目の発明において、前記規制部材は、一方の端部において前記コイルエンドの端部を覆うように半径方向外側に向かって延在するフランジを有する、固定子が提供される。

本願における４番目の発明において、１番目から３番目のいずれかの発明において、前記コイルエンド及び前記規制部材がモールド樹脂で被覆される、固定子が提供される。

本願における５番目の発明において、１番目から４番目のいずれかの発明に係る固定子及び該固定子と協働する回転子を備える、電動機が提供される。

前述した本願における発明によれば、特許文献１が開示する公知技術のように特別の装置を必要とすることなく、規制部材によって所望の形状を有するコイルエンドを形成できる。また、力が半径方向内側に向かってコイルエンドに作用する場合であっても、規制部材がコイルエンドの変形を防止し、コイルエンドの内側における絶縁距離を維持できる。

本発明の実施形態に係る固定子を示す分解斜視図である。規制部材が取付けられた状態の固定子を示す斜視図である。結束部材が取付けられた状態の固定子を示す斜視図である。規制部材を示す斜視図である。図４Ａの線４Ｂ−４Ｂに沿って見た断面図である。本発明の別の実施形態に係る固定子を示す斜視図である。結束部材の取付機構部を示す部分拡大図である。規制部材の構成例を示す斜視図である。図７Ａの線７Ｂ−７Ｂに沿って見た断面図である。規制部材の構成例を示す斜視図である。図８Ａの規制部材を示す正面図である。規制部材の構成例を示す斜視図である。図９Ａの規制部材を示す平面図である。規制部材の構成例を示す斜視図である。図１０Ａの線１０Ｂ−１０Ｂに沿って見た断面図である。固定子コアの例を示す平面図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図示される実施形態の構成要素は、本発明の理解を助けるためにその縮尺が実用的な形態から変更されている場合があることに留意されたい。

図１〜図３を参照して、本発明の実施形態に係る固定子１０を説明する。図１は、固定子１０を示す分解斜視図である。図２は、規制部材３０が取付けられた状態の固定子１０を示す斜視図である。図３は、結束部材４０が取付けられた状態の固定子１０を示す斜視図である。

固定子１０は、回転電動機などの回転電機において図示されない回転子とともに使用される。固定子１０は、鋼板を積層して形成される固定子コア１２と、固定子コア１２に形成されるスロットに巻回されるコイルと、を備えている。コイルには、例えば三相交流の電流が印加され、それにより回転磁界が生成される。固定子側で発生する回転磁界と、回転子との間の磁気的相互作用によって、回転子を回転させる回転動力が得られる。

固定子１０の固定子コア１２の形状は特に限定されないものの、図１１を参照して固定子コア１２の構成例について説明する。図１１は、固定子コア１２の例を示す平面図である。固定子コア１２は、半径方向内側に向かって突出する複数の歯１４を周方向に所定間隔を空けて有している。隣接する歯１４の間には、軸線方向（すなわち、紙面に対して直交する方向）に延在するスロット１６が形成される。固定子１０のコイルを形成する電線は、スロット１６を通って歯１４の側面に沿って巻回される。

コイルは、公知の巻き方、例えば集中巻又は分布巻に従って形成される。図１を参照すると、コイルは、固定子コア１２の端面１２ａから軸線方向Ｏの外側に突出するコイルエンド２０を有している。図１において、コイルエンド２０は簡単のために円筒形の部材として描かれている。

規制部材３０は、例えばプラスチックなどの変形しにくい材料から形成され、概ね円筒形の形状を有している。図４Ａ及び図４Ｂを参照するとより良く分かるように、規制部材３０は、固定子コア１２から遠位に位置する第１の端部３０ａにおける直径が他方の第２の端部３０ｂにおける直径よりも大きくなるように形成される。規制部材３０の側面３２は、概ね円弧状の断面を有しており、それにより第２の端部３０ｂから第１の端部３０ａに向かって直径が連続的に増大するようになっている。

規制部材３０は、軸線方向Ｏに沿ってコイルエンド２０の半径方向内側の空間に押込むことによって固定子１０に取付けられる。それにより、規制部材３０が図２に示されるように固定子１０に取付けられた状態において、コイルエンド２０の直径が固定子コア１２の端面１２ａから離れるのに従って徐々に大きくなるようにコイルエンド２０が変形する。規制部材３０の側面３２は、コイルエンド２０の所望の形状に対応して予め定められた形状を有している。それにより、規制部材３０を固定子１０に取付ける際に、コイルエンド２０の形状を規制部材３０の側面３２に沿って変形させることによって、所望の形状を有するコイルエンドが形成される。

このように、コイルエンド２０は、規制部材３０の側面３２の形状に従って変形することによって、結果的に所望の形状を有するようになる。このような方法によれば、前述した特許文献１に開示される公知技術のように、特別な装置を必要としない。それにより、装置の設置及び稼働のために必要な空間及び設備が不要となり、コストが削減される。また、装置の取扱いに関連する工程も削減でき、作業効率が向上する。また、治具を使用してコイルエンドを整形する場合と比べても、コイルの電線を損傷させる虞が低いので、より信頼性の高い固定子が提供される。

規制部材３０が所定位置に配置された状態で、規制部材３０及びコイルエンド２０は、図３に示されるように結束部材４０によって一緒に固定される。図示された実施形態において、結束部材４０は横紐４２及び縦紐４４から形成される。横紐４２はコイルエンド２０の全周にわたって巻かれており、コイルエンド２０及び規制部材３０を半径方向において互いに結束させる作用を有する。一方、縦紐４４は、規制部材３０の内表面３４及びコイルエンド２０の周りに巻回されるように軸線方向Ｏに設けられる。縦紐４４は、コイルエンド２０及び規制部材３０を軸線方向Ｏにおいて互いに結束する作用を有する。さらに、横紐４２及び縦紐４４は互いに接続され、軸線方向及び半径方向の両方においてコイルエンド２０及び規制部材３０を所定位置に保持する。

本発明の実施形態において使用される結束部材は、図示された特定の形態に限定されない。例えば、図示された縦紐４４は、概ね軸線方向Ｏに沿って設けられるものの、軸線方向Ｏに対して傾斜するように、すなわちコイルエンド２０に対して螺旋状に巻回されてもよい。或いは、結束バンド、例えばタイラップを縦紐として使用してもよい。結束部材の個数も特定の態様に限定されず、必要に応じて決定される。また、その他の公知の態様も同様に結束部材として採用され得る。

一実施形態において、コイルエンド２０及び規制部材３０がモールド樹脂によって被覆されてもよい。モールド樹脂は、コイルエンド２０及び規制部材３０を一緒に固定するので、コイルエンド２０及び規制部材３０の位置ずれを防止できる。モールド樹脂は、金型その他の冶具によって、コイルエンド２０及び規制部材３０を固定するのに必要な範囲にわたって形成される。モールド樹脂は、結束部材が取付けられた状態で形成されてもよいし、結束部材が取付けられることなく形成されてもよい。

前述したように、本実施形態によれば、規制部材をコイルエンドの半径方向内側に配置することによって、コイルエンドが半径方向内側に変形するのを防止できる。したがって、コイルエンド内方における絶縁距離が確保されるので、信頼性の高い固定子が提供される。また、コイルエンドを規制部材の形状に従って変形させることによって、所望の形状を有するコイルエンドを容易に形成できるので、特別の装置及び熟練の技術が要求されない。また、必要以上にコイルエンドを変形させる虞もないので、コイルエンドの損傷を防止できる。このように、コイルエンドの整形作業を簡易化することによって、作業効率が向上し、コストが削減される。

続いて、前述した実施形態とは異なる本発明の他の実施形態について説明する。以下の説明において、既に述べた内容と重複する事項については説明を適宜省略する。また、同一又は対応する構成要素には同一の参照符号が使用される。

図５は、本発明の別の実施形態に係る固定子１０’を示す斜視図である。本実施形態に係る固定子１０’においては、コイルエンド２０及び規制部材３０を互いに結束する結束部材５０の構成が図１〜図３に関連して前述した実施形態の結束部材４０と相違する。結束部材５０は概ね円環状の紐である。結束部材５０は、コイルエンド２０及び規制部材３０の周りに巻回された状態で、例えば固定子コア１２の端面１２ａに形成された取付機構部６０によって固定される。

図６は、結束部材５０の取付機構部６０を示す部分拡大図である。結束部材５０の円弧の一部にわたって延在する第１の円弧部分５０ａと、第１の円弧部分５０ａから直径方向反対側に位置する第２の円弧部分５０ｂとが、取付機構部６０に引掛けられて係止される。それにより、結束部材５０がコイルエンド２０及び規制部材３０を互いに固定した状態で取付けられる。図示された実施形態において、取付機構部６０は、固定子コア１２の端面１２ａの外側に突出するフックの形態を有している。取付機構部６０は、例えば固定子コア１２の端面１２ａを形成するのに使用される鋼板の一部を「Ｕ」字状に切込みを形成し、「Ｕ」字状に切断された部分を端面１２ａに対して「Ｌ」字状に折曲げることによって形成される。或いは、取付機構部６０は、固定子コア１２とは別個の部材から形成されてもよい。なお、結束部材の取付を補助する取付機構部は、図示された特定の形状、配置及び個数のいずれにも限定されないことはいうまでもない。

図７〜図１０を参照して、規制部材の他の構成例を説明する。図７Ａ及び図７Ｂに示される規制部材７０は、図４Ａ及び図４Ｂに示される規制部材３０の変形例である。規制部材７０は、前述した規制部材３０と同様に、第１の端部７０ａにおける直径が第２の端部７０ｂにおける直径よりも大きくなるように形成されている。しかしながら、規制部材７０は、第２の端部７０ｂの近傍において一定の直径を有するように鉛直方向に延びる鉛直側面７２と、鉛直側面７２の端部から第１の端部７０ａに向かって直径が連続的に拡大するように傾斜する傾斜側面７４と、を有している。

図８Ａ及び図８Ｂに示される規制部材８０は、第１の端部８０ａにおける直径が第２の端部８０ｂにおける直径よりも大きくなるように形成されている点は他の規制部材と同様である。しかしながら、規制部材８０は、第２の端部８０ｂから第１の端部８０ａに向かって段階的に拡大する直径を有するように段付き側面８２を有している。

図９Ａ及び図９Ｂに示される規制部材９０は、第１の端部９０ａにおける直径が第２の端部９０ｂにおける直径よりも大きくなるように形成されている点は他の規制部材と同様である。しかしながら、規制部材９０は、周壁部９２が平面視（図９Ｂ参照）において正多角形、例えば正十角形の形状を有している。周壁部９２の側面９２ａは、第１の端部９０ａ及び第２の端部９０ｂとの間にわたって傾斜している。

図１０Ａ及び図１０Ｂに示される規制部材１００は、概ね円筒形の側壁１０２と、規制部材１００の一方の端部１００ａにおいて半径方向外側に向かって延在するフランジ１０４と、を有している。フランジ１０４は、例えば固定子のコイルエンドの端部を少なくとも部分的に覆うのに十分な長さにわたって側壁１０２から突出している。したがって、規制部材１００をコイルエンドの半径方向内側に取付けた状態では、コイルエンドは、平面視において規制部材１００によって少なくとも部分的に隠れるようになる。このように半径方向外側に延出するフランジ１０４を備える規制部材１００は、コイルエンドの高さ方向（すなわち軸線方向）の位置を規制する作用を有する。それにより、コイルエンドの端部における絶縁距離が確保される。また、規制部材１００のフランジ１０４は、コイルエンドの端部を少なくとも部分的に覆うように形成されるので、コイルエンドを保護する作用を有する。このようなフランジは、前述した他の実施形態に係る規制部材３０，７０，８０，９０のいずれにも任意に形成され得る。それにより、前述したような効果が同様に得られる。

図４及び図７〜図１０に関連して前述した種々の形態を有する規制部材７０，８０、９０，１００のうちのいずれを使用しても、所望の形状を有するコイルエンドを形成できるとともに、コイルエンドの半径方向内側への変形を防止できる。これら種々の規制部材は例示であり、本発明において採用可能な規制部材は、図示される特定の形状の規制部材に限定されないことに留意されたい。

以上、本発明の種々の実施形態を説明したが、本明細書において明示的又は暗示的に開示される複数の実施形態の特徴を任意に組合せることによっても本発明を実施できることは当業者に自明であり、そのような任意の組合せの態様も本願明細書の開示の範囲内に含まれる。

１０固定子
１０’ 固定子
１２固定子コア
１２ａ固定子コアの端面
１６スロット
２０コイルエンド
３０規制部材
４０結束部材
５０結束部材
６０取付機構部
７０規制部材
８０規制部材
９０規制部材
１００規制部材
１０４フランジ
Ｏ軸線方向

Claims

軸線方向に延在する複数のスロットを周方向に間隔を空けて有する固定子コアと、前記スロットを通って巻回されるコイルと、を備える回転電機の固定子であって、
前記コイルは、前記固定子コアの端面から軸線方向外側に突出するコイルエンドを有しており、
当該固定子は、前記コイルエンドが半径方向内側に変形するのを防止する規制部材を前記コイルエンドの半径方向内側に備えており、
前記固定子コアが、前記規制部材及び前記コイルエンドを軸線方向において結束する結束部材を取付ける取付機構部を有する、回転電機の固定子。
前記規制部材は円筒形の形状を有していて、一方の端部における直径が他方の端部における直径よりも大きくなるようにした、請求項１に記載の固定子。
前記規制部材は、一方の端部において前記コイルエンドの端部を覆うように半径方向外側に向かって延在するフランジを有する、請求項１又は２に記載の固定子。
前記コイルエンド及び前記規制部材がモールド樹脂で被覆される、請求項１から３のいずれか１項に記載の固定子。
請求項１から４のいずれか１項に記載の固定子及び該固定子と協働する回転子を備える、電動機。