JP5628988B2 - 電動機の電機子および電動機の電機子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電動機の電機子および電動機の電機子の製造方法に関する。

一般に、電動機の電機子は、コアと、このコアに巻回された巻線とを備えている。巻線は、複数本の素線が束ねられて構成されており、複数のコイル部と、コイル部同士を連結する連結部とを有している。コアには、複数のスロットと、スロット間に形成される複数のティースとが設けられている。ここで、いわゆる集中巻きと呼ばれる電機子の構造では、１つのティースに１つにコイル部が設けられる。集中巻きの電機子としては例えば、特許文献１に示すものが知られている。

特許文献１に開示された固定子では、環状のコアが、ティース毎に複数の分割コアに分割されており、各分割コアのティースに２本の素線が整列巻きされてコイル部が形成されている。また、この電機子では、所定条件を満たすＮ個置き間隔のコイル部の間において２本の素線の位置が入れ替わるように巻線が捻られている。これにより、各素線の周長のばらつきによるインダクタンスの差が相殺され、電機子の効率を向上させることができる。ここで、２本の素線はティースに整列巻きされているため、巻線が捻られている部分では、２本の素線が平行のまま１８０°回転して互いの位置が入れ替えられている。

また、この固定子は次のようにして製造される。まず、保持装置に１つの分割コアが保持され、保持された分割コアに２本の素線が整列巻きされる。素線が巻き終えられた分割コアは、保持装置の中で軸線に沿って移動させられ、次の分割コアと共に保持装置に保持される。そして、次の分割コア６に、新たに素線が巻き付けられる。このような一連の工程が連続的に繰り返されることにより、複数の分割コアにそれぞれ設けられた複数のコイル部と、各コイル部を連結する連結部とが連続的に形成される。そして、各分割コアを環状に組み立てて互いに固定することにより、電機子が完成する。

特開２００８−１０９８２９号公報

しかしながら、上記のような電機子では、製造時において、各素線を所定の位置に正確に巻回し、且つ、素線が平行のまま互いの位置が正確に入れ替わるように素線を捻ることが求められる。この工程において、素線の数が増加した場合、その整列性を維持することが極めて困難になる。また素線数が二本であっても、その整列性を維持するためには上記のように各分割コアにそれぞれ素線を巻回する工程が必要となる。この場合、コアを複数の分割コアに分割する必要があるため、各分割コアの境界において磁気損失が発生する。このため、モータ効率を向上させることが困難である。また、整列性を維持する必要性のため自動化が困難である。

一方、従来、コアのティースに多数の素線を非整列に巻回する多条巻工法が使用されてきた。この多条巻工法は、上述したような整列巻きに比してスロット内に配置される素線の占積率が低いという欠点がある反面、自動化の容易さと言う大きなメリットを有している。従来、多条巻工法で形成された電機子については、上述したような整列巻きにおける素線のインダクタンスのばらつきの問題は認識されていなかった。多条巻工法で形成された電機子では、複数の素線が非整列に巻かれるため、上記の整列巻きのような素線のアンバランスが発生しにくい特性を有しているからである。

本発明の課題は、上記のように素線が非整列に巻回された電機子において、モータ効率をさらに向上させることができると共に、製造工程の自動化が容易である電動機の電機子およびその製造方法を提供することにある。

第１発明に係る電動機の電機子は、コアと巻線とを備える。コアは、複数のスロットと、スロットの間に形成される複数のティースとを有する。巻線は、非整列に束ねられた複数本の素線からなる。巻線は、ティースのそれぞれに集中巻によって複数回位置をずらしながら巻回された複数のコイル部と、コイル部同士を連結する連結部と、を有し、連結部において捻られた形状を有する。

上述したように、多条巻工法で形成された電機子では、各素線のインダクタンスのばらつきの問題は認識されていなかった。しかし、本願の発明者は、複数の素線が非整列に配置されていても、巨視的にみれば各素線の配置に偏りが生じており、その偏りがインダクタンスのばらつきの要因となっていることを突き止めた。そこで、本発明に係る電動機の電機子では、非整列に束ねられた複数本の素線からなる巻線が連結部において捻られた形状となっている。このため、各素線の配置の偏りが緩和され、インダクタンスのばらつきをさらに低減することができる。これにより、モータ効率を向上させることができる。また、巻線は、非整列に束ねられた複数本の素線からなる。このため、素線がティースに整列巻きされる場合と比べて、巻回された素線の位置精度の要求が低い。また、素線を捻る位置に関しても、特定の関係式を満たす必要があるなどの厳密な精度を必要とはしない。従って、製造工程の自動化が容易である。例えば、分割されていない一体のコアに対して、ノズルが複数本の素線を繰り出しながら移動することによって、複数本の素線をティースに同時に巻回してコイル部を形成することができる。また、連結部を形成する際に素線を捻る事も容易に行うことができる。

第２発明に係る電動機の電機子は、第１発明の電動機の電機子であって、巻線に含まれる素線は少なくとも３本である。

この電動機の電機子では、３以上の素線が非整列に巻かれた電機子において、巻線が連結部で捻られた形状となる。これにより、素線個々のインダクタンスのかたよりをさらに低減することができ、モータ効率を向上させることができる。

第３発明に係る電動機の電機子は、第１発明または第２発明の電動機の電機子であって、連結部は、複数のティースのうち一のティースの歯元から他のティースの歯元に渡って設けられる。

この電動機の電機子では、連結部が一のティースの歯元から他のティースの歯先に渡って設けられる場合と比べて、隣接するコイル部と連結部との距離を長く確保することができる。これにより、隣接するコイル部と連結部との絶縁性を向上させることができ、モータ効率を向上させることができる。

第４発明に係る電動機の電機子は、第１発明から第３発明のいずれかの電動機の電機子であって、ティースは、コアの内周側に設けられており、連結部は、コアの外周側に設けられる。

この電動機の電機子では、連結部とコイル部との絶縁性を向上させることができる。これにより、モータ効率を向上させることができる。

第５発明に係る電動機の電機子は、第１発明から第４発明の電動機の電機子であって、コアは、一体的に形成されている。

この電動機の電機子では、コアが分割されている場合と比べて、製造工程を容易に自動化することができる。また、磁気損失の発生が抑えられるため、モータ効率を向上させることができる。

第６発明に係る電動機の電機子は、第１発明から第５発明のいずれかの電動機の電機子であって、連結部は第１連結部と第２連結部とを有する。第１連結部では、巻線が所定方向に１８０度捻られている。また、第２連結部では、巻線が上記の所定方向とは逆方向に１８０度捻られている。

この電動機の電機子では、巻線が捻られている連結部の前後のコイル部において、複数の素線の配置が概ね１８０度入れ替わる。これにより、各素線のインダクタンスのばらつきをより低減することができる。

第７発明に係る電動機の電機子は、第１発明から第５発明のいずれかの電動機の電機子であって、巻線は、複数の連結部に分けて合計１８０度に捻られている。

この電動機の電機子では、巻線が１箇所の連結部において１８０度捻られている場合と比べて、捻られることによる巻線の膨らみを抑えることができる。

第８発明に係る電動機の電機子は、第７発明のいずれかの電動機の電機子であって、連結部は、巻線が所定方向に捻られた第１連結部と、巻線が所定方向とは逆方向に捻られた第２連結部とを有する。

この電動機の電機子では、第１連結部と第２連結部とにおいて巻線の捻り方向が逆になっている。このため、非整列状態にある素線の相対位置を徐々に変えるにあたり、一回あたりの捻り角度が小さいことに起因する巻線材への無理な力を回避することができる。

第９発明に係る電動機の電機子の製造方法は、複数のコイル部が形成されるステップと、素線が捻られるステップと、を備える。複数のコイル部が形成されるステップでは、束ねられた複数本の素線が、コアに形成された複数のティースに非整列に巻回されることにより、ティースのそれぞれに集中巻によって複数回位置をずらしながら巻回された複数のコイル部が形成される。素線が捻られるステップでは、それぞれのコイル部の形成の間に、コイル部から連続した素線によってコイル部同士を連結する連結部が形成されると共に、連結部において素線が捻られる。

この電動機の電機子の製造方法では、巻線が連結部において捻られた形状となる。このため、各素線のインダクタンスのばらつきが低減され、モータ効率を向上させることができる。また、巻線は、束ねられた複数本の素線がティースに非整列に巻回されることによってコイル部が形成される。このため、素線がティースに整列巻きされる場合と比べて、巻回された素線の位置精度の要求が低い。従って、製造工程の自動化が容易である。例えば、分割されていない一体のコアに対して、ノズルが複数本の素線を繰り出しながら移動することによって、複数本の素線をティースに同時に巻回してコイル部を形成することができる。また、連結部を形成する際に素線を捻る事も容易に行うことができる。

第１０発明に係る電動機の電機子の製造方法は、第９発明の電動機の電機子の製造方法であって、複数本の素線を繰り出すノズルがティースの間を移動することにより、ティースに素線が巻回される。

この電動機の電機子の製造方法では、ノズルがティースの間を移動することにより、複数本の素線が同時に直接ティースに巻回される。これにより、製造工程を自動化することができる。

第１１発明に係る電動機の電機子の製造方法は、第９発明の電動機の電機子の製造方法であって、複数本の素線を繰り出すノズルがティースに沿って移動すると共に、係止部材がノズルから繰り出された複数本の素線を係止してティースの間に挿入することによりティースに素線が巻回される。

この電動機の電機子の製造方法では、ノズルから繰り出された複数の素線が、係止部材によって移動させられてティースに巻回される。このため、ティースの間隔が狭くてノズルがティースの間を移動できない場合であっても、製造工程を自動化することができる。

第１２発明に係る電動機の電機子の製造方法は、第９発明から第１１発明のいずれかの電動機の電機子の製造方法であって、連結部は、複数のティースのうち一のティースの歯元から他のティースの歯元に渡って設けられる。

この電動機の電機子の製造方法では、連結部が一のティースの歯元から他のティースの歯先に渡って設けられる場合と比べて、隣接するコイル部と連結部との距離を長く確保することができる。これにより、隣接するコイル部と連結部との絶縁性を向上させることができ、モータ効率を向上させることができる。

第１３発明に係る電動機の電機子の製造方法は、第９発明から第１２発明のいずれかの電動機の電機子の製造方法であって、ティースは、コアの内周側に設けられており、連結部は、コアの外周側に設けられる。

この電動機の電機子の製造方法では、連結部とコイル部との絶縁性を向上させることができる。これにより、モータ効率を向上させることができる。

第１４発明に係る電動機の電機子の製造方法は、第９発明から第１３発明のいずれかの電動機の電機子の製造方法であって、コアは、一体的に形成されている。

この電動機の電機子の製造方法では、コアが分割されている場合と比べて、製造工程を容易に自動化することができる。また、磁気損失の発生が抑えられるため、モータ効率を向上させることができる。

第１５発明に係る電動機の電機子の製造方法は、第９発明から第１４発明のいずれかの電動機の電機子の製造方法であって、連結部のうち第１連結部が形成される際には、素線が所定方向に１８０度捻られる。また、連結部のうち第２連結部が形成される際には、素線が上記の所定方向とは逆方向に１８０度捻られる。

この電動機の電機子の製造方法では、巻線が捻られている連結部の前後のコイル部において、複数の素線の配置が概ね１８０度入れ替わる。これにより、各素線のインダクタンスのばらつきをより低減することができる。

第１６発明に係る電動機の電機子の製造方法は、第９発明から第１４発明のいずれかの電動機の電機子の製造方法であって、素線は、複数の連結部に分けて合計１８０度に捻られている。

この電動機の電機子の製造方法では、巻線が１箇所の連結部において１８０度捻られている場合と比べて、捻られることによる巻線の膨らみを抑えることができる。

第１７発明に係る電動機の電機子の製造方法は、第１６発明の電動機の電機子の製造方法であって、連結部のうち第１連結部が形成される際には素線が所定方向に捻られ、第２連結部が形成される際には素線が所定方向とは逆方向に捻られる。

この電動機の電機子の製造方法では、第１連結部と第２連結部とにおいて巻線の捻り方向が逆になっている。このため、非整列状態に有る素線の相対位置を徐々に変えるにあたり、一回あたりの捻り角度が小さいことに起因する巻線材への無理な力を回避することができる。

第１８発明に係る電動機の電機子の製造方法は、第９発明から第１７発明のいずれかの電動機の電機子の製造方法であって、巻線に含まれる素線は少なくとも３本である。

この電動機の電機子の製造方法では、巻回されている素線の数がより多数となるため、巻回時における素線相互の位置関係の不確定さが増大するが、連結部で素線が捻られているため、複数個のティースに巻回されたコイル全体としては素線間のインダクタンスのばらつきが低減される。これにより、モータ効率を向上させることができる。

本発明では、巻線において素線ごとのコイルのインダクタンスのばらつきが低減される。これにより、モータ効率を向上させることができる。

ステータの構成を示す模式図。 コアの形状を示す図。 巻線を展開した状態および各コイル部の配置を示す模式図。 ステータの断面の一部を示す拡大図。 連結部における素線の束を示す図。 巻線装置の外観構成を示す模式図。 ノズルの構成を示す正面図。 図７におけるVIII−VIII断面図。 巻線装置の構成を示す制御ブロック図。 コイル部の形成時のノズルの動作を示す図。 コイル部における巻線の巻回順序を示す図。 コイル部における各ターンでの素線の配置を示す拡大図。 連結部の形成時のノズルの動作を示す図。 素線のインダクタンスを示すグラフ。 他の実施形態に係る巻線装置の外観構成を示す模式図。 他の実施形態に係る巻線装置の外観構成を示す模式図。

〔構成〕
本発明の一実施形態に係るステータ１を図１に示す。このステータ１は、インナロータ式の三相同期モータに設けられるステータであり、１個のコイル部が１個のティースに巻回される、いわゆる集中巻きステータである。ステータ１はコア２と巻線３〜５とを有する。

図２に示すように、コア２は、円環状のヨーク６と、３６個のティースＴと、３６個のスロットＳとを有する。なお、図２では、複数のティースおよび複数のスロットのうち一部のものにのみ符号を付して、他のものの符号は省略している。ティースＴは、コア２の内周側に設けられており、ヨーク６の内周面から径方向内側に突出している。コア２は一体的に形成された非分割コアであり、各ティースＴはヨーク６と一体化されている。スロットＳは、各ティースＴの間に形成されており、コア２の内周側に向けて開口している。なお、以下の説明では、各スロットＳおよび各ティースＴにおいて、径方向内側を「歯先側」と呼び、径方向外側を「歯元側」と呼ぶものとする。

巻線３〜５には、Ｕ相巻線３、Ｖ相巻線４、Ｗ相巻線５の３本の巻線３〜５がある。Ｕ相巻線３、Ｖ相巻線４、Ｗ相巻線５の各一端にはＵ相第１端子Ａ１、Ｖ相第１端子Ｂ１、Ｗ相第１端子Ｃ１がそれぞれ設けられている。また、Ｕ相巻線３、Ｖ相巻線４、Ｗ相巻線５の各他端にはＵ相第２端子Ａ２、Ｖ相第２端子Ｂ２、Ｗ相第２端子Ｃ２がそれぞれ設けられている。図３に示すように、Ｕ相第１端子Ａ１、Ｖ相第１端子Ｂ１、Ｗ相第１端子Ｃ１は互いに連結され、Ｕ相第２端子Ａ２、Ｖ相第２端子Ｂ２、Ｗ相第２端子Ｃ２は互いに連結されており、各端子は電源装置７に接続される。これらの巻線３〜５は、挿入されるスロットが異なることを除いて概ね同様の構造であるため、以下、Ｕ相巻線３について説明する。

図３に示すように、Ｕ相巻線３は、１２個のコイル部８ａ〜８ｌと、１１個の連結部９ａ〜９ｋとを有する。図３は、Ｕ相巻線３を展開した模式図である。Ｕ相巻線３は、非整列に束ねられた複数本の素線Ｗによって構成されており（図１２参照）、例えば、１０本の素線Ｗによって構成されている。コイル部８ａ〜８ｌおよび連結部９ａ〜９ｋは、それぞれ連続した複数本の素線Ｗの束によって形成されている。

１個のコイル部は、１個のティースに巻回されている。例えば、図１に示すように、第１コイル部８ａは、第１ティースＴ１に巻回されており、第１スロットＳ１と第２スロットＳ２とに挿入されている。第２コイル部８ｂは、第４ティースＴ４に巻回されており、第４スロットＳ４と第５スロットＳ５とに挿入されている。

なお、以下の説明では、Ｕ相巻線３のコイル部８ａ〜８ｌをＵ相第１端子Ａ１側から順に第１コイル部８ａ〜第１２コイル部８ｌと呼ぶ。また、Ｕ相巻線３の第１コイル部８ａが巻回されるティースを第１ティースＴ１として、図１において時計回りに順に第１ティースＴ１〜第３６ティースＴ３６と呼ぶものとする。また、第１ティースＴ１と第３６ティースＴ３６との間のスロットを第１スロットＳ１として、図１において時計回りに順に第１スロットＳ１〜第３６スロットＳ３６と呼ぶものとする。

図３に示すように、Ｕ相巻線３の第１コイル部８ａ〜第１２コイル部８ｌは直列に連結されている。図３において各コイル部の右側に付された符号のうち数字の部分は、各コイル部が挿入されるティースの番号を示している。また、「Ｎ」および「Ｓ」は、各コイル部が形成する磁極を示している。例えば、第１コイル部８ａに付された符号「１Ｎ」は、第１コイル部８ａがＮ極を形成するように第１ティースＴ１に巻回されていることを意味する。また、第２コイル部８ｂに付された符号「４Ｓ」は、第２コイル部８ｂがＳ極を形成するように第４ティースＴ４に巻回されていることを意味する。

連結部９ａ〜９ｋは、コイル部８ａ〜８ｌ同士を連結している部分である。図４に示すように、各連結部９ａ〜９ｋは、コイル部８ａ〜８ｌ同士の間を歯元側から歯元側に渡って設けられている。なお、図４はステータ１の断面の一部を示す拡大図である。ヨーク６の外周面には、内周側に向けて凹んだ溝１０が周方向に沿って設けられており、連結部９ａ〜９ｋは、この溝１０に挿入されている。このため、各連結部９ａ〜９ｋは、コア２の外周側に設けられている。以下、第１コイル部８ａと第２コイル部８ｂとを繋ぐ連結部を第１連結部９ａとして、図３においてＵ相第１端子Ａ１側から順に第１連結部９ａ〜第１１連結部９ｋと呼ぶ。Ｕ相巻線３は、第１連結部９ａ〜第１１連結部９ｋにおいて、それぞれ１８０度捻られた形状となっている（図５参照）。

〔ステータ１の製造方法〕
次に、巻線３〜５を形成するための巻線装置２１の構成について図６に基づいて説明する。以下、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸を想定する。Ｘ軸は水平前後方向（矢印Ａｘ参照）、Ｙ軸は水平横方向（矢印Ａｙ参照）、Ｚ軸は垂直方向（矢印Ａｚ参照）に延びる軸である
巻線装置２１は、ノズル２５をティースＴの回りに移動させてティースＴに素線Ｗを巻回するように構成されている。巻線装置２１は、インデックス機構２２と、ノズル移動機構２３と、ノズル傾動機構２４と、ノズル２５と、コントローラ２６（図９参照）とを備える。

インデックス機構２２は、架台３１に対してコア２をその中心軸回りに回動させる装置である。インデックス機構２２は、架台３１に対してＺ軸回りに回転可能に支持されるインデックス台３２と、このインデックス台３２を回転駆動するサーボモータ３３（図９参照）とを備える。コア２がインデックス台３２に固定された状態でインデックス台３２がサーボモータ３３によって回転駆動されることにより、コア２がその中心軸回りに回動する。

ノズル移動機構２３は、ノズル２５を三次元方向に動かす装置である。ノズル移動機構２３は、横移動台３５と、前後移動台３６と、昇降台３７と、ノズル支持部材３８とを有する。横移動台３５は、電磁アクチュエータ４１（図９参照）により架台３１に対してＹ軸方向に移動する。前後移動台３６は、電磁アクチュエータ４２（図９参照）により横移動台３５に対してＸ軸方向に移動する。昇降台３７は、電磁アクチュエータ４３（図９参照）により前後移動台３６に対してＺ軸方向に移動する。電磁アクチュエータ４１〜４３は例えば、ねじ軸とボールねじとサーボモータとによる公知の移動機構が用いられる。ノズル支持部材３８は、昇降台３７に取り付けられており、昇降台３７の移動によって上下に移動する。ノズル支持部材３８の下端にはノズル２５が取り付けられている。

ノズル傾動機構２４は、ノズル支持部材３８に対するノズル２５の傾きの角度を変更する装置である。ノズル傾動機構２４は、ノズル２５の後端部に連結されたシャフト３９と、シャフト３９をＺ軸方向に移動させる電磁アクチュエータ４４（図９参照）とを備えている。ノズル２５はＸ軸方向に延びる軸を中心に回動可能にノズル支持部材３８に取り付けられており、シャフト３９が電磁アクチュエータ４４によってＺ軸方向に移動することによりノズル２５の角度が変更される（図１０参照）。

ノズル２５は、素線Ｗを繰り出す装置である。ノズル２５には図示しない素線供給装置から複数本の素線Ｗが供給される。そして、ノズル２５が複数本の素線Ｗを同時に繰り出しながらティースＴの回りを移動することにより、複数本の素線Ｗが束となってティースＴに巻回される。このように、太い素線Ｗに代えて複数本の細い素線Ｗを巻回することにより、巻線３〜５の占積率（密度）を高めてモータの性能向上がはかられる。図７および図８に示すように、ノズル２５はティースＴ間のスロットＳに挿入可能なように縦長の断面形状に形成されている。ノズル２５には、各素線Ｗが挿通する複数のガイド穴４８が形成されており、ノズル２５の先端では、複数のガイド穴４８が所定の間隔をもって並んで開口している。なお、１つのガイド穴４８には複数本の素線Ｗが通されてもよく、１本の素線Ｗのみが通されてもよい。

また、このノズル２５は、上述したように連結部９ａ〜９ｋにおいて素線Ｗの束を捻るためのノズル反転機構が設けられている。図７に示すように、このノズル反転機構は、固定部５２と可動部５３とモータ５４とを有する。固定部５２は、ノズル２５の後端側の部分であり、ノズル支持部材３８に取り付けられている。可動部５３は、固定部５２に対して水平方向に延びる回転軸５５を中心に回動可能に取り付けられている。可動部５３の先端には、上述した複数のガイド穴４８が開口している。図８に示すように、複数のガイド穴４８は、回転軸５５を間に挟んで２つに分かれて配置されている。一方のグループＧ１（以下、「第１グループＧ１」と呼ぶ）のガイド穴４８はノズル２５の高さ方向に一列に並んで配置されており、回転軸５５に対してノズル２５の厚さ方向に偏心して配置されている。なお、ここでは、図８の紙面における上下方向を「ノズル２５の高さ方向」と呼び、図８の紙面における横方向を「ノズル２５の厚さ方向」と呼ぶ。他方のグループＧ２（以下、「第２グループＧ２」と呼ぶ）のガイド穴４８も同様にノズル２５の高さ方向に一列に並んで配置されている。第２グループＧ２のガイド穴４８は、第１グループＧ１のガイド穴４８に対してノズル２５の厚さ方向に偏心して配置されている。モータ５４は、可動部５３を固定部５２に対して回転移動させる。なお、図８（ｂ）は、可動部５３が図８（ａ）の状態から１８０度回転した状態を示している。

図９に示すコントローラ２６は、ノズル移動機構２３の各種の電磁アクチュエータ４１〜４３を制御することにより、ノズル２５の移動を制御する。コントローラ２６は、ノズルのモータ５４およびノズル傾動機構２４の電磁アクチュエータ４４を制御することによりノズルの姿勢を制御する。また、コントローラ２６は、インデックス機構２２のサーボモータを制御することによりコア２の回転位置を制御する。コントローラ２６には、上記のような巻線３〜５を形成するためのプログラムが記憶されており、コントローラ２６はこのプログラムに従ってコア２およびノズル２５の動作を自動的に制御する。

この巻線装置２１では、ノズル２５がガイド穴４８から複数本の素線Ｗを繰り出しながらティースＴの周りを移動することにより、素線Ｗの束がティースＴに巻回されてコイル部が形成される。そして、複数のコイル部および連結部を連続して形成することによって上述したステータ１の巻線３〜５が形成される。以下、上述したコントローラ２６によって制御されるノズル２５の動作について説明する。

図１０（ａ）に示すように、ノズル２５はコア２の上方から下降して、ノズル２５の先端がティースＴの間のスロットＳ内を通って下降する。ノズル２５がコア２の下方に達するとノズル２５が停止し、コア２が１ティース分、回転移動する。その後、図１０（ｂ）に示すように、ノズル２５が上昇してノズル２５の先端が隣のスロットＳ内を通って上昇する。ノズル２５がコア２の上方に達すると、素線Ｗの捻れを戻すために、コア２が１回転した後、前のスロットＳがノズル２５の下方に戻る。そして、再び、ノズル２５が下降して、ノズル２５の先端がスロットＳ内を通って下降する。このとき、ノズル２５は、前回の巻回位置から径方向に位置をずらして下降する。以上のような動作が繰り返されることにより、素線Ｗの束が径方向に位置をずらしながらティースＴに巻回される。

具体的には、ノズル２５はティースＴの歯元側からスタートして各ターン毎に歯先側に位置をずらしなら素線Ｗの巻回を繰り返す。例として、図１１に、第１コイル部８ａおよび第２コイル部８ｂにおける素線Ｗの巻回順序を示す。図１１において１つの円６０は１ターンで巻回される複数の素線Ｗの束を模式的に示している。また、円６０の中に付された「×」印は紙面の手前側から奥側に向かって素線Ｗが巻回されていることを示す。円６０の中に付された「・」印は紙面の奥側から手前側に向かって素線Ｗが巻回されていることを示す。また、円６０の横に付された数字は、素線Ｗが巻回されるターン数を示している。図１１に示すように、第１コイル部８ａにおいて、第１ターンでは第１ティースＴ１の最も歯元側に素線Ｗが巻回される。第５ターンで、巻回位置が第１ティースＴ１の歯先に達すると、その後は歯元側に位置をずらしながら素線Ｗの巻回を繰り返す。そして、第８ターンで、巻回位置が第１ティースＴ１の歯元に達すると、第１コイル部８ａの形成が完了する。その後、第２コイル部８ｂの形成が行われる。第２コイル部８ｂの形成では、第１コイル部８ａとは逆周りに素線Ｗが第２ティースＴ２に巻回される。

以上のようなコイル部の形成の間、素線Ｗは束としてティースに巻回されるため、１つの束に含まれる個々の素線Ｗの配置は制御されない。このため、図１２に示すように、個々の素線Ｗは非整列にティースＴに巻回される。なお、図１２において円の中に付された数字は、当該素線ＷがティースＴに券回されるターン数を示している。

このように、個々の素線Ｗは非整列にティースＴに巻回されるが、素線Ｗはノズル２５から互いに所定の間隔を持って繰り出されるため、素線Ｗどうしが互いに接することなく円滑に繰り出される。この結果、素線Ｗどうしが摩擦によって絡み合うことが防止され、巻線３〜５の占積率（密度）を高めてモータ５４の性能向上がはかられる。

また、ノズル２５が複数本の素線Ｗを繰り出しながらティースＴの間を通って移動するとき、ノズル傾動機構２４によりノズル２５の傾き角度が変更される。例えば、図１０（ａ）に示すように、ノズル２５が下降する時には、ノズル２５の先端が上方向に傾くようにノズル２５を回動させる。また、図１０（ｂ）に示すように、ノズル２５が上昇する時にはノズル２５の先端が下方向に傾くようにノズル２５を回動させる。これにより、ノズル２５から繰り出される素線Ｗ間の摩擦を減らし、素線Ｗが絡み合うことを有効に防止できる。

１つのコイル部の形成が完了すると、素線Ｗの束の中心とノズル２５の中心とが一致した状態となるように、ノズル２５の先端が、下方を向くように回動する。（図１３の二点鎖線で示したノズル２５参照）。この状態で、ノズル反転機構によってノズル２５の可動部５３が１８０度回転することにより、素線Ｗの束が１８０度捻られる。このとき、上記のようにガイド穴４８が偏心して配置されていることにより、ノズル２５から繰り出された素線Ｗが互いにオフセットしたまま捻られる。これにより、ノズル２５の可動部５３を回転させる際に素線Ｗ同士が接触することが低減される。また、素線Ｗの束の中心とノズル２５の中心を一致する状態で捻ることによって、ノズル２５から繰り出される複数本の素線Ｗのテンションバランスを崩さずに捻ることが可能となり、安定して連結部を形成することが可能となる。その後、ノズル２５がティースＴの上方からヨーク６を越えてコア２の外周側に移動する（図１３の実線で示したノズル２５参照）。これにより、ノズル２５の先端がコア２の外周面に設けられた溝１０に対向する位置に移動する。そして、コア２が回動することにより、図４に示すように、ノズル２５から引き出された素線Ｗの束がコア２の溝１０に挿入されて、連結部９ａが形成される。このように、それぞれのコイル部８ａ〜８ｌの形成の間に、コイル部８ａ〜８ｌから連続した素線Ｗの束によってコイル部８ａ〜８ｌ同士を連結する連結部９ａ〜９ｋが形成され、溝１０内に収められる。

そして、ノズル２５がヨーク６を越えてコア２の内周側に戻る。そして、次のティースＴの周りをノズル２５が上記と同様に移動することにより、次のコイル部の形成が行われる。

〔特徴〕
図１４に本実施形態に係るステータ１と、巻線が連結部において捻られていない従来のステータとにおける個々の素線Ｗのインダクタンスを比較したデータを示す。図１４においてラインＬ１は本実施形態に係るステータ１の素線Ｗのインダクタンスを示す。ラインＬ２は従来のステータの素線Ｗのインダクタンスを示す。図１４から明らかなように、本実施形態に係るステータ１では、巻線３〜５を構成する複数の素線Ｗにおいて、従来のステータよりもインダクタンスのばらつきが抑えられる。これにより、本実施形態に係るステータ１を備えた電動機は、従来のステータを備えた電動機よりも高いコイル効率を得ることができる。また、従来よりも高出力化、小型化、軽量化を実現することができる。

本実施形態に係るステータ１では、巻線３〜５が連結部において捻られた形状となっている。このため、各素線Ｗのインダクタンスのばらつきが低減され、モータ効率を向上させることができる。また、巻線３〜５は、それぞれ非整列に束ねられた複数本の素線Ｗからなる。このため、素線ＷがティースＴに整列巻きされる場合と比べて、巻回された素線Ｗの位置精度の要求が低い。このため、上記のように、分割されていない一体のコア２に対して、ノズル２５が複数本の素線Ｗを繰り出しながら移動することによって、コイル部を形成することができる。また、連結部を形成する際に素線Ｗを捻る動作もノズル反転機構によって容易に行うことができる。このため、製造工程の自動化が容易である。

本実施形態に係るステータ１では、連結部が、あるティースＴ（例えば図１１の第１ティースＴ１）の歯元から他のティースＴ（例えば図１１のティースＴ４）の歯先に渡って設けられる場合と比べて、隣接するコイル部と連結部との距離を長く確保することができる。これにより、隣接するコイル部と連結部との絶縁性を向上させることができる。また、連結部がコア２の外周側に配置されるため、連結部とコイル部との絶縁性をさらに向上させることができる。これにより、モータ効率をより向上させることができる。

＜他の実施形態＞
（ａ）コア２のスロットＳおよびティースＴの数、巻線３〜５を構成する素線Ｗの数、コイル部および連結部の数は、上記のものに限られず、異なる数のものが用いられてもよい。

（ｂ）上記の実施形態では、本発明に係る電機子としてステータ１が例示されているが、ロータに対して本発明が適用されてもよい。また、上記のステータ１は、内歯式のステータであるが、ヨークの外周面からティースが径方向外側に突出する外歯式のステータが用いられてもよい。

（ｃ）
上記の実施形態では、全ての連結部において巻線３〜５が捻られた形状となっているが、巻線３〜５が一部の連結部において捻られた形状となっていてもよい。

（ｄ）
上記の実施形態では、巻線３〜５は１つの連結部において１８０度捻られているが、複数の連結部に分けて合計１８０度に捻られてもよい。これにより、巻線３〜５が１箇所の連結部において１８０度捻られている場合と比べて、捻られることによる巻線３〜５の膨らみを抑えることができる。

（ｅ）
連結部における素線Ｗの束の捻りの方向が全て同じではなく、部分的に異なる方向に捻られてもよい。例えば、第１連結部９ａにおいてＵ相巻線３が所定方向に１８０度捻られ、第２連結部９ｂにおいてＵ相巻線３が第１連結部９ａでの捻り方向とは逆方向に１８０度捻られてもよい。これにより、Ｕ相巻線３全体としての捻り量を少なくすることができる。Ｖ相巻線４、Ｗ相巻線５についても同様である。

また、複数の連結部に分けて、所定方向に合計１８０度、前記所定方向と逆方向に合計１８０度捻られてもよい。

（ｆ）
上記のステータが備えられる三相同期モータとしては例えば、スイッチト・リラクタンスモータ（ＳＲモータ）が挙げられるが、他の種類のモータに備えられるステータに本発明が適用されてもよい。

（ｇ）
上記の実施形態では、ノズル２５がティースＴの間を移動することによって素線ＷがティースＴに巻回されている。しかし、図１５、１６に示す巻線装置８０によってティースＴに素線Ｗが巻回されてもよい。この巻線装置８０は、上記の実施形態の巻線装置２１と同様に素線Ｗを繰り出すノズル２５を有している。ただし、このノズル２５はティースＴの間の外側においてティースＴに沿って移動する。また、巻線装置８０は、上係止装置８１と下係止装置８２とを有している。上係止装置８１は、コア２より上方に配置され、係止部材８３と、係止部材移動機構８４とを有する。係止部材８３は、素線Ｗの束を係止可能なようにフック状の形状を有する。また、係止部材８３は、係止部材移動機構８４に回転可能に取り付けられている。係止部材移動機構８４は、コア２の径方向（矢印Ａｙ参照）に係止部材８３を移動させる。また、係止部材移動機構８４は、係止部材８３を回転させる。下係止装置８２は、係止部材８５と、係止部材移動機構８６とを有しており、上係止装置８１と同様の構成である。また、巻線装置８０の他の構成は巻線装置２１と同様である。

この巻線装置８０では、ノズル２５が素線Ｗを繰り出しながら、ティースＴの間の外側においてティースＴに沿って移動する（矢印Ａｚ参照）。図１５に示すように、ノズル２５がコア２の上方に達すると、上係止装置８１の係止部材８３が回転してノズル２５から繰り出された複数本の素線Ｗを係止し、係止部材８３がコア２の径方向外側に移動することにより、素線Ｗの束をティースＴの間に挿入する。そして、コア２が１ティースＴ分、回転移動した後に、ノズル２５が下降する。図１６に示すように、ノズル２５がコア２の下方に達すると、上係止装置８１の係止部材８３が上記とは逆方向に回転して素線Ｗの束を開放する。また、下係止装置８２の係止部材８５が回転して素線Ｗを係止し、コア２の径方向外側に移動することにより、素線Ｗの束をティースＴの間に挿入する。以上のような動作が繰り返されることにより、ティースＴに素線Ｗの束が巻回される。

また、１つのコイル部の形成が完了すると、上記の実施形態と同様にノズル２５がコア２の外周側に移動した後、コア２が回転することにより連結部が形成される。この際、ノズル２５がノズル反転機構により反転することによって、上記の実施形態と同様に、連結部に捻りが加えられる。

この巻線装置８０では、ティースＴの間が狭くてノズル２５を挿入することが困難な場合であっても、素線Ｗを直接ティースＴに巻回することが可能である。

本発明は、モータ効率を向上させることができる効果を有し、電動機の電機子および電動機の電機子の製造方法として有用である。

１ ステータ（電機子）
２ コア
３〜５ 巻線
８ａ〜８ｌ コイル部
９ａ〜９ｋ 連結部
２５ ノズル
８３，８５ 係止部材
Ｓ スロット
Ｔ ティース
Ｗ 素線

Claims (18)

1. 複数のスロットと、前記スロットの間に形成される複数のティースとを有するコアと、
   非整列に束ねられた複数本の素線からなる巻線であって、前記ティースのそれぞれに集中巻によって複数回位置をずらしながら巻回された複数のコイル部と、前記コイル部同士を連結する連結部と、を有し、前記連結部において捻られた形状を有する前記巻線と、
   を備える電動機の電機子。
2. 前記巻線に含まれる前記素線は少なくとも３本である、
   請求項１に記載の電動機の電機子。
3. 前記連結部は、複数の前記ティースのうち一のティースの歯元から他のティースの歯元に渡って設けられる、
   請求項１または２に記載の電動機の電機子。
4. 前記ティースは、前記コアの内周側に設けられており、
   前記連結部は、前記コアの外周側に設けられる、
   請求項１から３のいずれかに記載の電動機の電機子。
5. 前記コアは、一体的に形成されている、
   請求項１から４のいずれかに記載の電動機の電機子。
6. 前記連結部は、前記巻線が前記所定方向に１８０度捻られた第１連結部と、前記巻線が前記所定方向とは逆方向に１８０度捻られた第２連結部とを有する、
   請求項１から５のいずれかに記載の電動機の電機子。
7. 前記巻線は、複数の前記連結部に分けて合計１８０度に捻られている、
   請求項１から５のいずれかに記載の電動機の電機子。
8. 前記連結部は、前記巻線が所定方向に捻られた第１連結部と、前記巻線が前記所定方向とは逆方向に捻られた第２連結部とを有する、
   請求項７に記載の電動機の電機子。
9. 束ねられた複数本の素線が、コアに形成された複数のティースに非整列に巻回されることにより、前記ティースのそれぞれに集中巻によって複数回位置をずらしながら巻回された複数のコイル部が形成されるステップと、
   それぞれの前記コイル部の形成の間に、前記コイル部から連続した前記素線によって前記コイル部同士を連結する連結部が形成されると共に、前記連結部において前記素線が捻られるステップと、
   を備える電動機の電機子の製造方法。
10. 複数本の前記素線を繰り出すノズルが前記ティースの間を移動することにより、前記ティースに前記素線が巻回される、
    請求項９に記載の電動機の電機子の製造方法。
11. 複数本の前記素線を繰り出すノズルが前記ティースに沿って移動すると共に、係止部材が前記ノズルから繰り出された複数本の前記素線を係止して前記ティースの間に挿入することにより前記ティースに前記素線が巻回される、
    請求項９に記載の電動機の電機子の製造方法。
12. 前記連結部は、複数の前記ティースのうち一のティースの歯元から他のティースの歯元に渡って設けられる、
    請求項９から１１のいずれかに記載の電動機の電機子の製造方法。
13. 前記連結部は、前記コアの径方向外側に設けられる、
    請求項９から１２のいずれかに記載の電動機の電機子の製造方法。
14. 前記コアは、一体的に形成されている、
    請求項９から１３のいずれかに記載の電動機の電機子の製造方法。
15. 前記連結部のうち第１連結部が形成される際には前記素線が前記所定方向に１８０度捻られ、第２連結部が形成される際には、前記素線が前記所定方向とは逆方向に１８０度捻られる、
    請求項９から１４のいずれかに記載の電動機の電機子の製造方法。
16. 前記素線は、複数の前記連結部に分けて合計１８０度に捻られている、
    請求項９から１４のいずれかに記載の電動機の電機子の製造方法。
17. 前記連結部のうち第１連結部が形成される際には前記素線が所定方向に捻られ、第２連結部が形成される際には前記素線が前記所定方向とは逆方向に捻られる、
    請求項１６に記載の電動機の電機子の製造方法。
18. 前記巻線に含まれる前記素線は少なくとも３本である、
    請求項９から１７のいずれかに記載の電動機の電機子の製造方法。

Images