JP5892859B2

JP5892859B2 - 電機子の製造方法

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Publication number: JP5892859B2
Application number: JP2012115211A
Authority: JP
Inventors: 啓介岡崎; 秋田　裕之; 裕之秋田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-05-21
Filing date: 2012-05-21
Publication date: 2016-03-23
Anticipated expiration: 2032-05-21
Also published as: JP2013243836A

Description

この発明は、電機子の磁極ティース部を覆うように装着されるコイル巻回用のインシュレータを備えた電機子の製造方法に関するものである。

モータの電機子の各ティースを覆う従来のインシュレータは、インシュレータの上端部および下端部に、導線の巻き付け位置を規制する複数の第１案内溝および第２案内溝が形成され、各案内溝によりコイルの第１層の導線の巻き付け位置が規制される。このため、第２層の導線が第１層の導線の間に入り込む等の原因による導線の巻き崩れを防止してコイルを円滑に設けることができる（例えば、特許文献１）。

特開２００６−０６７７７８号公報

しかし、上記特許文献１に示すような電機子のインシュレータは、巻回するコイルの導線の直径とほぼ等しいピッチで案内溝を設けることで、コイルを整列巻回するものであるため、案内溝のピッチと異なる線径のコイルには対応することができないという問題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、異なる線径のコイルに対応でき、コイルを整列巻回してコイルの位置ズレを防止することのできる電機子の製造方法を提供することを目的とする。

この発明に係る電機子の製造方法は、電機子コアと、上記電機子コアの磁極ティース部を覆うように装着されるインシュレータと、上記インシュレータを介して上記磁極ティース部に巻回されるコイルとを備えた電機子の製造方法であって、上記インシュレータは、上記磁極ティース部のコイルエンド側端面を覆う第１巻回部と、上記磁極ティース部の側面を覆う第２巻回部と、少なくとも上記第１巻回部または上記第２巻回部に設けられ、上記磁極ティース部に巻回される上記コイルの軸線方向に伸びる複数の連続した凹凸部とを備え、上記複数の凹凸部は、上記コイルの線径より小さいピッチで配設され、上記コイル巻回時に上記コイルと接触する部分は圧潰されるとともに、上記コイルと接触しない部分は圧潰されずに残ることにより上記コイルの巻回位置を規制するようにして上記コイルを巻回するものである。

この発明に係る電機子の製造方法は、電機子コアと、上記電機子コアの磁極ティース部を覆うように装着されるインシュレータと、上記インシュレータを介して上記磁極ティース部に巻回されるコイルとを備えた電機子の製造方法であって、上記インシュレータは、上記磁極ティース部のコイルエンド側端面を覆う第１巻回部と、上記磁極ティース部の側面を覆う第２巻回部と、少なくとも上記第１巻回部または上記第２巻回部に設けられ、上記磁極ティース部に巻回される上記コイルの軸線方向に伸びる複数の連続した凹凸部とを備え、上記複数の凹凸部は、上記コイルの線径より小さいピッチで配設され、上記コイル巻回時に上記コイルと接触する部分は圧潰されるとともに、上記コイルと接触しない部分は圧潰されずに残ることにより上記コイルの巻回位置を規制するようにして上記コイルを巻回するものである。
このため、同一のインシュレータで、異なる線径のコイルに対応でき、コイルを整列巻回してコイルの位置ズレを防止することができる。これにより電機子へのコイル巻回を精度よく行え、電機子の性能向上を図ることができる。

この発明の実施の形態１における電機子の構成を示す分解斜視図である。この発明の実施の形態１における電機子のインシュレータの構成を示す拡大斜視図である。図２のインシュレータに設けられた細溝の構成を説明するための模式図である。図２のインシュレータに設けられた細溝の配設ピッチＰ、細溝の深さＬおよび巻回されるコイルの線径Ｄとの関係を説明するための説明図である。この発明の実施の形態１における電機子のインシュレータに、線径の異なるコイルを巻回した状態を示す模式図である。この発明の実施の形態２における電機子のインシュレータの構成を示す拡大斜視図である。この発明の実施の形態３における電機子のインシュレータの構成を説明するための模式図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１における電機子の構成について説明する。図１は、電機子の構成を示す分解斜視図、図２は電機子のインシュレータの構成を示す拡大斜視図である。
電機子１は、電磁鋼板を積層して構成され、コアバック部３とコアバック部３から突出して設けられる磁極ティース部４とを備えた電機子コア２と、電機子コア２の磁極ティース部４の周囲を覆うように装着されるインシュレータ５と、インシュレータ５を介して磁極ティース部４に巻回されるコイル６（図示せず）とを備えている。

インシュレータ５は、絶縁性樹脂からなり、磁極ティース部４と磁極ティース部４に巻回されるコイル６とを電気的に絶縁するものである。インシュレータ５は、磁極ティース部４のコイルエンド側（積層方向両側）から磁極ティース部４を覆うように一対で構成され、一対のインシュレータ５はそれぞれ、磁極ティース４のコイルエンド側端面を覆う第１巻回部５０と、磁極ティース部の側面を覆う第２巻回部５１とを有する。また、第１、第２巻回部５０、５１のコアバック部３側にはコイル６の巻崩れを防止するための第１巻壁部５２が設けられ、第１、第２巻回部５０、５１の磁極ティース部４の先端側にはコイル６の巻崩れを防止するための第２巻壁部５３が設けられている。そして、インシュレータ５の第１巻回部５０から第２巻回部５１にかけての角領域には、磁極ティース部４に巻回されるコイル６の軸線方向（磁極ティース部４が伸びる方向と直交する方向）に伸びる多数の細溝７が設けられている。なお、一対のインシュレータ５では細溝７が設けられる角領域は全部で４箇所となる。このように、多数の細溝７を設けることで、インシュレータ５の角領域にコイル６の軸線方向に伸びる複数の連続した凹凸部７０が形成されることとなる。細溝７により形成される凹凸部７０（以下本実施の形態１において単に凹凸部７０と記す。）は角領域のコアバック部３側から磁極ティース部４の先端側まで所定のピッチで連続して配設されており、凹凸部７０の配設ピッチをＰとすると、配設ピッチＰはコイル６の線径Ｄより小さい値に設定されている。なお、コイル６の軸線とは、コイル６の中心軸を指す。また、コイルエンドとは、磁極ティース部４に巻回されるコイル６のうち、磁極ティース部４の積層方向両端面上に位置する部分を意味する。

次に、凹凸部７０の配設ピッチＰ、凹凸部７０の深さＬ、コイル６の線径Ｄとの関係について説明する。ここで、まず、凹凸部７０の、コイル巻回時における作用について説明する。凹凸部７０は、コイル６の巻回時にコイル６との接触部分が巻回張力により圧潰されるように形成されている。すなわち、インシュレータ５を介し、電機子コア２の磁極ティース部４にコイル６が巻回されると、凹凸部７０のコイル６との接触部分はコイル６の巻回張力により圧潰される。凹凸部７０が圧潰された状態によりコイル６の１層目の位置が規制され、１層目が規制されることで、コイル６の２層目以降も下層に沿って巻回され、コイル６を整列巻回することができる。

従って、凹凸部７０の配設ピッチＰ、凹凸部７０の深さＬ、コイル６の線径Ｄとの関係は、コイル巻回時にコイル６により凹凸部７０が圧潰されるよう設計されている。以下、図３、図４を用いてこれらの関係を検討する。

図３は、インシュレータ５に設けられた凹凸部７０を説明するための模式図であり、複数の凹凸部７０の断面を模式的に示している。凹凸部７０の配線ピッチＰとは隣接する凸部間の距離、凹凸部７０の深さＬとは凸部と凹部の高低差とし、図３内で配線ピッチＰ、深さＬの寸法が凹凸部７０のどの部分にあたるかを記載している。なお、図３では、凹凸部７０の断面形状を、凹部が略三角形、凸部が略台形としているが、凹凸部７０の断面形状はこれに限られるものではなく、断面形状は適宜決定される。
図４は、凹凸部７０の配設ピッチＰ、凹凸部７０の深さＬ、コイル６の線径Ｄとの関係を説明するための模式図であり、コイル６をＸＹ座標系に置いている。ここでは、仮に凹凸部７０の凹部の中央位置にコイル６が配置される場合を想定し、コイル６の中心座標Ｏを（０，Ｄ／２）とする。また、コイル６が配置される凹部の側壁となる凸部の頂部（図３の凸部でいえば７１の位置とする。）の座標Ｑを（Ｐ／２，Ｌ）とする。

図からもわかるように、コイル６が凸部に接触して凸部を圧潰するためには、まず、配設ピッチＰがコイル線径Ｄより小さい、すなわちＰ＜Ｄとなる必要がある。そして、コイル６の半径が凹凸部７０の深さＬより大きい場合には（Ｄ／２＞Ｌの場合）には、コイル６の中心Ｏから凸部の頂部Ｑまでの距離が、コイル６の半径（Ｄ／２）よりも短くなる必要がある。従って、凹凸部７０の配設ピッチＰ、凹凸部７０の深さＬ、コイル６の線径Ｄとの関係は下記式（１）を満たす。
Ｄ／２＞Ｌの時、
Ｐ＜Ｄかつ（Ｐ／２）^２＋（Ｄ／２−Ｌ）^２＜（Ｄ／２）^２・・・式（１）
従って、配線ピッチＰは、
Ｄ＞２Ｌの時、Ｐ＜Ｄ，Ｐ^２＜４Ｌ（Ｄ−Ｌ）・・・式（２）
となる。

なお、通常は上記のようにコイル６の半径が凹凸部７０の深さＬより大きい（Ｄ／２＞Ｌ）設定であるが、コイル６の半径が凹凸部７０の深さＬより多少小さくなる場合（Ｄ／２≦Ｌの場合）も考えうる。この場合、Ｐ＜Ｄの条件を満たせば、コイル６の中心Ｏから凸部における点（Ｐ／２，Ｄ／２）までの距離がコイル６の半径（Ｄ／２）よりも短くなるため、コイル６が凸部に接触して凸部を圧潰することができる。
以上より、凹凸部７０の配設ピッチＰとコイル６の線径Ｄとの関係は常にＰ＜Ｄである。

次に、凹凸部７０が設けられたインシュレータ５を介して、上記式（２）を満たす範囲で線径Ｄの異なる３種類のコイル６ａ、６ｂ、６ｃを巻回した例を図５に示す。コイル６ａの線径ＤをＤａ、コイル６ｂの線径ＤをＤｂ、コイル６ｃの線径ＤをＤｃとし、各コイル６ａ、６ｂ、６ｃの線径Ｄの関係は、Ｄａ＜Ｄｂ＜Ｄｃとする。

図５（ａ）は、コイル６ａの場合を示す。図に示すようにインシュレータ５にコイル６ａを巻回すると、コイル６ａの巻回張力により凹凸部７０はその接触部分が圧潰される。図中の斜線部８ａは凹凸部７０の圧潰された部分を示し、凹凸部７０がコイル６ａの形状に沿うような形で圧潰されている。斜線部８ａのように凹凸部７０が潰された状態により、コイル６ａの１層目の巻回位置が規制され、下層に沿って以降の層が巻回されるため、コイル６ａを整列巻回し、位置ズレを防止することができる。

図５（ｂ）は、コイル６ｂの場合を示す。図５（ａ）の場合と同様、コイル６ｂの巻回張力により凹凸部７０はその接触部分が圧潰される。斜線部８ｂは凹凸部７０の圧潰された部分を示し、斜線部８ｂのように凹凸部７０が潰された状態により、コイル６ｂの１層目の巻回位置が規制される。下層に沿って以降の層が巻回されるため、コイル６ｂを整列巻回し、位置ズレを防止することができる。

図５（ｃ）は、コイル６ｃの場合を示す。図５（ａ）、図５（ｂ）の場合と同様、コイル６ｃの巻回張力により凹凸部７０はその接触部分が圧潰される。斜線部８ｃは凹凸部７０の圧潰された部分を示し、斜線部８ｃのように凹凸部７０が潰された状態により、コイル６ｃの１層目の巻回位置が規制される。下層に沿って以降の層が巻回されるため、コイル６ｃを整列巻回し、位置ズレを防止することができる。

このように、凹凸部７０をインシュレータ５に設けることで、線径の異なるコイル６（６ａ、６ｂ、６ｃ）を巻回した場合にも、各コイル６の線径に応じて凹凸部７０が圧潰され、コイル６を整列巻回し、位置ズレを防止することができる。
なお、凹凸部７０の配設ピッチＰ、深さＬを、磁極ティース部４に巻回される可能性のある最小コイルの線径に基づき設定しておけば、その線径より大きい全てのコイルに対応することができる。

ここで、本実施の形態１では、凹凸部７０の配設する領域を、インシュレータ５の第１巻回部５０から第２巻回部５１にかけての角領域としている。コイル６が巻回される際の巻回張力はこの角領域において大きくなるため、コイル６の巻回時に確実に凹凸部７０を圧潰することができる。従って、確実にコイル６の位置ズレ防止を行うことができる。また、角領域はコイル６のズレが発生しやすい領域であるため、角領域に凹凸部７０を設けることにより、コイル６の位置ズレを効率的に防止することができる。

以上のように、本実施の形態１のインシュレータ５は、巻回されるコイル６の軸線方向に伸びる複数の連続した凹凸部７０を備え、凹凸部７０が、コイル６の線径より小さいピッチで配設される。このため、コイル６の巻回時にコイル６が凹凸部７０を圧潰し、潰された凹凸部７０がコイル６の１層目の巻回位置を規制するガイドとなる。そして、下層に沿って以降の層が巻回されるため、コイル６を整列巻回し、位置ズレを防止することができる。さらに、凹凸部７０の配設ピッチＰ、凹凸部７０の深さＬ、コイル６０の線径Ｄとの関係が上記式（２）を満たすように設定することで、コイル６による凹凸部７０の圧潰が確実に行える。
そして、コイルの線径に合わせて凹凸部７０が圧潰されるため、インシュレータ５は、異なる線径のコイルに対応することができ、線径の異なるコイルであっても位置ズレを防止して整列巻回することができる。
これにより、電機子１へのコイル６の巻回を精度よく行え、電機子１の性能向上を図ることができる。また、コイル６の線径に合わせてインシュレータ５を作り替える必要がなく、高性能の電機子１を安価で容易に生産することができる。

また、本実施の形態１では、凹凸部７０の配設する領域を、インシュレータ５の第１巻回部５０から第２巻回部５１にかけての角領域としている。角領域は、巻回張力が大きいため、確実に細溝７を圧潰して確実にコイル６の位置ズレを防止できるとともに、角領域はコイル６のズレが発生しやすい領域であるため、コイル６の位置ズレを効率的に防止できる。

なお、電機子１は、例えば回転電機の固定子として機能する電機子である場合や、回転子として機能する電機子である場合、またリニアモータの電機子等、各種電動機の電機子に適用することができる。

実施の形態２．
図６は、この発明の実施の形態２における電機子１のインシュレータ５Ａの構成を示す斜視図である。上記実施の形態１では、インシュレータ５の第１巻回部５０から第２巻回部５１にかけての角領域にのみ細溝７を設けて凹凸部７０を形成していたが、本実施の形態２のインシュレータ５Ａは、角領域に加え、第１巻回部５０全体に細溝７Ａを設けることで、角領域および第１巻回部５０全体に凹凸部７０Ａを形成している。なお、本実施の形態２において、細溝７Ａの配設領域を広げたこと以外については上記実施の形態１と同様であり、同一構成には同一符号を付して説明を省略する。

以上のように、本実施の形態２の電機子のインシュレータ５Ａは、細溝７Ａによる凹凸部７０Ａの形成領域が広いため、コイル６の巻回により圧潰される範囲も広範囲となる。このため、上記実施の形態１の効果に加え、さらにコイル６の巻回位置の規制を確実にし、コイル６の位置ズレを防止することができる。

なお、本実施の形態２では細溝７Ａによる凹凸部７０Ａを角領域および第１巻回部５０全体に設けたが、細溝の配設位置はこれに限られるものではない。例えば、本実施の形態２の別例として細溝を角領域および第２巻回部５１全体に設ける構成としてもよい。このように細溝を設けても、細溝の配設領域が広くなるため、同様の効果が得られる。さらに、第１巻回部５０、第２巻回部５１両方に細溝を設ける構成としてもよい。
また、例えば第１巻回部５０のみに細溝を設ける構成や、第２巻回部５１のみに細溝を設ける構成であってもよく、コイル６の巻回時に細溝の圧潰によりコイル６の巻回位置を規制するガイドを設けることができれば、コイル６の位置ズレ防止の効果を得ることができる。

実施の形態３．
図７は、この発明の実施の形態３における電機子のインシュレータの構成を説明するための模式図であり、上記実施の形態１の図３に対応する図面である。上記実施の形態１では、インシュレータ５の角領域に細溝７を設けることで、インシュレータ５の表面に複数の連続した凹凸部７０を形成していたが、本実施の形態３では、インシュレータ５Ｂの角領域に多数の細突起９を設けることで、上記実施の形態１と同様、インシュレータ５Ｂの表面に複数の連続した凹凸部７０Ｂを形成している。なお、細溝の代わりに細突起９を設けたこと以外の構成については上記実施の形態１と同様であり説明を省略する。

以上のように、本実施の形態３では、電機子のインシュレータ５Ｂの角領域に細突起９を設けることで、インシュレータ５Ｂの表面に複数の連続した凹凸部７０Ｂを形成する。このため、コイル６の巻回時にコイル６が凹凸部７０Ｂを圧潰することで、潰された凹凸部７０Ｂがコイル６の１層目の巻回位置を規制し、コイル６を整列巻回する等、上記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

なお、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１電機子、２電機子コア、３コアバック部、４磁極ティース部、
５，５Ａ，５Ｂインシュレータ、６，６ａ〜６ｃコイル、７，７Ａ細溝、
９細突起、５０第１巻回部、５１第２巻回部、５２第１巻壁部、
５３第２巻壁部、６０コイル、７０，７０Ａ，７０Ｂ凹凸部。

Claims

電機子コアと、上記電機子コアの磁極ティース部を覆うように装着されるインシュレータと、上記インシュレータを介して上記磁極ティース部に巻回されるコイルとを備えた電機子の製造方法であって、
上記インシュレータは、上記磁極ティース部のコイルエンド側端面を覆う第１巻回部と、上記磁極ティース部の側面を覆う第２巻回部と、少なくとも上記第１巻回部または上記第２巻回部に設けられ、上記磁極ティース部に巻回される上記コイルの軸線方向に伸びる複数の連続した凹凸部とを備え、
上記複数の凹凸部は、上記コイルの線径より小さいピッチで配設され、上記コイル巻回時に上記コイルと接触する部分は圧潰されるとともに、上記コイルと接触しない部分は圧潰されずに残ることにより上記コイルの巻回位置を規制するようにして上記コイルを巻回することを特徴とする電機子の製造方法。
上記凹凸部の配設ピッチをＰ、上記凹凸部の深さをＬ、上記コイルの線径をＤとすると、上記配設ピッチＰ、上記深さＬおよび上記線径Ｄの関係は、以下の式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の電機子の製造方法。
Ｄ＞２Ｌ，Ｐ＜Ｄ，Ｐ^２＜４Ｌ（Ｄ−Ｌ）
上記複数の凹凸部は、上記第１巻回部から上記第２巻回部にかけての角領域に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電機子の製造方法。
上記複数の凹凸部は、上記コイルの軸線方向に伸びる複数の細溝により形成されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電機子の製造方法。
上記複数の凹凸部は、上記コイルの軸線方向に伸びる複数の細突起により形成されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電機子の製造方法。