JP5907650B2 - ステータおよびステータの巻線引き出し方法 - Google Patents

Description

本発明は、モーターや発電機等の回転電機におけるステータのインシュレータおよび巻線引き出し方法に関する。

特許文献１には、ステータのティース部に装着するインシュレータの鍔部の側面に、巻線導入用のガイド溝を設けることにより、巻線の巻き始めの捻れた屈曲部をステータ径方向に逃し、第１ターンの直上にも巻線を巻き回すことを可能とした技術が開示されている。

特許第３７８６９３１号

特許文献１の技術では、側面に巻線導入用のガイド溝を設定する関係でインシュレータの鍔部の厚み寸法が大きくなってしまう。このため、ステータのティース部間のスロット内における巻線空間が減少し、巻線の占積率が低下する問題がある。

そこで、本発明はインシュレータの鍔部側面に巻線導入用のガイド溝を必要とすることなく巻胴部に巻線を整然と巻き回すことができて鍔部の薄肉化を可能とし、巻線の占積率を高めることができるステータのインシュレータ、および巻線引き出し方法を提供するものである。

本発明のステータのインシュレータにあっては、ティース部に装着される巻胴部両端の内径側鍔部と、外径側鍔部の少なくとも一方のコイルエンド側にあって、ステータ径方向に貫通して開口し、巻胴部に巻き回された巻線を巻き方向に引き出し可能な開口部を備える。開口部は、その両端、または片端の外側に、開口部から引き出した巻線を絡げるための突起を備える。巻胴部に巻き回された巻線は、開口部から巻き方向に一旦引き出した後、突起に絡げてステータ軸方向に曲げて引き出し、もしくは、巻線を開口部から巻き方向に引き出して、そのままステータ径方向に引き出すようにしている。

巻胴部に巻き回された巻線の巻き始め、および巻き終わりは、開口部から一旦引き出した後に突起に絡げてステータ軸方向に曲げて引き出す場合、あるいは開口部からステータ径方向に引き出す場合の何れにあっても、開口部から巻き方向に引き出すことが可能となる。このため、巻胴部に巻線を捻れを生じさせずに整然と巻き回すことができ、かつ、鍔部の厚みを薄くすることができてティース部間のスロット内の巻線空間を狭めることがなく、巻線の占積率を高めることができる。

本発明に係るインシュレータの第１実施形態を示す斜視図。 第１実施形態のインシュレータの正面図。 図２のＡ−Ａ線に沿う断面図。 図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図。 第１実施形態における巻線の巻き回し状態を１層目（ａ）と、２層目（ｂ）とで示す正面図。 図５のＣ範囲部を拡大して示す断面図。 第１実施形態のインシュレータを用いたステータの斜視図。 図７に示したステータの正面図。 図７のＤ−Ｄ線に沿う断面図。 本発明の第２実施形態を示す図８と同様の正面図。

以下、本発明の実施形態を図面と共に詳述する。
（第１実施形態）

図１，２は、本発明に係るインシュレータの第１実施形態を示している。図１に示すインシュレータ１１は、図５に示すステータ１のヨーク部２の内周側に突設したティース部３に前後方向（ステータ１の軸方向）から嵌装される２分割ピースのうちの片方を示している。

図５に示すステータ１は、複数のコアセグメントを円環状に連結して構成され、従って、図５では便宜的に１つのコアセグメントをステータ１として示している。

インシュレータ１１は、適宜の合成樹脂等の電気絶縁性材料からなり、ティース部３に嵌装される巻胴部１２と、巻胴部１２の両端の内径側鍔部１３および外径側鍔部１４を備えている。

巻胴部１２は、巻線２１の巻き始めと巻き終わりが行われるコイルエンド側の側壁１２ａと、ティース部間のスロット側の側壁１２ｂとを備え、ティース部３の断面形状に合わせて略矩形断面としてある。側壁１２ａと１２ｂとが連設するコーナー部は、丸み（Ｒ）をもって形成してある。

内径側鍔部１３は、巻胴部１２のステータ中心側の端末に、巻胴部１２の径方向に略水平に張り出して、巻線２１とティース部３の端末フランジ３ａとを絶縁し、巻線２１のティース部端末側の巻き回し位置を規定する。

外径側鍔部１４は、巻胴部１２のヨーク部側の端末に、巻胴部１２の径方向に略水平に張り出して、巻線２１とヨーク部２とを絶縁し、巻線２１のヨーク部側の巻き回し位置を規定する。

内径側鍔部１３と、外径側鍔部１４の少なくとも一方には、巻胴部１２に巻き回された巻線２１の巻き始め部分２１ａと巻き終わり部分２１ｂとを、巻線２１の巻方向に引き出すための開口部１５を設けてある。

本実施形態では、開口部１５を外径側鍔部１４に設け、巻き始め部分１２ａと巻き終わり部分１２ｂの両方を、１つの開口部１５から引き出すようにしている。

開口部１５は、外径側鍔部１４の中央部分に、鍔部端末からコイルエンド側の側壁１２ａに至る奥行きとして形成してある。

巻線２１として、本実施形態では図２に示すように幅寸法ｗ、厚さ寸法ｔの平角線が用いられている。従って、開口部１５は、巻線２１をその巻き方向に斜状に引き出す場合に、巻線２１がその幅ｗで開口部１５を斜めに通過した際に、両端開口縁１５ａに強干渉しない開口幅（横幅寸法）Ｌｏとしてある。

開口部１５の開口縁１５ａの外側には、外径側鍔部１４の端末側（先端側）の略半部に、開口部１５から引き出した巻線２１を絡げるための突起１６を立設してある。

外径側鍔部１４の外面には、突起１６の立設基部に沿って、該突起１６に絡げて曲げた巻線２１を嵌め込むための角形の溝１７を形成してある。

溝１７は、図３に示すように突起１６の奥行き長さの略半部から鍔部端末に亘って形成してあり、溝底を鍔部端末側に向けて下り傾斜となる傾斜面としてある。

本実施形態では、開孔縁１５ａの一方の突起１６Ａと溝１７Ａとを巻線２１の巻き始め側とし、他方の突起１６Ｂと溝１７Ｂとを巻線２１の巻き終わり側としている。

巻き始め側の溝１７Ａには、その先端に巻線２１の厚み相当の奥行き深さで切欠き１７ａを設けてある。これにより、巻線２１の巻き始めに際して、巻き始め部分２１ａを切欠き１７ａに係合して溝１７Ａに嵌め込むことによって、巻線２１の巻き始めの緩み発生防止効果を高めるようにしている。

巻き始め側の突起１６Ａの先端側の下端部には、開口部１５の内側に向けて突片１８を突設してある。突片１８は、巻線２１の巻き終わり部分２１ｂを、突起１６Ａの下縁に摺接させて開口部１５から巻き方向に斜状に引き出す際に、該巻き終わり部分２１ｂの側縁に係合して開口部１５の奥方向へのずれ動きを規制するストッパーとして機能する。

一方、内径側鍔部１３には、外径側鍔部１４の開口部１５に対向する中央部分に、巻線２１の２層目以降の巻崩れを逃すための巻崩れ受容部１９を設けてある。

巻崩れ受容部１９は、本実施形態では鍔部端末からコイルエンド側の側壁１２ａに至る凹部として形成しているが、これは、開口部であってもよい。

ここで、本実施形態にあっては、開口部１５の開口幅Ｌｏを、巻胴部１２の厚み（横幅寸法）Ｔｄとの関係において、Ｌｏ≦Ｔｄとして設定している。

また、開口部１５の開口縁１５ａは、図４に示すように巻線２１の引き出し角度θ_２が３０°以下となるように、下縁がＲ１、上縁が下縁よりも曲率半径の小さなＲ２、先端縁がそれよりも更に曲率半径の小さなＲ３となる複合Ｒとして形成してある。

また、突起１６の高さ寸法Ｈと厚み寸法Ｔは、巻線２１の幅寸法ｗと厚み寸法ｔとの関係において、Ｈ≧ｗ／２、Ｔ≧ｔとして設定している。

また、溝１７は、鍔部端末側に向けて、下り勾配θ_１＜３０°の傾斜角度で形成してあり、その横幅寸法Ｌは、巻線２１の厚み寸法ｔとの関係において、Ｌ≧ｔとして設定している。

また、巻崩れ受容部１９の凹部深さＤは、巻崩れた巻線２１の膨らみ量以上とし、横幅寸法Ｌｄは、巻胴部１２の横幅寸法Ｔｄとの関係において、Ｌｄ≦Ｔｄとして設定している。

図５〜図９は、本実施形態のインシュレータ１１を用いて、ステータ１のティース部３に巻線２１を巻き回した状態を略示的に示している。

集中巻きコイルでは、巻線２１を巻き回す場合、巻き回しが次ターンへ移る際に図５に示すように斜めに巻き回されるレーンチェンジ部が生じる。レーンチェンジ部は各層の巻線２１が交差して巻き回されるため隙間や巻崩れが発生し易く、高占積率を達成するためには同図に示すように、スロット側よりもコイルエンド側にレーンチェンジ部を配置することが好ましい。

図５（ａ）は巻線２１の１層目を、（ｂ）は２層目を示している。インシュレータ１１の巻胴部１２のコイルエンド側の側壁１２ａには、その両側部にスロット側の側壁１２ｂとの連設コーナー部に亘ってレーンチェンジガイド用の突条１２ｃを複数ヶ所に設け、コイルエンド側で巻線２１のレーンチェンジを整然と行えるようにしている。

本実施形態では、図７，図８に示すように、巻線２１の巻き始め部分２１ａおよび巻き終わり部分２１ｂを、外径側鍔部１４の開口部１５から一旦巻き方向に斜状に引き出した後、突起１６Ａ，１６Ｂに絡げて略直角に曲げ、ステータ軸方向に引き出している。これは勿論、巻き始め部分２１ａおよび巻き終わり部分２１ｂを、突起１６Ａ，１６Ｂに絡げずに、図８に鎖線で示すようにステータ径方向外側に向けて引き出すようにしてもよい。

巻き始め部分２１ａと巻き終わり部分２１ｂとをステータ軸方向に引き出せば、これら両者を最短距離で配電部品の結線端子に接続できるため、回転電機の小型化，低コスト化を実現できる。また、巻き始め部分２１ａと巻き終わり部分２１ｂとをステータ径方向外側に引き出せば、これら両者を同一円周上に配置することができて、結線作業性を向上することができる。

このように、本実施形態にあっては、インシュレータ１１の巻胴部１２に巻き回された巻線２１の巻き始め、および巻き終わりは、開口部１５から一旦引き出した後に突起１６Ａ，１６Ｂに絡げてステータ軸方向に曲げて引き出す場合、あるいは開口部１５からステータ径方向に引き出す場合の何れにあっても、開口部１５から巻線２１の巻き方向に引き出すことが可能となる。

このため、巻胴部１２に巻線２１を捻れを生じさせずに整然と巻き回すことができる。そして、インシュレータ１１の鍔部１３，１４の側面には、特許文献１に示された如き巻線導入用のガイド溝を設けずに済むため、鍔部１３，１４の厚みを薄くすることができる。この結果、巻胴部１２の有効巻き回し幅を拡大できると共に、ティース部３，３間のスロット内における巻線空間を狭めることがなく、巻線２１の占積率を高めて回転電機の小型化と高出力化とを実現できる。

ここで、本実施形態のように、巻線２１として平角線を用いた場合でも、開口部１５から巻線２１をその巻き方向に斜状に引き出すので、この平角線を用いた場合であっても巻線２１に捻れを生じることがなく、整然と巻き回すことができる。

特に、前述のように巻線２１を開口部１５から一旦巻き方向に引き出した後に、突起１６Ａ，１６Ｂに絡げてステータ軸方向に曲げて引き出す場合、平角線であってもこれら突起１６Ａ，１６Ｂを支点にステータ軸方向にフラットワイズ曲げされるため、屈曲部に捻れの発生を皆無とすることができて、絶縁被膜の損傷を回避することができる。

また、突起１６Ａ，１６Ｂに絡げてステータ軸方向に曲げた巻き始め部分２１Ａ、および巻き終わり部分２１Ｂは、突起１６Ａ，１６Ｂの基部に沿った溝１７Ａ，１７Ｂに嵌め込むため、巻線２１のスプリングバックによるコイル緩みを防止することができる。

ここで、本実施形態にあっては、開口部１５の開口幅Ｌｏを、巻き胴部１２の厚み（横
幅寸法）Ｔｄとの関係において、Ｌｏ≦Ｌｄとしてある。このため、開口縁１５ａの基部（付根部分）を極力スロット側の側壁１２ｂに近づけて、巻線２１の引き出し時に開口縁１５ａに作用する押圧力を、剛性の高い側壁１２ａと１２ｂとの連設コーナー部で負担させることができ、外径側鍔部１４の付根強度を十分確保できて、外径側鍔部１４の厚みを極力薄くすることができる。

また、開口部１５の開口縁１５ａを、下縁Ｒ１，上縁Ｒ２，先端縁Ｒ３の複合Ｒとして、平角線（巻線）２１の引き出し角度θ_２が３０°以下となるようにしている。このため、汎用の平角線２１であれば傾斜角度３０°以下のエッジワイズ曲げに対して、絶縁被膜の可撓性は十分に確保でき、引き出し部における屈曲部の巻き膨らみも小さいことから、占積率を低下させることなく平角線２１を巻き方向に引き出せることができる。しかも、複合Ｒで形成される開口縁１５ａには鋭いエッジがないため、平角線２１が開口縁１５ａに摺接しても絶縁被膜を損傷することがない。

また、突起１６の高さ寸法Ｈと厚み寸法Ｔは、平角線（巻線）２１の幅寸法ｗと厚み寸法ｔとの関係において、Ｈ≧ｗ／２、Ｔ≧ｔとしている。このため、突起１６の高さＨが平角線幅ｗの半分以上あれば、絡げてフラットワイズ曲げした平角線２１が突起１６に対して傾かず、突起１６から外れるのを防ぐことができる。しかも、平角線２１はその厚さ寸法以上の曲率半径に対して、１８０度の曲げを行っても可撓性が確保されるため、Ｔ≧ｔの条件であれば、突起１６を支点にフラットワイズ曲げされた平角線２１の曲率半径を確保し、絶縁被膜の損傷を防ぐことができる。

更に、溝１７は、鍔部端末側に向けて下り勾配θ_１＜３０°の傾斜角度としてあるので、平角線２１の傾斜角度３０°以下のエッジワイズ曲げに対する絶縁被膜の可撓性が確保されて、絶縁被膜の損傷を防止することができる。しかも、溝１７の横幅寸法Ｌを、平角線２１の厚み寸法ｔとの関係において、Ｌ≧ｔとしているので、平角線２１を溝１７に軽い摺接嵌め合いとすることができて、絶縁被膜の損傷防止と、インシュレータ１１の割れ防止とを行うことができる。

一方、コイルエンド側で平角線（巻線）２１をレーンチェンジして集中巻きした場合、図６に模式的に示すように内径側鍔部１３側では、１層目の平角線２１に対して、２層目，３層目の平角線２１に巻崩れが不可避的に生じる。この巻崩れにより、図６に示すように、例えば、２層目の平角線２１が、同図の矢印ａに示すように３層目の平角線２１から受ける押圧負荷によって、内径側鍔部１３に強干渉する可能性がある。この強干渉は、内径側鍔部１３の巻胴部１２との付根部分に応力集中を発生させることになる。

本実施形態では、内径側鍔部１３に上述の平角線２１の巻崩れを逃がすための巻崩れ受容部１９を設けてある。このため、該巻崩れ受容部１９によって平角線２１の巻崩れに起因する内径側鍔部１３に対する強干渉を回避し、該内径側鍔部１３の付根部分の強度を十分に確保し、内径側鍔部１３の厚みを極力薄くすることが可能となる。

しかも、巻崩れ受容部１９の深さＤを、巻崩れた平角線２１の膨らみ量以上とすることによって、巻崩れた平角線２１の干渉を確実に回避することができる。この平角線２１の巻崩れは、レーンチェンジ部を有するコイルエンド側でのみ発生するため、巻崩れ受容部１９の横幅寸法Ｌｄを、巻胴部１２の横幅寸法Ｔｄとの関係において、Ｌｄ≦Ｔｄとすることによって、巻崩れを逃がす機能を十分に発揮させることができる。
（第２実施形態）

図１０は、本発明の第２実施形態を示している。第１実施形態では、インシュレータ１１の外径側鍔部１４のコイルエンド側に開口部１５を設けて、巻線２１の巻き始め部分２
１ａおよび巻き終わり部分２１ｂを、１つの開口部１５から巻き方向に引き出すようにしているが、本実施形態では、内径側鍔部１３にも開口部１５を設けて、一方の開口部１５から巻き始め部分を、および他方の開口部１５から巻き終わり部分をそれぞれ巻き方向に引き出すようにしている。

図１０に示す例では、内径側鍔部１３に設けた開口部１５を巻き始め部分２１ａの引き出し用に、および外径側鍔部１４に設けた開口部１５を巻き終わり部分２１ｂの引き出し用としている。

何れの開口部１５，１５にも、それらの開口縁１５ａの片端外側に、引き出した巻線２１を絡げるための突起１６と、その基部に、突起１６に絡げてステータ軸方向に曲げて引き出した巻線２１を嵌め込むための溝１７と、を設けている。

開口部１５，突起１６，溝１７の構成は第１実施形態と同様であるので、重複する説明は省略する。

本実施形態によれば、第１実施形態と同様に平角線（巻線）２１の占積率の向上効果が得られる他、内径側鍔部１３および外径側鍔部１４の各開口部１５，１５から平角線２１をステータ径方向の内側と外側とに向けて引き出す仕様に容易に対応することができる。

なお、各実施形態では巻線２１として平角線を用いた場合を示しているが、丸線を用いた集中巻コイルに適用することもできる。

１…ステータ
２…ヨーク部
３…ティース部
１１…インシュレータ
１２…巻胴部
１３…内径側鍔部（鍔部）
１４…外径側鍔部（鍔部）
１５…開口部
１５ａ…開口縁
１６…突起
１７…溝
１９…巻崩れ受容部
２１…平角線（巻線）

Claims (11)

1. ステータのティース部に装着される巻胴部と、
   前記巻胴部の両端に径方向に張り出して、巻線と前記ステータのヨーク部およびティース部端とを絶縁し、前記巻線のステータ径方向位置を規定する内径側鍔部および外径側鍔部と、を備え、
   前記内径側鍔部と外径側鍔部の少なくとも一方のコイルエンド側にあって、前記巻胴部に巻き回された前記巻線を巻き方向に引き出すためにステータ径方向に貫通して開口する開口部と、
   前記開口部の両端または片端に前記ステータ径方向外方に向けて突設されて、前記開口部から引き出した前記巻線を絡げるための突起と、を備えたことを特徴とするステータ。
2. 前記突起の立設基部に沿って、前記突起に絡げて曲げた前記巻線を嵌め込むための溝を備えたことを特徴とする請求項１に記載のステータ。
3. 使用する巻線が平角線であって、その厚さ寸法をｔ、幅寸法をｗとし、前記溝の横幅寸法をＬとした場合に、Ｌ≧ｔに設定したことを特徴とする請求項２に記載のステータ。
4. 前記溝は、前記鍔部の先端側に向けて、下り勾配θ１＜３０°の傾斜を付与したことを特徴とする請求項２または３に記載のステータ。
5. 使用する巻線が平角線であって、前記開口部の横幅寸法をＬｏ、前記巻胴部の横幅寸法をＴｄとした場合に、Ｌｏ≦Ｔｄに設定したことを特徴とする請求項１〜４の何れか１つに記載のステータ。
6. 使用する巻線が平角線であって、前記開口部を、前記内径側鍔部または外径側鍔部の一方に設け、他方の鍔部の前記開口部に対応する部位に、前記巻線の巻崩れを逃がすための巻崩れ受容部を設けたことを特徴とする請求項１〜５の何れか１つに記載のステータ。
7. 前記巻崩れ受容部の深さ寸法を、前記巻崩れの膨らみ量以上に設定したことを特徴とする請求項６に記載のステータ。
8. 前記巻崩れ受容部の横幅寸法をＬｄ、前記巻胴部の横幅寸法をＴｄとした場合に、Ｌｄ≦Ｔｄに設定したことを特徴とする請求項６または７に記載のステータ。
9. 使用する巻線が平角線であって、その厚さ寸法をｔ、幅寸法をｗとし、前記突起の高さ寸法をＨ、厚み寸法をＴとした場合に、Ｈ≧ｗ／２、Ｔ≧ｔに設定したことを特徴とする請求項１〜８の何れか１つに記載のステータ。
10. 使用する巻線が平角線であって、前記開口部の両端縁に摺接して引き出した前記巻線の引き出し角度θ２が３０°以下となるように、前記開口部の両端縁を、下縁がＲ１、上縁が下縁よりも曲率半径が小さいＲ２、先端縁が上縁よりも更に曲率半径が小さいＲ３の複合Ｒで形成したことを特徴とする請求項１〜９の何れか１つに記載のステータ。
11. ステータのティース部にインシュレータを装着して、その巻胴部に巻き回された巻線をコイルエンド側で、前記巻胴部両端の内径側鍔部と、外径側鍔部の少なくとも一方に通して引き出す方法であって、
    前記内径側鍔部と、外径側鍔部の少なくとも一方に、ステータ径方向に貫通して開口し、前記巻線を巻き方向に引き出し可能な開口部を設けると共に、
    前記開口部の両端または片端に、前記開口部から引き出された前記巻線を絡げるための突起を設け、
    前記巻胴部に巻き回された巻線を、前記開口部から巻き方向に一旦引き出した後、前記突起に絡げてステータ軸方向に引き出し、もしくは、前記巻線を前記開口部から巻き方向に引き出して、そのままステータ径方向に引き出すことを特徴とするステータの巻線引き出し方法。

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