JP6078026B2

JP6078026B2 - 回転電機の電線の巻回方法

Info

Publication number: JP6078026B2
Application number: JP2014137687A
Authority: JP
Inventors: 悠太武田
Original assignee: Oriental Motor Co Ltd
Current assignee: Oriental Motor Co Ltd
Priority date: 2014-07-03
Filing date: 2014-07-03
Publication date: 2017-02-08
Anticipated expiration: 2034-07-03
Also published as: JP2016015859A

Description

本発明は、回転電機の電線の巻回方法に関する。

モータなどの回転電機には、インナーロータ型とアウターロータ型とがある。前者の場合、ステータは略円筒状であり、その内周面には、径方向内側に向かって突出した複数のティースが周方向に一定間隔で設けられている。ステータには、略リング状のステータカバーが組み付けられ、このステータカバー及びティースからなる磁極部に電線が巻回される。

回転電機の特性を決定する要因として、電線の導体断面積及びターン数が挙げられる。要求される電線の導体断面積によっては、電線が比較的太くなる場合がある。比較的太い電線は、巻回が難しく、また巻回できたとしても占積率が減少してしまう可能性がある。そのため、比較的太い電線１本と同じ断面積となるように、巻回がしやすい程度に細い電線を複数本束ねて同時に巻回することが行われている。

その一例を、図１０及び図１１を参照して説明する。ステータ１０１は、略円筒状のステータコア１０２を備えている。ステータコア１０２の内周面には、周方向に一定間隔で径方向内側に向かって突出した複数のティース１０２ａが設けられている。ステータコア１０２には、略リング状のステータカバー１０３が組み付けられている。ステータカバー１０３の内周面には、周方向に一定間隔で径方向内側に向かって突出した複数の突起部１０３ａがティース１０２ａと対応するように設けられている。各ティース１０２ａと、該ティース１０２ａの周囲にあるステータカバー１０３の突起部１０３ａとにより、磁極部１０４がそれぞれ構成されている。

そして、２本の電線１０６ａ及び１０６ｂを束ねて同時に繰り出すことのできる、巻線装置（不図示）のノズル１０５を用いて、２本の電線１０６ａ及び１０６ｂが各磁極部１０４に同時に巻回される。

このように２本の電線１０６ａ及び１０６ｂを束ねて巻回すると、巻回された２本の電線１０６ａ及び１０６ｂが交差部１０７として示すようにコイルエンドで交差してしまう。この交差部１０７は、１ターン毎に２箇所存在する。すると、コイルエンドの寸法が大きくなり、電線１０６ａ及び１０６ｂの位置が不安定になることで巻太りが生じ、占積率が低下する可能性がある。また、２本の電線１０６ａ及び１０６ｂが交差部１０７において互いに接触するため、電線の絶縁皮膜へのダメージが多くなり、品質が低下するおそれがある。

特許文献１には、複数本の電線を束ねて巻回する際に、電線どうしが互いに交差する部位が生じることを抑えるための巻線装置が記載されている。

特開２００６−８１３７２号公報

特許文献１に記載の巻線装置は、交差が生じないようにするための専用の機構を備えているため、巻線装置そのものが比較的複雑かつ大型となり、かつ相対的に高価な設備となる蓋然性がある。

本発明は、かかる不都合を解消し、交差が生じないように複数本の電線を巻回するための、コストの比較的低い技術を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る回転電機の略円筒状のステータの内周面から径方向内側に突出した複数の磁極部の各々に複数本の電線を巻回する方法は、巻線装置のノズルから第１本目の電線を繰り出しながら、第１磁極部の径方向外側端部と、径方向内側端部から径方向外側方向に所定間隔を置いた位置との間において前記径方向外側端部から前記ノズルを相対的に少なくとも一往復させることにより、前記第１本目の電線を所定のターン数巻回する第１巻回ステップと、前記ノズルから第２本目の電線を繰り出しながら、前記第１磁極部の径方向外側端部から径方向内側の方向に向けて前記ノズルを相対的に少なくとも一往復させることにより、前記第１巻回ステップにより巻回された前記第１本目の電線に重ねるようにして前記第２本目の電線を前記所定のターン数巻回する第２巻回ステップとを含む。

本発明によれば、交差が生じないように複数本の電線を巻回するための、コストの比較的低い技術が提供される。

（Ａ）ステータの部分斜視図である。（Ｂ）ステータの部分拡大斜視図である。ステータの部分平面図である。図２のＡ−Ａ線部分断面図である。渡り線部の配置の一例を示す説明図である。渡り線部の配置の一例を示すステータの斜視図である。渡り線部の配置の比較例を示す説明図である。渡り線部の配置の別の例を示す説明図である。渡り線部の配置の別の比較例を示す説明図である。別の実施形態に係るステータの斜視図である。（Ａ）従来のステータの部分斜視図である。（Ｂ）従来のステータの部分拡大斜視図である。従来のステータの部分平面図である。

［第１の実施形態］
図１及び図２を参照して第１の実施形態を説明する。回転電機のステータ１は、略円筒状のステータコア２を有している。ステータコア２の内周面には、周方向に一定間隔で径方向内側に向かって突出した複数のティース２ａが設けられている。ステータ１の軸方向端部には、略リング状のステータカバー３が組み付けられている。ステータカバー３の内周面には、周方向に一定間隔で径方向内側に向かって突出した複数の突起部３ａがティース２ａと対応するように設けられている。各ティース２ａと、該ティース２ａの周囲にあるステータカバー３の突起部３ａとにより、磁極部４がそれぞれ構成されている。巻線装置（不図示）のノズル５は、一度に１本の電線６を繰り出すことができるように構成されている。

各磁極部４に電線６を複数本巻回する方法について、図３〜図５を参照して説明する。これらの図は、磁極数が６であり、相の数が３であり、各磁極に巻回する電線の本数が２本であり、ターン数が２１であることを前提としている。この２本の電線は同相である。以上の前提は一例に過ぎない。

図４に示しているように、ステータの軸心Ｓを挟んで対向している磁極部４−１及び４−２が第１の相を構成している。同様に、対向している磁極部４−３及び４−４が第２の相を構成し、対向している磁極部４−５及び４−６が第３の相を構成している。

まず、ノズル５から第１の相の第１本目の電線６１を繰り出しながらノズル５を第１磁極部４−１の周囲を相対的に旋回させつつ、第１磁極部４−１の径方向外側端部４ａと、径方向内側端部４ｂから径方向外側方向に所定間隔Ｌを置いた位置４ｃとの間において径方向外側端部４ａからノズル５を相対的に一往復させる。この往復を矢印Ｙ１により示している。これにより、第１本目の電線６１を２１ターン分巻回する。具体的には、ノズル５を径方向外側端部４ａから位置４ｃに向けて相対的に移動させながら１１ターン分を巻回する。続いて、ノズル５を位置４ｃから径方向外側端部４ａに向けて相対的に移動させながら残りの１０ターン分を巻回する。この残りの１０ターン分は、既に巻回されている１１ターン分の上に俵積み状に巻回される。

次に、ノズル５から引き続き第１本目の電線６１を繰り出しながら、第１磁極部４−１から、該第１磁極部と同じ相を構成する第２磁極部４−２に向けて、ステータ１の軸方向端部１ａの周方向一方向Ｃに沿ってノズル５を相対的に移動させる。それにより、第１本目の電線６１の渡り線部６１ａを形成する。

第２磁極部４−２にも、第１磁極部４−１と同様に第１本目の電線６１を巻回する。

続いて、ノズル５から第１の相の第２本目の電線６２を繰り出しながらノズル５を第２磁極部４−２の周囲を相対的に旋回させつつ、第２磁極部４−２の径方向外側端部から径方向内側の方向に向けて前記ノズルを相対的に二往復させる。この二往復を矢印Ｙ２により示している。これにより、既に巻回された第１本目の電線６１に重ねるようにして第２本目の電線６２を同じく２１ターン分巻回する。具体的には、第１回目の往復においては、往路で７ターン分巻回し、復路で６ターン分巻回する。さらに、第２回目の往復においては、往路で４ターン分巻回し、復路で４ターン分巻回する。

続いて、ノズル５から第２本目の電線６２を繰り出しながら、第２磁極部４−２から第１磁極部４−１に向けて、前記周方向一方向Ｃに沿ってノズル５を相対的に移動させる。それにより、第２本目の電線６２の渡り線部６２ａを形成する。

第１磁極部４−１にも、第２磁極部４−２と同様にして第２本目の電線６２を巻回する。

このようにして、第１の相を構成する第１の磁極部４−１及び第２の磁極部４−２の各々に２本の同相の電線６１及び６２が巻回される。第２の相を構成する磁極部４−３及び４−４と、第３の相を構成する磁極部４−５及び４−６とについても同様に２本の同相の電線がそれぞれ巻回され、渡り線部もそれぞれ形成される。

以上のような形態によれば、複数本の同相の電線を束ねて同時に巻回するのではなく、一度に１本ずつ巻回するため、巻回された複数本の電線の各々が互いに交差してしまうことを防ぐことができる。そのため、より整列性の高い巻回が可能となる。その結果、電線の交差による電線の絶縁皮膜へのダメージを防ぐことができる。さらに、銅量を向上させることができる。

複数本の電線を束ねて巻回する場合でも交差が生じないようにするための専用の機構を備えた巻線装置が開発されているが、巻線装置そのものが比較的複雑かつ大型となり、かつ相対的に高価な設備となる蓋然性がある。本発明によれば、交差が生じないようにするための専用の機構は不要であり、従来から使用されている比較的安価で単純な巻線装置を使用してステータを製作することができる。

また、上記の形態によれば、径方向内側端部４ｂから外側に向かって所定間隔Ｌにわたり、電線が巻回されない領域を意図的に設け、かつ、磁極部４の径方向外側から内側に向かって、積み重ねられる電線の層の数が減っていくように構成される。そのため、隣接する２個の磁極部の間の間隔が径方向内側から外側に向かうほど大きくなるというステータの構造上の特徴を生かし、ノズルが磁極部と干渉しないようにしつつ磁極部間の空間を効率的に利用して電線の巻回を行うことができる。

さらに、上記の形態によれば、渡り線部の本数を均等にすることができる。具体的には、図４に示したように、渡り線部の本数は、ステータの軸方向端部の周全体にわたって３本であり、周全体で均等である。そのため、ステータの軸方向端部に設けられる、渡り線部を固定するピンなどの構造物（不図示）の強度（特に、巻回される電線には、渡り線部も含めて、テンションがかかっているため、前記構造物には一定の強度が必要となる。）も周全体にわたって均等にすることができる。前記構造物に求められる強度及び前記構造物が占める空間を減少させることができ、ステータの小型化を図ることができる。

その一方で、２本の電線を束ねて同時に巻回した場合、図６に示しているように、ステータの軸方向端部の周全体にわたって渡り線部の本数が不均等となる。最も多い箇所で４本、最も少ない箇所で２本の渡り線部が設けられている。そのため、前記構造物の強度も周全体にわたって不均等となる。

上記のような実施形態によれば、図６の例と比較して、前記構造物の強度も周全体にわたって均等にすることができる。

図７は、磁極数が１０であり、相の数が５である場合の、図４に類似した説明図である。ステータの軸心Ｓを挟んで対向している磁極部４−１１及び４−１２が第１の相を構成している。同様に、対向している磁極部４−１３及び４−１４が第２の相を構成し、対向している磁極部４−１５及び４−１６が第３の相を構成し、対向している磁極部４−１７及び４−１８が第４の相を構成し、対向している磁極部４−１９及び４−２０が第５の相を構成している。第１の相を構成している磁極部４−１１及び４−１２には、上述した方法と同様の方法により、同相の第１本目の電線６３及び第２本目の電線６４が巻回されている。また、第１本目の電線６３の渡り線部６３ａと第２本目の電線６４の渡り線部６４ａとが形成されている。その他の相を構成している磁極部にも同様に２本の電線が巻回され、渡り線部もそれぞれ形成されている。

図示しているように、渡り線部の本数は、ステータの軸方向端部の周全体にわたって５本であり、周全体で均等である。その一方で、２本の電線を束ねて同時に巻回した場合は、図８に示しているように、ステータの軸方向端部の周全体にわたって渡り線部の本数が不均等となる。磁極数が１０であり、相の数が５である場合も、前記構造物の強度も周全体にわたって均等にすることができる。また、ステータの軸方向の寸法を小さくすることができる。

［他の形態］
上記の形態とは異なり、渡り線部を形成せずにプリント基板を用いることもできる。例えば、磁極数が１０個で、相の数が５の場合、まず、図３に示したような方法で、磁極部４−１１に２本の電線を１本ずつ巻回する。その後、渡り線部を形成せずに、磁極部４−１２に別の２本の電線を１本ずつ巻回する。そして、第１磁極部４−１１に巻回された２本の電線と、第２磁極部４−１２に巻回された２本の電線とを、ステータ１の軸方向端部に設けたリング状のプリント基板７（図９）に接続する。これにより、プリント基板７上のプリントパターンを介して、第１磁極部４−１１に巻回された２本の電線と、第２磁極部４−１２に巻回された２本の電線とをそれぞれ接続することもできる。他の相についても同様である。

上記において、複数本の電線を巻回する特定の実施形態について具体的に説明した。しかし、本発明は、このような実施形態に限定されず、当業者にとって明らかな変更、修正は、全て本発明の技術的範囲に含まれる。例えば、電線の本数は２本に限られず、３本以上であってもよい。第３本目の電線は、既に巻回されている第２本目の電線に重ねるようにして巻回される。第４本目以降の電線も同様にして巻回される。また、任意の磁極数及び相の数を有するステータに本発明を適用することができる。さらに、回転電機の仕様に応じて、各電線を巻回する際のノズルの往復の回数を任意に変更することができる。

１ステータ
１ａ軸方向端部

２ステータコア
２ａティース

３ステータカバー
３ａ突起部

４磁極部
４ａ径方向外側端部
４ｂ径方向内側端部
４ｃ位置
４−１第１磁極部
４−２第２磁極部
４−３〜４−６磁極部
４−１１〜４−２０磁極部

５ノズル

６電線
６１第１本目の電線
６１ａ渡り線部
６２第２本目の電線
６２ａ渡り線部
６３第１本目の電線
６３ａ渡り線部
６４第２本目の電線
６４ａ渡り線部

７プリント基板

１０１ステータ
１０２ステータコア
１０２ａティース
１０３ステータカバー
１０３ａ突起部
１０４磁極部
１０５ノズル
１０６ａ電線
１０６ｂ電線
１０７交差部

Ｏ径方向外側の方向
Ｒ径方向内側の方向
Ｌ所定間隔
Ｃ周方向一方向
Ｓ軸心
Ｙ１矢印
Ｙ２矢印

Claims

回転電機の略円筒状のステータの内周面から径方向内側に突出した複数の磁極部の各々に複数本の電線を巻回する方法において、
巻線装置のノズルから第１本目の電線を繰り出しながら、第１磁極部の径方向外側端部と、径方向内側端部から径方向外側方向に所定間隔を置いた位置との間において前記径方向外側端部から前記ノズルを相対的に少なくとも一往復させることにより、前記第１本目の電線を所定のターン数巻回する第１巻回ステップと、
前記ノズルから第２本目の電線を繰り出しながら、前記第１磁極部の径方向外側端部から径方向内側の方向に向けて前記ノズルを相対的に少なくとも一往復させることにより、前記第１巻回ステップにより巻回された前記第１本目の電線に重ねるようにして前記第２本目の電線を前記所定のターン数巻回する第２巻回ステップと
を含む、複数本の電線を巻回する方法。
前記第１巻回ステップと前記第２巻回ステップとの間に、
前記ノズルから引き続き前記第１本目の電線を繰り出しながら、前記第１磁極部から、該第１磁極部と同じ相を構成する第２磁極部に向けて、前記ステータの軸方向端部の周方向一方向に前記ノズルを相対的に移動させることにより、前記第１本目の電線の渡り線部を形成する第１渡り線部形成ステップと、
前記ノズルから前記第２本目の電線を繰り出しながら、前記第２磁極部から前記第１磁極部に向けて、前記周方向一方向に前記ノズルを相対的に移動させることにより、前記第２本目の電線の渡り線部を形成する第２渡り線部形成ステップと
をさらに含む請求項１に記載の複数本の電線を巻回する方法。
請求項１又は２に記載の複数本の電線を巻回する方法により前記電線が巻回されてなるステータ。