JP6843272B2 - 回転電機の固定子及び回転電機の固定子の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、回転電機の固定子及び回転電機の固定子の製造方法に関するものである。

回転電機の固定子コイルの巻線方式の一つである分布巻方式では、複数のコイルエンド部が互いに干渉しない形状としていた。このため、コイルエンド部が回転電機の軸方向に長くならざるを得なかった。そこで、コイルエンド部において、干渉防止と軸方向長さの短縮との両立を図る方法として、固定子コイルを複数の分割コイルにより構成する方法が用いられている。

分割コイルを採用した固定子では、分割コイルを固定子鉄心のスロットに差し込んで組み立てるため、スロットの内壁と分割コイルとの間に隙間が必要であった。しかし、分割コイルを採用した固定子では、このような隙間があるため、分割コイルと固定子鉄心との間の熱伝導性が低くなるという問題があった。

分割コイルを採用した従来例として、特許文献１に記載された回転電機がある。特許文献１に記載された回転電機では、固定子コイルを複数のＵ字状の分割コイルで構成している。スロット内に挿入された分割コイルは、分割コイルの弾性力でスロットの内壁に押付けられることで、熱伝導性をあげている。

特開２００７−１１０８９９号公報

しかし、特許文献１に記載された回転電機では、分割コイルをスロットの内壁に押付けながら挿入する。このため、特許文献１に記載された回転電機は、分割コイルを挿入するために、比較的大きな挿入荷重が必要である。しかしながら、このような大きな挿入荷重で分割コイルを挿入する際に、分割コイルの曲がり及び絶縁被膜の損傷が発生しないように挿入することは容易でなかった。すなわち、特許文献１に記載された回転電機は、組み立てを容易に行えないという課題があった。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、容易に組み立てられ、固定子コイルと固定子鉄心との間の良好な熱伝導性を確保できる回転電機の固定子、及び回転電機の固定子の製造方法を提供することを目的としている。

本発明による回転電機の固定子は、中心軸方向に延びる複数のスロットが周方向に配列された円環状の固定子鉄心と、複数のスロットのそれぞれに収容され、複数のスロットの周方向寸法より、周方向寸法が小さい固定子コイルと、を備え、固定子鉄心は、互いに接して、同軸に配列された３つ以上の分割鉄心を有し、３つ以上の分割鉄心は、スロットの周方向位置が互いに一致している２つ以上の分割鉄心により構成される第一分割鉄心群と、スロットの周方向位置が一致している１つ以上の分割鉄心により構成される第二分割鉄心群と、からなり、第二分割鉄心群を構成する分割鉄心のなかの少なくとも１つの分割鉄心が、第一分割鉄心群を構成する分割鉄心間に配置されており、第二分割鉄心群を構成する分割鉄心のスロットの周方向位置が、第一分割鉄心群を構成する分割鉄心のスロットの周方向位置に対して、周方向の第一の方向に一定量変位しており、固定子コイルは、複数のスロットのそれぞれにおいて、第一分割鉄心群を構成する分割鉄心のスロットの周方向の第一の方向の内壁と第二分割鉄心群を構成する分割鉄心のスロットの周方向の第二の方向の内壁とに接している。

本発明による回転電機の固定子コイルは、第二分割鉄心群を構成する分割鉄心のなかの少なくとも１つの分割鉄心が、第一分割鉄心群を構成する分割鉄心間に配置されている。また、第二分割鉄心群を構成する分割鉄心のスロットの周方向位置が、第一分割鉄心群を構成する分割鉄心のスロットの周方向位置に対して、周方向の第一の方向に一定量変位している。上記の構成により、固定子コイルが、複数のスロットのそれぞれにおいて、第一分割鉄心群を構成する分割鉄心のスロットの周方向における第一の方向の内壁と、第二分割鉄心群を構成する分割鉄心のスロットの周方向における第二の方向の内壁と、に接している。したがって、本発明による回転電機の固定子コイルは、容易に組み立てられ、固定子コイルと固定子鉄心との間の良好な熱伝導性を確保できる。

本発明の実施の形態１による回転電機を示す断面図である。 固定子鉄心の軸方向端面を示す上面図である。 固定子鉄心の軸方向端面の一部を示す要部上面図である。 固定子鉄心の一部を示す斜視図である。 固定子鉄心の連結部の拡大図である。 Ｕ字状コイルの側面図である。 絶縁材をはめ込んだ状態の固定子鉄心の要部上面図である。 コイルと絶縁材とがスロットに挿入されている状態の固定子の上面図である。 第一位置である分割鉄心の断面図である。 被連結部に連結部材を挿入する前の状態を示す断面図である。 被連結部に連結部材を挿入した後の状態を示す断面図である。 第二位置における固定子鉄心の上面図である。 第二位置における固定子鉄心の断面図である。 第二位置における固定子鉄心を示す斜視図である。 第二位置における固定子鉄心を示す上面図である。 第二位置における固定子鉄心の断面図である。 分割鉄心が軸方向に２つ配列されている場合の断面図である。 本発明の実施の形態５による固定子鉄心を示す要部上面図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による回転電機の断面図である。

回転電機は、フレーム１、固定子２、及び回転子３から構成されている。本明細書において、固定子２の中心軸の軸方向を「軸方向」と記載する。また、固定子２の中心軸に関する周方向及び径方向を、それぞれ「周方向」及び「径方向」と記載する。

フレーム１は、筒部および筒部の一方の開口部を塞ぐ底部からなるフレーム本体１１と、フレーム本体１１の開口部を塞ぐ端板１２とを有している。フレーム本体１１の底部と端板１２とには、回転子３を回転可能に保持する軸受１３がそれぞれ設けられている。フレーム本体１１は、内部が中空であり、金属で形成されている。具体的には、材料は鉄又はアルミニウムである。フレーム本体１１は、固定子２及び回転子３を内部に収容している。フレーム１は、内部に収容している構成部品を保持している役割に加えて、固定子２に発生した熱の伝達経路としての役割も果たしている。

回転子３は、回転子３の中心に位置する回転軸３１、回転軸３１の外径部に嵌合して固定された回転子鉄心３２、及び回転子鉄心３２の外周面に固定された回転子磁石３３を有している。回転軸３１は、複数の直径部が形成された断面円形の棒状部材である。回転子３は、２つの軸受１３で回転可能に支持されている。回転軸３１は、回転子鉄心３２が嵌合する部分と、軸受１３に嵌合する部分との直径が異なる段付き形状に形成されている。軸受１３に嵌合する部分は、回転子鉄心３２が嵌合する部分より、小径に形成されている。回転軸３１は、金属で形成されている。

回転子鉄心３２は筒形であり、中心部には回転軸３１が嵌合する中空部が設けられている。回転子磁石３３は、筒形の回転子鉄心３２の外周面に周方向に等角ピッチで複数配置されている。回転子磁石３３は、永久磁石である。

回転子磁石３３、回転子鉄心３２、及び回転軸３１が一体に形成されている回転子３は、固定子コイル２５に電流が流れると磁力の働きにより回転する。また、回転子３は、永久磁石が回転子鉄心３２の内部に埋め込まれている形態、かご形、又はクローポール形の回転子でもよい。

固定子２は、円環状の固定子鉄心２０、及び固定子コイル２５を有している。固定子２は、フレーム本体１１の筒部の内部に圧入、焼き嵌めなどにより挿入されて固定されている。図２は、固定子鉄心の軸方向端面を示す上面図、図４は、固定子コイルが挿入される前の固定子鉄心２０の一部を示す斜視図である。固定子鉄心２０は、３つの分割鉄心２２により構成されている。分割鉄心２２には、ティース２２１の先端部の鍔部２２２の形状が異なる第一分割鉄心２２ａと第二分割鉄心２２ｂとがある。具体的には、固定子鉄心２０は、図４に示されるように、２つの第一分割鉄心２２ａと一つの第二分割鉄心２２ｂとを、軸方向に第一分割鉄心２２ａ、第二分割鉄心２２ｂ、第一分割鉄心２２ａの順に、互いに接して同軸に配列して構成される。なお、第一分割鉄心２２ａおよび第二分割鉄心２２ｂは、添え字ａ，ｂによって区別する。構成要素を総称するときには、参照符号のみを用いる。

第一分割鉄心２２ａは、複数の第一鉄心片２３ａのみを積層して構成された積層鉄心である。第二分割鉄心２２ｂは、複数の第二鉄心片２３ｂのみを積層して構成された積層鉄心である。第一分割鉄心２２ａおよび第二分割鉄心２２ｂは、それぞれ、環状のバックヨーク２２０と、それぞれがバックヨーク２２０からバックヨーク２２０の中心に向けて延びて、周方向に等ピッチで配列された複数のティース２２１と、を備える。

バックヨーク２２０は、外周面全体でフレーム本体１１の筒部の内壁に接している。各々のティース２２１は、周方向の幅が内周側ほど細く形成されており、先端部には周方向両側に突出する鍔部２２２が形成されている。隣接するティース２２１の鍔部２２２同士は、隙間を有しており接触していない。

周方向に隣接するティース２２１同士により、固定子鉄心２０の中心軸と平行な方向に延びるスロット２２３が形成される。スロット２２３には、固定子コイル２５が挿入される。ここで、２つの第一分割鉄心２２ａにより第一分割鉄心群２１ａが構成される。また、１つの第二分割鉄心２２ｂにより第二分割鉄心群２１ｂが構成される。固定子コイル２５がスロット２２３に挿入される前の固定子鉄心２０は、図４に示されるように、第一分割鉄心２２ａと第二分割鉄心２２ｂのスロット２２３の周方向位置が一致している。そして、第一分割鉄心２２ａの鍔部２２２の周方向位置に対し、第二分割鉄心２２ｂの鍔部２２２の周方向位置が第二の方向に変位している。なお、図４中左側が、周方向の第一の方向であり、右側が周方向の第二の方向である。

後述するように、スロット２２３に固定子コイル２５が挿入された後、第一分割鉄心２２ａに対し、第二分割鉄心２２ｂが回転操作される。図２に示されるように、保持機構２８が第一分割鉄心２２ａと第二分割鉄心２２ｂとに設けられている。これにより、第一分割鉄心２２ａに対し、第二分割鉄心２２ｂを第二位置へ容易に回転させることができる。さらに、第一分割鉄心２２ａと第二分割鉄心２２ｂとを第二位置の状態で固定できる。

保持機構２８は、バックヨーク２２０に設けられた連結部２２４と、連結部２２４に形成された被連結部２２５と、を備える。保持機構２８は、図示していないが、連結部材２２６をさらに備える。連結部材２２６は、後述するように、被連結部２２５に挿入される。連結部２２４は、バックヨーク２２０の外周部にバックヨーク２２０を径方向の外方に延長して形成された部分である。図２には、被連結部２２５が周方向において３ケ所に設けられた分割鉄心２２が示されている。被連結部２２５は、連結部材２２６が挿入される連結穴である。

第一分割鉄心２２ａと第二分割鉄心２２ｂとは、鍔部２２２の形状が少し異なっているほかに、連結部２２４及び被連結部２２５の形状も異なっている。すなわち、第一鉄心片２３ａと第二鉄心片２３ｂとは、鍔部相当部、連結部相当部および被連結部相当部の形状が異なっている。なお、第一鉄心片２３ａと第二鉄心片２３ｂとは、鍔部相当部、連結部相当部および被連結部相当部の形状が異なっている点を除いて同様に構成されている。

図３は、固定子コイル２５が挿入される前の固定子鉄心２０の軸方向端面の一部を示す要部上面図である。図中、第一分割鉄心２２ａが実線で示されている。また、第二分割鉄心２２ｂが破線で示されている。各スロット２２３の周方向位置を一致させて第一分割鉄心２２ａと第二分割鉄心２２ｂとを重ねた場合、ティース２２１の鍔部２２２の形状が、第一分割鉄心２２ａと第二分割鉄心２２ｂとで異なる。図３において、第一分割鉄心２２ａの鍔部２２２は、軸方向から見てティース２２１の周方向中心に対して左側、すなわち第一の方向に偏って位置している。一方、第二分割鉄心２２ｂの鍔部２２２は、軸方向から見てティース２２１の周方向中心に対して右側、すなわち第二の方向に偏って位置している。図３に示されるように、第一分割鉄心２２ａでは、鍔部２２２の周方向の第一の方向の突出量が、鍔部２２２の周方向の第二の方向の突出量より大きくなっている。一方、第二分割鉄心２２ｂでは、鍔部２２２の周方向の第二の方向の突出量が、鍔部２２２の周方向の第一の方向の突出量より大きくなっている。

第一鉄心片２３ａおよび第二鉄心片２３ｂは、それぞれ、磁性薄板である電磁鋼板から打ち抜かれて作られている。第一鉄心片２３ａおよび第二鉄心片２３ｂには、図示していないが、鉄心片同士が互いに嵌合する凹凸嵌合部が複数設けられている。第一鉄心片２３ａおよび第二鉄心片２３ｂのバックヨーク相当部において、軸方向の第一の方向に向く面に凸部が設けられ、及び軸方向の第二の方向を向く面に凹部が設けられている。凸部と凹部とは、同じ周方向位置及び同じ径方向位置に設けられている。第一鉄心片２３ａを重ねると、凹凸部同士が嵌め合うように構成されており、第一鉄心片２３ａ同士が互いに嵌合固定される。同様に、第二鉄心片２３ｂを重ねると、凹凸部同士が嵌め合うように構成されており、第二鉄心片２３ｂ同士が互いに嵌合固定される。

第一鉄心片２３ａ及び第二鉄心片２３ｂに設けられる凹部と凸部は、電磁鋼板から第一鉄心片２３ａ及び第二鉄心片２３ｂを打ち抜く時に、同時に設けられる。また、凹部と凸部は、第一鉄心片２３ａおよび第二鉄心片２３ｂのそれぞれに複数設けられ、第一鉄心片２３ａ同士、及び第二鉄心片２３ｂ同士が強固に固定されている。第一鉄心片２３ａ同士、及び各第二鉄心片２３ｂ同士の固定は、溶接、又は接着でもよい。

第一分割鉄心２２ａを構成する第一鉄心片２３ａは、第一分割鉄心２２ａの軸方向の第一の方向の端部に配置された第一鉄心片２３ａを除いて、凹部と凸部とが設けられている。第一分割鉄心２２ａの軸方向の第一の方向の端部に配置された第一鉄心片２３ａは、隣接して積層されている第一鉄心片２３ａと接する面に凹部は設けられているが、第一分割鉄心２２ａの端面である面には凸部が設けられていない。同様に、第二分割鉄心２２ｂを構成する第二鉄心片２３ｂは、第二分割鉄心２２ｂの軸方向の第二の方向の端部に配置された第二鉄心片２３ｂを除いて、凹部と凸部とが設けられている。第二分割鉄心２２ｂの軸方向の第二の方向の端部に配置された第二鉄心片２３ｂは、隣接して積層されている第二鉄心片２３ｂと接する面に凹部は設けられているが、第二分割鉄心２２ｂの端面である面には凸部が設けられていない。これにより、隣接する分割鉄心２２の相対する端面同士が、凸部による干渉なしに面接触できる。したがって、分割鉄心２２同士を隙間なく隣接して配置することができる。

図５は、固定子鉄心２０の連結部の拡大図である。図５では、説明の便宜上、第一分割鉄心２２ａの連結部を２２４ａとし、被連結部を２２５ａをとした。同様に、第二分割鉄心２２ｂの連結部を２２４ｂとし、被連結部を２２５ｂをとした。スロット２２３の周方向位置が一致するように第一分割鉄心２２ａと第二分割鉄心２２ｂとを重ねた時に、第一分割鉄心２２ａに設けられた連結部２２４ａ及び被連結部２２５ａに対し、第二分割鉄心２２ｂに設けられた連結部２２４ｂ及び被連結部２２５ｂは、周方向の第二の方向に変位している。つまり、スロット２２３が一致するように第一分割鉄心２２ａと第二分割鉄心２２ｂとを重ねた時に、第一分割鉄心２２ａの連結部２２４ａ及び被連結部２２５ａは、図５中において左方向に変位しており、実線で示されている。第二分割鉄心２２ｂの連結部２２４ｂ及び被連結部２２５ｂは、図５中において右方向に変位しており、破線で示されている。

固定子コイル２５は、複数のＵ字状のコイル２６により構成されている。固定子コイル２５は、電流が流れると回転子３を回転させる磁界を発生する。図６は、Ｕ字状に形成されたコイル２６の側面図である。コイル２６は、２つの直線部２６１と、２つの直線部２６１を連結している連結部２６２とを有している。コイル２６は、例えばエナメルで絶縁被覆された銅線、アルミニウム線などの線状の導体で形成されている。連結部２６２は、固定子鉄心２０の軸方向の外側に位置してコイルエンド部を形成している。

コイル２６は、固定子鉄心２０の各スロット２２３に挿入される。Ｕ字状のコイル２６の２つの直線部２６１は、１つ以上のスロット２２３を挟んで配置されているスロット２２３の対に挿入されている。ここでは、各スロット２２３に４本の直線部２６１が挿入されている。スロット２２３の周方向寸法は、コイル２６の直線部２６１の周方向寸法より大きい寸法である。そのため、スロット２２３の周方向の内壁とコイル２６との間には隙間が確保されている。したがって、コイル２６をスロット２２３に容易に挿入することが可能である。コイル２６は各々のスロット２２３に挿入された後、接続対象のコイル２６がコイル２６の端部同士を接続されて各相分のコイルを形成している。

固定子２は、固定子鉄心２０及び固定子コイル２５の他に、絶縁材２７を有している。図７は、絶縁材２７をはめ込んだ状態の固定子鉄心２０の要部上面図である。絶縁材２７は、各スロット２２３に嵌め込まれている。絶縁材２７の材料は、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）などが挙げられる。絶縁材２７は、電気絶縁性と熱伝導性に優れる材料から形成されていることが望ましい。絶縁材２７は、固定子鉄心２０と固定子コイル２５との間を電気的に絶縁している。

絶縁材２７をスロット２２３に挿入した際の重なり部２７ａは、スロット２２３の底部側に配置されている。この重なり部２７ａは、スロット２２３の開口側に配置してもよい。

なお、本明細書では、直線部２６１の周方向寸法は絶縁材２７の厚さを含むものとする。例えば、スロット２２３の周方向寸法が直線部２６１の周方向寸法より大きいという場合は、スロット２２３の周方向寸法が直線部２６１の周方向寸法に絶縁材２７の厚さの２倍を加えた寸法より大きいことを意味する。

以下に、固定子２の組立方法を説明する。第一鉄心片２３ａ及び第二鉄心片２３ｂを各々複数積層して、第一分割鉄心２２ａ及び第二分割鉄心２２ｂを作製する。次に、第一分割鉄心２２ａ及び第二分割鉄心２２ｂは、第一分割鉄心２２ａ及び第二分割鉄心２２ｂの各々の中心軸を一致させて交互に互いに接して配置される。２つの第一分割鉄心２２ａが、第一分割鉄心群２１ａを構成する。また、１つの第二分割鉄心２２ｂが、第二分割鉄心群２１ｂを構成する。

ついで、第一分割鉄心２２ａと第二分割鉄心２２ｂとが第一位置となるようにして配置される。第一位置とは、固定子コイル２５を各々のスロット２２３に挿入する時における、第一分割鉄心２２ａ及び第二分割鉄心２２ｂそれぞれの周方向位置である。具体的には、第一位置とは、全ての分割鉄心２２におけるスロット２２３の周方向位置が一致している第一分割鉄心２２ａ及び第二分割鉄心２２ｂの位置である。

図８は、コイル２６と絶縁材２７とがスロット２２３に挿入されている状態の固定子２の上面図である。図中で、コイル２６は断面で示されている。

第一鉄心片２３ａ、及び第二鉄心片２３ｂの形状が少し異なることにより、第一位置では、第一分割鉄心２２ａのティース２２１の鍔部２２２に対し、第二分割鉄心２２ｂのティース２２１の鍔部２２２は、周方向に変位している。分割鉄心２２が第一位置である状態で、絶縁材２７が各々のスロット２２３に挿入される。続いて、コイル２６の直線部２６１がスロット２２３に規定位置まで挿入される。図９は、第一位置に位置している固定子２の断面図である。各スロット２２３の周方向位置が一致しており、かつスロットの周方向寸法は直線部２６１の周方向寸法より大きい寸法とされているため、コイル２６の直線部２６１を各スロット２２３に干渉することなく容易に挿入できる。

全てのコイル２６がスロット２２３に挿入された後、接続対象のコイル２６の端部同士が接続される。このようにして、一相分の全てのコイル２６が接続される。三相コイルの場合は、残り二相分のコイル２６がそれぞれ接続される。

次に、分割鉄心変位工程において、分割鉄心２２を回転させる。分割鉄心２２を構成している、第一分割鉄心群２１ａを固定し、第二分割鉄心群２１ｂを分割鉄心２２の中心軸周りに一定量回転させることで、分割鉄心２２の回転角度位置を第二位置にする。第二位置とは、分割鉄心２２が組立完了状態である位置である。具体的には、第二位置とは、第一分割鉄心群２１ａ及び第二分割鉄心群２１ｂの全てのスロット２２３の周方向位置が一致している第一位置から、第二分割鉄心群２１ｂのみが周方向の第一の方向に一定量変位している位置である。第二位置では、第一分割鉄心群２１ａの全てのスロット２２３の周方向の第一の方向の内壁が、コイル２６の直線部２６１の周方向の第一の方向を向く側面に接触している。また、第二分割鉄心群２１ｂの全てのスロット２２３の周方向の第二の方向の内壁が、コイル２６の直線部２６１の周方向の第二の方向を向く側面に接触している。

第一分割鉄心群２１ａ及び第二分割鉄心群２１ｂが、それぞれの中心軸を一致させて交互に隣接して配列されている状態で、第一分割鉄心群２１ａを固定した状態で、第二分割鉄心群２１ｂを周方向に一定量回転させる。回転操作の際には、第一鉄心片２３ａ及び第二鉄心片２３ｂの各々の鍔部２２２の形状の違いにより、互いの鍔部２２２が周方向に一定量変位していた鍔部２２２を変位量、すなわちずれ量が少なくなるように周方向に回転させる。回転させて鍔部２２２のずれ量が少なくなった状態で磁気的に理想的な状態となるように鍔部２２の形状が設計されている。なお、鍔部２２２間のずれがなくなり、全ての鍔部２２２の周方向位置が一致した状態が磁気的に最も理想的な状態である。全ての鍔部２２２の周方向位置が一致した状態とは、第一分割鉄心群２１ａの鍔部２２２の周方向両端部の周方向位置と第二分割鉄心群２１ｂ鍔部２２２の周方向両端部の周方向位置とが揃っている状態である。

この分割鉄心２２の回転により、各スロット２２３に挿入されているコイル２６は、第一分割鉄心２２ａと第二分割鉄心２２ｂとの各スロット２２３の内壁により、周方向両側から互い違いに押し付けられる。

第一分割鉄心２２ａに対し、第二分割鉄心２２ｂを第二位置とするように回転操作するには、各々の被連結部２２５に連結部材２２６を挿入する。連結部材２２６は、軸方向に連続して配列された３つの分割鉄心２２の全ての被連結部２２５に挿入される。連結部材２２６を挿入すると、第一分割鉄心２２ａに対し、第二分割鉄心２２ｂが第二位置に回転する。図１０及び図１１は、それぞれ被連結部２２５に連結部材２２６を挿入する前及び挿入した後の状態を示す断面図である。連結部材２２６は、被連結部２２５の内径にガタなく嵌合する外径を有する断面円形のピンである。連結部材２２６は、軸方向に連続して配列された３つの分割鉄心２２からなる固定子鉄心２０の軸方向長さ以上の長さである。連結部材２２６が被連結部２２５に挿入しやすいように、連結部材２２６は先細に形成されている。

図１２は、第二位置における固定子鉄心２０の上面図である。図１２において、第一分割鉄心２２ａが実線で示されている。また、第二分割鉄心２２ｂが破線で示されている。第一分割鉄心２２ａに対し、第二分割鉄心２２ｂが第二位置である時は、全ての被連結部２２５の位置が合っている。一方、第一分割鉄心２２ａのスロット２２３に対し、第二分割鉄心２２ｂのスロット２２３の周方向位置が変位している。したがって、固定子鉄心２０のスロット２２３の周方向の第一の方向の内壁、及び第二の方向の内壁は、それぞれ軸方向において凹凸状態になっている。

連結部材２２６が被連結部２２５に挿入されると同時に、各々の第一分割鉄心２２ａ又は第二分割鉄心２２ｂが回転する。連結部材２２６が被連結部２２５に挿入される前は、全てのスロット２２３の周方向位置が一致している。連結部材２２６が被連結部２２５に挿入されると、第一分割鉄心２２ａに対する第二分割鉄心２２ｂのスロット２２３の周方向位置が一定量変位する。

図１３は、第二位置における固定子鉄心２０の断面図である。固定子鉄心２０のスロット２２３の周方向の第一の方向の内壁２２３ａ、及び第二の方向の内壁２２３ｂは、それぞれ軸方向において凹凸状態になっている。したがって、第一分割鉄心２２ａのスロット２２３の周方向の第一の方向の内壁２２３ａが、コイル２６の直線部２６１の周方向の第一の方向を向く側面２６１ａに絶縁材２７を介して接触している。また、第二分割鉄心２２ｂのスロット２２３の周方向の第二の方向の内壁２２３ｂが、コイル２６の直線部２６１の周方向の第二の方向を向く側面２６１ｂに絶縁材２７を介して接触している。

図１４は、第二位置における固定子鉄心２０を示す斜視図である。第二位置では、第一分割鉄心２２ａ、及び第二分割鉄心２２ｂのティースの鍔部２２２の周方向位置が全て一致している。図１５は、第二位置における固定子鉄心２０の上面図である。また図１６は、第二位置における固定子鉄心２０の断面図である。第一分割鉄心２２ａのスロット２２３の周方向の第一の方向の内壁２２３ａと、第二分割鉄心２２ｂのスロット２２３の周方向の第二の方向の内壁２２３ｂとの間の寸法は、図中にＸで示されている。寸法Ｘは、各々の分割鉄心２２に形成されたスロット寸法より狭くなっている。

なお、軸方向に配列される分割鉄心２２の数は、３つ以上であることが好ましい。例えば、第一分割鉄心２２ａ、第二分割鉄心２２ｂ、及び第一分割鉄心２２ａの３つである。又は、第二分割鉄心２２ｂ、第一分割鉄心２２ａ、及び第二分割鉄心２２ｂでもよい。第一分割鉄心２２ａ、及び第二分割鉄心２２ｂの各々の個数は、合計が３つ以上となるよう選択し得るが、何れの場合でも、１つ又は複数の第一分割鉄心２２ａが、第一分割鉄心群２１ａを構成し、１つ又は複数の第二分割鉄心２２ｂが第二分割鉄心群２１ｂを構成する。

軸方向に配列される分割鉄心２２の数について、３つ以上と説明したが、２つでは好ましくない理由を以下に説明する。図１７は、分割鉄心２２が軸方向に２つ配列されている比較例の場合の断面図である。２つ配列されている場合とは、１つの第一分割鉄心２２ａと１つの第二分割鉄心２２ｂとが軸方向に配列されている場合である。図１７に示される比較例では、固定子鉄心２０Ｂが第二位置に位置したときに、各スロット２２３に挿入したコイル２６が斜めになってしまう。その結果、コイル２６の側面がスロット２２３の内壁に面接触せず点接触となり、良好な熱伝導性が得られない。また、コイル２６が斜めになることで、コイル２６の端部の位置が変位してしまい、コイル２６同士の接続に問題が発生する。

実施の形態１によれば、固定子鉄心２０は、２つの第一分割鉄心２２ａと１つの第二分割鉄心２２ｂとを、第一分割鉄心２２ａ、第二分割鉄心２２ｂ、第一分割鉄心２２ａの順に、互いに接して、同軸に配列して構成されている。２つの第一分割鉄心２２ａのスロット２２３の周方向位置が一致している。第二位置において、第二分割鉄心２２ｂのスロット２２３の周方向位置が、第一分割鉄心２２ａのスロット２２３の周方向位置に対して、周方向の第一の方向に一定量だけ変位している。スロット２２３のそれぞれに収容されているコイル２６の直線部２６１が、第一分割鉄心２２ａのスロット２２３の周方向の第一の方向の内壁２２３ａと第二分割鉄心２２ｂのスロット２２３の周方向の第二の方向の内壁２２３ｂとに、スロット２２３に収容されている絶縁材２７を介して接している。これにより、固定子コイル２５と固定子鉄心２０との間の良好な熱伝導性が確保される。また、スロット２２３内でコイル２６と固定子鉄心２０とが複数箇所で絶縁材２７を介して接触しているので、コイル２６および固定子鉄心２０の固有振動数が高くなる。これにより、駆動時に生じる磁気的な振動が増幅しにくくなり、回転電機の磁気騒音が低減する。

第一分割鉄心２２ａ及び第二分割鉄心２２ｂには、第一分割鉄心２２ａと第二分割鉄心２２ｂとが第二位置に位置しているときに、軸方向から見て穴の位置が一致する被連結部２２５が形成されている。そこで、被連結部２２５に連結部材２２６を挿入することで、同軸に配列された第一分割鉄心２２ａと第二分割鉄心２２ｂとを第二位置に位置決め固定できる。このとき、連結部材２２６の先端部が先細り形状に形成されているので、第一位置に位置している第一分割鉄心２２ａと第二分割鉄心２２ｂとの被連結部２２５に連結部材２２６を挿入するだけで、第一分割鉄心２２ａと第二分割鉄心２２ｂとを第一位置から第二位置に変位させることができる。第一鉄心片２３ａ及び第二鉄心片２３ｂには、磁性薄板から打ち抜かれていることに起因するバリが生じている。絶縁材２７がスロット２２３に収容されているので、第一鉄心片２３ａ及び第二鉄心片２３ｂのバリによるコイル２６の絶縁被膜の損傷発生が抑制される。

実施の形態１による固定子２の製造方法では、まず、２つの第一分割鉄心２２ａと１つの第二分割鉄心２２ｂとを、スロット２２３の周方向位置を一致させて、互いに接して、第一分割鉄心２２ａ、第二分割鉄心２２ｂ、第一分割鉄心２２ａの順に同軸に配列する。ついで、絶縁材２７をスロット２２３のそれぞれに収容した後、コイル２６をスロット２２３のそれぞれに挿入する。ついで、第二分割鉄心２２ｂを第一分割鉄心２２ａに対して周方向の第一の方向に変位させる。これにより、第一分割鉄心２２ａのスロット２２３の周方向の第一の方向の内壁２２３ａと第二分割鉄心２２ｂのスロット２２３の周方向の第二の方向の内壁２２３ｂとが絶縁材２７を介してコイル２６の直線部２６１に押し当てられる。

これにより、コイル２６の曲がり、絶縁被膜の損傷を発生させることなく、コイル２６をスロット２２３に容易に収容することができる。そこで、固定子コイル２５と固定子鉄心２０との間の良好な熱伝導性が確保された固定子２を容易に組み立てることができる。

なお、上記実施の形態１では、３つの被連結部２２５に挿入される３本の連結部材２２６が１本ずつに分離されているが、３本の連結部材２２６を環状部材で一体に連結してもよい。これにより、３本の連結部材２２６を３つの被連結部２２５に同時に挿入でき、固定子２の組立時間を短縮することができる。

また、上記実施の形態１では、連結部材２２６がピンで構成されているが、連結部材２２６をボルトで構成してもよい。これにより、被連結部２２５から突出する連結部材２２６のねじ部にナットを締結することで、３つの分割鉄心２２を一体に固定できる。

実施の形態２.
実施の形態２では、Ｕ字状のコイル２６に代えて直線状のコイルを用いている点を除いて、上記実施の形態１と同様に構成されている。

上記実施の形態１では、Ｕ字状のコイル２６を用いているので、スロット２２３内に収容されるコイル２６の直線部２６１の本数は偶数となる。すなわち、実施の形態１では、奇数本の直線部２６１を収容することはできない。実施の形態２では、直線状のコイルを用いているので、スロット２２３内に収容されるコイルの本数を、奇数、偶数にかかわらず、任意に設定できる。

したがって、実施の形態２によれば、固定子コイルの相コイルのターン数を任意に設定できる。

なお、上記実施の形態２では、直線状のコイルのみを用いているが、Ｕ字状のコイルと直線状のコイルとの両方を用いてもよい。

実施の形態３.
実施の形態１では、第一鉄心片２３ａを積層して第一分割鉄心２２ａを作製し、第二鉄心片２３ｂを積層して第二分割鉄心２２ｂを作製している。実施の形態３では、第一鉄心片２３ａのみを用いて、第一分割鉄心２２ａと第二分割鉄心２２ｂとを作製している。すなわち、第一鉄心片２３ａの第一面を上にして第一鉄心片２３ａを積層して第一分割鉄心２２ａを作製する。ついで、第一鉄心片２３ａの第一面と反対側の第二面を上にして第一鉄心片２３ａを積層して第二分割鉄心２２ｂを作製する。そして、第一分割鉄心２２ａ、第二分割鉄心２２ｂ、第一分割鉄心２２ａの順に重ねて、固定子鉄心２０を作製している。

実施の形態３においても、第一分割鉄心２２ａと第二分割鉄心２２ｂとの接触面には、第一鉄心片２３ａ同士を嵌合固定する凸部が形成されていない。また、Ｕ字状のコイル２６が、固定子鉄心２０に収容されている。このように、実施の形態３では、第一鉄心片２３ａのみを用いて、第一分割鉄心２２ａと第二分割鉄心２２ｂとを構成している点を除いて、上記実施の形態１と同様に構成されている。

したがって、実施の形態３においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。実施の形態３によれば、鉄心片２３が第一鉄心片２３ａの１種類のみであるので、鉄心片２３を打ち抜く金型が１種類ですみ、低コスト化が図れる。

なお、上記実施の形態３では、第一鉄心片２３ａのみを用いて第一分割鉄心２２ａと第二分割鉄心２２ｂとを作製しているが、第二鉄心片２３ｂのみを用いて第一分割鉄心２２ａと第二分割鉄心２２ｂとを作製してもよい。また、上記実施の形態３では、Ｕ字状のコイル２６のみを用いているが、直線状のコイルのみを用いてもよく、Ｕ字状のコイルと直線状のコイルとの両方を用いてもよい。

実施の形態４.
実施の形態４では、図示されてはいないが、磁性材料の塊から形成された塊状鉄心で構成されている第一分割鉄心と第二分割鉄心とを用いて固定子鉄心を構成している。この塊状鉄心で構成されている第一分割鉄心と第二分割鉄心は、実施の形態１における積層鉄心で構成された第一分割鉄心２２ａ及び第二分割鉄心２２ｂと同一形状に構成されている。実施の形態４においても、固定子鉄心は、第一分割鉄心と第二分割鉄心とを、第一分割鉄心、第二分割鉄心、第一分割鉄心の順に重ねて構成されている。また、Ｕ字状のコイルが、固定子鉄心に収容されている。

実施の形態４では、塊状鉄心である第一分割鉄心と第二分割鉄心とを重ねて固定子鉄心を構成している点を除いて、上記実施の形態１と同様に構成されている。したがって、実施の形態４においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。

なお、実施の形態４では、Ｕ字状のコイル２６のみを用いているが、直線状のコイルのみを用いてもよく、Ｕ字状のコイルと直線状のコイルとの両方を用いてもよい。

実施の形態５.
図１８は、本発明の実施の形態５に係る回転電機の固定子における固定子鉄心を示す要部上面図である。図１８において、保持機構２８Ａは、固定子鉄心２０Ａのバックヨーク２２０の外周部に設けられた被連結部２２５Ａと、被連結部２２５Ａに嵌合される連結部材２２６Ａと、を備える。被連結部２２５Ａは、周方向幅が内径側に向かって漸次狭くなる断面三角形の凹部状に形成されている。被連結部２２５Ａは、周方向に３つ分散配置されている。連結部材２２６Ａは、被連結部２２５Ａに嵌合可能な断面三角形を有し、固定子鉄心２０Ａの軸方向長さと同等、またはそれ以上の長さの柱状体に作製されている。なお、実施の形態５では、保持機構２８に代えて、保持機構２８Ａを用いている点を除いて、上記実施の形態１と同様に構成されている。

実施の形態５においても、固定子鉄心２０Ａは、２つの第一分割鉄心２２Ａと１つの第二分割鉄心２２Ｂとを、第一分割鉄心２２Ａ、第二分割鉄心２２Ｂ、第一分割鉄心２２Ａの順に、互いに接して、同軸に配列して構成されている。第一分割鉄心２２Ａに形成された被連結部２２５Ａと、第二分割鉄心２２Ｂに形成された被連結部２２５Ａとは、第一分割鉄心２２Ａと第二分割鉄心２２Ｂとが第一位置に位置しているときに、周方向に一定量変位している。また、第一分割鉄心２２Ａに形成された被連結部２２５Ａと、第二分割鉄心２２Ｂに形成された被連結部２２５Ａとは、第一分割鉄心２２Ａと第二分割鉄心２２Ｂとが第二位置に位置しているときに、軸方向から見て凹形状が一致している。

実施の形態５では、同軸に配列された２つの第一分割鉄心２２Ａと１つの第二分割鉄心２２Ｂとを第一位置に位置させてコイル２６をスロット２２３のそれぞれに収容した後、連結部材２２６Ａを径方向外側から被連結部２２５Ａのそれぞれに挿入する。これにより、第一分割鉄心２２Ａと第二分割鉄心２２Ｂとを第一位置から第二位置に変位させることができる。そして、被連結部２２５Ａに嵌合されている連結部材２２６Ａを固定子鉄心２０Ａに接着、溶接などにより固定する。これにより、第一分割鉄心２２Ａと第二分割鉄心２２Ｂとが第二位置に位置決め固定される。

したがって、実施の形態５においても、上記実施の形態１と同様な効果が得られる。

なお、上記実施の形態５では、実施の形態１における固定子２において、保持機構２８に代えて、保持機構２８Ａを用いているが、実施の形態２から実施の形態４における固定子において、保持機構２８に代えて、保持機構２８Ａを用いても、同様な効果が得られる。

また、上記実施の形態５では、被連結部２２５Ａに嵌合されている連結部材２２６Ａを固定子鉄心２０Ａに接着、溶接などにより固定している。そこで、連結部材２２６Ａの両端部から固定部を突出させ、連結部材２２６Ａを被連結部２２５Ａに嵌合させた時に、固定部で固定子鉄心２０Ａを軸方向両側から加圧した状態で挟み込んで、連結部材２２６Ａを固定子鉄心２０Ａに保持させてもよい。このとき、固定部に凸部を設け、固定子鉄心２０Ａの端面に凹部を設け、固定部の凸部と固定子鉄心２０Ａの凹部とを嵌合させて、連結部材２２６Ａの外れを防止するようにしてもよい。

また、上記実施の形態５では、Ｕ字状のコイル２６のみを用いているが、直線状のコイルのみを用いてもよく、Ｕ字状のコイルと直線状のコイルとの両方を用いてもよい。

また、上記各実施の形態では、絶縁材２７をスロット２２３にそれぞれ収容しているが、絶縁材２７を省略してもよい。この場合、固定子コイル２５は、固定子鉄心２０のスロット２２３のそれぞれの内壁に直接接する。固定子コイル２５と固定子鉄心２０との間の絶縁は、固定子コイル２５に被覆された絶縁被膜により確保される。

また、上記各実施の形態では、隣り合うティース２２１の鍔部２２２同士が離れているが、隣り合うティース２２１の鍔部２２２同士が繋がっていてもよい。

また、上記各実施の形態では、固定子コイル２５が、Ｕ字状又は直線状のコイルにより構成されているが、固定子コイルは、亀甲型コイルにより構成されていてもよい。この場合、亀甲型コイルは、固定子鉄心２０Ａのスロット２２３に内径側から挿入されるので、ティース２２１は鍔部２２２を省略して作製する。

また、上記各実施の形態では、３つの分割鉄心２２を同軸に配列して固定子鉄心２０を構成しているが、固定子鉄心２０を構成する分割鉄心２２の数は、３つに限定されず、４つ以上でもよい。例えば、５つの分割鉄心が、３つの第一分割鉄心からなる第一分割鉄心群と、２つの第二分割鉄心からなる第二分割鉄心群とである場合、第一分割鉄心、第二分割鉄心、第一分割鉄心、第二分割鉄心、第一分割鉄心の順に同軸に配列して、固定子鉄心を構成する。また、第一分割鉄心、第一分割鉄心、第二分割鉄心、第一分割鉄心、第二分割鉄心の順に同軸に配列して、固定子鉄心を構成してもよい。すなわち、第二分割鉄心群を構成する２つの第二分割鉄心の中の少なくとも１つの第二分割鉄心が、第一分割鉄心群を構成する３つの第一分割鉄心の中の２つの第一分割鉄心の間に位置していればよい。

また、上記各実施の形態では、第一分割鉄心群が２つの第一分割鉄心から構成されているが、第一鉄心片の積層枚数が異なる２種類の分割鉄心により第一分割鉄心群を構成してもよい。つまり、第一分割鉄心群を構成する複数の第一分割鉄心は、軸方向から見た形状が同じであれば、軸方向厚みが異なっていてもよい。同様に、第二分割鉄心群を構成する複数の第二分割鉄心は、軸方向から見た形状が同じであれば、軸方向厚みが異なっていてもよい。

また、上記各実施の形態では、第一分割鉄心２２ａは、第一鉄心片２３ａが複数積層されて構成されているが、第一分割鉄心２２ａは、板厚を厚くした１枚の第一鉄心片２３ａで構成されていてもよい。また、第二分割鉄心２２ｂは、第二鉄心片２３ｂが複数積層されて構成されているが、第二分割鉄心２２ｂは、板厚を厚くした１枚の第二鉄心片２３ｂで構成されていてもよい。

また、上記各実施の形態では、第一分割鉄心２２ａと第二分割鉄心２２ｂとを第二位置に位置決め固定する保持機構２８、２８Ａを備えているが、第一分割鉄心２２ａと第二分割鉄心２２ｂとを第一位置に位置決め固定する保持機構をさらに備えてもよい。つまり、当該保持機構は、第一分割鉄心２２ａと第二分割鉄心２２ｂとが第一位置に位置しているときに、軸方向から見て穴形状又は凹形状が一致する被連結部を有する。これにより、固定子鉄心の組立が容易となる。

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

２ 固定子、２０，２０Ａ 固定子鉄心、２１ａ 第一分割鉄心群、２１ｂ 第二分割鉄心群、２２ 分割鉄心、２２ａ，２２Ａ 第一分割鉄心、２２ｂ，２２Ｂ 第二分割鉄心、２２３ スロット、２２３ａ 一側の内壁、２２３ｂ 他側の内壁、２２５，２２５Ａ 被連結部、２２６，２２６Ａ 連結部材、２３ 鉄心片、２３ａ 第一鉄心片、２３ｂ 第二鉄心片、２５ 固定子コイル、２６ コイル、２７ 絶縁材、２８，２８Ａ 保持機構。

Claims (15)

1. 中心軸方向に延びる複数のスロットが周方向に配列された円環状の固定子鉄心と、
   前記複数のスロットのそれぞれに収容され、前記複数のスロットの周方向寸法より、周方向寸法が小さい固定子コイルと、を備え、
   前記固定子鉄心は、互いに接して、同軸に配列された３つ以上の分割鉄心を有し、
   前記３つ以上の分割鉄心は、スロットの周方向位置が互いに一致している２つ以上の分割鉄心により構成される第一分割鉄心群と、スロットの周方向位置が一致している１つ以上の分割鉄心により構成される第二分割鉄心群と、からなり、
   前記第二分割鉄心群を構成する分割鉄心のなかの少なくとも１つの分割鉄心が、前記第一分割鉄心群を構成する分割鉄心間に配置されており、
   前記第二分割鉄心群を構成する分割鉄心のスロットの周方向位置が、前記第一分割鉄心群を構成する分割鉄心のスロットの周方向位置に対して、周方向の第一の方向に一定量変位しており、
   前記固定子コイルは、前記第一分割鉄心群を構成する分割鉄心のスロットの周方向の第一の方向の内壁と前記第二分割鉄心群を構成する分割鉄心のスロットの周方向の第二の方向の内壁とに接している回転電機の固定子。
2. 前記３つ以上の分割鉄心のそれぞれは、上記スロットを構成するティースの先端部から周方向の第一の方向および第二の方向に突出する鍔部を有し、
   前記第一分割鉄心群を構成する分割鉄心の前記鍔部の周方向位置と前記第二分割鉄心群を構成する分割鉄心の前記鍔部の周方向位置とが揃っている請求項１記載の回転電機の固定子。
3. 前記複数のスロットのそれぞれに絶縁材が収容されており、前記固定子コイルは、前記第一分割鉄心群を構成する分割鉄心のスロットの周方向の第一の方向の内壁と前記第二分割鉄心群を構成する分割鉄心のスロットの周方向の第二の方向の内壁とに、前記絶縁材を介して接している請求項１又は請求項２に記載された回転電機の固定子。
4. 前記固定子コイルは、１つ以上のスロットを挟んで配置された一対のスロット間に収容されるＵ字状のコイルを備える請求項１から請求項３の何れか１項に記載された回転電機の固定子。
5. 前記固定子コイルは、前記複数のスロットのそれぞれに収容された、複数の直線状のコイルを備える請求項１から請求項４の何れか一項に記載された回転電機の固定子。
6. 前記３つ以上の分割鉄心は、それぞれ、磁性薄板を積層して構成された積層鉄心である請求項１から請求項５の何れか一項に記載された回転電機の固定子。
7. 前記磁性薄板には、形状が異なる２種類の磁性薄板があり、
   前記３つ以上の分割鉄心は、前記２種類の磁性薄板の中の一方の磁性薄板を積層して構成された分割鉄心と、前記２種類の磁性薄板の中の他方の磁性薄板を積層して構成された分割鉄心と、により構成されている請求項６に記載された回転電機の固定子。
8. 前記磁性薄板は、１種類の磁性薄板である請求項６に記載された回転電機の固定子。
9. 前記３つ以上の分割鉄心は、それぞれ塊状鉄心である請求項１から請求項５の何れか一項に記載された回転電機の固定子。
10. 前記３つ以上の分割鉄心は、前記第一分割鉄心群のスロットの周方向位置に対し、前記第二分割鉄心群のスロットの周方向位置が、周方向の第一の方向に一定量変位した状態に位置決め保持する保持機構を備える請求項１から請求項９の何れか一項に記載された回転電機の固定子。
11. 前記保持機構は、前記３つ以上の分割鉄心に設けられた被連結部と、前記被連結部に嵌合する連結部材と、を含む請求項１０に記載された回転電機の固定子。
12. 請求項１から請求項１１の何れか一項に記載された回転電機の固定子と、
    前記固定子コイルによって回転させられる回転子と、を備えた回転電機。
13. 請求項１から請求項１１の何れか一項に記載された回転電機の固定子の製造方法において、
    前記３つ以上の分割鉄心を作製する工程と、
    前記３つ以上の分割鉄心を、前記複数のスロットの周方向位置を一致させて、互いに接して、同軸に配列する工程と、
    前記固定子コイルを前記複数のスロットのそれぞれに収容する工程と、
    前記第二分割鉄心群を構成する分割鉄心を、前記第一分割鉄心群を構成する分割鉄心に対して、周方向の第一の方向に一定量変位させ、
    前記複数のスロットのそれぞれにおいて、前記第一分割鉄心群を構成する分割鉄心のスロットの周方向の第一の方向の内壁と前記第二分割鉄心群を構成する分割鉄心のスロットの周方向の第二の方向の内壁とに前記固定子コイルを接するようにする分割鉄心変位工程と、を備えた回転電機の固定子の製造方法。
14. 前記３つ以上の分割鉄心のそれぞれは、前記スロットを構成するティースの先端部から周方向の第一の方向および第二の方向に突出する鍔部を有しており、
    前記分割鉄心変位工程において、
    前記第一分割鉄心群を構成する分割鉄心の前記鍔部の周方向位置と前記第二分割鉄心群を構成する分割鉄心の前記鍔部の周方向位置との間の周方向のずれが少なくなるように、前記第二分割鉄心群を構成する分割鉄心を、前記第一分割鉄心群を構成する分割鉄心に対して、周方向に変位させている請求項１３記載の回転電機の固定子の製造方法。
15. 請求項１３又は請求項１４に記載された回転電機の固定子の製造方法によって製造された固定子に、前記固定子コイルによって回転させられる回転子を配置する回転電機の製造方法。

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