JP6914429B2 - 回転電機のステータ、回転電機、および、回転電機のステータの製造方法 - Google Patents

回転電機のステータ、回転電機、および、回転電機のステータの製造方法 Download PDF

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Description

本願は、生産コストを安くできる、回転電機のステータ、回転電機、および、回転電機のステータの製造方法に関するものである。
従来、周方向に分割された複数の分割コアを組み合わせて、回転電機のコアを構成する技術が提案されている。それぞれの分割コアは、ヨーク部と、ティース部とからなり、略T字形状に形成された鋼板を積層して形成される。さらに分割コアに巻線をする部分には、積層鋼板とコイルとの絶縁性を確保した上でマグネットワイヤを巻線するために、例えば合成樹脂製のインシュレータ(絶縁部材)が外装される。
インシュレータを別部品として形成して分割コアに一体化する場合には、分割コアの巻線する部分の全周に渡ってインシュレータを設けるために、インシュレータを3つの部品に分割したものがある。この種のインシュレータでは、それぞれ、分割コアのティース部における周方向両側の縦壁部分と、一方のコイルエンド側端面との三面部分を覆う、一対のL字形状部材を対向させて配置すると共に、他方のコイルエンド側端面から軸方向に突出するように形成された突出部材により分割コアの他方のコイルエンド側端面を覆っている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に記載の分割コアにマグネットワイヤを巻線する場合には、分割された複数の部品で構成されたインシュレータを分割コアに組み付けた状態でマグネットワイヤを巻線することから、巻線時のコイルにかかる張力によりインシュレータを構成する部品と、分割コアとが所定の位置関係からずれて、マグネットワイヤを分割コアの所定の位置へ配置することができず、コイルの整列性が悪化して、回転電機の性能が低下する恐れがあった。
そこで、上述の「ずれ」が生じることを防止するために、他の形状のインシュレータとして、分割コアの長手方向に沿う側面を覆うように設けられた側壁部材と、分割コアの長手方向両端外側における巻線をガイドするべく当該長手方向両端から外方に突出するように設けられた突出部材とを有したものが提案されている。この技術では、突出部材には、分割コアの長手方向両端外側における巻線をコアにおける半径方向の内外側から覆う各つば部が設けられている。
そして、各つば部には、マグネットワイヤの巻線時に、突出部材をコアの半径方向に押圧して固定するための保持部材が当接する、被保持面が設けられる。また、保持部材の被保持面に当接する保持面には、係合凹凸部が設けられ、被保持面には、保持面の係合凹凸部にかみ合う形状の係合凹凸部が設けられている。マグネットワイヤの巻線時には、保持部材と突出部材が係合固定される。突出部材には、側壁部材の分割コアからの離反を防止する係止片が設けられている(例えば、特許文献2参照)。
特開2008−43107号公報 特開2011−72093号公報
従来の例えば、特許文献2で提案されている分割コアに、マグネットワイヤを巻線する場合には、突出部材を被保持面にて押圧固定するので巻線時のマグネットワイヤにかかる張力によるインシュレータの突出部材と側壁部材の位置ずれを防止できる。しかしながら、機種違いの回転電機を生産する際の分割コアおよび突出部材の形状変化、特に、突出部材の被保持面の曲率の変化および、突出部材が配置される軸方向の位置の変化に応じて、機種毎に専用の保持具に取替える必要があり、段取り替えの手間と、専用の保持具のコストがかかるという課題があった。
本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、生産コストを安くできる回転電機のステータ、回転電機、および、回転電機のステータの製造方法を提供することを目的とする。
本願に開示される回転電機のステータは、
複数個が組み合わされて環状を形成し、前記環状の外周に沿って配置されるヨーク部と前記ヨーク部から径方向の内側に突出するティース部とを有する分割鉄心と、
前記分割鉄心の軸方向両端に設けられたインシュレータと、
前記インシュレータの少なくとも一部を介して前記ティース部に巻回されるコイルと、
を備えた回転電機のステータにおいて、
前記インシュレータは、前記ヨーク部の周方向の両端面よりそれぞれ突出する複数の突出箇所を有し、
前記コイルが前記ティース部に巻回される際に、前記突出箇所を変形させることで前記ヨーク部とともに固定されるものである。
また、本願に開示される回転電機は、
前記ステータの内周面と対向する外周面を有し、前記ステータの径方向の中心に設けられた回転軸を中心に回転可能に保持されたロータと、
前記ステータの外周面の少なくとも一部を覆い、前記回転軸を支持するフレームと、
を備えたものである。
また、本願に開示される回転電機のステータの製造方法は、
複数個が組み合わされて環状を形成し、前記環状の外周に沿って配置されるヨーク部と前記ヨーク部から径方向の内側に突出するティース部とを有する分割鉄心と、
前記分割鉄心の軸方向両端に設けられたインシュレータと、
前記インシュレータの少なくとも一部を介して前記ティース部に巻回されるコイルと、
を備えた回転電機のステータの製造方法であって、
前記分割鉄心の前記ヨーク部の周方向の両端に設けられた把持爪で、前記インシュレータに設けられた前記ヨーク部の周方向の両端面より突出する突出箇所を押圧し変形させることで、前記ヨーク部の周方向の両端面と共に把持し、前記分割鉄心とともに保持する保持工程と、
巻線機が、前記分割鉄心の前記ティース部に、前記インシュレータの少なくとも一部を介して前記コイルを巻回する巻回工程と、
を備えたものである。
本願に開示される回転電機のステータ、回転電機、および、回転電機のステータの製造方法によれば、生産コストを安くできる。
実施の形態1による回転電機の構成を示す断面図である。 図1に示した回転電機の分割コアユニットの構成を示す平面図である。 図2に示した分割コアユニットの構成を示す側面図である。 図2に示した分割コアユニットを円環に組み立てた状態を示す平面図である。 図2に示した分割コアユニットの組み立て構成を示す分解斜視図である。 図2に示した分割コアユニットの組み立て構成を示す分解斜視図である。 図5に示した分割コアユニットの軸端面部の構成を示す斜視図である。 図5に示した分割コアユニットの軸端面部の構成を示す斜視図である。 図1に示した回転電機の製造方法を示すフローチャートである。 実施の形態1による分割コアユニットの製造方法を説明するための図である。 実施の形態1による分割コアユニットの製造方法を説明するための図である。 図11に示した分割コアユニットの製造方法の状態を説明するための図である。 図11に示した分割コアユニットの製造方法の状態を説明するための図である。 実施の形態1による分割コアユニットの製造方法を説明するための図である。 実施の形態1による分割コアユニットの製造方法を説明するための図である。 実施の形態1による分割コアユニットの他の製造方法を説明するための図である。 実施の形態2による分割コアユニットの中間体の構成を示す平面図である。 図17に示した分割コアユニットの中間体の構成を示す側面図である。 実施の形態2による分割コアユニットの製造方法を説明するための図である。 実施の形態2による分割コアユニットを円環に組み立てた状態を示す側面図である。 実施の形態3による分割コアユニットの中間体の構成を示す平面図である。 実施の形態3による分割コアユニットの中間体の他の構成を示す平面図である。 実施の形態4による分割コアユニットの中間体の構成を示す側面図である。 図23に示した分割コアユニットの中間体の構成を示す平面図である。 実施の形態4による分割コアユニットの中間体の他の構成を示す平面図である。
実施の形態1.
以下の説明において、回転電機100における各方向を、それぞれ周方向Z、軸方向Y、軸方向Yの上側Y1、軸方向Yの下側Y2、径方向X、径方向Xの外側X1、径方向Xの内側X2として示す。よって、ステータ3およびロータ2、他の部分においても、これらの方向を基準として各方向を示して説明する。
図1は実施の形態1による回転電機の構成を示す断面図である。図2は図1に示した回転電機の1個の分割コアユニットの構成を示す平面図である。図3は図2に示した分割コアユニットの軸方向Yの上側Y1の一部を示す構成を示す側面図である。図4は図2に示した分割コアユニットを円環状に組み立てた状態であって、周方向Zに2個の分割コアユニットを隣接させた状態を示す平面図である。
図5および図6は図2に示した分割コアユニットの組み立て構成を示す分解斜視図である。図7および図8は図5に示した分割コアユニットの軸端面部の構成を示す斜視図である。図9は図1に示した回転電機の製造方法を示すフローチャートである。図10、図11、図14、および図15は実施の形態1による分割コアユニットの製造方法を説明するための図である。図12および図13は、図11に示した分割コアユニットの製造方法の状態を示す図である。図12は図11の点線にて囲まれた領域Eを拡大して示す図である。図13は図11の点線にて囲まれた領域Fを拡大して示す図である。図16は実施の形態1による分割コアユニットの他の製造方法を説明するための図である。
図1に示すように、回転電機100は、フレーム1と、ロータ2と、ステータ3とを備える。フレーム1は、中空の円筒形状にて形成され、回転軸20を支持する。フレーム1はステータ3の外周面の少なくとも一部を覆う。ここでは、ステータ3は、フレーム1の内周面にステータ3の外周面が嵌合して設置される。ロータ2は、ステータ3の内周面と対向する外周面を有する。ロータ2は、ステータ3の径方向Xの中心に設けられた回転軸20を中心に、径方向Xの内側X2に、ステータ3に対して回転可能となるよう、図示しない軸受によりフレーム1に支持して設置される。ロータ2は、ステータ3の内周面と、その外周面とが対向して配置された10個の磁石21を有する。尚、磁石21の数は、10個に限られるものではない。
ステータ3は、12個の分割コアユニット30が環状に組み合わされて構成される。尚、分割コアユニット30の数は、12個に限られるものではない。図2から図4に示すように、分割コアユニット30は、分割鉄心としての分割コア31と、コイル5と、絶縁部10とを備える。分割コア31は、軸方向Yに鋼板が積層して形成される。分割コア31は、ヨーク部31yと、ティース部31tとを備える。
ヨーク部31yの径方向Xの外側X1は、ステータ3の環状の外周に沿って配置される外周面31yg、径方向Xの径方向Xの内側X2は内周面31yin、周方向Zの両端は端面31yR、端面31yLとする。ヨーク部31yの外周面31ygは、径方向Xの外側X1に凸となる円弧状に形成される。ヨーク部31yの外周面31ygの周方向Zの中央には、軸方向Yに延在する挿入溝31mが形成される。
ティース部31tは、ヨーク部31yの内周面31yinから、径方向Xの内側X2に突出して形成される。ティース部31tの径方向Xの内側X2は先端31tin、周方向Zの両端は側面31tsとする。ティース部31tの先端31tinには、周方向Zの両側にそれぞれ突出したシュー部31sが形成される。シュー部31sの径方向Xの外側X1は外周面31sgとする。コイル5は、ティース部31tにマグネットワイヤWが巻回され形成される。
絶縁部10は、分割コア31とコイル5とを電気的に絶縁するものであり、分割コア31とコイル5との間に設置される。絶縁部10は、側面部6と、インシュレータとしての軸端面部4とを備える。側面部6は、ティース部31tの側面31tsをそれぞれ覆う。さらに、側面部6は、ヨーク部31yの内周面31yinと、シュー部31sの外周面31sgとをそれぞれ覆う。また、側面部6の軸方向Yの上側Y1および下側Y2のそれぞれの端部6t間の長さは、分割コア31の軸方向Yの全長の長さと同一の長さにて形成される。尚、側面部6は、紙等、絶縁性を有する物質で形成される。
軸端面部4は、ティース部31tの軸方向Yの上側Y1および下側Y2の端面と、ヨーク部31yの軸方向Yの上側Y1および下側Y2の端面であって、径方向Xの内側X2の一部をそれぞれ覆う。このため、分割コア31の軸方向Yに垂直な断面形状と、軸端面部4の軸方向Yに垂直な断面形状は略同一形状である。さらに、軸端面部4は、後述する、コイル5の巻枠の機能し、少なくとも一部を介してティース部31tに巻回されるため、分割コア31の軸方向Yの上側Y1および下側Y2の両端面から所定長だけ、軸方向Yの上側Y1および下側Y2にそれぞれ延在して形成される。軸端面部4は、絶縁性を有する、例えば合成樹脂材で形成される。このように、絶縁部10である軸端面部4の材質は、分割コア31の材質よりも弾性変形または塑性変形しやすい材質にて形成される。
軸端面部4は、ティース被覆部4tとヨーク被覆部4yとを備える。ティース被覆部4tは、ティース部31tの軸方向Yの上側Y1および下側Y2の両端面を覆う。ヨーク被覆部4yは、ヨーク部31yの軸方向Yの上側Y1および下側Y2の両端面を覆う。ヨーク被覆部4yの周方向Zの両端は端面4yR、端面4yLとする。ヨーク被覆部4yの端面4yR、4yLには、分割コア31のヨーク部31yの端面31yR、31yLより、周方向Zにそれぞれ突出する突出箇所41R、突出箇所41Lが形成される。
また、ヨーク被覆部4yの端面4yR、4yLには、周方向Zに隣接する他の分割コアユニット30の軸端面部4の突出箇所41R、41Lと対向する箇所に切欠部4kR、切欠部4kLが形成される。図4に示すように、軸端面部4の突出箇所41R、41Lは、周方向Zに隣接する他の分割コアユニット30の軸端面部4の切欠部4kR、4kLと、周方向Zにおいて対向する位置であって、径方向Xに段違いに形成される。よって、複数の分割コアユニット30を環状に配置した場合、図4に示すように、軸端面部4の突出箇所41R、41Lは、周方向Zの隣接する他の分割コアユニット30の切欠部4kR、4kLに嵌合され、周方向Zに隣接する軸端面部4同士が干渉しない。
また、軸端面部4は、軸方向Yのティース部31tと離反する方向に立ち上がる内鍔4inと外鍔4outとを備える。内鍔4inは、シュー部31sの外周面31sgから、軸方向Yのティース部31tと離反する方向にそれぞれ立ち上がって形成される。外鍔4outは、ヨーク部31yの外周面31ygより、やや径方向Xの内側X2の位置に沿って形成されるとともに、ヨーク被覆部4yの軸方向Yの両端面から軸方向Yのティース部31tと離反する方向にそれぞれ立ち上がって形成される。
内鍔4inと、外鍔4outと、ティース被覆部4tとにて、コイル5の巻枠として機能する。したがって、ティース被覆部4tに対して内鍔4inおよび外鍔4outが軸方向Yに立ち上がる長さは、ティース被覆部4t上に巻回されるコイル5の軸方向Yの厚み以上に設定される。
図8に示すように、軸端面部4の内鍔4inには、分割コア31の組み付けた状態において、シュー部31sの外周面31sgに、樹脂の弾性復元力により係合する一対の第一係合爪4bを備える。また、ヨーク被覆部4yには、分割コア31の組み付け状態において、ヨーク部31yの内周面31yinに、樹脂の弾性復元力により係合する一対の第二係合爪4cを備える。これにより、軸端面部4は、分割コア31の軸方向Yの両端面に仮止め状態に保持できる。
さらに、ティース被覆部4tには、ティース被覆部4tの周方向Zの端面、かつ、径方向Xの中央部に、ティース部31tの側面31tsに沿う方向に形成される一対の爪部4dを備える。この爪部4dを絶縁部10の側面部6の軸方向Yの端部6t側から挿入することにより、爪部4dとティース部31tの側面31tsとにより、絶縁部10の側面部6を挟み込み保持する。
分割コアユニット30の中間体30A(以下、分割コアユニット30の中間体30Aは、単に「中間体30A」として称す。図10、図11参照)は、分割コアユニット30にマグネットワイヤWを巻線する前の状態を指す。コイル5は、分割コア31のティース部31tに、絶縁部10、すなわち、側面部6および軸端面部4がそれぞれ組み付けられた状態で、ティース部31tにマグネットワイヤWが巻回されコイル5が形成される。中間体30Aにコイル5が形成されることにより分割コアユニット30が構成される。
このように軸端面部4はコイル5の巻枠として機能するために、図2に示すように、外鍔4outには、コイル5の巻き始め端部を位置決めし、かつ、外部にマグネットワイヤWを引き出して固定しておくための第二溝4Lと、巻回の完了後の巻き終わり端部を巻き掛けて仮止めしておくための第一溝4Rとが形成される。
また、図3に示すように、ヨーク被覆部4yのヨーク部31yとの接触側の周方向Zの両端には、切欠部4ktが形成される。この切欠部4ktは、分割コアユニット30を環状に組み付けた際に、周方向Zに隣接する他の分割コアユニット30のヨーク部31yと、軸端面部4とが干渉しないように形成される。
尚、上記実施の形態1においては、ステータ3の分割コアユニット30の周方向Zに隣接するヨーク部31y同士が接触する面を、平面にて形成し、平面同士が当接して形成する例を示したが、これに限られることはなく、嵌め合い構造とするため、分割コアユニット30の周方向Zに隣接するヨーク部31yの一方に凹部、他方のヨーク部31yに凸部をそれぞれ形成してもよい。
次に、コイル5を形成するための巻線機としての巻線装置70について図10、図11、図14および図15に基づいて説明する。巻線装置70は、チャック75と、ノズル76と、把持具としての保持具79とを備える。チャック75は、外鍔4outの第二溝4Lから引き出された、コイル5を巻き始めるための始端部5Stを把持する。ノズル76は、マグネットワイヤWを繰り出す。保持具79は、中間体30Aを保持する。保持具79は、把持爪79aと把持爪79bと当止部79cとを備える。把持爪79a、79bは、周方向Zに移動可能である。当止部79cは、径方向Xに移動可能である。各把持爪79a、79b、および当止部79cは、図15に示すように、軸方向Yの長さが、分割コア31の軸方向Yの長さより長く形成される。
次に、上記のように構成された実施の形態1の分割コアユニット30の製造方法、および、当該分割コアユニット30を利用した回転電機100の製造方法について説明する。まず、図5および図6に示すように、分割コア31に絶縁部10としての側面部6を矢印Cの方向から装着し、分割コア31の軸方向Yの両端に、軸端面部4を矢印Dの方向から装着する取付工程を行う(図9のステップST1)。
これにより、分割コア31に、軸端面部4の爪部4dにより、側面部6が、挟み込みこまれ保持される。さらに、軸端面部4の一対の第一係合爪4bは、分割コア31の組み付けた状態において、シュー部31sの外周面31sgに樹脂の弾性復元力により係合する。また、軸端面部4の一対の第二係合爪4cは、分割コア31の組み付け状態において、ヨーク部31yの内周面31yinに樹脂の弾性復元力により係合する。
よって、軸端面部4は、分割コア31の軸方向Yの両端面に仮止め状態に保持できる。このように、分割コア31に対して絶縁部10を接着剤を用いることなく、固定できる。そして、コイル5形成前の状態の中間体30Aを一体として取り扱うことができる。
次に、図10、図15に示すように、保持具79の把持爪79a、79bを周方向Zに離反させ開いた状態で、分割コア31の挿入溝31mに、保持具79の当止部79cを押し当てる。次に、図10の矢印Bに示すように、把持爪79a、79bを周方向Z間が狭まるように閉じる。これにより、把持爪79a、79bは、まず、ヨーク被覆部4yの突出箇所41R、41Lに接触する。そして、さらに周方向Z間が狭まるように閉じると、突出箇所41R、41Lは弾性変形する。
さらに、把持爪79a、79bを周方向Z間が狭まるように閉じると、図11に示すように、把持爪79a、79bが分割コア31のヨーク部31yの端面31yR、31yLまで移動して接触する。よって、把持爪79a、79bは、ヨーク部31yの端面31yR、31yLと、軸端面部4の端面4yR、4yL、および、軸端面部4の弾性変形された突出箇所41R、41Lとからなる側壁部R、側壁部L(図12および図13参照)に沿って、その摩擦力により係合し、固定される。これにより確実に、二つの軸端面部4および分割コア31が、保持具79に保持される保持工程を行う(図9のステップST2)。
尚、軸端面部4の突出箇所41R、41Lが弾性変形している状態は、図11、図12、図13についてのみ詳細に図示している。他の図、および下記の実施の形態においては当該弾性変形の状態の詳細の図示については省略する。
次に、マグネットワイヤWの巻線開始前に、チャック75により巻き始めの始端部5Stを把持して固定する固定工程を行う(図9のステップST3)。これにより、マグネットワイヤWは、第二溝4Lで位置決めされ、巻線開始位置の位置決めが確実となり、マグネットワイヤWの巻き始め始端部を固定しない場合に比べて、マグネットワイヤWを所定の位置へ、より正確に巻線することができる。
次に、図14に示すように、マグネットワイヤWを繰り出すノズル76を外鍔4outの径方向Xの内側X2で、かつ、中間体30Aから周方向Zに離れた位置に配置する。そして、中間体30Aをティース部31tの径方向Xの中心軸Aを中心として回転させつつ、径方向Xに移動させる。これにより、マグネットワイヤWを中間体30Aに巻回してコイル5を形成し、分割コアユニット30を形成する巻回工程としての巻線工程を行う(図9のステップST4)。そして、マグネットワイヤWの巻回の完了後の巻き終わり端部は第一溝4Rに仮止めされる。
中間体30AにマグネットワイヤWを巻回する際に、マグネットワイヤWに張力が発生し、その張力により軸端面部4は外力を受けると、分割コア31に対して周方向Zにずれる力が軸端面部4に発生する。そして、軸端面部4の第一係合爪4bおよび第二係合爪4cが弾性復元力によって分割コア31に仮止めされるので、軸端面部4に前述の張力がかかると、当該張力が弾性域の範囲であれば、軸端面部4が分割コア31から周方向Zにずれ、もし、張力が弾性域を超えれば、各係合爪4b、4cが破壊する恐れがある。
しかしながら、本実施の形態1では、軸端面部4の突出箇所41R、41Lを弾性変形させ、周方向Zに縮めて形成された側壁部Rと側壁部Lとを、保持具79によって押圧して固定し保持した上で、マグネットワイヤWを巻回するので、軸端面部4と分割コア31とが、巻回時にずれることを完全に防止できる。
次に、分割コアユニット30を保持具79から取り出す。この際、軸端面部4の突出箇所41R、41Lは保持具79により押圧されなくなるため、突出箇所41R、41Lの弾性変形は解消される。尚、突出箇所41R、41Lの弾性変形は、その全てが解消されない場合も考えられる。次に、図2に示すような、コイル5が形成された分割コアユニット30を、環状に配列して固定し、それぞれのコイル5の巻き始め始端部と巻き終わり終端部をそれぞれ図示しないプリント基板等に電気的に接続して、図1に示すステータ3を形成する結合工程を行う(図9のステップST5)。
この際、環状に形成された分割コアユニット30の周方向Z間の軸端面部4の突出箇所41R、41Lは、図1および図4に示すように、周方向Zに隣接する他の分割コアユニット30の切欠部4kR、4kLに嵌合して、軸端面部4の突出箇所41R、41Lが、周方向Zに隣接する分割コアユニット30間において干渉しない。次に、このステータ3をフレーム1の径方向Xの内側X2に挿入して固定し、ステータ3の径方向Xの内側X2にロータ2を回転可能にフレーム1に支持して配置し回転電機100を形成する組立工程を行う(図1、図9のステップST6)。
上記実施の形態1においては、中間体30Aを中心軸Aにて回転することにより、マグネットワイヤWを巻回する例を示したが、これに限られることはなく、例えば、図16に示すような、中間体30Aの周囲を、ノズル76Bを有するフライヤ77を中心軸Gにて周回させ、マグネットワイヤWを中間体30Aに巻回する方法を用いてもよい。
マグネットワイヤWの巻回時に、中間体30Aを回転させコイル5を形成する巻線方法では、中間体30Aの重心がその中心軸Aからずれると、中間体30Aに回転速度に応じて偏心した遠心力が生じ、保持具79と中間体30Aとの接触面に応力集中を起こす。一方、フライヤ77ではそのような応力集中が発生せず、中間体30Aの重心位置とは無関係にマグネットワイヤWの巻回を高速化でき、分割コアユニット30の生産性を向上できる。特に、体積および質量の大きな中間体30Aの巻回に有効である。
また、比較例(図示せず)のように、分割コアの径方向の内側から分割コアユニットに保持具を押圧すると、分割コアの径方向の内側に、巻線時に回転運動するフライヤと、分割コアを保持する保持具とが存在するため、巻線装置の機構が複雑で大型になりやすい。一方、本実施の形態1では、分割コア31の径方向Xの内側X2において保持具が不要であるため、比較例(図示せず)と比較してフライヤ77の構成を単純化かつ小型化でき、分割コアユニット30および回転電機100の生産ラインを低廉化できる。
上記のように構成された実施の形態1によれば、
回転電機のステータは、複数個が組み合わされて環状を形成し、前記環状の外周に沿って配置されるヨーク部と前記ヨーク部から径方向の内側に突出するティース部とを有する分割鉄心と、
前記分割鉄心の軸方向両端に設けられたインシュレータと、
前記インシュレータの少なくとも一部を介して前記ティース部に巻回されるコイルと、
を備えた回転電機のステータにおいて、
前記インシュレータは、前記ヨーク部の周方向の端面より突出する突出箇所を有し、
前記コイルが前記ティース部に巻回される際に、前記突出箇所を変形させることで前記ヨーク部とともに固定され、
回転電機は、前記ステータの内周面と対向する外周面を有し、前記ステータの径方向の中心に設けられた回転軸を中心に回転可能に保持されたロータと、
前記ステータの外周面の少なくとも一部を覆い、前記回転軸を支持するフレームと、
を備え、
回転電機のステータの製造方法は、複数個が組み合わされて環状を形成し、前記環状の外周に沿って配置されるヨーク部と前記ヨーク部から径方向の内側に突出するティース部とを有する分割鉄心と、
前記分割鉄心の軸方向両端に設けられたインシュレータと、
前記インシュレータの少なくとも一部を介して前記ティース部に巻回されるコイルと、
を備えた回転電機のステータの製造方法であって、
前記分割鉄心の前記ヨーク部の周方向の両端に設けられた把持爪で、前記インシュレータに設けられた前記ヨーク部の周方向の両端面より突出する突出箇所を押圧し変形させることで、前記ヨーク部の周方向の両端面と共に把持し、前記分割鉄心とともに保持する保持工程と、
巻線機が、前記分割鉄心の前記ティース部に、前記インシュレータの少なくとも一部を介して前記コイルを巻回する巻回工程と、を備えたので、
機種違いのステータおよび回転電機を生産する際の段取り替えが容易で、機種毎に専用の保持具を必要とせず、生産コストが安くできる。
さらに、上記のように構成された実施の形態1の分割コアユニット、回転電機、分割コアユニットの製造方法、回転電機の製造方法によれば、分割コアユニットは、ヨーク部とヨーク部から径方向の内側に突出するティース部とを有する分割コアを複数個、環状に配設して構成される回転電機における、分割コアと、ティース部に形成されたコイルと、分割コアとコイルとを電気的に絶縁する絶縁部とを備えた分割コアユニットにおいて、絶縁部は、分割コアの軸方向の両端面をそれぞれ覆う軸端面部を備え、各軸端面部は、ヨーク部上における周方向の端面が、ヨーク部の周方向の端面より突出する突出箇所を有して構成され、
また、回転電機は、当該分割コアユニットを複数個備え、複数の分割コアユニットを環状に配列して形成されたステータと、ステータを径方向の内側に配置したフレームと、
ステータの径方向の内側に配置されるとともに、回転可能にフレームに支持されたロータとを備えて構成され、
また、当該分割コアユニットの製造方法は、軸端面部を分割コアの軸方向の両端にそれぞれ取り付ける取付工程と、周方向に開閉可能な二つの把持爪と軸端面部の周方向の外側の外周面に当止めする当止部とを有する把持具を、二つの把持爪を周方向に開いた状態で、当止部を周方向の外側から軸端面部の周方向の外側の外周面に当て止めした後、二つの把持爪を周方向に閉じて、二つの把持爪により、軸端面部の周方向の端面と、ヨーク部の周方向の端面とを周方向の内側に挟み込み、軸端面部の突出箇所を変形させ分割コアを把持具にて保持する保持工程と、把持具に固定された軸端面部および分割コアにコイルを形成する巻回工程とを備え、
また、回転電機の製造方法は、当該分割コアユニットの製造方法で製造した分割コアユニットを複数個、環状に組み合わせてステータを形成する結合工程と、
ステータをフレームに挿入して固定し、ステータの径方向の内側にかつ回転可能にフレームに支持されたロータを配置する組立工程とを備えたので、
機種違いの分割コアユニットおよび回転電機を生産する際の段取り替えが容易で、機種毎に専用の保持具を必要とせず、生産コストが安くできる。
具体的な効果を上記実施の形態1に基づいて説明すると、二つの軸端面部4と分割コア31とを保持具79に保持する場合、各把持爪79a、79bと、ヨーク部31yの周方向Zの両側の端面31yR、31yLとのなす角度が等しい。つまり、分割コア31の数が同じであれば、同一の保持具79を利用可能であり、比較例(図示せず)のように、ティース部の径方向の内側の先端とシュー部の内周面の曲率、ヨーク部の外周面の曲率、内鍔、外鍔のいずれかの曲率が異なる分割コアユニットの製造毎に、保持具を変更する必要がない。
また、保持具79の軸方向Yの長さを、製造する回転電機100の内、分割コア31の軸方向Yの長さが一番長いものの長さに合わせておけば、分割コア31の軸方向Yの積層の厚みの変化に対して、比較例(図示せず)のように保持具を変更する必要がない。
また、保持具79の段取り替えによる巻線時の中間体30Aに対するマグネットワイヤWの軌道の変化がなく、マグネットワイヤWを中間体30Aの所定の位置に巻線でき、コイル5の整列性が向上できる。これにより、コイル5の巻数を増加でき、回転電機100の出力を高まる。
また、保持具79の段取り時間が短縮されるため、分割コアユニット30の生産性を向上できる。
また、製造する分割コアユニット30の形状に合わせて保持具79を変更する必要がないので、保持具79の数を削減でき、保持具79の管理の煩雑さを低減できる。また、上述のように、中間体30Aが分割コア31の径方向Xの外側X1の一方向からのみ保持具79によって固定されるため、比較例(図示せず)のような、分割コア側から中間体を保持する保持具が不要となり、巻線装置を小型化できる。これにより分割コアユニットの生産ラインを低廉化できる。
また、各軸端面部は、周方向に隣接する他の分割コアユニットの軸端面部の突出箇所と対向する箇所に切欠部を備えたので、周方向に隣接する他の分割コアユニットの切欠部に挿入されるため、周方向において隣接する分割コアユニット間の突出箇所による干渉が防止される。
また、軸端面部の突出箇所は、周方向に隣接する他の分割コアユニットの軸端面部の切欠部と、周方向において対向する位置であって、径方向に段違いに形成されたので、突出箇所と切欠部との構成が簡便となる。
また、ティース部は、径方向の内側の先端から、周方向の両側にそれぞれ突出したシュー部を有し、軸端面部は、各シュー部の径方向の外側の外周面に係合する一対の第一係合爪と、ヨーク部の径方向の内側の内周面に係合する一対の第二係合爪とを備えるので、第一係合爪および第二係合爪により、軸端面部が分割コアに固定されるため、軸端面部を分割コアに設置する際に、接着剤の利用が必要なく、接着剤の材料費を削減でき、かつ、種々の管理の煩雑さなどが無くなる。また、接着剤の塗布機または接着剤の硬化炉等も必要とせず、設備投資金額を削減し、さらに、接着剤塗布工程の廃止により生産ラインの設置スペースを縮小できる。よって、分割コアユニットおよび回転電機の生産性の向上および低廉化を促進できる。
さらに、第一係合爪および第二係合爪と、分割コアとの各係合により、分割コアに対する軸端面部の相対的な位置が決定される。このため、従来例のように、分割コアと絶縁部とを異なる保持具で巻線装置に固定して巻線することにより、分割コアと絶縁部との相対的な位置関係が、第一係合爪および第二係合爪の弾性復元力のおよぶ範囲内でばらついてしまう。しかしながら、本実施の形態1においては、保持具により分割コアユニットを固定するため、分割コアと軸端面部との相対的な位置関係のばらつきが発生しない。これにより、コイル形成時において、コイルを形成するためのマグネットワイヤの軌道と、軸端面部との位置関係が安定となり、コイルを分割コアユニットの所定の位置に形成できる。よって、コイルの整列性が向上し、コイルの巻数を増加でき、回転電機の出力を高めることができる。
また、絶縁部の材質は、分割コアの材質よりも弾性変形しやすい材質にて形成されるので、絶縁部の弾性変形または塑性変形により、上記に示した製造方法を確実に実行できる。
実施の形態2.
図17は実施の形態2における回転電機のステータの分割コアユニットの中間体の構成を示す平面図である。図18は図17に示した中間体の構成を示す側面図である。図19は実施の形態2における回転電機の分割コアユニットの製造方法を示す平面図である。図20は実施の形態2における2個の分割コアユニットを周方向に結合した状態を示す側面図である。
図において、上記実施の形態1と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。上記実施の形態1においては、軸端面部4の周方向Zの両側の端面4yR、4yLに形成された突出箇所41R、41Lは、周方向Zに隣接する他の分割コアユニット30の軸端面部4の切欠部4kR、4kLと、周方向Zにおいて対向する位置であって、径方向Xに段違いに形成する例を示したが、本実施の形態2においては、図17および図18に示すように、軸端面部4の周方向Zの両側の端面4yR、4yLの突出箇所42R、42Lは、周方向Zに隣接する他の分割コアユニット30の軸端面部4の切欠部42kR、42kLと、周方向Zにおいて対向する位置であって、軸方向Yに段違いに形成する。他の部分は、上記実施の形態1と同様であるため、その説明は適宜省略する。
次に、上記のように構成された実施の形態2の分割コアユニット30の製造方法について説明する。上記実施の形態1と同様の工程を経て、図19に示すように、上記実施の形態1と同様に保持具79にて保持すると、突出箇所42R、42Lが弾性変形して、把持爪79a、79bが分割コア31のヨーク部31yの端面31yR、31yLまで移動して接触する。よって、把持爪79a、79bは、ヨーク部31yの端面31yR、31yLと、軸端面部4の端面4yR、4yL、および、軸端面部4の弾性変形された突出箇所42R、42Lとからなる側壁部R、側壁部Lに沿って、その摩擦力により係合し、固定される。よって、上記実施の形態1と同様に、確実に、二つの軸端面部4および分割コア31が、保持具79に保持される。
次に、上記実施の形態1と同様の工程を経て、コイル5を形成し、分割コアユニット30を形成する。次に、コイル5が形成された分割コアユニット30を、環状に配列して固定し、ステータ3を形成する。この際、環状に形成された分割コアユニット30の周方向Z間の軸端面部4の突出箇所42R、42Lは、図20に示すように、周方向Zに隣接する他の分割コアユニット30の切欠部42kR、42kLに嵌合して、軸端面部4の突出箇所42R、42Lが、周方向Zに隣接する分割コアユニット30間において干渉しない。以下、上記実施の形態1と同様の工程を行い回転電機100を形成する。
上記のように構成された実施の形態2の回転電機のステータ、回転電機、および、回転電機のステータの製造方法によれば、上記実施の形態1と同様の効果を奏するのはもちろんのこと、軸端面部の突出箇所は、周方向に隣接する他の分割コアユニットの軸端面部の切欠部と、周方向において対向する位置であって、軸方向に段違いに形成されるので、突出箇所と切欠部との構成が簡便となる。
さらに、軸端面部の周方向の両側の端面に周方向の幅が少なくなるような切欠部を形成する必要がなく、軸端面部の突出箇所の径方向の幅は、軸端面部の周方向の端面の径方向の幅を確保できるため、突出箇所の保持具による損傷を防止できるため、軸端面部の径方向の幅が小さく形成する場合であっても、突出箇所による効果を得ることができる。これにより、分割コアユニットおよび回転電機の小型化が図れる。
実施の形態3.
図21は実施の形態3における回転電機のステータの分割コアユニットの中間体の構成を示す平面図である。図22は実施の形態3における回転電機のステータの分割コアユニットの中間体の他の構成を示す平面図である。図において、上記各実施の形態と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。
本実施の形態3においては、図21に示すように、上記実施の形態1の突出箇所41Lに代えて、軸方向Yに垂直な断面となる周方向Zの外周面が円弧面にて形成される突出箇所43Lを備える。尚、突出箇所43Lは、軸方向Yに垂直な断面となる周方向Zの外周面が円弧面の例を示したが、楕円面にて形成される場合も考えられる。または、図20に示すように、軸方向Yに垂直な断面が中空形状を含む形状にて形成される突出箇所44Lを備える場合について説明する。他の部分は、上記各実施の形態と同様であるため、その説明は適宜省略する。
本実施の形態3によれば、このように突出箇所43L、44Lは、軸方向Yに垂直な断面となる周方向Zの外周面が円弧面または楕円弧面、または、中空形状を含む形状にて形成されるため、上記実施の形態1に示した突出箇所41Lの場合より、各突出箇所43L、44Lは弾性変形しやすい。よって、上記実施の形態1の場合より、保持具の力が小さくてすみ、軸端面部4の破損が防止される。
上記のように構成された実施の形態3の回転電機のステータ、回転電機、および、回転電機のステータの製造方法によれば、上記各実施の形態と同様の効果を奏するのはもちろんのこと、軸端面部の前記突出箇所は、周方向の外周面が円弧面または楕円弧面にて形成される、または、中空形状にて形成されるので、上記各実施の形態の場合より、突出箇所の弾性変形または塑性変形が行いやすく、保持具の押し付け力を小さくでき、軸端面部の破損を防止できる。
尚、上記実施の形態3においては、突出箇所43L、44Lを、1個の分割コアユニット30に1個備える例を示したが、これに限られることはなく、1つの分割コアユニット30に複数個形成する場合も考えられる。
実施の形態4.
図23は実施の形態4における回転電機のステータの分割コアユニットの中間体の構成を示す側面図である。図24は図23に示した分割コアユニットの中間体の構成を示す平面図である。図25は実施の形態4における回転電機のステータの分割コアユニットの中間体の他の構成を示す平面図である。図において、上記各実施の形態と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。
本実施の形態4においては、図23および図24に示すように、上記実施の形態2の突出箇所42L、42Rに代えて、軸方向Yの下側Y2に向かって突出量が小さくなるテーパ形状となるような、いわゆる三角錐形状になる突出箇所643L、643Rを備える。または、図25に示すように、四角推形状にて形成される突出箇所644L、644Rを備える場合について説明する。他の部分は、上記各実施の形態と同様であるため、その説明は適宜省略する。
本実施の形態4によれば、このように、各突出箇所643L、643R、644L、644Rは、軸方向Yにテーパ形状に形成されるため、軸方向Yに組付けしやすく、弾性変形しやすく、変形量も小さい。よって、組付けの力が小さくすみ、軸端面部4の破損が防止される。
上記のように構成された実施の形態4の回転電機のステータ、回転電機、および、回転電機のステータの製造方法によれば、上記各実施の形態と同様の効果を奏するのはもちろんのこと、軸端面部の前記突出箇所は、軸方向のティース側に向かうほど突出量が小さくなるテーパ形状にて形成されるので、突出箇所の弾性変形または塑性変形がさらに行いやすく、軸端面部の組付け力を小さくでき、軸端面部の破損を防止できる。
尚、上記実施の形態4においては、突出箇所643L、643R、644L、644Rを、1個の分割コアユニット30に2個備える例を示したが、これに限られることはなく、1つの分割コアユニット30に1個または複数個形成する場合も考えられ、同様の効果を奏することができる。
尚、上記実施の形態においては特に示していないが、複数枚の鋼板を軸方向Yに積層し、軸方向Yにおいて当該鋼板同士が固定されている分割コア31を用いる例にて示したがこれに限られることはない。例えば、複数枚の鋼板を軸方向Yに積層し、当該鋼板同士が軸方向Yにおいて固定されていない分割コア31を用いる場合、保持具79を用いて軸方向Yにおいて当該分割コア31の鋼板同士を軸方向Yにおいて固定保持する。そして、この固定保持状態にて軸端面部4をティース部31tの軸方向Yの上側Y1および下側Y2の端面に組付けて、ティース部31tにマグネットワイヤWを巻回してコイル5を形成すれば、上記各実施の形態と同様に形成できる。
尚、上記各実施の形態において、突出箇所を弾性変形させる例にて示したが、これに限られることはなく、突出箇所を塑性変形させるものであっても同様に行うことができる。突出箇所が塑性変形された場合であっても、突出箇所の若干の復元は考えられるため、突出箇所と対向する箇所に形成された切欠部は上記各実施の形態と同様の効果を奏すると言える。
本開示は、様々な例示的な実施の形態および実施例が記載されるが、1つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、および機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
100 回転電機、1 フレーム、10 絶縁部、2 ロータ、20 回転軸、21 磁石、3 ステータ、30 分割コアユニット、30A 中間体、31 分割コア、31y ヨーク部、31yR 端面、31yL 端面、31yin 内周面、31yg 外周面、31s シュー部、31sg 外周面、31t ティース部、31tin 先端、31ts 側面、31m 挿入溝、4 軸端面部、4b 第一係合爪、4c 第二係合爪、4d 爪部、4t ティース被覆部、4y ヨーク被覆部、4in 内鍔、4out 外鍔、4R 第一溝、4L 第二溝、4yR 端面、4yL 端面、4kR 切欠部、4kL 切欠部、42kR 切欠部、42kL 切欠部、41R 突出箇所、41L 突出箇所、42R 突出箇所、42L 突出箇所、43L 突出箇所、44L 突出箇所、4kt 切欠部、5 コイル、5St 始端部、6 側面部、6t 端部、643R 突出箇所、643L 突出箇所、644R 突出箇所、644L 突出箇所、70 巻線装置、75 チャック、76 ノズル、77 フライヤ、79 保持具、79a 把持爪、79b 把持爪、79c 当止部、W マグネットワイヤ、A 中心軸、B 矢印、C 矢印、D 矢印、E 領域、F 領域、G 中心軸、R 側壁部、L 側壁部、X 径方向、X1 外側、X2 内側、Y 軸方向、Z 周方向。

Claims (9)

  1. 複数個が組み合わされて環状を形成し、前記環状の外周に沿って配置されるヨーク部と前記ヨーク部から径方向の内側に突出するティース部とを有する分割鉄心と、
    前記分割鉄心の軸方向両端に設けられたインシュレータと、
    前記インシュレータの少なくとも一部を介して前記ティース部に巻回されるコイルと、
    を備えた回転電機のステータにおいて、
    前記インシュレータは、前記ヨーク部の周方向の両端面よりそれぞれ突出する複数の突出箇所を有し、
    前記コイルが前記ティース部に巻回される際に、前記突出箇所を変形させることで前記ヨーク部とともに固定される回転電機のステータ。
  2. 周方向に隣接する前記分割鉄心の軸方向両端に設けられた各前記インシュレータの内、一の前記インシュレータの前記突出箇所は、他の前記インシュレータの切欠部に嵌合する請求項1に記載の回転電機のステータ。
  3. 周方向に隣接する前記分割鉄心の軸方向両端に設けられた各前記インシュレータの内、一の前記インシュレータの前記突出箇所と前記突出箇所と嵌合する他の前記インシュレータの前記切欠部は、径方向に段違いに形成された請求項2に記載の回転電機のステータ。
  4. 周方向に隣接する前記分割鉄心の軸方向両端に設けられた各前記インシュレータの内、一の前記インシュレータの前記突出箇所と前記突出箇所と嵌合する他の前記インシュレータの前記切欠部は、軸方向に段違いに形成された請求項2に記載の回転電機のステータ。
  5. 前記突出箇所の軸方向に垂直な断面が、円弧面または楕円弧面を含む形状である請求項2から請求項4のいずれか1項に記載の回転電機のステータ。
  6. 前記突出箇所の軸方向に垂直な断面が、中空形状を含む形状である請求項2から請求項5のいずれか1項に記載の回転電機のステータ。
  7. 前記突出箇所の周方向に平行な軸方向の断面の内、最外部に位置する部分の少なくとも一部が、軸方向にテーパ形状に形成される請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の回転電機のステータ。
  8. 請求項1から請求項7のいずれか1項に記載のステータと、
    前記ステータの内周面と対向する外周面を有し、前記ステータの径方向の中心に設けられた回転軸を中心に回転可能に保持されたロータと、
    前記ステータの外周面の少なくとも一部を覆い、前記回転軸を支持するフレームと、
    を備えた回転電機。
  9. 複数個が組み合わされて環状を形成し、前記環状の外周に沿って配置されるヨーク部と前記ヨーク部から径方向の内側に突出するティース部とを有する分割鉄心と、
    前記分割鉄心の軸方向両端に設けられたインシュレータと、
    前記インシュレータの少なくとも一部を介して前記ティース部に巻回されるコイルと、
    を備えた回転電機のステータの製造方法であって、
    前記分割鉄心の前記ヨーク部の周方向の両端に設けられた把持爪で、前記インシュレータに設けられた前記ヨーク部の周方向の両端面より突出する突出箇所を押圧し変形させることで、前記ヨーク部の周方向の両端面と共に把持し、前記分割鉄心とともに保持する保持工程と、
    巻線機が、前記分割鉄心の前記ティース部に、前記インシュレータの少なくとも一部を介して前記コイルを巻回する巻回工程と、
    を備えた回転電機のステータの製造方法。
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