JP7044178B2 - 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。

回転電機の固定子においては、小型化及び高出力化を図るために、例えば、コイルの占積率を向上させる工夫がなされる。特許文献１には、占積率を向上させるために、積層鉄心個片ごとにコイルを形成した後に、複数の積層鉄心個片を環状に結合する技術が記載されている。

日本特許第３３５５７００号公報

特許文献１に記載の技術では、個別に形成されたコイル同士を結線する箇所が多くなる。このため、固定子の生産性が低下する。

この発明は、上記の課題を解決するためになされた。その目的は、コイルの占積率を向上させると共に生産性を向上させることが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である。

この発明に係る回転電機の固定子は、複数の継鉄が間隔を空けて円環状に連結された環状連結体及び複数の歯部を有する鉄心と、コイルを形成する導体線を巻回すために歯部に取り付けられたボビンと、を備え、歯部は、継鉄とは別の部材として形成され、環状連結体の中心軸に沿った方向を向いた状態で環状連結体によって保持可能なものであり、継鉄は、環状連結体の周方向における端面に形成された溝を有し、歯部は、環状連結体の周方向に突出する回転軸を有し、回転軸が溝に挿入されることで、間隔を空けて隣り合う２つの継鉄の間で保持される。

この発明に係る回転電機の固定子の製造方法は、複数の継鉄が間隔を空けて円環状に連結された環状連結体の中心軸に沿った方向を向いた状態で複数の歯部を環状連結体に保持させる保持工程と、複数の歯部のそれぞれに取り付けられた全てのボビンに対して順番に導体線を巻回すコイル形成工程と、環状連結体の径方向内側を向くように継鉄に対して歯部を回転させる回転工程と、を備える。

これらの発明によれば、歯部は、環状連結体の中心軸に沿った方向を向いた状態で環状連結体によって保持される。このため、コイルの占積率を向上させると共に生産性を向上させることができる。

実施の形態１における固定子の斜視図である。 実施の形態１における固定子のコイル形成前の状態を示す斜視図である。 実施の形態１における環状連結体の斜視図である。 実施の形態１における環状連結体の周方向から見た継鉄の拡大図である。 実施の形態１における歯部の斜視図である。 実施の形態１における固定子の製造方法を説明するための模式図である。 実施の形態１における固定子の製造方法を説明するための模式図である。 実施の形態１における固定子の製造方法を説明するための模式図である。 実施の形態１における固定子の製造方法を説明するための模式図である。 実施の形態１における固定子の製造方法を説明するための模式図である。 実施の形態１における固定子の製造方法を示すフローチャートである。

以下、添付の図面を参照して実施の形態について説明する。各図において、同一または相当する部分には同一の符号が付される。重複する説明は、適宜簡略化あるいは省略する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１における固定子の斜視図である。

図１は、斜め上方から見た固定子１を示す。以下の説明では、図１を基準として、固定子１の各部品の上下方向を指定する。

回転電機の固定子１は、鉄心２０及び複数のコイル３０を備える。図１は、１２個のコイル３０を備える固定子１を例示する。

鉄心２０は、複数の継鉄２１及び複数の歯部２２を有する。複数の継鉄２１は、等間隔を空けて円環状に連結されることで環状連結体を形成している。歯部２２は、継鉄２１と一体の部材として形成されていない。

歯部２２は、例えば、角柱形状を呈する。歯部２２には、絶縁材で形成されたボビン４０が取り付けられる。ボビン４０は、長手方向に沿って歯部２２の周囲を覆うように設けられる。歯部２２の長手方向における一端部は、例えば、ボビン４０から突出する。歯部２２の長手方向における他端部は、例えば、ボビン４０から突出しない。コイル３０は、ボビン４０に導体線を巻回すことで形成される。

歯部２２は、環状連結体に対して取り付けられる。図１に示すように、完成した状態の固定子１において、歯部２２の一端部は、間隔を空けて隣り合う２つの継鉄２１の間に位置する。このとき、歯部２２の上面は、２つの継鉄２１の上面の間に位置する。このとき、歯部２２の外径面は、２つの継鉄２１の外径面の間に位置する。歯部２２の他端部は、環状連結体の径方向内側を向く。ボビン４０の端面は、環状連結体の内径面に接触又は対向する。ボビン４０の端面の一部は、環状連結体の上面よりも上方に位置する。

図２は、実施の形態１における固定子のコイル形成前の状態を示す斜視図である。

図２における環状連結体は、上面が下向きになっている。

図２における歯部２２は、一端部で環状連結体にぶら下がるようにして保持されている。このとき、歯部２２の外径面は上向きになり、歯部２２の下面は環状連結体の径方向内側を向く。実施の形態１において、コイル３０は、図２に示す状態のボビン４０に導体線を巻回すことで形成される。

図３は、実施の形態１における環状連結体の斜視図である。

図３における環状連結体は、図１と同様に、上面が上向きになっている。

継鉄２１には、溝２１ａが形成されている。溝２１ａは、環状連結体の周方向における２つの端面の両方に形成されている。つまり、１つの継鉄２１は、２つの溝２１ａを有する。溝２１ａは、例えば、継鉄２１の上面寄りの高さで外径面から内側に向かって形成されている。

環状連結体は、複数の連結部２１ｂを有する。連結部２１ｂは、間隔を空けて隣り合う２つの継鉄２１の周方向における端面同士を連結する。連結部２１ｂは、例えば、継鉄２１の下面と外径面とが交差する縁部から周方向に突出するように形成されている。

図４は、実施の形態１における環状連結体の周方向から見た継鉄の拡大図である。

図４における継鉄２１は、図３と同様に、上面が上向きになっている。図５の視点では、左側が環状連結体の径方向外側であり、右側が環状連結体の径方向内側である。

図４に示すように、溝２１ａは、屈曲した形状を呈する。溝２１ａは、水平部分及び垂直部分を有する。水平部分は、継鉄２１の外径面から径方向内側に向かって形成される。垂直部分は、水平部分の最奥部から環状連結体の中心軸に沿った方向に向かって形成される。垂直部分は、例えば、水平部分の最奥部から継鉄２１の下面側に向かって形成される。

図５は、実施の形態１における歯部の斜視図である。

歯部２２は、回転軸２２ａを有する。回転軸２２ａは、歯部２２の一端部から環状連結体の周方向に突出する。回転軸２２ａは、歯部２２の下面及び外径面と隣接する２つの側面の両方に設けられている。回転軸２２ａは、例えば、歯部２２の側面において外径面寄りの位置に設けられている。

歯部２２の一端部には、切欠き２２ｂが形成されている。切欠き２２ｂは、環状連結体の周方向に沿った縁部に形成されている。切欠き２２ｂは、例えば、歯部２２の下面と外径面とが交差する縁部に形成されている。

ボビン４０は、例えば、左右対称の部材で歯部２２を挟み込むことで形成されてもよい。ボビン４０は、例えば、一体成形されてもよい。歯部２２の一端部側に位置するボビン４０の端面には、例えば、複数の突起４０ａが設けられる。ボビン４０の突起４０ａは、回転電機の仕様に応じて適宜配置される。

図６から図１０は、実施の形態１における固定子の製造方法を説明するための模式図である。図１１は、実施の形態１における固定子の製造方法を示すフローチャートである。

図６から図１０は、固定子１の製造の過程における環状連結体と１つの歯部２２との位置関係の変化を一定の視点から見た図である。図６から図１０では、歯部２２のうち一端部以外の部分及びボビン４０の図示は省略されている。

図６及び図７における継鉄２１は、図２と同様に、上面が下向きになっている。図６及び図７の視点では、左側が環状連結体の径方向内側であり、右側が環状連結体の径方向外側である。

図８から図１０における継鉄２１は、図１と同様に、上面が上向きになっている。図８から図１０の視点では、左側が環状連結体の径方向外側であり、右側が環状連結体の径方向内側である。

以下、図６から図１１を参照して、固定子１を製造する手順の一例を説明する。

ステップＳ１０１では、保持工程が実施される。保持工程では、例えば、図６に示すように、上面を下向きにした水平に設置された環状連結体に対して、径方向外側から歯部２２の２つの回転軸２２ａが２つの溝２１ａに挿入される。図６の状態から歯部２２が径方向内側に移動されると、図７に示すように、溝２１ａの水平部分の最奥部まで回転軸２２ａが押し込まれる。これにより、歯部２２は、間隔を空けて隣り合う２つの継鉄２１の間で保持される。全ての歯部２２について保持工程が実施されると、図２に示すように、水平に設置された環状連結体から下向きに複数の歯部２２が保持される。

ステップＳ１０２では、コイル形成工程が実施される。コイル形成工程では、例えば、図２に示すように複数の歯部２２が環状連結体に保持された状態で、全てのボビン４０に対して順番に導体線が巻回される。コイル形成工程では、例えば、１本の導体線が途中で切断されることなく全てのボビン４０に対して連続的に巻回される。

ステップＳ１０３では、上下反転工程が実施される。上下反転工程では、継鉄２１の上面が上向きになるように、環状連結体が上下反転される。図８は、図６及び図７の視点を維持したまま奥行方向に沿った軸を中心に環状連結体を上下反転させた状態の継鉄２１を示す。

ステップＳ１０４では、回転工程が実施される。回転工程では、図８に示すように、溝２１ａの水平部分の最奥部に位置する回転軸２２ａを支点にして、歯部２２が環状連結体の径方向内側に向かって回転される。歯部２２は、図９に示すように、切欠き２２ｂが連結部２１ｂに接触するまで回転される。

ステップＳ１０５では、固定工程が実施される。固定工程では、図１０に示すように、回転軸２２ａが溝２１ａの垂直部分の最奥部まで押し込まれることで、環状連結体に対して歯部２２が固定される。連結部２１ｂは、回転軸２２ａが溝２１ａの垂直部分の最奥部に位置する状態で、切欠き２２ｂに嵌まる。

固定工程により、歯部２２は、他端部が環状連結体の径方向内側を向いた状態で固定される。全ての歯部２２について固定工程が実施されると、図１に示す固定子１が完成する。

なお、上下反転工程及び回転工程は、コイル形成工程よりも後であれば、どちらを先に実施してもよい。また、例えば、上下反転工程を省くために、保持工程では、上面を上向きにして水平に設置された環状連結体から上向きに複数の歯部２２が保持されてもよい。

以上で説明した実施の形態１によれば、鉄心２０は、複数の継鉄２１が間隔を空けて円環状に連結された環状連結体及び複数の歯部２２を有する。ボビン４０は、コイル３０を形成する導体線を巻回すために歯部２２に取り付けられる。歯部２２は、継鉄２１とは別の部材として形成され、環状連結体の中心軸に沿った方向を向いた状態で環状連結体によって保持可能である。これにより、歯部２２同士の間隔を広げた状態でボビン４０に導体線を巻回すことができる。つまり、巻線ノズルが通過する空間を拡大できる。また、導体線を切断せずに複数のボビン４０に対して連続的に巻回し、結線工数を削減することができる。このため、コイル３０の占積率を向上させると共に生産性を向上させることができる。

また、継鉄２１は、環状連結体の周方向における端面に形成された溝２１ａを有する。歯部２２は、環状連結体の周方向に突出する回転軸２２ａを有し、回転軸２２ａが溝２１ａに挿入されることで、間隔を空けて隣り合う２つの継鉄２１の間で保持又は固定される。つまり、歯部２２は、環状連結体に対して溶接されるのではなく、機械的に取り付けられる。このため、熱歪に起因する回転電機の振動及び騒音を抑制することができる。

また、継鉄２１の溝２１ａは、環状連結体の外径面から径方向内側に向かって形成された水平部分と、水平部分の最奥部から環状連結体の中心軸に沿った方向に向かって形成された垂直部分と、を有する。歯部２２は、回転軸２２ａが溝２１ａの水平部分の最奥部に位置する状態で、回転軸２２ａを中心として環状連結体の内側に向かって回転可能である。このため、環状連結体の中心軸に沿った方向を向いた状態から径方向内側を向いた状態へと歯部２２を回転させることができる。

また、環状連結体は、間隔を空けて隣り合う２つの継鉄２１の周方向における端面同士を連結する連結部２１ｂを有する。歯部２２は、環状連結体の周方向に沿った縁部に形成された切欠き２２ｂを有する。連結部２１ｂは、歯部２２が環状連結体の径方向内側を向き且つ回転軸２２ａが溝２１ａの垂直部分の最奥部に位置する状態で、歯部２２の切欠き２２ｂに嵌まる。このため、回転可能な歯部２２のストッパー及び位置決め部材としても連結部２１ｂを利用できる。

また、回転電機の固定子の製造方法は、例えば、複数の継鉄２１が間隔を空けて円環状に連結された環状連結体の中心軸に沿った方向を向いた状態で複数の歯部２２を環状連結体に保持させる保持工程と、複数の歯部２２のそれぞれに取り付けられた全てのボビン４０に対して順番に導体線を巻回すコイル形成工程と、環状連結体の径方向内側を向くように継鉄２１に対して歯部２２を回転させる回転工程と、を備える。このため、コイル３０の占積率を向上させると共に生産性を向上させることができる。

また、回転電機の固定子の製造方法は、例えば、コイル形成工程よりも後に行われる上下反転工程を備える。この場合、保持工程では、水平に設置された環状連結体から下向きに複数の歯部２２が保持される。上下反転工程では、環状連結体が上下反転される。この場合、環状連結体からぶら下げるようにして安定的に歯部２２を保持した状態でコイル形成工程を実施できる。

実施の形態１では、歯部２２及びコイル３０が１２個である固定子１を例示したが、歯部２２の数及び相数は回転電機の仕様に応じて適宜変更可能である。

実施の形態１において、ボビン４０の端面に設けられた複数の突起４０ａは、例えば、コイル形成時に使用される。突起４０ａの間に渡り線を通し、渡り線間の距離を確保することで、絶縁距離が確保できる。

実施の形態１における固定子１は、歯部２２を回転する際に渡り線が弛まないため、インナーロータ型の回転電機を対象としているが、ピン又は治具等に渡り線を引掛けて渡り線を弛ませた状態で導体線を巻回した後、歯部２２の回転前にピン又は治具から引っ掛った渡り線を引き抜くことでアウターロータ型の回転電機にも適用可能となる。

以上のように、この発明は、回転電機の固定子を製造する際に利用できる。

１ 固定子
２０ 鉄心
２１ 継鉄
２１ａ 溝
２１ｂ 連結部
２２ 歯部
２２ａ 回転軸
２２ｂ 切欠き
３０ コイル
４０ ボビン
４０ａ 突起

Claims (5)

1. 複数の継鉄が間隔を空けて円環状に連結された環状連結体及び複数の歯部を有する鉄心と、
   コイルを形成する導体線を巻回すために前記歯部に取り付けられたボビンと、
   を備え、
   前記歯部は、前記継鉄とは別の部材として形成され、前記環状連結体の中心軸に沿った方向を向いた状態で前記環状連結体によって保持可能なものであり、
   前記継鉄は、前記環状連結体の周方向における端面に形成された溝を有し、
   前記歯部は、前記環状連結体の周方向に突出する回転軸を有し、前記回転軸が前記溝に挿入されることで、間隔を空けて隣り合う２つの前記継鉄の間で保持される
   回転電機の固定子。
2. 前記継鉄の前記溝は、
   前記環状連結体の外径面から径方向内側に向かって形成された水平部分と、
   水平部分の最奥部から前記環状連結体の中心軸に沿った方向に向かって形成された垂直部分と、
   を有し、
   前記歯部は、前記回転軸が前記溝の水平部分の最奥部に位置する状態で前記回転軸を中心として前記環状連結体の内側に向かって回転可能である請求項１に記載の回転電機の固定子。
3. 前記環状連結体は、間隔を空けて隣り合う２つの前記継鉄の周方向における端面同士を連結する連結部を有し、
   前記歯部は、前記環状連結体の周方向に沿った縁部に形成された切欠きを有し、
   前記連結部は、前記歯部が前記環状連結体の径方向内側を向き且つ前記回転軸が前記溝の垂直部分の最奥部に位置する状態で前記歯部の前記切欠きに嵌まる請求項２に記載の回転電機の固定子。
4. 複数の継鉄が間隔を空けて円環状に連結された環状連結体の中心軸に沿った方向を向いた状態で複数の歯部を前記環状連結体に保持させる保持工程と、
   複数の前記歯部のそれぞれに取り付けられた全てのボビンに対して順番に導体線を巻回すコイル形成工程と、
   前記環状連結体の径方向内側を向くように前記継鉄に対して前記歯部を回転させる回転工程と、
   を備えた回転電機の固定子の製造方法。
5. 前記コイル形成工程よりも後に行われる上下反転工程、
   を更に備え、
   前記保持工程では、水平に設置された前記環状連結体から下向きに複数の前記歯部が保持され、
   前記上下反転工程では、前記環状連結体が上下反転される請求項４に記載の回転電機の固定子の製造方法。

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