JP7195358B2 - ステータ及びステータの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ステータ及びステータの製造方法に関する。

ステータコアのスロット内には、コイルとステータコアとの間の絶縁のために、絶縁紙が挿入される。絶縁紙は、原紙を折り曲げ成形することによって形成される。通常、原紙はロール状に巻回されており、巻き戻しながら所定の長さに切断して使用される。

一般に、ロール状に巻かれた原紙は巻き癖を有する。巻き癖を有する原紙から絶縁紙を折り曲げ成形する場合、絶縁紙が巻き癖に起因してスロット内で内側に向けて反る内反りを発生させ、スロット内へのコイルの挿入を阻害するおそれがある。そのため、絶縁紙を原紙から折り曲げ成形する際に、巻き癖を解消するための折り曲げを行う必要がある。

従来、ロール状に巻かれた絶縁紙の原紙を巻き戻しながら、ロール幅方向の両端を、ロール外面側にカフス折りした状態で所定長さに切断した後、切断した原紙を、ロール幅方向の折り目に沿ってカフス折りした方向と反対方向に折り曲げることによって絶縁紙を形成し、その絶縁紙をスロット内に挿入した後、コイルを絶縁紙の内側に挿入することによってステータを製造することが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許第５７５４３４９号公報

しかしながら、従来の方法では、巻き癖の解消のために、絶縁紙の原紙をカフス折りする工程が必要となり、絶縁紙の形成工程が煩雑化する、という課題がある。

本発明は、絶縁紙の巻き癖を有効に利用することによって、スロット内での絶縁紙の内反りを防止でき、スロット内へのコイルを円滑に挿入可能な、コイル挿入作業の作業効率の高いステータ及びステータの製造方法を提供することを目的とする。

（１） 本発明に係るステータは、複数のスロット（例えば、後述のスロット２３）を有するステータコア（例えば、後述のステータコア２）と、前記スロット内に絶縁紙（例えば、後述の絶縁紙４）を介して挿入されるコイル（例えば、後述のコイル３）と、を有するステータ（例えば、後述のステータ１）であって、前記絶縁紙は、円弧状の巻き癖を有する原紙（例えば、後述の原紙１０１）を、曲率を有する方向（例えば、後述のＤ方向）に延びる折り曲げ線（例えば、後述の折り曲げ線Ｌ）に沿って、凹面（例えば、後述の凹面１０１ａ）側が背面になるように折り曲げられた折り曲げ成形品からなり、開口側が外方（例えば、後述の外方Ｅ）に開く開き癖を有する。

（２） 上記（１）に記載のステータにおいて、前記スロットは、前記ステータの径方向に開口する開口部（例えば、後述の開口部２３ａ）に、開口幅を広げるテーパ部（例えば、後述のテーパ部２３ｄ）を有し、前記絶縁紙は、前記開口側の先端部（例えば、後述の先端部４ｂ）に、前記テーパ部に沿って外方に折り曲げられた外曲げ部（例えば、後述の外曲げ部４３）を有してもよい。

（３） 上記（１）又は（２）に記載のステータにおいて、前記ステータの軸方向に沿う前記絶縁紙の両端部は、前記ステータの軸方向の端面（例えば、後述の端面２ａ）からそれぞれ突出していてもよい。

（４） 本発明に係るステータの製造方法は、複数のスロット（例えば、後述のスロット２３）を有するステータコア（例えば、後述のステータコア２）と、前記スロット内に絶縁紙（例えば、後述の絶縁紙４）を介して挿入されるコイル（例えば、後述のコイル３）と、を有するステータ（例えば、後述のステータ１）の製造方法である。円弧状の巻き癖を有する原紙（例えば、後述の原紙１０１）を、曲率を有する方向（例えば、後述のＤ方向）に延びる折り曲げ線（例えば、後述の折り曲げ線Ｌ）に沿って、凹面（例えば、後述の凹面１０１ａ）側が背面になるように折り曲げることによって、前記絶縁紙を形成する絶縁紙折り曲げ工程と、前記スロットへの前記コイルの挿入前に、前記スロットに前記絶縁紙を挿入する絶縁紙挿入工程と、前記スロット内の前記絶縁紙の内部へ、前記絶縁紙の開口側から前記コイルを挿入するコイル挿入工程と、を有する。

上記（１）によれば、絶縁紙は、円弧状の巻き癖を有する原紙を、凹面側が背面になるように、曲率を有する方向に延びる折り曲げ線に沿って折り曲げられた折り曲げ成形品からなり、開口側が外方に開く開き癖を有すため、巻き癖を有効に利用できるとともに、絶縁紙がスロットの内面に沿って自己保持される。そのため、スロット内での絶縁紙の内反りを防止でき、スロット内へのコイルを円滑に挿入可能な、コイル挿入作業の作業効率の高いステータを提供することができる。

上記（２）によれば、スロットのテーパ部に沿う絶縁紙の外曲げ部によって、コイル挿入時に、絶縁紙の形状ばらつきによるコイルと絶縁紙との引っ掛かりを防止できる。そのため、コイルをスロット内により円滑に挿入可能であり、コイル挿入作業の作業効率をより高めることができる。

上記（３）によれば、絶縁紙をカフス折りすることなく、スロットの軸方向の端縁におけるコイルとの間の絶縁を容易に図ることが可能である。

上記（４）によれば、絶縁紙の原紙の円弧状の巻き癖を有効に利用できるとともに、絶縁紙がスロットの内面に沿って自己保持される。そのため、スロット内での絶縁紙の内反りを防止でき、スロット内へのコイルを円滑に挿入可能な、コイル挿入作業の作業効率の高いステータを容易に製造可能である。

本発明の一実施形態に係るステータを示す斜視図である。 図１に示すステータのステータコアを示す平面図である。 図２に示すステータコアの一部のスロット内の絶縁紙を示す斜視図である。 ステータに装着される前のコイルを示す正面図である。 絶縁紙の製造工程を示す図である。 絶縁紙の製造工程を示す図である。 絶縁紙の平面図である。 絶縁紙が挿入されたスロット内にコイルを挿入する様子を示す図である。 本発明の他の実施形態に係るステータのステータコアの一部を示す平面図である。 図９に示すステータコアのスロットに挿入される絶縁紙を示す平面図である。 図１０に示す絶縁紙が挿入されたスロット内にコイルを挿入する様子を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１に示すように、本実施形態のステータ１は、ステータコア２と、ステータコア２に円環状に装着されるコイル３と、を有する。

ステータコア２は、図２に示すように、中央に円形の軸孔２１と、例えば、薄肉のコアプレートが複数積層された積層体からなる円環部２２と、を有する。円環部２２には、ステータコア２の軸方向に貫通する複数のスロット２３を有する。スロット２３は、ステータコア２の周方向に沿って一定の間隔で放射状に配列され、円環部２２の径方向内側の軸孔２１に向けて開口する開口部２３ａを有する。本実施形態のステータコア２は、７２個のスロット２３を有する。なお、ステータ１及びステータコア２において、図２に示すように、スロット２３が配列されるＡ方向が周方向であり、軸孔２１の中心から放射方向に沿うＢ方向が径方向であり、図１に示すＣ方向（図２の紙面に対する垂直方向）が軸方向である。

ステータコア２のスロット２３には、図２及び図３に示すように、それぞれ絶縁紙４が挿入されている。絶縁紙４は、ステータコア２を軸方向から見たときのスロット２３の略コ字形状の内面形状に倣うように、コ字形状に折り曲げられた折り曲げ成形品である。すなわち、絶縁紙４は、図３に示すように、ステータコア２の径方向に延びるスロット２３の内面に沿う一対の径方向部４１，４１と、径方向部４１，４１の径方向外側の端部同士をステータコア２の周方向に沿って連結する周方向部４２と、を有する。

スロット２３内に挿入された絶縁紙４は、カフス部４ａを有する。カフス部４ａは、絶縁紙４の径方向部４１，４１及び周方向部４２がステータコア２の軸方向に延長されてスロット２３からはみ出し、ステータコア２の軸方向の端面２ａから外側に突出する部位である。図３は、ステータコア２の一方の端面２ａからはみ出した絶縁紙４の一方のカフス部４ａのみを示すが、カフス部４ａは、ステータコア２の軸方向の両方の端面２ａ，２ａからそれぞれはみ出している。

ステータコア２に円環状に装着されるコイル３は、図４に示すように、断面形状が略矩形状の平角導線３１によって形成される長尺帯状のコイルである。平角導線３１は、例えば、銅、アルミニウム等の導電性の高い金属によって形成される。

コイル３は、複数の直状部３２と複数のコイルエンド部３３とを有する。直状部３２は、ステータコア２のスロット２３内に挿入される部位であり、それぞれ略直線状に延びて一定の間隔で平行に配置される。コイルエンド部３３は、直状部３２よりもコイル３の側端寄りの位置にそれぞれ配置され、隣り合う直状部３２の一方端部同士と他方端部同士とを山型状に交互に連結する。コイルエンド部３３は、コイル３がステータコア２のスロット２３に装着された際に、スロット２３からステータコア２の軸方向にそれぞれ突出するように配置される部位である。本実施形態のコイル３は、複数の直状部３２と複数のコイルエンド部３３とがそれぞれ折り曲げ形成された６本の平角導線３１を、直状部３２が一定の間隔で平行に並列するように束ねることによって、長尺帯状に形成される。

次に、ステータ１の製造方法について、図５～図８を参照して説明する。まず、図５～図７を参照して、絶縁紙４についてさらに詳しく説明する。図５及び図６に示すように、絶縁紙４は、矩形状の原紙１０１をコ字形状に折り曲げることによって形成される。原紙１０１は、ロール状に巻回された原紙ロール１００から巻き戻され、所定の長さに切断されることによって形成される。

原紙１０１は、それまでロール状に巻回されていたことによって、図５に示すように、円弧状に湾曲しようとする巻き癖を有する。巻き癖は、ロール状の巻回方向に沿う方向に発生する。円弧状の原紙１０１における凹面１０１ａは、原紙１０１が原紙ロール１００に巻回されていたときに内面側に配置される面（原紙ロール１００の径方向内側に配置される面）である。図５及び図６中のＤ方向は、円弧状の巻き癖が曲率を有する方向を示す。このＤ方向は、原紙１０１が原紙ロール１００から巻き戻される方向に沿っている。また、Ｄ方向は、絶縁紙４がスロット２３に挿入された際に、スロット２３の軸方向に沿う方向でもある。切断された１枚の原紙１０１のＤ方向に沿う長さは、スロット２３の軸方向に沿う長さよりも長い。

原紙１０１は、一対の折り曲げ線Ｌ，Ｌに沿って、巻き癖の凹面１０１ａ側が背面になるように、スロット２３の内面形状に沿うようにコ字形状に折り曲げられる（絶縁紙折り曲げ工程）。

詳しくは、図６に示すように、原紙１０１における一対の折り曲げ線Ｌ，Ｌの外側端部１０１ｂ，１０１ｂが、それぞれ凹面１０１ａと反対側に向けて折り曲げられる。一対の折り曲げ線Ｌ，Ｌは、円弧状の巻き癖を有する原紙１０１における曲率を有する方向に沿って平行に延びている。一対の折り曲げ線Ｌ，Ｌの間隔Ｗ１は、スロット２３の周方向の幅Ｗ１１（図８参照）に略等しい。外側端部１０１ｂ，１０１ｂの折り曲げ線Ｌ，Ｌからの長さＷ２，Ｗ２は、スロット２３の径方向の深さＷ１２（図８参照）に略等しい。

なお、折り曲げ線Ｌ，Ｌは、原紙１０１の折り曲げに際して、原紙１０１に仮想的に設定される線であってよい。また、折り曲げ線Ｌ，Ｌは、原紙１０１を折り曲げる位置の目安となるものであり、必ずしも、原紙１０１が折り曲げ線Ｌ，Ｌに沿って明確な折り目を形成するように折り曲げられなくてもよい。

以上のように原紙１０１を折り曲げることによって、図７に示すように、コ字形状の絶縁紙４が形成される。折り曲げ線Ｌ，Ｌで折り曲げられた一対の外側端部１０１ｂ，１０１ｂは、絶縁紙４の径方向部４１，４１を構成する。折り曲げ線Ｌ，Ｌの間は、絶縁紙４の周方向部４２を構成する。コ字形状の絶縁紙４は、一対の径方向部４１，４１の先端側（周方向部４２と反対側）が開口する形状を有する。

絶縁紙４は、円弧状の巻き癖の凹面１０１ａ側が背面となるように折り曲げられているため、円弧状の巻き癖に起因して、背面である周方向部４２が、Ｄ方向に沿って径方向部４１，４１の折り曲げ側と反対側に向けて反ろうとする力が働く。その結果、絶縁紙４は、一対の径方向部４１，４１が互いに背反する外方Ｅ，Ｅに開こうとする開き癖を有する。この外方Ｅは、ステータコア２の周方向に沿う方向である。

次に、図８に示すように、スロット２３へのコイル３の挿入前に、スロット２３にそれぞれ絶縁紙４が挿入される（絶縁紙挿入工程）。絶縁紙４は、開口側がスロット２３の開口部２３ａ側に配置されるように、絶縁紙４の周方向部４２側を先頭にして、スロット２３に対して径方向内側から外側に向けて挿入される。スロット２３内に挿入された絶縁紙４の径方向内側の先端部４ｂ，４ｂの位置は、スロット２３の開口部２３ａの位置に略一致する。スロット２３内の絶縁紙４は、一対の径方向部４１，４１が互いに背反する外方Ｅ，Ｅに開こうとする開き癖を有するため、絶縁紙４の径方向部４１，４１は、スロット２３の径方向に延びる内面２３ｂ，２３ｂに密接する。これによって、絶縁紙４は、スロット２３内に自己保持されるとともに、スロット２３内での絶縁紙４の内反りが防止される。

Ｄ方向に沿う原紙１０１の長さは、スロット２３の軸方向に沿う長さよりも長いため、
スロット２３内に挿入された絶縁紙４は、図３に示すように、ステータコア２の軸方向の端面２ａから突出するカフス部４ａを有する。このカフス部４ａは、従来のようにカフス折りされたものではなく、絶縁紙４の径方向部４１，４１及び周方向部４２の端部がそのまま延長されただけの部位である。そのため、絶縁紙４は、スロット２３の軸方向の端縁２３ｃ（図３参照）におけるコイル３との間の絶縁を容易に図ることが可能である。

絶縁紙４がスロット２３内に挿入された後、スロット２３内の絶縁紙４の内部へ、絶縁紙４の開口側からコイル３の直状部３２が挿入される（コイル挿入工程）。コイル３は、図示しないが、予め、ステータコア２の軸孔２１よりも小径の円環状に巻回されて軸孔２１内に挿入される。直状部３２は、軸孔２１内の円環状のコイル３が径方向外側に向けて拡径することによって、スロット２３の開口部２３ａを通って、絶縁紙４の内部に挿入される。このとき、スロット２３内の絶縁紙４の径方向部４１，４１は、原紙１０１の円弧状の巻き癖に由来する外方Ｅ，Ｅの開き癖によって、スロット２３の内面２３ｂ，２３ｂに密接するように配置されるため、絶縁紙４と直状部３２とが引っ掛かることによって直状部３２の挿入を妨げるようなことはない。そのため、コイル３の直状部３２のスロット２３への挿入を円滑に行うことができ、コイル挿入作業の作業効率が高められる。その後、コイル３の全ての直状部３２がスロット２３内に挿入されることによって、図１に示すステータ１が完成する。

以上のように、本実施形態のステータ１は、複数のスロット２３を有するステータコア２と、スロット２３内に絶縁紙４を介して挿入されるコイル３と、を有する。絶縁紙４は、円弧状の巻き癖を有する原紙１０１を、曲率を有するＤ方向に延びる折り曲げ線Ｌ，Ｌに沿って、凹面１０１ａ側が背面になるように、スロット２３の内面形状に沿うコ字形状に折り曲げられた折り曲げ成形品からなり、開口側が外方Ｅ，Ｅに開く開き癖を有する。これによれば、絶縁紙４は、原紙１０１が有する円弧状の巻き癖を有効に利用できるとともに、スロット２３の内面２３ｂ，２３ｂに沿って自己保持される。そのため、スロット２３内での絶縁紙４の内反りを防止でき、スロット２３内へのコイル３の直状部３２を円滑に挿入可能な、コイル挿入作業の作業効率の高いステータ１を提供することができる。

本実施形態のステータコア２の軸方向に沿う絶縁紙４の両端部は、ステータコア２の軸方向の端面２ａからそれぞれ突出している。これによれば、絶縁紙４をカフス折りすることなく、スロット２３の軸方向の端縁２３ｃにおけるコイル３との間の絶縁を容易に図ることが可能である。

また、本実施形態のステータ１の製造方法は、複数のスロット２３を有するステータコア２と、スロット２３内に絶縁紙４を介して挿入されるコイル３と、を有するステータ１の製造方法である。円弧状の巻き癖を有する原紙１０１を、曲率を有するＤ方向に延びる折り曲げ線Ｌ，Ｌに沿って、凹面１０１ａ側が背面になるように、スロット２３の内面形状に沿うコ字形状に折り曲げることによって、絶縁紙４を形成する絶縁紙折り曲げ工程と、スロット２３へのコイル３の直状部３２の挿入前に、スロット２３に絶縁紙４を挿入する絶縁紙挿入工程と、スロット２３内の絶縁紙４の内部へ、絶縁紙４の開口側からコイル３の直状部３２を挿入するコイル挿入工程と、を有する。これによれば、絶縁紙４の原紙１０１の円弧状の巻き癖を有効に利用できるとともに、絶縁紙４がスロット２３の内面２３ｂに沿って自己保持される。そのため、スロット２３内での絶縁紙４の内反りを防止でき、スロット２３内へのコイル３の直状部３２を円滑に挿入可能な、コイル挿入作業の作業効率の高いステータ１を容易に製造可能である。

図９～図１１は、他の実施形態に係るステータのステータコア２及び絶縁紙４を示している。このステータコア２のスロット２３は、図９に示すように、開口部２３ａに、開口幅を広げるテーパ部２３ｄ，２３ｄを有する。すなわち、スロット２３の周方向に沿う幅は、径方向内側の開口部２３ａにおいて最も広くなるように形成される。

このステータコア２のスロット２３内に挿入される絶縁紙４は、図５及び図６に示したとおりの方法によって、原紙１０１から折り曲げられることによって形成される。しかし、図１０に示すように、開口側の先端部４ｂ，４ｂには、スロット２３のテーパ部２３ｄ，２３ｄに沿って外方Ｅ，Ｅに向けて折り曲げられた外曲げ部４３，４３をそれぞれ有する。外曲げ部４３，４３は、図６に示す原紙１０１における一対の折り曲げ線Ｌ，Ｌの外側端部１０１ｂ，１０１ｂを折り曲げる前又は後に、一対の折り曲げ線Ｌ，Ｌよりも外側を、折り曲げ線Ｌ，Ｌと平行な折り曲げ線（図示せず）に沿って、凹面１０１ａ側に向けて折り曲げることによって形成される。

この外曲げ部４３，４３を有する絶縁紙４がスロット２３内に挿入されると、図１１に示すように、絶縁紙４の径方向部４１，４１が外方Ｅ，Ｅに開く開き癖を有することによって、外曲げ部４３，４３は、スロット２３のテーパ部２３ｄ，２３ｄに密接する。これによって、絶縁紙４は、ステータコア２の軸孔２１に向けて広く開口するため、コイル３の直状部３２の挿入時に、絶縁紙４の形状ばらつきによるコイル３の直状部３２と絶縁紙４との引っ掛かりを防止することができる。なお、この場合においても、スロット２３内に挿入された絶縁紙４の径方向内側の先端部４ｂ，４ｂの位置は、スロット２３の開口部２３ａの位置に略一致する。

このように、本実施形態のスロット２３は、ステータ１のステータコア２の径方向に開口する開口部２３ａに、開口幅を広げるテーパ部２３ｄを有する。絶縁紙４は、開口側の先端部４ｂ，４ｂに、テーパ部２３ｄ，２３ｄに沿って外方Ｅ，Ｅに向けて折り曲げられた外曲げ部４３，４３をそれぞれ有する。これによれば、スロット２３のテーパ部２３ｄ，２３ｄに沿う絶縁紙４の外曲げ部４３，４３によって、コイル３の直状部３２の挿入時に、絶縁紙４の形状ばらつきによるコイル３の直状部３２と絶縁紙４との引っ掛かりを防止できる。そのため、コイル３の直状部３２をスロット内により円滑に挿入可能であり、コイル挿入作業の作業効率をより高めることができる。

以上の実施形態では、絶縁紙４は、ステータコア２の軸方向から見て、スロット２３の内面形状に沿ってコ字状に折り曲げられているが、絶縁紙４の形状はこれに限定されず、スロット２３の内面形状等に応じて適宜変更することができる。例えば、絶縁紙４は、ステータコア２の軸方向から見て、Ｕ字形状、Ｖ字形状等に折り曲げられていてもよい。

以上の実施形態では、ステータコア２のスロット２３は、内周側に開口するように設けられるが、スロット２３は、ステータコア２の外周側に開口するように設けられてもよい。

１ ステータ
２ ステータコア
２ａ 端面
２３ スロット
２３ａ 開口部
２３ｄ テーパ部
３ コイル
４ 絶縁紙
４ｄ 先端部
４３ 外曲げ部
１０１ 原紙
１０１ａ 凹面
Ｄ 曲率を有する方向
Ｅ 外方
Ｌ 折り曲げ線

Claims (4)

1. 複数のスロットを有するステータコアと、前記スロット内に絶縁紙を介して挿入されるコイルと、を有するステータであって、
   前記絶縁紙は、円弧状の巻き癖を有する原紙を、曲率を有する方向に延びる折り曲げ線に沿って、凹面側が背面になるように折り曲げられた折り曲げ成形品からなり、開口側が外方に開く開き癖を有する、ステータ。
2. 前記スロットは、前記ステータコアの径方向に開口する開口部に、開口幅を広げるテーパ部を有し、
   前記絶縁紙は、前記開口側の先端部に、前記テーパ部に沿って外方に折り曲げられた外曲げ部を有する、請求項１に記載のステータ。
3. 前記ステータコアの軸方向に沿う前記絶縁紙の両端部は、前記ステータコアの軸方向の端面からそれぞれ突出している、請求項１又は２に記載のステータ。
4. 複数のスロットを有するステータコアと、前記スロット内に絶縁紙を介して挿入されるコイルと、を有するステータの製造方法であって、
   円弧状の巻き癖を有する原紙を、曲率を有する方向に延びる折り曲げ線に沿って、凹面側が背面になるように折り曲げることによって、前記絶縁紙を形成する絶縁紙折り曲げ工程と、
   前記スロットへの前記コイルの挿入前に、前記スロットに前記絶縁紙を挿入する絶縁紙挿入工程と、
   前記スロット内の前記絶縁紙の内部へ、前記絶縁紙の開口側から前記コイルを挿入するコイル挿入工程と、を有する、ステータの製造方法。

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