JP7347323B2 - 電機子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、鉄心と当該鉄心に組み付けられた導体とを有する電機子の製造方法に関する。

従来、この種の電機子として、例えば特許文献１に示すような固定子が知られている。こうした固定子は、複数の固定子スロット（スリット）が形成された固定子鉄心と、２つの固定子スロットにＵ字状のセグメント導体を跨ぐように挿入してセグメント導体の端部同士を接続することによって固定子鉄心に巻回された固定子巻線とを備えている。

特開２０１６－１５８３４６号公報

ところで、上述のような固定子では、固定子巻線を構成するＵ字状のセグメント導体が予め形成された状態で固定子鉄心の固定子スロットに挿入された構成になっている。このため、セグメント導体と固定子スロットの内面との間に必ず隙間が形成されるので、固定子スロット内でのセグメント導体の占積率を向上する上では改善の余地を残すものとなっている。

本発明は、このような従来技術に存在する問題点に着目してなされた。その目的は、鉄心のスリット内での導体の占積率を効果的に向上することができる電機子の製造方法を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決する電機子の製造方法は、中心線の延びる方向に貫通する複数のスリットが設けられた鉄心と、複数の前記スリットに挿入されるようにして前記鉄心に組み付けられた導体と、を備えた電機子の製造方法であって、金属製の中空部材を前記スリットに挿入するようにして前記鉄心に組み付けることと、前記スリットに挿入した状態の前記中空部材内に溶融させた状態の金属材料を圧入し、前記金属材料を前記中空部材内に充填することで前記金属材料の圧力により複数の前記中空部材を膨張させることと、前記金属材料が充填された状態の複数の前記中空部材同士を電気的に接続することによって前記導体を形成することと、を備えたことを要旨とする。

この構成によれば、中空部材の膨張により、鉄心のスリットの内面と導体との間の隙間を効果的に低減できる。このため、鉄心のスリット内での導体の占積率を効果的に向上することができる。

一実施形態のステータの斜視図。 ステータの側断面図。 図２の要部拡大図。 ベース巻線部を示す斜視図。 図４の断面拡大図。 ベース巻線部をステータコアに組み付けるときの状態を示す斜視図。 ベース巻線部をステータコアに組み付けたときの状態を示す要部拡大断面図。 ベース巻線部内に溶融状態のアルミニウムを圧入するときの状態を示す要部拡大断面図。

以下、電機子の一実施形態を図面に従って説明する。
図１及び図２に示すように、本実施形態における電機子の一例としてのステータ２０は、三相電動機の固定子であり、略円筒状をなしている。ステータ２０は、鉄心の一例としてのステータコア２１と、導体の一例としてのステータコイル２２とを備えている。ステータコア２１は、円環状の金属板が複数枚（例えば数百枚）積層された積層構造をなしている。

ステータコア２１には、その中心線Ｌが延びる方向に貫通するスリット２３が複数（本実施形態では４８本）設けられている。各スリット２３は、ステータコア２１の内周面において開口するとともにステータコア２１の径方向に延びている。つまり、各スリット２３は、ステータコア２１の中心線Ｌが延びる方向の両側とステータコア２１の中心側が開口している。

各スリット２３は、ステータコア２１の中心線Ｌが延びる方向から見てステータコア２１の径方向に延びる矩形状をなしており、ステータコア２１の周方向において等間隔で並ぶように配置されている。ステータコイル２２は、ステータコア２１の複数のスリット２３に挿入されるようにしてステータコア２１に巻回された状態で組み付けられている。ステータコア２１には、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、及びＷ相コイルに対応する三本のステータコイル２２が設けられている。

図２及び図３に示すように、各ステータコイル２２は、断面視で矩形状をなしており、金属（本実施形態ではアルミニウム）によって形成されている。各ステータコイル２２の表面には、図示しない絶縁性の被覆層が設けられている。この被覆層により、スリット２３内でステータコア２１の径方向において隣接するステータコイル２２同士の間と、各ステータコイル２２とステータコア２１（スリット２３の内面）との間とが絶縁されている。

次に、上述のように構成されたステータ２０の製造方法を作用として説明する。
図２及び図４に示すように、ステータ２０を製造する場合には、まず、複数のスリット２３が設けられたステータコア２１を用意するとともに、ステータコイル２２を構成する中空部材の一例としての複数のベース巻線部３０を形成する。ベース巻線部３０は、金属製（本実施形態ではアルミニウム製）であり、平行に延びる２本の直線部３１と、これらの直線部３１の一端部同士を繋ぐように湾曲して延びる湾曲部３２とを有した略Ｕ字状をなしている。

図４及び図５に示すように、ベース巻線部３０は、矩形管状で延びる中空構造をなしている。ベース巻線部３０には、部分的に他の部位よりも壁部３３の厚さが薄い薄肉部３４を有している。すなわち、ベース巻線部３０は、断面視で矩形状をなし、断面視における４つの角部に薄肉部３４が設けられている。ベース巻線部３０の外周面には、上記した図示しない絶縁性の被覆層が設けられている。

図６及び図７に示すように、引き続き、複数のベース巻線部３０をスリット２３に挿入するようにしてステータコア２１に組み付ける。すなわち、ベース巻線部３０の直線部３１をステータコア２１における対応するスリット２３にそれぞれ差し込む。この場合、各ベース巻線部３０の一対の直線部３１を２つのスリット２３に跨がるようにして挿入する。

このようにして全て（図６にはベース巻線部３０を１つのみ図示している）のベース巻線部３０をステータコア２１に組み付ける。そして、全てのベース巻線部３０をステータコア２１に組み付けた状態では、図７に示すように、スリット２３の内面と各ベース巻線部３０の外周面との間には、隙間が形成される。

図８に示すように、引き続き、金型装置４０の注入口４１を介して、ベース巻線部３０の直線部３１の先端開口からベース巻線部３０内に溶融状態の金属材料（本実施形態ではアルミニウム）を圧入するという態様で、アルミダイカスト鋳造を行う。

詳しくは、アルミダイカスト鋳造用の金型装置４０の内部に、複数のベース巻線部３０が組み付けられた状態のステータコア２１を配置する。金型装置４０は、注入口４１を介して複数のベース巻線部３０の直線部３１の先端開口からベース巻線部３０内に溶融状態のアルミニウムを圧入可能な態様で直線部３１の先端開口を塞ぐ形状をなしている。

そして、ステータコア２１のスリット２３に挿入した状態の全てのベース巻線部３０内に直線部３１の先端開口から溶融させた状態のアルミニウムを圧入して当該アルミニウムをベース巻線部３０内に充填する。そして、この充填されたアルミニウムの圧力により各ベース巻線部３０を膨張させる。この場合、ベース巻線部３０を構成する金属材料及びベース巻線部３０内に圧入される金属材料は、共にアルミニウムであるため、互いに溶け合って馴染むようになる。

さらにこの場合、各ベース巻線部３０は、断面視で矩形状をなし且つ断面視における４つの角部に薄肉部３４が設けられているため、内部へのアルミニウムの充填によって膨張される際に薄肉部３４から優先的に膨張される。このため、各ベース巻線部３０は断面視で矩形状を保ちながら膨張するので、図３に示すように、ステータコイル２２の外周面と、ステータコア２１の中心線Ｌが延びる方向から見て矩形状をなすスリット２３の内面との間の隙間が好適に埋められる。したがって、ステータコア２１のスリット２３内でのステータコイル２２の占積率が効果的に向上される。

引き続き、内部にアルミニウムが充填された状態の複数のベース巻線部３０が冷えて内部のアルミニウムが固まった後には、複数のベース巻線部３０の直線部３１における先端側の部分を予め定められた所定形状になるようにそれぞれ曲げる。その後、内部にアルミニウムが充填された状態の複数のベース巻線部３０によって一本のステータコイル２２が形成されるように、内部にアルミニウムが充填された状態の複数のベース巻線部３０の直線部３１の先端同士をそれぞれ例えば溶接などによって適宜に電気的に接続する。

これにより、ステータコア２１にステータコイル２２が組み付けられる。すなわち、ステータコア２１にステータコイル２２が組み付けられたステータ２０が製造される。
以上詳述した実施形態によれば、次のような効果が発揮される。

（１）ステータ２０の製造方法は、複数のベース巻線部３０をスリット２３に挿入するようにしてステータコア２１に組み付けることと、ステータコア２１のスリット２３に挿入した状態の全てのベース巻線部３０内に溶融させた状態のアルミニウムを圧入し、当該アルミニウムをベース巻線部３０内に充填することで当該アルミニウムの圧力により各ベース巻線部３０を膨張させることと、当該アルミニウムが充填された状態のベース巻線部３０同士を電気的に接続することによってステータコイル２２を形成することと、を備えている。この構成によれば、ベース巻線部３０の膨張により、ステータコア２１のスリット２３の内面とステータコイル２２の外周面との間の隙間を効果的に低減できる。このため、ステータコア２１のスリット２３内でのステータコイル２２の占積率を効果的に向上することができる。この結果、ステータコイル２２の断面積が大きくなって抵抗が下がるので、銅損の低減に貢献できる。

（２）ステータ２０の製造方法において、ベース巻線部３０には、部分的に他の部位よりも壁部３３の厚さが薄い薄肉部３４が設けられている。この構成によれば、ベース巻線部３０に他の部位よりも膨張し易い薄肉部３４を適宜設けることで、ベース巻線部３０に溶融させた状態のアルミニウムを圧入したときのベース巻線部３０の膨張状態を制御することができる。

（３）ステータ２０の製造方法において、ベース巻線部３０は、断面視で矩形状をなし、断面視における４つの角部に薄肉部３４が設けられている。この構成によれば、ベース巻線部３０に溶融させた状態のアルミニウムを圧入するときの圧力によってベース巻線部３０の角部が優先的に膨張するため、ベース巻線部３０の断面視での矩形状を維持しながらベース巻線部３０をバランスよく膨張させることができる。

（変更例）
なお、上記実施形態は次のように変更してもよい。
・ベース巻線部３０は、必ずしも断面視で矩形状をなしている必要はない。すなわち、ベース巻線部３０は、断面視で、例えば、三角形状や六角形状などの矩形状以外の多角形状であってもよいし、円形状や楕円形状であってもよい。

・ベース巻線部３０は、必ずしも断面視における角部に薄肉部３４を設ける必要はない。すなわち、ベース巻線部３０は、例えば断面視における角部以外の辺部に薄肉部３４を設けるようにしてもよい。

・ベース巻線部３０は、必ずしも断面視における４つの角部の全てに薄肉部３４を設ける必要はない。すなわち、ベース巻線部３０は、例えば、断面視における４つの角部のうち、３つの角部のみに薄肉部３４を設けるようにしてもよいし、２つの角部のみに薄肉部３４を設けるようにしてもよいし、１つの角部のみに薄肉部３４を設けるようにしてもよい。

・ベース巻線部３０を構成する金属材料及びベース巻線部３０内に圧入される金属材料は、アルミニウムに限らず、例えば銅であってもよい。
・ベース巻線部３０を構成する金属材料及びベース巻線部３０内に圧入される金属材料は、互いに異なっていてもよい。例えば、ベース巻線部３０を構成する金属材料を銅にし、ベース巻線部３０内に圧入される金属材料をアルミニウムにしてもよい。

・上記実施形態にかかる電機子は、三相電動機に限らず、単相電動機にも適用可能である。また上記実施形態にかかる電機子は、ブラシ式の電動機の回転子（ロータ）にも適用することができる。その他、発電機の電機子にも、上記実施形態にかかる電機子は適用可能である。

２０…電機子の一例としてのステータ
２１…鉄心の一例としてのステータコア
２２…導体の一例としてのステータコイル
２３…スリット
３０…中空部材の一例としてのベース巻線部
３１…直線部
３２…湾曲部
３３…壁部
３４…薄肉部
４０…金型装置
４１…注入口
Ｌ…中心線

Claims (3)

1. 中心線の延びる方向に貫通する複数のスリットが設けられた鉄心と、
   複数の前記スリットに挿入されるようにして前記鉄心に組み付けられた導体と、
   を備えた電機子の製造方法であって、
   金属製の中空部材を前記スリットに挿入するようにして前記鉄心に組み付けることと、
   前記スリットに挿入した状態の前記中空部材内に溶融させた状態の金属材料を圧入し、前記金属材料を前記中空部材内に充填することで前記金属材料の圧力により複数の前記中空部材を膨張させることと、
   前記金属材料が充填された状態の複数の前記中空部材同士を電気的に接続することによって前記導体を形成することと、
   を備えたことを特徴とする電機子の製造方法。
2. 前記中空部材には、部分的に他の部位よりも壁部の厚さが薄い薄肉部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電機子の製造方法。
3. 前記中空部材は、断面視で多角形状をなし、断面視における角部に前記薄肉部が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の電機子の製造方法。