JPWO2012127658A1

JPWO2012127658A1 - コアの巻線方法及びステータ

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Publication number: JPWO2012127658A1
Application number: JP2013505727A
Authority: JP
Inventors: 大輔司城; 崇裕田中; 秋田　裕之; 裕之秋田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-03-23
Filing date: 2011-03-23
Publication date: 2014-07-24
Also published as: WO2012127658A1; CN103444057A; KR20130124564A; DE112011105077T5; TW201240283A; TWI491146B; US9444300B2; US20140009028A1

Abstract

アーチ状のヨーク部（１２）と、ティース部（１１）と、ティース先端部（１３）を有するコア（１）に、巻線導体（４）を供給するノズル（３）を周回させて巻線する方法であって、ヨーク部（１２）の内周部の円弧とその弦で囲まれた弓形領域（１４）へ巻線する場合に、コア（１）の端面に巻線するときは、ノズル（３）が弓形領域（１４）の弦を基準としてティース先端部側からヨーク部側に向かって凸状の軌跡を描くように移動して巻線する工程と、コア（１）の側面に巻線するときは、ノズル（３）が弓形領域（１４）の弦を基準としてヨーク部側からティース先端部側に復帰した後、コア（１）の側面に沿って移動して巻線する工程とを含むものである。

Description

この発明は、アーチ状のヨーク部と、上記ヨーク部の中央部から内周方向に向けて突設するティース部を有するコアに巻線導体を巻線するコアの巻線方法、及び上記コアの巻線方法で製造されたステータに関するものである。

巻線導体のターン数を増すために、コアのヨーク部をアーチ状にして、このヨーク部の内周部の円弧と当該円弧両端を結ぶ弦とで囲まれた弓形領域に巻線導体を巻線し、巻線導体を収納する領域を拡大する場合がある。
通常のコアの巻線方法では、アーチ状のヨーク部の内周部の円弧とその弦に囲まれる弓形領域に巻線する際、ノズルがヨーク部と干渉するため、ノズル先端をティース部に近づけることができず、位置精度良く巻線を配置することができない。そのため、コアに巻線導体を高い占積率で巻線するのは困難である。
そこで、上記弓形領域へ巻線導体を整列配置する方法の一つとして、ノズルを逐次傾けながら巻線する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

上記特許文献１の分割コアの巻線方法は、分割コアの鉄心部の側面（分割コアを構成する鋼板の積層面または鋼板の積層方向に沿う面）に対して巻線導体を巻き付ける際に、ノズルと分割コアと干渉しないように継鉄部、鉄心部及び磁極片部の中心を通る中心面に対するノズルの角度θを定める。そして継鉄部と磁極片部との間に形成される空間を埋めるように鉄心部に巻線導体を巻き付けて巻線部を形成する。

特開平１０−１３６６２０号公報（段落［００２４］、図１）

上記従来の分割コアの巻線方法は、複数の形状のコアに対応させようとすると、巻線装置のノズルの動作部は、ノズルを相互に直交する３軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）に移動させるだけではなくノズルを傾けるためにθ軸方向に移動させる機構が必要となり、設備の大型化や設備費が増大する問題がある。
また、ノズルの必要な動作範囲が大きくなるため、ノズルの動作範囲の制約が分割型コアに比べて多い連結型コアや一体型コアに対して適用するのが困難である。
さらに、巻線導体を切断すること無く複数のティース部に連続して巻線する場合は、ノズル動作範囲を確保するために、複数の分割型コアをある程度離間して巻線装置にセットする必要がある。そのため、隣接する分割型コア間を渡る巻線導体が必要以上に長くなり、分割型コアを組み合わせてステータを組み立てる際に、この渡り巻線導体を位置固定する工数が追加され、製造工程及び製造コストが増大する問題がある。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、ノズルの周回軌道やインシュレータの形状の工夫により、ノズルが互いに直交するｘ軸、ｙ軸、ｚ軸方向に移動する汎用巻線機を用いて、アーチ状のヨーク部を有するコアへ巻線することができ、巻線導体のターン数及び巻線導体の占積率を高めることを目的とする。

第１の発明に係るコアの巻線方法は、アーチ状のヨーク部と、上記ヨーク部の中央部から内周方向に向けて突設するティース部と、上記ティース部の先端に接続されているティース先端部を有するコアに、巻線導体を供給するノズルを周回させて巻線するコアの巻線方法であって、
上記ヨーク部の内周部の円弧とその弦で囲まれた弓形領域へ巻線する場合に、
上記コアの端面に巻線するときは、上記ノズルが上記弓形領域の弦を基準として上記ティース先端部側から上記ヨーク部側に向かって凸状の軌跡を描くように移動して上記巻線導体を巻線する工程と、
上記コアの側面に巻線するときは、上記ノズルが上記弓形領域の弦を基準として上記ヨーク部側から上記ティース先端部側に復帰した後、上記コアの側面に沿って移動して上記巻線導体を巻線する工程とを含むものである。

第２の発明に係るステータは、インシュレータを装着して巻線導体を巻線したコアを複数個環状に組み立てたものにおいて、
上記コアは、アーチ状のヨーク部と、上記ヨーク部の中央部から内周方向に向けて突設するティース部と、上記ティース部の先端に接続されているティース先端部を有し、
上記インシュレータは、上記ティース部の少なくとも端面上に位置する巻枠部と、上記ヨーク部の少なくとも端面上に位置し、その周方向両端面が上記巻枠部の端面より上記コアの端面側に位置する基部と、上記ティース先端部の少なくとも端面上に位置する巻枠先端部を有し、
上記巻線導体は、上記コア及び上記インシュレータの巻枠部の少なくとも上記弓形領域に巻線されている。

第３の発明に係るステータは、インシュレータを装着して巻線導体を巻線したコアを複数個環状に組み立てたものにおいて、
上記コアは、アーチ状のヨーク部と、上記ヨーク部の中央部から内周方向に向けて突設するティース部と、上記ティース部の先端に接続されているティース先端部を有し、
上記インシュレータは、上記ヨーク部の少なくとも端面上に位置する基部と、上記ティース部の少なくとも端面上に位置し、上記基部の内周側の円弧とその弦で囲まれた弓形領域に上記巻線導体の位置を定めるための溝を少なくとも１個設けた巻枠部と、上記ティース先端部の少なくとも端面上に位置する巻枠先端部を有し、
上記巻線導体は、上記コア及び上記インシュレータの巻枠部の少なくとも上記弓形領域に巻線されている。

この発明によれば、ノズルが互いに直交するｘ軸、ｙ軸、ｚ軸方向に移動する汎用巻線機を用いて、アーチ状のヨーク部を有するコアの弓形領域に巻線導体を整列巻線することができる。そのため、巻線導体のターン数と巻線導体の占積率を高めることができ、また、巻線のための設備コストを抑制することが可能となる。

この発明の実施の形態による分割型コアとインシュレータの形状を示す正面図および斜視図である。この発明の実施の形態１によるコアの巻線方法を説明するための図である。この発明の実施の形態１によるコアの巻線方法を説明するための図である。この発明の実施の形態１によるコアの巻線方法を説明するための図である。この発明の実施の形態１によるコアの巻線方法を説明するための図である。この発明の実施の形態１によるコアの巻線方法を説明するための図である。この発明の実施の形態１によるコアの巻線方法を説明するための図である。この発明の実施の形態１によるコアの巻線方法を説明するための図である。この発明の実施の形態により製造されたステータを示す図である。この発明の実施の形態２によるコアの巻線方法を説明するための図である。この発明の実施の形態２によるコアの巻線方法を説明するための図である。この発明の実施の形態２によるコアの巻線方法を説明するための図である。この発明の実施の形態２によるコアの巻線方法を説明するための図である。

実施の形態１．
図１（ａ）及び（ｂ）はこの発明の実施の形態による分割型コアとインシュレータの形状を示す正面図および斜視図である。図２〜図８はこの発明の実施の形態１によるコアの巻線方法を説明するための図である。

分割型コア１は、プレス金型を用いて珪素鋼板等を同形状に打抜いた後、打ち抜いた鋼板を複数枚積層して構成したものである。積層した鋼板間の固定手段としては、溶接や、接着、カシメ加工などを用いる。この分割型コア１は、外周方向に凸形状となるアーチ状のヨーク部１２と、上記ヨーク部１２の中央部から内周方向に向けて突設し、巻線導体４が巻回されるティース部１１と、上記ティース部１１の先端に接続されているティース先端部１３を有する。そして、複数個の分割型コア１のそれぞれのヨーク部１２を環状に組み合わせることによりステータを構成する。

分割型コア１と巻線導体４の電気的絶縁を確保するために、分割型コア１の少なくとも両端面を覆う形状のインシュレータ２が一対取り付けられる。図１（ａ）に示すように、分割型コア１のティース部１１やヨーク部１２を正面から見たときのインシュレータ２は、分割型コア１を正面から見たときとほぼ同形状である。そして、インシュレータ２は、分割型コア１のティース部１１の少なくとも端面上に位置し巻線導体４が巻回される巻枠部２１と、分割型コア１のヨーク部１２の少なくとも端面上に位置する基部２２と、分割型コア１のティース先端部１３の少なくとも端面上に位置する巻枠先端部２３を有する。

インシュレータ２の巻枠部２１は、巻線導体４を定位置に保持するために、ヨーク部１２の内周側の円弧と当該円弧の両端を結ぶ弦で囲まれた弓形領域１４に、巻線導体４の巻線径に相当する巻線溝２４を有している。また、インシュレータ２の基部２２又は巻枠先端部２３は、巻き始めの巻線導体４を導入するために、基部側導入溝２５又は巻枠先端部側導入溝２６を有している。さらに、インシュレータ２の基部２２の周方向端部によりノズル３の移動が干渉されるのを防ぐために、インシュレータ２の基部２２の周方向両端面には、巻枠部２１の端面より分割型コア１の端面側に位置するように設けられた凹部２７を有する。
また、図１（ａ）において、下記で説明する巻線過程において分割型コア１の端面に巻線導体４を巻回する場合のノズル３の軌跡３１を図示している。

次に、本実施の形態によるコアの巻線方法を、図２〜図８に基づいて説明する。図２〜図８において、左側に示した図（ａ）はインシュレータが取り付けられた分割型コアを図１（ａ）と同方向から見た正面図、右側に示した図（ｂ）は図（ａ）の側面図である。
図２〜図８において、巻線導体４を供給するノズル３の移動方向を示すために、分割型コア１の中心を基点として相互に直交する３軸であるｘ軸、ｙ軸、ｚ軸方向をそれぞれ図中に示す。ｘ軸方向は分割型コア１の外周側から内周側に向かう方向、ｙ軸方向は分割型コア１の幅方向（周方向）、ｚ軸方向は分割型コア１の軸長方向を示す。そして、分割型コア１の−ｚ軸方向側の端面を第１端面、＋ｚ軸方向側の端面を第２端面とする。

まず、図２に示すように、ノズル３を分割型コア１の−ｚ軸方向側の端面である第１端面に位置する。そして、ノズル３から供給される巻線導体４の端部をインシュレータ２の基部側導入溝２５に通した後、当該巻線導体４の端部を図示しないチャック装置にて把持する。そして、ノズル３を分割型コア１の側面に沿って＋ｚ軸方向へ移動する際にノズル３が分割型コア１およびインシュレータ２と干渉しないような位置に、ノズル３を移動させる。

次に、図３に示すように、ノズル３を分割型コア１の側面に沿って＋ｚ軸方向へほぼ直線状に移動させて巻線導体４の供給を開始する。ノズル３は、分割型コア１の第２端面側のインシュレータ２の端面より＋ｚ軸方向に所定の距離だけ離れた位置まで移動する。なお、図２及び図３のとき、ノズル３は、分割型コア１及びインシュレータ２と干渉しないように、上記の弓形領域１４の弦の位置からティース先端部側つまり図示上方側の位置にある。

次に、図４に示すように、インシュレータ２の基部２２に最も近い巻線溝２４に巻線導体４が配置されるように、ノズル３を移動させる。このとき、ノズル３は弓形領域１４の弦の位置からヨーク部側つまり図示下方側の位置に向かって移動する。

次に、図５に示すように、ノズル３を−ｙ軸方向へ移動させることで、インシュレータ２の巻枠部２１側面の基部２２に最も近い巻線溝２４へ巻線導体４を挿入する。

次に、図６に示すように、インシュレータ２の巻枠部２１の巻線溝２４へ巻線導体４を挿入するまで、ノズル３を−ｚ軸方向へ移動させる。このとき、ノズル３がインシュレータ２と干渉するのを回避するために、インシュレータ２にはノズル干渉防止のための凹部２７が設けられている。この凹部２７の端面は、＋ｚ軸方向において巻枠部２１の端面よりコア側に近い位置となる。

次に、図７に示すように、ノズル３が分割型コア１の側面に沿って−ｚ軸方向側のインシュレータ２まで移動する際に分割型コア１およびインシュレータ２と干渉しない位置に、ノズル３を移動させる。すなわち、ノズル３を弓形領域１４の弦よりティース先端部側の位置に移動させる。この際、すでにインシュレータ２の巻枠部２１上にある巻線は、巻枠部２１の巻線溝２４に挿入されており、定位置に保持されたままである。

上記の図３〜図７において、ティース部１１、ヨーク部１２およびティース先端部１３を正面から見たときのノズル３の軌跡が、弓形領域１４の弦の位置を基準として上記ティース先端部側から上記ヨーク部側に向かう凸状の軌跡となる。

次に、図８に示すように、ノズル３を分割型コア１の側面に沿って−ｚ軸方向側のインシュレータ２の第１端面側まで直線状に移動させる。
−ｚ軸方向側にあるインシュレータ２に対しても、前述同様の方法で巻線導体４を巻線する。そして、以上の工程を繰り返しながら、巻線導体４をインシュレータ２の巻枠先端部２３側へ向けて整列巻線する。

なお、インシュレータ２の弓形領域１４以外の巻枠部２１へ巻線する際は、上述の図４〜図７のノズル３の凸形状の軌跡を省略し、ノズル３を図３の位置から−ｙ軸方向へ直線移動させて図７の位置に移動させればよい。
また、インシュレータ２の巻枠先端部２３付近まで巻線して１層目の巻線が完了した後、２層目の巻線がインシュレータ２の基部２２側へ向けて開始される。そして、弓形領域１４へ再び巻線する際は、１層目の巻線がインシュレータの巻線溝同様の役目をするため、上述の図２〜図８の巻線方法によって、１層目同様に整列巻線を行うことが可能となる。

図９（ａ）及び（ｂ）は上記の巻線方法により巻線された分割型コアを環状に組み合わせたステータを示す正面図および斜視図である。
図９において、アーチ状のヨーク部１２と、ヨーク部１２の中央部から内周方向に向けて突設するティース部１１と、ティース部１１の先端に接続されているティース先端部１３を有する分割型コア１に対して、ティース部１１の端面上に位置する巻枠部２１と、ヨーク部１２の端面上に位置しその周方向両端面の凹部２７が巻枠部２１の端面よりコアの端面側に位置する基部２２と、ティース先端部１３の端面上に位置する巻枠先端部２３を有するインシュレータ２を装着し、巻線導体４がインシュレータの弓形領域１４を含めた巻枠部２１の整列巻線されている。そして、このように整列巻線された複数の分割型コア１を、それぞれのヨーク部周方向端面を当接して環状に組み合わせることによりステータ１００を構成する。

以上のように本実施の形態によれば、ノズルが互いに直交するｘ軸、ｙ軸、ｚ軸方向に移動する汎用巻線機を用いて、アーチ状のヨーク部を有するコアの弓形領域に巻線導体を整列巻線することができる。そのため、巻線導体のターン数と巻線導体の占積率を高めることができ、また、巻線のための設備コストを抑制することが可能となる。
また、ノズルの必要動作範囲が小さいことから、連結型のコアや一体型のコアに対しても、ノズルとコアとの干渉を避けて巻線することができ、汎用性が高い。
さらに、連続巻線を行う場合、渡り線の長さを最小にできるため、組立工数を抑制することができる。

実施の形態２．
図１０〜図１３はこの発明の実施の形態２によるコアの巻線方法を説明するための図である。実施の形態１では、インシュレータの基部側より巻線を開始したが、本実施の形態では、インシュレータの巻枠先端部側から巻線を開始する場合について説明する。なお、分割鉄心及びインシュレータの構造は実施の形態１と同様であるのでその説明は省略する。

まず、ノズル３から供給される巻線導体４の端部をインシュレータ２の巻枠先端部側導入溝２６に通した後、当該巻線導体４の端部を図示しないチャック装置にて把持する。
そして、ノズル３を分割型コア１の端面及び側面に沿って周回することによって、インシュレータ２の巻枠部２１に巻線導体４が巻枠先端部側から基部側に向けて巻線される。

次に、ヨーク部１２の内周側の円弧と当該円弧の両端を結ぶ弦で囲まれた弓形領域１４に巻線を施す場合は、図１０〜図１３に示すように、ティース部１１、ヨーク部１２およびティース先端部１３を正面から見たときのノズル３の軌跡が、弓形領域１４の弦を基準にしてティース先端部側からヨーク部側に向かう凸状の軌跡となる。上記の工程は実施の形態１の図４〜図７に示す工程と同様である。

本実施の形態では、実施の形態１のようにインシュレータ２の巻枠部２１に巻線溝２４が設けられていないが、すでに配置されている巻線導体４により巻線段差４Ａを形成しているので、巻線溝を設けなくても、この巻線段差４Ａに巻線導体４を引っ掛けながら巻線することが可能である。

以上のように本実施の形態によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができるほか、巻線溝を有しないインシュレータを用いて巻線することができる。

産業上の利用分野

本発明のコアの巻線方法は、分割型コアのならず連結型のコアや一体型のコアに対しても適用することができる。さらに、本発明のステータは、巻線導体のターン数と巻線導体の占積率が高いステータを得ることができる。

Claims

アーチ状のヨーク部と、上記ヨーク部の中央部から内周方向に向けて突設するティース部と、上記ティース部の先端に接続されているティース先端部を有するコアに、巻線導体を供給するノズルを周回させて巻線するコアの巻線方法であって、
上記ヨーク部の内周部の円弧とその弦で囲まれた弓形領域へ巻線する場合に、
上記コアの端面に巻線するときは、上記ノズルが上記弓形領域の弦を基準として上記ティース先端部側から上記ヨーク部側に向かって凸状の軌跡を描くように移動して上記巻線導体を巻線する工程と、
上記コアの側面に巻線するときは、上記ノズルが上記弓形領域の弦を基準として上記ヨーク部側から上記ティース先端部側に復帰した後、上記コアの側面に沿って移動して上記巻線導体を巻線する工程とを含む、コアの巻線方法。
上記ティース部の少なくとも端面上に位置する巻枠部と、上記ヨーク部の少なくとも端面上に位置し、その周方向両端面が上記巻枠部の端面より上記コアの端面側に位置する基部と、上記ティース先端部の少なくとも端面上に位置する巻枠先端部を有するインシュレータを装着した上記コアに巻線導体を巻線する請求項１に記載のコアの巻線方法。
上記ヨーク部の少なくとも端面上に位置する基部と、上記ティース部の少なくとも端面上に位置し、上記基部の内周側の円弧とその弦で囲まれた弓形領域に上記巻線導体の位置を定めるための溝を少なくとも１個設けた巻枠部と、上記ティース先端部の少なくとも端面上に位置する巻枠先端部を有するインシュレータを備え、
上記巻線導体を上記インシュレータの基部側から巻枠先端部側に向けて巻線を開始する請求項１に記載のコアの巻線方法。
上記ヨーク部の少なくとも端面上に位置する基部と、上記ティース部の少なくとも端面上に位置する巻枠部と、上記ティース先端部の少なくとも端面上に位置する巻枠先端部を有するインシュレータを備え、
上記巻線導体を上記インシュレータの巻枠先端部側から基部側に向けて巻線を開始する請求項１に記載のコアの巻線方法。
インシュレータを装着して巻線導体を巻線したコアを複数個環状に組み立てたステータにおいて、
上記コアは、アーチ状のヨーク部と、上記ヨーク部の中央部から内周方向に向けて突設するティース部と、上記ティース部の先端に接続されているティース先端部を有し、
上記インシュレータは、上記ティース部の少なくとも端面上に位置する巻枠部と、上記ヨーク部の少なくとも端面上に位置し、その周方向両端面が上記巻枠部の端面より上記コアの端面側に位置する基部と、上記ティース先端部の少なくとも端面上に位置する巻枠先端部を有し、
上記巻線導体は、上記コア及び上記インシュレータの巻枠部の少なくとも上記弓形領域に巻線されているステータ。
上記インシュレータの基部は巻き始めの巻線導体を導入する基部側導入溝を有している請求項５に記載のステータ。
上記インシュレータの巻枠先端部は巻き始めの巻線導体を導入する巻枠先端部側導入溝を有している請求項５に記載のステータ。
インシュレータを装着して巻線導体を巻線したコアを複数個環状に組み立てたステータにおいて、
上記コアは、アーチ状のヨーク部と、上記ヨーク部の中央部から内周方向に向けて突設するティース部と、上記ティース部の先端に接続されているティース先端部を有し、
上記インシュレータは、上記ヨーク部の少なくとも端面上に位置する基部と、上記ティース部の少なくとも端面上に位置し、上記基部の内周側の円弧とその弦で囲まれた弓形領域に上記巻線導体の位置を定めるための溝を少なくとも１個設けた巻枠部と、上記ティース先端部の少なくとも端面上に位置する巻枠先端部を有し、
上記巻線導体は、上記コア及び上記インシュレータの巻枠部の少なくとも上記弓形領域に巻線されているステータ。
上記インシュレータの基部は巻き始めの巻線導体を導入する基部側導入溝を有している請求項８に記載のステータ。