WO2019082679A1 - 回転電機、回転電機の製造方法、固定子 - Google Patents

回転電機、回転電機の製造方法、固定子

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WO2019082679A1
WO2019082679A1 PCT/JP2018/037987 JP2018037987W WO2019082679A1 WO 2019082679 A1 WO2019082679 A1 WO 2019082679A1 JP 2018037987 W JP2018037987 W JP 2018037987W WO 2019082679 A1 WO2019082679 A1 WO 2019082679A1
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WO
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iron core
bobbin
peripheral side
coil
stator
Prior art date
Application number
PCT/JP2018/037987
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English (en)
French (fr)
Inventor
悠 山田
孝 石上
金澤　宏至
貴行 近岡
浩一 柏
Original Assignee
日立オートモティブシステムズ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日立オートモティブシステムズ株式会社 filed Critical 日立オートモティブシステムズ株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/14—Stator cores with salient poles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/08—Forming windings by laying conductors into or around core parts
    • H02K15/095—Forming windings by laying conductors into or around core parts by laying conductors around salient poles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure

Definitions

  • the present invention relates to a rotating electrical machine, a method of manufacturing the rotating electrical machine, and a stator.
  • Patent Document 1 has a rotor, an annular stator core manufactured by laminating and integrating magnetic steel plates, and a concentrated winding coil wound around each tooth of the stator core, and is disposed to surround the rotor.
  • a bobbin provided with a stator, the bobbin having a body, and a pair of guide portions projecting from both ends in the longitudinal direction of the upper surface of the body, the length direction of the body being the diameter of the teeth
  • the bottom surface of the body portion is disposed along the axial direction end surfaces of the teeth
  • the concentrated winding coil includes a conductor wire
  • the body portion of the axial direction ends of the teeth and the pair of A rotating electrical machine is disclosed that is configured to be wound around a tooth a predetermined number of times through a concave space formed by a guide portion.
  • the electric rotating machine is a rotating electric machine including a stator arranged such that a plurality of concentrated winding coils formed by winding a coil around a bobbin covering an iron core form an annular ring.
  • a non-penetrating groove extending from the inner peripheral side to the outer peripheral side of the annular ring is provided on the surface where the iron core and the bobbin face each other at both longitudinal end portions of the iron core.
  • a method of manufacturing a rotating electrical machine includes a stator arranged such that a plurality of concentrated winding coils formed by winding a coil around a bobbin covering an iron core form an annular ring,
  • a manufacturing method of a rotary electric machine comprising non-penetrating grooves extending from the inner peripheral side to the outer peripheral side of the annular ring on the surface where the iron core and the bobbin face each other at both longitudinal direction end portions of the iron core. Winding the winding core while compressing the iron core in the longitudinal direction by a first pair of jigs inserted into the non-penetrating grooves at the longitudinal direction end portions.
  • a stator according to a third aspect of the present invention is a stator including an iron core covered by a bobbin around which a coil is wound, and in the longitudinal direction both end parts of the iron core, the surface where the iron core and the bobbin face each other A non-penetrating groove extending from the inner circumferential side of the stator toward the outer side of the stator is provided.
  • FIG. 1 A diagram showing the appearance of the stator 1
  • the figure which shows the general 2nd modification of iron core 2 by winding of coil 4 A diagram for explaining the detailed shape of the bobbin 3 Four views and a perspective view of iron core 2 in a state in which coil 4 is wound
  • the figure which shows the shape of the bobbin 3 in the modification 3 A drawing for explaining the extension length of the fourth non-pene
  • FIG. 1 is an external view of a stator 1 according to the present invention. However, since the features of the stator 1 are details, their features are not shown in FIG.
  • the electric motor 100 includes a stator 1 and a rotor (not shown).
  • the stator 1 has an annular shape, and a rotor (not shown) is disposed inside the annular stator 1.
  • the stator 1 is provided with a plurality of iron cores 2, and the coils 4 are wound intensively on each iron core 2.
  • the electric motor 100 adopts concentrated winding as a form of winding.
  • the iron core 2 on which the coil 4 is wound is arranged to form an annular ring as shown in FIG.
  • the iron core 2 Since the ring has a width and the outer periphery is longer than the inner periphery, the iron core 2 also has an outer periphery longer than the inner periphery. Details will be described later.
  • a magnetic field is generated to rotate a rotor (not shown).
  • FIG. 2 is a view showing the iron core 2 in a state after the coil 4 is wound
  • FIG. 3 is a view showing the iron core 2 and the bobbin 3 in a state before the coil 4 is wound.
  • the direction of arrow H shown in FIG. 2 will be referred to as the height direction or the longitudinal direction
  • the direction of arrow D as the depth direction
  • the direction of arrow W as the width direction.
  • H, D, and W indicate directions only and not dimensions.
  • the depth direction indicated by the arrow D is a direction connecting the inner circumferential side and the outer circumferential side of the annular ring formed by the stator 1.
  • the inner circumferential side of the annular ring formed by the stator 1 will be simply referred to as “the inner circumferential side”
  • the outer circumferential side of the annular ring formed by the stator 1 will be simply referred to as the “outer circumferential side”.
  • the left side in the drawing is the inner peripheral side
  • the right side in the drawing is the outer peripheral side.
  • the input wire and output line which start winding the coil 4 around each bobbin 3 are not shown in figure, they are arrange
  • the iron core 2 is made of iron-based metal.
  • the iron core 2 is manufactured by stacking a plurality of thin steel plates punched into the cross-sectional shape of the iron core 2 in the height direction.
  • the inner peripheral side of the iron core 2 has a concave shape which is recessed, and the outer peripheral side of the iron core 2 has a convex shape which protrudes. These concave and convex shapes are along the annular outer shape of the stator 1 as described above.
  • the iron core 2 is covered with a bobbin 3 formed of an insulating material such as resin for electrical insulation with the coil 4.
  • the bobbin 3 is inserted from both ends in the longitudinal direction of the iron core 2 as shown in FIG. 3, and after the bobbin 3 is inserted, the coil 4 is wound.
  • the main material of the coil 4 is copper or aluminum.
  • the coil 4 is wound around the core 2, for example, by fixing a combination of the core 2 and the bobbin 3 to a winding machine and fixing one end of the electric wire to the bobbin 3 or a jig around it. It is possible to adopt a method of winding the coil 4 around the bobbin 3 by rotating the iron core 2 and the bobbin 3. In addition, the coil 4 may be wound by rotating the periphery of the bobbin 3 while feeding out the wire as a nozzle which is a delivery port of the wire. The details of the winding of the coil 4 to the iron core 2, particularly the fixing of the iron core 2 will be described in detail later.
  • FIG. 4 and FIG. 5 are diagrams showing a general deformation of the iron core 2 by the winding of the coil 4.
  • FIG. 4 is a view showing a first modification
  • FIG. 5 is a view showing a second modification.
  • the inner peripheral side of the iron core 2 is contracted in the longitudinal direction and the outer peripheral side is extended in the longitudinal direction, and the iron core 2 is bent in the direction of the arrow 5. This state is also expressed as the end face on the outer peripheral side of the iron core 2 has a mountainous shape.
  • the iron core 2 is formed by laminating in the longitudinal direction a part obtained by punching a steel plate, and a minute gap exists between the steel plates. This minute gap narrows by the force in the direction of tightening the iron core 2 generated by the winding of the coil 4, whereby the iron core 2 is bent. Assuming that the thickness of the protruding portion on the inner peripheral side of the iron core 2 is t1 and the thickness of the protruding portion on the outer peripheral side is t2 as shown in FIG. 4, t2 is larger than t1 due to the electrical properties of the stator.
  • the steel plate at a location near the longitudinal end of the iron core 2 has a shape that is shifted toward the winding direction of the coil 4.
  • This deformation occurs because the tension at the time of coil winding applies a force in the direction indicated by reference numeral 6 to the longitudinal direction end of the iron core 2 and this force causes the position of the steel plate to shift.
  • the deformations shown in FIGS. 4 and 5 are all remarkable as winding tension increases due to the trend of coil thickening in recent years. Also, due to the increasing demand for reducing the cogging torque, it has become impossible to overlook. Therefore, in the present invention, deformation of the iron core 2 is prevented as follows.
  • the feature of the stator 1 according to the present invention is that the coil 4 is formed by applying a force to compress the iron core 2 from both sides in the longitudinal direction of the iron core 2.
  • This effect is the following two.
  • the first effect is that by compressing the iron core 2 in the longitudinal direction, the gap between the steel plates of the iron core 2 is reduced at the stage before winding, so the amount of deformation of the iron core 2 due to the clamping force of the coil 4 is small. It is to become. Therefore, the difference of the amount of compression of the length of the longitudinal direction of the inner peripheral side of the iron core 2 and the outer peripheral side becomes small, and it is possible to suppress the deformation as shown in FIG.
  • the second effect is that the force to compress the iron core 2 works in such a direction that the steel plates of the iron core 2 contact each other more closely, so that the frictional force between the steel plates becomes larger.
  • the force to shift the steel plates of the iron core 2 in the width direction of the iron core 2 at the longitudinal end of the iron core 2 increases (arrow 6 in FIG. 5). Deformation can be suppressed.
  • FIG. 6 is a view for explaining the detailed shape of the bobbin 3
  • FIG. 7 is a four-face view and a perspective view of the iron core 2 in a state in which the coil 4 is wound.
  • the bobbin 3 is provided with two non-penetrating grooves 11.
  • the non-penetrating groove 11 extends from the end surface on the inner peripheral side of the bobbin 3 toward the outer peripheral side as a starting point.
  • Reference numeral 32 in FIG. 7 is a sectional view of a position indicated by reference numeral 36 in the front view 31, reference numeral 35 is a left side view, and reference numeral 33 is a top view.
  • the non-penetrating groove 11 is not provided on the rear surface, that is, on the outer peripheral side.
  • a stepped portion 81 is provided at a position corresponding to the non-penetrating groove 11 on the outer peripheral side.
  • the stepped portion 81 is formed because the thickness t2 of the protruding portion on the outer peripheral side of the iron core 2 is relatively thick and the bobbin 3 covers only a part of the protruding portion on the outer peripheral side of the iron core 2 as shown in FIG. .
  • the stepped portion 81 is provided at the upper and lower ends in the longitudinal direction on the outer peripheral side of the iron core 2, and by gripping the stepped portion 81, the outer peripheral side of the iron core 2 can be compressed.
  • the width t11 of the non-penetrating groove 11 is narrower than the width t30 of the bobbin 3 around which the coil 4 is wound.
  • FIG. 6 shows the shape of the bobbin 3 before being integrated with the iron core 2. It can be seen that the non-penetrating groove 11 is provided in the bobbin 3 and no groove is formed in the iron core 2. That is, the non-penetrating groove 11 extending toward the outer peripheral side from the end surface on the inner peripheral side is provided only on the surface facing the iron core 2 of the bobbin 3. The non-penetrating grooves 11 are provided at the upper and lower sides in the longitudinal direction of the bobbin 3 so that the iron core 2 can be grasped in the longitudinal direction.
  • FIG. 8 is a view showing a method of winding the coil 4 to the iron core 2, in other words, a view showing a method of manufacturing the stator 1.
  • the coil 4 is wound with the iron core 2 compressed in the longitudinal direction on the inner circumferential side and the outer circumferential side. Since both ends of the longitudinal end of the iron core 2 on the outer peripheral side are the step parts 81 exposed without being covered by the bobbin 3, the step parts 81 are sandwiched by the outer peripheral side pressing jig 12 and compressed in the longitudinal direction .
  • the longitudinal direction both ends of the inner peripheral side of the iron core 2 match the position of the inner peripheral surface of the iron core 2 and the inner peripheral surface of the bobbin 3 in the depth direction in order to minimize the magnetic loss of the motor.
  • the inner peripheral side pressing jig 13 is inserted into the non-penetrating groove 11 to compress the inner peripheral side of the iron core 2 in the longitudinal direction.
  • the outer peripheral side restraint jig 17 and the inner peripheral side restraint jig 18 are processed along the surface of the iron core 2 in contact. Specifically, the outer peripheral restraint jig 17 has a recess along the iron core 2 that bulges toward the outer peripheral side, and the inner circumferential restraint jig 18 bulges toward the iron core 2 along the iron core 2 that has the recess.
  • the non-penetrating groove 11 is provided for inserting the inner peripheral side pressing jig 13, if the extension length of the non-penetrating groove 11 in the depth direction is too short, the purpose can not be achieved, but The maximum length is defined as
  • FIG. 9 is a view showing the extension length of the non-penetrating groove 11 in the depth direction.
  • the length of the non-penetrating groove 11 is L1, the radial position of the coil 4 is restricted, the thickness of the wall of the bobbin 3 extending in the longitudinal direction of the iron core 2 is L2, and the wire diameter of the coil 4 is d.
  • the extension length L1 of the non-penetrating groove 11 satisfies the relationship of Formula 1 below.
  • the extension length L1 in the depth direction of the non-penetrating groove 11 is set to such a length that the inner peripheral side pressing jig 13 can be inserted within a range not exceeding L2 + d / 2.
  • the deepest portion 82 of the non-penetrating groove 11 is on the inner peripheral side of the center of the coil 4 closest to the inner peripheral side. In other words, since there is no cavity due to the non-penetrating groove 11 from the center of the coil 4 closest to the innermost side in the vertical direction in the figure, a sufficient force can be tolerated. It will be described in detail below.
  • the non-penetrating groove 11 does not penetrate the bobbin 3 ensures the strength of the bobbin 3 and does not increase the height of the bobbin 3 more than necessary and does not increase the circumferential length or resistance value of the coil 4 It is essential to If the groove provided in the bobbin 3 penetrates in the depth direction, the part of the groove penetrating is hollow because it is structurally fragile, and the pressing force of the coil 4 from the longitudinal direction, There is a possibility that the bobbin 3 can be broken without being able to withstand the direction force compressed in the width direction.
  • the steel plate constituting the iron core 2 has a sufficiently high strength as compared with the bobbin 3 mainly made of resin, and there is no problem in the strength of the steel plate even if only the end portions on the inner peripheral side and the outer peripheral side are compressed. Therefore, if the groove does not penetrate, the hollow in the lower part of the coil winding surface is limited as in the case of opening the penetrating groove, and the strength reduction by providing the non-penetrating groove 11 is very limited.
  • FIG. 10 is a view showing the main places where the clamping force by the coil 4 acts.
  • the force acting on the bobbin 3 is dominated by the clamping force of the coil 4. That is, if there is no cavity due to the non-penetrating groove 11 at a place where the influence of the tightening force of the coil 4 is large, a structure with less concern for strength is obtained.
  • the place where the tightening force of the coil 4 is stronger than the bobbin 3 is the place where the coil 4 wound on the innermost side of the bobbin 3 contacts the bobbin 3 and the coil 4 wound on the outermost side of the bobbin 3 This is an area sandwiched by the portions in contact with the bobbins 3, that is, an area indicated by hatching 83 in FIG.
  • the non-penetrating groove 11 is hatched by reference numeral 83 in FIG. It does not overlap with the area indicated by. Therefore, the bobbin 3 can withstand the clamping force of the coil 4.
  • the shape of the end in the longitudinal direction of the bobbin 3 has an inclination such that the inner peripheral side is high and the outer peripheral side is low as shown in FIG.
  • the non-penetrating groove 11 will be provided in the portion where it has become. In this case, there is also an advantage that the dead space is effectively utilized.
  • the electric motor 100 which is a rotating electric machine, includes the stator 1 in which a plurality of concentrated winding coils formed by winding the coil 4 around the bobbin 3 covering the iron core 2 form an annular ring. .
  • the electric motor 100 is provided with non-penetrating grooves 11 extending from the inner peripheral side to the outer peripheral side of the annular ring on the surface where the iron core 2 and the bobbin 3 face each other at both ends in the longitudinal direction of the iron core 2. Therefore, when the stator 1 is manufactured, the coil 4 can be wound around the bobbin 3 while inserting the inner pressing jig 13 into the non-penetrating groove 11 and compressing the iron core 2 in the longitudinal direction.
  • the gap between the thin steel plates constituting the iron core 2 is compressed in advance, and the change of the gap between the steel plates due to winding the coil 4 on the bobbin 3 is suppressed. Therefore, in the related art, the gap between the steel plates is compressed and the extra circumferential length of the coil 4 causes the coil 4 to expand in the width direction, but in the present embodiment, the extra coil 4 is short. The swelling in the width direction of 4 is suppressed, and the deformation of the iron core 2 is also suppressed.
  • the bobbin 3 is machined so that the inner peripheral side pressing jig 13 can be inserted, but it remains in the non-penetrating groove 11 which does not penetrate in the depth direction in order to reduce the influence of machining. Therefore, the electric motor 100 described above can suppress an increase in cogging torque resulting from the deformation of the iron core 2 while maintaining the strength of the bobbin 3.
  • the non-penetrating groove 11 is formed in the bobbin 3. Therefore, the iron core 2 is not processed and does not change its shape, and the generated magnetic field can be made as it is. In other words, the application of the present invention does not adversely affect the magnetic field.
  • the extension length of the non-penetrating groove 11 regulates the radial position of the coil 4 and thickness L 2 of the wall surface of the bobbin 3 extending in the longitudinal direction of the core 2 It is shorter than the combined length of / 2. Therefore, the main portion on which the tightening force by the coil 4 shown by hatching in FIG. 10 acts is solid with no hollow groove, so that the strength reduction of the bobbin 3 can be kept small.
  • the stator 1 includes a plurality of concentrated winding coils 4 formed by winding the coil 4 around the bobbin 3 covering the iron core 2 so as to form an annular ring, and both ends of the iron core 2 in the longitudinal direction
  • the method of manufacturing the electric motor 100 including the non-penetrating groove 11 extending from the inner peripheral side to the outer peripheral side of the annular ring on the surface where the iron core 2 and the bobbin 3 face includes the following steps. That is, the concentrated winding coil is wound while the iron core 2 is compressed in the longitudinal direction by the first pair of jigs inserted into the non-penetrating grooves 11 at both ends in the longitudinal direction, that is, the inner peripheral side pressurizing jig 13 To do.
  • the concentrated winding coil further constrains the deformation of the iron core 2 to the outer circumferential side of the annular ring and the outer circumferential side restraint jig 17 and the inner core of the iron core 2 to the inner circumferential side. It includes winding while restraining the iron core 2 by the inner circumferential side restraint jig 18 which restrains deformation. Therefore, deformation of the iron core 2 can be further suppressed, and an increase in cogging torque can be suppressed.
  • the stator 1 includes the iron core 2 covered by the bobbin 3 around which the coil 4 is wound.
  • the stator 1 is provided with non-penetrating grooves 11 extending from the outer peripheral side of the stator toward the inner side of the stator on the surface where the iron core 2 and the bobbin 3 face each other at both ends in the longitudinal direction of the iron core 2. Therefore, the stator 1 can suppress an increase in cogging torque resulting from the deformation of the iron core 2 while maintaining the strength of the bobbin 3.
  • FIG. 11 is a view showing the shape of the bobbin 3 in the first modification.
  • the bobbin 3 shown in FIG. 11 includes a first non-penetrating groove 11A and a second non-penetrating groove 11B.
  • similar non-penetrating grooves are also provided at symmetrical positions in the longitudinal direction.
  • the first non-penetrating groove 11A and the second non-penetrating groove 11B are provided at positions symmetrical with respect to the center line in the width direction of the bobbin 3 as a target axis.
  • the lengths of the first non-penetrating grooves 11A and the second non-penetrating grooves 11B, that is, the extension lengths in the depth direction are the same as in the first embodiment.
  • the iron core 2 can be stably gripped.
  • FIG. 12 is a view showing the shape of the bobbin 3 in the second modification.
  • the non-penetrating groove 11 is provided at the center in the width direction and does not communicate with the end in the width direction, but the both ends in the width direction may be connected.
  • the bobbin 3 shown in FIG. 12 is provided with a third non-penetrating groove 11C.
  • similar non-penetrating grooves are also provided at symmetrical positions in the longitudinal direction.
  • the third non-penetrating groove 11C has a uniform shape in the width direction of the bobbin 3 and forms a step in the depth direction.
  • the extension length in the depth direction in the third non-penetrating groove 11C is the same as that in the first embodiment.
  • the iron core 2 can be gripped more stably.
  • FIG. 13 is a view showing the shape of the bobbin 3 in the third modification.
  • the longitudinal direction of the non-penetrating groove 11 does not reach the end, but may reach the longitudinal end.
  • the fourth non-penetrating groove 11D shown in FIG. 13 reaches the end of the bobbin 3 in the longitudinal direction.
  • similar non-penetrating grooves are also provided at symmetrical positions in the longitudinal direction.
  • the extension length of the fourth non-penetrating groove 11D in the depth direction is a length that does not penetrate the bobbin 3 in the depth direction, and is shorter than the non-penetrating groove 11 in the first embodiment. It will be described in detail below.
  • FIG. 14 is a view for explaining the extension length of the fourth non-penetrating groove 11D in the depth direction.
  • FIG. 14 is a diagram added to FIG. 9 in the first embodiment, and shows the fourth non-through groove 11D by a broken line. That is, the bobbin 3, the coil 4, the dimension L1 and the dimension L2 in FIG. 14 are the same as those in FIG.
  • the extension length L3 in the depth direction of the fourth non-penetrating groove 11D is less than the dimension L2 so that the fourth non-penetrating groove 11D does not penetrate the bobbin 3 in the depth direction.
  • the dimension L2 is the thickness of the wall surface of the bobbin 3 which extends in the longitudinal direction of the iron core 2 by restricting the radial position of the coil 4 as described above.
  • the extension length L1 of the non-penetrating groove 11 in the depth direction in the first embodiment is less than the total length of L2 and half of the wire diameter d of the coil 4. is there. That is, let L1MAX be the maximum length of the extension length L1 in the depth direction of the non-penetrable groove 11 and L3MAX be the maximum length of the extension length L4 in the depth direction of the fourth non-penetrable groove 11D. , And L2 have a relationship of Formula 2 below. L1MAX>L2> L3MAX (Equation 2)
  • the extension length L3 in the depth direction of the fourth non-penetrating groove 11D is equal to L2, that is, if the fourth non-penetrating groove 11D penetrates the bobbin 3 in the depth direction, the following problems occur. That is, the bobbin 3 is divided in the width direction, and the strength in the width direction is significantly reduced.
  • the extension length L1 of the non-penetrating groove 11 in the depth direction is illustrated so as to exceed the thickness L2 of the wall portion on the inner peripheral side of the bobbin 3.
  • the extension length L1 of the non-penetrating groove 11 in the depth direction may be less than the thickness L2 of the wall portion on the inner peripheral side of the bobbin 3.
  • the width t11 of the non-penetrating groove 11 is narrower than the width t30 of the bobbin 3 around which the coil 4 is wound.
  • the width t11 of the non-penetrating groove 11 may be wider than the width t30 at which the coil 4 is wound on the bobbin 3.
  • the non-penetrating groove 11 is illustrated as being uniform in the depth direction, but the shape may be deformed depending on the position in the depth direction.
  • the non-penetrating groove 11 may be tapered.
  • the location where the coil 4 of the bobbin 3 is wound that is, the longitudinal direction end of the bobbin 3 excluding the wall portion has been described as a structure having a slope which becomes lower toward the outer peripheral side.
  • the longitudinal end of the bobbin 3 may be flat without inclination.
  • the shape of the longitudinal direction end of the bobbin 3 may be further different. That is, the present invention is not restricted by the shape of the end face in the longitudinal direction of the bobbin 3.
  • both the outer peripheral side and the inner peripheral side of the iron core 2 are compressed in the longitudinal direction. However, only the inner circumference side may be compressed. In other words, the compression in the longitudinal direction on the outer peripheral side of the iron core 2 using the outer peripheral side pressing jig 12 may not be performed.
  • FIG. 15 is a diagram showing a method of manufacturing the stator 1 in the second embodiment.
  • the core 2 is provided with non-penetrating grooves 21.
  • the iron core 2 is formed by laminating thin steel plates
  • a steel plate obtained by cutting off a plate in a portion to be the non-through groove 21 after lamination for a predetermined number of steel plates. Stack up.
  • the extension length of the non-penetrating groove 21 in the depth direction is the same as that of the non-penetrating groove 11 in the first embodiment.
  • the inner peripheral side pressing jig 13 is inserted into the non-penetrating groove 21 and the inner peripheral side is compressed in the longitudinal direction, and the stepped portion 81 is compressed outer peripheral side It is sandwiched by the tool 12 and compressed in the longitudinal direction.
  • the coil 4 is wound around the bobbin 3.
  • the outer peripheral side restraint jig 17 and the inner peripheral side restraint jig 18 are not shown in FIG. 15, the stator 1 may be manufactured using these as well as the first embodiment.
  • the non-penetrating groove 21 is formed in the iron core 2. Therefore, even if it is difficult to provide the non-penetrating groove in the bobbin 3 due to the design etc., the iron core 2 can be wound by winding the coil 4 on the bobbin 3 by providing the non-penetrating groove 21 in the iron core 2. Can be compressed in the longitudinal direction. Thereby, while maintaining the strength of the bobbin 3, it is possible to suppress an increase in cogging torque caused by the deformation of the iron core 2.
  • the third embodiment is different from the first and second embodiments in that the non-penetrating groove 11 is provided in the bobbin 3 and the non-penetrating groove 21 is provided in both of the iron cores 2.
  • FIG. 16 is a diagram showing a method of manufacturing the stator 1 in the third embodiment.
  • the non-penetrating groove 11 is provided in the bobbin 3 and the non-penetrating groove 21 is provided in the iron core 2 so as to communicate therewith.
  • the method of forming the non-penetrating groove 21 in the iron core 2 is the same as that of the second embodiment.
  • the upper limit of the extension length in the depth direction of the non-penetrating groove 21 is the same as the upper limit of the non-penetrating groove 11 in the first embodiment.
  • the extension length in the depth direction of the non-penetrating groove 11 and the non-penetrating groove 21 is preferably the same but may be different.
  • the manufacturing method of the stator 1 in the present embodiment is the same as that of the first embodiment, and by using the non-penetrating grooves 21 as well as the non-penetrating grooves 11, the inner peripheral side pressing jig 13 This embodiment differs from the first embodiment in that the inner peripheral side is compressed in the longitudinal direction.
  • the fourth embodiment is different from the first embodiment in that a through groove 22 penetrating the core 2 from the inner circumferential side to the outer circumferential side is provided.
  • FIG. 17 is a diagram showing a method of manufacturing the stator 1 in the fourth embodiment.
  • the core 2 is provided with the through groove 22.
  • the formation of the through groove 22 in the iron core 2 can be coped with by changing the shape of the cut-off in the second embodiment.
  • the manufacturing method of the stator 1 in the present embodiment is the same as that of the second embodiment, and the second point is that the inner peripheral side pressing jig 13 is inserted into the through groove 22 instead of the non-through groove 21. It differs from the embodiment. In the present embodiment, all the inner pressure jigs 13 that can be used in the second embodiment can be used.
  • the through groove 22 penetrates from the inner peripheral side to the outer peripheral side of the iron core 2, making the outer peripheral side pressing jig 12 and the inner peripheral side pressing jig 13 into an integral part
  • the through groove 22 can be uniformly compressed from the inner peripheral side to the outer peripheral side by gripping the end portion of the inner peripheral side pressing jig 13 on the outer peripheral side.
  • the bobbin 3 is formed with resin etc., it is difficult to provide a penetration groove in the bobbin 3 from a viewpoint of intensity
  • the following effects can be obtained. That is, by providing the through groove 22 in the iron core 2, it is possible to suppress the increase in cogging torque resulting from the deformation of the iron core 2 while maintaining the strength of the bobbin 3.
  • FIG. 18 is a diagram showing a method of manufacturing the stator 1 in the fifth embodiment.
  • the position of the end face on the outer peripheral side in the depth direction of the bobbin 3 is equal to the position of the end face on the outer peripheral side of the iron core 2.
  • the width in the depth direction of the bobbin 3 in the fifth embodiment is expanded as compared to the first embodiment.
  • the bobbin 3 also has an outer circumferential non-penetrating groove 23 extending from the outer circumferential end surface toward the inner circumferential side.
  • the inner peripheral side pressing jig 13 is inserted into the non-penetrating groove 21 to compress the inner peripheral side in the longitudinal direction, and the outer peripheral side non-penetrating groove 23 is provided on the outer peripheral side.
  • the pressing jig 12A is inserted to compress the inner circumferential side in the longitudinal direction.
  • the outer peripheral side pressing jig 12A includes a step portion which can be inserted into the groove as the inner peripheral side pressing jig 13 is. Then, in this state, the coil 4 is wound around the bobbin 3.
  • the stator 1 may be manufactured using these as well as the first embodiment.
  • the bobbins 3 are widely distributed from the inner peripheral side to the outer peripheral side of the end portion of the iron core 2. Therefore, the effect of suppressing the deformation of the iron core 2 is enhanced by the tightening force by the coil 4 acting on the iron core 2 more uniformly through the bobbin 3. Further, after the outer peripheral side pressing jig 12A and the inner peripheral side pressing jig 13 are removed, the iron core 2 is released from compression and tries to extend like a spring. Therefore, although the length in the longitudinal direction of the iron core 2 is increased by a fixed amount, in the present embodiment, since the bobbin 3 covers up to the end on the outer peripheral side, the difference in the amount of change in height between the inner peripheral side and the outer peripheral side Becomes smaller.
  • the electric motor 100 is provided with the outer peripheral non-penetrating groove 23 extending from the outer peripheral side to the inner peripheral side of the annular ring on the surface where the iron core 2 and the bobbin 3 oppose at the longitudinal direction end of the iron core 2. Therefore, even when the bobbins 3 are widely distributed from the inner circumferential side to the outer circumferential side of the end portion of the iron core 2, it is possible to suppress an increase in cogging torque resulting from the deformation of the iron core 2 while maintaining the strength of the bobbin 3.
  • the concentrated winding coil constituting the stator 1 of the electric motor 100 extends from the outer circumferential side to the inner circumferential side of the annular ring on the surface where the iron core 2 and the bobbin 3 face at the longitudinal direction end of the iron core 2
  • the outer peripheral non-penetrating groove 23 is provided.
  • the coil 4 is wound on the bobbin 3, not only is the inner pressing jig 13 inserted into the non-penetrating groove 11 for compression but also insertion into the outer non-piercing groove 23 at both ends in the longitudinal direction.
  • the core 2 is wound while being compressed in the longitudinal direction by the second pair of jigs, that is, the outer peripheral side pressure jig 12.
  • FIG. 19 a sixth embodiment of a stator for a rotary electric machine according to the present invention and a rotary electric machine using the same will be described.
  • the sixth embodiment is different from the first embodiment in that non-penetrating grooves are not provided in the bobbin 3 and the iron core 2.
  • FIG. 19 is a diagram showing a method of manufacturing the stator 1 in the sixth embodiment.
  • the winding is performed while compressing the iron core 2 in the longitudinal direction by the outer peripheral side pressing jig 12 installed so as to sandwich the longitudinal end face of the outer peripheral side of the iron core 2.
  • the force to compress the outer peripheral side of the iron core 2 is strong, a bending force is generated on the inner peripheral side of the iron core 2 in the opposite direction to the reference numeral 5 shown in FIG.
  • the inner peripheral side pressing jig 13 may be configured to also serve as the inner peripheral side pressing.
  • the bobbin 3 is formed in advance, and the method of inserting from both ends of the iron core 2 is taken as an example, but it may be molded to mold the iron core 2 or divided It may be integrated instead.
  • the material of the bobbin 3 is, for example, resin, but any material may be used as long as it can provide the necessary electrical insulation between the iron core 2 and the coil 4.
  • the structure of the bobbin 3 has mainly been described about a portion to be a winding surface of the coil 4, a structure for preventing a displacement of the coil 4 and a winding position around the winding surface An object may be provided, and in such a case, the essence of the present invention is unchanged.

Abstract

回転電機は、鉄心を覆うボビンにコイルが巻き回されて形成される複数の集中巻きコイルが円環を構成するように配される固定子を備える、鉄心の長手方向両端部において、鉄心とボビンが対向する面に円環の内周側から外周側に向かって延伸する非貫通溝を備える。

Description

回転電機、回転電機の製造方法、固定子
　本発明は、回転電機、回転電機の製造方法、および固定子に関する。
　近年、電動パワーステアリングなどに用いられるモータでは、コイルの太線化がトレンドとなっている。太線化によってコイルの抵抗値を低減できる効果がある一方、分割鉄心を用いた集中巻きコイルでは巻線時の張力による鉄心の変形が生じ易くなる。鉄心の変形による主な問題点は以下の二つである。一つ目は、巻線後の複数の鉄心を円環状に並べて固定子とし、これをハウジングに圧入あるいは焼きばめする際に、鉄心の変形によって固定子外周面の真円度が低くなり、圧入や焼きばめが困難となることである。二つ目は、圧入や焼きばめを行った後の固定子の内径の真円度が低くなり、固定子と回転子の間の磁界に歪みが生じることである。この磁界の歪みはコギングトルク発生の要因となる。特に電動パワーステアリング用モータの場合、ハンドリングをアシストするモータのコギングトルクは、運転者の操舵感を悪化させるものであり、コギング低減の要求は年々高まっている。
　特許文献１には、ロータと、磁性鋼板を積層一体化して作製された円環状のステータコア、および該ステータコアの各ティースに巻装された集中巻コイルを有し、上記ロータを囲繞するように配設されるステータと、を備え、胴部、および該胴部の上面の長さ方向の両端に突設された一対のガイド部を有するボビンが、該胴部の長さ方向を上記ティースの径方向に一致させて、該胴部の底面を該ティースの軸方向両端面に沿わせて配置され、上記集中巻コイルが、導体線を、上記ティースの軸方向両端の上記胴部と上記一対のガイド部とにより形成される凹空間内を通って、該ティースのまわりを所定回巻回させて構成されていることを特徴とする回転電機が開示されている。
日本国特開２０１２－２３９３４７号公報
　特許文献１に記載されている発明では、ボビンの強度を維持しながら鉄心の変形を抑制することができない。
　本発明の第１の態様による回転電機は、鉄心を覆うボビンにコイルが巻き回されて形成される複数の集中巻きコイルが円環を構成するように配される固定子を備える回転電機であって、前記鉄心の長手方向両端部において、前記鉄心と前記ボビンが対向する面に前記円環の内周側から外周側に向かって延伸する非貫通溝を備える。
　本発明の第２の態様による回転電機の製造方法は、鉄心を覆うボビンにコイルが巻き回されて形成される複数の集中巻きコイルが円環を構成するように配される固定子を備え、前記鉄心の長手方向両端部において、前記鉄心と前記ボビンが対向する面に前記円環の内周側から外周側に向かって延伸する非貫通溝を備える回転電機の製造方法であって、前記集中巻きコイルを、前記長手方向両端部の前記非貫通溝に挿入された第１の１対の治具により前記鉄心を長手方向に圧縮しながら巻線することを含む。
　本発明の第３の態様による固定子は、コイルが巻き回されたボビンに覆われる鉄心を備える固定子であって、前記鉄心の長手方向両端部において、前記鉄心と前記ボビンが対向する面に前記固定子の内周側から前記固定子の外側に向かって延伸する非貫通溝を備える。
　本発明によれば、ボビンの強度を維持しつつ鉄心の変形を抑制することができる。
固定子１の外観を示す図 コイル４が巻き回された後の状態にある鉄心２を示す図 コイル４が巻き回される前の状態にある鉄心２とボビン３を分割して示す図 コイル４の巻線による鉄心２の一般的な第１の変形を示す図 コイル４の巻線による鉄心２の一般的な第２の変形を示す図 ボビン３の詳細な形状を説明する図 コイル４を巻線された状態の鉄心２の４面図および斜視図 鉄心２へのコイル４の巻線方法を示す図 非貫通溝１１の奥行き方向の延伸長さを示す図 コイル４による締め付け力が作用する主な箇所を示す図 変形例１におけるボビン３の形状を示す図 変形例２におけるボビン３の形状を示す図 変形例３におけるボビン３の形状を示す図 第４非貫通溝１１Ｄの奥行き方向の延伸長さを説明する図 第２の実施の形態における固定子１の製造方法を示す図 第３の実施の形態における固定子１の製造方法を示す図 第４の実施の形態における固定子１の製造方法を示す図 第５の実施の形態における固定子１の製造方法を示す図 第６の実施の形態における固定子１の製造方法を示す図
―第１の実施の形態―
　以下、図１から図１０を参照して、本発明にかかる回転電機用の固定子、およびこれを用いた回転電機の第１の実施の形態を説明する。
（固定子の概要）
　図１は、本発明にかかる固定子１の外観を示す図である。ただし固定子１の特徴は細部であるため図１ではその特徴部分は図示されていない。電動モータ１００は、固定子１と不図示の回転子とを備える。固定子１は円環の形状を有し、不図示の回転子はこの円環状の固定子１の内側に配される。固定子１は複数の鉄心２を備え、それぞれの鉄心２にコイル４が集中的に巻かれる。換言すると、電動モータ１００は巻線の形態として集中巻きを採用している。コイル４が巻かれた鉄心２は、図１に示すように円環を構成するように配置される。この円環には幅があり内周よりも外周の方が長いので、鉄心２も内周よりも外周が長い。詳しくは後述する。コイル４に通電されると磁界が生じ、不図示の回転子が回転する。
　図２はコイル４が巻き回された後の状態にある鉄心２を示す図、図３はコイル４が巻き回される前の状態にある鉄心２とボビン３を分割して示す図である。以下では、図２に示す矢印Ｈの方向を高さ方向または長手方向、矢印Ｄの方向を奥行き方向、矢印Ｗの方向を幅方向と呼ぶ。なおここではＨ、Ｄ、Ｗは方向を表すにすぎず、寸法を表すものではないことを明確にするために一方の矢印を用いている。矢印Ｄで示す奥行き方向は、固定子１が形成する円環における内周側と外周側とを結ぶ方向である。なお以下では、「固定子１が形成する円環における内周側」を単に「内周側」と呼び、「固定子１が形成する円環における外周側」を単に「外周側」と呼ぶ。図２および図３において、図示左側が内周側であり図示右側が外周側である。なお図２において、各ボビン３にコイル４を巻き始める入力線および出力線は図示しないが、適切な位置に配置されている。
　鉄心２は鉄系の金属で構成される。鉄心２は、鉄心２の断面形状に打ち抜かれた薄い鋼板を高さ方向に複数枚重ねて製造される。以降、各図に示される鉄心２を構成する鋼板の枚数や厚さは正確に図示したものではなく、図に示す枚数や厚さの鋼板でない場合であっても発明の本質は変わらない。鉄心２の内周側は窪んだ凹形状を有し、鉄心２の外周側は張り出した凸形状を有する。これらの凹形状および凸形状は、前述のとおり固定子１の円環状の外形に沿うものである。鉄心２は、コイル４との電気的な絶縁のために、樹脂など絶縁性の材料で成形されたボビン３で覆われる。ボビン３は図３に示すように鉄心２の長手方向の両端から挿入され、ボビン３の挿入後にコイル４が巻き回される。なおコイル４の主な素材は、銅やアルミなどである。
　鉄心２へのコイル４の巻回は、たとえば鉄心２とボビン３を組み合わせたものを巻線機に固定し、電線の片方の端部をボビン３あるいはその周囲の治具に固定した状態において、鉄心２とボビン３を回転させてボビン３にコイル４を巻きつける方法をとることができる。また、電線の繰出し口であるノズルを、電線を繰出しながらボビン３の周囲を旋回させることによってコイル４を巻回してもよい。鉄心２へのコイル４の巻回の詳細、特に鉄心２の固定について後に詳しく説明する。
（巻線張力による鉄心２の変形）
　図４および図５は、コイル４の巻線による鉄心２の一般的な変形を示す図である。図４は第１の変形を示す図であり、図５は第２の変形を示す図である。図４に示す第１の変形では、鉄心２の内周側が長手方向に縮み外周側が長手方向に伸びて、鉄心２は符号５で示す矢印の方向に曲がっている。この状態は、鉄心２の外周側の端面が山なりの形状を有するとも表現される。
　前述のように、鉄心２は鋼板を打ち抜いた部品を長手方向に積層して形成しており、各鋼板の間には微小な隙間が存在する。この微小な隙間が、コイル４の巻線によって生じる鉄心２を締め付ける向きの力によって狭くなることによって鉄心２に曲がりが生じる。図４に示すように鉄心２の内周側の張り出し部分の厚みをｔ１、外周側の張り出し部分の厚みをｔ２とすると、固定子の電気的な性質によりｔ１よりもｔ２が大きい。そのためコイル４は、内周側においては、鉄心２の内周側端面に非常に近い位置まで巻線されるのに対し、外周側においては鉄心２の外周面の端面からコイル４の巻線位置までの距離が大きくなる。そのため鉄心２を締め付ける力が鉄心２の内周側に偏って働く。これにより、鉄心２を構成する鋼板間の隙間は、鉄心２の内周側においてより減少しやすく、図４に示すような曲がりが生じる。
　図５に示す一般的な第２の変形では、鉄心２の長手方向端部に近い個所の鋼板が、コイル４の巻線される向きに向かってずれた形状となる。この変形は、コイル巻線時の張力により、鉄心２の長手方向端部に符号６で示す方向の力がかかり、この力によって鋼板の位置がずれてしまうために発生する。図４および図５に示した変形はいずれも、近年のコイル太線化のトレンドにより巻線張力が増大したことに伴って顕著化している。また、コギングトルク低減の要求の高まりから、看過できないものとなってきている。そのため本発明では以下のように鉄心２の変形を防止する。
（特徴の概要）
　本発明にかかる固定子１の特徴は、鉄心２の長手方向の両側から鉄心２を圧縮させる力を掛けた状態でコイル４を巻線して形成したことである。この効果は次の２つである。第一の効果は、鉄心２を長手方向に圧縮することにより、巻線前の段階において鉄心２の鋼板間の隙間が低減されることから、コイル４の締め付け力による鉄心２の変形量が小さくなることである。したがって、鉄心２の内周側と外周側の長手方向の長さの圧縮量の差が小さくなり、図４に示したような変形を抑制することができることである。第２の効果は、鉄心２を圧縮する力は、鉄心２の鋼板同士をより密接に接触しあう向きに働くため、鋼板間の摩擦力が大きくなることである。鋼板間の摩擦力が大きくなることにより、鉄心２の長手方向端部において鉄心２の鋼板を鉄心２の幅方向にずらす力（図５の矢印６）に抗する力が大きくなり、鉄心２の変形を抑制することができる。
（ボビン３の形状）
　図６はボビン３の詳細な形状を説明する図、図７はコイル４を巻線された状態の鉄心２の４面図および斜視図である。図７の正面図３１および斜視図３４に示すように、ボビン３は２つの非貫通溝１１を備える。この非貫通溝１１は、ボビン３の内周側の端面を起点として外周側へ向かって延伸する。図７における符号３２は正面図３１における符号３６で示す位置の断面図、符号３５は左側面図、符号３３は上面図である。なお図７には背面図を描いていないが、背面、すなわち外周側には非貫通溝１１は設けられない。ただし外周側の非貫通溝１１に対応する位置には段差部８１が設けられる。段差部８１は、図４に示したように鉄心２の外周側の張り出し部の厚みｔ２が比較的厚く、ボビン３が鉄心２の外周側の張り出し部の一部しか覆わないことから形成される。段差部８１は、鉄心２の外周側の長手方向の上下端に設けられ、段差部８１を把持することで鉄心２の外周側を圧縮することができる。上面図３３に示すように、非貫通溝１１の幅ｔ１１は、ボビン３においてコイル４が巻きつけられる幅ｔ３０よりも狭い。
　図６は鉄心２に一体化する前のボビン３の形状を示しており、ボビン３に非貫通溝１１が設けられ鉄心２には溝が形成されていないことがわかる。すなわちボビン３の鉄心２と対向する面にのみ、内周側の端面を起点として外周側へ向かって延伸する非貫通溝１１が設けられる。この非貫通溝１１は、鉄心２を長手方向から把握可能なようにボビン３の長手方向の上下それぞれに設けられる。
　図８は、鉄心２へのコイル４の巻線方法を示す図、換言すると固定子１の製造方法を示す図である。図８に示すように、鉄心２は内周側および外周側を長手方向に圧縮された状態でコイル４が巻き回される。鉄心２の外周側の長手方向端部の両面は、ボビン３に覆われずに露出している段差部８１なので、この段差部８１を外周側加圧治具１２によって挟み込んで長手方向に圧縮する。鉄心２の内周側の長手方向両端部は、モータの磁気的損失を最小限に抑えるために鉄心２の内周面とボビン３の内周面の奥行き方向の位置を一致させており、そのままでは治具を用いることができない。本実施の形態におけるボビン３は前述のとおり非貫通溝１１を有するので、この非貫通溝１１に内周側加圧治具１３を挿入して鉄心２の内周側を長手方向に圧縮する。
　このように、鉄心２の長手方向の両端部において、内周側と外周側の両方に圧縮する力を均等に掛けることができ、鉄心２の鋼板間の隙間を均等に押しつぶすことができるようになる。また鉄心２を圧縮する力は、巻線後に外周側加圧治具１２および内周側加圧治具１３を取り除いた際に、曲がりやずれが最少となるような大きさ、配分となるように調整可能である。さらにこのとき、鉄心２の外周面に巻線機に鉄心２を取り付ける外周側拘束治具１７によって姿勢を拘束し、内周側は内周側拘束治具１８を押し当てるなどして姿勢を拘束しながら巻線を行う。外周側拘束治具１７および内周側拘束治具１８は、接触する鉄心２の表面に沿うように加工されている。具体的には、外周側拘束治具１７は外周側に膨らむ鉄心２に沿うように凹みを有し、内周側拘束治具１８は凹みを有する鉄心２に沿うように鉄心２の側へ膨らみを有する。非貫通溝１１は、内周側加圧治具１３を挿入するために設けられるので、非貫通溝１１の奥行き方向の延伸長さがあまりにも短いとその目的を達成することができないが、以下のように最大の長さが規定される。
（非貫通溝の最大延伸長さ）
　図９は、非貫通溝１１の奥行き方向の延伸長さを示す図である。非貫通溝１１の長さをＬ１とし、コイル４の径方向位置を規制し鉄心２の長手方向に伸びるボビン３の壁面の厚さをＬ２とし、コイル４の線径をｄとする。このとき非貫通溝１１の延伸長さＬ１は、以下の数式１の関係を満たす。
　　Ｌ１＜ Ｌ２＋ｄ／２　・・・（数式１）
　このように非貫通溝１１の奥行き方向の延伸長さＬ１は、Ｌ２＋ｄ／２を超えない範囲で、内周側加圧治具１３を挿入できる長さに設定される。この関係を満たす場合は、図９に示すように非貫通溝１１の最深部８２は、最も内周側に寄ったコイル４の中心よりも内周側にある。換言すると、最も内周側に寄ったコイル４の中心から図示鉛直下向きには非貫通溝１１による空洞が存在せず、十分な力に耐えることができる。以下に詳述する。
　非貫通溝１１の奥行き方向の最大の延伸長さを上述したように決定した理由を説明する。まず、非貫通溝１１がボビン３を貫通していないことは、ボビン３の強度を確保し、かつボビン３の高さを必要以上に高くせずコイル４の周長や抵抗値を増大させないために必須である。仮にボビン３に設けられた溝が奥行き方向に貫通している場合は、貫通している溝の部分は空洞なので構造的に脆弱であり、コイル４の締め付け力により、長手方向から押す力や、幅方向に圧縮する向き力に耐えられず、ボビン３が割れる可能性がある。鉄心２を構成する鋼板は、主に樹脂で製作されるボビン３と比較して十分に強度が高く、内周側と外周側の端部のみを圧縮しても鋼板の強度に問題はない。そのため、貫通しない溝であれば貫通溝を開ける場合のような、コイル巻きつけ面下部の空洞は限定的にしか存在せず、非貫通溝１１を設けることによる強度低下は極めて限定的である。
　図１０はコイル４による締め付け力が作用する主な箇所を示す図である。ボビン３の強度についてさらに詳述すると、ボビン３に作用する力はコイル４による締め付け力が支配的である。すなわち、コイル４の締め付け力の影響の大きな箇所に非貫通溝１１による空洞がなければ、より強度の心配の少ない構造となる。ボビン３に対して、コイル４の締め付け力が強く働く箇所は、ボビン３の最も内周側に巻かれるコイル４がボビン３と接触する箇所と、ボビン３の最も外周側に巻かれるコイル４がボビン３と接触する箇所に挟まれる領域、すなわち図１０において符号８３のハッチングで示す領域である。図９において示したように、非貫通溝１１の最深部８２は、最も内周側に寄ったコイル４の中心よりも内周側にあるので、非貫通溝１１は図１０の符号８３のハッチングで示す領域とは重複しない。そのためボビン３はコイル４による締め付け力に耐えることができる。
　なおコイル４を巻線する際の製造上の都合により、ボビン３の長手方向端部の形状が、図７に示すように、内周側が高く外周側が低くなる傾斜を有する場合は、傾斜によって厚くなった部分に非貫通溝１１を設けることになる。この場合は、デッドスペースの有効な活用ともなる利点も有する。
　上述した第１の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）回転電機である電動モータ１００は、鉄心２を覆うボビン３にコイル４が巻き回されて形成される複数の集中巻きコイルが円環を構成するように配される固定子１を備える。電動モータ１００は、鉄心２の長手方向両端部において、鉄心２とボビン３が対向する面に円環の内周側から外周側に向かって延伸する非貫通溝１１を備える。そのため固定子１を製造する際に、非貫通溝１１に内周側加圧治具１３を挿入して鉄心２を長手方向に圧縮しながらボビン３にコイル４を巻線することができる。鉄心２をあらかじめ長手方向に圧縮するので、鉄心２を構成する薄い鋼板同士の隙間があらかじめ圧縮され、コイル４をボビン３に巻線することによる鋼板同士の隙間の変化が抑制される。したがって、従来であれば鋼板同士の隙間が圧縮されて余分となったコイル４の周長がコイル４が幅方向に膨らむ要因となったが、本実施の形態では余分となるコイル４が短くコイル４の幅方向への膨らみが抑制され、鉄心２の変形も抑制される。またボビン３には内周側加圧治具１３が挿入可能なように加工が施されるが、加工の影響を低減するために奥行き方向に貫通しない非貫通溝１１に留まる。そのため上述した電動モータ１００は、ボビン３の強度を維持しつつ、鉄心２の変形に起因するコギングトルクの増大を抑制することができる。
（２）非貫通溝１１はボビン３に形成される。そのため鉄心２は加工せずに形状を変化させず、発生させる磁界を従前どおりとすることができる。換言すると、本発明を適用しても磁界への悪影響を生じさせない。
（３）非貫通溝１１の延伸長さは、コイル４の径方向位置を規制し鉄心２の長手方向に伸びるボビン３の壁面の厚さＬ２と，コイル４の線径ｄの半分、すなわちｄ／２とを合わせた長さよりも短い。そのため図１０にハッチングで示すコイル４による締め付け力が作用する主な箇所は、中空である溝が存在しない中実となっており、ボビン３の強度低下を軽微にとどめることができる。
（４）鉄心２を覆うボビン３にコイル４が巻き回されて形成される複数の集中巻きコイル４が円環を構成するように配される固定子１を備え、鉄心２の長手方向両端部において、鉄心２とボビン３が対向する面に円環の内周側から外周側に向かって延伸する非貫通溝１１を備える電動モータ１００の製造方法は、以下の工程を含む。すなわち、集中巻きコイルを、長手方向両端部の非貫通溝１１に挿入された第１の１対の治具、すなわち内周側加圧治具１３により鉄心２を長手方向に圧縮しながら巻線することを含む。そのためコイル４をボビン３に巻線することによる鋼板同士の隙間の変化を抑制し、鉄心２の変形を抑制する。また非貫通溝１１は奥行き方向に貫通しない。そのためこの製造方法によれば、ボビン３の強度を維持しつつ、鉄心２の変形に起因するコギングトルクの増大を抑制した電動モータ１００を製造することができる。
（５）電動モータ１００の製造方法は、集中巻きコイルはさらに、鉄心２の円環の外周側への変形を拘束する外周側拘束治具１７、および鉄心２の円環の内周側への変形を拘束する内周側拘束治具１８により鉄心２を拘束しながら巻線することを含む。そのため鉄心２の変形をさらに抑制することができ、コギングトルクの増大を抑制することができる。
（６）固定子１は、コイル４が巻き回されたボビン３に覆われる鉄心２を備える。固定子１は、鉄心２の長手方向両端部において、鉄心２とボビン３が対向する面に固定子の外周側から固定子の内側に向かって延伸する非貫通溝１１を備える。そのため固定子１は、ボビン３の強度を維持しつつ、鉄心２の変形に起因するコギングトルクの増大を抑制することができる。
（第１の実施の形態の変形例１）
　図１１は、変形例１におけるボビン３の形状を示す図である。上述した第１の実施の形態では、非貫通溝１１は一端に１つのみ設けられたが、一端に複数の非貫通溝が設けられてもよい。図１１に示すボビン３は、第１非貫通溝１１Ａおよび第２非貫通溝１１Ｂを備える。図１１では記載を省略しているが、長手方向の対称な位置にも同様の非貫通溝が設けられる。第１非貫通溝１１Ａおよび第２非貫通溝１１Ｂは、ボビン３の幅方向の中心線を対象軸として線対称な位置に設けられる。第１非貫通溝１１Ａおよび第２非貫通溝１１Ｂの長さ、すなわち奥行き方向の延伸長さは、第１の実施の形態と同様である。
　本変形例によれば、第１の実施の形態における作用効果に加えて、次の作用効果を奏する。すなわち、本変形例では第１非貫通溝１１Ａおよび第２非貫通溝１１Ｂが幅方向に並んで設けられるので、鉄心２を安定して把持することができる。
（第１の実施の形態の変形例２）
　図１２は、変形例２におけるボビン３の形状を示す図である。上述した第１の実施の形態では、非貫通溝１１は幅方向の中央に設けられ幅方向の端部と連通しなかったが、幅方向の両端を結ぶように連通してもよい。図１２に示すボビン３は、第３非貫通溝１１Ｃを備える。図１２では記載を省略しているが、長手方向の対称な位置にも同様の非貫通溝が設けられる。第３非貫通溝１１Ｃは、ボビン３の幅方向に一様な形状を有し、奥行き方向に段差を形成する。第３非貫通溝１１Ｃにおける奥行き方向の延伸長さは、第１の実施の形態と同様である。
　本変形例によれば、第１の実施の形態における作用効果に加えて、次の作用効果を奏する。すなわち、本変形例では第３非貫通溝１１Ｃがボビン３の幅方向一杯に存在するので、鉄心２をより安定して把持することができる。
（第１の実施の形態の変形例３）
　図１３は、変形例３におけるボビン３の形状を示す図である。上述した第１の実施の形態では、非貫通溝１１の長手方向は端部まで達しなかったが、長手方向の端部まで達してもよい。図１３に示す第４非貫通溝１１Ｄは、長手方向がボビン３の端部まで達している。図１３では記載を省略しているが、長手方向の対称な位置にも同様の非貫通溝が設けられる。ただし第４非貫通溝１１Ｄの奥行き方向の延伸長さは、ボビン３を奥行き方向に貫通しない長さであり、第１の実施の形態における非貫通溝１１よりも短い。以下に詳述する。
　図１４は、第４非貫通溝１１Ｄの奥行き方向の延伸長さを説明する図である。図１４は第１の実施の形態における図９に追記した図であり、第４非貫通溝１１Ｄを破線で示している。すなわち図１４におけるボビン３、コイル４、寸法Ｌ１、寸法Ｌ２は図９と同一である。第４非貫通溝１１Ｄの奥行き方向の延伸長さＬ３は、第４非貫通溝１１Ｄがボビン３を奥行き方向に貫通しないように、寸法Ｌ２未満である。寸法Ｌ２とは前述のとおり、コイル４の径方向位置を規制し鉄心２の長手方向に伸びるボビン３の壁面の厚さである。第１の実施の形態において説明したように、第１の実施の形態における非貫通溝１１の奥行き方向の延伸長さＬ１はＬ２とコイル４の線径ｄの半分とを合わせた長さ未満である。すなわち、設定可能な非貫通溝１１の奥行き方向の延伸長さＬ１の最大長さをＬ１ＭＡＸ、設定可能な第４非貫通溝１１Ｄの奥行き方向の延伸長さＬ４の最大長さをＬ３ＭＡＸとおくと、これらとＬ２は以下の数式２の関係を有する。
　　　Ｌ１ＭＡＸ＞Ｌ２＞Ｌ３ＭＡＸ　・・・（数式２）
　なお仮に第４非貫通溝１１Ｄの奥行き方向の延伸長さＬ３をＬ２と等しくする場合、すなわち第４非貫通溝１１Ｄがボビン３を奥行き方向に貫通する場合は、以下の問題が生じる。すなわちボビン３が幅方向に分割され、幅方向の強度が著しく低下する。
（第１の実施の形態の変形例４）
　第１の実施の形態における図９では、非貫通溝１１の奥行き方向の延伸長さＬ１をボビン３の内周側の壁部の厚みＬ２を超えるように図示した。しかし非貫通溝１１の奥行き方向の延伸長さＬ１は、ボビン３の内周側の壁部の厚みＬ２未満であってもよい。
（第１の実施の形態の変形例５）
　第１の実施の形態では、図７の上面図３３に示したように非貫通溝１１の幅ｔ１１はボビン３においてコイル４が巻きつけられる幅ｔ３０よりも狭いとした。しかし非貫通溝１１の幅ｔ１１は、ボビン３においてコイル４が巻きつけられる幅ｔ３０よりも広くてもよい。
（第１の実施の形態の変形例６）
　第１の実施の形態では、非貫通溝１１の形状は、奥行き方向に向かって一様であるものとして図示したが、奥行き方向の位置によりその形状が変形してもよい。たとえば非貫通溝１１がテーパ状であってもよい。
（第１の実施の形態の変形例７）
　図９では、ボビン３のコイル４が巻き付けられる箇所、すなわち壁部を除くボビン３の長手方向端部は、外周側ほど低くなる傾斜を有する構造として説明した。しかしボビン３の長手方向端部は傾斜がなくフラットでもよい。またボビン３の長手方向端部の形状が、さらに異なる形状であってもよい。すなわち本発明はボビン３の長手方向の端面の形状に制約されない。
（第１の実施の形態の変形例８）
　上述した第１の実施の形態では、図８に示すように鉄心２の外周側と内周側の両方を長手方向に圧縮した。しかし圧縮するのは内周側だけでもよい。換言すると、外周側加圧治具１２を用いた鉄心２の外周側の長手方向の圧縮を行わなくてもよい。
（第１の実施の形態の変形例９）
　上述した第１の実施の形態では、図８に示すように外周側拘束治具１７および内周側拘束治具１８を用いて鉄心２の姿勢を拘束した状態でボビン３にコイル４を巻線した。しかしボビン３にコイル４を巻線する際に外周側拘束治具１７および内周側拘束治具１８を用いて鉄心２の姿勢を拘束しなくてもよい。換言すると、ボビン３にコイル４を巻線する際には、鉄心２を長手方向に圧縮することは必須であるが、鉄心２の外周側および内周側への変形を拘束することは必須ではない。
―第２の実施の形態―
　以下、図１５を参照して、本発明にかかる回転電機用の固定子、およびこれを用いた回転電機の第２の実施の形態を説明する。第２の実施の形態では、非貫通溝を鉄心２に設ける点で第１の実施の形態と異なる。
　図１５は、第２の実施の形態における固定子１の製造方法を示す図である。第２の実施の形態では鉄心２に非貫通溝２１が設けられる。前述のように、鉄心２は薄い鋼板を積層して形成されるため、第２の実施の形態では鋼板のうちの所定の枚数について、積層後に非貫通溝２１となる箇所の板を切り落とした鋼板を積層する。非貫通溝２１の奥行き方向の延伸長さは、第1の実施の形態における非貫通溝１１と同様である。
　第２の実施の形態では、図１５に示すように非貫通溝２１に内周側加圧治具１３を挿入して内周側を長手方向に圧縮し、段差部８１を外周側加圧治具１２によって挟み込んで長手方向に圧縮する。そしてこの状態でボビン３にコイル４が巻き回される。なお図１５では外周側拘束治具１７および内周側拘束治具１８の図示を省略しているが、第１の実施の形態と同様にこれらも用いて固定子１を製造してもよい。
　上述した第２の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（７）非貫通溝２１は鉄心２に形成される。そのため設計などの都合により、ボビン３に非貫通溝を設けることが困難である場合であっても、鉄心２に非貫通溝２１を設けることでボビン３にコイル４を巻線する際に鉄心２を長手方向に圧縮できる。これによりボビン３の強度を維持しつつ、鉄心２の変形に起因するコギングトルクの増大を抑制することができる。
―第３の実施の形態―
　以下、図１６を参照して、本発明にかかる回転電機用の固定子、およびこれを用いた回転電機の第３の実施の形態を説明する。第３の実施の形態では、非貫通溝１１をボビン３に設け、さらに非貫通溝２１を鉄心２の両方に設ける点で第１および第２の実施の形態と異なる。
　図１６は、第３の実施の形態における固定子１の製造方法を示す図である。第３の実施の形態ではボビン３に非貫通溝１１が設けられ、これと連通するように鉄心２に非貫通溝２１が設けられる。鉄心２への非貫通溝２１の形成方法は第２の実施の形態と同様である。非貫通溝２１の奥行き方向の延伸長さの上限は第１の実施の形態における非貫通溝１１との上限と同様である。本実施の形態では、非貫通溝１１と非貫通溝２１の奥行き方向の延伸長さは、同一であることが好ましいが異なっていてもよい。本実施の形態における固定子１の製造方法は第１の実施の形態と同様であり、非貫通溝１１だけでなく非貫通溝２１も利用して内周側加圧治具１３により鉄心２の内周側を長手方向に圧縮する点が第１の実施の形態と異なる。
　上述した第３の実施の形態によれば、設計などの都合により、ボビン３および鉄心２のそれぞれだけでは、内周側加圧治具１３を挿入するための高さが確保された非貫通溝を設けることができない場合でも以下の効果が得られる。すなわち、ボビン３の強度を維持しつつ、鉄心２の変形に起因するコギングトルクの増大を抑制することができる。
―第４の実施の形態―
　以下、図１７を参照して、本発明にかかる回転電機用の固定子、およびこれを用いた回転電機の第４の実施の形態を説明する。第４の実施の形態では、鉄心２を内周側から外周側に向かって貫く貫通溝２２を設ける点が、第１の実施の形態と異なる。
　図１７は、第４の実施の形態における固定子１の製造方法を示す図である。第４の実施の形態では鉄心２に貫通溝２２が設けられる。鉄心２への貫通溝２２の形成は、第２の実施の形態における切り落としの形状を変化させることで対応可能である。本実施の形態における固定子１の製造方法は第２の実施の形態と同様であり、非貫通溝２１の代わりに貫通溝２２に内周側加圧治具１３を挿入する点が第２の実施の形態と異なる。本実施の形態では、第２の実施の形態において用いることができる全ての内周側加圧治具１３を用いることができる。さらに本実施の形態では、貫通溝２２が鉄心２の内周側から外周側まで貫通しているので、外周側加圧治具１２と内周側加圧治具１３を一体部品とすることや、内周側加圧治具１３の端部を外周側で把持することによって、貫通溝２２を内周側から外周側にかけて一様に圧縮することもできる。
　なおボビン３は樹脂などによって形成されるため、強度確保の観点からボビン３に貫通溝を設けることは困難である。鉄心２は積層される鋼板によって形成されるので貫通溝２２を設けても強度を確保することができる。ただし、鉄心２を構成する鋼板を鋼板に設けられた凹凸、いわゆるダボによって締結する場合は、貫通溝２２によって分断された鋼板は、分断されたそれぞれの側が鉄心２として締結される必要があり、貫通溝２２がない場合に比べて必要なダボの数は増加する。
　上述した第４の実施の形態によれば、たとえば鉄心２が非常に小型であり、非貫通溝だけでは十分な加圧面積を確保できない場合でも次の作用効果が得られる。すなわち、鉄心２に貫通溝２２を設けることで、ボビン３の強度を維持しつつ、鉄心２の変形に起因するコギングトルクの増大を抑制することができる。
―第５の実施の形態―
　以下、図１８を参照して、本発明にかかる回転電機用の固定子、およびこれを用いた回転電機の第５の実施の形態を説明する。第５の実施の形態では、ボビン３の内周側から外周側に向かって延伸する非貫通溝１１に加え、ボビン３の外周側から内周側に向かって延伸する外周側非貫通溝２３を備える点が第１の実施の形態と異なる。
　図１８は、第５の実施の形態における固定子１の製造方法を示す図である。本実施の形態では、ボビン３の奥行き方向の外周側の端面の位置は、鉄心２の外周側の端面の位置と等しい。換言すると第５の実施の形態におけるボビン３の奥行き方向の幅は、第１の実施の形態と比べて拡張されている。またボビン３は、外周側端面から内周側に向かって延伸する外周側非貫通溝２３を有する。
　第５の実施の形態では、図１８に示すように非貫通溝２１に内周側加圧治具１３を挿入して内周側を長手方向に圧縮し、外周側非貫通溝２３に外周側加圧治具１２Ａを挿入して内周側を長手方向に圧縮する。なお外周側加圧治具１２Ａは、内周側加圧治具１３と同様に溝へ挿入可能な段部を備える。そしてこの状態でボビン３にコイル４を巻き回す。なお図１８では外周側拘束治具１７および内周側拘束治具１８の図示を省略しているが、第１の実施の形態と同様にこれらも用いて固定子１を製造してもよい。
　本実施の形態では、ボビン３が鉄心２の端部の内周側から外周側にかけて広く分布する。そのため、コイル４による締め付け力が、ボビン３を伝わってより一様に鉄心２に作用して鉄心２の変形を抑制する効果が高まる。また、外周側加圧治具１２Ａおよび内周側加圧治具１３を取り外し後には、鉄心２は圧縮から解放されて、ばねのように伸びようとする。そのため鉄心２の長手方向の長さは一定量長くなるが、本実施の形態では外周側の端部までボビン３によって覆われているので、内周側と外周側の高さの変化量の差が小さくなる。
　上述した第５の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（８）電動モータ１００は、鉄心２の長手方向端部において、鉄心２とボビン３が対向する面に円環の外周側から内周側に向かって延伸する外周側非貫通溝２３を備える。そのためボビン３が鉄心２の端部の内周側から外周側にかけて広く分布する場合でも、ボビン３の強度を維持しつつ、鉄心２の変形に起因するコギングトルクの増大を抑制することができる。
（９）電動モータ１００の固定子１を構成する集中巻きコイルは、鉄心２の長手方向端部において、鉄心２とボビン３が対向する面に円環の外周側から内周側に向かって延伸する外周側非貫通溝２３を備える。そしてボビン３にコイル４を巻線する際には、非貫通溝１１に内周側加圧治具１３を挿入して圧縮するだけでなく、長手方向両端部の外周側非貫通溝２３に挿入された第２の１対の治具、すなわち外周側加圧治具１２により、さらに鉄心２を長手方向に圧縮しながら巻線する。
―第６の実施の形態―
　以下、図１９を参照して、本発明にかかる回転電機用の固定子、およびこれを用いた回転電機の第６の実施の形態を説明する。第６の実施の形態では、ボビン３および鉄心２に非貫通溝を設けない点で第１の実施の形態と異なる。
　図１９は、第６の実施の形態における固定子１の製造方法を示す図である。本実施の形態では、鉄心２の外周側の長手方向端面を挟むように設置した外周側加圧治具１２によって鉄心２を長手方向に圧縮しながら巻線を行う。なお本実施の形態では、鉄心２の外周側を圧縮する力が強い場合には、鉄心２の内周側に図４に示す符号５と逆向きに曲げる力が発生してしまうため、コイル４の締め付け力を加味した圧縮力の設定が必要となる。本実施の形態は、ボビン３や鉄心２の都合によって非貫通溝が設けられない場合や、巻線設備の都合によって鉄心２の内周側に加圧治具や加圧機構を設けられない場合に有効である。
　上述した各実施の形態の中には、鉄心２を巻線機に取り付ける治具や、巻線中に鉄心２の内周側を抑える治具の説明および図示がないものがあるが、これらの治具の要否や形状、設置場所が適切に検討されればよい。また、内周側加圧治具１３が内周側抑えを兼ねる構造であってもよい。
　上述した各実施の形態および変形例では、ボビン３は、あらかじめ成形し、鉄心２の両端から挿入する方法を例に挙げたが、鉄心２をモールドするように成形してもよいし、分割されずに一体であってもよい。ボビン３の材質は、一例として樹脂を挙げたが、鉄心２とコイル４の間に必要なだけの電気的な絶縁を提供できればよく、材質は問わない。またボビン３の構造は、主にコイル４の巻き付け面となる箇所について記述したが、巻き付け面の周囲に、コイル４の位置ずれを防止するための土手や、巻回位置を規制するための構造物を設けてもよく、そのような場合でも本発明の本質は不変である。
　上述した各実施の形態および変形例は、それぞれ組み合わせてもよい。上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。
　次の優先権基礎出願の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。
　日本国特許出願２０１７－２０５５０８（２０１７年１０月２４日出願）
１…固定子
２…鉄心
３…ボビン
４…コイル
１１…非貫通溝
１１Ｂ…第２非貫通溝
１１Ｃ…第３非貫通溝
１２…外周側加圧治具
１３…内周側加圧治具
１７…外周側拘束治具
１８…内周側拘束治具
２１…非貫通溝
２２…貫通溝
２３…外周側非貫通溝
８１…段差部
１００…電動モータ

Claims (10)

  1. 　鉄心を覆うボビンにコイルが巻き回されて形成される複数の集中巻きコイルが円環を構成するように配される固定子を備える回転電機であって、
    　前記鉄心の長手方向両端部において、前記鉄心と前記ボビンが対向する面に前記円環の内周側から外周側に向かって延伸する非貫通溝を備える回転電機。
  2. 　請求項１に記載の回転電機において、
    　前記非貫通溝は前記ボビンに形成される回転電機。
  3. 　請求項２に記載の回転電機において、
    　前記非貫通溝は複数形成される回転電機。
  4. 　請求項１に記載の回転電機において、
    　前記非貫通溝は前記鉄心に形成される回転電機。
  5. 　請求項１に記載の回転電機において、
    　前記非貫通溝の前記延伸の長さは、前記コイルの径方向位置を規制し前記鉄心の長手方向に伸びる前記ボビンの壁面の厚さと，前記コイルの線径の半分とを合わせた長さよりも短い回転電機。
  6. 　請求項１に記載の回転電機において、
    　前記鉄心の長手方向端部において、前記鉄心と前記ボビンが対向する面に前記円環の外周側から内周側に向かって延伸する外周側非貫通溝をさらに備える回転電機。
  7. 　鉄心を覆うボビンにコイルが巻き回されて形成される複数の集中巻きコイルが円環を構成するように配される固定子を備え、前記鉄心の長手方向両端部において、前記鉄心と前記ボビンが対向する面に前記円環の内周側から外周側に向かって延伸する非貫通溝を備える回転電機の製造方法であって、
    　前記集中巻きコイルを、前記長手方向両端部の前記非貫通溝に挿入された第１の１対の治具により前記鉄心を長手方向に圧縮しながら巻線することを含む回転電機の製造方法。
  8. 　請求項７に記載の回転電機の製造方法において、
    　前記集中巻きコイルは、前記鉄心の長手方向端部において、前記鉄心と前記ボビンが対向する面に前記円環の外周側から内周側に向かって延伸する外周側非貫通溝をさらに備え、
    　前記集中巻きコイルを、前記長手方向両端部の前記外周側非貫通溝に挿入された第２の１対の治具により、さらに前記鉄心を長手方向に圧縮しながら巻線することを含む回転電機の製造方法。
  9. 　請求項７に記載の回転電機の製造方法において、
    　前記集中巻きコイルはさらに、前記鉄心の前記円環の外周側への変形を拘束する外周拘束治具、および前記鉄心の前記円環の内周側への変形を拘束する内周拘束治具により前記鉄心を拘束しながら巻線することを含む回転電機の製造方法。
  10. 　コイルが巻き回されたボビンに覆われる鉄心を備える固定子であって、
    　前記鉄心の長手方向両端部において、前記鉄心と前記ボビンが対向する面に前記固定子の内周側から前記固定子の外側に向かって延伸する非貫通溝を備える固定子。
     
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