(57)【要約】【課題】  巻枠部の各突起部の間に巻線を１本ずつ挿入して巻回されているため、巻線の数に応じて突起を有するガイド部材を製造する必要があり、突起を製造するための材料を多く要すると共に巻枠部の構造が複雑になる。【解決手段】  本発明における回転電機のステータ１は、回転軸の周りに環状に形成されたバックヨーク部７とバックヨーク部７から内径側に突出したティース部８とを有するステータコア２と、ティース部８を覆う巻枠部３と、巻枠部３に巻回された巻線２３と、巻枠部３の表面に形成され、巻回された巻線２３により構成された１層目において、複数回の巻回後に巻回された巻線２３の巻回位置を規制する突起部１５とを有する。【選択図】  図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸の周りに環状に形成されたバックヨーク部と前記バックヨーク部から内径側に突出したティース部とを有するステータコアと、
前記ティース部を覆う巻枠部と、
前記巻枠部に巻回された巻線と、
前記巻枠部の表面に形成され、巻回された前記巻線により構成された１層目において、複数回の巻回後に巻回された前記巻線の巻回位置を規制する突起部と
を備えた回転電機のステータ。
【請求項２】
前記突起部は、前記巻枠部のコーナー部に形成される
請求項１に記載の回転電機のステータ。
【請求項３】
前記突起部は、頂部と底面を有し、
前記頂部から前記底面までの距離をＨ、前記巻線の線径をＤとした場合に、前記頂部から前記底面までの距離Ｈは、以下の数式（１）を満たす請求項１又は請求項２に記載の回転電機のステータ。
Ｈ＜Ｄ      （１）
【請求項４】
前記頂部の先端は、曲面形状である
請求項３に記載の回転電機のステータ。
【請求項５】
前記突起部は、側面を有し、
前記側面は、凹状に湾曲した形状である
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の回転電機のステータ。
【請求項６】
前記突起部は、前記巻枠部において複数箇所に形成される
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の回転電機のステータ。
【請求項７】
隣り合う前記突起部の間の距離をＬ、隣り合う前記突起部の間の前記巻線による巻回数をＮ、前記巻線の線径をＤ、及びＮ回目に巻回された前記巻線と前記巻線に隣接する前記突起部との距離をｄとした場合に、前記突起部の間の距離Ｌは、以下の数式（２）を満たす請求項６に記載の回転電機のステータ。
Ｌ＞Ｎ×Ｄ＋ｄ      （２）
【請求項８】
回転軸を有するロータと、
前記ロータの外径側に配置されたステータとを備え、
前記ステータは、
回転軸の周りに環状に形成されたバックヨーク部と前記バックヨーク部から内径側に突出したティース部とを有するステータコアと、
前記ティース部を覆う巻枠部と、
前記巻枠部に巻回された巻線と、
前記巻枠部の表面に形成され、巻回された前記巻線により構成された１層目において、複数回の巻回後に巻回された前記巻線の巻回位置を規制する突起部と
を有する回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、巻枠部を介してステータコアに巻回された巻線を有する回転電機のステータ及び回転電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の回転電機のステータでは、回転電機の製造工程における製品の品質と生産性の向上が重要な課題となっていた。例えば、特許文献１では、巻枠部に等間隔の突起部を有するガイド部材を設けていた。これにより、巻枠部に構成された１層目の巻線が等間隔で巻回され、製品の品質向上を図っていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−５３６５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の巻枠部は、各突起部の間に巻線を１回ずつ挿入して巻回されているため、巻線の数に応じて突起を有するガイド部材を製造する必要があり、突起を製造するための材料を多く要すると共に、巻枠部の構造が複雑になるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、複数回の巻回後に巻回された巻線の巻回位置を規制する突起部を備えることで、生産性の向上を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明における回転電機のステータは、回転軸の周りに環状に形成されたバックヨーク部とバックヨーク部から内径側に突出したティース部とを有するステータコアと、ティース部を覆う巻枠部と、巻枠部に巻回された巻線と、巻枠部の表面に形成され、巻回された巻線により構成された１層目において、複数回の巻回後に巻回された巻線の巻回位置を規制する突起部とを有するものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明における回転電機のステータは、複数回の巻回後に巻回された巻線の巻回位置を規制することで、突起部を製造するための材料が少なくなると共に、巻枠部の構造が単純になり、生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１における回転電機のステータの斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１における分割コアの斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態１における巻枠部が設けられた分割コアの斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態１における巻枠部が設けられた分割コアの斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態１における巻枠部が設けられた分割コアにコイルが巻回された斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態１における分割コアと巻枠部の部分断面図である。
【図７】本発明の実施の形態１における突起部の側面図である。
【図８】本発明の実施の形態１における巻枠部と巻線の部分断面図である。
【図９】本発明の実施の形態１における回転電機の平面図である。
【図１０】本発明の実施の形態２における巻枠部と巻線の部分断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態３における巻枠部と巻線の部分断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態３における突起部と巻線の部分模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１における回転電機のステータについて、図１〜図９を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態１における回転電機のステータの斜視図であり、図２は、本発明の実施の形態１における分割コアの斜視図である。以下の説明において、回転電機における各方向を、径方向Ｘ、軸方向Ｙ、及び周方向Ｚとして示す。また、径方向Ｘの回転軸方向の外側を外径側Ｘ１として示し、径方向Ｘの回転軸方向の内側を内径側Ｘ２として示す。よって、他の部品においても、これらの方向を基準として各方向を説明する。
【００１０】
図１に示すように、回転電機のステータ１は、ステータコア２、巻枠部３、及びコイル４を備える。ステータコア２は、複数の分割コア５が環状に組み合わさることにより構成されている。ステータコア２の内径側には、図１においては図示しないロータが設けられ、回転電機を構成する。
【００１１】
図２に示すように、分割コア５は、電磁鋼鈑であるコア部材６が軸方向Ｙに複数積層され、カシメや溶接、接着等により固定されて形成される。コア部材６は、バックヨーク部７、ティース部８、及びティース先端部９を有する。バックヨーク部７は、回転軸の周りに環状に形成されており、バックヨーク部７から内径側Ｘ２にティース部８が突出している。ティース先端部９は、ティース部８の内径側Ｘ２に設けられ、バックヨーク部７と同様にロータの回転軸から周方向Ｚに突出して形成されている。
【００１２】
分割コア５に巻枠部３を設置し、コイルを巻回する手順について説明する。図３は、本発明の実施の形態１における巻枠部が設けられた分割コアの斜視図であり、図４は、本発明の実施の形態１における巻枠部が設けられた分割コアの斜視図である。図３は、巻枠部３を設置中の状態を示し、図４は巻枠部３を設置後の状態を示している。
【００１３】
図３及び図４に示すように、巻枠部３は、バックヨーク部７から内径側Ｘ２に延びる磁気的に連結されたティース部８を覆うように設けられる。巻枠部３は、コイルと分割コア５とを絶縁するため、絶縁性のある第一巻枠部１０、第二巻枠部１１、及び第三巻枠部１２にて構成される。尚、第三巻枠部１２は絶縁性があればよく、絶縁シートを用いてもよい。
【００１４】
まず、図３に示すように、第一巻枠部１０及び第二巻枠部１１は、ティース部８の軸方向Ｙの両端面を覆うように取り付けられる。
【００１５】
次に、図４に示すように、第三巻枠部１２は、分割コア５のティース部の周方向Ｚの両端面及びバックヨーク部７の内径側Ｘ２を覆うように取り付けられる。第三巻枠部１２は、第一巻枠部１０と第二巻枠部１１に形成された挿入爪１３にその一部が挿入されることで固定される。挿入爪１３は、第一巻枠部１０と第二巻枠部１１の夫々において、バックヨーク部７の内径側Ｘ２とティース部の外径側Ｘ１との接合部において周方向Ｚの両端２箇所と、ティース先端部９の外径側Ｘ１とティース部の内径側Ｘ２との接合部において周方向Ｚの両端２箇所とに配置されている。尚、巻枠部３は、ティース部８を覆うように設けられていればよく、例えば、分割コア５と一体となった構成でもよい。以上により、分割コア５に巻枠部３が設置される。
【００１６】
第一巻枠部１０及び第二巻枠部１１において、第三巻枠部１２との境界付近に位置するコーナー部１４には、巻枠部３に巻回される径方向Ｘに突起部１５が形成されている。尚、第一巻枠部１０及び第二巻枠部１１において、コーナー部１４は合計４箇所に設けられる。突起部１５は、少なくともいずれかのコーナー部１４に１個以上形成される。突起部１５は、巻枠部３のコーナー部１４に形成されることによって、巻回された巻線２３の巻回位置の規制を十分に行うことができる。
【００１７】
図５は、本発明の実施の形態１における巻枠部が設けられた分割コアにコイルが構成された斜視図である。コイル４は、巻枠部３を介して分割コア５のティース部に巻線を巻回して形成される。
【００１８】
図６は、本発明の実施の形態１における分割コアと巻枠部の部分断面図である。図６に示すように、巻枠部３は、突起部１５、第一壁部１６、及び第二壁部１７を有する。第一壁部１６は、分割コア５のバックヨーク部７とティース部８との境界である第一連結部１８から周方向Ｚに位置する。第二壁部１７は、分割コア５のティース部８とティース先端部９との境界である第二連結部１９から周方向Ｚに位置する。突起部１５は、第一壁部１６と第二壁部１７の間の位置にあたる、ティース部８を覆う巻枠部３の表面に形成される。
【００１９】
尚、図６において、突起部１５は、巻枠部３の表面において第一壁部１６よりも第二壁部１７側の位置に形成されているが、第一壁部１６と第二壁部１７の間の位置に形成されていればよく、例えば、突起部１５は、巻枠部３の表面において第二壁部１７より第一壁部１６側の位置に形成されていてもよい。
【００２０】
図７は、本発明の実施の形態１における突起部の側面図である。突起部１５は、頂部２０、側面２１、及び底面２２を有する。突起部１５の頂部２０の先端は、面取り加工がなされて曲面形状になっている。この構成により、突起部１５と巻線の周囲を覆設する絶縁被膜との接触による絶縁被膜の損傷を防止できる。突起部１５の側面２１は、凹状に湾曲した形状になっている。この構成により、巻線から受ける応力は側面２１の特定の場所に集中せず、周囲に分散させることができ、巻枠部３の強度の向上を図ることができる。突起部１５が形成された巻枠部３は、樹脂成型金型の内部に樹脂を注入することで成形される。巻枠部３を成形する技術については、従来から周知の技術であるため詳細な説明を省略する。
【００２１】
図８は、本発明の実施の形態１における巻枠部と巻線の部分断面図である。図８に示すように、巻枠部３には、コイル４が外径側Ｘ１に崩れることを防ぐ第一壁部１６と、内径側Ｘ２に崩れることを防ぐ第二壁部１７とが夫々設けられている。巻枠部３には巻線２３が巻回される。
【００２２】
以下、巻枠部３に巻線２３を巻回する方法を説明する。巻線２３は、巻枠部３に巻回して複数の層を構成する。巻回された巻線２３で構成された複数の層のうち１層目の巻回手順について説明する。巻枠部３の第一壁部１６側から、１ターン目となる巻線２３が巻回される。続いて、巻枠部３の内径側Ｘ２から巻線２３が順番に巻回される。突起部１５は、巻枠部３の表面に形成される。巻回された巻線２３により構成された１層目において、突起部１５は複数回の巻回後に巻回された巻線２３の巻回位置を規制する。更に、巻線２３が順番に巻回され、１層目の終わりのターンとなる巻線２３が巻回される。
【００２３】
巻線２３で構成された複数の層のうち２層目の巻回手順について説明する。まず、１層目の巻線２３のうち、巻枠部３の第二壁部１７に隣接して隣り合う２つの巻線２３の間に、２層目の始まりとなる巻線２３が巻回される。続いて、巻枠部３の内径側Ｘ２から第一壁部１６側にかけて１層目の巻線２３同士の間に２層目の巻線２３が夫々巻回され、２層目の巻線２３は、１層目の隣り合う２本の巻線２３に接することとなる。更に、第一壁部１６側に隣接して配設された１層目の隣り合う２本の巻線２３の間に、２層目の終わりのターンとなる１本の巻線２３が接すると共に巻回される。
【００２４】
巻回された巻線２３により構成された３層目以降の巻回手順については、１層目と２層目の巻回手順と同様の手順が繰り返されるため、説明を省略する。以上の巻回手順により、巻枠部３には、巻線２３が規則的に俵積み状に配置される整列巻がなされる。
【００２５】
巻枠部３に巻線２３を巻回する場合は、巻線２３の線径の寸法誤差の蓄積により１層目の隣り合う巻線２３に隙間が生じる場合がある。この場合は、２層目の巻線２３が１層目の隣り合う巻線２３に入り込み、巻乱れを生じる。この場合は、図８に示すように、突起部１５が、巻回された巻線２３により構成された１層目において、複数回の巻回後に巻回された巻線２３の巻回位置を規制する。これにより、巻回位置を規制された巻線２３は、線径の寸法誤差の蓄積による影響を受けずに正しい巻回位置で巻回される。よって、巻乱れなく整列巻きを行うことができる。突起部１５は、巻線２３の巻回時にかかる応力を受けても巻回を維持できるような形状で形成される。また、突起部１５は巻枠部３において１箇所に形成されるため、巻枠部３に突起部１５を製造するための材料を少なくできる。
【００２６】
図７及び図８において、突起部１５の頂部２０から底面２２までの距離をＨ、巻線２３の線径をＤ１とした場合に、頂部２０から底面２２までの距離Ｈは、以下の数式（１）を満たすことが好ましい。
【００２７】
Ｈ＜Ｄ１      （１）
【００２８】
これにより、巻枠部３の表面において、巻回された巻線２３により構成された層内では、突起部１５が２層目に巻回された巻線２３に触れることなく、隣り合う巻線２３をずれなく巻回できる。
【００２９】
以上のように、本発明の実施の形態１における回転電機のステータ１は、回転軸の周りに環状に形成されたバックヨーク部７とバックヨーク部７から内径側Ｘ２に突出したティース部８を有するステータコア２と、ティース部８を覆う巻枠部３と、巻枠部３に巻回された巻線２３と、巻枠部３の表面に形成され、巻回された巻線２３により構成された１層目において、複数回の巻回後に巻回された巻線２３の巻回位置を規制する突起部１５とを備える。その結果、突起部１５を製造するための材料が少なくなると共に、巻枠部３の構造が単純になり、生産性が向上するという効果を奏する。
【００３０】
図９は、本発明の実施の形態１における回転電機の平面図である。図９に示すように、回転電機２４は、ステータ１とロータ２５を備える構成でもよい。フレームは有底筒形状をしており、フレームの内径側にコイル４が巻回されたステータ１が圧入等で固定されている。ロータ２５は、ステータ１の内径側に所定のギャップを介して配置されている。つまり、ロータ２５の外径側にステータ１が配置されている。ロータ２５は、回転軸２６に接着等で固定された磁石２７を有しており、フレームに設けられたベアリングケースに保持されるベアリングによって、回転自在に支持されている。
【００３１】
実施の形態２． 
本発明の実施の形態２における回転電機のステータについて、図１０を用いて説明する。尚、上記実施の形態で同一番号が付され説明されたものについては、同様な構成を有するものであるため、ここでは説明を省略する場合がある。
【００３２】
上記実施の形態１において、突起部１５は、巻枠部３の表面において１箇所に形成される構成であったが、突起部１５は、１箇所に形成される構成に限らず、複数箇所に形成される構成でもよい。例えば、突起部１５は、巻枠部３の表面において２箇所に形成されてもよい。
【００３３】
図１０は、本発明の実施の形態２における巻枠部と巻線の部分断面図である。図１０に示すように、巻枠部３の突起部１５は、巻回範囲にあたる巻枠部３の表面において、２箇所に形成される。夫々の突起部１５は、巻回された巻線２３により構成された１層目において、複数回の巻回後に巻回された巻線２３の巻回位置を規制する。これにより、巻回位置を規制された巻線２３は、線径の寸法誤差の蓄積による影響を受けずに巻回され、巻乱れなく整列巻きを行うことができる。
【００３４】
尚、突起部１５は、巻枠部３の表面において３箇所以上に形成されてもよい。この場合、隣り合う突起部１５間の距離は等間隔でなくてもよく、巻線２３の線径や、突起部１５が巻線２３の巻回によって受ける応力を考慮して設定すればよい。
【００３５】
突起部１５が巻枠部３の表面において複数箇所に形成されることで、巻線２３の寸法誤差の蓄積による影響は、巻回時に繰り返し解消することができ、整列巻きの精度を高めることができる。
【００３６】
実施の形態３．
本発明の実施の形態３における回転電機のステータについて、図１１及び図１２を用いて説明する。尚、上記実施の形態で同一番号が付され説明されたものについては、同様な構成を有するものであるため、ここでは説明を省略する場合がある。
【００３７】
上記実施の形態２において、複数の突起部１５は巻枠部３に巻回された巻線２３の巻回位置を規制していたが、複数の突起部１５は巻線２３の巻回位置を規制すればよい。例えば、複数の突起部１５は、線径の異なる複数の巻線の巻回位置を規制するように形成されてもよい。
【００３８】
上記実施の形態２との比較例として、突起部１５が、図１０に示した巻線２３よりも線径の小さな巻線２８の巻回位置を規制する場合について説明する。図１１は、本発明の実施の形態３における巻枠部と巻線の部分断面図である。図１１を用いて当該比較例について説明するが、以下、図１０で説明した上記実施の形態２との相違点について説明する。
【００３９】
図１１に示すように、１層目を構成する巻線２８は巻枠部３の第一壁部１６に当接する。巻枠部３の突起部１５は、巻回範囲にあたる巻枠部３の表面において、２箇所形成される。夫々の突起部１５は、巻回された巻線２３により構成された１層目において、複数回の巻回後に巻回された巻線２３の巻回位置を規制する。また、巻線２８は順番に巻回され、１層目の終わりのターンとなる巻線２８が巻回される。２層目を構成する巻線２８は１層目を構成する巻線２８に当接すると共に、２層目を構成する巻線２８は隣り合う巻線２８に当接又は隣接するように巻回される。３層目以降の巻線２８による形成については、１層目と２層目の形成と同様なため、説明を省略する。
【００４０】
巻枠部３に設けられた隣り合う突起部１５同士の距離の設定方法について説明する。図１２は、突起部と巻線の部分模式図である。図１２に示すように、突起部１５が、巻枠部３において複数箇所に形成されている。突起部１５は、複数回の巻回後に巻回された巻線２３又は巻線２８の巻回位置を規制する。
【００４１】
隣り合う突起部１５の間の距離をＬ、隣り合う突起部１５の間の巻線２３による巻回数をＮ１、巻線２３の線径をＤ１、Ｎ１回目に巻回された巻線２３と巻線２３に隣接する突起部１５との距離をｄ１、隣り合う突起部１５間の巻線２８の巻回数をＮ２、巻線２８の線径をＤ２、及びＮ２回目に巻回された巻線２８と巻線２８に隣接する突起部１５との距離をｄ２とした場合に、隣り合う突起部１５の間の距離Ｌは、以下の数式（２）及び数式（３）を満たすことが好ましい。
【００４２】
Ｌ＞Ｎ１×Ｄ１＋ｄ１      （２）
Ｌ＞Ｎ２×Ｄ２＋ｄ２      （３）
【００４３】
これにより、巻枠部３の表面において、巻回された巻線２３又は巻線２８により構成された層内では、隣り合う巻線２３又は隣り合う巻線２８をずれなく巻回できる。したがって、巻枠部３に設けられた隣り合う突起部１５の間の距離Ｌの設定をすることで、巻枠部３は線径の異なる複数の巻線２３及び巻線２８に対応することが可能となる。これにより、複数種類の回転電機に対して、共通の巻枠部３を用いることが可能となる。
【００４４】
尚、上記実施の形態１〜３では、突起部１５は巻枠部３のコーナー部１４に形成されたが、突起部１５は巻線２３の巻回位置を規制できればよい。例えば、巻枠部３において、軸方向Ｙの両端面又は周方向Ｚの両端面に形成されてもよい。更に、例えば、突起部１５は、巻枠部３において、コーナー部１４から軸方向Ｙの両端面にかけて形成されてもよく、又はコーナー部１４から周方向Ｚの両端面にかけて形成されてもよい。
【００４５】
特に、突起部１５が巻枠部３において軸方向Ｙの両端面に形成されることで、突起部１５が形成された巻枠部３を金型により成形することが容易となり、生産性が向上する。
【００４６】
又、突起部１５は、側面２１が凹状に湾曲した形状をしていたが、突起部１５は、巻枠部３に巻回された巻線２３の巻回位置を規制できればよい。例えば、円柱形状、円錐形状、直方体形状、四角錐形状、曲面を有するドーム形状、又は非対称な形状に形成されてもよい。
【００４７】
特に、突起部１５が円柱形状や直方体形状になることで、金型により成形することが容易となり、生産性が向上する。
【００４８】
又、巻線２３として断面が円形の丸線を用いたが、正方形断面の巻線２３又は六角形断面の巻線２３を用いて、巻枠部３上の線材占積率を向上させるようにしてもよい。
【００４９】
更に、ステータ１にコア部材６を複数積層した積層鉄心を用いたが、一体成型された圧粉鉄心を用いてもよい。この場合、圧粉鉄心は金型を用いることで金属粉末の圧縮成形をするため、複雑な形状のステータ１をもつ回転電機を作ることが容易であるという効果を奏する。
【００５０】
尚、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせることや、各実施の形態を適宜、変形、省略することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１  ステータ、２  ステータコア、３  巻枠部、４  コイル、５  分割コア、６  コア部材、７  バックヨーク部、８  ティース部、９  ティース先端部、１０  第一巻枠部、１１  第二巻枠部、１２  第三巻枠部、１３  挿入爪、１４  コーナー部、１５  突起部、１６  第一壁部、１７  第二壁部、１８  第一連結部、１９  第二連結部、２０  頂部、２１  側面、２２  底面、２３  巻線、２４  回転電機、２５  ロータ、２６  回転軸、２７  磁石、２８  巻線。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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