(57)【要約】【課題】高い出力性能のものを容易に製造することのできる電機子を提供する。【解決手段】ステータ２０は、ステータコア２１と、同ステータコア２１に巻回されたステータコイル２２とを有する。ステータコイル２２は、管状の外巻線部３１と、外巻線部３１の内部を貫通して延びる内巻線部３２と、を有する二層構造をなしている。外巻線部３１の内周面と内巻線部３２の外周面との間には絶縁材料からなる被覆層３３が介設されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄心と、同鉄心に巻回された巻線とを有する電機子において、
前記巻線は、管状の外巻線部と、前記外巻線部の内部を貫通して延びる内巻線部と、前記外巻線部の内周面および前記内巻線部の外周面の間に介設された絶縁材料からなる絶縁部と、を有する多層構造をなしている
ことを特徴とする電機子。
【請求項２】
前記巻線は、前記外巻線部の延設方向における一端および前記内巻線部の延設方向における他端の一方が始点になるとともに他方が終点になる態様であり、且つ、前記外巻線部の延設方向における他端と前記内巻線部の延設方向における一端とが接続される態様で延設されている
請求項１に記載の電機子。
【請求項３】
前記巻線の形成材料は、アルミニウムである
請求項１または２に記載の電機子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄心と同鉄心に巻回された巻線とを有する電機子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回転電機の電機子として鉄心に巻線が巻回された構造のものがある（例えば特許文献１参照）。特許文献１に記載の電機子では、中心線の延びる方向において貫通するスリットが鉄心に設けられている。そして、このスリットに挿通される態様で、巻線は鉄心に巻回されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１００００６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、回転電機の出力性能を高くするための構成として、電機子における巻線の巻き回し数（ターン数）を増やすことが考えられる。ただし、単に巻線のターン数を増加させると、鉄心に巻線を巻き回す作業が煩雑になってしまう。
【０００５】
本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高い出力性能のものを容易に製造することのできる電機子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための電機子は、鉄心と、同鉄心に巻回された巻線とを有する電機子において、前記巻線は、管状の外巻線部と、前記外巻線部の内部を貫通して延びる内巻線部と、前記外巻線部の内周面および前記内巻線部の外周面の間に介設された絶縁材料からなる絶縁部と、を有する多層構造をなしている。
【０００７】
上記構成によれば、鉄心に一本の巻線を巻き回す作業を通じて、複数本の巻線部（外側巻線部、内側巻線部）を鉄心に巻き回すことができる。そのため、複数本の巻線部を各別に鉄心に巻き回す作業と比較して、巻線を鉄心に巻き回す作業を簡素にすることができる。したがって上記構成によれば、ターン数の多い高出力性能の電機子を容易に製造することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、高い出力性能の電機子を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一実施形態のステータの斜視図。
【図２】ステータの側断面図。
【図３】ステータコアにステータコイルを組み付ける工程を示すフローチャート。
【図４】第１工程で形成されるベース巻線部を示す斜視図。
【図５】ベース巻線部の図４の５−５線に沿った断面図。
【図６】第２工程におけるベース巻線部の組み付け態様を説明するための説明図。
【図７】第３工程における外巻線部の両端部の周辺構造を示す断面図。
【図８】第３工程における外巻線部の中間部分の周辺構造を示す断面図。
【図９】ステータコアの断面構造を概略的に示す断面図。
【図１０】ステータコイルの延設方向における端部の断面図。
【図１１】ステータコイルの延設方向における中間部分の断面図。
【図１２】外巻線部と内巻線部との接続態様を示す略図。
【図１３】他の実施形態のステータコイルの断面図。
【図１４】同ステータコイルの図１３の１４−１４線に沿った断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、電機子の一実施形態について説明する。
図１および図２に示すように、電機子としてのステータ２０は、鉄心としてのステータコア２１や、巻線としてのステータコイル２２を有している。なお本実施形態のステータ２０は、三相電動機の固定子である。
【００１１】
ステータコア２１は略円筒状をなしている。このステータコア２１は、詳しくは、中心孔を有する円板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（以下、中心線Ｌ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同ステータコア２１の径方向に延びている。各スリット２３は、ステータコア２１の周囲方向において等間隔で並ぶように配置されている。
【００１２】
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に挿通される状態で同ステータコア２１に巻回されている。ステータコア２１には、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、および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。
【００１３】
図２に示すように、各ステータコイル２２は、管状で延びる外巻線部３１と、同外巻線部３１の内部を貫通して延びる内巻線部３２とを有する二層構造をなしている。外巻線部３１は四角管状をなしている。内巻線部３２は、断面矩形状をなしており、外巻線部３１の内部を埋める態様で配設されている。これら外巻線部３１および内巻線部３２はアルミニウムによって形成されている。そして、ステータコイル２２における外巻線部３１と内巻線部３２とが二層構造をなす部分では、外巻線部３１の断面積と内巻線部３２の断面積とが略同一になっている。
【００１４】
外巻線部３１の表面には、全体を覆う絶縁部としての被覆層３３が設けられている。この被覆層３３は絶縁材料によって形成されている。ステータコイル２２は、外巻線部３１の内周面と内巻線部３２の外周面との間に上記被覆層３３が介設された構造になっている。この被覆層３３により、外巻線部３１の内周面と内巻線部３２の内周面との間が絶縁されるとともに、外巻線部３１の外周面とステータコア２１（詳しくは、スリット２３内面）との間が絶縁されている。
【００１５】
以下、ステータコイル２２の各部の具体形状と、同ステータコイル２２をステータコア２１に組み付ける際の各工程とについて説明する。
図３に示すように、ステータコア２１にステータコイル２２を組み付ける際には先ず、第１工程が実行される。
【００１６】
この第１工程では、図４に示すように、外巻線部３１の一部をなすベース巻線部４０が形成される。ベース巻線部４０は、平行に延びる２本の直線部４１と、それら直線部４１の一方（図４の下方）の端部同士を繋ぐように湾曲して延びる湾曲部４３とからなるＵ字状をなしている。ベース巻線部４０は四角管状で延びている。
【００１７】
図４および図５に示すように、ベース巻線部４０における各直線部４１の先端部分には、直線部４１の内部と外部とを連通する貫通孔４４が形成されている。ベース巻線部４０では、貫通孔４４の断面積とベース巻線部４０の内部の断面積とが同一になっている。また、ベース巻線部４０の表面には、その全体、すなわち内周面、外周面、および貫通孔４４内面を覆う態様で上記被覆層３３（図２参照）が形成される。第１工程では、こうしたベース巻線部４０が複数形成される。
【００１８】
図３に示すように、第１工程の後には、第２工程が実行される。
この第２工程では、複数のベース巻線部４０がステータコア２１に組み付けられる。
詳しくは、図６に一例を示すように、対応するスリット２３に各ベース巻線部４０の直線部４１の先端を差し込む。これにより、全て（図６には１つのみ図示）のベース巻線部４０がステータコア２１に組み付けられる。
【００１９】
その後、図７〜図９に示すように、各ベース巻線部４０の直線部４１の先端同士を繋ぐ態様で、それら直線部４１（図９）の先端側の部分が予め定められた所定形状に曲げられる。図８に示すように、このとき直線部４１の先端同士を繋ぐ部分では、互いの貫通孔４４が連通された状態になる。第２工程では、その状態（図８に示す状態）で、直線部４１の先端部分同士が溶接によって接合される。本実施形態では、この溶接作業が、ベース巻線部４０表面の被覆層３３（図２参照）の一部を破壊することによって直線部４１の先端部分同士を導通させる態様で行われる。これにより、図９に示すように、複数のベース巻線部４０が一本の巻線（詳しくは、外巻線部３１）を構成するようになる。また図７に示すように、外巻線部３１の延設方向における両端を構成するベース巻線部４０の直線部４１の先端部分では、貫通孔４４が外部に開放された状態になる。
【００２０】
図３に示すように、第２工程の後には、第３工程が実行される。
この第３工程では、アルミダイカスト鋳造によって、外巻線部３１の内部を貫通して延びる内巻線部３２が成形される。詳しくは、図７および図８に示すように、アルミダイカスト鋳造用の金型装置５０の内部に、ベース巻線部４０が組み付けられたステータコア２１が配置される。金型装置５０は、各ベース巻線部４０の直線部４１の先端開口の内部を埋める態様でそれら直線部４１の先端開口を塞ぐ形状をなしている。また図７に示すように、金型装置５０は、接続端子部を成形するための端子成形部５１を有している。この端子成形部５１は、外巻線部３１の延設方向の両端外面における貫通孔４４の開口周縁を始点に環状で突出している。そして、第３工程では、金型装置５０の端子成形部５１を介して、外巻線部３１の両端を構成するベース巻線部４０の直線部４１の貫通孔４４から同ベース巻線部４０の内部に溶融状態のアルミニウムを注入するといった態様で、アルミダイカスト鋳造が実行される。
【００２１】
これにより、図７および図８に矢印で示すように、複数のベース巻線部４０によって構成される外巻線部３１の内部を溶融アルミニウムが流れて、同外巻線部３１の内部に内巻線部３２を構成するアルミニウムが詰まった状態（図９に示す状態）になる。また図１０に示すように、外巻線部３１の延設方向における両端部分では、その側面から内巻線部３２の一部である接続端子部３４が突出した状態になる。さらに図１１に示すように、外巻線部３１の延設方向における中間部分では、各ベース巻線部４０の内部に形成された内巻線部３２が貫通孔４４を介して一体成形される。これにより、内巻線部３２が一本の巻線として連続して延びている。
【００２２】
本実施形態では、アルミダイカスト鋳造が被覆層３３（図２参照）を破壊しない態様で実行される。図９〜図１１は、被覆層３３を省略した状態のステータコイル２２を示している。本実施形態のステータコイル２２は、実際には、外巻線部３１の表面に形成された被覆層３３によって、外巻線部３１の内面と内巻線部３２の外面との間が絶縁されるとともに、接続端子部３４の外面と貫通孔４４の内面との間が絶縁される構造になっている。
【００２３】
図３に示すように、第３工程の後には、第４工程が実行される。
第４工程では、各ステータコイル２２の外巻線部３１と内巻線部３２とが直列に接続される。詳しくは、図１２に示すように、外巻線部３１の延設方向における一方側（図１２の左側）の端部には、電動機の駆動装置（インバータ）に接続される入力端子３５が取り付けられる。また、外巻線部３１の延設方向における他方側（図１２の右側）の端部は内巻線部３２の一方側（図１２の左側）の端部をなす前記接続端子部３４に接続される。さらに、内巻線部３２の他方側（図１２の右側）の端部をなす前記接続端子部３４は電動機の中性点２４に接続される。これにより、各ステータコイル２２は、外巻線部３１の延設方向における一端が始点になる態様であり、且つ、外巻線部３１の延設方向における他端と内巻線部３２の延設方向における一端とが接続される態様であり、且つ、内巻線部３２の他端が終点になる態様で延設される。
【００２４】
以下、本実施形態のステータ２０による作用について説明する。
本実施形態のステータコイル２２は、管状の外巻線部３１と、同外巻線部３１の内部を貫通して延びる内巻線部３２とを有する二層構造になっている。こうした構造を採用することにより、ステータコア２１に一本のステータコイル２２を巻き回す作業を通じて、二本の巻線部（詳しくは、外巻線部３１および内巻線部３２）をステータコア２１に巻き回すことができるようになる。これにより、二本の巻線部を各別にステータコア２１に巻き回す作業と比較して、ステータコイル２２をステータコア２１に巻き回す作業を簡素にすることができるため、ターン数の多い高出力性能のステータ２０を容易に製造することができるようになる。
【００２５】
各ステータコイル２２は、外巻線部３１の延設方向における一端が始点になるとともに内巻線部３２の延設方向における他端が終点になる態様であり、且つ、外巻線部３１の延設方向における他端と内巻線部３２の延設方向における一端とが接続される態様で延設されている。これにより本実施形態のステータ２０は、同一のステータコイル２２についての外巻線部３１と内巻線部３２とが直列に接続される構造になっている。こうした構造を採用することにより、二巻きのステータコイル２２を同一の経路に巻き回すことができるようになる。
【００２６】
図１０および図１２に示すように、各ステータコイル２２の延設方向における両端では、内巻線部３２の先端よりも外巻線部３１の先端が突出した形状になっている。そのため、外巻線部３１に入力端子３５や内巻線部３２を接続する際に、外巻線部３１における内巻線部３２の先端よりも突出した部分を利用して、その接続を容易に行うことができる。
【００２７】
また、ステータコイル２２の延設方向における両端部には、内巻線部３２と他の部材（外巻線部３１または中性点２４）との接続に用いる接続端子部３４が、同外巻線部３１の周壁に形成された貫通孔４４を介して内巻線部３２における外巻線部３１の内部に配置された部分から同外巻線部３１の外部まで延びる態様で設けられている。そのため、内巻線部３２の一端に外巻線部３１の他端を接続する場合や内巻線部３２の他端に中性点２４を接続する場合に、上記接続端子部３４を利用して、それらの接続を容易に行うことができる。
【００２８】
このように本実施形態のステータ２０では、各ステータコイル２２が二層構造になっているとはいえ、内巻線部３２および外巻線部３１それぞれに対して他の部材を接続し易い構造になっている。
【００２９】
以上説明したように、本実施形態によれば、以下に記載する効果が得られる。
（１）各ステータコイル２２を、管状の外巻線部３１と、同外巻線部３１の内部を貫通して延びる内巻線部３２とを有する二層構造にした。そのため、ターン数の多い高出力性能のステータ２０を容易に製造することができる。
【００３０】
（２）同一のステータコイル２２についての外巻線部３１と内巻線部３２とが直列接続されているため、二巻きのステータコイル２２を同一の経路に巻き回すことができる。
（３）各ステータコイル２２の延設方向における両端を、内巻線部３２の先端よりも外巻線部３１の先端が突出する構造にした。また、ステータコイル２２の延設方向における両端部の構造を、内巻線部３２における外巻線部３１の内部に配置された部分から同外巻線部３１の外部まで延びる接続端子部３４が配置される構造にした。そのため、各ステータコイル２２が二層構造になっているとはいえ、内巻線部３２および外巻線部３１それぞれに対して、他の部材を接続し易い構造にすることができる。
【００３１】
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記実施形態および以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
【００３２】
・各ベース巻線部４０の直線部４１の先端部分同士を、溶接加工によって接合することに限らず、かしめ加工によって接合したり、導電性接着剤を用いた接着加工によって接合したりするなど、任意の加工方法によって接合することができる。
【００３３】
・各ステータコイルを、内巻線部３２の延設方向における一端が始点になる態様であり、且つ、内巻線部３２の延設方向における他端と外巻線部３１の延設方向における一端とが接続される態様であり、且つ、外巻線部３１の延設方向における他端が終点になる態様で延設してもよい。こうした構成は、例えば外巻線部３１の両端と内巻線部３２の両端とを次のように接続することによって実現することができる。内巻線部３２の延設方向における一方側の端部をなす前記接続端子部３４には、電動機の駆動装置（インバータ）に接続される入力端子３５が取り付けられる。また、内巻線部３２の延設方向における他方側の端部をなす前記接続端子部３４が外巻線部３１の延設方向における一方側の端部に接続される。さらに、外巻線部３１の延設方向における他方側の端部には、電動機の中性点２４が接続される。
【００３４】
・ステータコア２１にステータコイル２２を組み付ける工程は、任意に変更することができる。こうした工程としては、例えば、一本の四角管状の外巻線部を所定形状に曲げつつステータコア２１に巻き付けた後に、同外巻線部の内部を貫通して延びる内巻線部をアルミダイカスト鋳造によって成形するといった工程を採用することができる。同構成によれば、ベース巻線部４０同士を接合して外巻線部３１を形成する作業が不要になる。しかも、ベース巻線部４０同士の接合のためのスペースも不要になるため、ステータの小型化を図ることができる。
【００３５】
・外巻線部３１の形状は、管状をなす形状であれば、円管状や六角管状など、任意に変更可能である。
・図１３および図１４に示すように、四角管状で延びる外巻線部６１と、同外巻線部６１の内部を貫通して延びる断面矩形状の中巻線部６３と、外巻線部６１および中巻線部６３の間で延びる四角管状の内巻線部６２とを有する三層構造のステータコイル６０を採用してもよい。なお、このステータコイル６０は外巻線部６１と内巻線部６２との間を絶縁する被覆層や内巻線部６２と中巻線部６３との間を絶縁する被覆層を有している。図１３および図１４には、それら被覆層を省略した状態のステータコイル６０を示している。上記構成によれば、ステータコイルに一本のステータコイル６０を巻き回す作業を通じて、三本の巻線部（外巻線部６１、内巻線部６２、および中巻線部６３）をステータコイルに巻き回すことができる。また、同一のステータコイル６０の外巻線部６１、内巻線部６２、および中巻線部６３を直列に接続することにより、同一の経路に三巻きのステータコイル６０を配置することができる。上記構成においては、ステータコイル６０における三層構造をなす部分において、外巻線部６１、内巻線部６２、中巻線部６３の断面積が等しいことが望ましい。また、四層以上の巻線部を有する多層構造のステータコイルを採用することもできる。
【００３６】
・ステータコイル２２の形成材料として、「銅」を採用することができる。
・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。
【符号の説明】
【００３７】
２０…ステータ、２１…ステータコア、２２…ステータコイル、２３…スリット、２４…中性点、３１…外巻線部、３２…内巻線部、３３…被覆層、３４…接続端子部、３５…入力端子、４０…ベース巻線部、４１…直線部、４３…湾曲部、４４…貫通孔、５０…金型装置、５１…端子成形部、６０…ステータコイル、６１…外巻線部、６２…内巻線部、６３…中巻線部。
【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】
2020195218.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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