(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定周方向に所定間隔をおいて配置された複数のティース鉄心と、隣り合う前記ティース鉄心間の外周側に設けられたコアバック鉄心と、前記ティース鉄心間に配置され、前記周方向に沿って周回し波巻きを行うと共に複数本の束線が並列接続されてなる固定子巻線とを備えた固定子であって、
前記束線は複数本の電線が束ねられてなり、複数本の束線が複数のノズルにより同時にティース鉄心間を所定数毎に跨いで縫うようにして周方向に周回され、前記ティース鉄心間の内周側の前記束線は、外周側の前記束線に比べて、前記電線の本数が少なくされていることを特徴とする固定子。
【請求項２】
複数本の電線が束ねられてなる束線を、複数のノズルにより、所定周方向に所定間隔をおいて配置された複数のティース鉄心間を所定数毎に跨いで縫うようにして、前記周方向に沿って周回させ波巻きを行う第１のステップと、
前記周方向に沿って周回する複数の前記束線を並列接続する第２のステップとを含む固定子の製造方法であって、
前記ティース鉄心間の内周側の前記束線に対する前記電線の本数を、外周側の前記束線に比べて、少なくすることを特徴とする固定子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電電動機の固定子および固定子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば特開２０００−１５６９４３号公報に開示された固定子のように、固定子鉄心を、ティース鉄心部とコアバック鉄心部とに分割して、ティース鉄心部間のスロット部に固定子巻線を巻装した後、ティース鉄心部間にコアバック鉄心部を径方向の外側から押圧挿入してなる固定子が知られている。
このような固定子において、ティース鉄心部間のスロット部に固定子巻線を巻装する際に、例えば、複数本の電線を束ねてなる束線をティース鉄心部間を縫うようにして複数回に亘って周回させる方法が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来技術に係る固定子において、例えば複数の束線を周回させて固定子巻線を形成する場合には、ティース鉄心部間の内周側の束線の配線長に比べて、外周側の束線の配線長の方が長くなり、この配線長差に起因して抵抗値の差が生じる。このため、固定子巻線に所定電圧で通電を行うと、並列接続された複数の束線のうち、相対的に抵抗値が小さい内周側の束線ほど大きな電流が流れて発熱量が増大する。
ここで、固定子巻線には、所定の耐熱温度が設定されており、この耐熱温度に応じた所定の温度範囲内にて固定子巻線の温度変化が生じるように、電源等に対する所定の給電可能範囲が設定されている。しかしながら、束線の発熱量に大きなばらつきが生じると、固定子巻線に対する所定の温度範囲、つまり給電可能範囲が狭くなってしまい、固定子巻線の耐熱性能を有効利用して多様な通電制御を行うことが困難になる虞がある。
【０００４】
例えば、抵抗値の変化と発熱による温度変化との関係を０．４％／℃とし、束線の抵抗値の差が１４．３％の場合に、固定子巻線には局部的に１４．３／０．４≒３６℃の温度差が生じる。ここで、固定子巻線の雰囲気温度が８０℃、耐熱温度が１８０℃の場合には、固定子巻線に対する所定の温度範囲、つまり給電可能範囲は１８０−８０＝１００℃とされているが、局部的に３６℃の温度差が生じていると、この温度範囲は１００−３６＝６４℃まで狭くなってしまう虞がある。
また、固定子巻線の温度が所定の耐熱温度（例えば、１８０℃）近傍の値になっているときに、このような温度差が生じた場合には、固定子巻線の温度が局部的に１８０＋３６＝２１６℃となって、耐熱温度を超えてしまう虞がある。
【０００５】
このような問題に対して、例えば、所定の複数本（例えば、８０本）の電線が並列接続され、複数回（例えば、３回）周回させて固定子巻線を形成する場合には、これら複数本の電線を並列接続して一本の束線を構成し、この一本の束線を周回させる方法と、これら複数本の電線を所定本数（例えば、各２０本）に分割して複数本（例えば、４本）の束線を構成し、各束線毎に複数回（例えば、３回）周回させ、各束線を並列接続する方法が知られている。
ここで、前者の方法においては、一本の束線を周回させる際に、所定の位置毎に束線を捻って、束線の内周側が外周側等となるように転移させることによって、束線を構成する電線の各配線長が等しくなるように設定する。
【０００６】
しかしながら、このような固定子巻線では、例えば束線が捻られる位置において隣接する束線同士の間に隙間が生じ、占積率が低下してしまう虞がある。
また、後者の方法においては、各束線を周回させた後に、各束線からの引出線の長さを所定長に調整して並列接続することによって、引出線の長さを含めた束線の配線長が各束線同士で互いに等しくなるように設定する。例えばティース鉄心部間の内周側に配置された束線に比べて、外周側に配置された束線ほど引出線が短くなるように設定することで、束線の配線長差に起因する抵抗値の差が生じることを防止することができる。
しかしながら、このような固定子巻線では、内周側に配置された束線ほど、抵抗値を増大させるために引出線を長くする必要があり、固定子巻線の製作費用が嵩むと共に、引出線が長くなることでコイルエンドの高さが高くなり、固定子の寸法が増大してしまう虞がある。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、固定子の寸法や製作費用が増大することを防止しつつ、固定子巻線を構成する複数の電線の巻線温度に温度差が生じることを抑制することが可能な固定子および固定子の製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の発明の固定子は、所定周方向に所定間隔をおいて配置された複数のティース鉄心（例えば、後述する実施の形態におけるティース鉄心１１）と、隣り合う前記ティース鉄心間の外周側に設けられたコアバック鉄心（例えば、後述する実施の形態におけるコアバック鉄心１２）と、前記ティース鉄心間に配置され、前記周方向に沿って周回し波巻きを行うと共に複数本の束線が並列接続されてなる固定子巻線（例えば、後述する実施の形態における固定子巻線２５）とを備えた固定子であって、前記束線は複数本の電線が束ねられてなり、複数本の束線が複数のノズルにより同時にティース鉄心間を所定数毎に跨いで縫うようにして周方向に周回され、前記ティース鉄心間の内周側の前記束線は、外周側の前記束線に比べて、前記電線の本数が少なくされていることを特徴としている。
【０００９】
上記構成の固定子によれば、隣り合うティース鉄心間の径方向の位置に応じて束線を構成する電線の本数を変化させることで、束線の断面積を調整することができる。これにより、束線の配線長差によって生じる抵抗値の差と、束線の断面積差によって生じる抵抗値の差とを相殺し、隣り合うティース鉄心間の径方向の位置に関わりなく、複数の束線の抵抗値を同等の値に設定することができる。
すなわち、隣り合うティース鉄心間の外周側に配置された束線では、内周側に配置された束線に比べて配線長が長いため、抵抗値がより大きくなっている。このため、例えば、外周側の束線を構成する電線の本数を、内周側の束線を構成する電線の本数よりも増加させ、束線の断面積を大きくすることによって、抵抗値を減少させ、外周側の束線の抵抗値と内周側の束線の抵抗値とを同等の値に設定する。あるいは、例えば、内周側の束線を構成する電線の本数を、外周側の束線を構成する電線の本数よりも減少させ、束線の断面積を小さくすることによって、抵抗値を増大させ、外周側の束線の抵抗値と内周側の束線の抵抗値とを同等の値に設定する。
これにより、隣り合うティース鉄心間の径方向の位置に関わりなく、複数の束線の抵抗値を同等の値に設定する際に、占積率の低下やコイルエンドの高さが高くなることを防止することができる。
【００１０】
また、請求項２に記載の本発明の固定子の製造方法は、複数本の電線が束ねられてなる束線を、複数のノズルにより、所定周方向に所定間隔をおいて配置された複数のティース鉄心間を所定数毎に跨いで縫うようにして、前記周方向に沿って周回させ波巻きを行う第１のステップ（例えば、後述する実施の形態におけるステップＳ０２）と、前記周方向に沿って周回する複数の前記束線を並列接続する第２のステップ（例えば、後述する実施の形態におけるステップＳ０６）とを含む固定子の製造方法であって、前記ティース鉄心間の内周側の前記束線に対する前記電線の本数を、外周側の前記束線に比べて、少なくすることを特徴としている。
【００１１】
このような固定子の製造方法によれば、束線を周回させる際に、ティース鉄心間の外周側に位置する束線ほど、より多くの本数の電線を束ねる、あるいは、ティース鉄心間の内周側に位置する束線ほど、より少ない本数の電線を束ねることによって、束線の配線長差によって生じる抵抗値の差と、束線の断面積差によって生じる抵抗値の差とを相殺し、ティース鉄心間の径方向の位置に関わりなく、複数の束線の抵抗値を同等の値に設定することができる。これにより、複数の束線の抵抗値を同等の値に設定する際に、占積率の低下やコイルエンドの高さが高くなることを防止することができると共に、製作に要する費用が増大することを防止することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の固定子の一実施形態について添付図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施形態に係る固定子１０の斜視図であり、図２は図１に示す固定子１０の平面図であり、図３は図１に示す固定子１０のティース鉄心１１の平面図であり、図４は図１に示す固定子１０のコアバック鉄心１２の平面図であり、図５は図２に示す固定子１０の要部平面図であり、図６は所定間隔をおいて配置したティース鉄心１１，…，１１に固定子巻線２５を巻き付ける工程を示す図であり、図７は図６に示す固定子１０の要部断面図であり、図８は図６に示す固定子１０の要部を径方向の外周側から見た図である。
本実施の形態による固定子１０は、例えば図１および図２に示すように略円筒状に形成され、所定円周上に周方向に所定間隔をおいて配置された複数のティース鉄心１１，…，１１と、隣り合うティース鉄心１１，…，１１間の外周側に配置されたコアバック鉄心１２，…，１２とを備えて構成されている。
【００１３】
ティース鉄心１１は、例えば図３に示すように、珪素鋼鈑等の方向性を有する電磁鋼鈑が積層されてなり、例えば磁化容易方向が固定子１０の径方向に設定されている。
ティース鉄心１１は、固定子１０の中心軸線と平行な方向に所定の厚さを有しており、内周側の巻線部２１と、一対の突出部２２，２２と、一対の爪部２３，２３と、外周側の継鉄部２４とを備えて構成されている。
【００１４】
巻線部２１は周方向に所定幅を有するように形成され、この巻線部２１の外周側の端部には、周方向の外側に向かい突出する一対の突出部２２，２２が設けられ、内周側の端部には、周方向の外側に向かい突出する一対の爪部２３，２３が設けられている。
ここで、隣り合うティース鉄心１１，１１間で対向する２つの突出部２２，２２は、ティース鉄心１１，１１間に挿入されたコアバック鉄心１２の内周側の端部１２ａに当接可能とされており、コアバック鉄心１２の径方向内方に向かう移動を規制するようになっている。
また、巻線部２１の一対の爪部２３，２３は、巻線部２１に巻装される固定子巻線（図示略）の径方向内方への抜け落ちを防止するようになっている。
【００１５】
継鉄部２４は、周方向の幅が内周側から外周側に向かい大きくなるように形成され、例えばテーパ状の継鉄部側面２４Ａ，２４Ａを有している。すなわち、継鉄部側面２４Ａ，２４Ａ間の距離ａは、内周側から外周側に向かい漸次大きくなるように設定されている。
そして、例えば図５に示すように、所定円周上に所定間隔をおいて配置された隣り合うティース鉄心１１，１１間で対向する２つの継鉄部側面２４Ａ，２４Ａ間の距離ｂは、内周側から外周側に亘って所定の値となるように、あるいは、内周側から外周側に向かい若干小さくなるように設定されている。
【００１６】
コアバック鉄心１２は、例えば図４に示すように、珪素鋼鈑等の方向性を有する電磁鋼鈑が積層されてなる略直方体状に形成され、例えば磁化容易方向が固定子１０の周方向に設定されている。
コアバック鉄心１２の厚さは、例えばティース鉄心１１の厚さと同等に形成され、径方向の長さｄは、例えばティース鉄心１１の継鉄部２４の径方向の長さｃと同等に形成されている。
さらに、コアバック鉄心１２の周方向の幅ｆは、内周側から外周側に亘って所定の値、例えば隣り合うティース鉄心１１，１１間で対向する２つの継鉄部側面２４Ａ，２４Ａ間の距離ｂと同等の値、あるいは、この距離ｂよりも若干大きな値となるように形成されている。
【００１７】
ここで、継鉄部側面２４Ａ，２４Ａ間の距離ｂを内周側から外周側に向かい小さくなるように設定した場合には、隣り合うティース鉄心１１，１１間に圧入したコアバック鉄心１２は継鉄部側面２４Ａ，２４Ａの特に外周部によって挟み込まれるようにして固定される。
また、継鉄部側面２４Ａ，２４Ａ間の距離ｂを内周側から外周側に亘って所定値となるように設定した場合には、コアバック鉄心１２の両側面を継鉄部側面２４Ａ，２４Ａと面接触させ、コアバック鉄心１２を継鉄部側面２４Ａ，２４Ａの全面によって両側から挟み込むようにして固定することができる。
【００１８】
そして、例えば図５に示すように、各ティース鉄心１１の巻線部２１に巻き付けられるようにして固定子巻線２５が巻装されている。
この固定子巻線２５は、後述するように、所定の複数本の電線が束ねられてなる複数の束線が、並列接続されて構成されており、各束線は固定子１０を一回だけ周回するように設定されている。そして、ティース鉄心１１，１１間の内周側に位置する束線ほど、外周側に位置する束線よりも、束線を構成する電線の本数が少なくなるように設定されている。
すなわち、周回する所定本数の電線を束ねてなる適宜の束線に対して、この束線よりも内周側の位置には、より少ない本数の電線を束ねてなる束線が配置されている。
【００１９】
ここで、束線を構成する電線の本数は、例えば、束線の周長Ｌと断面積Ａとに応じて設定されている。
例えば、各束線をティース鉄心１１，…，１１間を縫うようにして一回だけ周回させ、波巻きを行う場合において、１相の１周回あたりの束線Ｂの周長Ｌは、下記数式（１）に示すように、ティース鉄心１１，１１間の径方向の位置に応じて異なる束線の半径ｒ（例えば、図７に示す内周側束線Ｂ１の半径ｒ１、外周側束線Ｂ２の半径ｒ２）と、極数Ｐと、積厚ｔ１（例えば、図８に示すティース鉄心１１の厚さｔ１）と、コイルエンド高さｔ２（例えば、図８に示すティース鉄心１１の側面１１Ａと固定子巻線２５との間の距離ｔ２）とによって記述される。
【００２０】
【数１】
0003665005.tif 000002
【００２１】
そして、上記数式（１）により算出された周長Ｌと断面積Ａとの比（Ｌ／Ａ）つまり束線の抵抗値に相当する値が、各束線毎に所定の許容範囲内の値となるように設定されている。
【００２２】
本実施の形態による固定子１０は上記構成を備えており、次に、この固定子１０の製造方法について添付図面を参照しながら説明する。
【００２３】
先ず、例えば図６に示すように、略円柱状のティース固定治具２６の外周面上に、所定間隔をおいて複数のティース鉄心１１，…，１１を配置する（ステップＳ０１）。
次に、ティース固定治具２６に固定されたティース鉄心１１，…，１１の外周面に沿って周回移動可能、かつ、固定子１０の軸線と平行な方向に揺動可能とされた適宜の巻線機（図示略）の複数あるノズル２７、…、２７から、各ノズル２７毎に所定の複数本の電線を束ねてなる束線Ｂを供給し、各ティース鉄心１１の巻線部２１に束線Ｂを巻き付ける（ステップＳ０２）。
【００２４】
このとき、ノズル２７を、隣り合うティース鉄心１１，…，１１を所定数毎に跨いで縫うようにして動かしてティース鉄心１１に束線Ｂを巻き付けるようにして周回させ、各周回毎に同じ相の固定子巻線２５が同じティース鉄心１１，…，１１間に巻装されるように設定する。
さらに、各周回毎にノズル２７から供給される電線の本数を変更する。例えば、ティース鉄心１１，…，１１間の径方向において、内周側に配置される束線Ｂに比べて、外周側に配置される束線Ｂほど供給される電線の本数がより多くなるように設定する。
【００２５】
なお、上記ノズル２７は、固定子１０に巻装される複数の相の固定子巻線２５，…，２５の相数と同じ数のノズル２７，…，２７を備えたものであり、例えば、３相モータの場合には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対応して３個のノズル２７，２７，２７を備えている。各ノズル２７は、所定の複数本の電線を同時に束ねた状態で供給するように構成され、これら３個のノズル２７，２７，２７を、同時にティース鉄心１１，…，１１間を縫うようにして周回させるようになっている。これにより、ノズル２７，２７，２７の周回を複数回行うことによって、多相（例えば、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）分の巻装が行われる。
【００２６】
次に、例えば図５に示すように、各隣り合うティース鉄心１１，１１間に外周側からコアバック鉄心１２を圧入し、コアバック鉄心１２の内周側の端部１２ａに、隣り合うティース鉄心１１，１１間で対向する２つの突出部２２，２２を当接させる（ステップＳ０３）。そして、ティース固定治具２６を取り外す（ステップＳ０５）。
次に、各相毎に、異なる本数の電線を束ねてなる複数の束線Ｂ１，…，Ｂｎ（ｎは任意の自然数）の各引出線（図示略）を並列接続して（ステップＳ０６）、一連の工程を終了する。
【００２７】
以下に、上述した実施の形態による固定子の製造方法により製造した固定子１０の一例について説明する。
なお、以下において、固定子巻線２５は、例えば３セットの束線Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３により構成され、最も内周側を周回する束線Ｃ１の外周側に束線Ｃ２が配置され、さらに束線Ｃ２の外周側に束線Ｃ３が配置されている。また、各束線Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を構成する複数本の電線の一本あたりの断面積を、例えば０．０６２５ｍｍとした。
【００２８】
ここで、束線Ｃ１を構成する電線の本数を１８本とし、束線Ｃ２の電線の本数を１９本とし、束線Ｃ３の電線の本数を２０本として固定子巻線２５を形成した場合を実施例とした。また、各束線Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を、互いに等しい２０本の電線により構成した場合を比較例とした。
表１には、実施例における束線Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の断面積Ａ（各電線の断面積の合計）、周長Ｌ、周長Ｌと断面積Ａの比（Ｌ／Ａ）と、束線Ｃ３を基準としたときの束線Ｃ１，Ｃ２の断面積差による抵抗値の差、周長差の割合、束線の抵抗値の差（比（Ｌ／Ａ）の差）を示した。
また、表２には、比較例における束線Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３に対して、表１と同様に断面積Ａ、断面積差による抵抗値の差、周長Ｌ、周長差、周長Ｌと断面積Ａの比（Ｌ／Ａ）、束線の抵抗値の差（比（Ｌ／Ａ）の差）を示した。
【００２９】
【表１】
0003665005.tif 000003
【００３０】
【表２】
0003665005.tif 000004
【００３１】
ここで、例えば、固定子巻線２５への通電時の発熱による温度変化と抵抗値の変化との関係を０．４％／℃とし、固定子巻線２５内に局所的に生じる温度差の許容範囲を１０℃とすれば、固定子巻線２５内の抵抗値の差を４％に設定する必要がある。
表２に示す比較例では、各束線Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を構成する電線の本数が互いに等しいため、断面積Ａが等しくなり、各束線Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の周長差に応じた抵抗値の差が生じる。すなわち、最も外周側の束線Ｃ３を基準として、束線Ｃ２の抵抗値は束線Ｃ３よりも４．５１％だけ小さくなり、さらに、最も内周側の束線Ｃ１の抵抗値は束線Ｃ３よりも９．０１％だけ小さくなり、許容される抵抗値の差である４％を超えてしまっている。
【００３２】
一方、表１に示す実施例では、内周側の束線ほど電線の本数が少なくされており、各束線Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の断面積Ａに応じた抵抗値の差が生じる。すなわち、最も外周側の束線Ｃ３を基準として、束線Ｃ２の断面積Ａに起因する抵抗値は束線Ｃ３よりも５％だけ大きくなり、さらに、最も内周側の束線Ｃ１の断面積Ａに起因する抵抗値は束線Ｃ３よりも１０％だけ大きくなっている。
さらに、上述した比較例と同様に、各束線Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の周長差に応じた抵抗値の差が生じており、最も外周側の束線Ｃ３を基準として、内周側の束線ほど、周長Ｌに起因する抵抗値は小さくなっている。
これにより、断面積Ａに起因する抵抗値と、周長Ｌに起因する抵抗値とが相殺し、結局、最も外周側の束線Ｃ３を基準として、束線Ｃ２の抵抗値は束線Ｃ３よりも０．５２％だけ大きくなり、さらに、最も内周側の束線Ｃ１の抵抗値は束線Ｃ３よりも１．０９％だけ大きくなり、許容される抵抗値の差である４％未満の値となっている。
すなわち、ティース鉄心１１，…，１１間の径方向における位置に応じて、各束線Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の構成する電線の本数を変化させることで、束線Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の抵抗値の差を略１％以内に設定することができ、固定子巻線２５に生じる局所的な温度差を所望の許容範囲内に収めることができる。
【００３３】
上述したように、本実施の形態による固定子１０によれば、固定子巻線２５をなす複数本の束線に対し、束線の断面積に起因する抵抗値と、束線の周長に起因する抵抗値とを相殺して、ティース鉄心間１１，…，１１の径方向の位置に関わりなく、複数の束線の抵抗値を同等の値に設定することができる。これにより、複数の束線の抵抗値を同等の値に設定する際に、占積率の低下やコイルエンドの高さが高くなることを防止することができる。
【００３４】
さらに、上述した本実施の形態による固定子の製造方法によれば、複数の束線の抵抗値を同等の値に設定する際に、占積率の低下やコイルエンドの高さが高くなることを防止することができると共に、内周側の束線に対する電線の本数を外周側の束線に比べて少なくすることによって、固定子１０を製作する際に要する費用が増大することを防止することができる。
【００３５】
なお、上述した本実施の形態においては、内周側の束線に対する電線の本数を外周側の束線に比べて少なくしたが、外周側の束線に対する電線の本数を内周側の束線に比べて多くしてもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明の固定子によれば、隣り合うティース鉄心間の径方向の位置に関わりなく、複数の束線の抵抗値を同等の値に設定する際に、占積率の低下やコイルエンドの高さが高くなることを防止することができる。
【００３７】
また、請求項２に記載の発明の固定子の製造方法によれば、隣り合うティース鉄心間の径方向の位置に関わりなく、複数の束線の抵抗値を同等の値に設定する際に、占積率の低下やコイルエンドの高さが高くなることを防止することができると共に、製作に要する費用が増大することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態に係る固定子の斜視図である。
【図２】  図１に示す固定子の平面図である。
【図３】  図１に示す固定子のティース鉄心の平面図である。
【図４】  図１に示す固定子のコアバック鉄心の平面図である。
【図５】  図２に示す固定子の要部平面図である。
【図６】  所定間隔をおいて配置したティース鉄心に固定子巻線を巻き付ける工程を示す図である。
【図７】  図６に示す固定子の要部断面図である。
【図８】  図６に示す固定子の要部を径方向の外周側から見た図である。
【符号の説明】
１０  固定子
１１  ティース鉄心
１２  コアバック鉄心
２５  固定子巻線
【図１】
0003665005.tif 000005
【図２】
0003665005.tif 000006
【図３】
0003665005.tif 000007
【図４】
0003665005.tif 000008
【図５】
0003665005.tif 000009
【図６】
0003665005.tif 000010
【図７】
0003665005.tif 000011
【図８】
0003665005.tif 000012