(57)【要約】【課題】小型化および高出力化が可能な電動機の固定子を提供する。【解決手段】固定子１は、環状のコア体１０と、Ｕ相２１Ｕ、Ｖ相２１ＶおよびＷ相２１Ｗとを備える。コア体１０は複数のティース部１２を有する。複数のティース部１２の間にはスロット部１１Ｕから１１Ｗが形成されている。Ｕ相２１Ｕ、Ｖ相２１ＶおよびＷ相２１Ｗは複数のティース部１２に分布巻きされて、その一部分がスロット部１１Ｕ、１１Ｖおよび１１Ｗに位置する。Ｕ相２１Ｕ、Ｖ相２１ＶおよびＷ相２１Ｗはティース部１２に直巻きされている。スロット部１１Ｕから１１Ｗ内でのＵ相２１Ｕ、Ｖ相２１ＶおよびＷ相２１Ｗの平均占積率は６０％である。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のティース部を有し、その複数のティース部の間にはスロット部が形成されている、環状のコア体と、
前記複数のティース部に分布巻きされて、その一部分がスロット部に位置する複数の巻線相とを備え、
前記複数の巻線相は前記ティース部に直巻きされており、
前記スロット内での前記巻線相の平均占積率は６０％以上である、電動機の固定子。
【請求項２】
前記複数の巻線相は、第１相から第３相を含み、
さらに、第１相と第２相との間に設けられた第１の絶縁板と、第２相と第３相との間に設けられた第２の絶縁板とを備えた、請求項１に記載の電動機の固定子。
【請求項３】
請求項２に記載の電動機の固定子の製造方法であって、
前記第１相を直巻きで形成する工程と、
前記第１相の一部分を覆うように前記第１の絶縁板を位置決めする工程と、
前記第１の絶縁板を覆うように前記第２相を直巻きで形成する工程と、
前記第２相の一部分を覆うように前記第２の絶縁板を位置決めする工程と、
前記第２の絶縁板を覆うように前記第３相を直巻きで形成する工程とを備えた、電動機の固定子の製造方法。
【請求項４】
前記第３相を形成する工程は、導線を直巻きしながらその導線を第２相の下に位置する前記スロット部へ押込む工程を含む、請求項３に記載の電動機の固定子の製造方法。
【請求項５】
請求項１または２に記載の固定子と、
前記コア体の内周面に向かい合う回転子とを備えた、電動機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動機の固定子およびその製造方法ならびに電動機に関し、特に、車両に搭載される電動機の固定子および製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電動機の固定子の製造方法としては、インサータを用いた技術が特開２００２−１７６７３７号公報（特許文献１）に記載されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１７６７３７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、インサータを用いた方法では、予め櫛状のインサータに導線を巻付け、その導線をスロット部にはめ合わせるため、導線の長さが長くなり、損失が大きいという問題があった。
【０００５】
このようなインサータの問題を解決するためにインサータを用いずにティース部に導線を巻付ける、「直巻き」が行なわれるが、直巻きを用いた場合であっても、モータの小型化および高出力化が困難であった。
【０００６】
そこで、この発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、小型化および高出力化が可能な電動機の固定子および製造方法ならびに電動機を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に従った電動機の固定子は、環状のコア体と、複数の巻線相とを備える。環状のコア体は、複数のティース部を有し、その複数のティース部の間にはスロット部が形成されている。複数の巻線相は、複数のティース部に分布巻きされて、その一部分がスロット部に位置する。複数の巻線相はティース部に直巻きされている。スロット部内での巻線相の平均占積率は６０％以上である。
【０００８】
このように構成された電動機の固定子では、複数の巻線相はティース部に直巻きされているため、インサータを用いて複数の巻線相を形成した場合に比べて、巻線相自体の長さを短くすることができ、電気抵抗による損失を防止することができる。さらに、スロット部内での巻線相の平均占積率は６０％であるため、電動機を小型化および高出力化することができる。なお、平均占積率が６０％未満であれば、スロット部内での空間が大きくなりすぎ、磁束密度が向上せず、電動機の高出力化に寄与することができない。
【０００９】
好ましくは、複数の巻線相は、第１相から第３相を含む。電動機の固定子は、第１相と第２相の間に設けられた第１の絶縁板と、第２相と第３相との間に設けられた第２の絶縁板とをさらに備える。この場合、第１相と第２相との間の第１の絶縁板が介在し、第２相と第３相との間に第２の絶縁板が介在するため、これらの絶縁板の作用によって、第１、第２および第３相が互いに導通することがない。その結果、電動機の固定子の信頼性をさらに高めることができる。
【００１０】
この発明に従った電動機の固定子の製造方法は、上述の第１から第３相ならびに第１および第２の絶縁板を備えた電動機の固定子の製造方法であって、第１相を直巻きで形成する工程と、第１相の一部分を覆うように第１の絶縁板を位置決めする工程と、第１の絶縁板を覆うように第２相を直巻きで形成する工程と、第２相の一部分を覆うように第２の絶縁板を位置決めする工程と、第２の絶縁板を覆うように第３相を直巻きで形成する工程とを備える。
【００１１】
このような工程を備えた電動機の固定子の製造方法では、第１相を巻き終えた後に第１の絶縁板を位置決めし、さらに第２相を巻き終えた後に第２の絶縁板を位置決めするため、第１相と第２相とを確実に第１の絶縁板で絶縁することができ、さらに第２相と第３相とを第２の絶縁板で確実に絶縁することができる。
【００１２】
好ましくは、第３相を形成する工程は、導線を直巻きしながら、その導線を第２相の下に位置するスロット部に押込む工程を含む。第３相を形成する工程では、第１相および第２相が巻き終わっているため、第３相を巻くスペースは小さくなるが、このように第３相を形成する際に導線を第２相の下へ押込むことにより、スロット部へ多くの導線を充填することができ、占積率をより向上させることができる。
【００１３】
この発明に従った電動機は、上述の固定子と、コア体の内周面に向かい合う回転子とを備える。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付しその説明は繰返さない。
【００１５】
図１は、この発明の実施の形態に従った電動機の正面図である。図２は、図１中のＩＩで囲んだ部分を拡大して示す正面図である。図３は、図１および図２で示す固定子の一部分の斜視図である。図１から図３を参照して、この発明に従った電動機の固定子１は、複数のティース部１２を有し、その複数のティース部１２の間にはスロット部１１Ｕから１１Ｗが形成されている環状のコア体１０と、複数のティース部１２に分布巻きされて、その一部分がスロット部１１Ｕから１１Ｗに位置する複数の巻線相としてのＵ相２１Ｕ、Ｖ相２１ＶおよびＷ相２１Ｗとを備える。複数の巻線相であるＵ相２１ＵからＷ相２１Ｗはティース部１２に直巻きされている。スロット部１１Ｕから１１Ｗ内でのＵ相２１ＵからＷ相２１Ｗの平均占積率は６０％以上である。複数の巻線相は、第１相としてのＵ相２１Ｕ、第２相としてのＶ相２１Ｖならびに第３相としてのＷ相２１Ｗとを含む。Ｕ相２１ＵとＶ相２１Ｖとの間に第１の絶縁板１６が設けられ、Ｖ相２１ＶとＷ相２１Ｗとの間に第２の絶縁板１７が設けられる。
【００１６】
モータおよび／またはジェネレータとしての電動機１００は、環状の固定子１と、固定子１の内周面に向かい合う回転子５０とを有する。固定子１はリング状のコア体１０を有する。コア体１０は、鉄または鉄合金などの磁性体により構成される。コア体１０には複数のティース部１２が設けられており、ティース部１２の間には、凹部としてのスロット部１１Ｕから１１Ｗが設けられいる。スロット部１１Ｕから１１Ｗは、コア体１０の内周側に開口するように設けられる。
【００１７】
３つの巻線相であるＵ相２１Ｕ、Ｖ相２１ＶおよびＷ相２１Ｗは、ティース部１２に巻付けられている。具体的には、Ｕ相２１Ｕはスロット部１１Ｕにはまり合うようにティース部１２に巻付けられる。Ｖ相２１Ｖはスロット部１１Ｖにはまり合うようにティース部１２に巻付けられる。Ｗ相２１Ｗはスロット部１１Ｗにはまり合うようにティース部１２に巻付けられる。
【００１８】
Ｕ相２１Ｕ、Ｖ相２１ＶおよびＷ相２１Ｗは互いに円周上でずれるように巻付けられる。Ｕ相２１Ｕ、Ｖ相２１ＶおよびＷ相２１Ｗはいわゆる「分布巻き」されて固定子１を構成している。
【００１９】
回転子５０は、回転軸４２に取付けられたコア体４０と、コア体４０に埋込まれた永久磁石４１とを有する。コア体４０は鉄または鉄合金などの磁性材料により構成される。永久磁石４１はコア体４０の外周近傍にほぼ等間隔を隔てて配置される。永久磁石４１の数は図１では８個であり、この実施の形態では８極のモータを示しているが、磁極の数はこれに限られるものではなく、さまざまな磁極の数を選択してもよい。図４は、図１から図３で示す固定子の断面図であり、図４の（Ａ）は、図３のＩＶＡ−ＩＶＡに沿った断面図であり、図４の（Ｂ）はスロット部の有効断面積を説明するための断面図である。図４の（Ａ）を参照して、スロット部１１Ｕには、絶縁層１３が設けられている。この絶縁層１３が設けられていない部分に導線２１が複数本巻かれており、これらの導線２１が巻線相としてのＵ相２１Ｕを構成している。なお、他のスロット部１１Ｖおよび１１Ｗでも表面に絶縁層１３が形成されており、絶縁層１３が形成されていない部分に導線２１が巻線されてＶ相２１ＶおよびＷ相２１Ｗが設けられている。巻線相を構成する導線２１の直径はＤであり、すべての導線の直径Ｄはほぼ等しい。
【００２０】
図４の（Ｂ）を参照して、スロット部１１Ｕのうち、斜線を付した部分の面積が有効断面積Ｓである。この有効断面積Ｓは、スロット部１１Ｕの面積のうち、導線２１を配置することができる部分の面積を言う。１つのスロット部１１Ｕでの占積率は以下の式で表わされる。
【００２１】
【数１】
2005045874.tif 000003
【００２２】
本発明では、スロット部１１Ｕから１１Ｗは複数形成されているため、各々のスロット部での占積率を平均した値（平均占積率）が６０％以上となる。なお、より好ましくは、すべてのスロット部でのＵ相２１ＵからＷ相２１Ｗの占積率が６０％以上となる。
【００２３】
次に、図１から図３で示す固定子の製造方法について説明する。図５から図８、図９、図１１、図１２、図１４から図１６は、図１から図３で示す固定子の製造方法を示す正面図であり、図６は、図５中のＶＩで囲んだ部分を拡大して示す正面図であり、図７は、図６で示すコア体の斜視図である。図５から図７を参照して、まず、環状のコア体１０を用意する。コア体１０には、外周から内周へ突出する形状のティース部１２が複数個設けられている。各々のティース部１２はほぼ等間隔で配置され、ティース部１２の間にはスロット部１１Ｕから１１Ｗが設けられる。スロット部１１Ｕから１１Ｗは凹部形状であり、外周側に底が位置し内周側に開口が位置している。すなわち、それぞれのスロット部１１Ｕから１１Ｗは内周に向かって開く形状となっている。ティース部１２はコア体１０の中心から放射状に延びるように形成されている。スロット部１１Ｗの一部分を覆うように端子板１５を設ける。端子板１５はプラスチックなどの絶縁体により構成される。端子板１５の溝１５ａは、後の工程で導線をガイドする役割を果たす。
【００２４】
図８を参照して、まず、導線２１をティース部１２に直巻きする。このとき図８で示すように複数本の導線２１をティース部１２に巻付けてもよい。導線２１の一部分はスロット部１１Ｕ内に位置する。このとき、導線２１を巻くためにはインサータを用いることはない。導線２１は他のスロット部１１Ｖおよび１１Ｗを覆わないようにする。
【００２５】
図９を参照して、導線２１を巻き終えるとＵ相２１Ｕが完成する。Ｕ相２１Ｕはその一部分がスロット部１１Ｕ内に位置し、他の部分は、スロット部１１Ｕと離れた部分に位置するスロット部１１Ｕとを結ぶ役割を果たす。Ｕ相２１Ｕは他のスロット部１１Ｖおよび１１Ｗを覆わないように位置する。
【００２６】
図１０は、第１の絶縁体の正面図である。図１０を参照して、第１の絶縁板１６を用意する。第１の絶縁板１６はプラスチックなどの絶縁体により構成され、その表面には導線を位置決めするための溝１６ａが設けられている。
【００２７】
図１１を参照して、第１の絶縁板１６をティース部１２にはめ合わせる。このとき、第１の絶縁板１６がスロット部１１Ｕをふさぐようにする。これにより第１の絶縁板１６がスロット部１１Ｕ内に位置するＵ相２１Ｕを覆う。スロット部１１Ｕ内では、Ｕ相２１Ｕが第１の絶縁板１６が覆われるため、他の部分と絶縁される。
【００２８】
図１２を参照して、第１の絶縁板１６を覆うように導線の巻線が完了すると、Ｖ相２１Ｖが完成する。Ｖ相２１Ｖは、Ｕ相２１Ｕよりも内側に位置し、その一部分は第１の絶縁板１６の溝１６ａと端子板１５の溝１５ａ内に位置する。
【００２９】
図１３は第２の絶縁板の正面図である。図１３を参照して、第２の絶縁板１７を用意する。第２の絶縁板１７には導線を案内するための溝１７ａが設けられている。第２の絶縁板１７はプラスチックなどの絶縁体により構成される。
【００３０】
図１４を参照して、第２の絶縁板１７をティース部１２にはめ合わせる。これにより、スロット部１１Ｖ内に位置するＶ相２１Ｖの一部分が第２の絶縁板１７で覆われる。
【００３１】
図１５および図１６を参照して、Ｗ相を形成するために、ティース部１２に導線２１を巻付ける。単に導線２１をティース部１２に巻付けただけではスロット部１１Ｗのうち、Ｖ相２１Ｖ下には導線が入り込まない。そのため、Ｖ相２１Ｖ下へ導線２１がもぐり込むように、図１６で示すように、棒状部材５１を用いて導線２１をＶ相２１Ｖ下へ押込む。このような押込みは、１回導線２１を巻線するのに対して４回押込む。すなわち、四隅ごとに押込みを行なう。これにより、スロット部１１Ｗの奥まで導線２１が充填される。
【００３２】
最後に図２を参照して、導線の巻線が完了すればＷ相２１Ｗが完成する。これにより図２で示す固定子１が完成する。
【００３３】
このような固定子の製造方法では、ティース部１２に導線２１を直巻きすることでＵ相２１Ｕ、Ｖ相２１ＶおよびＷ相２１Ｗを構成している。そのため、インサータを用いてＵ相からＷ相を構成した場合に比べて導線の長さを短くでき、損失を低減することができる。
【００３４】
さらに、スロット部１１Ｕから１１Ｗにおいて占積率（平均占積率）が６０％以上である。そのため、１つのスロット内に多くの導線が充填されることになり、固定子１を用いた電動機１００の小型化および高出力化（高トルク化）に寄与することができる。
【００３５】
この発明に従った電動機の製造方法は、Ｕ相２１Ｕを直巻きで形成する工程と、Ｕ相２１Ｕの一部分を覆うように第１の絶縁板１６を位置決めする工程と、第１の絶縁板１６を覆うようにＶ相２１Ｖを直巻きで形成する工程と、Ｖ相２１Ｖの一部分を覆うように第２の絶縁板１７を位置決めする工程と、第２の絶縁板１７を覆うようにＷ相２１Ｗを直巻きで形成する工程とを備える。各相を直巻きした後に絶縁板を位置決めするため、各巻線相間を確実に絶縁することができる。また、Ｗ相を形成する工程は、導線２１を直巻きしながらその導線２１をＶ相２１Ｖの下のスロット部１１Ｗに押込む工程を含む。このため、スロット部１１Ｗに高密度に導線２１を充填することができるため、固定子１での導線２１の占積率を向上させることができ、電動機１００の高出力化を図ることができる。
【００３６】
図１７は、この発明で巻線に用いるガイド部材の断面図である。図１８は、図１７中の矢印ＸＶＩＩＩで示す方向から見たガイド部材の正面図である。図１７および図１８を参照して、この発明で用いるガイド部材１１１は複数の貫通孔１１１ａを有する。ガイド部材１１１はフローティングガイドであり、従来と同様のノズル１１０に向かい合うように設けられる。ノズル１１０から出た導線２１が貫通孔１１１ａ内を通過する。
【００３７】
本発明のノズルでは、テンション制御性を上げるために、屈曲の負荷を低減することが求められる。さらに、狭いスロット部１１Ｕから１１Ｗの開口部からエナメル線である導線２１をスロット部１１Ｕから１１Ｗに入れるために、複数の導線２１を一列に並べる必要がある。さらに、余りの線を少なくするために、ガイド部材１１１の全幅は小さくすることが求められる。
【００３８】
一方、各態様として、屈曲負荷対策として一般にノズルの出口Ｒ（曲率半径）を極力大きくすることが求められる。導線の直径の５から１０倍の曲率半径Ｒとすることが推奨されている。実際、分布巻きの電動機において、一般にスロット部の開口幅を小さく抑えたいために、細い線径の導線をパラに束ねている。本発明では、直径が０．９ｍｍ程度の導線を１０本前後重ねて巻くことになる。これにより、図１８で示すようなガイド部材１１１を用いることで、効率的に直巻きを行なうことができる。
【００３９】
【実施例】
実施例では、平均占積率をさまざまに変えることで、電動機の体格比を求めた。
【００４０】
まず、図４の（Ａ）で示される平均占積率がほぼ１００％の電動機を作製した。この電動機により得られるトルクの最大値をＴとした。
【００４１】
次に、平均占積率を３７％から９５％までのさまざまな電動機のサンプルを用意した。これらの電動機の最大トルクはそれぞれＴとなるように大きさを調整した。なお、体格比はそれぞれのサンプルの体積Ｖと平均占積率が１００％の電動機の体積Ｖ０と比率Ｖ／Ｖ０として計算した。その結果を以下の表１と図１９に示す。
【００４２】
【表１】
2005045874.tif 000004
【００４３】
表１と図１９を参照して、平均占積率が６０％を超えると、体格比が著しく小さくなっていることがわかる。
【００４４】
より好ましくは、平均占積率が７４％以上である。
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００４５】
【発明の効果】
この発明に従えば、小型化が可能でかつ高出力化が可能な電動機と、固定子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態に従った電動機の正面図である。
【図２】図１中のＩＩで囲んだ部分を拡大して示す正面図である。
【図３】図１および図２で示す固定子の一部分の斜視図である。
【図４】図１から図３で示す固定子の断面図であり、図４の（Ａ）は図３のＩＶＡ−ＩＶＡ線に沿った断面図であり、図４の（Ｂ）はスロット部の有効断面積を説明するための断面図である。
【図５】図１から図３で示す固定子の製造方法の第１工程を示す正面図である。
【図６】図５中のＶＩで囲んだ部分を拡大して示す正面図である。
【図７】図６で示すコア体の斜視図である。
【図８】図１から図３で示す固定子の製造方法の第２工程を示す正面図である。
【図９】図１から図３で示す固定子の製造方法の第３工程を示す正面図である。
【図１０】第１の絶縁板の正面図である。
【図１１】図１から図３で示す固定子の製造方法の第４工程を示す正面図である。
【図１２】図１から図３で示す固定子の製造方法の第５工程を示す正面図である。
【図１３】第２の絶縁板の正面図である。
【図１４】図１から図３で示す固定子の製造方法の第６工程を示す正面図である。
【図１５】図１から図３で示す固定子の製造方法の第７工程を示す正面図である。
【図１６】図１から図３で示す固定子の製造方法の第８工程を示す正面図である。
【図１７】この発明で巻線に用いるガイド部材の断面図である。
【図１８】図１７中の矢印ＸＶＩＩＩで示す方向から見たガイド部材の正面図である。
【図１９】平均占積率と体格比との関係を関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１  固定子、１０  コア体、１１Ｕ，１１Ｖ，１１Ｗ  スロット部、１２  ティース部、１６  第１の絶縁板、１７  第２の絶縁板、２１Ｕ  Ｕ相、２１Ｖ  Ｖ相、２１Ｗ  Ｗ相、１００  電動機。
【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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【図１３】
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【図１４】
2005045874.tif 000018
【図１５】
2005045874.tif 000019
【図１６】
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【図１７】
2005045874.tif 000021
【図１８】
2005045874.tif 000022
【図１９】
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