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JP5352979B2 - 回転電機の固定子及びその製造方法 - Google Patents

回転電機の固定子及びその製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、回転電機の固定子及びその製造方法に関する。
従来、圧粉磁心材料の成形によって固定子コアを作成し、その固定子コアに巻線を施してなる回転電機の固定子が提案されている(例えば、特許文献1等参照。)。
特開2006−320054号公報
しかしながら、上述した従来技術における固定子は、固定子コアの成形後にコイルを巻線するものであり、間隔の狭い固定子コアのスロット内へ線材を挿入して巻線を施す作業が困難であり、多くの工数が必要とされるという問題がある。さらに、圧粉磁心材料を用いて成形した固定子コアでは、強度を十分に確保できないおそれがある。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、製造が容易であり且つ強度に優れた回転電機の固定子及びその製造方法を提供することを目的とする。
以下、上記課題を解決するのに適した各手段につき、必要に応じて作用効果等を付記しつつ説明する。
1.断面形状が略矩形状の線材を巻線した多相巻線を環状に一体成形し且つ接着剤により全体固着た多相固定子巻線と、
電磁鋼板を積層してなり前記多相固定子巻線の外径以上の内径を有し前記多相固定子巻線の外周側に配置される円筒部材、及び電磁鋼板を積層してなり前記円筒部材の内周面にて周方向に配列され且つ組付けられた当該円筒部材と独立した複数のティース部材を有し、前記多相固定子巻線の外形全体を含む前記多相固定子巻線の内周部と前記円筒部材の内周部との間の空間を磁性粉を含有する成形材によって成形してなる固定子コアと
を備え、
前記線材は、前記固定子コア内に配置される直線部と、前記固定子コアの外に突出し、周方向に異なる位置に配置されている前記直線部同士を接続しているターン部とを有しており、環状に波巻されることにより前記多相固定子巻線を形成していることを特徴とする回転電機の固定子。
手段1によれば、多相固定子巻線は、断面形状が略矩形状の線材を予め巻線した多相巻線を環状に一体成形しているので、線材を固定子コアのスロットへ挿入する等の作業を伴うことなく、簡単な巻線作業で多相固定子巻線を作製することができる。また、多相固定子巻線全体が接着剤により固着されているので、巻線形状を確実に維持することができる。また、固定子コアは、電磁鋼板を積層してなり多相固定子巻線の外径以上の内径を有する円筒部材と電磁鋼板を積層してなる複数のティース部材とに分割された構造であるので、多相固定子巻線の外周側に円筒部材を配置した状態で、当該円筒部材と独立した複数のティース部材を円筒部材の内周面にて周方向に配列して組付けることにより、周方向に隣接するティース部材間に多相固定子巻線を構成する線材が挿入された構造を容易に形成することができる。また、多相固定子巻線の外形全体を含む多相固定子巻線の内周部と円筒部材の内周部との間の空間が磁性粉を含有する成形材によって成形されているので、固定子全体の強度を確実に確保することができると共に、多相固定子巻線を構成する線材とティース部材との間に磁性粉を含有する樹脂等の成形材が隙間無く充填されるため、高い占積率を有する固定子を実現することができる。
2.前記円筒部材は、その内周面に周方向に配列され且つ前記各ティース部材を嵌合可能な複数の凹溝が設けられたことを特徴とする手段1に記載の回転電機の固定子。
手段2によれば、円筒部材の内周面に周方向に配列され且つ各ティース部材を嵌合可能な複数の凹溝が設けられているので、複数のティース部材を確実に円筒部材の内周面にて周方向に配列して組付けることができる。
3.前記円筒部材は、取付け穴を有する取付部が設けられたことを特徴とする手段1又は2に記載の回転電機の固定子。
手段3によれば、電磁鋼板を積層してなる強度の高い円筒部材に取付け穴を有する取付部が設けられているので、固定子を取付部でネジ部材等によりハウジング等へ強固に取付けることができる。
4.前記固定子コアは、前記多相固定子巻線外周と前記円筒部材内周との間にインシュレータを介挿した状態で前記成形材によって成形されたことを特徴とする手段1乃至3のいずれかに記載の回転電機の固定子。
手段4によれば、固定子コアは、多相固定子巻線外周と円筒部材内周との間にインシュレータを介挿した状態で樹脂等の成形材によって成形されているので、円筒部材と多相固定子巻線とが確実に非接触に保たれて電気的絶縁が図られ、信頼性の高い回転電機を実現することができる。
5.前記各ティース部材は、切り欠き部が設けられたことを特徴とする手段1乃至4のいずれかに記載の回転電機の固定子。
手段5によれば、各ティース部材に切り欠き部が設けられているので、樹脂等の成形材との抜け止めが図られて耐振動性が向上する。
6.前記各ティース部材は、単一のティース部からなることを特徴とする手段1乃至5のいずれかに記載の回転電機の固定子。
手段6によれば、各ティース部材は、単一のティース部からなるので、ティース部材の全体形状が略平板状となり、容易に作製可能であると共に、円筒部材の内周面に1個ずつ容易に位置合わせして組付けることができる。
7.前記各ティース部材は、複数のティース部が一体的に形成されたことを特徴とする手段1乃至5のいずれかに記載の回転電機の固定子。
手段7によれば、各ティース部材は、複数のティース部が一体的に形成されているので、円筒部材の内周面へ複数のティース部を同時に組付け可能であり、組付け工数の低減を図ることができる。
8.前記磁性粉は、絶縁被膜が施された鉄粉からなることを特徴とする手段1乃至7のいずれかに記載の回転電機の固定子。
手段8によれば、磁性粉は、絶縁被膜が施された鉄粉からなるので、鉄粉の電気抵抗率を高めることにより、回転電機における鉄損を少なくすることできる。
9.前記磁性粉は、低鉄損材料からなることを特徴とする手段1乃至8のいずれかに記載の回転電機の固定子。
手段9によれば、磁性粉は、低鉄損材料からなるので、鉄損が少なく高効率な回転電機を実現することできる。
10.前記磁性粉は、珪素鋼入り鉄粉からなることを特徴とする手段9に記載の回転電機の固定子。
手段10によれば、磁性粉は、低鉄損材料である珪素鋼入り鉄粉からなるので、鉄損が少ない回転電機を確実に実現することできる。
11.固定子コア内に配置される直線部と前記固定子コアの外に突出して周方向に異なる位置に配置される前記直線部同士を接続するターン部とを有する断面形状が略矩形状の線材を環状に波巻した多相巻線を一体成形することにより環状の多相固定子巻線を形成する巻線形成工程と、
前記多相固定子巻線全体を接着剤により固着する巻線固着工程と、
電磁鋼板を積層してなり前記多相固定子巻線の外径以上の内径を有する円筒部材を、前記接着剤により固着された前記多相固定子巻線の外周側に配置し、この状態で、電磁鋼板を積層してなる複数のティース部材を前記円筒部材の内周面に周方向に配列しつつ組付けるティース部材組付け工程と、
前記円筒部材の内周面に当該円筒部材と独立した前記複数のティース部材が組付けられた状態で、前記多相固定子巻線の外形全体を含む前記多相固定子巻線の内周部と前記円筒部材の内周部との間の空間を、磁性粉を含有する樹脂によって一体的に成形して固定子コアを形成する成形工程と
を備えたことを特徴とする回転電機の固定子製造方法。
手段11によれば、巻線形成工程では、固定子コア内に配置される直線部と前記固定子コアの外に突出して周方向に異なる位置に配置される前記直線部同士を接続するターン部とを有する断面形状が略矩形状の線材を波巻した多相巻線を環状に一体成形するので、固定子コアへの巻装作業を伴うことなく、多相固定子巻線を容易に作製することができる。また、巻線固着工程では、多相固定子巻線全体を接着剤により固着することにより、巻線形状を確実に維持することができる。また、ティース部材組付け工程では、電磁鋼板を軸方向に積層してなり多相固定子巻線の外径以上の内径を有する円筒部材を、接着剤により固着された多相固定子巻線の外周側に配置し、この状態で、電磁鋼板を積層してなる前記円筒部材と独立した複数のティース部材を前記円筒部材の内周面に周方向に配列しつつ組付ける。そして、成形工程では、多相固定子巻線の外形全体を含む多相固定子巻線の内周部と円筒部材の内周部との空間を、磁性粉を含有する樹脂によって一体的に成形して固定子コアを形成することにより、複数のティース部材を組付けた電磁鋼板を積層してなる円筒部材と樹脂等の成形材の成形とによって全体の強度が優れた固定子を簡単に作製できると共に、多相固定子巻線を構成する線材とティース部材との間に磁性粉を含有する樹脂等の成形材が隙間無く充填されるため、高い占積率を有する固定子を実現することができる。
以下、本発明の回転電機の固定子及びその製造方法を具体化した一実施形態について図面を参照しつつ具体的に説明する。図1は、本発明の一実施形態における固定子10の製造工程を示すフローチャートである。
本実施形態における固定子10の製造工程には、図1に示すように、巻線形成工程S1と、巻線固着工程S2と、ティース部材組付け工程S3と、成形工程S4とが含まれる。
巻線形成工程S1では、線材30を巻線して、図2に示す環状の三相固定子巻線20を形成する。図2は、三相固定子巻線20を示す斜視図である。図3は、線材30を示す断面図である。図4は、線材30の形状を示す斜視図である。尚、三相固定子巻線20が、本発明の多相固定子巻線を構成するものである。
線材30は、断面形状が略矩形状の線材(平角線)であって、銅製の導体32と、導体32の外周を覆い導体32を絶縁する内層34および外層36からなる絶縁被覆とから形成されている。内層34は導体32の外周を覆い、外層36は内層34の外周を覆っている。内層34および外層36を合わせた絶縁被覆の厚みは、100μm〜200μmの間に設定されている。このように、内層34および外層36からなる絶縁被覆の厚みが厚いので、線材30同士を絶縁するめに線材30同士の間に絶縁紙等を挟み込んで絶縁する必要がない。外層36はナイロン等の絶縁材、内層34は外層よりもガラス転移温度の高い熱可塑性樹脂またはガラス転移温度の無いポリアミドイミド等の絶縁材で形成されている。
また、線材30は、図4に示すように、後述する固定子コア12内に配置される直線部40と、固定子コア12の外に突出し、周方向に異なる位置に配置されている直線部40同士を接続しているターン部42とを有しており、環状に波巻されることにより固定子巻線20を形成している。ターン部42は、固定子巻線20の軸方向両側にそれぞれ形成されている。ターン部42の略中央部にはねじりを伴わないクランク部44が形成されている。クランク部44は、固定子コア12端面に沿うクランク形状に形成されている。このクランク部44のクランク形状によるずれ量は、線材30の略幅分である。これにより、径方向に隣接している線材30のターン部42同士を密に巻回できる。その結果、コイルエンドの径方向の幅が小さくなるので、固定子巻線20が径方向外側に張り出すことを防止する。また、固定子コア12内から固定子コア12外に突出するターン部42の突出箇所に、固定子コア12軸方向両側端面に沿うクランク部46が形成されている。
さらに、線材30には、ターン部42の略中央部のクランク部44と、ターン部42の突出箇所に形成したクランク部46との間に、それぞれ2個のクランク部48が形成されている。つまり、固定子コア12の一方の軸方向の端面側の線材30のターン部42には、合計7個のクランク部が形成されている。これにより、クランク部を形成しない三角形状のターン部の高さに比べ、ターン部42の高さが低くなる。クランク部48のクランク形状も、クランク部44、46と同様に、固定子コア12の端面に沿ったクランク形状に形成されている。したがって、線材30のターン部42は、クランク部44を挟んで両側を階段状に形成している。
次に、巻線固着工程S2では、巻線形成工程S1において形成された三相固定子巻線20の巻線形状を維持するために、三相固定子巻線20全体を接着剤により固着する。
次に、ティース部材組付け工程S3では、電磁鋼板を軸方向に積層してなり三相固定子巻線20の外径よりも僅かに大きい内径を有する円筒部材15を、三相固定子巻線20の外周側に非接触に配置する。図5は、円筒部材15を示す平面図である。円筒部材15は、図5に示すように、内周面にて周方向に配列され且つ後述する各ティース部材16を嵌合可能な複数の凹溝15aが設けられている。各凹溝15aは、円筒部材15内周面にて軸方向に沿う直線状に形成されている。また、円筒部材15外周には、径外方向へ突出して軸方向に貫通する取付け穴15cを有する3個の取付部15bが、周方向に等間隔で設けられている。
続いて、円筒部材15を三相固定子巻線20の外周側に配置した状態で、電磁鋼板を積層してなる複数のティース部材16を円筒部材15の内周面に周方向に配列された凹溝15aに1個ずつ嵌合して組付ける。図6(a)は、ティース部材16を図5の円筒部材と同一縮尺で示す平面図であり、同図(b)はティース部材16を拡大して示す拡大平面図である。図7は、ティース部材組付け工程S3を説明するための説明図である。ティース部材16は、単一のティース部を構成する矩形状の略平板状部材であり、成形材との抜け止めを図るために、ティース部材16の両側面に複数の切り欠き部16aが設けられている。また、内径側端部16bの両側面に凸部16cが設けられている。各ティース部材16は、外径側端部16dを円筒部材15内周面の凹溝15aに1個ずつ位置合わせして嵌合することによって組付けを行う。
次に、成形工程S4では、接着剤により固着された三相固定子巻線20及びその外周に配置され且つ複数のティース部材16が組付けられた円筒部材15を図示しない成形型内に配置し、この状態で、三相固定子巻線20の外形全体を含む三相固定子巻線20の内周部と円筒部材15の内周部との間の空間を、磁性粉を含有する樹脂等の成形材によって一体的に成形し、成形部14と複数のティース部材16が組付けられた円筒部材15とからなる固定子コア13を形成する。図8は、成形材によって成形される部分を示す説明図である(成形される部分を点線で示す)。尚、固定子コア13は、三相固定子巻線20と円筒部材15との間の電気的絶縁を確実に図るため、三相固定子巻線20外周と円筒部材15内周との間に図示しないインシュレータを介挿した状態で成形が行われる。
磁性粉としては、絶縁被膜が施された鉄粉を用いることが好ましく、鉄粉として低鉄損材料(例えば、珪素鋼入り鉄粉)を用いることが特に好ましい。絶縁被膜が施された鉄粉によれば、鉄粉の電気抵抗率を高めることにより、回転電機における鉄損を少なくすることできる。また、鉄粉として低鉄損材料を用いることによって、鉄損が少ない回転電機をより確実に実現することできる。
成形工程S4が終了すると、本実施形態の固定子10が完成する。図9は、固定子10を示す斜視図である。図10は、図9におけるA−A線断面図である。図11は、固定子10の部分横断面図である。固定子10は、図9乃至図11に示すように、線材30を巻線して環状に形成され且つ接着剤により全体が固着された三相固定子巻線20と、電磁鋼板を積層してなり三相固定子巻線20の外径以上の内径を有し三相固定子巻線20の外周側に配置される円筒部材15、及び電磁鋼板を積層してなり円筒部材15の内周面にて周方向に配列され且つ組付けられた複数のティース部材16を有し、三相固定子巻線20の外形全体を含む三相固定子巻線20の内周部と円筒部材15の内周部との間の空間を磁性粉を含有する成形材によって成形してなる固定子コア13とを備えている。固定子コア13成形部分の上部からは、2本×3組の入力端子20aが径外方向へ引き出されている。また、円筒部材15外周には、上述したとおり、3個の取付部15bが周方向に等間隔で設けられている。
以上詳述したことから明らかなように、本実施形態によれば、三相固定子巻線20は、断面形状が略矩形状の線材30を予め巻線して環状に形成されているので、線材30を固定子コアのスロットへ挿入する等の作業を伴うことなく、簡単な巻線作業で三相固定子巻線20を作製することができる。また、三相固定子巻線20全体が接着剤により固着されているので、巻線形状を確実に維持することができる。また、固定子コア13は、電磁鋼板を積層してなり三相固定子巻線20の外径以上の(三相固定子巻線20の外径よりも僅かに大きい)内径を有する円筒部材15と電磁鋼板を積層してなる複数のティース部材16とに分割された構造であるので、三相固定子巻線20の外周側に円筒部材15を配置した状態で、複数のティース部材16を円筒部材15の内周面にて周方向に配列して組付けることにより、周方向に隣接するティース部材16間に三相固定子巻線20を構成する線材30が挿入された構造を容易に形成することができる。また、三相固定子巻線20の外形全体を含む三相固定子巻線20の内周部と円筒部材15の内周部との間の空間が磁性粉を含有する成形材によって成形されているので、固定子10全体の強度を確実に確保することができると共に、三相固定子巻線20を構成する線材30とティース部材16との間に磁性粉を含有する樹脂等の成形材が隙間無く充填されるため、高い占積率を有する固定子10を実現することができる。
また、円筒部材15の内周面には、周方向に配列され且つ各ティース部材16を嵌合可能な複数の凹溝15aが設けられているので、複数のティース部材16を確実に円筒部材15の内周面にて周方向に配列して組付けることができる。
また、電磁鋼板を積層してなる強度の高い円筒部材15に取付け穴15cを有する取付部15bが設けられているので、固定子10を取付部15bでネジ部材等によりハウジング等へ強固に取付けることができる。
また、固定子コア13は、三相固定子巻線20外周と円筒部材15内周との間にインシュレータを介挿した状態で樹脂等の成形材によって成形されているので、円筒部材15と三相固定子巻線20とが確実に非接触に保たれて電気的絶縁が図られ、信頼性の高い回転電機を実現することができる。
また、各ティース部材16に切り欠き部16aが設けられているので、樹脂等の成形材との抜け止めが図られて耐振動性が向上する。特に、固定子コアの各ティース部材は、単一のティース部からなり、ティース部材の全体形状が略平板状となるので、容易に作製可能であると共に、固定子コアの内周面に1個ずつ容易に位置合わせして組付けることができる。
尚、本発明は上述した各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことが可能であることは云うまでもない。
例えば、上述した実施形態では、各ティース部材は、単一のティース部からなる構成としたが、各ティース部材に複数のティース部を一体的に設ける構成としてもよい。図12は、変形例におけるティース部材17を示す平面図である。図13は、変形例におけるティース部材組付け工程を説明するための説明図である。図14は、変形例における固定子10の部分横断面図である。本変形例において、ティース部材17は、図12に示すように、スロット17cを挟んで対向するティース部17a,17bが内径側で接続されて一体的に設けられている。また、ティース部17a,17bの外側面には、それぞれ複数の切り欠き部17c,17dが設けられている。また、内径側端部17eの両側面に凸部17fが設けられている。本変形例によれば、図13,14に示すように、外径側端部17g,17hを円筒部材15内周面の隣接する2つの凹溝15aへ位置合わせして嵌合することにより、2つのティース部17a,17bを同時に組付け可能であり、円筒部材15に組付けるティース部材の個数が上記実施形態の半分となり、組付け工数の低減を図ることができる。
また、固定子巻線は三相に限らず、多相であればよい。また、上記実施形態では、電動機及び発電機を兼ねている回転電機の固定子について説明したが、電動機又は発電機のいずれかの専用の回転電機の固定子として上記実施形態の固定子を適用してもよい。
本発明は、強度に優れた回転電機の固定子を簡単に製造することが必要とされる場合に利用可能である。
本発明の一実施形態における固定子の製造工程を示すフローチャートである。 三相固定子巻線を示す斜視図である。 線材を示す断面図である。 線材の形状を示す斜視図である。 円筒部材を示す平面図である。 (a)はティース部材を図5の円筒部材と同一縮尺で示す平面図であり、(b)はティース部材を拡大して示す拡大平面図である。 ティース部材組付け工程を説明するための説明図である。 成形工程において成形される部分を示す説明図である。 固定子を示す斜視図である。 図9におけるA−A線断面図である。 固定子の部分横断面図である。 変形例におけるティース部材を示す平面図である。 変形例におけるティース部材組付け工程を説明するための説明図である。 変形例における固定子の部分横断面図である。
符号の説明
10 固定子
13 固定子コア
14 成形部
15 円筒部材
15a 凹溝
15b 取付部
15c 取付け穴
16 ティース部材
16a 切り欠き部
17 ティース部材
17a,17b ティース部
17c,17d 切り欠き部
20 三相固定子巻線
30 線材

Claims (11)

  1. 断面形状が略矩形状の線材を巻線した多相巻線を環状に一体成形し且つ接着剤により全体固着た多相固定子巻線と、
    電磁鋼板を積層してなり前記多相固定子巻線の外径以上の内径を有し前記多相固定子巻線の外周側に配置される円筒部材、及び電磁鋼板を積層してなり前記円筒部材の内周面にて周方向に配列され且つ組付けられた当該円筒部材と独立した複数のティース部材を有し、前記多相固定子巻線の外形全体を含む前記多相固定子巻線の内周部と前記円筒部材の内周部との間の空間を磁性粉を含有する成形材によって成形してなる固定子コアと
    を備え、
    前記線材は、前記固定子コア内に配置される直線部と、前記固定子コアの外に突出し、周方向に異なる位置に配置されている前記直線部同士を接続しているターン部とを有しており、環状に波巻されることにより前記多相固定子巻線を形成していることを特徴とする回転電機の固定子。
  2. 前記円筒部材は、その内周面に周方向に配列され且つ前記各ティース部材を嵌合可能な複数の凹溝が設けられたことを特徴とする請求項1に記載の回転電機の固定子。
  3. 前記円筒部材は、取付け穴を有する取付部が設けられたことを特徴とする請求項1又は2に記載の回転電機の固定子。
  4. 前記固定子コアは、前記多相固定子巻線外周と前記円筒部材内周との間にインシュレータを介挿した状態で前記成形材によって成形されたことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の回転電機の固定子。
  5. 前記各ティース部材は、切り欠き部が設けられたことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の回転電機の固定子。
  6. 前記各ティース部材は、単一のティース部からなることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の回転電機の固定子。
  7. 前記各ティース部材は、複数のティース部が一体的に形成されたことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の回転電機の固定子。
  8. 前記磁性粉は、絶縁被膜が施された鉄粉からなることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の回転電機の固定子。
  9. 前記磁性粉は、低鉄損材料からなることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の回転電機の固定子。
  10. 前記磁性粉は、珪素鋼入り鉄粉からなることを特徴とする請求項9に記載の回転電機の固定子。
  11. 固定子コア内に配置される直線部と前記固定子コアの外に突出して周方向に異なる位置に配置される前記直線部同士を接続するターン部とを有する断面形状が略矩形状の線材を環状に波巻した多相巻線を一体成形することにより環状の多相固定子巻線を形成する巻線形成工程と、
    前記多相固定子巻線全体を接着剤により固着する巻線固着工程と、
    電磁鋼板を積層してなり前記多相固定子巻線の外径以上の内径を有する円筒部材を、前記接着剤により固着された前記多相固定子巻線の外周側に配置し、この状態で、電磁鋼板を積層してなる複数のティース部材を前記円筒部材の内周面に周方向に配列しつつ組付けるティース部材組付け工程と、
    前記円筒部材の内周面に当該円筒部材と独立した前記複数のティース部材が組付けられた状態で、前記多相固定子巻線の外形全体を含む前記多相固定子巻線の内周部と前記円筒部材の内周部との間の空間を、磁性粉を含有する樹脂によって一体的に成形して固定子コアを形成する成形工程と
    を備えたことを特徴とする回転電機の固定子製造方法。
JP2007244029A 2007-09-20 2007-09-20 回転電機の固定子及びその製造方法 Active JP5352979B2 (ja)

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