JP2008220093A - モータ固定子の製造方法及びモータ固定子 - Google Patents

Abstract

【課題】 固定子コアの分割数の増大を抑えつつ、組み付けが容易なモータ固定子の製造方法を提供すること。
【解決手段】 内周に複数の凹状のスロット３２と凸状で先端にいくほど細くなる複数のティース３１とが形成された固定子コア３０と、スロット３２内に配置される、矩形断面の平角導体１５が台形集中巻きされた複数のコイル１０とを有するモータ固定子の製造方法において、第１ティース３１Ａの両側に隣り合う第２ティース３１Ｂ及び第３ティース３１Ｃの各スロット３２Ｂ，３２Ｃ内に、第２コイル１０Ｂ、第３コイル１０Ｃが各々挿入されたされた後、第１コイル１０Ａを空芯状態で変形させて、第１コイル１０Ａの一側部を、第１ティース３１Ａの片側のスロット３２Ａに挿入し、次に、第１コイル１０Ａの他側部を第１ティース３１Ａの他側のスロット３２Ａに挿入する。
【選択図】 図１１

Description

本発明は、極数に制約の少ない一体コアに平角導体を用いた台形集中巻きコイルを配置したモータ固定子の製造方法に関するものである。

モータに用いられる固定子は、円筒断面の導体を巻回してコイルを形成した固定子が多く用いられている。近年、モータの高効率化及び小型軽量化の要請が高まってきたために、固定子のスロットにおける導体の占積率を高めることが求められている。
円筒断面の導体を固定子コアのティースに組み付ける場合に、特許文献１に開示されているように、１つおきに台形コイルと平行コイルとを組み合わせて組み付けることが行われている。しかし、この方法では、形状の異なるコイルを製造しなければならず、部品点数が増えるため、その分コストアップを招く問題があった。

一方、導体の占積率を高める視点から、近年では矩形断面の平角導体にエッジワイズ曲げ加工を施して巻回しコイルを形成する固定子も用いられるようになっている。巻き線式の固定子に比べ、占積率の向上が可能であり、放熱性に優れるというメリットがあるためである。
同一形状のコイルを用いる方法として、特許文献２に記載する技術では、分割コアに同形状の台形コイルを組み付けて占積率を高める方法が開示されている。これによれば、１種類の台形コイルで固定子を製造することができる。

特開平１１−０３２４５７号公報 特開２００６−１６６６１０号公報

しかしながら、特許文献２に記載する技術には、次のような問題があった。
すなわち、固定子コアを多数に分割するため、分割コアを一体化する工程（リング焼きバメ等）が必要となるため、製造コストが増大する問題があった。また、一体コアと比較して、ティースをスロット分だけ分割しているため、モータにおいて重要となる内径精度（真円度等）、外径精度が部品の積み上げ公差で決まるため、精度保証が困難となる。その結果、モータのトルクリップル、騒音、振動等が増加し、自動車駆動用モータとして使用する場合には、ドライバビイティを低下させる問題があった。
ティース毎に分割せずに、複数個のティースを備える分割コアも考えられるが、その場合には、特許文献１と同様に、異形コイルを必要とする問題に戻ってしまう。

そこで、本発明は、このような課題を解決するために、固定子コアの分割数の増大を抑えつつ、組み付けが容易なモータ固定子の製造方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明によるモータ固定子の製造方法、及びモータ固定子は以下のような特徴を有する。
（１）内周に複数の凹状のスロットと凸状で先端にいくほど細くなる複数のティースとが形成された固定子コアと、該スロット内に配置される、矩形断面の平角導体が台形集中巻きされた複数の台形コイルとを有するモータ固定子の製造方法であって、第１ティースの両側に隣り合う第２ティース及び第３ティースの各スロット内に、台形コイルが各々挿入されたされた後、台形コイルを空芯状態で変形させて、台形コイルの一側部を、第１ティースの片側のスロットに挿入し、次に、台形コイルの他側部を第１ティースの他側のスロットに挿入する。
（２）（１）に記載するモータ固定子の製造方法において、最初のティースのスロットに前記台形コイルを挿入した後、隣のティースに、台形コイルを前記隣のティースの一側面に沿ってスライドさせることにより、前記台形コイルを前記隣のティースのスロット内に挿入し、順次、最後の１つ前の台形コイルまでスロットに挿入することを特徴とする。

（３）内周に複数の凹状のスロットと凸状で先端にいくほど細くなる複数のティースとが形成された固定子コアと、該スロット内に配置される、矩形断面の平角導体が台形集中巻きされた複数の台形コイルとを有するモータ固定子の製造方法であって、第１ティースの両側に隣り合う第２ティース及び第３ティースのうち第２ティースのスロット内に、第２台形コイルが挿入されている状態で、第３ティースと第２台形コイルとの最短距離が、台形コイルの最大幅よりも大きくなるように、スロットを形成し、第１台形コイルを第１ティースの一側面に沿ってスライドさせることにより、第１台形コイルを第１ティースのスロット内に挿入する。
（４）（３）に記載するモータ固定子の製造方法において、挿入すべき最後のティースに、前記台形コイルを空芯状態で変形させて、前記台形コイルの一側部を、前記最後のティースの片側のスロットに挿入し、次に、前記台形コイルの他側部を前記最後のティースの他側のスロットに挿入することを特徴とする。

（５）内周に複数の凹状のスロットと凸状で先端にいくほど細くなる複数のティースとが形成された固定子コアと、該スロット内に配置される、矩形断面の平角導体が台形集中巻きされた複数の台形コイルとを有するモータ固定子において、第１ティースの両側に隣り合う第２ティース及び第３ティースのうち第２ティースのスロット内に、第２台形コイルが挿入されている状態で、前記第３ティースと前記第２台形コイルとの最短距離が、前記台形コイルの最大幅よりも大きくなるように、前記スロットが形成されていることを特徴とする。

このような特徴を有する本発明によるモータ固定子の製造方法によれば、以下のような作用、効果が得られる。
まず（１）に記載する発明は、第１ティースの両側に隣り合う第２ティース及び第３ティースの各スロット内に、台形コイルが各々挿入されたされた後、台形コイルを空芯状態で変形させて、台形コイルの一側部を、第１ティースの片側のスロットに挿入し、次に、台形コイルの他側部を第１ティースの他側のスロットに挿入するので、台形コイルの一側部を片側のスロット内に挿入しているとき、所定の距離までは、台形コイルの他側部がティース、及び隣のスロットに挿入済の台形コイルと接触することがないため、台形コイルの一側部をスムーズに所定のスロット内に挿入することができる。ここで、台形コイルは渦巻状に巻かれて形成されており、コイルスプリングと同様に、複数の平角導体を容易にずらすことにより、変形させることができる。
また、台形コイルの他側部がティースに接触したときには、一側部がほとんどスロット内に挿入されているため、他側部もスムーズにスロット内に挿入される。
スロット内に挿入された台形コイルは、平角導体の弾性力により本来の形に戻り、スロットに少ない隙間で収納される。

次に、（３）に記載の発明は、第１ティースの両側に隣り合う第２ティース及び第３ティースのうち第２ティースのスロット内に、第２台形コイルが挿入されている状態で、前記第３ティースと前記第２台形コイルとの最短距離が、前記台形コイルの最大幅よりも大きくなるように、前記スロットを形成しているので、第１台形コイルを第１ティースに挿入するときに、第１台形コイルを第１ティースの一側面に沿ってスライドさせても、第１台形コイルの第１ティースに近い底面の外周端が、第３ティースに接触することがないため、第１台形コイルを第１ティースの一側面に沿ってスライドさせるだけで、第１台形コイルを第１ティースの周囲のスロット内に容易に挿入することができる。

また、（５）に記載のモータ固定子によれば、第１台形コイルを第１ティースに挿入するときに、第１台形コイルを第１ティースの一側面に沿ってスライドさせても、第１台形コイルの第１ティースに近い底面の外周端が、第３ティースに接触することがないため、第１台形コイルを第１ティースの一側面に沿ってスライドさせるだけで、第１台形コイルを第１ティースの周囲のスロット内に容易に挿入することができる。

次に、本発明の実施例について、図面を参照しつつ説明する。
図９に、本実施例の第１コイル１０Ａを固定子コア３０に配置する様子を示した立体斜視図を示す。
第１コイル１０Ａ、第２コイル１０Ｂ、及び第３コイル１０Ｃは、厚さ１．０ｍｍ、幅５．０ｍｍの平角導体１５を渦巻状に巻回して構成されている。コイル１０は、短手方向の端面が台形形状であり、長手方向の端面は長方形形状である。平角導体１５は、銅などの導電性の良い金属で構成され、周囲には絶縁被覆が施されている。絶縁被覆はエナメル被覆か、或いはポリイミド、アミドイミドなどの絶縁性を確保可能な樹脂で形成されている。

固定子コア３０は、中空円盤状の金属の板を積層して形成されており、固定子コア３０にはティース３１とスロット３２が交互に形成されている。スロット３２は、両側のティース３１の外周を巻回して各々挿入されるコイルをそれぞれ収納する空間を有している。すなわち、ティース３１Ａのスロット３２Ａとティース３１Ｂのスロット３２Ｂとにより、１つのスロット３２が構成されている。
ティース３１は、固定子コア３０の内側に向けて先端が細くなるような台形形状に形成されている。また、スロット３２は略コの字状に切り掛かれて形成されている。スロット３２の内面の内、対向する側面は平行に形成されている。
ティース３１には、絶縁材である樹脂製のインシュレータ（薄いものであり、図示せず。）が装着されている。ティース３１には、インシュレータを介してコイル１０が装着される。

次に、図１から図７に基づいて、固定子コア３０の全てのスロット３２に、コイル１０を挿入する工程について説明する。いずれの図も、固定子コア３０を上から見た図である。コイル１０は、断面図で表している。固定子コア３０は、分割されておらず、一体で外形は円柱状である。
第１ティース３１Ａの正面に、コイル１０が位置している。ティース３１は、内周に向かうほど先細りとなるテーパが形成され、台形形状をなしている。テーパの角度は、両側共、θ２である。
一方、コイル１０の内面も台形形状をなしており、その台形形状は、ティースの台形形状と同じ形状である。内面のテーパ角度は、両側共、θ２である。
コイル１０を図中矢印の方向に移動すれば、コイル１０は、容易にティース３１Ａの外周に形成されたスロット３２Ａ内に挿入される。

次に、左隣りの第２ティース３１Ｂに第２コイル１０Ｂが挿入済みで、かつ右隣りの第３ティース３１Ｃには、未だ第３コイル１０Ｃが未挿入の状態において、第１ティース３１Ａに第１コイル１０Ａを挿入する場合について説明する。
第２ティース３１Ｂに挿入済の第２コイル１０Ｂの図中一番右よりの部分から、第３ティース３１Ｃの図中一番左よりの部分までの水平方向の距離は、図中に示すように、Ａである。一方、第１コイル１０Ａの底面の寸法は、Ｗである。このとき、ＡがＷより大きくなるように、ティース３１及びスロット３２を設計している。

第１ティース３１Ａの両側に隣り合う第２ティース３１Ｂ及び第３ティース３１Ｃのうち第２ティース３１Ｂのスロット３２Ｂ内に、第２コイル１０Ｂが挿入されている状態で、第３ティース３１Ｃと第２コイル１０Ｂとの最短距離Ａが、コイル１０の最大幅Ｗよりも大きくなるように、スロット３２を形成しているので、第１コイル１０Ａを第１ティース３１Ａの一側面に沿ってスライドさせることにより、第１コイル１０Ａを第１ティース３１Ａのスロット３２Ａ内に挿入することができる。
すなわち、第１コイル１０Ａの左内面を、第１ティース３１Ａの左側面に接触させてガイドさせながら、スライドさせることにより、挿入方向を、垂直方向に対してθ２の角度として、そのまま容易に、第１コイル１０Ａをスロット３２Ａ内に挿入することができる。

次のコイル１０も、図２に示す方法で、順次スロット３２内に挿入することができる。問題となるのは、最後の１個のコイル１０を挿入する場合である。
次に、図３から図７に基づいて最後のコイル１０の挿入方法について説明する。
図３において、前提条件として、台形形状のティースの上面に対して、台形コイルの底面が平行に位置する。台形コイルの側面は、底面からの垂線に対して、θ２の角度で外径、内径共に傾斜している。この状態の斜視図を図９に示す。隣りのティースである第２ティース３１Ｂには、第２コイル１０Ｂが既に挿入されている。また、第３ティース３１Ｃには、第３コイル１０Ｃが既に挿入されている。この状態では、コイル１０の最大幅Ｗが、第２コイル１０Ｂと第３コイル１０Ｃとで形成される最大開口Ｃより大きいため、そのままの状態で、第１コイル１０Ａを第１ティース３１Ａの外周のスロット３２Ａに挿入することは不可能である。

図８に示すように、次の手順で第１コイル１０Ａを変形させる。
（１）挿入しようとする第１ティース３１Ａ上面に対して、第１コイル１０Ａの底面の一端（中心点Ｅ）を中心として、所定角度θ１傾ける。これにより、図８の（２）の状態となる。そうすると、第１コイル１０Ａの平角導体が中心点Ｅを通る垂線の外側にはみ出す。その状態を図１０に斜視図で示す。一枚目の半角導体１５のＥ側の他隅部Ｊも、中心線Ｅを通る垂線からはみ出した状態である。

（２）先に挿入しようとする一側部の平角導体（中心点Ｅの位置する側部）の底面から２枚目以降を、一枚ずつずらす。そして、１３枚目の平角導体の最外部Ｈと他隅部Ｊとを結ぶ線分が中心点Ｅを通る垂線Ｍに対して、θ２の角度となるようにする。すなわち、直線ＪＨが、垂線Ｍに対して、θ２の角度となるようにする。そして、他隅部Ｊが垂線Ｍ上となる位置まで、全体を左側に図中Ｙだけ移動させる。
この状態が図８の（３）に示す状態であり、図４の状態である。また、図１１にその斜視図を示す。図１１に示すように、第１コイル１０Ａのうち、第３ティース寄りの半角導体１５が１枚ずつずらされて、全体がθ１傾けられているため、半角導体１５の図中一点鎖線の方法における幅Ｘ（図８（３）に示す。）が、第３ティース寄りのスロット３２Ａの幅Ｚ（図４に示す。）と、同じ若しくは狭い幅となっているので、図の一点鎖線に沿って、すなわち、第１ティース３１Ａの図中右側側面に沿って、挿入することができる状態となる。

（３）これにより、先に挿入しようとする一側部の平角導体の、最も第１ティース３１Ａに近い点（中心点Ｅ）と、後から挿入される平角導体の最外周部の点Ｆとが、第１ティース３１Ａからの距離として、図中Ｌ１で示すだけ間隔ができる。また、後から挿入される平角導体の最も第１ティース３１Ａに近い点Ｉと第１ティース３１Ａとの距離は図中Ｌ２で示す間隔である。
（４）したがって、第１コイル１０Ａを第１ティース３１Ａに対して挿入しようとするときに、後から挿入される平角導体１５は、先に挿入しようとする平角導体１５がＬ２の距離だけ挿入されるまでの間は、全く第１ティース３１Ａ、及び挿入済の隣の第２コイル１０Ｂに接触しないため、スムーズに平角導体１５を第１ティース３１Ａの周囲に形成されているスロット３２Ａ内に挿入することができる。

（５）第１コイル１０Ａの他側部の最も第１ティース３１Ａに近い箇所Ｉがティースに接触したときには、一側部の大半がスロット内に挿入されているため、他側部もスムーズにスロット内に挿入される。すなわち、他側部は、スロット３２Ａに対して、斜めにずらされており、見かけ上、幅が狭くなっているので、スロット３２Ａに入りやすい。そして、１３枚の半角導体１５が、図６に示すように、１枚ずつ順次連続して挿入されるため、スムーズに挿入できる。
スロット３２Ａ内に挿入された第１コイル１０Ａは、弾性力により本来の形に戻り、スロット３２Ａに少ない隙間で収納される。その状態を図７に平面図で示し、図１２に斜視図で示す。

こうして、全てのコイル１０が固定子コア３０に挿入された後、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に分かれるように接続線を接合する。コイル１０には、コイル端部１０ａ、１０ｂが形成されているので、接続線を接合してＵ相、Ｖ相、Ｗ相を形成する。そして、Ｕ相端子、Ｖ相端子、Ｗ相端子を接合し、固定子コア３０の端部に樹脂モールド部を形成して固定子５０が形成される。

以上、詳細に説明したように、本実施の形態のモータ固定子の製造方法によれば、内周に複数の凹状のスロット３２と凸状で先端にいくほど細くなる複数のティース３１とが形成された固定子コア３０と、スロット３２内に配置される、矩形断面の平角導体１５が台形集中巻きされた複数のコイル１０とを有するモータ固定子の製造方法において、第１ティース３１Ａの両側に隣り合う第２ティース３１Ｂ及び第３ティース３１Ｃの各スロット３２Ｂ，３２Ｃ内に、第２コイル１０Ｂ、第３コイル１０Ｃが各々挿入されたされた後、第１コイル１０Ａを空芯状態で変形させて、第１コイル１０Ａの一側部を、第１ティース３１Ａの片側のスロット３２Ａに挿入し、次に、第１コイル１０Ａの他側部を第１ティース３１Ａの他側のスロット３２Ａに挿入するので、第１コイル１０Ａの一側部を片側のスロット３２Ａ内に挿入しているとき、所定の距離までは、第１コイル１０Ａの他側部が第１ティース３１Ａ、及び隣のスロット３２Ｂに挿入済の第２コイル１０Ｂと接触することがないため、第１コイル１０Ａの一側部をスムーズに所定のスロット３２Ａ内に挿入することができる。

また、第１コイル１０Ａの他側部の端部箇所Ｉが第１ティース３１Ａに接触したときには、一側部がほとんどスロット３２Ａ内に挿入されているため、他側部もスムーズにスロット３２Ａ内に挿入される。
スロット３２Ａ内に挿入された第１コイル１０Ａは、平角導体１５の弾性力により本来の形に戻り、スロット３２Ａに少ない隙間で収納される。

また、本実施の形態のモータ固定子の製造方法によれば、第１ティース３１Ａの両側に隣り合う第２ティース３１Ｂ及び第３ティース３１Ｃのうち第２ティース３１Ｂのスロット３２Ｂ内に、第２コイル１０Ｂが挿入されている状態で、第３ティース３１Ｃと第２コイル１０Ｂとの最短距離Ａが、コイル１０の最大幅Ｗよりも大きくなるように、スロット３２を形成しているので、第１コイル１０Ａを第１ティース３１Ａに挿入するときに、第１コイル１０Ａを第１ティース３１Ａの一側面に沿ってスライドさせても、第１コイル１０Ａの第１ティース３１Ａに近い底面の外周端が、第３ティース３１Ｃに接触することがないため、第１コイル１０Ａを第１ティース３１Ａの一側面に沿ってスライドさせるだけで、第１コイル１０Ａを第１ティース３１Ａの周囲のスロット３２Ａ内に容易に挿入することができる。

図２で説明したコイル１０のスロット３２への挿入方法は、固定子コア３０が、今まで説明した実施の形態で使用された一体型の固定子コアである場合のみならず、３、４個のティース備えた分割コアを複数個組み合わせて、加熱して膨張させたリング内に複数の分割コアを組み込んで、いわゆる焼きバメ方式による固定子コアの製造にも応用できる。
すなわち、３、４個のティース３１のうち、端に位置するティース３１に図１の方法で、コイル１０を挿入した後、隣りのティースに対して、図２で説明したコイル挿入方法を順次適用することにより、容易に分割コアに対して、３、４個のコイル１０を挿入することができる。

また、図２で説明したコイル１０のスロット３２への挿入方法は、固定子コア３０が、今まで説明した実施の形態で使用された一体型の固定子コアである場合のみならず、１個のティースだけ欠けた固定子コアと、１個のティースを備える固定子コアを組み合わせる方式にも、使用可能である。１個だけティースの欠けた固定子コアと、１個のティースのみ備える固定子コアとを組み合わせて、加熱して膨張させたリング内に複数の分割コアを組み込んで、いわゆる焼きバメ方式により固定子コアを製造できる。
すなわち、１個のティースを欠いた固定子コアに対して、端に位置するティース３１に図１の方法で、コイル１０を挿入した後、隣りのティース３１に対して、図２で説明したコイル挿入方法を順次適用することにより、残りの全てのティース３１に対して、コイル１０を挿入することができる。
そして、１個のティース３１を備える固定子コアには、図１の方法でコイル１０を挿入すればよい。

本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることは言うまでもない。
例えば、本実施の形態では、図８の手順でコイル１０を変形させているが、図８の（３）を先に変形させ、後から（２）の変形を行っても同じである。
また、本実施の形態では、図８の（２）で半角導体１５をずらす量を、θ２としているが、もっと大きくずらしても良い。大きくずらすことにより、Ｌ２を大きくとることが可能となると同時に、半角導体１５の幅Ｘをより狭くすることができる。

１個目のコイル１０をティース３１周囲のスロット３２内に挿入する方法の説明図である。 ２個目のコイル１０をティース３１周囲のスロット３２内に挿入する方法の説明図である。 最後のコイル１０Ａをティース３１Ａ周囲のスロット３２Ａ内に挿入する方法の第１説明図である。 最後のコイル１０Ａをティース３１Ａ周囲のスロット３２Ａ内に挿入する方法の第２説明図である。 最後のコイル１０Ａをティース３１Ａ周囲のスロット３２Ａ内に挿入する方法の第３説明図である。 最後のコイル１０Ａをティース３１Ａ周囲のスロット３２Ａ内に挿入する方法の第４説明図である。 最後のコイル１０Ａをティース３１Ａ周囲のスロット３２Ａ内に挿入する方法の第５説明図である。 コイル１０の変形方法を説明する図である。 図３の斜視図である。 図４の斜視図である。 図５の斜視図である。 図７の斜視図である。

符号の説明

１０ コイル
３０ 固定子コア
３１ ティース
３２ スロット

Claims (5)

1. 内周に複数の凹状のスロットと凸状で先端にいくほど細くなる複数のティースとが形成された固定子コアと、該スロット内に配置される、矩形断面の平角導体が台形集中巻きされた複数の台形コイルとを有するモータ固定子の製造方法において、
   第１ティースの両側に隣り合う第２ティース及び第３ティースの各スロット内に、前記台形コイルが各々挿入されたされた後、
   前記台形コイルを空芯状態で変形させて、前記台形コイルの一側部を、前記第１ティースの片側のスロットに挿入し、
   次に、前記台形コイルの他側部を前記第１ティースの他側のスロットに挿入することを特徴とするモータ固定子の製造方法。
2. 請求項１に記載するモータ固定子の製造方法において、
   最初のティースのスロットに前記台形コイルを挿入した後、
   隣のティースに、台形コイルを前記隣のティースの一側面に沿ってスライドさせることにより、前記台形コイルを前記隣のティースのスロット内に挿入し、順次、最後の１つ前の台形コイルまでスロットに挿入することを特徴とするモータ固定子の製造方法。
3. 内周に複数の凹状のスロットと凸状で先端にいくほど細くなる複数のティースとが形成された固定子コアと、該スロット内に配置される、矩形断面の平角導体が台形集中巻きされた複数の台形コイルとを有するモータ固定子の製造方法において、
   第１ティースの両側に隣り合う第２ティース及び第３ティースのうち第２ティースのスロット内に、第２台形コイルが挿入されている状態で、前記第３ティースと前記第２台形コイルとの最短距離が、前記台形コイルの最大幅よりも大きくなるように、前記スロットを形成し、
   第１台形コイルを前記第１ティースの一側面に沿ってスライドさせることにより、前記第１台形コイルを前記第１ティースのスロット内に挿入することを特徴とするモータ固定子の製造方法。
4. 請求項３に記載するモータ固定子の製造方法において、
   挿入すべき最後のティースに、前記台形コイルを空芯状態で変形させて、前記台形コイルの一側部を、前記最後のティースの片側のスロットに挿入し、
   次に、前記台形コイルの他側部を前記最後のティースの他側のスロットに挿入することを特徴とするモータ固定子の製造方法。
5. 内周に複数の凹状のスロットと凸状で先端にいくほど細くなる複数のティースとが形成された固定子コアと、該スロット内に配置される、矩形断面の平角導体が台形集中巻きされた複数の台形コイルとを有するモータ固定子において、
   第１ティースの両側に隣り合う第２ティース及び第３ティースのうち第２ティースのスロット内に、第２台形コイルが挿入されている状態で、前記第３ティースと前記第２台形コイルとの最短距離が、前記台形コイルの最大幅よりも大きくなるように、前記スロットが形成されていることを特徴とするモータ固定子。

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