JP2017099211A - 回転電機のステータの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】分割された固定部材を使用するステータを製造する方法において、固定部材の搬送を簡易に行う。
【解決手段】固定部材セグメント３４を周方向に並べ環状に配置する。環状に配置された固定部材セグメント３４を径方向クランプ４８で外周環３０を囲うようにして把持し、軸線方向クランプ５０により外周環３０の１箇所を軸線方向において挟んで把持し、環状の配置された固定部材セグメント３４を一体にした状態で保持する。隣り合う固定部材セグメント３４の接合部の形状により、これらの固定部材セグメント３４の間で力が授受され、一体の状態が維持される。固定部材セグメント３４を一体にした状態で、ステータコアの端面への搬送が可能になる。
【選択図】図６

Description

本発明は、回転電機のステータの製造方法に関する。

回転電機のステータコアは全体として円環または円筒形状を有する。より詳しくは、円環または円筒形状のヨーク部と、ヨーク部の内周から内側に延び、かつ周方向に配列される複数のティースを有する。隣接するティースの間の空間はスロットと呼ばれる。スロットを通してコイル導線がティースに巻き渡されコイルが形成されている。ステータコアの円環または円筒の中心軸線方向における端面と、コイルエンドの間には隙間が存在する。この隙間があると、コイルの位置がステータコアに対して安定しない場合がある。

下記特許文献１においては、ステータコアの端面とコイルエンドの間の隙間に樹脂製の固定部材（部品カフサ２００）を配置し、コイルの動きを抑制し、安定的に固定する技術が開示されている。この固定部材は、配列されたティースが設けられた部分に対応する円環板形状を有し、そしてスロットに対応する部分にスリット（カフサスロット２１０）が設けられている。

特開２０１４−１３５８６５号公報

上記特許文献１の固定部材は、円環板の直径に対して厚さが薄く、またスリットが設けられているため、射出成形等により樹脂を成形する際にゆがみやすい。ゆがみが生じたまま使用すると、場所によってステータコアの端面との間に隙間が生じ、コイルを巻き付ける際にコイルから力を受け、破損する場合があった。成形時のゆがみを防止するために、固定部材を分割された複数の部分から構成することで、ステータコア端面との隙間の発生を抑制することが考えられる。しかし、複数に分割された部品を個々にステータコア端面に搬送するのは手間がかかる。

本発明は、分割された固定部材を使用するステータを製造する方法において、固定部材の搬送を簡易にする方法を提供することを目的とする。

本発明に係る回転電機のステータの製造方法は、周方向に並べられて円環形状の固定部材を形成する樹脂製の固定部材セグメントを形成するセグメント形成ステップと、固定部材セグメントを周方向に並べ、環状に配置するセグメント配置ステップと、環状に配置された固定部材セグメントを径方向クランプと軸線方向クランプで把持し、環状に配置された固定部材セグメントを一体にした状態で、ステータコアの軸線方向の端面へと搬送するセグメント搬送ステップと、ステータコアのスロットにコイル導線を通し、固定部材に沿ってコイル導線を曲げて成形するコイル導線成形ステップとを有する。

固定部材は、ステータコアの各ティースの端面に対応して位置する枕部と、枕部の径方向外端をつないで延びている外周環と、枕部の径方向内端をつないで延びている内周環と、を有する。また、周方向に並べられたとき隣接している固定部材セグメント同士の外周側接合部および内周側接合部には、それぞれステータコアの軸線方向において力の授受が可能な軸線方向係合構造と、ステータコアの径方向において力の授受が可能な径方向係合構造とが形成されている。

セグメント搬送ステップにおいて、径方向クランプによって固定部材の外周環を囲うようにして固定部材を保持し、また軸線方向クランプによって固定部材の外周環の１箇所を軸線方向において挟んで固定部材を保持する。このとき、外周側接合部および内周側接合部の軸線方向係合構造により、各固定部材セグメントは、当該固定部材セグメントの第１の側に隣接する固定部材セグメントを下から支え、当該固定部材セグメントの第２の側に隣接する固定部材セグメントに下から支えられ、さらに外周側接合部および内周側接合部の径方向係合構造により、各固定部材セグメントは、当該固定部材セグメントの第１の側に隣接する固定部材セグメントを径方向内側に押し、当該固定部材セグメントの第２の側に隣接する固定部材セグメントを径方向内側から受ける。

コイル導線成形ステップにおいて、コイル導線は固定部材の枕部に沿って曲げて成形される。

軸線方向係合構造および径方向係合構造により、配列状態の固定部材セグメントを一体にした状態でステータコアの端面へと搬送することができ、複数の部品から構成される固定部材の搬送を簡易に行うことができる。

コイルを一部省略した状態でステータを示す図である。 固定部材を示す図である。 固定部材セグメントを分離した状態で固定部材を示す図である。 固定部材セグメントを示す図である。 固定部材を内周側から視た状態を示す図である。 固定部材を保持する保持具を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。図１は、回転電機のステータ１０の概略構成を示す斜視図である。ステータ１０は、概略円環形状を有している。この円環の中心軸線を以下「軸線」と記し、この軸線に沿う方向を「軸線方向」と記し、軸線を中心として周回する方向を周方向と記す。また、この軸線に直交する方向を「径方向」と記し、この径方向において軸線から遠い側を「外」、近い側を「内」と記す。

ステータ１０は、全体として円環形状のステータコア１２と、ステータコア１２に巻装されたコイル１４を含む。コイル１４は、全周にわたって巻装されているが、図１においては、ステータ１０の形態を良く示すためにコイル１４の一部のみ示している。ステータコア１２は、略円環形状のヨーク部１６と、ヨーク部１６の内周面から径方向内側に延びるティース１８を有する。ティース１８は周方向に、互いに間隔をあけて配列されている。隣接するティース１８同士の間の空間はスロット２０と呼ばれ、このスロット２０をコイル導線２２が軸線方向に通る。図１において、ステータコア１２の下側において、スロット２０を出たコイル導線２２は周方向に延び、そして別のスロット２０に入る。ステータコア１２の上側においては、他のスロット２０から出たコイル導線２２と溶接される。これによって、ティース１８に巻回されたコイル１４が形成される。コイル導線２２は、断面が長方形の導線、つまり平角導線とすることができる。コイル導線２２のスロット２０から出た部分で形成されるコイルの部分はコイルエンド２４と呼ばれる。コイルエンド２４は、ステータコア１２の軸線方向における端面に隣接して位置する。

スロット２０を出たコイル導線２２は急に屈曲することはできないので、ステータコア１２の端面とコイルエンド２４の間に隙間が生じる。この隙間があるとコイル１４がステータコア１２に対して安定しない。また、コイル導線２２のスロット２０から出た部分を曲げる際、スロット２０の開口の縁、すなわちティース１８の角にコイル導線２２が当たる可能性がある。これらを防止するために固定部材２６が用いられている。固定部材２６は、ステータコア１２の端面のうち、主にティース１８とスロット２０に対応する円環部分に配置される。

図２は、固定部材２６のみを表す図であり、上下の向きは図１と同じである。固定部材２６は、ティース１８の軸線方向における端面に対応して設けられる複数の枕部２８と、枕部２８の外側の端をつないで延びる外周環３０と、枕部２８の内側の端をつないで延びる内周環３２を含む。枕部２８は、互いに間隔をあけて周方向に配列されている。枕部２８同士の隙間は、ステータコア１２のスロット２０に対応し、スロット２０から延びるコイル導線２２はこの隙間を通過する。枕部２８のステータコア１２とは反対側の面（図２において上側の面）の縁には、面取、または曲面が形成されており、コイル導線２２との局所的な接触が起こらないようにしている。

固定部材２６は、図３に示すように、複数の部分に分割されており、個々の分割された部品を固定部材セグメント３４と記す。この固定部材２６は、枕部２８の個数に分割され、４８個の同一形状の固定部材セグメント３４からなる。２個またはそれ以上の枕部２８に対応して固定部材セグメントを構成してもよく、この場合、固定部材セグメントは外周環と内周環をそれぞれ形成する２本の円弧状の部材と、これらの円弧状の部材を橋渡しする複数の枕部からなるはしご形状となる。

図４は、固定部材セグメント３４を示す図であり、（ａ）は１個の固定部材セグメント３４を示し、（ｂ）は３個の固定部材セグメント３４を並べた状態を示す。個々の固定部材セグメント３４を区別する必要がある場合には、３個のうち、真ん中の固定部材セグメントを符号３４に「Ａ」を付加して「３４Ａ」で表し、隣接する固定部材セグメントを符号３４にＢ，Ｃを付加して「３４Ｂ」「３４Ｃ」で表す。また、各固定部材セグメント３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃに属する要素についても属する固定部材セグメントと同じ文字（Ａ，Ｂ，Ｃ）を付して区別する。

固定部材セグメント３４は、枕部２８と、枕部２８の外側端に設けられる外周腕部３６と、枕部２８の内側端に設けられる内周腕部３８を含む。外周腕部３６は、枕部２８から、図２において上方から見たとき時計回りの向きに周方向に延びている。個々の固定部材セグメント３４の外周腕部３６が連なることにより外周環３０が形成される。内周腕部３８は、枕部２８から、反時計回りの向きに周方向に延びている。個々の固定部材セグメント３４の内周腕部３８が連なることにより内周環３２が形成される。外周腕部３６と内周腕部３８の延びる向きは、上記の向きと反対、つまり外周腕部３６が反時計回りの向きに、内周腕部３８が時計回りの向きに延びてもよい。また、外周腕部３６、内周腕部３８共に時計回り反時計回り双方に延び、固定部材セグメント３４の外形がＩ字形となるようにしてもよい。なお、以降の説明においても、「時計回り」および「反時計回り」は、図２において上方から見た時の向きをいう。

時計回りの向きに延びる外周腕部３６先端部（以下、外周腕先端部４０と記す。）には段差が形成され、この段差において下側の段４０ａがより突出している。外周腕先端部４０とは反対側の端である基端部（以下、外周腕基端部４２と記す。）にも段差が形成され、上側の段４２ａがより突出している。なお、「上」「下」は、図２における向きに従い定めており、以降の説明についても同様である。

隣接する外周腕部３６同士は、これらの外周腕先端部４０と外周腕基端部４２のそれぞれの段差が相補うように係合して、一定の厚さ（上下方向の寸法）の外周環３０が構成される。また、外周環３０の径方向の寸法も一定である。外周腕先端部４０の上に向いた面と外周腕基端部４２の下に向いた面は軸線方向に対して直交している。また、外周腕先端部４０および外周腕基端部４２の周方向に向いた面は、周方向に対して直交している。固定部材セグメント３４Ａの外周腕先端部４０Ａの段差は、固定部材セグメント３４Ｂの外周腕基端部４２Ｂの段差と係合し、これを下から支える形状となっている。固定部材セグメント３４Ａの外周腕基端部４２Ａの段差は、固定部材セグメント３４Ｃの外周腕先端部４０Ｃの段差に下から支えられる形状となっている。外周腕先端部４０と外周腕基端部４２は、固定部材セグメント３４同士の外周側における接合部の要素であり、軸線方向において力の授受が可能な軸線方向係合構造を形成する。

固定部材セグメント３４の外周腕基端部４２においては、前述の段差が形成されることにより、枕部２８の外周側の端面の一部が露出している。露出した端面２８ａと、これに対向する外周腕先端部４０の面は、径方向に対して直交している。この露出した端面２８ａに、隣接する固定部材セグメント３４の外周腕先端部４０の下側の段４０ａが径方向外側から当接することができる。固定部材セグメント３４Ａの外周腕先端部４０Ａは、隣接する固定部材セグメント３４Ｂの枕部２８Ｂの外周側端面に径方向外側から当接しており、固定部材セグメント３４Ｂを内側へ押すことができる。固定部材セグメント３４Ａの枕部２８Ａの外周側端面は、隣接する固定部材セグメント３４Ｃの外周腕先端部４０Ｃを径方向内側から受けることができる。外周腕先端部４０および外周腕基端部４２と、枕部２８の外周側の露出した端面２８ａとは、固定部材セグメント同士の外周側における接合部の要素であり、径方向において力の授受が可能な径方向係合構造を形成する。この固定部材セグメント３４では、枕部２８の露出した端面２８ａを利用して径方向における力の授受が可能な構造を形成しているが、外周腕先端部４０と外周腕基端部４２のそれぞれに、これらを周方向に沿う方向からみたときに段差となる構造を設け、径方向の力の授受を可能とすることもできる。

反時計回りの向きに延びる内周腕部３８の基端部（以下、内周腕基端部４４と記す。）には段差が形成され、この段差において下側の段４４ａ（図３，５参照）がより突出している。内周腕基端部４４とは反対側の先端部（以下、内周腕先端部４６と記す。）にも段差が形成され、上側の段４６ａがより突出している。内周腕部３８の端部の構造は、外周腕部３６の端部の構造と同様、段差と枕部２８の端面により軸線方向および径方向に力の授受を可能とする構造である。

隣接する内周腕部３８同士は、これらの内周腕基端部４４と内周腕先端部４６のそれぞれの段差が係合して、一定の厚さ（上下方向の寸法）の内周環３２が構成される。また、内周環３２の径方向の寸法も一定である。内周腕基端部４４の上に向いた面と内周腕先端部４６の下に向いた面は軸線方向に対して直交している。また、内周腕基端部４４および内周腕先端部４６の周方向に向いた面は、周方向に対して直交している。固定部材セグメント３４Ａの内周腕基端部４４Ａの段差は、固定部材セグメント３４Ｂの内周腕先端部４６Ｂの段差と係合し、これを下から支える形状となっている。固定部材セグメント３４Ａの内周腕先端部４６Ａの段差は、固定部材セグメント３４Ｃの内周腕基端部４４Ｃの段差に下から支えられる形状となっている。内周腕基端部４４と内周腕先端部４６は、固定部材セグメント同士の内周側における接合部の要素であり、軸線方向において力の授受が可能な軸線方向係合構造を形成する。

固定部材セグメント３４の内周腕基端部４４においては、段差が形成されることにより、枕部２８の内周側の端面の一部が露出している。この露出した端面２８ｂに、隣接する固定部材セグメント３４の内周腕先端部４６の上側の段４６ａが径方向内側から当接することができる。固定部材セグメント３４Ａの内周腕基端部４４Ａは、隣接する固定部材セグメント３４Ｂの枕部２８Ｂの外周側端面に径方向内側から当接しており、固定部材セグメント３４Ｂを外側へ押すことができる。固定部材セグメント３４Ａの枕部２８Ａの内周側端面は、隣接する固定部材セグメント３４Ｂの内周腕先端部４６Ｂを径方向内側から受けることができる。内周腕基端部４４および内周腕先端部４６と、枕部２８の内周側の露出した端面２８ｂとは、固定部材セグメント同士の内周側における接合部の要素であり、径方向において力の授受が可能な径方向係合構造を形成する。枕部２８の露出した端面２８ｂを利用して径方向において力の授受が可能な構造を形成したが、内周腕基端部４４と内周腕先端部４６のそれぞれに、これらを周方向に沿う方向からみたときに段差となる構造を設け、径方向の力の授受を可能とすることもできる。

固定部材２６を用いたステータ１０の製造工程について説明する。まず、固定部材セグメント３４を樹脂射出成形により形成する。個々の固定部材セグメント３４は固定部材２６全体の形状よりも小さいので、射出成形型の温度などの管理を厳密に行わなくても比較的高い寸法精度を維持することができる。固定部材セグメント３４を周方向に並べ、図２に示すように環状に配置する。このとき、外周腕先端部４０、外周腕基端部４２および枕部２８の外周側の露出した端面２８ａが係合状態となり、内周腕基端部４４、内周腕先端部４６および枕部２８の外周側の露出した端面２８ｂが係合状態となる。ただし、このとき固定部材セグメント３４同士は、接着などによって結合されておらず、分離可能な状態である。一方で、ステータコア１２を準備する。ステータコア１２は、電磁鋼板を軸線方向に積層して形成することができる。

次に、環状の固定部材２６を把持し、ステータコア１２の端面へと搬送する。図６に環状の固定部材２６をステータコア１２の端面へと搬送する際に用いるクランプについて示す。環状の固定部材２６は、径方向クランプ４８と軸線方向クランプ５０により把持される。径方向クランプ４８は、半円弧形状の内周壁を有する２個のクランプ片４８ａ，４８ｂを含む。クランプ片４８ａ，４８ｂの内周壁は、固定部材２６の外周環３０に沿い、固定部材２６の略全周を囲ってこれを保持する。また、軸線方向クランプ５０は、２個のクランプ片５０ａ，５０ｂで外周環３０を軸線方向上下から挟み、これを保持する。固定部材セグメント３４同士は、これらの係合構造により相互に支え合い、これによって、固定部材２６の形状が維持される。

径方向クランプ４８と軸線方向クランプ５０により把持された状態で、固定部材２６をステータコア１２の端面に運び、ここに載置する。スロット２０に絶縁用のスロット紙を挿入する。さらに、コイル導線２２をスロットに通し、径方向クランプ４８および軸線方向クランプ５０による固定部材２６の把持を解放した後、コイル導線２２を曲げる。このとき、固定部材セグメント３４同士が固定されていないため、固定部材２６とステータコア１２の間に隙間が形成されず、コイル導線２２から力を受けたときの固定部材２６の破損が防止される。そして、コイル導線２２の端を溶接してコイル１４を形成する。

コイル成形後、固定部材セグメント３４同士が接着等により固定されてよい。固定部材セグメント３４とコイル１４が一体にワニスによって固定されてもよい。

コイルの固定部材の一態様を以下に記す。
回転電機のステータコアの軸線方向の端面に配置されコイルの位置を安定化させるコイルの固定部材であって、
固定部材は、全体として円環形状であり、ステータコアの各ティースの端面に対応して位置する枕部と、枕部の径方向外端をつないで延びている外周環と、枕部の径方向内端をつないで延びている内周環と、を有し、
固定部材は、周方向に分割された複数の固定部材セグメントから構成され、
隣接する固定部材セグメント同士の外周側接合部および内周側接合部には、それぞれステータコアの軸線方向において力の授受が可能な軸線方向係合構造と、ステータコアの径方向において力の授受が可能な径方向係合構造とが形成されており、
外周側接合部および内周側接合部の軸線方向係合構造は、当該固定部材セグメントの第１の側に隣接する固定部材セグメントを下から支える構造であり、当該固定部材セグメントの第２の側に隣接する固定部材セグメントに下から支えられる構造であり、
外周側接合部および内周側接合部の径方向係合構造は、当該固定部材セグメントの第１の側に隣接する固定部材セグメントを径方向内側に押す構造であり、当該固定部材セグメントの第２の側に隣接する固定部材セグメントを径方向内側から受ける構造である、
コイルの固定部材。

コイルの固定部材の別の一態様を以下に記す。
回転電機のステータコアの軸線方向の端面に配置されコイルの位置を安定化させるコイルの固定部材であって、
固定部材は、全体として円環形状であり、ステータコアの各ティースの端面に対応して位置する枕部と、枕部の径方向外端をつないで延びている外周環と、枕部の径方向内端をつないで延びている内周環と、を有し、
固定部材は、周方向に分割された複数の固定部材セグメントから構成され、
各固定部材セグメントは、外周環を構成する外周腕部と、内周環を構成する内周腕部とを有し、
外周腕部は枕部から周方向第１の側に延び、内周腕部は枕部から周方向第２の側に延び、
外周腕部の周方向第１の側の端部に、隣接する外周腕部の端部を下から支える段差が形成されており、
外周腕部の周方向第２の側の端部に、隣接する外周腕部の端部に下から支えられ、また隣接する外周腕部の端部が枕部の外周端面に径方向外側から当接することを許容する段差が形成されており、
内周腕部の周方向第１の側の端部に、隣接する内周腕部の端部を下から支え、また隣接する内周腕部の端部が枕部の内周端面に径方向内側から当接することを許容する段差が形成されており、
内周腕部の周方向第２の側の端部に、隣接する内周腕部の端部に下から支えられる段差が形成されている、
コイルの固定部材。

１０ ステータ、１２ ステータコア、１４ コイル、１６ ヨーク部、１８ ティース、２０ スロット、２２ コイル導線、２４ コイルエンド、２６ 固定部材、２８ 枕部、２８ａ 枕部外周側の露出した端面、２８ｂ 枕部内周側の露出した端面、３０ 外周環、３２ 内周環、３４ 固定部材セグメント、３６ 外周腕部、３８ 内周腕部、４０ 外周腕先端部、４０ａ 段差の下側の段、４２ 外周腕基端部、４２ａ 段差の上側の段、４４ 内周腕基端部、４４ａ 段差の下側の段、４６ 内周腕先端部、４６ａ 段差の上側の段、４８ 径方向クランプ、５０ 軸線方向クランプ。

Claims (1)

1. 回転電機のステータを製造する方法であって、
   周方向に並べられて円環形状の固定部材を形成する樹脂製の固定部材セグメントを形成するセグメント形成ステップと、
   固定部材セグメントを周方向に並べ、環状に配置するセグメント配置ステップと、
   環状に配置された固定部材セグメントを径方向クランプと軸線方向クランプで把持し、環状に配置された固定部材セグメントを一体にした状態で、ステータコアの軸線方向の端面へと搬送するセグメント搬送ステップと、
   ステータコアのスロットにコイル導線を通し、固定部材に沿ってコイル導線を曲げて成形するコイル導線成形ステップと、
   を有し、
   固定部材は、ステータコアの各ティースの端面に対応して位置する枕部と、枕部の径方向外端をつないで延びている外周環と、枕部の径方向内端をつないで延びている内周環と、を有し、
   周方向に並べられたとき隣接している固定部材セグメント同士の外周側接合部および内周側接合部には、それぞれステータコアの軸線方向において力の授受が可能な軸線方向係合構造と、ステータコアの径方向において力の授受が可能な径方向係合構造とが形成されており、
   セグメント搬送ステップにおいて、径方向クランプによって固定部材の外周環を囲うようにして固定部材を保持し、また軸線方向クランプによって固定部材の外周環の１箇所を軸線方向において挟んで固定部材を保持し、さらに外周側接合部および内周側接合部の軸線方向係合構造により、各固定部材セグメントは、当該固定部材セグメントの第１の側に隣接する固定部材セグメントを下から支え、当該固定部材セグメントの第２の側に隣接する固定部材セグメントに下から支えられ、さらにまた外周側接合部および内周側接合部の径方向係合構造により、各固定部材セグメントは、当該固定部材セグメントの第１の側に隣接する固定部材セグメントを径方向内側に押し、当該固定部材セグメントの第２の側に隣接する固定部材セグメントを径方向内側から受け、
   コイル導線成形ステップにおいて、コイル導線は固定部材の枕部に沿って曲げて成形される、
   方法。

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