JP3738528B2 - 回転電機のステータ及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転電機のステータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、回転電機では高性能化の要求が高まっており、出力アップのためにステータ巻線に対して更なる高占績率化、高効率化を達成していく必要がある。そこで、特開平８−１９１９６号公報では、直線状に展開されたストレートコアに巻線を施した後、そのストレートコアを環状に屈曲させる方法が開示されている。この方法によれば、ストレートコアの状態でスロットピッチを大きく確保できる（環状のコアを直線状に展開すればスロットピッチが大きくなる）ため、環状のコアに直接コイルを装着する場合より線径の太いコイル線を使用することができ、その分、高占績率化が可能である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の方法では、コイルをコアに装着する際にコイルの成形形状が崩れ易い。また、コイルをコアへ装着した後でも、コアを屈曲させる際にコイル線がスロットから飛び出す可能性がある。このため、コイルが崩れない様に、且つコイル線の飛び出しを防止しながら巻線作業（コイルをコアへ装着する作業）を行う必要があることから、作業性が悪いという問題があった。
また、図１１に示す様に、スロット１００内でコイル線１１０が整列されていないため、コア１２０を屈曲する際にコイル線１１０同士あるいはコイル線１１０とコア１２０間に生じる応力がコイル線１１０に働き、コイル線１１０の絶縁被膜を破壊する恐れがあった。
【０００４】
更に、従来の回転電機では、使用時に発生する振動等によってスロットからコイル線が飛び出すのを防止するために、スロット内にウェッジ部品を挿入する必要がある。このため、部品点数の増大、組付け工数の増大に伴ってコストが大幅に高くなるという問題があった。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、第１の目的は、ステータコアへの巻線作業を容易化すること。第２の目的は、ストレートコアを屈曲して環状のコアを形成する際にコイル線の絶縁被膜の破壊を防止すること。第３の目的は、コイル線の飛び出し防止を目的としたウェッジ部品を廃止してコストダウンを図ることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
（請求項１の手段）
各スロット間に磁極ティースを有するステータコアと、１つの磁極ティースの周囲あるいは２つ以上の磁極ティースに跨がってスロットに挿入されたコイルとを備えた交流発電機のステータの製造方法であって、複数枚のコアシート（２０）を積層して、その長手方向に複数のスロット（２ａ）が設けられたストレートコア（２Ａ）を形成し（３−ａ）、融着層を被膜部に持つコイル線（３ａ）を整列させて所定のコイル形状に成形し、コイル線（３ａ）を通電加熱または外部加熱して融着層を溶かしてコイル線（３ａ）同士を融着させることによりブロック化したコイル（３）とし（３−ｂ、３−ｃ、３−ｄ）、（４−ａ、４−ｂ、４−ｃ）、ブロック化したコイル（３）をストレートコア（２Ａ）に組み付け（３−ｅ）、コイル（３）が組み付けられたストレートコア（２Ａ）を円環状に屈曲し（３−ｆ）、ストレートコア（２Ａ）のスロットピッチをＰ０、屈曲後のステータコアのスロットピッチをＰ、磁極ティース巾をＬ、及びブロック状に固着されたコイル全体のコイル巾をＣとした時に、Ｐ０−Ｌ＞Ｃ＞Ｐ−Ｌの関係が成立する。
この場合、コイルをストレートコアへ装着する際に、コイルが崩れることがないため、スロット内への挿入が容易である。また、コイルをストレートコアへ装着した時に、スロット内でコイル線同士が整列した状態を維持できるので、ストレートコアを屈曲させる時にもコイル線には殆ど応力が加わらないため、コイル線の絶縁被膜が破壊されるのを防止できる。
更に、ブロック状に固着されたコイル全体のコイル巾Ｃより、ストレートコアのスロット入口巾（つまりＰ０−Ｌ）の方が大きいため、ストレートコアの状態でコイルを装着する際に、容易にスロット内へコイル線を挿入することができる。そして、ストレートコアを屈曲した後では、ブロック状に固着されたコイル全体のコイル巾Ｃより、スロット入口巾（つまりＰ−Ｌ）の方が小さいため、スロットからのコイル線の飛び出しを防止できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１は直線状のコアとコイルの斜視図である。
本実施例のステータ１は、例えば交流発電機の界磁を形成するもので、図２に示す様に、円環状のステータコア２と、このステータコア２に装着されるステータコイル３（以下コイル３と略す）とを備える。
ステータコア２は、図１に示す様な直線状のコア（以下、ストレートコア２Ａと言う）を円環状に曲げて使用される。ストレートコア２Ａは、複数枚のコアシート２０を積層して構成され、その長手方向に複数のスロット２ａが等ピッチに設けられて、隣合う各スロット２ａ間にコイル３を巻き付けるための磁極ティース２ｂが形成されている。
【００１０】
コイル３は、図１に示す様に、予めコイル線３ａを環状に巻き取って所定のコイル形状に成形した後、コイル線３ａ同士を接合してコイル３全体をブロック状に固着してから、ストレートコア２Ａの１つの磁極ティース２ｂの周囲あるいは２つ以上の磁極ティース２ｂに跨がってスロット２ａに挿入される。
以下に、ステータサブアッシーを製造するまでの工程について図３を参照しながら説明する。
まず、プレス成形された複数枚のコアシート２０を積層してかしめ固定することによりストレートコア２Ａを形成する（３−ａ）。
【００１１】
一方、コイル線３ａ（ここでは自己融着線を使用する）を環状に巻き取りながら整列させて所定のコイル形状に成形する（３−ｂ）。
続いて、コイル線３ａを通電加熱または外部加熱して（３−ｃ）、融着層を溶かしてコイル線３ａ同士を融着させることによりコイル３全体をブロック化する（３−ｄ）。なお、融着層としては、例えばポリビニルブチラール、ナイロン、エポキシ等が使用される。
次に、ブロック化したコイル３をストレートコア２Ａに組付ける（３−ｅ）。ストレートコア２Ａのスロット２ａにブロック化したコイル３を挿入した状態を図５に示す。続いて、コイル３が組付けられたストレートコア２Ａを円環状に屈曲する（３−ｆ）。ここでは、図６に示す様に、スロット２ａ内にコイル３の飛び出しを防止するためのウェッジ部品４を挿入しても良い。
以上の工程を経てステータサブアッシーを完成する。
【００１２】
上記の製造方法では、コイル３をブロック化するためにコイル線３ａとして自己融着線を使用したが、接着剤によりコイル線３ａ同士を接合しても良い。
この場合、図４に示す様に、まず、コイル線３ａを環状に巻き取って所定のコイル形状に成形する（４−ａ）。続いて、コイル線３ａに接着剤を塗布し（４−ｂ）、その接着剤を固化させる（４−ｃ）ことにより、コイル３全体を固着してブロック化することができる。なお、接着剤としては、例えばエポキシ系、アクリル系、クロロピレン系等を使用できる。
【００１３】
（本実施例の効果）
本実施例によれば、コイル線３ａ同士を融着してブロック化したコイル３をストレートコア２Ａへ組付けるため、組付け時にコイル形状が崩れることがない。このため、スロット２ａ内への挿入が容易であり、且つストレートコア２Ａを円環状に曲げる際にもコイル線３ａがスロット２ａから飛び出すことがないため、コアへの巻線作業を容易に行うことができる。
また、ストレートコア２Ａのスロット２ａ内でコイル線３ａ同士が整列した状態を維持できるため、ストレートコア２Ａを円環状に屈曲させる時にも、コイル線３ａには殆ど応力が加わらない。これにより、コイル線３ａの絶縁被膜が破壊されるのを防止できる。
【００１４】
（第２実施例）
図７はストレートコア２Ａの一部断面図、図８はステータコア２の一部断面図である。
本実施例は、スロット２ａからコイル３の飛び出しを防止できるように、スロット２ａの入口寸法を最適設計したものである。
具体的には、ストレートコア２Ａを内径２Ｒ（図２参照）に屈曲させた時のステータコア２のスロットピッチをＰ、スロット数をｎとすれば、スロットピッチＰは、下記の式で求められる。
【数１】
Ｐ≒２πＲ／ｎ
そこで、ストレートコア２ＡのスロットピッチをＰ0 、磁極ティース巾をＬ、及びブロック化したコイル全体の巾をＣとした時に、下記の式に示す関係が成立する様に磁極ティース巾Ｌを設定している。
【数２】
Ｐ0 −Ｌ＞Ｃ＞Ｐ−Ｌ＝２πＲ／ｎ−Ｌ＞０
【００１５】
この場合、ブロック化したコイル全体の巾Ｃより、ストレートコア２Ａのスロット２ａの入口寸法（つまりＰ0 −Ｌ）の方が大きいため、ストレートコア２Ａの状態でコイル３を組付ける際に、容易にスロット２ａ内へコイル３を挿入することができる。そして、コアを屈曲した後では、ブロック化したコイル全体の巾Ｃより、スロット２ａの入口寸法（つまりＰ−Ｌ）の方が小さいため、スロット２ａからのコイル３の飛び出しを防止できる。この結果、従来使用していたウェッジ部品を廃止してコストダウンを図ることができる。
【００１６】
（第３実施例）
図９はストレートコア２Ａの一部断面図、図１０はステータコア２の一部断面図である。
本実施例では、予め成形されたコイル３をストレートコア２Ａに組付けるのではなく、ストレートコア２Ａの磁極ティース２ｂにコイル線３ａを複数回巻き付けてコイル３を形成している。この構成において、スロット２ａからコイル線３ａの飛び出しを防止できるように、スロット２ａの入口寸法を最適設計したものである。
具体的には、ストレートコア２Ａを内径２Ｒ（図２参照）に屈曲させた時のステータコア２のスロットピッチをＰ、スロット数をｎとすれば、スロットピッチＰは、下記の式で求められる。
【数３】
Ｐ≒２πＲ／ｎ
そこで、ストレートコア２ＡのスロットピッチをＰ0 、磁極ティース巾をＬ、及びコイル線径をφとした時に、下記の式に示す関係が成立する様に磁極ティース巾Ｌを設定している。
【数４】
Ｐ0 −Ｌ＞φ＞Ｐ−Ｌ＝２πＲ／ｎ−Ｌ＞０
【００１７】
この場合、コイル線径φよりストレートコア２Ａのスロット２ａの入口寸法（つまりＰ0 −Ｌ）の方が大きいため、ストレートコア２Ａの状態でコイル線３ａを磁極ティース２ｂに巻き付ける際に、容易にスロット２ａ内へコイル線３ａを挿入することができる。そして、コアを屈曲した後では、コイル線径φよりスロット２ａの入口寸法（つまりＰ−Ｌ）の方が小さいため、スロット２ａからのコイル線３ａの飛び出しを防止できる。この結果、従来使用していたウェッジ部品を廃止してコストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ストレートコアとコイルの斜視図である。
【図２】ステータの側面図である。
【図３】ステータサブアッシーの製造工程を示す説明図である。
【図４】ステータサブアッシーの製造工程を示す他の説明図である。
【図５】ストレートコアのスロット内にブロック化したコイルを挿入した状態を示す一部断面図である。
【図６】ステータコアのスロット内にブロック化したコイルを挿入した状態を示す一部断面図である。
【図７】ストレートコアのスロットピッチと磁極ティース巾とを示す一部断面図である（第２実施例）。
【図８】ステータコアのスロットピッチを示す一部断面図である（第２実施例）。
【図９】ストレートコアのスロットピッチと磁極ティース巾とを示す一部断面図である（第３実施例）。
【図１０】ステータコアのスロットピッチを示す一部断面図である（第３実施例）。
【図１１】ストレートコアのスロット内にコイルを挿入した状態を示す一部断面図である（従来技術）。
【符号の説明】
１ ステータ
２ ステータコア
２Ａ ストレートコア
２ａ スロット
２ｂ 磁極ティース
３ コイル
３ａ コイル線

Claims (1)

1. 各スロット間に磁極ティースを有するステータコアと、
   １つの前記磁極ティースの周囲あるいは２つ以上の前記磁極ティースに跨がって前記スロットに挿入されたコイルとを備えた交流発電機のステータの製造方法であって、
   複数枚のコアシート（２０）を積層して、その長手方向に複数のスロット（２ａ）が設けられたストレートコア（２Ａ）を形成し（３−ａ）、
   融着層を被膜部に持つコイル線（３ａ）を整列させて所定のコイル形状に成形し、前記コイル線（３ａ）を通電加熱または外部加熱して前記融着層を溶かして前記コイル線（３ａ）同士を融着させることによりブロック化したコイル（３）とし（３−ｂ、３−ｃ、３−ｄ）、（４−ａ、４−ｂ、４−ｃ）、
   ブロック化した前記コイル（３）を前記ストレートコア（２Ａ）に組み付け（３−ｅ）、前記コイル（３）が組み付けられた前記ストレートコア（２Ａ）を円環状に屈曲し（３−ｆ）、
   前記ストレートコア（２Ａ）のスロットピッチをＰ０、屈曲後の前記ステータコアのスロットピッチをＰ、磁極ティース巾をＬ、及びブロック状に固着された前記コイル全体のコイル巾をＣとした時に、以下の関係が成立することを特徴とする交流発電機のステータの製造方法。
   Ｐ０−Ｌ＞Ｃ＞Ｐ−Ｌ

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