JP4705947B2 - 固定子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、固定子の製造方法に関するものである。

一般的に、インナーロータ型のモータは、円筒状のステータ（固定子）の内側に形成された空間にロータ（回転子）が配置され、ロータがステータに対して回転可能に構成されたものである（例えば、特許文献１参照）。また、ステータのティース部にはコイルが巻回されるが、コイルの巻回方法としては分布巻と集中巻が知られている。
特許文献１のステータは、ステータのコイルエンド部の張り出し高さを低減することを目的として、図１２に示すように、第１の巻線Ｕ１が収納された２つのスロット（スロット番号１，６）間のスロット（スロット番号３）に第１の巻線Ｕ１とは異なる相の第２の巻線Ｗ１を収納し、第１の巻線Ｕ１が収納された２つのスロット間のスロット（スロット番号２）に第２の巻線と同相の第３の巻線Ｗ６を収納し、第２の巻線Ｗ１と第３の巻線Ｗ６は、コイルエンド部において、一方（巻線Ｗ６）が第１の巻線Ｕ１の外周側に位置し、他方（巻線Ｗ１）が第１の巻線Ｕ１の内周側に位置するように配置した分布巻である。
特開２００２−４４８９３号公報

ところで、特許文献１のステータで用いた分布巻は、高トルク密度性能を維持し易いものの、コイルの巻回方法が集中巻と比較すると複雑であり、特に小型化したインナーロータ型のステータでは、隣接するティース部の距離が近く（スロットが狭く）、コイルを特許文献１に記載された方法で巻回するには非常に時間が掛かり、生産効率が悪かった。

そこで、本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、生産効率を向上することができる固定子の製造方法を提供するものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、複数の固定子コア片（例えば、実施形態におけるコア片１１）を帯状に配置する工程と、隣接する前記固定子コア片の間に形成されるスロット部（例えば、実施形態におけるスロット部１９）に巻線（例えば、実施形態におけるコイル２０）を挿入する工程と、前記帯状の固定子コア片を円筒状に変形する工程と、前記固定子コア片を円筒状にした後に、前記帯状の固定子コア片の両端部を跨ぐ前記巻線を前記スロット部に挿入して固定子（例えば、実施形態におけるステータ１）を形成する工程と、を備えた固定子の製造方法であって、前記固定子コア片には、隣接する前記固定子コア片同士を連結する連結部（例えば、実施形態における第１連結部２１、第２連結部２２）が形成されており、該連結部は連結した前記固定子コア片同士を回動可能な状態で連結することを特徴としている。

請求項２に記載した発明は、前記巻線は、所定間隔隔てた一対の前記スロット部に挿入されることを特徴としている。

請求項３に記載した発明は、前記巻線は、予めリング状に巻回された状態で前記一対のスロット部に挿入されることを特徴としている。

請求項４に記載した発明は、前記固定子コア片は、ヨーク（例えば、実施形態におけるヨーク１３）、ティース（例えば、実施形態におけるティース１５）および先端部（例えば、実施形態における先端部１７）を有する平板鋼板（例えば、実施形態における平板鋼板５１）を積層して構成され、前記ヨークには外周の一方端部から突出した第１連結部（例えば、実施形態における第１連結部２１）または他方端部から突出した第２連結部（例えば、実施形態における第２連結部２２）が形成されており、前記固定子コア片は、前記第１連結部を有する平板鋼板と、前記第２連結部を有する平板鋼板とが、交互に積層されており、前記隣接する固定子コア片は、平面視において重なった状態で前記スロット部に面していることを特徴としている。

請求項５に記載した発明は、モータの回転磁界を形成する複数相の前記巻線が、全て同一形状で形成されることを特徴としている。

請求項１に記載した発明によれば、固定子コア片を帯状に配置することでスロット部を大きく確保することができるため、巻線をスロット部に容易に挿入することができる。また、巻線を取り付けた後に、固定子コア片を円筒状に変形するとともに、帯状の固定子コア片の両端部に配置される巻線（スロット部に挿入されていない巻線）をスロット部に挿入することで固定子を形成することができる。したがって、固定子の生産効率を向上することができる効果がある。
また、隣接する固定子コア片同士が連結部で連結されているため、固定子コア片を帯状に配置してから円筒状に変形させるまでの間に、位置ずれの発生を防止することができる。したがって、固定子コア片を帯状から円筒状に精度良く変形させることができる効果がある。

請求項２に記載した発明によれば、巻線を分布巻にすることで高トルク密度性能を維持することができるため、高性能のモータの固定子を製造することができる効果がある。

請求項３に記載した発明によれば、巻線を予め巻回してリングを形成するため、リング状に形成された巻線をスロット部に挿入するだけで巻線を取り付けることができる。したがって、固定子コア片を準備してから巻線をスロット部に巻回する場合よりも生産効率を向上することができる効果がある。

請求項４に記載した発明によれば、スロット部において隣接する固定子コア片の間に、固定子コア片の積層方向に連続する隙間が形成されないため、巻線をスロット部に挿入した際に、隙間に巻線の一部が挟まれて損傷することを防止することができる。また、巻線が挟まれないので、固定子コア片を円筒状に変形する際に、確実に円筒状に変形させることができる効果がある。

請求項５に記載した発明によれば、例えばＵ相、Ｖ相、Ｗ相からなる三相モータを製造する際に、各相に対応した巻線を同じ工程で製造することができる。したがって、生産効率を向上することができる効果がある。

（第一実施形態）
次に、本発明の第一実施形態を図１〜図８に基づいて説明する。
図１はステータの平面図である。なお、図１においては、コイル２０はステータコア１０面上での断面図で示している。図１に示すように、ステータ１は、円筒状に構成されたステータコア１０と、ステータコア１０のティース１５に巻回されたコイル２０とで構成されている。ステータ１の円筒状の中心に形成された空間には、図示しないロータが回転可能に配置されている。

図２はステータコアの平面図である。図２に示すように、ステータコア１０は、複数のコア片１１が円筒状に連結されて構成されている。ステータコア１０は、円筒状の外周を構成するヨーク１３と、ヨーク１３から円筒状の中心に指向して突出されたティース１５と、ティース１５の先端を構成する先端部１７とを備えている。また、隣接するティース１５同士の間には、空間部（以下、スロット１９という。）が形成されている。そして、ティース１５に巻き回したコイル２０をスロット１９に配置することで、上記のようにステータ１が形成される。

図３はコア片１１の平面図である。図３に示すように、コア片１１は、ヨーク１３、ティース１５、および先端部１７が形成された平板鋼板５１を積層して構成されている。このコア片１１を構成する平板鋼板５１は、プレス成型により容易に製造することができる。ここで、一つのコア片１１には、一つのティース１５が形成されている。つまり、ティース１５毎にコア片１１は分割されている。

ヨーク１３には、外周の一方端部から突出した第１連結部２１または他方端部から突出した第２連結部２２が形成されている。つまり、コア片１１を構成する平板鋼板５１は連結部が一方端部に形成されたものと、他方端部に形成されたものがあり、それらが交互に積層されてコア片１１を構成している。このようにすることで、第１連結部２１は隣接するコア片１１ｂの第２連結部２２ｂと連結され、第２連結部２２は隣接するコア片１１ａの第１連結部２１ａと連結される。また、第１連結部２１と第２連結部２２とは回動可能に連結される。例えば、第１連結部２１および第２連結部２２に貫通孔３１を形成し、貫通孔３１にピンを挿入してヒンジ結合できるようになっている。

また、ヨーク１３の周方向両側部（外周部と内周部との間の両側部）には、一方の側部２３に凹部２４が形成され、他方の側部２５に凹部２４と嵌合する凸部２６が形成されている。凹部２４と凸部２６は、隣接するコア片１１が帯状のときは離反しており、コア片１１が帯状から円筒状に変形したときに嵌合するように構成されている。

次に、コア片１１を連結してステータ１を形成する手順を説明する。
図４は、コア片の帯状時の部分平面図である。図４に示すように、複数の平板鋼板５１を積層・接合して所望の厚みを有したコア片１１を形成する。コア片１１を複数用意し、同じ向きに帯状に並べる。そして、隣接するコア片１１同士を連結する。このとき、隣接するコア片１１のうち一方のコア片１１の第１連結部２１と他方のコア片１１の第２連結部２２とを回動可能に連結させる。なお、隣接するコア片１１を連結するには、一方のコア片１１の積層方向に形成された第１連結部２１同士の隙間に、他方のコア片１１の積層方向に形成された第２連結部２２を挿入し、その後、貫通孔３１にピンを挿入することで連結する。

コア片１１を全て連結した後、スロット１９の側面に沿うように絶縁紙２９を配置する。絶縁紙２９を配置した後に、スロット１９にコイル２０を配置する。具体的には、図５に示すように、図示しない巻線装置で複数のリング３３を形成するように導線を巻き付けたもの（コイル２０）を製造する。このとき、導線の両端部はリングから延出させて、電源端子やグランド端子に接続できるようにしておく。三相モータの場合には、このコイル２０を３本製造する。なお、本実施形態では、３本のコイル２０は全て同一形状で製造する。

図６は、コイルのスロット部への挿入方法を示す説明図である。図６に示すように、３本のコイル２０は、三相のＵ相、Ｖ相、Ｗ相を構成する。本実施形態においては、コア片１１を４８個用いてステータコア１０を構成している。つまり、スロット１９が４８箇所形成される。ここで、Ｕ相を構成するコイル２０ａは、リングが８個（リングＵ１〜Ｕ８）形成されている。同じく、Ｖ相を構成するコイル２０ｂはリングＶ１〜Ｖ８が形成され、Ｗ相を構成するコイル２０ｃはリングＷ１〜Ｗ８が形成されている。なお、これらのリングは所定間隔置いた２つのスロット１９に挿入できる大きさで形成されている。そして、コイル２０を製造した後に、コイル２０をステータコア１０のスロット１９に挿入する。

具体的には、Ｕ相のコイル２０ａは、スロット番号１とスロット番号６のスロット１９にリングＵ１を挿入し、スロット番号７とスロット番号１２のスロット１９にリングＵ２を挿入し、同様に繰り返し、スロット番号４３とスロット番号４８のスロット１９にリングＵ８を挿入する。また、Ｖ相のコイル２０ｂは、スロット番号４５とスロット番号２のスロット１９にリングＶ１を挿入し、スロット番号３とスロット番号８のスロット１９にリングＶ２を挿入し、同様に、スロット番号３９とスロット番号４４のスロット１９にリングＶ８を挿入する。さらに、Ｗ相のコイル２０ｃは、スロット番号４７とスロット番号４のスロット１９にリングＷ１を挿入し、スロット番号５とスロット番号１０のスロット１９にリングＷ２を挿入し、同様に、スロット番号４１とスロット番号４６のスロット１９にリングＷ８を挿入する。

次に、スロット１９にコイル２０を挿入する手順を説明する。なお、以下の説明ではスロット１９に関しては、スロット番号のみを用いて説明する。
図７はコイルの配置状態を示す斜視図であり、図８はコア片の円筒状時の平面図である。なお、本実施形態では円筒化前の帯状のコア片に対してコイルを挿入するが、ここでは円筒化後のコア片を示す図８を参照しつつ説明する。
図７，図８に示すように、Ｖ相を構成するコイル２０ｂのリングＶ１をスロット番号２に挿入する。このとき、リングＶ１の他方（図６のＡ部）はスロット番号４５には挿入しない。次に、Ｗ相を構成するコイル２０ｃのリングＷ１をスロット番号４に挿入する。このとき、リングＷ１の他方（図６のＢ部）はスロット番号４７には挿入しない。次に、Ｕ相を構成する２０ａのリングＵ１をスロット番号６に挿入する。このとき、リングＵ１の他方はスロット番号１に仮挿入する。

次に、Ｖ相のコイル２０ｂのリングＶ２をスロット番号３とスロット番号８を掛け渡すように挿入する。同様に、Ｗ相のコイル２０ｃのリングＷ２をスロット番号５とスロット番号１０を掛け渡すように挿入した後、Ｕ相のコイル２０ａのリングＵ２をスロット番号７とスロット番号１２を掛け渡すように挿入する。この手順を繰り返して、Ｖ３→Ｗ３→Ｕ３→Ｖ４→…→Ｖ８→Ｗ８→Ｕ８をそれぞれスロット１９内に挿入する。このようにコイル２０をスロット１９内に挿入すると、図８に示すように、コイル２０は２つのスロット１９間を傾斜するように配置される。なお図６に示すように、例えばスロット番号６の導線の巻回方向とスロット番号７の導線の巻回方向は同一方向になるように挿入する。このように隣接するスロット１９に挿入される同相の導線は、その導線の巻回方向が同一方向になるように挿入する。

このようにリングＶ１のＡ部およびリングＷ１のＢ部がスロット１９に挿入されていない状態で帯状のコア片１１を円筒状に変形し、帯状時の両端のコア片１１同士を連結させて図８に示すように円筒状にする。そして、必要に応じてスロット番号１に仮挿入されたリングＵ１を一旦取り外した状態で、スロット１９に挿入されていないＶ相のコイル２０ｂのリングＶ１（図６のＡ部）をスロット番号４５に挿入する。その後、Ｗ相のコイル２０ｃのリングＷ１（図６のＢ部）をスロット番号４７に挿入する。全てのスロット１９にコイル２０が挿入されたら、そのステータ１を図示しないコアリング（モータの外筒）内に挿入する。そして、スロット１９に挿入された各コイル２０ａ，２０ｂ，２０ｃに緩みがないように導線を調整した後、各コイル２０ａ，２０ｂ，２０ｃの両端部から延出している導線をＵ相、Ｖ相およびＷ相の電源端子およびグランド端子に接続する。

本実施形態によれば、複数のコア片１１を帯状に配置する工程と、隣接するコア片１１同士の間に形成されるスロット１９にコイル２０を挿入する工程と、帯状のコア片１１を円筒状に変形する工程と、コア片１１を円筒状にした後に、帯状のコア片１１の両端部を跨ぐコイル２０（図６のＡ部、Ｂ部）をスロット１９に挿入してステータ１を形成する工程と、を備えて構成した。

さらに具体的には、ヨーク１３およびティース１５を有するコア片１１を形成する工程と、複数のコア片１１を並列配置して、隣接するコア片１１のティース１５間にスロット１９を備えた帯状のコア片１１の配列体を形成する工程と、所定間隔を置いた一対のスロット１９にコイル２０を掛け渡すように挿入するとともに、コア片１１の配列体の両側部を跨ぐ端部コイル（リングＶ１，Ｗ１）を、一対のスロット１９のうち一方のスロット１９のみに挿入する第１挿入工程と、帯状のコア片１１の配列体を円筒状に変形させて コア片１１の両端部を結合し、ステータ１を形成する工程と、端部コイル（リングＶ１，Ｗ１）を、一対のスロット１９のうち他方のスロット１９に挿入する第２挿入工程と、を有するようにした。
また、第１挿入工程において端部コイルが挿入される一方のスロット１９は、端部コイルが他のコイル２０よりステータ１の外周側に配置されるスロットであり、第２挿入工程において端部コイルが挿入される他方のスロット１９は、端部コイルが他のコイル２０よりステータ１の内周側に配置されるスロット１９である。

このようにコア片１１を帯状に配置することで、スロット１９を大きく確保することができるため、コイル２０をスロット１９に容易に挿入することができる。そのため、コイル２０（リング３３）を必要最小限の大きさに形成することが可能になり、巻線渡りを低くすることができる。また、コイル２０を挿入した後に、コア片１１を円筒状に変形するとともに、帯状のコア片１１の両端部に配置されるコイル２０（リングＶ１，Ｗ１）をスロット１９に挿入することでステータ１を形成することができる。したがって、ステータ１の生産効率を向上することができる。

また、コイル２０を、所定間隔隔てたスロット１９同士の間に巻回するとともに、該スロット１９の外側に隣接するスロット１９に同一のコイル２０が巻回される分布巻で構成した。
このようにコイル２０を分布巻にすることで、高トルク密度性能を維持することができるため、高性能のモータのステータ１を製造することができる。

また、予め導線を巻回してスロット１９に対応した大きさのリング３３（コイル２０）を形成する工程を備えた。
このように導線を予め巻回してリング３３（コイル２０）を形成したため、リング状に形成された導線をスロット１９に挿入するだけでコイル２０を取り付けることができる。したがって、コア片１１を準備してから巻線をスロット１９に巻回する場合よりも生産効率を向上することができる。

さらに、コア片１１に、隣接するコア片１１同士を連結する第１連結部２１および第２連結部２２を形成した。
このように構成することで、コア片１１を帯状に配置してから円筒状に変形させるまでの間、隣接するコア片１１同士が第１連結部２１と第２連結部２２とで連結されているため、位置ずれの発生を防止することができる。したがって、コア片１１を帯状から円筒状に精度良く変形させることができる。

そして、モータの回転磁界を形成するＵ相、Ｖ相、Ｗ相を構成するコイル２０（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）を、全て同一形状で形成した。
したがって、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相からなる三相モータを製造するにあたって、各相に対応したコイル２０（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）を同じ工程で製造することができる。したがって、生産効率を向上することができる。

（第二実施形態）
次に、本発明の第二実施形態を図９〜図１０に基づいて説明する。なお、本実施形態は、第一実施形態とコア片の構成が異なるのみであり、他の構成については第一実施形態と略同一であるため、同一箇所には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

図９はコア片１１１の平面図である。図９に示すように、コア片１１１は、ヨーク１３、ティース１５、および先端部１７が形成された平板鋼板１５１が複数積層されて構成されている。ここで、一つのコア片１１１には、一つのティース１５が形成されている。つまり、ティース１５毎にコア片１１１は分割されている。このコア片１１１を構成する平板鋼板１５１は、プレス成型により容易に製造することができる。

図１０は図９のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図１０に示すように、コア片１１１は平板鋼板１５１が複数枚積層され、それらが接合されて所望の厚みを有している。このとき、上下に隣接（積層）する平板鋼板１５１の表裏面が逆になるように積層されている。
図９に戻り、ヨーク１３には、外周近傍の一方端部に第１連結部１２１が形成されている。例えば、第１連結部１２１は貫通孔で構成され、貫通孔にピンを挿入することで隣接するコア片１１１と回動可能に連結される。

ヨーク１３における第１連結部１２１が形成された側のティース１５との境界近傍には、第１円筒状時当接部１２８が形成されている。また、ヨーク１３における第１円筒状時当接部１２８が形成された反対側のティース１５との境界近傍は、第２円筒状時当接部１３８が形成されている。第２円筒状時当接部１３８の外形は、第１円筒状時当接部１２８と略同一形状に形成されている。コア片１１１が帯状に連結された状態では、第１円筒状時当接部１２８と第２円筒状時当接部１３８とが離反するように構成され、コア片１１１が円筒状に連結された状態では、第１円筒状時当接部１２８と第２円筒状時当接部１３８とが当接するように構成されている。

また、コア片１１１を構成する平板鋼板１５１は、表裏面が逆になるように交互に積層されているため、複数コア片１１１を帯状に連結すると、平面視において重複部１３９が形成される。

図１１は図９のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。図１１に示すように、コア片１１１を帯状に連結したときに、コア片１１１の積層方向に重複部１３９が形成される。この重複部１３９により、スロット１９内にコイル２０を挿入しても、コイル２０が第１円筒状時当接部１２８と第２円筒状時当接部１３８との間に入り込んで損傷するのを防止し得るようになっている。

本実施形態によれば、隣接するコア片１１１は、平面視において重なった状態でスロット１９に面するように（重複部１３９が形成されるように）構成した。
このように構成したため、スロット１９において隣接するコア片１１１の間に、コア片１１１の積層方向に連続する隙間が形成されない。したがって、コイル２０をスロット１９に挿入した際に、隙間にコイル２０の一部が挟まれて損傷することを防止することができる。また、コイル２０が挟まれないので、コア片１１１を円筒状に変形する際に、確実に円筒状に変形させることができる。

尚、本発明の技術範囲は上述した実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な構造や構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
例えば、本実施形態において、三相のコイルを一つずつ順番にスロット部に挿入していく場合の説明をしたが、初めにＵ相のコイルを全てスロット部に挿入した後に、Ｖ相のコイルを全てスロット部に挿入し、その後Ｗ相のコイルを全てスロット部に挿入する方法を採用してもよい。

本発明の実施形態におけるステータの平面図である。 本発明の実施形態におけるステータコアの平面図である。 本発明の第一実施形態におけるコア片の平面図である。 本発明の第一実施形態におけるコア片の帯状時の部分平面図である。 本発明の実施形態におけるコイルの構成を示す説明図である。 本発明の実施形態におけるコイルのスロット部への挿入方法を示す説明図である。 本発明の第一実施形態におけるコイルの配置状態を示す斜視図である。 本発明の第一実施形態におけるコア片の円筒状時の概略平面図である。 本発明の第二実施形態におけるコア片の平面図である。 図９のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図９のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 従来のステータの平面図である。

符号の説明

１…ステータ（固定子） １１，１１１…コア片（固定子コア片） １９…スロット（スロット部） ２０…コイル（巻線） ２１，１２１…第１連結部（連結部） ２２，１２２…第２連結部（連結部）

Claims (5)

1. 複数の固定子コア片を帯状に配置する工程と、
   隣接する前記固定子コア片の間に形成されるスロット部に巻線を挿入する工程と、
   前記帯状の固定子コア片を円筒状に変形する工程と、
   前記固定子コア片を円筒状にした後に、前記帯状の固定子コア片の両端部を跨ぐ前記巻線を前記スロット部に挿入して固定子を形成する工程と、を備えた固定子の製造方法であって、
   前記固定子コア片には、隣接する前記固定子コア片同士を連結する連結部が形成されており、該連結部は連結した前記固定子コア片同士を回動可能な状態で連結することを特徴とする固定子の製造方法。
2. 前記巻線は、所定間隔隔てた一対の前記スロット部に挿入されることを特徴とする請求項１に記載の固定子の製造方法。
3. 前記巻線は、予めリング状に巻回された状態で前記一対のスロット部に挿入されることを特徴とする請求項２に記載の固定子の製造方法。
4. 前記固定子コア片は、ヨーク、ティースおよび先端部を有する平板鋼板を積層して構成され、前記ヨークには外周の一方端部から突出した第１連結部または他方端部から突出した第２連結部が形成されており、
   前記固定子コア片は、前記第１連結部を有する平板鋼板と、前記第２連結部を有する平板鋼板とが、交互に積層されており、
   前記隣接する固定子コア片は、平面視において重なった状態で前記スロット部に面していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の固定子の製造方法。
5. モータの回転磁界を形成する複数相の前記巻線が、全て同一形状で形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の固定子の製造装置。

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