JP6545358B2 - ステータのインシュレータ及びコイル端末線導入方法 - Google Patents

Description

本発明は、ステータのインシュレータ及びコイル端末線導入方法に関し、特に、コイルが整列巻線されるインシュレータの形状に関するものである。

インシュレータは、ステータのティ−スに装着されて、ステータと、ステータのティースに巻回されるコイルとを電気的に絶縁する。ステータの生産過程において、インシュレータが装着されたティースにワイヤを整列巻線してコイルを形成することで、ステータの生産性を向上させることができる。

図１は、従来例に係るステータのインシュレータをティースに装着した状態の概略図である。図１に示すように、従来例においては、インシュレータ１に設けられたワイヤガイド用溝部８０に沿ってワイヤを巻回してコイルが形成されている。このように、インシュレータにワイヤガイド用溝部８０を設け、整列巻線を実現する方法を提案している。また、特許文献１には、インシュレータに導入線を絡げるための突起を設ける方法が提案されている。

特開２０１１−２３４５１６号公報

一般に、ティースは、ステータコアの周方向の断面が、ステータコアの軸方向の長辺と、ステータコアの周方向の短辺とからなる長方形状に形成される。従って、ティースに巻回されるコイルも、ステータコアの周方向の断面が、ティースと同様、長方形状の形状を有する。

図１に示す従来例のように、ワイヤガイド用溝部８０を設けたインシュレータ１は、コイルの巻線方向や、巻き始め位置が溝部の位置に依存する。そのため、所望の状態にワイヤを巻線するためには、それぞれの状態に応じてインシュレータを設計することが必要となる。これでは、部品点数の増加、初期投資の増加、工程の複雑化という問題を避けられない。

特許文献１のインシュレータを用いた場合には、インシュレータに設けられた突起にワイヤの導入線を絡げ、１ターン目のワイヤを巻き始めると、ティースの長方形の断面における長辺が巻き始め位置となる。ワイヤは、短辺において１ターン目から２ターン目に移行して斜めの経路を辿り１層目の巻線が終了する。続く２層目のワイヤも、短辺において斜めの経路を辿るため、１層目と２層目とが短辺で交差することとなる。コイルが短辺で交差する短辺クロスの構造であると、巻線機によりワイヤを巻回する際に、フライヤノズル位置を短辺で移動させることになり、クロスのための移動距離が十分確保できず、設備への負荷が大きくなる。また、高速巻線も困難となり、施工性に乏しい。

本発明に係るステータのインシュレータは、円筒形状のステータコアの内周面に接するコアバック部と、前記コアバック部から前記ステータコアの中心方向に突出し、ワイヤが巻回されるティース部と、を備え、前記コアバック部は、前記ティース部に接続し、前記ステータコアの軸方向に配置された一対の基部と、前記ティース部を挟む前記ステータコアの軸方向の位置において、前記一対の基部のそれぞれから、前記ステータコアの軸方向に延び出るように形成された一対の突起部と、を有し、前記突起部には、前記基部との接続部分において、くびれ部が一対形成されている。

本発明に係るステータのインシュレータによれば、コアバック部の両端から延び出る突起部の基部にくびれ部を備えており、くびれ部にワイヤを絡げてワイヤの巻回を開始することができる。これにより、ワイヤの巻き始め位置のばらつきが抑制されるとともに、巻線方向、導入線位置を考慮した設計を必要としないインシュレータを得ることができる。

従来例に係るステータのインシュレータをティースに装着した状態の概略図である。 本実施の形態に係るステータのインシュレータのコアバック側を側面視した概略図である。 本実施の形態に係るステータのインシュレータをステータ上側から見た上面図である。 本実施の形態に係るステータのインシュレータをステータコアに装着した状態の側面図である。 本実施の形態に係るステータのインシュレータにコイルが一層巻線された状態を示す斜視図である。 本実施の形態に係るステータのインシュレータにコイルが一層巻線された状態を示す上面図である。 本実施の形態に係るステータのインシュレータにコイルが複数層巻線された状態を示す上面図である。

実施の形態．
本実施の形態に係るステータのインシュレータは、ステータのティースに装着され、ステータとティースに巻線されるコイルとを電気的に絶縁する。ステータは、円筒形状のコアバック、及び、コアバックの内周面から放射状に延伸する複数のティースとからなるステータコアと、ティースにインシュレータを介して巻回されたコイルとにより構成されるものである。

＜インシュレータ１の構成＞
図２は、本実施の形態に係るステータのインシュレータ１のコアバック側を側面視した概略図である。図３は、本実施の形態に係るステータのインシュレータ１をステータ上側から見た上面図である。インシュレータ１は、複数のステータ片のそれぞれに装着され、複数のステータ片が円環状の分割積層鉄心として連結されることでステータが構成される。図２において、ステータ上側及び下側を示す矢印は、ステータコアの軸方向を示している。また、図３において、コアバック側及びコア内側を示す矢印は、ステータコアの半径方向を示している。

図２、及び、図３に示すように、インシュレータ１は、合成樹脂等の電気絶縁性材料により形成された薄肉形状を有し、上面視において、コアバック部２と、コアバック部２から突出するティース部５とを備える。インシュレータ１を側面視すると、コアバック部２は、略直方体形状の基部２ａと、ティース部５により形成された開口５０とを備え、基部２ａには、一対の突起部４と、突起部４の両側に位置する壁部６、７とが配置されている。

ティース部５は、コアバック部２からステータコアの中心方向に突出し、ステータコアの周方向に平行な平面部５１ａ、５１ｂ、及び、ステータコアの軸方向に平行な側面部５２ａ、５２ａにより構成される。ティース部５は、平面部５１ａ、５１ｂを短辺とし、側面部５２ａ、５２ａを長辺とする長方形の断面形状を有し、コアバック側が開口５０になっている。ティース部５の開口５０は、ステータのティースの断面形状に合わせて形成されており、ティース部５の開口５０にティースが挿入され、インシュレータ１が装着される。ティース部５の先端は、鍔状に広がる鍔部５ａになっている。

突起部４は、ティース部５を挟むステータ上側及び下側の位置において、基部２ａに接続し、ステータ上側及び下側の方向、つまり、ステータコアの軸方向に延び出るように一対形成されている。突起部４は、ステータコアの周方向の幅がティース部５の周方向の幅と一致する幅に形成されている。突起部４の壁面４ａは、基部２ａよりもワイヤの半径と同一寸法Ｒ分コアバック側、つまり、コアバック部２の内周面よりもワイヤの半径と同一寸法Ｒ分外周側に位置するように配置されている。突起部４には、基部２ａとの接続部分の両端において、ワイヤの導入線を絡げるためのくびれ部３が形成されている。くびれ部３は、突起部４の幅を小さくする円弧形状を有し、円弧の直径がワイヤの直径と同一寸法Ｄになっている。つまり、くびれ部３の円弧の曲率半径は、ワイヤの半径と同一寸法Ｒとなっている。

壁部６、７は、突起部４をステータコアの周方向に挟む位置に配置され、突起部４と同様、コアバック部２の基部２ａからステータ上側及び下側に延び出るように形成されている。基部２ａの内周面と連続する壁部６、７の壁面６ａ、７ａは、突起部４の壁面４ａよりもワイヤ半径と同一寸法Ｒ分内周側に位置している。壁部６、７は、ティース部５の先端に設けられた鍔部５ａとともに、ティース部５に巻線されたコイルがコアバック側又は鍔部５ａ側に膨らむことを防止する。

溝部８は、ステータ上側の壁部６、７と突起部４のくびれ部３との間の基部２ａに一端を有し、コアバック部２の内周面において、一端がステータ下側の方向に延び出て、他端がステータ下側の壁部６、７とくびれ部３との間の基部２ａに到達する。そして、溝部８は、くびれ部３から連続し、コアバック部２の内周面と、コアバック部２の内周面から突出するティース部５との境界に沿ってステータコアの軸方向に延びるように２本形成される。溝部８は、ワイヤの半径と同一寸法Ｒの深さ、及び、ワイヤの直径と同一寸法Ｄの幅を有し、導入線がくびれ部３に絡げられた後の１ターン目の巻き始めの経路を規定する。

図４は、本実施の形態に係るステータのインシュレータ１をステータコア９に装着した状態の側面図である。図４に示すように、インシュレータ１は、インシュレータ１のコアバック部２のコアバック側の面に、ステータコア９の内周面が接し、ティース部５にステータコア９のティースが収容されてステータコア９に装着される。ティース部５は、コアバック部２のコアバック側の開口５０に挿入される。インシュレータ１をステータコア９に装着することで、ステータコア９が、ステータコア９に巻線されたコイルから電気的に絶縁される。

なお、上記において、ステータコア９がインシュレータ１のティース部５に挿入されて装着されるインシュレータ１について説明しているが、インシュレータ１は、例えば、上側片と下側片とに２分割された構成であってもよい。この場合には、上側片と下側片とを間にステータコア９が介在した状態で嵌めあわせることでインシュレータ１にステータコア９が挿入される。

＜インシュレータ１へのコイルの巻線方法＞
続いて、インシュレータ１にコイルを巻線する巻線方法について説明する。
図５は、本実施の形態に係るステータのインシュレータ１にコイル１３が一層巻線された状態を示す斜視図である。図５では、ステータ上側を巻き始め位置とし、反時計回りの巻線方向とした場合を例示している。コイル１３の巻線においては、始めに、ワイヤの巻き始め位置１１ａ及び巻線方向を決定する。ステータ上側、又は、ステータ下側のワイヤの巻き始め位置１１ａは、ステータ上側、及び、下側のうちどちらの突起部４に導入線を絡げるかにより決定される。時計回り、又は、反時計回りの巻線方向は、突起部４の左右のくびれ部３のうちどちらのくびれ部３に導入線を絡げるかにより決定される。なお、以下の説明において、巻線方向は、ステータコアの中心からコアバック側を見た場合の巻線方向を指すものとする。

図５に示すように、ワイヤの導入線１０は、突起部４の背面を通り、一対のくびれ部３の一方、ステーコアの中心からコアバック側に見て右側のくびれ部３に絡げられる。そして、ワイヤは、突起部４の壁面４ａ側に移動し、まずステータ上側の平面部５１ａにおいて１ターン目の巻き始め１１を開始する。その後、ワイヤは、他方のくびれ部３、つまり、左側のくびれ部３から連続し、左側の側面部５２ａに形成された溝部８に沿った経路を通り、ステータ下側の平面部５１ｂを経て右側の側面部５２ｂに到達する。そして、ワイヤは、右側の側面部５２ｂにおいて１ターン目の巻き始め位置１１ａをめがけて、つまり、１ターン目の巻き始め位置１１ａをガイドとして、コアバック側からコア内側に向けて斜めの経路を辿り、１ターン目の巻き終わり位置１２ａにおいて１ターン目の巻回が終了する。続いて、ワイヤは、１ターン目の巻き終わり位置１２ａから平面部５１ａに移行し、２ターン目の巻回を開始する。ワイヤは、２ターン目の巻き始め１１において、１ターン目のワイヤに沿いながら、１ターン目に隣接する経路を辿り、１ターン目と同様、２ターン目の巻き終わり１２が、側面部５２ｂにおいて斜めの経路を辿る。そして、平面部５１ａに移行しながら２ターン目の巻回を終了し、次のターンが開始される。３ターン目以降も１ターン目と同様にして、前のターンのワイヤに沿って巻回される。これにより、ｎターン目の巻き終わり１２は、ｎターン目の巻き始め１１をガイドとして側面部５２ｂにおいて、コアバック側からコア内側への斜めの径路を辿る。

図６は、本実施の形態に係るステータのインシュレータ１にコイル１３が一層巻線された状態を示す上面図である。図６に示すように、導入線１０は、突起部４のくびれ部３に絡げられる。このため、導入線１０から連続するワイヤの１ターン目の巻き始め１１は、ティース部５の断面を形成する長方形の短辺により形成された平面部５１ａに位置し、平面部５１ａに沿った経路を辿る。また、ワイヤの１ターン目の巻き始め１１は、平面部５１ａから、ティース部５の断面を形成する長方形の長辺により形成された側面部５２ａの溝部８に沿った経路を辿るように巻回される。このため、ワイヤの１ターン目の巻き始め１１は、常に短辺により形成される平面部５１ａに位置するとともに、長辺により形成される左側の側面部５２ａにおいて、ワイヤが溝部８に沿うことになる。１ターン目のワイヤの巻き終わり１２は、長辺により形成される右側の側面部５２ｂにおいて斜めの経路を辿り、長辺において２ターン目のワイヤの巻き始め１１に移行する。以上の手順が繰り返され、ワイヤが鍔部５ａに到達すると、コイル１３の一層目の巻線が終了する。

図７は、本実施の形態に係るステータのインシュレータ１にコイル１３が複数層巻線された状態を示す上面図である。図７に示すように、１層目のワイヤは、鍔部５ａに到達すると、折り返し、鍔部５ａ側の平面部５１ａから１ターン目の巻き始め１１を開始し、巻回される。そして、巻き終わり１２は、側面部５２ｂにおいて、１ターン目の巻き始め１１をガイドとして、コア内側からコアバック側に向けて斜めの径路を辿り、１層目のワイヤと交差する。３層以降の層についても、壁部６、７と鍔部５ａとを順に１ターン目の巻き始め１１として巻線されてコイル１３が形成される。このように、側面部５２ｂにおいてワイヤが斜めの経路を辿ることで、コイルの各層を形成するワイヤが側面部５２ｂにおいて交差することとなり、長辺クロスの構造のコイル１３となる。また、２層目以降のワイヤは、上面視において、突起部４の壁面４ａよりもワイヤの半径と同一寸法Ｒ分コアバック側に位置する壁面６ａ、７ａを沿った経路を辿ることになる。このため、複数層巻線されたコイル１３が壁部６、７側に膨らみ、コイル１３と突起部４とが接触することが防止される。また、ティース部５の巻線テンションにより突起部４にコアバック側の方向の力が作用し、破損することも防止できる。

以上説明した、本実施の形態に係るステータのインシュレータ１によれば、コアバック部２と、コアバック部２の内周面から突出するティース部５と、を備え、ティース部５を挟む位置に、コアバック部２の基部２ａから延び出るように形成された突起部４を有する。そして、突起部が接続する基部２ａには、一対のくびれ部３が設けられている。ティース部５にコイル１３を巻線する際に、いずれかのくびれ部３にワイヤを絡げることで、所望の方向の巻線が開始される。ワイヤの巻き始め位置１１ａのばらつきを抑制し、且つ、１ターン目の巻き始め１１をティース部５の短辺に位置させることもできる。また、ｎターン目の巻き終わり１２が、１ターン目の巻き始め位置１１ａをガイドとしてｎ＋１ターン目の巻き始め１１の巻回を開始することで、ｎターン目のワイヤの巻き終わり１２が側面部５２ｂにおいて斜めの経路を辿ることになる。このため、ｎ層目とｎ＋１層目の巻き終わり１２が側面部５２ｂで交差する長辺クロスとすることができる。更に、巻線方向、導入線位置に関わらず１ターン目の巻き始め位置１１ａをガイドとして２ターン目以降の位置が決まることとなり、巻線方向、導入線位置毎にインシュレータを用意することが不要となる。

また、本実施の形態に係るステータのインシュレータ１によれば、くびれ部３が円弧状に形成され、円弧状の直径がワイヤの直径と同一寸法Ｄになっているため、ワイヤを絡げやすい。

また、本実施の形態に係るステータのインシュレータ１によれば、コアバック部２とティース部５との境界に、くびれ部３から連続し、ステータコア９の軸方向に平行な溝部８が形成されている。これにより、側面部５２ａにおいて、溝部８により１ターン目のワイヤが軸方向に沿った経路を辿ることとなり、１ターン目以降のワイヤの巻き始め１１が１ターン目のワイヤの経路に沿って継続されることになり、コイル１３の整列巻線が実現される。

また、本実施の形態に係るステータのインシュレータ１によれば、溝部８がワイヤの半径と同一寸法Ｒの深さと、ワイヤの直径と同一寸法Ｄの幅を有する。これにより、一方の長辺においてワイヤに溝部８に沿った経路を辿らせ、コイル１３の整列巻線を実現できる。

また、本実施の形態に係るステータのインシュレータ１によれば、突起部４がコアバック部２の内周面よりもワイヤの半径と同一寸法Ｒ分外周側の位置に形成されている。そのため、コイル１３の２層目以降のワイヤがインシュレータ１の突起部４に接触することはなく、強度の弱い突起部４や、突起部４に設けられたくびれ部が巻線時のワイヤのテンションにより破壊されるのを防ぐことができる。

また、本実施の形態に係るステータのインシュレータ１によれば、ティース部５が、分割積層鉄心からなるステータコア９のティースを覆うことで、ステータコア９とティースに巻線されるコイル１３との絶縁を保つことができる。

また、本実施の形態に係るステータのインシュレータ１によれば、ティース部５に巻回されるワイヤは、ティース部５からコアバック部２を見て時計回り、又は、反時計回りのいずれかにより巻線されたコイル１３が形成される。コアバック部２の基部２ａに形成された一対のくびれ部のうちの１つを選択することで、ワイヤの巻線方向を時計回り、又は、反時計回りいずれの方向としても巻線することができる。

また、本実施の形態に係るステータのインシュレータ１によれば、コアバック部２の基部２ａがワイヤの巻始め位置となることができる。ステータコア上側及び下側のコアバック部２の基部２ａに突起部４が形成されているため、いずれの方向から延びる導入線１０であっても、突起部４にワイヤを絡げて巻始めることができる。

また、本実施の形態に係るステータのインシュレータ１によれば、ティース部５に巻回されるワイヤは、コアバック部２の軸方向に平行な長方形断面の長辺方向の側面部５２ａにおいて隣接するワイヤと交差する。このため、巻線機において、フライヤノズル位置の移動時間を長くすることが可能となり、設備への負荷が小さくなるとともに、高速巻線が容易となる。

また、本実施の形態に係るコイル端末線導入方法によれば、ワイヤの端部をくびれ部３に絡げ、溝部に沿った経路を辿らせて１層目のワイヤを巻回し、ティース部５の長辺方向の側面部５２ａにおいて、１層目の巻き終わりから２層目の巻き始めに移行させる。これにより巻線機において、フライヤノズル位置の移動距離が長辺方向となり、移動に要する時間が延長されるため、設備への負荷が小さくなり、高速巻線が容易になる。

１ インシュレータ、２ コアバック部、２ａ 基部、３ くびれ部、４ 突起部、４ａ 壁面、５ ティース部、５ａ 鍔部、６ 壁部、６ａ 壁面、７ 壁部、７ａ 壁面、８ 溝部、９ ステータコア、１０ 導入線、１１ 巻き始め、１１ａ １ターン目の巻き始め位置、１２ 巻き始め、１３ コイル、５０ 開口、５１ａ、５１ｂ 平面部、５２ａ、５２ｂ 側面部、８０ ワイヤガイド用溝部。

Claims (12)

1. 円筒形状のステータコアの内周面に接するコアバック部と、
   前記コアバック部から前記ステータコアの中心方向に突出し、ワイヤが巻回されるティース部と、を備え、
   前記コアバック部は、
   前記ティース部に接続し、前記ステータコアの軸方向に配置された一対の基部と、
   前記ティース部を挟む前記ステータコアの軸方向の位置において、前記一対の基部のそれぞれから、前記ステータコアの軸方向に延び出るように形成された一対の突起部と、を有し、
   前記突起部には、
   前記基部との接続部分において、くびれ部が一対形成されている
   ステータのインシュレータ。
2. 前記くびれ部は、円弧形状を有する
   請求項１に記載のステータのインシュレータ。
3. 前記くびれ部の直径は、前記ワイヤの直径と同一寸法となる
   請求項２に記載のステータのインシュレータ。
4. 前記コアバック部と前記ティース部との境界には、
   一対の前記くびれ部から連続し、前記境界に沿う溝部が前記ステータコアの軸方向に２本形成された
   請求項１〜３のいずれか一項に記載のステータのインシュレータ。
5. 前記溝部は、
   前記ワイヤの半径と同一寸法の深さと、前記ワイヤの直径と同一寸法の幅とを有する、
   請求項４に記載のステータのインシュレータ。
6. 前記突起部の前記コアバック部の内周側の面は、
   前記コアバック部の内周面よりも前記ワイヤの半径と同一寸法分外周側の位置に形成されている、
   請求項１〜５のいずれか一項に記載のステータのインシュレータ。
7. 前記ティース部は、
   前記ステータコアから中心方向に突出するティースを覆う、
   請求項１〜６のいずれか一項に記載のステータのインシュレータ。
8. 前記ステータコアは、分割積層鉄心である、
   請求項１〜７のいずれか一項に記載のステータのインシュレータ。
9. 前記ティース部に巻回される前記ワイヤは、
   前記ティース部から前記コアバック部を見て時計回り、又は、反時計回りのいずれかにより巻線されたコイルを形成している
   請求項１〜８のいずれか一項に記載のステータのインシュレータ。
10. 前記ティース部は、短辺を備える長方形の断面形状を有し、
    前記短辺により形成された平面が前記ワイヤの巻き始め位置となる
    請求項１〜９のいずれか一項に記載のステータのインシュレータ。
11. 前記ティース部は、長辺を備える長方形の断面形状を有し、
    前記長辺により形成された側面において、前記ワイヤの巻き終わりが、前記ワイヤに連続するワイヤの巻き始めに移行する
    請求項１〜１０のいずれか一項に記載のステータのインシュレータ。
12. 請求項１〜１１のいずれか一項に記載のステータのインシュレータにおいて、
    前記ワイヤの端部を一対の前記くびれ部のうちの一方に絡げる工程と、
    前記ワイヤを、一対の前記くびれ部のうちの他方から連続する溝部に沿った経路を辿らせ、前記ワイヤを前記ティース部に巻回する工程と、
    前記ティース部の前記ステータコアの軸方向に平行な面において、前記ワイヤの巻き終わりを、前記ワイヤに連続するワイヤの巻き始めに移行させる工程と、を有する
    コイル端末線導入方法。

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