JP5356897B2

JP5356897B2 - 回転電機及びその製造方法

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Publication number: JP5356897B2
Application number: JP2009095435A
Authority: JP
Inventors: 隆之鬼橋; 一之山本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-04-10
Filing date: 2009-04-10
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2029-04-10
Also published as: JP2010246352A

Description

本発明は、回転電機及びその製造方法に係り、特には回転電機を構成する固定子の改良に関する。

回転電機の固定子には、プレス等で打ち抜かれた薄板状の珪素鋼板を複数枚積層して、カシメや溶接等により一体化した構造の積層鉄心が使用されている。そして、この積層鉄心を使用した固定子に巻線を高密度に巻くことで、回転電機の高効率化や大容量化、さらに小形化を図ることができる。このような固定子に巻線を高密度に巻く場合の作業性を向上させるため、従来より固定子鉄心を複数個に分割化した分割鉄心が採用されている。

例えば、下記の特許文献１では、固定子をティース毎に完全に分割化した構造の分割鉄心が採用されている。そして、この分割鉄心のティース部にそれぞれ巻線を施した後、分割部に設けられた凹部と凸部を結合一体化して円環状に形成することで固定子を構成している。

また、下記の特許文献２では、積層鉄心で構成される複数個（例示では３個）の磁極片をジョイント部を介して折り曲げ可能に互いに連結して１つの連結体を構成し、この連結体の各磁極片のティース部にそれぞれ巻線を施した後、これらの各磁極片をジョイント部で屈曲させて円弧状に形成し、これらの各連結体の複数個（例示では３個）について、その突き合わせ端部同士を一体結合して円環状に形成することで固定子を構成している。

特開平８−１８６９５８号公報特開２００８−９２６９１号公報

しかし、特許文献１の場合、各ティース部に巻かれた巻線の巻き始め部分と、巻き終わり部分、および各分割鉄心の相互間を結ぶための渡り線の部分をそれぞれ必要な電気回路となるように接続しなければならず、接続箇所が多くなるために多大の労力や、労力に代替する材料費（例えば、プリント基板等）が必要となる。

また、特許文献２の構成の場合、隣接する磁極片を逆反り状態にできるため、巻線を施す作業が容易化できるものの、例えば１０極１２ティースの回転電機の固定子を構成する場合、各々の連結体は、３個分の磁極片が一体連結された状態に形成する必要があるため、金型費用が高価となる。

しかも、例えば１０極１２ティースの回転電機で直列スター結線を行う場合、同相内での連続巻線を実施する際、特にＶ相の巻線を施す際に４個の連結体の全てを同時に鉄心保持具に保持しておく必要が生じ（図４（ｂ）参照）、その結果、自動巻線機の機能が複雑となったり、大型化してしまい、ひいては回転電機の固定子が高価なものになってしまう。

この不具合を回避するために、連続巻線を実施しないようにすると、同相内の巻線の端末部分を切断することになるため、巻線の端末部分同士の接続箇所が増え、特許文献１と同様、多大の労力や、労力に代替する材料費（例えば、プリント基板等）が必要となる。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、巻線の高密度化が可能で、金型費用と巻線機などの設備費用を抑制することかでき、さらに巻線端末部の接続回数を削減することができて、安価な固定子を備えた１０極１２ティースの回転電機を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明に係る回転電機は、出力軸方向に沿って薄板を積層した積層鉄心からなる２個の磁極片を有するユニットコアを備え、このユニットコアは、上記磁極片がバックヨーク部とこのバックヨーク部から突出したティース部とを有するとともに、互いに隣接する上記バックヨーク部同士が折り曲げ可能に連結されており、このユニットコアの２個を１組として巻線が施されるとともに、この２個１組のユニットコアの３組が円環状に配置されて固定子が構成されたものであって、上記ユニットコアの２個１組が３相交流のそれぞれのＵ，Ｖ，Ｗ相の内の１相に対応するとともに、上記ユニットコアを１単位として周方向に沿って順次互いに異なる相となるように配列されており、上記１相分に対応する上記ユニットコアの２個１組に含まれる全ての上記磁極片には巻線が切断されずに連続して巻き付けられるとともに、上記ユニットコアを構成する２個の上記磁極片同士の巻線の巻き付け方向は互いに逆向きであり、かつ各相が異なるユニットコアの互いに隣接する上記磁極片同士の巻線の巻き付け方向は互いに同じになるように巻き付けられ、各相に対応する上記巻線の巻終り端部同士または巻始め端部同士を互いに接続して中性点として直列スター結線が構成されていることを特徴としている。
また、本発明に係る回転電機の製造方法は、上記構成を備えた回転電機を製造する方法であって、フライヤと鉄心保持治具とを使用し、上記鉄心保持治具に、その回転方向に沿ってＵ，Ｖ，Ｗ相の内の１相に対応した２個１組の上記ユニットコアを互いに間隔を空け、かつ上記ティース部が上記鉄心保持治具の回転方向の外周側に位置して２個の上記磁極片同士が逆反りされて互いの間隔が広がるようにセットし、巻線を供給する上記フライヤを上記ユニットコアの一方の磁極片のティース部に対して旋回動作するとともに、上記ティース部の延伸方向に沿ってスライドし、その際、上記フライヤの旋回先端の回転面に対して、巻線を施す作業を行っていない他方の磁極片が常に外側に位置するように上記ユニットコアの位置を設定し、上記ユニットコアの２個１組に含まれる全ての上記各磁極片に巻きつける巻線、および上記ユニットコアの間を結ぶ渡り線を切断せずに連続巻線する巻線作業を行い、この巻線作業を各相に対応した２個１組のユニットコアの全てに対して行った後、上記ユニットコアの各ティース部を逆反り状態から両者が円弧状となるように元に戻し、これらの２個１組のユニットコアの３組を、上記ユニットコアを１単位として周方向に沿って順次互いに異なる相となるように円環状に配置することを特徴としている。

本発明によれば、ユニットコア内の両磁極片の相互間や、ユニットコアの相互間を切断せずに連続して巻線を施すことができる。このため、巻線端末部の接続回数を削減でき、安価な固定子を構成することができ、１０極１２ティースの直列スター結線の回転電機を提供することができる。

本発明の実施の形態１における回転電機において、固定子を構成するためのユニットコアの斜視図である。同ユニットコアを組み合わせて構成された固定子の断面図である。固定子断面における結線状態を示す結線図である。固定子を構成する全てのユニットコアを直線状に並べて、結線の状態を模式的に表した結線略図で、同図（ａ）は実施の形態１に対応し、同図（ｂ）は従来技術に対応している。ユニットコアの各磁極片に嵌着される絶縁用ボビンを固定子の径方向外方側から見た場合の斜視図である。同絶縁用ボビンを固定子の径方向内方から見た場合の斜視図である。同絶縁用ボビンを図５の符号Ａ方向から見た平面図である。同絶縁用ボビンを図５の符号Ｂ方向から見た正面図である。同絶縁用ボビンを図５の符号Ｃ方向から見た側面図である。回転電機の固定子を形成する場合に使用される自動巻線機の概略構成図である。３相交流の１相分（ここではＶ相）に対応するユニットコアの２個１組に対して連続巻線を施した状態を示す説明図である。３相交流の１相分（ここではＵ相）に対応するユニットコアの２個１組に対して連続巻線を施した状態を示す説明図である。本発明の実施の形態２における回転電機において、固定子を構成するためのユニットコアの平面図である。同ユニットコアを組み合わせて構成された固定子の断面図である。ユニットコアの突き合わせ端面に形成された凹部と凸部の形状を示す平面図である。ユニットコアの突き合わせ端面に形成された凹部と凸部の嵌合形態の説明図である。ユニットコアの端面同士を突き合わせてユニットコア相互間を一体的に結合するときの状態を模式的に示す説明図である。本発明の実施の形態３における回転電機において、固定子を構成するユニットコアのバックヨーク部に形成された凹部近傍の状態を示す平面図である。同ユニットコアのバックヨーク部の端面の形成された凹部と凸部とを嵌め合わせた状態を示す平面図である。本発明の実施の形態４における回転電機において、固定子を構成するユニットコアの磁極片に絶縁用ボビンを嵌着した状態の一部を示す側面図である。各ユニットコア間を渡り線で接続する場合の変形例を示す説明図である。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１における回転電機において、固定子を構成するためのユニットコアの斜視図、図２は同ユニットコアを組み合わせて構成された固定子の断面図、図３は固定子断面における結線状態を示す結線図、図４は固定子を構成する全てのユニットコアを直線状に並べて、結線の状態を模式的に表した結線略図である。なお、図４ではユニットコアは簡略化して表しティース部に巻かれる巻線や絶縁用ボビンは省略している。

この実施の形態１の回転電機の固定子１は、複数個（ここでは６個）のユニットコア２を備え、このユニットコア２は、回転出力軸方向（図２で紙面に直交する方向）に沿って薄板を複数枚積み重ねてカシメや溶接等により固定されてなる積層鉄心で構成された一対の磁極片３を備える。各磁極片３は、バックヨーク部３１と、このバックヨーク部３１から突出したティース部３２とを有し、各バックヨーク部３１には、固定子１の製造に際して後述の鉄心保持治具８にユニットコア２を取り付けるための取付穴３４が形成され、また、互いに隣接するバックヨーク部３１同士が薄肉３３を介して折り曲げ可能に連結されている。

なお、ここでは磁極片３同士を連結する薄肉３３は、バックヨーク部３１の一部を薄肉にすることにより構成しているが、これに限らず、各磁極片３のバックヨーク部３１同士を回転可能な連結部と揺動自在にヒンジ結合して折り曲げ可能に連結した構成、例えば、積層方向のカシメ用凹凸を利用して回動自在に成されている形状にすることも可能である。

また、各ユニットコア２のティース部３２には、回転出力軸方向の前後から後述する一対の絶縁用ボビン７が嵌着され、この絶縁用ボビン７が嵌着されたユニットコア２の２個を１組として連続して巻線４が施されている。これによって、ユニットコア２の２個１組が、３相交流のそれぞれの相Ｕ，Ｖ，Ｗの内の１相分に対応している。

そして、この巻装された２個のユニットコア２同士が互いに円の中心Ｏを挟む点対称位置に対向配置されるとともに、ユニットコア２の２個１組を３組用いて周方向に沿って６０度ずつ順次ずらせて円環状に配置され、こうして円環状に配置された各ユニットコア２のバックヨーク部３１の突き合わせ端部同士が溶接や接着により一体結合されることにより、１０極１２ティースの３相ＤＣブラシレスモータ用の固定子１が構成されている。

なお、図２ないし図４において、各ユニットコア２の各々の磁極片３に対して付された符号Ｕ，Ｖ，Ｗは３相交流のそれぞれの相に対応しており、Ｎは中性点である。また、各相Ｕ，Ｖ，Ｗに対する添え字は、それぞれのユニットコア２の各磁極片３に巻き付けられた各巻線４を区別するために示しており、Ｕ１とＵ１’の違いは、巻回方向が左右反対であることを示す。例えば、図３においてバックヨーク部３１側から見てＵ１が左回り、Ｕ１’が右回りを示す。またＵ１とＵ２との違いは、Ｕ１がユニットコア２の１番に巻き付けられる巻線であり、Ｕ２がユニットコア２の２番に巻き付けられる巻線であることを示す。

前述のごとく、例えば１０極１２ティースの回転電機で各相の巻線４を直列に連続してスター結線する場合において、先の特許文献２の場合には、図４（ｂ）に示すように、同相内で連続して巻線４を実施する際、特にＶ相の巻線４を施すときには、３つの磁極片３からなる連結体５０の４個分について、各連結体５０の相互間を結ぶ渡り線４１を経由して切れ目なく全て連続して巻線４を巻き付ける必要があるので、４個の連結体５０を全て同時に鉄心保持治具８に保持しておく必要が生じる。そのため、自動巻線機の機能が複雑となったり、大型化してしまう。

これに対して、この実施の形態１では、図４（ａ）に示すように、同相内で連続して巻線４を実施する際、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相のいずれについても、２個１組のユニットコア２を１単位として、その単位内で互いに連結された磁極片３間を結ぶ渡り線４４や２つのユニットコア２の間を結ぶ渡り線４１を経由して連続して巻線４を巻き付ければよいので、巻線端末部の接続回数を削減でき、安価な回転電機の固定子１を得ることができる。

図５は絶縁用ボビン７を固定子の径方向外方側から見た場合の斜視図、図６は絶縁用ボビン７を固定子の径方向内方から見た場合の斜視図、図７は絶縁用ボビンを図５の符号Ａで示す方向から見た平面図、図８は絶縁用ボビンを図５の符号Ｂ方向から見た正面図、図９は絶縁用ボビンを図５の符号Ｃ方向から見た側面図である。

この絶縁用ボビン７は、各磁極片３のティース部３２に嵌合されるティース嵌合部７１と、バックヨーク部３１に嵌合されるバックヨーク嵌合部７２とを有する。

そして、ティース嵌合部７１には、巻線４をティース部３２に整列して巻き付けるための巻線整列溝７４が形成され、また、ティース嵌合部７１とバックヨーク嵌合部７２との境界部分には、巻線４の巻き始め部分がそれ以降に巻かれる部分と干渉することを避けるために、その左右の位置に巻線４の巻始め部分を外側に逃すための巻始め線逃がし溝７５が形成されている。さらに、バックヨーク嵌合部７２には、その左右に各相の巻線４の巻き始め部分や巻き終わり部分、また前述の各渡り線４１，４４（以下、これらを総称して巻線端末部と称する）を収納するための巻線端末部収納溝７６が形成され、さらに、巻線端末部収納溝７６に収納された巻線端末部を保持するために紐や結束バンド等を差し込むための巻線固定孔７７が形成されている。

図１０は上記構成の回転電機の固定子１を形成する場合に使用される自動巻線機の概略構成図である。

この自動巻線機は、ユニットコア２の固定用の鉄心保持治具８、およびフライヤ９を有する。ここに、鉄心保持治具８は、円盤状のもので、その周方向に沿って各磁極片３に形成された取付穴３４に差し込まれる取付ピン８１が設けられており、鉄心保持治具８の中心Ｏを中心として回転が可能である。また、フライヤ９は、ユニットコア２の各磁極片３のティース部３２に巻線４を巻き付けるためのもので、その旋回軸９１を中心として、旋回軸９１の軸端に取り付けられたアーム部９２が矢印θで示すように正逆転方向にそれぞれ旋回可能に設けられるとともに、整列巻きを行うために旋回動作と同期して旋回軸９１が軸方向（符号Ｚ方向）へスライドするように構成されている。そして、供給される巻線４は、フライヤ９のアーム部９２の基端側からアーム部９２の内部を通って先端部分まで繋がっている。

図１１は３相交流の１相分（ここでは一例としてＶ相）に対応するユニットコア２の２個１組に対して連続に巻線４を施した状態を示す説明図、図１２は３相交流の残りの２相分（ここでは一例としてＵ相）に対応するユニットコア２の２個１組に対して連続に巻線４を施した状態を示す説明図であり、各ティース部３２に巻かれる巻線４の部分は省略している。なお、Ｕ相、Ｗ相の場合は、Ｖ相の場合と巻線４が施される方向、および巻き始め部分および巻き終わり部分の位置が逆になっている。また、これとは逆に図１１をＵ相、Ｗ相、図１２をＶ相とすることでも１０極１２ティースの回転電機を構成することができる。

次に、図１０および図１１を参照して固定子を形成するために、１相分（ここではＶ相）を構成する２個１組のユニットコア２の各ティース部３２に巻線４を施す方法について説明する。なお、ここでの説明は、便宜上ユニットコアやその磁極片が区別できるように、これらに個々別々の符号を付す。

まず、２つのユニットコア２ａ，２ｂそれぞれについて、ティース部３２が外側に位置するように薄肉部３３を折り曲げて逆反らせて隣接する磁極片３ａ，３ｂ間の距離を広くし、この状態で鉄心保持治具８の取付ピン８１に各磁極片３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄのバックヨーク部３１に形成された取付穴３４を挿入するなどして固定する。その際、各ユニットコア２ａ，２ｂは、鉄心保持治具８の中心Ｏを挟む略点対称位置となるように配置する。そして、鉄心保持治具８を回転してまず一つの磁極片３ａをフライヤ９の正面位置に移動させる。

次に、フライヤ９のアーム部９２の先端から出ている巻線４の端末部分を鉄心保持治具８に設置している巻き始め線固定用ピン８２等に固定した後、巻線４を巻始め線逃がし溝７５に沿わせてから、フライヤ９を旋回（ここではバックヨーク部３１側から見て右回り旋回）するとともに、これに同期して旋回軸９１を軸方向（Ｚ方向）に沿ってスライドさせながらこの磁極片３ａのティース部３２に巻線４を施す。

その際、一つのユニットコア２ａを構成する一対の磁極片３ａ，３ｂの内、巻線４を施す作業を行っていない他方の磁極片３ｂが常にフライヤ９の旋回先端の回転面Ｑよりも外側（図１０では符号Ｐ１で示す箇所）に位置するようにユニットコア２ａの配置位置を設定して巻線作業を行う。このようにすれば、ユニットコア２ａ内の一方の磁極片３ａに巻線４を施す際、これに連結された他方の磁極片３ｂにフライヤ９が干渉することを確実に避けることができるので都合が良い。また、一つのユニットコア２ａを構成する一対の磁極片３ａ，３ｂの内、巻線４を施す作業を行っていない他方の磁極片３ｂとは反対側の位置（図１０では符号Ｐ２で示す箇所）でフライヤ９をＺ方向にスライドさせる。これは、巻線４を長い距離移動させる必要がある場合でも、他方の磁極片３ｂにフライヤ９が干渉することを確実に避けることができるので都合が良い。

次に、鉄心保持治具８を回転し、他方の磁極片３ｂをフライヤ９の正面位置（図１０の磁極片３ａの位置）に移動させる。このとき、このユニットコア２ａを構成する一方の磁極片３ａに巻回した巻線４の巻き終わり部分を切断することなくこれを渡り線４４として、絶縁用ボビン７の巻線端末部収納溝７６を通した後、他方の磁極片３ｂの絶縁用ボビン７の巻始め線逃がし溝７５に沿わせ、続いて、この他方の磁極片３ｂのティース部３２に対して一方の磁極片３ａに巻いた方向とは逆方向（この例ではバックヨーク部３１側から見て左回り）に巻線４を施す。

その際、巻線４を施す作業を行っていない一方の磁極片３ａが常にフライヤ９の旋回先端の回転面Ｑよりも外側（図１０では符号Ｐ２で示す箇所）に位置するようにユニットコア２ａの配置位置を設定して巻線作業を行うことで、これに連結された一方の磁極片３ａにフライヤ９が干渉することを確実に避けることができる。また、一つのユニットコア２ａを構成する一対の磁極片３ａ，３ｂの内、巻線４を施す作業を行っていない他方の磁極片３ａとは反対側の位置（図１０では符号Ｐ１で示す箇所）でフライヤ９をＺ方向にスライドさせる。これは、巻線４を長い距離移動させる必要がある場合でも、他方の磁極片３ａにフライヤ９が干渉することを確実に避けることができるので都合が良い。

次に、鉄心保持治具８を回転し、磁極片３ｃをフライヤ９の正面位置（図１０の磁極片３ａの位置）に移動させる。このとき、他方の磁極片３ｂに巻いた巻線４の巻き終わり部分を切断することなく、他方のユニットコア２ｂに至るだけの所定長さ分を渡り線４１として確保した後、他方のユニットコア２ｂを構成する一方の磁極片３ｃに対して、巻線４を巻始め線逃がし溝７５に沿わせてから、磁極片３ｂと同じ方向（バックヨーク部３１側から見て左回り）に巻線４を施す。

その際、巻線４を施す作業を行っていない他方の磁極片３ｄが常にフライヤ９の旋回先端の回転面Ｑよりも外側（図１０では符号Ｐ３で示す箇所）に位置するようにユニットコア２ｂの配置位置を設定して巻線作業を行うことで、これに連結された他方の磁極片３ｄにフライヤ９が干渉することを確実に避けることができる。また、一つのユニットコア２ｂを構成する一対の磁極片３ｃ，３ｄの内、巻線４を施す作業を行っていない他方の磁極片３ｄとは反対側の位置（図１０では符号Ｐ４で示す箇所）でフライヤ９をＺ方向にスライドさせる。これは、巻線４を長い距離移動させる必要がある場合でも、他方の磁極片３ｄにフライヤ９が干渉することを確実に避けることができるので都合が良い。

最後に、鉄心保持治具８を回転し、他方の磁極片３ｄをフライヤ９の正面位置（図１０の磁極片３ａの位置）に移動させる。このとき、このユニットコア２ｂを構成する一方の磁極片３ｃに巻回した巻線４の巻き終わり部分４４を切断することなくこれを渡り線４４として、絶縁用ボビン７の巻線端末部収納溝７６を通した後、他方の磁極片３ｄの絶縁用ボビン７の巻始め線逃がし溝７５に沿わせ、続いて、この他方の磁極片３ｄのティース部３２に対して一方の磁極片３ｃに巻いた方向とは逆方向（この例ではバックヨーク部３１側から見て左右回り）に巻線４を施す。

その際、巻線４を施す作業を行っていない一方の磁極片３ｃが常にフライヤ９の旋回先端の回転面Ｑよりも外側（図１０では符号Ｐ４で示す箇所）に位置するようにユニットコア２ｂの配置位置を設定して巻線作業を行うことで、これに連結された一方の磁極片３ｃにフライヤ９が干渉することを確実に避けることができる。また、一つのユニットコア２ｂを構成する一対の磁極片３ｃ，３ｄの内、巻線４を施す作業を行っていない他方の磁極片３ｃとは反対側の位置（図１０では符号Ｐ３で示す箇所）でフライヤ９をＺ方向にスライドさせる。これは、巻線を長い距離移動させる必要がある場合でも、他方の磁極片３ｃにフライヤ９が干渉することを確実に避けることができるので都合が良い。

こうして、２個１組のユニットコア２ａ，２ｂの各々の磁極片３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄのティース部３２に巻線４を施した後、これらの各ユニットコア２ａ，２ｂを鉄心保持治具８から取り外し、図１１に示すように、ティース部３２を逆反り状態から両者が円弧状となるように元に戻すことで、Ｖ相に対応する２個１組のユニットコア２ａ，２ｂに対して連続して巻線４が施される。

以下、同様にしてＵ相およびＷ相に対応するユニットコア２の２個１組に対しても巻線４を施し、これらのユニットコア２の２個１組を３組用いて、これらの３組が図２に示したように周方向に沿って順次６０度ずつずらせて配置して円環状にする。そして、溶接や接着等により各ユニットコア２の互いに隣接する端面同士を結合することで一体化する。続いて、図３、図４（ａ）に示した結線状態となるように結線処理を行い、また、巻線端末部収納溝７６に巻線端末部を収納し（図示せず）、紐や結束バンド等を巻線固定孔７７に挿入して巻線端末部を固定する。これにより、１０極１２ティースの３相ＤＣブラシレスモータ用の固定子が構成される。

以上のように、この実施の形態１の回転電機においては、例えば１０極１２ティースで直列スター結線を行う場合、従来技術では、渡り線４１を経由して切れ目なく全て連続して巻線４を巻き付ける必要があるので、巻線端末部の接続回数が多くなるのに対して、この実施の形態１の構成では、図４（ａ）に示したように、２つのユニットコア２の相互間を渡り線４１を経由して切断することなく連続に巻き付けることで１相分の巻線４が得られるため、巻線端末部の接続回数を削減することができ、安価な回転電機の固定子を得ることができる。

また、図１０に示したような自動巻線機を使用する場合、従来技術（例えば先の特許文献２）では、Ｖ相の巻線４を施す際に４個全ての連結体５０を保持せねばならず、自動巻線機が大型化するのに対して、この実施の形態１では、２個１組のユニットコア２を同時に保持できれば各相に連続して巻線作業を実施できるため、装置の小型化と機能の簡略化が図れ、製作費用を抑制できる。

また、従来技術（例えば先の特許文献２）の場合には連結体５０として３個分の磁極片３が一体連結された状態の金型を製作する必要がある。これに対して、この実施の形態１では、２個分の磁極片３が連結されたユニットコア２のみ製作できればよいので、３個分の磁極片３が一体連結された状態の金型を製作する場合に比べて金型は比較的小型になり、金型費用を抑制することができる。

さらに、絶縁用ボビン７に巻始め線逃がし溝７５を設けたことで、巻線４の巻き始め部分とそれ以降に巻かれる部分との干渉を避けることができ、これを左右に設けたことで左回りおよび右回りの巻線４を施す場合のいずれにおいても、整列性の高い巻き付けを行うことができる。そして、巻線端末部収納溝７６に巻線端末部を収納し、巻線固定孔７７に紐や結束バンド等で固定することができるため、電位差が高い各相間での接触を避けることができて絶縁不良を抑制することができる。また、中性点Ｎの固定も容易に行える。

実施の形態２．
図１３は本発明の実施の形態２における回転電機において、固定子を構成するためのユニットコア２の平面図、図１４は同ユニットコア２を組み合わせて構成された固定子の断面図であり、実施の形態１と対応もしくは相当する構成部分には同一の符号を示す。なお、図１４はユニットコア２に嵌着される絶縁用ボビン７やティース部３２に巻き付けられる巻線４は省略している。

この実施の形態２においても、一対の磁極片３を有するユニットコア２を備え、このユニットコア２は、上記各磁極片３がバックヨーク部３１とこのバックヨーク部３１から突出したティース部３２とを有するとともに、互いに隣接する上記バックヨーク部３１同士が折り曲げ可能に連結されており、このユニットコア２の２個を１組として連続して巻線４が施されるとともに、この巻装されたユニットコア２の２個１組を３組使用し、これを円環状に配置されて固定子が構成されている。

ここで、実施の形態１では各ユニットコア２の互いに隣接する突き合わせ端部同士が溶接や接着により一体結合されているが、この実施の形態２では、ユニットコア２の両端面にそれぞれ形成されている凹部２５と凸部２６とを嵌め合わせることにより、端面同士が一体的に結合されている。

上記のように各ユニットコア２の両端面の一方側には凹部２５が、他方側には凸部２６が設けられているが、これらの凹部２５と凸部２６の具体的な形状は図１５に示すようになっている。

すなわち、凹部２５には、図１５（ａ）、（ｂ）に示すようにアリ溝状の２種類の形状のものがあり、以下、両者を区別するために図１５（ａ）に示す形状の凹部２５を第１凹部２５ａと、図１５（ｂ）に示す形状の凹部２５を第２凹部２５ｂと称する。また、凸部２６は、図１５（ｃ）、（ｄ）に示すようにアリ溝状の２種類の形状のものがあり、両者を区別するために図１５（ｃ）に示す形状の凸部２６を第１凸部２６ａと、図１５（ｄ）に示す形状の凸部２６を第２凸部２６ｂと称する。

ここに、第１、第２凹部２５ａ、２５ｂ、および第１、第２凸部２６ａ、２６ｂの各形状の関係を説明する。

第１凹部２５ａに対して、第１凸部２６ａは周方向からの挿入ができず積層方向（回転電機の出力軸方向）からの挿入のみが可能であり、第２凸部２６ｂは周方向および積層方向の双方からの挿入が可能となるような形状に形成されている。また、第２凹部２５ｂに対して、第１凸部２６ａおよび第２凸部２６ｂは、共に周方向および積層方向の双方からの挿入が可能となるような形状に形成されている。

したがって、これらの第１、第２凹部２５ａ、２５ｂと第１、第２凸部２６ａ、２６ｂの各形状の関係により、これらを嵌め合わせる際には、図１６（ａ）〜（ｄ）に示すような組み合わせが生じる。すなわち、図１６（ａ）に示す第１凹部２５ａと第１凸部２６ａの組み合わせは、第１凹部２５ａに対して第１凸部２６ａの積層方向からの挿入は許容するが、周方向からの挿入は許容しない嵌合形態（以下、これを第１嵌合形態と称する）Ｘとなる。また、図１６（ｂ）〜（ｄ）に示すように、第１凹部２５ａと第２凸部２６ｂ、第２凹部２５ｂと第１凸部２６ａ、第２凹部２５ｂと第２凸部２６ｂの各組み合わせは、いずれも周方向および積層方向の双方からの挿入を許容する嵌合形態（以下、これを第２嵌合形態と称する）Ｙとなる。

そして、各ユニットコア２の突き合わした端面同士を一体的に結合するためには、ユニットコア２の組立完了時に、上記の第１嵌合形態Ｘと第２嵌合形態Ｙとが積層鉄心の積層方向に沿って所定枚数分ずつ交互に発生するように、予め各ユニットコア２を次のように積層配置する。

例えば、図１７（ａ）に示すように、積層方向の上から順に、１枚目〜４枚目のユニットコア２については、第１嵌合形態Ｘが生じるように、その一方（図中左側）の端面に第１凹部２５ａ（図中斜線で示す）が、他方（図中右側）の端面に第１凸部２６ａ（図中斜線で示す）が形成され、５枚目〜９枚目のユニットコア２については、第２嵌合形態Ｙが生じるように、その一方の端面に第２凹部２５ｂが、他方の端面には第２凸部２６ｂが形成されている。また、１０枚目〜１３枚目のユニットコア２については、第１嵌合形態Ｘが生じるように、その一方の端面に第１凹部２５ａ（図中斜線で示す）が、他方の端面に第１凸部２６ａ（図中斜線で示す）が形成され、１４枚目〜２５枚目のユニットコア２については、第２嵌合形態Ｙが生じるように、その一方の端面に第２凹部２５ｂが、他方の端面には第２凸部２６ｂが形成されている。以下、第１嵌合形態Ｘと第２嵌合形態Ｙとがユニットコア２の積層方向に沿って所定枚数分ずつ交互に発生するように配置されている。

このようにして構成されたユニットコア２の両端部を一体的に結合するには、図１７（ａ）に示すようにユニットコア２が積層方向に４枚分だけ位置ずれするように、その端面同士を突き合わせ、次に図１７（ｂ）に示すように、各ユニットコア２の両端面に形成されている凹部２５と凸部２６とを嵌め合わせる。この場合、各ユニットコア２には図１６（ａ）で示したような第１嵌合形態Ｘは生じず、図１６（ｂ）〜（ｄ）に示したような第２嵌合形態Ｙとなる。したがって、各ユニットコア２の一方の端面に設けられている各凹部２５に対して、他方の端面に設けられている各凸部２６を全ての周方向から挿入することができる。

この嵌合状態では端面が積層方向に４枚分ずれているので、図１７（ｃ）に示すように、このずれを無くすように突き合わせた端部の上下面が面一となるように、ユニットコア２を積層方向に圧入する。この圧入作業によって、図中斜線で示す位置において図１６（ａ）に示したような第１嵌合形態Ｘが生じ、第１凹部２５ａに対して、第１凸部２６ａが挿入されて、両者が嵌め合わされる。その結果、ユニットコア２の突き合わせ端面同士が互いに一体的に結合される。なお、本例では、第１嵌合形態Ｘを生じる際のユニットコア２の積層枚数は４枚、第２嵌合形態Ｙを生じる際のユニットコア２の積層枚数は５枚としたが、この数に限定されるものではない。また、凹部２５と凸部２６の位置関係は各ユニットコア２について左右逆であってもよい。

以上のように、実施の形態２の回転電機用固定子は、ユニットコア２の端面を積層方向にずらして周方向から突き合わせた後、積層方向から圧入するだけで第１嵌合形態Ｘを構成する第１凹部２５ａと第１凸部２６ａとの嵌め合いにより、突き合わせた端面同士を一体的に結合することができるので、溶接や接着が不要となる。このため、ユニットコア２の熱変形等の影響を除くことができて内径精度を確保でき、しかも突き合わせ端面同士を簡単かつ確実に固着することができるため信頼性が高く、さらに安価な回転電機用固定子を製作することが可能となる。

実施の形態３．
図１８は本発明の実施の形態３における回転電機において、固定子を構成するユニットコアのバックヨーク部に形成された凹部近傍の状態を示す平面図、図１９はユニットコアのバックヨーク部の端面の形成された凹部と凸部とを嵌め合わせた状態を示す平面図である。

この実施の形態３の特徴は、実施の形態２（図１３〜図１７）に示した構成のユニットコア２を前提として、バックヨーク部３１の各凹部２５（２５ａ，２５ｂ）近傍の外周部に径方向内方に向けて一部を切り欠いた切欠部２７が形成されていることである。

この場合、凹部２５（２５ａ，２５ｂ）と凸部２６（２６ａ，２６ｂ）を圧入等によって嵌め合わせると、バックヨーク部３１の凹部２５と切欠部２７との間の部分２８が径方向外方に撓むが、予め切欠部２７が形成されているため、図１９に示すように、当該部分２８がユニットコア２の外径より外側に飛び出さない状態でバックヨーク部３１の端面同士を一体的に結合することができる。そのため、固定子をシェル等に焼き嵌めする工程がある場合、シェル等への固定子の挿入を確実に行うことができるので都合が良い。

実施の形態４．
図２０は本発明の実施の形態４における回転電機において、固定子を構成するユニットコアの磁極片に絶縁用ボビンを嵌着した状態の一部を示す側面図である。図２１は、各ユニットコア間を渡り線で接続する場合の変形例を示す説明図である。

この実施の形態４において、ユニットコア２の各磁極片３に嵌着される絶縁用ボビン７は、実施の形態１（図５〜図９）の場合と同様、バックヨーク嵌合部７２に巻線端末部収納溝７６が形成されているが、特にこの実施の形態４の特徴として、この巻線端末部収納溝７６は、外面から内方に向けて次第に傾斜したテーパ部７６ａが形成される。また、その底部７６ｂは、渡り線のゆるみ抜け防止を図る上で巻線端末部の外径に略合致した円弧状に形成されている。

この実施の形態４で回転電機用の固定子を製造する手順は、基本的に実施の形態１の場合と同様に、固定子１を形成する全てのユニットコア２を一体化した後、図１１に示したように、渡り線４１をユニットコア２の外径方向に配置させ、図３、図４（ａ）に示した結線となるように結線処理を行うが、その際、図２０の破線で示すように、ユニットコア２の相互間を結ぶ渡り線４１や、ユニットコア３内の隣接する磁極片３間を結ぶ渡り線４４を巻線端末部収納溝７６のテーパ部７６ａに沿わせて収納して底部７６ｂに着座させる。

これにより、渡り線４１，４４を巻線端末部収納溝７６内に収納する際に、渡り線４１，４４の収納が容易となるとともに、収納後は渡り線４１，４４が巻線端末部収納溝７６から不意に抜け落ちるのを防止することができ、電位差が高い他相の渡り線との接触を避けることができる。また、巻線４の最初の巻き始め部分や、最後の巻き終わり部分についても、同様に巻線端末部収納溝７６から不意に抜け落ちるのを防止することができ、電位差が高い他相の巻き始め部分や、最後の巻き終わり部分との接触を避けることができるので都合がよい。

なお、先の図１１に示した例では、２個１組の各ユニットコア２ａ，２ｂ相互間を結ぶ渡り線４１は、固定子１の外周に沿わせたようにしているが、全てのユニットコア２を円環状に結合する工程時に渡り線４１が各ユニットコア２に干渉するのを避けることができる態様ならばどのように引き回すかについては特別な制約はなく、例えば、円環状に配置される各ユニットコア２の径方向の内方側に位置させたり、あるいは径方向の外方側に位置させることができる。特に、図２１に示すように、渡り線４１をユニットコア２の内径方向に配置させる場合には、全てのユニットコア２を円環状に結合する際、渡り線４１が各ユニットコア２に干渉するのを避けることができ、かつ、渡り線４１の長さをユニットコア２の外径方向に確保する場合に比べて短くできるので都合が良い。

１固定子、２ユニットコア、２５凹部、２６凸部、３磁極片、
３１バックヨーク部、３２ティース部、３３薄肉部、４巻線、
４１，４４渡り線、７絶縁用ボビン、７５巻始め線逃がし溝、
７６巻線端末部収納溝、７６ａテーパ部、７６ｂ底部、７７巻線固定孔、
８鉄心保持治具、９フライヤ、Ｑ回転面、Ｘ第１嵌合形態、Ｙ第２嵌合形態。

Claims

出力軸方向に沿って薄板を積層した積層鉄心からなる２個の磁極片を有するユニットコアを備え、このユニットコアは、上記磁極片がバックヨーク部とこのバックヨーク部から突出したティース部とを有するとともに、互いに隣接する上記バックヨーク部同士が折り曲げ可能に連結されており、このユニットコアの２個を１組として巻線が施されるとともに、この２個１組のユニットコアの３組が円環状に配置されて固定子が構成されたものであって、
上記ユニットコアの２個１組が３相交流のそれぞれのＵ，Ｖ，Ｗ相の内の１相に対応するとともに、上記ユニットコアを１単位として周方向に沿って順次互いに異なる相となるように配列されており、上記１相分に対応する上記ユニットコアの２個１組に含まれる全ての上記磁極片には巻線が切断されずに連続して巻き付けられるとともに、上記ユニットコアを構成する２個の上記磁極片同士の巻線の巻き付け方向は互いに逆向きであり、かつ各相が異なるユニットコアの互いに隣接する上記磁極片同士の巻線の巻き付け方向は互いに同じになるように巻き付けられ、各相に対応する上記巻線の巻終り端部同士または巻始め端部同士を互いに接続して中性点として直列スター結線が構成されていることを特徴とする回転電機。
上記磁極片の出力軸方向の前後から嵌合される絶縁用ボビンを備え、この絶縁用ボビンを介して上記ティース部に上記巻線が巻装され、かつ、上記絶縁用ボビンには、上記巻線の端末部分を収納する巻線端末部収納溝が設けられるとともに、上記巻線の端末部分を固定する巻線固定孔が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
上記絶縁用ボビンには、巻線の巻始め部分を上記ティース部への巻付位置よりも外側に位置させる巻始め線逃がし溝が上記ティース部の突出方向と直交する方向の左右位置に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
請求項１に記載の回転電機を製造する方法であって、フライヤと鉄心保持治具とを使用し、上記鉄心保持治具に、その回転方向に沿ってＵ，Ｖ，Ｗ相の内の１相に対応した２個１組の上記ユニットコアを互いに間隔を空け、かつ上記ティース部が上記鉄心保持治具の回転方向の外周側に位置して２個の上記磁極片同士が逆反りされて互いの間隔が広がるようにセットし、巻線を供給する上記フライヤを上記ユニットコアの一方の磁極片のティース部に対して旋回動作するとともに、上記ティース部の延伸方向に沿ってスライドし、その際、上記フライヤの旋回先端の回転面に対して、巻線を施す作業を行っていない他方の磁極片が常に外側に位置するように上記ユニットコアの位置を設定し、上記ユニットコアの２個１組に含まれる全ての上記磁極片に巻きつける巻線、および上記ユニットコアの間を結ぶ渡り線を切断せずに連続巻線する巻線作業を行い、この巻線作業を各相に対応した２個１組のユニットコアの全てに対して行った後、上記ユニットコアの各ティース部を逆反り状態から両者が円弧状となるように元に戻し、これらの２個１組のユニットコアの３組を、上記ユニットコアを１単位として周方向に沿って順次互いに異なる相となるように円環状に配置することを特徴とする回転電機の製造方法。
上記ユニットコアの全てを円環状に結合する工程で、上記ユニットコアの間の上記渡り線を径方向の内方側に配置させる工程を備えることを特徴とする請求項４に記載の回転電機の製造方法。
上記巻線作業においては、上記巻線の巻始め部分を上記ティース部への巻付位置よりも外側に位置させる巻始め線逃がし溝と上記巻線の端末部分を収納する巻線端末部収納溝と上記巻線の端末部分を固定する巻線固定孔とがそれぞれ形成された絶縁用ボビンを適用し、この絶縁用ボビンを各々の上記磁極片の出力軸方向の前後から嵌合し、この絶縁用ボビンを介して上記ユニットコアの一方の上記磁極片に巻線した後、上記渡り線を上記絶縁用ボビンの上記巻線端末部収納溝を通した後、他方の上記磁極片の上記絶縁用ボビンの上記巻き始め線逃がし溝に沿わせる工程を含むことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の回転電機の製造方法。
上記巻線作業においては、２個１組の上記ユニットコアの内、一方の上記ユニットコアの上記磁極片に巻いた巻線の巻き終わり部分を切断することなく、他方のユニットコアに至るだけの所定長さ分を渡り線として確保した後、他方の上記ユニットコアを構成する一方の上記磁極片に対して、上記巻線を上記巻始め線逃がし溝に沿わせる工程を含むことを特徴とする請求項６に記載の回転電機の製造方法。