ステータの製造方法及び回転機の製造方法
【課題】巻線構造が分布巻きであり、コイルが巻回されていない部分を減ずることが可能なステータの製造方法、及び当該方法によって製造されたステータを用いた回転機の製造方法を提供する。
【解決手段】周方向に沿って複数のティース３２が設けられた円環状のステータコア２１と、ティース３２の周囲及びティース３２間に巻回された分布巻きコイル２２とを備えるステータの製造方法である。巻線を巻回して予め定められた形状の分布巻きコイルブロックを形成する第１工程と、分布巻きコイルブロックを粉末磁性体に埋没させ、粉末磁性体を分布巻きコイルブロックとともに加圧加熱して分布巻きコイル２２と一体化されてなるステータコア２１を形成する第２工程と、を有する。
【解決手段】周方向に沿って複数のティース３２が設けられた円環状のステータコア２１と、ティース３２の周囲及びティース３２間に巻回された分布巻きコイル２２とを備えるステータの製造方法である。巻線を巻回して予め定められた形状の分布巻きコイルブロックを形成する第１工程と、分布巻きコイルブロックを粉末磁性体に埋没させ、粉末磁性体を分布巻きコイルブロックとともに加圧加熱して分布巻きコイル２２と一体化されてなるステータコア２１を形成する第２工程と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステータの製造方法及び回転機の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知の通り、発電機や電動機等の回転機は、ステータ（固定子）とロータ（回転子）とを備えており、回転運動エネルギーを電気エネルギーに変換し、あるいは電気エネルギーを回転運動エネルギーに変換する機器である。ステータ側にコイルが設けられる回転機では、軟鉄等の磁性材料により形成されてコイルが巻回されるティース（極歯）がロータの回転方向に沿って複数設けられた円環状のステータコアが用いられる。
【０００３】
従来のステータコアは、製造を容易にするため、例えば特許文献１に開示されているように、予め定められた形状（例えば、断面形状がＴ字形状、Ｕ字形状、又はＩ字形状）のコア分割片を組み合わせて構成されるものが多い。つまり、従来は、Ｔ字形状等の電磁鋼板を積層することによりコア分割片を形成し、あるいは、粉末磁性体を圧縮することによって断面形状がＴ字形状等であるコア分割片を形成し、このようなコア分割片を円環状に組み合わせることによってロータの回転方向に沿ってティースが複数設けられたステータコアを製造している。なお、このようにして製造されたステータコアのティースにコイルを巻回することによってステータが製造される。
【０００４】
ところが、前記したようなコア分割片を円環状に組み合わせてなる分割ステータコアに分布巻きを適用しようとした場合、巻線を巻き回す力でコア分割片が移動して固定がずれてしまうという問題がある。また、粉末磁性体を圧縮することによってコア分割片を形成した場合、分布巻きのようなスロットをまたいだ巻き回しを行うと、粉体から成型することによる剛性の脆弱性からティースに強い応力が与えられ、製造中に破損したり、中長期的な使用で劣化が促進されるおそれがある。
【０００５】
また、以下の特許文献２には、前述したコア分割片としての分割ステータの従来の製造方法の一例が開示されている。すなわち、絶縁層で被覆された絶縁被覆導線をコア上に巻回して電線層を形成し、温度を１６０℃以上且つ絶縁層の融点未満の温度範囲に保ちながら絶縁被覆電線をコア方向にプレスすることによって電線間の隙間が減少された分割ステータの製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−０４０８７１号公報
【特許文献２】特開２００８−３０６８１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、前述した特許文献１に開示された製造方法を用いれば、絶縁皮膜導線の隙間が減少されるため、コアに対して絶縁被覆導線が密に巻回された分割ステータを製造することができると考えられる。しかしながら、前述した特許文献１に開示された製造方法は、コアに絶縁皮膜導線を巻回して電線層を形成した後に巻回された絶縁皮膜導線をプレスすることを基本としているため、電線層を形成する際に機械的な制約によってコアに絶縁皮膜導線を巻回することができない部分（デッドスペース）が生ずるという問題がある。
【０００８】
このようなデッドスペースを埋めることができれば、更に多くの導線を巻回することができるため、より強い磁界を作用させることが可能な高性能のステータを製造することができると考えられる。近年においては省エネルギーの要求が高まっており、電気エネルギーと回転運動エネルギーとの間のエネルギー変換を高い効率で行うことができる回転機が要求されている。前記のデッドスペースが生じていないステータを用いることで効率の良い回転機を実現することができると考えられる。
【０００９】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、巻線構造が分布巻きであり、コイルが巻回されていない部分を減ずることが可能なステータの製造方法、及び当該方法によって製造されたステータを用いた回転機の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するために、本発明のステータの製造方法は、周方向に沿って複数のティースが設けられた円環状のステータコアと、前記ティースの周囲及び該ティース間に巻回された分布巻きコイルとを備えるステータの製造方法であって、巻線を巻回して予め定められた形状の分布巻きコイルブロックを形成する第１工程と、前記分布巻きコイルブロックを粉末磁性体に埋没させ、該粉末磁性体を前記分布巻きコイルブロックとともに加圧加熱して前記分布巻きコイルブロックと一体化されてなるステータコアを形成する第２工程と、を有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明のステータコアの製造方法において、前記第１工程では、柱状の基部と、該基部の側周面に挿脱可能に設けられ、かつ放射状に延出して設けられた複数の模擬ティースとを備えたコイルブロック製造用治具を用い、該コイルブロック製造用治具の前記模擬ティースの周囲及び該模擬ティース間に巻線を巻回して分布巻きコイルブロックを形成し、その後、前記基部から前記模擬ティースを外すことで前記コイルブロック製造用治具から分布巻きコイルブロックを取り外し、分布巻きコイルブロックを得ることが好ましい。
【００１２】
また、本発明のステータコアの製造方法において、前記第１工程では、分布巻きコイルブロックを形成した後、該分布巻きコイルブロックに対して絶縁性樹脂をコーティングし、保護膜を形成することが好ましい。
【００１３】
また、本発明のステータコアの製造方法において、前記第２工程では、前記分布巻きコイルブロックの内周側及び外周側の各々に、前記ステータコアの内周及び外周の形状を規定する治具を配設し、前記治具と前記コイルブロックとの間の隙間に前記粉末磁性体を充填して前記分布巻きコイルブロックの少なくとも内周側及び外周側を埋没させることが好ましい。
【００１４】
また、本発明のステータコアの製造方法において、前記第２工程では、前記粉末磁性体を、前記分布巻きコイルブロックの側方側から加圧加熱することが好ましい。
【００１５】
本発明の回転機の製造方法は、回転可能なロータと、該ロータの周りに配置されるステータとを備える回転機の製造方法であって、前記のステータの製造方法によってステータを製造する工程と、前記工程で得られたステータを前記ロータの周りに配置する工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、巻線を巻回して予め定められた形状の分布巻きコイルブロックを形成し、この分布巻きコイルブロックを粉末磁性体に埋没させて粉末磁性体を分布巻きコイルブロックとともに加圧加熱することにより、分布巻きコイルブロックが一体化されたステータコアを形成している。これにより、分布巻きコイルブロックの形状に合わせてステータコアを形成することができるため、ティースに巻線を巻回していた従来において生じていたデッドスペース（巻線を巻回することができない部分）を減ずることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る回転機としての三相交流モータの正断面図である。
【図２】三相交流モータに設けられるステータを示す図であって、（ａ）はステータの斜視図、（ｂ）はステータの正面透視図である。
【図３】本発明の一実施形態によるステータの製造方法を示すフローチャートである。
【図４】コイルブロック製造用治具の概略構成を示す平面図である。
【図５】分布巻きコイルブロックを簡略化して示す側面図である。
【図６】ステータの製造工程の１つである治具の配設工程を説明するための図である。
【図７】ステータの製造工程の１つである加圧加熱工程を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態によるステータの製造方法及び回転機の製造方法について詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、回転機が、外部から供給される三相交流により回転駆動される三相交流モータ（電動機）である場合を例に挙げて説明する。
【００１９】
図１は、本発明の一実施形態に係る回転機としての三相交流モータの正断面図である。
図１に示す通り、三相交流モータ１は、回転可能に構成された回転子としてのロータ１０と、ロータ１０の周りに配置される固定子としてのステータ２０とを備える構成であり、外部からの三相交流がステータ２０に供給されることによってロータ１０が回転駆動される。
【００２０】
ロータ１０は、回転軸１１とロータコア１２とを備えており、回転軸１１の中心軸の周りで回転可能に構成されている。回転軸１１は、紙面に対して垂直な方向に延びる円柱形状の部材であり、軸受等（図示省略）に支持されることによって中心軸の周りで回転可能になっている。ロータコア１２は、回転軸１１の周りに界磁鉄心として設けられており、その内部に複数の永久磁石（図示省略）を備えている。この永久磁石によって、ロータコア１２の表面には回転軸１１の周方向に沿った交番磁界が形成されている。
【００２１】
ステータ２０は、ステータコア２１、分布巻きコイル２２（分布巻きコイルブロック）、及びケーシング２３を備えたもので、外部から供給される三相交流によってロータ１０の周りに回転磁界を形成するものである。ステータ２０によって形成される回転磁界とロータコア１２の表面に形成される交番磁界とが相互作用することにより、ロータ１０の回転力が生じ、これによってロータ１０が回転軸１１の中心軸の周りで回転駆動される。
【００２２】
図２（ａ）、（ｂ）は、三相交流モータに設けられるステータを示す図であって、（ａ）はステータの斜視図であり、（ｂ）はステータの正面透視図である。尚、図２（ａ）、（ｂ）においては、理解を容易にするため、ステータ２０の一部をなすケーシング２３の図示を省略している。また、分布巻きコイル２２、ステータ２１についても、その形状を簡略化して模式的に示している。
ステータ２０の一部をなすステータコア２１は、ロータ１０の周りに電機子鉄心として設けられる部材であって、分布巻きコイル２２と一体形成されてなる円環状の部材である。
【００２３】
このステータコア２１は、図２（ａ）に示すように、円環形状のヨーク部３１と、ヨーク部３１の周方向に沿ってヨーク部３１の中心軸に向けて突出した状態で配列されて分布巻きコイル２２に介挿されている複数のティース部３２（ティース）とを有する。尚、図２（ａ）、（ｂ）ではティース部３２を簡略化して８個しか示していないが、実際には、ティース部３２は図１に示すように２４個設けられている。また、詳細は後述するが、このステータコア２１は、ヨーク部３１とティース部３２とが一体形成されてなるものである。
【００２４】
ステータコア２１に設けられたティース部３２は、図２（ｂ）に示す通り、分布巻きコイル２２に介挿される柱部３２ａと、柱部３２ａの先端に設けられた磁極部３２ｂとからなる。柱部３２ａは、分布巻きコイル２２に設けられた穴部２２ａと形状及び大きさが同一であって、いわばその穴部２２ａに埋設されている部位である。磁極部３２ｂは、ヨーク部３１の軸方向に長手方向が設定された矩形平板状のもので、一面の中央部に柱部３２ｂが設けられており、その面が分布巻きコイル２２の一面（ロータ１０に対向する面）に接触している。かかる構成のティース部３２は、柱部３２ａが介挿されているコイル２２に三相交流が供給されることにより、磁極部３２ｂが磁極として機能するようになっている。
【００２５】
尚、ステータコア２１は、各ティース部３２の突出方向がロータ１０の回転軸に向かうようにロータ１０の周りに配置され、かかる配置において磁極部３２ｂとロータコア１２との間の間隔が予め設定された所定の間隔（例えば数ミリメートル程度）となるようにティース部３２の突出量が設定されている。また、ティース部３２は、ロータ１０の回転方向に沿って磁極部３２ｂが一定の間隔をあけて配列されるように、磁極部３２ｂの短手方向の幅が設定されている。
【００２６】
分布巻きコイル２２は、ステータコア２１に設けられたティース部３２が介挿され、外部から供給される三相交流が流れることにより、ステータコア２１のティース部３２（磁極部３２ｂ）を磁極とするものである。具体的には、分布巻きコイル２２は、ステータコア２１のティース部３２（柱部３２ａ）が介挿されるべき穴部２２ａが、ティース部３２の数と同じ数だけ設けられ、この穴部２２ａの周囲及び該穴部２２ａ間に巻線が巻回された略円環形状の部材である。
【００２７】
分布巻きコイル２２をなす巻線は、銅（Ｃｕ）又はアルミニウム（Ａｌ）等の導体（線材）を、２５０〜３００℃程度の耐熱温度を有する絶縁層で被覆した絶縁被覆導線（エナメル線）である。例えば、ニッケル（Ｎｉ）メッキが施された銅からなる線材に高耐熱ポリイミドを被覆してなる高耐熱エナメル線（耐熱温度２８０℃）を用いることができる。このような耐熱温度を有する絶縁被覆導線を用いるのは、粉末磁性体をコイル２２とともに加圧加熱してステータコア２１を形成することによって、デッドスペース（巻線を巻回することができない部分）を解消するためである。
【００２８】
また、このような巻線が巻回されてなる分布巻きコイル２２には、さらにその全体に絶縁性樹脂がコーティングされ、保護膜（図示せず）が形成されている。保護膜を形成する絶縁性樹脂としては、前記の高耐熱ポリイミドなど、種々の耐熱絶縁性樹脂が用いられる。例えば、後述する粉末磁性体をコーティングしている絶縁性樹脂と同じものなどが使用可能である。
【００２９】
略円環形状に形成された分布巻きコイル２２は、全節巻きや短節巻きがなされ、各巻線に三相交流（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相からなる交流）の何れかの相の電流が供給されるようになっている。このため、例えばＵ相の電流が供給される部位、Ｖ相の電流が供給される部位、及びＵ相の電流が供給される部位が、ヨーク部３１の周方向に沿って順次配列される。このように構成された分布巻きコイル２２に三相交流が供給されると、ティース部３２が順次磁化されて、前述した回転磁界が形成される。
【００３０】
ケーシング２３は、ステータコア２１の外周を覆う円環状の部材であって、ロータ１０（回転軸１１の一部及びロータコア１２）、ステータコア２１、及び分布巻きコイル２２を収容している。
【００３１】
前記構成の三相交流モータ１に対して外部から三相交流が供給されると、三相交流の各相の電流がステータ２０に設けられた分布巻きコイル２２に流れる。すると、分布巻きコイル２２に介挿されているティース部３２（磁極部３２ｂ）が順次磁化され、ロータ１０の回転方向に沿って回転磁界が形成される。これにより、表面に交番磁界が形成されたロータコア１２がこの回転磁界と相互作用し、吸引力及び反発力が生ずることによってロータ１０が回転駆動される。
【００３２】
次に、以上に説明したステータ２０及び三相交流モータ１の製造方法について説明する。
図３は、本発明の一実施形態によるステータの製造方法を示すフローチャートである。ステータ２０を製造するには、まず、分布巻きコイルブロックを形成する（工程Ｓ１１：第１工程）。具体的には、図４に示すコイルブロック製造用治具４０を用いて分布巻きコイルブロック（分布巻きコイル２２）を形成する。
【００３３】
コイルブロック製造用治具４０は、略円柱状の基部４１と、該基部４１の側周面に挿脱可能に設けられ、かつ放射状に延出して設けられた複数（２４本）の模擬ティース４２と、を備えて構成されたものである。基部４１には、その側周面に複数（２４個）の孔部４３が、基部の中心に向かって放射状に形成されており、これら孔部４３にそれぞれ模擬ティース４２が挿脱可能に保持されている。これら孔部４３は、基部４１の側周面に、その周方向に沿って等間隔で配置されている。
【００３４】
模擬ティース４２は棒状のもので、前記ステータコア２１のティース部３２の柱部３２ａと同じ太さに形成されている。換言すれば、模擬ティース４２の太さ（大きさ・形状）に一致するように、ティース部３２の柱部３２ａは形成される。
【００３５】
このような構成のコイルブロック製造用治具４０に対して、巻線ノズル５０から前述した高耐熱エナメル線等の巻線５１を繰り出し、模擬ティース４２の周囲及び該模擬ティース４２、４２間に巻線５１を巻回する。模擬ティース４２に対する巻線５１の巻回は、従来の分布巻きコイルの作製と同じ規則性で行う。巻線５１の巻回を完了し、図１に示したような分布巻きコイルブロック（分布巻きコイル２２）を形成したら、基部４１から模擬ティース４２を外し、さらに基部４１から分布巻きコイルブロック（分布巻きコイル２２）を取り外すことにより、分布巻きコイルブロック（分布巻きコイル２２）を得る。
【００３６】
このようにして分布巻きコイルブロック（分布巻きコイル２２）を形成したら、該分布巻きコイルブロック２２Ｂに対して絶縁性樹脂をコーティングし、図５に簡略化して示すように保護膜５２を形成する（工程Ｓ１２：第２工程）。なお、分布巻きコイルブロック２２Ｂ（分布巻きコイル２２）から延びる巻線のリード線Ｌについては、後工程で行われる圧縮時に折れが生じないように、一方側に引き出しておく。保護膜の形成は、予め用意したコーティング液に分布巻きコイルブロックを浸漬し、その後乾燥する手法や、コーティング液をスプレー方等によって分布巻きコイルブロックに塗布し、その後乾燥する手法など、従来公知の手法によって行う。
【００３７】
分布巻きコイルブロック２２Ｂに対する保護膜５２の形成が完了したら、この分布巻きコイルブロック２２Ｂに、ステータコアを形成するための治具を配設する（工程Ｓ１３：第２工程）。図６（ａ）、（ｂ）は、ステータの製造に用いられる治具を示す図であって、（ａ）は治具の１つを示す斜視図、（ｂ）は、分布巻きコイルブロック２２Ｂに治具の全てが配設された状態を示す斜視図である。
【００３８】
本実施形態で用いられる治具は、ステータコア２１の内周の形状を規定する治具Ｊ１、及びステータコア２１の外周の形状を規定する治具Ｊ２である。図６（ａ）に示すように、ステータコア２１の内周の形状を規定する治具Ｊ１は、角柱状の胴部の角部に突起部Ｔが形成された歯車状の形状である。突起部Ｔは、図２（ｂ）に示す隣り合う磁極部３２ｂ、３２ｂ間の間隔を規定し、突起部Ｔの一側面、胴部の一側面、及び隣接する突起部Ｔの一側面からなる３つの面は磁極部３２ｂの形状を規定する。なお、図６（ａ）では簡略化して示した図２（ａ）、（ｂ）に対応して、胴部を八角柱状にし、突起部Ｔを８箇所形成した形状としたが、実際には、図１に示したようにティース部が２４個形成されるため、治具Ｊ１は、銅部が２４角柱状に形成され、突起部Ｔも２４箇所形成された形状となる。
【００３９】
また、図６（ｂ）に示すように、ステータコア２１の外周の形状を規定する治具Ｊ２は、形成した分布巻きコイルブロック２２Ｂに対応する円環状のもので、この治具Ｊ２の内周がステータコア２１の外周の形状を規定する。これら治具Ｊ１、Ｊ２は、ステータコア２１を形成する際に加えられる熱（例えば、２７０℃程度）及び圧力（例えば、５５０ＭＰａ程度）に耐えられ、膨張率の小さな材質（例えば、鋼鉄或いはセラミックス）で形成されている。
【００４０】
図６（ｂ）に示すように、治具Ｊ１は、分布巻きコイルブロック２２Ｂの内周面に突起部Ｔの各々が当接するように配設される。これに対し、治具Ｊ２は、その内周が分布巻きコイルブロック２２Ｂの外周と一定の間隔を保つように、該分布巻きコイルブロック２２Ｂの外周側に配設される。
【００４１】
治具Ｊ１、Ｊ２の配設が完了したら、ステータコア２１の材料である粉末磁性体（例えば、純鉄系粉末）を、治具Ｊ１、Ｊ２と分布巻きコイルブロック２２Ｂとの隙間に充填する（工程Ｓ１４：第２工程）。具体的には、図６（ｂ）に示す治具Ｊ１と分布巻きコイルブロック２２Ｂとの間の隙間Ｇ１、及び、治具Ｊ２と分布巻きコイルブロック２２Ｂとの間の隙間Ｇ２からそれぞれ粉末磁性体を供給する。これらの隙間Ｇ１，Ｇ２から粉末磁性体を供給することにより、治具Ｊ１、Ｊ２と分布巻きコイルブロック２２Ｂとの隙間に加えて、分布巻きコイルブロック２２Ｂに形成された穴部２２ａ（図２（ｂ）、図５参照）にも粉末磁性体が充填される。
【００４２】
このようにして粉末磁性体が充填されると、分布巻きコイルブロック２２Ｂの内周側及び外周側が粉末磁性体に埋没されることになる。このとき、分布巻きコイルブロック２２Ｂ（分布巻きコイル２２）はその全体に保護膜５２が形成されているため、粉末磁性体の充填によって損傷したり、大きく変形したりすることが防止される。
【００４３】
粉末磁性体の充填を完了したら、充填した粉末磁性体をコイルブロックとともに加圧加熱し、分布巻きコイルブロック２２Ｂ（分布巻きコイル２２）が一体化されたステータコア２１を形成する（工程Ｓ１５：第２工程）。図７は、ステータの製造工程の１つである加圧加熱工程を説明するための図である。尚、図７では、理解を容易にするため、分布巻きコイルブロック２２Ｂのみを示しており、分布巻きコイルブロック２２Ｂに対して配設された治具Ｊ１、Ｊ２及び充填された粉末磁性体については図示を省略している。
【００４４】
図７に示すように、本工程では、まず粉末磁性体が充填されている状態の分布巻きコイルブロック２２Ｂ（加えて、治具Ｊ１、Ｊ２）の上方側及び下方側に圧縮形成治具Ｊ１１、Ｊ１２を配設する。尚、予め圧縮形成治具Ｊ１２の上面で治具Ｊ１、Ｊ２の配設（工程Ｓ１３）、及び粉末磁性体の充填（工程Ｓ１４）を行い、本工程では圧縮形成治具Ｊ１１のみを分布巻きコイルブロック２２Ｂ等の上方側に配設するようにしてもよい。
【００４５】
次に、分布巻きコイルブロック２２Ｂの上方側及び下方側に圧縮形成治具Ｊ１１、Ｊ１２を配設した状態で、例えばプレス機を用いて圧縮形成治具Ｊ１１、Ｊ１２の間を、例えば５５０ＭＰａ程度の圧力で加圧する。これにより、充填された粉末磁性体が、略円環状の分布巻きコイルブロック２２Ｂの側方（軸方向）側から加圧され、ステータコア２１の圧粉体が形成される。このときでも、分布巻きコイルブロック２２Ｂ（分布巻きコイル２２）はその全体に保護膜５２が形成されているため、加圧された粉末磁性体によって損傷したり、大きく変形したりすることが防止される。尚、粉末磁性体を加圧する際には、分布巻きコイルブロック２２Ｂのリード線Ｌ（図５参照）の折れや断線等に注意する必要がある。
【００４６】
そして、ステータコア２１の圧粉体を、例えば２７０℃程度の温度で３０分程度加熱し、治具Ｊ１、Ｊ２等を取り外すことにより、分布巻きコイル２２が一体化されたステータコア２１を形成する。尚、以上の工程によって製造されたステータコア２１をロータ１４の周りに配設するとともに、ステータコア２１の外周にケーシング２３を取り付けることにより、図１に示す三相交流モータ１が得られる。
【００４７】
以上説明したように、本実形態のステータの製造方法では、巻線を巻回して予め定められた形状の分布巻きコイルブロック２２Ｂを形成し、この分布巻きコイルブロック２２Ｂを粉末磁性体に埋没させて粉末磁性体を分布巻きコイルブロック２２Ｂとともに加圧加熱することにより、分布巻きコイルブロック２２Ｂ（分布巻きコイル２２）が一体化されたステータコア２１を形成している。これにより、分布巻きコイルブロック２２Ｂの形状に合わせてステータコア２１を形成することができるため、ティースに巻線を巻回していた従来において生じていたデッドスペース（巻線を巻回することができない部分）を減ずることができる。
【００４８】
また、ステータコア２１を複数のコア分割片で形成することなく、粉末磁性体によって分布巻きコイルブロック２２Ｂ（分布巻きコイル２２）とともに一体成型するので、従来のように巻線を巻き回す力でコア分割片が移動してその固定がずれてしまったり、巻線の巻き回しの際にティースに与えられる強い応力によって破損したり、中長期的な使用で劣化が促進されるといったおそれを回避することができる。
【００４９】
また、前記製造方法で得られる、分布巻きコイル２２が一体化されたステータコア２１を備えるステータ２０は、ロータ１０との間でより強い磁界を作用させることが可能な高性能のものである。したがって、このようなステータ２０をロータ１０の周りに配置することで三相交流モータ１に設ければ、電気エネルギーと回転運動エネルギーとの間のエネルギー変換を高い効率で行うことができる効率の良い三相交流モータ１を実現することができる。
【００５０】
以上、本発明の一実施形態による回転機について説明したが、本発明は前記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、前記実施形態では、電動機の一種である三相交流モータを例に挙げて説明したが、発電機にも本発明を適用することができる。また、本発明は、三相交流以外の多相電流が用いられる回転機にも適用することができる。
【００５１】
また、前記実施形態では、高耐熱エナメル線等の巻線を巻回して分布巻きコイルブロック２２Ｂを形成する例について説明したが、分布巻きコイルブロック２２Ｂを形成する際には、巻線の間に絶縁紙を挟み込むようにしてもよい。
【００５２】
また、前記実施形態では、治具Ｊ１、Ｊ２と分布巻きコイルブロック２２Ｂとの隙間に粉末磁性体を充填して分布巻きコイルブロック２２Ｂの内周側及び外周側を粉末磁性体に埋没させる例について説明した。しかしながら、粉末磁性体に埋没させる部分は、分布巻きコイルブロック２２Ｂの形状や治具の形状等に応じて適宜変更してもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１…三相交流モータ、１０…ロータ、２０…ステータ、２１…ステータコア、２２…分布巻きコイル、２２ａ…穴部、２２Ｂ…分布巻きコイルブロック、３２…ティース部（ティース）、４０…コイルブロック製造用治具、４１…基部、４２…模擬ティース、４３…孔部、５１…巻線、５２…保護膜、Ｊ１、Ｊ２…治具
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステータの製造方法及び回転機の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知の通り、発電機や電動機等の回転機は、ステータ（固定子）とロータ（回転子）とを備えており、回転運動エネルギーを電気エネルギーに変換し、あるいは電気エネルギーを回転運動エネルギーに変換する機器である。ステータ側にコイルが設けられる回転機では、軟鉄等の磁性材料により形成されてコイルが巻回されるティース（極歯）がロータの回転方向に沿って複数設けられた円環状のステータコアが用いられる。
【０００３】
従来のステータコアは、製造を容易にするため、例えば特許文献１に開示されているように、予め定められた形状（例えば、断面形状がＴ字形状、Ｕ字形状、又はＩ字形状）のコア分割片を組み合わせて構成されるものが多い。つまり、従来は、Ｔ字形状等の電磁鋼板を積層することによりコア分割片を形成し、あるいは、粉末磁性体を圧縮することによって断面形状がＴ字形状等であるコア分割片を形成し、このようなコア分割片を円環状に組み合わせることによってロータの回転方向に沿ってティースが複数設けられたステータコアを製造している。なお、このようにして製造されたステータコアのティースにコイルを巻回することによってステータが製造される。
【０００４】
ところが、前記したようなコア分割片を円環状に組み合わせてなる分割ステータコアに分布巻きを適用しようとした場合、巻線を巻き回す力でコア分割片が移動して固定がずれてしまうという問題がある。また、粉末磁性体を圧縮することによってコア分割片を形成した場合、分布巻きのようなスロットをまたいだ巻き回しを行うと、粉体から成型することによる剛性の脆弱性からティースに強い応力が与えられ、製造中に破損したり、中長期的な使用で劣化が促進されるおそれがある。
【０００５】
また、以下の特許文献２には、前述したコア分割片としての分割ステータの従来の製造方法の一例が開示されている。すなわち、絶縁層で被覆された絶縁被覆導線をコア上に巻回して電線層を形成し、温度を１６０℃以上且つ絶縁層の融点未満の温度範囲に保ちながら絶縁被覆電線をコア方向にプレスすることによって電線間の隙間が減少された分割ステータの製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−０４０８７１号公報
【特許文献２】特開２００８−３０６８１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、前述した特許文献１に開示された製造方法を用いれば、絶縁皮膜導線の隙間が減少されるため、コアに対して絶縁被覆導線が密に巻回された分割ステータを製造することができると考えられる。しかしながら、前述した特許文献１に開示された製造方法は、コアに絶縁皮膜導線を巻回して電線層を形成した後に巻回された絶縁皮膜導線をプレスすることを基本としているため、電線層を形成する際に機械的な制約によってコアに絶縁皮膜導線を巻回することができない部分（デッドスペース）が生ずるという問題がある。
【０００８】
このようなデッドスペースを埋めることができれば、更に多くの導線を巻回することができるため、より強い磁界を作用させることが可能な高性能のステータを製造することができると考えられる。近年においては省エネルギーの要求が高まっており、電気エネルギーと回転運動エネルギーとの間のエネルギー変換を高い効率で行うことができる回転機が要求されている。前記のデッドスペースが生じていないステータを用いることで効率の良い回転機を実現することができると考えられる。
【０００９】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、巻線構造が分布巻きであり、コイルが巻回されていない部分を減ずることが可能なステータの製造方法、及び当該方法によって製造されたステータを用いた回転機の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するために、本発明のステータの製造方法は、周方向に沿って複数のティースが設けられた円環状のステータコアと、前記ティースの周囲及び該ティース間に巻回された分布巻きコイルとを備えるステータの製造方法であって、巻線を巻回して予め定められた形状の分布巻きコイルブロックを形成する第１工程と、前記分布巻きコイルブロックを粉末磁性体に埋没させ、該粉末磁性体を前記分布巻きコイルブロックとともに加圧加熱して前記分布巻きコイルブロックと一体化されてなるステータコアを形成する第２工程と、を有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明のステータコアの製造方法において、前記第１工程では、柱状の基部と、該基部の側周面に挿脱可能に設けられ、かつ放射状に延出して設けられた複数の模擬ティースとを備えたコイルブロック製造用治具を用い、該コイルブロック製造用治具の前記模擬ティースの周囲及び該模擬ティース間に巻線を巻回して分布巻きコイルブロックを形成し、その後、前記基部から前記模擬ティースを外すことで前記コイルブロック製造用治具から分布巻きコイルブロックを取り外し、分布巻きコイルブロックを得ることが好ましい。
【００１２】
また、本発明のステータコアの製造方法において、前記第１工程では、分布巻きコイルブロックを形成した後、該分布巻きコイルブロックに対して絶縁性樹脂をコーティングし、保護膜を形成することが好ましい。
【００１３】
また、本発明のステータコアの製造方法において、前記第２工程では、前記分布巻きコイルブロックの内周側及び外周側の各々に、前記ステータコアの内周及び外周の形状を規定する治具を配設し、前記治具と前記コイルブロックとの間の隙間に前記粉末磁性体を充填して前記分布巻きコイルブロックの少なくとも内周側及び外周側を埋没させることが好ましい。
【００１４】
また、本発明のステータコアの製造方法において、前記第２工程では、前記粉末磁性体を、前記分布巻きコイルブロックの側方側から加圧加熱することが好ましい。
【００１５】
本発明の回転機の製造方法は、回転可能なロータと、該ロータの周りに配置されるステータとを備える回転機の製造方法であって、前記のステータの製造方法によってステータを製造する工程と、前記工程で得られたステータを前記ロータの周りに配置する工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、巻線を巻回して予め定められた形状の分布巻きコイルブロックを形成し、この分布巻きコイルブロックを粉末磁性体に埋没させて粉末磁性体を分布巻きコイルブロックとともに加圧加熱することにより、分布巻きコイルブロックが一体化されたステータコアを形成している。これにより、分布巻きコイルブロックの形状に合わせてステータコアを形成することができるため、ティースに巻線を巻回していた従来において生じていたデッドスペース（巻線を巻回することができない部分）を減ずることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る回転機としての三相交流モータの正断面図である。
【図２】三相交流モータに設けられるステータを示す図であって、（ａ）はステータの斜視図、（ｂ）はステータの正面透視図である。
【図３】本発明の一実施形態によるステータの製造方法を示すフローチャートである。
【図４】コイルブロック製造用治具の概略構成を示す平面図である。
【図５】分布巻きコイルブロックを簡略化して示す側面図である。
【図６】ステータの製造工程の１つである治具の配設工程を説明するための図である。
【図７】ステータの製造工程の１つである加圧加熱工程を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態によるステータの製造方法及び回転機の製造方法について詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、回転機が、外部から供給される三相交流により回転駆動される三相交流モータ（電動機）である場合を例に挙げて説明する。
【００１９】
図１は、本発明の一実施形態に係る回転機としての三相交流モータの正断面図である。
図１に示す通り、三相交流モータ１は、回転可能に構成された回転子としてのロータ１０と、ロータ１０の周りに配置される固定子としてのステータ２０とを備える構成であり、外部からの三相交流がステータ２０に供給されることによってロータ１０が回転駆動される。
【００２０】
ロータ１０は、回転軸１１とロータコア１２とを備えており、回転軸１１の中心軸の周りで回転可能に構成されている。回転軸１１は、紙面に対して垂直な方向に延びる円柱形状の部材であり、軸受等（図示省略）に支持されることによって中心軸の周りで回転可能になっている。ロータコア１２は、回転軸１１の周りに界磁鉄心として設けられており、その内部に複数の永久磁石（図示省略）を備えている。この永久磁石によって、ロータコア１２の表面には回転軸１１の周方向に沿った交番磁界が形成されている。
【００２１】
ステータ２０は、ステータコア２１、分布巻きコイル２２（分布巻きコイルブロック）、及びケーシング２３を備えたもので、外部から供給される三相交流によってロータ１０の周りに回転磁界を形成するものである。ステータ２０によって形成される回転磁界とロータコア１２の表面に形成される交番磁界とが相互作用することにより、ロータ１０の回転力が生じ、これによってロータ１０が回転軸１１の中心軸の周りで回転駆動される。
【００２２】
図２（ａ）、（ｂ）は、三相交流モータに設けられるステータを示す図であって、（ａ）はステータの斜視図であり、（ｂ）はステータの正面透視図である。尚、図２（ａ）、（ｂ）においては、理解を容易にするため、ステータ２０の一部をなすケーシング２３の図示を省略している。また、分布巻きコイル２２、ステータ２１についても、その形状を簡略化して模式的に示している。
ステータ２０の一部をなすステータコア２１は、ロータ１０の周りに電機子鉄心として設けられる部材であって、分布巻きコイル２２と一体形成されてなる円環状の部材である。
【００２３】
このステータコア２１は、図２（ａ）に示すように、円環形状のヨーク部３１と、ヨーク部３１の周方向に沿ってヨーク部３１の中心軸に向けて突出した状態で配列されて分布巻きコイル２２に介挿されている複数のティース部３２（ティース）とを有する。尚、図２（ａ）、（ｂ）ではティース部３２を簡略化して８個しか示していないが、実際には、ティース部３２は図１に示すように２４個設けられている。また、詳細は後述するが、このステータコア２１は、ヨーク部３１とティース部３２とが一体形成されてなるものである。
【００２４】
ステータコア２１に設けられたティース部３２は、図２（ｂ）に示す通り、分布巻きコイル２２に介挿される柱部３２ａと、柱部３２ａの先端に設けられた磁極部３２ｂとからなる。柱部３２ａは、分布巻きコイル２２に設けられた穴部２２ａと形状及び大きさが同一であって、いわばその穴部２２ａに埋設されている部位である。磁極部３２ｂは、ヨーク部３１の軸方向に長手方向が設定された矩形平板状のもので、一面の中央部に柱部３２ｂが設けられており、その面が分布巻きコイル２２の一面（ロータ１０に対向する面）に接触している。かかる構成のティース部３２は、柱部３２ａが介挿されているコイル２２に三相交流が供給されることにより、磁極部３２ｂが磁極として機能するようになっている。
【００２５】
尚、ステータコア２１は、各ティース部３２の突出方向がロータ１０の回転軸に向かうようにロータ１０の周りに配置され、かかる配置において磁極部３２ｂとロータコア１２との間の間隔が予め設定された所定の間隔（例えば数ミリメートル程度）となるようにティース部３２の突出量が設定されている。また、ティース部３２は、ロータ１０の回転方向に沿って磁極部３２ｂが一定の間隔をあけて配列されるように、磁極部３２ｂの短手方向の幅が設定されている。
【００２６】
分布巻きコイル２２は、ステータコア２１に設けられたティース部３２が介挿され、外部から供給される三相交流が流れることにより、ステータコア２１のティース部３２（磁極部３２ｂ）を磁極とするものである。具体的には、分布巻きコイル２２は、ステータコア２１のティース部３２（柱部３２ａ）が介挿されるべき穴部２２ａが、ティース部３２の数と同じ数だけ設けられ、この穴部２２ａの周囲及び該穴部２２ａ間に巻線が巻回された略円環形状の部材である。
【００２７】
分布巻きコイル２２をなす巻線は、銅（Ｃｕ）又はアルミニウム（Ａｌ）等の導体（線材）を、２５０〜３００℃程度の耐熱温度を有する絶縁層で被覆した絶縁被覆導線（エナメル線）である。例えば、ニッケル（Ｎｉ）メッキが施された銅からなる線材に高耐熱ポリイミドを被覆してなる高耐熱エナメル線（耐熱温度２８０℃）を用いることができる。このような耐熱温度を有する絶縁被覆導線を用いるのは、粉末磁性体をコイル２２とともに加圧加熱してステータコア２１を形成することによって、デッドスペース（巻線を巻回することができない部分）を解消するためである。
【００２８】
また、このような巻線が巻回されてなる分布巻きコイル２２には、さらにその全体に絶縁性樹脂がコーティングされ、保護膜（図示せず）が形成されている。保護膜を形成する絶縁性樹脂としては、前記の高耐熱ポリイミドなど、種々の耐熱絶縁性樹脂が用いられる。例えば、後述する粉末磁性体をコーティングしている絶縁性樹脂と同じものなどが使用可能である。
【００２９】
略円環形状に形成された分布巻きコイル２２は、全節巻きや短節巻きがなされ、各巻線に三相交流（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相からなる交流）の何れかの相の電流が供給されるようになっている。このため、例えばＵ相の電流が供給される部位、Ｖ相の電流が供給される部位、及びＵ相の電流が供給される部位が、ヨーク部３１の周方向に沿って順次配列される。このように構成された分布巻きコイル２２に三相交流が供給されると、ティース部３２が順次磁化されて、前述した回転磁界が形成される。
【００３０】
ケーシング２３は、ステータコア２１の外周を覆う円環状の部材であって、ロータ１０（回転軸１１の一部及びロータコア１２）、ステータコア２１、及び分布巻きコイル２２を収容している。
【００３１】
前記構成の三相交流モータ１に対して外部から三相交流が供給されると、三相交流の各相の電流がステータ２０に設けられた分布巻きコイル２２に流れる。すると、分布巻きコイル２２に介挿されているティース部３２（磁極部３２ｂ）が順次磁化され、ロータ１０の回転方向に沿って回転磁界が形成される。これにより、表面に交番磁界が形成されたロータコア１２がこの回転磁界と相互作用し、吸引力及び反発力が生ずることによってロータ１０が回転駆動される。
【００３２】
次に、以上に説明したステータ２０及び三相交流モータ１の製造方法について説明する。
図３は、本発明の一実施形態によるステータの製造方法を示すフローチャートである。ステータ２０を製造するには、まず、分布巻きコイルブロックを形成する（工程Ｓ１１：第１工程）。具体的には、図４に示すコイルブロック製造用治具４０を用いて分布巻きコイルブロック（分布巻きコイル２２）を形成する。
【００３３】
コイルブロック製造用治具４０は、略円柱状の基部４１と、該基部４１の側周面に挿脱可能に設けられ、かつ放射状に延出して設けられた複数（２４本）の模擬ティース４２と、を備えて構成されたものである。基部４１には、その側周面に複数（２４個）の孔部４３が、基部の中心に向かって放射状に形成されており、これら孔部４３にそれぞれ模擬ティース４２が挿脱可能に保持されている。これら孔部４３は、基部４１の側周面に、その周方向に沿って等間隔で配置されている。
【００３４】
模擬ティース４２は棒状のもので、前記ステータコア２１のティース部３２の柱部３２ａと同じ太さに形成されている。換言すれば、模擬ティース４２の太さ（大きさ・形状）に一致するように、ティース部３２の柱部３２ａは形成される。
【００３５】
このような構成のコイルブロック製造用治具４０に対して、巻線ノズル５０から前述した高耐熱エナメル線等の巻線５１を繰り出し、模擬ティース４２の周囲及び該模擬ティース４２、４２間に巻線５１を巻回する。模擬ティース４２に対する巻線５１の巻回は、従来の分布巻きコイルの作製と同じ規則性で行う。巻線５１の巻回を完了し、図１に示したような分布巻きコイルブロック（分布巻きコイル２２）を形成したら、基部４１から模擬ティース４２を外し、さらに基部４１から分布巻きコイルブロック（分布巻きコイル２２）を取り外すことにより、分布巻きコイルブロック（分布巻きコイル２２）を得る。
【００３６】
このようにして分布巻きコイルブロック（分布巻きコイル２２）を形成したら、該分布巻きコイルブロック２２Ｂに対して絶縁性樹脂をコーティングし、図５に簡略化して示すように保護膜５２を形成する（工程Ｓ１２：第２工程）。なお、分布巻きコイルブロック２２Ｂ（分布巻きコイル２２）から延びる巻線のリード線Ｌについては、後工程で行われる圧縮時に折れが生じないように、一方側に引き出しておく。保護膜の形成は、予め用意したコーティング液に分布巻きコイルブロックを浸漬し、その後乾燥する手法や、コーティング液をスプレー方等によって分布巻きコイルブロックに塗布し、その後乾燥する手法など、従来公知の手法によって行う。
【００３７】
分布巻きコイルブロック２２Ｂに対する保護膜５２の形成が完了したら、この分布巻きコイルブロック２２Ｂに、ステータコアを形成するための治具を配設する（工程Ｓ１３：第２工程）。図６（ａ）、（ｂ）は、ステータの製造に用いられる治具を示す図であって、（ａ）は治具の１つを示す斜視図、（ｂ）は、分布巻きコイルブロック２２Ｂに治具の全てが配設された状態を示す斜視図である。
【００３８】
本実施形態で用いられる治具は、ステータコア２１の内周の形状を規定する治具Ｊ１、及びステータコア２１の外周の形状を規定する治具Ｊ２である。図６（ａ）に示すように、ステータコア２１の内周の形状を規定する治具Ｊ１は、角柱状の胴部の角部に突起部Ｔが形成された歯車状の形状である。突起部Ｔは、図２（ｂ）に示す隣り合う磁極部３２ｂ、３２ｂ間の間隔を規定し、突起部Ｔの一側面、胴部の一側面、及び隣接する突起部Ｔの一側面からなる３つの面は磁極部３２ｂの形状を規定する。なお、図６（ａ）では簡略化して示した図２（ａ）、（ｂ）に対応して、胴部を八角柱状にし、突起部Ｔを８箇所形成した形状としたが、実際には、図１に示したようにティース部が２４個形成されるため、治具Ｊ１は、銅部が２４角柱状に形成され、突起部Ｔも２４箇所形成された形状となる。
【００３９】
また、図６（ｂ）に示すように、ステータコア２１の外周の形状を規定する治具Ｊ２は、形成した分布巻きコイルブロック２２Ｂに対応する円環状のもので、この治具Ｊ２の内周がステータコア２１の外周の形状を規定する。これら治具Ｊ１、Ｊ２は、ステータコア２１を形成する際に加えられる熱（例えば、２７０℃程度）及び圧力（例えば、５５０ＭＰａ程度）に耐えられ、膨張率の小さな材質（例えば、鋼鉄或いはセラミックス）で形成されている。
【００４０】
図６（ｂ）に示すように、治具Ｊ１は、分布巻きコイルブロック２２Ｂの内周面に突起部Ｔの各々が当接するように配設される。これに対し、治具Ｊ２は、その内周が分布巻きコイルブロック２２Ｂの外周と一定の間隔を保つように、該分布巻きコイルブロック２２Ｂの外周側に配設される。
【００４１】
治具Ｊ１、Ｊ２の配設が完了したら、ステータコア２１の材料である粉末磁性体（例えば、純鉄系粉末）を、治具Ｊ１、Ｊ２と分布巻きコイルブロック２２Ｂとの隙間に充填する（工程Ｓ１４：第２工程）。具体的には、図６（ｂ）に示す治具Ｊ１と分布巻きコイルブロック２２Ｂとの間の隙間Ｇ１、及び、治具Ｊ２と分布巻きコイルブロック２２Ｂとの間の隙間Ｇ２からそれぞれ粉末磁性体を供給する。これらの隙間Ｇ１，Ｇ２から粉末磁性体を供給することにより、治具Ｊ１、Ｊ２と分布巻きコイルブロック２２Ｂとの隙間に加えて、分布巻きコイルブロック２２Ｂに形成された穴部２２ａ（図２（ｂ）、図５参照）にも粉末磁性体が充填される。
【００４２】
このようにして粉末磁性体が充填されると、分布巻きコイルブロック２２Ｂの内周側及び外周側が粉末磁性体に埋没されることになる。このとき、分布巻きコイルブロック２２Ｂ（分布巻きコイル２２）はその全体に保護膜５２が形成されているため、粉末磁性体の充填によって損傷したり、大きく変形したりすることが防止される。
【００４３】
粉末磁性体の充填を完了したら、充填した粉末磁性体をコイルブロックとともに加圧加熱し、分布巻きコイルブロック２２Ｂ（分布巻きコイル２２）が一体化されたステータコア２１を形成する（工程Ｓ１５：第２工程）。図７は、ステータの製造工程の１つである加圧加熱工程を説明するための図である。尚、図７では、理解を容易にするため、分布巻きコイルブロック２２Ｂのみを示しており、分布巻きコイルブロック２２Ｂに対して配設された治具Ｊ１、Ｊ２及び充填された粉末磁性体については図示を省略している。
【００４４】
図７に示すように、本工程では、まず粉末磁性体が充填されている状態の分布巻きコイルブロック２２Ｂ（加えて、治具Ｊ１、Ｊ２）の上方側及び下方側に圧縮形成治具Ｊ１１、Ｊ１２を配設する。尚、予め圧縮形成治具Ｊ１２の上面で治具Ｊ１、Ｊ２の配設（工程Ｓ１３）、及び粉末磁性体の充填（工程Ｓ１４）を行い、本工程では圧縮形成治具Ｊ１１のみを分布巻きコイルブロック２２Ｂ等の上方側に配設するようにしてもよい。
【００４５】
次に、分布巻きコイルブロック２２Ｂの上方側及び下方側に圧縮形成治具Ｊ１１、Ｊ１２を配設した状態で、例えばプレス機を用いて圧縮形成治具Ｊ１１、Ｊ１２の間を、例えば５５０ＭＰａ程度の圧力で加圧する。これにより、充填された粉末磁性体が、略円環状の分布巻きコイルブロック２２Ｂの側方（軸方向）側から加圧され、ステータコア２１の圧粉体が形成される。このときでも、分布巻きコイルブロック２２Ｂ（分布巻きコイル２２）はその全体に保護膜５２が形成されているため、加圧された粉末磁性体によって損傷したり、大きく変形したりすることが防止される。尚、粉末磁性体を加圧する際には、分布巻きコイルブロック２２Ｂのリード線Ｌ（図５参照）の折れや断線等に注意する必要がある。
【００４６】
そして、ステータコア２１の圧粉体を、例えば２７０℃程度の温度で３０分程度加熱し、治具Ｊ１、Ｊ２等を取り外すことにより、分布巻きコイル２２が一体化されたステータコア２１を形成する。尚、以上の工程によって製造されたステータコア２１をロータ１４の周りに配設するとともに、ステータコア２１の外周にケーシング２３を取り付けることにより、図１に示す三相交流モータ１が得られる。
【００４７】
以上説明したように、本実形態のステータの製造方法では、巻線を巻回して予め定められた形状の分布巻きコイルブロック２２Ｂを形成し、この分布巻きコイルブロック２２Ｂを粉末磁性体に埋没させて粉末磁性体を分布巻きコイルブロック２２Ｂとともに加圧加熱することにより、分布巻きコイルブロック２２Ｂ（分布巻きコイル２２）が一体化されたステータコア２１を形成している。これにより、分布巻きコイルブロック２２Ｂの形状に合わせてステータコア２１を形成することができるため、ティースに巻線を巻回していた従来において生じていたデッドスペース（巻線を巻回することができない部分）を減ずることができる。
【００４８】
また、ステータコア２１を複数のコア分割片で形成することなく、粉末磁性体によって分布巻きコイルブロック２２Ｂ（分布巻きコイル２２）とともに一体成型するので、従来のように巻線を巻き回す力でコア分割片が移動してその固定がずれてしまったり、巻線の巻き回しの際にティースに与えられる強い応力によって破損したり、中長期的な使用で劣化が促進されるといったおそれを回避することができる。
【００４９】
また、前記製造方法で得られる、分布巻きコイル２２が一体化されたステータコア２１を備えるステータ２０は、ロータ１０との間でより強い磁界を作用させることが可能な高性能のものである。したがって、このようなステータ２０をロータ１０の周りに配置することで三相交流モータ１に設ければ、電気エネルギーと回転運動エネルギーとの間のエネルギー変換を高い効率で行うことができる効率の良い三相交流モータ１を実現することができる。
【００５０】
以上、本発明の一実施形態による回転機について説明したが、本発明は前記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、前記実施形態では、電動機の一種である三相交流モータを例に挙げて説明したが、発電機にも本発明を適用することができる。また、本発明は、三相交流以外の多相電流が用いられる回転機にも適用することができる。
【００５１】
また、前記実施形態では、高耐熱エナメル線等の巻線を巻回して分布巻きコイルブロック２２Ｂを形成する例について説明したが、分布巻きコイルブロック２２Ｂを形成する際には、巻線の間に絶縁紙を挟み込むようにしてもよい。
【００５２】
また、前記実施形態では、治具Ｊ１、Ｊ２と分布巻きコイルブロック２２Ｂとの隙間に粉末磁性体を充填して分布巻きコイルブロック２２Ｂの内周側及び外周側を粉末磁性体に埋没させる例について説明した。しかしながら、粉末磁性体に埋没させる部分は、分布巻きコイルブロック２２Ｂの形状や治具の形状等に応じて適宜変更してもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１…三相交流モータ、１０…ロータ、２０…ステータ、２１…ステータコア、２２…分布巻きコイル、２２ａ…穴部、２２Ｂ…分布巻きコイルブロック、３２…ティース部（ティース）、４０…コイルブロック製造用治具、４１…基部、４２…模擬ティース、４３…孔部、５１…巻線、５２…保護膜、Ｊ１、Ｊ２…治具
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向に沿って複数のティースが設けられた円環状のステータコアと、前記ティースの周囲及び該ティース間に巻回された分布巻きコイルとを備えるステータの製造方法であって、
巻線を巻回して予め定められた形状の分布巻きコイルブロックを形成する第１工程と、
前記分布巻きコイルブロックを粉末磁性体に埋没させ、該粉末磁性体を前記分布巻きコイルブロックとともに加圧加熱して前記分布巻きコイルブロックと一体化されてなるステータコアを形成する第２工程と、を有することを特徴とするステータの製造方法。
【請求項２】
前記第１工程では、柱状の基部と、該基部の側周面に挿脱可能に設けられ、かつ放射状に延出して設けられた複数の模擬ティースとを備えたコイルブロック製造用治具を用い、該コイルブロック製造用治具の前記模擬ティースの周囲及び該模擬ティース間に巻線を巻回して分布巻きコイルブロックを形成し、その後、前記基部から前記模擬ティースを外すことで前記コイルブロック製造用治具から分布巻きコイルブロックを取り外し、分布巻きコイルブロックを得ることを特徴とする請求項１記載のステータの製造方法。
【請求項３】
前記第１工程では、分布巻きコイルブロックを形成した後、該分布巻きコイルブロックに対して絶縁性樹脂をコーティングし、保護膜を形成することを特徴とする請求項１又は２に記載のステータの製造方法。
【請求項４】
前記第２工程では、前記分布巻きコイルブロックの内周側及び外周側の各々に、前記ステータコアの内周及び外周の形状を規定する治具を配設し、前記治具と前記コイルブロックとの間の隙間に前記粉末磁性体を充填して前記分布巻きコイルブロックの少なくとも内周側及び外周側を埋没させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のステータの製造方法。
【請求項５】
前記第２工程では、前記粉末磁性体を、前記分布巻きコイルブロックの側方側から加圧加熱することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のステータの製造方法。
【請求項６】
回転可能なロータと、該ロータの周りに配置されるステータとを備える回転機の製造方法であって、
請求項１〜５のいずれか一項に記載のステータの製造方法によってステータを製造する工程と、
前記工程で得られたステータを前記ロータの周りに配置する工程と、を有することを特徴とする回転機の製造方法。
【請求項１】
周方向に沿って複数のティースが設けられた円環状のステータコアと、前記ティースの周囲及び該ティース間に巻回された分布巻きコイルとを備えるステータの製造方法であって、
巻線を巻回して予め定められた形状の分布巻きコイルブロックを形成する第１工程と、
前記分布巻きコイルブロックを粉末磁性体に埋没させ、該粉末磁性体を前記分布巻きコイルブロックとともに加圧加熱して前記分布巻きコイルブロックと一体化されてなるステータコアを形成する第２工程と、を有することを特徴とするステータの製造方法。
【請求項２】
前記第１工程では、柱状の基部と、該基部の側周面に挿脱可能に設けられ、かつ放射状に延出して設けられた複数の模擬ティースとを備えたコイルブロック製造用治具を用い、該コイルブロック製造用治具の前記模擬ティースの周囲及び該模擬ティース間に巻線を巻回して分布巻きコイルブロックを形成し、その後、前記基部から前記模擬ティースを外すことで前記コイルブロック製造用治具から分布巻きコイルブロックを取り外し、分布巻きコイルブロックを得ることを特徴とする請求項１記載のステータの製造方法。
【請求項３】
前記第１工程では、分布巻きコイルブロックを形成した後、該分布巻きコイルブロックに対して絶縁性樹脂をコーティングし、保護膜を形成することを特徴とする請求項１又は２に記載のステータの製造方法。
【請求項４】
前記第２工程では、前記分布巻きコイルブロックの内周側及び外周側の各々に、前記ステータコアの内周及び外周の形状を規定する治具を配設し、前記治具と前記コイルブロックとの間の隙間に前記粉末磁性体を充填して前記分布巻きコイルブロックの少なくとも内周側及び外周側を埋没させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のステータの製造方法。
【請求項５】
前記第２工程では、前記粉末磁性体を、前記分布巻きコイルブロックの側方側から加圧加熱することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のステータの製造方法。
【請求項６】
回転可能なロータと、該ロータの周りに配置されるステータとを備える回転機の製造方法であって、
請求項１〜５のいずれか一項に記載のステータの製造方法によってステータを製造する工程と、
前記工程で得られたステータを前記ロータの周りに配置する工程と、を有することを特徴とする回転機の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−１１５８７５（Ｐ２０１３−１１５８７５Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５７９４１（Ｐ２０１１−２５７９４１）
【出願日】平成２３年１１月２５日（２０１１．１１．２５）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２５日（２０１１．１１．２５）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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