モータの固定子
【課題】コイル量を低減させ、コイル抵抗や銅損を抑制してモータ効率を向上させると共に、モータ重量の低減及びモータ体格の小型化を図り、更に、レーシング処理やワニス処理などのコイル固定化処理を廃止または簡素化するモータの固定子を提供する。
【解決手段】ワイヤ線２０が、張力が付与された状態で、絶縁部材１２を介してスロット１６に分布巻きされることで、Ｕ相コイル１３ｕ、Ｖ相コイル１３ｖ、及びＷ相コイル１３ｗがそれぞれ形成される。この各相のコイル１３ｕ、１３ｖ、１３ｗは、コイルエンド部１７ｕ、１７ｖ、１７ｗが、各相の巻き回数単位でステータコア１１に交互に配置される。
【解決手段】ワイヤ線２０が、張力が付与された状態で、絶縁部材１２を介してスロット１６に分布巻きされることで、Ｕ相コイル１３ｕ、Ｖ相コイル１３ｖ、及びＷ相コイル１３ｗがそれぞれ形成される。この各相のコイル１３ｕ、１３ｖ、１３ｗは、コイルエンド部１７ｕ、１７ｖ、１７ｗが、各相の巻き回数単位でステータコア１１に交互に配置される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に電気自動車やハイブリッド自動車などの駆動源として用いられる、ワイヤ線が分布巻きされたモータの固定子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、分布巻きモータの固定子は、ステータコアに対してワイヤ線を直巻してコイルを形成する直巻方式や、予めワイヤ線を巻回して成形したコイルをステータコアのスロット内に挿入するインサータ方式などによって製造されている。
【０００３】
直巻方式としては、フォーマ脱着・交換部、巻線アーム駆動部、検査部、および相間絶縁体組み付け部を、ホルダに保持されたステータコアの周囲に順に配置し、ステータコアを所定角度ずつ回動させながら、ワイヤノズルをステータ軸方向、及び軸周りに移動させて、単一設備によりワイヤ作業を実施するようにしたステータコアの巻線方法および巻線装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。このステータコアの巻線方法および巻線装置により、図１２に示すように、ステータコア１１０の各スロット１１１にＵ，Ｖ，Ｗ相の各コイル１１２，１１３，１１４が巻回される。
【０００４】
また、図１３に示すように、ステータコア１１０に対して三次元方向に相対移動すると共に線材１１５を繰り出すノズル１２１と、ステータコア１１０に対して径方向に相対移動可能なガイド１２２，１２３と、を備え、このガイド１２２，１２３を相対移動させることにより、スロット１１１に挿入された線材１１５を巻回し、コイル１１２，１１３，１１４の線材占積率を高めるようにした巻線方法及び巻線装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
インサータ方式としては、図１４に示すように、例えば、ステータコア１１０に挿入されるブレード１２５と、ブレード１２５に掛けられたコイル１１２をステータコア１１０に押込むコイル挿入治具１２６と、ウェッジ１２７をガイドするウェッジガイド１２８と、このウェッジ１２７をスロットに向けて押込むウェッジ挿入治具１２９と、ウェッジ挿入力を測定するロードセル１３１とを備え、ステータコア組立工程においてウェッジ１２７の挿入異常を検出可能としたアウターコア組立装置１３０が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７‐６６７７号公報
【特許文献２】特許第３６６９９６６号公報
【特許文献３】特開２００６‐１６６６７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載のステータコアの巻線方法および巻線装置によって製作されるモータの固定子の場合、同相スロット（例えばＵ相スロット）の間に他相スロット（例えばＶ相スロット、Ｗ相スロット）があるため、Ｕ相スロットから次のＵ相スロットに線材を挿入すると、そのコイルエンド部が他相スロットを跨ぎ、Ｕ相スロットに線材を直線的に挿入した場合には、他相スロット（Ｖ相スロット、Ｗ相スロット）をコイルエンド部で覆ってしまう。この場合、他相スロットには多くの線材を挿入することができず、線材占積率が低下する。このため、図１２に示すように、線材占積率を低下させることなくＶ相コイル１１３をスロット１１１内に挿入するためには、先に挿入したＵ相コイル１１２のコイルエンド部１１２ａを予めステータコア１１０の外周側に大きく逃がしてＶ相コイル１１２の挿入空間を確保しておく必要があり、更に、Ｗ相コイル１１４をスロット１１１内に挿入するためには、先に挿入したＶ相コイル１１３のコイルエンド部１１３ａも予めステータコア１１０の外周側に大きく逃がしてＷ相コイル１１４の挿入空間を確保しておく必要がある。
【０００８】
その結果、モータ性能向上には直接寄与しないコイルエンド部１１２ａ，１１３ａ，１１４ａが大きくなり、モータの体格が大きくなってしまう。また、コイル量も多くなるためモータ重量が増加すると共にコイル抵抗が大きくなり、その結果、銅損が大きくなってモータの効率が低下する問題があった。また、各相のコイル１１２，１１３，１１４を固定するためには、線材１１５を巻回した後、レーシング処理やワニス処理などが必要となる。
【０００９】
また、特許文献２の巻線方法及び巻線装置によれば、ガイド１２２，１２３によって線材１１５をスロット１１１の径方向外側に寄せて線材１１５を一時的に位置決めしながら巻回するので、コイル１１２，１１３，１１４の線材占積率をある程度は高めることができる。しかしながら、コイル１１２，１１３，１１４がステータコア１１０に固定化されるものではなく、線材１１５を巻回した後、レーシング処理やワニス処理などが必要であり、固定子作製に多くの工数を要し、コストが増大する問題があった。
【００１０】
また、特許文献３のアウターコア組立装置１３０によると、線材１１５を予めコイル１１２に成形し、このコイル１１２をステータコア１１０に対して斜めにしながらコイル挿入治具１２６でステータコア１１０のスロットに押込むため、製品として必要な長さ以上の線材１１５の長さが必要となる。この結果、無駄なコイル量が多くなって、モータ重量やコイル抵抗が大きくなると共に、銅損の増大に伴ってモータ効率が低下する問題があった。また、モータの体格が大きくなる問題もあり、改善の余地があった。更に、特許文献３によっても、コイル１１２をスロットに押し込んだ後、レーシング処理やワニス処理などが必要となる問題があった。
【００１１】
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、コイル量を低減させ、コイル抵抗や銅損を抑制してモータ効率を向上させると共に、モータ重量の低減及びモータ体格の小型化を図り、更に、レーシング処理やワニス処理などのコイル固定化処理を廃止または簡素化できるモータの固定子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、複数のスロット（例えば、後述の実施形態におけるスロット１６）を有するステータコア（例えば、後述の実施形態におけるステータコア１１）と、
前記複数のスロット内に配置される絶縁部材（例えば、後述の実施形態における絶縁部材１２）と、
複数の素線（例えば、後述の実施形態における素線２０´）からなるワイヤ線（例えば、後述の実施形態におけるワイヤ線２０）が前記複数のスロット内に前記絶縁部材を介して所定のスロット数を空けて分布巻きされることでそれぞれ形成される複数相のコイル（例えば、後述の実施形態におけるＵ相コイル１３ｕ，Ｖ相コイル１３ｖ，Ｗ相コイル１３ｗ）と、
を備えるモータの固定子（例えば、後述の実施形態におけるモータの固定子１０）であって、
前記ワイヤ線は張力を付与された状態で前記絶縁部材内に配置されることで、前記ステータコア、前記絶縁部材、及び前記コイルがそれぞれ物理的に固定されることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に係る発明は、請求項１の構成に加えて、前記複数相のコイルのコイルエンド部（例えば、後述の実施形態におけるＵ相コイルエンド部１７ｕ，Ｖ相コイルエンド部１７ｖ，Ｗ相コイルエンド部１７ｗ）は、各相の巻き回数単位で前記ステータコアに交互に配置されることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２の構成に加えて、前記絶縁部材は、弾性を有する樹脂部材（例えば、後述の実施形態における絶縁部材１２）であることを特徴とする。
【００１５】
請求項４に係る発明は、請求項１〜請求項３のいずれかの構成に加えて、前記ワイヤ線の張力は、前記ワイヤ線の弾性許容応力以下、および／または前記絶縁部材の許容圧縮強度以下であることを特徴とする。
【００１６】
請求項５に係る発明は、請求項１〜請求項４のいずれかの構成に加えて、前記スロットは、開口部（例えば、後述の実施形態における開口部１８）が前記ステータコアの内周面（例えば、後述の実施形態における内周面１９）に開口することを特徴とする。
【００１７】
請求項６に係る発明は、請求項１〜請求項５のいずれかの構成に加えて、前記スロット内に配置された前記コイルの占積率（例えば、後述の実施形態におけるコイルの占積率Ｓ）は、４０％以上であることを特徴とする。
【００１８】
請求項７に係る発明は、請求項１〜請求項６のいずれかの構成に加えて、前記複数相のコイルは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相のコイルからなり、
前記３相のコイルは、２相のコイルのコイルエンド部が径方向に並ぶように、前記ワイヤ線を前記複数のスロットに波巻きして形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１の発明によれば、レーシング処理やワニス処理などのコイル固定化処理を廃止または簡素化でき、製造工程を簡略化することが可能となり、モータの固定子の製造コストが抑制される。
【００２０】
請求項２の発明によれば、コイル量が低減し、コイル抵抗や銅損を抑制してモータ効率を向上させることができる。また、モータ重量の低減及びモータ体格の小型化が図られる。
【００２１】
請求項３の発明によれば、複数相のコイルを形成する際、張力を付与した状態でワイヤ線を絶縁部材に分布巻きしても、ワイヤ線を傷付ける虞がなく、所定のモータ性能が維持される。
【００２２】
請求項４の発明によれば、複数相のコイルを形成する際、張力を付与した状態でワイヤ線を絶縁部材に分布巻きしても、ワイヤ線や絶縁部材が塑性変形することがなく、所定のモータ性能が維持される。
【００２３】
請求項５の発明によれば、インナーロータタイプのモータの固定子として好適に使用することができる。
【００２４】
請求項６の発明によれば、モータ効率が向上する。
【００２５】
請求項７の発明によれば、コイル量の低減が可能となり、コイル抵抗や銅損を抑制してモータ効率を向上させることができる。また、モータ重量の低減及びモータ体格の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係るモータの固定子にワイヤ線が分布巻きされた状態を示す要部拡大斜視図である。
【図２】図１に示すワイヤ線の巻回状態を示す模式図である。
【図３】内径側から見た固定子の部分拡大図である。
【図４】１相分のワイヤ線の巻回状態を示す要部拡大斜視図である。
【図５】スロットに挿入されたワイヤ線の状態を示す断面図である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は、占積率を説明するための図である。
【図７】（ａ）は、本発明に係るモータの固定子の製造工程図、（ｂ）は、従来の製造工程図である。
【図８】モータの固定子の製造装置の要部拡大図である。
【図９】図８に示す製造装置の平面概念図である。
【図１０】図８に示す製造装置によって、ワイヤ線がステータコアに巻回される手順を段階的に示す要部拡大図である。
【図１１】製造装置のフックによりワイヤ線に張力が付与される状態を示す側面図である。
【図１２】従来のモータの固定子の要部拡大図である。
【図１３】他の従来のモータの固定子にワイヤ線が直巻きされる状態を示す要部拡大斜視図である。
【図１４】ワイヤ線により形成されたコイルを、ステータコアのスロットに挿入する更に他の従来の製造装置の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の一実施の形態を、添付図面に基づいて説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
【００２８】
図１に示すように、本実施形態のモータの固定子１０は、３相８極の分布巻き固定子であり、ステータコア１１と、絶縁部材１２と、コイル１３（Ｕ相コイル１３ｕ、Ｖ相コイル１３ｖ、及びＷ相コイル１３ｗ）と、を備えて形成される。ステータコア１１は、例えば、プレス抜きされた複数枚の珪素鋼板が積層されて構成され、４８個のティース１５と、隣接するティース１５,１５間に形成される４８個のスロット１６とを備える。また、モータは、インナーロータタイプであり、スロット１６の開口部１８は、ステータコア１１の内周面１９に開口している。
【００２９】
各スロット１６には、樹脂材料を射出成型して形成され、電気的絶縁特性、及び適度の弾性を有する複数の絶縁部材１２が、スロット１６の内面を覆うようにステータコア１１の軸方向両側から挿入されている。絶縁部材１２は、ステータコア１１と各相コイル１３ｕ、１３ｖ、１３ｗ間を電気的に絶縁するものである。射出成型される樹脂材料としては、例えば、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイドなどが例示される。
【００３０】
絶縁部材１２は、ワイヤ線２０に張力を付与しながらワイヤ線２０を巻回する際、各ワイヤ線２０を傷付ける虞がなく、絶縁性能が確保可能なものであればよく、樹脂の成型品に限定されず、例えば、適度な厚さや弾性を有するアラミッド紙なども使用することができる。また、ステータコア１１に樹脂をアウトサート成型して絶縁部材１２としてもよい。更に、コイル１３に印加される電圧が高い場合（例えば、６５０Ｖ以上）には、電圧に応じて各相間に相間絶縁紙などが配置されてもよい。
【００３１】
Ｕ相コイル１３ｕ、Ｖ相コイル１３ｖ、及びＷ相コイル１３ｗは、複数（本実施形態では、１１本）の細径のポリアミドイミドエナメル銅線などの素線２０´（図５参照。）を束ねたワイヤ線２０を、所定のスロット１６に挿入し、波巻きによってステータコア１１に巻き付けてそれぞれ形成される。
【００３２】
各相コイル１３ｕ、１３ｖ、１３ｗのコイルエンド部１７ｕ、１７ｖ、１７ｗは、３相のコイル１３ｕ、１３ｖ、１３ｗの内、２相のコイル（１３ｕと１３ｖ、１３ｖと１３ｗ、または１３ｗと１３ｕ）のコイルエンド部（１７ｕと１７ｖ、１７ｖと１７ｗ、または１７ｗと１７ｕ）が径方向に並ぶように、各相コイル１３ｕ、１３ｖ、１３ｗの巻き回数単位でステータコア１１の径方向に交互に配置されている。
【００３３】
図２から図４に示すように、本実施形態の固定子１０は、ダブルスロット方式の固定子であり、各相２組ずつのワイヤ線２０が、ステータコア１１の隣接するスロット１６（Ｕ相スロット１６ｕ、Ｖ相スロット１６ｖ、Ｗ相スロット１６ｗ）に波巻きにより分布巻きされている。スロット１６は、ステータコア１１の周方向に、Ｕ相スロット１６ｕ、Ｖ相スロット１６ｖ、Ｗ相スロット１６ｗの順で繰り返されて配置されている。
【００３４】
具体的には、先ずＵ相コイル１３ｕを構成する２組のワイヤ線２０が、それぞれ２つのＵ相スロット１６ｕに固定子１０の軸方向一端側（図２の下端）から他端側（図２の上端）に向けて絶縁部材１２を介して挿入され、各２つのＶ相スロット１６ｖ及びＷ相スロット１６ｗを飛び越して次の２つのＵ相スロット１６ｕに軸方向他端側から一端側に絶縁部材１２を介して挿入される。以後同様に、ステータコア１１を一周するように、ワイヤ線２０が波巻きによってＵ相スロット１６ｕに挿入されてＵ相コイル１３ｕの第１ターン１３ｕ１が形成される。
【００３５】
次いで、Ｖ相コイル１３ｖを構成する２組のワイヤ線２０が、上記２つずつのＵ相スロット１６ｕ間のそれぞれ２つのＶ相スロット１６ｖに固定子１０の軸方向他端側から一端側に向けて絶縁部材１２を介して挿入され、各２つのＷ相スロット１６ｗ及びＵ相スロット１６ｕを飛び越して次の２つのＶ相スロット１６ｖに軸方向一端側から他端側に絶縁部材１２を介して挿入され、以後同様に、ステータコア１１を一周するようにＶ相スロット１６ｖに波巻きされてＶ相コイル１３ｖの第１ターン１３ｖ１が形成される。
【００３６】
同様に、Ｗ相コイル１３ｗを構成する２組のワイヤ線２０が、上記２つずつのＵ相スロット１６ｕ間のそれぞれ２つのＷ相スロット１６ｗに固定子１０の軸方向一端側から他端側に向けて絶縁部材１２を介して挿入され、各２つＵ相スロット１６ｕ及びＶ相スロット１６ｖを飛び越して次の２つのＷ相スロット１６ｗに軸方向他端側から一端側に絶縁部材１２を介して挿入される。これによりＵ相コイル１３ｕとＷ相コイル１３ｗのコイルエンド部１７ｕ，１７ｗが交差する軸方向一端側又は軸方向他端側と反対側の軸方向他端側又は軸方向一端側をＶ相コイル１３ｖのコイルエンド部１７ｖが通過する。以後同様に、ステータコア１１を一周するようにＷ相スロット１６ｗに波巻きされてＷ相コイル１３ｗの第１ターン１３ｗ１が形成される。
【００３７】
同様にして、Ｕ相コイル１３ｕの第２ターン１３ｕ２、Ｖ相コイル１３ｖの第２ターン１３ｖ２、Ｗ相コイル１３ｗの第２ターン１３ｗ２、Ｕ相コイル１３ｕの第３ターン１３ｕ３、・・・・が、この順でステータコア１１に巻回される。
【００３８】
このように、Ｕ相コイル１３ｕ、Ｖ相コイル１３ｖ、及びＷ相コイル１３ｗを、１ターンごとに交互に配置することにより、図１に示すように、Ｕ相コイル１３ｕ、Ｖ相コイル１３ｖ、及びＷ相コイル１３ｗの内、２相のコイル（１３ｕ及び１３ｗ、１３ｖ及び１３ｗ）のコイルエンド部（１７ｕ及び１７ｗ、１７ｖ及び１７ｗ、）が、径方向に並ぶように配置されて、ワイヤ線２０が複数のスロット１６に波巻きされる。Ｕ相コイル１３ｕ、Ｖ相コイル１３ｖ、及びＷ相コイル１３ｗを、各相の巻き回数単位で交互に配置することにより、従来のコイルと比較して、コイルエンド部１７ｕ、１７ｖ、１７ｗの体積が小さくなり、これによりコイル量が低減する。
【００３９】
図４は、理解を容易にするため、Ｕ相コイル１３ｕのみを示した図であり、各相のコイルエンド部１７ｕ、１７ｖ、１７ｗは、第１ターン１３ｕ１と第２ターン１３ｕ２の間に設けられた半径方向隙間に、Ｗ相コイル１３ｗの第１ターン１３ｗ１及びＶ相コイル１３ｖの第１ターン１３ｖ１が挿入されることになる。このため、コイルエンド部１７ｕは、１ターンごとに少しずつ径方向外方に変位して形成される。その変位量は、ステータコア１１の外径側から内径側に向かうに従って次第に小さくなっている。また、コイルエンド部１７ｕの変位量は、ステータコア１１の半径方向厚さの略中心部から径方向外側に配置されるコイルエンド部１７ｕを径方向外方に向けて変位させ、略中心部から径方向内側に配置されるコイルエンド部１７ｕを径方向内方に向けて変位させるようにしてもよい。Ｖ相コイルエンド部１７ｖ、及びＷ相コイルエンド部１７ｗについても同様である。
【００４０】
各相コイル１３ｕ、１３ｖ、及び１３ｗを構成するワイヤ線２０は、図３に示すように、絶縁部材１２の形状に沿って曲げられ、張力が付与された状態で各相スロット１６ｕ、１６ｖ、及び１６ｗに上記したように波巻きされる。これにより、ステータコア１１、絶縁部材１２、及び各相コイル１３ｕ、１３ｖ、１３ｗは、ワイヤ線２０の張力によって物理的に固定されることになる。従って、従来の固定子で実施されていたレーシング処理や、ワニス処理などのコイル固定化処理を廃止または簡素化できる。
【００４１】
ワイヤ線２０の張力は、ワイヤ線２０の弾性許容応力以下、或いは、ワイヤ線２０の張力によって絶縁部材１２に作用する応力が許容圧縮強度以下とするのが好ましく、両方を満たすのがより好ましい。これにより、巻回されたワイヤ線２０の塑性変形や破断、絶縁部材１２の塑性変形など、ワイヤ線２０の張力による不具合が生じることがない。
【００４２】
図５に示すように、ワイヤ線２０は、絶縁部材１２を介して各スロット１６内に配置され、Ｕ、Ｖ、Ｗ相のコイルエンド部１７ｕ、１７ｖ、１７ｗが、巻き回数単位でステータコア１１の径方向に交互に配置されるので、他の相のコイルが巻回される際、既に巻回されている相のコイルが邪魔になることがなく、コイル１３の占積率Ｓを高めた状態で巻回することが可能であり、本実施形態の固定子１０の占積率Ｓは、４０％以上とすることができる。ここで、占積率Ｓとは、図６に示すように、絶縁被膜２０ａを除いた電気的導体部分２０ｂの断面積Ｓ１をスロット１６内を通過する素線２０´の部分の数で積算したものと、スロット１６の断面積Ｓ２との比として定義される。
【００４３】
次に、図７から図１１に基づいて、モータの固定子１０の製造方法について説明する。図７（ａ）は、本発明に係るモータの固定子の製造工程図、図７（ｂ）は、従来の製造工程図である。図７（ｂ）に示すように、従来の製造方法によると、ステータコアの各スロットに絶縁部材を組み付けた後（ステップＳ１）、絶縁部材を介してワイヤ線をステータコアに巻き付け（ステップＳ２）、ステータコアから軸方向外方に突出するコイルエンド部を径方向外方に曲げる中間成形を行い（ステップＳ３）、次いでコイルエンド部の形を整える仕上げ成形を行う（ステップＳ４）。そして、コイルをレーシング紐で結束するレーシング処理（ステップＳ５）、及びワニスを含侵・硬化させるワニス処理を施してステータコア、絶縁部材、及びコイルを固定する（ステップＳ６）。このように、従来の製造方法によると、６ステップの工程を経てモータの固定子が製造される。
【００４４】
これに対して、本発明に係るモータの固定子の製造方法は、図７（ａ）に示すように、ステータコア１１の各スロット１６に絶縁部材１２を組み付ける工程（ステップＳ１１）と、絶縁部材１２を介してワイヤ線２０をステータコア１１に巻き付ける工程（ステップＳ１２）との、２ステップの工程に短縮することができ、材料の削減と共に、製作時間を大幅に短縮することができ、製作コストを抑制することができる。なお、ワイヤ線２０が、熱処理によって接着できるような樹脂が表面に塗布される自己融着線などである場合には、熱処理工程（ステップＳ１３）によってワイヤ線２０を簡易的に固定することで、コイルの固定化を簡素化できる。
【００４５】
図８及び図９に示すように、水平に配置されたステータコア１１に対して、それぞれ２組のワイヤ線２０を吐出するＵ、Ｖ、Ｗ相の３つのノズル３１と、所定の位置でワイヤ線２０を保持する複数のフック３２によって、ステータコア１１にワイヤ線２０が波巻きされる。
【００４６】
ノズル３１は、Ｕ相コイル１３ｕを構成する２組のワイヤ線２０を吐出するＵ相ノズル３１ｕと、Ｖ相コイルを構成する２組のワイヤ線２０を吐出するＶ相ノズル３１ｖと、Ｗ相コイル１３ｗを構成する２組のワイヤ線２０を吐出するＷ相ノズル３１ｗとを備え、ステータコア１１の内径側に配置される。各相ノズル３１ｕ、３１ｖ、３１ｗは、それぞれ２組のワイヤ線２０を吐出しながらノズルガイドレール３０に案内されてステータコア１１の上下方向、及び径方向に移動可能である。
【００４７】
フック３２は、ステータコア１１の軸方向両端部側にそれぞれ１２個ずつ、合計２４個配置されており、各相ノズル３１ｕ、３１ｖ、３１ｗから吐出されたワイヤ線２０を所定の位置で係止して、ステータコア１１の径方向外方で保持する。
【００４８】
ワイヤ線２０をステータコア１１に分布巻き（波巻き）する具体的な工程は、図１０（ａ）に示すように、２組のワイヤ線２０をステータコア１１の軸方向一端側（図中下端）から他端側（図中上端）に向けて絶縁部材１２を介して一対の第１のスロット１６ａに挿通する。そして、第１のスロット１６ａから引き出されたワイヤ線２０を径方向内側に移動したフック３２で係止し（図１０（ｂ））、フック３２を径方向外側に逃がすことでワイヤ線２０に張力を付与した状態で第１のスロット１６ａの径方向外方で保持する（図１０（ｃ））。
【００４９】
ワイヤ線２０に張力を付与する際、ワイヤ線２０をフック３２に係止して径方向外方に引っ張ると、スロット１６に挿通したワイヤ線２０が、径方向内方に膨らんでしまい占積率が低下する虞がある。この場合、ワイヤ線押圧機構を設けて、径方向内方に膨らんだスロット１６内のワイヤ線２０を、径方向外方に押圧して膨らみを補正しながらワイヤ線２０を巻回するようにしてもよい。
【００５０】
次いで、ワイヤ線２０をフック３２に係止したまま、ワイヤ線２０を次に挿通する予定の第２のスロット１６ｂの位置まで、ステータコア１１をフック３２と共に所定の角度だけ回動させる。これにより、ノズル３１から吐出されたワイヤ線２０は、ステータコア１１の外周側に沿って配置される（図１０（ｄ））。ここで、ワイヤ線２０を隣接する他のフック３２によって第２のスロット１６ｂの径方向外方で保持したまま（図１０（ｅ））、ワイヤ線２０をステータコア１１の軸方向他端側（上側）から一端側（下側）に向けて絶縁部材１２を介して第２のスロット１６ｂに挿通する（図１０（ｆ））。
【００５１】
以後同様に、図１１に示すように、ステータコア１１の軸方向一端側（下端側）において、第２のスロット１６ｂから引き出されたワイヤ線２０を、フック３２に係止してワイヤ線２０に張力を付与した状態で第２のスロット１６ｂの径方向外方で保持し、ワイヤ線２０を次に挿通させる第３のスロット１６位置まで、ステータコア１１をフック３２と共に所定の角度だけ回動させる。これにより、ノズル３１から吐出されてステータコア１１の外周側に沿って配置されたワイヤ線２０を、第３のスロット１６の径方向外方で保持する。上記した工程を繰り返し行うことにより、１相のコイル１３（例えば、Ｕ相コイル１３ｕ）がステータコア１１に波巻きされる。
【００５２】
上記した動作を、Ｕ相ノズル３１ｕ、Ｖ相ノズル３１ｖ、Ｗ相ノズル３１ｗの３つのノズル３１で同時に行わせることで、ステータコア１１にＵ相コイル１３ｕ、Ｖ相コイル１３ｖ、及びＷ相コイル１３ｗの３つのコイル１３が、巻き回数単位で交互に配置されて形成される。
【００５３】
以上説明したように、本実施形態に係るモータの固定子１０によれば、複数の素線からなるワイヤ線２０は、張力が付与された状態で、スロット１６内の絶縁部材１２に分布巻きされることで複数相のコイル１３ｕ、１３ｖ、及び１３ｗをそれぞれ形成する。これにより、ステータコア１１、絶縁部材１２、及びコイル１３は、ワイヤ線２０に付与された張力によってそれぞれ物理的に固定されるので、レーシング処理やワニス処理などを廃止または簡素化でき、製造工程を簡略化することが可能となり、モータの固定子１０の製造コストが抑制される。ここで、ステータコア１１、絶縁部材１２、及びコイル１３が物理的に固定されるとは、ワイヤ線２０の張力によってステータコア１１、絶縁部材１２、及びコイル１３の相対的位置関係が殆ど変化しない状態のことを言う。
【００５４】
また、複数相のコイル１３ｕ、１３ｖ、及び１３ｗのコイルエンド部１７ｕ、１７ｖ、１７ｗは、各相の巻き回数単位でステータコア１１に交互に配置されるので、コイル量が低減し、コイル抵抗や銅損を抑制してモータ効率を向上させることができる。また、モータ重量の低減及びモータ体格の小型化が図られる。
【００５５】
さらに、絶縁部材１２が、弾性を有する樹脂部材であるので、複数相のコイル１３ｕ、１３ｖ、及び１３ｗを形成する際、張力を付与した状態でワイヤ線２０を絶縁部材１２に分布巻きしても、ワイヤ線２０を傷付ける虞がなく、所定のモータ性能が維持される。
【００５６】
また、ワイヤ線２０に付与される張力は、ワイヤ線２０の弾性許容応力以下、および／または絶縁部材１２の許容圧縮強度以下であるので、複数相のコイル１３ｕ、１３ｖ、及び１３ｗを形成する際、張力を付与した状態でワイヤ線２０を絶縁部材１２に分布巻きしても、ワイヤ線２０や絶縁部材１２が塑性変形することがなく、所定のモータ性能が維持される。
【００５７】
更にまた、スロット１６は、開口部１８がステータコア１１の内周面１９に開口するので、インナーロータタイプのモータの固定子１０として好適に使用することができる。
【００５８】
また、スロット１６内に配置されたコイル１３の占積率Ｓが、４０％以上であるので、モータ効率が向上する。
【００５９】
更に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相からなるコイル１３は、２相のコイル１３のコイルエンド部１７が径方向に並ぶように、ワイヤ線２０が複数のスロット１６に波巻きして形成されるので、コイル量の低減が可能となり、コイル抵抗や銅損を抑制してモータ効率を向上させることができる。また、モータ重量の低減及びモータ体格の小型化を図ることができる。
【実施例】
【００６０】
図７（ａ）に示す方法で製作された本発明に係るモータの固定子と、図７（ｂ）に示す従来方法で製作されたモータの固定子との比較を表１に示す。尚、各項目は、従来の固定子の値を１００としたときの比で表す。
【００６１】
【表１】
【００６２】
表１に示すように、本発明に係るモータの固定子は、従来の固定子と比較して、ワイヤ重量が８７％に減少し、銅損が９４％に低下している。これにより、モータの総重量が小さくなると共に、モータ効率が向上している。また、コイルエンド部の断面積が８５％となってコイルエンド部の高さが低くなっているので、モータ体格も小さくなり、且つ占積率は４５％であった。更に、ワイヤ線は、張力が付与された状態で樹脂製の絶縁部材内に配置されているため、レーシング処理やワニス処理などを施すことなく、十分にコイルが固定される。
【００６３】
尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
例えば、上記実施形態では、ワイヤ線が、波巻きにより分布巻きされるモータの固定子について説明したが、本発明はこれに限定されるものでなく、例えば、重ね巻きされるモータの固定子にも適用することができる。
また、上記実施形態では、４つのスロットを跨いで周方向に並ぶ２つずつの各スロットを同相コイル用のスロットとしてワイヤ線を巻回しているが、他相用のスロットを跨いで周方向に並ぶ所定数の各スロットを同相コイル用のスロットとしてワイヤ線を巻回するものであればよく、例えば、２つのスロットを跨いで１つずつの各スロットを同相コイル用のスロットとしてワイヤ線を巻回してもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１０ モータの固定子
１１ ステータコア
１２ 絶縁部材（樹脂部材）
１３ コイル
１３ｕ Ｕ相コイル
１３ｖ Ｖ相コイル
１３ｗ Ｗ相コイル
１６ スロット
１６ｕ Ｕ相スロット
１６ｖ Ｖ相スロット
１６ｗ Ｗ相スロット
１７ コイルエンド部
１７ｕ Ｕ相コイルエンド部
１７ｖ Ｖ相コイルエンド部
１７ｗ Ｗ相コイルエンド部
１８ 開口部
１９ ステータコアの内周面
２０ ワイヤ線
Ｓ 占積率
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に電気自動車やハイブリッド自動車などの駆動源として用いられる、ワイヤ線が分布巻きされたモータの固定子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、分布巻きモータの固定子は、ステータコアに対してワイヤ線を直巻してコイルを形成する直巻方式や、予めワイヤ線を巻回して成形したコイルをステータコアのスロット内に挿入するインサータ方式などによって製造されている。
【０００３】
直巻方式としては、フォーマ脱着・交換部、巻線アーム駆動部、検査部、および相間絶縁体組み付け部を、ホルダに保持されたステータコアの周囲に順に配置し、ステータコアを所定角度ずつ回動させながら、ワイヤノズルをステータ軸方向、及び軸周りに移動させて、単一設備によりワイヤ作業を実施するようにしたステータコアの巻線方法および巻線装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。このステータコアの巻線方法および巻線装置により、図１２に示すように、ステータコア１１０の各スロット１１１にＵ，Ｖ，Ｗ相の各コイル１１２，１１３，１１４が巻回される。
【０００４】
また、図１３に示すように、ステータコア１１０に対して三次元方向に相対移動すると共に線材１１５を繰り出すノズル１２１と、ステータコア１１０に対して径方向に相対移動可能なガイド１２２，１２３と、を備え、このガイド１２２，１２３を相対移動させることにより、スロット１１１に挿入された線材１１５を巻回し、コイル１１２，１１３，１１４の線材占積率を高めるようにした巻線方法及び巻線装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
インサータ方式としては、図１４に示すように、例えば、ステータコア１１０に挿入されるブレード１２５と、ブレード１２５に掛けられたコイル１１２をステータコア１１０に押込むコイル挿入治具１２６と、ウェッジ１２７をガイドするウェッジガイド１２８と、このウェッジ１２７をスロットに向けて押込むウェッジ挿入治具１２９と、ウェッジ挿入力を測定するロードセル１３１とを備え、ステータコア組立工程においてウェッジ１２７の挿入異常を検出可能としたアウターコア組立装置１３０が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７‐６６７７号公報
【特許文献２】特許第３６６９９６６号公報
【特許文献３】特開２００６‐１６６６７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載のステータコアの巻線方法および巻線装置によって製作されるモータの固定子の場合、同相スロット（例えばＵ相スロット）の間に他相スロット（例えばＶ相スロット、Ｗ相スロット）があるため、Ｕ相スロットから次のＵ相スロットに線材を挿入すると、そのコイルエンド部が他相スロットを跨ぎ、Ｕ相スロットに線材を直線的に挿入した場合には、他相スロット（Ｖ相スロット、Ｗ相スロット）をコイルエンド部で覆ってしまう。この場合、他相スロットには多くの線材を挿入することができず、線材占積率が低下する。このため、図１２に示すように、線材占積率を低下させることなくＶ相コイル１１３をスロット１１１内に挿入するためには、先に挿入したＵ相コイル１１２のコイルエンド部１１２ａを予めステータコア１１０の外周側に大きく逃がしてＶ相コイル１１２の挿入空間を確保しておく必要があり、更に、Ｗ相コイル１１４をスロット１１１内に挿入するためには、先に挿入したＶ相コイル１１３のコイルエンド部１１３ａも予めステータコア１１０の外周側に大きく逃がしてＷ相コイル１１４の挿入空間を確保しておく必要がある。
【０００８】
その結果、モータ性能向上には直接寄与しないコイルエンド部１１２ａ，１１３ａ，１１４ａが大きくなり、モータの体格が大きくなってしまう。また、コイル量も多くなるためモータ重量が増加すると共にコイル抵抗が大きくなり、その結果、銅損が大きくなってモータの効率が低下する問題があった。また、各相のコイル１１２，１１３，１１４を固定するためには、線材１１５を巻回した後、レーシング処理やワニス処理などが必要となる。
【０００９】
また、特許文献２の巻線方法及び巻線装置によれば、ガイド１２２，１２３によって線材１１５をスロット１１１の径方向外側に寄せて線材１１５を一時的に位置決めしながら巻回するので、コイル１１２，１１３，１１４の線材占積率をある程度は高めることができる。しかしながら、コイル１１２，１１３，１１４がステータコア１１０に固定化されるものではなく、線材１１５を巻回した後、レーシング処理やワニス処理などが必要であり、固定子作製に多くの工数を要し、コストが増大する問題があった。
【００１０】
また、特許文献３のアウターコア組立装置１３０によると、線材１１５を予めコイル１１２に成形し、このコイル１１２をステータコア１１０に対して斜めにしながらコイル挿入治具１２６でステータコア１１０のスロットに押込むため、製品として必要な長さ以上の線材１１５の長さが必要となる。この結果、無駄なコイル量が多くなって、モータ重量やコイル抵抗が大きくなると共に、銅損の増大に伴ってモータ効率が低下する問題があった。また、モータの体格が大きくなる問題もあり、改善の余地があった。更に、特許文献３によっても、コイル１１２をスロットに押し込んだ後、レーシング処理やワニス処理などが必要となる問題があった。
【００１１】
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、コイル量を低減させ、コイル抵抗や銅損を抑制してモータ効率を向上させると共に、モータ重量の低減及びモータ体格の小型化を図り、更に、レーシング処理やワニス処理などのコイル固定化処理を廃止または簡素化できるモータの固定子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、複数のスロット（例えば、後述の実施形態におけるスロット１６）を有するステータコア（例えば、後述の実施形態におけるステータコア１１）と、
前記複数のスロット内に配置される絶縁部材（例えば、後述の実施形態における絶縁部材１２）と、
複数の素線（例えば、後述の実施形態における素線２０´）からなるワイヤ線（例えば、後述の実施形態におけるワイヤ線２０）が前記複数のスロット内に前記絶縁部材を介して所定のスロット数を空けて分布巻きされることでそれぞれ形成される複数相のコイル（例えば、後述の実施形態におけるＵ相コイル１３ｕ，Ｖ相コイル１３ｖ，Ｗ相コイル１３ｗ）と、
を備えるモータの固定子（例えば、後述の実施形態におけるモータの固定子１０）であって、
前記ワイヤ線は張力を付与された状態で前記絶縁部材内に配置されることで、前記ステータコア、前記絶縁部材、及び前記コイルがそれぞれ物理的に固定されることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に係る発明は、請求項１の構成に加えて、前記複数相のコイルのコイルエンド部（例えば、後述の実施形態におけるＵ相コイルエンド部１７ｕ，Ｖ相コイルエンド部１７ｖ，Ｗ相コイルエンド部１７ｗ）は、各相の巻き回数単位で前記ステータコアに交互に配置されることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２の構成に加えて、前記絶縁部材は、弾性を有する樹脂部材（例えば、後述の実施形態における絶縁部材１２）であることを特徴とする。
【００１５】
請求項４に係る発明は、請求項１〜請求項３のいずれかの構成に加えて、前記ワイヤ線の張力は、前記ワイヤ線の弾性許容応力以下、および／または前記絶縁部材の許容圧縮強度以下であることを特徴とする。
【００１６】
請求項５に係る発明は、請求項１〜請求項４のいずれかの構成に加えて、前記スロットは、開口部（例えば、後述の実施形態における開口部１８）が前記ステータコアの内周面（例えば、後述の実施形態における内周面１９）に開口することを特徴とする。
【００１７】
請求項６に係る発明は、請求項１〜請求項５のいずれかの構成に加えて、前記スロット内に配置された前記コイルの占積率（例えば、後述の実施形態におけるコイルの占積率Ｓ）は、４０％以上であることを特徴とする。
【００１８】
請求項７に係る発明は、請求項１〜請求項６のいずれかの構成に加えて、前記複数相のコイルは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相のコイルからなり、
前記３相のコイルは、２相のコイルのコイルエンド部が径方向に並ぶように、前記ワイヤ線を前記複数のスロットに波巻きして形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１の発明によれば、レーシング処理やワニス処理などのコイル固定化処理を廃止または簡素化でき、製造工程を簡略化することが可能となり、モータの固定子の製造コストが抑制される。
【００２０】
請求項２の発明によれば、コイル量が低減し、コイル抵抗や銅損を抑制してモータ効率を向上させることができる。また、モータ重量の低減及びモータ体格の小型化が図られる。
【００２１】
請求項３の発明によれば、複数相のコイルを形成する際、張力を付与した状態でワイヤ線を絶縁部材に分布巻きしても、ワイヤ線を傷付ける虞がなく、所定のモータ性能が維持される。
【００２２】
請求項４の発明によれば、複数相のコイルを形成する際、張力を付与した状態でワイヤ線を絶縁部材に分布巻きしても、ワイヤ線や絶縁部材が塑性変形することがなく、所定のモータ性能が維持される。
【００２３】
請求項５の発明によれば、インナーロータタイプのモータの固定子として好適に使用することができる。
【００２４】
請求項６の発明によれば、モータ効率が向上する。
【００２５】
請求項７の発明によれば、コイル量の低減が可能となり、コイル抵抗や銅損を抑制してモータ効率を向上させることができる。また、モータ重量の低減及びモータ体格の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係るモータの固定子にワイヤ線が分布巻きされた状態を示す要部拡大斜視図である。
【図２】図１に示すワイヤ線の巻回状態を示す模式図である。
【図３】内径側から見た固定子の部分拡大図である。
【図４】１相分のワイヤ線の巻回状態を示す要部拡大斜視図である。
【図５】スロットに挿入されたワイヤ線の状態を示す断面図である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は、占積率を説明するための図である。
【図７】（ａ）は、本発明に係るモータの固定子の製造工程図、（ｂ）は、従来の製造工程図である。
【図８】モータの固定子の製造装置の要部拡大図である。
【図９】図８に示す製造装置の平面概念図である。
【図１０】図８に示す製造装置によって、ワイヤ線がステータコアに巻回される手順を段階的に示す要部拡大図である。
【図１１】製造装置のフックによりワイヤ線に張力が付与される状態を示す側面図である。
【図１２】従来のモータの固定子の要部拡大図である。
【図１３】他の従来のモータの固定子にワイヤ線が直巻きされる状態を示す要部拡大斜視図である。
【図１４】ワイヤ線により形成されたコイルを、ステータコアのスロットに挿入する更に他の従来の製造装置の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の一実施の形態を、添付図面に基づいて説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
【００２８】
図１に示すように、本実施形態のモータの固定子１０は、３相８極の分布巻き固定子であり、ステータコア１１と、絶縁部材１２と、コイル１３（Ｕ相コイル１３ｕ、Ｖ相コイル１３ｖ、及びＷ相コイル１３ｗ）と、を備えて形成される。ステータコア１１は、例えば、プレス抜きされた複数枚の珪素鋼板が積層されて構成され、４８個のティース１５と、隣接するティース１５,１５間に形成される４８個のスロット１６とを備える。また、モータは、インナーロータタイプであり、スロット１６の開口部１８は、ステータコア１１の内周面１９に開口している。
【００２９】
各スロット１６には、樹脂材料を射出成型して形成され、電気的絶縁特性、及び適度の弾性を有する複数の絶縁部材１２が、スロット１６の内面を覆うようにステータコア１１の軸方向両側から挿入されている。絶縁部材１２は、ステータコア１１と各相コイル１３ｕ、１３ｖ、１３ｗ間を電気的に絶縁するものである。射出成型される樹脂材料としては、例えば、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイドなどが例示される。
【００３０】
絶縁部材１２は、ワイヤ線２０に張力を付与しながらワイヤ線２０を巻回する際、各ワイヤ線２０を傷付ける虞がなく、絶縁性能が確保可能なものであればよく、樹脂の成型品に限定されず、例えば、適度な厚さや弾性を有するアラミッド紙なども使用することができる。また、ステータコア１１に樹脂をアウトサート成型して絶縁部材１２としてもよい。更に、コイル１３に印加される電圧が高い場合（例えば、６５０Ｖ以上）には、電圧に応じて各相間に相間絶縁紙などが配置されてもよい。
【００３１】
Ｕ相コイル１３ｕ、Ｖ相コイル１３ｖ、及びＷ相コイル１３ｗは、複数（本実施形態では、１１本）の細径のポリアミドイミドエナメル銅線などの素線２０´（図５参照。）を束ねたワイヤ線２０を、所定のスロット１６に挿入し、波巻きによってステータコア１１に巻き付けてそれぞれ形成される。
【００３２】
各相コイル１３ｕ、１３ｖ、１３ｗのコイルエンド部１７ｕ、１７ｖ、１７ｗは、３相のコイル１３ｕ、１３ｖ、１３ｗの内、２相のコイル（１３ｕと１３ｖ、１３ｖと１３ｗ、または１３ｗと１３ｕ）のコイルエンド部（１７ｕと１７ｖ、１７ｖと１７ｗ、または１７ｗと１７ｕ）が径方向に並ぶように、各相コイル１３ｕ、１３ｖ、１３ｗの巻き回数単位でステータコア１１の径方向に交互に配置されている。
【００３３】
図２から図４に示すように、本実施形態の固定子１０は、ダブルスロット方式の固定子であり、各相２組ずつのワイヤ線２０が、ステータコア１１の隣接するスロット１６（Ｕ相スロット１６ｕ、Ｖ相スロット１６ｖ、Ｗ相スロット１６ｗ）に波巻きにより分布巻きされている。スロット１６は、ステータコア１１の周方向に、Ｕ相スロット１６ｕ、Ｖ相スロット１６ｖ、Ｗ相スロット１６ｗの順で繰り返されて配置されている。
【００３４】
具体的には、先ずＵ相コイル１３ｕを構成する２組のワイヤ線２０が、それぞれ２つのＵ相スロット１６ｕに固定子１０の軸方向一端側（図２の下端）から他端側（図２の上端）に向けて絶縁部材１２を介して挿入され、各２つのＶ相スロット１６ｖ及びＷ相スロット１６ｗを飛び越して次の２つのＵ相スロット１６ｕに軸方向他端側から一端側に絶縁部材１２を介して挿入される。以後同様に、ステータコア１１を一周するように、ワイヤ線２０が波巻きによってＵ相スロット１６ｕに挿入されてＵ相コイル１３ｕの第１ターン１３ｕ１が形成される。
【００３５】
次いで、Ｖ相コイル１３ｖを構成する２組のワイヤ線２０が、上記２つずつのＵ相スロット１６ｕ間のそれぞれ２つのＶ相スロット１６ｖに固定子１０の軸方向他端側から一端側に向けて絶縁部材１２を介して挿入され、各２つのＷ相スロット１６ｗ及びＵ相スロット１６ｕを飛び越して次の２つのＶ相スロット１６ｖに軸方向一端側から他端側に絶縁部材１２を介して挿入され、以後同様に、ステータコア１１を一周するようにＶ相スロット１６ｖに波巻きされてＶ相コイル１３ｖの第１ターン１３ｖ１が形成される。
【００３６】
同様に、Ｗ相コイル１３ｗを構成する２組のワイヤ線２０が、上記２つずつのＵ相スロット１６ｕ間のそれぞれ２つのＷ相スロット１６ｗに固定子１０の軸方向一端側から他端側に向けて絶縁部材１２を介して挿入され、各２つＵ相スロット１６ｕ及びＶ相スロット１６ｖを飛び越して次の２つのＷ相スロット１６ｗに軸方向他端側から一端側に絶縁部材１２を介して挿入される。これによりＵ相コイル１３ｕとＷ相コイル１３ｗのコイルエンド部１７ｕ，１７ｗが交差する軸方向一端側又は軸方向他端側と反対側の軸方向他端側又は軸方向一端側をＶ相コイル１３ｖのコイルエンド部１７ｖが通過する。以後同様に、ステータコア１１を一周するようにＷ相スロット１６ｗに波巻きされてＷ相コイル１３ｗの第１ターン１３ｗ１が形成される。
【００３７】
同様にして、Ｕ相コイル１３ｕの第２ターン１３ｕ２、Ｖ相コイル１３ｖの第２ターン１３ｖ２、Ｗ相コイル１３ｗの第２ターン１３ｗ２、Ｕ相コイル１３ｕの第３ターン１３ｕ３、・・・・が、この順でステータコア１１に巻回される。
【００３８】
このように、Ｕ相コイル１３ｕ、Ｖ相コイル１３ｖ、及びＷ相コイル１３ｗを、１ターンごとに交互に配置することにより、図１に示すように、Ｕ相コイル１３ｕ、Ｖ相コイル１３ｖ、及びＷ相コイル１３ｗの内、２相のコイル（１３ｕ及び１３ｗ、１３ｖ及び１３ｗ）のコイルエンド部（１７ｕ及び１７ｗ、１７ｖ及び１７ｗ、）が、径方向に並ぶように配置されて、ワイヤ線２０が複数のスロット１６に波巻きされる。Ｕ相コイル１３ｕ、Ｖ相コイル１３ｖ、及びＷ相コイル１３ｗを、各相の巻き回数単位で交互に配置することにより、従来のコイルと比較して、コイルエンド部１７ｕ、１７ｖ、１７ｗの体積が小さくなり、これによりコイル量が低減する。
【００３９】
図４は、理解を容易にするため、Ｕ相コイル１３ｕのみを示した図であり、各相のコイルエンド部１７ｕ、１７ｖ、１７ｗは、第１ターン１３ｕ１と第２ターン１３ｕ２の間に設けられた半径方向隙間に、Ｗ相コイル１３ｗの第１ターン１３ｗ１及びＶ相コイル１３ｖの第１ターン１３ｖ１が挿入されることになる。このため、コイルエンド部１７ｕは、１ターンごとに少しずつ径方向外方に変位して形成される。その変位量は、ステータコア１１の外径側から内径側に向かうに従って次第に小さくなっている。また、コイルエンド部１７ｕの変位量は、ステータコア１１の半径方向厚さの略中心部から径方向外側に配置されるコイルエンド部１７ｕを径方向外方に向けて変位させ、略中心部から径方向内側に配置されるコイルエンド部１７ｕを径方向内方に向けて変位させるようにしてもよい。Ｖ相コイルエンド部１７ｖ、及びＷ相コイルエンド部１７ｗについても同様である。
【００４０】
各相コイル１３ｕ、１３ｖ、及び１３ｗを構成するワイヤ線２０は、図３に示すように、絶縁部材１２の形状に沿って曲げられ、張力が付与された状態で各相スロット１６ｕ、１６ｖ、及び１６ｗに上記したように波巻きされる。これにより、ステータコア１１、絶縁部材１２、及び各相コイル１３ｕ、１３ｖ、１３ｗは、ワイヤ線２０の張力によって物理的に固定されることになる。従って、従来の固定子で実施されていたレーシング処理や、ワニス処理などのコイル固定化処理を廃止または簡素化できる。
【００４１】
ワイヤ線２０の張力は、ワイヤ線２０の弾性許容応力以下、或いは、ワイヤ線２０の張力によって絶縁部材１２に作用する応力が許容圧縮強度以下とするのが好ましく、両方を満たすのがより好ましい。これにより、巻回されたワイヤ線２０の塑性変形や破断、絶縁部材１２の塑性変形など、ワイヤ線２０の張力による不具合が生じることがない。
【００４２】
図５に示すように、ワイヤ線２０は、絶縁部材１２を介して各スロット１６内に配置され、Ｕ、Ｖ、Ｗ相のコイルエンド部１７ｕ、１７ｖ、１７ｗが、巻き回数単位でステータコア１１の径方向に交互に配置されるので、他の相のコイルが巻回される際、既に巻回されている相のコイルが邪魔になることがなく、コイル１３の占積率Ｓを高めた状態で巻回することが可能であり、本実施形態の固定子１０の占積率Ｓは、４０％以上とすることができる。ここで、占積率Ｓとは、図６に示すように、絶縁被膜２０ａを除いた電気的導体部分２０ｂの断面積Ｓ１をスロット１６内を通過する素線２０´の部分の数で積算したものと、スロット１６の断面積Ｓ２との比として定義される。
【００４３】
次に、図７から図１１に基づいて、モータの固定子１０の製造方法について説明する。図７（ａ）は、本発明に係るモータの固定子の製造工程図、図７（ｂ）は、従来の製造工程図である。図７（ｂ）に示すように、従来の製造方法によると、ステータコアの各スロットに絶縁部材を組み付けた後（ステップＳ１）、絶縁部材を介してワイヤ線をステータコアに巻き付け（ステップＳ２）、ステータコアから軸方向外方に突出するコイルエンド部を径方向外方に曲げる中間成形を行い（ステップＳ３）、次いでコイルエンド部の形を整える仕上げ成形を行う（ステップＳ４）。そして、コイルをレーシング紐で結束するレーシング処理（ステップＳ５）、及びワニスを含侵・硬化させるワニス処理を施してステータコア、絶縁部材、及びコイルを固定する（ステップＳ６）。このように、従来の製造方法によると、６ステップの工程を経てモータの固定子が製造される。
【００４４】
これに対して、本発明に係るモータの固定子の製造方法は、図７（ａ）に示すように、ステータコア１１の各スロット１６に絶縁部材１２を組み付ける工程（ステップＳ１１）と、絶縁部材１２を介してワイヤ線２０をステータコア１１に巻き付ける工程（ステップＳ１２）との、２ステップの工程に短縮することができ、材料の削減と共に、製作時間を大幅に短縮することができ、製作コストを抑制することができる。なお、ワイヤ線２０が、熱処理によって接着できるような樹脂が表面に塗布される自己融着線などである場合には、熱処理工程（ステップＳ１３）によってワイヤ線２０を簡易的に固定することで、コイルの固定化を簡素化できる。
【００４５】
図８及び図９に示すように、水平に配置されたステータコア１１に対して、それぞれ２組のワイヤ線２０を吐出するＵ、Ｖ、Ｗ相の３つのノズル３１と、所定の位置でワイヤ線２０を保持する複数のフック３２によって、ステータコア１１にワイヤ線２０が波巻きされる。
【００４６】
ノズル３１は、Ｕ相コイル１３ｕを構成する２組のワイヤ線２０を吐出するＵ相ノズル３１ｕと、Ｖ相コイルを構成する２組のワイヤ線２０を吐出するＶ相ノズル３１ｖと、Ｗ相コイル１３ｗを構成する２組のワイヤ線２０を吐出するＷ相ノズル３１ｗとを備え、ステータコア１１の内径側に配置される。各相ノズル３１ｕ、３１ｖ、３１ｗは、それぞれ２組のワイヤ線２０を吐出しながらノズルガイドレール３０に案内されてステータコア１１の上下方向、及び径方向に移動可能である。
【００４７】
フック３２は、ステータコア１１の軸方向両端部側にそれぞれ１２個ずつ、合計２４個配置されており、各相ノズル３１ｕ、３１ｖ、３１ｗから吐出されたワイヤ線２０を所定の位置で係止して、ステータコア１１の径方向外方で保持する。
【００４８】
ワイヤ線２０をステータコア１１に分布巻き（波巻き）する具体的な工程は、図１０（ａ）に示すように、２組のワイヤ線２０をステータコア１１の軸方向一端側（図中下端）から他端側（図中上端）に向けて絶縁部材１２を介して一対の第１のスロット１６ａに挿通する。そして、第１のスロット１６ａから引き出されたワイヤ線２０を径方向内側に移動したフック３２で係止し（図１０（ｂ））、フック３２を径方向外側に逃がすことでワイヤ線２０に張力を付与した状態で第１のスロット１６ａの径方向外方で保持する（図１０（ｃ））。
【００４９】
ワイヤ線２０に張力を付与する際、ワイヤ線２０をフック３２に係止して径方向外方に引っ張ると、スロット１６に挿通したワイヤ線２０が、径方向内方に膨らんでしまい占積率が低下する虞がある。この場合、ワイヤ線押圧機構を設けて、径方向内方に膨らんだスロット１６内のワイヤ線２０を、径方向外方に押圧して膨らみを補正しながらワイヤ線２０を巻回するようにしてもよい。
【００５０】
次いで、ワイヤ線２０をフック３２に係止したまま、ワイヤ線２０を次に挿通する予定の第２のスロット１６ｂの位置まで、ステータコア１１をフック３２と共に所定の角度だけ回動させる。これにより、ノズル３１から吐出されたワイヤ線２０は、ステータコア１１の外周側に沿って配置される（図１０（ｄ））。ここで、ワイヤ線２０を隣接する他のフック３２によって第２のスロット１６ｂの径方向外方で保持したまま（図１０（ｅ））、ワイヤ線２０をステータコア１１の軸方向他端側（上側）から一端側（下側）に向けて絶縁部材１２を介して第２のスロット１６ｂに挿通する（図１０（ｆ））。
【００５１】
以後同様に、図１１に示すように、ステータコア１１の軸方向一端側（下端側）において、第２のスロット１６ｂから引き出されたワイヤ線２０を、フック３２に係止してワイヤ線２０に張力を付与した状態で第２のスロット１６ｂの径方向外方で保持し、ワイヤ線２０を次に挿通させる第３のスロット１６位置まで、ステータコア１１をフック３２と共に所定の角度だけ回動させる。これにより、ノズル３１から吐出されてステータコア１１の外周側に沿って配置されたワイヤ線２０を、第３のスロット１６の径方向外方で保持する。上記した工程を繰り返し行うことにより、１相のコイル１３（例えば、Ｕ相コイル１３ｕ）がステータコア１１に波巻きされる。
【００５２】
上記した動作を、Ｕ相ノズル３１ｕ、Ｖ相ノズル３１ｖ、Ｗ相ノズル３１ｗの３つのノズル３１で同時に行わせることで、ステータコア１１にＵ相コイル１３ｕ、Ｖ相コイル１３ｖ、及びＷ相コイル１３ｗの３つのコイル１３が、巻き回数単位で交互に配置されて形成される。
【００５３】
以上説明したように、本実施形態に係るモータの固定子１０によれば、複数の素線からなるワイヤ線２０は、張力が付与された状態で、スロット１６内の絶縁部材１２に分布巻きされることで複数相のコイル１３ｕ、１３ｖ、及び１３ｗをそれぞれ形成する。これにより、ステータコア１１、絶縁部材１２、及びコイル１３は、ワイヤ線２０に付与された張力によってそれぞれ物理的に固定されるので、レーシング処理やワニス処理などを廃止または簡素化でき、製造工程を簡略化することが可能となり、モータの固定子１０の製造コストが抑制される。ここで、ステータコア１１、絶縁部材１２、及びコイル１３が物理的に固定されるとは、ワイヤ線２０の張力によってステータコア１１、絶縁部材１２、及びコイル１３の相対的位置関係が殆ど変化しない状態のことを言う。
【００５４】
また、複数相のコイル１３ｕ、１３ｖ、及び１３ｗのコイルエンド部１７ｕ、１７ｖ、１７ｗは、各相の巻き回数単位でステータコア１１に交互に配置されるので、コイル量が低減し、コイル抵抗や銅損を抑制してモータ効率を向上させることができる。また、モータ重量の低減及びモータ体格の小型化が図られる。
【００５５】
さらに、絶縁部材１２が、弾性を有する樹脂部材であるので、複数相のコイル１３ｕ、１３ｖ、及び１３ｗを形成する際、張力を付与した状態でワイヤ線２０を絶縁部材１２に分布巻きしても、ワイヤ線２０を傷付ける虞がなく、所定のモータ性能が維持される。
【００５６】
また、ワイヤ線２０に付与される張力は、ワイヤ線２０の弾性許容応力以下、および／または絶縁部材１２の許容圧縮強度以下であるので、複数相のコイル１３ｕ、１３ｖ、及び１３ｗを形成する際、張力を付与した状態でワイヤ線２０を絶縁部材１２に分布巻きしても、ワイヤ線２０や絶縁部材１２が塑性変形することがなく、所定のモータ性能が維持される。
【００５７】
更にまた、スロット１６は、開口部１８がステータコア１１の内周面１９に開口するので、インナーロータタイプのモータの固定子１０として好適に使用することができる。
【００５８】
また、スロット１６内に配置されたコイル１３の占積率Ｓが、４０％以上であるので、モータ効率が向上する。
【００５９】
更に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相からなるコイル１３は、２相のコイル１３のコイルエンド部１７が径方向に並ぶように、ワイヤ線２０が複数のスロット１６に波巻きして形成されるので、コイル量の低減が可能となり、コイル抵抗や銅損を抑制してモータ効率を向上させることができる。また、モータ重量の低減及びモータ体格の小型化を図ることができる。
【実施例】
【００６０】
図７（ａ）に示す方法で製作された本発明に係るモータの固定子と、図７（ｂ）に示す従来方法で製作されたモータの固定子との比較を表１に示す。尚、各項目は、従来の固定子の値を１００としたときの比で表す。
【００６１】
【表１】
【００６２】
表１に示すように、本発明に係るモータの固定子は、従来の固定子と比較して、ワイヤ重量が８７％に減少し、銅損が９４％に低下している。これにより、モータの総重量が小さくなると共に、モータ効率が向上している。また、コイルエンド部の断面積が８５％となってコイルエンド部の高さが低くなっているので、モータ体格も小さくなり、且つ占積率は４５％であった。更に、ワイヤ線は、張力が付与された状態で樹脂製の絶縁部材内に配置されているため、レーシング処理やワニス処理などを施すことなく、十分にコイルが固定される。
【００６３】
尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
例えば、上記実施形態では、ワイヤ線が、波巻きにより分布巻きされるモータの固定子について説明したが、本発明はこれに限定されるものでなく、例えば、重ね巻きされるモータの固定子にも適用することができる。
また、上記実施形態では、４つのスロットを跨いで周方向に並ぶ２つずつの各スロットを同相コイル用のスロットとしてワイヤ線を巻回しているが、他相用のスロットを跨いで周方向に並ぶ所定数の各スロットを同相コイル用のスロットとしてワイヤ線を巻回するものであればよく、例えば、２つのスロットを跨いで１つずつの各スロットを同相コイル用のスロットとしてワイヤ線を巻回してもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１０ モータの固定子
１１ ステータコア
１２ 絶縁部材（樹脂部材）
１３ コイル
１３ｕ Ｕ相コイル
１３ｖ Ｖ相コイル
１３ｗ Ｗ相コイル
１６ スロット
１６ｕ Ｕ相スロット
１６ｖ Ｖ相スロット
１６ｗ Ｗ相スロット
１７ コイルエンド部
１７ｕ Ｕ相コイルエンド部
１７ｖ Ｖ相コイルエンド部
１７ｗ Ｗ相コイルエンド部
１８ 開口部
１９ ステータコアの内周面
２０ ワイヤ線
Ｓ 占積率
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスロットを有するステータコアと、
前記複数のスロット内に配置される絶縁部材と、
複数の素線からなるワイヤ線が前記複数のスロット内に前記絶縁部材を介して所定のスロット数を空けて分布巻きされることでてそれぞれ形成される複数相のコイルと、
を備えるモータの固定子であって、
前記ワイヤ線は張力を付与された状態で前記絶縁部材内に配置されることで、前記ステータコア、前記絶縁部材、及び前記コイルがそれぞれ物理的に固定されることを特徴とするモータの固定子。
【請求項２】
前記複数相のコイルのコイルエンド部は、各相の巻き回数単位で前記ステータコアに交互に配置されることを特徴とする請求項１に記載のモータの固定子。
【請求項３】
前記絶縁部材は、弾性を有する樹脂部材であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のモータの固定子。
【請求項４】
前記ワイヤ線の張力は、前記ワイヤ線の弾性許容応力以下、および／または前記絶縁部材の許容圧縮強度以下であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のモータの固定子。
【請求項５】
前記スロットは、開口部が前記ステータコアの内周面に開口することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のモータの固定子。
【請求項６】
前記スロット内に配置された前記コイルの占積率は、４０％以上であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のモータの固定子。
【請求項７】
前記複数相のコイルは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相のコイルからなり、
前記３相のコイルは、２相のコイルのコイルエンド部が径方向に並ぶように、前記ワイヤ線を前記複数のスロットに波巻きして形成されることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のモータの固定子。
【請求項１】
複数のスロットを有するステータコアと、
前記複数のスロット内に配置される絶縁部材と、
複数の素線からなるワイヤ線が前記複数のスロット内に前記絶縁部材を介して所定のスロット数を空けて分布巻きされることでてそれぞれ形成される複数相のコイルと、
を備えるモータの固定子であって、
前記ワイヤ線は張力を付与された状態で前記絶縁部材内に配置されることで、前記ステータコア、前記絶縁部材、及び前記コイルがそれぞれ物理的に固定されることを特徴とするモータの固定子。
【請求項２】
前記複数相のコイルのコイルエンド部は、各相の巻き回数単位で前記ステータコアに交互に配置されることを特徴とする請求項１に記載のモータの固定子。
【請求項３】
前記絶縁部材は、弾性を有する樹脂部材であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のモータの固定子。
【請求項４】
前記ワイヤ線の張力は、前記ワイヤ線の弾性許容応力以下、および／または前記絶縁部材の許容圧縮強度以下であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のモータの固定子。
【請求項５】
前記スロットは、開口部が前記ステータコアの内周面に開口することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のモータの固定子。
【請求項６】
前記スロット内に配置された前記コイルの占積率は、４０％以上であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のモータの固定子。
【請求項７】
前記複数相のコイルは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相のコイルからなり、
前記３相のコイルは、２相のコイルのコイルエンド部が径方向に並ぶように、前記ワイヤ線を前記複数のスロットに波巻きして形成されることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のモータの固定子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１１−２３４５０１（Ｐ２０１１−２３４５０１Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０２５０１（Ｐ２０１０−１０２５０１）
【出願日】平成２２年４月２７日（２０１０．４．２７）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月２７日（２０１０．４．２７）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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