特許 7039264 回転電機のステータ及びその組み立て方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-03-11

(45)【発行日】2022-03-22

(54)【発明の名称】回転電機のステータ及びその組み立て方法

(51)【国際特許分類】

   H02K 3/46 20060101AFI20220314BHJP

   H02K 15/10 20060101ALI20220314BHJP

【ＦＩ】

H02K3/46 B

H02K15/10

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2017223888

(22)【出願日】2017-11-21

(65)【公開番号】P2019097282

(43)【公開日】2019-06-20

【審査請求日】2020-10-05

(73)【特許権者】

【識別番号】000180025

【氏名又は名称】山洋電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002572

【氏名又は名称】特許業務法人平木国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】塩入 光明

(72)【発明者】

【氏名】中武 耕二

(72)【発明者】

【氏名】依田 泰志

(72)【発明者】

【氏名】張 弘

(72)【発明者】

【氏名】依田 和弘

(72)【発明者】

【氏名】依田 昌悟

【審査官】小林 紀和

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－１０５９９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０６５７２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０５７２７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－０４１８４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２１８４０７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ ３／４６

Ｈ０２Ｋ １５／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

積層された電磁鋼板からなる、ステータコアであって、前記ステータコアの内周に複数のティースとスロットとが形成されているステータコアと、前記ステータコアを絶縁する第１のインシュレータ及び第２のインシュレータと、前記第１のインシュレータ及び第２のインシュレータにより絶縁された前記ティースに巻回される巻線とを備え、前記ステータコアは、一端側にバリ形状を有し、他端側にダレ形状を有する、回転電機のステータであって、
前記第１のインシュレータ及び第２のインシュレータは、前記スロット内にそれぞれ配置される第１及び第２の櫛状係合部を有し、
前記第１の櫛状係合部の第１先端部の前記ティースからみて径方向の両外側のみに第１のテーパ形状を設け、前記第２の櫛状係合部の第２先端部の前記ティースからみて径方向の両外及び両内側にそれぞれ第２のテーパ形状と第３のテーパ形状とを設け、前記第１先端部と前記第２先端部とは、径方向に重なり合い、
前記第１の櫛状係合部が前記一端側とは反対側に前記第１先端部を有し、前記第２の櫛状係合部が前記他端側の反対側に前記第２先端部を有する、回転電機のステ－タ。

【請求項2】

前記第１のテーパ形状と対向する位置に前記第２のテーパ形状を形成するとともに、前記第３のテーパ形状は、前記第２のテーパ形状の反対側に前記第２のテーパ形状よりも小さい傾斜角を有して設けられていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機のステータ。

【請求項3】

前記ステータコアに、前記一端側又は前記他端側の少なくともいずれか一方を識別可能なインデックスが形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転電機のステータ。

【請求項4】

請求項３に記載の回転電機のステータの製造方法であって、
前記ステータコアの前記インデックスを目印にして、前記一端側に前記第１のインシュレータを、前記他端側に前記第２のインシュレータを挿入するステップを有することを特徴とする回転電機のステータの組み立て方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転電機のステータ及びその組み立て方法に関する。

【背景技術】

【0002】

回転電機のステータは、積層された電磁鋼板から成るステータコアと、ステータコアの軸方向両側から挿入され嵌合されるインシュレータと、インシュレータによってステータコアと絶縁される巻回された巻線と、インシュレータに組み付けられ、かつ、巻線の末端を絡げるためのピンを有するコネクタと、を有する。巻線を巻回するスペースをできるだけ拡大するために、インシュレータはステータコアに密着する形状を有する。

【0003】

特許文献１は、固定子鉄心の種々の積厚に対応可能なインシュレータを備えたモータの固定子を開示する。特許文献１では、モータの固定子（ステータ）は、固定子鉄心（ステータコア）にその軸方向の両端部から嵌合されて固定子鉄心を絶縁する一対のインシュレータと、このインシュレータにて絶縁された歯部に巻回される固定子巻線とを備えて成るものであって、各インシュレータは、固定子鉄心のスロット部に進入する複数の櫛状係合部をそれぞれ有し、固定子鉄心に嵌合された状態で、一方のインシュレータの櫛状係合部の先端は、他方のインシュレータの櫛状係合部内に進入し、重複する構造を開示する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００１－２１８４０７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

一般に、ステータコアの両側からインシュレータを挿入する際、インシュレータはステータコアに密着する形状であるため、挿入位置、角度を正確に定める必要があり、そのため、挿入工程が難しい。
インシュレータのステータコアへの挿入容易性を向上させることを目的とする先行技術１，２があるが、これらの従来技術には以下の課題がある。

【0006】

１）先行技術１（先端部突き当て形状）
挿入しやすいようにインシュレータの先端にテーパ形状を付加する技術である。しかしながら、ステータコア長さとインシュレータ長さとのバラツキの存在により、インシュレータの先端同士が干渉または隙間があく場合がある。
干渉する場合はステータコアに対するインシュレータ位置が定まらず、絡げピンの位置がずれるため自動絡げ結線工程に支障が出る。隙間があく場合は、絶縁性能の低下が問題となる。

【0007】

２）先行技術２（特許文献１のようなオーバーラップ形状の場合）
ステータコア長さとインシュレータ長さのバラツキを吸収するため、インシュレータの先端同士が互いにオーバーラップする構造もある。
しかしながら、オーバーラップのメス側に挿入されるインシュレータは、ステータコアのスロット部に先端から密着する形状にする必要があるため、挿入しやすくするテーパ形状が付けられていない。

【0008】

また、ステータコアはプレス積層品であるため、破断面にバリが立っている「バリ側」と、なだらかに落ち込んでいる「ダレ側」とが存在する。ダレ側に挿入するインシュレータをバリ側へ挿入すると、インシュレータ先端形状とステータコアのバリがぶつかるため、さらに挿入しにくくなるという問題がある。
そのため、作業者が目視確認によりステータコアのダレ側を判別して、ダレ側にメス側のインシュレータを手作業で挿入するという煩雑な作業を行う必要がある。

【0009】

本発明は、自動挿入にも対応可能なようにステータコアに挿入しやすいインシュレータを有する回転電機のステータ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】

本発明の一観点によれば、積層された電磁鋼板からなる、ステータコアであって、前記ステータコアの内周に複数のティースとスロットとが形成されているステータコアと、前記ステータコアを絶縁する第１のインシュレータ及び第２のインシュレータと、前記第１及び第２のインシュレータにより絶縁された前記ティースに巻回される巻線とを備えた回転電機のステータであって、前記第１のインシュレータ及び第２のインシュレータは、前記スロット内にそれぞれ配置される第１及び第２の櫛状係合部を有し、前記第１の櫛状係合部の第１先端部に第１のテーパ形状を設け、前記第２の櫛状係合部の第２先端部の径方向の両側にそれぞれ第２のテーパ形状と第３のテーパ形状とを設け、前記第１先端部と前記第２先端部とは、径方向に重なり合うことを特徴とする回転電機のステ－タが提供される。第１，第２先端部間に中心軸の径方向に隙間のない構造とした。

【0011】

前記ステータコアは、一端側にバリ形状を、他端側にダレ形状を有し、前記第１の櫛状係合部が前記一端側とは反対側に前記第１先端部を有し、前記第２の櫛状係合部が前記他端側の反対側に前記第２先端部を有することが好ましい。
プレス積層によりステータコアを形成する際に、金型による打ち抜き加工を行うため、ステータコアの端部に、コーナがだれるダレ側とコーナが尖るバリ側とが形成される。上記の構成によれば、インシュレータの先端に隙間が開かないため、絶縁特性の低下が生じにくい。

【0012】

前記第１のテーパ形状と対向する位置に前記第２のテーパ形状を形成するとともに、前記第３のテーパ形状は、前記第２のテーパ形状の反対側に前記第２のテーパ形状よりも小さい傾斜角を有して設けられていることが好ましい。
他端側のダレ形状に対応して挿入しやすい程度の第３のテーパ形状を形成することで、自動挿入にも対応できるように挿入しやすくなる。

【0013】

前記ステータコアに、前記バリ（一端）側又は前記ダレ（他端）側の少なくともいずれか一方を識別可能なインデックスが形成されていることが好ましい。
インシュレータの挿入時に、前記ステータコアのダレ形状側に第２のインシュレータを間違いなく挿入することができる。
また、本発明は、上記に記載の回転電機のステータの製造方法であって、前記ステータコアの前記インデックスを目印にして、前記一端側に前記第１のインシュレータを、前記他端側に前記第２のインシュレータを挿入するステップを有することを特徴とする回転電機のステータの組み立て方法である。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、ステータコアにインシュレータを挿入しやすくすることができる回転電機のステータを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の第１の実施の形態における、ステータコアの両端側から、それぞれ第１のインシュレータと第２のインシュレータとを挿入する様子を示す概略図である。

【図2】インシュレータ挿入後の回転電機のステータの正面図（左図）と側面図（右図）である。

【図3】ステータコアのバリ側に挿入する第１のインシュレータを正面からみた図である。

【図4】図３のＴ－Ｔ線に沿う断面図である。

【図5】ステータコアのダレ側に挿入する第２のインシュレータの正面からみた図である。

【図6】図５のＴ－Ｔ線に沿う断面図である。

【図7】図２のＩＩａ－ＩＩｂ線に沿う断面図である。

【図8】本発明の第２の実施の形態における、ステータコアの概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本明細書において、ステータコアのバリ側、ダレ側とは以下の意味で用いている。
ステータコアの形成工程において、ステータコアをプレス積層（図２：１ａ）により形成することがある。この際に、金型によるプレス積層の打ち抜き加工を行うため、ステータコアの端部に、コーナ部がだれるダレ側とコーナ部が尖るバリ側とが形成される。
以下に、本発明の一実施の形態による回転電機のステータ及びその組み立て方法について図面を参照しながら詳細に説明する。

【0017】

（第１の実施の形態）
まず、本発明の第１の実施の形態について説明する。
図１は、ステータコアの両端側から、それぞれ第１のインシュレータ３と第２のインシュレータ５とを挿入する様子（矢印方向参照）を示す概略図である。尚、図１において、ＡＲ１側は断面図、ＡＲ２側は側面図である。図２は、インシュレータ挿入後の回転電機のステータの正面図（左図）と側面図（右図）である。図３は、ステータコアのバリ側に挿入する第１のインシュレータ３を正面からみた図であり、図４は、図３のＴ－Ｔ線に沿う断面図である。図４において、上下方向がモータの回転軸方向に相当する。図５は、ステータコアのダレ側に挿入する第２のインシュレータ５を正面からみた図であり、図６は、図５のＴ－Ｔ線に沿う断面図である。図６において、上下方向がモータの回転軸の延在する方向に相当する。図７は、図２のＩＩａ－ＩＩｂ線に沿う断面図であり、併せてピンを備えた巻線の絡げ部の平面図を示す図である。

【0018】

回転電機のステータは、図１に示すように組み立てられる。図８も適宜参照する。
まず、プレス積層を行うことで、それぞれの端部にダレ側１ｂとバリ側１ｃとが形成されたステータコア１が形成される。
図１，図２に示すように、ステータコア１の中心部には開口Ｏが形成され、図示しない回転子が配置される。ステータ外側面の内周側であって開口Ｏの外周側には複数のティース６が形成され、これらの複数のティース６の間に内方および上下に開放された複数のスロットＳが設けられる（図８）。
第１のインシュレータ３，第２のインシュレータ５を介して各ティース６に開口ＯとスロットＳの空間を利用して巻線８を巻回することで、集中直巻方式によってステータ１の磁場を形成し、ステータ１を構成している。
図１に示すように、ステータコア１のバリ側１ｃから第１のインシュレータ３を、ステータコア１のダレ側１ｂから第２のインシュレータ５を挿入する。
第１のインシュレータ３は、図１，図２に示すステータコア１のバリ側１ｃの端部から挿入しやすいように構成されている。第２のインシュレータ５は、図１，図２に示すステータコア１のダレ側１ｂの端部から挿入しやすいように構成されている。

【0019】

第１のインシュレータ３と第２のインシュレータ５とは、ステータコア１に形成されている複数のティース６を覆う断面櫛状の絶縁体（櫛状係合部３４，３４ａ）により構成されている。この断面櫛状の絶縁体の外側にスロットＳを利用して巻線８を巻回することで、巻線８とステータコア１とを絶縁することができる。すなわち、櫛状係合部３４，３４ａはスロットＳ内に配置される。
その際、例えば、巻線８の先端を、第１のインシュレータ３，第２のインシュレータ５のいずれか一方（ここでは、第２のインシュレータ５）に設けられた絡げ部５１のピン５３に絡げながら（５５）巻線８を巻くことで巻線部を簡単かつ確実に形成することができる。図では、複数の櫛状係合部３４，３４ａのうち１つのみに巻線８を巻いているが、実際には、全ての櫛状係合部３４，３４ａに巻線がなされる。

【0020】

次に、第１のインシュレータ３と第２のインシュレータ５の構成について詳細に説明する。
図４に示すように、第１のインシュレータ３の櫛状係合部３４は、例えば、断面コの字状の形状をしている。そして、その先端部３６，３８において、それぞれ内側において先端に向けて細くなるような傾斜を有するテーパ形状部３６－１，３８－１を有している。
図５，図６に示すように、第２のインシュレータ５の櫛状係合部３４ａも、例えば、断面コの字状の形状をしている。そして、先端部３６ａ，３８ａにおいて、それぞれ内側と外側において先端に向けて細くなるような傾斜を有する内側テーパ形状部３６ａ－２・３８ａ－２，外側テーパ形状部３６ａ－１・３８ａ－１を有している。

【0021】

図７は、第１のインシュレータ３の櫛状係合部３４と第２のインシュレータ５の櫛状係合部３４ａとをステータコア１のダレ側１ｂとバリ側１ｃとのそれぞれの端面から挿入した場合における、インシュレータの先端近傍の一部を断面構成例として代表的に示す図である。
図７に示すように、第１のインシュレータ３の櫛状係合部３４の第１先端部には、一面側（ティース側）にのみテーパ形状部３６－１が形成され、第２のインシュレータ５の櫛状係合部３４ａの第２先端部には、テーパ形状部３６－１の先端と近接するように外側テーパ形状部３６ａ－１が配置される。すなわち、第１，第２先端部間に中心軸からみて径方向に隙間のない構造とした。
さらに、第２のインシュレータ５の櫛状係合部３４ａの第２先端部には、ティースからみて外側にテーパ形状部３６ａ－２が形成され、該外側テーパ形状部３６ａ－２を設けない場合に比べて櫛状係合部３４ａの先端部がスロットＳの輪郭形状の内側に誘導されるため、ダレ側１ｂからの挿入がしやすいという利点がある。
バリ側１ｃもテーパ形状部３６－１のテーパがあることでスロットＳの輪郭形状の内側に誘導されるので挿入しやすくなる。テーパが大きいほど挿入しやすいが、テーパ形状部３６－１のテーパをダレ側１ｂに入る内側テーパ形状部３６ａ－２より大きくすることで、バリ側１ｃのバリによる挿入しにくさを補完している。

【0022】

すなわち、本実施の形態によれば、インシュレータの第１，第２先端部同士が担がない、すなわち一方が他方を支えることのない形状のため、巻線の絡げ位置が安定する。先端部間に隙間が形成されないため、インシュレータによるステータコアと巻線との間の絶縁性能を維持することができる。さらに、ダレ側１ｂから挿入する第２のインシュレータ５のステータコア側に、傾斜角度の小さなテーパ形状３６ａ－２を形成することにより、ダレ側１ｂからの第２のインシュレータ５の挿入が簡単になる。マージンが大きくなるため、挿入工程の自動化（機械化）がしやすくなる。

【0023】

以上に説明したように、本実施の形態によれば、インシュレータによる絶縁性能が十分に確保できる。
そして、インシュレータに組み付けられたコネクタの絡げピンの位置がずれにくいため、絡げ位置が安定する。
従って、インシュレータ挿入工程やコネクタの絡げピンへの巻線工程の自動化が可能となり、工数低減が可能となる。

【0024】

（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
図８は、本実施の形態によるステータコア１の概略図であり、図１に対応する図である。インシュレータの挿入工程を自動化する場合における、ステータコアの挿入容易性・挿入確実性を向上するための方法を示す図である。
上述のように、ステータコア１のバリ側１ｃから第１のインシュレータ３を挿入し、ステータコア１のダレ側１ｂから第２のインシュレータ５を挿入すると、図７に示したような構造となるため、ステータコア１と巻線８との間の絶縁特性が良くなるなどの効果が得られる。

【0025】

第１のインシュレータ３と第２のインシュレータ５とを逆に挿入してしまうと、第２のインシュレータ５が挿入しにくいばかりか、絶縁特性も向上しないという問題がある。
そこで、インシュレータの挿入工程を自動化する場合等において、第２のインシュレータ５をステータコア１のバリ側１ｃではなくダレ側１ｂから挿入することを確実にするために、ステータコア１のダレ側１ｂとバリ側１ｃとを識別することができる識別マークなどを付与する。

【0026】

例えば、図８に示すように、ステータコア１の側面において、側面の中央線Ｌ１から外側に外れた位置にインデックス７１を付与する。このインデックス７１と中央線Ｌ１との位置関係に基づいて、例えば、カメラなどで撮影した画像の画像認識処理を行うことで、ステータコア１のダレ側１ｂを自動的に判別することができる。例えば、ステータコアの側面の中央線Ｌ１に対して、マーカとしてのインデックス７１の有無によりステータコア１のダレ側１ｂとバリ側１ｃとを判定することができる。

【0027】

このように、ステータコア１のダレ側１ｂとバリ側１ｃを自動的に判定することができるようにすると、第１のインシュレータ３と第２のインシュレータ５とを正しくステータコア１に挿入することが自動的に可能となる。
尚、インデックス７１の形状や位置などは、図８のものに限定されるものではなく、装置の構成やステータコアの形状などに応じて適宜変更することが可能である。

【0028】

上記の実施の形態において、図示されている構成等については、これらに限定されるものではなく、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。
また、本発明の各構成要素は、任意に取捨選択することができ、取捨選択した構成を具備する発明も本発明に含まれるものである。

【産業上の利用可能性】

【0029】

本発明は、回転電機ステータに利用可能である。

【符号の説明】

【0030】

Ｌ１ 中央線
Ｏ 開口
Ｓ スロット
１ ステータコア
１ｂ ダレ側
１ｃ バリ側
３ 第１のインシュレータ
５ 第２のインシュレータ
６ ティース
８ 巻線
３４，３４ａ 櫛状係合部
３６，３６ａ，３８，３８ａ 先端部
３８－１ テーパ形状部
３６ａ－１・３８ａ－１ 外側テーパ形状部
３６ａ－２・３８ａ－２ 内側テーパ形状部
７１ インデックス

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】