JP4410730B2 - 回転電機のステータ、回転電機、及び回転電機のステータの製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、回転電機のステータ、回転電機およびその製造方法に係り、たとえば換気扇用コンデンサ誘導電動機等に使用されるステータの構造及び製造方法に関するものである。

例えば、少ないスロット数（４スロットや６スロット）のステータを有する回転電機では、スロットの外周の弧長が長いので、通常、その内側のスペースへコイルを高速・高密度に巻線するのは困難である。そこで、従来の回転電機のステータでは、ステータコアの鉄心を歯部と継鉄部とに接合可能に分割し、絶縁材料からなるコイルボビンにワイヤを巻装し、コイルボビンに歯部を嵌入にして継鉄部と接合し、コイル間およびコイルと引出しリード線間を接続して絶縁固定することにより、高密度化を図る手法が考えられている。（例えば、特許文献１参照）

しかしながら、分割鉄心の磁極ティースをバラバラに置いて巻線すると、ステータコアの組立や渡り線処理が面倒になるため、歯部と継鉄部が一体の分割鉄芯体を正規の寸法で環状に保持し、外周側から順に巻線するという方法が取られている。（例えば、特許文献２参照）そのため、最初に巻かれるコイルは、後から巻かれるコイルの巻線作業に影響しないよう、コイル形状に配慮する必要がある。図１０は、その例を示す断面図であり、ステータコアは、４個の磁極ティース部１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄと、円環状のバックヨーク部１０３に分割され、磁極ティース部１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄには樹脂製のコイルボビン１０６が装着されている。そして、同相の最初に巻かれるコイル１０４ａ、１０４ｃは磁極ティース部１０２ａ、１０２ｃのコイルボビン１０６に対して、回転するフライヤーノズル１０５によりマグネットワイヤ１０１を連続的に巻線する。その後、別相のほぼ同量のコイル１０４ｂ、１０４ｄを磁極ティース部１０２ｂ、１０２ｄのコイルボビン１０６に巻線する。

特開平５−１９１９４３号公報（段落[０００４]、［０００７］、図３） 特開２００４−１４７３８０号公報（段落［００１４］、［００１８］、図７）

上述のステータに対する巻線には以下のような問題点があった。すなわち、図１０において、最初のコイル１０４ａの巻線において、仮に外周側の隅部スペース１０７にまでコイルを巻線した場合、フライヤーノズル１０５により後のコイル１０４ｂの巻線をコイル１０４ａの巻線と同様の巻線量で行うことができない。また、後のコイル１０４ｂの巻線において、内周側の隅部スペース１０８にまで巻線しようと思っても、最初のコイル１０４ａの巻線がフライヤノズル１０５からのマグネットワイヤ１０１の通過スペースにとって障害となり、巻線できない。その結果、最初のコイル１０４ａ及び後のコイル１０４ｂの巻線において、相互に障害物となる外周側の隅部スペース１０７や内周側の隅部スペース１０８に巻線が及ばないよう、あらかじめ巻線量を制限する必要がある。このように、限られた回転電機の大きさ（モータサイズ）の中で、高密度なコイル巻線を必要とする高性能回転電機（モータ）を得ることが困難であった。なお、障害物があっても滑らかな型に沿ってワイヤを送り込むフォーマ式という方法があるが、上記のようにフライヤノズル１０５で直接コイルボビンに巻線する直巻き式に比べれば、巻線密度や回転速度、ワイヤの加工劣化具合に限界があるので、０．１ｍｍ以下の細いワイヤを何千ターンも巻線するような小型のファンモータには適さない。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、渡り線形成や組立の容易性を確保しながら、巻線順序に関わらず高密度なコイルを備える回転電機のステータを得ることを目的としている。

この発明に係る回転電機のステータの製造方法は、磁極ティース部が装着され、湾曲自在な絶縁フィルムによって外周側が連結されている複数のコイルボビンを、それぞれの磁極ティース部の先端部が外側を向くように逆反りされた状態で配置する工程と、
逆反りされた状態で配置されたコイルボビンに対してコイルを巻回する工程と、
絶縁フィルムを内側に湾曲させて、
複数のコイルボビンをそれぞれの磁極ティース先端が回転電機の内周側を向くように反転させながら前記コイルを環状に成形する工程と、
すべての磁極ティース部の外周側に、アウターコア部を配設する工程とからなるものである。

この発明によれば、コイル巻回時に、ステータコアの磁極ティース部をアウターコア部から分割し、コイルボビンを連結する絶縁フィルムを磁極ティース先端が外側を向くように逆反り状態にさせれば、コイルボビンの周囲は完全なオープンスペースとなって巻線順序に関わらず高速・高密度な巻線が可能となる。また、絶縁フィルムに渡り線を沿わせることで連続巻線が容易となる。さらに、ステータコア組立時には、絶縁フィルムを内周側に折り曲げ・湾曲させながら、連結したコイルボビンを環状に並べることにより、個々のコアを集める手間やコイルの外周側への漏れに煩わされることなく、組立性及び品質よくコイルを円環状に湾曲成形することができる。
また、スロットの少ないステータの場合であってもバックヨーク部に密着した高密度なコイルを得られるという顕著な効果がある。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図に基づいて説明する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるステータの巻線方法を示す断面図、図２はステータの巻線後、円環状に成形されたコイルの状態を示す断面図、図３はアウターコア部圧入後、ステータの組立状態を示す断面図、図４は絶縁フィルムの原形状を示す外観図、図５はステータコアと絶縁フィルムを示す斜視図である。

図において、ステータコアは、磁極ティース部２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄと、環状のヨーク部であるアウターコア部３に分割されており、磁極ティース部２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの外周側にはアウターコア部３が装着される分割面１７が形成されている。磁極ティース部２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄにはそれぞれコイルボビン６が装着され、各コイルボビン６にはコイル４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄが巻線される。各コイルボビン６には、外周側つば１６と内周側つば５０を有しており、外周側つば１６の周方向端部はステータコアの分割面１７付近に位置するように外周側つば１６の長さは短く抑えられている。その代わりに、コイルボビン６に巻線されたコイル４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄと、アウターコア部３との間の絶縁性を確保するために、隣接する分割面１７同士の間のアウターコア部３の周縁において、絶縁フィルム７ａ〜７ｅが大半の領域を占めるように、当該絶縁フィルムが外周側つば１６に例えば超音波溶着（コイルボビンの樹脂の一部を溶かして）固定されている。これらの絶縁フィルム７ａ〜７ｅとしては折り曲げかつ湾曲しても強度が保たれるＰＥＴフィルム等が好適に用いられる。

絶縁フィルム７ａ、７ｂ、７ｃは、図４（ａ）に示すように、コイルが巻かれるための切り欠きを左右に２組、計４箇所備え、折り曲げられる中央部で対称な形状に簡易プレスで打ち抜かれる。絶縁フィルム７ｅ、７ｄは、図４（ｂ）に示すように、絶縁フィルム７ａ、７ｂ、７ｃの半分の形状で中央を少し伸ばしたような形状に打ち抜かれる。絶縁フィルム７ｅは切り欠きの一辺が磁極ティース部２ｂのコイルボビン６の外周側つば１６に固定される。絶縁フィルム７ａは両切り欠きの二辺が磁極ティース部２ｂ、２ａのコイルボビン６の外周側つば１６に固定される。絶縁フィルム７ｂは両切り欠きの二辺が磁極ティース部２ａ、２ｄのコイルボビン６の外周側つば１６に固定される。絶縁フィルム７ｃは両切り欠きの一辺が磁極ティース部２ｄ、２ｃのコイルボビン６の外周側つば１６に固定される。絶縁フィルム７ｄは切り欠きの一辺が磁極ティース部２ｃのコイルボビン６の外周側つば１６に固定される。そして、これらの絶縁フィルム７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅは、４個のコイルボビン６を連結するとともに、各磁極ティース部２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄをはさんで両側において、コイルボビン６の外周側つば１６、磁極ティース部の側面、内周側つば５０の根元付近を経由してコの字状の空間を包含するように配置されている。

次に、本実施の形態によるステータの巻線方法を図１に基づいて説明する。絶縁フィルム７ａ、７ｂ、７ｃによって連結されている４個のコイルボビン６は、磁極ティース部２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄがそれらの先端部を外側に向けるよう逆反りされた状態で配置され、それぞれの分割面１７をチャック８により固定する。このとき、絶縁フィルム７ｅ、７ｄの端部も同時にチャック８に固定される。このように固定された状態では、磁極ティース部２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄに装着したコイルボビン６の周囲は障害物のない完全なオープンスペースとなる。そのため、回転するフライヤノズル５から繰り出されるマグネットワイヤ１は、磁極ティース部周りの所望の場所へ巻き付けられていく。

例えば、磁極ティース部２ａへ巻線されたコイル４ａの形状は、図１に示すように、マグネットワイヤ１は磁極ティース部２ａにほぼ垂直な向きで、かつ相互にほぼ平行に俵積みされ、断面がおよそ台形形状となる。そして、磁極ティース部２ａの巻線後、フライヤノズル５に対してチャック８が回転すると、マグネットワイヤ１は、順に、絶縁フィルム７ｂ、コイルボビン６、絶縁フィルム７ｃに沿いながら渡り線を形成し、引き続き同相の磁極ティース部２ｃへの巻線にと供される。この場合、絶縁フィルムの内周側は、極細のマグネットワイヤであれば当該フィルム単独でコイル形状を保持でき、少し太めのマグネットワイヤの場合は、フライヤの内側にフリーな状態で備えられる冶具等で保持される。磁極ティース部２ｃへの巻線が完了すれば、次に、別相の磁極ティース部への巻線として、同様に、磁極ティース部２ｂへの巻線、順に、絶縁フィルム７ａ、コイルボビン６、絶縁フィルム７ｂへの渡り線、磁極ティース部２ｄへの巻線が引き続いて行われる。

次に、コイルの成形方法を図２に基づいて説明する。磁極ティース部２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄのまわりに巻線されたコイル４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄは、図２点線で示すように、磁極ティースの先端部を外周側に向けた状態で、絶縁フィルム７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅで連結された状態にある。そして、図１のチャック８による固定を外した後、絶縁フィルム７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅを内周側に折り曲げ、湾曲させながら、連結された４個のコイルボビン６を逆反り状態から各磁極ティース先端が内周側を向くように環状の配置へと並べる。引き続いて、コイル４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄに対して、それらの外周側に配置された成形冶具９により中心向きに移動・加圧させる。その結果、各コイル４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの形状は、隣接するコイル同士が接しながらスロット内を占有するようになり、台形から最終形状である扇形形状に成形される。最後に、絶縁フィルム７ｅ、７ｄの端部を折り重ねてテープ等で固定して、円環状のコイルと磁極ティースから構成されるステータ組立品２４を得る。

次に、ステータの組立方法を図３に基づいて説明する。円環状の組立品２４において、外周側に配置された各磁極ティース部２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの分割面１７を、アウターコア部３へ圧入、嵌合することにより、アウターコア部３と一体となりステータ２５が構成される。そして、ステータ２５の内周側に図示しないロータを配置することにより回転電機が完成する。

以上のように本実施の形態によれば、磁極ティース部まわりにオープンスペースができるので、スロットの巻線順序に関係なく、高速・高密度に巻線することができるとともに、巻線後、円環状に成形することによりスロット一杯に配置されるコイルに成形することができる。このとき、コイルボビン６は、絶縁フィルム７ａ、７ｂ、７ｃを介して連結されているので、コイルの渡り線は切断されることなく形成され、連続的に巻線しやすい。また、絶縁フィルムがコイルを保護しながら成形することになるので、絶縁性を容易に確保できる。特に、線径０．１前後のような細線のコイルでは成形に要する力は小さく、思い通りのコイル形状へ容易に成形することができる。すなわち、生産性と品質を満足しながら、高密度コイルを備えた高性能回転電機（モータ）を得ることが可能となる。

また、コイルボビンの内周側には内周側つばが設けられ、内周側つばの根元付近から回転電機の周方向に絶縁フィルムが延びているので、この構成により、成形時にコイルが内周側へ湾曲するためのスペースを予め容易に確保することができ、より高密度な巻線・成形が可能となる。

さらに、コイルボビンの外周側同士を連結する絶縁フィルムは、当該コイルボビン間のスロットの内周側に延びる絶縁フィルムと一体となり、当該スロットを覆う１枚の連続し
たシートで構成されているので、コイルボビンを連結する機能と、成形後にスロット内側にコイルが湾曲するためのスペースを容易に確保する機能と、スロット内のコイルの外部との絶縁性を確保する機能を併せ持つことができる。

実施の形態２．
図６はこの発明の実施の形態２によるコイルボビンに絶縁フィルムを装着する様子を示す斜視図、図７は本実施の形態においてステータの巻線後、円環状に成形されたコイルの状態を示す断面図である。なお、図示しないその他の構成は実施の形態１と同様である。

本実施の形態において、コイルボビン１０は外周側つば１８と内周側つば１９を備えており、あらかじめ磁極ティース部２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄが装着されている。そして、上記コイルボビン１０に対して、１枚の連続したシートからなる絶縁フィルム１１が一方向から挿入される。この絶縁フィルム１１の片端には４箇所の切り欠きが設けられ、当該切り欠きの周縁部が各コイルボビン１０の外周側つば１８に溶着固定されて、各コイルボビン１０を連結している。

コイルボビン１０と絶縁フィルム１１との固定が完了すると、実施の形態１と同様にして、絶縁フィルム１１により連結している４個のコイルボビン１０を、その磁極ティース部２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの先端部が外側に向くように逆反りした状態になるように配置して、チャックにより固定する。そして、各磁極ティース部２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ回りにコイル４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを巻き付けて行く。その後、チャックによる固定を外した後、図７に示すように、絶縁フィルム１１を内周側に折り曲げ、湾曲させながら、連結された４個のコイルボビン１０を逆反り状態から各磁極ティース先端が内周側を向くように環状の配置へと並べる。引き続いて、コイル４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄに対して、それらの外周側に配置された成形冶具９により中心向きに移動・加圧する。その結果、各コイル４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの形状は、隣接するコイル同士が接しながらスロット内を占有するようになり、台形から最終形状である扇形形状に成形される。このようにして、円環状のコイルと磁極ティースから構成される組立品２４を得る。

以上のように本実施の形態によれば、実施の形態１で説明した効果を有するほか、絶縁フィルムが１枚のシートから構成されているので、コイルボビンへの固定が容易で、より生産性の高い、高性能回転電機（モータ）を得ることが可能となる。

また、本実施の形態では、絶縁フィルムはスロット内周側を囲う部分が存在しないので、実施の形態１ほどのコイル保持機能はないが、コイルボビン１０の内周側つば１９により、コイル成形の効果が出る程度のコイル保持が可能である。

実施の形態３．
図８は、この発明の実施の形態３によるコイルボビンに絶縁フィルムを装着する様子を示す斜視図である。なお、図示しないその他の構成は実施の形態１と同様である。

本実施の形態において、コイルボビン１２は外周側つば２８と内周側つば２９を備えている。そして、上記コイルボビン１２に対して、１枚の連続したシートからなる絶縁フィルム１３が挿入される。この絶縁フィルム１３には、磁極ティース部２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄが一方向から貫通できるような穴が設けられている。この場合、４個のコイルボビン１２は、その外周側つば２８の内周側において、あらかじめ絶縁フィルム１３が穴の位置を合せるようにして溶着固定される。

そして、絶縁フィルム１３で連結されたコイルボビン１２に対して、磁極ティース部２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを径方向に挿入した後、実施の形態１と同様にして、絶縁フィルム１３により連結している４個のコイルボビン１２を、その磁極ティース部２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの先端部が外側に向くように逆反りした状態になるように配置して、チャックにより固定する。そして、各磁極ティース部２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ回りにコイル４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを巻き付けて行く。その後、チャックによる固定を外した後、絶縁フィルム１３を内周側に折り曲げ、湾曲させながら、連結された４個のコイルボビン１３を逆反り状態から各磁極ティース部先端が内周側を向くように環状の配置へと並べる。引き続いて、コイルに対して、それらの外周側に配置された成形冶具により中心向きに移動・加圧する。その結果、各コイルの形状は、隣接するコイル同士が接しながらスロット内を占有するようになり、台形から最終形状である扇形形状に成形される。このようにして、円環状のコイルと磁極ティース部から構成される組立品を得る。

本実施の形態によれば、絶縁フィルムが１枚のシートからなるので、コイルボビン１０への固定が容易である上、磁極ティース部を組み立てなくても複数のコイルボビンを環状に連結できるので、生産ライン内での巻線工程が簡素に構成でき、より生産性の高い、高性能回転電機（モータ）を得ることが可能となる。

実施の形態４．
図９は、この発明の実施の形態４によるステータを示し、コイルボビンに巻線後、円環状に成形されたコイルの状態を示す断面図である。

本実施の形態において、ステータコアは、それらの分割面２０が磁極ティースの延長線付近に位置するように、磁極ティース部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄと、アウターコア部１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄとに分割されている。

磁極ティース部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄに組み立てられ、外周側つば１６の周方向端部が分割面２０付近になるように構成されるコイルボビン６が逆反りした状態になるように絶縁フィルム７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅが固定された後、フライヤノズル５により、各磁極ティース部２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ回りにコイル４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを巻き付けて行く。そして、絶縁フィルム７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅを内周側に折り曲げ、湾曲させながら、連結された４個のコイルボビン６を逆反り状態から各磁極ティース先端が内周側を向くように環状の配置へと並べる。次に、ステータコアの一部であるアウターコア部１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄにより、上記巻回されたコイルに対して、それらの外周側から中心向きに加圧して固定する。その結果、各コイルの形状は、隣接するコイル同士が接しながらスロット内を占有するようになり、台形から最終形状である扇形形状に成形される。このようにして、円環状のコイルと磁極ティース部から構成される組立品を得る。

本実施の形態によれば、ステータコアの一部であるアウターコア部が、成形冶具の加圧機能を受け持つことが可能で、生産性よく高性能の回転電機（モータ）を得ることができる。

なお、上記実施の形態では、絶縁フィルムをコイルボビンに溶着固定した例を示したが、接着固定や両面テープ固定、一体樹脂モールドによる固定や、コイルボビンとコアへの隙間への挿入による固定でも同様の効果がある。

また、上記実施の形態１では、円環状の端末部となる絶縁フィルムはあらかじめ分断された２枚のものを示したが、残り３箇所と同様、つながった１枚で逆反り状態を形成し、巻線後、コイル成形するときにその部分の絶縁フィルムを分断してもよい。

また、上記実施の形態では、１枚のシートからなる絶縁フィルムをコイルボビンに溶着固定する例を示したが、成形金型内でコイルボビンの樹脂材料とともに一体成形する方法を採ってもよい。

また、上記実施の形態では、コイルボビンの組立方法について詳しく図示しなかったが、絶縁距離を確保できれば、組立性向上のために、積厚方向や径方向に分割しても上記と同様の効果が得られる。

この発明の実施の形態１によるステータの巻線方法を示す断面図である。 この発明の実施の形態１においてステータの巻線後、円環状に成形されたコイルの状態を示す断面図である。 この発明の実施の形態１においてアウターコア部圧入後、ステータの組立状態を示す断面図である。 この発明の実施の形態１による絶縁フィルムの原形状を示す外観図である。 この発明の実施の形態１によるステータコアと絶縁フィルムを示す斜視図である。 はこの発明の実施の形態２によるコイルボビンに絶縁フィルムを装着する様子を示す斜視図である。 この発明の実施の形態２においてステータの巻線後、円環状に成形されたコイルの状態を示す断面図である。 この発明の実施の形態３によるコイルボビンに絶縁フィルムを装着する様子を示す斜視図である。 この発明の実施の形態４によるステータを示し、コイルボビンに巻線後、円環状に成形されたコイルの状態を示す断面図である。 従来のステータの巻線方法を説明するための断面図である。

符号の説明

２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ 磁極ティース部、４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ コイル、
６ コイルボビン、７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ 絶縁フィルム、
１０ コイルボビン、１１ 絶縁フィルム、１２ コイルボビン、１３ 絶縁フィルム、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ 磁極ティース部、
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ アウターコア部、１６ 外周側つば、１７ 分割面、１８ 外周側つば、１９ 内周側つば、２０ 分割面、５０ 内周側つば。

Claims (3)

1. 磁極ティース部が装着され、湾曲自在な絶縁フィルムによって外周側が連結されている複数のコイルボビンを、それぞれの上記磁極ティース部の先端部が外側を向くように逆反りされた状態で配置する工程と、
   上記逆反りされた状態で配置された上記コイルボビンに対してコイルを巻回する工程と、
   上記絶縁フィルムを内側に湾曲させて、
   上記複数のコイルボビンをそれぞれの上記磁極ティース先端が回転電機の内周側を向くように反転させながら前記コイルを環状に成形する工程と、
   すべての上記磁極ティース部の外周側に、アウターコア部を配設する工程とからなる回転電機のステータの製造方法。
2. 上記コイルボビンは内周側つばと、上記絶縁フィルムを固定する外周側つばを備え、上記外周側つばの周方向端部間の長さは、上記内周側つばの周方向端部間の長さよりも短い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の製造方法。
3. 上記絶縁フィルムを固定する工程において、複数のコイルボビンは上記絶縁フィルムを固定する複数の面を有する回転可能なチャックに固定され、
   上記コイルを巻回する工程において、あるコイルボビンの巻線後に上記チャックを回転することによって、絶縁フィルムに沿って渡り線が形成されて、引き続き他のコイルボビンの巻線がおこなわれることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機のステータの製造方法。

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