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JP6351861B2 - 電機子の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、電機子の製造方法に関する。
近年、電動機や発電機などの回転電機において、小型高出力、および高品質が求められている。そのためトルク脈動を抑制でき、高出力化が可能な分布巻構造の電機子巻線を用いた電機子が要望されている。さらに、磁石価格の高騰により、磁石を用いない回転電機の要求も高まっており、より高効率の分布巻の電機子巻線を用いた電機子が求められている。なお、導体線を1つのティースに巻回して構成された集中巻の巻線に対し、分布巻の電機子巻線は導体線を2スロット以上離れたスロットに巻回して構成されている。すなわち、あるスロットから延出した導体線が連続する2つ以上のティースを跨いで他のスロットに入るように巻回される。
従来、分布巻の電機子巻線を有する電機子の製造方法としては、インサータと呼ばれるコイルを挿入する装置を用いて量産されているが、この方法で製造される電機子はコイルエンドが同心状に配置される同心巻と呼ばれる構造となり、コイルエンドの干渉が大きく、電機子の大型化を招く。一方、コイルエンドが渦巻状に配置される分布巻の一方法である重ね巻は、コイルエンドの干渉が小さく、同心巻と比べてコイルエンドを小さくし、小型化が可能となるが、その構成上、一方向から組み立てることができず、自動化が困難であった。そこで、コイルとすべき環状導体を環状導体保持装置としてのコイル保持装置に重ね巻状に保持させる際、移動可能な二つの半円筒状の主保持部(合体して円筒状になる)にそれぞれ複数の環状導体を保持させ、主保持部を移動させ合体させて円筒状にして各主保持部に保持された環状導体を重ねた状態に保持させてから鉄心のスロットに挿入するコイル保持装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
また、別の従来の電機子の製造方法におけるコイル配置方法として、配置工程Sにおいて、円筒状に配置された複数のブレードを有するコイル保持器に、複数の環状導体を傾斜した状態で重なり合うように配置する。この配置工程は、通常配置工程と特別配置工程を有し、通常配置工程においては順配置方向により規定される配置順に従い、挿入操作が成立する限りにおいて通常環状導体を順次挿入していき、次の挿入操作が成立しなくなった時点で通常配置工程を終了する。そして、残余の環状導体(他の通常環状導体と同様の態様では挿入し得ない環状導体)を、特定環状導体として、その後の特別配置工程に供する。特別配置工程では、複数の特定環状導体のそれぞれについて通常配置工程における通常環状導体とは逆向きに傾斜する状態で、挿入されるものが提案されている(例えば、特許文献2参照)。
特開2013−123339号公報 特開2014−192971号公報
従来の電機子の製造方法においては、特許文献1に記載された環状導体保持装置としてのコイル保持装置は以上のように構成され、二つの半円筒状の主保持部に環状導体を二つに分けて保持させてから移動させ合体させて円筒状にしなければならず、コイル保持装置が複雑な構成となり、設備コストの増加や、コイル(環状導体)挿入のタクトタイムの増加を招き、ひいては生産効率の低下を来すという問題点があった。特許文献2に記載されたものは、円筒状に配置された複数のブレードを有し合体させて円筒状にする必要のないコイル保持器に複数の環状導体を配置して、コイル押出器にてスロットに挿入可能であるが、環状導体として通常環状導体と特定環状導体とを用いなければならず、また特定工程においては通常工程で配置された通常環状導体とは逆向きに傾斜する状態で複数の特定環状導体を挿入しなければならないので、製造工程が複雑になり生産効率が低下するという問題点があった。
この発明は前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、簡易な環状導体保持装置を用いて、生産効率を向上させることのできる電機子の製造方法を提供することおよび生産性に優れた電機子を得ることを目的とする。
この発明に係る電機子の製造方法は、
円筒状の内周部に設けられた複数のスロットを有する鉄心と前記スロットに挿入されるコイルとを備えた電機子の製造方法であって、
支持部材と固定部材とを有し、前記支持部材が周方向に間隙を設けて円筒状に配置されかつ一方の端部が前記固定部材に固定されて円筒状部を形成するものであって、前記円筒状部は前記鉄心の前記内周部と嵌合可能にされるとともに前記間隙の前記周方向の位置が前記鉄心の前記スロットの位置と合致するように構成された保持案内部と、
前記円筒状部の内側を前記円筒状部の軸方向に移動可能に構成された係合部と
を備えた環状導体挿入装置を用いた次の工程を有する電機子の製造方法。
・導体線が環状に巻回された複数の環状導体を前記環状導体が挿入されていない前記間隙に複数の前記支持部材を跨いで挿入し前記保持案内部に配置する単純配置工程と、先に挿入された前記環状導体に前記軸方向に一部が重なるようにして別の前記環状導体を別の前記間隙に複数の前記支持部材を跨いで挿入し前記保持案内部に配置する重畳配置工程と、を組み合わせて必要数の前記環状導体を前記保持案内部に配置する配置工程。
・前記保持案内部と前記鉄心の前記内周部とを嵌合させるとともに前記間隙の前記周方向の位置と前記スロットの位置とを合わせる嵌合工程。
・前記係合部を前記保持案内部の軸方向に移動させ前記保持案内部に配置された前記環状導体に係合させて前記環状導体を前記スロットに挿入し前記コイルとする挿入工程。
この発明に係る電機子の製造方法は、導体線が環状に巻回された複数の環状導体を、周方向に間隙を設けて円筒状に配置されかつ一方の端部が固定部材に固定された支持部材にて形成された円筒状部を有する保持案内部を備えた環状導体挿入装置の前記間隙であって環状導体が挿入されていない間隙に、複数の支持部材を跨いで挿入し前記保持案内部に配置する単純配置工程と、先に挿入された環状導体に円筒状部の軸方向に一部が重なるようにして別の環状導体を別の間隙に複数の支持部材を跨いで挿入し保持案内部に配置する重畳配置工程と、を組み合わせて必要数の環状導体を保持案内部に配置する配置工程を有するので、簡易な環状導体保持装置を用いて、生産効率を向上させることできる。
この発明の実施の形態1に係る回転電機の一部断面図である。 図1の電機子の平面図である。 図1の電機子の軸方向断面図である。 図2の電機子の鉄心の平面図である。 図2の電機子の鉄心の要部平面図である。 図2の電機子のスロット部の詳細断面図である。 図4の鉄心のスロットに挿入される環状導体およびスロットに挿入されコイルとされたときの当該コイルとの対応関係を示す斜視図である。 図2の電機子の製造に用いられる環状導体挿入装置の斜視図である。 図8の保持案内部の斜視図である。 図8のプッシャの斜視図である。 図8の環状導体挿入装置と鉄心とを組み合わせ状態を示す斜視図である。 電機子の製造工程を説明するためのフローチャートである。 図8の環状導体挿入装置に環状導体を配置する順番を説明するための説明図である。 環状導体が配置された環状導体挿入装置の展開図である。 電機子の製造工程を説明するための説明図である。 電機子の製造工程を説明するための説明図である。 実施の形態2に係る電機子の平面図である。 環状導体挿入装置に環状導体を配置する順番を説明するための説明図である。 環状導体が配置された環状導体挿入装置の展開図である。 実施の形態3に係る電機子の平面図である。 図20の電機子の鉄心の平面図である。 環状導体が配置された環状導体挿入装置の展開図である。 実施の形態4に係る電機子の断面図である。 図23の電機子のスロット部の詳細断面図である。 実施の形態4に係る電機子のコイルエンド周辺の斜視図である。 実施の形態4に係る電機子の製造工程を説明するためのフローチャートである。 絶縁体を示す平面図である。 絶縁体および環状導体が配置された環状導体挿入装置の展開図である。 環状導体挿入装置に絶縁体および環状導体を配置する工程を説明するための説明図である。 絶縁体および環状導体がスロットに挿入されるときの状態を説明するための説明図である。 実施の形態5に係る電機子のコイルエンド周辺の斜視図である。 図31の電機子のスロット部の詳細断面図である。 絶縁体を示す平面図である。 絶縁体を示す斜視図である。 実施の形態6に係る環状導体およびスロットに挿入されコイルとされたときの当該コイルとの対応関係を示す斜視図である。 絶縁体および環状導体が配置された環状導体挿入装置の展開図である。
実施の形態1.
図1〜図16は、この発明を実施するための実施の形態1を示すものであり、図1はこの発明の実施の形態1に係る回転電機の一部断面図、図2は図1の電機子の平面図、図3は図1の電機子の軸方向断面図である。図4は図2の電機子の鉄心の平面図、図5は図2の電機子の鉄心の要部平面図、図6は図2の電機子のスロット部の詳細断面図である。図7は図4の鉄心のスロットに挿入される環状導体およびスロットに挿入されコイルとされたときの当該コイルとの対応関係を示す斜視図である。図8は図2の電機子の製造に用いられる環状導体挿入装置の斜視図、図9は図8の保持案内部の斜視図、図10は図8のプッシャの斜視図である。図11は図8の環状導体挿入装置と鉄心とを組み合わせ状態を示す斜視図、図12は電機子の製造工程を説明するためのフローチャートである。図13は図8の環状導体挿入装置に環状導体を配置する順番を説明するための説明図、図14は環状導体が配置された環状導体挿入装置の展開図、図15および図16は電機子の製造工程を説明するための説明図である。
図1において、回転電機100は、電機子10とハウジング110と回転子120とベアリング130とを有する。電機子10(詳細後述)は、フレーム112の円筒部に内嵌状態に固着されている。ハウジング110は、有底円筒状のフレーム112およびフレーム112の開口部を塞口する端板113を有する。回転子120は、回転軸121と回転軸121に固着された回転子鉄心122と、回転子鉄心122の外周面側に周方向に所定のピッチで埋設され、磁極を構成する永久磁石125とを備えた永久磁石型回転子である。回転子120は、電機子10の内周部内に配設され、フレーム112の底部および端板113にベアリング130を介して回転可能に支持されている。
なお、回転子120は、永久磁石式回転子に限定されず、絶縁しない回転子導体を回転子鉄心のスロットに収納して、両側を短絡環で短絡したかご形回転子や、絶縁した導体線を回転子鉄心のスロットに挿入した巻線形回転子を用いてもよい。
次に電機子10の構成について説明する。図2〜図6において、電機子10は、鉄心4とコイル21と、スロットセル51とウェッジ52とを有する。鉄心4には、絶縁被膜が施された導体線を環状に複数回巻回して形成された12個のコイル21(図2においては、三相に結線される各コイル21(各相当たりのコイル数4)に符号21U1〜21W4を付している)が挿入されている。鉄心4は、図4に示すように円形に打ち抜いた電磁鋼板を鉄心4の軸方向に所定枚数積み重ねて円筒状に形成され、円筒状のヨーク部41から内方に突出する24個のティース42とこのティース42にて形成される24個のスロット44を有する。なお、ティース42の内径側の端部にて円筒状の内周部43が形成されている。ヨーク部41は、コイル21にて発生する磁束を通す機能を有する。
コイル21は、図2に示すように複数、この実施の形態においては5個のティース42(観点を変えれば4個のスロット44)を跨いで二つ(一対)のスロット44に挿入されており、U相を構成するコイル21U1,21U2,21U3,21U4と、V相を構成するコイル21V1,21V2,21V3,21V4と、W相を構成するコイル21W1,21W2,21W3,21W4とがあり、これにより三相4極のステータとなる。コイル21の配置は図2のようにコイル21U1を起点としてコイル21V4が終点となるように配置されている。なお、図2は、各コイル21のコイルエンドの状態を模式的に示すものであり、実際の形状を正確に表すものではない。図3は図2の電機子10のA−A面における断面を模式的に示す断面図である。なお、図3では図示の都合上コイル21U1,21W2,21V4,21U3,21V2,21W1のコイルエンドの配置だけを示している。
本実施の形態において製造された電機子10の各コイル21は、図2に示すように、コイル21U1およびコイル21V4のコイルエンド(太線で示す)は同心巻のようにすなわち鉄心4の中心軸を中心とする二つの円弧の上にそれぞれ位置する同心配置となっている。つまり、当該コイル21U1およびコイル21V4のコイルエンドは、鉄心4の軸方向から見たとき鉄心4の中心軸を中心とする円弧状の形状を有している。その他のコイルは、それぞれ重ね巻のようにコイルエンドを鉄心4の軸方向から見たとき鉄心4の中心軸を中心としてコイルエンドの位置が図2における時計方向に外径側から内径側に変位する渦巻状の形状を有している。
各スロット44には、コイル21とスロット44とを電気的に絶縁するスロットセル51と、コイル21のスロット44からの飛出しを防止するウェッジ52とが設けられている。スロットセル51、ウェッジ52はたとえばPETフィルムやメタ系アラミド繊維シートのような絶縁材料で造られる。また、図示していないが、スロットセル51の軸方向(図6における紙面に直角な方向)の両端を折り曲げて、一般的にカフスと呼ばれる構造を備えていてもよい。これにより、コイル挿入時にスロットセル51が軸方向にずれて、スロットから出てしまう現象を防止する。
次に、環状導体挿入装置500について図8〜図10により説明する。環状導体挿入装置500は、図8に示すように、保持案内部520と係合部としてのプッシャ550(図10、図16も参照)とを有する。保持案内部520は、支持部材としてのブレード521と固定部材としてのベース526を有する。ブレード521は断面円形の棒状のものであり、間隙522を設けて円筒状に配置され、一方の端部がベース526に固定されている。保持案内部520は、ブレード521にて形成された円筒状の内周部523と円筒状部524と図9における上部が所定寸法径方向に切り欠かれた円筒状の段付部525を有する。
段付部525の軸方向の長さは、鉄心4の軸方向の長さとほぼ同じにされ、段付部525の径は鉄心4の内周部43の径よりも僅かに小さくされ、両者は径方向に僅かな隙間を設けて図11に示すように嵌合可能にされている。なお、ブレード521の数は24本であり、ブレード521にて形成される間隙522の数は鉄心4のスロット44と同じ数(24個)にされており、段付部525が鉄心4の内周部43に挿入されたとき、間隙522の保持案内部520の周方向の位置が鉄心4のスロット44の開口部の位置と一致するようにされている。このような保持案内部520は、その間隙522に図7に示す環状導体30が挿入され保持されるものである(詳細後述)。
プッシャ550は、図10に示すように短い円柱状のものであり、外周部に突条状に突出された突条部551が設けられている。突条部551は、上部になだらかな肩状の肩部552を有している。突条部551の数は、間隙522の数(24個)と同じにされ、突条部551が保持案内部520の内周部523に挿入されたとき突条部551が間隙522に嵌りこむようにされている(図15、図16を参照)。プッシャ550は、図示しない駆動装置により保持案内部520の軸方向である図8、図16における上下方向に駆動され、保持案内部520のブレード521と摺動しながら移動する。
次に、図2および図3に示した電機子10の製造方法を図12〜図16を参照しながら説明する。まず前もって鉄心4(図4)と、導体線を環状に巻回して形成された環状導体30を必要個数用意しておく。鉄心4は、予め図4に示されるスロット44にスロットセル51を挿入しておく(図5および図6のスロットセル51を参照)。環状導体30は、後述するように環状導体挿入装置500にて鉄心4のスロット44に挿入され、コイル21とされるが、環状導体30と当該コイル21との対応関係を図7に併記している。すなわち、図7における左右方向に対向する2辺である直線部30aがスロット44に挿入されてスロット収容部21aとなり、対向する2辺を接続する接続部30bがスロット収容部21a同士を接続するコイルエンド21bとなる。
次に、環状導体挿入装置500への環状導体30の挿入配置は、図12のフローチャートにおける、装置準備工程(ステップS11)、単純配置工程(ステップS12)、重畳配置工程(ステップS13)、嵌合工程(ステップS14)、挿入工程(ステップS15)により行われる。まず、装置準備工程(ステップS11)において、環状導体挿入装置500を準備する。次に、単純配置工程(ステップS12)において、環状導体挿入装置500の保持案内部520に一つの環状導体30を配置する。すなわち、図13(a)に示すように保持案内部520において、所定個数(この実施の形態においては5個)のブレード521を跨いで、一対の間隙522に環状導体30を挿入し配置する。この最初に挿入された環状導体30(例えば、コイル21V4とされる環状導体30)は、ブレード521に案内されながら下方に移動し、ベース526に当接して停止する(図14参照)。環状導体30(21V4)は、環状導体30を構成する導体線が細く比較的剛性が低いので間隙522に挿入されるときブレード521にて対向する2辺である直線部30aの対向間隔が若干狭められて(接続部30bが若干変形することになる)下方へ移動し、図14に示されるようなほぼ水平な状態にて保持される。
環状導体30は、保持案内部520のどの位置の間隙522から挿入を開始してもよいが、予めどの位置の間隙522から始めるかを決めておく。また、挿入された環状導体30は、最終的にどの相のコイルとされるかは、後で決定できるが、以下では、説明の便宜上、コイルに対応する相の符号を括弧内に付加して説明する。なお、この最初に挿入された環状導体30はスロット44に最後に挿入されることになり、スロット44に挿入された後、コイル21V4とされるものとし、図13、図14においては環状導体30(21V4)なる符号を付している。
続いて、重畳配置工程(ステップS13)において、次の環状導体30(21W3)を先に配置された環状導体30(21V4)に一部が保持案内部520の軸方向に重なる(以下単に軸方向に重なると記載する)ようにして(この場合、反時計方向にブレード521の2個分をずらして)二つの間隙522に挿入し、保持案内部520に配置する(図13(b)参照)。環状導体30(21W3)は、間隙522に挿入されるときブレード521にて対向する2辺である直線部30aの対向間隔が若干押し広げられて(接続部30bが若干変形することになる)下方へ移動し、先に配置された環状導体30(21V4)の上(図14における保持案内部520の軸方向上側)になり、図14に示すように傾いた状態にて保持案内部520に配置される。この環状導体30(21W3)は、スロット44に挿入された後、コイル21W3とされる。
以下、この重畳配置工程(ステップS13)を繰り返して、順次、環状導体30を間隙522に挿入し(図13(b)〜図13(d))、重畳配置工程における11個全ての環状導体30を保持案内部520に螺旋状に配置する。最後に挿入(配置)される環状導体30(21U1)は図13および図14に示すように最初に保持案内部520に配置された環状導体30(21V4)の上方(保持案内部520の軸方向上方)に位置することになる。なお、前記単純配置工程と重畳配置工程とがこの発明における配置工程である。なお、後述するが、これら間隙522に順次挿入され保持案内部520(ブレード521)に保持された環状導体30(21V4)、環状導体30(21W3)、・・・・、環状導体30(21U1)は、スロット44に挿入された後、コイル21V4、コイル21W3、・・・・、コイル21U1とされる(図2参照)。このように、単純配置工程(ステップS11)と重畳配置工程(ステップS12)とを組み合わせて、電機子10に必要とされる所定数のコイル21を形成するための環状導体30を全て保持案内部520へ配置する。なお、図14において、分かりやすくするために環状導体30(21V4)〜環状導体30(21U1)は、その挿入される方向(図14における上下方向)に互いに若干の間隙を設けて図示されているが、実際は相互に当接している。
保持案内部520への環状導体30の配置が終わったならば、嵌合工程(ステップS14)において、保持案内部520と鉄心4と嵌合させる。すなわち、図15のように環状導体30が配置された保持案内部520の上方に鉄心4を位置させ、鉄心4を下方に移動させて鉄心4の内周部43と保持案内部520の段付部525とを嵌合させ、図16に示す状態にする。段付部525は、鉄心4の内周部43に径方向に僅かの隙間がある隙間嵌め状態で嵌合される。このとき、鉄心4のスロット44の周方向の位置と保持案内部520の間隙522の周方向の位置とを合わせる。結果として、ブレード521の周方向の位置とティース42(図4)の位置とが一致することになる。なお、図14、図15は、保持案内部520に保持(配置)された環状導体30の状態を模式的に示したものである。
しかる後、挿入工程(ステップS15)において、プッシャ550を図示しない駆動装置により図16の上方(保持案内部520の軸方向上方)へ駆動してプッシャ550の肩部552にて環状導体30の接続部30b(図7)を引っ掛けて上方へ移動させながら環状導体30を各スロット44に挿入する。プッシャ550の上方への移動にともない、環状導体30はブレード521に案内されつつ上方へ移動しながら保持案内部520の径方向外側に向かって押し出されて対応するスロット44に挿入される。このようにしてスロット44に挿入された環状導体30は、コイル21とされる(図7、図2参照)。
そして、先に説明したように保持案内部520に最後に配置された環状導体30(21U1)が最初にスロット44に挿入されてコイル21U1とされ、そのコイルエンド(太線で表し、コイルの符号21U1を付している)は、鉄心4の軸方向から見たとき、鉄心4の軸を中心とする円弧状の形状を有しており、鉄心4の径方向にコイル21U1と重なる他のいずれのコイル21(コイル21V3,21W2,21V4,21W3)のコイルエンドよりも鉄心4の径方向外側にある。なお、図2においては、各コイル21のコイルエンドに各コイルの符号、例えばコイル21U1のコイルエンドには符号21U1を付している。
保持案内部520に最初に配置された環状導体30(21V4)が最後にスロット44に挿入されてコイル21V4とされ、そのコイルエンド(図2において太線で表し、コイルの符号21V4を付している)は、鉄心4の軸方向から見たとき、鉄心4の軸を中心とする円弧状の形状を有しており、鉄心4の径方向にコイル21V4と重なる他のいずれのコイル(コイル21W2,21U1,21W3,21U2)のコイルエンドよりも鉄心4の径方向内側にある。前記コイル21U1、コイル21V4以外のコイルのコイルエンドは、鉄心4の軸方向から見たときに時計方向に緩やかに径が小さくなる渦巻状の形状を有している。なお、これら複数(この実施の形態においては12個)のコイル21にて、電機子の巻線が構成されている。
以上のようにして、鉄心4のスロット44に環状導体30を挿入してコイル21とした後、図6に示されるウェッジ52をスロット44の開口部に挿入して、図2に示すようなコイル21および鉄心4を有する電機子10ができあがる。なお、この後各相のコイル21を渡り線にて三相結線を行って電機子が完成するが、三相結線については説明および図示を省略する。
実施の形態2.
図17〜図19は、実施の形態2を示すものであり、図17は電機子の平面図、図18は環状導体挿入装置に環状導体を配置する順番を説明するための説明図、図19は環状導体が配置された環状導体挿入装置の展開図である。図17において、電機子210のコイル21は、コイルエンドが鉄心4の軸を中心とする同心配置の円弧状の形状を有するコイル21が周方向に2か所に計4個ある。具体的にはコイル21U1とコイル21V4(これらコイル21を太実線で表している)、コイル21U3とコイル21V2(これらコイル21を太点線で表している)がそうである。
このようにコイルエンドが同心の円弧状の形状を有するようなコイル21の配置とすることで、保持案内部620に環状導体30を配置保持させるとき、図18、図19に示すように環状導体30を2重の螺旋状に配置することができ,実施の形態1と比べて保持案内部620に環状導体30を配置したとき環状導体30の嵩(保持案内部620の軸方向の寸法)が半分となる。なお、保持案内部620は、ブレード621および間隙622の長さが図9に示された保持案内部520のブレード521および間隙522の長さに比して短い点以外は、保持案内部520と同様のものである。そして、この実施の形態における環状導体挿入装置は、前記保持案内部620が異なる点以外は図8に示した環状導体挿入装置500と同様のものである。
次に、前記のような保持案内部620に、環状導体30を配置する方法を説明する。まず、図18(a)に示すように保持案内部620の5個のブレード621(4個の間隙622)を跨いで任意の一対の間隙622に一つの環状導体30(21V4)を挿入し、保持案内部620に配置する。次に、先に環状導体30(21V4)が挿入された位置と保持案内部620の中心軸に関して軸対称の位置にある一対の間隙622に次の環状導体30(21V2)を配置する(図18(a))(以上、単純配置工程)。なお、環状導体30(21V4)と環状導体30(21V2)とを同時に配置してもよいし(単純配置工程)、この方が全体の配置時間が短縮される。
次に、環状導体30(21V4)に保持案内部620の軸方向に一部が重なるようにして環状導体30(21W3)を配置し(重畳配置工程)、環状導体30(21W3)に一部が重なるようにして環状導体30(21U2)を配置する。また、並行して環状導体30(21V2)に一部が重なるようにして環状導体30(21W1)を配置し、環状導体30(21W1)に一部が重なるようにして環状導体30(21U4)を配置し、順に環状導体30を保持案内部620に配置する(図18(b))(重畳配置工程の繰り返し)。このような配置動作を続けて、最後の環状導体30(21U3)の一部が最初に配置された環状導体30(21V2)に保持案内部620の軸方向に重なり、同じく最後の環状導体30(21U1)の一部が最初に挿入された環状導体30(21V4)に保持案内部620の軸方向に重なる位置まで環状導体30を配置する(図18(c))。この重畳配置工程も並行作業にて行えば、配置時間を半分にできる。このように、単純配置工程と重畳配置工程とを組み合わせて、電機子210に必要とされる所定数のコイル21を形成するための環状導体30を全て保持案内部620へ配置する。重畳配置工程において配置される環状導体30(21W3)〜環状導体30(21U3)、環状導体30(21W1)〜環状導体30(21U1は、実施の形態1における場合と同様に、間隙522に挿入されるときブレード521にて対向する2辺である直線部30aの対向間隔が若干押し広げられて下方へ移動する。
このようにして、保持案内部620を一周して環状導体30が配置された状態の保持案内部620の側面展開図を図19に示す。この場合も、最初に配置された環状導体30(21V4)および環状導体30(21V2)はほぼ水平状態に、それ以後の重畳配置工程において配置された環状導体30は傾いてブレード621に支持され周方向に2組が螺旋状に配置されている。なお、図19において、環状導体30(21V4)〜環状導体30(21U3)、環状導体30(21V2)〜環状導体30(21U1)は、その挿入される方向に互いに若干の間隙を設けて図示されているが、実際は相互に当接している。この図19の環状導体30が配置された保持案内部620を実施の形態1の場合と同様に鉄心4と嵌合させて(嵌合工程)、図10に示したプッシャ550と同様のプッシャにて各環状導体30を上方へ押し上げ、鉄心4のスロット44に挿入して、図17に示した各コイル21(21U1〜21W4)とする(挿入工程)。
この場合、図17のように最後に保持案内部620に配置された環状導体30(21U1)のコイルエンド(太実線で示す)および環状導体30(21U3)のコイルエンド(太点線で示す)は、鉄心4の軸方向に互いが重ならないように周方向の異なる位置(この実施の形態では鉄心4の軸に関して対称な位置)に位置している。また、最初に保持案内部620に配置された環状導体30(21V4)のコイルエンド(太実線で示す)および環状導体30(21V2)のコイルエンド(太点線で示す)は、鉄心4の軸方向に互いに重ならないように周方向の異なる位置(この実施の形態では鉄心4の軸に関して対称な位置)に位置している。
なお、前記では、保持案内部620に最初に配置する環状導体30の数を2箇所に各1個としたが、3個を120度の角度に同時に配置して(単純配置工程)、この3個の環状導体30を基準にして3箇所同時進行で次々と環状導体30を先に配置された環状導体30に一部が保持案内部620の軸方向に重なるようにして配置して、最初に配置した環状導体30に一部が軸方向に重なる位置まで配置したら終了するようにすることもできる(以上、重畳配置工程)。
このような環状導体30の配置とすることで、保持案内部620に環状導体30を配置する際、図19に示すように環状導体30を2重あるいは多重の螺旋状に配置する(保持させる)ことができ,実施の形態1と比べて環状導体30の嵩が半分以下となるため、ブレード621の長さを短くすることができるという利点がある。また、最初に配置された複数(2個あるいは3個)の環状導体30を基準にして同時進行で次々と環状導体30を配置して行けば、環状導体30の配置時間を1/2なり1/3に短縮することができ、ひいては製造時間も短縮できる。
実施の形態3.
図20〜図22は、実施の形態3を示すものであり、図20は電機子の平面図、図21は図20の電機子の鉄心の平面図、図22は環状導体が配置された環状導体挿入装置の展開図である。図20において、電機子310のコイル21は、同じスロット44に二つのコイル21が挿入されている。スロット44の奥側(鉄心4の外径側)のコイル21のコイルエンドの配列関係は、図2の実施の形態1と同じ配列関係にされている。スロット44の入口側(鉄心4の内径側)のコイル21のコイルエンドの配列関係は、奥側(鉄心4の外径側)のコイル21のコイルエンドの配列関係を180度反時計方向に回転させた関係となっている。この場合は、コイルエンドの形状が鉄心4の軸方向から見たとき鉄心4の軸を中心とする同心の円弧状になっているコイル21が、周方向に4個ある。コイル21U1とコイル21V4(太実線で示す)、およびコイル21U3とコイル21V2(太点線で示す)とがそうである。
次に、環状導体挿入装置の保持案内部720(図22)に、環状導体30を配置する方法を説明する。なお、保持案内部720は、ブレード721および間隙722の長さが図8に示された保持案内部520のブレード521および間隙522の長さに比して短い点以外は、保持案内部520と同様のものである。また、この実施の形態における環状導体挿入装置は、前記保持案内部720が異なる点以外は図8に示した環状導体挿入装置500と同様のものである。まず、図22に示すように保持案内部720のブレード721を5個跨いで任意の一対の間隙522に一つの環状導体30(21V2)を挿入し配置する(1周目の単純配置工程)。次に、環状導体30(21V2)に保持案内部720の軸方向に一部が重なるようにして環状導体30(21W1)を配置し(1周目の重畳配置工程)、環状導体30(21W1)に一部が重なるようにして保持案内部720に環状導体30(21U4)を配置する(1周目の重畳配置工程の繰り返し)。
このような動作を続けて、最後の環状導体30(21U3)の一部が最初に配置された環状導体30(21V2)に軸方向に重なるところまで環状導体30を配置する。これで保持案内部720の全周にわたって環状導体30が配置されたことになり、1周目の環状導体30の配置が終了する。続いて、2周目の環状導体30の配置を行う。開始位置は、最初に配置された環状導体30(21V2)と保持案内部720の軸方向に重ならないように保持案内部720の周方向にずらした位置に(この実施の形態では環状導体30(21V2)と保持案内部720の軸に関して軸対称な位置)に環状導体30(21V4)を配置する(2周目の単純配置工程)。以下、1周目と同様に順次環状導体30を配置し(2周目の重畳配置工程の繰り返し)、図22に示されるように保持案内部720に環状導体30が2周にわたって螺旋状に配置された状態とする。なお、重畳配置工程において配置される環状導体30(21W1)〜環状導体30(21U3)、環状導体30(21V4)〜環状導体30(21U1)は、実施の形態1における場合と同様に、間隙522に挿入されるときブレード521にて対向する2辺である直線部30aの対向間隔が若干押し広げられて下方へ移動する。また、図22において、環状導体30(21V2)〜環状導体30(21U3)、環状導体30(21V4)〜環状導体30(21U1)は、その挿入される方向に互いに若干の間隙を設けて図示されているが、実際は相互に当接している。このように、単純配置工程と重畳配置工程とを組み合わせて、電機子310に必要とされる所定数のコイル21を形成するための環状導体30を全て保持案内部720へ配置する。以後の作業は、実施の形態1や実施の形態2と同様であり、図20に示す電機子310が製造される。
コイル21は、図20に示すように、径方向に2層に配置されている。このような配置とすることで、コイルエンドの干渉が大きくなってしまう同心の円弧状の形状を有するコイル21U1およびコイル21V4(太実線で示す)に対して、コイル21U3およびコイル21V2のコイルエンド(太実線で示す)の位置をずらして、鉄心4の周方向に分散させることができ、コイルエンドの径方向寸法を小さくでき、ひいては電機子310を小型化することができる。
また、図22に示すように保持案内部720に環状導体30を配置する際,鉄心4の外径側の層のコイルとされる2周目の最初に配置される環状導体30(21V4)を1周目の環状導体30の配置の途中の位置(図22の環状導体30(21V4))から開始することができるため,実施の形態1の環状導体30の配置と比べ、ブレード721の長さを短くすることができる。
実施の形態4.
図23〜図30は、実施の形態4を示すものであり、図23は電機子の断面図、図24は、電機子のスロット部の詳細断面図、図25は電機子のコイルエンド周辺の斜視図である。図26は電機子の製造工程を説明するためのフローチャート、図27は絶縁体を示す平面図である。図28は、絶縁体および環状導体が配置された環状導体挿入装置の展開図、図29は環状導体挿入装置に絶縁体および環状導体を配置する工程を説明するための説明図、図30は絶縁体および環状導体がスロットに挿入されるときの状態を説明するための説明図である。図23〜図25において、電機子410は、絶縁部材19を有する。絶縁部材19は、図25に示されるように一体に形成された絶縁部191と連結部192とを有する。このような絶縁部材19は、図27に示す板状の絶縁体29が環状導体30(図7)とともに環状導体挿入装置500(図8)により鉄心4のスロット44(図23)に挿入されて変形されて形成されたものである(詳細後述)。
絶縁体29の第1部材291は、図27に示されるように、図27における上下方向(電機子の軸方向である)に所定の間隔を設けて配置され、左右2個の第2部材292により連結されている。第2部材292の左右方向の間隔は環状導体30の直線部30a(図7)の間隔と同じにされている。材質はポリエチレンテレフタレートのフィルムや、ポリフェニレンサルファイド樹脂のフィルムなど、絶縁材で形成されたフィルムが好ましい。
前記のような絶縁体29が環状導体30とともにスロット44に挿入されて変形されて絶縁部材19となり、第1部材291が図25に示す隣接する相の異なるコイルエンド21b同士を絶縁する絶縁部191とされ、第2部材292は殆ど変形することなくスロット44内であってかつウェッジ52の内側に配置され、連結部192とされる(図24参照)。
次に、このような電機子410の製造方法を図26〜図30により説明する。電機子410を製造する工程は、図26に示されるように、図12に示される工程に加えて絶縁体配置工程としての絶縁体配置第1工程(ステップS21)、螺旋状配置工程(ステップS22)を有する。螺旋状配置工程(ステップS22)は、絶縁体配置工程としての絶縁体配置第2工程(ステップS221)と重畳配置工程(ステップS13)とを有する。絶縁体配置第1工程(ステップS21)は、単純配置工程(ステップS12)に先立ち、後に配置される環状導体30(21V4)と同じ位置に位置するようにして所定個数のブレード521を跨いで、一対の間隙522に絶縁体29を挿入し配置する(図29(a)、図28)。次に単純配置工程(ステップS12)において、最初の環状導体30を先に配置された絶縁体29に重ねて保持案内部520に配置する(図29(b)、図28)。絶縁体29は、間隙522に挿入されるときブレード521にて対向する2辺である第2部材292の対向間隔が若干狭められて(第1部材291の曲がり方が若干変化して)下方へ移動し、図28に示されるようなほぼ水平な状態にて保持される。環状導体30(21V4)は、間隙522に挿入されるときブレード521にて対向する2辺である直線部30aの対向間隔が若干狭められて下方へ移動し、図28に示されるようなほぼ水平な状態にて保持される。
さらに、絶縁体配置第2工程(ステップS221)において、後の重畳配置工程(ステップS13)にて配置される環状導体30(21W3)と同じ位置に位置するようにして所定個数のブレード521を跨いで、一対の間隙522に絶縁体29を挿入し配置する(図29(c)、図28)。続いて重畳配置工程(ステップS13)にて環状導体30(21W3)を先に絶縁体配置第2工程(ステップS2211)にて配置された絶縁体29と重なるようにして、環状導体30(21W3)を配置する(図29(d)、図28)。以後のこの絶縁体配置第2工程(ステップS221)および重畳配置工程(ステップS13)を繰り返し、残りの全ての環状導体30を環状導体挿入装置500の保持案内部520に図28に示されるように保持案内部520に配置する。すなわち、この螺旋状配置工程(ステップS22)において配置される環状導体30(21W3〜21U1)は、図28に示されるように保持案内部520に螺旋状に配置されている。また、環状導体30の直下に絶縁体29が配置された状態となる。このように、絶縁体配置第1工程(ステップS21)、単純配置工程(ステップS11)、絶縁体配置第2工程(ステップS221)、重畳配置工程(ステップS12)を組み合わせて、電機子410に必要とされる所定数のコイル21を形成するための環状導体30を全て保持案内部620へ配置する。重畳配置工程において配置される環状導体30(21W3)〜環状導体30(21U1)は、実施の形態1における場合と同様に、間隙522に挿入されるときブレード521にて対向する2辺である直線部30aの対向間隔が若干押し広げられて下方へ移動する。
以後、図12におけるのと同様に嵌合工程(ステップS14)において保持案内部520と鉄心4とを嵌合させ、挿入工程(ステップS15)において、プッシャ550で環状導体30および絶縁体29を鉄心4のスロット44に挿入する。このとき、図30に示されるように環状導体30と一緒に絶縁体29もプッシャ550(図10)に押されて鉄心4に装着され、コイル21および絶縁部材19とされる。そして、第1部材291は円弧状に曲げられた形になり絶縁部191とされ、第2部材292は殆ど変形しないでスロット44内であってかつウェッジ52の内側に配置され、連結部192とされる。このように、コイルエンド21bの片側すなわち鉄心4の内周部43の径方向の一方の側(内側)を絶縁部191が覆うような構成となり、隣(内側)のコイル21のコイルエンド21bとの絶縁を確保することができる。
実施の形態5.
図31〜図34は、実施の形態5を示すものであり、図31は電機子のコイルエンド周辺の斜視図、図32はスロット部を示す詳細断面図、図33は絶縁体を示す平面図、図34は絶縁体を示す斜視図である。図31において、電機子510は絶縁部材39を有する。絶縁部材39は、図31および図32に示すように、絶縁部191、ウェッジ部392、幅狭部393を有する。絶縁部191とウェッジ部392とは一体に形成され、ウェッジ部392の図における上下方向両端部に幅狭部393が設けられている。絶縁部191は、図25に示されたものと同様のものであり、コイルエンド21bの片側すなわち鉄心4の内周部43の径方向の一方の側を覆っている。ウェッジ部392は、図6のウェッジ52と同様の機能を有し、コイル21の飛出しを防止するものであるが、絶縁部191を連結する連結部を兼ねている。
絶縁体49は、図33、図34に示されるように第1部材491および第2部材492を有する絶縁体49を、図27の絶縁体29と同様にして鉄心4のスロット44に装着して、絶縁部391およびウェッジ部392を有する絶縁部材39が形成される。このとき、第1部材491が絶縁部391とされ、第2部材492がウェッジ部392とされる。この場合、第2部材492の幅(鉄心4の内周部43の周方向の寸法)が大きいと、保持案内部520のブレード521の隙間に絶縁体49を挿入するときにブレード521と干渉するので、第2部材492の第1部材491に近い部分を切り欠いた切欠部493を設けている。この切欠部493は、絶縁体49が鉄心4のスロット44に装着されて絶縁部材39とされたとき、幅狭部393となる。
このように、ウェッジ部392が連結部を兼ねるようにすれば、部品数および工数を削減できるとともに、スロット占積率(スロット44の有効部面積に対するコイル21(図6)参照)の導体面積の比率)の低下も防止できる。
実施の形態6.
図35、図36は、実施の形態6を示すものであり、図35は環状導体およびスロットに挿入されコイルとされたときの当該コイルとの対応関係を示す斜視図、図36は絶縁体および環状導体が配置された環状導体挿入装置の展開図である。図35において、環状導体80は、図35における左右方向に対向する2辺である直線部30aおよびこの対向する2辺である直線部30aを接続する接続部80bを有する。環状導体80は、図示しない環状導体挿入装置にて、鉄心4のスロット44(図4参照)に挿入され、コイル71とされるが、環状導体80と当該コイル71との対応関係を図35に併記している。すなわち、直線部30aは図7の直線部30aと同様のものであり、スロット44(図4)に挿入されてスロット収容部21aとなり、接続部80bがスロット収容部21a同士を接続するコイルエンド71bとなる。図36において、環状導体80は、左右の直線部30aの挿入される深さ(挿入寸法)が同じで、各環状導体80(71V4)〜環状導体80(71U1)が図36におけるほぼ水平な状態すなわち後述のブレード821(図36参照)と直交する状態で階段状にかつ螺旋状に配置されている。また、絶縁体79が、環状導体80(71V4)〜環状導体80(71U1)の図36における下方にそれぞれ配置されている。なお、絶縁体79は、図27の絶縁体29と同様のものであるが、図27における左右方向の寸法が環状導体80の対向する2辺である直線部30a(図35)の対向間隔に合わせて若干狭くされている。
図36において、保持案内部820は、ブレード821および間隙822の長さが図9に示された保持案内部520のブレード521および間隙522の長さに比して長い点以外は、保持案内部520と同様のものである。そして、この実施の形態における環状導体挿入装置は、前記保持案内部820が異なる点以外は図8に示した環状導体挿入装置500と同様のものである。そして、このような保持案内部820に、実施の形態4で説明したのと同様の手順(図26のステップS11〜ステップS22参照)で、絶縁体79および環状導体80が挿入され保持される。なお、図36においても、環状導体80と次に挿入される絶縁体79とは、その挿入方向に間隙を設けて図示されているが、実際は相互に当接している。以後の嵌合工程(ステップS14)、挿入工程(ステップS15)も、図26におけるのと同様である。この実施の形態によれば、環状導体の80の接続部80bの長さ、つまりコイル71のコイルエンド71bの長さを短くできる。
以上の各実施の形態によって製造された電機子は、図2、図17、図20に示されるように、鉄心4の円筒状の内周部43の軸方向から見て、図2においては最内周に位置するコイル21V4および最外周に位置するコイル21U1、図17においては最内周に位置するコイル21V4およびコイル21V2並びに最外周に位置するコイル21U1およびコイル21U3、図20においては最内周に位置するコイル21V2、中間に位置するコイル21V4およびコイル21U3、最外周に位置するコイル21U1の各コイルのコイルエンドが、内周部43と同心の円上にある。前記以外のコイルのコイルエンドは、内周部43と同心の渦巻線上にある。
また、以上の実施の形態1〜5における環状導体30は、細い導体線が巻回され剛性が比較的低く、保持案内部に配置されるときブレードにより対向する2辺である直線部30aの対向間隔が変化させられるものを示したが、剛性の高い環状導体を用いる場合は、単純配置工程で配置される環状導体、例えば図14における環状導体30(21V4)も右方の直線部30a(図7参照)が左方の直線部30aよりも深い位置まで挿入され、右方に傾いた状態で挿入され、残りの11個の環状導体30(21W3)〜環状導体30(21U1)も環状導体30(21V4)と同じように傾いた状態で配置され、かつ全体が螺旋状に配置されるように、ブレード521の間隙522(図14)と環状導体30(21V4)〜環状導体30(21U1)との寸法関係を定めると、環状導体30(21V4)〜環状導体30(21U1)を間隙522に挿入するとき変形させるための大きな力を必要としないので、挿入が容易である。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、上述した各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変更、省略したりすることが可能である。

Claims (6)

  1. 円筒状の内周部に設けられた複数のスロットを有する鉄心と前記スロットに挿入されるコイルとを備えた電機子の製造方法であって、
    支持部材と固定部材とを有し、前記支持部材が周方向に間隙を設けて円筒状に配置されかつ一方の端部が前記固定部材に固定されて円筒状部を形成するものであって、前記円筒状部は前記鉄心の前記内周部と嵌合可能にされるとともに前記間隙の前記周方向の位置が前記鉄心の前記スロットの位置と合致するように構成された保持案内部と、
    前記円筒状部の内側を前記円筒状部の軸方向に移動可能に構成された係合部と
    を備えた環状導体挿入装置を用いた次の工程を有する電機子の製造方法。
    ・導体線が環状に巻回された複数の環状導体を前記環状導体が挿入されていない前記間隙に複数の前記支持部材を跨いで挿入し前記保持案内部に配置する単純配置工程と、先に挿入された前記環状導体に前記軸方向に一部が重なるようにして別の前記環状導体を別の前記間隙に複数の前記支持部材を跨いで挿入し前記保持案内部に配置する重畳配置工程と、を組み合わせて必要数の前記環状導体を前記保持案内部に配置する配置工程。
    ・前記保持案内部と前記鉄心の前記内周部とを嵌合させるとともに前記間隙の前記周方向の位置と前記スロットの位置とを合わせる嵌合工程。
    ・前記係合部を前記保持案内部の軸方向に移動させ前記保持案内部に配置された前記環状導体に係合させて前記環状導体を前記スロットに挿入し前記コイルとする挿入工程。
  2. 前記単純配置工程は、複数の前記環状導体を互いに前記軸方向に重ならないように前記保持案内部の周方向に分散して同時にまたは時間的間隔を置いて前記間隙に挿入し前記保持案内部に配置するものである請求項1に記載の電機子の製造方法。
  3. 前記配置工程は、前記単純配置工程と前記重畳配置工程とを組み合わせて前記保持案内部の全周にわたって前記環状導体を前記保持案内部に配置する1周目配置工程と、前記1周目配置工程にて前記環状導体が配置された後さらに前記単純配置工程と前記重畳配置工程とを組み合わせて前記保持案内部の全周にわたって前記環状導体を前記保持案内部に配置する2周目配置工程であって前記2周目配置工程の前記単純配置工程は前記1周目配置工程の前記単純配置工程において配置された前記環状導体に前記保持案内部の軸方向に重ならないように前記保持案内部の周方向に位置をずらして別の前記環状導体を別の前記間隙に挿入し前記保持案内部に配置するものである2周目配置工程とを有する請求項1または請求項2に記載の電機子の製造方法。
  4. 前記コイルは、前記スロットに収容されるスロット収容部と前記スロット収容部を接続するコイルエンドとを有するものであり、
    前記単純配置工程および前記重畳配置工程の前に、所定の間隔を設けて配置された第1部材と前記第1部材を連結する第2部材とを有する絶縁体を後から配置される前記環状導体と同じ位置に位置するようにして前記間隙に複数の前記支持部材を跨いで挿入し前記保持案内部に配置する絶縁体配置工程が設けられたものであり、
    前記挿入工程は、前記係合部を前記保持案内部の軸方向に移動させ前記保持案内部に配置された前記絶縁体および前記環状導体に係合させて前記絶縁体および前記環状導体を前記スロットに挿入し、前記絶縁体が前記コイルエンドの前記鉄心の前記内周部の径方向の一方の側を覆う絶縁部と前記スロット内にあって前記絶縁部を連結する連結部とを有する絶縁部材とされるものであって、前記第1部材が前記絶縁部とされ前記第2部材が前記連結部とされ、前記環状導体が前記スロット収容部と前記コイルエンドとを有する前記コイルとされるものである
    請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の電機子の製造方法。
  5. 前記絶縁部材は、前記連結部が前記スロット内にあって前記コイルの前記スロットからの飛び出しを防止するウェッジ部を兼ねるものである
    請求項4に記載の電機子の製造方法。
  6. 前記絶縁体は、前記第2部材が幅狭部を有するものであって、
    前記幅狭部は、前記支持部材の前記間隙に挿入しうる寸法にされたものであり、
    前記絶縁体を前記支持部材に配置するときに前記幅狭部を前記支持部材の前記間隙に挿入して前記保持案内部に配置するものである
    請求項5に記載の電機子の製造方法。
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