JP2001069727A - スロットレス固定子の製造方法及び回転電機 - Google Patents

スロットレス固定子の製造方法及び回転電機

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core
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勝 小澤
Takeo Fukuda
武雄 福田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 特別な固定機構や接着剤を必要とすることな
く、スロットレス固定子の組み立てを容易化する。 【解決手段】 各片を円筒状に組み合わせることにより
スロットを有しない固定子鉄心を完成させる２つの分割
コア１３を、自然状態にて固定子鉄心の内径よりも大き
な外径を有する固定子巻線１５を内包するように、円筒
状に組み立てる。すると、固定子巻線１５はその径方向
内方に圧縮された状態で固定子鉄心内に組み込まれる。
このとき、固定子巻線１５はバネとして機能し、固定子
鉄心内で法線方向（径方向外方）に押し広がろうとする
ため、その際の弾発力により固定子鉄心の内周に機械的
に固定される。よって、特別な固定機構や接着剤は不要
となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、スロットを有しな
い固定子鉄心の内周に固定子巻線が固定されてなるスロ
ットレス固定子の製造方法、及び該スロットレス固定子
を備えた回転電機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、スロットを有しない円筒状の
固定子鉄心の内周に、円筒状の固定子巻線を取り付けて
なるスロットレス固定子を備えた回転電機として、特許
第２５５４８５９号に開示の回転電機が知られている。
また、同公報には、外周に固定子巻線が予備形成された
棒状の仮支持体を、円筒状をなす固定子鉄心の一方の開
口端から挿入し、固定子鉄心内に固定子巻線を残して仮
支持体を抜き、樹脂を含浸硬化させることにより固定子
鉄心の内周に固定子巻線を固着する、といった方法も開
示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法は、固定子巻線の開口端から固定子巻線を仮支持体に
固定したままの状態で挿入するものであるから、固定子
巻線の外径を固定子鉄心の内径よりも小さく形成してお
く必要がある。従って、単に仮支持体を抜いて固定子鉄
心内に固定子巻線を配置しただけでは、固定子鉄心の内
周に固定子巻線は固定されない。このため、固定子巻線
に樹脂を含浸硬化させ、その接着力で固定子鉄心の内周
に固定子巻線を固着しなければならず、組立工程が煩雑
になっていた。
【０００４】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、特別な固定機構や
接着剤を必要とすることなく、スロットレス固定子の組
み立てを容易化することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は以下の手段を採用した。すなわち、本発明
に係るスロットレス固定子の製造方法は、各片を円筒状
に組み合わせることによりスロットを有しない固定子鉄
心を完成させる複数の分割コアを、自然状態にて前記固
定子鉄心の内径よりも大きな外径を有する円筒状の固定
子巻線を内包するように、円筒状に組み立てる工程を備
えることを特徴としている。
【０００６】この構成では、固定子巻線がその径方向内
方に圧縮された状態で固定子鉄心内に組み込まれる。こ
のとき、固定子巻線はバネとして機能し、固定子鉄心内
で法線方向（径方向外方）に押し広がろうとするため、
その際の弾発力により固定子鉄心の内周を押圧する。
【０００７】よって、この弾発力により、固定子巻線は
固定子鉄心の内周に機械的に固定されることになるか
ら、特別な固定機構や接着剤は不要となる。また、固定
子巻線に電流が流れると、熱が発生し、固定子巻線には
外側に広がろうとする力が働くから、作動時は更に安定
して固定されることになる。
【０００８】本発明に係るスロットレス固定子の製造方
法において、分割コアと固定子巻線との間に弾性部材を
挿入した場合には、法線方向に作用する弾発力を更に強
めることができるため、固定子巻線はより安定して固定
される。特に、弾性部材として、トランジスタ放熱用途
等に用いられるような、窒化ホウ素等の良熱伝導性の充
填剤を含むシリコンシートを用いた場合には、放熱性が
良くなり、冷却効率も向上する。
【０００９】以上より、本発明に係るスロットレス固定
子の製造方法によれば、固定子鉄心の内周に固定子巻線
を固定するための接着剤は不要になるが、巻線間を電気
的に絶縁する等の目的で、ワニス等の樹脂を固定子巻線
に含浸させる場合がある。この場合には、固定子鉄心の
内周に固定子巻線を固定したままの状態で樹脂を含浸さ
せることが好ましい。
【００１０】この構成では、固定子巻線の外周側に厚く
付着した樹脂が硬化し、固定子巻線の弾性復帰が規制さ
れてしまう、といった事態を有効に回避することができ
る。すなわち、固定子巻線に樹脂を含浸させてから固定
子鉄心内に組み付けると、組み付け前に樹脂が硬化して
しまい、固定子巻線の弾発力を利用した固定が困難にな
るという不具合を生じるが、上記構成によれば、かかる
不具合は生じない。
【００１１】また、本発明に係る回転電機は、スロット
を有しない円筒状の固定子鉄心内に、前記固定子鉄心の
内径よりも大きな外径を有する円筒状の固定子巻線が弾
性的に縮径された状態で配置されたスロットレス固定子
を備えてなり、前記固定子巻線は、その弾発力により前
記固定子鉄心の内周に固定されていることを特徴として
いる。
【００１２】この構成においても、上記同様、固定子鉄
心内の固定子巻線はバネとして機能するため、その弾発
力により固定子鉄心の内周に機械的に固定される。よっ
て、特別な固定機構や接着剤が不要となり、スロットレ
ス固定子の組み立てが容易な回転電機が構成される。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて、本発明の実
施の形態について説明する。図１には、スロットレス固
定子１を備えた回転電機３が示されており、この回転電
機３は、例えば数ｋＷ〜数十ｋＷとされ、数万回転以上
の回転数で使用される高速回転電気機械に用いて好適な
ものである。
【００１４】回転電機３は、ケーシング５により外形が
形成されており、該ケーシング５の中心軸線上に回転子
７が軸受（図示略）を介して回転自在に配置されてい
る。ケーシング５には、油圧回路４の一部をなすオイル
通路６が形成されている。このオイル通路６には、供給
源８から潤滑オイルが供給され、この潤滑オイルにより
軸受の潤滑、及びスロットレス固定子１の冷却が同時に
行われる。このとき、スロットレス固定子１の冷却は、
図１の矢印で示すように、内周から外周の順に行われ
る。
【００１５】回転子７には、界磁発生手段としての永久
磁石が組み込まれている。永久磁石は、回転子７の表面
において径方向に磁束を発生するｐ極（ｐは２以上の偶
数）の磁極を形成するように構成されている。この永久
磁石としては、Ｓm-Ｃo，Ｎd-Ｆe-Ｂ焼結磁石等の希土
類磁石が好適である。
【００１６】回転子７の周りには、空隙１１及びインナ
ーチューブ（図示略）を介して、スロットレス固定子１
が配置されている。このインナーチューブは、スロット
レス固定子１の内周側を流通する潤滑オイル（図１中の
矢印）を遮蔽するものであり、例えば、非磁性、絶縁性
を有するジルコニアセラミックスからなる。なお、イン
ナーチューブは、他のセラミックス材料、たとえば、ア
ルミナ等で置き換えることも可能である。
【００１７】スロットレス固定子１は、固定子巻線１５
を固定するための溝部（スロット）が形成されていない
ものである。また、スロットレス固定子１は、回転子７
側に位置する固定子巻線１５と、ケーシング５側に位置
する固定子鉄心１７とから構成され、自然状態にて固定
子鉄心１７の内径よりも大きな外径を有する固定子巻線
１５が弾性的に縮径された状態で固定子鉄心１７内に配
置されてなる。
【００１８】固定子鉄心１７は、内周面が溝部（スロッ
ト）の形成されていない円筒面とされた中空円筒形状を
なし、その外周とケーシング５の内周との間に潤滑オイ
ル（図１中の矢印）を流通させるオイル通路６が形成さ
れるように、ケーシング５に固定されている。また、固
定子鉄心１７は、図５〜図７に示すように、周方向に等
分割された２つの分割コア１３を組み合わせてなる。
【００１９】これら分割コア１３の分割面１３Ａには、
それぞれ係合凸部１２ａ，１２ｂ及び係合凹部１４ａ，
１４ｂが形成されており、一方の分割コア１３の係合凸
部１２ａ，１２ｂは他方の分割コア１３の係合凹部１４
ａ，１４ｂに係合する。なお、図５では分割コア１３の
形状を簡略化しており、より正確な形状は図６及び図７
に示す通りである。
【００２０】固定子巻線１５は、固定子鉄心１７の内径
よりも自然状態において大きな外径を有する中空円筒形
状とされており、該固定子鉄心１７の内周面が該固定子
巻線１５の外周面と対向するように、絶縁層１９を介し
て固定されている。すなわち、固定子巻線１５は、その
径方向内方に圧縮された状態で固定子鉄心１７内に組み
込まれ、法線方向（径方向外方）に押し広がろうとする
弾発力により固定子鉄心１７の内周に機械的に固定され
ている。
【００２１】次に、図２〜図９を用いて、本発明に係る
スロットレス固定子の製造方法の一実施の形態について
説明する。先ず、略菱形状のコイルセグメント２３ａ，
２３ｂ，２３ｃを複数組み合わせることにより、中空円
筒形状の固定子巻線１５を成形する。
【００２２】コイルセグメント２３ａ，２３ｂ，２３ｃ
は、導体からなる複数の細線が束ねられた束線２５を略
菱形状に一周回巻回して一ターンを形成し、前記ターン
を前記菱形状の一の対角線方向Ａ１に隣り合うように順
次ずらせて連続して複数ターン巻回し配置することによ
り形成する（図２参照）。そして、複数のコイルセグメ
ント２３ａ，２３ｂ，２３ｃを前記対角線方向Ａ１に順
次ずらせかつ重ね合わせて帯状体２７を形成した後、該
帯状体２７を中空円筒状に巻くことにより、中空円筒状
の固定子巻線１５とする（図３参照）。
【００２３】次に、この固定子巻線１５を、ＢＮ粒子１
８を混ぜたアルコール溶液１６中に浸漬し、ＢＮ粒子１
８を固定子巻線１５の表面から内部にまで充填させる
（図４参照）。なお、浸漬以外に滴下による手法を用い
ることも可能である。その後、固定子巻線１５をアルコ
ール溶液１６中から引き上げて自然乾燥することによ
り、揮発性のアルコールを蒸発させる。
【００２４】次いで、固定子巻線１５の外周に絶縁層１
９の一部を構成するシリコンシート（図５では図示を省
略。）１９ａを巻き付け、この固定子巻線１５を固定子
鉄心１７内に組み付ける。以下、図６及び図７を用い
て、固定子巻線１５を固定子鉄心１７内に組み付ける工
程について、詳細に説明する。
【００２５】先ず、２つの分割コア１３を内周面が互い
に向かい合うように、上下方向に一定の隙間をおいて対
向配置しておく。この隙間は、固定子巻線１５の外径よ
りも十分に大きく設定される。次に、棒状の治具Ｍを用
いて、下側の分割コア１３の内周面に固定子巻線１５を
載置し、該分割コア１３と上側の分割コア１３とを相対
接近させて、係合凸部１２ａ，１２ｂと係合凹部１４
ａ，１４ｂとを係合させる。
【００２６】すると、固定子巻線１５がその径方向内方
に圧縮された状態で固定子鉄心１７内に組み込まれる。
このとき、固定子巻線１５はバネとして機能し、固定子
鉄心１７内で法線方向（径方向外方）に押し広がろうと
するため、その際の弾発力により固定子鉄心１７の内周
を押圧する。
【００２７】この弾発力により、固定子巻線１５は固定
子鉄心１７の内周に機械的に固定されることになるか
ら、特別な固定機構や接着剤は不要となる。さらに、固
定子巻線１５は、その外周にシリコンシート１９ａが巻
き付けられた状態で固定子鉄心１７内に組み付けられる
から、法線方向に作用する弾発力は更に強まり、固定子
巻線１５はより安定して固定される。
【００２８】しかる後、これら固定子鉄心１７と固定子
巻線１５とを一体にしたままの状態でワニス含浸槽３１
に浸漬する（図８参照）。このとき、固定子巻線１５の
外周面及び固定子鉄心１７の内周面は、シリコンシート
１９ａと密着しているため、ワニスはほとんど含浸され
ない。そして、ワニスを固定子巻線１５内に含浸した
後、これら固定子鉄心１７と固定子巻線１５を一体の状
態でワニス含浸槽３１から引き上げ、ワニスを加熱硬化
させることにより、スロットレス固定子１の製造が完了
する（図９参照）。
【００２９】以上説明したように、本実施の形態に係る
スロットレス固定子の製造方法では、自然状態にて固定
子鉄心１７の内径よりも大きな外径を有する固定子巻線
１５を内包するように、２つの分割コア１３を円筒状に
組み立てることにより、固定子巻線１５をバネとして機
能させ、固定子鉄心１７内で法線方向（径方向外方）に
押し広がろうとする弾発力を生じるようにしたから、こ
の弾発力により固定子巻線１５は固定子鉄心１７の内周
に機械的に固定される。
【００３０】従って、円筒状に一体成形された固定子鉄
心の一方の開口端から固定子巻線１５を挿入する場合の
ように、高精度の軸合わせを必要としないことはもとよ
り、固定子鉄心１７の内周に固定子巻線１５を固着する
ための接着剤や、特別な固定機構も不要にし得て、スロ
ットレス固定子１の組み立てを極めて容易に行えるよう
になる。
【００３１】また、固定子鉄心１７の内周に固定子巻線
１５を固定したままの状態でワニス含浸槽３１に浸漬し
ているため、固定子巻線１５の外周側にワニスがあまり
含浸しない。従って、固定子巻線１５の外周側に厚く付
着したワニスが硬化して固定子巻線１５の弾性復帰が規
制される、といった事態も有効に回避し得て、固定子巻
線１５を固定子鉄心１７の内周に安定して固定すること
ができる。
【００３２】さらに、固定子巻線１５に電流が流れる
と、熱が発生し、より外側に広がろうとする力が働くか
ら、作動時は更に安定して固定子巻線１５が固定され
る。しかも、本実施の形態では、分割コア１３と固定子
巻線１５との間にシリコンシート１９ａを介在させてい
るため、法線方向に作用する弾発力は更に強まり、固定
子巻線１５はより一層安定して固定される。
【００３３】また、シリコンシート１９ａとして、トラ
ンジスタ放熱用途等に用いられるような、窒化ホウ素等
の良熱伝導性の充填剤を含むシリコンシートを用いる場
合には、ワニスよりも熱伝導率が高いため、固定子巻線
１５の放熱性が良くなり、冷却効率も向上する。特に、
本実施の形態にあっては、固定子巻線１５の内周側に潤
滑オイルを流通させているため、冷却効率の更なる向上
が図られている。
【００３４】なお、上記実施の形態では、円筒状の固定
子巻線１５を、略菱形状をなす複数のコイルセグメント
２３ａ，２３ｂ，２３ｃを組み合わせることにより形成
しているが、他の方法により形成しても構わない。ま
た、固定子鉄心１７を２つの分割コア１３により構成し
ているが、分割数は３以上であっても構わない。
【００３５】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、固定子鉄心を分割構成とし、その内部に固定
子鉄心の内径よりも大きな外径を有する固定子巻線を組
み込むことにより、固定子巻線に法線方向の弾発力を発
生させるバネとして機能させ、この弾発力により固定子
巻線を固定子鉄心の内周に機械的に固定するから、特別
な固定機構や接着剤が不要となり、スロットレス固定子
の組み立てが容易となる。
【００３６】また、分割コアと固定子巻線との間に弾性
部材を介在させた場合には、法線方向の弾発力が更に強
まるから、固定子巻線の固定力をより一層向上させるこ
とができる。特に、弾性部材として、トランジスタ放熱
用途等に用いられるような、窒化ホウ素等の良熱伝導性
の充填剤を含むシリコンシートを用いた場合には、放熱
性が良くなるから、固定力の向上のみならず、冷却効率
の向上をも図ることができる。
【００３７】さらに、固定子巻線に樹脂を含浸させる場
合には、固定子鉄心の内周に固定子巻線を固定したまま
の状態で樹脂を含浸させることにより、樹脂が固定子巻
線の外周に厚く付着しなくなるから、外周に付着した樹
脂が硬化することによる弾性復帰の規制を有効に回避し
得て、固定子鉄心内に固定子巻線を安定して固定するこ
とができる。
【００３８】また、本発明に係る回転電機は、スロット
を有しない円筒状の固定子鉄心内に、前記固定子鉄心の
内径よりも大きな外径を有する円筒状の固定子巻線が弾
性的に縮径された状態で配置されることにより、上記同
様、固定子鉄心内で固定子巻線をバネとして機能させ、
その弾発力により固定子鉄心の内周に機械的に固定する
ようにしているから、特別な固定機構や接着剤が不要と
なり、スロットレス固定子の組み立てが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る回転電機の一実施の形態を示す
縦断面図である。
【図２】 本発明に係るスロットレス固定子巻線の製造
方法の一実施の形態を説明するための図であって、複数
のコイルセグメントから帯状体を形成している状態を示
す斜視図である。
【図３】 複数のコイルセグメントからなる帯状体を円
筒状に巻いて形成した固定子巻線を示す斜視図である。
【図４】 ＢＮ粒子を混ぜたアルコール溶液中に固定子
巻線を浸漬した状態を示す図である。
【図５】 分割構成とされた固定子鉄心内に固定子巻線
を組み込む状態を示す斜視図である。
【図６】 所定の隙間をおいて対向配置された分割コア
内に固定子巻線を配置した状態を示す横断面図である。
【図７】 固定子巻線を内包するように分割コアを円筒
状に組み立てた状態を示す横断面図である。
【図８】 固定子鉄心と固定子巻線とを一体にしたまま
の状態でワニス槽に浸漬した状態を示す図である。
【図９】 ワニスが硬化して完成したスロットレス固定
子を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１ スロットレス固定子 １３ 分割コア １５ 固定子巻線 １７ 固定子鉄心 １９ａ シリコンシート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H002 AA07 AB06 AE08 5H603 AA09 BB12 CA05 CB01 CB26 CC01 CC17 CD21 CE01 FA02 FA30 5H615 AA01 PP01 PP02 PP06 PP17 QQ02 QQ19 RR02 SS10 SS41 SS42 TT05 TT26

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 各片を円筒状に組み合わせることにより
    スロットを有しない固定子鉄心を完成させる複数の分割
    コアを、自然状態にて前記固定子鉄心の内径よりも大き
    な外径を有する円筒状の固定子巻線を内包するように、
    円筒状に組み立てる工程を備えることを特徴とするスロ
    ットレス固定子の製造方法。
  2. 【請求項２】 前記分割コアと前記固定子巻線との間に
    弾性部材を挿入する工程を備えることを特徴とする請求
    項１記載のスロットレス固定子の製造方法。
  3. 【請求項３】 前記弾性部材として、シリコンシートを
    用いることを特徴とする請求項２記載のスロットレス固
    定子の製造方法。
  4. 【請求項４】 前記固定子鉄心の内周に前記固定子巻線
    を固定したままの状態で樹脂を含浸させる工程を備える
    ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記
    載のスロットレス固定子の製造方法。
  5. 【請求項５】 スロットを有しない円筒状の固定子鉄心
    内に、前記固定子鉄心の内径よりも大きな外径を有する
    円筒状の固定子巻線が弾性的に縮径された状態で配置さ
    れたスロットレス固定子を備えてなり、 前記固定子巻線は、その弾発力により前記固定子鉄心の
    内周に固定されていることを特徴とする回転電機。
JP24058999A 1999-08-26 1999-08-26 スロットレス固定子の製造方法及び回転電機 Withdrawn JP2001069727A (ja)

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DE60016524T DE60016524T2 (de) 1999-08-26 2000-08-25 Verfahren zur Herstellung eines nutenlosen Stators, und nuterloser Stator
EP00118525A EP1079503B1 (en) 1999-08-26 2000-08-25 Manufacturing method for slotless stator, and slotless stator
US10/271,865 US20030038555A1 (en) 1999-08-26 2002-10-16 Rotating electrical machine with slotless stator

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