JP2003289652A - 回転電機の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コイルを損傷することなく、回転電機を製造
する方法を提供する。 【解決手段】 ステータコア２０のスロット２５にコイ
ル３０を収装し、ステータ内周面に開口するスロットの
開口部２７を閉塞してスロット内部に冷媒通路２９を形
成する回転電機の製造方法であって、前記ステータ内周
面に接する円柱状の金型６１を配置し、前記スロットの
内部に中子６０を配置し、この金型６１と前記ステータ
コア２０と前記中子６０との間で前記開口部２７に位置
して空間６２を区画し、前記空間に樹脂５０を充填し、
充填後に中子を壊して取り除く。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転電機、特に冷
却機構を有する回転電機の製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】回転電機（モータ、または発電機、また
はモータ兼発電機）において、その冷却方法としてコイ
ルやステータを直接オイルで冷却する方法があり、その
ためのオイル冷却通路を成形する技術が、例えば特開平
４‐３６４３４３号公報に開示されている。

【０００３】この技術は、ステータのオープンスロット
部に中子を設置し、またステータ内側には金型を設置
し、中子と金型の間に樹脂材料を充填し、充填材が硬化
した後に中子と金型を除去することで、オイル冷却通路
の成形を完了するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この成
形方法においては、中子をステータから除去する際に巻
線に接触し、巻線に傷をつけ、絶縁被膜を損傷したり、
ステータに傷がつくことで、積層したステータ間の絶縁
が破壊され、渦電流損が増加することでステータの発熱
やモータの効率低下を招くという課題がある。

【０００５】本発明は、上記の如き現状の課題を考慮し
てなされたもので、その目的は、ステータの発熱やモー
タの効率低下を招くことなく冷却通路を形成する回転電
機の製造方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、ステータ
コアのスロットにコイルを収装し、ステータ内周面に開
口するスロットの開口部を閉塞してスロット内部に冷媒
通路を形成する回転電機の製造方法であって、前記ステ
ータ内周面に接する円柱状の金型を配置し、前記スロッ
トの内部に中子を配置し、この金型と前記ステータコア
と前記中子との間で前記開口部に位置して空間を区画
し、前記空間に樹脂を充填し、充填後に中子を壊して取
り除くことを特徴とする。

【０００７】第２の発明は、第１の発明において、回転
電機の回転軸に対して垂直方向の前記中子の断面積が、
コイルの発熱量に基づき設定されることを特徴とする。

【０００８】第３の発明は、第１の発明において、前記
中子が、粒子状の無機質材料と結合材の有機バインダー
とから構成されることを特徴とする。

【０００９】第４の発明は、第３の発明において、前記
中子が、有機溶剤を用いて前記有機バインダーによる無
機質材料の結合を解くことで取り除かれることを特徴と
する。

【００１０】第５の発明は、第４の発明において、前記
有機溶剤が、回転電機の構成部品の機能を損なわない溶
剤であることを特徴とする。

【００１１】第６の発明は、第４または５の発明におい
て、前記有機溶剤が、ステータを構成する積層した電磁
鋼板間に浸入して硬化し、電磁鋼板間の隙間を埋めるこ
とを特徴とする。

【００１２】第７の発明は、第５の発明において、前記
有機溶剤は、中子を溶解する第１溶剤と、ステータを構
成する積層した電磁鋼板間に浸入して硬化し、電磁鋼板
間の隙間を埋める第２溶剤とからなることを特徴とす
る。

【００１３】第８の発明は、第１の発明において、前記
中子が、加熱によって取り除かれることを特徴とする。

【００１４】第９の発明は、第８の発明において、前記
中子が、前記樹脂の成形温度と回転電機の構成部品の許
容温度の間で溶解する材料を用いて形成されることを特
徴とする。

【００１５】第１０の発明は、第８または９の発明にお
いて、前記中子が、前記コイルに通電し、コイルの発熱
によって溶解することを特徴とする。

【００１６】第１１の発明は、第１の発明において、前
記中子は、振動によって取り除かれることを特徴とす
る。

【００１７】第１２の発明は、第１の発明において、前
記中子をスロット内に位置決めする手段を備えたことを
特徴とする。

【００１８】第１３発明は、第１２の発明において、前
記位置決め手段が、前記ステータコアに凹部を設け、中
子をこの凹部に嵌合させることを特徴とする。

【００１９】

【発明の効果】第１の発明は、ステータ内周面に接する
円柱状の金型とステータコアとスロット内に配置した中
子でスロット開口部を閉塞するように空間を区画し、こ
の空間に樹脂を充填し、充填後に結合材で結合した粒子
の結合を解いて中子を取り除くため、中子を取り除く際
に巻線やステータを損傷することがなく、積層したステ
ータ間の絶縁が破壊され、渦電流損が増加することによ
るステータの発熱や効率の低下を招くことがない。

【００２０】第２の発明は、回転電機の回転軸に対して
垂直方向の中子の断面積が、コイルの発熱量に基づき設
定されるため、コイルを確実に冷却することができ、ま
た充填された樹脂がコイル周辺に漏洩することを許容す
ることができる。

【００２１】第３の発明は、中子が、粒子状の無機質材
料と結合材の有機バインダーとから構成されるため、中
子の形状自由度が高く、冷媒通路としての断面積を大き
く設定することができる。

【００２２】第４の発明は、中子が、有機溶剤によって
取り除かれるため大規模な装置を設ける必要がない。

【００２３】第５の発明は、有機溶剤が、回転電機の構
成部品の機能を損なわない溶剤であるため、回転電機完
成後の絶縁不良や断線等の不具合を防止できる。

【００２４】第６の発明は、有機溶剤が、ステータを構
成する積層した電磁鋼板間に浸入して硬化し、電磁鋼板
間の隙間を埋めるため、冷媒の漏洩を未然に防ぐことが
できる。

【００２５】第７の発明は、有機溶剤は、中子を溶解す
る第１溶剤と、ステータを構成する積層した電磁鋼板間
に浸入して硬化し、電磁鋼板間の隙間を埋める第２溶剤
とからなるため、より結合材の溶解性に優れた溶剤と隙
間の接合性に優れた溶剤とを選択できる。

【００２６】第８の発明は、中子が、加熱によって取り
除かれるため有機溶剤を用いる場合より作業性が向上す
る。

【００２７】第９の発明は、中子が、樹脂の成形温度と
回転電機の構成部品の許容温度の間で溶解する材料を用
いて形成されるため、樹脂成形時には中子は溶けずにそ
の機能を果たし、中子を取り除くときには回転電機の部
品許容温度以下で中子を加熱、取り除くため回転電機の
構成部品に熱害が生じない。

【００２８】第１０の発明は、中子が、コイルの発熱に
よって溶解するため、外部からの加熱手段、たとえばス
テータを高温水に浸す高温槽を用意する必要がなく、ま
た一層効率よく中子を加熱することができる。

【００２９】第１１の発明は、中子は、振動によって取
り除かれるため、溶剤や熱による場合に比べて、作業性
を向上することができる。

【００３０】第１２の発明は、中子をスロット内に位置
決めする手段を備えたため、冷媒通路の流路が偏って形
成され、コイルの冷却が不均一となることを防止でき
る。

【００３１】第１３発明は、ステータコアに凹部を設
け、中子をこの凹部に嵌合する位置決め手段を設けたた
め、冷媒通路の成形位置の精度を向上するとともに、コ
イル側への樹脂の漏洩を確実に防止できる。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、添付図面にしたがって本発
明の実施の形態を説明する。

【００３３】図１、図２に回転電機（モータ、または発
電機、またはモータ兼発電機）の全体構成を示す。

【００３４】図１のＡ‐Ａ断面を示す図２において、回
転電機のケース１は、円筒板１Ａと、この円筒板１Ａの
軸方向両端の開口を閉塞する側板１Ｂ、１Ｃからなる。

【００３５】ケース１内には、円柱状のロータ２が収容
される。ロータ２は、その回転軸２Ａの両端がそれぞれ
ベアリング３を介して側板１Ｂ、１Ｃに支持され、回転
軸２Ａを中心に回転自在となっている。

【００３６】円筒板１Ａの内周面には、円筒形のステー
タ５が、ロータ２の外周を取り囲むように配置される。
ステータ５の内周面とロータ２の外周面との間には、所
定の間隙が設けられている。

【００３７】ステータ５の軸方向の両端とケース１の内
側との間には、環状空間からなる冷却ジャケット１０、
１１が形成される。冷却ジャケット１０には円筒板１Ａ
を貫通するオイル供給口１６を介して、冷却用オイルが
供給される。この冷却オイルは、ステータ５内に形成さ
れた冷媒通路２９（図１参照）を流通して、反対側の冷
却ジャケット１１へ導かれる。この冷却オイルは、冷却
ジャケット１１に形成されて円筒板１Ａを貫通するオイ
ル排出口１７から外部へ排出される。

【００３８】図１に示すように、ステータ５は、ステー
タコア２０と、このステータコア２０の周囲に巻装され
るコイル３０とから構成される。

【００３９】ステータコア２０は、所定個数（本実施の
形態では１２個）の分割コア２１を、円環状に連ねて構
成される（分割コア構造）。各分割コア２１は、略Ｔ字
型の電磁鋼板を、ロータ２を回転軸２Ａ方向（図１の紙
面に垂直方向）に所定枚数積層して形成される。

【００４０】ステータコア２０（分割コア２１）は、ケ
ース１の円筒板１Ａ内周面に沿うリング状のバックコア
部２２と、このバックコア部２２からステータコア２０
の内周側半径方向に突出するティース部２３とを備え
る。

【００４１】隣接するティース部２３の間の凹部（溝
部）は、スロット２５となる。コイル３０は、各ティー
ス部２３に集中巻きされることにより、スロット２５内
部に収容された状態となっている。

【００４２】このスロット２５を前記冷却ジャケット１
０、１１からの冷却用のオイルを通す冷媒通路２９とす
る。

【００４３】前記冷却ジャケット１０と１１を形成する
ために、ステータ５の両端からその内周面の延長上に円
筒部１４が設けられ、この円筒部１４はケース１の側板
１Ｂ、１Ｃまで達して、ケース１の円筒部１Ａの内周と
ステータ５の両端との間に、環状の空間を形成してい
る。

【００４４】円筒部１４はステータ５と同心に配置され
る金属性の部材であり、ケース１の側板１Ｂ、１Ｃに固
定される。円筒部１４とステータ５との間隙にはシール
部材１００が配置され、冷却ジャケット１０、１１から
オイルが漏洩することを防止する。シール部材１００
は、円筒部１４の内周側端面に弾性体（例えば、ゴム
材）を加硫接着したもので、ステータ５を支持する円筒
板１Ａへ側板１Ｂ、１Ｃを組み付けるときに、シール部
材１００がステータ５（ステータコア２０）の端面に押
し付けられることで、回転軸方向に変形してシール性能
を確保する。

【００４５】またスロット部２５のシールについては、
スロット部２５のロータ２の外周に面する開口部２７
に、樹脂層５０が形成され（図２を参照）、この樹脂層
５０と円筒部１４との間にシール１００が変形して狭持
されることで樹脂層５０と円筒部１４との間のシール性
が確保され、開口部２７からの冷却水（冷媒）の漏洩が
防止される。樹脂層５０の成形方法については後述す
る。

【００４６】次に、本発明のステータ５の製造方法につ
いて詳述する。

【００４７】まず、ステータ５を構成するステータコア
２０を電磁鋼板から略Ｔ字型に所定枚数打ち抜き、これ
を積層状にして、分割コア２１を製造する。この分割コ
ア２１にコイル３０を巻きまわして、コイル３０を巻き
まわした分割コア２１を所定の個数、本実施形態では１
２個製造し、これらを円環状に連ねてステータ５が構成
される。

【００４８】次に、分割コア２１をケース１内に所定個
数、円環状に配置する。

【００４９】図３に示すようにスロット２５内に軸方向
に延びる中子６０が収装される。この中子６０の回転軸
の軸直方向の断面形状は、コイル３０が巻線された状態
のスロット２５内の形状と開口部２７近傍を除き略一致
している。ここで、ステータ５の内周面２３ａに密接す
るように円柱状の金型６１が貫通配置されており、中子
６０は、この金型６１とティース部２３の間に所定の空
間６２を有するように、その形状が設定される。空間６
２はスロット２５の開口部２７を閉口するように形成さ
れる。なお中子６０の断面形状は、回転電機を構成する
コイル３０等の発熱量に応じて、その冷却に必要な冷媒
通路２９としての断面積を確保できればよい。

【００５０】中子６０は、その頂部６０ａと底部両側６
０ｂ、６０ｃでそれぞれスロット２５の内周面（言い換
えるとステータコア２０）と接触するように形成され
（図３では３箇所）、これにより中子６０は、スロット
２５内で所定位置に位置決めされる。中子６０が位置決
めされることにより、冷媒通路２９の流路が偏って形成
され、コイル３０の冷却が不均一となることを防止でき
る。

【００５１】中子６０は、微細な粒子、例えば無機質材
料の粒子を有機バインダ−（結合材）で結合して成形さ
れる。このため、中子６０の形状自由度が高く、より大
きな断面積を確保することができる。

【００５２】次に中子６０と金型６１とステータコア２
０とで区画される空間６２に樹脂を充填する。樹脂が空
間６２に充填されることにより、樹脂層５０が形成さ
れ、樹脂層５０はスロット２５の開口部２７を閉塞して
おり、中子６０を除去しても、スロット２５は閉空間と
なり、この閉空間は冷媒が流通することで冷媒通路２９
として機能する。

【００５３】なお、空間６２に樹脂を充填したときに、
樹脂が中子６０とコイル３０の間に漏れ出す可能性があ
るが、冷媒通路２９としての必要断面積は中子６０によ
って確保されており、少量の漏れであれば冷却性能に悪
影響を及ぼすことはない。

【００５４】なお図４に示すように、ステータコア２０
のティース部２３の円周方向側面に軸方向に延設される
切込み（位置決め手段、凹部）６３を設けており、この
切込み６３に中子６０が嵌合することで、中子の位置決
め精度を一層高めるとともに漏洩の防止を図ることがで
きる。

【００５５】樹脂の充填後、樹脂層５０の硬化を確認し
てステータ５を有機溶剤に浸し、中子６０を構成する結
合材としての有機バインダーを溶解させる。粒子を結合
する結合材の種類によって、結合材を溶解する溶剤を選
択することはいうまでもない。これにより中子６０の形
状が維持できなくなり、中子６０を有機バインダーとと
もに構成する無機質材料の粒子は粒子状になり、中子６
０はステータ５から取り除かれる。これにより、中子６
０の除去部分が冷媒通路２９として形成される。

【００５６】したがって、本発明のステータの製造方法
においては、スロット２５内に中子を配置し、この中子
６０とティース部２３と金型６１とでスロット２５の開
口部２７を遮蔽するように空間６２を区画し、この空間
６２に樹脂を充填することで、スロット２５を閉空間と
する。樹脂充填後に中子６０を構成する粒子の結合を解
いて中子６０を取り除き、樹脂層５０によって形成され
た閉空間が冷媒通路２９として機能する。

【００５７】このように、本発明では、中子６０を取り
除く際に巻線３０やステータ５を損傷することがなく、
積層したステータ間の絶縁が破壊され、渦電流損が増加
するによるステータ５の発熱や効率の低下を招くことが
ない。

【００５８】また有機溶剤を用いて、中子６０を構成す
る粒子の結合を解くため、大規模な設備を設ける必要が
なく、設備投資を抑制することができる。

【００５９】なお、有機バインダーを溶かす有機溶剤と
しては、中子６０の有機バインダーのみを溶かし、コイ
ル３０の絶縁被膜や他の構成部品等に絶縁不良や断線等
の悪影響を及ぼさない種類の溶剤を選択する必要がある
ことはいうまでもない。

【００６０】液体の有機溶媒は、樹脂が入り込めなかっ
たような微細な隙間（例えば、積層した電磁鋼板の間や
分割コア２１間の隙間）に入り込むことができるため、
有機溶剤を適当な薬品を用いて硬化することで、冷却通
路２９からの冷媒の漏洩を防ぐことが一層確実にするこ
とができる。なお、中子６０の溶解に用いる有機溶剤
と、微小隙間からの冷媒の漏洩を防止するために用いる
溶剤とをそれぞれ別の有機溶剤としてもよい。

【００６１】中子６０の他の除去方法としては、ステー
タ５を加熱することによって除去する方法がある。この
場合には、樹脂層５０の成形後、ステータ５を所定温度
で加熱して、中子６０を除去することができ、有機溶剤
による中子６０除去よりも、溶剤の取り扱いに対する作
業性悪化を考慮する必要がなく、容易に中子６０の除去
が行えるという効果がある。

【００６２】なお加熱温度としては、樹脂層５０の成形
温度以上であり、かつ回転電機の構成部品の許容温度以
下であり、この温度範囲に溶解温度を有する材料（例え
ば、低温溶解性の合金）を中子６０の材料として選択す
る。具体的には、樹脂層５０の成形温度が１３０℃で、
部品の許容温度が２００℃の場合、中子６０の溶解温度
（すなわち、加熱温度）は１８０℃となる。このため、
樹脂成形時には中子は溶けずに中子の機能を果たし、中
子６０を取り除くときには回転電機の構成部品の許容温
度以下で中子６０を加熱するため、回転電機の構成部品
に熱による影響が及ぶことがない。

【００６３】また加熱の方法としては、たとえば、コイ
ル３０に通電し、コイル３０の発熱によって中子６０を
溶解させる方法がある。この場合には外部からの加熱手
段、例えば高温の水を溜めてステータ５を浸す高温槽を
設ける必要がなく、設備投資を抑制できる。さらにコイ
ル３０間に入り込んだ中子６０を外部から加熱する場合
より効率よく加熱し、除去することができる。

【００６４】また、他の中子６０の除去方法としては、
ステータ５を振動させて中子６０を破壊、除去する方法
がある。この場合には、有機溶剤や熱を用いる必要がな
く、作業が容易で安全に行うことができ、作業性を向上
できる。

【００６５】本発明は、上記した実施形態に限定される
ものではなく、本発明の技術的思想の範囲内でさまざま
な変更がなしうることは明白である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における回転電機を示す断
面図である。

【図２】同じく図１のＡ‐Ａ断面を示す断面図である。

【図３】コイル装着後のステータコアに中子を配置した
断面図である。

【図４】コイル装着後のステータコアに切り込みを設
け、中子を配置した断面図である。

【図５】樹脂を充填し、中子を除去した後のステータコ
アの断面図である。

【符号の説明】

１ ケース １Ａ 円筒板 １Ｂ 側板 １Ｃ 側板 ５ ステータ １０ 冷却ジャケット １１ 冷却ジャケット １４ 円筒部 ２０ ステータコア ２１ 分割コア ２２ バックコア部 ２３ ティース部 ２５ スロット ２９ 冷媒通路 ３０ コイル ５０ 樹脂層 ６０ 中子 ６１ 金型 ６２ 空間 １００ シール部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金子 雄太郎 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 恒吉 孝 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 Ｆターム(参考） 5H002 AA07 AD04 AD08 5H603 AA09 AA13 AA14 BB12 CA01 CA05 CB02 CB03 CB17 CC11 CC17 CD02 CD21 EE10 EE23 FA16 5H609 PP02 PP06 PP09 QQ05 QQ12 QQ13 RR26 RR32 RR40 RR42 RR69 RR73 RR74 SS07 5H615 AA01 BB14 PP01 PP08 PP13 PP14 PP19 PP29 SS03 SS05 SS12 SS44

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ステータコアのスロットにコイルを収装
   し、ステータ内周面に開口するスロットの開口部を閉塞
   してスロット内部に冷媒通路を形成する回転電機の製造
   方法であって、 前記ステータ内周面に接する円柱状の金型を配置し、前
   記スロットの内部に中子を配置し、この金型と前記ステ
   ータコアと前記中子との間で前記開口部に位置して空間
   を区画し、 前記空間に樹脂を充填し、充填後に中子を壊して取り除
   くことを特徴とする回転電機の製造方法。
2. 【請求項２】回転電機の回転軸に対して垂直方向の前記
   中子の断面積は、コイルの発熱量に基づき設定されるこ
   とを特徴とする請求項１に記載の回転電機の製造方法。
3. 【請求項３】前記中子は、粒子状の無機質材料と結合材
   の有機バインダーとから構成されることを特徴とする請
   求項１に記載の回転電機の製造方法。
4. 【請求項４】前記中子は、有機溶剤を用いて前記有機バ
   インダーによる無機質材料の結合を解くことで取り除か
   れることを特徴とする請求項３に記載の回転電機の製造
   方法。
5. 【請求項５】前記有機溶剤は、回転電機の構成部品の機
   能を損なわない溶剤であることを特徴とする請求項４に
   記載の回転電機の製造方法。
6. 【請求項６】前記有機溶剤は、ステータを構成する積層
   した電磁鋼板間に浸入して硬化し、電磁鋼板間の隙間を
   埋めることを特徴とする請求項４または５に記載の回転
   電機の製造方法。
7. 【請求項７】前記有機溶剤は、中子を溶解する第１溶剤
   と、ステータを構成する積層した電磁鋼板間に浸入して
   硬化し、電磁鋼板間の隙間を埋める第２溶剤とからなる
   ことを特徴とする請求項５に記載の回転電機の製造方
   法。
8. 【請求項８】前記中子は、加熱によって取り除かれるこ
   とを特徴とする請求項１に記載の回転電機の製造方法。
9. 【請求項９】前記中子は、前記樹脂の成形温度と回転電
   機の構成部品の許容温度の間で溶解する材料を用いて形
   成されることを特徴とする請求項８に記載の回転電機の
   製造方法。
10. 【請求項１０】前記中子は、前記コイルに通電し、コイ
    ルの発熱によって溶解することを特徴とする請求項８ま
    たは９に記載の回転電機の製造方法。
11. 【請求項１１】前記中子は、振動によって取り除かれる
    ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機の製造方
    法。
12. 【請求項１２】前記中子をスロット内に位置決めする手
    段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の回転電機
    の製造方法。
13. 【請求項１３】前記位置決め手段は、前記ステータコア
    に凹部を設け、中子をこの凹部に嵌合させることを特徴
    とする請求項１２に記載の回転電機の製造方法。