JP2014155369A - ステータコイルへのワニスの含浸方法及び含浸装置並びにステータコイル - Google Patents

Abstract

【課題】ステータコイルに含浸させるワニスがステータコアを汚染するのを防止する。
【解決手段】ステータコイル２は円筒形状のステータコア３の内側に形成したスロット３Ａに巻き回され、コイルエンド２Ａ，２Ｂをステータコア３から外側へ突出する。巻き線後にノズル５Ａ，５Ｂ，６Ａ，６Ｂからコイルエンド２Ａ，２Ｂにワニスを滴下させ、ステータコア３内のステータコイル２にワニスを含浸させる、コイルエンド２Ａ，２Ｂの内周面に形成された凹部８が、内径ノズル５Ｂ，６Ｂから滴下したワニスの余剰分を貯留するので、内径ノズル５Ｂ，６Ｂから滴下したワニスによりステータコア３が汚染されるのを防止できる。
【選択図】図３

Description

この発明は、電動機や発電機などのステータコイルへのワニスの含浸に関する。

電動機や発電機のステータは、一般に円筒形状のステータコアの内周にステータコイルを巻き回すためのスロットを有している。スロットに巻き回されたステータコイルは、ステータコアの軸方向の両端からコイルエンドを突出させた状態となる。ステータコイル全体の絶縁性や形状の保持のために、スロットに巻き回したステータコイルにワニスを含浸させている。

ステータコイルへのワニスの含浸は、コイルエンドにノズルからワニスを滴下することで行なわれる。コイルエンドに滴下したワニスはスロット内のコイルの線材の間に毛管現象により浸透し、その後固化することでステータコイルを被覆する。ノズルは、コイルエンドの外周にワニスを滴下する外径ノズルと、コイルエンドの内周にワニスを滴下する内径ノズルとで構成される。外径ノズルと内径ノズルからそれぞれワニスを滴下させつつ、ステータコアを回転させることで、ステータコアに巻かれたすべてのステータコイルにワニスを含浸させることができる。

この時、ワニスの滴下量が過小だとスロット内のステータコイルの被覆が不十分となる。ワニスの滴下量が過大だとステータコイルに浸透しきれない余剰のワニスがステータコイルから垂れ落ち、あるいは飛散することで、ステータコアの内周や端面に付着し、その後のステータ製造プロセスに好ましくない影響を及ぼす。

ステータコイルへのワニスの含浸量を正確に制御するために、特許文献１は分布巻きのステータコイルの各相について、スロット内のワニス含浸状態を測定し、測定値に基づきノズルからのワニスの滴下量を決定することを教えている。この方法によれば、ステータコイルに加不足なくワニスを含浸させることができる。

特開２００９−２０１２７３号公報

しかしながら、この従来技術を適用するためには、例えば破断試験などでワニスの含浸状態を測定しなければならず、ワニスの適正な供給量を決定するために多くの手間とコストを要するという問題があった。

この発明の目的は、したがって、ワニスをステータコイルに含浸させる際に、ステータコイルからワニスが垂れ落ちたり、飛散したりしにくい構造を実現することである。

以上の目的を達成するために、この発明は円筒形状のステータコアの内側に形成したスロットに巻き回されたステータコイルの、ステータコアから外側へ突出するコイルエンドに、ノズルからワニスを滴下させて、スロット内のステータコイルにワニスを含浸させる、ステータコイルへのワニスの含浸方法を提供する。

含浸方法は、ノズルによるワニスの滴下に先立って、コイルエンドの内周面に凹部を形成している。

ノズルからコイルエンドに滴下したワニスは一時的に凹部に貯留された後、ステータコイルに含浸する。ワニスの滴下量が含浸量を上回った場合でも、凹部が余剰のワニスを一時的に貯留することで、余剰のワニスがコイルエンドから垂れ落ち、あるいは飛散してステーアコアを汚染する不具合を防止できる。

この発明によるステータコイルとワニスの含浸機構の斜視図である。 ワニスの含浸プロセスを説明するステータの概略縦断面図である。 この発明による凹部を示すステータコイルのコイルエンドの概略縦断面図である。 この発明による凹部の形成プロセスを説明するステータコイルのコイルエンド要部の概略縦断面図である。 この発明による凹部を示すステータコイルのコイルエンドの斜視図である。 凹部の両側の段差を説明する凹部の縦断面図である。

図１を参照すると、電動機または発電機のステータ１は円筒形状のステータコア３を備える。ステータコア３には軸方向に延びるスロット３Ａが等しい角度間隔で形成され、このスロット３Ａを利用してステータコイル２がステータコア３に巻き回される。

ステータ１を適用する電動機または発電機はＵ相、Ｖ相、Ｗ相からなる３相交流用であり、ステータコイル２はＵ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルを一グループとした複数グループのコイルからなる。各相のコイルはリード線４に接続される。

Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各コイルはステータコア３の軸方向の両端から外側に突出するコイルエンド２Ａと２Ｂを有する。各コイルはコイルエンド２Ａと２Ｂにおいて略１８０度に屈曲する。

ステータコイル２の全体の絶縁及び形状の保持のために、巻線を完了したステータコイル２はワニスに被覆される。ワニスはワニス含浸機構によって行なわれる。ワニスの含浸工程では、ステータコイル２は図に示されるように中心軸が水平となる状態に保持される。この状態では、コイルエンド２Ａと２Ｂがステータコア３から水平方向両側にそれぞれ突出している。

ワニス含浸機構は、ワニス供給管１０に接続された外径ノズル５Ａと内径ノズル５Ｂ、及びワニス供給管９に接続された外径ノズル６Ａと内径ノズル６Ｂとを備える。

ワニス供給管１０と外径ノズル５Ａと内径ノズル５Ｂはコイルエンド２Ａの近傍に配置され、ワニス供給管９と外径ノズル６Ａと内径ノズル６Ｂはコイルエンド２Ｂの近傍に配置される。

外径ノズル５Ａ（６Ａ）はステータコア３から水平方向に突出するコイルエンド２Ａ（２Ｂ）の外周の上方に配置され、予め設定された量のワニスをコイルエンド２Ａ（２Ｂ）の外周に向けて滴下する。内径ノズル５Ｂと６Ｂは軸方向からコイルエンド２Ａ（２Ｂ）の内側に侵入し、コイルエンド２Ａ（２Ｂ）の内周に向けて予め設定された量のワニスを滴下する。

図２を参照すると、このようにして、コイルエンド２Ａと２Ｂの頂部と底部に相当する部位に滴下したワニスは、毛管現象によって図の各矢印に示すようにコイル巻線の隙間にそれぞれ浸透し、スロット３Ａの内側のステータコイル２の中央部まで到達する。

ステータコア３の内周は回転軸７に固定された支持機構１２に支持される。ステータ１は回転軸７の回転に応じて支持機構１２と一体に回転変位する。一方、外径ノズル５Ａと６Ａ及び内径ノズル５Ｂと６Ｂは固定位置でワニスを滴下する。その結果、回転するコイルエンド２Ａと２Ｂの頂部に相当する部位に外径ノズル５Ａと６Ａからワニスが順次滴下する。また、回転するコイルエンド２Ａと２Ｂの底部に相当する部位に内径ノズル５Ｂと６Ｂからワニスが順次滴下する。

このようにして、ステータコア３を回転させながらワニスを滴下させることで、ステータコイル２の全周及び全長に渡ってワニスが含浸する。すなわち，ステータコイル２を構成する複数グループのＵ相、Ｖ相、Ｗ相のすべてのコイルの全長に渡ってワニスが含浸する。

このとき外径ノズル５Ａと６Ａ及び内径ノズル５Ｂと６Ｂからのワニスの滴下量が過小だと、ワニスはステータコイル２の中央部に到達できず、ステータコイル２の被覆が不十分となる。ステータコイル２の被覆を十分に行なうべく、ワニスの滴下量を増やすと、ステータコイル２に浸透しきれない余剰のワニスがステータコイル２から垂れ落ちたり、飛散したりして、ステータコア３の内周や端面に付着し、その後のステータ製造プロセスに好ましくない影響を及ぼすおそれがある。

図３を参照すると、ステータコイル２はコイルエンド２Ａと２Ｂの内周に凹部８を備える。凹部８は次に説明する方法で形成される。

ステータ１の製造プロセスにおいては、ステータコア３へのコイルの巻線が完了した後に、ノズル５Ａ，５Ｂ，６Ａ，６Ｂによるワニスの含浸作業に先立ってコイルエンド２Ａと２Ｂの整形が行なわれる。具体的には、図４に示すようにコイルエンド２Ａ（２Ｂ）の内周側と外周側に金型１５を配置し、これらの金型１５でコイルエンド２Ａ（２Ｂ）をラジアル方向に挟持することで、コイルエンド２Ａ（２Ｂ）を所定の形状に整形する。この整形工程に用いる内周側の金型１５にあらかじめ突起１４を形成しておく。これにより、整形後のコイルエンド２Ａ（２Ｂ）の内周面に突起１４に対応した形状の凹部８が形成される。

なお、各グループのＵ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルの配置に関して、特定の相が他の相より中心寄りに配置されている場合には、最も中心寄りに配置された相のコイルに凹部８を形成してもよい。図３と４に示すステータコイル２においては、各グループのＷ相のコイルに凹部８が形成される。このように最も中心に近い位置に配置される相のみに凹部８を形成することで、凹部８の形成作業を容易に行なうことができる。

ステータコイル２に凹部８を形成しておくと、ステータコイル２へのワニスの含浸工程で内径ノズル５Ｂから滴下するワニスは、コイルエンド２Ａの底部に相当する位置の凹部８に受け止められる。ワニスはこの凹部８に一時的に貯められた後、コイル巻線の隙間を浸潤し、毛管現象によってスロット３Ａの内側のステータコイル２の中央部へと浸透する。内径ノズル６Ｂから滴下するワニスも同様である。

この時、例えば内径ノズル５Ｂ（６Ｂ）からのワニスの滴下量が浸透量を上回ったとする。その場合も、滴下したワニスの余剰分は凹部８に貯留され、ステータコイル２から垂れ落ちたり飛散したりして、ステータコア３を汚染することはない。凹部８内に貯留されたワニスは時間経過とともにステータコイル２の中央部に向けて浸透する。

一方、外径ノズル５Ａ（６Ａ）からコイルエンド２Ａ（２Ｂ）の頂部に滴下するワニスに関しては、滴下位置に対応する凹部８が下向きとなっているため、凹部８にワニスを貯留することはできない。しかしながら、コイルエンド２Ａ（２Ｂ）の頂部に滴下したワニスがコイルエンド２Ａ（２Ｂ）に浸透しきれずにコイルエンド２Ａ（２Ｂ）の外側へ溢れる場合には、溢れたワニスによってステータコア３が汚染される心配はない。

このようにして、コイルエンド２Ａ（２Ｂ）の底部に相当する位置の凹部８が、内径ノズル５Ｂ（６Ｂ）から滴下するワニスの余剰分を貯留するので、余剰のワニスがステータコイル２から垂れ落ちたり飛散したりしてステータコア３を汚染する不具合を防止できる。

図５を参照すると、コイルエンド２Ａ（２Ｂ）の内周に形成する凹部８は、好ましくは、複数グループごとに各々独立して形成する。ステータコイル２のコイルエンド２Ａと２Ｂにおいては、図に示すように各グループの境界部１３はコイルの存在しない領域となる。金型１５を用いて凹部８を形成する際に、凹部８を環状溝として形成すると、凹部８に滴下したワニスが境界部１３から凹部８の外側へ流出し、凹部８がワニスを貯留できない可能性がある。凹部８をグループごとに独立して形成することで、凹部８のワニス貯留機能に確実を期すことができる。

図６を参照すると、凹部８の縦断面に関して、凹部８とステータコア３との間のコイルエンド２Ａ（２Ｂ）の内周面２Ｃの径に対して、凹部８を挟んで反対側に位置するコイルエンド２Ａ（２Ｂ）の内周面２Ｄの径が若干大きくなるように、コイルエンド２Ａ（２Ｂ）の整形工程で用いる金型１５の寸法をあらかじめ設定しておくことが望ましい。

寸法をこのように設定した金型１５を用いて凹部８を形成すると、内周面２Ｃと２Ｄの間に図にしめすような段差が生じることになる。この段差は凹部８から溢れ出たワニスをステータコイル２の軸方向外側に案内する役割を果たす。この段差が設けられていると、ワニスが凹部８から溢れ出る場合でも、ワニスはステータコア３の外側に垂れ落ちるので、凹部８から溢れ出たワニスによるステータコア３の汚染を防止することができる。

以上のように、この発明によるワニスの含浸方法及び含浸装置は、ノズル５Ａ，５Ｂ，６Ａ，６Ｂによるワニスの滴下に先立って、コイルエンド２Ａと２Ｂの内周面に凹部８を形成する。その結果、内径ノズル５Ｂ，６Ｂから滴下するワニスは凹部８に貯留され、時間経過とともに毛管現象によってコイル巻線の隙間を浸潤し、毛管現象によりスロット３Ａの内側のステータコイル２の中央部へと浸透することになる。したがって、ワニスの適下量が浸透量を上回った場合でも、余剰分のワニスが直ちにステータコイル２から垂れ落ちたり、飛散したりするのを防止することができる。結果として、簡易な構成で、ステータコア３がワニスに汚染されにくい環境を創出することができる。

以上の実施形態において、金型１５と突起１４が、この発明によるワニスの含浸装置の凹部形成機構を構成する。

以上のとおり、この発明を特定の実施例を通じて説明して来たが、この発明は上記の実施例に限定されるものではない。当業者にとっては、特許請求の範囲でこれらの実施例にさまざまな修正あるいは変更を加えることが可能である。例えば、ステータコアがケース内に焼き嵌め等で固定された後、ワニスの含浸工程を行う構成としても良い。また、凹部８の形成位置については、Ｗ相に限らず、コイル構造や凹部形成機構の構成等によって適宜変更可能なものである。

１ ステータ
２ ステータコイル
２Ａ コイルエンド
２Ｂ コイルエンド
２Ｃ 内周面
２Ｄ 内周面
３ ステータコア
３Ａ スロット
４ リード線
５Ａ 外径ノズル
５Ｂ 内径ノズル
６Ａ 外径ノズル
６Ｂ 内径ノズル
７ 回転軸
８ 凹部
９ ワニス供給管
１０ ワニス供給管
１２ 支持機構
１３ 境界部
１４ 突起
１５ 金型

Claims (6)

1. 円筒形状のステータコアの内側に形成したスロットに巻き回されたステータコイルの、ステータコアから外側へ突出するコイルエンドに、ノズルからワニスを滴下させて、スロット内のステータコイルにワニスを含浸させる、ステータコイルへのワニスの含浸方法において、
   ノズルによるワニスの滴下に先立って、コイルエンドの内周面に凹部を形成することを特徴とする、ステータコイルへのワニスの含浸方法。
2. 前記ステータコイルは複数グループのコイルで構成され、複数グループの各々が独立した前記凹部を備える、請求項１に記載のステータコイルへのワニスの含浸方法。
3. 前記複数グループの各々は複数相のコイルで形成され、前記凹部はステータコア内で最も中心寄りに配置された相のコイルに形成される、請求項２に記載のステータコイルへのワニスの含浸方法。
4. 前記凹部から前記ステータコアと軸方向逆向きに延びるコイルエンドの内周面と、前記凹部から前記ステータコアに至るコイルエンドの内周面との間に段差を設けた、請求項１から３のいずれかに記載のステータコイルへのワニスの含浸方法。
5. 円筒形状のステータコアの内側に形成したスロットに巻き回されたステータコイルにおいて、ステータコアから外側へ突出するコイルエンドの内周面に形成され、コイルエンドに滴下されたワニスを一時的に溜める凹部、を備えることを特徴とする、ステータコイル。
6. 円筒形状のステータコアの内側に形成したスロットに巻き回されたステータコイルの、ステータコアから外側へ突出するコイルエンドに、ノズルからワニスを滴下させて、スロット内のステータコイルにワニスを含浸させる、ステータコイルへのワニスの含浸装置において、
   ノズルによるワニスの滴下に先立って、コイルエンドの内周面に凹部を形成する凹部形成機構を備えることを特徴とする、ステータコイルへのワニスの含浸装置。

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