JP3551375B2

JP3551375B2 - 回転電機およびその製造方法

Info

Publication number: JP3551375B2
Application number: JP2001394352A
Authority: JP
Inventors: 充加藤; 泰典北角; 元博村橋
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-12-26
Filing date: 2001-12-26
Publication date: 2004-08-04
Anticipated expiration: 2021-12-26
Also published as: KR100478694B1; EP1324463B1; JP2003199278A; EP1324463A2; US20030127936A1; DE60204275D1; DE60204275T2; KR20030055159A; US6674211B2; EP1324463A3

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転電機およびその製造方法に関し、詳しくは、コイル導体をスロットに軸方向に挿通して形成されたコイルを装備する車両用回転電機およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来、ステータコアのスロットに挿通された多数のセグメント導体を順次接合して形成されたセグメント導体順次接合型ステータコイルが提案されている。
【０００３】
たとえば、本出願人が所有する特許第３１９６７３８号は、略Ｕ字形状を有するセグメント導体であるＵ字導体を順次接合して形成されたＵ字導体順次接合型ステータコイルの製造について開示している。
【０００４】
更に説明すると、このＵ字導体順次接合型ステータコイルは、Ｕ字導体の一対の脚部を回転子の磁極ピッチだけ互いに離れた一対のスロットに個別に挿通し、各Ｕ字導体の脚部先端を順次接合して形成されている。また、上記公報は、ステータコアの端面から軸方向へ突出し、最終的に接合されるＵ字導体の２つの脚部のうちステータコアのスロットから突出する部分である端部を周方向に捻り整形する整形部と、軸方向に駆動する軸方向駆動部とを有する量産性に優れたステータ製造技術を提案している。
【０００５】
また、特開２００１ー３７１３１号は、略Ｌ字形状を有するセグメント導体であるＬ字導体をステータコアの両側からスロットに挿通し、各Ｌ字導体の両端をステータコアの両側それぞれで順次接合して形成されたＬ字導体順次接合型ステータコイルを開示している。このＬ字導体順次接合型ステータコイルの製造工程は、Ｌ字導体をスロットに挿通する工程と、各Ｕ字導体の両端の接合部を接合する工程とを含んでいる。
【０００６】
このようなコイル導体をスロットに軸方向に挿通してコイルを完成する回転電機（軸方向挿通型回転電機ともいう）は、コイル導体をスロット開口から順次挿入して巻き線する従来の回転電機に比較して曲げにくいコイル導体を採用することができるため、スロット占積率向上が可能な大断面積の平角線を採用ででき、回転電機の小型軽量、大出力化の効果や、コイルエンド体積の縮小によりコイル抵抗低減や体格低減の効果や、コイルエンド内に径方向隙間が均等分布することによる冷却性向上効果の点で優れている。
【０００７】
この軸方向挿通型回転電機では、コイル導体（通常は平角線）をコアから電気絶縁するために、角筒状の絶縁シートがコイル導体挿通前にあらかじめスロットに軸方向へ挿通される。しかし、この軸方向挿通型回転電機では、角筒状の絶縁シートにコイル導体を軸方向へ嵌挿する際に、コイル導体の先端部が角筒状の絶縁シートの端部を通過してスロット内に入った後、絶縁シートが、コイル導体の外表面と絶縁シートの内表面との摩擦力や、コイル導体の先端特にその角部が絶縁シートの内表面に引っ掛かることにより正常な位置からずれてしまったり、軸方向に強く引っ張られて絶縁シートの電気絶縁性を低下させる可能性があった。
【０００８】
特に、軸方向挿通型回転電機では、特開平５８ー１５７３９号公報に開示されるように、熱可塑性樹脂により形成された絶縁シートのコイル導体挿入側の端部を加熱成形によりラッパ状に形成してコイル導体挿入作業を簡単化することが一般的である。しかし、このようなラッパ状の熱成形は、絶縁シートのコイル導体挿入側の端部がスロットの軸方向開口を区画するコアの角部に接する位置にて薄くなってしまい、上記コイル導体挿入に際してコイル導体により強く引っ張られてその電気絶縁性が低下する場合があった。
【０００９】
そこで、本出願人の出願になる特開２０００ー３０８３１４号公報は、絶縁シートのコイル導体挿入側の端部をラッパ状に熱成形した後、絶縁シートを軸方向コイル導体挿入側へ所定長さだけ引き戻して上記コアの角部に接する絶縁シートの部位の厚さとして元の厚さを確保できるため、この部位における絶縁シートの電気絶縁性の低下を防止することができる。しかし、この場合においても、コイル導体の挿通時に、絶縁シートが上記理由によりコイル導体に引きずられるため、絶縁シートのラッパ状部分の薄くなった基端部がスロットの軸方向開口を区画するコアの角部に接する位置に戻ってしまい、絶縁シートの電気絶縁性が低下してしまうという問題があることがわかった。
【００１０】
本発明は、上記のごとき従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、コイル導体の軸方向挿入による絶縁シートの電気絶縁性の低下を抑止可能な回転電機及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の回転電機は、断面略角形のスロットを有してステータコア又はロータコアを構成するコアと、前記スロットに収容されて軸方向端部が前記スロットから突出する略角筒状の絶縁シートと、前記絶縁シートに嵌挿されるコイル導体とを備え、前記絶縁シートは、前記スロットの角部に接する角部と、前記角部から前記スロットの内表面に略平行に延在する平坦な平坦部とを有する回転電機において、
前記絶縁シートの前記平坦部は、前記コイル導体が存在しない状態で前記平坦部の両側の前記角部よりも前記スロット側から離れる方向へ落ち込んだ形状を有し、前記コイル導体は、前記絶縁シート内に挿入された状態で前記絶縁シートの前記平坦部を前記スロットの内表面に向けて押し広げる寸法を有しているので、コイル導体の軸方向挿入による絶縁シートの電気絶縁性の低下を抑止することができる。
【００１２】
以下、本発明の作用効果を更に説明する。
【００１３】
まず、スロットに収容された絶縁シートにコイル導体を挿入すると、コイル導体は、絶縁シート内部のコイル導体収容空間を押し広げる。この時、絶縁シートの角部は既にスロットの角部に近接しており、絶縁シートの平坦部がスロットの内表面に近づく方向に付勢される。これにより、絶縁シートの断面形状が、隅部突出断面形状（たとえば四隅突出角形断面形状）から略角形断面形状に変形することになるが、この変形は絶縁シートの全周距離を縮小させる。つまり、絶縁シートの角部は外側すなわちスロットの角部に押しつけられた後は、それ以上外側に変形することができないため、元の隅部突出断面形状（たとえば四隅突出角形断面形状）がスロット内表面に沿って変形することになるが、この変形はスロット内表面に規制され、絶縁シートにはその周方向に大きな圧縮応力を発生する。その結果、絶縁シートの角部はこの圧縮応力によりスロットの角部に非常に強く押しつけられることになるので、絶縁シート内にコイル導体を挿入する場合に、絶縁シートがコイル導体に付勢されて位置づれすることがない。特に、コイル導体の挿入により絶縁シートが軸方向へ付勢されてしまうことがない。また、絶縁シートのコイル導体挿入側の端部がラッパ状に形成されている場合でも、薄肉化したラッパ状のコイル導体挿入側の端部が、スロットの軸方向開口を区画するコアの角部に強く押しつけられて、この部分の電気絶縁性が低下することもない。更に、特開２０００ー３０８３１４号公報のように、絶縁シートを軸方向コイル導体挿入側へ所定長さだけ引き戻して上記コアの角部に接する絶縁シートの部位の厚さとして元の厚さを確保する場合でも、コイル導体の挿通時に絶縁シートがコイル導体に引きずられることがなく、絶縁シートのラッパ状部分の薄くなった基端部がスロットの軸方向開口を区画するコアの角部に接する位置に戻ってしまって絶縁シートの電気絶縁性が低下してしまうのも防止することがない。
【００１４】
好適な態様において、前記絶縁シートは、前記角部と前記平坦部との境界線に沿って前記絶縁シートの長手方向に延在する直線状の折れ目を有する。このようにすれば、絶縁シートを筒状とした場合に簡単にその平坦部の落ち込みを実現することがぜきるので製造工程が簡素となる。
【００１５】
好適な態様において、前記絶縁シートの端部はラッパ形状に形成されているので、既に説明したようにコイル導体の挿入時に、コイル導体の絶縁シートての挿入が容易となる。更に、コイル導体から絶縁シートに与えられる軸方向推進力の多くは、上記したようにスロットの角部に強く押しつけられた絶縁シートの角部の部分で支承されるために、薄くなった絶縁シートのコイル導体挿入側の端部に掛かることがなく、この部分の電気絶縁性が低下することがない。
【００１６】
好適な態様において、この回転電機の製造方法は、前記絶縁シートとなる予定の樹脂テープの角部予定領域と前記平坦部予定領域との境界線近傍を前記樹脂テープの長手方向に塑性変形することにより、前記長手方向に延在する直線状の折れ目をつける工程と、前記樹脂テープを丸めて筒状体を形成する工程と、前記筒状体を所定長さに切断して前記絶縁シートを形成する工程と、前記絶縁シートを前記スロットに軸方向に挿入する工程と、前記絶縁シートに前記コイル導体を軸方向に挿入する工程とをもつ。このようにすれば、簡素な工程により製造することが可能となる。
【００１７】
本発明の絶縁シートにおいて、スロット、コイル導体、絶縁シートはそれぞれ自己に適した寸法の角形断面形状をもつが、それに限定されるものではなく、両側の端部に比べてスロット内表面から落ち込んだ（離れた）平坦部をもつものであればよい。平坦部は完全な平面でなくてもよい。絶縁シートの折れ目は絶縁シートの長手方向全部にわたって形成されていなくてもよく、絶縁シートの平坦部が両側の絶縁シートの端部から折れ曲がるようになっていればよい。好適には、絶縁シートの角部の両側にそれぞれ平坦部が設けられ、これら平坦部とこの角部との境界線部分にそれぞれ折れ目が設けられる。樹脂テープを幅方向に折り畳んで丸めることにより絶縁シートは筒状に形成されるが、その幅方向の端部において、樹脂テープは重ねられるのが好適である。重ねられた部分は熱融着などにより接合されるのが好適であるが、接合されなくても良い。又は、樹脂テープの両幅方向端部は突き合わせされて接合されても良い。筒状の絶縁シートのコイル導体挿入側の端部はラッパ状に形成されるのが好適であるが、本発明の実施に際して、絶縁シートのコイル導体挿入側の端部をラッパ状に形成することは必須事項ではない。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な態様を図面を参照して以下に説明する。
【００１９】
車両用交流発電機のステータコアへのＵ字導体の挿入工程を図１に示し、ステータコアの周方向部分断面図を図２に示す。
【００２０】
ステータは、円筒状のステータコア１と、ステータコアの内周面に形成されて角形の径方向断面をもつ多数のスロット２にそれぞれ挿入された角筒状の絶縁シート３と、各絶縁シート３内のコイル導体収容空間Ｓに軸方向へ挿入される多数のＵ字導体（以下、コイル導体とも呼称することとする）４とからなり、Ｕ字導体４の両先端部は、既に周知のように互いに接合されてステータコイルを構成している。ステータコア１から突出する絶縁シート３のコイル導体挿入側の端部５はラッパ状に形成されて、Ｕ字導体４の挿入を容易としている。
【００２１】
図１において、６は、Ｕ字導体４の嵌挿時に絶縁シート３に掛かるスラスト力を支承して、絶縁シート３のラッパ状端部５に掛かる引っ張り力を低減するストッパプレートであるが、後述するようにこの実施例では、絶縁シート３とスロット２の内表面との結合力が高いので、ストッパプレート６を省略してもよい。
【００２２】
この実施例の特徴をなす絶縁シート３の径方向断面形状を図３を参照して以下に説明する。
【００２３】
絶縁シート３は、熱可塑性樹脂テープを幅方向に折り曲げて角筒状の断面形状を与えたものであり、スロット２の４つの角部２１に略接する４つの角部３１〜３４と、各角部３１からスロット２の内表面に略平行に延在する平坦な４つの平坦部３５〜３８とを有している。スロット２の最奥側に位置する平坦部３４は、上記熱可塑性樹脂テープの幅方向両端部が重ねられた部分を有している。
【００２４】
平坦部３５〜３７は、図３に示すように、コイル導体が存在しない状態で平坦部３５〜３７の両側の角部３１〜３４よりもスロット２の内表面から離れる方向へ落ち込んだ形状を有している。絶縁シート３にこのような形状を与えるには、後述するように、図３に示すｘの位置、すなわち、平坦部３５〜３７と角部３１〜３４との境界線に沿って軸方向すなわち上記熱可塑性樹脂テープの長手方向に直線状の折れ目を機械的に設ければよく、このとき熱可塑性樹脂テープを加熱しても良い。折れ目は、この折れ目に相当する軸方向位置に径大なリング状の突条を有する円筒ローラに、種々の手段で上記樹脂テープを押しつけて形成することが簡単であり、この時、円筒ローラを加熱することも好適である。なお、上記径大なリング状の突条は、略三角形の軸方向断面を有することが好適であり、この三角形の頂角は適宜設定可能であるがたとえば９０度未満とされる。
【００２５】
この絶縁シート３内に、４つのコイル導体４を挿入した状態を図４に示す。
【００２６】
コイル導体４は平角線により構成されており、その周方向の幅ｗは、図３に示す平坦部３５、３６の間の周方向幅ｗ’よりも大きく形成されている。なお、４つのコイル導体４の径方向高さｈの合計は、図３に示す平坦部３５、３６の間の径方向高さｈ’よりも大きく形成してもよいが、ｗをｗ’より大きくするだけでもよい。
【００２７】
このようにすれば、スロット２に収容された絶縁シート３内にコイル導体４を順番に挿入すると、各コイル導体４が、絶縁シート３内部のコイル導体収容空間Ｓを周方向へ押し広げる。この時、絶縁シート３の角部３１〜３４は既にスロット２の角部に接しており、これ以上外側へ変異することができないので、絶縁シート３の平坦部３５〜３７にはその周方向に大きな圧縮応力を発生する。その結果、絶縁シート３の角部３１〜３４は、スロット２の角部に非常に強く押しつけられることになり、その結果、コイル導体４を絶縁シート３内に挿入する際に、絶縁シート３がコイル導体４に付勢されて位置づれすることがない。
【００２８】
特に、コイル導体４の挿入により絶縁シート３が軸方向へ付勢されてしまうことがないため、絶縁シート３のコイル導体挿入側の端部であるラッパ状端部５の首部がスロット２の軸方向開口を区画するステータコア１の角部に強く押しつけられることがなく、この部分の電気絶縁性が低下することがない。
（変形態様１）
変形態様１を図５を参照して以下に説明する。
【００２９】
図５は、絶縁シート３のラッパ状端部５の首部５１がスロット２の軸方向開口を区画するステータコア１の角部１１に強く押しつけられることがないように、絶縁シート３を配置した例を示す。この場合でも、コイル導体４の挿入に際して、絶縁シート３がコイル導体４とともに再びスロット２内に押し込まれることを、上記絶縁シート３の角部３１〜３４がスロット２の角部に極めて強く押しつけられることにより、実現することができる。もちろん、この変形態様でも、上記と同様にストッパプレート６を省略することもでき（図６参照）、コイル導体４の押し込み工程においてストッパプレート６が邪魔になることがなく、製造装置の構造を簡素化することができる。
（変形態様２）
変形態様２を以下に説明する。
【００３０】
上記実施例では、折れ目ｘは、平坦部３８とその両側の角部３２、３３との境界線に沿って設けなかったが、もちろん、設けることは可能である。ただし、スロット２の径方向高さｈ’は１つのコイル導体４の高さｈより大きいので、この方向で本発明の効果が生じる可能性は、すべてのコイル導体４が挿入される時点となる。
【００３１】
（組み付け手順の説明）
組み付け手順を以下に補足説明する。
【００３２】
まず、絶縁シートとなる予定の樹脂テープの角部予定領域と平坦部予定領域との境界線近傍を樹脂テープの長手方向に塑性変形することにより、この樹脂テープの長手方向に延在する直線状の折れ目をつける。
【００３３】
次に、この樹脂テープを折り曲げ、丸めて角筒状の筒状体を形成し、この筒状体を所定長さに切断して絶縁シート３を形成し、各絶縁シート３をスロット２に軸方向に挿入する。次に、加熱ヘッドを絶縁シート３のコイル導体挿入側の端部に押しつけて、ラッパ状端部５を形成する。次に、絶縁シート３内に公知の所定の順序で各Ｕ字導体４を軸方向に挿入し、更にこのＵ字導体４を変形、接合してステータコイルを形成する。
（その他の応用）
上記実施例では、本発明を車両用交流発電機のステータに適用した実施例について説明したが、たとえばスタータモータのロータコイルなど、種々の回転電機に応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】車両用交流発電機のステータコアへのＵ字導体の挿入工程を示す部分平面図である。
【図２】図１のステータコアの周方向部分断面図である。
【図３】この実施例の特徴をなす絶縁シートの径方向断面図である。
【図４】図３の絶縁シート内にコイル導体を挿入した状態を示す径方向断面図である。
【図５】変形態様を示す部分平面図である。
【図６】変形態様を示す部分平面図である。
【符号の説明】
１ステータコア
２スロット
３絶縁シート
４Ｕ字導体（コイル導体）
５絶縁シートのコイル導体挿入側の端部
３１〜３４絶縁シートの角部
３５〜３８絶縁シートの平坦部

Claims

断面略角形のスロットを有してステータコア又はロータコアを構成するコアと、
前記スロットに収容されて軸方向端部が前記スロットから突出する略角筒状の絶縁シートと、
前記絶縁シートに嵌挿されるコイル導体と、
を備え、
前記絶縁シートは、前記スロットの角部に接する角部と、前記角部から前記スロットの内表面に略平行に延在する平坦な平坦部とを有する回転電機において、前記絶縁シートの前記平坦部は、前記コイル導体が存在しない状態で前記平坦部の両側の前記角部よりも前記スロット側から離れる方向へ落ち込んだ形状を有し、
前記コイル導体は、前記絶縁シート内に挿入された状態で前記絶縁シートの前記平坦部を前記スロットの内表面に向けて押し広げる寸法を有していることを特徴とする回転電機。
請求項１のいずれか記載の回転電機において、
前記絶縁シートは、前記角部と前記平坦部との境界線に沿って前記絶縁シートの長手方向に延在する直線状の折れ目を有することを特徴とする回転電機。
請求項１又は２記載の回転電機において、
前記絶縁シートの端部は、ラッパ形状に形成されていることを特徴とする回転電機。
請求項１記載の回転電機の製造方法において、
前記絶縁シートとなる予定の樹脂テープの角部予定領域と前記平坦部予定領域との境界線近傍を前記樹脂テープの長手方向に塑性変形することにより、前記長手方向に延在する直線状の折れ目をつける工程と、
前記樹脂テープを丸めて筒状体を形成する工程と、
前記筒状体を所定長さに切断して前記絶縁シートを形成する工程と、
前記絶縁シートを前記スロットに軸方向に挿入する工程と、
前記絶縁シートに前記コイル導体を軸方向に挿入する工程と、
を有することを特徴とする回転電機の製造方法。