JP6428558B2 - 回転電機のステータの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機のステータの製造方法に関し、特にコイルの固定方法に関する。

電気エネルギを回転の運動エネルギに変換する電動機、回転の運動エネルギを電気エネルギに変換する発電機、さらに電動機と発電機どちらにも機能する電気機器が知られている。以下において、これらの電気機器を回転電機と記す。

回転電機は、同軸に配置されて相対的に回転する二つの部材を有する。通常は、一方が固定され、他方が回転する。固定された部材（ステータ）にコイルを配置し、このコイルに電力を供給することにより回転する磁界を形成する。この磁界との相互作用により他方の部材（ロータ）が回転する。

下記特許文献１には、含浸され固化したワニスによりステータの構成部材を固定する技術が示されている。

特開２０１４−１１０７４０号公報

ステータの各ティースに集中巻きされたコイルを固定するために、コイルの間全体に絶縁ワニス等の樹脂を含浸し固化させると、樹脂の使用量が多くなる。

本発明は、コイルを固定するための樹脂の量を低減することを目的とする。

本発明に係る回転電機のステータの製造方法は、各ティースにコイルが集中巻きされたコイル・ステータコア組立体に対し、隣接コイル間に相間インシュレータを装着するステップと、コイル・ステータコア組立体を、ステータの軸線を立てるようにして配置するステップと、相間インシュレータに設けられた樹脂注入孔から隣接コイル間に液状の樹脂を注入するステップと、を含む。相間インシュレータは、コイル・ステータコア組立体に装着された状態において、コイルの隣接ティース間に位置する部分の径方向内側の側面に対向する内壁部と、内壁部から径方向外側に向けて延びる樹脂止め部材とを有する。また、内壁部には、樹脂を注入するための樹脂注入孔が設けられている。コイル・ステータコア組立体がステータの軸線を立てるようにして配置された状態において、樹脂注入孔は樹脂止め部材より上に位置し、樹脂注入孔と樹脂止め部材の距離は、コイルの上下方向の寸法よりも短い。樹脂注入孔から隣接コイル間に注入された樹脂は、樹脂止め部材で止められ、樹脂止め部材より上方の領域に充填され、ここで固化する。

樹脂止め部材によって、樹脂が充填される領域を限定することができ、樹脂の使用量が抑えられる。

本実施形態のステータの要部構成を示す図であり、図２中のＡ−Ａ線による断面を示す図である。 本実施形態のステータを図１中の矢印Ｂ方向に視た図である。 相間インシュレータを示す図である。 相間インシュレータとステータコアを示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。図１，２は、本実施形態の回転電機のステータ１０の要部構成を示す図である。図１は図２に示すＡ−Ａ線における断面図、図２は１つのスロットについて図１に示す矢印Ｂ方向に視た状態を示す図である。

ステータ１０は、ステータコア１２とステータコア１２に巻回されたコイル１４とを含み、全体として円環または円筒形状を有する。ステータコア１２は、円環または円筒形状のヨーク部１６と、ヨーク部１６の内壁面から径方向内側に延びるティース１８を含む。ティース１８は、ヨーク部１６の内壁面に沿って周方向に間隔をあけて配列されており、隣接するティース１８の間の空間はスロットと呼ばれる。以下、スロットに符号２０を付す。コイル１４は、コイル導線２２を１つのティース１８に連続的に繰り返し巻き付けて形成されている。つまり、１つのスロット２０から出たコイル導線２２は、隣のスロット２０に入り、そこから出ると、また元のスロット２０に入り、これを繰り返して、１つのティースに所定回数巻き付けられる。このような形式のコイル１４は集中巻きと呼ばれている。また、集中巻きコイルの形成手法として、ティースに直接巻くのではなく、ステータコア１２とは別にコイル導線２２を巻き、これを１つのティース１８に装着する手法を採用してもよい。コイル１４の、スロット２０から出ている部分はコイルエンドと呼ばれている。以下、コイルエンドに符号２４を付す。

ティース１８、スロット２０、コイル導線２２など、複数が存在する要素について、個々を区別する必要がある場合には、添え字「-1」、「-2」を付して説明する。

スロット２０から出たコイル導線２２は、コイルエンド２４において左右に振り分けられている。図１において、スロット２０-1内で右側に位置するコイル導線２２-1は、このスロット２０-1のコイル導線２２-１側、つまり右側に位置するティース１８-1側に曲げられて、このティース１８-1に巻き付けられる。また、左側に位置するコイル導線２２-2は、スロット２０-1の左側に位置するティース１８-2側に曲げられて、このティース１８-2に巻き付けられる。スロット２０-1を出たコイル導線２２が、右側のコイル導線２２-1が右側に、左側のコイル導線２２-2が左側に振り分けられることにより、コイルエンド２４内において、コイル導線２２-1，２２-2の曲げられた部分を斜面とする谷が形成される。この谷の概略形状が、図２において一点鎖線の三角形で示されている。この谷の斜面を形成するコイル導線２２-1，２２-2で挟まれた空間を以降「谷領域２６」と記す。谷領域２６は、２つのコイルエンド２４のそれぞれに形成される。これら２つの谷領域を区別する必要があるときには、図２において、上側の谷領域２６を上側谷領域２６Ａ、下側の谷領域２６を下側谷領域２６Ｂと記す。また、スロット２０内においても、右側のコイル導線２２-1と左側のコイル導線２２-2の間には隙間が形成される。この隙間をスロット内隙間領域２８と記す。

ステータ１０においては、右側のコイル１４-1と左側のコイル１４-2の間に相間インシュレータ３０が配置される。

図３，４は、相間インシュレータ３０を示す図である。図３は、相間インシュレータ３０がステータ１０に装着されたときの径方向内側から視た状態を示している。図４は、コイル１４を排除して、相間インシュレータ３０を周方向に視た状態を示している。

相間インシュレータ３０は、コイル１４の径方向内側の側面に対向する内壁部３２と内壁部３２から径方向外側に向けて延びる第１および第２樹脂止め部材３４，３６を含む。なお、図２においては、第１および第２樹脂止め部材３４，３６を明示するために内壁部３２は省略されている。

第１樹脂止め部材３４は、上側谷領域２６Ａの下方のスロット内隙間領域２８内に配置され、その先端は、スロット２０の底、つまりヨーク部１６の近傍またはヨーク部１６に達している。第１樹脂止め部材３４は、長方形断面の薄板形状であり、断面の長方形の長手方向がステータの軸線方向に一致している。

第２樹脂止め部材３６は、コイルエンド２４のステータ軸線方向における端面に対向するように配置される。第２樹脂止め部材３６も長方形断面の薄板形状であるが、断面の長方形の長手方向は、ステータの軸線に直交する方向に一致している。第２樹脂止め部材３６の先端は、スロットの底に対応する位置またはその近傍に達している。または、第２樹脂止め部材３６は、コイルエンド２４の径方向全体にわたって、コイルエンド２４を横切るように延びてもよい。

図３，４のように、第１樹脂止め部材３４が上、第２樹脂止め部材３６が下になるように相間インシュレータ３０を配置した状態において、内壁部３２の第１樹脂止め部材３４より上方に第１樹脂注入孔３８が設けられている。この状態で第１樹脂注入孔３８から絶縁ワニスなどの液状の樹脂を注入すると、樹脂は第１樹脂止め部材３４により止められ、これより上の空間に留まり、ここで固化する。固化した樹脂を、図１において左右に示すスロット２０内に符号４２で示す。図１の中央のスロット２０については、第１樹脂止め部材３４を示すために固化した樹脂は省略されている。また、図４にも固化した樹脂４２の存在する範囲を示す。樹脂は、第１樹脂止め部材３４と第１樹脂注入孔３８の間の空間に注入される。第１樹脂注入孔３８を上側谷領域２６Ａの上端付近か、またはそれより高い位置に配置することにより、注入した樹脂により上側谷領域２６Ａを満たすことができる。

内壁部３２の第２樹脂止め部材３６の上方に第２樹脂注入孔４０が設けられている。この状態で第２樹脂注入孔４０から絶縁ワニスなどの液状の樹脂を注入すると、樹脂は第２樹脂止め部材３６により止められ、これより上の空間に留まり、ここで固化する。固化した樹脂４４の存在範囲を図４に示す。樹脂は、第２樹脂止め部材３６と第２樹脂注入孔４０の間の空間に注入される。第２樹脂注入孔４０を下側谷領域２６Ｂの上端付近か、またはそれより高い位置に配置することにより、注入した樹脂により下側谷領域２６Ｂを満たすことができる。

ステータ１０の製造工程について説明する。まず、ステータコア１２を作製する。ステータコア１２は、電磁鋼板をステータの軸線方向に積層して形成することができる。電磁鋼板は、ステータコア１２の軸線直交断面と同一の形状を有する薄板であり、これを積層することによりステータコア１２を形成することができる。また、ステータコア１２は、磁性材料の粉末を加圧および加熱の一方または両方の処理を行って固めることにより形成することもできる。ステータコア１２にコイル導線２２を巻回してコイル１４を形成する。コイル導線２２の巻回は、前述の集中巻きで行う。この、ステータコア１２にコイル１４を巻回した状態の中間物をコイル・ステータコア組立体と記す。

コイル・ステータコア組立体に対し、相間インシュレータ３０を装着する。相間インシュレータ３０は、ステータコア１２の内側からスロット２０内に挿入される。このとき、第１樹脂止め部材３４がスロット内隙間領域２８に挿入され、第２樹脂止め部材３６は、コイルエンド２４の端面を覆うように配置される。

相間インシュレータ３０が装着されたコイル・ステータコア組立体を、ステータの軸線が立つように、好ましくは鉛直方向となるように配置する。

第１および第２樹脂注入孔３８，４０から隣接するコイル１４の間の空間に液状の樹脂を図４の矢印Ｊのように注入する。第１樹脂注入孔３８から注入された樹脂は、重力に従って下方に向かうが、第１樹脂止め部材３４に達すると、ここで止められ、ここより下方のスロット内隙間領域２８には進入しない。第２樹脂注入孔４０から注入された樹脂は、重力に従って下方に向かうが、第２樹脂止め部材３６に達すると、ここで止められる。樹脂が所定量注入されたら注入を停止する。

樹脂を注入した後、自然乾燥または加熱処理により樹脂を固化する。固化した樹脂により、コイル１４の動きが抑えられる。

第１樹脂注入孔３８と第１樹脂止め部材３４の組、第２樹脂注入孔４０と第２樹脂止め部材３６の組の一方だけを設けた場合、樹脂注入孔と樹脂止め部材のステータ軸線方向の距離をコイル１４の同方向の寸法より短くすることにより、樹脂の使用量を、コイル１４のステータ軸線方向全体にわたって樹脂を充填する場合に比べて少なくすることができる。第１樹脂注入孔３８と第１樹脂止め部材３４の組、第２樹脂注入孔４０と第２樹脂止め部材３６の組の両方を設けた場合、第１樹脂注入孔３８と第１樹脂止め部材３４の距離と、第２樹脂注入孔４０と第２樹脂止め部材３６の距離との合計をコイル１４の寸法より短くすることにより、樹脂の使用量を、コイル１４のステータ軸線方向全体にわたって樹脂を充填する場合に比べて少なくすることができる。

樹脂を充填し固化する位置は、上下に離れた２箇所とすることが好ましい。２箇所とすることによりコイル１４を確実に固定することができる。特に、上述のように、上側および下側谷領域２６Ａ，２６Ｂに充填するようにできる。

第１樹脂止め部材３４は、その上面が上側谷領域２６Ａの下端に位置するように配置することができる。第２樹脂止め部材３６は、その上面が下側谷領域２６Ｂの下端に位置するように配置することができる。

本発明に係る回転電機のステータの好適な態様を以下に記す。
回転電機のステータであって、
ティースが周方向に配列されたステータコアと、
各ティースに集中巻きされたコイルと、
隣接コイル間に配置された相間インシュレータと、
を有し、
相間インシュレータは、コイルの隣接ティース間に位置する部分の径方向内側の側面に対向し、樹脂注入孔が設けられた内壁部と、内壁部から径方向外側に向けて延びる樹脂止め部材と、を有し、樹脂注入孔と樹脂止め部材のステータ軸線方向距離が、コイルのステータ軸線方向寸法より小さく、
当該ステータは、さらに、隣接コイル間の、ステータ軸線方向において樹脂注入孔が設けられた位置と樹脂止め部材の位置との間の領域を満たしている樹脂を有する、
回転電機のステータ。

１０ ステータ、１２ ステータコア、１４ コイル、１６ ヨーク部、１８ ティース、２０ スロット、２２ コイル導線、２４ コイルエンド、２６ 谷領域、２６Ａ 上側谷領域、２６Ｂ 下側谷領域、２８ スロット内隙間領域、３０ 相間インシュレータ、３２ 内壁部、３４ 第１樹脂止め部材、３６ 第２樹脂止め部材、３８ 第１樹脂注入孔、４０ 第２樹脂注入孔、４２，４４ 固化した樹脂。

Claims (1)

1. 回転電機のステータの製造方法であって、
   各ティースにコイルが集中巻きされたコイル・ステータコア組立体に対し、隣接コイル間に相間インシュレータを装着するステップであって、相間インシュレータは、装着状態においてコイルの隣接ティース間に位置する部分の径方向内側の側面に対向し、かつ樹脂注入孔が設けられた内壁部と、装着状態において内壁部から径方向外側に向けて延びる樹脂止め部材と、を有する、ステップと、
   コイル・ステータコア組立体を、ステータの軸線を立てるようにして配置するステップと、
   樹脂注入孔から隣接コイル間に液状の樹脂を注入するステップと、
   を有し、
   コイル・ステータコア組立体がステータの軸線を立てるようにして配置された際、樹脂注入孔は樹脂止め部材より上に位置し、樹脂注入孔と樹脂止め部材の距離は、コイルの上下方向の寸法よりも短い、
   ステータの製造方法。
   

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