JP2005224035A - Integrated type stator case of rotary electric machine, and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、電動機および発電機等の回転電機の固定子およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a stator of a rotating electric machine such as an electric motor and a generator, and a method for manufacturing the same.
図7〜図9は例えば公開特許公報昭49−95103号公報に示された従来の固定子とその製造装置を示すもので、図において、2は例えば鉄粉等の磁性金属からなる磁性粉3と、熱硬化性樹脂4とを混合した磁性体樹脂、5は表面が電気絶縁された導体を所定形状に形成されたコイル、51は固定子鉄心で、内径部に周方向に沿って所定数のスロット52が設けられた薄鋼板からなる円形鉄心板51aを軸方向に所定枚数積層して、外周を溶接等で固着されている。53は絶縁シート、54は絶縁材からなるコイル止めである。
55、56は分割型のモールディング金型で、分割面に周方向に沿って溝部55a、56aが形成され、空間55b、56bを形成する。57は磁性体樹脂2の充?材料を流し込む流路、58は延在流路で、流路57の先端部に設けられ固定子鉄心51の内周面の中央部に延在している。そして該延在流路58の先端をスロット52の位置に合わせ、かつ、数カ所等ピッチで設けてある。
7 to 9 show a conventional stator and its manufacturing apparatus disclosed in, for example, Japanese Patent Publication No. 49-95103. In the figure,
次に動作について説明する。薄鋼板からなる円形鉄心板51aを所定枚数積層して外周を溶接等で固着し形成された固定子鉄心51のスロット52に、まず絶縁シート53を挿入し、次に、コイル5を挿入した後、絶縁材のコイル止め54を挿入してコイル5をスロット52内に固定する。これにより、コイル5が巻装された固定子が形成される。
次に、分割型の一方のモールディング金型55を溝部55aを上面にして設置する。この状態のモールディング金型55の溝部55aに、固定子鉄心51に巻装されたコイル5が入るようにして設置する。
次に、流路57が設けられた他方のモールディング金型56を溝部56aが上方に突出したコイル5を覆うようにして、下方のモールディング金型55の上に積層して設置する。
この状態を図9に示す。次に、充填材料である磁性粉3と熱硬化性樹脂4とを混合した磁性体樹脂2をモールディング金型56の流路57から圧力をかけて内部に送り込む。
これにより、磁性体樹脂2は流路57から延在流路58を介して固定子の幅方向の中央部からスロット52内を両側の端面方向に分流し、モールディング金型55、56のそれぞれの空間55b、56bを埋め、さらにコイル5の隙間、コイル5とスロット52との隙間を流れながら充填する。
このように、磁性体樹脂2の注入が終了すると、モールディング金型55、56を所定温度で所定時間加熱して磁性体樹脂2を硬化させる。
次に、分割型のモールディング金型55、56を開いて固定子を取り出す。
Next, one of the
Next, the
This state is shown in FIG. Next, the
As a result, the
As described above, when the injection of the
Next, the split molding dies 55 and 56 are opened to take out the stator.
従来の回転電機の固定子は以上のように構成されているので、薄鋼板からなる円形鉄心板およびスロットの形成に金型およびプレス打抜き作業が必要で、かつ、これら円形鉄心板を積層して溶接等で固着しなければならず、費用が増加すると共に、製作工程が多く、製作日数が長くかかり、又、スロットに挿入容易なコイル材料形状しか送択できず、さらに、コイル占積率を大きくとることが出来ない等の問題点があった。 Since the conventional stator of a rotating electric machine is configured as described above, a mold and a press punching operation are required to form a circular iron core plate and a slot made of a thin steel plate, and these circular iron core plates are laminated. It must be fixed by welding, etc., and the cost increases, the manufacturing process is long, the manufacturing time is long, only the coil material shape that can be easily inserted into the slot can be selected, and the coil space factor is reduced. There were problems, such as being unable to take large.
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、固定子鉄心が不要となるので、費用が低減され、また、製作日数も短縮でき、さらに、コイル材料形状が自由に送択できる回転電機の一体型固定子容器を得ることを目的としており、さらにこの装置に適した製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems. Since a stator core is not required, the cost can be reduced, the number of manufacturing days can be shortened, and the coil material shape can be freely fed. It is an object of the present invention to provide an integrated stator container for a rotating electrical machine that can be selected, and to provide a manufacturing method suitable for this apparatus.
この発明に係る回転電機の一体型固定子容器の第1の目的は、巻回されたコイルを周方向に沿って所定間隔で配設し、これらコイルの全周囲を磁性粉と熱硬化性樹脂との混合材でなる磁性体樹脂で包囲し、固定すると共に固定子鉄心部を形成したものである。
この発明の第2の目的は、一体型固定子容器の外周部と内周部および両側面部の表面部を所定厚みの熱硬化性樹脂のみで形成したので、漏電等の電気的安全性を向上するものである。
この発明の第3の目的は、一体型固定子容器の外形を通常の円筒形状や角形状でなく、自由な異形状、例えば置物のように美観で、観賞対象となるように形成したものである。
この発明の第4の目的は、製造方法において、巻回成形されたコイルを固定子容器形成装置の中子に固定し、型枠内に挿入して密閉し、磁性粉と熱硬化性樹脂とを混合した磁性体樹脂を注入口より注入した後、熱処理によって硬化させ固定子として一体成形したものである。
この発明の第5の目的は、製造方法において、固定子容器形成装置の中子と型枠との下部嵌合部の嵌合隙間を磁性粉より小とすることにより、磁性体樹脂を注入した際に、上記嵌合隙間から熱硬化性樹脂のみが流出して、磁性粉は残留するように形成したので電気的ロスが発生しないものである。
この発明の第6の目的は、製造方法において、固定子容器形成装置の型枠の材料を非金属、例えば石膏部材で形成して固定子容器の外形を異型状に容易に形成するものである。
この発明の第7の目的は、製造方法において、固定子容器形成装置にコイルを配設し、磁性体樹脂を注入した後に、樹脂に含浸されているコイルの口出線に所定電流を印加して、磁性体樹脂内の磁性粉に電気的作用を与えて電磁性を向上させるものである。
この発明の第8の目的は、製造方法において、固定子容器形成装置の内面で、固定子容器の外表部及び内周部と相対する面に熱硬化性樹脂を所定厚み塗布した後、注入された磁性体樹脂に同時に熱成形するものである。
A first object of an integrated stator container for a rotating electrical machine according to the present invention is to arrange wound coils at a predetermined interval along the circumferential direction, and magnetic powder and a thermosetting resin around the entire circumference of these coils. And a stator core part is formed while being surrounded and fixed by a magnetic resin made of a mixed material.
The second object of the present invention is to improve the electrical safety such as electric leakage because the outer peripheral portion and inner peripheral portion of the integral stator container and the surface portions of the both side surface portions are formed only by a thermosetting resin having a predetermined thickness. To do.
The third object of the present invention is that the outer shape of the integrated stator container is not an ordinary cylindrical shape or a square shape, but is formed to be a different shape, for example, an aesthetic appearance such as an ornament, and an object to be viewed. is there.
A fourth object of the present invention is to provide a manufacturing method in which a wound and formed coil is fixed to the core of a stator container forming device, inserted into a mold and sealed, and magnetic powder, a thermosetting resin, A magnetic resin mixed with is injected from the injection port and then cured by heat treatment to be integrally formed as a stator.
According to a fifth object of the present invention, in the manufacturing method, the magnetic resin is injected by making the fitting gap of the lower fitting portion between the core and the mold of the stator container forming device smaller than the magnetic powder. At this time, only the thermosetting resin flows out from the fitting gap and the magnetic powder remains so that no electrical loss occurs.
The sixth object of the present invention is to easily form the outer shape of the stator container into a different shape by forming the material of the mold of the stator container forming apparatus with a non-metal, for example, a gypsum member, in the manufacturing method. .
A seventh object of the present invention is to provide a manufacturing method in which a coil is disposed in a stator container forming device, a magnetic resin is injected, and then a predetermined current is applied to the lead wire of the coil impregnated in the resin. Thus, an electromagnetic action is improved by applying an electrical action to the magnetic powder in the magnetic resin.
An eighth object of the present invention is to inject the thermosetting resin after applying a predetermined thickness on the inner surface of the stator container forming device on the surface facing the outer surface and inner peripheral parts of the stator container in the manufacturing method. The magnetic resin is thermoformed at the same time.
以上のように、この発明の請求項1によればコイルの全周囲を磁性粉と熱硬化性樹脂との混合材で硬化成形して一体型固定子容器を構成したので、固定子鉄心が不要となり、これにより高価な抜型製作費、抜き作業、鉄心積層作業、鉄心溶接作業が不要となり、さらにスロットが無いのでコイル材料形状の選択が自由となり、また、コイル止めも不要なのでコイルと固定子内径部との間隔を小とすることができ、またスロット間の鉄心強度を考慮する必要がないので、コイル占積率を大きくできる効果がある。さらに、固定子を固定する固定子枠も不要となり、直接外気と接触できるので放熱性が向上する効果がある。
このように、製作に要する費用が低減でき、また、製作工程が短縮でき、さらに電気的特性が向上できる効果がある。
また、この発明の請求項2によれば、磁性体樹脂で一体化された固定子容器の外表全面を熱硬化性樹脂で皮膜するように構成したので、電気的絶縁が良く、注水冷却ができるので稼働効率が向上し、また、水中でも使用出来る効果がある。
また、この発明の請求項3によれば、固定子容器の外形を異形状で構成したので、置物等の意外性のある観賞効果が得られる。
また、この発明の請求項4によれば、巻回成形されたコイルの全面を磁性粉と熱硬化性樹脂を混合した磁性体樹脂で固形する製造方法を構成したので、固定子の製造が簡単にできる効果がある。
また、この発明の請求項5によれば、磁性体樹脂を注入する部品の嵌合隙間の寸法を磁性粉の粒径よりも小に構成したので、磁性粉が流出することなく、電気的特性の減少を防止できる効果がある。
また、この発明の請求項6によれば、固定子容器形成装置の型枠を非金属材で設けるように構成したので、固定子容器の外形が複雑であっても、石膏等を使用すれば簡単で早く製作できる効果がある。
さらに、この発明の請求項7によれば、固定子容器形成装置に磁性体樹脂を注入した後に、コイルに所定電流を印加するように構成したので、熱硬化性樹脂内に混合されている磁性粉が電気的対応により磁束の流れ方向に移動集中するので、電気効率の良い界磁部が得られる効果がある。
また、この発明の請求項8によれば、一体型固定子容器の製造時に、固定子容器の外表部および内周部に熱硬化性樹脂による電気絶縁の皮膜を形成するように構成したので、注水冷却による稼働効率の向上および水中使用等の効果がある。
As described above, according to the first aspect of the present invention, since the entire periphery of the coil is cured and molded with the mixed material of magnetic powder and thermosetting resin to form the integral stator container, the stator core is unnecessary. This eliminates the need for expensive die manufacturing costs, punching operations, core stacking operations, and iron core welding operations. In addition, since there is no slot, the coil material shape can be freely selected. It is possible to reduce the spacing between the slots and to increase the coil space factor because there is no need to consider the strength of the iron core between the slots. In addition, a stator frame for fixing the stator is not necessary, and can be directly brought into contact with the outside air.
Thus, the cost required for production can be reduced, the production process can be shortened, and the electrical characteristics can be improved.
According to the second aspect of the present invention, since the entire outer surface of the stator container integrated with the magnetic material resin is coated with the thermosetting resin, the electrical insulation is good and the water can be cooled. Therefore, the operation efficiency is improved, and there is an effect that it can be used even in water.
According to the third aspect of the present invention, since the outer shape of the stator container is formed in a different shape, an unexpected viewing effect such as an ornament can be obtained.
Further, according to the fourth aspect of the present invention, since the manufacturing method of solidifying the entire surface of the coil formed by the winding with the magnetic resin mixed with the magnetic powder and the thermosetting resin, the stator can be manufactured easily. There is an effect that can be made.
According to the fifth aspect of the present invention, since the size of the fitting gap of the part for injecting the magnetic resin is configured to be smaller than the particle size of the magnetic powder, the electrical characteristics do not flow out. There is an effect that can prevent the decrease.
According to
Further, according to the seventh aspect of the present invention, since the magnetic material resin is injected into the stator container forming apparatus and then the predetermined current is applied to the coil, the magnetic material mixed in the thermosetting resin is configured. Since powder moves and concentrates in the flow direction of magnetic flux due to electrical correspondence, there is an effect that a field portion with good electrical efficiency can be obtained.
Further, according to the eighth aspect of the present invention, when the integrated stator container is manufactured, since the outer insulating portion and the inner peripheral portion of the stator container are configured to form an electrically insulating film with a thermosetting resin, There are effects such as improvement of operating efficiency and use in water by water injection cooling.
以下、この発明の実施の形態1を図について説明する。図1、図2においては、1は回転電機の一体型固定子容器、3は磁性金属、例えば微細な100ミクロンの鉄粉等からなる磁性粉、6は回転子、7は回転子の一方を支承する軸受、8は回転子の他の一方を支承する軸受、9は一方の軸受7を固定する押え板、10は他方の軸受8を固定する押え板である。なお、その他の記号は従来と同称なので説明を省略する。 Embodiment 1 of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 and 2, 1 is an integrated stator container of a rotating electric machine, 3 is a magnetic metal, for example, magnetic powder made of fine 100 micron iron powder, 6 is a rotor, and 7 is one of the rotors. A bearing for bearing, 8 is a bearing for supporting the other one of the rotors, 9 is a pressing plate for fixing one bearing 7, and 10 is a pressing plate for fixing the other bearing 8. Other symbols are the same as the conventional symbols, and the description is omitted.
次に、動作について説明する。回転電機の一体型固定子容器1は、周方向に沿って所定間隔で配設された所定個数のコイル5のコイル間、また、コイル5の外周部と内周部、さらにコイルエンドの両側部を包囲して、磁性体樹脂2が充填されるので、部材はコイル5と磁性体樹脂のみで形成される。この磁性体樹脂2は、微細な磁性粉3と熱硬化性樹脂4とを混合し、熱処理によって固形化されたものである。
次に、回転子6の一方の段部に軸受7を挿入固着し、他方の段部に軸受8を挿入固着する。この状態の回転子6を固定子容器1内に挿入し、押え板9、10を図示しないボルトで固定子容器1に取付け、これにより軸受7、8が固定され、この軸受7、8で回転子6が支承され回転電機が形成される。
このように、固定子容器1は固定子鉄心51がないので、抜き型が不要で、積層作業、溶接作業も不要となり、さらにコイル止め54も不要なのでコイル5と内径部との間隔を小とすることができる。
Next, the operation will be described. An integrated stator container 1 of a rotating electrical machine is provided between coils of a predetermined number of
Next, the
Thus, since the stator container 1 does not have the
また、上記発明の実施の形態1では、コイル5を、磁性粉3と熱硬化性樹脂4とを混合した磁性体樹脂2で全体的に包囲して、一体型固定子容器1を形成したものを示したが、図3に示すように、磁性体樹脂2で形成された一体型固定子容器1の外周部と両側面部からなる外表部と内周部にそれぞれ所定厚みの熱硬化性樹脂4の被膜部17を設けたものである。
なお、被膜部17の厚みは、外表部よりも内周部が薄く形成され、電磁効率を減じないように設けてある。
このように、一体型固定容器1の全外面に電気絶縁部を形成したので漏電防止が出来る。
Moreover, in Embodiment 1 of the said invention, the
In addition, the thickness of the coating |
As described above, since the electrical insulating portion is formed on the entire outer surface of the integrated fixed container 1, leakage can be prevented.
また、上記発明の実施の形態1では、磁性体樹脂2で全体的に包囲して形成された一体型固定子容器1の外形状は、断面が通常の角状のものを示したが、自由な異形状、例えば観賞対象となる置物に適用すると美観価値を増大させることが出来る。
図4に、その一例を示す。図において、18は立形回転電機、19は固定子の外形が磁性体樹脂2で花びん状に形成された花びん形固定子容器、20は回転子、21は回転子20の軸端に固着して設けられた花びん、22は花である。
次に、動作について説明する。立形回転電機18は多極、つまり低速用に設けられており、稼働により回転子20が回動し、花22が投入されている花びん21が回転することにより、花22が色んな角度から観賞できる。このように、形状加工が容易な熱硬化性樹脂4を活用して固定子容器1の外形を観賞用の置物の形状とすることにより意外性による観賞効果がある。また、回転子6を固定して、固定子容器1を回転させることもよく、より意外性と観賞効果が増大する。
In the first embodiment of the present invention, the outer shape of the integral stator container 1 formed entirely surrounded by the
An example is shown in FIG. In the figure, 18 is a vertical rotary electric machine, 19 is a vase-shaped stator container whose outer shape of the stator is formed of a
Next, the operation will be described. The vertical rotary
次に、この発明の実施の形態1に示された一体型固定子容器1の製造方法について説明する。図8において、11は固定子容器形成装置、12は一体型固定子容器1の内径部を形成する円筒状の中子、13は一体型固定子容器1の外形部と一方の側面部を形成する型枠で、この実施例では内面に角状の内面13aが設けられている。14は角板状の下型で、型枠13の底部と接して図示しないボルト等で固定されている。15は一体型固定子容器1の他方の側面部を形成する上型で、下面に角状の内面15aが設けられ、厚み方向に貫通して注入部16が設けられ、下面が型枠13の上面と接して取り外し容易に、例えばボルト等で取り付けられる。これら部品材料は、例えば鉄鋼材で設けられている。
次に、動作について説明する。所定形状に形成されたコイル5を中子12を中心にして、周方向に沿って所定間隔で配置し固定する。この際、コイル5と中子12間に所定厚みの絶縁材を介し、軸方向に所定位置となるように配設して、絶縁紐等で固定する。
次に、下型14に固定された型枠13の中にコイル5装着した中子12を挿入し、コイル5の口出線5aを上方へ取り出して上型15に設けられた貫通穴部から外方へ引き出して上型15を型枠13の上に取り付ける。
次に、金属材からなる粒径約100ミクロンの磁性粉3とエポキシ樹脂からなる熱硬化性樹脂4とを混合したものを上型15の注入部16から型枠13内に流し込み内部空間が充満するまで続行する。注入が完了した時点で固定子容器形成装置11を約100℃まで加熱して、注入されている熱硬化性樹脂4を硬化して磁性粉3を固定させ、コイル5を磁性体樹脂2で全体的に包合した一体型固定子容器1が形成される。
次に、上型15および型枠13を順次取り外して、型枠13内からコイル5を内蔵した一体型固定子容器1の完成品を取り出す。
このように、固定子の構成部材が少なくないので、製作工数および製作時間が大幅に短縮できると共に、製造が簡単となる。
Next, a method for manufacturing the integral stator container 1 shown in the first embodiment of the present invention will be described. In FIG. 8, 11 is a stator container forming device, 12 is a cylindrical core that forms the inner diameter part of the
Next, the operation will be described. The
Next, the core 12 fitted with the
Next, a mixture of
Next, the
As described above, since there are not a few constituent members of the stator, the number of manufacturing steps and the manufacturing time can be greatly reduced, and the manufacturing is simplified.
また、上記発明の実施の形態4において、固定子容器形成装置11の中子12と型枠13とが下部で嵌合して位置決めしたものを示したが、その嵌合隙間12aを100ミクロン以下、例えば50ミクロンとしたものである。
磁性粉3の粒径は約100ミクロンなので、固定子容器形成装置11の内部に熱硬化性樹脂4と一緒に注入されても、中子12と型枠13の嵌合隙間12aから外方へ流出することがなく、磁気的損失が生じない。(図6)
Moreover, in
Since the particle size of the
また、上記発明の実施の形態4では、固定子容器形成装置11の型枠13および上型15の材料を鉄鋼材で設けたものを示したが、非金属材、例えば石膏材または樹脂材で設けてもよく、これにより固定子容器1の外形が従来の回転電機の外観とは異なる種々のデザインになっても製作が容易なので、すぐ対応ができる。上記実施の形態3で示した花びん形固定子容器の製作に最適となる。
このように、型枠13を石膏等で設けると複雑な外形であっても簡単に製作可能であり、特に単品製作の場合に有効である。
また、後述する実施の形態7の際に電気絶縁性のある型枠の提供に寄与できる。
Moreover, in
Thus, if the
Moreover, it can contribute to provision of an electrically insulating formwork in the case of
また、上記発明の実施の形態4では、固定子容器形成装置11内に磁性粉3と熱硬化性樹脂4を注入してから熱処理により硬化させたものを示したが、固定子容器形成装置11内に磁性粉3と熱硬化性樹脂4を注入した後、コイル5の口出線5aに所定装置から電流を印加する。これにより、コイル5の周囲に界磁が発生し、その磁束により熱硬化性樹脂4に混入されている磁性粉3が誘発されて、この磁束の流れに沿って移動集中し強力な界磁部が構成される。(図7)
これにより、電気特性の高効率のものが得られる。
Moreover, in
As a result, a highly efficient electric characteristic can be obtained.
また、上記発明の実施の形態4では、固定子容器形成装置11内に磁性粉3と熱硬化性樹脂4を注入してから熱処理により硬化させたものを示したが、図6に示すように、固定子容器形成装置11の内面部、つまり、中子12の所定の外周面、型枠13の内面部13aおよび上型15の内面部15aに、あらかじめ所定厚み量の熱硬化性樹脂4のみを塗布固着して、これら部品を所定通り組立てる。
次に、この状態で設けられた固定子容器形成装置11内に磁性粉3と熱硬化性樹脂4との混合材を注入してから熱処理により硬化させると、外表面および内周が電気絶縁の皮膜で覆われた一体型固定子容器1が得られる。
In the fourth embodiment, the
Next, when the mixed material of the
一体型固定子容器は耐水性に優れており、自然のエネルギーを利用した風力発電や水力発電用の発電装置として利用できる。
また、電気自動車や電動二輪車のホイール一体型モーターとして利用できる。
The integrated stator container is excellent in water resistance, and can be used as a power generator for wind power generation or hydroelectric power generation using natural energy.
It can also be used as a wheel-integrated motor for electric vehicles and electric motorcycles.
1. 一体型固定子容器
2. 磁性体樹脂
3. 磁性粉
4. 熱硬化性樹脂
5. コイル
6. 回転子
11.固定子容器形成装置
12.中子
12a.嵌合隙間
13.型枠
13b.内面部
14.下型
15.上型
15a.内面部
16.注入部
17.被膜部
1.
16.
Claims (8)
In the item of item 4, after applying a predetermined thickness of thermosetting resin on the inner surface of the stator container forming device and forming the outer surface portion and inner peripheral portion of the integrated stator container, the magnetic resin is injected. At the same time, it is thermoformed.
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