JP2006320124A - モータステータの製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 熱伝導性を高めたモータステータの製造方法及び製造装置を提供する。
【解決手段】 リング状に構成されるコア３ａの内側に突出する複数のティース３ｂを設け、このティース間にスロット３ｃを形成し、このスロットに絶縁材７を介してコイル３ｄを配置するモータステータの製造方法において、前記スロットに配置した前記コイルに作用する遠心力により前記コイルを形成する導線間の間隙が減少するように前記コアをその軸心回りに高速で回転させるコア回転工程と、前記回転を維持したまま、前記コイルの導線間の間隙にワニスを浸透させるワニス浸透工程と、前記回転を維持したまま、前記ワニスが硬化する温度までコアを昇温するコア昇温工程とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータステータの製造方法及び製造装置に関する。

従来、モータのステータの製造方法及び製造装置としては、ステータのコア間のスロット内に絶縁紙で包み込んだコイルを配置して、コイルを包む絶縁紙内にコアを回転しつつ、ワニスを滴下する。ワニスは、コアの回転と毛細管現象により各コイル間に均一に浸透し、浸透後にワニス硬化温度まで加熱してワニスを硬化し、ステータ製造する方法がある（特許文献１参照）
特開2003-189523号公報

しかしながら従来技術では、ワニス滴下時においてスロット内のコイルにはコイル間を密着させる力がほとんど作用していない。このため、各コイル間および各コイルとステータの密着度が低い。密着度が低いため、コイルで発生する熱の伝達性が低下する。熱伝達効率が低いため、コイルで生じた熱をステータに伝達し難く、コイルの熱をステータから放熱し難い。

また、ワニスの浸透が毛細管現象により行われているため、スロット内部や絶縁紙とステータ間にワニスが浸透し難い。

そこで、本発明は、各コイル間等の密着性を向上して、コイルで生じた熱の放熱性を向上するモータステータの製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。

本発明は、リング状に構成されるコアの内側に突出する複数のティースを設け、このティース間にスロットを形成し、このスロットに絶縁材を介してコイルを配置するモータステータの製造方法において、前記スロットに配置した前記コイルに作用する遠心力により前記コイルを形成する導線間の間隙と、前記コアと前記絶縁材及び前記コイルとの間隙が減少するように前記コアをその軸心回りに高速で回転させるコア回転工程と、前記回転を維持したまま、前記コイルを形成する導線間の間隙、前記コアと前記絶縁材及び前記コイルとの間隙にワニスを浸透させるワニス浸透工程と、前記回転を維持したまま、前記ワニスが硬化する温度までコアを昇温するコア昇温工程とを備えた。

本発明によれば、コアを回転することで、遠心力の作用によりコイル間、コイルとコア間の間隙が小さくなり、密着性が高まり、熱伝導性が高められる。これによりコイルで生じた熱を効率よくコアに伝達することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明を適用するモータの概略図である。モータ１は、有底円筒状のハウジング２と、このハウジング内に配置され、コアにコイルが巻線されたステータ３と、ステータ３の磁力により回転するロータ４と、ロータと一体的に形成されるシャフト５と、ハウジングの開口部を閉鎖する蓋６とから構成され、シャフト５はハウジング２の底部と蓋６とにより回転自在に支持される。

図２は、モータ１のステータ３の構成図であり、図３は、スロット３ｃの詳細を示す断面図である。ステータ３は、リング状に形成されたコア３ａ、コア内面から中央側に突出する複数のティース３ｂと、ティース３ｂ間に形成されるスロット３ｃと、スロット３ｃ内に配置され、所定のティース３ｂに掛け渡されるコイル３ｄとからなる。コイル３ｄは絶縁被膜に覆われた導線を所定回数だけ巻回して形成される。

コイル３ｄは、絶縁紙７に覆われてスロット３ｃ内に配置される。絶縁紙７は、Ｕ字断面の２つの絶縁紙である第１、第２シート７ａ、７ｂから構成される。これらシート７ａ、７ｂは開口端を径方向に向けて、かつ開口端を相互に重ね合わせるようにして角筒状にして用いられる。そして、第１、第２シート７ａ、７ｂが形成した角筒内にコイル３ｄを内装し、スロット３ｃ内に設置する。なお、絶縁紙７ａ、７ｂには複数の貫通孔７ｃが形成され、またはメッシュ状のシートで構成され、後述のワニス８が透過可能に構成される。さらにコア３ａの中心側に配置された第２シート３ｂは、剛性を有する絶縁部材で構成してもよい。このようにコイル３ｄがスロット３ｃ内から飛び出さないようにスロット３ｃの開口端に形成される鍔３ｆに引っ掛かるように形成される。

コイル３ｄの導線間、コイル３ｄと絶縁紙４及びコア３ａ（及びティース３ｂ）の間隙にワニス８を浸透、硬化させてステータ３が形成される。ワニス８は、コイル３ｄの各導線間等の絶縁性を担保する絶縁塗料であり、液状の熱硬化性樹脂からなり、加熱により硬化して各部の隙間を埋め、絶縁性を確保するとともに熱伝導性を高めることができる。

コイル３ｄの端部３ｅは、コア３ａの軸方向における両端面３ｇより突出するように配置され、突出した部分にワニス８を滴下含浸する。滴下したワニス８は、毛細管現象によってコイル３ｄの導線間に浸透する。

次に、ステータ３の製造方法を図３〜図６を用いて工程毎に説明する。この製造方法では、ワニス８を２度滴下する方法を例として説明する。なお、ワニス８の滴下回数は２回に限られないことはいうまでもない。
第１工程：まず、ステータ３のコア３ａの各スロット３ｃ内にコイル３ｄと、コイル３ｄを覆う絶縁紙７である第１シート７ａ及び第２シート７ｂを配置して、コイル３ｄの結線及びレーシングを行う（図３（ａ）、（ｂ））。

ここで、レーシングとは、コイル３ｄの端部３ｅをガラス繊維を含む糸を用いて糸縛りして固定する作業である。また、各コイル３ｄを構成する導線の端部は、所定のコイル間で結線される。
第２工程：続いて、図４に示すようにコイル３ｄの端部３ｅを位置決めする円筒形のコイルエンド治具９ａ、９ｂにコイル３ｄ等が設置されたコア３ａを固定する。そして、コア３ａをコイルエンド治具９ａ、９ｂにセットした状態で、これらを加熱、回転及びワニス８を滴下する装置（図示せず）に固定する。

なお、コイルエンド治具９ａ、９ｂは、コイル３ｄの端部の成形性を担保する治具である。コイルエンド治具９ａ、９ｂは、コア３ａの外周面に接して覆うように形成されるとともに、コイル３ｄの端部３ｅの径方向及び軸方向の形状を規定するようにコイル端部３ｅを取り囲む。この治具９ａ、９ｂによりコイル３ｄの端部３ｅが外力により過度に変形することがない。また、この治具９ａ、９ｂによりコア３ａやコイル端部３ｅの外周部を覆うことで、ワニス滴下時にワニス８が外部に飛び散ることを抑止することができる。なお、コイルエンド治具９ａ、９ｂには、コア３ａとの間での相対回転を拘束する手段、例えばキーを備える。
第３工程：次に上記コア３ａを所定温度まで加熱して保温する（図３（ｃ））。この時の所定温度は、後述のワニス８の硬化温度より低い温度とする。
第４工程：加熱されたコア３ａを高速の第１回転速度で回転する。図３（ｃ）に示すように、このコア３ａを第１の回転速度で回転する工程では、スロット３ｃに配置されたコイル３ｄや第１、第２シート７ａ、７ｂに強い遠心力が作用する。図５に示すように、この遠心力により、コイル３ｄや第１、第２シート７ａ、７ｂが外周方向に押し付けられ、各コイルの各導線間、コイルと絶縁紙及びコア３ａまたはティース３ｂの間隙を狭めて各部間の密着性を高めることができる。
第５工程：図３（ｄ）に示すように、コア３ａを第１の回転速度で回転した状態で、コイル３ｄの端部３ｅへのワニス８の第１回目の滴下を行う。ワニス８の滴下位置は、コア３ａの中心線上中央部から第２シート７ｂの貫通孔７ｃを透過して遠心力によりコイル３ｄの線間に浸透する。または、コア３ａの配置が、その回転軸を垂直に配置される場合には、図６に示すように上側に位置するコイル３ｄの端部３ｅに滴下する。この場合には、ワニス８に重力が作用することで、コイル３ｄの導線間等への浸透を促進させる効果がある
第６工程：ワニス８を滴下した後、コア３ａの回転を維持した状態でコア３ａをワニス８の硬化温度である第１の所定温度まで昇温する（図３（ｄ））。
第７工程：次にコア３ａの回転速度を第１回転速度より低い低速の第２回転速度に変化させ、コア３ａを回転する。ここで、第２回転速度は、ワニス８を各部に均等に浸透することを目的とした回転であり、第１の回転速度より低速の回転速度に設定する。コア３ａを第２回転速度で回転させた状態で、２回目のワニス８の滴下をコイル２ｄの端部３ｅに実施する（図３（ｅ））。

この２度目の滴下時に用いるワニス８ａは、１回目の滴下時に用いたワニス８に比して硬化温度が高いものを用いるようにする。または、１回目と同じワニス８を用いてもよいが、この場合にはコア３ａの温度を低下させる必要が生じ、製造時間が伸びることになる。
第８工程：２度目の滴下したワニス８ａが硬化する第２の所定温度までコア３ａを昇温し、ワニス８ａを硬化させる（図３（ｅ））。
第９工程：ワニス４の硬化完了後、完成したステータ３を取り外す。

このように本発明においては、ステータ製造時において、コア３ａのスロット３ｃ内にコイル３ｄ及び絶縁紙７を設置した状態で、コア３ａを第１の所定回転速度で回転させて、コイル３ｄ及び絶縁紙７に遠心力を作用させ、コイル３ｄの導線間及び、コイル３ｄと絶縁紙及び絶縁紙７とコア３ａまたはティース３ｂの間隙を減少させて、各部の密着性を高めることができる。

この状態からワニス８をコイル３ｄに滴下することで、ワニスが各部間の間隙に浸透して、間隙を埋め、コイル３ｄで生じた熱をコア３ａに効率よく伝達する。このため、コイル３ｄの放熱効率を高めることができる。

また、１回目のワニスの滴下が第１の回転速度、つまり高速回転状態で行われると、ワニスは遠心力により外周側に集まり、内周側ではワニスが不足する恐れがある。このような場合にワニス滴下の２回目を第２の回転速度、つまり低速回転で滴下することにより、内周側にもワニスを浸透できる。このようにして確実にコイル３ｄ間や各部位間にワニス８を均等に浸透することができる。

コイル３ｄは、コイル３ｄの端部３ｅをコイルエンド治具９ａ、９ｂに保持されているため、端部３ｅの形状を規制し、過度の変形を防止することができる。また、コイルエンド治具９ａ、９ｂは、コイル３ｄ及びコア３ａを外側から覆うため、滴下したワニス８が外部に飛散することを防止することができる。

絶縁紙７である第１、第２シート７ａ、７ｂはワニス８が透過するような構成を有するため、特に第１シート７ａでは、第１シート７ａとコア３ａ及びティース３ｂとの間の間隙にワニスを浸透でき、熱伝達性を高めることができる。また、第２シート７ｂでは、コア内部からコイル中央部にワニス８を滴下する場合に、ワニスを透過させることができ、ワニス８のコイル３ｄの導線間への浸透を促進することができる。

次に、第２の実施形態としてのステータ３の製造方法を工程毎に説明する。この製造方法では、コイル３ｄに自己融着線を用いたことを特徴とする。ここで自己融着線とは、導線の絶縁被膜を覆う樹脂被膜で、所定温度で融解し、冷却することで互いに接着する導線をいう。
第１工程：まず、ステータ３のコア３ａのスロット３ｃ内にコイル３ｄ、第１シート７ａ及び第２シート７ｂを配置して、コイル３ｄの結線及びレーシングを行う。ここで、コイル３ｄの導線には自己融着線を用いる。
第２工程：続いて、コイル３ｄの端部３ｅを保持するコイルエンド治具９ａ、９ｂに、コイル３ｄ等が設置されたコア３ａを固定し、コア３ａを治具９ａ、９ｂにセットした状態で、これらを加熱及び回転する装置に固定する。
第３工程：コア３ａを所定の回転速度で回転させて、遠心力の作用によりコイル３ｄの導線間の間隙、コイル３ｄと絶縁紙７及びコア３ａの間隙を狭めて密着性を向上させる。
第４工程：次に、回転を維持しつつ、コア３ａをコイル３ｄを形成する自己融着線の融点まで昇温し、各自己融着線同士を融着させる。なお、各導線間がショートしない程度に加熱する。
第５工程：コア３ａの回転を維持しつつ、コア３ａの温度を低下させて自己融着線を固着させる。
第６工程：コア３ａの回転を停止後、完成したステータ３を取り外す。

このようにコイルは強い遠心力によりコイルの線同士が密着し、ステータ３の熱伝達性を向上することができる。また、この自己融着線を用いた製造方法では、樹脂被膜が融着するのでワニスを用いることなくコイルの導線間等の間隙をなくし、ワニスの毛細管現象による各部の間隙への浸透バラツキを抑制し、ステータ３の熱伝達性を向上することができる。

本発明を適用するモータの断面図である。 ステータの断面図である。 ステータ製造工程を説明する図である。 治具に取り付けたステータの状態を説明する図である。 遠心力の効果を説明する図である。 他のワニスの滴下方法の一例を説明する図である。

符号の説明

１ モータ
２ ハウジング
３ ステータ
３ａ コア
３ｂ ティース
３ｃ スロット
３ｄ コイル
３ｅ 端部
３ｆ 鍔
４ ロータ
５ シャフト
６ 蓋
７ 絶縁紙
７ａ 第１シート
７ｂ 第２シート
８ ワニス
９ａ、９ｂ コイルエンド治具

Claims (8)

1. リング状に構成されるコアの内側に突出する複数のティースを設け、このティース間にスロットを形成し、このスロットに絶縁材を介してコイルを配置するモータステータの製造方法において、
   前記スロットに配置した前記コイルに作用する遠心力により前記コイルを形成する導線間の間隙と、前記コアと前記絶縁材及び前記コイルとの間隙が減少するように前記コアをその軸心回りに高速で回転させるコア回転工程と、
   前記回転を維持したまま、前記コイルを形成する導線間の間隙と、前記コアと前記絶縁材及び前記コイルの間隙にワニスを浸透させるワニス浸透工程と、
   前記回転を維持したまま、前記ワニスが硬化する温度までコアを昇温するコア昇温工程と、
   を備えたことを特徴とするモータステータの製造方法。
2. 前記コア回転工程は、前記コアをその軸心回りに高速の第１回転速度で回転する第１コア回転工程と、第１回転速度より低い低速の第２回転速度で回転する第２コア回転工程とからなり、前記コイルを形成する導線間の間隙と、前記コアと前記絶縁材及び前記コイルとの間隙が減少するように前記コアをその軸心回りに前記第１回転速度で回転させ、
   前記ワニス浸透工程は、前記第１回転速度でのコア回転時に第１ワニスを滴下する第１ワニス浸透工程と、前記第１ワニス硬化後、前記第２回転速度でのコア回転時に前記第１ワニスより高温で硬化する第２ワニスを滴下する第２ワニス浸透工程とからなり、
   前記コア昇温工程は、前記第１回転速度での前記コア回転時に第１ワニスが硬化する第１温度まで前記コアを昇温する第１ワニス浸透工程と、前記第２回転速度での前記コア回転時に第２ワニスが硬化する第２温度まで前記コアを昇温する第２ワニス浸透工程とからなることを特徴とする請求項１に記載のモータステータの製造方法。
3. 前記コイルの端部は、前記コアの端部より軸方向にはみ出すように設置され、このコイル端部に前記ワニスを滴下させることを特徴とする請求項１または２に記載のモータステータの製造方法。
4. 前記コアは、その中心軸を水平方向に設置し、
   前記絶縁材は、複数の貫通孔を有する角筒状に形成され、
   前記ワニスを前記コアの内周側から滴下し、前記貫通口を介して前記コイル内に浸透させることを特徴とする請求項１または２に記載のモータステータの製造方法。
5. リング状に構成されるコアの内側に突出する複数のティースを設け、このティース間にスロットを形成し、このスロットに絶縁材を介してコイルを配置するモータステータの製造方法において、
   前記コイルの導線を自己融着線で形成し、
   前記スロットに配置した前記コイルに作用する遠心力に前記コイルを形成する導線間の間隙と、前記コアと前記絶縁材及び前記コイルとの間隙が減少するように前記コアをその軸心回りに高速で回転させるコア回転工程と、
   前記自己融着線の融点までコアを昇温するコア昇温工程と、
   を備えたことを特徴とするモータステータの製造方法。
6. 前記コイルの端部を保持し、前記コアを外側から取り囲む治具に前記コイル及び前記絶縁材を前記スロットに配置した前記コアを固定して、前記治具を前記コアの軸芯回りに回転することを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載のモータステータの製造方法。
7. 前記絶縁材は、Ｕ字状断面を有する２つの第１、第２シートを角筒状に構成されることを特徴とする請求項６に記載のモータステータの製造方法。
8. リング状に構成されるコアに内側に突出する複数のティースを設け、このティース間にスロットを形成したモータステータにおいて、
   前記スロットに、絶縁材を介してコイルを配置するコイル配置手段と、
   前記スロットに配置した前記コイルに作用する遠心力により前記コイルを形成する導線間の間隙と、前記コアと前記絶縁材及び前記コイルとの間隙が減少するように前記コアをその軸心回りに回転させるコア回転手段と、
   前記コアにワニスを滴下するワニス滴下手段と、
   前記ワニスが硬化する温度まで前記コアを昇温するコア昇温手段とを備えたことを特徴とするモータステータの製造装置。

Images