JP2011205834A - ステータの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】角部分の間に形成される空隙を減少させて複数の角線導体を強固に固着させることができ、ステータを用いた回転電機を使用する際にコイルにおいて部分放電が生じ難くすることができるステータの製造方法を提供すること。
【解決手段】ステータの製造方法は、組付工程と加圧固着工程とを行って回転電機用のステータを製造する。組付工程においては、導体４１の表面に絶縁被膜層４２を設けると共に絶縁被膜層４２の表面に自己融着層４３を設けた角線導体４を成形してなるコイルを、ステータコアのスロットに配置する。加圧固着工程においては、コイルにおける複数の角線導体４を加圧して加熱し、自己融着層４３を、複数の角線導体４の対面部分４１１から、複数の角線導体４の角部分４１２の間に形成された空隙Ｘへ流出させて固着させる。
【選択図】図９

Description

本発明は、自己融着層を設けてなる角線導体を成形してなるコイルを用いてステータを製造する方法に関する。

回転電機に用いるステータにおいては、ステータコアのスロットにおける導体の占積率を向上させるために、波巻形状に成形した角線導体をスロット内に配置することが知られている。また、角線導体同士の絶縁固着を容易に行うために、自己融着被膜を設けた導体を用いることが知られている。
例えば、特許文献１の小型モータ及び小型モータの製造方法においては、ロータ部を成形する際に、融着層を有する電線の巻回体を所定温度に加熱しながら加圧処理して、電線同士を溶着させることが開示されている。
また、例えば、特許文献２の電動工具及びその固定子の製造方法においては、固定子コイルを自己融着線で構成した平角導体から構成することが開示されている。

特開２００５−１６８２４８号公報 特開２００９−１８９１１５号公報

しかしながら、回転電機のステータに用いるコイルを角線導体（平角線）から構成した場合、角線導体の角部分が丸みを帯びていることにより、複数本の角線導体が重ね合わさった部分において、角部分の間には空隙が形成され易い。この場合、回転電機として使用する際に、角部分の間に形成された空隙に部分放電（コロナ放電）が生じ易くなり、回転電機の性能の低下を生じるおそれがある。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、角部分の間に形成される空隙を減少させて複数の角線導体を強固に固着させることができ、ステータを用いた回転電機を使用する際にコイルにおいて部分放電が生じ難くすることができるステータの製造方法を提供しようとするものである。

本発明は、導体の表面に絶縁被膜層を設けると共に該絶縁被膜層の表面に自己融着層を設けた角線導体を成形してなるコイルを、ステータコアのスロットに配置する組付工程と、
上記コイルにおける複数の角線導体を加圧すると共に加熱し、上記自己融着層を、上記複数の角線導体の対面部分から該複数の角線導体の角部分の間に形成された空隙へ流出させて固着させる加圧固着工程とを含むことを特徴とするステータの製造方法にある（請求項１）。

本発明のステータの製造方法においては、組付工程において、絶縁被膜層及び自己融着層を設けた角線導体を成形してなるコイルをステータコアのスロットに配置する。このとき、ステータコアのスロットに対してコイルを挿入することができ、また、ステータコアをスロットの形成位置で複数に分割した分割コアをコイルに対して配置することもできる。

次いで、加圧固着工程において、コイルにおける複数の角線導体を加圧すると共に加熱する。このとき、複数の角線導体はその平面同士が密着される。そして、自己融着層が、溶融すると共に加圧力を受けて複数の角線導体の対面部分から複数の角線導体の角部分の間に形成された空隙へ流出し、自己融着層が流出する分だけ複数の角線導体の幅が縮小する。そして、空隙へ流出した自己融着層が硬化し、複数の角線導体が固着される。

こうして、本発明においては、部分放電が生じ易い角部分の間の空隙へ自己融着層を流動させて、空隙を減少させると共に複数の角線導体を強固に固着させることができる。
それ故、本発明のステータの製造方法によれば、角部分の間に形成される空隙を減少させて複数の角線導体を強固に固着させることができ、ステータを用いた回転電機を使用する際に、コイルにおいて部分放電（コロナ放電）が生じ難くすることができる。

実施例１における、ステータに対して加圧治具を配置した状態を示す斜視説明図。 実施例１における、ステータに対して加圧治具を配置した状態を示す平面説明図。 実施例１における、ステータコアの各スロット内の角線導体に対してスロット治具を配置した状態を、軸方向から見た状態で示す断面説明図。 実施例１における、ステータに対して加圧治具を配置した状態を、側方から見た状態で示す断面説明図。 実施例１における、ステータを示す斜視説明図。 実施例１における、ステータコアのスロット内に配置した複数の角線導体を、軸方向から見た状態で示す断面説明図。 実施例１における、ステータコアのスロット内に配置した複数の角線導体を加圧した状態を、軸方向から見た状態で示す断面説明図。 実施例１における、複数の角線導体が重なる状態を拡大して示す断面説明図。 実施例１における、複数の角線導体における自己融着層が溶融、流出した状態を拡大して示す断面説明図。 実施例１における、ステータに対して他の加圧治具を配置した状態を示す斜視説明図。 実施例１における、他の加圧治具のスロット治具を示す斜視説明図。 実施例１における、ステータに対して他の加圧治具を配置した状態を示す斜視説明図。 実施例２における、ステータに対して加圧治具を配置した状態を示す斜視説明図。 実施例２における、ステータに対して他の加圧治具を配置した状態を示す斜視説明図。 実施例２における、ステータに対して他の加圧治具を配置した状態を示す斜視説明図。 実施例２における、ステータに対して他の加圧治具を配置した状態を示す斜視説明図。

上述した本発明のステータの製造方法における好ましい実施の形態につき説明する。
本発明において、上記絶縁被膜層は、エナメル（絶縁ワニス）によって構成することができ、上記自己融着層は、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂等に硬化剤を含有させたものによって構成することができる。この自己融着層は、常温で層状態を維持しており、所定の溶融温度において溶融して、硬化剤によって硬化するものとすることができる。なお、自己融着層が溶融する温度は、絶縁被膜の耐熱温度よりも低く設定する。

また、上記加圧固着工程は、上記スロットの内周側に配置するスロット治具によって、上記スロット内に配置された上記複数の角線導体を上記スロットの底部へ加圧して行うことが好ましい（請求項２）。
この場合には、スロット内における複数の角線導体を強固に固着させて、回転電機として使用する際に、スロット内において部分放電が生じ難くすることができる。

また、上記スロット治具を上記ステータコアの軸方向端面よりも外方まで延長形成し、当該スロット治具によって、上記スロット内に配置された上記複数の角線導体を上記スロットの底部へ加圧すると共に、上記スロットの外部に配置された上記複数の角線導体を内周側から加圧して行うことが好ましい（請求項３）。
この場合には、スロット内外における複数の角線導体を強固に固着させて、回転電機として使用する際に、スロット内外において部分放電が生じ難くすることができる。

また、上記加圧固着工程は、上記スロットの外部に配置された上記複数の角線導体を、内周側治具によって内周側から加圧して行うこともできる（請求項４）。
この場合には、スロットの外部における複数の角線導体を強固に固着させて、回転電機として使用する際に、スロットの外部において部分放電が生じ難くすることができる。

また、上記加圧固着工程は、上記スロットの外部に配置された上記複数の角線導体を、外周側治具によって外周側から加圧して行うことが好ましい（請求項５）。
この場合には、スロットの外部における複数の角線導体をより強固に固着させて、回転電機として使用する際に、スロットの外部において部分放電がより生じ難くすることができる。

また、上記加圧固着工程は、上記ステータコアの軸方向両側において上記スロットの外部に配置された上記複数の角線導体を、外方治具によって上記ステータコアの軸方向両側の外方から加圧して行うことが好ましい（請求項６）。
この場合にも、スロットの外部としてのコイルエンド部における複数の角線導体を強固に固着させて、回転電機として使用する際に、コイルエンド部において部分放電が生じ難くすることができる。

また、上記加圧固着工程は、すべての上記スロット内に配置された上記複数の角線導体を上記スロットの内周側から加圧し、上記スロットの外部に配置された上記複数の角線導体の略全周を、上記ステータコアの内周側、外周側及び軸方向両側の外方から加圧して、上記コイルが露出する部分の略全体を拘束した状態で行うことが好ましい（請求項７）。
この場合には、コイルにおける複数の角線導体の略全体を強固に固着させることができ、回転電機として使用する際に、コイルの略全体において部分放電が生じ難くすることができる。

以下に、本発明のステータの製造方法に係る実施例につき、図１〜図１２を参照して説明する。
（実施例１）
本例のステータ１の製造方法は、次の組付工程と加圧固着工程とを行って、回転電機用のステータ１を製造する。
組付工程においては、図５に示すごとく、導体４１の表面に絶縁被膜層４２を設けると共に絶縁被膜層４２の表面に自己融着層４３を設けた角線導体４を成形してなるコイル３を、ステータコア２のスロット２１に配置する。次いで、加圧固着工程においては、図１、図４に示すごとく、コイル３における複数の角線導体４を加圧して加熱し、自己融着層４３を、図８、図９に示すごとく、複数の角線導体４の対面部分４１１から、複数の角線導体４の角部分４１２の間に形成された空隙Ｘへ流出させて固着させる。

次に、本例のステータ１、加圧治具５等について詳説する。
図４に示すごとく、本例のステータ１におけるコイル３は、ステータコア２の周方向Ｃに巡回する波巻形状に形成してある。この波巻形状のコイル３は、ステータコア２における複数のスロット２１に配置する複数のスロット導体部３１を、ステータコア２の軸方向Ｌの一方側の外方と軸方向Ｌの他方側の外方とに交互に配置される渡り導体部３２によって周方向Ｃに順次連結してなる。
本例の波巻形状のコイル３は、３相回転電機に用いるステータ１を構成するものであり、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各コイル３を、ステータコア２の各スロット２１に対して所定スロット数ずつ空けながら配置して、分散巻きのステータ１を形成する。
コイル３を形成する複数の角線導体４において、スロット導体部３１は、スロット２１内において径方向Ｒに複数本並んで配置され、渡り導体部３２は、スロット２１の外部において径方向Ｒ及び軸方向Ｌに複数本並んで配置されている。

図７、図８に示すごとく、ステータコア２におけるスロット２１は、周方向Ｃに位置する一対の壁面が互いに平行な平行スロットとして形成されている。角線導体４は、長方形の断面形状を有すると共に、四方の角部分４１２が丸みを帯びた形状（Ｒ形状）に形成されている。
ステータコア２は、スロット２１の形成箇所において分割した複数の分割コアから構成することができる。この場合には、円周状であって波巻形状に形成したコイル３の外周側から各分割コアを配置し、分割コアの全体を一体化させてステータコア２を形成することができる。

本例のステータ１の製造方法においては、複数の角線導体４を加圧する加圧治具５と、コイル３を加熱する加熱手段とを用いる。
図１、図４に示すごとく、本例の加圧治具５は、スロット２１の内周側から複数のスロット導体部３１をスロット２１の底部２１１へ加圧するスロット治具５１、複数の渡り導体部３２を外周側か内周側へ加圧する外周側治具５２、及び複数の渡り導体部３２を軸方向Ｌの外方から内方へ加圧する外方治具５３から構成してある。スロット治具５１は、ステータコア２の軸方向端面２０１よりも外方まで延長形成してあり、複数のスロット導体部３１をスロット２１の底部２１１へ加圧すると共に、複数の渡り導体部３２を内周側から外周側へ加圧するよう構成してある。なお、内周側とは径方向Ｒの内周側をいい、外周側とは径方向Ｒの外周側をいう。

図３に示すごとく、スロット治具５１は、板形状を有しており、ステータコア２におけるスロット２１の数に合わせた数が形成されている。スロット治具５１は、単純な板形状とする以外にも、図１０、図１１に示すごとく、ステータコア２の軸方向端面２０１よりも外方へ延長形成した部分を、スロット２１１の内周側に対向する一般部５１１よりも周方向幅が増加した板厚増加部５１２として形成することもできる。
図１、図２に示すごとく、外周側治具５２は、コイル３におけるコイルエンド部３０（図５参照）の円環形状に沿った円環状ブロックを、周方向Ｃに２〜５個（本例では３個）に分割した分割弧状ブロックによって形成されている。外方治具５３は、コイル３におけるコイルエンド部３０の円環形状に沿った円環状ブロックによって形成されている。なお、コイルエンド部３０とは、ステータコア２の軸方向端面２０１から突出したコイル３の部分のことをいう。

また、加圧治具５は、図１２に示すごとく、スロット治具５１、スロット治具５１とは別体として設けた内周側治具５４、及び外周側治具５２によって構成することができる。そして、加圧固着工程においては、スロット治具５１によって、スロット２１内の複数の角線導体４（複数のスロット導体部３１）をスロット２１の底部２１１へ加圧し、内周側治具５４によって、スロット２１の外部の複数の角線導体４（複数の渡り導体部３２）を内周側から加圧することができる。

図示は省略するが、本例の加熱手段は、コイル３に対して電流を流し、このコイル３に発生するジュール熱によってコイル３を内部から加熱するよう構成してある。加熱手段は、これ以外にも、誘導電流によってコイル３及びステータコア２を加熱する誘導加熱、熱風を吹き付ける送風加熱、又は加熱炉内で加熱する雰囲気加熱等を、単独で用いるか又は併用することができる。

次に、本例のステータ１の製造方法につき詳説する。
本例のステータ１の製造方法においては、まず、図５に示すごとく、組付工程において、絶縁被膜層４２及び自己融着層４３を設けた角線導体４を成形してなるコイル３を、ステータコア２のスロット２１に配置する。このとき、ステータコア２のスロット２１に対してコイル３を挿入することができ、また、ステータコア２をスロット２１の形成位置で複数に分割した分割コアをコイル３に対して配置することもできる。

次いで、図１〜図４に示すごとく、加圧固着工程において、上記加圧治具５及び加熱手段を用いて、コイル３における複数の角線導体４が露出する部分の略全体を加圧して、複数の角線導体４を互いに密着させる。
本例の加圧治具５は、スロット治具５１、外周側治具５２及び外方治具５３から構成されており、スロット治具５１によって、複数のスロット導体部３１をスロット２１の底部２１１へ加圧すると共に（図６参照）、複数の渡り導体部３２を内周側から加圧し、ステータコア２の軸方向Ｌの両側に配置した外周側治具５２によって、複数の渡り導体部３２を外周側から加圧し、ステータコア２の軸方向Ｌの両側に配置した外方治具５３によって、複数の渡り導体部３２を軸方向Ｌの両側の外方から加圧する。このとき、複数の角線導体４は、スロット導体部３１においては、径方向Ｒにその平面同士が密着され、渡り導体部３２においては、径方向Ｒ及び軸方向Ｌにその平面同士が密着される（図４参照）。

そして、図６、図８に示すごとく、すべてのスロット２１内に配置された複数の角線導体４（スロット導体部３１）をスロット２１の内周側から加圧し、スロット２１の外部に配置された複数の角線導体４（渡り導体部３２）の略全周を、ステータコア２の内周側、外周側及び軸方向Ｌの両側の外方から加圧して、コイル３が露出する部分の略全体を拘束した状態で、加熱手段によって加熱する。
このとき、各角線導体４における自己融着層４３が、所定の温度以上になると溶融し、加圧治具５による加圧力を受けて流動を開始する。

そして、図７、図９に示すごとく、コイル３のスロット導体部３１における複数の角線導体４においては、スロット治具５１による加圧力を受けて、径方向Ｒの対面部分４１１における自己融着層４３が角部分４１２へ流出する（図９において矢印Ｍで示す。）。そして、自己融着層４３が流出する分だけ複数の角線導体４の径方向幅が縮小する。
また、コイル３の渡り導体部３２における複数の角線導体４においては、スロット治具５１、外周側治具５２及び外方治具５３による加圧力を受けて、径方向Ｒ及び軸方向Ｌの対面部分４１１における自己融着層４３が角部分４１２へ流出する。そして、自己融着層４３が流出する分だけ複数の角線導体４の径方向幅及び軸方向幅が縮小する。
その後、各角線導体４の自己融着層４３がその硬化剤によって硬化して、複数の角線導体４が固着される。また、スロット導体部３１における各角線導体４は、自己融着層４３によってスロット２１の内壁面にも固着される。

こうして、本例においては、部分放電が生じ易い角部分４１２の間の空隙Ｘへ自己融着層４３を流動させて、空隙Ｘを減少させると共に複数の角線導体４を強固に固着させることができる。
また、本例においては、自己融着層４３によって、コイル３における各角線導体４同士、及びコイル３とステータコア２等を絶縁固着することができる。そのため、ステータ１に対してワニスによる絶縁固着を行う工程を省略することができる。また、自己融着層４３によって角線導体４の角部分４１２同士の間の空隙Ｘを埋めることにより、絶縁被膜層４２の厚みを小さくすることも可能になり、ステータ１の小型化を図ることもできる。

それ故、本例のステータ１の製造方法によれば、角部分４１２の間に形成される空隙Ｘを減少させて複数の角線導体４を強固に固着させることができ、ステータ１を用いた回転電機を使用する際に、コイル３において部分放電（コロナ放電）が生じ難くすることができる。

（実施例２）
本例は、上記加圧固着工程において用いる加圧治具５の構成が異なるバリエーションを示す例である。
加圧治具５は、図１３に示すごとく、スロット治具５１及び外周側治具５２によって構成し、加圧固着工程においては、スロット治具５１によって、スロット２１内の複数の角線導体４（複数のスロット導体部３１）をスロット２１の底部２１１へ加圧すると共に、スロット２１の外部の複数の角線導体４（複数の渡り導体部３２）を内周側から加圧し、ステータコア２の軸方向Ｌの両側に配置した外周側治具５２によって、スロット２１の外部の複数の角線導体４（複数の渡り導体部３２）を外周側から加圧することができる。
この場合、スロット治具５１は、同図に示すごとく、単純な板形状とする以外にも、図１４に示すごとく、ステータコア２の軸方向端面２０１よりも外方へ延長形成した部分を、スロット２１１の内周側に対向する一般部５１１よりも周方向幅が増加した板厚増加部５１２として形成することもできる。

また、加圧治具５は、図１５に示すごとく、スロット治具５１、スロット治具５１とは別体として設けた内周側治具５４、及び外周側治具５２によって構成することもできる。そして、加圧固着工程においては、スロット治具５１によって、スロット２１内の複数の角線導体４（複数のスロット導体部３１）をスロット２１の底部２１１へ加圧し、内周側治具５４によって、スロット２１の外部の複数の角線導体４（複数の渡り導体部３２）を内周側から加圧することができる。

また、加圧治具５は、図１６に示すごとく、スロット２１の内周側に対向する長さに形成したスロット治具５１、及び外周側治具５２によって構成することもできる。そして、加圧固着工程においては、スロット治具５１によって、スロット２１内の複数の角線導体４（複数のスロット導体部３１）をスロット２１の底部２１１へ加圧し、ステータコア２の軸方向Ｌの両側に配置した外周側治具５２によって、スロット２１の外部の複数の角線導体４（複数の渡り導体部３２）を外周側から加圧することができる。
本例においても、その他の構成は上記実施例１と同様であり、上記実施例１と同様の作用効果を得ることができる。

１ ステータ
２ ステータコア
２１ スロット
３ コイル
３１ スロット導体部
３２ 渡り導体部
４ 角線導体
４１ 導体
４１１ 対面部分
４１２ 角部分
４２ 絶縁被膜層
４３ 自己融着層
５ 加圧治具
５１ スロット治具
５２ 外周側治具
５３ 外方治具
５４ 内周側治具
Ｘ 空隙
Ｌ 軸方向
Ｒ 径方向
Ｃ 周方向

Claims (7)

1. 導体の表面に絶縁被膜層を設けると共に該絶縁被膜層の表面に自己融着層を設けた角線導体を成形してなるコイルを、ステータコアのスロットに配置する組付工程と、
   上記コイルにおける複数の角線導体を加圧すると共に加熱し、上記自己融着層を、上記複数の角線導体の対面部分から該複数の角線導体の角部分の間に形成された空隙へ流出させて固着させる加圧固着工程とを含むことを特徴とするステータの製造方法。
2. 請求項１に記載のステータの製造方法において、上記加圧固着工程は、上記スロットの内周側に配置するスロット治具によって、上記スロット内に配置された上記複数の角線導体を上記スロットの底部へ加圧して行うことを特徴とするステータの製造方法。
3. 請求項２に記載のステータの製造方法において、上記スロット治具を上記ステータコアの軸方向端面よりも外方まで延長形成し、
   当該スロット治具によって、上記スロット内に配置された上記複数の角線導体を上記スロットの底部へ加圧すると共に、上記スロットの外部に配置された上記複数の角線導体を内周側から加圧して行うことを特徴とするステータの製造方法。
4. 請求項１又は２に記載のステータの製造方法において、上記加圧固着工程は、上記スロットの外部に配置された上記複数の角線導体を、内周側治具によって内周側から加圧して行うことを特徴とするステータの製造方法。
5. 請求項２〜４のいずれか一項に記載のステータの製造方法において、上記加圧固着工程は、上記スロットの外部に配置された上記複数の角線導体を、外周側治具によって外周側から加圧して行うことを特徴とするステータの製造方法。
6. 請求項２〜５のいずれか一項に記載のステータの製造方法において、上記加圧固着工程は、上記ステータコアの軸方向両側において上記スロットの外部に配置された上記複数の角線導体を、外方治具によって上記ステータコアの軸方向両側の外方から加圧して行うことを特徴とするステータの製造方法。
7. 請求項１に記載のステータの製造方法において、上記加圧固着工程は、すべての上記スロット内に配置された上記複数の角線導体を上記スロットの内周側から加圧し、上記スロットの外部に配置された上記複数の角線導体の略全周を、上記ステータコアの内周側、外周側及び軸方向両側の外方から加圧して、上記コイルが露出する部分の略全体を拘束した状態で行うことを特徴とするステータの製造方法。

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