JP2012039720A - 回転電機のステータの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】塗布した含浸材をスロットの径方向外方の奥へ浸透させるようにして、ステータコイルをステータコアにより確実に固定し得るようにした回転電機のステータの製造方法を提供する。
【解決手段】ステータ２０は、周方向に配列された複数のスロット３１を有する円環状のステータコア３０と、ステータコア３０のスロット３１に巻装されたステータコイル４０とを備え、スロット３１内に配置されたステータコイル４０が含浸材６４により固定されている。本発明の製造方法は、ステータコイル４０が巻装されたステータコア３０をその軸線Ｌが水平方向を向くように配置する準備工程と、ステータコア３０を軸線Ｌ回りに回転させながら、ステータコア３０の内周側から含浸材６４を塗布する含浸材塗布工程と、を行う。
【選択図】図７

Description

本発明は、例えば車両において電動機や発電機として使用される回転電機のステータの製造方法に関する。

従来より、回転電機のステータとして、周方向に配列された複数のスロットを有する円環状のステータコアと、前記ステータコアの前記スロットに巻装されたステータコイルと、を備えたものが一般に知られている。このようなステータにおいては、ステータコイルの耐振動性を確保するために、例えばワニス等の含浸材でステータコイルをステータコアに固定するようにしている。

例えば特許文献１には、ステータコアの軸方向端面から突出するステータコイルのコイルエンド部側から含浸材を滴下し、コイル線に沿わせてスロット内に浸透させる方法が開示されている。また、特許文献２には、ステータコアの一部を変更してスロットを拡張した上で、ワークを丸ごと含浸材槽に浸漬して含浸材を含浸する方法が開示されている。

特開２００８−１０９７３３号公報 特開２００６−２６２５４１号公報

ところで、ステータコアのスロット内でのコイルの占積率を向上させるために、ステータコイルに平角線を使用し、ステータコアのティース先端に周方向に突出する鍔部を設けないようにしたステータがある。このような構造のステータでは、ステータコイルのコイル線がスロット内及びコイルエンド部で整列して配置されているため、コイル線同士が互いに拘束し合わないようにする必要があり、また、ステータコアの内径側に対しても振動等でステータコイルがはみ出す可能性があるため、含浸材によって確実にステータコイルを固定する必要がある。

ところが、上記特許文献１に開示された方法の場合には、占積率向上のために、ティース先端に周方向に突出する鍔部を持たないステータコアにおいては、図１２に示すように、スロット３１Ａ内のステータコイル４０Ａをステータコア３０Ａに対して確実に固定することができない。なぜなら、最内径側のコイル線４５Ａの径方向内方側に鍔部が無いため含浸材６４Ａの滞留する場所が無いからである。さらに、スロット３１Ａ内に配置された複数のコイル線４５Ａとステータコア３０Ａとの間に絶縁紙５０Ａが挿入配置されている場合には、含浸材６４Ａをコイルエンド部からコイル線４５Ａに沿わせてスロット３１Ａ内に浸透させるため、絶縁紙５０Ａとステータコア３０Ａとの隙間に含浸材６４Ａが流れ難いからである。

また、特許文献２に開示された方法の場合には、含浸材をスロット内に浸透させることは可能であるが、スロット拡張部の磁気抵抗が増加することにより性能が低下するという問題や、ワークを丸ごと浸漬する際に含浸材が付着してはいけない部分（例えばロータと干渉する恐れのあるステータコアの内周面や、ステータコアとケース部材との嵌合部あるいは締結面など）へ付着するという問題が発生する。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、塗布した含浸材をスロットの径方向外方の奥へ浸透させるようにして、ステータコイルをステータコアにより確実に固定し得るようにした回転電機のステータの製造方法を提供することを解決すべき課題とするものである。

上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、周方向に配列された複数のスロットを有する円環状のステータコアと、該ステータコアの前記スロットに巻装されたステータコイルとを備え、前記スロット内に配置された前記ステータコイルが含浸材により固定されている回転電機のステータの製造方法において、前記ステータコイルが巻装された前記ステータコアをその軸線が水平方向を向くように配置する準備工程と、前記ステータコアを前記軸線回りに回転させながら前記ステータコアの内周側から含浸材を塗布する含浸材塗布工程と、を有することを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、含浸材塗布工程は、ステータコアを軸線回りに回転させながらステータコアの内周側から含浸材を塗布するようにしているため、ステータコアの回転により作用する遠心力及び毛細管現象によって、塗布した含浸材をスロットの径方向外方の奥へと浸透させることができる。そのため、固化した含浸材によりステータコイルをステータコアに確実に固定することができる。

請求項２に記載の発明は、前記ステータコイルは、延伸方向と直角な方向の断面形状が矩形の平角コイル線により形成され、前記スロットの内壁と対向する平面を有していることを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、スロット内に配置されたコイル線の占積率を向上させるとともに、スロット内壁とこれに対向するステータコイルの平面との間に含浸材を浸透させやすくして、ステータコイルをより確実に固定することこができる。

請求項３に記載の発明は、前記スロット内には、前記ステータコイルを構成する複数のコイル線がコア径方向に整列して配置され、複数の該コイル線と前記ステータコアとの間にコア径方向内方側が開口するようにして絶縁紙が配置されていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、絶縁紙は、複数のコイル線とステータコアとの間にコア径方向内方側が開口するようにして配置されているので、ステータコアの内周側から塗布される含浸材を、複数のコイル線と絶縁紙との間だけでなく、複数のコイル線とステータコアとの間にも確実に浸透させることができる。そのため、絶縁紙を介してステータコイルをステータコアに確実に固定することができる。

請求項４に記載の発明は、前記ステータコアは、周方向に分割された複数の分割コアにより構成され、該分割コアは、コア軸方向に積層された複数の鋼板により形成されていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明によれば、ステータコアを構成する分割コアがコア軸方向に積層された複数の鋼板により形成されていることから、ステータコアの内周側から塗布される含浸材を鋼板の間にも浸透させることができる。そのため、分割コアの隣り合う鋼板同士の間に浸透した含浸材が固化することによって、隣り合う鋼板同士を強固に固着させることができるので、電磁力によるティース先端の軸方向への開き防止効果も得ることができる。

請求項５に記載の発明は、前記含浸材塗布工程は、前記ステータコアの内周側に配置したノズルの含浸材吐出口をコア軸方向に揺動させながら前記含浸材を塗布することを特徴とする。

請求項５に記載の発明によれば、ノズルの含浸材吐出口をコア軸方向に揺動させながら含浸材を塗布するようにしていることで、コア軸方向に対して満遍なく含浸材の塗布面積を稼ぐことができる。また、コア軸方向において含浸材の局所的な付着を抑制することができる。

実施形態に係る回転電機の構成を模式的に示す軸方向断面図である。 実施形態に係るステータの図であって、（ａ）はそのステータの平面図、（ｂ）はそのステータを側方から見た正面図である。 実施形態に係るステータコアの平面図である。 実施形態に係る分割コアの平面図である。 実施形態に係るステータコイルの斜視図である。 実施形態に係るステータコイルを構成するコイル線の断面図である。 実施形態に係るステータの製造方法を模式的に示す図であって、（ａ）はステータを軸方向に切断した断面図、（ｂ）は（ａ）の要部を拡大した部分断面図である。 実施形態に係るステータの製造方法を模式的に示す図であって、ステータの要部の部分斜視図である。 実施形態に係るステータの要部を示す部分平面図である。 実施形態に係るステータコアの要部を示す部分斜視図である。 他の実施形態に係るステータの製造方法を模式的に示す図であって、（ａ）はステータを軸方向に切断した断面図、（ｂ）は（ａ）の要部を拡大した部分断面図である。 従来のステータの一部を示す部分平面図である。

以下、本発明の回転電機のステータの製造方法を具体化した実施形態について図面を参照しつつ具体的に説明する。最初に、本実施形態の方法により製造されるステータを搭載した回転電機について説明する。図１は、本実施形態に係る回転電機１の構成を模式的に示す軸方向断面図である。図２は、実施形態１に係るステータの図であって、（ａ）はそのステータの平面図、（ｂ）はそのステータを側方から見た正面図である。

本実施形態の回転電機１は、略有底筒状の一対のハウジング部材１０ａ，１０ｂが開口部同士で接合されてなるハウジング１０と、ハウジング１０に軸受け１１，１２を介して回転自在に支承される回転軸１３に固定されたロータ１４と、ハウジング１０の内部でロータ１４を包囲する位置でハウジング１０に固定されたステータ２０と、を備えている。ロータ１４は、ステータ２０の内周側と向き合う外周側に、永久磁石により磁性の異なる複数の磁極を周方向に交互に形成している。ロータ１４の磁極の数は、回転電機により異なるため限定されるものではない。本実施形態においては、８極（Ｎ極：４、Ｓ極：４）のロータが用いられている。ステータ２０は、図２に示すように、複数の分割コア３２によりなるステータコア３０と、複数の導線から形成される三相のステータコイル４０とを備えている。なお、ステータコア３０とステータコイル４０との間には、絶縁紙５０が配置されている（図７及び図９参照）。

次に、ステータコア３０について図３及び図４を参照して説明する。図３は、実施形態１に係るステータコアの平面図である。図４は、実施形態１に係る分割コアの平面図である。ステータコア３０は、図３及び図４に示すように、周方向に分割された複数（本実施形態では２４個）の分割コア３２により円環状に形成され、その内周側に周方向に配列された複数のスロット３１を有する。このステータコア３０は、外周側に位置する円環状のバックコア部３３と、バックコア部３３から径方向内方へ突出し周方向に所定距離を隔てて配列された複数のティース３４とからなる。これにより、隣り合うティース３４の周方向に対向する側面３４ａ同士の間には、ステータコア３０の内周側に開口し径方向に延びるスロット３１が形成されている。隣り合うティース３４の周方向に対向する側面３４ａ、即ち、１つのスロット３１を区画する一対の側面３４ａは、互いに平行な平行面となっている。これにより、各スロット３１は、一定の周方向幅寸法で径方向に延びている。なお、ティース３４の突出先端部の側面３４ａには、周方向に突出する鍔部は設けられていない。

スロット３１は、本実施形態ではステータコイル４０が２倍スロットの分布巻きであるため、回転子の磁極数（８）に対し、ステータコイル４０の一相あたり２個の割合で形成されている。つまり、８×３×２＝４８個のスロット３１が形成されている。この場合、４８個のスロット３１は、スロット３１と同数の４８個のティース３４により形成されている。

なお、ステータコア３０を構成する分割コア３２は、プレス打ち抜き加工により所定形状に形成された複数の鋼板３２ａをステータコア３０の軸方向に積層して形成されている（図１０参照）。また、ステータコア３０は、円環状に配置された分割コア３２の外周に外筒３７が嵌合されることにより円環状に固定（保形）されている（図２（ａ）参照）。

ステータコイル４０は、図５に示すように、所定の波形形状に成形した所定数（本実施形態では１２本）の導線（コイル線）４５を所定の状態に積み重ねて帯状の導線集積体を形成し、その導線集積体を渦巻き状に巻き付けることにより円筒状に形成されている。ステータコイル４０を構成する導線４５は、ステータコア３０のスロット３１に設置されるスロット収容部４６と、周方向の異なるスロット３１に収容されているスロット収容部４６同士をスロット３１の外部で接続しているターン部４７とを有する波形形状に形成されている。この導線４５は、図６に示すように、矩形断面の銅製の導体４８と、内層４９ａ及び外層４９ｂを有し導体４８の外周を被覆する絶縁皮膜４９とからなる絶縁被覆平角線が採用されている。内層４９ａ及び外層４９ｂを合わせた絶縁被覆４９の厚みは、１００μｍ〜２００μｍの範囲に設定されている。

このステータコイル４０は、次のようにしてステータコア３０と組み付けられている。即ち、ステータコイル４０に対して、外周側から各分割コア３２のティース部３４を挿入して、全ての分割コア３２をステータコイル４０に沿って円環状に配置した後、分割コア３２の外周に円筒状の外筒３７を嵌合する。これにより、ステータコイル４０は、図２に示すように、各導線４５の所定のスロット収容部４６がステータコア３０の所定のスロット３１内に収容された状態に組付けられる。

この場合、各導線４５のスロット収容部４６は、所定のスロット数（本実施形態では３相×２個（倍スロット）＝６個）ごとのスロット３１に収容されている。そして、それぞれのスロット３１には、所定数（本実施形態では１０本）のコイル線（導線４５のスロット収容部４６）がコア径方向に１列に整列した状態で配置されている。また、導線４５の隣り合うスロット収容部４６同士を接続しているターン部４７は、ステータコア３０の軸方向の両端面３０ａからそれぞれ突出し、その突出している多数のターン部４７により、ステータコイル４０の軸方向両端部にコイルエンド部４０ａ，４０ｂが形成されている（図２（ｂ）参照）。

その後、ステータコア３０に組付けられたステータコイル４０の耐振動性を確保するために、ステータコイル４０に対して内周側から含浸材（図示せず）を塗布する含浸材塗布工程を行うことにより、ステータコイル４０をステータコア３０に固着して、図２に示すステータ２０を完成させる。本発明のステータ２０の製造方法は、含浸材塗布工程の改善を図ったものであり、以下、含浸材塗布工程の実施形態について具体的に説明する。

図７は、本実施形態に係るステータの製造方法を模式的に示す図であって、（ａ）はステータを軸方向に切断した断面図、（ｂ）は（ａ）の要部を拡大した部分断面図である。図８は、そのステータの製造方法を模式的に示す図であって、ステータの要部の部分斜視図である。図９は、そのステータの要部を示す部分平面図である。図１０は、本実施形態に係るステータコアの要部を示す部分斜視図である。なお、図９及び図１０においては、スロット内に配置されたコイル線の一部が省略された状態で示されている。

本実施形態のステータ２０の製造方法は、準備工程と、含浸材塗布工程とを行う。準備工程では、図７（ａ）に示すように、ステータコイル４０が巻装されたステータコア３０を、その軸線Ｌが水平方向を向くようにして回転装置の保持部６２に保持させる。

そして、次の含浸材塗布工程では、回転装置を作動させてステータコア３０を軸線Ｌ回りに回転させながら、ステータコア３０の内周側に配置したノズル６３の含浸材吐出口からステータコア３０の内周面の軸方向略中央部に向けて含浸材６４を滴下する。これにより、滴下された含浸材６４は、図７（ｂ）及び図８に示すように、ステータコア３０の内周面のスロット開口部からスロット３１内に進入する。このとき、スロット３１内の複数のコイル線（導線４５のスロット収容部４６）とステータコア３０との間には、スロット３１の内壁面に沿いコア径方向内方側が開口するようにして絶縁紙５０が配置されているので、スロット３１内に進入する含浸材６４は、複数のコイル線と絶縁紙５０との間、及び複数のコイル線とステータコア３０との間の両方の隙間に進入する。また、このとき、ステータコア３０が回転装置により回転しているので、スロット３１内に進入した含浸材６４は、ステータコア３０の回転に伴う遠心力の作用及び毛細管現象により、スロット３１の径方向外方の奥へと浸透する。

なお、ステータコア３０の内周面に含浸材６４が滴下された際には、図１０に示すように、ステータコア３０を構成する分割コア３２がコア軸方向に積層された複数の鋼板３２ａにより形成されていることから、含浸材６４の一部が積層された鋼板３２ａの間にも浸透する。

その後、スロット３１内に浸透した含浸材６４が固化することによって、スロット３１内の複数のコイル線が絶縁紙５０と共にステータコア３０に固着され、ステータコイル４０の良好な耐振動性が確保される。

以上のように行われる本実施形態のステータ２０の製造方法によれば、含浸材塗布工程は、ステータコア３０を軸線回りに回転させながらステータコア３０の内周側から含浸材６４を塗布するようにしているため、ステータコア３０の回転により作用する遠心力及び毛細管現象によって、塗布した含浸材６４をスロット３１の径方向外方の奥へと浸透させることができる。そのため、固化した含浸材６４によりステータコイル４０をステータコア３０に確実に固定することができる。

また、本実施形態では、ステータコイル４０は、延伸方向と直角な方向の断面形状が矩形の平角コイル線（導線４５）により形成されているので、スロット３１内に配置されたコイル線の占積率を向上させることこができる。

また、本実施形態では、スロット３１内には、ステータコイル４０を構成する複数のコイル線（スロット収容部４６）がコア径方向に整列して配置され、複数のコイル線とステータコア３０との間にコア径方向内方側が開口するようにして絶縁紙５０が配置されている。これにより、ステータコア３０の内周側から塗布された含浸材６４を、複数のコイル線と絶縁紙５０との間だけでなく、複数のコイル線とステータコア３０との間にも確実に浸透させることができる。そのため、絶縁紙５０を介してステータコイル４０をステータコア３０に確実に固定することができる。

また、本実施形態では、ステータコア３０を構成する分割コア３２が、コア軸方向に積層された複数の鋼板３２ａにより形成されていることから、ステータコア３０の内周側から塗布される含浸材６４を鋼板３２ａの間にも浸透させることができる。そのため、分割コア３２の隣り合う鋼板３２ａ同士の間に浸透した含浸材６４が固化することによって、隣り合う鋼板３２ａ同士を強固に固着させることができるので、電磁力によるティース３４先端の軸方向への開き防止効果も得ることができる。

なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更することが可能である。

例えば、上記実施形態の含浸材塗布工程では、ステータコア３０の内周側に配置したノズル６３の含浸材吐出口を、ステータコア３０の内周面の軸方向略中央部に向けて静止した状態で含浸材６４を滴下するようにしていたが、図１１（ａ）（ｂ）に示すように、ステータコア３０の内周側に配置したノズル６３の含浸材吐出口をコア軸方向に揺動させながら含浸材６４を塗布するようにしてもよい。このようにすれば、コア軸方向に対して満遍なく含浸材６４の塗布面積を稼ぐことができるので、スロット３１内のコア軸方向略全域に亘って含浸材６４を浸透させることが可能となる。また、コア軸方向において含浸材６４の局所的な付着を抑制することができる。

１…回転電機、 １０…ハウジング、 １１，１２…軸受け、 １３…回転軸、 １４…ロータ、 ２０…ステータ、 ３０…ステータコア、 ３１…スロット、 ３２…分割コア、 ３２ａ…鋼板、 ３３…バックコア部、 ３４…ティース、 ３７…外筒、 ４０…ステータコイル、 ４０ａ，４０ｂ…コイルエンド部、 ４５…導線、 ５０…絶縁紙、 ６２…保持部、 ６３…ノズル、 ６４…含浸材。

Claims (5)

1. 周方向に配列された複数のスロットを有する円環状のステータコアと、該ステータコアの前記スロットに巻装されたステータコイルとを備え、前記スロット内に配置された前記ステータコイルが含浸材により固定されている回転電機のステータの製造方法において、
   前記ステータコイルが巻装された前記ステータコアをその軸線が水平方向を向くように配置する準備工程と、
   前記ステータコアを前記軸線回りに回転させながら前記ステータコアの内周側から含浸材を塗布する含浸材塗布工程と、
   を有することを特徴とする回転電機のステータの製造方法。
2. 前記ステータコイルは、延伸方向と直角な方向の断面形状が矩形の平角コイル線により形成され、前記スロットの内壁と対向する平面を有していることを特徴とする請求項１に記載の回転電機のステータの製造方法。
3. 前記スロット内には、前記ステータコイルを構成する複数のコイル線が配置され、複数の該コイル線と前記ステータコアとの間にコア径方向内方側が開口するようにして絶縁紙が配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転電機のステータの製造方法。
4. 前記ステータコアは、周方向に分割された複数の分割コアにより構成され、該分割コアは、コア軸方向に積層された複数の鋼板により形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の回転電機のステータの製造方法。
5. 前記含浸材塗布工程は、前記ステータコアの内周側に配置したノズルの含浸材吐出口をコア軸方向に揺動させながら前記含浸材を塗布することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の回転電機のステータの製造方法。

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