JP2013031254A - ステータの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】治具でコイル内周側を拘束し、コイルをワニスで固定しても、治具からワニスを除去する工程を省略すること。
【解決手段】ステータの製造方法は、（１）コイルを構成するコイル線の表面に、未結晶化状態の樹脂皮膜を予め形成しておき、（２）樹脂皮膜が形成されたコイルをステータコアに組み付け、（３）ステータコアの内周側にてコイルの形状を保持する治具を装着し、（４）ステータコア及びコイル等に加熱処理を施し、（５）治具を取り外し、（６）コイルにワニス処理を施す。
【選択図】 図３

Description

この発明は、ステータコアにコイルを組み付けたステータの製造方法に関する。

従来、この種の技術として、例えば、下記の特許文献１に記載される「固定子巻線の固定方法」が知られている。この固定方法では、固定子鉄心（ステータコア）の内側に固定子巻線（コイル）を挿入する。次に、コイルを挿入したステータコアをワニス槽に浸漬し、コイルにワニスを含浸させる。次に、形状保持用のマンドレルをコイルの内側に挿入する。その後、ステータコア、コイル及びマンドレルを一体としたままの状態でワニスを加熱硬化させる。その後、マンドレルを取り外すことにより、ステータを完成する。

一方、下記の特許文献２には、ステータコアが複数のスロットを有し、それらスロットに組み付けられるコイルに平角線を用いたステータが記載されている。

特開２００１−０６９７３２号公報 特開２０１０−２５９２６６号公報

ところが、特許文献１に記載の固定方法では、ワニスを熱硬化させた後にマンドレルを取り外すことから、取り外したマンドレルにワニスが付着していることがあった。このため、マンドレルから付着したワニスを除去する工程が必要になった。

一方、特許文献２に記載のステータでは、その損失及び熱の低減のためには、渦電流損失の大きい内周側のコイル位置が重要となる。しかし、コイルの高占積率化に伴い、コイル自体のスプリングバックにより、コイルエンドやスロット内のコイルがステータコアの内周側へ飛び出し易い。そのため、コイルにワニスを含浸させるためには、その前にコイルの内周側を治具で拘束する必要がある。また、この治具は、他のステータ製造のために何度も使い回される。このため、治具にワニスが付着することとなり、治具からワニスを除去する工程が必要となり、生産性の点で問題があった。

この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、治具によりコイルの内周側を拘束し、コイルをワニスで固定するようにしても、治具からワニスを除去する工程を省略することを可能としたステータの製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ステータコアにコイルを組み付けたステータの製造方法であって、コイルを構成するコイル線の表面に、未結晶化状態の樹脂皮膜を予め形成しておき、樹脂皮膜が形成されたコイルをステータコアに組み付けた後、ステータコアの内周側にてコイルの形状を保持する治具を装着し、その後、ステータコア及びコイルに加熱処理を施し、次に、治具を取り外した後、コイルにワニス処理を施すことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、樹脂皮膜が形成されたコイルを治具により形状を保持した状態で、ステータコア及びコイルに加熱処理を施すので、コイルの形状が治具により保持された状態で、コイルと未結晶化状態の樹脂皮膜が加熱される。その後、治具が取り外されてからコイルにワニス処理が施されるので、治具にワニスが付着することがない。

上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、加熱処理の温度は、コイル線の低温焼きなまし温度以上であることを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、治具により保持された形状で、コイルが加熱処理により低温焼きなましされて硬化する。

上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、加熱処理の温度は、樹脂皮膜を結晶化させるための温度以上であることを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１又は２に記載の発明の作用に加え、治具により保持された形状で、コイルの樹脂皮膜が熱処理により結晶化して硬化する。

請求項１に記載の発明によれば、治具によりコイルの内周側を拘束し、コイルをワニスで固定するようにしても、治具からワニスを除去する工程を省略することができ、その分だけステータの生産性を向上させることができる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、治具を使用した結果として、ワニスでコイルを固定するよりも前に、スロットの中のコイルのスプリングバックを緩和することができ、コイルの内周側先端とティースの先端との間に必要な隙間を確保することができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の発明の効果に加え、スロットの中のコイルのスプリングバックをより一層緩和することができる。

第１実施形態に係り、製造されたステータを示す縦断面図。 同実施形態に係り、製造されたステータを示す図１のＡ−Ａ線断面図。 同実施形態に係り、ステータの製造方法の内容を示すフローチャート。 同実施形態に係り、樹脂皮膜を形成したコイル線を示す断面図。 同実施形態に係り、ステータコアを示す平面図。 同実施形態に係り、ステータコアにコイルを組み付けた状態を示す平断面図。 同実施形態に係り、治具が装着された製造途中のステータを示す断面図。 同実施形態に係り、一つのコアピースのスロットと治具との関係を示す平面図。 同実施形態に係り、コイル線を構成する無酸素銅の焼きなまし特性を示すグラフ。 同実施形態に係り、樹脂皮膜を構成する「ＰＰＳ」の密度変化特性を示すグラフ。 同実施形態に係り、一つのコアピースのスロットとコイルとの関係を示す平面図。 同実施形態に係り、コイルの内周側先端とティースの先端との隙間の大きさを、加熱処理の有る無しの違いにより比較して示すグラフ。 第２実施形態に係り、製造途中のステータを示す縦断面図。 第３実施形態に係り、製造途中のステータを示す縦断面図。 同実施形態に係り、製造途中のステータを示す平断面図。 同実施形態に係り、治具を示す平面図。

＜第１実施形態＞
以下、本発明におけるステータの製造方法を具体化した第１実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図１に、製造されたステータ１を縦断面図により示す。図２に、同じく製造されたステータ１を、図１のＡ−Ａ線断面図により示す（図２において、便宜上コイル３にはハッチングが付されていない。）。図１，２に示すように、このステータ１は、モータに使用されるものであり、ステータコア２と、ステータコア２に組み付けられたコイル３と、ステータコア２の外周に装着された外周リング４とを備える。

図１，２に示すように、ステータコア２は、円環状のヨーク１１と、そのヨーク１１の内側に配置され、中心へ向かって突出し、かつ、等角度間隔をもって配置された複数のティース１２とを含む。隣り合うティース１２の間には、隙間であるスロット１３が形成される。コイル３は、これらスロット１３に挿入されて組み付けられる。ステータコア２は、複数のコアピース５を円環状に束ね、その外周を外周リング４によりかしめることにより一体化して構成される。

次に、上記したステータ１の製造方法について説明する。図３に、この製造方法の内容をフローチャートにより示す。

先ず、図３の（１）では、図４に断面図で示すように、コイル３を構成するコイル線３ａに絶縁を目的として樹脂皮膜６を形成する。この実施形態で、コイル線３ａは、銅（無酸素銅）を材料とした平角線により構成される。樹脂皮膜６は、熱可塑性を有するポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）により構成される。

次に、図３の（２）では、図５に平面図で示すステータコア２に、樹脂皮膜６を形成したコイル３を組み付ける。これにより、図６に平面図で示すようにステータコア２にコイル３を組み付けた状態を得る。図６に示すように、コイル３は、ステータコア２の各スロット１３に組み付けられる（図６において、便宜上、コイル３にはハッチングが付されていない。）。なお、図６では、図示を省略するが、ステータコア２の外周には、上記した外周リング４が装着される。

次に、図３の（３）では、図７に断面図で示すように、ステータコア２の内周側にて、コイル３に上下一対をなすリング状の治具７を装着する。これら治具７は、上下両方のコイルエンド３ｕ，３ｄの内側にそれぞれ装着される。図８に、一つのコアピース５のスロット１３に対する治具７の関係を平面図により示す。図８に示すように、コイル３の内周側に治具７を装着することにより、コイル３を外周方向へ押圧して保持することになる。

次に、図３の（４）では、図７に示すように、ステータコア２、コイル３、外周リング４及び治具７の一体物を、加熱処理する。この実施形態では、上記一体物を、熱風炉に通過させることにより加熱する。この実施形態で、加熱処理の温度は、コイル線３ａの低温焼きなまし温度以上、かつ、樹脂皮膜６を結晶化させるための温度以上に設定される。この温度として、例えば「２００℃〜２４０℃」を当てはめることができる。より具体的には、「２４０℃」の加熱温度で「３０分」加熱するようにしている。

図９に、コイル線３ａを構成する無酸素銅の焼きなまし特性をグラフにより示す。このグラフは、温度変化に対する無酸素銅の各種特性、すなわち「引張強さ」、「耐力」、「硬さ」及び「伸び」の変化を示す。このグラフから明らかなように、無酸素銅の各種特性は「２００℃」からそれぞれ急激に変化し始め、「２５０℃」で変化が緩やかになることが分かる。上記設定温度の上限値を「２４０℃」としたのは、樹脂皮膜６の融点を考慮したものである。

図１０に、樹脂皮膜６を構成する「ＰＰＳ」の密度変化特性をグラフにより示す。このグラフは、加熱時間に対するＰＰＳの密度変化を加熱温度「１８０℃，１９０℃，２００℃，２１０℃，２２０℃」の違いに応じて示す。このグラフから明らかなように、「１８０℃〜２２０℃」の各温度でＰＰＳを加熱することにより、約３分で密度が上限値に近付くことが分かる。すなわち、ＰＰＳは「１８０℃〜２２０℃」の温度で３分以上加熱することにより、密度が高くなり、硬くなる。

この実施形態では、上記グラフの結果と、ＰＰＳの融点を根拠として、加熱処理の温度が「２００℃〜２４０℃」に設定されている。

次に、図３の（５）で、図１１に平面図で示すように、コイル３から治具７を取り外す。図１１には、一つのコアピース５のスロット１３に対するコイル３の関係を示す。この状態では、加熱処理によってコイル線３ａが焼きなましされ、樹脂皮膜６が硬くなることから、スロット１３の中のコイル３は、治具７で押圧された形状を保持することができる。これにより、スロット１３の中のコイル３のスプリングバックを緩和することができる。この結果、図１１に示すように、コイル３の内周側先端とティース１２の先端との間に、必要な隙間ｇ１を確保することができる。

図１２に、コイル３の内周側先端とティース１２の先端との間の隙間ｇ１の大きさにつき、図３の（４）の加熱処理の有無の違いにより比較してグラフにより示す。このグラフは、「加熱無し」と「加熱有り」に対する、隙間ｇ１の平均値Ｍ１，Ｍ２の違いを示す。グラフ中、「Ｌ１」は隙間ｇ１の必要な下限値を示す、「Ｌ２」は隙間ｇ１の必要な標準値を示す。このグラフから明らかなように、加熱無しでは、隙間ｇ１の平均値Ｍ１が下限値Ｌ１を下回ることがあるのに対し、加熱有りでは、隙間ｇ１の平均値Ｍ２が標準値Ｌ２を上回ることが分かる。従って、この実施形態では、図３の（４）の加熱処理により、必要な隙間ｇ１を確保できることが分かる。

その後、図３の（６）で、治具７を取り外した状態で、コイル３にワニス処理を施す。この実施形態では、コイル３にワニスを含浸させて、熱によりワニスを硬化させる。

上記各工程を経ることにより、図１，２に示すようなステータ１を得ることができる。

以上説明したこの実施形態におけるステータの製造方法によれば、樹脂皮膜６が形成されたコイル３を治具７により形状を保持した状態で、ステータコア２及びコイル３に加熱処理を施す。従って、コイル３の形状が治具７により保持された状態で、コイル３と未結晶化状態（半生状態）の樹脂皮膜６が加熱されることとなる。その後、治具７が取り外されてからコイル３にワニス処理が施されるので、治具７にワニスが付着することがない。このため、治具７を使用してコイル３の内周側を拘束し、コイル３をワニスで固定するようにしても、治具７からワニスを除去する工程を省略することができる。この結果、ステータ１の生産性を向上させることができ、治具７からワニスを除去することなく治具７を使い回すことができる。

また、この実施形態では、治具７により形状が保持された状態で、コイル３が加熱処理により低温焼きなましされ、応力が除去されて硬化する。このため、治具７を使用した結果として、ワニスでコイル３を固定するよりも前に、スロット１３の中のコイル３のスプリングバックを緩和することができる。この結果、コイル３の内周側先端とティース１２の先端との間に必要な隙間ｇ１を確保することができる。

また、この実施形態では、治具７により形状が保持された状態で、コイル３の樹脂皮膜６が熱処理により結晶化して硬化する。このため、スロット１３の中のコイル３のスプリングバックをより一層緩和することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明におけるステータの製造方法を具体化した第２実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

なお、以下の説明において、第１実施形態と同等の構成については、同一の符号を付して説明を省略し、異なった点を中心に説明する。

図１３に、製造途中のステータ１を縦断面図により示す。図１３は、図３の（４）の加熱処理のための別の方法を示す。第１実施形態では、加熱処理の方法として熱風炉を用いたが、この実施形態では、内径ＩＨコイル２１と外径ＩＨコイル２２を、それぞれ電源２３により通電することにより、ステータコア２及びコイル３等を誘導加熱するようにしている。

従って、この実施形態でも、ステータの製造方法につき、第１実施形態と同等の作用効果を得ることができる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明におけるステータの製造方法を具体化した第３実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図１４に、製造途中のステータ１を縦断面図により示す。図１５に、同じく製造途中のステータ１を、図１４のＢ−Ｂ線断面図により示す（図１５において、便宜上、コイル３にはハッチングが付されていない。）。この実施形態では、治具８の点で第１及び第２の実施形態と構成が異なる。図１６に、この実施形態の治具８を平面図により示す。図１６に示すように、この治具８は、略円筒形状をなし、その外周に軸方向に伸びる複数のリブ８ａが等角度間隔に形成される。この治具８の外径は、ステータコア２の内径とほぼ同じに設定される。各リブ８ａの幅は、ステータコア２の各スロット１３の幅とほぼ同じに設定される。また、複数のリブ８ａの配置は、複数のスロット１３の配置と同じに設定される。そして、図１４，１５に示すように、ステータコア２の内周側に治具８を装着し、各リブ８ａを各スロット１３に挿入することにより、スロット１３の中のコイル３を外周方向へ押圧して保持するようになっている。

従って、この実施形態でも、ステータの製造方法につき、第１実施形態と同等の作用効果を得ることができる。

なお、この発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜に変更して実施することもできる。

例えば、前記第２実施形態では、コイル３の加熱処理の方法として、誘導加熱を採用したが、通電加熱によりコイルを直接加熱するようにしてもよい。

また、前記各実施形態では、コイル線３ａの材料として銅（無酸素銅）を使用したが、コイル線の材料としてアルミニウムを使用することもできる。

更に、前記各実施形態では、コイル線３ａを、平角線により構成したが、平角線に限らず丸形線を用いることもできる。

この発明は、モータに使用されるステータの製造に利用することができる。

１ ステータ
２ ステータコア
３ コイル
３ａ コイル線
６ 樹脂皮膜
７ 治具
８ 治具

Claims (3)

1. ステータコアにコイルを組み付けたステータの製造方法であって、
   前記コイルを構成するコイル線の表面に、未結晶化状態の樹脂皮膜を予め形成しておき、前記樹脂皮膜が形成された前記コイルを前記ステータコアに組み付けた後、前記ステータコアの内周側にて前記コイルの形状を保持する治具を装着し、その後、前記ステータコア及び前記コイルに加熱処理を施し、次に、前記治具を取り外した後、前記コイルにワニス処理を施すことを特徴とするステータの製造方法。
2. 前記加熱処理の温度は、前記コイル線の低温焼きなまし温度以上であることを特徴とする請求項１に記載のステータの製造方法。
3. 前記加熱処理の温度は、前記樹脂皮膜を結晶化させるための温度以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載のステータの製造方法。

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