JP2013090530A

JP2013090530A - 回転電機の固定子製造方法

Info

Publication number: JP2013090530A
Application number: JP2011231582A
Authority: JP
Inventors: Kentaro Haruno; 健太郎春野; Isao Kato; 功加藤
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Aisin Corp
Priority date: 2011-10-21
Filing date: 2011-10-21
Publication date: 2013-05-13
Also published as: US20130097852A1

Abstract

【課題】コイルを固定子の外径側に寄せた状態で固定することを可能とする回転電機の固定子製造方法を提供することである。
【解決手段】Ｕ相コイル１４、Ｖ相コイル１６及びＷ相コイル１８をそれぞれ対応するティース１２ｂに巻回する工程と、スロット１２ｃの奥方向へのローレンツ力が作用されるような直流電流をＵ相コイル１４、Ｖ相コイル１６及びＷ相コイル１８に流しつつ、Ｕ相コイル１４、Ｖ相コイル１６及びＷ相コイル１８を固定する工程と、Ｕ相コイル１４、Ｖ相コイル１６及びＷ相コイル１８の中性点同士を接合する工程と、を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、回転電機の固定子製造方法に関する。

回転電機の製造時において、平角線を曲げて成形したコイルは固定子のティースに対して巻回される。このとき、コイルは固定子のティースとの間に設けられたインシュレータの外側に組みつけられており、コイルとインシュレータの間には隙間が設けられている。このため、回転電機のスロット内において、コイルは自由に動いてしまうことがある。

本発明に関連する技術として、例えば、特許文献１には、回転電機の巻線コイルにワニスを含浸させて硬化させる工程における回転電機巻線コイルの加熱処理方法が開示されている。ここでは、巻線コイルに商用電源よりも周波数の高い高周波電力を直接投入して、巻線コイルの内部からの自己発熱及び誘導加熱の併用により、巻線コイルを加熱することが述べられている。

特開２００５−１１０４９３号公報

ところで、コイルがスロット内を動いて固定子の内径側に寄った場合、コイルと回転子との間の距離が小さくなることで、回転子側からコイルを通過する磁束が強くなり、銅渦損が増加する可能性がある。また、隣接するコイルが固定子の内径側に寄った場合、コイル相間の絶縁距離を十分に確保できない可能性がある。

本発明の目的は、コイルを固定子の外径側に寄せた状態で固定することを可能とする回転電機の固定子製造方法を提供することである。

本発明に係る回転電機の固定子製造方法は、複数相のコイルをそれぞれ対応するティースに巻回する工程と、スロット奥方向へのローレンツ力が作用されるような直流電流を各コイルに流しつつ、各コイルを固定する工程と、各コイルの中性点同士を接合する工程と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る回転電機の固定子製造方法において、各直流電流は、各コイルに作用する前記各ローレンツ力が均一になるように、それぞれ定められることが好ましい。

本発明によれば、コイルに対し、スロット奥方向へのローレンツ力が作用するように通電することができる。これにより、コイルを固定子の外径側に寄せた状態で固定することができる。

本発明に係る実施の形態において、回転電機を示す図である。本発明に係る実施の形態において、図１において、ティースの中央部分を軸方向と直交するように切断した場合の断面図の一部分を示す図である。本発明に係る実施の形態において、回転電機の固定子の製造方法の手順を示すフローチャートである。本発明に係る実施の形態において、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルに対して通電されている様子を示す模式図である。本発明に係る実施の形態において、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルに作用するローレンツ力の向き等を示す図である。

以下に図面を用いて、本発明に係る実施の形態を詳細に説明する。以下では、全ての図面において、同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。

図１は、回転電機１０を示す図である。回転電機１０は、回転子１１と、固定子１２とを備える。回転電機１０は、インバータや車両の車輪等と接続されており、インバータからの３相交流電力により回転子１１を回転させることで車輪を駆動する電動機として機能する。また、回転電機１０は、車両の回生時における車輪の回転によって回転子１１を回転させることで発電を行う発電機としても機能する。

回転子１１は、複数個の永久磁石が円周方向に沿って配置され、固定子１２との相互作用で回転するロータである。

固定子１２は、円環状のヨーク１２ａと、ヨーク１２ａから径方向内側（すなわち、内径側）に突出する複数のティース１２ｂと、隣接するティース１２ｂ間に形成される複数のスロット１２ｃとを備えるステータである。固定子１２は、さらに、Ｕ相コイル１４と、Ｖ相コイル１６と、Ｗ相コイル１８を備える。

Ｕ相コイル１４、Ｖ相コイル１６及びＷ相コイル１８は、それぞれ対応するティース１２ｂに巻回される平角線である。Ｕ相コイル１４、Ｖ相コイル１６及びＷ相コイル１８は、高い導電性を有する導線からなる。ティース１２ｂに巻回されるＵ相コイル１４の一方側の端部同士は、図示しないバスバー等を用いて電気的に接続されＵ相用動力線１４ａとして固定子１２の外側に引き出される。また、ティース１２ｂに巻回されるＵ相コイル１４の他方側の端部同士は、図示しないバスバー等を用いて電気的に接続されＵ相用中性線１４ｂとして固定子１２の外側に引き出される。

Ｖ相コイル１６、Ｗ相コイル１８の各端部は、Ｕ相コイル１４と同様にバスバー等を用いて電気的に接続され、それぞれＶ相用動力線１６ａ、Ｖ相用中性線１６ｂ、Ｗ相用動力線１８ａ及びＷ相用中性線１８ｂとして固定子１２の外側に引き出される。

図２は、ティース１２ｂと各相コイル（Ｕ相コイル１４、Ｖ相コイル１６及びＷ相コイル１８）との位置関係を分かりやすくするために、図１において、ティース１２ｂの中央部分を軸方向と直交するように切断した場合の断面図の一部分を示す図である。回転電機１０では、Ｕ相コイル１４、Ｖ相コイル１６及びＷ相コイル１８のうち隣接するコイルの間には、絶縁性を確保するために相間隙ｄが形成されている。図２に示されるように、Ｕ相コイル１４とＶ相コイル１６との間には間隙ｄ（相間隙ｄ）が形成される。また、Ｕ相コイル１４とＷ相コイル１８との間及びＶ相コイル１６とＷ相コイル１８との間にも同様に相間隙ｄが形成されている。

また、回転電機１０において、図２に示されるように、Ｖ相コイル１６は、ティース１２ｂの先端部との間において間隙ｘ（先端隙ｘ）が形成されている。すなわち、Ｖ相コイル１６と回転子１１との間の距離を確保している。また、Ｕ相コイル１４及びＷ相コイル１８についても同様にティース１２ｂの先端部との間において先端隙ｘが形成されている。

次に、回転電機１０の固定子１２の製造方法について説明する。図３は、回転電機１０の固定子１２の製造方法の手順を示すフローチャートである。図４は、Ｕ相コイル１４、Ｖ相コイル１６、Ｗ相コイル１８に対して通電されている様子を示す模式図である。図５は、Ｕ相コイル１４、Ｖ相コイル１６、Ｗ相コイル１８に作用するローレンツ力の向き等を示す図である。

まず、平角線を成形することでＵ相コイル１４、Ｖ相コイル１６及びＷ相コイル１８を準備し（Ｓ２）、各コイルをそれぞれ対応するティース１２ｂに対して巻回する（Ｓ４）。

次に、Ｕ相コイル１４の一方側の端部同士、他方側の端部同士をそれぞれ接続して、Ｕ相用動力線１４ａ、Ｕ相用中性線１４ｂとして引き出し、その後、Ｖ相用動力線１６ａ、Ｖ相用中性線１６ｂ、Ｗ相用動力線１８ａ及びＷ相用中性線１８ｂについても引き出す（Ｓ６）。

Ｕ相用動力線１４ａとＵ相用中性線１４ｂとの間、Ｖ相用動力線１６ａとＶ相用中性線１６ｂとの間、Ｗ相用動力線１８ａとＷ相用動力線１８ａとの間にそれぞれ直流電源１４ｃ，１６ｃ，１８ｃを接続する（Ｓ８）。これにより、図４に示されるように、直流電源１４ｃ，１６ｃ，１８ｃからＵ相コイル１４、Ｖ相コイル１６、Ｗ相コイル１８のそれぞれに異なる電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを流すことが可能となる。

次に、図５に示されるように、Ｕ相コイル１４、Ｖ相コイル１６及びＷ相コイル１８に対し、挿入されたスロット１２ｃの奥方向（固定子１２の外径方向）にローレンツ力Ｆｕ，Ｆｖ，Ｆｗが作用するように、上記直流電源１４ｃ，１６ｃ，１８ｃによって各コイルに対して電流を流し、ローレンツ力Ｆｕ，Ｆｖ，Ｆｗを発生させる（Ｓ１０）。ここで、Ｕ相コイル１４、Ｖ相コイル１６及びＷ相コイル１８に加わるローレンツ力Ｆｕ，Ｆｖ，Ｆｗの大きさが、それぞれ均一になるように、各直流電源１４ｃ，１６ｃ，１８ｃによって流される電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの値を調整する。ここで、「均一になるように」とは、ローレンツ力Ｆｕ，Ｆｖ，Ｆｗの大きさを全く同じにすることまでを要さない。例えば、各コイルに同じ大きさの電流を流した場合に生じるＦｕ，Ｆｖ，Ｆｗのバラつき（例えば、最大のローレンツ力と最小のローレンツ力との差）よりも小さいバラつきになるようにすることを含む。なお、図５において、回転子１１及び固定子１２上に表示されている等高線のような線は、各コイルに通電を行った際に発生する磁場を示している。

そして、Ｕ相コイル１４、Ｖ相コイル１６及びＷ相コイル１８に対してワニスを含浸させ、熱硬化させることで各コイルを固定する（Ｓ１２）。このとき、ワニスによる含浸の代わりにモールド充填して硬化させることで各コイルを固定してもよい。

最後に、上記各直流電源１４ｃ，１６ｃ，１８ｃを取り外した後に、Ｕ相用中性線１４ｂ、Ｖ相用中性線１６ｂ及びＷ相用中性線１８ｂを溶接等によって接合し、絶縁処理を施す（Ｓ１４）。これにより、Ｕ相コイル１４、Ｖ相コイル１６、Ｗ相コイル１８の中性点同士が接合されることとなる。

続いて、上記回転電機１０の固定子１２の製造方法の作用について説明する。

上記のように、Ｓ１０の工程において、Ｕ相コイル１４、Ｖ相コイル１６、Ｗ相コイル１８に通電されることで磁場が発生し、各コイルの導体を鎖交する磁束と電流の相互作用によって、各コイルに固定子１２の外径方向に働くローレンツ力Ｆｕ，Ｆｖ，Ｆｗが発生する。

Ｓ１０及びＳ１２の工程において、Ｕ相コイル１４、Ｖ相コイル１６及びＷ相コイル１８はローレンツ力Ｆｕ，Ｆｖ，Ｆｗにより各コイルが固定子１２の外径側に寄った状態、すなわちスロット１２ｃの底部（奥部）に押し付けられた状態で固定させることができ、各コイルが内径側に寄らずに、先端隙ｘと相間隙ｄが確保される。先端隙ｘ、つまり、各コイルと回転子１１との距離を十分に確保し回転子１１側から各コイルを通過する磁束を弱めることで銅渦損失を低減させることができる。また、相間隙ｄを確保することで隣接するコイル間の絶縁性を十分に確保することができる。なお、Ｓ１０及びＳ１２の工程を実行することで、従来技術において、先端隙ｘを確保するために用いられるコイルクランプ等の樹脂部品や、隣接するコイルの間に挟みこんで絶縁性を確保するために用いられる絶縁紙等を使用しなくてもよい。この場合、部品点数の削減、コストの低減をすることができる。

さらに、Ｕ相コイル１４、Ｖ相コイル１６及びＷ相コイル１８にはそれぞれ異なる直流電源１４ｃ，１６ｃ，１８ｃが接続されているため、Ｓ１０の工程において、Ｕ相コイル１４、Ｖ相コイル１６及びＷ相コイル１８の設置状態等に応じ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに対してそれぞれ適切な電流値を設定することができる。

また、Ｓ１２の工程において、ワニスの含浸時に各コイルに通電することで、予め加熱しておいた固定子の温度を高温に保つことができ、これにより、それぞれの処理における熱硬化処理を好適に行うことができる。

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Claims

複数相のコイルをそれぞれ対応するティースに巻回する工程と、
スロット奥方向へのローレンツ力が作用されるような直流電流を前記各コイルに流しつつ、前記各コイルを固定する工程と、
前記各コイルの中性点同士を接合する工程と、
を備えることを特徴とする回転電機の固定子製造方法。
請求項１に記載の回転電機の固定子製造方法において、
前記各直流電流は、前記各コイルに作用する前記各ローレンツ力が均一になるように、それぞれ定められることを特徴とする回転電機の固定子製造方法。