JP2013094011A - 電動機及び電動機の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】封止剤注入側のコイルエンドのステータ内周側への傾きを防止して、封止剤による封止効果を堅持する。
【解決手段】ステータコア２８にステータコイル２９が巻装されてステータ２３が構成され、このステータ２３全体または両側コイルエンド２９ａ，２９ｂを含むステータ一部が、一方のコイルエンド２９ａ側から注入される封止剤３０で覆われる電動機において、封止剤３０が注入される側のコイルエンド２９ａのステータ内周側の面２９ａ１をステータ外周側に傾斜させ、封止剤３０の層厚を十分に確保するように構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は両側コイルエンドを含むステータ全体またはステータ一部が封止剤でモールドされる電動機及びその製造方法に関するものである。
電動機は、図６に示すように電動機シャフト１を中心として回転するロータ２と、このロータ２の外周に配置されたステータ３がケーシング４に収容され、このケーシング４の軸方向の一端にカバー５が装着されて構成される。
ここでは、ショベルの旋回電動機のように電動機シャフト１が鉛直となる縦置き姿勢で設置される電動機を例にとっている。
以下、これを前提として、図６〜図８に示す従来技術、及び後述する本発明の実施形態において、この電動機の軸方向を上下方向として説明する。また、図の上側、下側をそのまま電動機の「上部(または上側)」、「下部(または下側)」として表記する。
また、この明細書において「電動機」とは、電動機と同一原理の発電機及び発電電動機を含むものとする。
カバー５は、ケーシング４の上端面に図示しないボルトによって取付けられ、電動機シャフト１の上部がこのカバー５に、下部がケーシング４の下部にそれぞれ軸受６，７を介して回転自在に支持される。
ステータ３は、電磁鋼板を積層して成るステータコア８と、このステータコア８に上下方向(電動機シャフトの軸方向。以下、電動機軸方向という場合がある)に巻装されたステータコイル９とによって構成される。
ステータコイル９は、上下両側の折り返し部分である両側コイルエンド９ａ，９ｂがステータコア８の軸方向両端面から電動機軸方向に真っ直ぐに突出する状態で巻装され、ステータ全体または両側コイルエンド９ａ，９ｂを含むステータ一部が、上側コイルエンド９ａ側から注入・充填される封止剤(通常は電気絶縁性と伝熱性を備えた不飽和ポリエステル等の合成樹脂)１０で覆われる(特許文献１参照)。
図７，８はこの封止剤１０(溶融状態の封止材料)を注入する封止工程を示し、コイル巻装工程の後、ステータ３をケーシング４に入れ、このケーシング４を受け型(下型)として上から注入型１１を被せる。
注入型１１は複数の注入口１２を備え、この注入口１２から上側コイルエンド９ａの上面に向けて封止材料を注入する。
この場合、封止材料は、ステータコイル間等、封止が必要な部分に確実に浸透するように一定の圧力をかけて注入される。
特開２００２−１２５３３７号公報
上記のように封止工程において、封止材料が一定の圧力をもって上側コイルエンド９ａの上面に向けて注入されるため、注入前は図８中の二点鎖線で示すように電動機軸方向に真っ直ぐであったコイルエンド９ａが、注入圧力によって変形し、直径方向に傾く場合がある。
ここで、コイルエンド９ａは、元々、図６に示すようにステータ内周側に近い位置に巻装され、封止剤１０の層厚がステータ外周側よりも薄いため、図８実線で示すようにコイルエンド９ａがステータ内周側に傾いた状態で封止材料が硬化する(封止剤１０となる)と、この傾いた部分での封止剤１０の厚みが益々薄くなる。あるいは、コイルエンド９ａの先端部分が封止剤１０の内周側の表面に露出したりはみ出したりする場合もある。
こうなると、層厚の薄い、あるいはコイルエンド９ａが表面に露出またははみ出した部分で封止剤１０の割れや剥離が発生するおそれがあった。
そこで本発明は、封止剤注入側のコイルエンドのステータ内周側への傾きを確実に防止して、封止剤による封止効果を堅持することができる電動機及びその製造方法を提供するものである。
上記課題を解決する手段として、本発明(請求項１〜４の電動機)においては、電動機シャフトを中心として回転するロータと、このロータの外周に配置されたステータがケーシング内に収容され、上記ステータは、ステータコアにステータコイルを、その両端の折り返し部分である両側コイルエンドが上記ステータコアの軸方向両端面から突出する状態で巻装して構成され、上記ステータ全体または上記両側コイルエンドを含むステータ一部が、一方の上記コイルエンド側から注入される封止剤で覆われる電動機において、上記封止剤が注入される側の上記コイルエンドの少なくともステータ内周側の面をステータ外周側に傾斜させたものである。
また、本発明の電動機の製造方法(請求項５)においては、電動機シャフトを中心として回転するロータと、このロータの外周に配置されたステータがケーシング内に収容され、上記ステータは、ステータコアにステータコイルを、その両端の折り返し部分である両側コイルエンドが上記ステータコアの軸方向両端面から突出する状態で巻装して構成され、上記ステータ全体または上記両側コイルエンドを含むステータ一部が、一方の上記コイルエンド側から注入される封止剤で覆われる電動機の製造方法において、上記ステータコアに上記ステータコイルを巻装するコイル巻き工程の後、上記封止剤が注入される側の上記コイルエンドのステータ外周側の面を規制治具によってステータ外周側から位置規制した状態で、内周側の面を、先すぼまりのテーパ面を備えた型付け治具で型付けすることによって上記内周側の面をステータ外周側に傾斜させ、この状態で上記封止剤を注入するものである。
ここで、請求項１〜５の電動機において、封止剤注入側のコイルエンドのステータ内周側の面(以下、内側面という)について「ステータ外周側に傾斜させる」とは、封止工程前に傾斜させ、封止材料の注入中及び注入後にこの傾斜が維持されることを意味する。
すなわち、予めステータ外周側に傾斜させておけば、封止剤の注入圧力がかかっても、上記傾斜によって圧力がコイルエンドに外向きの力として作用するため、内側面の傾斜角度が増加することはあっても内向きに傾くことはなく、注入前後で傾きが維持されるものである。
この電動機及びその製造方法によれば、封止剤注入側のコイルエンドの内側面がステータ内周側に傾いて封止剤の表面から露出したりはみ出したり、また封止剤の層厚が薄くなったりするおそれがない。
従って、封止剤硬化後の割れや剥離を確実に防止することができる。
本発明において、上記封止剤が注入される側の上記コイルエンドのステータ内周側の面のみをステータ外周側に傾斜させてもよいし(請求項２)、上記封止剤が注入される側の上記コイルエンドの内周側の面を含めたコイルエンド全体をステータ外周側に傾斜させてもよい(請求項３)。
この場合、コイルエンド内側面のみを傾斜させる構成をとれば、コイルエンド全体をステータ外周側に傾斜させる場合と比較して、傾斜のための加工が容易となる。
また本発明においては、上記注入側の封止剤の内周に、上記コイルエンドの内周側の面と同方向に、かつ、コイルエンド内周側の面よりも小角度で傾斜するテーパ状の型抜き面を設けるのが望ましい(請求項４)。
この構成によれば、封止剤注入後、注入型を容易に抜くことができる。すなわち、型抜きの容易性を確保しながら、封止剤の層厚を十分確保して割れ、剥離を確実に防止することができる。
本発明によると、封止剤注入側のコイルエンドのステータ内周側への傾きを確実に防止して、封止剤による封止効果を堅持することができる。
本発明の実施形態に係る電動機の断面図である。 図１のＡ部の拡大図である。 実施形態に係る電動機におけるコイルエンドの内側面を外向きに傾斜させるための型付け工程を示す断面図である。 同、封止工程を示す断面図である。 本発明の他の実施形態に係る電動機の断面図である。 従来の電動機の断面図である。 従来の電動機の封止工程を示す断面図である。 封止工程によってコイルエンドが傾いた状態を示す図７のＢ部の拡大図である。
本発明の実施形態を図１〜図５によって説明する。
実施形態は、背景技術の説明に合わせて、ショベルの旋回電動機のように電動機シャフトが鉛直となる縦置き姿勢で設置される電動機を適用対象としている。
実施形態に係る電動機において、次の点は図６〜図８に示す従来技術と同じである。
(ｉ) 電動機シャフト２１を中心として回転するロータ２２と、このロータ２２の外周に配置されたステータ２３がケーシング２４に収容され、このケーシング２４の軸方向の一端にカバー２５が装着されて構成される点。
(ｉｉ) カバー２５は、ケーシング２４の上端面に図示しないボルトによって取付けられ、電動機シャフト２１の上部がこのカバー２５に、下部がケーシング２４の下部にそれぞれ軸受２６，２７を介して回転自在に支持される点。
(ｉｉｉ) ステータ２３は、電磁鋼板を積層して成るステータコア２８と、このステータコア２８に上下方向に巻装されたステータコイル２９とによって構成される点。
(ｉｖ) ステータコイル２９は、上下両側の折り返し部分である両側コイルエンド２９ａ，２９ｂがステータコア２８の軸方向両端面から電動機軸方向に突出する状態で巻装され、ステータ全体または両側コイルエンド２９ａ，２９ｂを含むステータ一部が、上側コイルエンド２９ａ側から注入・充填される封止剤(通常は電気絶縁性と伝熱性を備えた不飽和ポリエステル等の合成樹脂)３０で覆われる点。
実施形態においては、図１，２に示すように、封止剤３０が注入される上側コイルエンド２９ａのステータ内周側の面(内側面)２９ａ１がステータ外周側に傾斜する傾斜面として形成されている。
図１，２中、２９ａ２はコイルエンド外側面、図２中のαは、鉛直線に対する上側コイルエンド内側面２９ａ１の傾斜角度である。
なお、下側コイルエンド２９ｂは、従来同様、内外両側面とも鉛直面として形成されている。
図３は、ステータコイル２９をステータコア２８に巻装した後、上側コイルエンド内側面２９ａ１を傾斜面として成形するための型付け工程を示す。
ステータコイル２９は、巻装直後は空気が内包されて柔軟な状態にあるため、外力を加えれば任意に変形する。
そこでコイル巻装後、封止剤注入側である上側のコイルエンド２９ａの外側面２９ａ２を規制治具３１によってステータ外周側から位置規制した状態で、先すぼまりのテーパ面３２ａを備えた型付け治具３２をコイルエンド内側に押し込むことにより、内側面２９ａ１をテーパ面３２ａに沿って外向きに押圧する。
これにより、コイルエンド外側面２９ａ２はコイル巻装直後のほぼ鉛直な状態に保たれたまま、内側面２９ａ１のみがステータ外周側に傾斜した状態となる。
この型付け工程後、図４に示す封止工程に移る。
この封止工程では、従来技術と同様にステータ２３をケーシング２４に入れ、このケーシング２４を受け型(下型)として上から注入型３３を被せる。
注入型３３は、上側コイルエンド２９ａの内側面２９ａ１に対向する外周部分に下すぼまりのテーパ面３３ａを有するとともに、複数の注入口３４を備え、この注入口３４から上側コイルエンド２９ａの上面に向けて封止剤３０を一定の圧力をかけながら注入する。
この場合、コイルエンド内側面２９ａ１が外向きに傾斜しているため、注入圧力がかかっても、上記傾斜によって圧力がコイルエンド２９ａに外向きの力として作用するため、傾斜角度αが増加することはあってもコイルエンド内側面２９ａ１が内向きに傾くことはない。
すなわち、コイルエンド内側面２９ａ１は、封止工程後も外向きの傾斜面として維持される。
この後、封止剤３０を硬化させて注入型３３を抜き取ることにより、図１に示すように少なくとも両側コイルエンド２９ａ，２９ｂが封止剤３０で覆われたステータ２３が構成され、封止剤３０によってコイルエンド２９ａ，２９ｂが保護されるとともに、コイル熱がケーシング２４に伝えられる。
また、注入型３３のテーパ面３３ａにより、硬化後の封止剤３０の上側内周に、上側コイルエンド内側面２９ａ１と同方向に傾斜する上広がりのテーパ状の型抜き面３０ａが形成され、この型抜き面３０ａにより、封止剤注入後、注入型３３を容易に抜くことができる。
ここで、図２に示すように、この型抜き面３０ａの傾斜角度βは、コイルエンド内側面２９ａ１の傾斜角度αよりも小さい角度(α＞β)に設定されている。
この後、ステータ内周にロータ２２が組み込まれ、かつ、カバー２５、電動機シャフト２１が装着されて電動機の組立が完了する。
この電動機によると、封止剤注入側である上側コイルエンド２９ａの内側面２９ａ１をステータ外周側に傾斜させているため、コイルエンド２９ａが封止剤３０の表面から露出したりはみ出したり、また封止剤３０の層厚が薄くなったりするおそれがない。
従って、封止剤硬化後の割れや剥離を確実に防止することができる。
この場合、コイルエンド内側面２９ａ１のみを傾斜させるため、コイルエンド全体をステータ外周側に傾斜させる場合と比較して、傾斜のための加工が容易となる。
また、封止剤３０の上側内周に、コイルエンド内側面２９ａ１と同方向に、かつ、内側面２９ａ１よりも小角度βで傾斜するテーパ状の型抜き面３０ａを設けているため、封止剤注入後、注入型３３を容易に抜くことができる。
すなわち、型抜きの容易性を確保しながら、封止剤３０の層厚を十分確保して割れ、剥離を確実に防止することができる。
他の実施形態
(１) 上記実施形態では、封止剤３０の上側内周にテーパ状の型抜き面３０ａを設けたが、図５に示すようにこの型抜き面３０ａを設けずに、封止剤上側内周を外周と同じ鉛直面(電動機シャフト２１に対して平行な面)に形成してもよい。
この場合でも、封止剤硬化後、一定の圧力をかければ注入型３３を抜き取ることが可能である。
また、上側内周面を鉛直面とすれば、上側コイルエンド内側面２９ａ１部分の封止剤３０の層厚をより大きくとることができる。
(２) 上記実施形態では上側コイルエンド２９ａの内側面２９ａ１のみを外向きに傾斜させたが、上側コイルエンド２９ａ全体を外向きに傾斜させてもよい。
この場合、図３中の規制治具３１を、コイルエンド２９ａから外周側に離間して設置し、型付け治具３２による内周側からの圧力によりコイルエンド２９ａ全体を外向きに傾斜変形させる加工法をとることができる。
なお、このときのコイルエンド全体の傾斜角度は、コイルエンド２９ａに応力集中が起こったり磁界の乱れが生じたりするおそれのない範囲とするのが望ましい。
(３) 本発明は、縦置き配置される電動機に限らず、横置き配置される電動機にも、また前記のように同一原理の発電機及び発電電動機にも上記同様に適用することができる。
２１ 電動機シャフト
２２ ロータ
２３ ステータ
２４ ケーシング
２５ カバー
２８ ステータコア
２９ ステータコイル
２９ａ 封止剤注入側のコイルエンド
２９ａ１ コイルエンド内側面
α コイルエンド内側面の傾斜角度
２９ａ２ コイルエンド外側面
２９ｂ 反対側のコイルエンド
３０ 封止剤
３０ａ 成形勾配
β 成形勾配の角度
３１ 規制治具
３２ 型付け治具
３２ａ 型付け治具のテーパ面
３３ 注入型
３３ａ 型抜き面
３４ 注入口

Claims (5)

  1. 電動機シャフトを中心として回転するロータと、このロータの外周に配置されたステータがケーシング内に収容され、上記ステータは、ステータコアにステータコイルを、その両端の折り返し部分である両側コイルエンドが上記ステータコアの軸方向両端面から突出する状態で巻装して構成され、上記ステータ全体または上記両側コイルエンドを含むステータ一部が、一方の上記コイルエンド側から注入される封止剤で覆われる電動機において、上記封止剤が注入される側の上記コイルエンドの少なくともステータ内周側の面をステータ外周側に傾斜させたことを特徴とする電動機。
  2. 上記封止剤が注入される側の上記コイルエンドのステータ内周側の面のみをステータ外周側に傾斜させたことを特徴とする請求項１記載の電動機。
  3. 上記封止剤が注入される側の上記コイルエンドの内周側の面を含めたコイルエンド全体をステータ外周側に傾斜させたことを特徴とする請求項１記載の電動機。
  4. 上記注入側の封止剤の内周に、上記コイルエンドの内周側の面と同方向に、かつ、コイルエンド内周側の面よりも小角度で傾斜するテーパ状の型抜き面を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動機。
  5. 電動機シャフトを中心として回転するロータと、このロータの外周に配置されたステータがケーシング内に収容され、上記ステータは、ステータコアにステータコイルを、その両端の折り返し部分である両側コイルエンドが上記ステータコアの軸方向両端面から突出する状態で巻装して構成され、上記ステータ全体または上記両側コイルエンドを含むステータ一部が、一方の上記コイルエンド側から注入される封止剤で覆われる電動機の製造方法において、上記ステータコアに上記ステータコイルを巻装するコイル巻き工程の後、上記封止剤が注入される側の上記コイルエンドのステータ外周側の面を規制治具によってステータ外周側から位置規制した状態で、内周側の面を、先すぼまりのテーパ面を備えた型付け治具で型付けすることによって、少なくとも上記内周側の面をステータ外周側に傾斜させ、この状態で上記封止剤を注入することを特徴とする電動機の製造方法。
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