JP2015198564A - ステータの製造方法およびステータ - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストを増大させずに、ステータコイルの抜熱性を高める。【解決手段】内部に冷媒を流入可能な中空構造の中空部材を、コイルを有するステータの回転軸方向における端面に配置し、コイルの回転軸方向におけるコイルエンドを樹脂でモールドする際に、中空部材の両端がモールドされた樹脂の外側に連通するように樹脂モールドを行う。【選択図】図３

Description

本発明は、回転電機のステータの製造方法およびステータに関する。

従来、ステータコイルを樹脂モールドしたモータのステータにおいて、モールド樹脂に熱伝導性の高い粉末ダイヤモンドを混合させることによって、ステータコイルの抜熱性を高めて、モータの出力を高める技術が知られている（特許文献１参照）。

特開２００５−１５１６６７号公報

しかしながら、モールド樹脂に粉末ダイヤモンドを混合させることによって、ステータコイルの抜熱性を高める特許文献１に記載の技術では、材料費が高くなるため、ステータの製造コストが増大する。

本発明は、製造コストの増大を抑制しつつ、ステータコイルの冷却性能を向上する技術を提供することを目的とする。

本発明によるステータの製造方法は、内部に冷媒を流入可能な中空構造の中空部材を、コイルを有するステータの回転軸方向における端面に配置し、コイルの回転軸方向におけるコイルエンドを樹脂でモールドする際に、中空部材の両端がモールドされた樹脂の外側に連通するように樹脂モールドを行う。

本発明によれば、回転軸方向における端面に配置され、モールドされた樹脂の外側に両端が連通している中空部材の内部に冷媒を流すことによって、ステータの製造コストの増大を抑制しつつ、コイルを冷却することができる。

図１は、第１の実施形態における回転電機のステータの製造方法を説明するための図である。 図２は、第１の実施形態におけるステータの金属中空部材の配置場所を示す図である。 図３は、コイルエンドが樹脂モールドされた後のステータを示す図である。 図４は、加熱装置を用いて金属中空部材を加熱しながら樹脂モールドを行う様子を示す図である。 図５（ａ）は、樹脂モールドする前のコイルエンドの状態を示す図であり、図５（ｂ）は樹脂モールド中のコイルエンドの状態を示す図である。 図６は、第２の実施形態におけるステータの金属中空部材の配置場所を示す図である。

＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態における回転電機のステータの製造方法を説明するための図である。回転電機は、例えばモータであって、図示しないロータと、ロータの外周側に配置される、図１に示すステータ１とを備える。ただし、図１では、ステータ１の回転軸方向外側に位置するコイルエンド２を樹脂でモールドする前の状態を示している。このステータ１は、例えば、複数の磁性鋼板を回転軸方向積層して構成される。

ステータ１は、環状のバックヨーク部と、バックヨーク部から内径側に突出する複数のティースとを備える。ティースには、複数の磁性鋼板を束ねるように、コイル（ステータコイルとも呼ぶ）が巻き回されており、ステータ１の回転軸方向外側にコイルエンド２が存在する。なお、図１では、各コイルのコイルエンド２を一体化した形で概略的に示しているが、実際のコイルエンドは、一体化した形とはなっていない。

本実施形態におけるステータでは、ステータ１の回転軸方向における端面に、中空構造の金属中空部材３を配置している。金属中空部材３は、例えば、アルミニウムまたは銅などの金属で形成され、表面にはエポキシ樹脂などでコーティングが施されることによって絶縁被覆されている。図１では、ステータ１の回転軸方向における両端面のうち、一方の端面にだけ金属中空部材３を配置した図を示しているが、両方の端面に金属中空部材３を配置することができる。

ステータ１は、モータケース４に覆われている。モータケース４には、冷却水などの冷媒を流すための冷媒通路５が設けられている。回転電機の使用時に、冷媒通路５に冷媒を流すことにより、コイルの温度を低減させることができる。

図２は、金属中空部材３の配置場所を示す図であり、ステータ１の回転軸方向における端面の一部を示している。上述したように、ステータ１は、バックヨーク部１ａと複数のティース１ｂを備えるが、図２に示すように、金属中空部材３は、ステータ１の回転軸方向における端面のバックヨーク部１ａに、円環状に配置されている。

後述するように、ステータを有する回転電機を使用する際には、金属中空部材３に冷却水等の冷媒を流すことにより、ステータコイル、特にステータコイルのコイルエンドを冷却する。従って、金属中空部材３を、ステータの回転軸方向端面と、ステータコイルのコイルエンド２との間に配置すれば、金属中空部材３とコイルエンド２との距離が近くなるので、より効果的にコイルエンド２の温度を低減させることができる。

ステータコイルは、抜熱性の向上などの理由により、樹脂でモールドされる。金属中空部材３の両端部は、ステータコイルが樹脂モールドされた状態でも、モールド樹脂の外側に連通するように配置されている。図３は、ステータコイルが樹脂３０でモールドされた後のステータを示す図である。金属中空部材３の両端部がモールド樹脂の外側に連通するように配置するのは、後述するように、樹脂モールド時に金属中空部材３の両端を加熱装置と接続するためであり、また、回転電機の使用時に金属中空部材３に冷媒を流すためである。

ステータコイルを樹脂でモールドする際には、金属中空部材３を加熱しながら樹脂モールドを行う。

図４は、加熱装置４１を用いて金属中空部材３を加熱しながら樹脂モールドを行う様子を示す図である。加熱装置４１は、例えば、金属中空部材３に熱を伝達可能なヒーターである。金属中空部材３の両端は、加熱装置４１に接続されている。加熱装置４１によって金属中空部材３を加熱しながら樹脂モールドを行うことにより、特に金属中空部材周辺の樹脂の硬化時間を短縮することができ、ステータの成形時間を短縮することができる。

なお、加熱装置４１は、熱を伝達可能なヒーターに限定されることはなく、例えば、高温油を金属中空部材３の内部で循環させる装置であってもよい。この装置には、金属中空部材３の両端が接続されており、金属中空部材３の一端から高温油を流入させて金属中空部材３の内部を循環させて、他端から流出させる。

図５（ａ）は、樹脂モールドする前のコイルエンドの状態を示し、図５（ｂ）は樹脂モールド中のコイルエンドの状態を示している。図５（ａ）および図５（ｂ）はいずれも、回転軸に沿った方向にステータ１を切断した場合の断面を示している。また、図５（ｂ）に示している矢印は、樹脂の流入方向を表している。

上述したように、金属中空部材３は、絶縁被覆されている。従って、ステータコイルの樹脂モールド時に、充填される樹脂によって押されたコイルエンド２が金属中空部材３と接触しても、コイルと金属中空部材３との間の絶縁を確保することができる。また、金属中空部材３が設けられていない構成では、ステータコイルの樹脂モールド時に、コイルエンド２の変形量が大きくなる可能性があるが、金属中空部材３を設ける本実施形態の構成によれば、コイルエンド２が金属中空部材３に接触することによって、コイルエンド２の変形を抑制することができる。また、コイルエンド２が金属中空部材３に接触することによって、ステータコイルの抜熱性をさらに向上させることができる。

ステータ１の成形後、このステータ１を有する回転電機を使用する際には、金属中空部材３に冷却水等の冷媒を流すことにより、ステータコイルを冷却する。これにより、ステータコイル、特にコイルエンド２の温度を低減させることができるので、コイルに流す電流を増加させることができ、回転電機の出力を増大させることができる。

以上、第１の実施形態におけるステータの製造方法によれば、内部に冷媒を流入可能な中空構造の金属中空部材３を、コイルを有するステータの回転軸方向における端面に配置し、コイルの回転軸方向におけるコイルエンド２を樹脂でモールドする際に、金属中空部材３の両端がモールドされた樹脂の外側に連通するように樹脂モールドを行う。これにより、ステータ１を有する回転電機を使用する際に、金属中空部材３に冷却水等の冷媒を流すことにより、ステータコイルを冷却することができるので、ステータコイル、特にコイルエンド２の温度を低減させることができる。また、金属中空部材３に冷媒を流すことによって、コイルエンド２の温度を低減させることができるので、抜熱性向上のためにコイルエンド２をモールドする樹脂の量を低減することができ、また、モールド樹脂量の低減により、樹脂モールド時の樹脂の硬化時間を短縮することができる。

コイルエンド２の抜熱性を向上させるために、モータケース４に設けられた冷媒通路５とコイル（コイルエンド）との間の距離を短くすることが考えられるが、両者の距離を短くし過ぎると、樹脂モールド時に樹脂に押されたコイルが冷媒通路５またはモータケース４に干渉して、コイルの絶縁不良が生じる可能性がある。しかしながら、本実施形態におけるステータの製造方法によれば、金属中空部材３に冷媒を流すことによって、コイルエンド２の温度を低減させることができるので、コイルエンド２の温度低減のために、モータケース４に設けられた冷媒通路５とコイル（コイルエンド）との間の距離を短くし過ぎる必要はない。

また、コイルエンド２の樹脂モールドは、金属中空部材３を加熱しながら行うので、特に金属中空部材周辺の樹脂の硬化時間を短縮することができ、ステータの成形時間を短縮することができる。

また、内部に冷媒を流入可能な中空部材として、絶縁被覆された金属部材を用いるので、樹脂モールド時にコイルエンド２が金属中空部材３と接触しても、コイルと金属中空部材３との間の絶縁を確保することができる。また、コイルエンド２が金属中空部材３に接触することによって、コイルエンド２の変形を抑制することができ、また、ステータコイルの抜熱性をさらに向上させることができる。

＜第２の実施形態＞
第１の実施形態におけるステータでは、金属中空部材３は、ステータの回転軸方向における端面のバックヨーク部に、円環状に配置されていた（図２参照）。第２の実施形態におけるステータでは、ステータの回転軸方向における端面のバックヨーク部だけではなく、ティース部にも金属中空部材を配置する。

図６は、第２の実施形態におけるステータにおける金属中空部材の配置場所を示す図であり、ステータ１の回転軸方向における端面の一部を示している。図６に示すように、金属中空部材３は、ステータ１の回転軸方向における端面のバックヨーク部１ａに円環状に配置されるとともに、バックヨーク部１ａから内径側に突出する複数のティース部１ｂに沿って配置されている。円環状に配置された金属中空部材と、ティース部１ｂに沿って配置されている金属中空部材とは接続されている。

金属中空部材３をバックヨーク部１ａだけでなく、ティース部１ｂにも配置することにより、ティース部１ｂに巻き回されているステータコイルのコイルエンド２と金属中空部材３との距離がさらに近くなる。これにより、金属中空部材３に冷却水等の冷媒を流すことにより、ステータコイルを冷却する際に、バックヨーク部１ａだけに金属中空部材３を設けた構成と比べて、コイルエンド２の温度をより低減させることができる。従って、コイルに流す電流をさらに増加させることができ、回転電機の出力をさらに増大させることができる。

以上、第２の実施形態におけるステータの製造方法によれば、金属中空部材３を、ステータ１の回転軸方向における端面であって、ステータ１を構成するバックヨーク部１ａとティース部１ｂに配置する。これにより、ティース部１ｂに巻き回されているステータコイルのコイルエンド２と金属中空部材３との距離がさらに近くなるので、金属中空部材３に冷却水等の冷媒を流すことによってステータコイルを冷却する際に、コイルエンド２の温度をより低減させることができる。

本発明は、上述した実施形態に限定されることはない。例えば、コイルエンド２の樹脂モールドは、回転軸方向の両外側に存在するコイルエンドのうち、片方にのみ行うようにしてもよい。この場合、樹脂モールドを行うコイルエンド側にのみ、金属中空部材３を配置するようにしてもよい。

１…ステータ
２…コイルエンド
３…金属中空部材
４…モータケース
４１…加熱装置

Claims (7)

1. 内部に冷媒を流入可能な中空構造の中空部材を、コイルを有するステータの回転軸方向における端面に配置し、
   前記コイルの回転軸方向におけるコイルエンドを樹脂でモールドする際に、前記中空部材の両端がモールドされた樹脂の外側に連通するように樹脂モールドを行う、
   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、
   前記コイルエンドの樹脂モールドは、前記中空部材を加熱しながら行う、
   ことを特徴とするステータの製造方法。
3. 請求項１または請求項２に記載のステータの製造方法において、
   前記中空部材を、前記ステータの回転軸方向における端面であって、前記ステータを構成するバックヨーク部とティース部に配置する、
   ことを特徴とするステータの製造方法。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のステータの製造方法において、
   前記中空部材は、絶縁被覆された金属部材である、
   ことを特徴とするステータの製造方法。
5. コイルを有するステータの回転軸方向における端面に、内部に冷媒を流入可能な中空構造の中空部材を配置し、前記中空部材の両端がモールドされた樹脂の外側に連通するように、前記コイルの回転軸方向におけるコイルエンドを樹脂でモールドしたことを特徴とするステータ。
6. 請求項５に記載のステータにおいて、
   前記中空部材は、前記ステータの回転軸方向における端面であって、前記ステータを構成するバックヨーク部とティース部に配置されている、
   ことを特徴とするステータ。
7. 請求項５または請求項６に記載のステータにおいて、
   前記中空部材は、絶縁被覆された金属部材である、
   ことを特徴とするステータ。

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