JP2016127629A - 回転電機用ステータ、および、その製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】セグメント導体により構成されるステータコイルの接合端部を覆って設けられる絶縁層を1度の絶縁材料付着工程で十分な絶縁性を確保できる程度に形成する。【解決手段】回転電機用ステータは、スロットを有するステータコアと、スロットに挿入配置された複数のセグメント導体の端部が接合されてステータコアに巻装されたステータコイルと、複数のセグメント導体の端部における接合部を含む端部の周囲に設けられる絶縁層54とを備える。セグメント導体は電気的な導体44と該導体44の周囲を被覆する絶縁皮膜46とからなり、セグメント導体の接合される端部38には絶縁皮膜46が除去された導体露出部50が形成されている。絶縁層54は、絶縁皮膜46と導体露出部50との境界に形成される段部48を覆う絶縁部材52の上に付着形成されている。【選択図】図3
Description
本発明は、ステータコアのスロット内に挿入配置されたセグメント導体の端部同士を接合してステータコイルが形成される回転電機用ステータおよびその製造方法に関する。
従来、例えば下記特許文献1には、周方向に複数のスロットを有する円環状の固定子コアと、スロットに挿入配置された複数のセグメント導体の端末部同士が溶接により接続されて固定子コアに巻装された固定子巻線とを備えた回転電機の固定子において、上記端末部の先端にある接合部を粉体樹脂または粘性の高い樹脂により形成された第1絶縁皮膜で覆った後、この第1絶縁皮膜の樹脂よりも粘度の低い樹脂により形成される第2絶縁皮膜で第1絶縁皮膜の表面を覆うことが開示されている。これにより、高いカバーエッジ性の確保とピンホールの抑制の両立を図ることができると記載されている。
また、特許文献2には、ステータのコイルのコイルエンド部が、セグメント導体である被覆導体の接合端部を覆うように粉体エポキシ樹脂を塗布硬化して形成した絶縁層と、絶縁層を覆うように耐冷媒性ワニスを塗布硬化して形成した保護材層とを備えている密閉型電動圧縮機が開示されている。これにより、絶縁層によりコイルエンド部を絶縁固定し、保護材層により絶縁層を冷媒や冷凍機油から隔離保護して絶縁層中の成分溶出を防止することができると記載されている。
上記特許文献1および2に記載されるように、それぞれが絶縁被覆された導体からなる略U字状の複数のセグメント導体をスロット内に挿入配置して導体が露出した端部同士を接続した後、その周囲に粉体樹脂を付着塗布させて絶縁皮膜または絶縁層を形成する場合、セグメント導体の端部の絶縁被覆を除去して形成される導体露出部と絶縁被覆との境界に形成される段部が角張っていることやバリが出ていたりすることから粉体樹脂が付着しにくく、その結果、絶縁皮膜の厚みがその段部の角部に対応する位置で薄くなって絶縁性が確保できないおそれがある。また、このような段部における絶縁性の低下を解消するために、上記特許文献1および2に記載されるように別の樹脂材料を用いて更なる絶縁層を被覆形成する工程を追加すると、ステータの製造工程が煩雑かつコスト高になる。
本発明の目的は、セグメント導体により構成されるステータコイルの接合端部およびその近傍を覆って設けられる絶縁層を1度の絶縁材料付着工程で十分な絶縁性を確保できる程度に形成することができる回転電機用ステータおよびその製造方法を提供することにある。
本発明の一態様である回転電機用ステータは、周方向に複数のスロットを有する円環状のステータコアと、前記スロットに挿入配置された複数のセグメント導体の端部が接合されて前記ステータコアに巻装されたステータコイルと、前記複数のセグメント導体の端部における接合部を含む前記端部の周囲に設けられる絶縁層と、を備える回転電機用ステータであって、前記セグメント導体は電気的な導体と該導体の周囲を被覆する絶縁皮膜とからなり、前記セグメント導体の接合される端部には前記絶縁皮膜が除去された導体露出部が形成されており、前記絶縁層は、前記絶縁皮膜と前記導体露出部との境界に形成される段部を覆う絶縁部材の上に付着形成されているものである。
本発明に係る回転電機用ステータにおいて、前記絶縁部材は前記導体露出部と前記絶縁皮膜の少なくとも一部とを覆うように配置されてもよい。
また、本発明に係る回転電機用ステータにおいて、前記絶縁部材は、熱収縮性または弾性を有するチューブであってもよい。
さらに、本発明に係る回転電機用ステータにおいて、前記ステータコイルは、複数相のコイル部を含むとともに、前記ステータコイルのコイルエンド部から離れた位置で各相コイル部の各一端部を互いに接続する中性線を有し、前記絶縁部材および前記絶縁層が前記各相コイルの端部と前記中性線とを接続する接続部に適用されてもよい。
本発明の別態様である回転電機用ステータの製造方法は、それぞれ略U字状をなす複数のセグメント導体であって各セグメント導体の2本の脚部の端部に絶縁皮膜を除去した導体露出部が形成されている前記セグメント導体の前記脚部をステータコアのスロット内に径方向に並んだ状態に挿入配置する第1ステップと、前記セグメント導体の脚部端部に形成された導体露出部を接合して前記ステータコアに巻装されたステータコイルを形成する第2ステップと、互いに接合された前記セグメント導体の導体露出部と絶縁皮膜との境界に形成される段部を覆うように絶縁性チューブを被嵌装着する第3ステップと、前記複数のセグメント導体の端部における接合部を含む前記端部の周囲に絶縁層を付着形成する第4ステップと、を含む。
本発明に係る回転電機用ステータの製造方法において、前記第3ステップは、前記段部の周囲に前記絶縁性チューブを被嵌する第1サブステップと、前記絶縁性チューブを熱収縮により前記導体露出部および前記絶縁皮膜に密着させる第2サブステップとを含んでもよい。
本発明に係る回転電機用ステータおよびその製造方法によれば、セグメント導体の端部における絶縁皮膜と導体露出部と境界に形成される段部が絶縁部材によって覆われるため、絶縁部材の上に十分な絶縁性を確保できる絶縁層を1度の絶縁材料付着工程で形成することができる。
以下に、本発明に係る実施形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。また、以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて用いることは当初から想定されている。
図1は、本発明の一実施形態である回転電機用ステータ(以下、適宜に「ステータ」とだけいう)10の部分斜視図である。また、図2はステータコイルを構成するセグメント導体30の斜視図である。
図1に示すように、ステータ10は、ステータコア12と、ステータコイル14とを備える。ステータコア12は、例えば、環状に打ち抜き加工された電磁鋼板を多数積層して一体に連結して構成される略円筒状の部材である。
ステータコア12は、円環状に延びるヨーク16と、ヨーク16の内径側に突出するティース18とを有する。ティース18は、周方向に等間隔で多数突設されている。そして、各ティース18間には、スロット20が形成されている。スロット20は、ステータ10の軸方向両端と内周側で開口する溝をなしている。なお、ステータ10の内周側にギャップを介してロータが回転可能に設けられて回転電機が構成されることになる。
ステータコイル14は、ステータコア12のティース18に巻装されている界磁巻線である。本実施形態では、ステータコイル14がステータコア12に分布巻で巻装されている例を示す。具体的には、ステータコイル14は、図2に示すように、それぞれ略U字状をなす複数のセグメント導体30を所定の規則に則ってスロット20内に整列配置し、これらの複数のセグメント導体30の端部を所定の規則に則って電気的に接続することにより構成される。
U字状のセグメント導体30は、例えば、銅線等の電気的導体44(図3参照)と、その周囲を例えばエナメル樹脂等で覆って形成される絶縁皮膜46(図3参照)とを含む導線により構成される。本実施形態では、セグメント導体30は、断面が長方形状等の矩形状をなす角形導線によって形成されている。また、セグメント導体30は、図2に示されるように、山形に折り曲げ形成されたターン部32と、このターン部32の両側から伸びる脚部34とを有する。
U字状のセグメント導体30の2本の脚部34は、図1に示したステータコア12の軸方向一方端側からスロット20内に挿入配置される。そして、ステータコア12の軸方向他方端側においてスロット20から延出した脚部34は所定の規則に則って折り曲げられて、図2示すような斜行部36と端部38とが形成される。なお、図2においてセグメント導体30の脚部34のうち、図2中の上下方向に沿って延びる部分33が、ステータコア12のスロット20内に配置される部分となる。
このように折り曲げ形成されたセグメント導体30の一方の脚部34の端部38は、同じスロット20内で径方向内側に挿入配置されて折り曲げ形成された別のセグメント導体30aの脚部端部38に接合される。また、セグメント導体30の他方の脚部34の端部38は、同じスロット20内で径方向外側に挿入配置されて折り曲げ形成された更に別のセグメント導体30bの脚部端部38に例えば溶接等によって接合される。以下において、セグメント導体30の脚部端部が接合された部分を適宜に接合部40という。
このようにしてセグメント導体30が接続されることで、ステータコイル14が形成される。ステータ10が用いられる回転電機が3相交流同期型回転電機である場合、ステータコイル14はU相、V相、およびW相の各相コイルによって構成される。そして、各相コイルの一端部は、図示しない入力端子部に接続され、各相コイルの他端部は後述する中性線によって互いに接続される。
図1を再び参照すると、本実施形態におけるステータ10では、各スロット20にそれぞれ6本のセグメント導体30の脚部34が挿入されて配列されている例が示されている。そして、各スロット20から延出したセグメント導体30の各脚部34の端部38は、ステータ10の径方向に沿って配列された状態で、溶接等で2本ずつ接続されている。したがって、本実施形態では、3つの接合部40がステータ10の径方向に沿うとともに周方向に間隔をあけて配置されていることになる。ただし、各スロット20に挿入配置されるセグメント導体30の脚部34の数は、ステータ10が用いられる回転電機の仕様などに応じて適宜に変更され得るものである。
ステータコイル14において、各セグメント導体30の脚部34の斜行部36および端部38がステータコア12の軸方向一端側から略円環状に突出したコイルエンド部15を構成している。他方、ステータコイル14を構成する各相コイルの他端部14U,14V,14Wは、図1に示すように、ステータコイル14のコイルエンド部15から離れて位置している。
具体的には、各相コイルの他端部14U,14V,14Wは、コイルエンド部15から径方向外側へ一旦延出してL字状に折り曲げられた形状をなしている。そして、U相コイルの他端部14UとV相コイルの他端部14Vとが第1中性線17によって電気的に接続され、V相コイルの他端部14VとW相コイルの他端部14Wとが第2中性線19によって電気的に接続されている。第1および第2中性線17,19は、セグメント導体30と同様に、絶縁皮膜で被覆され両端部に導体露出部が形成された角形導線で形成されている。各相コイルの他端部14U,14V,14Wと第1および第2中性線17,19の各端部とは、例えば溶接等によって接続されている。このようにして各相コイルの他端部14U,14V,14Wと第1および第2中性線17,19との接続部41は、コイルエンド部15から径方向外側に離れて配置されている。なお、上記接続部41は、本発明におけるセグメント導体の端部における接合部に含まれる。
次に、図3および図4を参照して、セグメント導体30の脚部34の端部についての接合および絶縁被覆について説明する。図3は、(a)〜(e)の順で、セグメント導体30の端部が接合および絶縁被覆される様子を示す図である。
図3(a)に示すように、ステータコア12のスロット20に挿入配置されるセグメント導体30の脚部34の端部38には、絶縁皮膜46が除去されて電気的導体44が露出した導体露出部50が形成されている。これにより、絶縁皮膜46と導体露出部50との境界に、段部48が形成されている。この段部48の幅(すなわち絶縁皮膜46の表面と導体露出部50の表面との間の寸法)は、絶縁皮膜46の厚みのみに対応してもよいし、絶縁皮膜46と導体44の削り取られた部分とによって構成されてもよい。このように形成された段部48は、脚部34の周囲に角張ったエッジを形成している。
上記のような導体露出部50が形成されているセグメント導体30の脚部34がステータコア12のスロット20内にステータコア12の径方向に並んだ状態で挿入配置されて、互いに接続される2本の脚部34の端部38が折り曲げ形成によって図3(a)に示すように揃えられる(第1ステップ)。そして、この状態で各端部38の先端が溶接等によって接合されて、図3(b)に示すように接合部40が形成される(第2ステップ)。これにより、セグメント導体30の端部38が電気的に接続されて、ステータコア12に巻装されたステータコイル14が形成される。
次に、図3(c)に示すように、チューブ形状をなす絶縁部材52を接合部40の側から被嵌して、段部48の周囲に装着する(第3ステップ)。このとき、絶縁部材52は、導体露出部50と絶縁皮膜46とに亘って配置される。絶縁部材52には、例えばフッ素系樹脂等の絶縁材料からなり、かつ、適度な弾性を有するチューブを好適に用いることができる。また、本実施形態の絶縁部材52は、熱収縮性を有する樹脂材料で形成されている。このように絶縁部材52を装着することによって、角張った段部48が曲面状に覆われる。
次に、図3(d)に示すように、チューブ状の絶縁部材52が被嵌装着された2本の端部38を予備加熱して、絶縁部材52を熱収縮させる。これにより、絶縁部材52は、絶縁皮膜46と導体露出部50の境界に位置する段部48の上にも密着した状態になる。
次に、図3(e)に示すように、接合部40、絶縁部材52および絶縁皮膜46の周囲に、絶縁層54を付着形成する(第4ステップ)。この絶縁層54は、例えば、エポキシ樹脂などを主成分とする粉体樹脂を付着させることによって形成される。粉体樹脂には、適量の増粘剤(例えば溶融シリカ等)を混合して用いてもよい。
絶縁層54は、例えば次のようにして形成される。図3(d)に示すように絶縁部材52が各接合部40に装着された状態で、ステータコイル14のコイルエンド部15(図1参照)を例えば電磁加熱装置等を用いて所定温度に加熱する。そして、図5に示すように、コイルエンド部15が下を向くようにステータ10を保持して、収容槽60に収容された粉体樹脂P1にコイルエンド部15を浸漬する。このとき、収容槽60内に乾燥空気を送り込んで粉体樹脂P1を浮遊状態にすることによって、加熱された端部38(接合部40、絶縁部材52、導体露出部50、および絶縁皮膜46)の周囲に粉体樹脂P1を効率良く付着させることができる。これにより、加熱されている接合部40、絶縁部材52、および絶縁皮膜46の上で粉体樹脂P1が溶融および硬化する。その結果、接合部40で互いに接合された2本の端部38の周囲に絶縁層54が付着形成される。
なお、本実施形態では、絶縁層54が粉体樹脂P1によって形成される例について説明したが、これに限定されるものではない。図6に示すように、例えばエポキシ樹脂などを主成分とする高粘度の樹脂材料P2を溶融状態で収容槽60内に収容し、この樹脂材料P2にコイルエンド部15を下向きで浸漬することによって絶縁層54を付着形成してもよい。
図4(a)は本実施形態のステータ10において絶縁層54で被覆されたセグメント導体30の端部38を半割り状態で示す拡大断面図であり、図4(b)は比較例のステータにおいて絶縁層54aで被覆されたセグメント導体の端部を半割り状態で示す拡大断面図である。
図4(b)を参照すると、セグメント導体30の脚部34において接合部40、導体露出部50および絶縁皮膜46を含む端部38の周囲に、絶縁部材52を装着せずに粉体樹脂P1による絶縁層54aを付着形成させる場合、絶縁皮膜46と導体露出部50との境界に形成される段部48のエッジ49は角張っているために粉体樹脂P1が付着しにくい。そのため、エッジ49に対応する箇所で絶縁層54aの厚みが他の部分に比べて薄くなって絶縁性の確保が不十分となることがあった。
これに対し、図4(a)に示すように、本実施形態のステータ10によれば、導体露出部50から絶縁皮膜46に亘って被嵌装着されたチューブ状の絶縁部材52によって、段部48が曲面状に覆い隠された状態で粉体樹脂塗装が行われる。そのため、接合部40、絶縁部材52および絶縁皮膜46の上に粉体樹脂P1がほぼ均一に付着することができ、1度の絶縁材料付着工程で十分な絶縁性を有する絶縁層54を形成することができる。
また、このように絶縁部材52で段部48のエッジ49を覆った状態で絶縁層54を付着形成する形態は、ステータコイル14の各相コイルの端部14U,14V,14Wと第1および第2中性線17,19とを接続する接続部41に適用されるのが特に好ましい。それは、セグメント導体30の端部38および接合部40が群をなして整列配置して構成されるコイルエンド部15では、例えば電磁加熱装置等で加熱した後に粉体樹脂付着工程での温度低下が比較的緩やかであるのに対し、上記接続部41はコイルエンド部15から離れて位置しており、外気に接触しやすいため温度低下が比較的早くなり、段部48のエッジ49に粉体樹脂がより付着しにくくなる傾向にあるからである。
なお、本発明は、上述した実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載された事項およびその均等な範囲内で種々の変更や改良が可能である。
例えば、上記実施形態において段部48を覆い隠すための絶縁部材52がチューブである例について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図7(a)に示すように、例えば接着剤等の絶縁性樹脂材料(絶縁部材)52aを曲面状の表面となるように塗布することによって、段部48を覆ってもよい。また、図7(b)に示すように、段部48の周囲に樹脂製の粘着テープ(絶縁部材)52bを巻き付けて貼ることによって、段部48を曲面状に覆ってもよい。
また、図8に示すように、導体露出部50の側面と段部48の上だけに例えば接着剤等の絶縁性樹脂材料(絶縁部材)52cを塗布し、絶縁性樹脂材料52cの曲面状の表面が導体露出部50(または接合部40)から延びて絶縁皮膜46の表面に面一となるように形成してもよい。つまり、絶縁性樹脂材料52cが段部48に臨む絶縁皮膜46の厚み分だけを覆うように配置されてもよい。このようにして段部48を絶縁性樹脂材料52cで覆ってもエッジ49が解消されるため、上記の実施形態と同様の効果を奏することができる。
さらに、上記実施形態においては、絶縁性チューブ52をセグメント導体30の端部38の周囲に被嵌した後(第1サブステップ)、予備加熱によって絶縁性チューブ52を熱収縮させて導体露出部50および絶縁皮膜46に密着させたが(第2サブステップ)、これに限定されるものではない。絶縁性チューブ52がそれ自身の弾性のみで段部48の周囲に被嵌された状態を保持でき、コイルエンド部15を下に向けても落下しないのであれば、図3(d)を参照して説明した熱収縮工程を省略してもよい。この場合、絶縁性チューブ52は熱収縮性を有していなくてもよい。
10 回転電機用ステータ、12 ステータコア、14 ステータコイル、14U,14V,14W (各相コイルの)他端部または端部、15 コイルエンド部、16 ヨーク、17 第1中性線、18 ティース、19 第2中性線、20 スロット、30,30a,30b セグメント導体、32 ターン部,33 (セグメント導体の脚部の)部分、34 脚部、36 斜行部、38 端部または脚部端部、40 接合部、41 接続部、44 電気的導体または導体、46 絶縁皮膜、48 段部、49 エッジ、50 導体露出部、52 絶縁部材または絶縁性チューブ、52a,52c 絶縁性樹脂材料、52b 粘着テープ、54,54a 絶縁層、60 収容槽、P1 粉体樹脂、P2 樹脂材料。
上記特許文献1および2に記載されるように、それぞれが絶縁被覆された導体からなる略U字状の複数のセグメント導体をスロット内に挿入配置して導体が露出した端部同士を接続した後、その周囲に粉体樹脂を付着塗布させて絶縁皮膜または絶縁層を形成する場合、セグメント導体の端部の絶縁被覆を除去して形成される導体露出部と絶縁被覆との境界に形成される段部が角張っていることやバリが出ていたりすることから粉体樹脂が付着しにくく、その結果、絶縁皮膜の厚みがその段部の角部に対応する位置で薄くなって絶縁性が確保できないおそれがある。
本発明の一態様である回転電機用ステータは、周方向に複数のスロットを有する円環状のステータコアと、前記スロットに挿入配置された複数のセグメント導体の端部が接合されて前記ステータコアに巻装されたステータコイルと、前記複数のセグメント導体の端部における接合部を含む前記端部の周囲に設けられる絶縁層と、を備える回転電機用ステータであって、前記セグメント導体は電気的な導体と該導体の周囲を被覆する絶縁皮膜とからなり、前記セグメント導体の接合される端部には前記絶縁皮膜が除去された導体露出部が形成されており、前記絶縁層は、前記絶縁皮膜と前記導体露出部とにわたってセグメント導体の外周に設置される絶縁部材の上に付着形成されているものである。
本発明に係る回転電機用ステータにおいて、前記絶縁部材は前記導体露出部と前記絶縁皮膜の一部を覆う、両端が開口した部材であってもよい。
Claims (6)
- 周方向に複数のスロットを有する円環状のステータコアと、
前記スロットに挿入配置された複数のセグメント導体の端部が接合されて前記ステータコアに巻装されたステータコイルと、
前記複数のセグメント導体の端部における接合部を含む前記端部の周囲に設けられる絶縁層と、を備える回転電機用ステータであって、
前記セグメント導体は電気的な導体と該導体の周囲を被覆する絶縁皮膜とからなり、前記セグメント導体の接合される端部には前記絶縁皮膜が除去された導体露出部が形成されており、前記絶縁層は、前記絶縁皮膜と前記導体露出部との境界に形成される段部を覆う絶縁部材の上に付着形成されている、
回転電機用ステータ。 - 請求項1に記載の回転電機用ステータにおいて、
前記絶縁部材は前記導体露出部と前記絶縁皮膜の少なくとも一部とを覆うように配置されている、回転電機用ステータ。 - 請求項1または2に記載の回転電機用ステータにおいて、
前記絶縁部材は、熱収縮性または弾性を有するチューブである、回転電機用ステータ。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載の回転電機用ステータにおいて、
前記ステータコイルは、複数相のコイル部を含むとともに、前記ステータコイルのコイルエンド部から離れた位置で各相コイル部の各一端部を互いに接続する中性線を有し、前記絶縁部材および前記絶縁層が前記各相コイルの端部と前記中性線とを接続する接続部に適用される、回転電機用ステータ。 - それぞれ略U字状をなす複数のセグメント導体であって各セグメント導体の2本の脚部の端部に絶縁皮膜を除去した導体露出部が形成されている前記セグメント導体の前記脚部をステータコアのスロット内に径方向に並んだ状態に挿入配置する第1ステップと、
前記セグメント導体の脚部端部に形成された導体露出部を接合して前記ステータコアに巻装されたステータコイルを形成する第2ステップと、
互いに接合された前記セグメント導体の導体露出部と絶縁皮膜との境界に形成される段部を覆うように絶縁性チューブを被嵌装着する第3ステップと、
前記複数のセグメント導体の端部における接合部を含む前記端部の周囲に絶縁層を付着形成する第4ステップと、
を含む、回転電機用ステータの製造方法。 - 請求項5に記載の回転電機用ステータの製造方法において、
前記第3ステップは、前記段部の周囲に前記絶縁性チューブを被嵌する第1サブステップと、前記絶縁性チューブを熱収縮により前記導体露出部および前記絶縁皮膜に密着させる第2サブステップと、を含む、回転電機用ステータの製造方法。
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