JP2017028821A - ステータの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ステータをより小型化できるステータの製造方法を提供する。
【解決手段】ステータコアと、前記ステータコアのティース１８にインサータ巻されたステータコイルと、を備えるステータの製造方法であって、前記ステータコアのヨーク２０に絶縁材料からなる環状の支持部材１６を設置し、前記インサータ巻されてスロットに挿入されたステータコイルのコイルエンド部２８を前記支持部材に向かって倒すように成型する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ステータコアと、前記ステータコアのティースにインサータ巻されたステータコイルと、を備えるステータの製造方法に関する。

周知の通り、回転電機のステータは、ステータコアのティースに、ステータコイルを巻回して構成される。こうしたステータコイルの巻回方式の一つとして、インサータ巻というものがある。インサータ巻では、ステータコイルを予め巻回しておき、この巻回されたステータコイルを、ステータコアのスロットに挿入（インサート）する。ステータコイルのコイルエンド部は、スロットにインサートされた後に、成型加工され、その高さが抑えられる。例えば、特許文献１，２には、ステータコイルをインサータ巻したステータが開示されている。

特開２００６−２１７６７９号公報 特開２００６−２８０１５７号公報

しかしながら、従来の技術では、ステータコアのヨークと、コイルエンド部との間に、特段の絶縁物が設けられていなかった。そのため、コイルエンド部を成型する際には、ヨークとの間に十分な空間絶縁距離を確保しなければならず、コイルエンド部に十分に圧力をかけることができなかった。結果として、従来の技術では、コイルエンド部、ひいては、ステータを十分に小型化できなかった。

そこで、本発明では、ステータをより小型化できるステータの製造方法を提供することを目的とする。

本発明のステータの製造方法は、ステータコアと、前記ステータコアのティースにインサータ巻されたステータコイルと、を備えるステータの製造方法であって、前記ステータコアのヨークに絶縁材料からなる環状の支持部材を設置し、前記インサータ巻されてスロットに挿入されたステータコイルのコイルエンド部を前記支持部材に向かって倒すように成型する、ことを特徴とする。

本発明によれば、コイルエンド部を環状の支持部材に向かって倒すように成型しているため、コイルエンド部とヨークとの絶縁を確保しつつも、コイルエンド部の高さを抑えることができ、ひいては、ステータをより小型化できる。

本発明の実施形態にかかるステータの構成を示す図である。 図１におけるＸ−Ｘ断面図である。 ステータの製造工程を示すフローチャートである。 ステータの製造過程を示す図である。 ステータの製造過程を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係るステータ１０の構成を示す図である。また、図２は、図１におけるＸ−Ｘ線での概略断面図である。

回転電機のステータ１０は、ステータコア１２と、ステータコイル１４と、環状支持部材１６と、を備えている。ステータコア１２は、円環状のヨーク２０と、当該ヨーク２０の内周側に突き出す複数のティース１８と、に大別される。ステータコア１２は、軸方向に積層された複数の電磁鋼板（例えばケイ素鋼板）から構成されている。複数のティース１８は、所定間隔で、周方向に並んでおり、ティース１８とティース１８との間には、ステータコイル１４が挿入されるスロット２２が形成されている。なお、本実施形態では、一つのステータコア１２に４８個のティース１８を設けているが、このティース１８の個数は、適宜、変更されてもよい。

ステータコイル１４は、三相のコイル、すなわち、Ｕ相コイル２４Ｕ、Ｖ相コイル２４Ｖ、Ｗ相コイル２４Ｗを有する（以下、相を区別しない場合は、符号の添字Ｕ，Ｖ，Ｗを省略する。他部材も同じ。）。各相のコイル２４の一端は、入力端子（図示せず）に接続されており、他端は、中性点（図示せず）において他相のコイルに結線されている。各相のコイル２４は、複数の単位コイル２５を直列接続することで構成されている。また、各単位コイル２５は、一つの巻線を複数のスロット２２を跨るように巻回して構成されており、スロット２２に挿入される一対の直線部２６と、一対の直線部２６を連結するべくスロット２２間を横断するコイルエンド部２８と、を有する。

単位コイル２５は、各相ごとにずらして配置されている。例えば、Ｖ相の単位コイル２５Ｖは、Ｕ相の単位コイル２５Ｕと比べて、２スロット分だけ、ずれて配置され、Ｗ相の単位コイル２５Ｗは、Ｖ相の単位コイル２５Ｖと比べて、２スロット分だけ、ずれて配置されている。こうしたステータコイル１４は、インサータ巻と呼ばれる巻回方法で巻回される。インサータ巻では、予め巻回成形されたコイルを、インサータと呼ばれる機器を用いて、スロット２２に挿入する。本実施形態では、後に詳説するように、Ｕ相コイル２４Ｕ、Ｖ相コイル２４Ｖ、Ｗ相コイル２４Ｗの順に、スロット２２にインサートしており、三相のコイル２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗは、径方向外側から径方向内側に向かって、この順番で並ぶ。なお、図１では、各相コイル２４の巻回位置を説明するために、各相コイル２４の径方向幅を小さく描いているが、実際には、図２に示すように、各相コイル２４の径方向幅は、大きく、その径方向範囲は、互いに重複している。

ステータコア１２のヨーク２０の軸方向端面（ヨークエンド）には、環状支持部材１６が固着されている。環状支持部材１６は、樹脂等の絶縁性材料からなる環状部材で、その外径は、ヨーク２０の外径より小さく、その内径は、ヨーク２０の内径より大きい。環状支持部材１６は、当該環状支持部材１６に向かって倒されたコイルエンドを支持する。換言すれば、環状支持部材１６は、ヨーク２０と、コイルエンドとの間に介在し、両者を絶縁する。

次に、こうしたステータ１０の製造方法について説明する。図３〜図５を参照して説明する。図３は、ステータ１０の製造工程を示すフローチャートである。また、図４、図５は、製造過程を示すイメージ図である。ステータ１０を製造する際には、まず、巻線を、公知の巻線機の巻枠に巻き付けて略長円形状に成形し、各相コイル２４を成形する（Ｓ１０）。また、ステータコア１２に、環状支持部材１６や絶縁紙（図示せず）をセットしておく（Ｓ１２，Ｓ１４）。環状支持部材１６は、既述した通り、ステータコア１２のうち、ヨーク２０の軸方向両端（ヨークエンド）に固着される。絶縁紙は、絶縁性材料からなるシート材で、ステータコイル１４の直線部２６とステータコア１２とを絶縁する。この絶縁紙は、スロット２２内に挿入される。

この状態になれば、インサータを用いてＵ相コイル２４Ｕを、スロット２２に挿入する（Ｓ１６）。この挿入の際には、Ｕ相コイル２４Ｕの直線部２６Ｕを対応するスロット２２に、ステータコア１２の下方から挿入する。ただし、上側のコイルエンド部２８Ｕおよび直線部２６Ｕの径方向位置が同じ場合、直線部２６Ｕがスロット２２に挿入される前に、コイルエンド部２８Ｕがティース１８と干渉してしまう。そこで、Ｕ相コイル２４Ｕをスロット２２に挿入する際には、まず、図４に示すように、上側のコイルエンド部２８Ｕだけを径方向内側に引っ張って、径方向内側に倒れたような状態とする。この状態で、一対の直線部２６Ｕを、対応するスロット２２内に下方から挿し込む。そして、下側のコイルエンド部２８Ｕが、所定の高さ位置に到達するまで、Ｕ相コイル２４Ｕを上方へと移動させる。

下側のコイルエンド部２８Ｕが、所定の高さ位置に到達すれば、図５に示すように、径方向内側に引っ張られて倒れている上側のコイルエンド部２８Ｕを、起立させる。これにより上側および下側のコイルエンド部２８Ｕが、複数のスロット２２を横断する状態となる。

図５の状態になれば、続いて、コイルエンド部２８Ｕを、径方向外側に倒すように加圧して、コイルエンド部２８Ｕを成型する（Ｓ１８）。すなわち、コイルを挿入（インサート）した直後の状態では、コイルエンド部２８Ｕは、軸方向に起立した状態（図５に示す状態）となっており、コイルエンド部２８Ｕの軸方向高さが大きい。また、インサータ巻の場合、その後の他相のコイルの挿入作業の容易さ等を考慮し、各コイルを予め整形するに当たって、その周長を挿入後に必要となる寸法よりも十分に長くしておくのが通常であった。結果として、コイルをインサートした直後において、コイルエンド部２８Ｕのステータコア１２の端面からの突出高さが、大きくなりがちであった。こうしたコイルエンド部２８Ｕの突出高さを低減するために、コイル挿入後、コイルエンド部２８Ｕを、径方向外側、すなわち、環状支持部材１６に向けて倒すように加圧し、コイルエンド部２８Ｕを成型する。

コイルエンド部２８Ｕを成型する際には、例えば、所望の形状の金型で、コイルエンド部２８Ｕを押圧すればよい。このとき、コイルエンド部２８Ｕは、径方向外側に押圧されることになるが、径方向外側には、環状支持部材１６が設けられている。そのため、コイルエンド部２８Ｕを強い力で径方向外側に押圧したとしても、当該コイルエンド部２８Ｕが、ヨーク２０に接触したり、絶縁が保てないほどヨーク２０に近接したりすることがない。換言すれば、環状支持部材１６を設けることにより、コイルエンド部２８Ｕとヨーク２０との絶縁を確保しつつ、コイルエンド部２８Ｕを強い力で成型することができ、コイルエンド部２８Ｕのステータコア１２端面からの突出量を低減できる。また、コイルエンド部２８Ｕを強い力で加圧することにより、巻線の占積率が向上（コイルエンド部２８の太さが低減）し、コイルエンド部２８Ｕそのものの太さを低減できる。結果として本実施形態によれば、コイルエンド部２８Ｕの高さを低減でき、ひいては、ステータ１０の小型化が可能となる。

Ｕ相コイル２４Ｕのコイルエンド部２８Ｕの成型が完了すれば、続いて、Ｖ相コイル２４Ｖの挿入、成型（Ｓ２０、Ｓ２２）、Ｗ相コイル２４Ｗの挿入、成型（Ｓ２４，Ｓ２６）を同様の手順で行う。なお、各相コイル２４を挿入、成型すれば、図２に示すように、Ｕ相コイル２４Ｕのコイルエンド部２８Ｕ、Ｖ相コイル２４Ｖのコイルエンド部２８Ｖ、Ｗ相コイル２４Ｗのコイルエンド部２８Ｗが、径方向に並ぶことになる。この径方向に並ぶコイルエンド部２８間の絶縁を確保するために、コイルエンド部２８とコイルエンド部２８との間に、絶縁紙（図示せず）等の絶縁物が配してもよい。

三相全てのコイル２４が挿入・成型できれば、最後に、ステータコイル１４を樹脂モールドする（Ｓ２８）。この樹脂モールドに際しては、コイルエンド部２８をヨーク２０に対して固定することが望ましい。本実施形態では、コイルエンド部２８とヨーク２０との間に環状支持部材１６を設けているため、コイルエンド部２８を、環状支持部材１６を介してヨーク２０に容易に固定できる。すなわち、環状支持部材１６がなく、コイルエンド部２８とヨーク２０との間に空間が介在する場合には、当該空間に隙間なく、樹脂を流し込まなければならなかった。一方、本実施形態では、コイルエンド部２８とヨーク２０との間に環状支持部材１６が介在するため、比較的少量の樹脂でも、コイルエンド部２８をヨーク２０に対して固定することができる。結果として、コイルエンド部２８の振動耐久性を向上できる。

なお、これまで説明した構成は、一例であり、ヨーク２０に環状支持部材１６を設けるとともに、インサータ巻されたステータコイル１４のコイルエンド部２８を、環状支持部材１６に向かって倒すように加圧して成型するのであれば、その他の構成は適宜、変更されてもよい。例えば、本実施形態では、環状支持部材１６を、中実の環状部材としているが、環状支持部材１６の内部に冷媒が流れる流路を形成するようにしてもよい。また、環状支持部材１６の形状を、内周側から遠心力により流れる冷媒を、コイルエンドに導くガイドとして機能するような形状としてもよい。また、これまでの説明では、一つの相のコイル２４をインサートする度にコイルエンド部２８の加圧成型を行っているが、三相全てのコイル２４を挿入した後に、コイルエンド部２８を加圧成型するようにしてもよい。

１０ ステータ、１２ ステータコア、１４ ステータコイル、１６ 環状支持部材、１８ ティース、２０ ヨーク、２２ スロット、２４ 各相コイル、２５ 単位コイル、２６ 直線部、２８ コイルエンド部。

Claims (1)

1. ステータコアと、前記ステータコアのティースにインサータ巻されたステータコイルと、を備えるステータの製造方法であって、
   前記ステータコアのヨークに絶縁材料からなる環状の支持部材を設置し、前記インサータ巻されてスロットに挿入されたステータコイルのコイルエンド部を前記支持部材に向かって倒すように成型する、ことを特徴とするステータの製造方法。

Images