JP2018067996A

JP2018067996A - 回転電機のステータの製造方法

Info

Publication number: JP2018067996A
Application number: JP2016203992A
Authority: JP
Inventors: 侑生土屋; Yui Tsuchiya
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-10-18
Filing date: 2016-10-18
Publication date: 2018-04-26

Abstract

【課題】絶縁紙のカフス部が部品カフサとステータコアの軸方向端面との間の隙間に挟まれることを防止して、絶縁紙の破断を抑制することである。【解決手段】ステータコア２０のスロット２３に絶縁紙６０を装着するとともに、ステータコア２０の軸方向端面に部品カフサ４０を載置し、スロット２３に絶縁紙６０を介して導体セグメント３１を取り付ける回転電機のステータの製造方法であって、絶縁紙６０は、スロット２３から延出した先端がスロット２３の外側に折り曲げられてスロット２３の縁に引っ掛かるカフス部６１を有し、カフス部６１がスロット２３の縁に引っ掛かっている状態で、部品カフサ４０をステータコア２０の軸方向端面に押圧して、部品カフサ４０とステータコア２０の軸方向端面とを互いに密着させて、導体セグメント３１をスロット２３に挿入する。【選択図】図２

Description

本発明は、回転電機のステータの製造方法に関し、特に、ステータコアのスロットに絶縁紙を介して導体セグメントを挿入する回転電機のステータの製造方法に関する。

セグメントコイルを用いた回転電機のステータでは、セグメントコイルを構成する導体セグメントをステータコアのスロットに挿入する際に、導体セグメントとステータコアとの間の絶縁を行うために、絶縁紙がスロットに予め装着される。この絶縁紙をスロットの正確な位置に装着する方法が、例えば、特許文献１に記載されている。また、絶縁紙の保護や、ステータコアと導体セグメントとの間を埋めるために、ステータコアのティースに対応するリブを有する円環状の部品カフサを、ステータコアのステータ軸方向端面に取り付けることも行われている。

特開２００５−３２３４３３号公報

部品カフサは樹脂成形によって形成されているが、樹脂成形時のヒケや製造誤差等により僅かに歪むことがある。このように歪んだ部品カフサをステータコアのステータ軸方向端面に載置すると、部品カフサとステータコアの端面との間に隙間を生じる。すなわち、部品カフサがステータコアの端面から部分的に浮き上がった状態で載置されてしまう。

このような状態において、絶縁紙が装着されたスロットに導体セグメントを挿入すると、導体セグメントの挿入に伴って絶縁紙のカフス部の先端が、部品カフサとステータコアとの隙間に潜り込むことがある。換言すると、絶縁紙のカフス部が部品カフサとステータコアとに挟まれた状態になる。

この絶縁紙のカフス部の先端が、部品カフサとステータコアの端面との間の隙間に潜り込む現象について図４を参照して説明する。図４（Ａ）に示すように、ステータコア２００のスロット２０２に、カフス部３０１を有する絶縁紙３００が装着されている。また、部品カフサ１００のリブ１０１がステータコア２００のティース２０１の端面から部分的に浮き上がった状態で載置されている。すなわち、リブ１０１とティース２０１の端面との間に隙間Ｓが生じている。

この状態において、図４（Ｂ）に示すように、導体セグメント４００をスロット２０２に挿入すると、この導体セグメント４００の挿入に伴って、絶縁紙３００がスロット２０２の内部に引き込まれて、図４（Ｃ）に示すように、絶縁紙３００のカフス部３０１の先端が隙間Ｓに潜り込み、絶縁紙３００のカフス部３０１が、部品カフサ１００のリブ１０１とティース２０１の端面とに挟まれる。この挟まれた状態で、導体セグメント４００をさらにスロット２０２に挿入すると、絶縁紙３００が破断する可能性がある。絶縁紙３００が破断すると、その破断部分では、導体セグメント４００とステータコア２００との絶縁が困難になり、導体セグメント４００（セグメントコイル）の絶縁性能が低下する。

そこで、本発明では、絶縁紙のカフス部が、部品カフサとステータコアのステータ軸方向端面との間の隙間に挟まれることを防止して、絶縁紙の破断を抑制することを目的とする。

本発明の回転電機のステータの製造方法は、回転電機のステータコアのスロットに絶縁紙を装着するとともに、前記ステータコアの軸方向端面に円環状の部品カフサを載置し、前記スロットに前記絶縁紙を介して導体セグメントを取り付ける回転電機のステータの製造方法であって、前記絶縁紙は、前記スロットから延出した先端が前記スロットの外側に折り曲げられて前記スロットの縁に引っ掛かるカフス部を有し、前記カフス部が前記スロットの縁に引っ掛かっている状態で、前記部品カフサを前記ステータコアの軸方向端面に押圧して、前記部品カフサと前記ステータコアの軸方向端面とを互いに密着させて、前記導体セグメントを前記スロットに挿入する。

本発明によれば、部品カフサとステータコアのステータ軸方向端面とを互いに密着させた状態で導体セグメントをスロットに挿入するので、部品カフサとステータコアのステータ軸方向端面との間に隙間が発生せず、絶縁紙のカフス部の挟み込みがなくなり、絶縁紙の破断を抑制することができる。

回転電機のステータの分解斜視図である。導体セグメントをステータコアのスロットに挿入する説明図であり、（Ａ）は部品カフサがステータコア端面から浮いている状態を示し、（Ｂ）は部品カフサを押圧した状態を示し、（Ｃ）は絶縁紙が装着されたスロットに導体セグメントを挿入開始した状態を示し、（Ｄ）はスロットの奥まで導体セグメントを挿入した状態を示し、（Ｅ）は導体セグメントを捻り成形して部品カフサを押圧した状態を示す。部品カフサの押圧部分を説明するステータコアのステータ軸方向からステータコアのスロットを見た部分拡大図である。部品カフサがステータコア軸方向端面から浮いている状態で、導体セグメントをスロットに挿入する説明図であり、（Ａ）は部品カフサがステータコア軸方向端面から浮いている状態を示し、（Ｂ）は絶縁紙が装着されたスロットに導体セグメントを挿入開始した状態を示し、（Ｃ）は絶縁紙のカフス部が隙間に潜り込んだ状態を示す。

最初にハイブリッド自動車や電気自動車等の電動車両に使用される回転電機のステータ１０の全体構成について説明する。図１において、ステータ１０は、ステータコア２０と、ステータコア２０に巻装されるセグメントコイル３０と、ステータコア２０のステータ軸方向の一方側端面及び他方側端面に載置される樹脂成形部材である部品カフサ４０，５０と、ステータコア２０とセグメントコイル３０との間を絶縁する絶縁紙６０とを備えている。

ステータコア２０は電磁鋼板が積層されて構成されている。ステータコア２０は、ステータ周方向に沿って延びる環状のヨーク２１と、ヨーク２１の内周面よりステータ径方向内側へ突出する複数のティース２２とを備える。複数のティース２２はステータ周方向に互いに等間隔で配置されている。ステータ周方向に隣接するティース２２の間にスロット２３が形成され、複数のスロット２３がステータ周方向に互いに等間隔で配置されている。各ティース２２及び各スロット２３は、ステータ軸方向に沿って延びている。

部品カフサ４０は、ステータ軸方向一方側端面のヨーク２１に接する円環状の外側リブ４１と、ステータコア２０のティース２２の内側先端に接する円環状の内側リブ４２と、外側リブ４１と内側リブ４２とを連結する複数のリブ４３とを備えている。

リブ４３は、ステータコア２０のティース２２の位置に対応してそれぞれ設けられており、ティース２２と同様に周方向に互いに等間隔で配置されて、ステータコア２０のティース２２と接する。リブ４３のティース２２と接する反対側（ステータ軸方向の一方側）は、円弧状に突出している。隣接するリブ４３の間にはカフサスロット４４が形成され、このカフサスロット４４はステータコア２０のスロット２３の位置に対応している。

部品カフサ５０は、部品カフサ４０と同様の構成であり、部品カフサ４０を裏返してステータ軸方向の他方側端面に装着したものである。そのため、各図において、部品カフサ５０の各部には部品カフサ４０に対応する符号を付して各部の説明を省略する。

セグメントコイル３０は、ステータコア２０の周方向における全てのスロット２３に挿入された複数の導体セグメント３１によって構成される。なお、図１には、一対の導体セグメント３１しか示されていないが、導体セグメント３１はステータコア２０の全てのスロット２３に挿入される。

導体セグメント３１は略Ｕ字状であり、２つの脚３１ａを備えている。導体セグメント３１の脚３１ａを、部品カフサ４０のカフサスロット４４、ステータコア２０のスロット２３及び部品カフサ５０のカフサスロット５４に挿入したときに、脚３１ａはカフサスロット５４から突出する長さを有している。脚３１ａのカフサスロット５４から突出した部分は折り曲げられ、他の導体セグメント３１の脚３１ａと接合される。

絶縁紙６０は、紙繊維からなる絶縁シートを用いて形成されている。なお、絶縁紙６０として、紙繊維に合成樹脂を含ませたものを用いてもよいし、合成樹脂をフィルム状に形成した樹脂製シートを用いてもよい。

絶縁紙６０は、ステータ軸方向の一方側と他方側とがそれぞれ折り曲げられることによって形成される一方側カフス部６１と他方側カフス部６２とをそれぞれ備えている。また、絶縁紙６０は、ステータコア２０のスロット２３の形状に沿うように、その中央部においてコ字形状に屈曲されている。

図２（Ａ）に示すように、絶縁紙６０がステータコア２０のスロット２３に装着されると、絶縁紙６０に設けられた一方側カフス部６１は、部品カフサ４０のリブ４３がステータコア２０のティース２２に載置された部分の近傍において、ティース２２の端面に当接する。また、絶縁紙６０に設けられた他方側カフス部６２は、部品カフサ５０のリブ５３がステータコア２０のティース２２に載置された部分の近傍において、ティース２２の端面に当接する。すなわち、一方側カフス部６１及び他方側カフス部６２が、ステータコア２０のスロット２３の縁（ティース２２の端面）に引っ掛かることによって、絶縁紙６０はスロット２３から抜けないように保持される。

次に、ステータ１０の製造方法について、図１、２を参照して説明する。まず、ステータコア２０を用意して、ステータコア２０のステータ軸方向の両端面に部品カフサ４０，５０をそれぞれ載置する。このとき、部品カフサ４０が僅かに歪んでいると、部品カフサ４０のリブ４３がステータコア２０のティース２２の端面から部分的に浮き上がった状態で載置される。すなわち、リブ４３とティース２２の端面との間に隙間Ｓが生じる。

次に、絶縁紙６０を用意して、絶縁紙６０をステータ軸方向の一方側から、部品カフサ４０のカフサスロット４４を介してステータコア２０のスロット２３に装着する。絶縁紙６０を、スロット２３に装着することによって、図２（Ａ）に示すように、絶縁紙６０の一方側カフス部６１が、ステータコア２０のスロット２３の縁に引っ掛かって絶縁紙６０がスロット２３に保持される。

次に、図２（Ｂ）に示すように、部品カフサ４０を、図示しない治具によってステータコア２０のステータ軸方向の端面に向かって矢印Ｆで示すように押圧して、部品カフサ４０とステータコア２０のステータ軸方向の端面とを互いに密着させる。部品カフサ４０を押圧する位置について図３を参照して説明する。部品カフサ４０のリブ４３の上方（図３中符号ＣＡで示す領域）には、最終的には、導体セグメント３１（セグメントコイル３０）が配置されるので、符号ＣＡで示す領域に冶具を配置すると、セグメントコイル３０と干渉してしまう。このため、部品カフサ４０の外側リブ４１及び内側リブ４２の両方（図３中符号ＰＡ，ＰＡで示す領域）を冶具によって押圧する。なお、部品カフサ４０の形状等によっては、外側リブ４１または内側リブ４２のいずれか一方を押圧してもよい。

図２に戻り、図２（Ｃ）に示すように、部品カフサ４０を押圧して、部品カフサ４０とステータコア２０のステータ軸方向の端面とを互いに密着させた状態を維持して、導体セグメント３１の脚３１ａを、絶縁紙６０を装着した方向と同じ方向、すなわち、ステータコア２０のステータ軸方向の一方側からカフサスロット４４を介してスロット２３に挿入する。このとき、絶縁紙６０には、導体セグメント３１の挿入によるスロット２３の内部に引き込まれる力が作用するが、一方側カフス部６１の先端が、部品カフサ４０のリブ４３に当接することによってストッパとして機能し、絶縁紙６０のスロット２３の内部への引き込みが抑制される。

図２（Ｄ）に示すように、導体セグメント３１の脚３１ａをスロット２３の奥にさらに挿入する。導体セグメント３１がスロット２３の所定位置（深さ）まで挿入された後、図２（Ｅ）に示すように、導体セグメント３１を、部品カフサ４０のリブ４３に向けて捻り成形する。この導体セグメント３１の捻り成形によって、導体セグメント３１が部品カフサ４０のリブ４３を押圧する。導体セグメント３１により部品カフサ４０が押圧されることによって、冶具による部品カフサ４０の押圧が必要なくなり、この段階で冶具による押圧を解除することができる。すなわち、冶具を取り外すことができる。なお、部品カフサ４０は導体セグメント３１により押圧されているので、冶具を取り外しても部品カフサ４０とステータコア２０のステータ軸方向の端面とは密着状態を維持している。

また、導体セグメント３１を捻り成形することによって、導体セグメント３１で部品カフサ４０のリブ４３を押圧しているが、導体セグメント３１のＵ字状の部分の屈曲角度や、スロット２３への挿入深さ等を適宜設定することによって、導体セグメント３１のＵ字状の部分で部品カフサ４０のリブ４３を押圧してもよい。

一方、ステータコア２０のステータ軸方向の他方側では、図１に示すように、挿入後の導体セグメント３１の脚３１ａが部品カフサ５０のリブ５３よりも下方に突出する。そして、導体セグメント３１のリブ５３から突出した脚３１ａを、部品カフサ５０のリブ５３の湾曲面に沿って折り曲げる。導体セグメント３１の折り曲げられた脚３１ａの先端は、図示しない部分において、他の導体セグメント３１の脚３１ａの先端と接合される。全ての導体セグメント３１の脚３１ａが接合されることによって、セグメントコイル３０が形成される。セグメントコイル３０に、図示しないワニスを塗布してセグメントコイル３０及び部品カフサ４０，５０をステータコア２０に固定する。

なお、導体セグメント３１を部品カフサ５０のリブ５３に沿って折り曲げることによって、部品カフサ５０をステータコア２０のステータ軸方向に端面に押圧して、部品カフサ５０とステータコア２０のステータ軸方向の端面とを密着させてもよい。

このように、部品カフサ４０をステータコア２０のステータ軸方向の端面に向かって押圧して、部品カフサ４０とステータコア２０の端面とを互いに密着させた状態において、導体セグメント３１をスロット２３に挿入するので、部品カフサ４０とステータコア２０のステータ軸方向端面との間に隙間Ｓが生じていたとしても、その隙間Ｓは解消される。すなわち、部品カフサ４０がステータコア２０のステータ軸方向端面から部分的に浮き上がっていたとしても、部品カフサ４０の押圧によってその浮き上がりが解消されるので、絶縁紙６０の一方側カフス部６１が隙間Ｓに潜り込んで、一方側カフス部６１が部品カフサ４０とステータコア２０とに挟まれることが抑制される。この結果、絶縁紙６０の破断を抑制することができ、導体セグメント３１（セグメントコイル３０）の絶縁性能の低下を防ぐことができる。また、絶縁紙６０の他方側カフス部６２についても同様に、部品カフサ５０とステータコア２０とに挟まれることが抑制される。

また、絶縁紙６０の一方側カフス部６１または他方側カフス部６２、あるいは両方のカフス部６１，６２が挟まれた状態で、セグメントコイル３０及び部品カフサ４０，５０がステータコア２０に固定されると、絶縁紙６０のカフス部６１，６２の厚さ分だけステータ１０の軸方向の長さが長くなり、ステータ１０の体格が大きくなるが、絶縁紙６０のカフス部６１，６２が挟まれることが抑制されるので、このような体格の大型化も抑制することができる。

なお、部品カフサ４０，５０を、絶縁紙６０よりも先にステータコア２０に載置した場合について説明したが、絶縁紙６０をステータコア２０に装着した後に、部品カフサ４０，５０をステータコア２０に載置してもよい。この場合でも、導体セグメント３１をスロット２３に挿入する際に、部品カフサ４０，５０をステータコア２０のステータ軸方向の端面に押圧して密着させることにより上述した効果を得ることができる。

１０ステータ、２０ステータコア、２１ヨーク、２２ティース、２３スロット、３０セグメントコイル、３１導体セグメント、３１ａ脚、４０，５０部品カフサ、４１，５１外側リブ、４２，５２内側リブ、４３，５３リブ、４４，５４カフサスロット、６０絶縁紙、６１一方側カフス部、６２他方側カフス部。

Claims

回転電機のステータコアのスロットに絶縁紙を装着するとともに、前記ステータコアの軸方向端面に円環状の部品カフサを載置し、前記スロットに前記絶縁紙を介して導体セグメントを取り付ける回転電機のステータの製造方法であって、
前記絶縁紙は、前記スロットから延出した先端が前記スロットの外側に折り曲げられて前記スロットの縁に引っ掛かるカフス部を有し、
前記カフス部が前記スロットの縁に引っ掛かっている状態で、前記部品カフサを前記ステータコアの軸方向端面に押圧して、前記部品カフサと前記ステータコアの軸方向端面とを互いに密着させて、前記導体セグメントを前記スロットに挿入する回転電機のステータの製造方法。