JP2019057986A - ステータの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】セグメントコイルが結合されたコイルエンドをもつステータにおいて、コイルエンドに放熱効率の高い絶縁処理を行う。【解決手段】ステータ１０は、複数のセグメントコイルが相互に結合された下側コイルエンド１６を備える。下側コイルエンド１６は、金型３０に入れられた未硬化の絶縁樹脂３６に浸漬、硬化されることで、絶縁される。金型３０の底面３２は、下側コイルエンド１６の輪郭に対応した形状に作られているため、固着する絶縁樹脂３６は比較的薄く形成され、高い放熱性を確保できる。【選択図】図２

Description

本発明は回転電機の製造方法に関し、特に、ステータの製造方法に関する。

回転電機のステータでは、ステータのスロットの一端からセグメントコイルを挿入し、他端においてこれらのセグメントコイルを相互に接続することで、巻き線構造を構築する技術が知られている。挿入されるセグメントコイルは薄い絶縁皮膜で覆われているが、接続部分の皮膜は剥ぎ取られるなどして導電性が確保されており、溶接等を行うことで他のセグメントコイルとの接続が行われる。

下記特許文献１には、セグメントコイル同士が接続されたコイルエンドの先端部をゲル化反応性の高い液状の絶縁樹脂材料中に浸漬し、セグメントコイルに通電を行って先端部近傍の絶縁樹脂材料を加熱してゲル化させた上で、さらに絶縁樹脂材料を硬化させる技術が開示されている。この技術によれば、隣接するセグメントコイルの間にも膜を張るような厚い絶縁樹脂層が形成される。

特開２０１２−１６５４８４号公報

セグメントコイルは、回転電機の運転を行う過程で発熱して高温化することから、効率的に放熱できることが好ましい。しかし、一般に樹脂は熱伝導性が低いため、厚い樹脂に覆われた部分からは十分な放熱を行うことが困難である。特に、コイルエンドを比較的短く形成したステータでは、コイルエンドの絶縁処理を行う必要のない部位の表面積が比較的小さくなる。このため、絶縁処理を行う必要がある部位を厚い樹脂で覆ってしまった場合には、放熱の効率が悪くなり、セグメントコイル、さらにはステータ自体が高温化することになる。

本発明の目的は、セグメントコイルが結合されたコイルエンドにおいて、放熱効率の高い絶縁がなされたステータの製造技術を確立することにある。

本実施形態に係るステータの製造方法は、ステータコアのスロットに挿入された複数のセグメントコイルがステータコア端面よりも先端側に設けられた非絶縁部で相互に結合されているコイルエンドを、金型に入れられた未硬化の絶縁樹脂に浸漬させる浸漬工程と、 前記絶縁樹脂を硬化させる硬化工程と、を含み、前記金型の底面は、前記コイルエンドの先端側の輪郭に対応した形状に形成され、前記浸漬工程においては、前記コイルエンドの前記非絶縁部を含む先端側が前記絶縁樹脂に浸漬される、ことを特徴とする。

実施形態に係るステータの概略的な側面図である。 ステータの絶縁処理過程を時系列で示す図である。 絶縁されたステータの部分的断面図である。

以下に、本発明の実施形態の例について説明する。ここでは、理解を容易にするため具体的な例を含めた説明を行っているが、これ以外にも様々な実施形態をとることが可能である。

図１は、ステータ１０の模式的な側面図である。ステータ１０は、回転電機において、ロータの周囲に設けられる円筒形状の構成部品である。ステータ１０は、ステータコア１２を骨格として形成されている。このステータコア１２は、例えば、所定の形状に打ち抜かれた電磁鋼板を多数積層して作られる。ステータコア１２の内側には、複数のスロットが形成されている。そして、このスロットには図面の上側からＶ字に似た形状をもつセグメントコイルが、その二本の足を下にした姿勢で挿入されている。図示した上側コイルエンド１４は、複数のＶ字型のセグメントコイルにおける中央折り曲げ側が多数集まって構成されている。他方、下側コイルエンド１６は、複数のＶ字型のセグメントコイルの分岐した足が多数集まって構成されている。

セグメントコイルは、全体に薄い絶縁皮膜が施されている。図１において、下側コイルエンド１６を構成する左端のセグメントコイル１８には、皮膜が施された絶縁部２０が示されている。そして、この絶縁部２０より先端側は、皮膜が剥離されるなどして導体がむき出しになった導体部２２となっている。導体部２２における先端は、隣接する別のセグメントコイルの導体部と溶接によって結合された結合部２４である。図１では模式的に少数のセグメントコイルのみを図示しているが、実際には、下側コイルエンド１６には、このようなセグメントコイルとその結合部２４が多数配置されており、これらが密集した状態となっている。

ステータ１０の取り扱いを容易にするためには、結合部２４を含む導体部２２の絶縁処理を行う必要がある。図２は、下側コイルエンド１６の絶縁処理の過程を時系列で示した図である。図２（ａ）は、図１に示したステータ１０と、その下に設置された金型３０を示している。金型３０は、側面３４と底面３２によって構成された容器である。金型３０の外形は、下側コイルエンド１６の形状に合わせて円環形状に形成されている。そして、金型３０の底面３２は、ステータ１０の下側コイルエンド１６における先端の輪郭に対応した形状に作られている。このような底面３２の形状は、例えば、下側コイルエンド１６を粘土に押し付けて得られる凹凸形状を利用して作成することができる。また、ステータ１０の３次元設計データをもとに金型３０の３次元データを作成し、３次元プリンタを利用してプロトタイプを作成するなどしてもよい。金型３０の中には、流動状態にある熱硬化性の絶縁樹脂３６が注がれている。絶縁樹脂３６としては、例えばワニス、エポキシ樹脂などを挙げることができるが、特に限定されるものではない。絶縁樹脂３６は、セグメントコイルの絶縁部２０を構成する絶縁部材と同じであってもよいし、異なっていてもよい。

図２（ｂ）に示すように、ステータ１０は、下側コイルエンド１６の先端部が金型３０の中に挿入されている。挿入は、金型３０の側面３４の上端がステータコア１２の下端が接触する位置を目安に行われている。これによって、下側コイルエンド１６は、セグメントコイルにおける導体部２２が全て浸漬され、かつ、絶縁部２０の一部も浸漬されるが、ステータコア１２の下端までは浸漬されていない状態となる。この後、絶縁樹脂３６の硬化が行われる。硬化は、例えば、金型を加熱することで行われる。また、例えば、セグメントコイルに通電することで絶縁樹脂３６を加熱してもよい。

図２（ｃ）は、ステータ１０を金型３０から取り外した図である。下側コイルエンド１６には、硬化した絶縁樹脂３６が固着している。絶縁樹脂３６は、セグメントコイルの導体部２２を全て覆っている。このため、セグメントコイルは、絶縁樹脂３６と絶縁部２０によって全面的に絶縁されている。下側コイルエンド１６の下面３８は、金型３０の底面３２の形状に対応した凹凸形状となっている。また、絶縁樹脂３６の上部角部３９は、金型３０の側面３４の形状に対応してほぼ直角の形状となっている。

図３は、図２（ｃ）の一部を拡大した模式図である。図３では、ステータコア１２の下側コイルエンド１６について、その断面を示している。図示したように、下側コイルエンド１６では、絶縁部２０の表面を覆っていた樹脂２０ａと、新たに固着された絶縁樹脂３６とが一体となってセグメントコイルを覆っている。下面では、セグメントコイルの凹凸形状に対応して、絶縁樹脂３６にも凹部４０及び凸部４２が形成されている。固着された絶縁樹脂３６が下側コイルエンド１６の輪郭に対応した形状に形成されたことで、絶縁樹脂３６は、比較的薄くセグメントコイルを覆うことができている。このため、セグメントコイルが高温化した場合にも、効率のよい放熱が可能となる。

絶縁樹脂３６の厚みをどの程度とするかには任意性がある。設計にあたっては、下側コイルエンド１６の形状の形成精度と、金型３０の加工精度、さらには温度変化による下側コイルエンド１６や金型３０の大きさの変化、絶縁樹脂３６の特性などを考慮した上で、十分な絶縁を確保できる厚さを設定することになる。この結果として、最薄部（最も近傍のセグメントコイルからの距離）の厚さが、例えば０．５ｍｍ以上、１ｍｍ以上、２ｍｍ以上、３ｍｍ以上、４ｍｍ以上あるいは５ｍｍ以上などとなるように設計される可能性がある。また、最厚部の厚さは、例えば、３ｍｍ以下、４ｍｍ以下、５ｍｍ以下、６ｍｍ以下、７ｍｍ以下、８ｍｍ以下、９ｍｍ以下、１０ｍｍ以下、１２ｍｍ以下、１５ｍｍ以下などのように設計される可能性がある。こうした最薄部の厚さ、あるいは最厚部の厚さの条件は、一律に決定するのではなく、部位ごとに決定してもよいし、特定の部位についてのみ決定してもよい。例えば図３における凹部４０と凸部４２とで、絶縁樹脂３６の厚さを異ならせるようにしてもよい。絶縁樹脂３６を通じた放熱は、比較的薄く被覆された部分が十分に広い面積を占めていれば、一部に比較的厚く被覆された厚い部分があったとしても、全体としては、効率よく行われると考えられる。

なお、図２に示した例では、金型３０の側面３４は垂直な形状としていたため、図２（ｃ）に示したように、下側コイルエンド１６に固着した絶縁樹脂３６は、その側面において、比較的肉厚の形状となった。そこで、側面３４を含めて、下側コイルエンド１６の輪郭に対応した金型を用いるようにしてもよい。この場合には、図２（ｃ）に示した絶縁樹脂３６の上部角部３９は、鋭角的になる部分が生じると考えられる。ステータ１０を冷却油などの冷却媒体で冷却する場合は、冷却媒体の流れは、この上部角部３９の形状に依存する可能性がある。そこで、この上部角部３９は、絶縁樹脂３６の厚さのみならず、冷却媒体の流れを考慮して決定するようにしてもよい。

また、図２に示した例では、下側コイルエンド１６は、ステータコア１２の下端までは浸漬されていなかった。しかし、下側コイルエンド１６がステータコア１２の下端からほとんど突出していない場合、あるは、絶縁部２０がステータコア１２の下端から突出していない若しくはほとんど突出していない場合に、下側コイルエンド１６が絶縁樹脂３６に接するまで浸漬するようにしてもよい。この場合には、冷却媒体を下側コイルエンド１６とステータコア１２の下端との間に流すための流路を、例えば、絶縁樹脂３６、あるいは、ステータコア１２に別途設けるようにしてもよい。

１０ ステータ、１２ ステータコア、１４ 上側コイルエンド、１６ 下側コイルエンド、１８ セグメントコイル、２０ 絶縁部、２２ 導体部、２４ 結合部、３０ 金型、３２ 底面、３４ 側面、３６ 絶縁樹脂、３８ 下面、３９ 上部角部、４０ 凹部、４２ 凸部。

Claims (1)

1. ステータコアのスロットに挿入された複数のセグメントコイルがステータコア端面よりも先端側に設けられた非絶縁部で相互に結合されているコイルエンドを、金型に入れられた未硬化の絶縁樹脂に浸漬させる浸漬工程と、
   前記絶縁樹脂を硬化させる硬化工程と、を含み、
   前記金型の底面は、前記コイルエンドの先端側の輪郭に対応した形状に形成され、
   前記浸漬工程においては、前記コイルエンドの前記非絶縁部を含む先端側が前記絶縁樹脂に浸漬される、ことを特徴とするステータの製造方法。