JP2021136787A

JP2021136787A - ステータの製造方法

Info

Publication number: JP2021136787A
Application number: JP2020031793A
Authority: JP
Inventors: 修中川; Osamu Nakagawa; 慎平藤原; Shimpei Fujiwara; 一央吉川; Kazuo Yoshikawa
Original assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp; Aisin Corp
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp; Aisin Corp
Priority date: 2020-02-27
Filing date: 2020-02-27
Publication date: 2021-09-13

Abstract

【課題】モールド部内にボイドが発生するのを抑制する。【解決手段】ステータコアに巻回されたステータコイルのコイルエンド部を覆う熱硬化性樹脂製のモールド部を形成するステータの製造方法において、成形型内に注入された液状かつ硬化剤が混合された熱硬化性樹脂にコイルエンド部を浸漬させる浸漬工程と、熱硬化性樹脂を正圧環境で加熱して硬化させてモールド部を形成する形成工程とを有する。こうした成形工程を有することにより、熱硬化性樹脂を大気圧環境で加熱して硬化させてモールド部を形成する場合に比して、硬化剤の沸点を高くすることができる。これにより、モールド部内にボイドが発生するのを抑制することができる。【選択図】図３

Description

本開示は、ステータの製造方法に関する。

従来、この種のステータの製造方法としては、ステータコアに巻回されたステータコイルのコイルエンド部を覆う熱硬化性樹脂製のモールド部を形成する際に、金型内に注入された液状の熱硬化性樹脂（絶縁樹脂）にコイルエンド部を浸漬させ、その状態で熱硬化性樹脂を加熱して硬化させてモールド部を形成するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１９−１９３３５９号公報

上述のようにモールド部を形成する際に、熱硬化性樹脂の硬化に要する時間を短くするには、熱硬化性樹脂の温度を高くするのが好ましいものの、この場合、熱硬化性樹脂に混合された硬化剤が沸騰し、モールド部内にボイド（空洞）が発生する懸念がある。

本開示のステータの製造方法は、モールド部内にボイドが発生するのを抑制することを主目的とする。

本開示のステータの製造方法は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本開示のステータの製造方法は、
ステータコアに巻回されたステータコイルのコイルエンド部を覆う熱硬化性樹脂製のモールド部を形成するステータの製造方法であって、
成形型内に注入された液状かつ硬化剤が混合された前記熱硬化性樹脂に前記コイルエンド部を浸漬させる浸漬工程と、
前記熱硬化性樹脂を正圧環境で加熱して硬化させて前記モールド部を形成する形成工程と、
を有することを要旨とする。

本開示のステータの製造方法では、成形型内に注入された液状かつ硬化剤が混合された熱硬化性樹脂にコイルエンド部を浸漬させる浸漬工程と、その熱硬化性樹脂を正圧環境で加熱して硬化させてモールド部を形成する形成工程とを有する。こうした成形工程を有することにより、熱硬化性樹脂を大気圧環境で加熱して硬化させてモールド部を形成する場合に比して、硬化剤の沸点を高くすることができる。これにより、モールド部内にボイド（空洞）が発生するのを抑制することができる。言い換えれば、モールド部内にボイドが発生するのを抑制しつつより高温で熱硬化性樹脂を加熱することができるから、形成工程の時間短縮を図ることができる。また、浸漬工程で熱硬化性樹脂内にボイドが発生したときに、形成工程でそのボイドを圧縮する（小さくする）こともできる。さらに、モールド部の密度を高くすることができ、モールド部の強度を高くすることもできる。ここで、熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂や不飽和ポリエステル樹脂などを挙げることができる。硬化剤としては、例えば、環状脂肪族酸無水物などを挙げることができる。

本開示の製造方法により製造されるステータ１を示す概略構成図である。モールド部５を形成する手順を示す工程図である。工程Ｓ１１０，Ｓ１２０の説明図である。

次に、図面を参照しながら、本開示の発明を実施するための形態について説明する。

図１は、本開示の製造方法により製造されるステータ１を示す概略構成図である。同図に示すステータ１は、図示しないロータと共に、例えば電動車両やハイブリッド車両の走行駆動源や発電機として用いられる三相交流電動機を構成する。このステータ１は、ステータコア２と、複数のステータコイル３とを備える。

ステータコア２は、例えばプレス加工により円環状に形成された電磁鋼板を複数積層することにより構成され、全体として円環状に形成されている。このステータコア２は、環状の外周部から周方向に間隔をおいて径方向内側に突出する図示しない複数のティース部と、それぞれ互いに隣り合うティース部の間に形成された図示しない複数のコアスロットとを有する。なお、ステータコア２は、例えば強磁性粉体を加圧成形すると共に焼結させることより一体に形成されてもよい。

複数のステータコイル３は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルを含み、各ステータコイル３は、複数のセグメントコイル４を電気的に接続することにより形成される。セグメントコイル４は、表面に例えばエナメル樹脂等からなる絶縁被膜が成膜された略Ｕ字状の電気導体であり、絶縁被膜が除去された２つの遊端部を有する。各セグメントコイル４の２つの遊端部は、それぞれステータコア２の対応するコアスロットに挿通され、各セグメントコイル４のステータコア２の一端面（図１における上端面）から突出した部分には、図示しない曲げ加工装置を用いた曲げ加工が施される。更に、各セグメントコイル４の遊端部は、対応する他のセグメントコイルの遊端部に電気的に接合（溶接）される。

これにより、複数のステータコイル３がステータコア２に対して巻回され、各ステータコイル３は、それぞれステータコア２の軸方向における端面から外側に突出する２つの環状のコイルエンド部３ａ，３ｂを有する。ステータコア２の図中上端面側のコイルエンド部３ａは、セグメントコイル４の遊端部同士の接合部や電気導体の露出部を多数含む。これに対して、ステータコア２の図中下端面側のコイルエンド部３ｂは、セグメントコイル４の遊端部同士の接合部や電気導体の露出部を含まない。

更に、ステータ１は、各ステータコイル３の図中上端面側のコイルエンド部３ａを覆うモールド部５を有する。モールド部５は、成形型を用いてコイルエンド部３ａを覆うように熱硬化性樹脂（本実施形態では、エポキシ樹脂）を環状に成形したものである。これにより、熱硬化性樹脂が隣り合うセグメントコイル４同士の隙間に入り込むことで、セグメントコイル４の遊端部同士の接合部や電気導体の露出部が良好に絶縁される。なお、図示を省略するが、ステータ１には、ステータコア２の図中下端面側のコイルエンド部３ｂを覆うモールド部が設けられてもよい。また、熱硬化性樹脂は、例えば不飽和ポリエステルなどのエポキシ樹脂以外のものであってもよい。

次に、ステータ１のモールド部５を形成する手順について説明する。図２は、モールド部５を形成する手順を示す工程図である。モールド部５の形成は、図示するように、ステータコア２に複数のステータコイル３が巻回されたワークＷを準備し（工程Ｓ１００）、そのワークＷのコイルエンド部３ａを液状かつ硬化剤が混合された熱硬化性樹脂ＴＲに浸漬させ（工程Ｓ１１０）、熱硬化性樹脂ＴＲを加熱して硬化させてモールド部５を形成する（工程Ｓ１２０）、ことにより行なわれる。ここで、熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂や不飽和ポリエステル樹脂などを挙げることができる。硬化剤としては、例えば、環状脂肪族酸無水物などを挙げることができる。

図３は、工程Ｓ１１０，Ｓ１２０の説明図である。図３（ａ）は、第１チャンバ１０内で行なわれる工程Ｓ１１０の説明図であり、図３（ｂ）は、第２チャンバ２０内で行なわれる工程Ｓ１２０の説明図である。工程Ｓ１１０の前提として、第１チャンバ１０内は、第１ポンプ１４により減圧されて負圧（例えば、０．３〜０．７気圧程度）環境になっている。工程Ｓ１１０では、最初に、図示しない注入機構により、第１チャンバ１０内に載置された金属製（鋼材製）の成形型１２に液状かつ硬化剤が混合された熱硬化性樹脂ＴＲを注入する。成形型１２は、モールド部５の外形に応じた内面により画成される環状の凹部（キャビティ）１３を有し、熱硬化性樹脂ＴＲは、この凹部１３内に注入される。第１チャンバ１０内が負圧環境であることにより、注入機構により凹部１３内に注入される熱硬化性樹脂ＴＲに混入したエアを熱硬化性樹脂ＴＲ外に抜けやすくすることができる。

続いて、図示しないワーク移動機により、ワークＷのコイルエンド部３ａが凹部１３内の熱硬化性樹脂ＴＲに十分に浸漬されるようにワークＷを成形型１２に対して位置決めする。第１チャンバ１０内を負圧にすることにより、エアが混入するのを抑制することができる。

工程Ｓ１２０の前提として、第２チャンバ２０内は、第２ポンプ２４により加圧されて正圧（例えば、２気圧〜５気圧程度）環境になっている。工程Ｓ１２０では、最初に、ワーク移動機構により、ワークＷおよび成形型１２を第１チャンバ１０内から第２チャンバ２０内に移動させ、成形型１２がヒータ２２（例えば、ＩＨヒータ）に載置されるようにワークＷおよび成形型１２をヒータ２２に対して位置決めする。

続いて、ヒータ２２を作動させて成形型１２に下面側から熱を付与し、成形型１２の凹部１３内の熱硬化性樹脂ＴＲを加熱温度ＴＨで加熱時間ｔｈに亘って加熱してモールド部５を形成する。ここで、加熱温度ＴＨは、第２チャンバ２０内での熱硬化性樹脂ＴＲの沸点よりも若干低い温度として、第２チャンバ２０内の圧力に応じて定められる。加熱時間ｔｈは、第２チャンバ２０内での熱硬化性樹脂ＴＲの硬化に要する時間として、第２チャンバ２０内の圧力および過熱温度ＴＨに応じて定められる。

実施形態では、第２チャンバ２０内が正圧環境であることにより、大気圧環境のときに比して熱硬化性樹脂ＴＲに混合された硬化剤の沸点が高くなるから、モールド部５内にボイド（空洞）が発生するのを抑制することができる。言い換えれば、モールド部５内にボイドが発生するのを抑制しつつより高温で熱硬化性樹脂ＴＲを加熱することができるから、工程Ｓ１２０の時間短縮を図ることができる。また、工程Ｓ１１０で熱硬化性樹脂ＴＲ内にボイドが発生したときに、工程Ｓ１２０でそのボイドを圧縮する（小さくする）こともできる。さらに、モールド部５の密度を高くすることができ、モールド部５の強度を高くすることもできる。

そして、ワーク移動機構によりワークＷのモールド部５を成形型１２から離間させて、ワークＷを保管場所に搬送する。ワークＷが保管場所に保管される間に、モールド部５の熱硬化性樹脂ＴＲは、余熱により完全に硬化し、常温まで冷却される。

実施形態では、負圧環境でワークＷのコイルエンド部３ａを成形型１２の凹部１３内の熱硬化性樹脂ＴＲに浸漬させるものとした。しかし、大気圧環境でコイルエンド部３ａを凹部１３内の熱硬化性樹脂ＴＲに浸漬させるものとしてもよい。

実施形態では、第１チャンバ１０内で負圧環境でワークＷのコイルエンド部３ａを成形型１２の凹部１３内の熱硬化性樹脂ＴＲに浸漬させ（工程Ｓ１１０）、その後に、第２チャンバ２０内で正圧環境で熱硬化性樹脂ＴＲを加熱してモールド部５を形成する（工程Ｓ１２０）ものとした。しかし、１つのチャンバ内で工程Ｓ１１０，Ｓ１２０を実行するものとしてもよい。例えば、第２チャンバ２０内で、ポンプ２４により第２チャンバ２０内を負圧環境にしてコイルエンド部３ａを凹部１３内の熱硬化性樹脂ＴＲに浸漬させた後に、ポンプ２４により第２チャンバ２０内を正圧環境にしてヒータ２２により熱硬化性樹脂ＴＲを加熱してモールド部５を形成するものとしてもよい。

以上説明したように、本開示のステータの製造方法は、ステータコア（２）に巻回されたステータコイル（３）のコイルエンド部（３ａ）を覆う熱硬化性樹脂製のモールド部（５）を形成するステータ（１）の製造方法であって、成形型（１２）内に注入された液状かつ硬化剤が混合された前記熱硬化性樹脂（ＴＲ）に前記コイルエンド部（３ａ）を浸漬させる浸漬工程と、前記熱硬化性樹脂（ＴＲ）を正圧環境で加熱して硬化させて前記モールド部（５）を形成する形成工程と、を有することを要旨とする。

本開示のステータの製造方法において、前記浸漬工程は、前記コイルエンド部（３ａ）を負圧環境で前記熱硬化性樹脂（ＴＲ）に浸漬させるものとしてもよい。こうすれば、熱硬化性樹脂に混入したエアを抜けやすくすることができる。

コイルエンド部を負圧環境で熱硬化性樹脂（ＴＲ）に浸漬させる態様の本開示のステータの製造方法において、前記浸漬工程は、第１圧力調節部（１４）により第１チャンバ（１０）内を負圧環境にすると共に前記第１チャンバ（１０）内で前記熱硬化性樹脂（ＴＲ）に前記コイルエンド部（３ａ）を浸漬させ、前記形成工程は、第２圧力調節部（２４）により第２チャンバ（２０）内を正圧環境にすると共に前記第２チャンバ（２０）内で前記熱硬化性樹脂（ＴＲ）を加熱して前記モールド部（５）を形成するものとしてもよい。

また、コイルエンド部を負圧環境で熱硬化性樹脂（ＴＲ）に浸漬させる態様の本開示のステータの製造方法において、前記浸漬工程は、圧力調節部（２４）によりチャンバ（２０）内を負圧環境にすると共に前記チャンバ（２０）内で前記熱硬化性樹脂（ＴＲ）に前記コイルエンド部（３ａ）を浸漬させ、前記形成工程は、前記圧力調節部（２４）により前記チャンバ（２０）内を正圧環境にすると共に前記チャンバ（２０）内で前記熱硬化性樹脂（ＴＲ）を加熱して前記モールド部（５）を形成するものとしてもよい。

以上、本開示を実施するための形態について説明したが、本開示はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本開示は、ステータの製造方法の製造産業などに利用可能である。

１ステータ、２ステータコア、３ステータコイル、３ａ，３ｂコイルエンド部、４セグメントコイル、５モールド部、１０第１チャンバ、１２成形型、１３凹部、１４第１ポンプ、２０第２チャンバ、２２ヒータ、２４ポンプ。

Claims

ステータコアに巻回されたステータコイルのコイルエンド部を覆う熱硬化性樹脂製のモールド部を形成するステータの製造方法であって、
成形型内に注入された液状かつ硬化剤が混合された前記熱硬化性樹脂に前記コイルエンド部を浸漬させる浸漬工程と、
前記熱硬化性樹脂を正圧環境で加熱して硬化させて前記モールド部を形成する形成工程と、
を有するステータの製造方法。
請求項１記載のステータの製造方法であって、
前記浸漬工程は、前記コイルエンド部を負圧環境で前記熱硬化性樹脂に浸漬させる、
ステータの製造方法。
請求項２記載のステータの製造方法であって、
前記浸漬工程は、第１圧力調節部により第１チャンバ内を負圧環境にすると共に前記第１チャンバ内で前記熱硬化性樹脂に前記コイルエンド部を浸漬させ、
前記形成工程は、第２圧力調節部により第２チャンバ内を正圧環境にすると共に前記第２チャンバ内で前記熱硬化性樹脂を加熱して前記モールド部を形成する、
ステータの製造方法。
請求項２記載のステータの製造方法であって、
前記浸漬工程は、圧力調節部によりチャンバ内を負圧環境にすると共に前記チャンバ内で前記熱硬化性樹脂に前記コイルエンド部を浸漬させ、
前記形成工程は、前記圧力調節部により前記チャンバ内を正圧環境にすると共に前記チャンバ内で前記熱硬化性樹脂を加熱して前記モールド部を形成する、
ステータの製造方法。