JP2022015598A - 回転電機の固定子および回転電機の固定子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁紙を用いず、固定子鉄心とコイルとの間を絶縁することが可能な回転電機の固定子および回転電機の固定子の製造方法を提供する。【解決手段】本発明の回転電機の固定子は、円環形状を有し、中心に向かって複数の突出部が設けられた固定子鉄心（３１０）と、複数の突出部の間に形成された空間に収納された複数の巻線（３２０）と、を備え、突出部の表面に接着剤からなる接着層（３１４ａ）が設けられ、該接着層（３１４ａ）によって固定子鉄心（３１０）と巻線（３２０）との間が絶縁されていることを特徴とする。【選択図】図３

Description

本発明は、回転電機の固定子および回転電機の固定子の製造方法に関する。

回転電機は、一般に、回転子と固定子から構成され、固定子は固定子鉄心と、固定子鉄心の隙間に配置された複数のコイルとを有する。コイルには高電流が流れるため、コイルと固定子鉄心との間またはコイル同士の間には、従来、絶縁層が配置されている。例えば、特許文献１には、コイルとステータコアとの間に絶縁紙が配置された構成が開示されている。

特開２０２０－７８２０７号公報

上述した特許文献１のように絶縁紙を配置する場合、固定子鉄心に絶縁紙を筒状態に巻いて配置し、その中にコアを挿入していたが、絶縁紙を所定の形状に成型することや、コア挿入時に絶縁紙を破かないようにすることが生産性・作業性を低下させていた。

本発明は、上記事情に鑑み、絶縁紙を用いず、固定子鉄心とコイルとの間を絶縁することが可能な回転電機の固定子および回転電機の固定子の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の一態様は、円環形状を有し、中心に向かって複数の突出部が設けられた固定子鉄心と、複数の突出部の間に形成された空間に収納された複数の巻線と、を備え、突出部の表面に接着剤からなる第１の接着層が設けられ、第１の接着層によって固定子鉄心と巻線とが絶縁されていることを特徴とする回転電機の固定子である。

また、上記目的を達成するための本発明の他の態様は、円環形状を有し、中心に向かって複数の突出部が設けられ、一部に第２の接着層が設けられた複数の固定子鉄心構成部材を、突出部の間に配置されるガイドを有する成形治具に固定する工程と、積層された固定子鉄心構成部材を加圧および加熱して第２の接着層を硬化する工程と、を有し、加圧によって、突出部とガイドとの間に第２の接着層の接着剤が流れ込み、硬化することで突出部の表面に接着剤からなる第１の接着層が形成されることを特徴とする回転電機の固定子の製造方法である。

本発明のより具体的な構成は、特許請求の範囲に記載される。

本発明によれば、絶縁紙を用いず、固定子鉄心とコイルとの間を絶縁することが可能な回転電機の固定子および回転電機の固定子の製造方法を提供できる。

上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の回転電機の一実施形態を示す模式図 図１のＡ－Ａ線断面図 図２の固定子鉄心およびコイルを拡大する図 固定子鉄心を構成する固定子鉄心構成部材を積層して接着する工程を示す図 固定子鉄心を構成する固定子鉄心構成部材を積層して接着する工程を成形治具とともに示す図 固定子鉄心構成部材固定後に成形治具を取り外す工程を示す図 固定子鉄心にコイルを収納する工程を示す図 固定子鉄心に形成される第１の接着層の形状の第２の例を示す図 従来の回転電機の固定子鉄心の一例を示す模式図

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

［回転電機］
まず始めに、回転電機の構成について説明する。図１は本発明の回転電機の一実施形態を示す模式図である。図１に示すように、回転電機１００は、回転子２００と、固定子３００と、シャフト２５０とを基本的な構成として備える。

回転電機１００は、電気エネルギーを回転エネルギーに変換するものである。本実施形態で対象とする回転子２００には、特に自動車用に用いられ、大きな回転エネルギーを出力可能な磁石トルクとリラクタンストルクの組合せを利用可能な磁石埋込型回転子を採用する。また、固定子３００には、回転エネルギーが高く、かつ騒音が少ない分布巻を採用する。

シャフト２５０は、回転子２００に固定され、回転電機から発生した回転動力を図示しないスプラインを介して外部（ギアー）へ伝達する。軽量化かつ回転子の冷却性向上のため、中空形状を採用することが多い。

図２は図１のＡ－Ａ線断面図である。図２に示すように、回転子２００は回転子鉄心２１０と、回転子鉄心２１０に埋め込まれた永久磁石２２０を有する。回転子鉄心２１０は、空気に対して透磁率の高い軟磁性体鉄心を積層した部材で構成され、磁路を形成すると共に、永久磁石２２０を収納する磁石収納空間を形成する。永久磁石２２０は、希土類元素を含む磁石であり、磁石からの磁束で磁石トルクを発生させる。

固定子３００は、固定子鉄心３１０と、固定子鉄心３１０の間隙に配置された複数の巻線（コイル）３２０とを有する。固定子鉄心３１０は、空気に対して透磁率の高い軟磁性体鉄心を積層した部材で構成される。巻線３２０は、導電率が高く、損失が少ない材質、例えば、銅材またはアルミ材で構成される。コイルは、損失低減のために、長手側から固定子鉄心３１０が有する間隙に挿入され、流れた交流電流から回転磁界を発生させて、固定子鉄心３１０に磁路を形成する。

端子４００は、相交流電圧入力側と締結し、固定子に入力するための部品であり、導電性が高い材料から構成される。

［回転電機の固定子］
次に、回転電機の固定子について詳述する。図３は図２の固定子鉄心３１０および巻線３２０を拡大する図である。また、図９は従来の固定子鉄心３１０および巻線３２０を拡大する図である。図９に示すように、従来は巻線３２０の表面に絶縁紙３４０が巻かれ、この絶縁紙３４０によって固定子鉄心３１０と巻線３２０との間および巻線３２０同士の間を絶縁していた。本発明は、図３に示すように、絶縁紙３４０に代えて、絶縁性の材料からなる第１の接着層３１４ａ（接着柱）を設け、この第１の接着層３１４ａによって固定子鉄心３１０と巻線３２０との間および巻線３２０同士の間を絶縁している。このように絶縁紙３４０に代えて第１の接着層３１４ａを採用することで、絶縁紙を用いず、固定子鉄心とコイルとの間およびコイル同士の間の絶縁を保つことが可能な回転電機の固定子を実現できる。

［回転電機の固定子の製造方法］
次に、上述した本発明の回転電機の固定子の製造方法について説明する。図４は固定子鉄心を構成する固定子鉄心構成部材を積層して接着する工程を示す図である。図４に示すように、固定子鉄心は、中心に向かって突出した突出部を有する円環状の複数の固定子鉄心構成部材３１１の積層体で構成され、突出部の一部が第２の接着層５００によって接着されて構成されている。すなわち、固定子鉄心構成部材３１１は、第２の接着層５００が設けられたＰ面３１２と、第２の接着層５００が設けられていないＱ面３１３を有する。第２の接着層５００は固定子鉄心構成部材３１１の全面に設けられていても良いが、固定子鉄心構成部材３１１同士を固定できれば、点付けでも良い。第２の接着層５００は固定子鉄心構成部材３１１のコイル収納部となる突出部付近に設けられていることが好ましい。

円環状の固定子鉄心構成部材３１１は、固定子鉄心構成部材の素材をプレス加工によって所定の形状に打ち抜いて作製される。固定子鉄心３１０を薄い固定子鉄心構成部材３１１で構成することで、渦電流を低減することができる。複数の固定子鉄心構成部材３１１を所定の厚さになるように積層する。固定子鉄心構成部材の積層体を固定するために、従来はカシメおよび溶接が採用されていたが、これらお方法では、固定子鉄心３１０の変形により残留応力が発生し、鉄損増加につながる可能性がある。一方、固定子鉄心構成部材３１１を接着剤で接着させることで、固定子鉄心３１０に変形が生じることはなく、回転電機の性能低下を防止することができる。固定子鉄心構成部材３１１としては、珪素鋼板を用いることが好ましい。

第２の接着層５００は、積層された複数の固定子鉄心構成部材３１１を固定するための樹脂材料からなる層である。第２の接着層５００は誘電率が低いため、絶縁保護としても有効である。第２の接着層５００は液状接着剤を固定子鉄心構成部材３１１に塗布し、隣接する固定子鉄心構成部材３１１と接着させて積層することで、固定子鉄心３１０が作製される。接着剤の塗布工程は珪素鋼板を打抜く前または打抜く後のどちらでも良い。

図５は固定子鉄心を構成する固定子鉄心構成部材を積層して接着する工程を成形治具とともに示す図である。図５に示すように、コイル収納空間に挿入される成形治具６００を用いて固定子鉄心構成部材３１１を積層する。成形治具６００は、固定子鉄心構成部材３１１と接触する成形治具固定面６１０と、成形治具固定面６１０に対して垂直方向に延びて設けられた成形治具ガイド面６１１とを有する。成形治具固定面６１０は、固定子鉄心構成部材３１１の表面を傷付けないよう、所定の表面粗さに管理されている。成形治具ガイド面６１１の側面には所定の深さの溝６１２が設けられており、図３に示す第１の接着層３１４ａが形成される空間を構成する。

図５の矢印前後に示すように、固定子鉄心構成部材３１１は、成形治具６００の成形治具固定面６１０に積層される。固定子鉄心構成部材３１１を積層後、固定子鉄心を所定の厚さに管理するために、固定子鉄心構成部材３１１を加圧しながら加熱し、接着剤を硬化させる。加熱には、固定子鉄心構成部材３１１を均一に加熱するために、誘導加熱器を用いることが好ましい。

図６は固定子鉄心構成部材固定後に成形治具を取り外す工程を示す図である。図６に示すように、成形治具６００の成形治具ガイド面６１１と積層された固定子鉄心３１０との間に接着剤の被膜である第１の接着層３１４ａが形成される。第１の接着層３１４ａは、積層された固定子鉄心構成部材３１１が加圧される際、接着剤が塗布されたＰ面３１３に介在している第２の接着層５００の接着剤が、固定子鉄心３１０の巻線収納空間にあふれ出して形成されたものである。したがって、第１の接着層３１４ａの形状は、成形治具ガイド面６１１の形状に依存する。

図７は固定子鉄心にコイルを収納する工程を示す図である。図７に示すように、固定子鉄心３１０のコイル収納空間の内側には、第１の接着層３１４ａが形成されている。この第１の接着層３１４ａの形状に添って巻線３２０を収納することで固定子が完成する。固定子鉄心３１０と巻線３２０との間および巻線３２０同士の間は、第１の接着層３１４ａによって絶縁される。

図８は固定子鉄心に形成される第１の接着層の形状の第２の例を示す図である。図５および図６では、固定子鉄心３１０のコイル収納空間に突起状の第１の接着層３１４ａが形成されていたが、本実施例では、固定子鉄心３１０の内周面に平坦に形成された第１の接着層３１４ｂを有する。この場合、巻線３２０を、巻線３２０同士に間隙が設けられるように収納し、この間隙に絶縁紙３４０を収納することで、巻線３２０間の絶縁することができる。この実施形態では、従来のように絶縁紙３３０を巻線３２０形状に沿って成形する必要が無い。巻線３２０と絶縁紙３３０を同時に固定子鉄心の巻線収納空間に挿入することが可能である。

以上、説明したように、本発明によれば、絶縁紙を用いず、固定子鉄心とコイルとの間を絶縁することが可能な回転電機の固定子および回転電機の固定子の製造方法を提供できることが示された。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１００…回転電機、２００…回転子、２１０…回転子鉄心、２２０…永久磁石、３００…固定子、３１０…固定子鉄心（コア）、３１１…固定子鉄心構成部材、３１２…固定子鉄心のＰ面、３１３…固定子鉄心のＱ面、３１４ａ，３１４ｂ…接着柱（第１の接着層）、３１５…溝、３２０…コイル、３４０…絶縁紙、２５０…シャフト、４００…端子、５００…第２の接着層、６００…成形治具、６１０…成形治具固定面、６１１…成形治具ガイド面、６１２…溝。

Claims (8)

1. 円環形状を有し、中心に向かって複数の突出部が設けられた固定子鉄心と、
   前記複数の突出部の間に形成された空間に収納された複数の巻線と、を備え、
   前記突出部の表面に接着剤からなる第１の接着層が設けられ、
   前記第１の接着層によって前記固定子鉄心と前記巻線とが絶縁されていることを特徴とする回転電機の固定子。
2. 前記第１の接着層は、前記固定子の上面を見たときに、前記巻線に向かって複数の突起部を有し、
   前記巻線は、前記複数の突起部の間に収納されており、
   前記突起部によって前記固定子鉄心と前記巻線および前記巻線同士が絶縁されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機の固定子。
3. 前記第１の接着層は、前記固定子の上面を見たときに、前記固定子鉄心の内周面に沿って平坦に設けられており、
   前記巻線同士の間には、さらに絶縁紙が設けられ、
   前記第１の接着層によって前記突出部と前記巻線とが絶縁され、前記絶縁紙によって前記巻線同士が絶縁されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機の固定子。
4. 前記固定子鉄心は、複数の固定子鉄心構成部材が第２の接着層を介して積層された積層体であり、
   前記固定子鉄心構成部材の間に設けられた前記第２の接着層と、前記突出部の表面に設けられた前記第１の接着層とが一体になっていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の回転電機の固定子。
5. 円環形状を有し、中心に向かって複数の突出部が設けられ、一部に第２の接着層が設けられた複数の固定子鉄心構成部材を、前記突出部の間に配置されるガイドを有する成形治具に固定する工程と、
   積層された前記固定子鉄心構成部材を加圧および加熱して前記第２の接着層を硬化する工程と、を有し、
   前記加圧によって、前記突出部と前記ガイドとの間に前記第２の接着層の接着剤が流れ込み、硬化することで前記突出部の表面に接着剤からなる第１の接着層が形成されることを特徴とする回転電機の固定子の製造方法。
6. 前記ガイドは、前記固定子の上面を見たときに、前記突出部の間に向かって複数の突起部を有し、前記第１の接着層は、前記突出部の間に向かって突起部を有する形状に形成されることを特徴とする請求項５に記載の回転電機の固定子の製造方法。
7. 前記ガイドは、前記固定子の上面を見たときに、前記固定子鉄心の内周面との間に隙間を有するように配置され、
   前記隙間の間に前記第１の接着層が形成されることを特徴とする請求項５に記載の回転電機の固定子の製造方法。
8. 前記第１の接着層の間に巻線を挿入し、さらに前記巻線同士の間に絶縁紙を挿入する工程を有することを特徴とする請求項７に記載の回転電機の固定子の製造方法。

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