JP3823844B2

JP3823844B2 - 回転電機およびその製造方法

Info

Publication number: JP3823844B2
Application number: JP2002046229A
Authority: JP
Inventors: 俊雄菊地; 真一郎北田; 雄太郎金子; 孝恒吉
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-02-22
Filing date: 2002-02-22
Publication date: 2006-09-20
Anticipated expiration: 2022-02-22
Also published as: JP2003250240A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は回転電機のステータおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の回転電機において、回転電機を効率よく冷却するために、ステータのスロット（コイルが収装される溝部）の内部を冷却通路として利用してコイルを直接冷却できるようにしたものが、本出願人より特願２０００−３７９７９１として提案されている。
【０００３】
この回転電機では、スロット開口部に配置されたプレートの外側面（ロータ側面）上に樹脂を充填することにより樹脂層を形成する。樹脂層を形成するための方を取り除く際には電磁鋼板が捲れ上がったりステータが傷ついたりするが、プレートは樹脂層の形成後に取り除く必要がないため、この不具合を避けることができる。また、プレートの上部にストッパー部を設けることにより、樹脂の漏れを防止するとともに、プレートの移動を制限できるため寸法管理、製造工程が簡単になる。
【０００４】
【発明が解決しようとしている問題点】
しかしながらこのようなステータにおいて、冷却通路を閉塞するための樹脂を充填する際に、プレートとストッパー部との密着が良好に達せられずにスロット内部に樹脂が漏れることがある。これにより、冷却に必要な冷却液を流す通路面積を確保することができなくなりコイルの冷却効率が低下する。
【０００５】
そこで本発明は、樹脂を充填する際に、スロット内部に形成した冷却通路の通路面積を確保できる回転電機を提供することを目的とする。
【０００６】
【問題点を解決するための手段】
上記の問題を解決するため、請求項１にかかる発明では、スロットの開口部付近にプレートを配置し、ティースの先端面に当接させて樹脂充填用の金型を配置した樹脂充填前の状態で、プレートの内側面とストッパー部との間に形成される非充填空間の断面積よりもプレートの外側面と金型との間に形成される充填空間の断面積が大きくなるようプレートとティース先端の形状を設定する構成とした。
【０００７】
かかる構成によれば、非充填空間よりも先に充填空間の方へ樹脂を流し込むことが可能となる。充填空間へ流入した樹脂はプレートをスロット内側方向へ押圧するので、充填が進むにつれて非充填空間は小さくなり、やがてプレートの内側面がストッパー部に密着する。以上の作用により、スロット内部へ樹脂を漏らすことなく樹脂充填層を形成することができる。
【０００８】
また、請求項６にかかる発明では、ティースの先端面に当接させて樹脂充填用の金型を配置し、この金型とティース先端付近に設けたストッパー部との間にプレートを配置した後、金型の内部に形成した樹脂供給通路を介してプレートの外側面側より樹脂を充填して樹脂充填層を形成する製造方法とした。
【０００９】
かかる方法によれば、非充填空間と充填空間の断面積の大小関係等に関係なく、必ず充填空間の方へ先に樹脂が流れ込むことが可能となり、プレートとティース先端の形状の設計自由度が大きくなる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に従って本発明の第一の実施形態を説明する。ここでは、回転電機を永久磁石式同期電動機とし、電動機の縦断面を図１、横断面を図２に示す。
【００１１】
図１において、回転電機のケース１は、円筒板１Ａとこの円筒板１Ａの軸方向両端の開口を閉塞する側板１Ｂ、１Ｃから形成する。
【００１２】
ケース１内に周方向に均等に永久磁石６が配置された円柱形のロータ２を収容する。ロータ２は、その回転軸２Ａの両端をそれぞれベアリング３を介して側板１Ｂ、１Ｃに支持することにより、回転軸２Ａを中心に回転自在となっている。
【００１３】
円筒板１Ａの内周面に、ロータ２の外周を取り囲むように円筒形のステータ５を配置する。ステータ５の内周面とロータ２の外周面との間には、ロータ２が回転するための所定のエアギャップ７を設ける。
【００１４】
ケース１内部に配置されたステータ５の軸方向の両端に、環状の冷却ジャケット１０、１１を形成する。冷却ジャケット１０には円筒板１Ａを貫通するオイル供給口１６を介して、冷却用オイルが供給される。この冷却オイルは、ステータ５内に形成された冷却通路２９（図２参照）を流れて反対側の冷却ジャケット１１へ導かれ、冷却ジャケット１１に形成した円筒板１Ａを貫通するオイル排出口１７から外部へ排出される。前記冷却ジャケット１０と１１を形成するために、ステータ５の両端からその内周面の延長上に円筒形状の樹脂層１４Ａ、１４Ｂを形成する。
【００１５】
また、図２に示すように、ステータ５をステータコア２０と、このステータコア２０の周囲に巻装されるコイル３０とから構成する。
【００１６】
ステータコア２０は、所定個数（本実施の形態では１２個）の分割コア２１を円環状に連ねた分割コア構造にて形成する。ここで、本実施形態では、ステータコア２０を分割コアとしたが分割されていない環状のステータコアを用いてもよい。各分割コア２１は略Ｔ字型の電磁鋼板をロータ２の回転軸２Ａ方向（図２の紙面に垂直方向）に所定枚数積層して形成する。
【００１７】
分割コア２１は、円筒板１Ａの内周に沿った円環の一部となるバックコア部２２と、このバックコア部２２からステータコア２０の内周半径方向に突出するティース部２３とからなっている。
【００１８】
周方向に均等に設けられたティース部２３間に形成される凹部（溝部）をスロット２５とする。コイル３０は各ティース部２３に集中巻きされることにより、スロット２５内部に収容された状態となっている。このスロット２５を前記冷却ジャケット１０からの冷却用のオイルを通す冷却通路２９とするために、ロータ２の外周に面したスロット２５の開口部４１に、開口部４１を閉塞するプレート４０を装着する。このプレート４０のロータ２側の面（図３における外側面４０ａ）を前述した樹脂層１４で覆い、冷却通路２９のシール性を確保する。
【００１９】
このような冷却通路２９を形成するティース部２３、プレート４０等の詳細を図３に示す。
【００２０】
ティース部２３の先端の開口部４１に臨む両端面には、断面がＶ字状に開く溝を形成し、この溝をプレート４０が装着されるプレート保持溝２８とする。そしてこの保持溝２８の両傾斜面を構成するロータ２側の突起を突起部２６、スロット２５側の突起をストッパー部２７とする。ストッパー部２７は、樹脂層１４の充填時にプレート４０を支持する機能と、ティース部２３へのコイル３０の巻回範囲を規定する機能とを果すものである。
【００２１】
さらに、各スロット２５の開口部４１は、冷媒の漏れを防ぐためにプレート４０の外側から樹脂層１４により閉塞される。これにより、スロット２５内部の空間は画成され、冷却用オイルが流通する冷却通路２９を形成できる。
【００２２】
冷却通路２９を閉塞するための樹脂層１４を形成する方法を図４に示したステータ５の縦断面図を用いて説明する。
【００２３】
外径がステータ５の内径とほぼ等しい円柱形状の内金型６１をステータ５の内周に貫通配置する。また、内金型６１の外周には内径が内金型６１の外径よりも大きく、また内金型６１と同心の円筒状の外金型６２を、ステータコア２０の両端に当接するように配置する。外金型６２の軸方向の長さは、図１におけるケース１の軸方向の幅と等しくなるように形成し、また、内金型６２のステータコア２０から突出している部分の軸方向の長さは外金型６２より長くなるように形成する。外金型６２のステータコア２０に当接していない方の端部には、内金型６１に当接する端部６２ａを形成する。
【００２４】
これにより、内金型６１と外金型６２の間には、樹脂形成後に樹脂層１４（図１参照）の両端部１４Ａ、１４Ｂとなる環状の空間Ａが形成される。また同時に、ストッパー部２７と内金型６１との間に区画形成される軸方向に延びる空間Ｂ（図５のＢ１〜Ｂ３）が形成され、この空間Ｂを外金型６２の内側の環状空間Ａに連通させる。
【００２５】
また、内金型６１の一端に環状空間Ａに連通する樹脂供給路Ｃを形成し、樹脂を図４の矢印で示すように樹脂供給路Ｃから環状空間Ａに供給する。
【００２６】
ここで、プレート４０の寸法は、スロット２５の開口部４１の寸法（隣り合うティース部２３のプレート保持溝２８間の空間の寸法）より小さくしてある。これは、電磁鋼板の積層構造を有するステータコア２０の場合、その寸法精度が低いためスロット開口部４１の寸法にある程度ばらつきが生じることを考慮し、プレート４０のスロット開口部４１への配置を容易に行えるようにするためである。
【００２７】
上記のような寸法設定のため、スロット開口部４１へプレート４０を配置しただけの状態（図５）では、プレート４０のストッパー部２７と対峙する面とストッパー部２７との間に隙間が生じることになるが、樹脂の充填を行うと、樹脂充填時の圧力がプレート４０の外側面４０ａ（内金型６１側の面）からスロット２５内部方向に作用してプレート４０がスロット２５方向へ移動し、プレート４０の内側面がストッパー部２７に密着する（図３参照）。
【００２８】
ただし、プレート４０の内側面とストッパー部２７とが重なり合う隙間に形成される非充填空間Ｂ１、Ｂ２の面積Ｓ１、Ｓ２がプレート４０の外側面４０ａと突起部２６と内金型６１で画成される樹脂充填対象となる充填空間Ｂ３の面積Ｓ３より大きいと、空間Ａから空間Ｂへ樹脂が流れ込む時に、非充填空間Ｂ１、Ｂ２のほうへ先に樹脂が流れ込んでしまい、上記したプレート４０とストッパー部２７との密着が良好に達成されなくなる。このような状態になると、充填樹脂がスロット２５内部に漏れでてしまうので、冷却通路２９の通路面積が確保できなくなる。
【００２９】
そこで、スロット開口部４１へプレート４０を配置した樹脂充填前の状態でプレート４０が最も外側（内金型６１側）に位置した場合でも、充填空間Ｂ３の面積Ｓ３が非充填空間Ｂ１，Ｂ２の面積Ｓ１、Ｓ２より大きくなるように、すなわち、Ｓ３＞Ｓ１且つＳ３＞Ｓ２が成立するようにプレート４０およびステータコア２０の形状を設定し、より望ましくは、Ｓ３＞Ｓ１＋Ｓ２が成立するような設定とする。
【００３０】
このように、樹脂充填前の状態で、プレート４０の内側面とストッパー部２７との間に形成される非充填空間Ｂ１、Ｂ２の各断面積よりもプレート４０の外側面４０ａとの間に形成される充填空間の断面積が大きくなるように設定することで、非充填空間Ｂ１、Ｂ２よりも先に充填空間Ｂ３の方へ樹脂を流し込むことが可能となる。特に、プレート４０の左右に形成される二つの非充填空間Ｂ１、Ｂ２の総断面積よりも充填空間Ｂ３の面積が大きくなるようにすることで、非充填空間Ｂ１、Ｂ２よりも先に充填空間Ｂ３へ樹脂が流れ込む。充填空間Ｂ３に流入した樹脂はプレート４０をスロット２５内側方向に押圧するので、充填が進むにつれて非充填空間Ｂ１、Ｂ２が小さくなり、やがてプレート４０の内側面がストッパー部２７に密着する。これにより樹脂がスロット２５内部に漏れるのを抑制することができ、冷却通路２９の通路面積を確保することができる。また、樹脂充填時に、ティース部２３の最先端に突起部２６を設け、プレート４０の内金型６１方向への移動を突起部２６で制限するようにすることで、樹脂層１４を確実に形成することができる。さらに、プレート４０の側面をプレート保持溝２８に対応した傾斜面より形成する。これにより、ティース部２３の形状に多少の誤差が生じても、プレート４０の外側面４０ａから充填圧力がかかることにより、プレート４０とティース部２３が密着する。
【００３１】
第２の実施形態のスロット２５およびプレート４０の詳細を図６に示す。
【００３２】
ここでは、ティース部２３の先端をコイル巻装部分よりも細くするとともに突起部２６（図３参照）を設けずにストッパー部２７のみを設け、プレート４０をスロット２５内部に向け凸形状に形成した。このときプレート４０の外側面４０ａに、樹脂が充填される溝４３を設ける。樹脂の充填空間の一部となる溝４３の面積Ｓ３は、プレート４０が最も内周側(スロット２５外側)に配置されたときにもストッパー部２７とプレート４０の間に形成される非充填空間Ｂ１、Ｂ２のそれぞれの面積Ｓ１、Ｓ２よりも大きくなるようにプレート４０を形成し、より好ましくはＳ３＞Ｓ１＋Ｓ２が成立するように形成する。
【００３３】
このように、プレート４０の外側面４０ａに軸方向に延びる溝を設けることで、樹脂充填空間Ｂ３を確実に確保することができる。樹脂充填時には、樹脂はまず充填空間Ｂ３に供給されその圧力によりプレート４０がスロット２５内部側へ移動するので、プレート４０の基端部分とストッパー部２７の密着が良好に達成され、スロット２５内部に樹脂が漏れるのを抑制することができる。
【００３４】
第３の実施形態は、第２の実施形態において溝４３を形成する替わりに、プレート４０の外側面４０ａに外側に向けて２つの突起部４２を形成する。このとき、突起部４２間と内金型６１で形成される空間を充填空間Ｂ３とし、ストッパー部２７とプレート４０の外周側面により形成される空間を非充填空間Ｂ１、Ｂ２とする。このとき、Ｓ３＞Ｓ１かつＳ３＞Ｓ２が成立し、より好ましくはＳ３＞Ｓ１＋Ｓ２が成立するようにプレート４０を形成する。
【００３５】
このように、プレート４０の外側面４０ａに突起部４２を設けることで、確実に充填空間Ｂ３の断面積を確保することができる。これにより、プレート４０とストッパー部２７の密着が良好に達成され、樹脂を充填する際にスロット２５の内部に樹脂が漏れるのを抑制することができる。
【００３６】
第４の実施形態は、プレート４０やティース部２３の先端形状を工夫して樹脂漏れを防止する第１から第３の実施形態と異なり、樹脂の充填経路を工夫することで樹脂漏れを防止するものである。すなわち、この実施形態では、図８に示したようにステータ５の軸方向中央に設けた樹脂供給路Ｃから樹脂を供給する。すなわち、内金型６１の内部に設ける樹脂供給路Ｃの供給口を軸方向の略中央部におけるプレート４０の外側面４０ａに対峙するように開口させる。このようにして樹脂を充填することで、まず充填空間Ｂ３に樹脂が充填されるので充填圧力が確実にプレート４０の外側面４０ａに作用してプレート４０をスロット２５の内部側へ移動させる。
【００３７】
このように、ティース部２３の先端面に当接させて樹脂充填用の金型６１、６２を配置し、内金型６１とティース部２３の先端付近に設けたストッパー２７との間にプレート４０を配置した後、内金型６１の内部に形成した樹脂供給通路Ｃを介してプレート５０の外側面４０ａ側より樹脂を充填して樹脂層１４を形成することで、非充填空間Ｂ１、Ｂ２と充填空間Ｂ３との断面積の大小に関係なく、かならず充填空間Ｂ３の方へ先に流し込むことができるので、プレート４０とティース２３の先端の形状の設計自由度が大きくなる。
【００３８】
但し、樹脂硬化後の処理（例えば内金型６１の取り外しや樹脂供給路Ｃ内で硬化した放射状の樹脂の除去）については、図４の充填方法を用いたほうが容易となる。
【００３９】
なお、本発明は、上記実施の形態に限られるわけではなく、特許請求の範囲に記載した技術的思想の範囲以内で様々な変更が成し得ることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に用いる回転電機の縦断面図である。
【図２】本発明の実施形態に用いる回転電機の横断面図である。
【図３】第１の実施形態における樹脂充填後のステータの詳細図である。
【図４】第１の実施形態における樹脂の充填方法を示す図である。
【図５】第１の実施形態における樹脂充填時のステータの詳細図である。
【図６】第２の実施形態における樹脂充填時のステータの詳細図である。
【図７】第３の実施形態における樹脂充填時のステータの詳細図である。
【図８】第４の実施形態における樹脂の充填方法を示す図である。
【符号の説明】
２ロータ
５ステータ
７エアギャップ（回転空隙）
２３ティース部
２５スロット部
２７ストッパー部
３０コイル
４０プレート
４１開口部
４２突起部（突起）
４３溝
Ｂ１非充填空間
Ｂ２非充填空間
Ｂ３充填空間

Claims

ティースに巻装したコイルをスロット内部に収容してなるステータを備え、
前記スロットの開口部を、開口部付近に配置されるプレートとこのプレートの外側面上に形成される樹脂充填層とで閉塞することにより、スロット内部に冷媒通路を形成する回転電機において、
前記ティースの先端付近にストッパー部を設け、樹脂充填時における前記プレートのスロット内側方向への移動を前記ストッパー部で制限するとともに、
前記スロットの開口部付近に前記プレートを配置し、前記ティースの先端面に当接させて樹脂充填用の金型を配置した樹脂充填前の状態で、前記プレートの内側面と前記ストッパー部との間に形成される非充填空間の断面積よりも前記プレートの外側面と前記金型との間に形成される充填空間の断面積が大きくなるよう前記プレートと前記ティース先端の形状を設定することを特徴とする回転電機。
前記プレートの左右に形成される２つの非充填空間の総断面積よりも充填空間の断面積が大きくなるようにした請求項１に記載の回転電機。
前記ティースの最先端に突起部を設け、前記プレートの前記金型方向への移動を前記突起部で制限するようにした請求項１または２に記載の回転電機。
前記プレートの外側面に軸方向に延びる溝を設けた請求項１または２に記載の回転電機。
前記プレートの外側面に突起を設けた請求項１または２に記載の回転電機。
ティースに巻装したコイルをスロット内部に収容してなるステータを備え、
前記スロットの開口部を、開口部付近に配置されるプレートとこのプレートの外側面上に形成される樹脂充填層とで閉塞することにより、スロット内部に冷媒通路を形成する回転電機の製造方法において、
前記ティースの先端面に当接させて樹脂充填用の金型を配置し、
この金型と前記ティースの先端付近に設けたストッパー部との間に前記プレートを配置した後、
前記金型の内部に形成した樹脂供給通路を介して前記プレートの外側面側より樹脂を充填して前記樹脂充填層を形成することを特徴とする回転電機の製造方法。