JP3843644B2 - 回転電機のステータおよびその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スロットの角部における絶縁耐力を向上した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】
回転電機のステータのスロットの角部における絶縁耐力を向上するための構成として、特開昭５８−１５７３４９号公報に記載されているものが知られている。
この従来技術では、電気絶縁部材のスロット角部に当接する部分に波形状の折り目を予め形成しておき、その後スロット外に出ている絶縁部材端部を加熱、拡開している。これにより、電気導体のスロットへの挿入性を向上するとともに、電気導体とスロット角部との距離を保ち、絶縁性を確保している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来技術では、絶縁部材端部を加熱、拡開する際には、加熱成形型を
ステータコアに押しつけているので、スロットの角部に圧接される電気絶縁部材の厚さが減少している。そのため、電気導体がスロット角部に押しつけられると、絶縁不良を生じるおそれがある。この問題は、電気導体のスロット占積率が大きくなると、波形状の折り目による電気導体とスロット角部との距離の確保が困難となるため顕著となる。
【０００４】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、スロット角部における絶縁性を向上したステータおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、回転電機のステータコア（１）に形成され、内周側に開口（４ａ）が形成された複数のスロット（４）にシート状の絶縁部材（２）を筒状にして挿入し、スロット（４）から出ている絶縁部材（２）の一方の端部を拡開し、絶縁部材（２）を一方の端部側に所定量移動し、一方の端部側から電気導体（３）を挿入することを特徴としている。
【０００６】
また、請求項２に記載の発明によると、一方の端部の拡開は、加熱された加熱成形器（５）を押しつけて行われることを特徴としている。
これによると、絶縁部材（２）の端部が拡開されているため、電気導体（３）のスロットへの挿入性が向上する。また、絶縁部材（２）の拡開された端部はスロット（４）外に移動されているので、加熱成形器（５）により加圧されて厚さが薄くなっている加熱成形加工痕（２ｃ）の部分で絶縁性が損なわれることがない。
【０００７】
請求項３に記載の発明では、加熱成形器（５）は、錐状の成形部（５ａ）を有することを特徴としている。
これによると、加熱成形器（５）を絶縁部材（２）の端部に押しつけることにより、絶縁部材（２）の端部を容易に拡開することができる。
請求項４に記載の発明によると、加熱成形器（５）は、複数個の成形部（５ａ）を有していることを特徴としている。
【０００８】
これによると、複数箇所の絶縁部材（２）を同時に加熱成形可能となっている。これにより、複数箇所の絶縁部材（２）の端部の拡開を同時に行うことができるので、製造工数を短縮することが可能となる。
請求項５に記載の発明によると、一方の端部の拡開は、加熱成形器（５）により一方の端部の一部を成形後、加熱成形器（５）をステータコア（１）の周方向に移動して、一方の端部の他を成形して行われることを特徴としている。
【０００９】
これによると、多スロットでスロット間隔の狭いステータコア（１）について、絶縁部材（２）の拡開工程を行うときには、数個のスロット置きに成形部（５ａ）を設け、周方向に移動して順次拡開成形を行うことにより、隣接する成形部（５ａ）が干渉し合うことなく、容易に拡開工程を行うことができる。
請求項６に記載の発明によると、電気導体（３）は、絶縁部材（２）を軸方向に支持しながら挿入を開始し、その後、絶縁部材（２）の支持を解除して、電気導体（３）をさらに挿入することを特徴としている。
【００１０】
これによると、押し上げ工程によって押し上げられた加熱成形加工痕（２ｃ）が再びスロット（４）の角部（４ｂ）まで押し込まれるのを防止し、絶縁性を確保している。
請求項７に記載の発明によると、絶縁部材（２）は、重なり合ってラップ部（２ａ）を形成しており、絶縁部材（２）は、ラップ部（２ａ）をスロット（４）の内壁面に対向させて挿入されることを特徴としている。また、請求項８に記載の発明によると、絶縁部材（２）は、ラップ部（２ａ）をスロット（４）の外径方向の内壁面に対向させて挿入されることを特徴としている。
【００１１】
これによると、ラップ部（２ａ）は、スロット（４）の内壁面に対向して位置し、スロット（４）内周側の開口（４ａ）は絶縁部材（２）により塞がれている。これにより、電気導体（３）とスロット（４）の内壁面との間でラップ部（２ａ）を挟み込んで固定できるため、車両用交流発電機の高振動下でも確実に電気絶縁を図れる。
【００１２】
また、請求項９から請求項１４に記載のステータも、上記した方法により製造されたステータと同様の作用効果が得られる。
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態におけるステータコアのスロットに電気絶縁部材を挿入し、端部を拡開した状態を示す斜視図、図２はステータコアに挿入される電気導体の模式的形状の斜視図、図３から図７は電気絶縁部材の拡開工程を示す図、図８および図９は電気導体の押し上げ工程を示す図、そして図１０および図１１は電気導体の挿入工程を示す図である。
【００１４】
ステータは円環状のステータコア１と、複数のシート状の電気絶縁部材２と、複数のＵ字状の電気導体３とから構成されている。ステータコア１は、薄い珪素鋼板を重ね合わせたものである。ステータコア１には、内周側に開口４ａを有する多数のスロット４が等間隔に形成されており、３相のステータコイルを収容できるようになっている。また、電気絶縁部材２としては、例えば、絶縁紙や不織布シートを用いることができる。
【００１５】
Ｕ字状の電気導体３は、図２に示すように、スロット４に対応した矩形断面を持つ銅線である。この電気導体３は、スロット４への収容部３ａ、収容部３ａをつなぐターン部３ｂ、および他の電気導体と接続される接続端部３ｃで構成されている。このＵ字状の電気導体３の２つの収容部３ａは所定ピッチ離れたスロット４に挿入される。そして、Ｕ字状の電気導体３の２つの接続端部３ｃを所定方向に所定ピッチ捻った後、他のＵ字状電気導体３の接続端部３ｃと接続することにより、ステータコイルが形成される。なお、収容部３ａとターン部３ｂとは、折り曲げ部３ｄによって接続されている。
【００１６】
次にスロット４への電気絶縁部材２の挿入工程および拡開工程を図３から図７を用いて説明する。図３から図７は、ステータの外径方向から見た部分的な側面図である。
まず、シート状の電気絶縁部材２の端部を互いに重ね合わせて筒状にする。この際、電気絶縁部材２の重なりあった端部によりラップ部２ａが形成される。そして、このラップ部２ａをスロット４の外径方向の内壁面と対向するように、筒状に形成された電気絶縁部材２をスロット４の軸方向一端から挿入する。これにより、図３に示すように、各スロット４に円筒状に形成された電気絶縁部材２が並んだ状態が得られる。
【００１７】
次に、スロット４から出ている電気絶縁部材２の一方側に所定温度に加熱された加熱成形器５を圧接する。加熱成形器５は、四角錐状をした複数の加熱成形部５ａが一体となって連なっている。加熱成形部５ａの先端部５ｂは、スロット４の形状に対応して形成され、スロット４に挿入可能となっている。また、加熱成形部５ａは、複数のスロット４に１つ置きに同時に挿入可能となっている。
【００１８】
図４に示すように、加熱成形部５ａが所定温度に加熱された加熱成形器５を図示しない駆動装置により、電気絶縁部材２の端部に当接するように移動する。そして、図５に示すように、加熱成形部５ａをスロット４から出ている電気絶縁部材２に圧接して加熱成形加工することにより、電気絶縁部材２の端部をラッパ状に拡開する。この電気絶縁部材２の端部を拡開する工程により、電気絶縁部材２の拡開部２ｂが形成される。
【００１９】
この拡開工程において、電気絶縁部材２は加熱成型部５ａによりステータコア１の軸方向端面とスロット４の内壁面で形成されるスロット角部４ｂに押しつけられる。そのため、電気絶縁部材２のスロット角部４ｂに押しつけられた部分には、他の部分に比べて厚さが薄くなっている加熱成形加工痕２ｃが形成される。
電気絶縁部材２の端部が拡開成形された後、図６に示すように、駆動装置により加熱成形器５を上昇させる。そして、加熱成形器５を１スロット分周方向に移動し、まだ端部が加熱成形加工されていない電気絶縁部材２の上に位置させる。その後、再び加熱成形器５を下降して、図７に示すように、電気絶縁部材２の端部を圧接して加熱成形加工することにより、電気絶縁部材２の端部を拡開成形する。これにより、図１に示されるような、スロット４から出た端部が拡開した電気絶縁部材２が装備されたステータコア１が得られる。
【００２０】
次に、電気絶縁部材２の押し上げ工程およびスロット４への電気導体３の挿入工程を図８から図１２を用いて説明する。図８から図１２も、ステータの外径方向から見た部分的な側面図である。
まず、図８および図９に示すように、電気絶縁部材２の他端側、即ち加熱成形加工されていない側から電気絶縁部材２が所定量押し上げられる。この電気絶縁部材２の押し上げは、電気絶縁部材２の他端側から支持板６を当接させ、図示せぬ駆動モータにより全ての電気絶縁部材２について同時に行われる。
【００２１】
電気絶縁部材２の押し上げ後、図１０に示すように、電気絶縁部材２の拡開側から、Ｕ字状の電気導体３がスロット４内に挿入される。この際、Ｕ字状の電気導体３の２つの収容部３ａはそれぞれ所定磁極ピッチ離れたスロット４内にそれぞれ収容される。この電気導体３のスロット４への挿入時にも、電気絶縁部材２の他端側は支持板６により支持されている。そして、電気導体３のスロット４への挿入は、電気導体３の端部が支持板６に当接するまで行う。
【００２２】
電気導体３の端部が支持板６に当接後は、図１１に示すように、支持板６を退避させながら、電気導体３の折り曲げ部３ｄがスロット４の角部４ｂに当接するまで、さらに電気導体３を挿入する。
そして、電気導体３の折り曲げ部３ｄがスロット４の角部４ｂに当接するまで挿入され、図１２に示される状態となる。図１２に示される電機導体３の挿入が完了した状態では、加熱成形加工痕２ｃがスロット４の外に位置している。
【００２３】
電気導体３がスロット４に挿入された後、所定磁極ピッチだけ離れた他の電気導体３と電気導通させるために、その接続端部３ｃを周方向に対して互いに反対の方向に折り曲げる。そして異なる電気導体３の接続端部３ｃどうしを接合し、全体でステータコイルを構成する。
図１３は加熱成形器５により、電気絶縁部材２の端部が拡開された状態におけるスロット４の角部４ｂ周辺の周方向の断面図である。スロット４の角部４ｂに対向する電気絶縁部材２は、加熱成形器５により角部４ｂに押しつけられるため、厚さが薄くなっている。この薄くなった加熱成形加工痕２ｃは、図１４に示すように、電気絶縁部材２の押し上げ工程によってスロット４外に移動する。その後の電気導体３の挿入工程では、電気導体３の折り曲げ部３ｄがスロット４の角部４ｂに当接するまで挿入されるため、電気導体３の折り曲げ部３ｄによって電気絶縁部材２がスロット４の角部４ｂに押しつけられる。
【００２４】
しかし、加熱成形加工痕２ｃは所定量スロット４外に押し出されているため、電気導体３によって角部４ｂに押しつけられる電気絶縁部材２は、厚さが薄くなっている加熱成形加工痕２ｃの部分ではない。そのため、加熱成形加工痕２ｃの部分において、電気導体３とステータコア１との間の絶縁不良が起こることはない。
【００２５】
また、本実施形態では、電気導体３を挿入する際に、電気絶縁部材２の拡開されていない側の端部を支持板６によって支持している。これにより、押し上げ工程によって押し上げられた加熱成形加工痕２ｃが再びスロット４の角部４ｂまで押し込まれるのを防止し、絶縁性を確保している。
本実施形態では、四角錐状をした加熱成形部５ａにより電気絶縁部材２の端部が拡開されている。そのため、高温の加熱成型器５ａを電気絶縁部材２の端部に押しつけることにより、容易に端部を拡開することが可能となる。また、電気絶縁部材２の端部を拡開することにより、電気導体３のスロット４内への挿入性を向上することができる。
【００２６】
また、本実施形態で用いられる加熱成形器５は、複数個の加熱成形部５ａが一体となって連なっており、複数箇所の電気絶縁部材２を同時に加熱成形可能となっている。これにより、複数箇所の電気絶縁部材２の端部の拡開を同時に行うことができるので、製造工数を短縮することが可能となる。
また、本実施形態では、複数個の加熱成形部５ａが一体となって連なっている加熱成形器５は、１つ置きに挿入可能となっている。これにより、多スロットでスロット間隔の狭いステータコア１について、電気絶縁部材２の拡開工程を行うときにも、隣接する熱成形部５ａが干渉し合うことなく、容易に拡開工程を行うことができる。
【００２７】
また、本実施形態では、シート状の電気絶縁部材２を筒状にする際にシートの端部が重ね合わされることによりラップ部２ａが形成される。この重ね合わされたラップ部２ａは、スロット４の外径方向の内壁面に対向して位置し、スロット４内周側の開口４ａは電気絶縁部材２により塞がれている。これにより、電気導体３とスロット４の内壁面との間でラップ部２ａを挟み込んで固定できるため、車両用交流発電機の高振動下でも確実に電気絶縁を図ることが可能となる。
【００２８】
なお、本実施形態では、拡開部２ｂは錐状（ラッパ状）とした。しかし、上記した作用効果は、錐状でのみ達成されるものではなく、階段状、フランジ状、若しくは拡開したひだ状等でも良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るステータコアおよび電気絶縁部材の斜視図である。
【図２】ステータコアに挿入される電気導体の模式的形状の斜視図である。
【図３】電気絶縁部材の拡開工程を示す図である。
【図４】電気絶縁部材の拡開工程を示す図である。
【図５】電気絶縁部材の拡開工程を示す図である。
【図６】電気絶縁部材の拡開工程を示す図である。
【図７】電気絶縁部材の拡開工程を示す図である。
【図８】電気導体の押し上げ工程を示す図である。
【図９】電気導体の押し上げ工程を示す図である。
【図１０】電気導体の挿入工程を示す図である。
【図１１】電気導体の挿入工程を示す図である。
【図１２】電気導体の挿入が完了した状態を示す図である。
【図１３】電気絶縁部材およびステータコアのステータコア周方向の断面図である。
【図１４】電気絶縁部材およびステータコアのステータコア周方向の断面図である。
【符号の説明】
１…ステータコア、２…電気絶縁部材、２ａ…ラップ部、２ｂ…拡開部、
２ｃ…加熱成形加工痕、４…スロット、４ａ…開口、４ｂ…角部。

Claims (14)

1. 回転電機のステータコア（１）に形成され、内周側に開口（４ａ）が形成された複数のスロット（４）にシート状の絶縁部材（２）を筒状にして挿入し、
   前記スロット（４）から出ている前記絶縁部材（２）の一方の端部を拡開し、
   前記絶縁部材（２）を前記一方の端部側に所定量移動し、
   前記一方の端部側から電気導体（３）を挿入することを特徴とする回転電機のステータ製造方法。
2. 前記一方の端部の拡開は、加熱された加熱成形器（５）を押しつけて行われることを特徴とする請求項１に記載の回転電機のステータ製造方法。
3. 前記加熱成形器（５）は、錐状の成形部（５ａ）を有することを特徴とする請求項２に記載の回転電機のステータ製造方法。
4. 前記加熱成形器（５）は、複数個の成形部（５ａ）を有していることを特徴とする請求項３に記載の回転電機のステータ製造方法。
5. 前記一方の端部の拡開は、前記加熱成形器（５）により前記一方の端部の一部を成形後、前記加熱成形器（５）を前記ステータコア（１）の周方向に移動して、前記一方の端部の他を成形して行われることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の回転電機のステータ製造方法。
6. 前記電気導体（３）は、前記絶縁部材（２）を軸方向に支持しながら挿入を開始し、
   その後、前記絶縁部材（２）の支持を解除して、前記電気導体（３）をさらに挿入することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の回転電機のステータ製造方法。
7. 前記絶縁部材（２）は、重なり合ってラップ部（２ａ）を形成しており、
   前記絶縁部材（２）は、前記ラップ部（２ａ）を前記スロット（４）の内壁面に対向させて挿入されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１つに記載の回転電機のステータ製造方法。
8. 前記絶縁部材（２）は、前記ラップ部（２ａ）を前記スロット（４）の外径方向の内壁面に対向させて挿入されることを特徴とする請求項７に記載の回転電機のステータ製造方法。
9. 内周側に開口（４ａ）が形成された複数のスロット（４）を有するステータコア（１）と、
   筒状に形成され、前記スロット（４）に装着された絶縁部材（２）とを備え、
   前記絶縁部材（２）は、その一方の端部に加熱成型器（５）を押しつけられることにより形成された拡開部（２ｂ）を有し、
   前記拡開部（２ｂ）は、前記スロット（４）の角部（４ｂ）から所定量スロット（４）外方に位置していることを特徴とする回転電機のステータ。
10. 前記拡開部（２ｂ）は、一方の端部側にのみ形成されていることを特徴とする請求項９に記載の回転電機のステータコア。
11. 前記絶縁部材（２）は、重なり合ってラップ部（２ａ）を形成しており、
    前記絶縁部材（２）は、前記ラップ部（２ａ）を前記スロット（４）の内壁面に対向して位置していることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の回転電機のステータ。
12. 前記絶縁部材（２）は、前記ラップ部（２ａ）を前記スロット（４）の外径方向の内壁面に対向して位置していることを特徴とする請求項１１に記載の回転電機のステータ。
13. 前記スロット（４）にはＵ字状の電気導体（３）が装備されており、
    前記Ｕ字状の電気導体（３）のターン部（３ｂ）は、前記一方の端部側にあることを特徴とする請求項９から請求項１２のいずれか１つに記載の回転電機のステータ。
14. 前記Ｕ字状電気導体（３）は、前記スロット（４）に収容される収容部（３ａ）と２つの収容部（３ａ）をつなぐターン部（３ｂ）とで構成され、
    前記絶縁部材（２）は、前記加熱成型器（５）を押しつけられることにより、加熱成形加工痕（２ｃ）が形成され、
    前記絶縁部材（２）は、前記Ｕ字状電気導体（３）の前記収容部（３ａ）と前記ターン部（３ｂ）とを接続する折り曲げ部（３ｄ）により、前記角部（４ｂ）に押圧され、
    前記加熱成形加工痕（２ｃ）は、前記角部（４ｂ）から所定量スロット（４）外方に位置していることを特徴とする請求項１３に記載の回転電機のステータ。

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