JP4725325B2

JP4725325B2 - 巻線の固着度検査方法および固着度検査装置ならびに回転電機の製造方法および製造装置

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Publication number: JP4725325B2
Application number: JP2006006189A
Authority: JP
Inventors: 岳志石田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-01-13
Filing date: 2006-01-13
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2026-01-13
Also published as: JP2007187565A

Description

この発明は、巻線の固着度検査方法および固着度検査装置ならびに回転電機の製造方法および製造装置に関し、より特定的には、ステータコアに巻かれた巻線の固着度検査方法および固着度検査装置ならびにそれを用いた回転電機の製造方法および製造装置に関するものである。

従来、巻線の固着度検査方法は、たとえば特開２００４−２０３４６号公報（特許文献１）、特開２００４−２３３１８２号公報（特許文献２）、および特開平１０−７３５８７号公報（特許文献３）に開示されている。
特開２００４−２０３４６号公報特開２００４−２３３１８２号公報特開平１０−７３５８７号公報

特許文献１では、絶縁の有無のみの検査であり、巻線の固着度は何ら検査されていない。

特許文献２では、モータのステータに巻かれた各コイル間を絶縁材で充填したものにおいて、絶縁性能を検査する方法が開示されている。

特許文献３では、導体表面に絶縁樹脂（ワニス）を被覆したものにおいて、表面から内部まで表面に沿って一定の厚さに分割し、絶縁樹脂被膜の品質を検査する方法が開示されている。

上記の従来法では、絶縁の検査を行なうのみで、絶縁樹脂の固着度を検査できず、固着度の不十分な部位が存在した場合、モータ運転時の振動や外部からの振動により、絶縁不良を起こす可能性があった。

そこで、この発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、容易に巻線の固着度を検査する方法、検査装置ならびにそれを用いた回転電機の製造方法および製造装置を提供することを目的とする。

この発明に従った巻線の固着度検査方法は、回転電機のステータコアに複数の導線を巻いて巻線を構成した後、巻線を絶縁樹脂で固着する工程と、前記巻線に電流を流すことで前記ステータコアを振動させ、前記ステータコアの固有振動数での振幅の変化に基づいて前記巻線の固着度を検査する工程とを備える。
この発明に従った回転電機の製造方法は、回転電機のステータコアに複数の導線を巻いて巻線を構成した後、巻線を絶縁樹脂で固着する工程と、前記巻線に電流を流すことで前記ステータコアを振動させ、前記ステータコアの固有振動数での振幅の変化に基づいて前記巻線の固着度を検査する工程と、検査の結果、良品にロータを組込んで回転電機を構成する工程とを備える。
この発明に従った巻線の固着度検査装置は、回転電機のステータコアに複数の導線を巻いて巻線を構成した後、巻線を絶縁樹脂で固着する固着部と、前記巻線に電流を流すことで前記ステータコアを振動させ、前記ステータコアの固有振動数での振幅の変化に基づいて前記巻線の固着度を検査する検査部とを備える。
この発明に従った回転電機の製造装置は、回転電機のステータコアに複数の導線を巻いて巻線を構成した後、巻線を絶縁樹脂で固着する固着部と、前記巻線に電流を流すことで前記ステータコアを振動させ、前記ステータコアの固有振動数での振幅の変化に基づいて前記巻線の固着度を検査する検査部と、検査の結果、良品にロータを組込んで回転電機を構成する組立部とを備える。

この発明に従えば、簡単な工程で巻線の固着度を検査する方法および装置と、それを用いた回転電機の製造方法および製造装置を提供することができる。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態では同一または相当する部分については同一の参照符号を付し、その説明については繰返さない。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１に従った方法で製造された回転電機の平面図である。図２は、図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。図３は、図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。図４はステータコアの平面図である。

図１および図４で示すように、この発明の実施の形態１に従った回転電機１００は複数のティース５１２を有し、その複数のティース５１２間にはスロット５１１Ｕ，５１１Ｖ，５１１Ｗが形成されている環状のステータコア２５と、複数のティース５１２に分布巻きされて、その一部がスロット５１１Ｕ，５１１Ｖ，５１１Ｗ内に位置する複数の巻線としてのＵ相５２１Ｕ、Ｖ相５２１ＶおよびＷ相５２１Ｗとを備える。複数の巻線相であるＵ相５２１Ｕ、Ｖ相５２１ＶおよびＷ相５２１Ｗはティース５１２にインサータを用いて巻付けられている。なお、インサータを用いず直接いわゆる直巻きで巻付けられてもよい。

モータおよび／またはジェネレータとしての回転電機１００は、パイプ状のステータコア２５と、ステータコア２５の内周面側に向かい合うロータ１０とを有する。ステータ２０はリング状のステータコア２５を有する。ステータコア２５は鉄または鉄合金などの磁性体により構成される。ステータコア２５には、複数のティース５１２が設けられており、ティース５１２の間には、凹部としてのスロット５１１Ｕ，５１１Ｖ，５１１Ｗが設けられている。スロット５１１Ｕ，５１１Ｖ，５１１Ｗは、ステータコア２５の内周面側に開口するように設けられている。

３相の巻線相であるＵ相５２１Ｕ，Ｖ相５２１ＶおよびＷ相５２１Ｗは、ティース５１２に巻付けられている。具体低には、Ｕ相５２１Ｕはスロット５１１Ｕに嵌り合うようにティース５１２に巻付けられている。Ｖ相５２１Ｖはスロット５１１Ｖに嵌り合うようにティース５１２に巻付けられている。Ｗ相５２１Ｗはスロット５１１Ｗに嵌り合うようにティース５１２に巻付けられている。

Ｕ相５２１Ｕ，Ｖ相５２１ＶおよびＷ相５２１Ｗは、互いに円周上でずれるように巻付けられており、Ｕ相５２１Ｕ，Ｖ相５２１ＶおよびＷ相５２１Ｗは、いわゆる「分布巻き」されてステータ２０を構成している。なお、集中巻であってもよい。

ロータ１０はロータシャフト１に取付けられたロータコア２と、ロータコア２に組込まれた磁石３２とを有する。ロータコア２は鉄または鉄合金などの磁性体により構成される。磁石３２はロータコア２の外周近傍にほぼ等間隔を隔てて配置される。磁石３２の数は図１では８個であり、この実施の形態では８極のモータを示しているが、磁極の数はこれに限られるものではなく、さまざまな磁極の数を選択してもよい。

ステータコア２５は円筒のケーシング１３０内に収められている。図２を参照して、ステータコア２５のスロット５１１にはＵ相５２１Ｕが巻付けられている。スロット５１１Ｕはステータコア２５の厚み方向に延びており、その中を導線により構成されるＵ相５２１Ｕで充填されている。Ｕ相５２１Ｕの上下には、Ｖ相５２１ＶおよびＷ相５２１Ｗが配置されている。

図３を参照して、スロット外ではステータコア２５上にＷ相５２１Ｗが配置される。ステータコア２５は、電磁鋼板２５０を積層した構造とされる。なお、ステータコア２５の構造は電磁鋼板を積層した構造に限られず、たとえば鉄合金のアップンタイでステータコア２５が構成されていてもよい。

図４で示すように、ステータコア２５は半径方向に延びる複数のスロット５１１Ｕ，５１１Ｖ，５１１Ｗを有する。スロット５１１Ｕ，５１１Ｖ，５１１Ｗの間にティース５１２が位置している。

図５は、図３中のＶで囲んだ部分を拡大して示す断面図である。図５を参照して、Ｗ相５２１Ｗは複数本の導線５２１で構成される。導線５２１はたとえば銅やアルミニウムなど低抵抗の金属線の外周にエナメルなどを巻いたものが用いられる。複数の導線５２１はワニスなどの絶縁樹脂５２２で固められて一体に構成されている。なお、図５ではＷ相５２１Ｗの構成のみを示しているが、Ｕ相５２１ＵおよびＶ相５２１Ｖも同様に複数の導線５２１が絶縁樹脂５２２で固められた構造とされている。

図６は、Ｗ相の製造工程を示す断面図である。Ｗ相５２１Ｗを製造する場合には、まず、導線５２１をステータコアに巻付ける。このとき、導線５２１が剥き出しのままであり、導線５２１は十分に位置決めされていない。そこで、ワニスなどの絶縁樹脂を加熱して導線５２１間に流し込んで複数の導線５２１を互いに固着する。これにより複数の導線が一体となり十分な固着力を得られる。

すなわち、モータの巻線を固定するためにワニス等のゲル状の絶縁樹脂５２２を浸透させ固化させて導線を固定するが、浸透量不足、硬化不良などが生じる可能性がある。そのため、十分な固着力が得られているかどうかを検査する必要がある。固着力が不十分な場合、モータ運転中の巻線の振動、外部からの振動等により、導線同士がすれて瑕がつき、絶縁不良を起こす可能性がある。本発明では、巻線に予め電流を流すことにより、固着力を検査する。

図７は、本発明に従った固着度の検査方法を示す断面図である。図７を参照して、まずステータコア２５に導線５２１を巻いて巻線としてのＷ相５２１Ｗを構成した後、巻線を構成する導線５２１を互いに絶縁樹脂５２２で固着する。次に、巻線としてのＷ相５２１Ｗに電流を流す。この場合、導線５２１同士の相互作用によって導線５２１が振動する。

図８は、固着力が十分なＷ相の断面図である。図８を参照して、固着力が十分であれば導線５２１が強固に絶縁樹脂５２２で固着されているため、Ｗ相５２１Ｗの外径は大きく変換しない。

図９は、固着力が不十分なＷ相の断面図である。図９を参照して、絶縁樹脂５２２による固着力や浸透量が不十分であれば互いの導線５２１が十分に保持されていないため、それぞれの導線５２１が振動する。その結果、巻線としてのＷ相５２１Ｗの外径が膨らむ。すなわち、もともとの大きさの絶縁樹脂５２２が膨張後の樹脂５２３となり、元の大きさから全体の大きさが大きくなる。Ｗ相５２１Ｗの外径の大きさを判断する方法として目視による方法の他、画像処理により外径の大きさが所定値以上と判断すればそれを不良品とすることができる。不良品となったステータは廃棄するか、分解してリサイクルすることが可能である。

図１０は、この発明に従った巻線の固着度検査方法のフローチャートである。ステップＳ２０１において、導線を巻くことで巻線としてのＵ相、Ｖ相、Ｗ相を構成し、それにワニスなどの絶縁樹脂を流し込む。

次に、ステップＳ２０２において、巻線に通電を施し、通電検査を行なう。通電検査により、導線が十分に絶縁樹脂で固着されていれば巻線の外径が大きく変化しない。この場合ステップＳ２０３においてＹＥＳとなるため、このようなステータは出荷対象となる（ステップＳ２０５）。

これに対し、ステップＳ２０３において巻線の外径が大きく変化したのであれば、このような製品では絶縁樹脂による導線の固着力が不十分と判断され（ステップＳ２０３においてＮＯ）、廃棄処分（ステップＳ２０３）またはリサイクルとされる。

図１１は、比較例に従った巻線の固着度検査方法のフローチャートである。図１１を参照して、比較例では、ステップＳ２１２において重量検査を用いている。この重量検査とは、絶縁樹脂が塗布されたステータが所定の重量内に収まっているかどうかを検査する工程である。すなわち、ワニス量が少なすぎるとワニスによる導線の固着力が不十分と判断し（ステップＳ２１３においてＮＯ）、このような不良品は廃棄処分（ステップＳ２０４）またはリサイクル処分とされる。

これに対し、重量が所定値の範囲内であれば導線に十分にワニスなどの絶縁樹脂が浸透しているものと判断し（ステップＳ２１３においてＹＥＳ）、出荷対象とされる（ステップＳ２０５）。しかしながら、このような方法では、絶縁樹脂が導線内に十分浸透していなくてもたとえば絶縁樹脂が導線以外のステータコアに固着している場合であってもステータの重量は十分に規定の範囲内となるため良品と判断される恐れがある。

図１２は、この発明の実施の形態１に従った巻線の固着度検査装置の構成を示すブロック図である。図１２を参照して、固着度検査装置は、回転電機のステータコア２５に導線５２１を巻いて巻線としてのＵ相５２１Ｕ，５２１Ｖ，５２１Ｗを構成した後、Ｕ相５２１Ｕ，５２１Ｖ，５２１Ｗを互いに絶縁樹脂５２２で固着する固着部５０１と、Ｕ相５２１Ｕ、Ｖ相５２１ＶおよびＷ相５２１Ｗに電流を流し、Ｕ相５２１Ｕ、Ｖ相５２１ＶおよびＷ相５２１Ｗの外径の変化量に基づいてＵ相５２１Ｕ、Ｖ相５２１ＶおよびＷ相５２１Ｗの固着度を検査する検査部５０２と、固着部５０１および検査部５０２を制御する制御部５０３工程とを備える。

図１３は、この発明の実施の形態１に従った回転電機の製造装置の構成を示すブロック図である。図１３を参照して、この発明に従った回転電機の製造装置は、回転電機のステータコア２５に導線５２１を巻いて巻線としてのＵ相５２１Ｕ，５２１Ｖ，５２１Ｗを構成した後、Ｕ相５２１Ｕ，５２１Ｖ，５２１Ｗを互いに絶縁樹脂５２２で固着する固着部５１０と、Ｕ相５２１Ｕ、Ｖ相５２１ＶおよびＷ相５２１Ｗに電流を流し、Ｕ相５２１Ｕ、Ｖ相５２１ＶおよびＷ相５２１Ｗの外径の変化量に基づいてＵ相５２１Ｕ、Ｖ相５２１ＶおよびＷ相５２１Ｗの固着度を検査する検査部５１５と、検査の結果、良品にロータ１０を組込んで回転電機１００を構成する組立部５１４と、固着部５１０、組立部５１４および検査部５１５を制御する制御部５１３工程とを備える。

このように構成された回転電機の製造方法および製造装置ならびに巻線の固着度検査方法および固着度検査装置では、巻線としてのＵ相５２１Ｕ、Ｖ相５２１ＶおよびＷ相５２１Ｗに電流を流すだけで固着度を測定し、さらにその結果に基づいて回転電機を製造することができ、簡単な工程で固着度を検査することができる。

（実施の形態２）
図１４は、この発明の実施の形態２に従った固着度検査方法の工程を示す図である。図１４を参照して、この発明の実施の形態２に従った巻線の固着度検査方法では、振動センサ３０１とコンピュータ３０２を用いてステータコア２５の振動を測定し、この振動に基づいてＷ相５２１Ｗを構成する導線５２１が絶縁樹脂５２２により十分に固着されているかどうかを判断する。すなわち、実施の形態１と同様に、Ｕ相５２１Ｕ、Ｖ相５２１ＶおよびＷ相５２１Ｗを構成した後、Ｕ相５２１Ｕ、Ｖ相５２１ＶおよびＷ相５２１Ｗにワニスなどの絶縁樹脂５２２を流し込む。その後、実施の形態１と同様にＵ相５２１Ｕ、Ｖ相５２１ＶおよびＷ相５２１Ｗに電流を流し、そのときのステータコア２５の振動応答を測定して固着力を検査する。すなわち、固着力によってＵ相５２１Ｕ、Ｖ相５２１ＶおよびＷ相５２１Ｗからステータコア２５への振動の伝わり方が変わる。

図１５は、巻線が十分に固着されたステータコアから得られる振動の振動数と振幅を示すグラフである。図１５において横軸が振動数であり縦軸が振幅である。図１５を参照して、Ｕ相５２１Ｕ、Ｖ相５２１ＶおよびＷ相５２１Ｗが絶縁樹脂により十分に固着されている場合には、固有振動数付近で大きな振幅が見られる。これは、Ｕ相５２１Ｕ、Ｖ相５２１ＶおよびＷ相５２１Ｗが絶縁樹脂により十分に固着されているため、ステータコアとこれらが一体となって１つの剛体を構成する。その結果、この剛体の固有振動数付近で振幅が特に大きくなり、他の部分での振幅があまり見られない。

図１６は、巻線が十分に固着されていないステータコアから得られる振動の振動数と振幅を示すグラフである。図１６を参照して、絶縁樹脂による固着が十分になされていない場合には、Ｕ相５２１Ｕ、Ｖ相５２１ＶおよびＷ相５２１Ｗが剛体を構成しないため、それぞれの質量体がステータコアに付加された状態となり、別々の振動をする。その結果、固有振動数付近で鋭いピークが表われない。

このようにして振動センサ３０１およびコンピュータ３０２において振動を解析した後、固有振動数付近で鋭い振幅が見られた製品は良品とする。それ以外は不良品として廃棄するかリサイクルに回す。

すなわち、この発明の実施の形態２に従った巻線の固着度検査装置は、回転電極のステータコア２５に導線５２１を巻いて巻線としてのＵ相５２１Ｕ、Ｖ相５２１ＶおよびＷ相５２１Ｗを構成した後、Ｕ相５２１Ｕ、Ｖ相５２１ＶおよびＷ相５２１Ｗを互いに絶縁樹脂５２２で固着する工程と、Ｕ相５２１Ｕ、Ｖ相５２１ＶおよびＷ相５２１Ｗに電流を流すことでステータコア２５を振動させ、ステータコア２５の振動数の変化に基づいてＵ相５２１Ｕ、Ｖ相５２１ＶおよびＷ相５２１Ｗの固着度を検査する工程とを備える。

この発明の実施の形態２に従った回転電機の製造方法では、上記方法でＵ相５２１Ｕ、Ｖ相５２１ＶおよびＷ相５２１Ｗの固着度を検査した後、検査の結果、良品と判断されたステータ２０にロータ１０を組込んで回転電機１００を構成する。

図１７は、この発明の実施の形態２に従った巻線の固着度検査装置の構成を示すブロック図である。図１７を参照して、この発明の実施の形態２に従った巻線の固着度検査装置は、回転電極のステータコア２５に導線５２１を巻いて巻線としてのＵ相５２１Ｕ、Ｖ相５２１ＶおよびＷ相５２１Ｗを構成した後、Ｕ相５２１Ｕ、Ｖ相５２１ＶおよびＷ相５２１Ｗを互いに絶縁樹脂５２２で固着する固着部６０１と、Ｕ相５２１Ｕ、Ｖ相５２１ＶおよびＷ相５２１Ｗに電流を流すことでステータコア２５を振動させ、ステータコア２５の振動数の変化に基づいてＵ相５２１Ｕ、Ｖ相５２１ＶおよびＷ相５２１Ｗの固着度を検査する検査部６０２と、固着部６０１と検査部６０２とを制御する制御部６０３とを備える。

図１８は、この発明の実施の形態２に従った回転電機の製造装置の構成を示すブロック図である。図１８を参照して、この発明の実施の形態２に従った回転電機の製造装置は、回転電極のステータコア２５に導線５２１を巻いて巻線としてのＵ相５２１Ｕ、Ｖ相５２１ＶおよびＷ相５２１Ｗを構成した後、Ｕ相５２１Ｕ、Ｖ相５２１ＶおよびＷ相５２１Ｗを互いに絶縁樹脂５２２で固着する固着部６０１と、Ｕ相５２１Ｕ、Ｖ相５２１ＶおよびＷ相５２１Ｗに電流を流すことでステータコア２５を振動させ、ステータコア２５の振動数の変化に基づいてＵ相５２１Ｕ、Ｖ相５２１ＶおよびＷ相５２１Ｗの固着度を検査する検査部６０２と、検査の結果、良品にロータ１０を組込んで回転電機１００を構成する組立部６１４と、固着部６１１、組立部６１４および検査部６１２を制御する制御部６１３工程とを備える。

このように構成された実施の形態２に従った方法および装置では、実施の形態１に従った方法および装置と同様の効果がある。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態１に従った方法で製造された回転電機の平面図である。図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。ステータコアの平面図である。図３中のＶで囲んだ部分を拡大して示す断面図である。Ｗ相の製造工程を示す断面図である。本発明に従った固着度の検査方法を示す断面図である。固着力が十分なＷ相の断面図である。固着力が不十分なＷ相の断面図である。この発明に従った巻線の固着度検査方法のフローチャートである。比較例に従った巻線の固着度検査方法のフローチャートである。この発明の実施の形態１に従った巻線の固着度検査装置の構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態１に従った回転電機の製造装置の構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態２に従った固着度検査方法の工程を示す図である。巻線が十分に固着されたステータコアから得られる振動の振動数と振幅を示すグラフである。巻線が十分に固着されていないステータコアから得られる振動の振動数と振幅を示すグラフである。この発明の実施の形態２に従った巻線の固着度検査装置の構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態２に従った回転電機の製造装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１０ロータ、２０ステータ、２５ステータコア、１００回転電機、２５０電磁鋼板、５１１Ｕ，５１１Ｖ，５１１Ｗスロット、５１２ティース、５２１ＵＵ相、５２１ＶＶ相、５２１ＷＷ相、５２２絶縁樹脂。

Claims

回転電機のステータコアに複数の導線を巻いて巻線を構成した後、巻線を絶縁樹脂で固着する工程と、
前記巻線に電流を流すことで前記ステータコアを振動させ、前記ステータコアの固有振動数での振幅の変化に基づいて前記巻線の固着度を検査する工程とを備えた、巻線の固着度検査方法。
回転電機のステータコアに複数の導線を巻いて巻線を構成した後、巻線を絶縁樹脂で固着する工程と、
前記巻線に電流を流すことで前記ステータコアを振動させ、前記ステータコアの固有振動数での振幅の変化に基づいて前記巻線の固着度を検査する工程と、
検査の結果、良品にロータを組込んで回転電機を構成する工程とを備えた、回転電機の製造方法。
回転電機のステータコアに複数の導線を巻いて巻線を構成した後、巻線を絶縁樹脂で固着する固着部と、
前記巻線に電流を流すことで前記ステータコアを振動させ、前記ステータコアの固有振動数での振幅の変化に基づいて前記巻線の固着度を検査する検査部とを備えた、巻線の固着度検査装置。
回転電機のステータコアに複数の導線を巻いて巻線を構成した後、巻線を絶縁樹脂で固着する固着部と、
前記巻線に電流を流すことで前記ステータコアを振動させ、前記ステータコアの固有振動数での振幅の変化に基づいて前記巻線の固着度を検査する検査部と、
検査の結果、良品にロータを組込んで回転電機を構成する組立部とを備えた、回転電機の製造装置。