JP5542894B2

JP5542894B2 - 回転電機の固定子製造方法

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Publication number: JP5542894B2
Application number: JP2012236232A
Authority: JP
Inventors: 信二馬場
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-10-26
Filing date: 2012-10-26
Publication date: 2014-07-09
Anticipated expiration: 2032-10-26
Also published as: US20140115875A1; CN103795194B; CN103795194A; US9559573B2; JP2014087225A

Description

この発明は、例えば車両に搭載される回転電機の固定子製造方法に関するものである。

車両に搭載されて発電機や電動機として使用される回転電機、例えば磁石発電機は、多極固定子を有している。この多極固定子は、環状の継鉄部の外周に放射状のティースが設けられた固定子鉄心を備え、この固定子鉄心の各ティースの外周に絶縁物を介して固定子コイルが巻装されている。このような多極固定子の固定子コイルは、エンジンからの振動を受けるため、固定子コイルの巻線間をワニス等の樹脂で固着する固着処理は必須のものとなっている。

従来、車両に搭載される回転電機の固定子コイルの巻線固着方法としては、例えば特開平１１−１５０９２３号公報（特許文献１）に開示されているように、液状のワニス樹脂を巻線間に含浸し、硬化することで固着する方法が知られている。

また、例えば特開昭５８−２６５５２号公報（特許文献２）に開示されているように、エポキシ樹脂等の熱可溶性粉末を予熱された固定子コイルの巻線表面に接触させて溶融し、硬化させて固着する方法が知られている。

特開平１１−１５０９２３号公報特開昭５８−２６５５２号公報

しかしながら、車両出力性アップに伴うエンジン振動の増加、車両電源系の高電圧化、あるいはこれらに対応した巻線品質の維持などの事情から、従来のコイル固着方法では次のような問題がある。

前記特許文献１に開示された方法によれば、粘度が低いことから巻線間及び巻線下層部まで浸透させることが可能であるが、コイルエンド部分の固着が不十分で、エンジン振動が大きい場合、コイルエンド部分が可動し、疲労破壊する可能性がある。

そこで従来においては、コイルエンド部分を十分に固着するために、前記のワニス樹脂による固着処理を行った後、粘度の高い液状のワニス樹脂で再度、コイルエンド部分を固着してきた。

また、前記特許文献２に開示された方法によれば、コイルエンド部分を含めた固定子コイルの巻装部外装の固着は十分であるが、コイル間で絶縁不良となる可能性がある。これは、巻線間及び巻線下層部にはエポキシ樹脂等の熱可溶性粉末が浸透しにくいため、エンジンの振動が大きい場合、特に巻線下層部が相互に動き、巻線間の摩擦によりコイル表面の絶縁被膜が磨耗するためである。

また、エポキシ樹脂等の熱可溶性粉末が巻線間及び巻線下層部に浸透しにくいため、コイル絶縁被膜のピンホール、コア絶縁膜のピンホールにより、コイル間及びコイルと固定子鉄心間で絶縁不良になる場合もある。このコイル間及びコイルと固定子鉄心間での絶縁不良は、車両電源系の高電圧化により、発生確率が高くなる。

また、液状のワニス樹脂の含浸による固着と、粉末樹脂を溶融し、硬化させる固着の両者を単純に採用した場合には生産性を極めて低下させる問題がある。

この発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、巻線間及び巻線下層部とコイルエンド部分を含めた巻線表面部における固着力並びに巻線品質の確保と、生産性の両立を図る回転電機の固定子製造方法を提供するものである。

この発明に係る回転電機の固定子製造方法は、鋼板を積層して形成される継鉄部から放射状に延設された複数のティースを有すると共に、該ティースの表面に絶縁膜を有する固定子鉄心と、前記複数のティースのそれぞれにコイルが巻装された複数層の巻装部と、を備えた固定子を製造する方法において、前記巻装部の下層部のコイルを液状の熱硬化性樹脂を使用したワニスで含浸し、その後、前記巻装部の表面部のコイルを熱可溶性の粉体樹脂で覆い、前記粉体樹脂を熱溶着後に硬化させて絶縁被膜を形成する工程と、前記ワニスを硬化させる工程を同時に行うことを特徴するものである。

この発明に係る回転電機の固定子製造方法によれば、固定子コイルの巻線間及びコイル巻装部の下層部とコイルエンド部分を含めた巻線表面部における固着力並びに巻線品質の確保ができると共に、生産性を向上させることができる。

この発明の実態の形態１に係る磁石発電機の正面図である。この発明の実態の形態１に係る磁石発電機の側面断面図である。この発明の実態の形態１に係る磁石発電機の発電コイル巻装部の詳細図である。図３に示す発電コイル巻装部を右側面から見た図である。発電コイルの固着工程を従来方法の組合わせによる方法と対比して説明するフロー図である。この発明の実態の形態２に係る磁石発電機の発電コイル巻装部の詳細図である。この発明の実態の形態３に係る磁石発電機の発電コイル巻装部の詳細図である。

以下、この発明に係る回転電機の固定子製造方法の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。なお、各図において、同一または相当部分については、同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施形態１に係る磁石発電機を示す正面図で、図２はその側面断面図である。また、図３は、磁石発電機の発電コイル巻装部の詳細図で、図４はそれを右側面から見た図である。
図１及び図２において、磁石発電機２０は、内燃機関（図示せず）に連結される回転子１と、回転子１の内側に設けられた電機子である固定子２を備えている。回転子１は、椀状のフライホイール３と、フライホイール３の内壁面に固定された複数の永久磁石４を備えている。回転子１は、回転軸線Ａ−Ａを中心として回転するように構成されている。

永久磁石４は、フライホイール３の筒状部３ａの内周面に、回転軸線Ａ−Ａの周りに互いに等角度間隔を有してモールド成形材５（図２参照）により固定されている。複数個の永久磁石４は、隣接する永久磁石４が互いに逆極性に着磁されており、永久磁石４の内側空間では、交互に方向が変化する磁界が発生するようになっている。

固定子２は、固定子鉄心６と発電コイル７とを有している。固定子鉄心６は、円環状の継鉄部６ａと、この継鉄部６ａから周方向に等分間隔で径外側方向に放射状に突出する複数個のティース６ｂとを有し、このティース６ｂの表面は熱可塑性樹脂材からなる絶縁膜８で覆われている。

固定子鉄心６には、周方向に間隔をおいて複数の貫通穴９が形成されている。この貫通穴９に取付ボルト（図示せず）を貫通し、非回転体であるブラケット（図示せず）に螺着することで、固定子２がブラケットに固定される。

固定子鉄心６は、冷間圧延鋼板である円環状の磁性薄板鋼板（例えばＳＰＣＣ等の冷間圧延鋼板）を回転軸線Ａ−Ａの方向に沿って多数枚積層して構成された積層体１０と、この積層体１０の両側面にそれぞれ密着して重ねられた端板１１とを有している。

発電コイル７は、図３に示すように、固定子鉄心６のティース６ｂに複数層巻装されており、その巻装部の下層部には液状の熱硬化性樹脂を使用したワニス１２が含浸されると共に、表面はエポキシ樹脂等の粉体樹脂１３が溶着されて絶縁被膜を形成している。ワニス１２で含浸された巻装部の最下層におけるワニス１２の厚さＴは、粉体樹脂１３により形成される絶縁被膜の厚さ以上の厚さに形成されている。なお、端版１１の先端部には、外方に向かって略直角に曲げられた折曲形状部１１ａが形成されている。折曲形状部１１ａの折曲寸法は、図４に示すようにティース６ｂにおける巻装部の巻幅以上の寸法を有している。

このように、端版１１の先端部にティース６ｂにおける巻装部の巻幅以上の折曲寸法を有する折曲形状部１１ａを形成することにより、粉体樹脂１３を溶着させる際の通電加熱時に、未硬化のワニス１２が外径側に漏れることを抑制することが出来る。なお、図４の（ａ）〜（ｃ）は、折曲形状部１１ａの異なる例を示している。

次に、発電コイル７の固着工程について、図５を参照して説明する。図５は、発電コイルの固着工程を、従来方法の組合わせによる方法と対比して説明するブロック図である。図５（ａ）は実施の形態１に係る発電コイルの固着工程を示し、図５（ｂ）は従来方法の組合わせによる固着工程を示している。

図５（ａ）において、固定子２を予備加熱（ステップＳ１）した後、発電コイル７に液状の熱硬化性樹脂を使用したワニス１２を供給し（ステップＳ２）、その後、粉体樹脂１３を溶着するために恒温槽で発電コイル７の巻装部を加熱する（ステップＳ３）。なお、この時、ステップＳ２で供給されたワニス１２はゲル化される。また、ステップＳ１で固定子２を予備加熱するのは、ワニス１２の浸透性を良くするために行なうものである。

ステップＳ３で発電コイル７の巻装部を加熱した後、固定子２を粉体樹脂１３が収納されている粉体樹脂槽に浸漬し、固定子２の表面に粉体樹脂１３を溶着させる（ステップＳ４）。その後、恒温槽において固定子２を加熱し、粉体樹脂１３のゲル化を経て、ワニス１２及び粉体樹脂１３の硬化工程を行う（ステップＳ５）。

このように、実施の形態１に係る回転電機の固定子製造方法では、発電コイル７の固着工程におけるワニス１２の硬化工程は、粉体樹脂１３の加熱、溶着、硬化工程と同時に実施されるので、生産性を極めて向上させることができる。これに対し、従来方法の組合わせによる固着工程は、図５（ｂ）に示すように、発電コイル７に液状の熱硬化性樹脂を使用したワニス１２を供給するステップＳ２の工程の後に、ワニス１２のゲル化と硬化工程（ステップＳ２ａ）を実施していた。即ち、ワニス１２を含浸し、固着した後に、粉体樹脂１３を溶着するために発電コイル７の巻装部を加熱し、固定子２の表面に粉体樹脂１３を溶着させていたため、生産性を低下させていた。なお、本発明者の実験によれば、含浸されたワニス１２の熱硬化工程と、ワニス１２の硬化条件相当の熱履歴となる粉体樹脂１３の熱溶着工程及びその硬化工程を同時に行うことで、従来方法に比べ３０％強の時間短縮が可能となった。

以上のように、実施の形態１に係る回転電機の固定子製造方法によれば、発電コイル７の巻線間及び発電コイル７の巻装部下層部とコイルエンド部分を含めた巻線表面部における固着力並びに巻線品質の確保ができると共に、生産性を向上させることができる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る回転電機の固定子製造方法について説明する。図６は実施の形態２に係る磁石発電機の発電コイル巻装部分の詳細図である。
実施の形態２は、図６に示すように、絶縁膜８の固定子鉄心２の内径側の部位における膜厚を外径側の部位における膜厚より厚く形成することを特徴とする。即ち、図６において、絶縁膜８の膜厚の関係を、固定子鉄心２の外径側の部位における膜厚をＴ１、固定子鉄心２の内径側の部位における膜厚をＴ２とした場合、Ｔ１とＴ２の関係をＴ２＞Ｔ１としたものである。なお、その他の構成は実施の形態１と同様であり、同一もしくは相当部分に同一符号を付して説明を省略する。

実施の形態２のように、絶縁膜８の固定子鉄心２の内径側の部位における膜厚を外径側の部位における膜厚より厚く形成することで、実施の形態１の効果を得ると共に、粉体樹脂１３を溶着させる際の加熱時に、ワニス１２が固定子鉄心２の内径側に漏れることを抑制することが出来る。

実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３に係る回転電機の固定子製造方法について説明する。図７は実施の形態３に係る磁石発電機の発電コイル巻装部分の詳細図である。
実施の形態３は、図７に示すように、絶縁膜８の固定子鉄心２の内径側の部位に内周壁８ａが熱可塑性樹脂材の成形により形成されている。この内周壁８ａは絶縁膜８と一体に形成するが、絶縁膜８と別に形成して一体化してもよい。なお、その他の構成は実施の形態１と同様であり、同一もしくは相当部分に同一符号を付して説明を省略する。

実施の形態３のように、絶縁膜８の固定子鉄心２の内径側の部位に内周壁８ａを形成することにより、実施の形態１の効果を得ると共に、粉体樹脂１３を溶着させる際の加熱時に、ワニス１２が固定子鉄心２の内径側に漏れることを抑制することが出来る。

以上、この発明について実施の形態１から実施の形態３について説明したが、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１回転子、２固定子、３フライホイール、３ａフライホイールの筒状部、４永久磁石、５モールド成形材、６固定子鉄心、６ａ継鉄部、６ｂティース、７発電コイル、８絶縁膜、８ａ内周壁、９貫通穴、１０積層体、１１端板、１１ａ折曲形状部、１２ワニス、１３粉体樹脂、２０磁石発電機

Claims

鋼板を積層して形成される継鉄部から放射状に延設された複数のティースを有すると共に、該ティースの表面に絶縁膜を有する固定子鉄心と、前記複数のティースのそれぞれにコイルが巻装された複数層の巻装部と、を備えた固定子を製造する方法において、
前記巻装部の下層部のコイルに液状の熱硬化性樹脂を含浸し、その後、前記巻装部の表面部のコイルを熱可溶性の粉体樹脂で覆い、前記粉体樹脂を熱溶着後に硬化させて絶縁被膜を形成する工程と前記熱硬化性樹脂を硬化させる工程とを同時に行うことを特徴する回転電機の固定子製造方法。
前記巻装部の最下層における熱硬化性樹脂の厚さは、前記絶縁被膜の厚さ以上の厚さに形成されることを特徴する請求項１に記載の回転電機の固定子製造方法。
前記絶縁膜は、前記固定子鉄心の内径側の部位における膜厚が外径側の部位における膜厚より厚く形成されることを特徴する請求項１または２に記載の回転電機の固定子製造方法。
前記絶縁膜は、熱可塑性樹脂で形成されると共に、前記巻装部の層方向に突出する突出壁が前記固定子鉄心の内径側に成形されることを特徴する請求項１または２に記載の回転電機の固定子製造方法。
前記鋼板の積層方向両端面に端板を有し、前記ティースの先端部における前記端板に、前記巻装部の巻幅以上の折曲寸法を有する折曲形状部を形成することを特徴とする請求項1〜４の何れか一項に記載の回転電機の固定子製造方法。