JP5718854B2

JP5718854B2 - 回転電機用膨張シート、回転電機用膨張シートを用いた回転電機用ステータおよび回転電機用ステータの製造方法

Info

Publication number: JP5718854B2
Application number: JP2012107327A
Authority: JP
Inventors: 石田　岳志; 岳志石田; 貴浩塚本
Original assignee: Aisin AW Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Aisin AW Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-05-09
Filing date: 2012-05-09
Publication date: 2015-05-13
Anticipated expiration: 2032-05-09
Also published as: US9537364B2; JP2013236468A; US20130300248A1

Description

本発明は、回転電機用膨張シート、回転電機用膨張シートを用いた回転電機用ステータおよび回転電機用ステータの製造方法に関する。

ハイブリッド自動車や電気自動車等の車両は一般に、モータおよび発電機として機能し得る回転電機を備える。回転電機は一般に、固定子としてのステータと、ステータに対して所定のギャップを隔てて回転する回転子としてのロータとを備える。ステータは、ステータコアと、ステータコアに巻回された複数のコイル導体とを含む。

回転電機がモータとして機能するときには、二次電池や燃料電池などの電源からの直流電力を、必要に応じて昇圧コンバータを用いて所望の電圧に昇圧させて、インバータにより多相交流電力に変換した後にステータに巻きつけられたコイル導体に通電し、ロータを回転させる。一方、回転電機が発電機として機能するときには、ロータの回転によってステータに巻きつけられたコイル導体に電流が流れ、このとき得られた電力は回生電力として二次電池等に充電され、または補機等の電子機器に供給され、駆動電力として消費される。

回転電機用のステータにおけるステータコアにはスロットが形成され、このスロット内にコイル導体が収容される。その際に、スロット内周面とコイル導体との間には対地絶縁のための絶縁層を形成する必要がある。この絶縁層をスロット内に設ける方法の一例として、絶縁シートを用いる方法が挙げられる。

特許文献１には、回転電機の高圧コイルに関し、グラファイト紙の両面に導電性発泡体層を有したスロットライナで包囲するように巻装したコイル導体を、鉄心の溝に収納することが記載されている。

特許文献２には、圧縮機用電動機に関し、両面に厚みが異なる表層が形成された３層構造を有する絶縁紙を、薄い表層をコイル側、厚い表層を鉄心側となるように装着することが記載されている。

特許文献３には、圧縮機のモータ絶縁紙に関し、機械的な強度に優れた第１の絶縁紙素材と耐熱性に優れた第２の絶縁紙素材とを重ね合わせたスロット絶縁紙が記載されている。

特許文献４には、熱膨張率が異なる複数枚の材料を重ね合わせたバイメタルにより固定子コイルが支持された回転電機が記載されている。

特許文献５には、回転電機の固定子に関し、絶縁材層と、絶縁材層の両面にそれぞれ積層された固着材層とからなる三層構造を有する固着材シートにおいて、該固着材層を形成する樹脂に発泡性をもたせても良いことが記載されている。

特開昭５９−１１７４３５号公報実開平０１−１６６７８０号公報特開昭６１−２７７３４７号公報特開２００２−２６２５００号公報特開２０１０−２５９３１６号公報

本発明は、スロット内に収容されたコイル導体とスロット内壁面との間に生じる空隙を消失または低減させることでスロット内のコイル導体の固定性を向上させる回転電機用膨張シート、回転電機用膨張シートを用いた回転電機用ステータおよび回転電機用ステータの製造方法を提供する。

本発明の他の目的は、膨張を適度に制限することでスロット内からの樹脂のはみ出しを防止または抑制させた回転電機用膨張シート、回転電機用膨張シートを用いた回転電機用ステータおよび回転電機用ステータの製造方法を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明のコイル固定用絶縁樹脂シート、コイル固定用絶縁樹脂シートを用いたモータ用ステータおよびモータ用ステータの製造方法は以下の特徴を有する。

（１）コアに設けられたスロット内にコイル導体が収容されてなる回転電機において、前記スロット内において前記コアと前記コイル導体との間に配置され、加熱により膨張する、エポキシ樹脂を含むコア側膨張層と、エポキシ樹脂および膨張フィラーを含むコイル導体側膨張層とを有する膨張シートであって、コイル導体側膨張層が、コア側膨張層よりも熱膨張率が高い回転電機用膨張シート。

（２）上記（１）に記載の回転電機用膨張シートにおいて、前記コイル導体側膨張層は、シート中央部と、前記シート中央部の外側に設けられた、前記シート中央部よりも低い体積増加量で膨張するシート縁部とを有する回転電機用膨張シート。

（３）上記（１）に記載の回転電機用膨張シートにおいて、前記コイル導体側膨張層は、前記コア側膨張層よりも高い体積増加量で膨張するシート中央部と、前記シート中央部の外側に設けられた、加熱により体積増加しないシート縁部とを有する回転電機用膨張シート。

（４）スロットが設けられたステータコアと、スロット内に収容されたコイル導体と、前記ステータコアと前記コイル導体との間に配置された膨張シートと、を備え、前記膨張シートは、上記（１）から（３）のいずれか１つに記載の回転電機用膨張シートであって、前記ステータコアに対し前記コイル導体を固定させる、回転電機用ステータ。

（５）上記（１）から（３）のいずれか１つに記載の回転電機用膨張シートをステータコアのスロット内に挿入し、スロット内に挿入した前記膨張シートのステータコア側表面をスロットの内壁面と仮固着させ、前記スロット内にコイル導体を収容し、加熱して前記膨張シートを膨張および硬化させ、コイル導体の外周面と前記膨張シートのコイル導体側表面との間およびスロットの内壁面と前記膨張シートのステータコア側表面との間を固着させる、回転電機用ステータの製造方法。

（６）上記（１）から（３）のいずれか１つに記載の回転電機用膨張シートの縁部をレーザー処理して膨張を制限した後にステータコアのスロット内に挿入し、スロット内に挿入した前記膨張シートのステータコア側表面をスロットの内壁面と仮固着させ、前記スロット内にコイル導体を収容し、加熱して前記膨張シートを膨張および硬化させ、コイル導体の外周面と前記膨張シートのコイル導体側表面との間およびスロットの内壁面と前記膨張シートのステータコア側表面との間を固着させる、回転電機用ステータの製造方法。

本発明によれば、スロット内に収容されたコイル導体とスロット内壁面との間に生じる空隙が消失または減少し、スロット内のコイル導体の固定性が向上する。

回転電機のステータコアの一例を示す一部斜視図である。スロット内に回転電機用ステータの一例を示す部分断面図である。回転電機用ステータの一例を示す部分断面図である。スロットの内壁面とコイル導体との間に形成される空隙について説明するための部分拡大図である。本発明における回転電機用膨張シートの一例を示す部分断面図である。図３に示す空隙に本発明における回転電機用膨張シートを適用した場合について説明するための部分拡大図である。本発明における回転電機用膨張シートの他の一例を示す部分断面図である。本発明における回転電機用膨張シートの別の一例を示す部分断面図である。本発明における回転電機用膨張シートの別の一例を示す部分断面図である。本発明における回転電機用膨張シートの別の一例を示す部分断面図である。本発明における回転電機用膨張シートの別の一例を示す部分断面図である。本発明における回転電機用膨張シートの別の一例を示す部分断面図である。本発明における回転電機用膨張シートのスロット装着形態の他の例を示す図である。本発明における回転電機用ステータの製造方法を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。各図面において、同様の構成については同じ符号を付し、その説明を省略するか、簡略にとどめる場合がある。

［回転電機用膨張シート］
図１には、ステータコアの端面１０Ａから見たティースに、後述する回転電機用絶縁シートまたは回転電機用膨張シートおよびコイル導体が配置されていない状態の回転電機のステータコアの一例を示す一部斜視図が示されている。図１に示すように、ステータコア１０には、径方向内側に突出するように形成されたティース１２ａ，１２ｂ，・・・からなる複数のティース１２と、隣り合うティース間に設けられた、スロット１４ａ，１４ｂ，・・・からなる複数のスロット１４とを有する。

図２Ａは、回転電機用絶縁シート（以下「絶縁シート」と略す）およびコイル導体を装着させた回転電機用ステータ（以下「ステータ」と略す）の一例を示した部分断面図である。図２Ａに例示するステータ１２０において、ステータコアのスロット１４内にはそれぞれ、絶縁シート１１６が挿入されている。また、ティース１２の外周には、コイル導体１８が絶縁シート１１６を介して装着されている。

ここで、図２Ａに示すコイル導体１８として、略矩形状の断面形状を有するいわゆる角線または平角線と称される導電性材料を適用すると、図３に示すようにスロット１４の内壁面１４Ａとコイル導体１８との間に、その間隔が一様でない階段状の空隙２２が生じる。このように、図２Ａに示す絶縁シート１１６では、スロット１４の内壁面とコイル導体１８側とでその端面形状が大きく相違する空隙を適度に満たすことが困難となり、コイル導体１８の適切な固定化が困難となる場合があり得た。そこで、図２Ｂに示すように、本発明の実施の形態における回転電機用膨張シート（以下「膨張シート」と略す）１６を図２Ａに示す絶縁シート１１６に代えて適用することにより、スロット１４の内壁面とコイル導体１８との間に生じた空隙を消失または低減させることができる。

図４は、本発明の実施の形態における膨張シートの構成の概略を例示した断面図である。図４に示すように、膨張シート１６ａは、加熱により膨張する第１のエポキシ樹脂組成物３２ａを含むステータコア側膨張層３０ａと、ステータコア側膨張層３０ａよりも高い体積増加量で膨張する第２のエポキシ樹脂組成物４２ａを含むコイル導体側膨張層４０ａと、ステータコア側膨張層３０ａとコイル導体側膨張層４０ａとの間に配置された、絶縁性材料５２を含む絶縁フィルム５０とを有する。膨張シート１６ａは、ステータコア側膨張層３０ａの一面と絶縁フィルム５０の一面、絶縁フィルム５０の他面とコイル導体側膨張層４０ａの一面が、それぞれ互いに接するように配置されている。

絶縁フィルム５０は対地絶縁および剛性を担保する特性を有し、膨張シート１６ａの基材として挙動する。一方、ステータコア側膨張層３０ａ、コイル導体側膨張層４０ａはいずれも、加熱により膨張するとともに、ステータコア１０、コイル導体１８にそれぞれ接合してコイル導体１８を固定化させる接合用材料としても機能する。このとき、ステータコア側膨張層３０ａに比べ、高い体積増加量で膨張するエポキシ樹脂組成物を用いてコイル導体側膨張層４０ａを形成した膨張シート１６ａを適用すると、膨張シート１６ａの、特にコイル導体側膨張層４０ａが加熱により膨張することでスロット１４の内壁面１４Ａとコイル導体１８との間に形成された空隙の隅々にまで行き渡り、ステータコア１０とステータコア側膨張層３０ａ、コイル導体１８（より詳細には、コイル導体１８の外周表面を覆う図示しない被膜）とコイル導体側膨張層４０ａとがそれぞれ接合し、コイル導体１８が適度に固定化される（図４、５参照）。

図６は、本発明の他の実施の形態における膨張シートの構成の概略を例示した断面図である。図６に示すように、膨張シート１６ｂは、加熱により膨張するエポキシ樹脂組成物３２ｂを含むステータコア側膨張層３０ｂと、加熱により膨張するエポキシ樹脂組成物４２ｂを含み、ステータコア側膨張層３０ｂよりも厚いコイル導体側膨張層４０ｂと、ステータコア側膨張層３０ｂとコイル導体側膨張層４０ｂとの間に配置された、絶縁フィルム５０とを有する。膨張シート１６ｂは、ステータコア側膨張層３０ｂの一面と絶縁フィルム５０の一面、絶縁フィルム５０の他面とコイル導体側膨張層４０ｂの一面が、それぞれ互いに接するように配置されている。

図６において、膨張シート１６ｂが加熱により膨張したときに、コイル導体側膨張層４０ｂの方がステータコア側膨張層３０ｂよりも体積増加量が大きいものであれば膨張シート１６ｂに含まれるエポキシ樹脂組成物３２ｂ，４２ｂはそれぞれ同じであっても良く、また異なっていても良い。特に、エポキシ樹脂組成物３２ｂ，４２ｂが互いに同一の場合には、材料調達の面で有利である。膨張シート１６ｂの加熱によりステータコアとステータコア側膨張層３０ｂ、コイル導体とコイル導体側膨張層４０ｂとがそれぞれ接合する。このとき、コイル導体側膨張層４０ｂがステータコア側膨張層３０ｂよりも体積増加量が大きいことで膨張したコイル導体側膨張層４０ｂがコイル導体側に形成された隙間の隅々にまで行き渡り、コイル導体が適度に固定化される。

図７は、本発明の別の実施の形態における膨張シートの構成の概略を例示した断面図である。図７に示すように、膨張シート１６ｃは、加熱により膨張するエポキシ樹脂組成物３２ｃを含むステータコア側膨張層３０ｃと、加熱により膨張するエポキシ樹脂組成物４２ｃを含み、ステータコア側膨張層３０ｃよりも高い体積増加量で膨張するコイル導体側膨張層４０ｃと、ステータコア側膨張層３０ｃとコイル導体側膨張層４０ｃとの間に配置された絶縁フィルム５０と、ステータコア側膨張層３０ｃの外側に配置された、接合材料３７ａを含むステータコア側接合層３５ａと、コイル導体側膨張層４０ｃの外側に配置された、接合材料４７ａを含むコイル導体側接合層４５ａと、を有する。膨張シート１６ｃは、ステータコア側接合層３５ａの一面とステータコア側膨張層３０ｃの一面、ステータコア側膨張層３０ｃの他面と絶縁フィルム５０の一面、絶縁フィルム５０の他面とコイル導体側膨張層４０ｃの一面、コイル導体側膨張層４０ｃの他面とコイル導体側接合層４５ａの一面が、それぞれ互いに接するように配置されている。

図７において、膨張シート１６ｃが加熱により、コイル導体側膨張層４０ｃの方がステータコア側膨張層３０ｃよりも高い体積増加量で膨張するものであれば膨張シート１６ｂに含まれるエポキシ樹脂組成物３２ｃ，４２ｃはそれぞれ同じであっても良く、また異なっていても良い。つまり、図４，６に例示するようなコイル導体側膨張層およびステータコア側膨張層の組み合わせをそれぞれ適用することができる。一方、ステータコア側接合層３５ａ、コイル導体側接合層４５ａは、ステータコアおよびコイル導体に対し、それぞれ優れた接合性能を有し、かつ対応する各膨張層の膨張に追従してその形状を変化させうる適度な柔軟性を有する樹脂材料で構成されている。このとき、コイル導体側膨張層４０ｃがステータコア側膨張層３０ｃよりも高い体積増加量で膨張することで膨張したコイル導体側膨張層４０ｃおよびコイル導体側接合層４５ａがコイル導体側に形成された隙間の隅々にまで行き渡り、コイル導体が適度に固定化される。

図８は、本発明のさらに別の実施の形態における膨張シートの構成の概略を例示した断面図である。図８に示すように、膨張シート１６ｄは、加熱により膨張するエポキシ樹脂組成物３２ｄを含むステータコア側膨張層３０ｄと、加熱により膨張するエポキシ樹脂組成物４２ｄを含み、ステータコア側膨張層３０ｄよりも高い体積膨張率で膨張するコイル導体側膨張層４０ｄと、を有する。膨張シート１６ｄは、ステータコア側膨張層３０ｄの一面とコイル導体側膨張層４０ｄの一面が、それぞれ互いに接するように配置されている。

図８において、膨張シート１６ｄが加熱により、コイル導体側膨張層４０ｄの方がステータコア側膨張層３０ｄよりも高い体積増加量で膨張するものであれば膨張シート１６ｄに含まれるエポキシ樹脂組成物３２ｄ，４２ｄはそれぞれ同じであっても良く、また異なっていても良い。つまり、図４，６に例示するようなコイル導体側膨張層およびステータコア側膨張層の組み合わせをそれぞれ適用することができる。このとき、コイル導体側膨張層４０ｄがステータコア側膨張層３０ｄよりも高い体積増加量で膨張することで膨張したコイル導体側膨張層４０ｄがコイル導体側に形成された隙間の隅々にまで行き渡り、コイル導体が適度に固定化される。なお、本実施形態では、図４，６，７に例示する膨張シート１６ａ〜１６ｃにおける絶縁フィルム５０に相当する部材は有していない。このため、ステータコア側膨張層３０ｄまたはコイル導体側膨張層４０ｄの少なくとも一方に、適度な絶縁性を付与するための、例えばエポキシ樹脂組成物などの絶縁性材料を適用し、フェルト状のシート基材に含浸させる構成が好ましい。

図９は、本発明のさらに別の実施の形態における膨張シートの構成の概略を例示した断面図である。図９に示すように、膨張シート１６ｅは、加熱により膨張するエポキシ樹脂組成物３８ｅを含む。膨張シート１６ｅは、加熱に伴う体積増加量が、ステータコア側端面６６ａからコイル導体側端面６６ｂに向かって段階的に高くなるように構成されている。

図９において、膨張シート１６ｅが加熱により膨張したときに、コイル導体側端面６６ｂ側の方がステータコア側端面６６ａ側よりも体積増加量が大きいものであればエポキシ樹脂組成物３８ｅに含まれる成分の種類は、膨張シート１６ｅの厚み方向全体にわたり同じとしても良く、また段階的に異ならせても良い。このとき、コイル導体側端面６６ｂ側の方がステータコア側端面６６ａ側よりも高い体積増加量で膨張することで、膨張シート１６ｅがコイル導体側に形成された隙間の隅々にまで行き渡り、コイル導体が適度に固定化される。なお、本実施形態では、図８に示す膨張シート１６ｄと同様に、適度な絶縁性を付与するための絶縁性材料を含有させることができる。

図１０は、本発明のさらに別の実施の形態における膨張シートの構成の概略を例示した断面図である。図１０に示すように、膨張シート１６ｆは、加熱により膨張するエポキシ樹脂組成物３２ｆを含むステータコア側膨張層３０ｆと、エポキシ樹脂組成物４２ｆを含み、ステータコア側膨張層３０ｆよりも高い体積増加量で膨張するコイル導体側膨張層４０ｆと、ステータコア側膨張層３０ｆとコイル導体側膨張層４０ｆとの間に配置された、絶縁性材料５２を含む絶縁フィルム５０とを有する。膨張シート１６ｆは、ステータコア側膨張層３０ｆの一面と絶縁フィルム５０の一面、絶縁フィルム５０の他面とコイル導体側膨張層４０ｆの一面が、それぞれ互いに接するように配置されている。

図１０に示す膨張シート１６ｆは、コイル導体側膨張層４０ｆにおいて、その縁部４０２，４０６が、縁部４０２，４０６で挟まれた中央部４０４よりも体積増加量が低い点を除き、図４または６に示す膨張シート１６ａ，１６ｂと同様の構成を有している。ここで、「体積増加量が低い」とは、中央部４０４よりも低い体積増加量で膨張するエポキシ樹脂組成物を縁部４０２，４０６に適用するものである。本実施の形態の変形例として、縁部４０２，４０６に相当する箇所にコイル導体側膨張層４０ｆを形成せず、絶縁フィルム５０の少なくとも一部を露出させる構成としてもよい。本実施の形態によれば、スロットの内壁面に膨張シート１６ｆを適用させた場合における、加熱による膨張に伴うコイル導体側への過度な樹脂のはみ出しを抑制し、所望する性能を有する回転電機を作製することができる。なお、本実施の形態では、スロットの内壁面に膨張シート１６ｆを適用した場合において回転電機の径方向に配置される、膨張シート１６ｆの２辺に相当するコイル導体側膨張層４０ｆの縁部４０２，４０６の加熱による体積増加量を低減させる構成について説明したが、ステータコアの両端面側（図１参照）に配置される、膨張シート１６ｆの２辺に相当するコイル導体側膨張層４０ｆの縁部について加熱による体積増加量を低減させる構成とすることができ、また、その両方につき体積増加量を低減させる構成としてもよい。

図１１は、本発明のさらに別の実施の形態における膨張シートの構成の概略を例示した断面図である。図１１に示すように、膨張シート１６ｇは、加熱により膨張するエポキシ樹脂組成物３２ｇを含むステータコア側膨張層３０ｇと、エポキシ樹脂組成物４２ｇを含み、ステータコア側膨張層３０ｇよりも高い体積増加量で膨張するコイル導体側膨張層４０ｇと、ステータコア側膨張層３０ｇとコイル導体側膨張層４０ｇとの間に配置された、絶縁性材料５２を含む絶縁フィルム５０とを有する。膨張シート１６ｇは、ステータコア側膨張層３０ｇの一面と絶縁フィルム５０の一面、絶縁フィルム５０の他面とコイル導体側膨張層４０ｇの一面が、それぞれ互いに接するように配置されている。

図１１において、膨張シート１６ｇは、その縁部４１２，４１６が、例えばレーザカットなどの熱処理を伴い切断されることにより中央部４１４よりもステータコア側膨張層３０ｇ、コイル導体側膨張層４０ｇにおいてそれぞれ加熱による体積増加量が低減されている点を除き、図４，６に示す膨張シート１６ａ，１６ｂと同様の構成を有している。本実施の形態によれば、スロットの内壁面に膨張シート１６ｇを適用させた場合における、加熱による膨張に伴うコイル導体側への過度な樹脂のはみ出しを抑制し、所望する性能を有する回転電機を作製することができる。

なお、本実施の形態の変形例として、ステータコアの両端面側に配置される、膨張シート１６ｇの２辺に相当する縁部についてレーザカットなどの熱処理を施すことができ、また、その両方につきレーザカットなどの熱処理を施す構成としてもよい。また、膨張シート１６の４辺を含む縁部のうち、その一部に図１０に例示する体積増加量低減処理を施し、残りの縁部にレーザカットなどの熱処理を施す構成としてもよい。

次に、上述した樹脂シート１６ａ〜１６ｇの構成について、詳細に説明する。

本実施の形態のエポキシ樹脂組成物３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｆ，３２ｇ，３８ｅ，４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ，４２ｆ，４２ｇは一般に、エポキシ樹脂と膨張フィラーとを含む。膨張フィラーが、熱により膨張し、樹脂シートのステータコア側が体積増加することにより、スロットの内壁面とコイル導体との間を隙間無く固着させることができる。

本実施の形態の膨張フィラーは、無機系や有機系の化学膨張剤と、マイクロカプセル系の物理膨張剤との２つに大別される。無機系や有機系の化学膨張剤は、熱分解によりガス化して膨張するものである。そして、上記２種類の膨張剤は、様々な種類があり、また様々な製法により製造されるが、例えば、樹脂の硬化性や物性に与える影響、膨張の均一性等を考慮し、背反が少ない点から、マイクロカプセル系の物理膨張剤の一種である、熱膨張性マイクロカプセルが好適である。また、マイクロカプセル系の物理膨張剤の一種の熱膨張性マイクロカプセルは、液状の低沸点物質を、熱可塑性ポリマーからなるポリマーシェルで包み込んだマイクロカプセルであって、ポリマーシェルの軟化点近傍、或いは、それ以上の温度で気化し、熱膨張するものである。

本実施の形態の膨張フィラーは、例えば、熱可塑性ポリマーからなるポリマーシェル内に液状炭酸ガスが封入された熱膨張性マイクロカプセルが用いられ、この熱膨張性マイクロカプセルの５倍以上の体積膨張時には、比誘電率が１．４以下になることから、樹脂シートの低誘電率化を促進し、膨張シートの体積膨張により、スロットの内壁面とコイル導体との空隙を減少させることができる。

本実施の形態のステータコア側膨張層３０ａ〜３０ｄ、３０ｆ、３０ｇにおいて適用されるエポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールＡ型、ビスフェノールＦ型、ビフェニル型、ノボラック型、などが挙げられるが、これらに限定されない。一種または複数のエポキシ樹脂が、必要に応じて硬化剤、硬化促進剤などと併用され、適用される。

本実施の形態のコイル導体側膨張層４０ａ〜４０ｄ、４０ｆ、４０ｇにおいて適用されるエポキシ樹脂としては、ステータコア側膨張層３０ａ〜３０ｄ、３０ｆ、３０ｇにおいて適用されるものと同様のエポキシ樹脂を適用することができる。このとき、ステータコア側膨張層とコイル導体側膨張層とで適用されるエポキシ樹脂の種類は同じであっても、異なっていてもよい。

本実施の形態の樹脂シート１６ｅにおいて適用されるエポキシ樹脂としては、上述のステータコア側膨張層３０ａ〜３０ｄ、３０ｆ、３０ｇ、コイル導体側膨張層４０ａ〜４０ｄ、４０ｆ、４０ｇにおいて適用される複数のエポキシ樹脂を適宜組み合わせて適用するおよび／または膨張フィラーの配合量を段階的に異ならせることにより作製することができる。

本実施の形態のステータコア側膨張層３０ａ〜３０ｄ、３０ｆ、３０ｇにおいて、膨張フィラーは、適用するエポキシ樹脂１００質量部に対し、１から３質量部配合される。膨張フィラーの配合量が３質量部を超えると異物となるおそれがある。一方、膨張フィラーの配合量が１質量部未満の場合には、ステータコアと膨張シート間の隙間を埋めることができない。

本実施の形態のコイル導体側膨張層４０ａ〜４０ｄ、４０ｆ、４０ｇにおいて、膨張フィラーは、適用するエポキシ樹脂１００質量部に対し、３から７質量部配合される。膨張フィラーの配合量が３質量部を超えると、異物となるおそれがある。一方、膨張フィラーの配合量が１質量部未満の場合には、ステータコアと膨張シート間の隙間を埋めることができない。

本実施の形態における膨張シート１６ａ〜１６ｇの厚みは、３５０μｍ以下であり、好ましくは３００μｍから３４０μｍである。膨張シート１６ａ〜１６ｇの厚みが３５０μｍを超えると、スロット内のコイル導体の占積率が向上しない。一方、膨張シート１６ａ〜１６ｇの厚みが３００μｍ未満の場合には、隙間を埋めることができず、十分な接着力が発生しないことがある。

本実施の形態におけるステータコア側膨張層３０ａ，３０ｂ，３０ｆ，３０ｇの厚みは、１２５μｍ以下であり、好ましくは１００〜１２０μｍである。ステータコア側膨張層３０ａ，３０ｂ，３０ｆ，３０ｇの厚みが１２５μｍを超えると、スロット内のコイル導体の占積率が向上しない。一方、ステータコア側膨張層３０ａ，３０ｂ，３０ｆ，３０ｇの厚みが１００μｍ未満の場合には、隙間を埋めることができず、十分な接着力が発生しないことがある。

本実施の形態におけるステータコア側膨張層３０ｃおよびステータコア側接合層３５ａの厚みの総和は、１２５μｍであり、好ましくは１００〜１２０μｍである。ステータコア側膨張層３０ｃおよびステータコア側接合層３５ａの厚みの総和が１２５μｍを超えると、スロット内のコイル導体の占積率が向上しない。一方、ステータコア側膨張層３０ｃおよびステータコア側接合層３５ａの厚みの総和が１００μｍ未満の場合には、隙間を埋めることができず、十分な接着力が発生しないことがある。

本実施の形態におけるステータコア側膨張層３０ｄの厚みは、１７５μｍ以下であり、好ましくは１５０〜１７０μｍである。ステータコア側膨張層３０ｄの厚みが１７５μｍを超えると、スロット内のコイル導体の占積率が向上しない。一方、ステータコア側膨張層３０ｄの厚みが１５０μｍ未満の場合には、隙間を埋めることができず、十分な接着力が発生しないことがある。

本実施の形態におけるコイル導体側膨張層４０ａ，４０ｂ，４０ｆ，４０ｇの厚みは、１２５μｍ以下であり、好ましくは１００〜１２０μｍである。コイル導体側膨張層４０ａ，４０ｂ，４０ｆ，４０ｇの厚みが１２５μｍを超えると、スロット内のコイル導体の占積率が向上しない。一方、コイル導体側膨張層４０ａ，４０ｂ，４０ｆ，４０ｇの厚みが１００μｍ未満の場合には、隙間を埋めることができず、十分な接着力が発生しないことがある。

本実施の形態におけるコイル導体側膨張層４０ｃおよびコイル導体側接合層４５ａの厚みの総和は、１２５μｍであり、好ましくは１００〜１２０μｍである。コイル導体側膨張層４０ｃの厚みが１２５μｍを超えると、スロット内のコイル導体の占積率が向上しない。一方、コイル導体側膨張層４０ｃおよびコイル導体側接合層４５ａの厚みの総和が１００μｍ未満の場合には、隙間を埋めることができず、十分な接着力が発生しないことがある。

本実施の形態におけるコイル導体側膨張層４０ｄの厚みは、１７５μｍ以下であり、好ましくは１５０〜１７０μｍである。コイル導体側膨張層４０ｄの厚みが１７５μｍを超えると、スロット内のコイル導体の占積率が向上しない。一方、コイル導体側膨張層４０ｄの厚みが１５０μｍ未満の場合には、隙間を埋めることができず、十分な接着力が発生しないことがある。

本実施の形態における絶縁フィルム５０を構成する絶縁性材料５２として、例えば、ポリエチレンナフタレートフィルム、ポリイミドフィルム、ポリエーテルイミドフィルムなどが用いられる。本実施の形態における絶縁フィルム５０の厚みは、１００μｍ以下であり、好ましくは５０〜１００μｍである。絶縁フィルム５０の厚みが１００μｍを超えると、膨張層の樹脂厚が減ってしまう場合がある。一方、絶縁フィルム５０の厚みが５０μｍ未満の場合には、電気絶縁性を満足できないことがある。

本実施の形態における樹脂シート１６ａ，１６ｆ，１６ｇにおいて、ステータコア側膨張層３０ａ，３０ｆ，３０ｇの加熱に伴う体積増加量は、好ましくは０〜１００μｍである。ステータコア側膨張層３０ａ，３０ｆ，３０ｇの体積増加量が１００μｍを超えると、異物となるおそれがある。一方、コイル導体側膨張層４０ａ，４０ｆ，４０ｇの加熱に伴う体積増加量は、それぞれ、対応するステータコア側膨張層３０ａ，３０ｆ，３０ｇの加熱に伴う体積増加量よりも高く、好ましくは５９０μｍ以上である。コイル導体側膨張層４０ａ，４０ｆ，４０ｇの体積増加量が５９０μｍ未満の場合には、隙間を埋めることができず、十分な接着力が発生しないことがある。ただし、上述したように、縁部４０２，４０６，４１２，４１６についてはこの限りでない。

本実施の形態における樹脂シート１６ｂにおいて、ステータコア側膨張層３０ｂの加熱に伴う体積増加量は、好ましくは０〜１００μｍである。ステータコア側膨張層３０ｂの体積増加量が１００μｍを超えると、異物となるおそれがある。一方、コイル導体側膨張層４０ｂの加熱に伴う体積増加量は、ステータコア側膨張層３０ｂの加熱に伴う体積増加量よりも高く、好ましくは５９０μｍ以上である。コイル導体側膨張層４０ｂの体積増加量が５９０μｍ未満の場合には、隙間を埋めることができず、十分な接着力が発生しないことがある。

本実施の形態における樹脂シート１６ｃにおいて、ステータコア側膨張層３０ｃの加熱に伴う体積増加量は、好ましくは０〜１００μｍである。ステータコア側膨張層３０ｃの体積増加量が１００μｍを超えると、異物となるおそれがある。一方、コイル導体側膨張層４０ｃの加熱に伴う体積増加量は、ステータコア側膨張層３０ｃの加熱に伴う体積増加量よりも高く、好ましくは５９０μｍ以上である。コイル導体側膨張層４０ｃの体積増加量が５９０μｍ未満の場合には、隙間を埋めることができず、十分な接着力が発生しないことがある。

本実施の形態における樹脂シート１６ｄにおいて、ステータコア側膨張層３０ｄの加熱に伴う体積増加量は、好ましくは０〜１００μｍである。ステータコア側膨張層３０ｄの体積増加量が１００μｍを超えると、異物となるおそれがある。一方、コイル導体側膨張層４０ｄの加熱に伴う体積増加量は、ステータコア側膨張層３０ｄの加熱に伴う体積増加量よりも高く、好ましくは５９０μｍ以上である。コイル導体側膨張層４０ｄの体積増加量が５９０μｍ未満の場合には、隙間を埋めることができず、十分な接着力が発生しないことがある。

本実施の形態における樹脂シート１６ｅにおいて、コイル導体側端面６６ｂ側の加熱に伴う体積増加量は、ステータコア側端面６６ａ側の加熱に伴う体積増加量よりも高くなるように段階的に調整される。このとき、ステータコア側端面６６ａ側の加熱に伴う体積増加量がステータコア側膨張層３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｆ，３０ｇの加熱に伴う体積増加量のいずれかの範囲に対応するように、コイル導体側端面６６ｂ側の加熱に伴う体積増加量が４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ，４０ｆ，４０ｇのいずれかの範囲に対応するように作製される。

膨張シート１６ａ〜１６ｇの製造方法としては、公知のあらゆる方法を適用することができる。例えば、図４に示す膨張シート１６ａの場合、ステータコア側膨張層３０ａ、絶縁フィルム５０、コイル導体側膨張層４０ａをそれぞれ個別に作製し、適当な接着剤などにより接着または接合させる構成とすることができる。また、他の実施の形態として、絶縁フィルム５０の一方面に、エポキシ樹脂および膨張フィラーを含むエポキシ樹脂組成物３２ａを塗布または含浸させる一方、絶縁フィルム５０の他方面に、エポキシ樹脂および膨張フィラーを含むエポキシ樹脂組成物４２ａを塗布または含浸させ、必要に応じて乾燥させることにより膨張シート１６ａを作製してもよい。

なお、上記各実施の形態では、必要に応じて折り曲げ加工することによりスロットの内壁面の形状に合わせてスロット内に挿入することができる、いわゆるカフスなし形状を有する膨張シート１６ａ〜１６ｇについて説明したが、ステータコアのスロットへの固定を容易にする、図１２に例示するようなカフス部７０ａ，７０ｂを設けた膨張シート１６ｈを適用することができる。図１２において、膨張シート１６ｈとしては、カフス部７０ａ，７０ｂを設けたことを除き、上述した膨張シート１６ａ〜１６ｇと同様の構成を有する膨張シートを適用することができる。また、カフス部７０ａ，７０ｂについては、膨張性能は不要であるため、例えば図１０に例示する膨張率低減処理を施す、または、熱処理により膨張低減加工を施す構成としてもよい。なお、図１２に示す縁部４２２，４２６および中央部４２４は、図１０に示す縁部４０２，４０６および中央部４０４、図１１に示す縁部４１２，４１６および中央部４１４にそれぞれ対応している。

［回転電機用ステータ］
本実施の形態の回転電機用ステータは、図２Ｂ、図５に示すように、スロット１４が設けられたステータコア１０と、スロット１４内に収容されたコイル導体１８と、ステータコア１０とコイル導体１８との間に配置された膨張シート１６と、を備え、膨張シート１６は、上述した膨張シート１６ａ〜１６ｈのいずれか１つであって、ステータコア１０に対しコイル導体１８を適切に固定させる。

上記構成を有する本実施の形態のステータ２０は、上記構成を有しない膨張シートまたは絶縁シートを適用した場合と比較して、スロット内に収容されたコイル導体とスロット内壁面との間に生じる空隙が消失または減少し、スロット内のコイル導体の固定性が向上する。

［回転電機用ステータの製造方法］
本実施の形態のモータ用ステータの製造方法の例を、図２Ｂおよび図１３を用いて以下に説明する。

まず、上述した樹脂シート１６ａ〜１６ｈのいずれか１つからなる膨張シート１６を、スロット１４内に挿入する（Ｓ１００）。このとき、膨張シート１６のステータコア側表面がスロット１４の内壁面に接するように、予め膨張シート１６をスロット形状に折り曲げ成形しておいてもよい。

次に、スロット１４内に挿入した膨張シート１６のステータコア側表面をスロット１４の内壁面と仮固着させる（Ｓ１０２）。仮固着の方法に特に制限はないが、例えば、膨張層が発泡せず、かつ、接着力が発生しない程度の温度（例えば、９０℃以下）の熱を加えることにより膨張シートを軟化させ、該膨張シートをステータコアに仮固着させることができる。

次に、スロット１４内にコイル導体１８を収容する（Ｓ１０４）。コイル導体１８の収容の方法は、いわゆる集中巻を構成する公知のいかなる方法によるものであっても良い。また、例えば平角線を適用する場合には、エッジワイズ巻きとすることもフラットワイズ巻きとすることもできる。

次に、膨張シート１６を膨張および硬化させる（Ｓ１０６）。膨張シート１６はスロット１４の内壁面に仮固着されているため、スロット１４の内壁面と膨張シート１６のステータコア１０側表面との間隔は狭い。このため、膨張シート１６を加熱することにより容易にスロット１４の内壁面と膨張シート１６のステータコア１０側表面との間を固着させることができる。一方、コイル導体１８の外周面と膨張シート１６のコイル導体１８側表面との間隔は、スロット１４の内壁面と膨張シート１６のステータコア１０側表面との間隔に比べて広い。このため、上述したような、コイル導体１８側が、ステータコア１０側よりも高い膨張率を有する膨張シート１６ａ〜１６ｈを適用することにより、スロット１４の内壁面とコイル導体１８との間に生じる空隙を消失または減少させることができ、スロット１４内におけるコイル導体１８の固定性を向上することができる。なお、本発明の実施の形態において、膨張シート１６を膨張および硬化させるための好適な温度は、適用するエポキシ樹脂組成物の組成等により異なるが、例えば、１５０〜２２０℃程度とすることができる。膨張シートを膨張および硬化させるための温度が１５０℃未満の場合には、十分な硬化特性を確保することができない場合がある。

本発明は、コアに設けられたスロット内にコイル導体が収容されてなる回転電機の製造に関する用途であれば、ステータコアに限らず、例えば、ロータコアなど、いかなる用途にも有効である。

１０ステータコア、１０Ａ端面、１２ティース、１４スロット、１４Ａ内壁面、１６，１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅ，１６ｆ，１６ｇ，１６ｈ膨張シート、１８コイル導体、２０，１２０ステータ、２２空隙、３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｆ，３０ｇステータコア側膨張層、３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｆ，３２ｇ，３８ｅ，４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ，４２ｆ，４２ｇエポキシ樹脂組成物、３５ａステータコア側接合層、３７ａ，４７ａ接合材料、４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ，４０ｆ，４０ｇコイル導体側膨張層、４５ａコイル導体側接合層、５０絶縁フィルム、５２絶縁性材料、６６ａステータコア側端面、６６ｂコイル導体側端面、７０ａ，７０ｂカフス部、１１６絶縁シート、４０２，４０６，４１２，４１６，４２２，４２６縁部、４０４，４１４，４２４中央部。

Claims

コアに設けられたスロット内にコイル導体が収容されてなる回転電機において、前記スロット内において前記コアと前記コイル導体との間に配置され、加熱により膨張する、エポキシ樹脂を含むコア側膨張層と、エポキシ樹脂および膨張フィラーを含むコイル導体側膨張層とを有する膨張シートであって、
コイル導体側膨張層が、コア側膨張層よりも熱膨張率が高いことを特徴とする回転電機用膨張シート。
請求項１に記載の回転電機用膨張シートにおいて、
前記コイル導体側膨張層は、シート中央部と、前記シート中央部の外側に設けられた、前記シート中央部よりも低い体積増加量で膨張するシート縁部とを有することを特徴とする回転電機用膨張シート。
請求項１に記載の回転電機用膨張シートにおいて、
前記コイル導体側膨張層は、前記コア側膨張層よりも高い体積増加量で膨張するシート中央部と、前記シート中央部の外側に設けられた、加熱により体積増加しないシート縁部とを有することを特徴とする回転電機用膨張シート。
スロットが設けられたステータコアと、
スロット内に収容されたコイル導体と、
前記ステータコアと前記コイル導体との間に配置された膨張シートと、
を備え、
前記膨張シートは、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の回転電機用膨張シートであって、前記ステータコアに対し前記コイル導体を固定させることを特徴とする回転電機用ステータ。
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の回転電機用膨張シートをステータコアのスロット内に挿入し、
スロット内に挿入した前記膨張シートのステータコア側表面をスロットの内壁面と仮固着させ、
前記スロット内にコイル導体を収容し、
加熱して前記膨張シートを膨張および硬化させ、コイル導体の外周面と前記膨張シートのコイル導体側表面との間およびスロットの内壁面と前記膨張シートのステータコア側表面との間を固着させることを特徴とする回転電機用ステータの製造方法。
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の回転電機用膨張シートの縁部をレーザー処理して膨張を制限した後にステータコアのスロット内に挿入し、
スロット内に挿入した前記膨張シートのステータコア側表面をスロットの内壁面と仮固着させ、
前記スロット内にコイル導体を収容し、
加熱して前記膨張シートを膨張および硬化させ、コイル導体の外周面と前記膨張シートのコイル導体側表面との間およびスロットの内壁面と前記膨張シートのステータコア側表面との間を固着させることを特徴とする回転電機用ステータの製造方法。