JP6137117B2 - 固定子巻線の接続端部絶縁方法 - Google Patents

Description

本発明は、固定子巻線の接続端部絶縁方法に係り、特に、回転電機の固定子巻線のコイルエンド部における複数の接続端部について他の接続端部等に対し電気的絶縁を取る回転電機の固定子巻線の接続端部絶縁方法に関する。

回転電機の固定子に巻回される巻線における複数の電気導線の間の接続は、固定子の軸方向の端部に巻線が突き出すコイルエンド部において、溶接等の接合手段を用いて行われる。コイルエンド部には複数の接続端部が形成されるが、接続端部と他の接続端部との間の電気的絶縁や、接続端部と回転電機ケース等の他の部品との間の電気的絶縁を確保する必要がある。

特許文献１には、回転電機の固定子の多相巻線の接続端部を絶縁する絶縁キャップとして、絶縁シートを２つ折りにして折り部側に背部を形成し、背部の延在方向の両端側を接合し、２つ折り状態において接合されずに背部と対向する側に、接続端部を挿入して受け入れる開口部を形成する構成が開示されている。

特許文献２には、回転電機の固定子のスロットに挿入される複数の導体セグメントの先端同士を接合して形成される複数の接合部を円板状の被覆部材に押し付けて塑性変形させて接着させ、その後加熱により硬化させて、複数の接合部についての絶縁処理を一括して行う方法が開示されている。

特開２０１１−９７７７９号公報 特開２００３−１１１３３０号公報

接続端部の１つ１つについて絶縁キャップを設ける方法は、絶縁キャップを形成するための接着工程やカシメ工程等が接続端部の１つ１つについて必要で、時間と労力を要する。塑性変形可能な被覆部材に複数の接続端部を押し付けて接着する方法は時間と労力を少なくできるが、巻線と接続端部に押付力が作用するので、巻線や接続端部に変形が生じ得る。

本発明の目的は、巻線等に変形を与えることなく、時間と労力を少なくできる固定子巻線の接続端部絶縁方法を提供することである。

本発明に係る固定子巻線の接続端部絶縁方法は、回転電機の固定子巻線のコイルエンド部における接続端部上に、加熱によって溶融する熱硬化性樹脂で構成される樹脂部材を載せる樹脂置き工程と、加熱によって樹脂部材を溶融させ溶融樹脂で接続端部を覆う溶融工程と、その後溶融樹脂を硬化させる硬化工程と、を有し、樹脂置き工程は、複数の接続端部を覆う大きさを有し、かつ、複数の接続端部の配置位置に合わせた位置決め凹凸部を有する樹脂部材を用い、凹部を接続端部の先端に位置決めして接続端部の上に置くことを特徴とする。

本発明に係る固定子巻線の接続端部絶縁方法において、樹脂置き工程は、固定子の円環状のコイルエンド部の全体を覆う大きさを有する樹脂部材を全部の接続端部の上に置くことが好ましい。

本発明に係る固定子巻線の接続端部絶縁方法において、樹脂置き工程は、コイルエンド部の径方向に沿って並んだ複数の接続端部を覆う大きさを有し周方向毎に分離した複数の樹脂部材を、径方向に沿って並んだ複数の接続端部毎に置くことが好ましい。

上記構成の固定子巻線の接続端部絶縁方法によれば、加熱によって溶融する熱硬化性樹脂で構成される樹脂部材を接続端部上に載せ、加熱によって樹脂部材を溶融させ溶融樹脂で接続端部を覆い、その後溶融樹脂を硬化させる。したがって、巻線等に変形を与えることなく、複数の接続端子を絶縁樹脂で覆うことができる。

また、固定子巻線の接続端部絶縁方法において、複数の接続端部を覆う大きさを有する樹脂部材を接続端部の上に置くので、複数の接続端子に対する絶縁処理を一括して行うことができ、複数の接続端子についての絶縁処理のための時間と労力を少なくできる。

また、固定子巻線の接続端部絶縁方法において、複数の接続端部の配置位置に合わせた位置決め凹凸部を有する樹脂部材を用い、凹部を接続端部の先端に位置決めして置くので、樹脂部材を複数の接続端部に対し適切な位置に置くことができ、その後の位置ずれを防止できる。

また、固定子巻線の接続端部絶縁方法において、樹脂部材としては、固定子の円環状のコイルエンド部の全体を覆う大きさの樹脂部材を用いてもよく、また、コイルエンド部の径方向毎に分離した複数の樹脂部材を用いてもよく、個々の接続端部毎に１つの樹脂部材を用いてもよい。これによって、コイルエンドにおける複数の接続端部の配置状況に合わせ、最適の絶縁方法を選ぶことができる。

本発明に係る実施の形態の固定子巻線の接続端部絶縁方法の手順を示すフローチャートである。 図１において、固定子を準備する工程と、コイルエンド部に樹脂部材を置く樹脂置き工程を示す図である。 図２において、回転電機固定子の側面図である。 図３のＡ部について、複数の接続端部を一括して絶縁処理する手順を示す図である。図４（ａ）は、樹脂置き工程を示す図で、（ｂ）は、樹脂部材を加熱によって溶融させて複数の接続端部を溶融樹脂で覆う溶融工程を示す図である。 図２の変形例で、接続端部の配置に合わせて凹凸部を有する樹脂部材を用いて、樹脂部材を複数の接続端部の配置に位置決めして複数の接続端部を一括して絶縁処理する手順を示す図である。図５（ａ）は、樹脂置き工程を示す図で、（ｂ）は、溶融工程を示す図である。 固定子の径方向に沿って並んだ複数の接続端部について、図４に対応する図である。図６（ａ）は、樹脂置き工程を示す図で、（ｂ）は、溶融工程を示す図である。 接続端部の配置に合わせて凹凸部を有する樹脂部材を用いたときの固定子の径方向に沿って並んだ複数の接続端部について、図５に対応する図である。図７（ａ）は、樹脂置き工程を示す図で、（ｂ）は、溶融工程を示す図である。 本発明に係る実施の形態の固定子巻線の接続端部絶縁方法において、用いられる樹脂部材の例を示す図である。図８（ａ）は、円環状の樹脂部材を示す図であり、（ｂ）は、径方向毎に分離された直方形の樹脂部材を示す図であり、（ｃ）は、１つ１つの接続端部毎に分離された小型直方形の樹脂部材を示す図である。

以下に図面を用いて、本発明に係る実施の形態について詳細に説明する。以下では、固定子巻線として複数の導体セグメントを互いに接続して形成される三相分布巻の巻線を述べるが、これは説明のための例示であって、複数の導線を固定子コアに巻回してその接続端部がコイルエンド部に設けられるものであればよく、導体セグメントを用いなくてもよい。また、以下では、コイルエンド部における複数の接続端部の配置について、径方向に沿って等間隔に並び、周方向に沿って等間隔に並ぶものを述べるが、これは説明のための例示であって、これ以外の配置であっても構わない。

以下に述べる個数、形状、材質等は、説明のための例示であって、回転電機、または固定子または固定子巻線の仕様に応じ、適宜変更が可能である。以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、固定子巻線の接続端部絶縁方法の手順を示すフローチャートで、図２以降は、図１の各手順の内容を示す図である。固定子は、回転電機のステータで、固定子巻線が巻回される。回転電機は、車両の駆動用に用いられる三相同期型の回転電機である。固定子巻線は、Ｕ相巻線とＶ相巻線とＷ相巻線で構成される。各相巻線は、複数の導体を接続端子部で互いに接続して、固定子に巻回される。

固定子巻線の接続端部絶縁方法は、回転電機の固定子を準備する工程（Ｓ１０）と、準備された固定子のコイルエンド部における複数の接続端部の上に所定の樹脂部材を置く樹脂置き工程（Ｓ１２）と、樹脂部材を加熱して溶融させ、溶融樹脂で接続端部を覆う溶融工程（Ｓ１４）と、溶融した樹脂をさらに加熱し、硬化させる硬化工程（Ｓ１６）とを含む。

図２は、図１におけるＳ１０とＳ１２の内容を示す図である。Ｓ１０の内容を示すために、固定子巻線１６が形成された固定子１２と、固定子巻線１６を構成する略Ｕ字形の導体である導体セグメント１０を示した。図２には、固定子１２に関する軸方向、周方向、径方向を示した。軸方向は、円環状の固定子１２において円環状の中心軸の延びる方向で、周方向は円環状の周囲に沿った方向で、径方向は、円環状の中心軸に垂直で放射状に延びる方向である。

固定子１２は、固定子コア１４と、固定子コア１４に巻回される固定子巻線１６を含んで構成される。固定子コア１４は、円環状の固定子ヨークから内周側に突出す複数のティースと、隣接するティースの間の空隙部であるスロット１５を有する。スロット１５は、内径側に開口部を有し、外径側に底部を有し、軸方向に貫通するＵ字形溝である。ティースは固定子巻線１６が巻回され磁極となる突出部である。かかる固定子コア１４は、スロット１５を含んで所定の形状に成形された円環状の磁性体薄板を複数積層したものが用いられる。磁性体薄板としては、電磁鋼板を用いることができる。磁性体薄板の積層体に代えて、磁性粉末を所定の形状に一体化成形したものを用いることもできる。

導体セグメント１０は、これが複数個互いに接続されることで固定子巻線１６が形成される導体である。導体セグメント１０は、１本の絶縁皮膜付き導体線を略Ｕ字形に成形されたものである。略Ｕ字形とは、真直ぐに延びた２つの脚部と、２つの脚部を所定の脚部間隔となるように離しながら連結している折り曲げ部を有する形状である。導体セグメント１０は、固定子１２の内周側の周方向に沿って複数設けられるスロット１５の中で、分布巻型の巻線方法で定められる所定のスロット間隔だけ離れた２つのスロット１５に２つの脚部の先端部が挿入される。

スロット間隔とは、周方向に沿った間隔で、隣接するスロット１５の間の間隔を単位として測った間隔である。例えば、導体セグメント１０の２つの脚部の一方側の脚部の先端側がＵ相用のスロット１５に挿入されるとすると、他方側の脚部の先端側が次のＵ相用のスロット１５に挿入されるようにするときのスロット間隔が所定のスロット間隔である。図２に、各スロット１５にＵ相、Ｖ相、Ｗ相の区別を示した。図２の例では、所定のスロット間隔＝３スロット間隔である。これを相数＝３の整数倍の６スロット間隔等としてもよい。

スロット１５に挿入された導体セグメント１０の脚部の先端部は、固定子１２の軸方向の端部側に突き出してコイルエンド部２２を形成する。突き出した２つの脚部の先端部はそれぞれ曲げ成形され、一方側の脚部の先端部は、挿入されたスロット１５の周方向に沿って例えば左側の次の同じ相のスロット１５に挿入された別の導体セグメント１０の脚部の先端部と向かい合わされ、他方側の脚部の先端部は、挿入されたスロット１５の右側の次の同じ相のスロット１５に挿入された他の導体セグメント１０の脚部の先端部と向かい合わされる。向かい合わされた２つの導体セグメント１０の先端部は互いに溶接等の接合手段によって接合され、接続端部となる。これを繰り返して、各相巻線が形成される。

図２の例では、Ｗ相のスロット１５に挿入されコイルエンド部２２において折り曲げられた導体セグメント１８の先端部は、そのＷ相のスロット１５の周方向に沿って左側で３スロット離れた次のＷ相スロット１５に挿入されコイルエンド部２２において折り曲げられた導体セグメント１９の先端部と向かい合わされる。向かい合わされた２つの導体セグメント１８，１９の先端部は互いに溶接等の接合手段によって接合され、接続端部２０となる。これを繰り返してＷ相巻線となる。同様にＵ相巻線、Ｗ相巻線が形成される。固定子巻線１６は、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線で構成される。

図２に示されるように、コイルエンド部２２において、複数の接続端部２０は、周方向に沿って一定の間隔で並んで配置され、径方向においても一定の間隔で並んで配置される。周方向における間隔と径方向における間隔は、必ずしも同じではない。場合によっては、これを同じ間隔に設定してもよい。

かかる導体セグメント１０に用いられる絶縁皮膜付きの導体線としては、断面が矩形形状の平角線を用いる。平角線を用いることで、スロット１５内のコイル占積率の向上を図ることができる。平角線に代えて、断面が円形、楕円形のものを用いてもよい。絶縁皮膜付き導線は、素線の外周に絶縁皮膜を被覆したものである。素線としては、銅線、銅錫合金線、銀メッキ銅錫合金線等を用いることができる。絶縁皮膜としては、ポリアミドイミドのエナメル皮膜が用いられる。これに代えて、ポリエステルイミド、ポリイミド、ポリエステル、ホルマール等を用いてもよい。

図２における樹脂部材３０は、図１のＳ１２において、コイルエンド部２２に置かれる円環状の絶縁樹脂で構成される樹脂部材である。「コイルエンド部２２に置かれる」とは、押付力を用いないでコイルエンド部２２に被せるようにして配置されることである。樹脂部材３０は、これを溶融させて、複数の接続端部２０の形状に倣って各接続端部を塗布するように覆い、さらに硬化させて固定子巻線１６の各接続端部２０を樹脂で絶縁する。かかる樹脂部材３０としては、常温では固体で、加熱によって溶融し、さらに加熱することで硬化する樹脂材料で構成されたシートを用いることができる。樹脂材料の一例としては、エポキシ樹脂を用いることができる。図１のＳ１２では、樹脂部材３０であるシートを固定子１２のコイルエンド部２２に加圧せずに、ただ載せるのみの処理を行う。これにより、固定子巻線１６、接続端部２０等に押付力等が印加されず、これらが変形することもない。

樹脂部材３０であるシートの表面に粘着性を持たせることが好ましい。粘着性によって、樹脂部材３０をコイルエンド部２２の複数の接続端部２０の上に仮固定することができる。粘着性を付与するには、樹脂部材３０を半硬化状態にする処理を行う。あるいは、これに代えて、樹脂部材３０の表面に別の半硬化状態の樹脂を塗布してもよく、別途接着剤を塗布してもよい。

図３は、図２においてＳ１２の処理工程が終了した状態の固定子１２と樹脂部材３０を示す側面図である。図３では、複数の導体セグメント１０の略Ｕ字形の折り曲げ部が固定子１２の軸方向の他方側に突き出すコイルエンド部２３が示される。軸方向の他方側とは、固定子１２の軸方向について、図２で説明したコイルエンド部２２とは反対側の方向である。

図４は、図３に示すＡ部について、図１のＳ１２，Ｓ１４の工程の内容を示す図である。図４（ａ）は、図１のＳ１２の樹脂置き工程が終わった後を示す図で、（ｂ）は、図１のＳ１４の溶融処理工程が終わった後の状態を示す図である。溶融処理工程は、樹脂部材３０の溶融温度まで樹脂部材３０を加熱することで行われる。溶融温度は、エポキシ樹脂の種類によって異なるが、例えばビフェニルタイプのエポキシ樹脂では、約１００℃である。加熱は、樹脂部材３０を固定子１２のコイルエンド部２２に載せた状態で全体を所定の加熱炉に入れ、所定の溶融温度に加熱処理して行なわれる。場合によっては、樹脂部材３０であるシートを局部的に加熱してもよい。

溶融処理により、樹脂部材３０であるシートは溶融樹脂３２となり、図４（ｂ）に示すように、複数の接続端部２０が溶融樹脂３２に覆われる。その後、図１のＳ１６における硬化処理が行われる。硬化温度もエポキシ樹脂の種類によって異なるが、溶融温度よりも高い温度である。例えば、１２０℃から１８０℃程度である。硬化処理は、溶融処理に用いられた加熱炉を引き続き用い、加熱温度を所定の硬化温度に上昇させて行うことができる。

例えば、搬送機構付のトンネル加熱処理炉を用い、搬送方向に沿って溶融温度領域と硬化温度領域を設け、樹脂部材３０を固定子１２のコイルエンド部２２に載せた状態で搬送機構に載せて溶融温度領域と硬化温度領域を連続的に通過させることで、Ｓ１４とＳ１６を連続して処理することができる。これに代えて、溶融処理用の加熱炉と別の硬化処理用の加熱炉を用いるものとしてもよい。場合によっては、複数の接続端部２０が溶融樹脂３２で覆われた状態で、局部的に硬化温度に加熱して行ってもよい。これらの処理により、固定子１２の固定子巻線１６における複数の接続端部２０の絶縁処理を一括して行うことができる。Ｓ１６の処理工程が終了すると、複数の接続端部２０が硬化した絶縁樹脂で覆われ、固定子巻線１６における複数の接続端部２０の絶縁処理が終了する。

上記では、平坦な樹脂部材３０である平坦シートを用いたが、位置決めのための凹凸部を設けた樹脂部材４０を用いることができる。図５は、図２から図４の変形例で、接続端部２０の配置に合わせた凹凸部３９を有する樹脂部材４０を用いて、樹脂部材４０を複数の接続端部２０の配置位置に位置決めし複数の接続端部２０を一括して絶縁処理する手順を示す図である。

図５（ａ）は、樹脂置き工程を示す図で、樹脂部材４０の凹凸部３９を複数の接続端部２０の配置に位置決めし、圧力をかけずに、単に複数の接続端部２０の上に置く処理が行われる。図５（ｂ）は、溶融処理工程を示す図で、複数の接続端部２０が溶融樹脂４２に覆われる。その後、図１のＳ１６における硬化処理が行われる。

図４、図５では、固定子１２の周方向に沿った図を示した。図６、図７は、固定子１２の径方向に沿った図で、図６（ａ），（ｂ）は、それぞれ図４（ａ），（ｂ）に対応し、図７（ａ），（ｂ）は、それぞれ図５（ａ），（ｂ）に対応する。周方向と径方向とで相違するのは、導体セグメント１８，１９の接続端部２０に対応する２つの先端部が、周方向に沿った図４、図５では重なって示されるのに対し、径方向に沿った図６、図７では互いに並んで示されることである。Ｓ１２，Ｓ１４，Ｓ１６の処理内容は同じであるので、これらに関する詳細な説明を省略する。

複数の接続端部２０は、周方向に沿って一定の間隔で並んで配置され、径方向においても一定の間隔で並んで配置されるが、周方向における間隔と径方向における間隔は、必ずしも同じではない。したがって、図７（ａ）に示される径方向に沿った凹凸部４１の凹凸間隔は、図５（ａ）に示される周方向に沿った凹凸部３９の凹凸間隔と異なる。この場合でも、溶融状態においては、図７（ｂ）に示されるように、複数の接続端部２０が溶融樹脂４２に覆われることは、図５(ｂ)の場合と同じである。

図８は、用いられる樹脂部材の形状例を示す図である。図８（ａ）は、図２から図７まで用いられる円環状の樹脂部材３０を示す図である。図８（ｂ）は、周方向毎に分離された直方形の樹脂部材５０を示す図である。直方形の樹脂部材５０は、図２において同じ径方向に並ぶ複数の接続端部２０のそれぞれの上に置かれる。図８（ａ）に比較して、固定子１２全体についての樹脂部材の材料費を低減することができる。図８（ｃ）は、複数の接続端部２０の１つ１つ毎に対応して分離された小型直方形の樹脂部材５２を示す図である。図８（ｂ）に比較して、固定子１２全体についての樹脂材料の材料費をさらに低減することができる。上記では導体セグメントを用いて多数の接続端部がある場合で説明したが、例えば、特許文献１のように接続端部の数があまり多くない場合等には、接続端部２０の１つ１つ毎に樹脂部材５２を置く方法が有効である。

図８（ｂ），（ｃ）のように複数に分離した樹脂部材を用いるとき、固定子１２全体についての樹脂材料費が低減されても、複数の樹脂部材を所定の接続端部２０の上に置くための工数が増加することが考えられる。工数の増加を抑制するために、図８（ｂ）の複数の直方形の樹脂部材５０を互いに連結して用いることができる。例えば、固定子１２の外周側において細い環状部を用いて、図８（ｂ）の複数の直方形の樹脂部材５０を互いに連結するものとできる。また、図８（ｃ）について、同じ径寸法の円周上に配置される複数の小型直方形の樹脂部材５２を互いに周方向に沿って連結した細い円環状部材とすることができる。例えば、径方向に沿って、５つの接続端部２０が並んで配置されるときは、５つの細い円環状の樹脂部材とすることができる。

また、図８（ａ）と（ｂ）の中間の形態として、直方形の樹脂部材５０を複数個まとめて、扇型の樹脂部材とすることができる。これらの樹脂部材についても、図５、図７で説明した凹凸部３９，４１を設けることができる。

上記構成によれば、樹脂部材であるシートを特別のキャップ形状にする必要がなく、キャップ形状にするための接着剤も不要である。また、カシメ処理等の機械的固定手段も不要であるので、固定子巻線１６、接続端部２０に対する機械的変形や損傷が生じない。また、樹脂を滴下して接続端部２０を覆う方法に比較すると、樹脂滴下法では液体状の樹脂を滴下するので、接続端部２０に正しく滴下することが困難で、接続端部２０以外の箇所に液状の樹脂が付着し、その除去のための工数が余計にかかり、また消費する樹脂量も増加する。これに対し、上記構成では、樹脂部材であるシートを単に接続端部２０の上に置いて溶融と硬化を行うだけで、目的の接続端部２０の部分のみを確実に樹脂で覆うことができる。これにより、樹脂材料費を低減でき、少ない工数で固定子巻線の接続端部の絶縁処理を行うことができる。

１０，１８，１９ 導体セグメント、１２ 固定子、１４ 固定子コア、１５ スロット、１６ 固定子巻線、２０ 接続端部、２２，２３ コイルエンド部、３０，４０，５０，５２ 樹脂部材（シート）、３２，４２ 溶融樹脂、３９，４１ 凹凸部。

Claims (3)

1. 回転電機の固定子巻線のコイルエンド部における接続端部上に、加熱によって溶融する熱硬化性樹脂で構成される樹脂部材を載せる樹脂置き工程と、
   加熱によって樹脂部材を溶融させ溶融樹脂で接続端部を覆う溶融工程と、
   その後溶融樹脂を硬化させる硬化工程と、
   を有し、
   樹脂置き工程は、
   複数の接続端部を覆う大きさを有し、かつ、複数の接続端部の配置位置に合わせた位置決め凹凸部を有する樹脂部材を用い、凹部を接続端部の先端に位置決めして接続端部の上に置くことを特徴とする固定子巻線の接続端部絶縁方法。
2. 請求項１に記載の固定子巻線の接続端部絶縁方法において、
   樹脂置き工程は、
   固定子の円環状のコイルエンド部の全体を覆う大きさを有する樹脂部材を全部の接続端部の上に置くことを特徴とする固定子巻線の接続端部絶縁方法。
3. 請求項１に記載の固定子巻線の接続端部絶縁方法において、
   樹脂置き工程は、
   コイルエンド部の径方向に沿って並んだ複数の接続端部を覆う大きさを有し周方向毎に分離した複数の樹脂部材を、径方向に沿って並んだ複数の接続端部毎に置くことを特徴とする固定子巻線の接続端部絶縁方法。

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