JP6287976B2 - 回転電機のステータの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ステータコアと、ステータコアのティースに巻回されたステータコイルと、ステータコアおよびステータコイルの間に介在するインシュレータと、を備えた回転電機のステータの製造方法に関する。

周知の通り、回転電機のステータは、ステータコアとステータコイルとを備えており、ステータコイルは、ステータコアのティースに巻回される。通常、ステータコイルとステータコアとの間には、両者を電気的に絶縁するために絶縁性材料からなるインシュレータが配される。

特開２０１４−７８３６号公報

ところで、回転電機は、かかる回転電機では、外乱に対する信頼性向上のために、ステータコイルがステータコアに対して動かないように、ステータコイルをステータコアに固定することが望まれている。ここで、ステータコイルとステータコアとの間には、インシュレータが介在している。そのため、ステータコイルとステータコアとを固定する際、従来は、ステータコイルとインシュレータとを接着剤で固定し、さらに、インシュレータとステータコアとを接着剤で固定していた。しかし、この場合、二回に分けて接着剤を塗布しなければならず、製造工程を煩雑化させていた。

特許文献１には、インシュレータとステータコイルとの接着を簡易化するための技術が開示されている。特許文献１では、インシュレータのうち、ステータコイルとの接触面にワニスが流れ込むワニス誘導溝を、インシュレータのフランジ部の上面に、ワニス誘導溝に繋がるワニス誘導孔を設けている。そして、インシュレータにステータコイルを巻回した後に、ワニス誘導孔からワニス誘導溝にワニスを流し込み、インシュレータとステータコイルとを固定している。かかる技術によれば、インシュレータとステータコイルとを容易に固定することが出来る。しかし、特許文献１では、インシュレータとステータコアとの固定については、考慮されておらず、両者を固定するために、別途、専用の工程が必要であった。

つまり、従来、ステータコイルをステータコアに簡易に固定できる技術はなかった。そこで、本発明では、ステータコイルをステータコアに簡易に固定できるステータの製造方法を提供することを目的とする。

本発明のステータの製造方法は、ステータコアと、前記ステータコアのティースに巻回されるステータコイルと、前記ステータコイルとステータコアとの間に介在するインシュレータと、を備えた回転電機のステータの製造方法であって、前記インシュレータは、前記ステータコアと前記ステータコイルとに挟まれる箇所に開口部を有し、前記ティースに前記インシュレータおよび前記ステータコイルを組み付けた後に、前記ステータコイルの表面に液状接着剤を塗布し、これにより、前記液状接着剤を、前記ステータコイルの巻線間を通過させて前記開口部に流し込んで、前記ステータコイルを前記ステータコアに固定する、ことを特徴とする。

好適な態様では、前記インシュレータは、前記ティースに挿し込まれるとともに外周囲にコイルが巻回されるコイル巻回部と、前記コイル巻回部の端部から外側に張り出すフランジ部と、を有しており、前記インシュレータは、前記コイル巻回部のうち、軸方向端面に前記開口部を有する。この場合、前記液状接着剤は、前記ステータを、その軸方向が鉛直方向と平行になる姿勢にした状態で、コイルエンド部の上側から前記コイルエンド部の軸方向端面に滴下される、ことが望ましい。

本発明によれば、インシュレータに開口部を設け、当該開口部に液状接着剤を流し込んでステータコイルをステータコアに直接固定している。その結果、液状接着剤の塗布工程を減らすことができ、従来に比べて、ステータコイルをステータコアに簡易に固定できる。

本発明の実施形態である回転電機の横断面図である。 インシュレータの斜視図である。 ステータの製造過程を示すイメージ図である。 ステータの製造の流れを示すフローチャートである。 他のインシュレータの斜視図である。 他のステータの製造過程を示すイメージ図である。 他のインシュレータの斜視図である。 他のインシュレータの斜視図である。 従来のステータの製造過程を示すイメージ図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態である回転電機１０の横断面図である。また、図２は、ティース３２に装着されるインシュレータ２６の斜視図である。なお、発明を分かりやすくするために、各図面における各種寸法は、実際とは異なっており、また、図面間でも一部一致していない。また、以下の説明における「軸方向」、「径方向」、「周方向」とは、いずれも、ステータ２０の軸方向、径方向、周方向を意味する。

本実施形態の回転電機１０は、ロータ１２およびステータ２０を備えている。ロータ１２は、ロータコア１４と、当該ロータコア１４に埋め込まれた複数の永久磁石１６と、を備えている。ロータコア１４の中心には回転軸１８が挿通されており、当該回転軸１８は、ベアリング（図示せず）等を介してケース（図示せず）に対して回転自在に支持されている。ロータ１２は、この回転軸１８とともに回転自在となっている。

ロータ１２の外側には、ロータ１２と同心にステータ２０が配されている。ステータ２０は、その内周に複数のティース３２が形成された略環状のステータコア２２と、各ティース３２に巻回されたステータコイル２４と、ステータコア２２およびステータコイル２４の間に介在するインシュレータ２６と、を備えている。ステータコア２２は、円環状のヨーク３０と、当該ヨーク３０の内周側に突き出すティース３２と、に大別される。このステータコア２２は、軸方向に積層された複数の電磁鋼板（例えばケイ素鋼板）から構成されている。なお、図示例では、ティース３２を９個設けているが、この個数は、適宜変更されてもよい。

ステータコイル２４は、断面円形の巻線を集中巻することで構成される。巻線の表面には、隣接する巻線との間の絶縁を確保するためにエナメル加工が施されている。ステータコイル２４は、三相のコイル、すなわち、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルを有しており、各相コイルは、複数の単コイルを直列につなぐことで構成され、各単コイルは、巻線を一つのティース３２に巻回して構成される。複数のティース３２には、Ｕ相の単コイル、Ｖ相の単コイル、Ｗ相の単コイルが、周方向に順に繰り返し並ぶようにセットされている。なお、こうしたステータコイル２４の構成は、一例であり、適宜、変更されてもよい。例えば、ステータコイル２４は、集中巻に限らず、分布巻でもよく、また、巻線は、断面円形ではなく、断面矩形の平角線でもよい。

ステータコア２２とステータコイル２４との間には、インシュレータ２６が配される。インシュレータ２６は、絶縁性材料、例えば、ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ樹脂）などの樹脂材料からなる部材である。インシュレータ２６は、図３に示すように、略四角筒状のコイル巻回部４０と、当該コイル巻回部４０の外周側端部から外側に張り出すフランジ部４２と、に大別される。コイル巻回部４０は、ティース３２に対応する形状を有し、径方向に対向する二面が開口した四角筒状である。コイル巻回部４０は、内周側からティース３２に挿し込まれ、ティース３２の周囲を覆う。また、コイル巻回部４０の外周囲には、ステータコイル２４が巻回される。さらに、図２に示す通り、本実施形態では、コイル巻回部４０の軸方向一端面、すなわち、インシュレータ２６のうち、ステータコイル２４のコイルエンド部とティース３２の軸方向端面とで挟まれる面には、開口部５０が設けられている。この開口部５０は、筒状のコイル巻回部４０の内外を連通する貫通孔であり、後述する液状接着剤が流し込まれる箇所である。

フランジ部４２は、コイル巻回部４０の外周側端部から外側に広がっている。フランジ部４２は、インシュレータ２６をティース３２に組み込んだ際、ヨーク３０の内周面に沿って位置し、ヨーク３０とステータコイル２４との間に介在する。

次に、こうしたステータ２０を製造する流れについて図３、図４を参照して説明する。図３は、ステータ２０の製造過程のイメージ図であり、ステータ２０の概略縦断面図である。また、図４は、ステータ２０の製造の流れを示すフローチャートである。

ステータ２０を製造する際には、ステータコア２２の各ティース３２にインシュレータ２６を組み付ける（Ｓ１０）。続いて、ティース３２に装着されたインシュレータ２６の外周囲（ひいてはティース３２の外周囲）に、予め巻回された単コイルを嵌め込み、組み付ける（Ｓ１２）。

ステータコア２２にインシュレータ２６およびステータコイル２４を組付ければ、続いて、ステータコイル２４をステータコア２２に固定していく（Ｓ１４〜Ｓ２２）。これは、ステータ２０の外乱に対する信頼性を向上するためである。すなわち、ステータコイル２４およびステータコア２２が固定されていない場合に、ステータ２０が振動や温度変化などの外部ストレスを受けると、ステータコイル２４がステータコア２２に対して可動する。その結果、騒音が生じたり、ステータコイル２４が擦れて、絶縁被膜の劣化や巻線そのものの劣化を招いたりすることがあった。従来からこうしたステータコイル２４の動きを規制するために、ステータコイル２４をステータコア２２に対して固定している。

こうしたステータコイル２４の固定方法としては、種々考えられるが、本実施形態では、液状接着剤５２を用いて、ステータコイル２４をステータコア２２に固定している。使用する液状接着剤５２は、ステータコイル２４とステータコア２２とを強固に接着できるのであれば、その種類等は、限定されず、例えば、エポキシ系接着剤などを用いることができる。また、本実施形態において、液状接着剤５２は、巻線間の隙間を通過する必要があるため、硬化前の状態で、比較的、低粘土（例えば２Ｐａ・Ｓ以下）であることが望ましい。

ステータコイル２４を固定する場合には、まず、ステータ２０を、その軸方向が鉛直方向と略平行となるような姿勢に保持する（Ｓ１４）。また、一つのティース３２が、液状接着剤５２の吐出ノズル１００の真下に位置するようにステータ２０の位置を調整する。ステータ２０を所定の姿勢・位置にセットできれば、一つのティース３２に組み付けられたステータコイル２４のコイルエンド部に、液状接着剤５２を滴下する（Ｓ１６）。コイルエンド部に落下した液状接着剤５２は、重力、あるいは、毛細管現象により、巻線間の隙間を通過して、下方に進み、インシュレータ２６の開口部５０に流れ込む。開口部５０に流れ込んだ液状接着剤５２は、ティース３２の軸方向端面、および、ステータコイル２４のコイルエンド部、インシュレータ２６の全てに接触することができる。

一つのティース３２に対して液状接着剤５２が滴下できれば、ステータ２０を１ティース分だけ回転させて、異なるティース３２を、吐出ノズル１００の真下に位置させる（Ｓ１８）。そして、再度、液状接着剤５２の滴下を実行する（Ｓ１６）。全てのティース３２に対して、液状接着剤５２が滴下できれば（ステップＳ２０でＹｅｓ）、その後は、液状接着剤５２を硬化させる（Ｓ２２）。液状接着剤５２は、開口部５０に流れ込み、ステータコイル２４およびステータコア２２の両者に接している。かかる液状接着剤５２を硬化させることで、ステータコイル２４をステータコア２２に固定することができる。

液状接着剤５２が硬化すれば、続いて、軸方向反対側のコイルエンド部の固定も実行する。すなわち、ステータ２０の軸方向一端側のコイルエンド部の固定が完了すれば、ステータ２０の上下を反転させる（Ｓ２６）。そして、ステータ２０の軸方向他端側に関して、ステップＳ１６〜Ｓ２２の処理を実行する。そして、軸方向両側のコイルエンド部の固定ができれば（ステップＳ２４でＹｅｓ）、ステータ２０の製造処理は終了となる。

ここで、これまでの説明で明らかな通り、本実施形態によれば、ステータコイル２４の外部から液状接着剤５２を滴下することで、ステータコイル２４をステータコア２２に固定することができる。その結果、従来と比べてステータ２０をより簡易に製造することができる。これについて、図９を参照して説明する。図９は、従来のステータ２０の製造過程を示すイメージ図である。

従来のインシュレータ２６には、開口部５０が設けられていない。そのため、ステータコイル２４をステータコア２２に固定する際には、インシュレータ２６とステータコイル２４との間に液状接着剤５２を塗布する工程と、インシュレータ２６とステータコア２２との間に液状接着剤５２を塗布する工程と、が必要であった。このように従来技術では、各ティース３２ごとに液状接着剤５２の塗布を二回行わなければならず、製造工程が煩雑であった。

また、ステータコア２２とインシュレータ２６との間に、液状接着剤５２を塗布するスペースを確保しなければならなかった。このスペース分、コイルエンド部が高くなり、回転電機１０の大型化を招いていた。さらに、コイルエンド部（ステータコイル２４）とステータコア２２との距離が大きくなるため、両者の伝熱性が悪いという問題もあった。

一方、本実施形態では、上述した通り、ステータコイル２４の外部から液状接着剤５２を滴下するだけで、ステータコイル２４をステータコア２２に固定することができる。その結果、液状接着剤５２の塗布工程の回数を従来技術に比べて半減することができる。また、本実施形態によれば、ステータコア２２とインシュレータ２６との間に、液状接着剤５２の塗布スペースを設ける必要がない。そのため、コイルエンド部の高さを低く抑えることができ、回転電機１０の体格を小さくできる。さらに、ステータコイル２４とステータコア２２との距離を小さくできるため、両者間の伝熱性を向上できる。その結果、ステータコイル２４、ステータコア２２のいずれか一方にのみ、過剰に熱がこもるという問題を防止できる。

なお、これまで説明した構成や製造工程は一例であり、ステータコイル２４のインシュレータ２６の開口部５０に液状接着剤５２を外部から流し込んで、ステータコイル２４をステータコア２２に固定するのであれば、他の構成や工程は、適宜、変更されてもよい。

例えば、本実施形態では、ステータコイル２４の固定処理（液状接着剤５２の滴下・硬化処理）を、ステータ２０の軸方向両側に対して実行したが、かかる固定処理は、軸方向片側にのみ行うようにしてもよい。すなわち、図４のフローチャートにおいて、ステップＳ２４，Ｓ２６は、省略されてもよい。また、本実施形態では、ティース３２にインシュレータ２６を組み付けた後、インシュレータ２６にステータコイル２４を組み付けているが、この手順は、逆でもよい。すなわち、図４において、ステップＳ１２を実行した後に、ステップＳ１０を実行するようにしてもよい。

また、図２の例では、インシュレータ２６の開口部５０を、軸方向端面に形成された貫通孔としている。しかし、開口部５０は、インシュレータ２６のうち、ステータコイル２４とステータコア２２とで挟まれる箇所に形成されるのであれば、その形状やサイズ、位置は、適宜、変更されもよい。例えば、図５に示すように、コイル巻回部４０の軸方向一端面のほぼ全てを開口部５０としてもよい。すなわち、コイル巻回部４０を、両側壁４０ａおよび底壁４０ｂを備えた略Ｕ字状とする。このとき、両側壁４０ａの軸方向長さは、ティース３２の軸方向長さより大きくする。かかるインシュレータ２６をティース３２に挿入すると、両側壁４０ａの軸方向端面は、ステータコイル２４が掛け渡される梁４０ｃとして機能する。この二つの梁４０ｃの間に、ステータコイル２４が掛け渡されることで、ステータコイル２４とティース３２との間に適度な空間が形成され、両者の絶縁が保たれる。

かかる構成のインシュレータ２６を用いた場合でも、図６に示すように、ステータコイル２４の外部からコイルエンド部に向かって液状接着剤５２を滴下すればよい。滴下された液状接着剤５２は、重力または毛細管現象により、ステータコイル２４の隙間を進んで、開口部５０に流れ込む。そして、その状態で、液状接着剤５２を硬化させることで、ステータコイル２４がステータコア２２に固定される。

また、これまでの説明では、主に重力を利用してコイルエンド部に液状接着剤５２を滴下しているが、最終的に、液状接着剤５２を、開口部５０に流しこめるのであれば、他の方向から、あるいは、他の箇所に液状接着剤５２を供給してもよい。例えば、図６において二点鎖線で示すように、径方向内側からコイルエンド部に向かって液状接着剤５２を供給するようにしてもよい。この場合、液状接着剤５２を開口部５０まで到達させるために、液状接着剤５２の噴射圧を強くする等すればよい。

また、図７に示すように、フランジ部４２に、開口部５０に繋がる溝５４を設け、当該溝を介して液状接着剤５２を開口部５０に流し込むようにしてもよい。図７に示す例において、溝５４は、フランジ部４２の軸方向一端面から開口部５０の高さ位置まで延びている。かかる溝５４に液状接着剤５２を流しこむことで、液状接着剤５２が、容易に開口部５０まで流れ込む。その結果、液状接着剤５２の流し込みに要する時間を短縮することができ、ステータ２０の製造時間をより短縮できる。

また、これまでの説明では、開口部５０を、コイル巻回部４０の軸方向端面に設けている。開口部５０をコイル巻回部４０の軸方向端面に設けた場合、液状接着剤５２は、コイルエンドという、ステータコイル２４の中でも外部に露出した部分を供給すればよく、接着剤の吐出ノズル１００の設置スペース等を広く確保できる。また、液状接着剤５２の供給の際、ステータ２０の軸方向を、鉛直方向に対して平行にすれば、重力を利用して、液状接着剤５２を開口部５０に流し込むことができるため、製造工程を簡易化できる。ただし、開口部５０は、インシュレータ２６のうち、ステータコイル２４とステータコア２２とで挟まれる箇所であれば、他の箇所に設けてもよい。例えば、開口部５０は、図８における位置Ａのような、コイル巻回部４０の側壁に設けられてもよい。また、開口部５０は、フランジ部４２のうちステータコイル２４とヨーク３０とで挟まれる箇所、例えば、図８における位置Ｂ等に設けられてもよい。開口部５０を、コイル巻回部４０の側壁やフランジ部４２に設けた場合も、液状接着剤５２を、ステータコイル２４の外部から供給すればよい。供給された液状接着剤５２は、ノズルからの吐出圧や、毛細管現象により、巻線間の隙間を進んで、開口部５０へと流れ込む。また、これまでの説明では、断面円形の巻線を例示したが、断面矩形の平角線を用いてもよい。巻線として、平角線を用いた場合、巻線間の隙間は小さくなるが、その場合でも、液状接着剤５２は、毛細管現象により、巻線間に浸透していき、最終的に、開口部５０へと流れ込む。このように、液状接着剤５２を、巻線間の隙間に通して開口部５０に流し込む構成とすれば、液状接着剤５２は、ステータコイルことで、図７における溝５４のような構成を別途設ける必要がなく、インシュレータ２６の構成等を簡易化できる。

１０ 回転電機、１２ ロータ、１４ ロータコア、１６ 永久磁石、１８ 回転軸、２０ ステータ、２２ ステータコア、２４ ステータコイル、２６ インシュレータ、３０ ヨーク、３２ ティース、４０ コイル巻回部、４２ フランジ部、５０ 開口部、５２ 液状接着剤、５４ 溝、１００ 吐出ノズル。

Claims (3)

1. ステータコアと、前記ステータコアのティースに巻回されるステータコイルと、前記ステータコイルと前記ステータコアとの間に介在するインシュレータと、を備えた回転電機のステータの製造方法であって、
   前記インシュレータは、前記ステータコアと前記ステータコイルとに挟まれる箇所に開口部を有し、
   前記ティースに前記インシュレータおよび前記ステータコイルを組み付けた後に、前記ステータコイルの表面に液状接着剤を塗布し、これにより、前記液状接着剤を、前記ステータコイルの巻線間を通過させて前記開口部に流し込んで、前記ステータコイルを前記ステータコアに固定する、
   ことを特徴とするステータの製造方法。
2. 請求項１に記載のステータの製造方法であって、
   前記インシュレータは、前記ティースに挿し込まれるとともに外周囲にコイルが巻回されるコイル巻回部と、前記コイル巻回部の端部から外側に張り出すフランジ部と、を有しており、
   前記インシュレータは、前記コイル巻回部の軸方向端面に前記開口部を有する、
   ことを特徴とするステータの製造方法。
3. 請求項２に記載のステータの製造方法であって、
   前記液状接着剤は、前記ステータを、その軸方向が鉛直方向と平行になる姿勢にした状態で、コイルエンド部の上側から前記コイルエンド部の軸方向端面に滴下される、ことを特徴とするステータの製造方法。

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