JP6339123B2 - ステータの製造方法及びステータの製造用治具 - Google Patents

Description

本発明は、ステータの製造方法及びステータの製造用治具に関する。

従来、ステータとロータとを備える電動機や発電機等の回転電機が知られている。回転電機のステータは、通常、次のようにして製造される。
先ず、略円環状の鋼板を複数枚積層させてステータコアを作製する一方で、複数の電気導体を束ねて略Ｕ字状に成形したコイル要素を複数作製する。次いで、作製した複数のコイル要素を円周方向に重ねながら円環状に整列させ、この状態で、各電気導体の先端部をステータコアに円環状に並設された各スロットに挿通する。次いで、各スロットから突出した複数の電気導体の先端部を円周方向に捻り曲げた後、その先端部同士を接合する。そして、各スロットから露出する電気導体の表面の一部に樹脂を塗布して絶縁処理する。これにより、回転電機のステータが製造される。

ところで、上記の絶縁処理は、ステータコアを誘導加熱により加熱させた後、高温となった電気導体に粉体樹脂を塗布することにより行われる。しかしながら、鋼板は加熱時に生じる磁力線の影響を受けて磁気浮上が起こり、浮上した層より下層に熱が伝わらずに浮上した鋼板のみが過加熱され、絶縁紙の耐熱温度を超えたり、鋼板の熱変形等の問題が発生していた。そのため、鋼板の湾曲や磁気浮上を押さえる方法として、鋼板上に円環状の非磁性体よりなる押さえ板を配置させる方法や（例えば、特許文献１参照）、鋼板上に重石を設置する方法（例えば、特許文献２参照）が提案されている。

一方、ステータコアには、積層された複数の鋼板を固定するための締結孔が複数設けられている。そのため、樹脂を塗布する際に、これらの締結孔の周囲に粉体樹脂やワニス等の異物が付着することで、締結面とワッシャが密着せず締結作業に支障が生じる場合があった。そのため、従来は作業者が締結孔近傍をマスキングテープで覆い、この状態で樹脂の塗布が行われていた。

特開２０１２−２４０２５４号公報 特開昭６０−７４４１７号公報

しかしながら、従来の技術では、作業者は、絶縁処理のため、ステータコア上への押さえ板の設置作業と、マスキングテープの貼付作業の２つの作業を、それぞれ行わなければならず作業工程が煩雑になっていた。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、誘導加熱中に生じる鋼板の磁気浮上を防止すると共に、締結孔周辺への粉体樹脂やワニス等の付着や入り込みを防止できるステータの製造方法及びステータの製造用治具を提供することにある。

（１）周縁部近傍に複数の締結孔（例えば、後述する締結孔２７）が形成された薄板（例えば、後述する鋼板２０）を、前記複数の締結孔が積層方向に並ぶように複数枚積層して形成される略円環状のステータコア（例えば、後述するステータコア２）と、該ステータコアに複数形成されたスロット（例えば、後述するスロット２Ａ）に一部が挿入される電気導体（例えば、後述する電気導体３Ａ）と、を備えるステータの製造方法（例えば、後述するステータの製造方法Ｓ１）であって、前記締結孔及びその近傍を上方から覆うと共に前記ステータコアを積層方向内側に押さえる押さえ部材を、前記ステータコアに取り付ける取り付け工程（例えば、後述する取り付け工程Ｓ２）と、前記ステータコアを誘導加熱により加熱する加熱工程（例えば、後述する加熱工程Ｓ３）と、前記加熱工程で昇温された電気導体に樹脂を塗布する塗布工程（例えば、樹脂塗布工程Ｓ４）と、前記塗布工程後の前記ステータコアから前記押さえ部材を取り外す取り外し工程（例えば、後述する取り外し工程Ｓ５）と、を備えるステータの製造方法。

上記（１）の発明に係る製造方法では、先ず、締結孔及びその近傍を上方から覆うと共に前記ステータコアを積層方向内側に押さえる押さえ部材を、前記ステータコアに取り付ける取り付け工程を設ける。次いで、加熱工程と、樹脂塗布工程とを設け、ステータコアを誘導加熱により加熱させた後、電気導体に樹脂が塗布される。その後、取り外し工程を設け、絶縁処理がなされたステータコアから押さえ部材を取り外すことにより、回転電機に取り付け可能なステータが形成される。
これにより、（１）の発明によれば、ステータコアに取り付けられた押さえ部材が、誘導加熱中に生じ得る鋼板の磁気浮上やそれによる鋼板の湾曲を防止できると共に、樹脂の塗布工程において、押さえ部材は、締結孔近傍に樹脂やワニス等が付着することを防止できる。
該押さえ部材を取り付けるだけで、電気導体への樹脂の塗布準備が完了するため、作業効率が向上すると共に、取り外された押さえ部材は、再利用することができる。

（２） 前記押さえ部材は、前記ステータコアの円周方向に分割して配置される上記（１）のステータの製造方法。

上記（２）のステータの製造方法では、上記（１）のステータの製造方法において、特に、押さえ部材がステータコアの円周方向に分割して配置される。
これにより、各押さえ部材は個別に取り外しが可能になると共に、各押さえ部材を取り付けた後にステータ構成部材（例えば三相線）が接続されたとしても、押さえ部材を取り外すことが可能となる。また、１つの押さえ部材が熱膨張により変形したとしても、該変形の影響は隣接する押さえ部材に伝わることがなく、押さえ部材の変形を防止できる。

（３）前記取り付け工程では、前記押さえ部材に形成された孔部と、前記ステータコアの締結孔とを、同一の締結部材（例えば、後述するボルト６０）で締結することで前記ステータコアを積層方向内側に押さえる上記（１）又は（２）のステータの製造方法。

上記（３）のステータの製造方法では、上記（１）又は（２）のステータの製造方法において、特に、前記押さえ部材が有する孔部と、前記ステータコアの締結孔とは、同一の締結部材で締結される。
これにより、押さえ部材はステータコアに一体に取り付けることができる。そのため、各工程の移行時等にステータコアの搬送が容易になると共に、締結部材は緩むことが無く、締結孔周辺への粉体樹脂の付着を確実に防止できる。

（４）周縁部近傍に複数の締結孔（例えば、後述する締結孔２７）が形成された薄板（例えば、後述する鋼板２０）を、前記複数の締結孔が積層方向に並ぶように複数枚積層して形成される略円環状のステータコア（例えば、後述するステータコア２）と、該ステータコアに複数形成されたスロット（例えば、後述するスロット２Ａ）に一部が挿入される電気導体（例えば、後述する電気導体３Ａ）と、を備えるステータ（例えば、後述するステータ１）の製造用治具であって、
前記ステータコアの円周方向に分割して配置され、前記締結孔及びその近傍を上方から覆うと共に前記ステータコアの締結孔に締結可能に形成された孔部を有するステータの製造用治具（例えば、後述する押さえ部材５０）。

上記（４）のステータの製造用治具では、特に、複数の締結孔が積層方向に並ぶよう複数枚積層して形成される略円環状のステータコアを上方から覆うように、該製造用治具が設けられる。これにより、製造用治具が、誘導加熱中に生じ得る鋼板の磁気浮上やそれによる鋼板の湾曲を防止すると共に、製造用治具はマスキング材として、締結孔及びその近傍に樹脂やワニス等が付着することを防止できる。
上記（４）のステータの製造用治具は、ステータコアの締結孔に締結可能であると共に、ステータコアの円周方向に分割して形成される。これにより、各製造用治具を取り付けた後にステータ構成部材（例えば三相線）が接続されたとしても、各製造用治具を取り外すことが可能となる。また、１つの製造用治具が熱膨張により変形したとしても、該変形の影響は隣接する製造用治具に伝わることがないため、各製造用治具の変形を防止できる。

本発明によれば、誘導加熱中に生じる鋼板の磁気浮上を防止すると共に、締結孔周辺への粉体樹脂やワニス等の付着や入り込みを防止できるステータの製造方法及びステータの製造用治具を提供できる。

本発明の一実施形態に係るステータの構成を示す斜視図である。 本実施形態に係るステータの平面図である。 本実施形態に係る樹脂塗布前のステータの平面図である。 本実施形態に係る第１押さえ部材の斜視図である。 本実施形態に係る第２押さえ部材の斜視図である。 本実施形態に係る第１押さえ部材の正面図である。 図６の第１押さえ部材の左側面図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。また、以下の説明では、電気導体の頂部が配置される側を上とし、電気導体の底部が配置される側を下とする。本実施形態に係るステータの製造方法は、取り付け部材をステータコアに取り付けた状態で電気導体に絶縁樹脂を塗布することにより、ステータを製造する。

先ず、本実施形態に係る製造方法により製造されるステータ１について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るステータの構成を示す斜視図である。図２は、ステータ１の平面図である。図３は、本実施形態に係る樹脂塗布前のステータ１の平面図である。
ステータ１は、略円環状に形成され、ステータコア２と、コイル３と、樹脂４と、押さえ部材（ステータ１の製造用治具）５０と、を含んで構成される。ステータ１の内側には、図示しないロータが回転自在に配置される。また、ステータコア２の誘導加熱を行うための図示しない内コイルと外コイルがステータコア２の内周と外周にステータコア２を挟むように配置される。

ステータコア２は略円環状に形成される。ステータコア２の内周には、ステータコア２の中心軸方向に貫通するスロット２Ａが、等間隔に複数設けられる。
スロット２Ａはステータコア２の径方向断面形状がステータコアの内周縁から径方向外側に向かって放射状に延びるように形成される。各スロット２Ａはステータコア２の内周面上に円周方向に等間隔で形成された回転軸方向に延びるスリット２Ｂに連通している。

ステータコア２は、外方に突出する６つの突出部２１（２１Ａ〜２１Ｆ）を外周に有する鋼板２０を複数枚積層することにより形成されている。これら６つの突出部２１は、円周方向に等間隔で形成される。
６つの突出部２１（２１Ａ〜２１Ｆ）の水平方向の側面には、突出部２１の先端部２２から突出部２１の裾部２３に至るまでの間に凸部２４（２４Ａ〜２４Ｆ）が形成される第１湾曲部２５（２５Ａ〜２５Ｆ）と、突出部２１の先端部２２から突出部２１の裾部２３に至り湾曲する形状の第２湾曲部２６（２６Ａ〜２６Ｆ）と、が設けられる。
３つの突出部２１Ａ、２１Ｃ、２１Ｅは、ステータコア２の径方向外側から内側を見た際に、第１湾曲部２５（２５Ａ、２５Ｃ、２５Ｅ）が左側に形成され、他方で、３つの突出部２１Ｂ、２１Ｄ、２１Ｆは、第１湾曲部２５（２５Ｂ、２５Ｄ、２５Ｆ）が右側に形成される。これにより、隣接する２つの突出部２１同士の間には、互いの第１湾曲部２５同士、若しくは、第２湾曲部２６同士が配置される。

また、突出部２１の中心部近傍には、鋼板２０の上下方向に貫通し、ボルトの締結が可能な締結孔２７が形成されている。かかる締結孔２７は押さえ部材５０を取り外した後は、不図示の締結部材が挿通されて締結される。

コイル３は、複数の電気導体３Ａを束ねて略Ｕ字状に形成された複数のコイル要素３Ｂから構成される。コイル３の頂部３Ｃは、平面視略Ｓ字状に成形されている。
このコイル３は、複数のコイル要素３Ｂを円周方向に重ねながら円環状に整列させた状態で、各スロット２Ａに挿通される。また、コイル要素３Ｂの下方には、所定間隔ごとに配列した電気導体３Ａの下方端部同士がＴＩＧ溶接等により接続される接続部３Ｄが形成されている。接続部３Ｄには絶縁のための樹脂４が塗布される。

樹脂４は、塗布前に粉体状若しくは液体状の形態を有する絶縁樹脂材料からなる。樹脂４は、コイル３の接続部３Ｄ上に塗布された後、加熱硬化することにより形成される。本実施形態においては粉体状の樹脂４が使用される。

通電加熱装置５は３つの電源供給線５Ａ〜５Ｃを有し、各供給線はコイル要素３Ｂの接続部３Ｄに電気的に接続される。通電加熱装置５は、３つの供給線から初期位相を三分の一波長ずつずらした交流電流を出力する。

押さえ部材５０について図４〜７を参照して、詳しく説明する。ここで、図４は、本実施形態に係る第１押さえ部材５０Ａの斜視図である。図５は、本実施形態に係る第２押さえ部材５０Ｂの斜視図である。図６は、本実施形態に係る第１押さえ部材５０Ａの正面図である。図７は、図６の第１押さえ部材５０Ａの左側面図である。
図４及び図５に示すように、押さえ部材５０は、締結孔（孔部）５４と、ボルト（締結部材）６０と、不図示のナットと、を含んで構成される。押さえ部材５０は、締結孔５４と、突出部２１の締結孔２７とを連通させた状態で、ボルト６０及びナットにより締結される。押さえ部材５０は、誘導加熱時の鋼板２０の磁気浮上やそれによる鋼板の湾曲を防止する。ここでは、ナットを使用して締結したが、ナットの代わりにパレットにめねじを切ったものを使用しても構わない。

押さえ部材５０の本体部５１は、突出部２１Ａ、２１Ｃ、２１Ｅに適合する形状を有する第１押さえ部材５０Ａ、５０Ｃ、５０Ｅと（図４では第１押さえ部材５０Ａ）、突出部２１Ｂ、２１Ｄ、２１Ｆに適合する形状を有する第２押さえ部材５０Ｂ、５０Ｄ、５０Ｆが（図５では第２押さえ部材５０Ｂ）、それぞれ成形される。本体部５１の材料には、ステンレス鋼などの非磁性部材が使用される。

本体部５１の表面部５２には、付着した樹脂やワニス等を簡単に落とすことができるようにコーティングがされている。また、本体部５１の裏面部５３は、裏面部５３と突出部２１の間隙に樹脂粉体が入らないよう、０．１以下の平面度で設けられる。

本体部５１には、締結孔（孔部）５４と、第１回転防止部５５と、第２回転防止部５６と、上下左右判別部５７と、計測用切欠き部５８と、が設けられる。

第１回転防止部５５（５５Ａ〜５５Ｆ）及び第２回転防止部５６（５６Ａ〜５６Ｆ）は、押さえ部材５０の取付時にボルト６０からうける応力を相殺し、本体部５１の回転を防止する（図４では、第１回転防止部５５Ａ及び第２回転防止部５６Ａ）。
第１回転防止部５５は、第１湾曲部２５側に設けられる。第１回転防止部５５は、本体部５１からステータコア２の径方向外側に向かって延びた後、第１回転防止部５５の先端部５５１が、図１に示す凸部２４の一部に当接するように下方に折り返されて形成される。
また、第２回転防止部５６は、第２湾曲部２６側に設けられる。本体部５１からステータコア２の径方向外側に向かって延びた後、第２回転防止部５６の先端部５６１が第２湾曲部２６の一部に当接するように下方に折り返されて形成される。

上下左右判別部５７（５７Ａ〜５７Ｆ）は、上記本体部５１の第１回転防止部５５側に設けられる（図４では上下左右判別部５７Ａ）。上下左右判別部５７は、本体部５１からステータコア２の径方向外側に向かって延びた後、上下左右判別部５７の先端部５７１が本体部５１の上方に配置されるように折り返されて形成される。
上下左右判別部５７は、突出部２１の形状と、本体部５１の形状との整合性の判別を、容易にさせる。

計測用切欠き部５８は、突出部２１の先端部２２上にレーザー照射が可能な面積で設けられる。計測用切欠き部５８は、不図示のレーザー計測器により、ステータコア２の下面から上面に至る高さを計測する際に利用される。また、マイクロゲージなど機械式計測器にも用いることができる。

以上の構成を備えるステータ１の製造方法Ｓ１について、以下に説明する。
本実施形態に係るステータ１の製造方法Ｓ１は、取り付け工程Ｓ２と、加熱工程Ｓ３と、樹脂塗布工程Ｓ４と、取り外し工程Ｓ５と、を含んで構成される。

取り付け工程Ｓ２では、ステータコア２の各突出部２１上面に押さえ部材５０を取り付ける。具体的には、先ず上下左右判別部５７を使用し、突出部２１の形状に合う押さえ部材５０を配置し、押さえ部材５０の締結孔５４と突出部２１の締結孔２７とを連通させる。連通した締結孔にボルト６０を挿通させ、該ボルト６０端部をナットで締結することにより、押さえ部材５０はステータコア２に一体に成形される。

加熱工程Ｓ３では、通電加熱により、コイル３を加熱し、誘導加熱によりステータコア２を加熱する。具体的には、通電加熱装置５により印加された電流により、コイル３内の電気抵抗に基づくジュール熱が発生し、コイル３が加熱される。また、ステータコアの内周と外周にステータコアを挟むように配置された図示しない内コイルと外コイルに印加された電流により、ステータコアに誘導電流が流れ、発熱する。このとき、温度の上昇、及び磁力線が発生するが、ステータコア２の鋼板２０の変形や浮き上がりは押さえ部材５０により、抑制される。ここで、加熱工程Ｓ３では加熱時間を短縮するために、コイルを加熱するための通電加熱とステータコアを加熱するための誘電加熱を併用しているが、時間に制約がなければステータコアを加熱する誘導加熱のみを行ってもよい。

樹脂塗布工程Ｓ４では、コイル３の接続部３Ｄに樹脂４を塗布する。具体的には、上記加熱工程Ｓ３により、加熱されたコイル３の接続部３Ｄを不図示の樹脂４の貯留槽内に入れ、該コイル３の熱により樹脂粉体を溶着させる。その後、ステータコア２を炉に入れ、樹脂をコイル３に固着させる。
このとき、連通した締結孔は押さえ部材５０によりマスキングされた状態であり、該締結孔周辺に、樹脂やワニス等が付着することは無い。樹脂塗布工程Ｓ４においてコイル３の頂部に樹脂を塗布する工程を備えても構わない。この場合も、締結孔周辺に頂部から流れてきた樹脂が付着することはない。

取り外し工程Ｓ５では、ステータコア２から押さえ部材５０を取り外す。具体的には、ボルト６０に取り付けたナットを取り除くのみで、押さえ部材５０を取り外すことができる。このとき、従来の円管状の押さえ板では、押さえ板を取り付けた後にステータコアに取り付けられた部材、例えば三相線等が邪魔になり、押さえ板を取り外すことができなかったが、本発明の押さえ部材５０は円周方向において分割されているため三相線等を気にせず個別に取り外すことができる。
なお、Ｓ２〜Ｓ５の各工程の間に他の部品をステータコアに取り付ける工程や、コイル同士を結線する工程などの他の工程を行っても問題ない。

本実施形態のステータ１の製造方法Ｓ１によれば、以下の効果が奏される。
先ず、締結孔２７及びその近傍を覆うように、ステータコア２の上方から押さえ部材５０を取り付ける取り付け工程Ｓ２を設けた。次いで、加熱工程Ｓ３と、樹脂塗布工程Ｓ４とを設け、電気導体３Ａを加熱させた後、該電気導体３Ａに樹脂４が塗布される。その後、取り外し工程Ｓ５を設け、絶縁処理がなされたステータコア２から押さえ部材５０を取り外すことにより、回転電機に取り付け可能なステータ１が形成される。
これにより、本実施形態によれば、ステータコア２に取り付けられた押さえ部材５０は、誘導加熱中に生じ得る鋼板２０の磁気浮上やそれによる鋼板の湾曲を防止できると共に、樹脂塗布工程において、押さえ部材５０は、締結孔２７及びその近傍に樹脂やワニス等が付着することを防止できる。
また、該押さえ部材５０を取り付けるだけで、電気導体３Ａへの樹脂の塗布準備が完了するため、作業効率が向上すると共に、取り外された押さえ部材は、再利用することができる。

本実施形態では、押さえ部材５０がステータコア２の円周方向に分割して配置される。
これにより、押さえ部材５０は個別に取り外しが可能になると共に、ステータコア２の円周上、押さえ部材５０同士の隙間を利用して、ステータコア２に通電加熱装置５などを着脱させることができる。また、１つの押さえ部材５０が熱膨張により変形したとしても、該変形の影響は隣接する押さえ部材５０に伝わることがなく、押さえ部材５０の変形を防止できる。

本実施形態では、前記押さえ部材５０が有する孔部（締結孔）５４と、前記ステータコア２の締結孔２７とは、同一の締結部材（ボルト）６０で締結される。
これにより、押さえ部材５０をステータコア２に一体に取り付けることができる。そのため、各工程の移行時等にステータコア２の搬送が容易になると共に、締結部材６０は緩むことが無く、締結孔２７への樹脂の付着を確実に防止することができる。

本実施形態では、製造用治具（押さえ部材）５０は複数の締結孔２７が積層方向に並ぶよう複数枚積層して形成される略円環状のステータコア２を上方から覆うように設けられる。これにより、製造用治具５０が、誘導加熱中に生じ得る鋼板の磁気浮上を防止できると共に、製造用治具５０はマスキング材として、締結孔近傍に樹脂やワニス等が付着することを防止できる。
製造用治具５０は、ステータコア２の締結孔２７に締結可能であると共に、ステータコア２の円周方向に分割して形成される。これにより、各製造用治具５０は、個別に取り外しが可能になると共に、１つの製造用治具５０が熱膨張により変形したとしても、該変形の影響は隣接する製造用治具５０に伝わることがないため、製造用治具５０の変形を防止できる。

なお、本発明は上記施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良は本発明に含まれる。

１…ステータ
２…ステータコア
２Ａ…スロット
３Ａ…電気導体
４…樹脂
２０…鋼板（薄板）
２７…締結孔
５０…押さえ部材
５１…本体部
５４…締結孔（孔部）
６０…ボルト（締結部材）

Claims (3)

1. 周縁部近傍に複数の締結孔が形成された薄板を、前記複数の締結孔が積層方向に並ぶように複数枚積層して形成される略円環状のステータコアと、該ステータコアに複数形成されたスロットに一部が挿入される電気導体と、を備えるステータの製造方法であって、
   前記締結孔及びその近傍を上方から覆うと共に前記ステータコアを積層方向内側に押さえる押さえ部材を、前記ステータコアに取り付ける取り付け工程と、
   前記ステータコアを誘導加熱により加熱する加熱工程と、
   前記加熱工程で昇温された電気導体に樹脂を塗布する塗布工程と、
   前記塗布工程後の前記ステータコアから前記押さえ部材を取り外す取り外し工程と、を備え、
   前記押さえ部材は、前記ステータコアの円周方向に分割して配置されるステータの製造方法。
2. 前記取り付け工程では、前記押さえ部材に形成された孔部と、前記ステータコアの締結孔とを、同一の締結部材で締結することで前記ステータコアを積層方向内側に押さえる請求項１に記載のステータの製造方法。
3. 周縁部近傍に複数の締結孔が形成された薄板を、前記複数の締結孔が積層方向に並ぶように複数枚積層して形成される略円環状のステータコアと、該ステータコアに複数形成されたスロットに一部が挿入される電気導体と、を備えるステータの製造用治具であって、
   前記ステータコアの円周方向に分割して配置され、前記締結孔及びその近傍を上方から覆うと共に前記ステータコアの締結孔に締結可能に形成された孔部を有するステータの製造用治具。
   

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