JP6740306B2 - ステータ - Google Patents

Description

本発明は、ステータに関するものである。

従来、回転電機のステータとして、ステータコアに形成されたスロットに導体セグメントを挿入し、ステータコアから突出した導体端部を互いに接合することでステータコアに装着されて形成されるコイルを備えるものがある。この種のステータでは、導体端部を互いに接合した後、この接合部を絶縁するために保護塗料による塗装が施される。

例えば特許文献１には、炉で加熱したコイル先端部を粉体樹脂（保護塗料）の入った流動浸漬槽に浸し、コイルの熱により粉体樹脂を溶かすことで溶融した粉体樹脂をコイル溶接部に付着させるコイルエンド保護塗装方法が開示されている。

特開２００３−２６０４０７号公報

ところで、通常コイルの外周は絶縁被膜で覆われ、接合部の近傍において導体が露出している。保護塗料の塗装を施す際は、確実に絶縁処理を施すために、導体セグメントから絶縁被膜に亘って保護塗料を塗装する必要がある。
しかしながら、上述した特許文献１に記載の技術にあっては、絶縁被膜と保護塗料の組み合わせによっては絶縁被膜と保護塗料との密着性が低下するおそれがある。これにより保護塗料の剥がれ及び浮きが発生すると、異物混入や導体露出によって絶縁性能が低下してしまう。また、密着性を考慮した組み合わせとする必要が生じ、粉体塗装もしくは被膜の材料選択の自由度が限られてしまう。したがって、従来技術にあっては、コイルの絶縁被膜と保護塗料との密着性を向上し、コイルエンドにおける絶縁性能を確保したステータの提供という点で課題があった。

そこで、本発明は、コイルの絶縁被膜と保護塗料との密着性を向上し、コイルエンドにおける絶縁性能を確保したステータを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１に記載の発明に係るステータ（例えば、第１実施形態におけるステータ１）は、ステータコア（例えば、第１実施形態におけるステータコア３）と、前記ステータコアに装着され、絶縁被膜（例えば、第１実施形態における絶縁被膜２０）を有し、前記絶縁被膜の少なくとも一部が保護塗料（例えば、第１実施形態における保護塗料３０）により塗装されたコイル（例えば、第１実施形態におけるコイル４）と、を備え、前記絶縁被膜は、中空のカプセル（例えば、第１実施形態におけるカプセル２３）を有するポリイミドであり、前記絶縁被膜の表面には凹部（例えば、第１実施形態における凹部２５）が形成され、前記凹部は、前記絶縁被膜の表面に露出した前記カプセルにより形成された凸部（例えば、第１実施形態における凸部２４）の間に設けられており、前記凹部の開口幅（例えば、第１実施形態における開口幅Ｗ）が前記凹部の深さ（例えば、第１実施形態における深さＤ）よりも大きく形成される領域を有するとともに、前記凹部に前記保護塗料が入り込んでいることを特徴としている。

請求項２に記載の発明に係るステータは、前記保護塗料は粉体（例えば、第１実施形態における粉体３１）を有し、前記凹部の内形は、前記粉体の外形よりも大きいことを特徴としている。

本発明の請求項１に記載のステータによれば、絶縁被膜の表面には凹部が形成されているので、凹部により絶縁被膜と保護塗料との接触面積が増加し、絶縁被膜に対する保護塗料の密着性を向上できる。また、凹部に保護塗料が入り込むアンカー効果により、絶縁被膜に対する保護塗料の密着性を向上できる。これにより、保護塗料の剥がれ及び浮きが抑制され、異物混入や導体露出による絶縁性能の低下を抑制することができる。
また、絶縁被膜及び粉体塗装の材料の組み合わせに依らず絶縁被膜と保護塗料との密着性を向上させることができるので、絶縁被膜及び粉体塗装の材料選択の自由度を向上することができる。
したがって、コイルの絶縁被膜と保護塗料との密着性を向上し、コイルエンドにおける絶縁性能を確保したステータを提供できる。
絶縁被膜は中空のカプセルを有するポリイミドで形成されているので、絶縁被膜の表面には複数のカプセルが突出することによる凸部が形成される。このとき、各カプセルの凸部の間は凹部とされている。よって、この凹部に保護塗料が入り込むことにより、絶縁被膜に対する保護塗料の密着性を向上できる。
また、絶縁被膜に凹部を形成するために別工程を設ける必要がなく、製造工程を簡素化できる。
したがって、簡素な構成により絶縁被膜と保護塗料との密着性を向上したステータとすることができる。

本発明の請求項２に記載のステータによれば、保護塗料は粉体を有し、絶縁被膜における凹部の内形は粉体の外形よりも大きいので、凹部に粉体を確実に入り込ませることができる。これにより、凹部の内形が粉体の外形よりも小さい場合と比較して、絶縁被膜と粉体との接触面積を増加させることができる。よって、絶縁被膜に対する粉体の剥がれ及び浮きを抑制し、異物混入や導体露出による絶縁性能の低下を抑制することができる。
したがって、コイルの絶縁被膜と保護塗料との密着性を向上し、コイルエンドにおける絶縁性能を確保したステータを提供できる。

第１実施形態に係るステータの斜視図。 第１実施形態に係るコイルエンドの拡大図。 第１実施形態に係る溶接部近傍におけるコイルの断面図。 図３のＩＶ部断面図。 凹部の外形と粉体の密着性との関係を示すグラフ。 凹部の外形と部分放電開始電圧との関係を示すグラフ。 第２実施形態に係る溶接部近傍におけるコイルの断面図。 第３実施形態に係る溶接部近傍におけるコイルの断面図。

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。

（第１実施形態）
図１は、ステータ１の外観斜視図である。ステータ１は、ステータコア３と、コイル４と、を備える。
ステータコア３は、軸線Ｃを中心とした環状に形成されている。ステータコア３の内周面には、ティース７が形成されている。ティース７は、ステータコア３の内周面から径方向の内側に向かって突出している。ティース７は、周方向に複数設けられている。各ティース７の間はスロット８とされ、各スロット８には後述するコイル４が挿入される。ステータコア３の内部には、不図示のロータが軸線Ｃを中心として回転自在に配置される。
以下の説明では、ステータコア３の軸線Ｃに沿う方向を軸方向といい、軸線Ｃに直交する方向を径方向といい、軸線Ｃ回りの方向を周方向という場合がある。

コイル４は、ステータコア３のスロット８に装着されている。具体的に、コイル４は、径方向及び周方向に複数重ねられた状態で軸方向一方側（図１における下方側）から各スロット８に挿入され、各スロット８から軸方向他方側（図１における上方側）に突出したコイル４の先端部が互いに接合されることにより、ステータコア３に固定されている。コイル４のうち、スロット８に挿入される部分はコイル挿通部４１とされ、ステータコア３の端面から軸方向の一方側及び他方側に突出する部分はコイルエンド４２とされている。
コイル４は、導体１０と、絶縁被膜２０と、保護塗料３０（図２参照）と、を有する。

図２は、軸方向の他方側に突出したコイルエンド４２の拡大図である。
導体１０は、コイル４の芯部分を構成し、矩形状の断面を有する線状に形成されている。導体１０は、軸方向の他方側に突出するコイルエンド４２の先端部に、溶接部１１を有する。隣り合う溶接部１１同士は互いに溶接により電気的及び物理的に接合されている。

図３は、溶接部１１近傍におけるコイル４の断面図であり、図４は、図３のＩＶ部断面図である。
絶縁被膜２０は、導体１０の外周部を覆っている。絶縁被膜２０は、例えば樹脂等の絶縁性材料により形成されている。絶縁被膜２０は、溶接部１１の近傍を除く導体１０の全長に亘って形成されている。換言すれば、溶接部１１の近傍では、絶縁被膜２０に対して導体１０が露出している。導体１０のうち絶縁被膜２０から露出した部分と、絶縁被膜２０の少なくとも一部と、には保護塗料３０が塗布されている。
絶縁被膜２０は、被膜本体２１と、カプセル２３（図４参照）と、凸部２４と、凹部２５と、を有する。

被膜本体２１は、例えばポリイミド等の絶縁性の樹脂により形成されている。
図４に示すように、被膜本体２１は、内部に中空のカプセル２３を複数有している。
カプセル２３は、被膜本体２１とは異なる樹脂により形成されている。カプセル２３は、例えばシリコーン等の樹脂である。カプセル２３は、球状に形成されている。カプセル２３の内部は、空孔２２となっている。

カプセル２３のうち、少なくとも一部が被膜本体２１の外周面よりも外側に露出した部分は、絶縁被膜２０における凸部２４とされている。各凸部２４の間は凹部２５とされている。すなわち、絶縁被膜２０の表面には、カプセル２３により凹部２５が形成されている。

保護塗料３０は、絶縁被膜２０から露出した導体１０と、その近傍の絶縁被膜２０と、を塗装により覆っている。保護塗料３０は、凹部２５に入り込んでいる。保護塗料３０は、粉体３１を有する。具体的に、保護塗料３０による塗装とは、粉体３１を被塗装部材（本実施形態では導体１０及び絶縁被膜２０）に付着させ、その後粉体を加熱することにより保護膜を形成する、いわゆる粉体塗装である。粉体３１の外形は、凹部２５の内形よりも小さい。本実施形態において、粉体３１は凹部に入り込んでいる。

ここで、絶縁被膜２０における凹部２５の開口幅Ｗ及び深さＤ（以下、凹部２５の外形）の設定方法について説明する。
図５は、横軸を凹部２５の外形、縦軸を粉体３１と絶縁被膜２０との密着性としたときの、凹部２５の外形と粉体３１の密着性との関係を示したグラフである。図５におけるαは、例えば粉体３１の粒径である。図５に示すように、凹部２５の外形がαよりも小さいときは、粉体３１が凹部２５に入り込まないため、粉体３１と絶縁被膜２０との密着性が低下する。凹部２５の外形がα以上のときは、粉体３１が凹部２５の内部に入り込むので、アンカー効果により粉体３１の密着性が向上する。したがって、粉体３１と絶縁被膜２０との密着性を向上するためには、凹部２５の外形はα以上が好ましく、凹部２５の外形が大きいほどより好ましい。

一方、図６は、横軸を凹部２５の外形、縦軸を絶縁被膜２０の部分放電開始電圧としたときの、凹部２５の外形と部分放電開始電圧との関係を示したグラフである。図６に示すように、凹部２５の外形がβよりも大きいときは、部分放電開始電圧が低い、すなわち部分放電が生じやすい。凹部２５の外形がβ以下のときは、絶縁被膜２０の厚みが十分に確保されることにより部分放電開始電圧が高くなる、すなわち部分放電が生じにくい。したがって、部分放電開始電圧を高めるためには、凹部２５の外形はβ以下が好ましく、凹部２５の外形が小さいほどより好ましい。

これにより、凹部２５外形は、α以上かつβ以下となるように設定される。
なお、αの値は粉体３１の種類等によって変わる値である。また、βの値は絶縁被膜２０の厚みや種類等によって変わる値である。

ステータ１の製造工程は、ステータコア３にコイル４を装着するコイル装着工程と、コイルエンドに絶縁処理を施す塗装工程と、を有する。

コイル装着工程では、まず、Ｕ字状に形成されたコイル４を径方向及び周方向に重ねた状態で、軸方向の一方側からステータコア３の各スロット８にそれぞれ挿入する。次に、軸方向の他方側から突出したコイル４の導体１０部分を互いに溶接することで、ステータコア３にコイル４を固定する。

塗装工程では、コイル装着工程で軸方向他方側に突出したコイル４のコイルエンド４２に保護塗料３０を塗布する。より具体的には、まず、露出した導体１０及び導体１０近傍の絶縁被膜２０を覆うように、粉体３１を吹き付ける。その後、焼き付けにより保護塗料３０を導体１０及び絶縁被膜２０に固着することで、塗装が完了する。なお、この塗装工程は、コイルエンド４２の絶縁処理を兼ねている。

（作用、効果）
次に、ステータ１の作用、効果について説明する。
ここで、通常、絶縁被膜２０に粉体塗装を行う場合、絶縁被膜２０と保護塗料３０との組み合わせによっては絶縁被膜２０と保護塗料３０との密着性が低下するおそれがある。これにより保護塗料の剥がれ及び浮きが発生すると、異物混入や導体１０露出によって絶縁性能が低下してしまう。そのため、密着性を考慮した組み合わせとする必要が生じ、保護塗料３０の種類もしくは絶縁被膜２０の材料選択が限られてしまう。

本構成のステータ１によれば、絶縁被膜２０の表面には凹部２５が形成されているので、凹部２５により絶縁被膜２０と保護塗料３０との接触面積が増加し、絶縁被膜２０に対する保護塗料３０の密着性を向上できる。また、凹部２５に保護塗料３０が入り込むアンカー効果により、絶縁被膜２０に対する保護塗料３０の密着性を向上できる。これにより、保護塗料３０の剥がれ及び浮きが抑制され、異物混入や導体１０露出による絶縁性能の低下を抑制することができる。
また、絶縁被膜２０及び保護塗料３０の材料の組み合わせに依らず絶縁被膜２０と保護塗料３０との密着性を向上させることができるので、絶縁被膜２０及び保護塗料３０の材料選択の自由度を向上することができる。
したがって、コイル４の絶縁被膜２０と保護塗料３０との密着性を向上し、コイルエンド４２における絶縁性能を確保したステータ１を提供できる。

また、保護塗料３０は粉体３１を有し、絶縁被膜２０における凹部２５の内形は粉体３１の外形よりも大きいので、凹部２５に粉体３１を確実に入り込ませることができる。これにより、凹部２５の内形が粉体３１の外形よりも小さい場合と比較して、絶縁被膜２０と粉体３１との接触面積を増加させることができる。よって、絶縁被膜２０に対する粉体３１の剥がれ及び浮きを抑制し、異物混入や導体１０露出による絶縁性能の低下を抑制することができる。

また、絶縁被膜２０は中空のカプセル２３を有するポリイミドで形成されているので、絶縁被膜２０の表面には複数のカプセル２３が突出することによる凸部２４が形成される。このとき、各カプセル２３の凸部２４の間は凹部２５とされている。よって、この凹部２５に保護塗料３０が入り込むことにより、絶縁被膜２０に対する保護塗料３０の密着性を向上できる。
また、絶縁被膜２０に凹部２５を形成するために別工程を設ける必要がなく、製造工程を簡素化できる。
したがって、簡素な構成により絶縁被膜２０と保護塗料３０との密着性を向上したステータ１とすることができる。

次に、本発明に係る第２実施形態及び第３実施形態について説明する。図７は、本発明の第２実施形態に係る溶接部１１近傍におけるコイル４の断面図である。図８は、本発明の第３実施形態に係る溶接部１１近傍におけるコイル４の断面図である。
以下の説明において、上述した第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。また、図７及び図８に記載された以外の構成に係る符号については、適宜図１から図６を参照されたい。

（第２実施形態）
本発明に係る第２実施形態について説明する。本実施形態では、カプセル２３によらずに凹部２５が形成されている点で上述した実施形態と相違している。
図７に示すように、絶縁被膜２０の表面には、断面矩形状の凹部２５が形成されている。凹部２５は、例えば絶縁被膜２０の成形時に凸部２４を形成することにより、各凸部２４の間に設けられる。なお、平坦な絶縁被膜２０に対して一部を切り欠いて凹部２５を形成してもよい。
本構成によれば、上述した実施形態と同様の作用、効果に加え、凹部２５の開口幅Ｗ及び深さＤを任意に調整できるので、粉体３１の大きさ等に応じた凹部２５を形成することができる。これにより、一層保護塗料３０との密着性を向上することができる。また、中空のカプセル２３を有さない絶縁被膜２０にも適用可能である。

（第３実施形態）
本発明に係る第３実施形態について説明する。本実施形態では、凹部２５の内形状が凹曲面状に形成されている点で上述した実施形態と相違している。
図８に示すように、絶縁被膜２０の表面には、断面円形状の凹部２５が形成されている。凹部２５の形成方法は、第２実施形態と同様、凹部２５以外の箇所に凸部２４を形成してその間を凹部２５としてもよく、切り欠きや押圧により絶縁被膜２０に直接凹部２５を形成してもよい。
本構成によれば、上述した実施形態と同様の作用、効果に加え、凹部２５の凹曲面状に沿って球状の粉体３１が入り込むことにより、凹部２５に対する粉体３１の占有率を上げて、粉体３１と絶縁被膜２０との接触面積を増やすことができる。これにより、一層保護塗料３０との密着性を向上することができる。

なお、本発明の技術範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、凹部２５の断面形状は矩形状及び円形状に限らない。断面三角形状や楕円形状など、矩形状及び円形状以外の形状であってもよい。

また、被膜本体２１の材料はポリイミド以外の絶縁性の樹脂であってもよい。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上述した各変形例を適宜組み合わせてもよい。

１ ステータ
３ ステータコア
４ コイル
２０ 絶縁被膜
２３ カプセル
２５ 凹部
３０ 保護塗料
３１ 粉体

Claims (2)

1. ステータコアと、
   前記ステータコアに装着され、絶縁被膜を有し、前記絶縁被膜の少なくとも一部が保護塗料により塗装されたコイルと、
   を備え、
   前記絶縁被膜は、中空のカプセルを有するポリイミドであり、
   前記絶縁被膜の表面には凹部が形成され、
   前記凹部は、前記絶縁被膜の表面に露出した前記カプセルにより形成された凸部の間に設けられており、
   前記凹部の開口幅が前記凹部の深さよりも大きく形成される領域を有するとともに、前記凹部に前記保護塗料が入り込んでいることを特徴とするステータ。
2. 前記保護塗料は粉体を有し、前記凹部の内形は、前記粉体の外形よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のステータ。

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