JP6912360B2 - 回転電機のステータコイルの形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機のステータの形成方法に係り、特に、ステータのステータコイルの形成方法に関する。

従来、ハイブリッド自動車や電気自動車などの電動車両に搭載され、電動機や発電機として機能する回転電機が知られている。回転電機は、ステータとロータとを備える。ステータは、環状のヨーク、ヨークの内周面から径方向内方に突出した複数のティース、及び各ティースの間に形成されたスロットとを有するステータコアと、ステータコアのスロットに挿通され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を備える。

ステータコイルには、ステータコアのスロットに多数のＵ字状を有する導体セグメントを挿通し、それらを順次接合して形成されたものがある。このステータコイルは、ステータのコイルエンドに導体セグメントの接合部（コイル接合部）を複数有する。各コイル接合部との間、或いは、コイル接合部とステータコアや回転電機のカバー等との間が短絡することを防ぐために、各コイル接合部に絶縁対策が施される。また、車両の振動等によって、導体セグメント同士が接触している部分は、摩耗し絶縁破壊する可能性があるため、その部分は樹脂等によって固定がされる。

特許文献１には、Ｕ字状の導体セグメントの端部同士を接合してステータコイルを形成した後のステータに、ワニスを滴下することで、導体セグメントの各コイル接合部の間を絶縁する回転電機のステータの製造方法が記載されている。コイル接合部が設けられたコイルエンド（リード側コイルエンド）を下側にし、他方のコイルエンド（反リード側コイルエンド）を上側にしてステータを配置し、反リード側コイルエンドの上方からワニスを滴下して、ワニスを各導体セグメントの間を伝って下へ流す。そして、各コイル接合部の下側に設けられたキャップにワニスを貯留させ、コイル接合部とキャップとの間にワニスを充填させることで各コイル接合部の間を絶縁し、ワニスを硬化させることでコイル接合部及びキャップを固定している。

特開２０１４−０３９３４５号公報

特許文献１のように、ステータコイルへワニスを滴下することで、それが各導体セグメントの間に入り込み、それが硬化することで、導体セグメント同士の接触部分が固定され得る。それにより、車両の振動等によって、導体セグメント同士が接触している部分が摺動して摩耗し、絶縁破壊することが防がれる。

しかし、この方法で導体セグメント同士の接触部分を固定する場合には、ワニスをステータコイルの全体に流すことになり、ワニスの量が多く必要になって、コストが高くなる。また、ワニスが導体セグメント同士の接触部に流れてこない可能性もあり、ワニスが各導体セグメントの間に十分に入り込まず、導体セグメント同士が十分に固定されない虞がある。

そこで、本発明は、ステータコイルの導体セグメント同士の接触部を的確に固定することができる回転電機のステータコイルの形成方法を提供することにある。

本発明の回転電機のステータコイルの形成方法は、環状のヨークと、前記ヨークの内周面から径方向内方に突出した複数のティースと、前記各ティースの間に形成されたスロットとを有するステータコアに巻回されるステータコイルであり、複数の導体セグメントを前記スロットに挿通し前記各導体セグメントの端部同士を接合することで形成される回転電機のステータコイルの形成方法であって、複数の前記導体セグメントを前記スロットに挿通する前に、導体セグメントのうち、前記ステータコイルを形成した際に他の導体セグメントと接触する接触部に樹脂を塗布する塗布工程と、複数の前記導体セグメントを前記スロットに挿通した後に、前記樹脂を硬化させて前記導体セグメント同士を前記接触部で固定する硬化工程と、を含む、ことを特徴とする。

本発明の回転電機のステータコイルの形成方法において、前記樹脂は、電気絶縁性を有する樹脂である、としても好適である。

本発明の回転電機のステータコイルの形成方法において、前記塗布工程において、さらに、導体セグメントのうち、前記ステータコイルを形成した際にステータコアと接触する接触部に樹脂を塗布する、としても好適である。

本発明によれば、複数の導体セグメントをステータコアのスロットに挿通する前に、導体セグメントのうち、ステータコイルを形成した際に他の導体セグメントと接触する接触部に樹脂を予め塗布しておくため、接触部に十分に樹脂が介在し、接触部を的確に固定することができる。

ステータコイルを形成する工程手順を示すフローチャートである。 導体セグメントに樹脂を塗布し、導体セグメントをステータコアのスロットへ挿通する様子を示すである。 ステータコアの断面を示す断面図である。 導体セグメントの端部同士が接合された後のステータの斜視図である。 図４のＡ領域を拡大した図である。 図４のＢ領域を拡大した図である。 別の実施形態における、導体セグメントに樹脂を塗布し、導体セグメントをステータコアのスロットへ挿通する様子を示すである。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

本実施形態に係る回転電機のステータコイルは、多数のＵ字状の導体セグメントをステータコアのスロットに挿通し、それらの端部を順次接合することで形成されるものである。導体セグメントは、平角導線であり、導電率の高い銅等の金属（導体）の周囲に絶縁皮覆が施されて構成されている。絶縁皮覆は、絶縁性の高いエナメル等の樹脂が用いられている。

回転電機は、ステータコイルが巻装されたステータコアを有するステータと、ステータの内周側に設けられたロータとを備える。回転電機は、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車などの電動車両に搭載されて電動機および発電機として使われる。回転電機のステータコイルは、車両の振動等によって、導体セグメント同士が接触している部分（接触部）が摺動して摩耗し、絶縁皮膜が剥がれて、絶縁破壊する虞がある。そこで、本実施形態では、ステータコイルを形成する工程において、導体セグメント同士の接触部を樹脂を用いて固定する。

ここで、本実施形態に係るステータコイルの形成方法について説明する。図１は、ステータコイルを形成する工程の流れを示すフローチャートである。

図１に示すように、まず、Ｓ１００で、導体セグメントに樹脂を塗布する（塗布工程）。図２の下側には、樹脂１２，１４が塗布された２つの導体セグメント１０が示されている。なお、図２では、２つの導体セグメント１０が示されているが、実際にはさらに多くの導体セグメント１０が存在する。導体セグメント１０のうち、樹脂１２，１４を塗布する位置は、ステータコイルを形成した際に他の導体セグメント１０と接触する接触部である。なお、この接触部の位置は、導体セグメント１０のステータコア２８のスロットへの挿通位置などから予め分かっている。本実施形態では、図２に示すように、後述するリード側コイルエンドにおいて導体セグメント１０同士が接触する部分に樹脂１４を塗布し、反リード側コイルエンドにおいて導体セグメント１０同士が接触する部分に樹脂１２を塗布する。このように、導体セグメント１０をステータコアに組み付ける前に、導体セグメント１０に樹脂１２，１４を塗布する。なお、この樹脂１２，１４は、後述するように接着剤として機能する。

樹脂１２，１４は、例えば、電気絶縁性を有する高粘度の樹脂である。具体的には、樹脂１２，１４は、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂等である。また、樹脂１２，１４は、シリコーン樹脂等であってもよい。

次に、図１のＳ１０２で、導体セグメント１０をステータコア２８のスロットに挿通する（挿通工程）。図３は、ステータコア２８の断面を示す断面図である。図３に示すように、ステータコア２８は、環状のヨーク３４と、ヨーク３４の内周面から径方向内方に突出し周方向に間隔において配置された複数のティース３６と、各ティース３６の間に形成されたスロット３８とを有する。ステータコア２８は電磁鋼板を積層することで形成されている。ステータコア２８の予め定められた２つのスロット３８に、導体セグメント１０の２つの脚を、図２のようにステータコア２８の軸方向下側から挿通する。これを多数の導体セグメント１０について行う。

次に、図１のＳ１０４で、導体セグメント１０をスロットに挿通することで、ステータコア２８の端面から突出した部分であるリード部を、ステータコアの周方向に倒し込む（倒し込み工程）。この倒し込みは、例えば、円環状のコイルエンド折曲治具を用いて行う。そして、Ｓ１０６で、ステータコア２８の径方向に隣接する、対応する導体セグメントの端部（リード部の端部）同士をレーザ溶接等により接合する（接合工程）。図４は、導体セグメントの端部同士が接合された後のステータ２４の斜視図である。図４において、ステータコア２８の上側端面から突出した複数の導体セグメント１０のリード部がリード側コイルエンド４０を構成し、ステータコア２８の下側端面から突出した複数の導体セグメント１０のＵ字状部分が反リード側コイルエンド４２を構成する。

次に、図１のＳ１０８で、Ｓ１００において導体セグメント１０に塗布した樹脂１２，１４を硬化させる（硬化工程）。例えば、樹脂１２，１４が熱硬化性樹脂の場合は、樹脂１２，１４に熱を与えることで硬化させる。

図５は、図４の反リード側コイルエンド４２の「Ａ」で示した領域を拡大した図である。図５に示すように、導体セグメント１０同士の接触部に、Ｓ１００で塗布した樹脂１２が介在している。この状態で、樹脂１２が硬化されることで、反リード側コイルエンド４２の導体セグメント１０同士が固定（接着）される。

また、図６は、図４のリード側コイルエンド４０の「Ｂ」で示した領域を拡大した図である。図６に示すように、導体セグメント１０同士の接触部に、Ｓ１００で塗布した樹脂１４が介在している。この状態で、樹脂１４が硬化されることで、リード側コイルエンド４０の導体セグメント１０同士が固定（接着）される。

なお、導体セグメント１０の端部同士を接合した後に、反リード側コイルエンド４２及びリード側コイルエンド４０の導体セグメント１０同士の接触部に、ディスペンサ等を用いて追加的に樹脂を塗布してもよい。これにより、導体セグメント１０同士をより強く固定（接着）することができる。

以上説明した方法によりステータコイルが形成される。なお、上記した図１のＳ１０２〜Ｓ１０６の挿通工程、倒し込み工程、及び接合工程は、従来から知られている技術を用いて行うことができる。次に、本実施形態の回転電機のステータコイルの形成方法の作用効果について説明する。

以上説明した本実施形態の回転電機のステータコイルの形成方法によれば、複数の導体セグメント１０をステータコア２８のスロット３８に挿通する前に、導体セグメント１０のうち、ステータコイルを形成した際に他の導体セグメント１０と接触する接触部に樹脂１２，１４を予め塗布しておくため、接触部に樹脂１２，１４が十分に介在することになる。それにより、導体セグメント１０同士の接触部を的確に固定（接着）することができる。これにより、車両の振動等によって、導体セグメント１０同士が擦れ合って導体セグメント１０の絶縁皮膜が剥がれ、絶縁破壊することを確実に防ぐことができる。よって、回転電機の信頼性を高めることができる。

また、以上説明した本実施形態の形成方法によれば、導体セグメント１０同士を固定する樹脂として電気絶縁性を有する樹脂を用いるため、導体セグメント１０間の絶縁性をより高めることが可能である。また、以上説明した本実施形態の形成方法によれば、高粘度の樹脂を用いるため、樹脂が垂れてしまうことを抑制でき、樹脂の塗膜バラツキを低減することができる。

また、以上説明した本実施形態の形成方法によれば、特許文献１のように、接着剤となるワニスや樹脂をステータコイルの全体に流す必要がないため、使用する樹脂の量を少なくすることができ、製造コストを抑えることができる。

以上説明した実施形態の回転電機のステータコイルの形成方法では、塗布工程において、反リード側コイルエンド４２及びリード側コイルエンド４０の導体セグメント１０同士が接触する部分（接触部）に樹脂を塗布した。しかし、図７の示すように、塗布工程において、導体セグメント１０のうち、ステータコイルを形成した際にステータコア２８と接触する部分（接触部）に樹脂１６を塗布してもよい。換言すれば、導体セグメント１０のうち、ステータコイルを形成した際にステータコア２８の内壁と接触する部分に樹脂１６を塗布してもよい。このようにすれば、車両の振動等によって、導体セグメント１０とステータコア２８の内壁とが擦れ合って、導体セグメント１０の絶縁皮膜が剥がれ、導体セグメント１０の内部導体とステータコア２８とが短絡してしまうことを確実に防ぐことができる。

１０ 導体セグメント、１２，１４，１６ 樹脂、２４ ステータ、２８ ステータコア、３４ ヨーク、３６ ティース、３８ スロット、４０ リード側コイルエンド、４２ 反リード側コイルエンド。

Claims (3)

1. 環状のヨークと、前記ヨークの内周面から径方向内方に突出した複数のティースと、前記各ティースの間に形成されたスロットとを有するステータコアに巻回されるステータコイルであり、複数の導体セグメントを前記スロットに挿通し前記各導体セグメントの端部同士を接合することで形成される回転電機のステータコイルの形成方法であって、
   複数の前記導体セグメントを前記スロットに挿通する前に、導体セグメントのうち、前記ステータコイルを形成した際に他の導体セグメントと接触する接触部に樹脂を塗布する塗布工程と、
   複数の前記導体セグメントを前記スロットに挿通した後に、前記樹脂を硬化させて前記導体セグメント同士を前記接触部で固定する硬化工程と、を含む、
   回転電機のステータコイルの形成方法。
2. 請求項１に記載の回転電機のステータコイルの形成方法であって、
   前記樹脂は、電気絶縁性を有する樹脂である、
   回転電機のステータコイルの形成方法。
3. 請求項１又は２に記載の回転電機のステータコイルの形成方法であって、
   前記塗布工程において、さらに、
   導体セグメントのうち、前記ステータコイルを形成した際にステータコアと接触する接触部に樹脂を塗布する、
   回転電機のステータコイルの形成方法。
   

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