JP6912361B2 - 回転電機のステータにおける巻線接合部の絶縁構造作成方法 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機のステータの作成方法に係り、特に、ステータにおける巻線接合部の絶縁構造の作成方法に関する。

従来、回転電機の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ステータコイルが存在する。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（巻線接合部）を複数有する。各巻線接合部との間、或いは、巻線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、各巻線接合部に絶縁対策が施される。

特許文献１には、環状であって二重（内周側および外周側）に配置された巻線接合部のそれぞれを収容する環状であって二重の２つの室を備えたキャップを用いて、巻線接合部を絶縁する構造が記載されている。キャップの内周側の室には、内周側の巻線接合部が収容され、その室に充填された絶縁性樹脂に内周側の巻線接合部の各々が埋設されることで、それらが絶縁性樹脂で覆われて絶縁されている。また、キャップの外周側の室には、外周側の巻線接合部が収容され、その室に充填された絶縁性樹脂に外周側の巻線接合部の各々が埋設されることで、それらが絶縁性樹脂で覆われて絶縁されている。

特開２０００−２０９８０２号公報

回転電機のステータにおける巻線接合部の絶縁構造作成方法として、次の方法が考えられる。環状の凹み部が形成された金型を用意し、その凹み部に熱硬化性樹脂を注入する。そして、径方向に複数並んで環状に配置された各巻線接合部を、金型の環状の凹み部の中に入り込ませ、熱硬化性樹脂に浸漬する。図５（Ａ）には、径方向に４つ並んで配置された各巻線接合部１１５を、金型１１８の凹み部１３２にある熱硬化性樹脂１２２に浸漬した状態が示されている。そして、図５（Ｂ）に示すように、金型１１８内で熱硬化性樹脂１２２を加熱して硬化させた後、図５（Ｃ）に示すように、巻線接合部１１５を熱硬化性樹脂１２２と共に金型１１８から取り外す。これにより、図５（Ｃ）に示すように、各巻線接合部１１５の周囲が樹脂１２２で覆われて絶縁構造が作成される。

この作成方法を採用する場合、図５（Ｂ）に示すように、複数の巻線接合部１１５の隙間に樹脂１２２が毛細管現象によって流れ込むことによって、時間が経過するにつれて、金型１１８の凹み部１３２の内壁（金型１１８の内壁）近傍における樹脂面位置が、金型１１８の内壁における樹脂の上面位置よりも低下する。この樹脂面位置の低下によって、金型１１８の内壁には樹脂１２２の膜が形成され、この膜が硬化されると最終的にバリ１２４が発生する。このバリ１２４は、例えば、回転電機の使用中に脱落すると異物となり、回転電機に悪影響を与える虞がある。

そこで、本発明は、回転電機のステータにおける巻線接合部の絶縁構造作成方法であって、バリの発生を抑制することができる作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における巻線接合部の絶縁構造作成方法は、電気絶縁性を有する熱硬化性樹脂が注入された金型に前記巻線接合部を浸漬する浸漬工程と、前記金型内において前記熱硬化性樹脂を加熱して硬化させる硬化工程と、前記巻線接合部と共に硬化された前記熱硬化性樹脂を前記金型から取り出す取出工程と、を含み、前記浸漬工程は、前記巻線接合部を所定深さまで前記熱硬化性樹脂に浸漬して、前記金型の内壁における前記熱硬化性樹脂の上面位置を所定位置にする浸漬段階と、所定時間、前記熱硬化性樹脂を前記巻線接合部の間に吸い上げる待機段階と、前記金型の内壁と前記巻線接合部との間における前記熱硬化性樹脂の樹脂面位置が前記所定位置に維持されるように、前記浸漬段階の深さよりも深い深さまで前記巻線接合部を前記熱硬化性樹脂に浸漬して、前記巻線接合部の浸漬深さを調整する浸漬深さ調整段階と、を含む、ことを特徴とする。

本発明は、浸漬段階で巻線接合部を熱硬化性樹脂（樹脂）に浸漬して金型の内壁における熱硬化性樹脂の上面位置を所定位置にした後、待機段階で巻線接合部の間に樹脂が吸い上げられることにより金型の内壁近傍（金型の内壁と巻線接合部との間）の樹脂面位置が低くなる、または、低くなろうとするが、浸漬深さ調整段階で、金型の内壁近傍における樹脂の樹脂面位置が上記所定位置に維持されるように巻線接合部の浸漬深さが調整されて、その状態で樹脂が硬化される。よって、金型の内壁近傍の樹脂面位置が低下した状態で樹脂が硬化されることがなく、バリの発生を防ぐことができる。

巻線接合部の絶縁構造が作成される前のステータの斜視図である。 金型の中の熱硬化性樹脂に巻線接合部を浸漬する様子を示す図である。 巻線接合部の絶縁構造作成方法における工程手順を示すフローチャートである。 巻線接合部の絶縁構造作成方法を説明するための図である。 従来技術における巻線接合部の絶縁構造作成方法を説明するための図である。

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。

図１は、本実施形態に係るステータ１０を示す斜視図であり、巻線接合部の絶縁構造が形成される前の状態を示す図である。多数のＵ字状の導体セグメントがステータコア１２のスロット（不図示）に挿通され、リード側において、それらの端部が順次接合されることでステータコイルが形成されている。図１に示すように、径方向に隣接する端部同士が接合されて１つの巻線接合部１５が形成されており、本実施形態では、径方向に巻線接合部１５が４つ並んで構成され、巻線接合部１５は環状に配置されている。図１において、ステータコア１２の上側端面から突出した複数の巻線接合部１５がリード側コイルエンド１４を構成し、ステータコア１２の下側端面から突出した複数の導体セグメントのＵ字状部分が反リード側コイルエンド１６を構成する。

各巻線接合部１５の間、或いは、巻線接合部１５とステータコア１２や回転電機のカバー（不図示）等との間が短絡することを防ぐために、本実施形態では巻線接合部１５に絶縁構造が作成される。

図２（Ａ）は、ステータ１０と、ステータ１０の巻線接合部１５に絶縁構造を作成する製造装置３０との概略を示す概略断面図である。図２（Ａ）および後述する図２（Ｂ）では、図１に示したステータ１０が上下反転されて、リード側コイルエンド１４が下側になり、反リード側コイルエンド１６が上側となっている。製造装置３０は、環状の凹み部３２を有する金型１８と、金型１８の下に配置され金型１８を加熱する加熱機構２０と、ステータ１０を支持するクランプ機構（不図示）と、クランプ機構を介してステータ１０を上下動させる昇降機構（不図示）とを備えている。

本実施形態における巻線接合部１５の絶縁構造の作成方法は、まず、ディスペンサ（不図示）を用いて金型１８の環状の凹み部３２に液状の電気絶縁性を有する熱硬化性樹脂２２を注入し、加熱機構２０をオンにして凹み部３２の中の熱硬化性樹脂２２を液状のまま保つ。そして、図２（Ｂ）に示すように、昇降機構でステータ１０を降下させて、環状に配置された各巻線接合部１５（リード側コイルエンド１４）を、金型１８の凹み部３２の中に入り込ませ、熱硬化性樹脂２２に浸漬する（浸漬工程）。そして、加熱機構２０の金型１８を加熱する温度を高くして金型１８の凹み部３２の中の熱硬化性樹脂２２を硬化させる（硬化工程）。そして、昇降機構でステータ１０を上昇させて、巻線接合部１５（リード側コイルエンド１４）を熱硬化性樹脂２２と共に金型１８から取り出す（取出工程）。これにより、図４（Ｅ）に示すように、各巻線接合部１５の周囲が熱硬化性樹脂２２で覆われて絶縁構造が作成される。本実施形態では上記工程のうち浸漬工程に特徴を有し、それについて以下詳細に説明する。なお、以下、熱硬化性樹脂２２を単に樹脂２２とも言う。

図３は、本実施形態における巻線接合部１５の絶縁構造作成方法の工程手順を示すフローチャートである。図３のＳ１０２〜Ｓ１０６が浸漬工程であり、Ｓ１０８が硬化工程、Ｓ１１０が取出工程である。

まず、Ｓ１００で、金型１８の凹み部３２に熱硬化性樹脂２２を注入する。これは、例えば、図４（Ａ）に示すように、金型１８の凹み部３２の内壁（以下「金型１８の内壁」とも言う）における樹脂２２の上面位置（液面位置）がａとなるように注入する。

そして、図３のＳ１０２で、図４（Ｂ）に示すように、巻線接合部１５を所定深さまで樹脂２２に浸漬する（浸漬段階）。図４（Ｂ）には、それにより、金型１８の内壁における樹脂２２の上面位置がｈだけ高くなり、（ａ＋ｈ）となった状態が示されている。すなわち、浸漬段階において、巻線接合部１５を所定深さまで樹脂２２に浸漬して、金型１８の内壁における樹脂２２の上面位置を所定位置（ａ＋ｈ）にする。

次に、図３のＳ１０４で、所定時間、巻線接合部１５の間に樹脂２２が吸い上げられるのを待機する（待機段階）。この待機段階により、図４（Ｃ）に示すように、各巻線接合部１５の間に樹脂２２が毛細管現象により吸い上げられ、金型１８の内壁近傍の樹脂面位置は、金型１８の内壁における樹脂２２の上面位置（所定位置（ａ＋ｈ））よりも低くなる。なお、「金型１８の内壁近傍」とは、「金型１８の内壁と巻線接合部１５との間」である。

次に、図３のＳ１０６で、金型１８の内壁近傍の樹脂面位置が、金型１８の内壁における樹脂２２の上面位置（所定位置（ａ＋ｈ））に維持されるように、巻線接合部１５の浸漬深さを調整する（浸漬深さ調整段階）。図４（Ｄ）には、浸漬段階の深さよりも深い深さまで巻線接合部１５を樹脂２２に浸漬することで、金型１８の内壁における樹脂２２の上面位置（所定位置）を樹脂面位置として維持している状態が示されている。すなわち、図４（Ｄ）には、浸漬段階の深さよりも深い深さまで巻線接合部１５を樹脂２２に浸漬することで、金型１８の内壁近傍の樹脂面位置を所定位置（ａ＋ｈ）に維持している状態が示されている。

なお、図３のフローチャートでは、待機段階（Ｓ１０４）の後に浸漬深さ調整段階（Ｓ１０６）を行っているが、これらは同時に行ってもよい。すなわち、巻線接合部１５の間に樹脂２２が吸い上げられることにより金型１８の内壁近傍の樹脂面位置が低くなろうとする速度に合わせて、樹脂２２に巻線接合部１５を浸漬する深さを深くすることで、金型１８の内壁近傍の樹脂面位置を所定位置（ａ＋ｈ）に維持するとしてもよい。

次に、図３のＳ１０８で、金型１８の内壁近傍の樹脂面位置を所定位置（ａ＋ｈ）に維持した状態（図４（Ｄ）に示す状態）で、熱硬化性樹脂２２を硬化させる（硬化工程）。そして、図３のＳ１１０で、図４（Ｅ）に示すように、巻線接合部１５を上昇させて、巻線接合部１５を熱硬化性樹脂２２と共に金型１８から取り出す（取出工程）。

以上説明した作成方法により、図４（Ｅ）に示すように、各巻線接合部１５の間に樹脂２２が入り込み、各巻線接合部１５の先端に樹脂２２が付着され、端にある２つの巻線接合部１５の外側には樹脂２２が付着されて、絶縁構造が作成される。

なお、以上説明した作成方法の浸漬工程における、浸漬段階での巻線接合部１５を樹脂２２に浸漬する深さ、待機段階での待機時間（所定時間）、及び浸漬深さ調整段階での巻線接合部１５を樹脂２２にさらに浸漬する深さ等（以下「パラメータ」という）は、予め決定しておくことが可能である。すなわち、金型１８に注入されている樹脂２２の量や、巻線接合部１５の形状、巻線接合部１５に形成する絶縁構造の寸法などからパラメータを決定しておくことができる。或いは、事前に実験を行うことによってもパラメータを決定しておくことができる。パラメータに従って、ステータ１０の上下動を行う昇降機構を制御することで、上記した作成方法の浸漬工程は製造装置３０によって自動化される。

次に、本実施形態における巻線接合部１５の絶縁構造作成方法の作用効果について説明する。

本実施形態の巻線接合部１５の絶縁構造作成方法は、まず、浸漬段階で、樹脂２２に巻線接合部１５を所定深さ浸漬して、金型１８の内壁における樹脂２２の上面位置を所定位置にする。そして、巻線接合部１５の間に樹脂２２が吸い上げられることにより金型１８の内壁近傍（金型１８の内壁と巻線接合部１５との間）における樹脂面位置が低くなる、或いは、低くなろうとするが、浸漬深さ調整段階で、金型１８の内壁近傍の樹脂面位置が
金型１８の内壁における樹脂２２の上面位置である所定位置に維持されるように樹脂２２に巻線接合部１５をさらに深く浸漬する（浸漬深さを調整する）。そして、その状態で樹脂２２を硬化させる。このように、各巻線接合部１５の間に樹脂２２が吸い上げられることにより、金型１８の内壁近傍の樹脂面位置が低下した状態で樹脂２２が硬化されてしまうことが防がれている。それにより、金型１８の内壁に樹脂２２の膜が形成されることがなく、樹脂２２を硬化した際にバリの発生を防ぐことができる。

また、本実施形態の作成方法によれば、巻線接合部１５を樹脂２２に浸漬した（浸漬段階）後に、待機段階において巻線接合部１５の間に樹脂２２が吸い上げられた状態とするため、その後の浸漬深さ調整段階においてはその吸い上げられる量が減り、金型１８の内壁近傍の樹脂面位置の降下が抑制される。そのため、浸漬深さ調整段階において、金型１８の内壁近傍の樹脂面位置を金型１８の内壁における樹脂２２の上面位置（所定位置）に維持することが容易となっている。

１０ ステータ、１２，１１２ ステータコア、１４ リード側コイルエンド、１５，１１５ 巻線接合部、１６ 反リード側コイルエンド、１８，１１８ 金型、２０ 加熱機構、２２，１２２ 樹脂（熱硬化性樹脂）、３０ 製造装置、３２，１３２ 凹み部、１２４ バリ。

Claims (1)

1. 回転電機のステータにおける巻線接合部の絶縁構造作成方法であって、
   電気絶縁性を有する熱硬化性樹脂が注入された金型に前記巻線接合部を浸漬する浸漬工程と、
   前記金型内において前記熱硬化性樹脂を加熱して硬化させる硬化工程と、
   前記巻線接合部と共に硬化された前記熱硬化性樹脂を前記金型から取り出す取出工程と、を含み、
   前記浸漬工程は、
   前記巻線接合部を所定深さまで前記熱硬化性樹脂に浸漬して、前記金型の内壁における前記熱硬化性樹脂の上面位置を所定位置にする浸漬段階と、
   所定時間、前記熱硬化性樹脂を前記巻線接合部の間に吸い上げる待機段階と、
   前記金型の内壁と前記巻線接合部との間における前記熱硬化性樹脂の樹脂面位置が前記所定位置に維持されるように、前記浸漬段階の深さよりも深い深さまで前記巻線接合部を前記熱硬化性樹脂に浸漬して、前記巻線接合部の浸漬深さを調整する浸漬深さ調整段階と、を含む、
   ことを特徴とする回転電機のステータにおける巻線接合部の絶縁構造作成方法。

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