JP7057745B6 - 回転電機のステータの製造方法及び回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機のステータの製造方法及び回転電機に関する。

回転電機は、回転軸と、回転軸の外周側に固定されたロータと、ロータの外周側に離間して配置されたステータとを備える。ステータは、ステータコアと、ステータコアの内周側に形成された複数のスロットに挿入されたコイルとを備える。各スロットは、大別して、コイルを収納する格納部と、ステータコアの内周面に開口する開口部とを有する。従来、各スロットの開口部に、磁性粉末及び樹脂を含む混合物からなる磁性楔を設けることが知られている。これにより、ステータコアの内周面及び磁性楔の内周面に沿って高周波磁束が流れるので、ステータ側からロータ側へ高周波磁束が漏洩するのを抑える。したがって、回転電機の効率を高めることができる。

特許文献１は、上述した回転電機のステータの製造方法を開示する。この製造方法では、ステータコアの内径寸法より僅かに小さい外径寸法を有する注入シリンダを用いて、磁性粉末及び半硬化状態の樹脂を含む混合物を、複数のスロットの開口部に充填する。その後、樹脂を硬化して磁性楔を成形する。

特開昭６１－０２６４５３号公報

しかしながら、上記従来技術には次のような課題が存在する。特許文献１の回転電機のステータの製造方法では、ステータコアの内径寸法と注入シリンダの外径寸法との差分があるから、磁性楔の内周面は、ステータコアの内周面に対して同一円周面とならない。そのため、ステータ側からロータ側へ高周波磁束が漏洩するのを十分に抑えることができない。また、ステータコアの内径寸法に応じて注入シリンダの外径寸法を変更する必要がある。

本発明は、上記事柄に鑑みてなされたものであり、磁性楔の内周面をステータコアの内周面に対して同一の円筒側面となるように容易に均して、回転電機の効率を高めることを課題の一つとするものである。

上記課題を解決するために、特許請求の範囲に記載の構成を適用する。本発明は、上記課題を解決するための手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、ステータコアと、前記ステータコアの内周側に形成された複数のスロットに挿入されたコイルと、前記ステータコアの内周面に開口する前記複数のスロットの開口部にそれぞれ設けられ、磁性粉末及び樹脂を含む混合物からなる複数の磁性楔とを備えた回転電機のステータを製造する方法において、前記磁性粉末及び未硬化状態又は半硬化状態の前記樹脂を含む前記混合物を、前記複数のスロットの開口部に充填する第１の手順と、前記ステータコアの内周面に沿って配置された柔軟性を有するマグネットシートを用いて、前記複数のスロットの開口部に充填されて前記磁性粉末及び未硬化状態又は半硬化状態の前記樹脂を含む前記混合物の内周面を前記ステータコアの内周面に対して同一の円筒側面となるように均すと共に前記磁性粉末を前記混合物の内周面側に引き寄せる第２の手順と、前記混合物の内周面が均された状態で、前記樹脂を硬化して前記磁性楔を成形する第３の手順とを有する。

本発明によれば、磁性楔の内周面をステータコアの内周面に対して同一の円筒側面となるように容易に均して、回転電機の効率を高めることができる。

なお、上記以外の課題、構成及び効果は、以下の説明により明らかにされる。

本発明の一実施形態における回転電機の構造を表す径方向断面図である。 本発明の一実施形態における回転電機のステータの構造を表す部分拡大断面図である。 本発明の一実施形態における回転電機のステータの製造方法の手順を表すフローチャートである。 本発明の一実施形態におけるステータコアのスロットに絶縁材及びコイルが挿入された状態を表す断面図である。 本発明の一実施形態におけるステータコアの内周面に沿って配置されたシートを表す径方向断面図である。 本発明の一実施形態におけるシートの巻き方を表す斜視図である。 本発明の一実施形態におけるシートを用いてステータコアのスロットに充填された混合物の内周面が均された状態を表す断面図である。 本発明の第１の変形例におけるシートを用いてステータコアのスロットに充填された混合物の内周面が均された状態かつ磁性粉末が混合物の内周面側に引き寄せられた状態を表す断面図である。 本発明の第２の変形例におけるステータコアの内周面に沿って配置されたシートを表す径方向断面図である。 本発明の第３の変形例におけるステータコアの内周面に沿って配置されたシートを表す径方向断面図である。 本発明の第４の変形例におけるステータコアの内周面に沿って配置されたシートを表す径方向断面図である。 本発明の第５の変形例におけるステータコアの内周面に沿って配置されたシートを表す径方向断面図である。 本発明の第６の変形例におけるシートの巻き方を表す斜視図である。 本発明の第７の変形例における回転電機のステータの製造方法の手順を表すフローチャートである。 本発明の第７の変形例におけるステータコアの軸方向一方側及び他方側に配置された治具を表す側面図である。

本発明の一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本実施形態における回転電機の構造を表す径方向断面図である。図２は、本実施形態における回転電機のステータの構造を表す部分拡大断面図である。

本実施形態の回転電機は、かご形誘導電動機であって、回転軸１と、回転軸１の外周側に固定されたロータ２と、ロータ２の外周側に離間して配置されたステータ３とを備える。

ロータ２は、ロータコア４と、ロータコア４の外周側に形成された複数のスロット５にそれぞれ挿入され、ロータコア４の軸方向（図１中紙面に対して垂直な方向）に延在する複数の導体バー６と、ロータコア４の軸方向一方側に配置されて複数の導体バー６の一方側端部を連結するエンドリング（図示せず）と、ロータコア４の軸方向他方側に配置されて複数の導体バー６の他方側端部を連結するエンドリング（図示せず）とを備える。ロータコア４は、軸方向に積層された複数の電磁鋼板で構成されている。

ステータ３は、ステータコア７と、ステータコア７の内周側に形成された複数のスロット８に挿入されたコイル９とを備える。ステータコア７は、軸方向に積層された複数の電磁鋼板で構成されている。コイル９は、スロット８に挿入された部分と、スロット８からステータコア７の軸方向一方側及び他方側に突出した部分（後述の図１５参照）とを有する。そして、コイル９に電力が供給されると、ステータ３が回転磁界を発生させ、ロータ２及び回転軸１を回転させるようになっている。

各スロット８は、大別して、コイル９を収納する格納部１０と、ステータコア７の内周面に開口する開口部１１とを有する。各スロット８は、セミオープン型であって、ステータコア７の周方向（図２中左右方向）における開口部１１の幅寸法が格納部１０の幅寸法より小さくなるように形成されている。各スロット８の格納部１０の内壁には絶縁材１２Ａ（スロットライナー）が設けられ、この絶縁材１２Ａと共に絶縁材１２Ｂ（サシキ）がコイル９を覆うようになっている。

ステータコア７の複数のスロット８の間には複数のティース部１３が形成されている。各スロット８の開口部１１に後述する磁性楔１４が設けられなければ、スロット８の開口部１１に存在する空気とティース部１３との透磁率の違いから、磁束密度のバラツキが生じる。そのため、ステータ３側からロータ２側へ高周波磁束が漏洩して、損失となる。そこで、このような損失を抑えて回転電機の効率を高めるため、各スロット８の開口部１１には磁性楔１４が設けられている。磁性楔１４は、磁性粉末１５（詳細には、例えば鉄粉）及び樹脂１６を含む混合物１７からなり、磁性粉末１５の体積率が例えば６０％となっている。

なお、本実施形態では、磁性楔１４は、各スロット８の開口部１１及び格納部１０の一部に設けられている。言い換えれば、磁性楔１４は、開口部１１の内壁、格納部１０の内壁、及び絶縁材１２Ａ，１２Ｂに接触するような形状となっている。これにより、ロータ２の磁気吸引力が作用しても、磁性楔１４がステータコア７のスロット８から抜けないようになっている。

次に、本実施形態の回転電機のステータの製造方法を説明する。図３は、本実施形態における回転電機のステータの製造方法の手順を表すフローチャートである。

ステップＳ１にて、ステータコア７の各スロット８に絶縁材１２Ａ、コイル９、及び絶縁材１２Ｂをその順序で挿入し、それらをワニス等で固定する（図４参照）。

その後、ステップＳ２にて、柔軟性及び耐水性を有する樹脂製のシート１８を、ステータコア７の内周面の全体に沿って配置する（図５参照）。シート１８は、四角形状であって、円筒状に巻いた状態（詳細には、例えば図６で示すように、対向する２つの辺が接触すると共に、第１の角と第２の角が接触し、且つ第３の角と第４の角が接触するように巻いた状態）で配置される。

その後、ステップＳ３にて、磁性粉末１５及び未硬化状態又は半硬化状態の樹脂１６を含む混合物１７を、ステータコア７の軸方向一方側から各スロット８の開口部１１及び格納部１０の一部に充填する。このとき、各スロット８からステータコア７の軸方向他方側に混合物１７がはみ出せば、このはみ出した混合物１７を取り除く。

その後、ステップＳ４にて、シート１８を用いて（詳細には、ステータコア７の内周面に沿うようにシート１８に力を加えて）、各スロット８に充填された混合物１７の内周面を、ステータコア７の内周面に対して同一の円筒側面となるように均す（図７参照）。このとき、各スロット８からステータコア７の軸方向一方側又は他方側に混合物１７がはみ出せば、このはみ出した混合物１７を取り除く。

その後、ステップＳ５にて、樹脂１６を加熱によって硬化して磁性楔１４を成形する。なお、シート１８が耐熱性を有するものでなければ、樹脂１６の硬化前にシート１８を取り外す。一方、シート１８が耐熱性を有するものであれば、樹脂１６の硬化後にシート１８を取り外せばよい。

以上のように本実施形態においては、磁性楔１４の内周面を、ステータコア７の内周面に対して同一の円筒側面となるように均すことができる。これにより、ステータ３側からロータ２側へ高周波磁束が漏洩するのを抑えて、回転電機の効率を高めることができる。また、柔軟性を有するシート１８を用いることにより、磁性楔１４の内周面を容易に均すことができる。また、ステータコア７の内径寸法が変わっても、容易に対応することができる。

なお、上記一実施形態においては、樹脂１６が加熱硬化型である場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で変形が可能である。例えば樹脂１６が熱溶融型（すなわち、冷却によって硬化するもの）であってもよい。

また、上記一実施形態においては、磁性楔１４がスロット８の開口部１１及び格納部１０の一部に設けられた場合を例にとって説明したが、これに限られず、磁性楔１４がスロット８の開口部１１のみに設けられてもよい。また、上記一実施形態においては、各スロット８がセミオープン型であって、開口部１１の幅寸法が格納部１０の幅寸法より小さくなるように形成された場合を例にとって説明したが、これに限られず、各スロット８がオープン型であって、開口部１１の幅寸法が格納部１０の幅寸法と同じになるように形成されてもよい。

また、上記一実施形態においては、特に説明しなかったが、各スロット８の開口部１１に混合物１７を充填する前に、ステータコア７の内周面（言い換えれば、ティース部１３の内周面）に離型剤を塗布してもよい。その後、粘着剤を用いて、ステータコア７の内周面に樹脂製のシート１８を貼り付けてもよい。この場合、シート１８を取り外すことにより、ステータコア７の内周面に付着した混合物を容易に除去することができる。

また、上記一実施形態においては、樹脂製のシート１８を用いて、複数のスロット８の開口部１１に充填された混合物１７の内周面を均す場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で変形が可能である。例えば図８で示す第１の変形例のように、柔軟性を有するマグネットシート１８Ａを用いて、複数のスロット８の開口部１１に充填された混合物１７の内周面を均してもよい。この変形例では、粘着剤を用いなくとも、ステータコア７の内周面にマグネットシート１８Ａを貼り付けることができる。また、マグネットシート１８Ａの磁力によって、磁性粉末１５を混合物１７の内周面側に引き寄せることができる。そして、混合物１７の内周面が均され且つ磁性粉末１５が混合物１７の内周面側に寄せられた状態で、樹脂１６を硬化して磁性楔１４を成形することができる。これにより、磁性楔１４の内周面における透磁率のバラツキを抑えることができる。したがって、ステータ３側からロータ２側へ高周波磁束が漏洩するのを更に抑えて、回転電機の効率を更に高めることができる。なお、上記一実施形態と同様、樹脂製のシート１８を用いるものの、上述した第１の変形例と同様の目的を果たすために、シート１８の内側に電磁石等を配置してもよい。

また、上記一実施形態においては、ステータコア７の内周面の全体に沿ってシート１８を配置する場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で変形が可能である。少なくとも１個のスロット８を覆うように、すなわち、少なくとも２個のティース部１３の内周面に沿うようにシート１８又は１８Ａを配置できればよい。具体的には、例えば図９で示す第２の変形例のように、２個のスロット８を覆うように、すなわち、３個のティース部１３の内周面に沿うようにシート１８又は１８Ａを配置してもよい。また、例えば図１０で示す第３の変形例のように、ステータコア７の内周面の四分の一に沿うようにシート１８又は１８Ａを配置してもよい。また、例えば図１１で示す第４の変形例のように、ステータコア７の内周面の半分に沿うようにシート１８又は１８Ａを配置してもよい。また、例えば図１２で示す第５の変形例のように、ステータコア７の内周面の四分の三に沿うようにシート１８又は１８Ａを配置してもよい。そして、シート１８又は１８Ａを移動させながら、各スロット８の開口部１１に充填された混合物１７の内周面を均せばよい。これらの変形例では、ステータコア７の内径寸法が変わっても、容易に対応することができる。

また、上記一実施形態においては、四角形状のシート１８の巻き方として、対向する２つの辺が接触すると共に、第１の角と第２の角が接触し、且つ第３の角と第４の角が接触するように巻いた場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で変形が可能である。例えば図１３で示す第６の変形例のように、対向する２つの辺が接触するものの、第１の角と第２の角が接触せず、かつ第３の角と第４の角が接触しないように、シート１８又は１８Ａを斜めに巻いてもよい。これにより、ステータコア７の内径寸法が変わっても、容易に対応することができる。

また、上記一実施形態においては、ステータコア７の内周面に沿ってシート１８を配置した後、ステータコア７の軸方向一方側から各スロット８に混合物１７を充填して、各スロット８からステータコア７の軸方向他方側にはみ出した混合物１７を取り除く場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で変形が可能である。このような変形例を図１４及び図１５を用いて説明する。

図１４は、本変形例における回転電機のステータの製造方法の手順を表すフローチャートである。

ステップＳ１にて、ステータコア７の各スロット８に絶縁材１２Ａ、コイル９、及び絶縁材１２Ｂをその順序で挿入し、それらをワニス等で固定する。その後、ステップＳ６にて、ステータコア７の軸方向一方側及び他方側に例えば円筒形状の治具１９を配置し、これらの治具１９でスロット８を覆う（図１５参照）。

その後、ステップＳ３にて、磁性粉末１５及び未硬化状態又は半硬化状態の樹脂１６を含む混合物１７を、ステータコア７の内周側から各スロット８に充填する。このとき、各スロット８からステータコア７の内周側に混合物１７がはみ出せば、はみ出した混合物１７を取り除く。

その後、ステップＳ２にて、ステータコア７の内周面に沿ってシート１８又は１８Ａを配置する。その後、ステップＳ４にて、シート１８又は１８Ａを用いて、各スロット８に充填された混合物１７の内周面を、ステータコア７の内周面に対して同一の円筒側面となるように均す。その後、樹脂１６を加熱によって硬化して磁性楔１４を成形する。

本変形例においても、磁性楔１４の内周面を、ステータコア７の内周面に対して同一の円筒側面となるように均すことができる。これにより、ステータ３側からロータ２側へ高周波磁束が漏洩するのを抑えて、回転電機の効率を高めることができる。また、柔軟性を有するシート１８又は１８Ａを用いることにより、磁性楔１４の内周面を容易に均すことができる。また、ステータコア７の内径寸法が変わっても、容易に対応することができる。

なお、以上においては、本発明の適用対象の回転電機として、かご形誘導電動機（詳細には、導体バー６及びエンドリングを有するロータ２を備えたもの）を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、本発明は、例えば永久磁石同期電動機（詳細には、永久磁石を有するロータを備えたもの）に適用してもよいし、あるいは、発電機に適用してもよい。

１…回転軸、２…ロータ、３…ステータ、７…ステータコア、８…スロット、９…コイル、１０…格納部、１１…開口部、１４…磁性楔、１５…磁性粉末、１６…樹脂、１７…混合物、１８…シート、１８Ａ…マグネットシート

Claims (6)

1. ステータコアと、前記ステータコアの内周側に形成された複数のスロットに挿入されたコイルと、前記ステータコアの内周面に開口する前記複数のスロットの開口部にそれぞれ設けられ、磁性粉末及び樹脂を含む混合物からなる複数の磁性楔とを備えた回転電機のステータを製造する方法において、
   前記磁性粉末及び未硬化状態又は半硬化状態の前記樹脂を含む前記混合物を、前記複数のスロットの開口部に充填する第１の手順と、
   前記ステータコアの内周面に沿って配置された柔軟性を有するマグネットシートを用いて、前記複数のスロットの開口部に充填されて前記磁性粉末及び未硬化状態又は半硬化状態の前記樹脂を含む前記混合物の内周面を前記ステータコアの内周面に対して同一の円筒側面となるように均すと共に前記磁性粉末を前記混合物の内周面側に引き寄せる第２の手順と、
   前記混合物の内周面が均された状態で、前記樹脂を硬化して前記磁性楔を成形する第３の手順とを有することを特徴とする回転電機のステータの製造方法。
2. 請求項１に記載の回転電機のステータの製造方法において、
   前記第３の手順は、前記混合物の内周面が均され且つ前記磁性粉末が前記混合物の内周面側に寄せられた状態で、前記樹脂を硬化して前記磁性楔を成形することを特徴とする回転電機のステータの製造方法。
3. 請求項１又は２に記載の回転電機のステータの製造方法において、
   前記シートは、前記ステータコアの内周面の全体又は一部に沿って配置されたことを特徴とする回転電機のステータの製造方法。
4. 請求項１又は２に記載の回転電機のステータの製造方法において、
   前記シートは、粘着剤を用いて前記ステータコアの内周面に貼り付けられたことを特徴とする回転電機のステータの製造方法。
5. 回転軸と、前記回転軸の外周側に固定されたロータと、前記ロータの外周側に離間して配置されたステータとを備え、
   前記ステータは、ステータコアと、前記ステータコアの内周側に形成された複数のスロットに挿入されたコイルと、前記ステータコアの内周面に開口する前記複数のスロットの開口部にそれぞれ設けられ、磁性粉末及び樹脂を含む混合物からなる複数の磁性楔とを備えた回転電機において、
   前記磁性楔は、前記ステータコアの内周面に沿って配置されて前記磁性粉末を引き寄せる柔軟性を有するマグネットシートを用いて、前記複数のスロットの開口部に充填されて前記磁性粉末及び未硬化状態又は半硬化状態の前記樹脂を含む前記混合物の内周面が前記ステータコアの内周面に対して同一の円筒側面となるように均された状態で、前記樹脂が硬化されて成形されたことを特徴とする回転電機。
6. 請求項５に記載の回転電機において、
   前記磁性楔は、前記ステータコアの内周面に沿って配置されて前記磁性粉末を引き寄せる柔軟性を有するマグネットシートを用いて、前記複数のスロットの開口部に充填されて前記磁性粉末及び未硬化状態又は半硬化状態の前記樹脂を含む前記混合物の内周面が前記ステータコアの内周面に対して同一の円筒側面となるように均され且つ前記磁性粉末が前記混合物の内周面側に寄せられた状態で、前記樹脂が硬化されて成形されたことを特徴とする回転電機。

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