JP7084126B2

JP7084126B2 - ステータの製造方法およびステータ

Info

Publication number: JP7084126B2
Application number: JP2017222315A
Authority: JP
Inventors: 真誌河合; 靖西隈; 洋明武田
Original assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-11-17
Filing date: 2017-11-17
Publication date: 2022-06-14
Anticipated expiration: 2037-11-17
Also published as: US11223259B2; CN109986733A; CN109986733B; JP2019097234A; US20190157949A1

Description

本発明は、コイルエンドを樹脂で覆うステータの製造方法およびステータに関する。

特許文献１には、コイルエンドのコイル同士の接合部分を樹脂に浸漬し、その後硬化させることで、コイルエンドの接合部分を樹脂に埋設することが示されている。

特開２０００－２０９８０２号公報

ここで、コイルエンドを樹脂に浸漬する際に、樹脂がコイルの上面側（コア側）に回り込むことができず、絶縁が十分でなくなるおそれがあった。すなわち、コイル同士が比較的密に配置されていると、樹脂の液面より下であっても樹脂が入り込めない空間が生じる。

本発明に係るステータの製造方法は、ステータのコアから突出するコイルエンドの先端側の接合部を流動性のある第１熱硬化性樹脂に浸漬して第１熱硬化性樹脂層を形成する第１樹脂層形成工程と、前記コイルエンドのコア側から先端側に向けて第２熱硬化性樹脂を滴下し、前記コイルエンドの接合部において、前記第１熱硬化性樹脂層のコア側に第２熱硬化性樹脂層を形成する第２樹脂層形成工程と、前記第１熱硬化性樹脂および前記第２熱硬化性樹脂を硬化する硬化工程と、を含む。

また、前記第２熱硬化性樹脂は、前記第１熱硬化性樹脂に比べ粘度が低いとよい。

また、前記硬化工程は、第１硬化工程と、第２硬化工程とを含み、前記第１硬化工程は、前記第１樹脂層形成工程の後に行われ、前記第１熱硬化性樹脂を硬化させ、前記第２硬化工程は、前記第２樹脂層形成工程の後に行われ、前記第２熱硬化性樹脂を硬化させるとよい。

また、前記第１樹脂層形成工程において、前記第１熱硬化性樹脂は液状であり、液状の第１熱硬化性樹脂を金型内に貯留しておき、コイルエンドの先端側を前記液状の第１熱硬化性樹脂に挿入した後、前記金型内の液面が金型の周壁に沿って高く中心部で低くなるまで、前記コイルエンドの位置を維持するとよい。

また、前記ステータの周方向に並んだ複数のコイル導線を含む前記コイルエンドが前記ステータのコアから突出しているとよい。

本発明に係るステータは、ステータのコアから突出するコイルエンドの接合部を覆うように形成されている第１樹脂層と第２樹脂層と、を含み、前記第２樹脂層は、前記接合部を覆う第１樹脂層のコア側において第１樹脂層のコア側の面を覆うように積層形成されている。

また、前記第１樹脂層は、ステータの径方向の内側および外側の縁部が前記第２樹脂層側に伸びて土手を形成するとよい。

また、前記第１樹脂層と前記第２樹脂層は、前記コアから突出する複数のコイル導線を含むコイルエンドの先端側を全体として覆っているとよい。

本発明によれば、２種類の樹脂の供給方向を変更することで、コイルエンドの隅々に樹脂を行き渡らせることができる。

ステータのコイルエンドの構成を示す斜視図である。セグメントコイルの構成を示す図である。セグメントコイルの接合部の構成を示す図である。セグメントコイルの接合部の他の構成を示す図である。樹脂層でコイルエンドを覆った状態を示す図である。樹脂層を形成するための装置の構成を示す図である。樹脂層を形成する動作を説明する図である。Ａ樹脂の充填状態を示す図である。Ａ，Ｂ樹脂の充填状態を示す図である。Ｂ樹脂がこぼれる状態を示す図である。Ｂ樹脂がこぼれない状態を示す図である。樹脂層が形成されたステータを軸方向から見た図である。樹脂層が形成されたステータを径方向から見た側面を示す図である。樹脂層を形成する動作の他の例を説明する図である。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。なお、本発明は、ここに記載される実施形態に限定されるものではない。

＜ステータの構成＞
図１には、ステータ１０の概略構成が示されている。ステータ１０は、略円筒または円環形状のステータコア１２と、ステータコア１２の内周側に巻回するよう装着されたコイル１４とを有する。ステータコア１２は、円筒または円環形状のヨーク１６とヨーク１６からステータ径方向内側に延びる複数のティース１８を含む。複数のティース１８は、ステータ周方向に沿って間隔をあけて配列され、隣接するティース１８間の空間はスロット２０と呼ばれ、スロット２０にコイル１４を配置することでコイル１４がティース１８に巻回される。コイル１４は、例えば断面が長方形のコイル導線２２から構成され、コイル導線２２は、スロット２０内に位置する部分と、この部分からステータ軸方向に延びてステータコア１２の端面から突出し、コイルエンド２４を形成する部分を含む。あるスロット２０から出たコイル導線２２は、コイルエンド２４内で他のスロット２０から出たコイル導線２２と接続されコイル１４を形成する。

ここで、コイル導線２２には、図２に示すようなＵ字状のセグメントコイル３２を用いる。すなわち、このセグメントコイル３２の２つの脚をそれぞれ別のスロット２０内に挿入し、２つの脚の先端側のリード部３４をステータコア１２から突出させる。そして、リード部３４を周方向に折り曲げて、他のセグメントコイル３２のリード部３４と接続することでコイル１４を構成する。セグメントコイル３２同士の接続は、通常溶接で行われる。セグメントコイル３２は、全体として絶縁皮膜３２ｂで覆われているが、セグメントコイル３２同士を接続する、リード部３４の先端部３２ａは絶縁皮膜３２ｂを除去してあり、その先端部３２ａが他のセグメントコイル３２の先端部３２ａと接続される。

ここで、図１においては、図３Ａに示すように、先端部３２ａが上方に突出するような形状として、その先端部３２ａを接合部分とした。しかし、このような形状ではなく、図３Ｂに示すように先端部３２ａが横方向に伸びるような形状とすることも好適である。なお、図３Ａ、図３Ｂにおいて斜線で示した接合部３６が２つの先端部３２ａ同士が溶接される接合部分である。

＜樹脂層の構成＞
図４には、ステータコア１２の軸方向断面の模式図（図１のＡ－Ａ断面）を示してある。このように、セグメントコイル３２は、ステータコア１２から上方に伸び、隣接する２つの先端部３２ａが溶接される。ここで、ステータコア１２から突出するセグメントコイル３２のリード部３４は、溶接される２つずつをペアとして、隣接するペアと離隔するように、成形される。例えば、ペア毎の間隙にくさび型の治具を挿入することで、リード部３４を曲げ成形して、ペア間の間隙を形成する。

そして、本実施形態では、２つの先端部３２ａの接合部分を覆って、樹脂層４０を配置する。言い替えれば、リード部３４の先端側が樹脂層４０に埋設される。樹脂層４０は、ステータコア１２から遠い側のＡ樹脂層４０ａとステータコア１２に近い側のＢ樹脂層４０ｂが積層形成されたものである。図に示すように、先端部３２ａの接合部分を覆ってＡ樹脂層４０ａを設け、先端部３２ａおよび絶縁皮膜３２ｂの先端部３２ａ側近傍を覆ってＢ樹脂層４０ｂを設けることが好適である。

先端部３２ａのペアの１つと隣接するペアの間に樹脂が介在することで両者を確実に絶縁する。また、この空間が樹脂によって充満されているため、使用時において、先端部３２ａのペア間の空間に異物が挟まって短絡したりすることを防止できる。

＜樹脂層の形成＞
（装置構成）
図５には、樹脂層４０を形成するための装置を示す。まず、図１～４では、リード部３４の存在するコイルエンド２４（２４ａ）を上側に記載した。しかし、図５では、リード部３４が存在するコイルエンド２４ａが下側に位置するようにステータを保持する。従って、セグメントコイル３２のＵ字底辺がステータコア１２の上側に位置し、先端部３２ａの接合部が下側に位置する。

装置は、基部６０を有し、ここに各種装置が取り付けられる。クランプ機構６２は、ステータコア１２をクランプするものであり、ステータ１０を掴んだ状態でステータコア１２を移動させたり、所定位置に停止させたりする。クランプ機構６２は、例えば複数の腕６２ａを有し、この腕６２ａでステータコア１２を掴む。

基部６０には、金型６４が設けられている。この金型６４は、環状の樋部６６を有しており、ここに液状の第１樹脂であるＡ樹脂４０ａを貯留する。この樋部６６は、リード部３４側のコイルエンド２４ａに対応した形状で、若干大きめ（径方向が広め）になっている。

また、昇降装置６８は、クランプ機構６２を昇降することによって、掴んだステータコア１２を昇降させる。金型６４の下には、加熱装置７０が設けられており、樋部６６内のＡ樹脂４０ａを加熱することができる。

また、ディスペンサー７２は、Ａ樹脂４０ａを樋部６６に供給するものであり、ディスペンサー７４は、第２樹脂であるＢ樹脂４０ｂをコイルエンド２４ｂの上方の隙間からコイルエンド２４ａ、および樋部６６に供給するものである。ディスペンサー７２，７４は、所定の経路で移動できる。

（動作）
樹脂層４０の形成の動作について図６に基づいて説明する。まず、ステータ１０をクランプ機構６２によって掴む。クランプ機構６２がステータ１０を載置している場所に移動してきて掴んできてもよいが、他の移動機構によってクランプ機構６２が掴める場所にステータ１０を移動してからクランプ機構６２がステータ１０を掴んでもよい。また、金型６４の樋部６６内にＡ樹脂４０ａを充填する。これは、ディスペンサー７２によって行う。Ａ樹脂４０ａの樋部６６への充填は、ステータ１０のクランプ機構６２によるクランプより先に行ってもよいし、並行して行ってもよい。

このようにして、準備が整った場合には、昇降装置６８によって、クランプ機構６２を下降することで、掴んでいるステータ１０を下降する。すなわち、樋部６６の上方にステータ１０を位置させた状態（状態（ｉ））から、ステータ１０を下降させて、コイルエンド２４ａの先端側を樋部６６内のＡ樹脂４０ａに浸漬する（状態（ｉｉ））。

コイルエンド２４ａをＡ樹脂４０ａに浸漬すると、Ａ樹脂４０ａの液位は上昇する。ここで、樋部６６の環状の内壁６６ａ（内周壁および外周壁）において、メニスカス効果によってＡ樹脂４０ａの縁部が内壁６６ａに沿って持ち上げられる。従って、周縁部において液面が高く、中心部が低くなる。また、Ａ樹脂４０ａがコイルエンド２４ａの空隙に浸透していくことで液位（液面）が下がる。従って、状態（ｉｉ）に示すように、Ａ樹脂４０ａは、金型の樋部６６内で内側および外側の内壁６６ａに沿って、断面くさび状の土手４２が形成される。

そして、この状態で、加熱装置７０によってＡ樹脂４０ａが加熱硬化され、コイルエンド２４ａを覆う環状のＡ樹脂４０ａであって、内外周に土手４２を有するものが形成される。

次に、Ｂ樹脂４０ｂが滴下される。すなわち、コイルエンド２４ａに関してはＡ樹脂４０ａとは逆方向から供給される。これによって、Ｂ樹脂４０ｂは、Ａ樹脂４０ａに比べ粘度が低く、滴下によって硬化したＡ樹脂４０ａ上に溜まる（状態（ｉｉｉ））。特に、コイルエンド２４ａの２つの先端部３２ａの接合部の上面側にも行き渡る。すなわち、図７Ａに示すように、Ａ樹脂４０ａは２つの先端部３２ａの接合部の下方および側方に至るが、先端部３２ａの接合部３６の上側のコイルの上面側（破線の楕円で示した部分）に進入できない場合もある。Ｂ樹脂４０ｂを滴下することで、図７Ｂに示すように、接合部３６上側のコイルの上面側にＢ樹脂４０ｂが行き渡る。

そして、この状態で、加熱装置７０によってＢ樹脂４０ｂを加熱することで、Ｂ樹脂４０ｂが硬化する。

ここで、本実施形態では、Ｂ樹脂４０ｂは、Ａ樹脂４０ａに比べ粘度の低いものを利用し、Ｂ樹脂４０ｂを上方から滴下した。しかし、Ｂ樹脂４０ｂとしてＡ樹脂４０ａと同等あるいはそれ以上の粘度のものを使用しても、上方から滴下することで、コイル線の表面を伝いＢ樹脂４０ｂが下降するため、接合部上の空間にＢ樹脂４０ｂを供給することができる場合もある。従って、Ｂ樹脂４０ｂがＡ樹脂４０ａより粘度が低いことは必ずしも要求されない。

なお、Ａ樹脂４０ａには、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂が好適であり、粘度は適宜調整することができる。また、Ａ樹脂４０ａとしてシリコーン樹脂なども利用することができる。Ｂ樹脂４０ｂには、ワニスが好適であり、エポキシ樹脂系のワニスでよい。Ａ樹脂４０ａは、硬化前は液状であることが好適であるが、流動性があれば粉体でもよい。Ｂ樹脂４０ｂは液状であるとよい。

このように、Ａ樹脂４０ａ、Ｂ樹脂４０ｂが硬化した場合には、図６の状態（ｉｖ）に示すように、ステータ１０を上方に持ち上げて、Ａ樹脂４０ａ、Ｂ樹脂４０ｂにより構成される樹脂層４０がコイルエンド２４ａの先端側を覆ったステータ１０が形成される。

ここで、本実施形態では、金型の樋部６６内にコイルエンド２４ａを維持した状態でＢ樹脂４０ｂを滴下する。従って、Ｂ樹脂４０ｂは、樋部６６の周壁に保持され、外部に流れ落ちることがない。表面が平らなＡ樹脂４０ａの上にＢ樹脂４０ｂを滴下すると、図８Ａに示されるようにＢ樹脂４０ｂが周辺に流れ、Ａ樹脂４０ａの外側壁にＢ樹脂４０ｂがつららのように形成される（４０ｃ）可能性がある。本実施形態では、このようなことが発生することを防止することができる（図８Ｂ）。従って、樹脂層４０の形状を設計通りのものにすることができる。

図９Ａ、図９Ｂに、樹脂層４０が形成されたステータの概略を示してある。図９Ａが軸方向下方から見た図であり、図９Ｂが径方向外側から見た図（コイルエンド２４ａが上に位置している）である。なお、図９Ａにおいては、ティースについては示さず、内側端を構成する円を記載している。

このように、樹脂層４０は、円環状であり、コイルエンド２４ａの先端側（接合部の存在する部分）を全体として覆っている。従って、コイル導線２２同士の接合部を個別に覆うのに比べ、位置決め等の精度が低くてよく、生産性を向上できる。

図１０には、他の実施形態の製造方法が示されている。この例では、状態（ｉ）、状態（ｉｉ）でＡ樹脂４０ａを硬化するまでは図６の方法と同じであるが、その後状態（ｉｉｉ）のように、ステータ１０を上方に引き上げる。これによって、Ａ樹脂４０ａの層が形成されたステータコア１２が樋部６６から離れる。そして、この状態（状態（ｉｖ））で、上方からＢ樹脂４０ｂを滴下してＢ樹脂４０ｂの層を形成して、これを加熱硬化する。これによって、状態（ｖ）に示すように、図６の状態（ｉｖ）と同様のステータ１０が得られる。

ここで、本実施形態においても、樋部６６の周壁に沿ってＡ樹脂４０ａの土手４２が形成される。そこで、図１０の状態（ｉｖ）に示すＢ樹脂４０ｂの滴下の際にも、Ｂ樹脂４０ｂがこぼれ落ちて、つらら状の付着物を形成することを防止することができる。なお、状態（ｉｖ）におけるＢ樹脂４０ｂの滴下量はＢ樹脂４０ｂがあふれない量とするとよい。

「その他」
上述の説明では、Ａ樹脂４０ａを硬化した後、Ｂ樹脂４０ｂを滴下して硬化した。しかし、Ａ樹脂４０ａを硬化させることなく、Ｂ樹脂４０ｂを滴下してもよい。Ａ樹脂４０ａはある程度の粘度を有しており、Ｂ樹脂４０ｂを滴下してもすぐに両者が混合されない場合が多いからである。この場合には、１つの加熱工程で、Ａ樹脂４０ａ、Ｂ樹脂４０ｂの両方の硬化が行える。なお、両者がある程度混じり合っても、樹脂層４０としての問題はない。コイルエンド２４ａの先端側について樹脂を十分行き渡らせることができればよい。

１０ステータ、１２ステータコア、１４コイル、１６ヨーク、１８ティース、２０スロット、２２コイル導線、２４（２４ａ，２４ｂ）コイルエンド、３２セグメントコイル、３２ａ先端部、３２ｂ絶縁皮膜、３４リード部、３６接合部、４０樹脂層、４０ａＡ樹脂、４０ｂＢ樹脂、４２土手、６０基部、６２クランプ機構、６２ａ腕、６４金型、６６樋部、６６ａ内壁、６８昇降装置、７０加熱装置、７２，７４ディスペンサー。

Claims

ステータのコアから突出するコイルエンドの先端側の接合部を流動性のある第１熱硬化性樹脂に浸漬して第１熱硬化性樹脂層を形成する第１樹脂層形成工程と、
前記コイルエンドのコア側から先端側に向けて第２熱硬化性樹脂を滴下し、前記コイルエンドの接合部において、前記第１熱硬化性樹脂層のコア側に第２熱硬化性樹脂層を形成する第２樹脂層形成工程と、
前記第１熱硬化性樹脂および前記第２熱硬化性樹脂を硬化する硬化工程と、
を含む、
ステータの製造方法。
請求項１に記載のステータの製造方法であって、
前記第２熱硬化性樹脂は、前記第１熱硬化性樹脂に比べ粘度が低い、
ステータの製造方法。
請求項１または２に記載のステータの製造方法であって、
前記硬化工程は、第１硬化工程と、第２硬化工程とを含み、
前記第１硬化工程は、前記第１樹脂層形成工程の後に行われ、前記第１熱硬化性樹脂を硬化させ、
前記第２硬化工程は、前記第２樹脂層形成工程の後に行われ、前記第２熱硬化性樹脂を硬化させる、
ステータの製造方法。
請求項１～３のいずれか１つに記載のステータの製造方法であって、
前記第１樹脂層形成工程において、
前記第１熱硬化性樹脂は液状であり、液状の第１熱硬化性樹脂を金型内に貯留しておき、
コイルエンドの先端側を前記液状の第１熱硬化性樹脂に挿入した後、前記金型内の液面が金型の周壁に沿って高く中心部で低くなるまで、前記コイルエンドの位置を維持する、
ステータの製造方法。
請求項４に記載のステータの製造方法であって、
前記ステータの周方向に並んだ複数のコイル導線を含む前記コイルエンドが前記ステータのコアから突出している、
ステータの製造方法。
ステータのコアから突出するコイルエンドの接合部を覆うように形成されている第１樹脂層と第２樹脂層と、を含み、
前記第２樹脂層は、前記接合部を覆う第１樹脂層のコア側において第１樹脂層のコア側の面を覆うように積層形成されている、
ステータ。
請求項６に記載のステータであって、
前記第１樹脂層は、ステータの径方向の内側および外側の縁部が前記第２樹脂層側に伸びて土手を形成している、
ステータ。
請求項６または７に記載のステータであって、
前記第１樹脂層と前記第２樹脂層は、前記コアから突出する複数のコイル導線を含むコイルエンドの先端側を全体として覆っている、
ステータ。