JP7163421B2

JP7163421B2 - 固定子の製造方法及び固定子コア

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Publication number: JP7163421B2
Application number: JP2020571046A
Authority: JP
Inventors: 英明小林; 良雄大関; 大輔北島; 利幸高野
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2019-02-07
Filing date: 2020-01-08
Publication date: 2022-10-31
Anticipated expiration: 2040-01-08
Also published as: US11843292B2; CN113366744A; JPWO2020162088A1; WO2020162088A1; US20220094248A1

Description

本発明は、回転電機を構成し、コイルが巻回される固定子の製造方法に関する。

本技術分野の背景技術として、以下の先行技術がある。特許文献１（特開２００８－１０９７３２号公報）には、前加熱後の第１供給工程では、ステータコアに装着されたコイルのコイルエンドが上下になる姿勢でステータコアを水平に保持し、コイルのうちステータコアの上側端面から突出する上側コイルエンドの上面からワニスを注入し、上側コイルエンドの上から下へ含浸流下するワニスが、コイルのうちステータコアの下側端面から突出する下側コイルエンドの外部に達するより前にゲル化するように供給量を制御しながらワニスを供給する。その後、反転工程では、第１供給工程で最後に供給されたワニスがゲル化する時間以上の間隔をおいてコイルが装着されたステータコアを反転させる。反転工程の後の第２供給工程では、第１供給工程でゲル化が始まった位置付近でゲル化が始まるように供給量を制御してワニスを供給する。その後、コイルに含浸させたワニスを保温硬化させる。

特開２００８－１０９７３２号公報

回転電機の固定子において、巻回されるコイルを固定するため、スロット内のワニスのの充填率を高くすることが望まれている。そのため、多量のワニスを注入する必要があるが、固定子コアの下側からワニスが流出すると充填率が低下する。このため、例えば特許文献１に記載された方法では、第１供給工程と第２供給工程とで異なる方向からワニスを注入しているが、第１供給工程と第２供給工程との間に反転工程を含み、作業が繁雑である。

このため、スロット内のワニスの充填率が高い固定子の製造方法が求められている。

本願において開示される発明の代表的な一例を示せば以下の通りである。すなわち、回転電機の固定子の製造方法であって、前記固定子は、コイルと、前記コイルを収納するスロットが形成される固定子コアとを有し、第１の温度では粘度が低く、前記第１の温度より高い第２の温度では粘度が高くなる樹脂部材が注入側から前記スロット内に充填されるものであって、前記製造方法は、前記コイルの溶接エンド側である注入側では前記第１の温度となり、前記コイルの非溶接エンド側である前記注入側の反対側では前記第２の温度となるように、前記固定子コアに温度差をつける第１工程と、前記温度差を維持した状態で、前記樹脂部材を前記注入側から注入する第２工程とを含むことを特徴とする。

本発明の一態様によれば、スロット内のワニスの充填率を高めることができ、固定子コアの下側からのワニスの流下を防止できる。前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明によって明らかにされる。

本発明の実施例の固定子製造方法の概要を示す図である。コイルが実装された固定子コアを示す斜視図である。コイルが実装された固定子コアを溶接エンド側から見た断面図である。コイルが実装された固定子コアを非溶接エンド側から見た斜視図である。固定子の製造過程における温度変化を示す図である。ワニス注入時の固定子コアを示す図である。ワニス注入時の固定子コアを示す図である。

図１は、本発明の実施例の固定子製造方法の概要を示す図である。

本実施例の固定子の製造方法では、固定子コア３０５に上方（図３に示す溶接エンド側）からディスペンサでワニスを注入するが、固定子コア３０５の下部を加熱して（又は固定子コア３０５の上部を冷却して）、固定子コア３０５の上部が低温（高速充填温度域）、下部が高温（ゲル化温度域）となるような温度差をつけた状態で、低温側（上方）からワニスを注入する。なお、固定子コア３０５のスロット３１０に注入されるワニスは絶縁樹脂部材の一例であり、他の名称の絶縁樹脂部材でもよい。

これにより、固定子コア３０５下部の高温領域は、ワニスがゲル化して、粘度が高くなる温度とするので、注入されたワニスが固定子コア３０５の下部から流出しないワニス停止範囲を形成する。一方、固定子コア３０５上部の低温領域から中央部の中温領域は、ワニスの粘度が低い温度とするので、注入されたワニスがワニス停止範囲の上側に停留し、高い充填率でワニスが注入される。このため、高充填範囲では、固定子コア３０５とコイルとの間の気泡が少なくなり、コイルに生じた熱を放出しやすく、コイルの振動を抑制でき、回転電機の特性が安定する。

次に、本発明の実施例の固定子コア３０５の構造を説明する。

図２は、コイルが実装された固定子コア３０５を示す斜視図であり、図３は、コイルが実装された固定子コア３０５を溶接エンド側から見た断面図であり、図４は、コイルが実装された固定子コア３０５を非溶接エンド側から見た斜視図である。

回転電機２００の固定子（ステータ）３００は、円筒状の固定子コア３０５と、固定子コア３０５に挿入される固定子コイル５１０及びスロットライナ５２０によって構成される。

固定子コア３０５は、ハウジング２０５の内部に支持されており、固定子コア３０５の内周側には、永久磁石が埋め込まれた回転子（ロータ）が空隙を介して回転可能に支持されている。固定子コア３０５は、複数の磁性体（例えば、複数の電磁鋼板）を軸方向に積層して形成されており、複数のティース３０７及びスロット３１０が周方向に等間隔になるように形成されており、それぞれのティース３０７は環状のコアバックと一体となっている。図３では、ティース全てに符号を付しておらず、代表として一部のティースコア３０７にのみ符号を付した。隣接するティースコア３０７の間のそれぞれには、周方向に連続すると共に、回転子側に複数のスロット３１０が形成されている。スロット３１０内にはスロットライナ５２０によるスロット絶縁（図示省略）が設けられ、固定子３００を構成するＵ相、Ｖ相、Ｗ相などの複数相のコイルが装着されている。

固定子コア３０５のスロット３１０には、図２に示すように固定子コイル５１０が収容される。図２に示す例では、スロット３１０は開スロットであり、固定子コア３０５の内周側に開口が形成されている。スロット３１０の最内周に形成される開口の周方向の幅は、図３に示すように、固定子コイル５１０が装着される各スロット３１０のコイル装着部とほぼ同等又はコイル装着部よりも若干小さくなっている。

各スロット３１０内には、スロットライナ５２０が配置されている。スロットライナ５２０は、例えば耐熱樹脂製の絶縁シートであり、厚さは０．１～０．５ｍｍ程である。スロット３１０にスロットライナ５２０を配設することによって、スロット３１０に挿通されるコイルの相互間、及びコイルとスロット３１０の内面との間の絶縁耐圧を向上し、コイルの絶縁被膜が劣化したり傷ついても、必要な絶縁耐圧を保持している。

スロット３１０内のコイルと固定子コア３０５との間の隙間は、コイルの挿入性を向上するため、固定子コア３０５の周方向と径方向で異なり、一方の隙間がもう一方の隙間よりも大きくなるように構成される。隙間の大きさによって決まるコイル挿入性とコイル占積率とはトレードオフの関係にある。また、本実施例では、スロット３１０に注入されたワニスはスロットライナ５２０に保持される。すなわち、スロットライナ５２０がワニス保持部材となる。ワニスによって、コイル間の絶縁及びコイルと固定子コア３０５との間の絶縁が強化され、スロット３１０内で固定子コイル５１０が固定され、回転電機２００に加わる振動や固定子コイル５１０の電磁振動による、スロット３１０内の固定子コイル５１０の動きが抑制される。

図２に示すように、本実施例の固定子コア３０５には、外周は絶縁被膜で覆われている平角線をＵ字形状に成型した複数のセグメントコイル５１２が離間した二つのスロット３１０に、その端部がスロット３１０（すなわち固定子コア３０５）から露出するように収納され、一つの端部が他のセグメントコイル５１２と隣接し、他方の端部がさらに他のセグメントコイル５１２と隣接して配置される。セグメントコイル５１２は、各スロット３１０内で例えばコイルの長方形断面が固定子コア３０５の周方向について長く、径方向について短くなるように配置されている。セグメントコイル５１２の端部は、溶接エンド側（図２の右奥側）で互いに接続されて、固定子コア３０５に巻回される分布巻きの固定子コイル５１０が構成される。

図４に示すように、固定子３００の非溶接エンド側には接続端子３４０及びサーミスタ３５０が設けられる。接続端子３４０は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相などの複数相のコイルの端部に設けられ、制御回路（図示省略）のドライバに接続される。サーミスタ３５０は、コイルの温度を測定する。サーミスタ３５０が測定したコイルの温度は、制御回路に入力される。

図５は、本実施例の固定子３００の製造過程における温度変化を示す図であり、縦軸が温度、横軸が経過時間を示す。

なお、本実施例では、固定子コア３０５の溶接エンド側からワニスを注入するので、溶接エンド側が上部となり、非溶接エンド側が下部となる。

まず、常温から固定子コア３０５の全体を高速充填温度域まで加熱する。高速充填温度域は、ワニスの材質にもよるが、本実施例では６５℃から１３０℃である。例えば、固定子コア３０５は鉄板で形成されているので、固定子コア３０５内の空洞（回転子が挿入される部分）に挿入された電極を有するＩＨヒータで加熱するとよい。

その後、固定子コア３０５の下部（非溶接エンド側）を局部的にゲル化温度域まで加熱する。本実施例ではゲル化温度域は１３０℃以上である。例えば、固定子コア３０５の下部に近接する電極を有するＩＨヒータで加熱するとよい。この局部加熱によって、固定子コア３０５の下部が、固定子コア３０５の中部から上部（溶接エンド側）より高温となり、固定子コア３０５に温度差ができる。このため、固定子コア３０５の下部にワニス停止範囲が形成され、固定子コア３０５の中部から上部が高充填範囲となる（以上、第１工程）。

なお、温度差をつける方法は、固定子コア３０５の下部の局部加熱ではなく、固定子コア３０５を一旦ゲル化温度域まで加熱した後、固定子コア３０５の中部から上部を（例えばスポットクーラーで）冷却して、固定子コア３０５の中部から上部が固定子コア３０５の下部より低温（高速充填温度域）となるように固定子コア３０５に温度差をつけてもよい。

所定量の温度差（固定子コア３０５の下部がゲル化温度域、中部から上部が高速充填温度域）を維持した状態で、固定子コア３０５の上部からスロット３１０ワニスを注入する。固定子コア３０５のスロット３１０内を流下するワニスは、固定子コア３０５の下部（ゲル化温度域であるワニス停止範囲）に到達すると、ゲル化して、固定子コア３０５の下端から流出せずに停止し、この領域ではワニスの充填率が低くなる。その後、ワニスの注入を続け、固定子コア３０５の上端までワニスを注入する（以上、第２工程）。固定子コア３０５の中部から上部は高速充填温度域となっているので、注入されたワニスの流動性が高く、コイルとスロット３１０の内壁との間に十分な量のワニスを充填でき、ワニスの充填率が高くなる。

ワニスの注入時に、図６に示すように、固定子コア３０５の軸を垂直から傾けてもよい。固定子コア３０５を傾けてワニスを注入することによって、ワニスの流入速度を制御できる。

また、図６、図７に示すように、固定子コア３０５を回転、回動又は揺動しながらワニスを注入してもよい。固定子コア３０５を回転又は回動しながらワニスを注入することによって、固定子コア３０５とディスペンサの相対位置が変化し、周方向に均一にワニスを注入できる。特に、固定子コア３０５を傾けてワニスを注入する場合、ワニスが偏らずに充填できる。また、回転、回動又は揺動によって固定子コア３０５を動かしながらワニスを注入することによって、気泡の残留を抑制し、高い充填率でワニスを充填できる。なお、固定子コア３０５を回転又は回動してもよいが、固定子コア３０５の軸が垂直の状態でワニスを注入する場合は、ディスペンサが動いてもよい。

所定量のワニスの充填が終了した後、固定子コア３０５の全体を硬化温度域まで加熱する。例えば、固定子コア３０５は鉄板で構成されているので、固定子コア３０５内の空洞（回転子が挿入される部分）に挿入された電極を有するＩＨヒータで加熱するとよい。硬化温度域は、ワニスの材質にもよるが、本実施例では１３０℃以上である。そして、固定子コア３０５を硬化温度域に長時間おくことによって、ワニスはゲル状よりさらに硬化して固体化する（以上、第３工程）。

その後、ワニスが硬化した固定子コア３０５を常温（電気試験温度以下）に冷却する（以上、第４工程）。

本実施例では、固定子コア３０５の下部のワニス停止範囲において、ワニスがゲル化し、固定子コア３０５の下部に停止するので、固定子コア３０５の下端から流出しない。このため、固定子コア３０５の中部から上部にかけての高充填範囲におけるワニスの充填率を高めることができる。

また、固定子３００にはワニスの付着を防止すべき部分がある。本実施例の固定子の製造方法によると、固定子コア３０５の下端からのワニスの流出を防止できるので、ワニス付着禁止領域へのワニスの付着を抑制できる。例えば、図４に示すように、固定子３００の非溶接エンド側（ワニス注入時の下側）に設けられる接続端子３４０及びサーミスタ３５０には、ワニスの付着が禁止される。接続端子３４０はコイルと制御回路を接続するため、その表面に付着したワニスが絶縁する。接続端子３４０へのワニスの付着の防止によって、回転電機と制御回路との導通不良を抑制できる。また、サーミスタ３５０は、コイルの温度を測定するため、コイルに密着している必要があるが、サーミスタ３５０とコイルの間にワニスが介在することによって、サーミスタ３５０とコイルとの間の熱結合が疎となる。サーミスタ３５０にワニスを付着させないことによって、サーミスタ３５０とコイルとの間の熱結合を密として、サーミスタ３５０がコイルの正しい温度を測定できるようになる。

以上に説明したように、本実施例の固定子３００の製造方法では、注入側（上側となる溶接エンド側）では第１の温度（ゲル化温度域）となり、注入側の反対側（下側となる非溶接エンド側）では第２の温度（高速充填温度域）となるように、固定子コア３０５に温度差をつける第１工程と、この温度差を維持した状態で、樹脂部材（ワニス）を注入側から注入する第２工程とを含むので、スロット３１０内のワニスの充填率を高めることができる。また、固定子コア３０５の下側からのワニスの流出を防止でき、ワニス付着禁止箇所（接続端子３４０、サーミスタ３５０など）へのワニスの付着を抑制できる。

また、第２工程において、固定子コア３０５の軸を垂直から傾けた状態で樹脂部材を注入するので、樹脂材料の流入速度を制御できる。

また、第２工程において、軸を中心に固定子コア３０５を回転、回動又は揺動させながら樹脂部材を注入するので、周方向に均一にワニスを注入できる。また、気泡の残留を抑制し、高い充填率でワニスを充填できる。

また、本実施例の製造方法によって製造された固定子コア３０５は、スロット３１０内において、注入側（上部から中部）では樹脂部材の充填率が高い領域（高充填範囲）が形成され、注入側の反対側（下部）では充填率が低い領域（ワニス停止範囲）が形成される。高充填範囲では、固定子コア３０５とコイルとの間の気泡が少ないので、コイルに生じた熱を放出しやすく、コイルの振動を抑制でき、回転電機の特性を安定化できる。

なお、本発明は前述した実施例に限定されるものではなく、添付した特許請求の範囲の趣旨内における様々な変形例及び同等の構成が含まれる。例えば、前述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに本発明は限定されない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えてもよい。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えてもよい。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をしてもよい。

２００回転電機
２０５ハウジング
３００固定子
３０５固定子コア
３０７ティース
３０７ティースコア
３１０スロット
３４０接続端子
３５０サーミスタ
５１０固定子コイル
５１２セグメントコイル
５２０スロットライナ

Claims

回転電機の固定子の製造方法であって、
前記固定子は、コイルと、前記コイルを収納するスロットが形成される固定子コアとを有し、
第１の温度では粘度が低く、前記第１の温度より高い第２の温度では粘度が高くなる樹脂部材が注入側から前記スロット内に充填されるものであって、
前記製造方法は、
前記コイルの溶接エンド側である注入側では前記第１の温度となり、前記コイルの非溶接エンド側である前記注入側の反対側では前記第２の温度となるように、前記固定子コアに温度差をつける第１工程と、
前記温度差を維持した状態で、前記樹脂部材を前記注入側から注入する第２工程とを含むことを特徴とする製造方法。
請求項１に記載の製造方法であって、
前記第２工程において、前記固定子コアの軸を垂直から傾けた状態で前記樹脂部材を注入することを特徴とする製造方法。
請求項１に記載の製造方法であって、
前記第２工程において、軸を中心に前記固定子コアを回転、回動又は揺動させながら前記樹脂部材を注入することを特徴とする製造方法。
請求項１から３のいずれか一つに記載の製造方法によって製造された固定子コアであって、
前記スロット内において、前記注入側では前記樹脂部材の充填率が高い領域が形成され、前記注入側の反対側では充填率が低い領域が形成されることを特徴とする固定子コア。