JP7344169B2 - モールド注型治具及び帯状の補強材の配置方法 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機の固定子のコイルエンドを樹脂で覆うモールド注型を行う際に用いるモールド注型治具及び樹脂を補強する帯状の補強材の配置方法に関する。

回転電機の定格出力や定格トルクを向上させるために、巻線のコイルエンドの熱を外部に効果的に放出する目的で、コイルエンドを樹脂で覆うモールド注型を施した回転電機の固定子が知られている。更に、コイルエンドの温度の上昇や下降を繰り返すことによりコイルエンドを覆う樹脂にクラックが発生することを防ぐために、帯状の補強材で樹脂を補強する技術が特許文献１で開示されている。

図３は、巻線のコイルエンドを樹脂で覆うモールド注型を施した回転電機の固定子１０を示す斜視図である。図４及び図５は、特許文献１に開示された図である。図４は、図３に示す回転電機の固定子１０を径方向内側から見た図である。図５は、図４におけるＡ－Ａ線断面図である。このＡ－Ａ線断面は、固定子鉄心１と樹脂２の境界面であり、固定子鉄心１の軸方向端面を含む。図３、図４及び図５に示すように、固定子１０は、電磁鋼板が軸方向に積層された固定子鉄心１と、巻線３と、巻線３のうち固定子鉄心１の軸方向端面より外側に飛び出した部分であるコイルエンド３１を覆うモールド注型によって形成された樹脂２を備える。

図５に示すように、固定子鉄心１は、略円環形状のヨーク１１と、ヨーク１１の内周面から径方向内側に突出する複数のティース１２によって構成される。周方向に隣接するティース１２の間には巻線３が収容される空間であるスロット１３が形成されており、巻線３はスロット１３を通してティース１２に巻回されている。そして、図４に細い破線で示すように、巻線３のコイルエンド３１が樹脂２の内部に入っている。

また、図４及び図５に示すように、スロット１３から巻線３が径方向内側へ飛び出すことを防止するために、スロット開口部１４には絶縁板４が挿入されている。絶縁板４は、このようにスロット開口部１４を塞ぐだけでなく、軸方向に延びて固定子鉄心１の軸方向端面より軸方向に突出しており、図４に太い破線で示すように固定子鉄心１の軸方向端面より突出した突出部４１が樹脂２の内部に入っている。

巻線３に交流電流を流すと、固定子１０に回転磁界が発生し、固定子１０の径方向内側に所定のギャップを設けて配置した不図示の回転子の磁極と磁気的に作用して回転子が回転する。固定子１０において、巻線３に電流を流したり止めたりすることにより、巻線３の温度が上昇と下降を繰り返す。すると、固定子鉄心１及び樹脂２も温度の上昇と下降を繰り返し、固定子鉄心１と樹脂２の線膨張係数の差に起因して発生する熱応力が樹脂２に加わりクラックが発生することがある。特にクラックが発生し易い場所は、応力が集中するティース角部１５であり、図４及び図５に示すティース角部１５を起点として樹脂２にクラックが発生して軸方向に伸展することが多い。

そこで、図４及び図５に示すように、帯状の補強材５が、コイルエンド３１の径方向内側かつ固定子鉄心１の軸方向端面のティース角部１５近傍に少なくとも１周分配置され、モールド注型によって樹脂２の径方向内側に一体となって固定される。なお、図５は図４におけるＡ－Ａ線断面図であるため、本来は、帯状の補強材５は図５に描かれないはずであるが、軸方向に見て帯状の補強材５が配置される外周位置を図５に破線で示している。帯状の補強材５の材質としては、樹脂２を補強するために樹脂２と一体に成形できることが望ましいため、図４に示すようにガラスクロス織布又は炭素繊維織布等の、樹脂２の浸透が可能な材質が使用される。

固定子１０のコイルエンド３１を樹脂２で覆うモールド注型が行われる際は、巻線３を巻回した固定子鉄心１のスロット１３に絶縁板４を挿入して補強材５を上記の位置に配置してモールド注型治具を組み付けた状態で樹脂２が流し込まれる。図６は従来のモールド注型治具を組み付けた固定子１０の軸方向断面図である。従来のモールド注型治具は、固定子鉄心１の径方向内側に樹脂２が漏れないように挿入する軸状の治具２１と、固定子１０の下側に樹脂３が漏れないように受ける円盤状の治具２２と、固定子１０の径方向外側へ樹脂２の漏れを防ぐ円筒形状の治具２３と、樹脂２の熱硬化時に軸状の治具２１と円盤状の治具２２との軸方向へ隙間が生じないよう軸状の治具２１を押さえる板状の治具２４で構成される。

軸状の治具２１は、モールド注型を行う際に固定子鉄心１の径方向内側に配置される略円柱形状の嵌合部２１ａと、コイルエンド３１の径方向内側に配置されるモールド受け部２１ｂを備える。嵌合部２１ａは、常温で固定子鉄心１の内周面との間に隙間があり、固定子鉄心１の径方向内側に挿入してモールド注型を行う際に加熱されて膨張し、固定子鉄心１の内周面との間の隙間を塞ぐ役割がある。モールド受け部２１ｂは、回転電機を搭載するユニットの構造物である他部品との干渉を避けるためや、モールド注型後の離型性を高めるためなどの理由から、嵌合部２１ａから軸方向に離れるほど外径が大きくなる円錐台形状の外周面を有する。軸状の治具２１の材質として、加熱時の嵌合と冷却時の離型が容易な、線膨張係数が固定子鉄心１より大きい樹脂等が挙げられる。

また、円筒形状の治具２３と板状の治具２４は、不図示のボルトやナット等の締結部材を用いて円盤状の治具２２に固定される。なお、円筒形状の治具２３は固定子１０を冷却するために嵌装する不図示の水冷ジャケット等でも代用が可能である。

モールド注型を行う際に帯状の補強材５を配置する方法として、スロット１３内に挿入された絶縁板４の突出部４１の径方向内側の表面に予め帯状の補強材５を接着する方法と、軸状の治具２１と絶縁板４との間に帯状の補強材５を挿入して樹脂２と一体成型することにより樹脂２に固定する方法が挙げられる。

特開２０１７－４１９６４号公報

従来の帯状の補強材の配置方法のうち、絶縁板の突出部の径方向内側の表面に接着する方法は、軸状の治具を固定子の径方向内側に挿入する前に帯状の補強材を絶縁板に固定することになる。一般的にコイルエンドは高さを抑えるためプレスして成形される。コイルエンドはプレスされた際、径方向内側へ膨らむことがある。コイルエンドが径方向内側へ膨らむと、帯状の補強材がコイルエンドによって径方向内側に向かって押されて、軸状の治具の挿入時に帯状の補強材が軸状の治具と干渉してしまうことがある。

また、軸状の治具と絶縁板との間に帯状の補強材を挿入し、樹脂と一体成型することにより樹脂に固定する方法についても、プレスされたコイルエンドが径方向内側へ膨らむと、軸状の治具と絶縁板との隙間に帯状の補強材を挿入しづらく作業性が悪いことや、帯状の補強材は弾力性に富み、挿入後において特に接着等で固定しないため、軸状の治具のモールド受け部の外周面が円錐台形状のままでは、帯状の補強材を軸状の治具のモールド受け部に巻きつけた状態を保持しておくのが難しいという課題があった。

そこで、本発明は、コイルエンドを樹脂で覆うモールド注型を行う際に、樹脂を補強する帯状の補強材が軸状のモールド注型治具と干渉せず、また軸状のモールド注型治具から外れることなく配置可能とすることを目的とする。

本発明に係るモールド注型治具は、回転電機の固定子のコイルエンドを樹脂で覆うモールド注型を行う際に前記固定子の径方向内側に挿入される軸状のモールド注型治具であって、前記モールド注型を行うために前記固定子の径方向内側に挿入された状態で、前記固定子の固定子鉄心の径方向内側に配置される嵌合部と、前記コイルエンドの径方向内側に配置されるモールド受け部と、を備え、前記モールド受け部は前記嵌合部から軸方向に離れるほど外径が拡大する略円錐台形状の外周面を有し、前記モールド受け部の前記外周面には、略周方向に延びる溝が少なくとも一周以上、形成されていることを特徴とする。

このように軸状のモールド注型治具のモールド受け部の外周面に略周方向に延びる溝が少なくとも一周以上、形成されているため、帯状の補強材がコイルエンドによって径方向内側に向かって押された場合でも、軸状のモールド注型治具を固定子の径方向内側に挿入する際に絶縁板に接着された帯状の補強材が溝に逃げ込み、帯状の補強材が軸状のモールド注型治具と干渉することを避けることができる。また、帯状の補強材をモールド注型治具のモールド受け部の外周面の溝に嵌めることにより帯状の補強材の動きが規制されるため、軸状のモールド注型治具に帯状の補強材が巻き付いた状態を保持できる。そのため、本発明に係るモールド注型治具は、コイルエンドを樹脂で覆うモールド注型を行う際に、樹脂を補強する帯状の補強材が軸状のモールド注型治具と干渉せず、また軸状のモールド注型治具から外れることなく配置可能とすることができる。

本発明に係るモールド注型治具の一態様において、前記モールド受け部の前記溝が螺旋状に形成されていてもよい。

本発明に係るモールド注型治具の一態様において、周方向に一周する前記溝により前記モールド受け部の前記外周面に段差が設けられていてもよい。

本発明に係る帯状の補強材の配置方法は、前記モールド注型治具を用いて前記モールド注型を行う際に、前記モールド注型によって前記樹脂の径方向内側に前記樹脂と一体となって固定される帯状の補強材を配置する方法であって、前記モールド受け部の前記溝に沿って前記補強材を巻き付けることを特徴とする。

このように軸状のモールド注型治具のモールド受け部の溝に沿って帯状の補強材を巻き付けることによって、帯状の補強材が溝に嵌って帯状の補強材の動きが規制されるため、軸状のモールド注型治具に帯状の補強材が巻き付いた状態を保持できる。

本発明は、コイルエンドを樹脂で覆うモールド注型を行う際に、樹脂を補強する帯状の補強材が軸状のモールド注型治具と干渉せず、また軸状のモールド注型治具から外れることなく配置可能とすることができる。

第１の実施形態の軸状のモールド注型治具の斜視図である。 第２の実施形態の軸状のモールド注型治具の斜視図である。 回転電機の固定子の斜視図である。 図３に示す回転電機の固定子を径方向内側から見た図である。 図４におけるＡ－Ａ線断面図である。 従来のモールド注型治具を組み付けた回転電機の固定子の軸方向断面図である。

＜第１の実施形態＞
第１の実施形態のモールド注型治具２５について、図面を用いて説明する。図１は、モールド注型治具２５の斜視図である。モールド注型治具２５は、図３、図４及び図５に示す回転電機の固定子１０のコイルエンド３１を樹脂２で覆うモールド注型を行う際に固定子１０の径方向内側に挿入される軸状のモールド注型治具である。軸状のモールド注型治具２５を用いてモールド注型を行う場合、巻線３を巻回した固定子鉄心１のスロット１３に絶縁板４を挿入して補強材５を配置した状態で、図６に示す軸状の治具２１の代わりに軸状のモールド注型治具２５を固定子１０の径方向内側に挿入し、円盤状の治具２２、円筒形状の治具２３及び板状の治具２４を固定子１０に組み付けた状態で樹脂２が流し込まれる。

軸状のモールド注型治具２５は、既述の軸状の治具２１と同様に、モールド注型を行うために固定子１０の径方向内側に挿入された状態で、固定子鉄心１の径方向内側に配置される円柱形状の嵌合部２５ａと、コイルエンド３１の径方向内側に配置されるモールド受け部２５ｂを備える。嵌合部２５ａは、常温で固定子鉄心１の内周面との間に隙間があり、固定子鉄心１の径方向内側に挿入してモールド注型を行う際に加熱されて膨張し、固定子鉄心１の内周面との間の隙間を塞ぐ役割がある。図１に示すように、モールド受け部２５ｂは、嵌合部２５ａから軸方向に離れるほど外径が大きくなる略円錐台形状の外周面を有する。そして、モールド受け部２５ｂの外周面には、略周方向に延びる溝２５ｃが螺旋状に少なくとも一周以上、形成されている。

モールド注型を行う際の帯状の補強材５を配置する方法として絶縁板４の突出部４１の径方向内側の表面に帯状の補強材５を接着する方法を採用した場合に、既に述べたように、径方向内側へ膨らんだコイルエンド３１によって帯状の補強材５が径方向内側に向かって押されることがある。しかし、このように帯状の補強材５がコイルエンド３１によって径方向内側に向かって押されても、上記のようにモールド受け部２５ｂの外周面に溝２５ｃが形成されており、軸状のモールド注型治具２５を固定子１０の径方向内側に挿入する際に帯状の補強材５が溝２５ｃに逃げ込むため、帯状の補強材５が軸状のモールド注型治具２５と干渉することを避けることができる。

また、モールド注型を行う際の帯状の補強材５を配置する方法として軸状のモールド注型治具２５と絶縁板４との間に帯状の補強材５を挿入する方法を採用した場合、帯状の補強材５の幅を溝２５ｃの幅と同じにして帯状の補強材５を溝２５ｃに沿って押し当てるように巻き付けて嵌めることにより、帯状の補強材５の動きが規制されるため、軸状のモールド注型治具２５に帯状の補強材５が巻き付いた状態を保持できる。

このように本実施形態のモールド注型治具２５は、コイルエンド３１を樹脂２で覆うモールド注型を行う際に、樹脂２を補強する帯状の補強材５が軸状のモールド注型治具２５と干渉せず、また軸状のモールド注型治具２５から外れることなく配置可能とすることができる。

＜第２の実施形態＞
第２の実施形態のモールド注型治具２６について、図面を用いて説明する。図２はモールド注型治具２６の斜視図である。モールド注型治具２６は、図３、図４及び図５に示す回転電機の固定子１０のコイルエンド３１を樹脂２で覆うモールド注型を行う際に固定子１０の径方向内側に挿入される軸状のモールド注型治具である。軸状のモールド注型治具２６を用いてモールド注型を行う場合、巻線３を巻回した固定子鉄心１のスロット１３に絶縁板４を挿入して補強材５を配置した状態で、図６に示す軸状の治具２１の代わりに軸状のモールド注型治具２６を固定子１０の径方向内側に挿入し、円盤状の治具２２、円筒形状の治具２３及び板状の治具２４を固定子１０に組み付けた状態で樹脂２が流し込まれる。

軸状のモールド注型治具２６は、第１の実施形態のモールド注型治具２５と同様に、モールド注型を行うために固定子１０の径方向内側に挿入された状態で、固定子鉄心１の径方向内側に配置される円柱形状の嵌合部２６ａと、コイルエンド３１の径方向内側に配置されるモールド受け部２６ｂを備える。嵌合部２６ａは、第1の実施形態のモールド注型治具２５の嵌合部２５ａと同様に、常温で固定子鉄心１の内周面との間に隙間があり、固定子鉄心１の径方向内側に挿入してモールド注型を行う際に加熱されて膨張し、固定子鉄心１の内周面との間の隙間を塞ぐ役割がある。図２に示すように、モールド受け部２６ｂは、嵌合部２６ａから軸方向に離れるほど外径が大きくなる略円錐台形状の外周面を有する。そして、モールド受け部２６ｂの外周面には、周方向に延びる溝２６ｃが形成されており、溝２６ｃによりモールド受け部２６ｂの外周面には段差が生じている。

モールド注型を行う際の帯状の補強材５を配置する方法として絶縁板４の突出部４１の径方向内側の表面に帯状の補強材５を接着する方法を採用した場合に、帯状の補強材５がコイルエンド３１によって径方向内側に向かって押されても、上記のようにモールド受け部２６ｂの外周面に段差が生じており、軸状のモールド注型治具２６を固定子１０の径方向内側に挿入する際に帯状の補強材５が段差の凹部に逃げ込むため、帯状の補強材５が軸状のモールド注型治具２６と干渉することを避けることができる。

また、モールド注型を行う際の帯状の補強材５を配置する方法として軸状のモールド注型治具２６と絶縁板４との間に帯状の補強材５を挿入する方法を採用した場合、帯状の補強材５の幅をモールド受け部２６ｂの外周面の溝２６ｃの軸方向の幅と同じにして帯状の補強材５を溝２６ｃに沿って押し当てるように巻き付けて嵌めることにより、帯状の補強材５の動きが規制されるため、軸状のモールド注型治具２６に帯状の補強材５が巻き付いた状態を保持できる。

このように本実施形態のモールド注型治具２６は、コイルエンド３１を樹脂２で覆うモールド注型を行う際に、樹脂２を補強する帯状の補強材５が軸状のモールド注型治具２６と干渉せず、また軸状のモールド注型治具２６から外れることなく配置可能とすることができる。

＜実施形態の補足＞
本開示の軸状のモールド注型治具は、上述した形態に限定されず、本開示の要旨の範囲内において種々の形態にて実施できる。例えば、モールド受け部の外周面に設けられる溝の形状は、第１の実施形態及び第２の実施形態とは異なる形状に形成されていてもよい。

１ 固定子鉄心、２ 樹脂、３ 巻線、４ 絶縁板、５ 補強材、１０ 固定子、１１ ヨーク、１２ ティース、１３ スロット、１４ スロット開口部、１５ ティース角部、２１，２５，２６ 軸状の治具、２１a，２５ａ，２６ａ 嵌合部、２１ｂ，２５ｂ，２６ｂ モールド受け部、２２ 円盤状の治具、２３ 円筒形状の治具、２４ 板状の治具、２５ｃ，２６ｃ 溝、３１ コイルエンド、４１ 突出部。

Claims (4)

1. 回転電機の固定子のコイルエンドを樹脂で覆うモールド注型を行う際に前記固定子の径方向内側に挿入される軸状のモールド注型治具であって、
   前記モールド注型を行うために前記固定子の径方向内側に挿入された状態で、前記固定子の固定子鉄心の径方向内側に配置される嵌合部と、前記コイルエンドの径方向内側に配置されるモールド受け部と、を備え、
   前記モールド受け部は前記嵌合部から軸方向に離れるほど外径が拡大する略円錐台形状の外周面を有し、前記モールド受け部の前記外周面には、略周方向に延びる溝が少なくとも一周以上、形成されていることを特徴とするモールド注型治具。
2. 請求項１に記載のモールド注型治具であって、
   前記モールド受け部の前記溝が螺旋状に形成されていることを特徴とするモールド注型治具。
3. 請求項１に記載のモールド注型治具であって、
   周方向に一周する前記溝により前記モールド受け部の前記外周面に段差が設けられていることを特徴とするモールド注型治具。
4. 請求項１に記載のモールド注型治具を用いて前記モールド注型を行う際に、前記モールド注型によって前記樹脂の径方向内側に前記樹脂と一体となって固定される帯状の補強材を配置する方法であって、
   前記モールド受け部の前記溝に沿って前記補強材を巻き付けることを特徴とする帯状の補強材の配置方法。

Images