JP2010259316A - 回転電機の固定子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スロット内に設置される線材の占積率の向上を図りつつ、回転電機の作動時に発生する線材の振動を抑制して異音や磁気音の発生をより確実に低減し得るようにした回転電機の固定子を提供する。
【解決手段】固定子１０は、周方向に複数のスロット２１を有する円環状の固定子コア２０と、固定子コア２０に巻回された線材３０により形成されその一部がスロット２１内に複数本並んだ状態で設置されている固定子巻線４０とを備える。線材３０は、断面形状が矩形状の導体部３７と、導体部３７の外周を覆う絶縁被膜３８とからなる。スロット２１内に設置されている線材３０のスロット収容部３１とスロット周壁面２４との対向面間に、線材３０のスロット収容部３１を固定子コア２０のスロット周壁面２４に固着する固着材５４が配設されている。
【選択図】図１７

Description

本発明は、例えば車両において電動機や発電機として使用される回転電機の固定子およびその製造方法に関する。

従来、車両において使用される回転電機の固定子として、周方向に複数のスロットを有する円環状の固定子コアと、該固定子コアに巻回された線材により形成されその一部がスロット内に複数本重ねられた状態で設置されている固定子巻線と、を備えたものが知られている。このような固定子を備えた回転電機は、作動時において固定子巻線が振動すると固定子コアも振動し、それらの微小振動で耳障りな異音が発生したり、磁気音が発生したりすることがあった。そこで、異音や磁気音の発生を未然に防止するために、種々の提案がされている。

例えば、特開平３−２７０６５７号公報（特許文献１）には、固定子コアのスロットの周壁面とスロット内の線材との間に介装される絶縁シートに熱可塑性樹脂を含浸させておき、線材の絶縁シート内に位置する箇所のみを、加熱溶融させた熱可塑性樹脂により互いに結合させると共に、絶縁シートに対しても結合させることが開示されている。

また、特開平４−２０８０４０号公報（特許文献２）には、固定子コアのスロットの周壁面とスロット内の線材との間に、制振性絶縁材よりなる絶縁シートを介装し、その絶縁シートにより、スロット内の線材の振動を減衰させるようにすることが開示されている。

特開平３−２７０６５７号公報 特開平４−２０８０４０号公報

ところが、上記特許文献１の場合、絶縁シート内の隣接する円形断面を有する線材間にまで溶融樹脂を十分に入れるためには、熱可塑性樹脂の膨張率を非常に大きくする必要があると共に各線材の位置を制御することが不可能であるため、線材が固定子コアに接触し絶縁不良となる可能性もある。

また、上記特許文献２の場合、制振性絶縁材よりなる絶縁シートの満足できる減衰効果を得るためには、絶縁シートの厚みをある程度確保する必要があるため、占積率が低下することとなる。なお、占積率とは、スロット断面において線材の占める割合のことであり、（スロット内に設置された線材の総断面積）／（スロットの断面積）から求められる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、スロット内に設置される線材の占積率の向上を図りつつ、回転電機の作動時に発生する線材の振動を抑制して異音や磁気音の発生をより確実に低減し得るようにした回転電機の固定子を提供すること、およびその製造方法を提供することを解決すべき課題とするものである。

上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、周方向に複数のスロットを有する円環状の固定子コアと、該固定子コアに巻回された線材により形成されその一部が前記スロット内に複数本並んだ状態で設置されている固定子巻線と、を備える回転電機
の固定子において、前記線材は、断面形状が矩形状の導体部と該導体部の外周を覆う絶縁被膜とから構成され、前記スロット内に設置されている少なくとも１本の前記線材と前記固定子コアとの対向面間に、当該線材を前記固定子コアに固着する固着材が配設されており、前記固着材は、絶縁材層と該絶縁材層の両面にそれぞれ積層された固着材層とからなる三層構造を有することを特徴とする。

この構成によれば、断面形状が矩形状の導体部と該導体部の外周を覆う絶縁被膜とから構成される線材が用いられていることから、スロット内に設置される線材の占積率の向上を図ることができる。また、スロット内に設置されている少なくとも１本の線材と固定子コアとの対向面間に配設された固着材により、当該線材が固定子コアに固着されているので、回転電機の作動時における当該線材の振動発生が抑制され、異音や磁気音の発生がより確実に低減される。また、線材と固定子コア間には、線材の絶縁被膜に加えて固着材の絶縁材層が配設されているので、線材と固定子コア間の絶縁をより確実にすることができる。そのため、本発明によれば、スロット内に設置される線材の占積率と、線材と固定子コア間の絶縁の向上を図りつつ、回転電機の作動時に発生する線材の振動を抑制して異音や磁気音の発生をより確実に低減することができる。

本発明において、固着材としては、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を採用することができる。熱可塑性樹脂として、例えば、ＰＥＴ、ＰＰＳ、ＰＥＮ等を挙げることができる。熱硬化性樹脂として、例えば、エポキシ、ポリエステル等を挙げることができる。これらの固着材は、熱膨張性を有するものが好ましい。固着材が熱膨張することで、スロット内の線材と固定子コアとの対向面間の隙間を埋めることができるので、線材と固定子コアとの固着不良を回避することができる。熱膨張性を有する固着材として、例えば、アクリル等の熱可塑性樹脂に、ガスが封入されたビーズを混入したものを好適に採用することができる。

請求項２に記載の発明は、前記固着材と前記線材との固着面は、前記固定子コアの径方向において一列配置されていることを特徴とする。

この構成によれば、固着材と線材との固着面は、固定子コアに対して径方向に一列配置されていると共に、固着材と固定子コア（スロット周壁面）との固着面に対向している。これにより、固着材の固着面積を大きくすると共に、固着材の形状を簡略化することができる。

請求項３に記載の発明は、前記固着材は、前記線材の少なくとも２面に固着されていることを特徴とする。

この構成によれば、固定子コアに対する線材の固着強度を十分に確保することができるので、線材を固定子コアに強固に固定することができる。これにより、回転電機の作動時に回転方向の力が作用しても、固定子コアに対して線材（固定子巻線）が動かないようになるため、異音や磁気音の発生をより確実に低減することができる。

請求項４に記載の発明は、前記固着材は、前記スロットの壁面に沿ったコの字形状を有し、当該壁面と前記線材とに当接するように配設されていることを特徴とする。これにより、固着材の固着面積を大きくすると共に、固着材の形状を簡略化することができる。

請求項５に記載の発明は、前記スロット内の隣接する前記線材の対向面間に、隣接する前記線材同士を固着する固着材が配設されていることを特徴とする。

この構成によれば、隣接する線材同士が固着材により固着されているので、隣接する線材同士の相対変位を確実に規制することができる。これにより、回転電機の作動時に回転方向の力が作用した際に、固定子コアに対する線材（固定子巻線）の相対変位を確実に防止することができるので、異音や磁気音の発生を更に確実に低減することができる。

請求項６に記載の発明は、隣接する前記線材の対向面間に配設されている前記固着材の厚みは、前記線材と前記固定子コアの対向面間に配設されている前記固着材の厚み以下であることを特徴とする。

この構成によれば、隣接する線材の対向面間に配設されている固着材の厚みが小さくされることから、スロット内に設置される複数の線材のスペース効率が良好になるので、占積率の低下を回避することができる。

請求項７に記載の発明は、前記絶縁被膜は、内層と、該内層の外周を覆い該内層よりもガラス転移温度の低い外層とを有する特徴とする。

この構成によれば、回転電機に発生する熱により絶縁被膜の外層は内層よりも早く結晶化するため、外層の硬度が高くなり、線材に傷が付き難くなる。

請求項８に記載の発明は、前記線材は、前記絶縁被膜の外周を覆う融着材を有することを特徴とする。ここでの融着材とは、加熱することにより溶融し、冷却することにより凝固する材料のことをいう。

この構成によれば、同じスロットに設置されている線材同士を融着材により容易に熱接着することができる。その結果、同じスロットに設置されている複数の線材が一体化し、スロット内の線材の機械的強度が向上するので、線材の振動発生を効果的に抑制することができる。

請求項９に記載の発明は、前記線材は、周方向の異なる前記スロットに設置されているスロット収容部と、前記スロットの外部で前記スロット収容部同士を接続しているターン部とを有し、前記スロットから突出する前記ターン部の突出箇所に、前記固定子コアの端面に沿った段部が形成されている特徴とする。

この構成によれば、スロットから突出するターン部の突出箇所に、固定子コアの端面に沿った段部が形成されているため、ターン部の突出箇所の間隔が、線材が設置されているスロット同士の間隔よりも狭くなる。その結果、固定子コアから突出している線材の形状が小さくなるので、固定子コアの両端面から軸方向外方に突出している固定子巻線の部位（以下、「コイルエンド」という。）の高さが小さくなる。これにより、コイルエンドの剛性を向上できるので、線材の振動を抑制して異音や磁気音の発生をより確実に低減できる。

請求項１０に記載の発明は、回転電機の固定子の製造方法であって、複数の線材により、固定子コアの同一スロットに収容されるべき複数の前記線材のスロット収容部が径方向に並ぶようにして円筒状の固定子巻線を作製する固定子巻線作製工程と、複数の前記スロット収容部が前記スロット内に収容されたときに前記スロット収容部とスロット周壁面との間に形成される隙間よりも薄い熱膨張性を有する固着材シートを、前記スロット周壁面に沿って、または径方向に並んだ複数の前記スロット収容部の外周面に沿って配置する固着材シート配置工程と、前記スロット収容部が所定の前記スロット内に収容されるようにして固定子巻線と固定子コアを組み付ける組付工程と、前記固着材シートを加熱して膨張させることにより前記スロット収容部と前記スロット周壁面との間に形成された隙間を消滅させて、前記固着材シートを介して前記スロット収容部を前記スロット周壁面に固着させる固着工程と、を有することを特徴とする。

この方法によれば、スロット内に設置される線材の占積率の向上を図りつつ、回転電機の作動時に発生する線材の振動を抑制して異音や磁気音の発生をより確実に低減し得るようにした回転電機の固定子を簡易に製造することができる。

請求項１１に記載の発明は、回転電機の固定子の製造方法であって、複数の線材により、固定子コアの同一スロットに収容されるべき複数の前記線材のスロット収容部が径方向に並ぶようにして円筒状の固定子巻線を作製する固定子巻線作製工程と、複数の前記スロット収容部が前記スロット内に収容されたときに前記スロット収容部とスロット周壁面との間に形成される隙間よりも少し厚い固着材シートを、前記スロット周壁面に沿って、または径方向に並んだ複数の前記スロット収容部の外周面に沿って配置する固着材シート配置工程と、前記スロット収容部を所定の前記スロット内に圧入により収容させて固定子巻線と固定子コアを組み付ける組付工程と、前記固着材シートを加熱して溶融または固化させることにより、前記固着材シートを介して前記スロット収容部を前記スロット周壁面に固着させる固着工程と、を有することを特徴とする。

この方法によれば、スロット内に設置される線材の占積率の向上を図りつつ、回転電機の作動時に発生する線材の振動を抑制して異音や磁気音の発生をより確実に低減し得るようにした回転電機の固定子を簡易に製造することができる。

（Ａ）は実施形態１に係る回転電機の固定子の外観を示す斜視図であり、（Ｂ）はその固定子を側方から見た図である。 実施形態１に係る固定子の一部分を拡大して示す斜視図である。 実施形態１において用いられる固定子コアの平面図である。 実施形態１において用いられる分割コアの平面図である。 実施形態１において用いられる固定子巻線の外観を示す斜視図である。 実施形態１において用いられる固定子巻線のコイルエンドを示す正面図である。 実施形態１において用いられる線材の全体形状を示す正面図である。 （Ａ）は実施形態１において用いられる線材の断面図であり、（Ｂ）は実施形態４において用いられる線材の断面図である。 実施形態１において用いられる線材のターン部の形状を示す斜視図である。 実施形態１においてスロット内に設置された線材の固着状態を模式的に示す説明図である。 実施形態１においてスロット内に配置した固着材シートの加熱前の状態を示す説明図である。 実施形態１において用いられる固定子巻線の結線を示す説明図である。 実施形態１に係る固定子の製造方法を説明する説明図であって、（Ａ）および（Ｂ）は固着材シート配置工程の説明図、（Ｃ）は組付工程の説明図である。 実施形態１において用いられる固着材シートの部分断面図である。 実施形態１においてスロット内に設置された線材の固着状態を図１０と同様に模式的に示す説明図である。 実施形態２においてスロット内に設置された線材の固着状態を図１０と同様に模式的に示す説明図である。 実施形態３においてスロット内に設置された線材の固着状態を図１０と同様に模式的に示す説明図である。 実施形態４においてスロット内に設置された線材の固着状態を模式的に示す説明図である。

以下、本発明に係る回転電機の固定子の実施形態について図１〜図１８を参照しつつ具体的に説明する。

〔実施形態１〕
図１（Ａ）は、実施形態１に係る回転電機の固定子１０の外観を示す斜視図であり、図１（Ｂ）は固定子１０を側方から見た図である。図２は、固定子１０の一部分を拡大して示す斜視図である。

図１に示す固定子１０は、例えば車両の電動機および発電機を兼ねる電動発電機としての回転電機に使用される。勿論、この回転電機は、車両に搭載される電動機又は発電機であってもよい。

固定子１０は、内周側に回転子（図示せず）を回転自在に収容する。回転子は、永久磁石により周方向に交互に異なる磁極を固定子１０の内周側と向き合う外周側に複数形成している。回転子の磁極の数は、回転電機により異なるため限定されるものではなく、本実施形態では、８極（Ｎ極：４、Ｓ極：４）の回転子が用いられる。

本実施形態の固定子１０は、固定子コア２０と、複数の線材３０から形成される三相の固定子巻線４０と、を備えている。固定子コア２０には、図２に示すように、軸方向に沿い周方向に隣接するスロット２１ａ、２１ｂを一組として固定子コア２０の内周側の周方向に複数組のスロットが形成されている。固定子巻線４０は三相巻線であり、周方向に隣接する一組のスロット２１ａ、２１ｂに各相の固定子巻線が設置されている。そして、スロット２１ａ、２１ｂを一組として周方向に隣接する三組のスロット２１ａ、２１ｂに異なる相の固定子巻線が設置されている。

固定子コア２０は、図３に示すように、内周に複数のスロット２１が形成された円環状を呈している。複数のスロット２１は、その深さ方向が径方向と一致するように形成されている。固定子コア２０に形成されたスロット２１の数は、回転子の磁極数に対し、固定子巻線４０の一相あたり２個の割合で形成されている。本実施形態では、８×３×２＝４８より、スロット数は４８個とされている。

固定子コア２０は、図４に示す分割コア２２を所定の数（本実施形態では２４個）を周方向に連結して形成されている。分割コア２２は、一つのスロット２１を区画するとともに、周方向で隣接する分割コア２２との間で一つのスロット２１を区画する形状を呈している。具体的には、分割コア２２は、径方向内方に伸びる一対のティース部２３と、ティース部２３を径方向外方で連結するバックコア部２４とを有している。

固定子コア２０を構成する分割コア２２は、複数枚の電磁鋼板を積層させて形成されている。積層された電磁鋼板の間には、絶縁薄膜が配置されている。分割コア２２は、この電磁鋼板の積層体からだけでなく、従来公知の金属薄板および絶縁薄膜を用いて形成してもよい。

固定子巻線４０は、図５に示すように、その外観は全体として略円筒状を成している。この固定子巻線４０を形成するには、まず、図７に示すような波形に成形した複数の線材３０（本実施形態では１２本）を所定の方法で編み込み又は重ねることで帯状の線材集積体を形成する。次いで、その線材集積体を渦巻き状に巻くことにより固定子巻線４０を形成する。固定子巻線４０の線材３０は、図７に示すように、複数のターン部３２が所定ピッチで複数形成されたものであり、１本の長さは約３ｍである。

線材３０は、図８（Ａ）に示すように、銅製の導体３７と、導体３７の外周を覆い導体３７を絶縁する内層３８ａおよび外層３８ｂからなる絶縁被覆３８とから形成されている。内層３８ａは導体３７の外周を覆い、外層３８ｂは内層３８ａの外周を覆っている。内層３８ａおよび外層３８ｂを合わせた絶縁被覆３８の厚みは、１００μｍ〜２００μｍの間の値に設定されている。

外層３８ｂは絶縁材で形成され、また内層３８ａは外層３８ｂよりもガラス転移温度の高い熱可塑性樹脂またはガラス転移温度の無いポリアミドイミド等の絶縁材で形成されている。これにより、回転電機に発生する熱により絶縁被膜３８の外層３８ｂは内層３８ａよりも早く結晶化するため、外層３８ｂの表面硬度が高くなり、線材３０に傷がつきにくくなる。このため、ターン部３２に段部を形成する加工を施した線材３０の絶縁を確保できる。

線材３０は、図２及び図６に示すように、固定子コア２０に巻装されたときに、固定子コア２０のスロット２１ａ、２１ｂ内に設置されるスロット収容部３１と、スロット２１ａ、２１ｂから固定子コア２０の外に突出し、周方向に異なるスロットに設置されているスロット収容部３１同士を接続しているターン部３２とを有しており、固定子コア２０に波巻されることにより固定子巻線４０を形成している。ターン部３２は固定子コア２０の軸方向両側にそれぞれ位置している。この場合、スロット収容部３１とターン部３２との接続部は、略直角に屈曲している。

ターン部３２の略中央部には、図９に示すように、ねじりを伴わないクランク部３４が形成されている。クランク部３４は、固定子コア２０の端面２３に沿ってクランク形状に形成されている。このクランク部３４のクランク形状によるずれ量は、線材３０の略幅分である。これにより、径方向に隣接している線材３０のターン部３２同士を密に巻回できる。その結果、コイルエンドの径方向の幅が小さくなるので、固定子巻線４０が径方向外側に張り出すことを防止する。

また、スロット２１ａ、２１ｂから固定子コア２０の外に突出するターン部３２の突出箇所に、線材３０がまたがって設置されているスロット同士に向けて固定子コア２０の軸方向両側の端面２３に沿って段部３６が形成されている。これにより、スロット２１ａ、２１ｂから突出している線材３０のターン部３２の突出箇所の間隔、言い換えればターン部３２が形成する三角形状部分の底辺の長さは、線材３０がまたがって設置されているスロット同士の間隔よりも狭くなっている。その結果、コイルエンドの高さｈが低くなる。

また、固定子コア２０の端面２３に沿った段部３６の長さをｄ１、周方向に隣接するスロット同士の間隔をｄ２とすると、ｄ１≦ｄ２になっている。これにより、線材３０の段部３６が周方向に隣り合うスロットから突出する線材３０と干渉することを防止できる。これにより、周方向に隣接するスロットから突出する線材３０同士が互いに干渉することを避けるために、コイルエンドの高さが高くなったり、あるいはコイルエンドの径方向の幅が大きくなったりすることを防止できる。その結果、コイルエンドの高さが低くなる。さらに、コイルエンドの径方向の幅が小さくなるので、固定子巻線４０が径方向外側に張り出すことを防止する。

さらに、線材３０には、ターン部３２の略中央部のクランク部３４と、ターン部３２の突出箇所に形成した段部３６との間に、それぞれ２個のクランク部３８が形成されている。つまり、固定子コア２０の一方の軸方向の端面２３側の線材３０のターン部３２には、２個の段部３６と合計５個のクランク部が形成されている。これにより、クランク部を形成しない三角形状のターン部の高さに比べ、ターン部３２の高さｈが低くなる。クランク
部３８のクランク形状も、段部３６およびクランク部３４と同様に、固定子コア２０の端面２３に沿ったクランク形状に形成されている。したがって、線材３０のターン部３２は、クランク部３４を挟んで両側を階段状に形成している。

線材３０のスロット収容部３１は、図１０に示すように、固定子コア２０のそれぞれのスロット２１の内部に収容されている。つまり、１２本の線材３０のスロット収容部３１が固定子コア２０の径方向に１列に並んだ状態で設置されている。なお、図１０は、スロット２１内の構造の理解を容易にするために、１個の分割コア２２を詳細に示し、且つ１２本の線材３０のうちの中間部にある８本の線材３０を省略して、４本の線材３０のみを模式的に示している。この線材の設置には固着材５０を用いている。

スロット２１内に設置されている各線材３０のスロット収容部３１は、固着材５０により支持されている。この固着材５０は、各スロット収容部３１と固定子コア２０のスロット周壁面２４との間に位置し、かつ、両者の対向面間を充填するように配設されている。このため、複数のスロット収容部３１は、固着材５０によりスロット周壁面２４に固着されて支持されている。また、各スロット２１において、隣接するスロット収容部３１同士の間にも、上記固着材５０と一体の固着材５１が充填されている。このため、各スロット２１に収容されている複数のスロット収容部３１も固着材５１により互いに固着して一体化されている。互いに隣接するスロット収容部３１の対向面間に配設された固着材５１の対向方向の厚みは、各スロット収容部３１とスロット周壁面２４との対向面間に配設された固着材５０の対向方向の厚みよりも小さくされている。これにより、スロット２１内に設置される線材３０のスペース効率が良好になり、占積率の低下を抑制できる。

なお、固着材５０、５１としては、熱可塑性樹脂であるアクリルに、ガスが封入されたビーズを混入してシート状に形成された固着材シート５０ａを用いる。この固着材シート５０ａを、図１１に示すように、各線材３０と固定子コア２０のスロット周壁面２４との対向面間に配置して、その固着材シート５０ａを加熱して膨張させた状態で硬化させ、固着材５０、５１を形成している。この場合、固着材５０は、図１０に示すように、スロット周壁面２４に沿って断面がコの字形状に配設されている。このため、固着材５０は、スロット周壁面２４の全域に及ぶことから、各スロット収容部３１のスロット周壁面２４と対向する２面の全域に固着している。また、固着材５１は、固着材シート５０ａが熱膨張するときに隣接するスロット収容部３１の対向面間に進入して、隣接するスロット収容部３１のそれぞれの対向面の全域に固着している。

図１４は、固着材５０に用いられる固着材シート５０ａの部分断面図であり、図１５は、スロット２１内に設置された線材３０の固着状態を図１０と同様に模式的に示す説明図である。

固着材シート５０ａは、絶縁材層５５ａと、絶縁材層５５ａの両面にそれぞれ積層された固着材層５５ｂ、５５ｃとからなる三層構造を有するものである。絶縁材層５５ａは、ＰＥＴ、ＰＰＳ、ＰＥＮ等のフイルムで形成され、固着材層５５ｂ、５５ｃは、樹脂材料で形成さている。この固着材層５５ｂ、５５ｃに用いる樹脂材料としては、アクリルやその他の熱可塑性樹脂が挙げられる。また、固着材層５５ｂ、５５ｃを形成する樹脂にガスが封入されたビーズを混入することで樹脂に発泡性をもたせても良い。この固着材シート５０ａは、スロット周壁面２４に沿って断面がコの字形状に形成されている。

そして、固着材シート５０ａの一方の固着材層５５ｂがスロット周壁面２４の全域に固着し、他方の固着材層５５ｃがスロット周壁面２４と対向する各スロット収容部３１の２面の全域に固着している。特に、スロット２１の最も径方向外方に設置されているスロット収容部３１は、スロット周壁面２４と３面が対向しているので、その３面の全域が固着材層５５ｃに固着している。これにより、固着材層５５ｃは、各スロット収容部３１の少なくとも２面に固着されていることから、スロット周壁面２４に対する各スロット収容部３１の固着強度が十分に確保されている。このため、各スロット収容部３１は、スロット周壁面２４に強固に固定された状態で支持される。

また、各スロット収容部３１と固着材層５５ｃとの固着面は、固定子コア２０に対して径方向に一列に配置されていると共に、固着材層５５ｂとスロット周壁面２４との固着面に対向している。これにより、固着材層５５ｃと各スロット収容部３１との固着面積を大きくすると共に、固着材シート５０ａの形状をスロット周壁面２４に沿った断面がコの字形状となるように簡略化することができる。

また、各スロット収容部３１とスロット周壁面２４との対向面間に、絶縁材層５５ａを有する固着材シート５０ａが配置されている。つまり、各スロット収容部３１とスロット周壁面２４の間に、固着材シート５０ａの絶縁材層５５ａが位置するので、その両者間でより良好な絶縁が確保できる。

なお、本実施形態では、厚みが１００μｍ〜２００μｍの絶縁性の高い絶縁被膜３８を有する線材３０が採用されている。

固定子巻線４０は、図１２に示すように、それぞれが２本の三相巻線（Ｕ１、Ｕ２、Ｖ１、Ｖ２、Ｗ１、Ｗ２）により形成されている。固定子巻線４０を構成する線材３０は、固定子コア２０の内周側で周方向に沿って波巻きされた形状で成形されている。線材３０のスロット収容部３１は、所定のスロット数（例えば、３相×２個＝６個）ごとのスロット２１に収容され、ターン部３２は、固定子コア２０の軸方向の両端面からそれぞれ突出している。この固定子コア２０の軸方向の両端面から突出しているターン部３２により、固定子巻線４０のコイルエンドが形成される。

固定子巻線４０は、複数の線材３０を、一方の端部がスロット２１の最外周側で固定子コア２０の軸方向の端面から突出した状態で、周方向に沿って波状に巻装した状態で形成されている。複数の線材３０の他方の端部は、スロット３１の最内周側で固定子コア２０の軸方向の端面から一方の端部と同一方向に突出している。そして、同一のスロット２１には、２本の線材３０が巻装されている。巻装方法により異なるが、同一のスロット２１に収容される二つのスロット収容部３１は、周方向で隣り合ったスロット２１の深さ方向での位置が交互又は同位置に位置するように設置されている。

固定子巻線４０は、同相（Ｕ１とＵ２、Ｖ１とＶ２、Ｗ１とＷ２）の巻線の端部同士が接続部で接合されている。接続部は、固定子コア２０から突出したターン部３２の端面より突出して形成されている。

固定子巻線４０は、複数の線材３０を一方の端部が固定子コア２０の軸方向の端面から突出した状態で、周方向に沿って波状に巻装して形成されている。固定子巻線４０の線材３０は、径方向外方から径方向内方に向かって巻装されている。最内周面側で線材３０の端部が固定子巻線４０の端面から突出している。

以上のように構成された本実施形態の固定子は、固定子巻線４０を作製する固定子巻線作製工程と、固着材シート配置工程と、固定子巻線４０と固定子コア２０を組み付ける組付工程と、固着材シートを介して線材３０のスロット収容部３１をスロット周壁面に固着させる固着工程と、を順に行うことにより製造される。

先ず、固定子巻線作製工程では、図７に示す波形に成形した１２本の線材３０を所定の方法で編み込んで帯状の線材集積体を形成する。そして、その線材集積体を渦巻き状に巻くことにより、図２に示す円筒状の固定子巻線４０を作製する。この場合、固定子巻線４０は、固定子コア２０の同一スロット２１に収容されるべき１２本の線材３０のスロット収容部３１が径方向に並んだ状態に形成される。

次の固着材シート配置工程では、図１３（Ａ）（Ｂ）に示すように、１２本の線材３０のスロット収容部３１がスロット２１内に収容されたときに、スロット収容部３１とスロット周壁面２４との間に形成される隙間よりも薄い厚さに形成された熱膨張性を有する固着材シート５０ａをコの字形状となるように折り曲げて、径方向に並んだ１２本のスロット収容部３１の外周面に沿って配置する。このとき、固着材シート５０ａは、１２本のスロット収容部３１の外周面に沿って配置するのではなく、スロット周壁面２４に沿って配置するようにしてもよい。

次の組付工程では、図１３（Ｃ）に示すように、径方向に並んだ１２本のスロット収容部３１が固定子コア２０の所定のスロット２１内に収容されるようにして、固定子巻線４０と固定子コア２０を組み付ける。これにより、固着材シート５０ａは、径方向に並んだ１２本のスロット収容部３１とスロット周壁面２４との間に位置している。

次の固着工程では、固着材シート５０ａを加熱して膨張させる。これにより、スロット収容部３１とスロット周壁面２４との間に形成されている隙間と、相互に隣接するスロット収容部３１の間に形成されている隙間を固着材シート５０ａ及び樹脂で充填し、それらの隙間を消滅させた状態で硬化させる。この膨張により、スロット収容部３１とスロット周壁面２４の間に位置する固着材シート５０ａにより固着材５０が形成され、互いに隣接するスロット収容部３１の間に進入した固着材シート５０ａにより固着材５１が形成される。これら固着材５０、５１によって、各スロット２１に収容された１２本のスロット収容部３１がスロット周壁面２４に強固に固着され支持される。

以上のように、実施形態１の固定子及びその製造方法によれば、固着材５０、５１によって、各スロット２１内に設置される複数のスロット収容部３１がスロット周壁面２４に固着される。また、それらのスロット収容部３１も互いに固着する。

つまり、固着材５０は、図１０に示すように、スロット周壁面２４に沿って断面がコの字形状に配設されており、スロット周壁面２４の全域に固着していると共に、各直線部３１のスロット周壁面２４と対向する面の全域に固着している。また、固着材シート５０ａが熱膨張するときに、径方向ＲＤにおいて互いに隣接するスロット収容部３１の、互いに対向する面の間に樹脂が進入して固着材５１が形成される。このため、それらのスロット収容部３１のそれぞれの対向面の全域を互いに固着し、一体化する。

したがって、この固着機能により、回転電機の駆動時に発生する線材３０の振動を抑制して異音や磁気音の発生をより確実に低減することができる。

また、本実施形態では、絶縁材層５５ａと固着材層５５ｂ、５５ｃとからなる三層構造の固着材シート５０ａが用いられていることから、直線部３１とスロット周壁面２４との間に、線材３０自身の絶縁被膜３８に加えて固着材５０の絶縁材層５５ａが介在する。このため、各スロット収容部３１とスロット周壁面２４と間の絶縁をより確実にすることができる。

なお、本実施形態では、固着材シート５０ａとして、熱膨張性の熱硬化性樹脂を用いているが、これに代えて、熱膨張性の熱可塑性樹脂や、非熱膨張性の熱硬化性樹脂および熱可塑性樹脂などを用いることができる。例えば、非膨張性の樹脂を用いる場合には、固着材シート５０ａの厚みを、スロット収容部３１がスロット２１内に収容されたときにスロット収容部３１とスロット周壁面２４との間に形成される隙間よりも少し厚くしておき、固定子巻線４０と固定子コア２０を組み付ける組付工程では、スロット収容部３１を所定のスロット２１内に圧入により収容させるようにする。そして、固着工程では、固着材シート５０ａを加熱して溶融または固化させることにより、スロット収容部３１をスロット周壁面２４に固着させるようにすればよい。

〔実施形態２〕
図１６を参照して、本発明の実施形態２を説明する。なお、本実施形態及びそれ以降の実施形態において、前述した実施形態１で説明した構成要素と同一又は同等の構成要素には同一符号を付して、その説明を省略又は簡略化する。

図１６は、実施形態２においてスロット内に設置された線材の固着状態を図１０と同様に模式的に示す説明図である。実施形態２は、スロット３１内に設置されている線材３０のスロット収容部３１を固定子コア２０のスロット周壁面２４に固着する固着材５３が、スロット収容部３１とスロット周壁面２１との二つの対向面間のうちの一方の対向面間にのみ配設されている点で、上記実施形態１と異なる。即ち、実施形態２の固着材５３は、断面がコの字形状となったスロット周壁面２４の一方側の壁面にのみ固着されていると共に、その一方側の壁面と対向する１２本のスロット収容部３１の対向面に固着されている。よって、１２本のスロット収容部３１は、スロット周壁面２４の一方側の壁面に対して片持ち状態で固着支持されている。この固着材５３は、実施形態１の固着材シート５０ａと同様に三層構造で形成されている。

また、実施形態２は、実施形態１で設けられていた、隣接するスロット収容部３１同士を固着する固着材５１に相当するものが設けられていない点でも、実施形態１と異なる。

以上のように構成された実施形態２の固定子によれば、固着材５３によって、スロット３１内に設置されている線材３０のスロット収容部３１が固定子コア２０のスロット周壁面２４に固着されているので、回転電機の作動時に発生する線材３０の振動を抑制して異音や磁気音の発生をより確実に低減することができる。また、実施形態２では、固着材５３が少量で済むため、低コスト化することができる。

また、実施形態２の場合にも、固着材５３と各スロット収容部３１との固着面は、固定子コア２０に対して径方向に一列配置されていると共に、固着材５３とスロット周壁面２４との固着面に対向している。これにより、固着材５３の固着面積を大きくすると共に、固着材シート５０ａの形状を、スロット周壁面２４の一方側の壁面の平面形状に沿うように簡略化することができる。

なお、実施形態２の場合、各スロット収容部３１およびスロット周壁面２４に対する固着材５３の固着面積が実施形態１の場合に比べて小さいので、実施形態１よりも良好な線材３０の振動抑制効果を得ることは期待できないが、固着材５３によりスロット収容部３１の一部でも固着して支持するようすれば、線材３０の十分な振動抑制効果を得ることが期待できる。

〔実施形態３〕
図１７は、実施形態３においてスロット内に設置された線材の固着状態を図１０と同様に模式的に示す説明図である。実施形態３は、一つのスロット３１に、合計２４本の線材３０のスロット収容部３１が１２本ずつ２列に並んだ状態に設置されている構造の固定子１０に対して固着材５４を配設した点で、上記実施形態１と異なる。なお、図１７では示していないが、２４本の線材３０は、実施形態１に比べて細いが、実施形態１と同様に、断面形状が矩形状の導体部３７と導体部３７の外周を覆う絶縁被膜３８とからなるものである。

実施形態３の固着材５４は、スロット周壁面２４に沿ったコの字形状に形成され、各スロット収容部３１とスロット周壁面２４との対向面間に配設されている。即ち、固着材５４は、外側面がスロット周壁面２４の全域に固着され、内側面がスロット周壁面２４と対向する各スロット収容部３１の対向面の全域に固着されている。

これにより、２４本のスロット収容部３１は、固着材５４を介してスロット周壁面２４に固着されて支持されている。スロット２１の最も径方向外方に設置された２本のスロット収容部３１は、固着材５４とその３面で固着されているが、それら以外の２２本のスロット収容部３１は、固着材５４とその１面のみで固着されている。よって、その残りの２２本のスロット収容部３１は、スロット周壁面２４に対して片持ち状態で固着支持されている。なお、固着材５４は、実施形態１の固着材シート５０ａと同様に三層構造で形成されている。

また、実施形態３は、固着材５４は、実施形態１で設けられていた、隣接するスロット収容部３１同士を固着する固着材５１に相当するものが設けられていない点でも、実施形態１と異なる。

以上のように構成された実施形態３の固定子によれば、固着材５４によって、スロット３１内に設置されている２列配置の２４本全てのスロット収容部３１が固定子コア２０のスロット周壁面２４に固着されているので、実施形態１と略同様に、回転電機の作動時に発生する線材３０の振動を抑制して異音や磁気音の発生をより確実に低減することができる。

なお、実施形態３の場合にも、固着材５４と各スロット収容部３１との固着面は、固定子コア２０に対して径方向に一列配置されていると共に、固着材５４とスロット周壁面２４との固着面に対向している。これにより、固着材５４の固着面積を大きくすると共に、固着材シート５０ａの形状を、スロット周壁面２４のコの字形状に沿うように簡略化することができる。

〔実施形態４〕
図１８は実施形態４においてスロット２１内に設置された線材の固着状態を図１０と同様に模式的に示す説明図である。実施形態４は、線材３０として、図８（Ｂ）に示す線材３０を用いることにより、スロット収容部３１をスロット周壁面２４に固着する固着材５６を、極力少なくなるようにした点で、実施形態１と異なる。実施形態４で用いる線材３０は、実施形態１〜３で用いられていた図８（Ａ）に示す線材３０とは異なり、図８（Ｂ）に示すように、内層３８ａおよび外層３８ｂからなる絶縁被膜３８の外周をエポキシ樹脂等からなる融着材３９で被覆したものである。

これにより、回転電機に発生する熱により、融着材３９は絶縁被膜３８よりも早く溶融するので、同じスロット２１に設置されている複数の線材３０同士が融着材３９同士により熱接着する。その結果、同じスロット３１に設置されている複数の線材３０が一体化し線材３０同士が鋼体化することで、スロット２１の線材３０の機械的強度が向上する。

そして、スロット収容部３１をスロット周壁面２４に固着する固着材５６は、スロット２１の最も径方向外方に設置されているスロット収容部３１とスロット周壁面２４との対向面間に配設され、それらの対向面の全域に固着されている。よって、固着材５６は、スロット２１内にある１２本のスロット収容部２１のうち、スロット２１の最も径方向外方に設置されているスロット収容部３１の１面にのみ固着して、そのスロット収容部３１をスロット周壁面２４に固着し支持している。しかし、スロット２１内にある１２本のスロット収容部２１は、それらの外周を被覆する融着材３９同士により熱接着して一体化しているので、結果的に、１２本のスロット収容部２１全部が固着材５６を介してスロット周壁面２４に固着されて支持されている状態になっている。なお、固着材５６は、実施形態１の固着材シート５０ａと同様に三層構造で形成されている。

以上のように構成された本実施形態の固定子によれば、線材３０のスロット収容部３１に、絶縁被膜３８の外周を覆う融着材３９を有することから、同じスロット２１に設置されているスロット収容部３１同士を融着材３９により容易に熱接着することができる。その結果、同じスロット２１に設置されている複数のスロット収容部３１が一体化し、スロット２１内の線材３０の機械的強度が向上するので、線材３０の振動発生を効果的に抑制することができる。

また、融着材３９によりスロット収容部３１が一体化することにより、スロット収容部３１をスロット周壁面２４に固着するために用いる固着材５６を、大幅に低減することが可能となるため、低コスト化を図ることができる。

１０…固定子 ２０…固定子コア ２１、２１ａ、２１ｂ…スロット ２４…スロット周壁面 ３０…線材 ３１…スロット収容部 ３２…ターン部 ３６…段部 ３７…導体部 ３８…絶縁被膜 ３８ａ…内層 ３８ｂ…外層 ３９…融着材 ４０…固定子巻線 ５０、５１、５３、５４、５６…固着材 ５０ａ…固着材シート ５５ａ…絶縁材層 ５５ｂ、５５ｃ…固着材層

Claims (11)

1. 周方向に複数のスロットを有する円環状の固定子コアと、該固定子コアに巻回された線材により形成されその一部が前記スロット内に複数本並んだ状態で設置されている固定子巻線と、を備える回転電機の固定子において、
   前記線材は、断面形状が矩形状の導体部と該導体部の外周を覆う絶縁被膜とから構成され、
   前記スロット内に設置されている少なくとも１本の前記線材と前記固定子コアとの対向面間に、当該線材を前記固定子コアに固着する固着材が配設されており、
   前記固着材は、絶縁材層と該絶縁材層の両面にそれぞれ積層された固着材層とからなる三層構造を有することを特徴とする回転電機の固定子。
2. 前記固着材と前記線材との固着面は、前記固定子コアの径方向において一列配置されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機の固定子。
3. 前記固着材は、前記線材の少なくとも２面に固着されていることを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機の固定子。
4. 前記固着材は、前記スロットの壁面に沿ったコの字形状を有し、当該壁面と前記線材とに当接するように配設されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転電機の固定子。
5. 前記スロット内の隣接する前記線材の対向面間に、隣接する前記線材同士を固着する固着材が配設されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転電機の固定子。
6. 隣接する前記線材の対向面間に配設されている前記固着材の厚みは、前記線材と前記固定子コアの対向面間に配設されている前記固着材の厚み以下であることを特徴とする請求項５に記載の回転電機の固定子。
7. 前記絶縁被膜は、内層と、該内層の外周を覆い該内層よりもガラス転移温度の低い外層とを有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の回転電機の固定子。
8. 前記線材は、前記絶縁被膜の外周を覆う融着材を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の回転電機の固定子。
9. 前記線材は、周方向の異なる前記スロットに設置されているスロット収容部と、前記スロットの外部で前記スロット収容部同士を接続しているターン部とを有し、前記スロットから突出する前記ターン部の突出箇所に、前記固定子コアの端面に沿った段部が形成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の回転電機の固定子。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の回転電機の固定子の製造方法であって、
    複数の線材により、固定子コアの同一スロットに収容されるべき複数の前記線材のスロット収容部が径方向に並ぶようにして円筒状の固定子巻線を作製する固定子巻線作製工程と、
    複数の前記スロット収容部が前記スロット内に収容されたときに前記スロット収容部とスロット周壁面との間に形成される隙間よりも薄い熱膨張性を有する固着材シートを、前記スロット周壁面に沿って、または径方向に並んだ複数の前記スロット収容部の外周面に沿って配置する固着材シート配置工程と、
    前記スロット収容部が所定の前記スロット内に収容されるようにして前記固定子巻線と前記固定子コアを組み付ける組付工程と、
    前記固着材シートを加熱して膨張させることにより前記スロット収容部と前記スロット周壁面との間に形成された隙間を消滅させて、前記固着材シートを介して前記スロット収容部を前記スロット周壁面に固着させる固着工程と、
    を有することを特徴とする回転電機の固定子の製造方法。
11. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の回転電機の固定子の製造方法であって、
    複数の線材により、固定子コアの同一スロットに収容されるべき複数の前記線材のスロット収容部が径方向に並ぶようにして円筒状の固定子巻線を作製する固定子巻線作製工程と、
    複数の前記スロット収容部が前記スロット内に収容されたときに前記スロット収容部とスロット周壁面との間に形成される隙間よりも少し厚い固着材シートを、前記スロット周壁面に沿って、または径方向に並んだ複数の前記スロット収容部の外周面に沿って配置する固着材シート配置工程と、
    前記スロット収容部を所定の前記スロット内に圧入により収容させて前記固定子巻線と前記固定子コアを組み付ける組付工程と、
    前記固着材シートを加熱して溶融または固化させることにより、前記固着材シートを介して前記スロット収容部を前記スロット周壁面に固着させる固着工程と、
    を有することを特徴とする回転電機の固定子の製造方法。

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