JP6421153B2 - 回転電機の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、回転子と、当該回転子に対して対向配置される固定子と、を有する回転電機の製造方法に関する。

従来、回転電機の固定子においては、周方向に沿ってスロットと歯とが交互に連続して形成された電磁鋼板製のコアと、歯に巻回されたコイルとの間を電気的に絶縁するために、スロット内に配置した絶縁紙等の絶縁シートを介して歯にコイルを巻回している。この絶縁シートが、コイルの巻線作業時等においてスロットから抜け落ちることがある。

そこで、特許文献１では、絶縁シートに折曲部を設け、折曲部をコアに当接させることで、絶縁シートがスロットから抜け落ちるのを防止している。

また、特許文献２では、絶縁シートの表面に分散固着された接着剤で、絶縁シートをステータコアとコイルの双方に接着している。

特開２０１０−２８８４０５号公報 特開２０１３−６２９１１号公報

ところで、回転電機の固定子においては、コアの径方向におけるスロットの開口部（スリット）からコイルをスロット内に挿入して歯に巻回した後に、コアの軸方向からスリット用絶縁シートをスリットに挿入してコイルとコアとを絶縁している。このスリット用絶縁シートは、コイルを歯に巻回した後でしかスリットに配置できないため、上記の絶縁シートとは別体である。

スリット用絶縁シートは、コアの径方向における幅が絶縁シートに比べて狭いため、絶縁シートのように、折曲部を設けてコアに引っ掛けることができない。また、スリット用絶縁シートは、コアとの接触部分が少ないため、コアに接着することができない。また、スリット用絶縁シートの表面に予め接着剤を塗布した場合、スリットへの挿入時にコイルとの摩擦が大きくなり、うまく挿入することができなくなる。よって、従来の方法ではスリット用絶縁シートの抜け落ちを防止することができないという問題があった。

本発明の目的は、スリット用絶縁シートの抜け落ちを防止することが可能な回転電機の製造方法を提供することである。

本発明は、回転子と、当該回転子に対して対向配置される固定子と、を有する回転電機の製造方法であって、前記固定子の筒状のコアにその周方向に沿って歯と交互に連続して形成されたスロット内において、前記歯の表面に沿って絶縁シートを配置する配置工程と、前記スロット内に配置された前記絶縁シートを介して前記歯にコイルを巻回する巻回工程と、前記歯に前記コイルを巻回した後に、前記コアの径方向における前記スロットの開口部にスリット用絶縁シートを前記コアの軸方向から挿入して、前記周方向における前記スリット用絶縁シートの両端部を前記絶縁シートに重ねるとともに、前記周方向における前記スリット用絶縁シートの中央部を前記コイルに当接させる挿入工程と、前記スリット用絶縁シートと前記コイルとの間、または、前記スリット用絶縁シートに当接する前記コイル上に接着剤を滴下する滴下工程と、滴下した前記接着剤を、前記スリット用絶縁シートと前記コイルとの間に浸透させる浸透工程と、前記スリット用絶縁シートと前記コイルとの間に前記接着剤を浸透させた後に、前記コイル間に樹脂を含浸させる含浸工程と、を有することを特徴とする。

本発明によると、スリット用絶縁シートとコイルとの間、または、スリット用絶縁シートに当接するコイル上に滴下した接着剤で、スリット用絶縁シートとコイルとを接着する。スリット用絶縁シートは、コアの径方向における幅が絶縁シートに比べて狭いため、絶縁シートのように、折曲部を設けてコアに引っ掛けることができない。また、スリット用絶縁シートは、コアとの接触部分が少ないため、コアに接着することができない。また、スリット用絶縁シートは、コアの軸方向からスロットの開口部（スリット）に挿入されるものであるが、スリット用絶縁シートの表面に予め接着剤を塗布した場合、スリットへの挿入時にコイルとの摩擦が大きくなり、うまく挿入することができなくなる。そこで、スリット用絶縁シートをスリットに挿入した後に、スリット用絶縁シートとコイルとの間、または、スリット用絶縁シートに当接するコイル上に接着剤を滴下する。接着剤は、スリット用絶縁シートとコイルとの間に浸透し、固化する。これにより、スリット用絶縁シートがコアの軸方向に移動しないようにすることができる。よって、スリット用絶縁シートの抜け落ちを防止することができる。

回転電機の断面図である。 図１の要部Ａの拡大図である。 絶縁シートの斜視図である。 回転電機の製造方法を示すフローチャートである。 樹脂モールド工程を示す断面図である。 樹脂モールド工程を示す断面図である。 組立工程を示す断面図である。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、本発明の回転電機は、車載用の電動機、航空機に搭載される発電機など、様々な機械の電動機、発電機、電動機兼発電機として利用することができる。

（回転電機の構成）
本発明の実施形態による回転電機１は、断面図である図１に示すように、筒状の回転子（ロータ）２と、当該回転子２の周りに対向配置された固定子（ステータ）３と、を有している。なお、回転電機１は、筒状の固定子の周りに回転子が対向配置された構成であってもよい。

回転子２は、その軸心が固定子３の軸心に一致するように（同軸になるように）固定子３内に配置される。回転子２と固定子３とは、図示しないケーシング内に収納されている。

回転子２は、永久磁石１２が表面に貼り付けられたロータコア１１を有している。なお、ロータコア１１は、その内部に永久磁石が埋め込まれたものであってもよい。ロータコア１１は、例えば、リング板状の電磁鋼板が軸心方向に積層されることによって形成されている。ロータコア１１の中心には、シャフト（図示せず）が挿通される。シャフトは、回転子２の回転を外部に取り出す出力軸、あるいは、回転子２に外部から回転を入力する入力軸である。なお、回転子２は、永久磁石１２を用いた構成に限定されない。

（固定子の構成）
固定子３は、筒状のステータコア２１を有している。ステータコア２１は、例えば、複数の電磁鋼板（ケイ素鋼板など）が軸心方向に積層されることによって形成されている。ステータコア２１の内周面には、その周方向に沿ってスロット２１ａと歯２１ｂとが交互に連続して形成されている。図１の要部Ａの拡大図である図２に示すように、ステータコア２１の径方向の内周側において、歯２１ｂ同士の間に形成されたスロット２１ａよりも狭い隙間は、スロット２１ａの開口部となっている。以下、この開口部をスリット２１ｃという。

また、固定子３は、スロット２１ａ内において、歯２１ｂの表面に沿って配置された絶縁シート２２を有している。この絶縁シート２２は、ステータコア２１の軸方向（紙面直交方向）の端部において、折曲部（図示せず）を有している。絶縁シート２２の斜視図である図３に示すように、折曲部２２ａは、絶縁シート２２の一部を折り返して形成されている。この折曲部２２ａをステータコア２１に当接させることにより、絶縁シート２２がスロット２１ａから抜け落ちるのが防止される。

絶縁シート２２の材質としては、ノーメックス（耐熱ポリアミド紙）及びポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）が望ましい。なお、これらの材質とポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ樹脂）とを貼り合わせた構造にすることにより、機械的剛性を向上させた絶縁シートであってもよい。

図２に戻って、固定子３は、歯２１ｂに巻回されたコイル２３を有している。コイル２３は、例えば直径が１．０ｍｍの銅丸線である。コイル２３は、絶縁シート２２を介して歯２１ｂに巻回されている。これにより、ステータコア２１とコイル２３とが電気的に絶縁されている。コイル２３は、スリット２１ｃを通ってスロット２１ａ内に挿入される。

また、固定子３は、スリット２１ｃに配置されたスリット用絶縁シート２４を有している。スリット用絶縁シート２４は、歯２１ｂにコイル２３が巻回された後に、ステータコア２１の軸方向（紙面直交方向）からスリット２１ｃに挿入される。ステータコア２１の軸方向におけるスリット用絶縁シート２４の長さは、ステータコア２１の軸方向の長さよりも長い。スリット用絶縁シート２４の材質は、絶縁シート２２と同様である。

スリット２１ｃに配置されたスリット用絶縁シート２４は、ステータコア２１の周方向において、その両端部が絶縁シート２２に重なるとともに、その中央部が複数のコイル２３に当接する。スリット用絶縁シート２４の一部を絶縁シート２２に重ね合わせることで、ステータコア２１とコイル２３とを確実に絶縁することができる。

ここで、スリット用絶縁シート２４は、ステータコア２１の径方向における幅が絶縁シート２２に比べて狭いため、絶縁シート２２のように、折曲部２２ａを設けてステータコア２１に引っ掛けることができない。また、スリット用絶縁シート２４は、ステータコア２１との接触部分が少ないため、ステータコア２１に接着することができない。また、スリット用絶縁シート２４は、ステータコア２１の軸方向からスリット２１ｃに挿入されるものであるが、スリット用絶縁シート２４の表面に予め接着剤を塗布した場合、スリット２１ｃへの挿入時にコイル２３との摩擦が大きくなり、うまく挿入することができなくなる。

そこで、本実施形態においては、スリット用絶縁シート２４とコイル２３とを接着剤で接着している。接着剤としては、酢酸ビニル樹脂系エマルジョン形接着剤（木工用ボンド）を好適に使用することができる。

接着剤は、スリット用絶縁シート２４とコイル２３との間、または、スリット用絶縁シート２４に当接するコイル２３上に滴下され、スリット用絶縁シート２４とコイル２３との間に浸透する。このとき、ステータコア２１の周方向におけるスリット用絶縁シート２４の中央部を、複数のコイル２３に当接させることで、コイル２３同士の隙間から接着剤をスリット用絶縁シート２４とコイル２３との間に好適に浸透させることができる。そのため、接着剤を滴下するスペースを別途設ける必要がない。

スリット用絶縁シート２４とコイル２３との間に浸透した接着剤は、やがて固化する。これにより、スリット用絶縁シート２４がステータコア２１の軸方向に移動しないようにすることができる。よって、スリット用絶縁シート２４の抜け落ちを防止することができる。

ここで、接着剤の流動性が高すぎると、接着剤が硬化する前に接着剤がスリット２１ｃから流れ落ちてしまう。一方、接着剤の流動性が低すぎると、接着剤がスリット用絶縁シート２４とコイル２３との間に浸透しない。上記の酢酸ビニル樹脂系エマルジョン形接着剤であれば、スリット２１ｃから流れ落ちることなく、スリット用絶縁シート２４とコイル２３との間に浸透する。

また、接着剤は、絶縁シート２２とスリット用絶縁シート２４とが重なり合う部分に浸透し、固化する。これにより、絶縁シート２２とスリット用絶縁シート２４との隙間からコイル２３がはみ出るのが防止される。

なお、周囲温度が低く、接着剤がうまく浸透しない場合には、炉等を用いて固定子３の温度を２０〜４０℃程度に温めることで、接着剤を好適に浸透させることができる。

（回転電機の製造方法）
上記の構成の回転電機１は、本実施形態の製造方法により製造される。以下、図４のフローチャートを参照しながら回転電機の製造方法について説明する。

まず、ステータコア２１に形成されたスロット２１ａ内において、歯２１ｂの表面に沿って絶縁シート２２を配置する（ステップＳ１０１）。具体的には、図２に示すように、折曲部２２ａを有する絶縁シート２２を、ステータコア２１の軸方向からスロット２１ａ内に挿入し、折曲部２２ａをステータコア２１の側面に当接させる。

次に、スロット２１ａ内に配置された絶縁シート２２を介して歯２１ｂにコイル２３を巻回する（ステップＳ１０２）。具体的には、図２に示すように、環状のコイル２３をスリット２１ｃからスロット２１ａ内に挿入して、歯２１ｂとの間に絶縁シート２２を介在させながら、コイル２３をスロット２１ａ内に詰める。

次に、スリット用絶縁シート２４をスリット２１ｃに挿入する（ステップＳ１０３）。具体的には、図２に示すように、ステータコア２１の軸方向からスリット用絶縁シート２４をスリット２１ｃに挿入し、ステータコア２１の周方向におけるスリット用絶縁シート２４の両端部を絶縁シート２２に重ねるとともに、ステータコア２１の周方向におけるスリット用絶縁シート２４の中央部を複数のコイル２３に当接させる。

次に、スリット用絶縁シート２４とコイル２３との間、または、スリット用絶縁シート２４に当接するコイル２３上に接着剤を滴下する（ステップＳ１０４）。そして、滴下した接着剤を、スリット用絶縁シート２４とコイル２３との間に浸透させる（ステップＳ１０５）。ステータコア２１の周方向におけるスリット用絶縁シート２４の中央部を、複数のコイル２３に当接させることで、コイル２３同士の隙間から接着剤をスリット用絶縁シート２４とコイル２３との間に好適に浸透させることができる。

スリット用絶縁シート２４とコイル２３との間に浸透した接着剤は、やがて固化する。これにより、スリット用絶縁シート２４がステータコア２１の軸方向に移動しないようにすることができる。よって、スリット用絶縁シート２４の抜け落ちを防止することができる。

次に、コイル２３間に樹脂を含浸させる（ステップＳ１０６）。この工程は、いわゆる樹脂モールド工程であって、以下のようにして行われる。なお、以下では、一例として、回転電機１のハウジングを下金型として利用し、後述する第１カバーが樹脂によりハウジングと一体になる樹脂モールド工程について説明するが、樹脂モールド工程はこれに限定されない。

まず、断面図である図５に示すように、固定子３をハウジング４内に挿入するとともに、ハウジング４の開口部４ａに第１カバー５を装着する。第１カバー５には、樹脂注入口５ａが設けられている。

次に、モールド型３１をハウジング４内の中心部に挿入する。モールド型３１は、固定子３の内径とほぼ同じ直径寸法を有する円柱部３１ａと、円柱部３１ａの上端に設けられ、第１カバー５の上面に重なる直径寸法を有する鍔部３１ｂと、を有している。ここでは、円柱部３１ａが固定子３の内側の空間に嵌まり込むように、モールド型３１を挿入する。

ここで、モールド型３１の鍔部３１ｂには、第１カバー５の樹脂注入口５ａに対応する位置に樹脂注入口３１ｃが設けられている。第１カバー５の樹脂注入口５ａとモールド型３１の樹脂注入口３１ｃとが連通するように、モールド型３１を挿入する。これにより、ハウジング４、固定子３、第１カバー５、モールド型３１によってキャビティＣが形成される。

次に、断面図である図６に示すように、溶融した合成樹脂材料を樹脂注入口３１ｃから樹脂注入口５ａを介してキャビティＣ内に加圧しながら注入し、キャビティＣに合成樹脂材料を充填させる。その後、合成樹脂材料を加熱して硬化させる。これにより、固定子３がモールド樹脂層３２で覆われた状態でハウジング４内に封止固定されるとともに、第１カバー５もモールド樹脂層３２と一体となる。

ここで、コイル２３間に樹脂を含浸させるとき、樹脂がコイル２３間に入り込む際の圧力や、コイル２３間を樹脂が通過する際の摩擦力によって、スリット用絶縁シート２４がステータコア２１の軸方向に移動する恐れがある。しかし、接着剤によって、スリット用絶縁シート２４がステータコア２１の軸方向に移動しないようにされているので、スリット用絶縁シート２４の抜け落ちを防止し、ステータコア２１とコイル２３との絶縁状態を維持することができる。

図４に戻って、次に、回転電機１を組み立てる（ステップＳ１０７）。なお、以下では、一例として、上述の樹脂モールド工程の後に行われる組立工程について説明するが、組立工程はこれに限定されない。

断面図である図７に示すように、モールド型３１（図６参照）を抜き取る。その抜き取り跡に、予め組み立てておいた、シャフト１３、回転子２、第２カバー６、上下の軸受７，８を挿入し、固定する。

（効果）
以上に述べたように、本実施形態に係る回転電機１およびその製造方法によると、スリット用絶縁シート２４とコイル２３との間、または、スリット用絶縁シート２４に当接するコイル２３上に滴下した接着剤で、スリット用絶縁シート２４とコイル２３とを接着する。スリット用絶縁シート２４は、ステータコア２１の径方向における幅が絶縁シート２２に比べて狭いため、絶縁シート２２のように、折曲部２２ａを設けてステータコア２１に引っ掛けることができない。また、スリット用絶縁シート２４は、ステータコア２１との接触部分が少ないため、ステータコア２１に接着することができない。また、スリット用絶縁シート２４は、ステータコア２１の軸方向からスリット２１ｃに挿入されるものであるが、スリット用絶縁シート２４の表面に予め接着剤を塗布した場合、スリット２１ｃへの挿入時にコイル２３との摩擦が大きくなり、うまく挿入することができなくなる。そこで、スリット用絶縁シート２４をスリット２１ｃに挿入した後に、スリット用絶縁シート２４とコイル２３との間、または、スリット用絶縁シート２４に当接するコイル２３上に接着剤を滴下する。接着剤は、スリット用絶縁シート２４とコイル２３との間に浸透し、固化する。これにより、スリット用絶縁シート２４がステータコア２１の軸方向に移動しないようにすることができる。よって、スリット用絶縁シート２４の抜け落ちを防止することができる。

また、本実施形態に係る回転電機１においては、ステータコア２１の周方向におけるスリット用絶縁シート２４の中央部を、複数のコイル２３に当接させる。これにより、コイル２３同士の隙間から接着剤をスリット用絶縁シート２４とコイル２３との間に好適に浸透させることができる。

また、本実施形態に係る回転電機１の製造方法においては、スリット用絶縁シート２４とコイル２３との間に接着剤を浸透させた後に、コイル２３間に樹脂を含浸させる。このとき、樹脂がコイル２３間に入り込む際の圧力や、コイル２３間を樹脂が通過する際の摩擦力によって、スリット用絶縁シート２４がステータコア２１の軸方向に移動する恐れがある。しかし、接着剤によって、スリット用絶縁シート２４がステータコア２１の軸方向に移動しないようにされているので、スリット用絶縁シート２４の抜け落ちを防止し、ステータコア２１とコイル２３との絶縁状態を維持することができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、具体的構成などは、適宜設計変更可能である。また、発明の実施の形態に記載された、作用及び効果は、本発明から生じる最も好適な作用及び効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用及び効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。

１ 回転電機
２ 回転子
３ 固定子
４ ハウジング
５ 第１カバー
６ 第２カバー
７，８ 軸受
１１ ロータコア
１２ 永久磁石
１３ シャフト
２１ ステータコア（コア）
２１ａ スロット
２１ｂ 歯
２１ｃ スリット
２２ 絶縁シート
２２ａ 折曲部
２３ コイル
２４ スリット用絶縁シート
３１ モールド型
３２ モールド樹脂層

Claims (1)

1. 回転子と、当該回転子に対して対向配置される固定子と、を有する回転電機の製造方法であって、
   前記固定子の筒状のコアにその周方向に沿って歯と交互に連続して形成されたスロット内において、前記歯の表面に沿って絶縁シートを配置する配置工程と、
   前記スロット内に配置された前記絶縁シートを介して前記歯にコイルを巻回する巻回工程と、
   前記歯に前記コイルを巻回した後に、前記コアの径方向における前記スロットの開口部にスリット用絶縁シートを前記コアの軸方向から挿入して、前記周方向における前記スリット用絶縁シートの両端部を前記絶縁シートに重ねるとともに、前記周方向における前記スリット用絶縁シートの中央部を前記コイルに当接させる挿入工程と、
   前記スリット用絶縁シートと前記コイルとの間、または、前記スリット用絶縁シートに当接する前記コイル上に接着剤を滴下する滴下工程と、
   滴下した前記接着剤を、前記スリット用絶縁シートと前記コイルとの間に浸透させる浸透工程と、
   前記スリット用絶縁シートと前記コイルとの間に前記接着剤を浸透させた後に、前記コイル間に樹脂を含浸させる含浸工程と、
   を有することを特徴とする回転電機の製造方法。