(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子鉄心のスロットに挿通された多数のセグメント導体と、各前記セグメント導体の端部を前記スロットの外で一対ずつ接合して形成された多数の接合端部と、各前記接合端部を被覆する絶縁樹脂膜とを有する回転電機の固定子巻線において、
前記絶縁樹脂膜は周方向において前記接合端部の配設ピッチに一致するピッチで軸方向に凹凸している形状を有することを特徴とする回転電機の固定子巻線。
【請求項２】
請求項１記載の回転電機の固定子巻線において、
前記絶縁樹脂膜は、前記各接合端部を個別に被覆する独立絶縁樹脂膜で構成され、隣接する前記独立絶縁樹脂膜間に前記独立絶縁樹脂膜の全周にわたって他の前記独立絶縁樹脂膜に対して隙間を挟んで隣接していることを特徴とする回転電機の固定子巻線。
【請求項３】
請求項１又は２記載の回転電機の固定子巻線の製造方法において、
加熱された前記セグメント導体の前記接合端部に粉体状樹脂を付着させて前記絶縁樹脂膜を形成することを特徴とする回転電機の固定子巻線の製造方法。
【請求項４】
請求項１又は２記載の回転電機の固定子巻線の製造方法において、
前記セグメント導体の前記接合端部に液状樹脂を付着させて前記絶縁樹脂膜を形成することを特徴とする回転電機の固定子巻の製造方法。
【請求項５】
請求項３又は４記載の回転電機の固定子巻線の製造方法において、
前記粉体状の又は液体状の絶縁樹脂を、圧縮空気により配管先端から前記セグメント導体の前記接合端部に飛送することを特徴とする回転電機の固定子巻線の製造方法。
【請求項６】
請求項３又は４記載の回転電機の固定子巻線の製造方法において、
前記粉体状の又は液体状の絶縁樹脂を、ノズルから前記セグメント導体の前記接合端部に自重落下させることを特徴とする回転電機の固定子巻線の製造方法。
【請求項７】
請求項３記載の回転電機の固定子巻線の製造方法において、
前記粉体状の絶縁樹脂が充填された容器中に圧縮空気を吹き込んで前記粉体状の絶縁樹脂を流動させ、加熱された前記セグメント導体の前記接合端部を前記粉体状の絶縁樹脂中に降下させて、前記付着を行うことを特徴とする回転電機の固定子巻線の製造方法。
【請求項８】
請求項７記載の回転電機の固定子巻線の製造方法において、
導電性の前記容器と前記セグメント導体との間に直流静電界を形成することを特徴とする回転電機の固定子巻線の製造方法。
【請求項９】
請求項７又は８記載の回転電機の固定子巻線の製造方法において、
前記圧縮空気は前記容器底部に略水平に延設された多孔板から上方の前記粉体状の絶縁樹脂内に吹き込まれることを特徴とする回転電機の固定子巻線の製造方法。
【請求項１０】
請求項９記載の回転電機の固定子巻線の製造方法において、
前記容器を水平方向に振動させることを特徴とする回転電機の固定子巻線の製造方法。
【請求項１１】
請求項４記載の回転電機の固定子巻線の製造方法において、
前記接合端部が最下方となる姿勢で容器内の前記液状の絶縁樹脂の直上に配置された前記固定子を前記容器に対して相対的に下降させ、前記接合端部に前記液状の絶縁樹脂を付着させることを特徴とする回転電機の固定子巻線の製造方法。
【請求項１２】
請求項３ないし１１のいずれか記載の回転電機の固定子巻線の製造方法において、
前記セグメント導体の先端部を少なくとも除く前記固定子の残部をマスキング治具で囲覆した後、前記付着を行うことを特徴とする回転電機の固定子巻線の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導体セグメント接合型の回転電機及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＷＯ９８／５４８２３号公報は、断面角形の多数の導体セグメントをスロットに挿通してから、各導体セグメントの端部を一対づつ接合して固定子巻線を形成する回転電機（以下、導体セグメント接合型の回転電機ともいう）を提案している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の導体セグメント接合型の回転電機では、固定子巻線のコイルエンドの軸方向先端部分において、導体セグメント対の先端部を接合して接合端部を形成する必要があるので、コイルエンドの軸方向先端部分の樹脂皮膜が剥離された状態となっており、固定子巻線の電気絶縁性を悪化させるという欠点を有していた。
【０００４】
この問題を改善するため、本発明者らは、固定子巻線のコイルエンドに絶縁樹脂を充填してその電気絶縁性を向上することを考えた。しかしながら、このコイルエンド再絶縁処理は、次の問題を派生させることが判明した。
【０００５】
まず、回転電機特に車両用交流発電機では、固定子巻線の温度が繰り返し変化するため、セグメント導体と上記充填絶縁樹脂との間の熱膨張率の差によりクラックが生じてしまい、それが次第に成長してコイルエンドの電気絶縁性を低下させてしまう。
【０００６】
また、セグメント導体間に絶縁樹脂が充填されるため、この固定子巻線のコイルエンドの通風冷却性が悪化し、コイルエンドの温度上昇及び上記熱ストレスが一層深刻化する。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、固定子巻線の冷却性及び電気絶縁性に優れた導体セグメント接合型の回転電機及びその製造方法を提供することを、その解決すべき課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の導体セグメント接合型の回転電機機の固定子巻線によれば、セグメント導体の端部を一対ずつ接合してなる多数の接合端部が絶縁樹脂膜により被覆される。
【０００９】
本構成では特に、絶縁樹脂膜は周方向における接合端部の配設ピッチに合わせて接合端部の輪郭に沿って軸方向へ凹凸する。すなわち、周方向における接合端部存在部位では接合端部を被覆するべく軸方向に突出し、周方向における接合端部が存在しない部位では接合端部の被覆が不要であるので軸方向に凹んでいる。
【００１０】
このようにすれば、各接合端部の少なくとも周方向の側面は薄くなっており、それらの間に隙間が形成されているので、上記熱ストレスの緩和及び通風性の向上を実現して、固定子巻線の冷却性及び電気絶縁性に優れた導体セグメント接合型の回転電機及びその製造方法を実現することができる。
【００１１】
なお、本構成において、絶縁樹脂膜のうち、周方向に隣接する一対の接合端部被覆絶縁樹脂膜間は分離して後述の独立絶縁樹脂膜となっていてもよく、あるいは軸方向内奥部分で連続していてもよい。ただし、前者の方が上記課題解決上格段に有利な点は明らかである。また、一つの接合端部を被覆する絶縁樹脂膜は径方向に隣接する他の接合端部を被覆する絶縁樹脂膜と連続していてもよい。
【００１２】
請求項２記載の構成によれば請求項１記載の回転電機の固定子巻線において更に、絶縁樹脂膜は、各接合端部を個別に被覆する独立絶縁樹脂膜で構成され、各独立絶縁樹脂膜は側面全周にわたって他の独立絶縁樹脂膜から隙間を介して隔設されているので、請求項１記載の作用効果を一層増進することができる。
【００１３】
請求項３記載の構成によれば請求項１又は２記載の回転電機の固定子巻線の製造方法において更に、加熱されたセグメント導体の接合端部に粉体状樹脂を付着させて絶縁樹脂膜を形成するので、容易な工程で各接合端部を薄い絶縁樹脂膜で確実に被覆することができる。
【００１４】
請求項４記載の構成によれば請求項１又は２記載の回転電機の固定子巻線の製造方法において更に、加熱されたセグメント導体の接合端部に液状の絶縁樹脂を付着させて絶縁樹脂膜を形成するので、容易な工程で各接合端部を薄い絶縁樹脂膜で個別かつ確実に被覆することができる。
【００１５】
請求項５記載の構成によれば請求項３又は４記載の回転電機の固定子巻線の製造方法において更に、粉体状の又は液体状の絶縁樹脂を、圧縮空気により配管先端からセグメント導体の接合端部に飛送するので、容易な工程で各接合端部を薄い絶縁樹脂膜で個別かつ確実に被覆することができる。
【００１６】
請求項６記載の構成によれば請求項３又は４記載の回転電機の固定子巻線の製造方法において更に、粉体状の又は液体状の絶縁樹脂を、ノズルからセグメント導体の接合端部に自重落下させるので、容易な工程で各接合端部を薄い絶縁樹脂膜で個別かつ確実に被覆することができる。
【００１７】
請求項７記載の構成によれば請求項３記載の回転電機の固定子巻線の製造方法において更に、粉体状の絶縁樹脂が充填された容器中に圧縮空気を吹き込んで粉体状の絶縁樹脂を流動させ、加熱されたセグメント導体の接合端部を粉体状の絶縁樹脂中に降下させて付着を行うので、容易な工程で各接合端部を薄い絶縁樹脂膜で個別かつ確実に被覆することができる。
【００１８】
請求項８記載の請求項７記載の回転電機の固定子巻線の製造方法において更に、導電性の容器とセグメント導体との間に直流静電界を形成するので、帯電した粉体状の絶縁樹脂をセグメント導体に良好に付着させることができる。
【００１９】
請求項９記載の構成によれば請求項７又は８記載の回転電機の固定子巻線の製造方法において更に、圧縮空気は容器底部に略水平に延設された多孔板から上方の粉体状の絶縁樹脂内に吹き込まれるので、粉体状の絶縁樹脂全体の流動性を向上して粉体上面の境界面（表面）が安定する。このため、セグメント導体の所定位置まで確実に粉体を付着させることができる。
【００２０】
請求項１０記載の構成によれば請求項９記載の回転電機の固定子巻線の製造方法において更に、容器を水平方向に振動させるので、粉体状の絶縁樹脂全体の流動性を向上して粉体状の絶縁樹脂の接合端部への付着性を向上することができる。
【００２１】
請求項１１記載の構成によれば請求項４記載の回転電機の固定子巻線の製造方法において更に、接合端部が最下方となる姿勢で容器内の液状の絶縁樹脂の直上に配置された固定子を容器に対して相対的に下降させ、接合端部に液状の絶縁樹脂を付着させるので、容易な工程で各接合端部を薄い絶縁樹脂膜で個別かつ確実に被覆することができる。
【００２２】
請求項１２記載の構成によれば請求項３ないし１１のいずれか記載の回転電機の固定子巻線の製造方法において更に、少なくともセグメント導体の先端部を除いた固定子の残部をマスキング治具で囲覆した後、付着を行うので、絶縁樹脂膜の無駄な付着を抑止することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な態様を実施例により説明する。
【００２４】
【実施例】
（車両用交流発電機及びそのコイルエンドの構成）
図１は、本発明を適用した車両用交流発電機の軸方向断面図、図２は図１の固定子巻線の一部を示す部分斜視図、図３は図２の領域Ｐを拡大して径外方向にみた展開図、図４は図３のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【００２５】
この実施例の車両用交流発電機は、図１に示すように、固定子１、回転子３３、フレーム３４、整流器３５等を含んで構成されている。
【００２６】
固定子１は、円環状の固定子鉄心２と、複数のシート状の電気絶縁部材３と、多数のＵ字状のセグメント導体４とから構成されている。セグメント導体４の表面は後述の先端部４ａを除いて電気絶縁用の皮膜２９により被覆されている。
【００２７】
各Ｕ字状のセグメント導体４の一対の脚部は固定子鉄心２の異なるスロットにフロント側から挿通され、それらの先端部４ａはリヤ側に突出されている。その後、各セグメント導体４の互いに隣接する一対の先端部４ａ同士を接合することにより、各セグメント導体４を順次接続して固定子巻線が形成されている。したがって、上記接合はこの固定子巻線のリヤ側のコイルエンドの先端にて行われる。
【００２８】
接合された一対の先端部４ａからなる端部を本明細書では接合端部５と称する、接合端部５の表面は、絶縁樹脂膜６で被覆されている。この絶縁樹脂膜６の付着は、たとえば固定子１を２２０℃の温度に保持した状態で、硬化前の粘度が０．８Ｐａ・Ｓ、ゲル化時間７５秒／１５０℃の樹脂材料を上記接合端部５の表面に付着させ、硬化させて行われる。
【００２９】
絶縁樹脂膜６は、周方向及び径方向に隣接する各接合端部５間に空隙が確保できるように接合端部５を略所定厚さで被覆する膜状に形成され、これにより各接合端部５を覆う絶縁樹脂膜６は互いに独立する独立絶縁樹脂膜となっている。なお、この実施例では、すべての接合端部５ごとに絶縁樹脂膜６が独立するように樹脂を調製しているが、図２に示すようにところどころまたはすべてにおいて隣接する接合端部５間がそれらの基端側で接続されていてもかまわない。本実施例によれば、セグメント導体４間に絶縁樹脂を充填する場合に比較して良好な電気絶縁性及び冷却性を確保することができる。すなわち、セグメント導体４間に絶縁樹脂を充填する場合には、セグメント導体４の温度変化の繰り返しにより、セグメント導体４やそれらの間の充填樹脂が膨張、収縮を繰り返し、この結果、この充填樹脂にクラックが生じ、電気絶縁性が低下する。また、先端部４ａが通風冷却により冷却されにくく過熱しやすい。これに対し、本実施例では、各接合端部５は絶縁樹脂膜６により個別に被覆され、各接合端部５間には空隙が確保されているために、上記問題が生じにくく、電気絶縁性の経年劣化を抑止でき、更に接合端部５の通風冷却性の確保によりその温度上昇を抑止して絶縁樹脂膜６などの劣化を妨げることができる。
【００３０】
以下に比較試験結果を示す。
【００３１】
車両用交流発電機において、接合端部５に隙間を設けた場合と隙間を設けなかった場合の、発電機動作時（３０００ｒｐｍ）のステータコイル温度（熱電対計測）と樹脂割れ（冷熱サイクル２００℃で１Ｈ  −４０℃  で１Ｈのサイクルを１０００サイクル実施後の漏れ電流で計測）とについて実験した。周方向に隣接する一対の接合端部５間の隙間（周方向隙間）は約２５ｍｍ、径方向に隣接する一対の接合端部５間の隙間（方向隙間）は約０．５ｍｍとした。
【００３２】
接合端部５間に隙間ありの場合には、ステータコイル温度は１８１℃、漏れ電流は１ｍＡ未満であった。これに対し、接合端部５間に隙間なし（樹脂充填）の場合には、ステータコイル温度は２０２℃、漏れ電流は約１Ａ未満であった。
（変形態様）
上記実施例では、各接合端部５を個別に被覆する各絶縁樹脂膜６はそれぞれ独立絶縁樹脂膜として互いに完全分離されているが、その他、セグメント導体４の先端部４ａの根元部で連続していても、上記作用効果を部分的に奏することができる。
（製造工程例１）
エポキシ粉体樹脂８を吹き付けにより先端部４ａに付着させる工程を図５を参照して説明する。
【００３３】
固定子１を所定の温度まで昇温させておく。エポキシ粉体樹脂８は容器１９に充填されている。圧縮空気をノズル状の先端部２６に接続された配管９へ通すことで、エポキシ粉体樹脂８は配管９内を移送され、配管９の先端部２６よりセグメント導体４の先端部４ａ表面に向けて固定子１の略径外方向へ吐出され、セグメント導体４の先端部４ａは絶縁樹脂膜６で覆われる。絶縁樹脂膜６は、上述したように互いに隣接する接合端部５間に空隙が生じるように膜状に形成されて各接合端部５を個別に被覆する。全てのセグメント導体４の先端部４ａにエポキシ粉体樹脂８が付着する様に固定子１を配管９の先端部２６に対して相対回転させながらエポキシ粉体樹脂８を吐出する。
【００３４】
図５では、サーボモータ２５により固定子１を旋回させながら配管９よりエポキシ粉体樹脂８を吐出し、固定子１が１周した時点で吐出を中止する。これにより、円周上の各セグメント導体４の先端部４ａに一定量のエポキシ粉体樹脂８を付着させることができる。なお、マスキング治具２０を用いてエポキシ粉体樹脂８が付着する範囲を制限することもできる。
（変形例）
配管９の先端部２６を回転させる例を図１０に示す。
【００３５】
配管９の先端部２６は、旋回ノズル構造となっており、互いに噛合する一対の歯車からなる歯車対２６１の一方はシャフト２６２を通じて図示しないモ−タで駆動されている。２６３は旋回ノズルであり、その基端部は、配管９に連通する配管ヘッド２６４の先端開口に回転自在に支承されている。旋回ノズル２６３には歯車対２６１の他方が固定され、これにより旋回ノズル２６３が上記モ−タにより回転される。同時に、旋回ノズル２６３よりエポキシ粉体樹脂８を吐出させ、旋回ノズル２６３が１周した時点で吐出を中止すれば、各セグメント導体４の先端部４ａに一定量のエポキシ粉体樹脂８を付着させることができる。なお、マスキング治具２０を用いてエポキシ粉体樹脂８が付着する範囲を制限することもできる。本構成によれば、固定子１の回転は不要となる。
（製造工程例２）
エポキシ粉体樹脂８を自重落下により先端部４ａに付着させる工程を図６を参照して説明する。
【００３６】
容器１９内のエポキシ粉体樹脂８は、スクリュフィーダ２８によりノズル１０まで移送される。ノズル１０は固定子１の外周上方に設けられ、その開口は直下のセグメント導体４の先端部４ａの直上に設けられている。このノズル１０から自重落下したエポキシ粉体樹脂８は先端部４ａに付着する。なお、スクリュフィーダ２８の代わりに振動フィ−ダなどの公知の機械的粉体輸送手段を採用できることはもちろんである。
（製造工程例３）
エポキシ粉体樹脂８を流動浸漬により先端部４ａに付着させる工程を図７を参照して説明する。
【００３７】
１３はエポキシ粉体樹脂８が充填された容器である。図示しない粉体供給装置により容器１３内のエポキシ粉体樹脂８は常に一定量となるように制御されている。容器１３の底部には孔が等間隔に設けられた多孔板１４が水平に設けられており、多孔板１４から上部のエポキシ粉体樹脂８に向けて圧縮空気が供給されている。これにより、エポキシ粉体樹脂８は容器１３内で空気の噴流に伴い容易に流動可能となっている。
【００３８】
１６は容器１３を水平方向に振動させる加振装置であり、これにより粉体状の絶縁樹脂層上面は常に水平となっている。１５は直流高圧電源でありその−極は金属製の容器１３とともに接地され、＋極は固定子１のセグメント導体４に高電圧を印加している。これにより帯電した粉体状の絶縁樹脂８はセグメント導体４の先端部４ａの所要範囲にのみ良好に付着する。
【００３９】
コントローラ１７ａは、光学式センサ１７ｂにて粉体上面の境界面高さを検出し、これを一定に維持するように粉体のフィーダ１７ｃからの補充量を調節する。これにより、粉体の境界面高さが一定に保たれる。
【００４０】
容器１３内において、昇温済の固定子１を、ローダ２４を用いて規定の位置まで降下させる。この時、固定子１はセグメント導体４の先端部４ａが最下方となる姿勢をとる。これにより、エポキシ粉体樹脂８が、セグメント導体４の接合端部５を含む先端部４ａの部分に接触すると、固定子１がもつ熱によりエポキシ粉体樹脂８がゲル化し、先端部４ａに付着する。
【００４１】
エポキシ粉体樹脂８は、上記圧縮空気の流量、多孔板１４の孔径及び数及び加振装置１６の振動などにより、セグメント導体４の先端部４ａの必要範囲に良好に付着される。
【００４２】
なお、多孔板１４は、図７に示すような容器１３の内底面と平行な板とする他に、容器１３の側壁にも沿って多孔側壁を有するカップ状あるいは皿状としてもよい。これらにおいても、固定子１の直下においては水平な多孔板部分が配置される。
（製造工程例４）
絶縁用ワニス１２を滴下して先端部４ａに付着させる工程を図８を参照して説明する。
【００４３】
絶縁ワニス１２をディスペンサ２３を用いて配管９へ供給する。固定子１を予め昇温させて、絶縁ワニス１２を配管９の先端部２６からセグメント導体４の先端部４ａに滴下し、先端部４ａを被覆する絶縁樹脂膜６を形成する。
【００４４】
この時、セグメント導体４の接合端部５が配管９の先端部２６の直下に位置するように、サ−ボモ−タ２５で固定子１の回転角度位置をセットし、滴下した絶縁ワニス１２が直下の接合端部５だけを囲包するように絶縁ワニス１２の一回の滴下量を定める。滴下後、サ−ボモ−タ２５により固定子１を接合端部５の周方向１ピッチ分回動させ、次の滴下を行う。なお、固定子１は連続回転させてもよい。
【００４５】
滴下量は、周方向に隣接する任意の２つの接合端部５、５を個別に被覆する２つの絶縁樹脂膜６が互いに接着せず、かつ、先端部４ａを被覆可能な量に調整される。
【００４６】
好適には、固定子１の軸心を、図８に示すように絶縁ワニス１２の滴下線を含む垂直面内にて水平よりもやや傾斜させた姿勢保持する。この状態で滴下を継続しながら固定子１を旋回させる。絶縁ワニス１２がセグメント導体４の接合端部５を含む先端部４ａに接触すると、絶縁ワニス１２は固定子１が持つ熱によりゲル化し、先端部４ａに付着する。この実施例においても、マスキング治具２０を装備することで絶縁ワニス１２の付着範囲をより正確に規制することができる。（製造工程例５）
先端部４ａを絶縁用ワニス液に浸漬して付着させる工程を図９を参照して説明する。
【００４７】
容器２２には液状の絶縁ワニス１２を満たしておく。ディスペンサ２３により絶縁ワニス１２を容器２２に充填する。充填量は前回使用による容器２２内の絶縁ワニス減少分だけ補充し、液面高さを毎回同じ高さにしている。容器２２内で昇温済固定子１をローダ２４等により降下させ、容器２２内の絶縁ワニス１２をセグメント導体４先端部に付着させる。
【００４８】
この場合も、マスキング治具２０を装備することで絶縁ワニス１２の付着範囲をより正確に規制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した車両用交流発電機の軸方向断面図である。
【図２】図１の固定子巻線の一部を示す部分斜視図である。
【図３】図２の領域Ｐを拡大して径外方向にみた展開図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図５】付着工程の一例を示す模式断面図である。
【図６】付着工程の一例を示す模式断面図である。
【図７】付着工程の一例を示す模式断面図である。
【図８】付着工程の一例を示す模式断面図である。
【図９】付着工程の一例を示す模式断面図である。
【図１０】図５に示す付着工程の変形態様に用いる旋回ノズルの断面図である。
【符号の説明】
１  固定子
２  固定子鉄心
３  シート状の電気絶縁部材
４  セグメント導体
４ａ  セグメント導体の先端部
５  接合端部
６  絶縁樹脂膜
８  粉体エポキシ樹脂
１２  絶縁ワニス
１４  多孔板
１６  加振装置
２０  マスキング治具
２９  皮膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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