(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスロットを有するステータコアと、各スロットに導線片を挿入し、各スロットから突出した導線片端部の接続部同士を接続して形成されたステータコイル用の巻線とを有するステータのワークを加熱するステータワーク加熱装置であって、
前記巻線に通電して該巻線を加熱する通電加熱部と、
前記ステータコアに誘導電流を発生させて該ステータコアを加熱する誘導加熱部とを備え、
前記誘導電流の発生に係る磁束は、前記ステータコアの中心軸線に平行であり、
前記誘導加熱部は、
前記ステータコアの外周側に配置され、該ステータコアと同心である外周側コイルと、
前記ステータコアの内周側に配置され、該ステータコアと同心である内周側コイルとを備え、
前記外周側コイルに流れる電流と、前記内周側コイルを流れる電流とは、周波数が２倍以上異なることを特徴とするステータワーク加熱装置。
【請求項２】
複数のスロットを有するステータコアと、各スロットに導線片を挿入し、各スロットから突出した導線片端部の接続部同士を接続して形成されたステータコイル用の巻線とを有するステータのワークを加熱するステータワーク加熱方法であって、
前記ステータコアに対してその中心軸線に平行な磁束を誘導加熱部により供給して該ステータコアを加熱し得るように該ステータコア又は該誘導加熱部を配置する配置工程と、
前記巻線に通電加熱部を接続する接続工程と、
前記巻線に接続された通電加熱部により該巻線に通電して該巻線を加熱する通電加熱工程と、
前記配置工程による配置がなされた前記誘導加熱部で前記ステータコアに誘導電流を発生させることにより該ステータコアを加熱する誘導加熱工程とを備え、
前記通電加熱工程及び前記誘導加熱工程では、前記ステータコアの外周側に該ステータコアと同心である外周側コイルを配置し、該ステータコアの内周側に該ステータコアと同心である内周側コイルを配置し、該外周側コイル及び該内周側コイルに対して周波数が２倍以上異なる電流を同時に流すことを特徴とするステータワーク加熱方法。
【請求項３】
ステータコアの複数のスロットに複数の導線片を挿入し、各スロットから突出した導線片端部の接続部同士を接続することによりステータコイル用の巻線を形成する巻線形成工程と、
前記ステータコアの外周側に該ステータコアと同心である外周側コイルを配置し、該ステータコアの内周側に該ステータコアと同心である内周側コイルを配置し、該外周側コイル及び該内周側コイルに対して周波数が２倍以上異なる電流を同時に流し、かつ前記巻線に通電することにより、該ステータコア及び該巻線を同時に加熱する加熱工程と、
前記加熱工程で加熱された巻線における各導線片の接続部を粉体状の樹脂に浸漬して該接続部に該樹脂を塗布する浸漬工程と、
前記樹脂が塗布された接続部の該樹脂を硬化させる硬化工程とを備えることを特徴とするステータコイル製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステータコアと、該ステータコアに設けられたステータコイル用の巻線とを有するステータのワークを加熱するステータワーク加熱装置及びステータワーク加熱方法、並びに該ステータワーク加熱装置を用いたステータコイル製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転電機のステータコイルを多数の導線片で形成することが知られている。この形成に際しては、略Ｕ字形状に成形された多数の導線片が、そのＵ字形状の中央部を重ねて円環状に整列され、Ｕ字形状の両端側からステータコアのスロットに挿入される。挿入された各導線片の端部は、各スロットから突出する。
【０００３】
そして、突出した各導線片端部の対応する接続部同士が接続される。これにより、ステータコイル用の巻線が形成される。さらに、該巻線の導線片端部の接続部が、絶縁用の樹脂でコーティングされる。これにより、ステータコイルの形成が完了する（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
その際、接続部のコーティングは、接続部を１８０℃程度に加熱した状態で粉体状の樹脂に浸漬することにより行われる。すなわち、樹脂が熱により溶解し、接続部をコーティングする。したがって、接続部のコーティングに際しては、接続部を加熱する必要がある。
【０００５】
このような導電性の対象物を加熱するために用いることができる一般的な方法として、従来、対象物に直接通電してジュール熱により加熱する方法や、対象物に誘導電流を流して加熱する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
また、ステータコイルを形成する際に、コーティングする方のコイルエンド又はこれと反対側のコイルエンドをヒータで熱することにより、コイルエンドの接続部を加熱することも知られている（例えば、特許文献２参照）。さらに、特許文献２には、ステータコイル用の巻線に通電することにより、接続部を加熱することも記載されている。また、同文献には、誘導電流によりステータコアを加熱し、間接的に接続部を加熱することも記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１１１８８６号公報
【特許文献２】特開２００３−２４４９０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、ステータコイル用の巻線を構成する導線片がステータコアのスロットに挿入された状態で巻線を加熱しても、ステータコアの熱容量が大きいので、巻線の接続部がコーティングに適した温度に達するのに長時間を要する。また、誘導電流によりステータコアを加熱する方法によれば、ステータコアから巻線の接続部に熱が伝導して接続部が十分に加熱されるまでに、やはり長時間を要する。
【０００９】
そこで、ステータコイル用の巻線についての通電加熱と、ステータコアの誘導加熱とを併用することも考えられる。しかし、この通電加熱と誘導加熱を同時に実施すると、通電加熱用の電流により発生する磁場と、誘導電流を発生させるための磁場とが干渉する。この干渉により、加熱用の機器やステータのワークに、想定外の負荷をかけるおそれもある。このため、通電加熱と誘導加熱とを同時に行うことはできない。
【００１０】
したがって、通電加熱と誘導加熱を併用する場合には、特許文献１に記載のように、通電加熱と誘導加熱とを切り替えて実施する必要がある。しかし、この場合でも、加熱に長時間を要する。
【００１１】
本発明の目的は、かかる従来技術の問題点に鑑み、ステータコイル用巻線の接続部を迅速に加熱できるステータワーク加熱装置及びステータワーク加熱方法、並びに該ステータワーク加熱装置を用いたステータコイル製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のステータワーク加熱装置は、複数のスロットを有するステータコアと、各スロットに導線片を挿入し、各スロットから突出した導線片端部の接続部同士を接続して形成されたステータコイル用の巻線とを有するステータのワークを加熱するステータワーク加熱装置であって、前記巻線に通電して該巻線を加熱する通電加熱部と、前記ステータコアに誘導電流を発生させて該ステータコアを加熱する誘導加熱部とを備え、前記誘導電流の発生に係る磁束は、前記ステータコアの中心軸線に平行であり、前記誘導加熱部は、前記ステータコアの外周側に配置され、該ステータコアと同心である外周側コイルと、前記ステータコアの内周側に配置され、該ステータコアと同心である内周側コイルとを備え、前記外周側コイルに流れる電流と、前記内周側コイルを流れる電流とは、周波数が２倍以上異なることを特徴とする。
【００１３】
一般に、ステータコイル用の巻線における導線片端部の接続部を加熱するためには、ステータコアの熱容量が大きいので、巻線とステータコアの双方を加熱する必要がある。この点、本発明によれば、巻線の接続部を加熱するための通電により生じる磁束はステータコアの中心軸線に垂直な面に沿って生じるのに対し、ステータコアを加熱するための誘導電流を生じさせる磁束は、ステータコアの中心軸線に平行である。
【００１４】
すなわち、巻線への通電により生じる磁束と誘導電流の発生に係る磁束とが直行するので、これらの磁束相互の干渉が回避される。このため、通電加熱部による巻線の加熱と、誘導加熱部によるステータコアの加熱とを支障なく同時に行うことができる。したがって、ステータコイル用巻線の接続部を迅速に加熱することができる。
【００１５】
また、誘導加熱部は、外周側コイルと内周側コイルを備えるので、ステータコアにおける導電流の発生に係る磁束として、ステータコアの中心軸線に平行な磁束を容易に発生させることができる。
【００１７】
また、外周側コイルに流れる電流と、内周側コイルを流れる電流とは、周波数が２倍以上異なるので、外周側コイルと内周側コイルとの間で電磁的な干渉を生じさせることなく、外周側コイルと内周側コイルとを同時に用いて、ステータコアを迅速に加熱することができる。
【００１８】
本発明のステータワーク加熱方法は、複数のスロットを有するステータコアと、各スロットに導線片を挿入し、各スロットから突出した導線片端部の接続部同士を接続して形成されたステータコイル用の巻線とを有するステータのワークを加熱するステータワーク加熱方法であって、前記ステータコアに対してその中心軸線に平行な磁束を誘導加熱部により供給して該ステータコアを加熱し得るように該ステータコア又は該誘導加熱部を配置する配置工程と、前記巻線に通電加熱部を接続する接続工程と、前記巻線に接続された通電加熱部により該巻線に通電して該巻線を加熱する通電加熱工程と、前記配置工程による配がなされた前記誘導加熱部で前記ステータコアに誘導電流を発生させることにより該ステータコアを加熱する誘導加熱工程とを備え、前記通電加熱工程及び前記誘導加熱工程では、前記ステータコアの外周側に該ステータコアと同心である外周側コイルを配置し、該ステータコアの内周側に該ステータコアと同心である内周側コイルを配置し、該外周側コイル及び該内周側コイルに対して周波数が２倍以上異なる電流を同時に流すことを特徴とする。
【００１９】
本発明のステータワーク加熱方法によれば、上記の本発明のステータワーク加熱装置の場合と同様の理由により、巻線への通電により生じる磁束と誘導電流の発生に係る磁束とが直行する。このため、通電加熱部による巻線の加熱と、誘導加熱部によるステータコアの加熱とを支障なく同時に行うことができる。したがって、ステータコイル用巻線の接続部を迅速に加熱することができる。
【００２０】
本発明のステータコイル製造方法は、ステータコアの複数のスロットに複数の導線片を挿入し、各スロットから突出した導線片端部の接続部同士を接続することによりステータコイル用の巻線を形成する巻線形成工程と、前記ステータコアの外周側に該ステータコアと同心である外周側コイルを配置し、該ステータコアの内周側に該ステータコアと同心である内周側コイルを配置し、該外周側コイル及び該内周側コイルに対して周波数が２倍以上異なる電流を同時に流し、かつ前記巻線に通電することにより、該ステータコア及び該巻線を同時に加熱する加熱工程と、前記加熱工程で加熱された巻線における各導線片の接続部を粉体状の樹脂に浸漬して該接続部に該樹脂を塗布する浸漬工程と、前記樹脂が塗布された接続部の該樹脂を硬化させる硬化工程とを備えることを特徴とする。
【００２１】
これによれば、加熱工程において、本発明のステータワーク加熱装置により、ステータコア及び巻線を迅速に加熱することができる。したがって、ステータコイルを迅速に製造することができる。
【００２２】
また、ステータコアも十分に加熱されるので、巻線の接続部の温度を、加熱されたときの温度に長期間維持することができる。したがって、その後の浸漬工程や、硬化工程を、余裕をもって行うことができる。特に樹脂の硬化が熱硬化により行われる場合に有利である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係るステータワーク加熱装置によりステータのワークを加熱する様子を示す図であり、（ａ）は、ワークをステータワーク加熱装置に取り付けたときの様子を示し、（ｂ）は、ワークを加熱しているときの様子を示す。
【図２】図１のステータワーク加熱装置により加熱されるステータのワークの一部を示す斜視図である。
【図３】図１のステータワーク加熱装置を用いてステータのワークを加熱する手順を示すフローチャートである。
【図４】図１の加熱工程におけるワークの加熱時に生じる磁束の方向を示す図である。
【図５】図１のステータワーク加熱装置を用いたステータコイルの製造手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。図１に示すように、実施形態のステータワーク加熱装置１は、ステータのワーク２を加熱するために用いられる。ワーク２は、図２に示すように、ステータコア３と、ステータコイル用の巻線４とを有する。ステータコア３は、円環状のヨーク部５と、ヨーク部５から径方向内方に突出した複数のティース部６とを備える。隣り合うティース部６は、その間にスロット７を形成している。
【００２５】
巻線４は、各スロット７に複数の導線片８を挿入し、各スロット７から突出した導線片８端部の接続部８ａの対応するもの同士を接続することにより形成される。巻線４は、各ティース部６の周りに、Ｕ相、Ｖ相、又はＷ相のコイルを形成している。
【００２６】
図１のように、ステータワーク加熱装置１は、ワーク２の巻線４に通電して巻線４を加熱する通電加熱部９と、ワーク２のステータコア３に誘導電流を発生させてステータコア３を加熱する誘導加熱部１０とを備える。
【００２７】
通電加熱部９は、巻線４に三相交流を供給するための給電端子１１と、給電端子１１を所定の上方位置と下方位置との間で昇降させる第１昇降シリンダ１２とを備える。巻線４には、通電加熱部９から三相交流の供給を受けるための受電端子１３が設けられる。通電加熱部９は、給電端子１１及び受電端子１３を介して巻線４に三相交流を供給することにより、巻線４を加熱することができる。
【００２８】
通電加熱部９は、給電端子１１が下方位置に位置するとき、巻線４に設けられた受電端子１３に給電端子１１が接続し、巻線４に三相交流を供給し得る状態となる。給電端子１１が上方位置に位置するとき、この状態は解除される。
【００２９】
誘導加熱部１０は、支持テーブル１４の上方に支持された加熱用コイル１５を備える。加熱用コイル１５は、図４のように、ステータコア３を外周側から加熱するための４ターンの外周側コイル１６と、内側から加熱するための４ターンの内周側コイル１７とで構成される。
【００３０】
図１のように、支持テーブル１４には、ワーク２を取り付けて載置するためのワークステージ１８と、ワークステージ１８を所定の上昇位置と下降位置との間で昇降させる第２昇降シリンダ１９とが設けられる。ワークステージ１８が下降位置に位置しているとき、ワークステージ１８上に、加熱されるステータのワーク２を取り付けることができる。
【００３１】
ワークステージ１８が上昇位置に位置するとき、誘導加熱部１０は、ワークステージ１８に載置されたワーク２のステータコア３を、加熱用コイル１５により加熱することができる。このとき、図４のように、外周側コイル１６は、ステータコア３の外周側に位置し、内周側コイル１７は、ステータコア３の内周側に位置する。
【００３２】
また、外周側コイル１６及び内周側コイル１７は、ステータコア３と同心となるように配置される。したがって、加熱用コイル１５によりステータコア３に誘導電流を発生させる磁束は、ステータコア３の中心軸線に平行である。
【００３３】
図３は、ステータワーク加熱装置１を用いてステータのワーク２を加熱する加熱工程を行う手順を示すフローチャートである。図３の加熱工程を開始すると、まず、図１（ａ）のように、第２昇降シリンダ１９によりワークステージ１８が所定の下降位置に位置付けられる。そして、ワークステージ１８上にワーク２が取り付けられる（ステップＳ１）。
【００３４】
次に、ワーク２のステータコア３を誘導加熱部１０により加熱し得る位置に配置する配置工程が行われる（ステップＳ２）。すなわち、図１（ｂ）のように、第２昇降シリンダ１９により、ワークステージ１８が、所定の上昇位置に位置付けられる。このときのステータコア３の位置において、誘導加熱部１０は、ステータコア３に対してその中心軸線に平行な磁束を供給し、ステータコア３を加熱することができる。
【００３５】
次に、ワーク２の巻線４に通電加熱部９を接続する接続工程が行われる（ステップＳ３）。すなわち、第１昇降シリンダ１２により、給電端子１１が下降され、巻線４の受電端子１３に接続される。
【００３６】
次に、通電加熱部９により巻線４に通電して巻線４を加熱する通電加熱工程が行われる（ステップＳ４）。すなわち、通電加熱部９により、給電端子１１及び受電端子１３を介して、巻線４に三相交流が、例えば３００［Ａ］で供給される。
【００３７】
また、この通電加熱工程と同時に、誘導加熱部１０でステータコア３に誘導電流を発生させることによりステータコア３を加熱する誘導加熱工程が行われる（ステップＳ５）。誘導加熱工程では、加熱用コイル１５に、高周波電流が供給される。すなわち、外周側コイル１６には、例えば、３０［ｋＨｚ］の高周波電流が供給される。内周側コイル１７には、例えば１２０［ｋＨｚ］の高周波電流が供給される。
【００３８】
なお、外周側コイル１６による磁束と内周側コイル１７による磁束との干渉を回避するため、外周側コイル１６に流れる電流と、内周側コイル１７を流れる電流とは、周波数が２倍以上異なるのが好ましい。
【００３９】
この通電加熱工程と誘導加熱工程は、巻線４及びステータコア３が全体的に所定温度（例えば１９０℃程度）に加熱されるまで行われる（ステップＳ６）。この加熱が完了すると、通電加熱部９による三相交流の供給及び誘導加熱部１０による高周波電流の供給が停止される（ステップＳ７）。
【００４０】
そして、第１昇降シリンダ１２で給電端子１１が上昇されて巻線４に対する給電端子１１の接続が解除される。これと並行して、第２昇降シリンダ１９でワークステージ１８が所定の下降位置まで下降される（ステップＳ８）。これにより、ステータワーク加熱装置１が図１（ａ）の状態に戻る。次に、ワークステージ１８からワーク２を取り外す（ステップＳ９）。これにより、ワーク２の加熱工程が終了する。
【００４１】
図４は、上述の通電加熱工程（ステップＳ４）における巻線４への通電により生じる磁束の方向と、誘導加熱工程（ステップＳ５）における加熱用コイル１５への通電により生じる磁束の方向を示す。図４では、ステータワーク加熱装置１の構成要素としては、ステータコア３並びに加熱用コイル１５の外周側コイル１６及び内周側コイル１７のみが模式的に示されている。
【００４２】
右ねじの法則により、コイルにより生じる磁束の向きは、コイルの径方向内側及び径方向外側では、コイルの中心軸に平行である。この点、図４に示すように、ステータコア３は、外周側コイル１６の径方向内側に位置し、かつ内周側コイル１７の径方向外側に位置する。また、ステータコア３と、外周側コイル１６及び内周側コイル１７とは、中心軸線が一致する。したがって、加熱用コイル１５への通電によりステータコア３内に生じる磁束の向きは、ステータコア３の中心軸線に平行な方向Ａとなる。
【００４３】
一方、巻線４が各ティース部６（図２参照）の周りに構成するコイルは、巻線４への通電により、ティース部６内に、ステータコア３の径方向Ｒに沿った磁束を生じさせる。そして、この磁束は、ステータコア３のヨーク部５を介して周方向Ｃに沿って結合される。したがって、巻線４への通電によりステータコア３内に生じる磁束の方向は、径方向Ｒ及び周方向Ｃである。
【００４４】
このように、加熱用コイル１５への電流供給により生じる磁束の方向と、巻線４への通電により生じる磁束の方向とは、相互に９０°を成す。これにより、相互の磁束が影響を及ぼし合うのを回避することができる。すなわち、加熱用コイル１５及び巻線４が、相互に一方の磁束が他方のコイル面を貫いて誘導起電力を生じさせ、悪影響を及ぼし合うのを防止することができる。
【００４５】
したがって、通電加熱部９と誘導加熱部１０とが同時に作動し、通電加熱工程（ステップＳ４）及び誘導加熱工程（ステップＳ５）とが同時に行われるにも拘わらず、通電加熱部９や誘導加熱部１０等に想定外の負荷が付与されることはない。
【００４６】
図５は、ステータワーク加熱装置１を用いたステータコイルの製造工程を示すフローチャートである。図５に示すように、ステータコイルを製造する際には、まず、ステータコイル用の巻線を形成する巻線形成工程が行われる（ステップＳ１１）。
【００４７】
すなわち、ワーク２について、図２のように、ステータコア３の複数のスロット７に複数の導線片８を挿入し、各スロット７から突出した各導線片８端部の接続部８ａの対応するもの同士を接続する。これにより、ステータコイル用の巻線４が形成される。
【００４８】
次に、ステータワーク加熱装置１を用いて、ワーク２を加熱する。すなわち、図３の加熱工程を実施する（ステップＳ１２）。これにより、ステータコア３及び巻線４が同時に加熱され、ワーク２の温度が１９０°程度に上昇する。
【００４９】
次に、巻線４における導線片８の接続部８ａに樹脂を塗布する浸漬工程が行われる（ステップＳ１３）。すなわち、加熱工程（ステップＳ１２）で昇温された状態のワーク２の各導線片８の接続部８ａを、保護及び絶縁被覆に適した粉体状の樹脂に浸漬する。これにより、樹脂が熱で溶解し、接続部８ａに塗布される。
【００５０】
次に、ワーク２が粉体状の樹脂から引き上げられる（ステップＳ１４）。そして、接続部８ａに塗布された樹脂を硬化させる硬化工程が行われる（ステップＳ１５）。これにより、ステータコイルの製造が終了する。
【００５１】
本実施形態によれば、加熱用コイル１５への通電により生じる磁束の方向と、巻線４への通電により生じる磁束の方向とが相互に９０°を成すので、ステータコア３の加熱と巻線４の加熱を支障なく同時に行うことができる。したがって、ワーク２を迅速に加熱し、巻線４の接続部８ａを、例えば５分程度で１８０℃程度まで昇温させることができる。したがって、ステータコイルを迅速に製造することができる。
【００５２】
また、加熱用コイル１５として、外周側コイル１６及び内周側コイル１７を採用し、両者に２倍以上異なる周波数の電流を供給するようにしたので、両者の電磁的な干渉を生じさせることなく迅速にステータコア３を誘導加熱することができる。したがって、ステータコイルをさらに迅速に製造することができる。
【００５３】
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されない。例えば、加熱用コイル１５として、外周側コイル１６又は内周側コイル１７のいずれか一方のみを採用してもよい。
【００５４】
また、給電端子１１を昇降させる手段として、第１昇降シリンダ１２に代えて、サーボモータを用いた電動アクチュエータを採用してもよい。また、ワークステージ１８を昇降させる手段として、第２昇降シリンダ１９に代えて、サーボモータを用いた電動アクチュエータを採用してもよい。
【符号の説明】
【００５５】
１…ステータワーク加熱装置、２…ワーク、３…ステータコア、４…巻線、７…スロット、８…導線片、８ａ…接続部、９…通電加熱部、１０…誘導加熱部、１６…外周側コイル、１７…内周側コイル。
【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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