(57)【要約】【課題】  コイルエンドの内部の冷却に好適な回転電機固定子およびその製造方法を提供する。【解決手段】  コイル巻装によりコイルエンド２１表面に形成される溝部分に線材３０を配置し且つその端部をコイルエンド２１の外周側若しくは内周側に引出して配置し、前記配置した線材３０を含めて、巻装後のコイルエンド２１の形状を修正するコイルエンド成形、絶縁ワニス含浸および加熱硬化を行い、その後に、前記線材３０を引抜くことによりコイルエンド２１内部に外部と連通して冷媒を流通させる冷媒通路２２を形成した。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイル巻装によりコイルエンド表面に形成される溝部分に線材を配置し且つその線材の端部をコイルエンドの外周側若しくは内周側に引出して配置し、
前記配置した線材を含めて、巻装後のコイルエンドの形状を修正するコイルエンド成形、絶縁ワニス含浸および加熱硬化を施し、
その後に、前記線材を引抜くことによりコイルエンド内部に外部と連通して冷媒を流通させる冷媒通路を形成することを特徴とする回転電機固定子の製造方法。
【請求項２】
前記線材は、回転電機として組立てられた際の冷媒供給口に対面する位置と当該位置と対向する円周方向位置とからコイルエンドの外周側に端部を引出され、前記両位置間はコイルエンドの巻装時の溝部分に沿って配置されることを特徴とする請求項１に記載の回転電機固定子の製造方法。
【請求項３】
前記線材は、離型剤をコーティングして備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機固定子の製造方法。
【請求項４】
前記線材は、コイルを形成する素線と同じ素材で形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の回転電機固定子の製造方法。
【請求項５】
前記コイル巻装後のコイルエンドの溝部分は、Ｕ相巻線とＶ相巻線とＷ相巻線との相互間に形成される溝若しくは隙間であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一つに記載の回転電機固定子の製造方法。
【請求項６】
コイル巻装によりコイルエンド表面に形成される溝部分に線材を配置し且つその端部をコイルエンドの外周側若しくは内周側に引出して配置し、前記線材を含めてコイルエンドを成形加工および絶縁ワニス含浸および加熱硬化させ、その後に線材を引抜くことでコイルエンド内部に外部と連通して冷媒を流通させる冷媒通路を形成したことを特徴とする回転電機固定子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機固定子およびその製造方法に関し、特に、ステータコイルのコイルエンドの冷却に好適な回転電機固定子およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から電動機のステータコイルのコイルエンドを冷却油により直接冷却する冷却構造が提案されている（特許文献１および２参照）。
【０００３】
特許文献１では、ステータコアのスロットにコイルを収装し、ステータコア内周面に開口するスロットの開口部を閉塞してスロット内部に冷媒通路を形成し、コイルエンドはこれを収装する冷却ジャケットを形成して、冷却ジャケットおよび冷媒通路に冷却油を供給することにより、コイルとコイルエンドとを冷却するよう構成している。
【０００４】
特許文献２では、コイルエンドの上部にコイルエンドに向けて開口する噴射口を備えた冷却油噴射部を設け、噴射口から冷却油を噴射することで、コイルエンドを冷却油で直接冷却するよう構成している。
【特許文献１】特開２００３−２８９６５２号公報
【特許文献１】特許第３３８５３７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、巻線後のコイルエンドはステータコアの端面にあって外周方向および内周方向に拡がり大きい空間を占有するため、その寸法の小型化および絶縁性を高めるよう成形および絶縁ワニスの含浸・加熱硬化が施される。
【０００６】
このため、上記従来例のように、コイルエンドを冷却ジャケットに収装して充填した冷却油で直接冷却する方法やコイルエンドに向けて冷却油を噴射する方法では、コイルエンドの表面部分は冷却できるがコイルエンドの内部を有効に冷却できないものであった。
【０００７】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、コイルエンドの内部の冷却に好適な回転電機固定子およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、コイル巻装によりコイルエンド表面に形成される溝部分に線材を配置し且つその端部をコイルエンドの外周側若しくは内周側に引出して配置し、前記配置した線材を含めて、巻装後のコイルエンドの形状を修正するコイルエンド成形、絶縁ワニス含浸および加熱硬化を行い、その後に、前記線材を引抜くことによりコイルエンド内部に外部と連通して冷媒を流通させる冷媒通路を形成するようにした。
【発明の効果】
【０００９】
したがって、本発明では、コイル巻装によりコイルエンド表面に形成される溝部分に線材を配置し且つその端部をコイルエンドの外周側若しくは内周側に引出して配置し、前記配置した線材を含めて、巻装後のコイルエンドの形状を修正するコイルエンド成形、絶縁ワニス含浸および加熱硬化を行い、その後に、前記線材を引抜くことによりコイルエンド内部に外部と連通して冷媒を流通させる冷媒通路を形成するため、冷媒を開口から供給して冷媒通路に冷媒を流通させることができ、冷媒によりコイルエンド内部を効率的に冷却できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明における回転電機固定子の一実施形態を図１〜図２に基づいて説明する。図１に回転電機（モータ、または発電機、またはモータ兼発電機）の全体構成を示す。
【００１１】
図１において、回転電機のケース１は、円筒板１Ａと、この円筒板１Ａの軸方向両端の開口を閉塞する側板１Ｂ、１Ｃからなる。前記ケース１内には、円柱状のロータ２が収容される。ロータ２は、その回転軸２Ａの両端がそれぞれベアリング３を介して側板１Ｂ、１Ｃに支持され、回転軸２Ａを中心に回転自在となっている。前記円筒板１Ａの内周面には、円筒形のステータ５が、ロータ２の外周を取り囲むように配置される。ステータ５の内周面とロータ２の外周面との間には、所定の間隙が設けられている。
【００１２】
前記ステータ５は、ステータコア１０と、このステータコア１０に巻装されるコイル２０とから構成される。ステータコア１０は、周知のように、内周側（ロータ２側）に開口する複数のスロット１１と、スロット１１を形成することによりスロット１１間で内周側に突設する複数のティース１２と、ティース１２の根元同士を環状に連結するバックコア１３とで構成される。図１に示す断面図においては、図中の上半分がティース１２を含む断面であり、図中の下半分がスロット１１を含む断面である。前記ステータコア１０は、複数のスロット１１、ティース１２およびバックコア１３を一体に備える電磁鋼板をロータ２の回転軸２Ａ方向に所定枚数積層して形成される。このステータコア１０は、バックコア１３を含めてティース１２毎に分割した分割コアで形成してもよい。この分割コアの場合には、バックコア１３およびティース１２を含むＴ字型の電磁鋼板を積層して形成でき、これらの分割コアを円周状に連結することで筒状のステータコア１０を形成できる。
【００１３】
前記コイル２０は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相として巻線された各コイルを２／３π［ｒａｄ］の電気的位相差を持たせて順次該当するスロット１１に挿入してステータコア１０に分布巻で巻装される。巻装されたコイル２０のステータコア１０の端部から突出しているコイルエンド２１は、巻装状態ではステータコア１０外周方向および内周方向に拡がり大きい空間を占有するため、その寸法の小型化および絶縁性を高めるよう形状が成形され、絶縁ワニスが含浸されて加熱硬化が施される。
【００１４】
前記コイル２０が挿入されたスロット１１の半径方向内側（ロータ２の外周に面する側）の開口（スロット開口）は、ティース１２先端同士の間をブリッジ状に繋ぐ樹脂層１４により密閉されて、スロット１１内のコイル２０で占められていない空間がステータコア１０の両端と連通する冷媒通路１５に形成される。
【００１５】
また、前記成形され硬化されたコイルエンド２１は、ステータコア１０の軸方向の両端とケース１の内側との間に形成した環状空間からなる冷却ジャケット６、７に収装される。前記冷却ジャケット６と７を形成するために、ステータコア１０の両端からその内周面の延長上に円筒部１６が設けられ、この円筒部１６はケース１の側板１Ｂ、１Ｃまで達して、ケース１の円筒部１Ａの内周とステータコア１０の両端との間に、環状の空間を形成している。前記円筒部１６はステータコア１０と同心に配置される金属性の部材であり、ケース１の側板１Ｂ、１Ｃに固定される。円筒部１６とステータコア１０との間隙にはシール部材１７が配置され、冷却ジャケット６、７から冷媒が漏洩することを防止する。シール部材１７は、円筒部１６の内周側端面に弾性体（例えば、ゴム材）を加硫接着したもので、ステータコア１０を支持する円筒板１Ａへ側板１Ｂ、１Ｃを組み付けるときに、シール部材１７がステータコア１０の端面に押し付けられることで、回転軸方向に変形してシール性能を確保する。
【００１６】
前記冷却ジャケット６、７には、円筒板１Ａを貫通するオイル供給口１８を介して、冷却オイルが供給される。前記冷却ジャケット６に供給された冷却オイルは、冷却ジャケット６内に充満されて収装するコイルエンド２１を冷却し、ステータ５内に形成された冷媒通路１５を流通して、反対側の冷却ジャケット７へ導かれる。冷却ジャケット７に供給された冷却オイルは、冷却ジャケット７内に充満されて収装するコイルエンド２１を冷却し、冷媒通路１５から供給された冷却オイルと共に冷却ジャケット１１に形成されて円筒板１Ａを貫通するオイル排出口１９から外部へ排出される。
【００１７】
前記成形され硬化されたコイルエンド２１内の、図示しないＵ相巻線とＶ相巻線とを構成するコイル同士が接している境界面と、図示しないＶ相巻線とＷ相巻線とを構成するコイル同士が接している境界面には、図２に示すように、これら境界面に沿い、冷却オイルのオイル供給口１８およびオイル排出口１９において冷却ジャケット６（７）内に開口する油路２２が形成されている。この油路２２には、オイル供給口１８から供給された冷却オイルが開口２２Ａから流入し、オイル排出口１９近辺に設けた開口２２Ｂから冷却ジャケット６（７）へ排出され、オイル排出口１９から排出されるよう構成している。コイルエンド２１内を流通する冷却オイルは、コイルエンド２１内と熱交換により熱を奪いつつ下流側に流れる。
【００１８】
以上の構成の回転電機固定子においては、そのコイルエンド２１は、冷却ジャケット６、７内を流れる冷媒により表面側から冷却されると共に、コイルエンド２１の内部に形成した冷媒通路２２に流れる冷媒によって内部からも冷却され、効率的にコイルエンド２１を冷却することができる。
【００１９】
次に、本発明の回転電機固定子の製造方法について、図３〜図５に基づき詳述する。
【００２０】
図３に示すように、先ず、ステータコア１０の各スロット１５に図示しない絶縁フィルムを挿入し、Ｕ相に設定されている一対のＵ相スロット１１Ｕ毎にＵ相コイル２３Ｕを分布巻で順次収装してＵ相巻線２０Ｕを巻装する。隣接するＵ相コイル２３Ｕの巻線方向はロータ２側から見て、時計方向および反時計方向と逆方向に巻線され、各コイル２３Ｕの端部は隣接するコイル２３Ｕの端部と連なり、全てのコイル２３Ｕを一周した端部の一方は図示しないＵ相端子となり、他方の端部は他の相のコイル端と接続される図示しない共通端子となる。巻装されるＵ相コイル２３Ｕのステータコア１０の端部から露出するＵ相コイルエンド２１Ｕは、ステータコア１０の外周側、例えば、スロット１１Ｕの底部付近より外側に位置するよう巻装して、他の相のスロット１１の端部開口を開放して、次に巻装されるＶ相巻線２０Ｖの巻装時の支障とならないようにする。なお、Ｕ相巻線２０Ｕを構成する各Ｕ相コイル２３Ｕは、素線を一対のＵ相スロット１１Ｕ毎に順次直接巻装する方法であっても、予めコイル状に巻線したＵ相コイル２３Ｕを一対のＵ相スロット１１Ｕ夫々に順次挿入する方法であってもよい。
【００２１】
同様にして、Ｖ相に設定されている一対のＶ相スロット１１Ｖ毎にＶ相コイル２３Ｖを分布巻で順次収装してＶ相巻線２０Ｖを巻装し、さらに、Ｗ相に設定されている一対のＷ相スロット１１Ｗ毎にＷ相コイル２３Ｗを分布巻で順次収装してＷ相巻線２０Ｗを巻装する。なお、Ｖ相巻線２０ＶおよびＷ相巻線２０Ｗを構成する各Ｖ相コイル２３ＶおよびＷ相コイル２３Ｗも、素線を一対のＶ相スロット１１ＶおよびＷ相スロット１１Ｗ毎に順次直接巻装する方法であっても、予めコイル状に巻線したＶ相コイル２３ＶおよびＷ相コイル２３Ｗを一対のＶ相スロット１１ＶおよびＷ相スロット１１Ｗ夫々に順次挿入する方法であってもよい。巻装されたＵ相巻線２０Ｕ、Ｖ相巻線２０Ｖ、Ｗ相巻線２０Ｗの各コイルエンド２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗは、互いに重なり合わない状態で配列するため、ステータコア１０の端部から半径方向の外側（Ｕ相巻線２１Ｕ）および内側（Ｗ相巻線２１Ｗ）にはみ出た状態となっている。
【００２２】
前記Ｕ相巻線２０Ｕ、Ｖ相巻線２０Ｖ、Ｗ相巻線２０Ｗを巻装した段階において、Ｕ相巻線２０ＵとＶ相巻線２０Ｖのコイルエンド２１Ｕ、２１Ｖ間、および、Ｖ相巻線２０ＶとＷ相巻線２０Ｗのコイルエンド２１Ｖ、２１Ｗ間は、溝状若しくは隙間が存在する。この溝若しくは隙間に沿って複数本の線材３０を配置する。この線材３０は、回転電機として組立てた状態でオイル供給口１８およびオイル排出口１９に臨む位置において、Ｖ相巻線２０Ｖのコイルエンド２１ＶおよびＵ相巻線２０Ｕのコイルエンド２１Ｕを横断させてステーコア１０の半径方向外側に引出して配置する。この場合、回転電機として組立てた状態でオイル供給口１８およびオイル排出口１９に臨む位置とＵ相コイル２３Ｕのコイルエンド２１Ｕが巻装されていない部位（ティース）の位置とを一致させることにより、Ｕ相巻線２０ＵとＶ相巻線２０Ｖのコイルエンド間に配置した線材３０はＵ相巻線２０Ｕのコイルエンド２１Ｕを横断せずに半径方向外側に引出すことができ、Ｖ相巻線２０ＶとＷ相巻線２０Ｗのコイルエンド２１Ｖ、２１Ｗ間に配置した線材３０はＶ相巻線２０Ｖのコイルエンド２１Ｖを横断してＵ相巻線２０ＵとＶ相巻線２０Ｖのコイルエンド２１Ｕ、２１Ｖ間に配置した線材と合流させて半径方向外側に引出すことができる。
【００２３】
前記線材３０の材質としては、ステータコイル２０と同じ物理的性質を備えた材質が望ましく、例えば、銅または銅合金を選定し、表面に離型剤をコーティングして利用する。線材３０の太さは、コイル２０を構成している素線の太さ以上が望ましい。
【００２４】
次いで、図４に示すように、コイルエンド成形により、半径方向外側に位置するＵ相巻線２０Ｕのコイルエンド２１Ｕを半径方向内側に寄せてＶ相巻線２０Ｖのコイルエンド２１Ｖに沿わせ、且つ半径方向内側に位置するＷ相巻線２０Ｗのコイルエンド２１Ｗを半径方向外側に寄せてＶ相巻線２０Ｖのコイルエンド２１Ｖに沿わせて成形する。このコイルエンド成形は、互いのコイルエンド２１が同心円を構成しつつコイルエンド２１の断面形状が全体としてケース１および円筒部１６と干渉しないようにする。このコイルエンド成形により、Ｕ相巻線２０ＵとＶ相巻線２０Ｖのコイルエンド２１Ｕ、２１Ｖ間、および、Ｖ相巻線２０ＶとＷ相巻線２０Ｗのコイルエンド２１Ｖ、２１Ｗ間に、夫々配置した複数本の線材３０は、成形されたコイルエンド２１内に埋め込まれる。線材３０の端部は、Ｖ相巻線２０Ｖのコイルエンド２１ＶおよびＵ相巻線２０Ｕのコイルエンド２１Ｕを横断させた位置からコイルエンド２１の外部に引出された状態となる。
【００２５】
次いで、絶縁ワニスが含浸されて加熱硬化が施され、図５に示すように、複数の線材３０を埋め込んだ状態のコイルエンド２１を形成する。そして、成形加工によりコイルエンド２１内に埋め込まれた線材３０を外部に引出された端部から引抜く。線材３０の表面は離型剤をコーティングしているため、加熱硬化した絶縁ワニスが付着することが防止され、端部よりの引抜きによって容易に離脱させることができる。線材３０が引抜かれた部分は、回転電機として組立てた状態でオイル供給口１８およびオイル排出口１９に臨む位置に夫々端部が開口する連続した複数の通路２２を構成できる。
【００２６】
なお、上記実施形態において、コイルエンド２１は冷却ジャケット６、７に収納されたものについて説明しているが、図示しないが、特許第３３８５３７３号公報に記載されたように、冷却ジャケットを備えないものであってもよく、この場合には、オイル噴出口から冷媒通路２２の開口に向かって冷媒を噴出させることで、冷媒を冷媒通路２２内に流通させてコイルエンド２１を内部から冷却できると共に、冷媒通路２２内に流れ込まずにコイルエンド２１外表面を伝って流れる冷媒はコイルエンド２１を表面側から冷却することができる。
【００２７】
また、上記実施形態において、回転電機として組立てた状態でオイル供給口１８に臨む位置からオイル排出口１９に臨む位置までの間で連なった通路２２を構成するよう線材３０を配置するものについて説明したが、図示はしないが、Ｕ相巻線とＶ相巻線のコイルエンド間、および、Ｖ相巻線とＷ相巻線のコイルエンド間に、Ｕ相巻線のコイルエンドおよびＷ相巻線のコイルエンドが途切れる毎に外部に線材を引出して配列し、コイルエンド成形、絶縁ワニス含浸、加熱硬化後に、各線材を引抜くことにより複数の断続的な通路をコイルエンド内に形成するものであってもよい。
【００２８】
本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。
【００２９】
（ア）コイル巻装によりコイルエンド２１表面に形成される溝部分に線材３０を配置し且つその端部をコイルエンド２１の外周側若しくは内周側に引出して配置し、前記配置した線材３０を含めて、巻装後のコイルエンド２１の形状を修正するコイルエンド成形、絶縁ワニス含浸および加熱硬化を行い、その後に、前記線材３０を引抜くことによりコイルエンド２１内部に外部と連通して冷媒を流通させる冷媒通路２２を形成するため、開口から冷媒を供給することで冷媒通路２２に冷媒を流通させることができ、冷媒によりコイルエンド２１内部を効率的に冷却できる。
【００３０】
また、コイルエンド２１の成形前に冷媒通路２２を形成するための線材３０を配置し、成形、絶縁ワニス含浸・乾燥硬化後に線材３０を引抜くという作業のみで、コイルエンド２１内部に冷媒通路２２を容易に形成できる。しかも、従来からの作業工程に線材３０に関連する配置および引抜きの作業を追加するのみでよいため、容易に従来の回転電機固定子の製造ラインに適用可能である。
【００３１】
（イ）線材３０を、回転電機として組立てられた際の冷媒供給口１８に対面する位置と当該位置から離れた対向する位置とからコイルエンド２１の外周側に端部を引出し、前記両位置間はコイルエンド２１の溝に沿って配置すると、コイルエンド２１上部から下部にかけてコイルエンド２１内部に冷媒通路２２が形成でき、コイルエンド２１全周に亙って内部からも冷却できる。
【００３２】
（ウ）線材３０に対して離型剤をコーティングして備えるようにすると、加熱硬化した絶縁ワニスの線材３０からの離型が容易となり、線材３０の引抜を容易とできる。
【００３３】
（エ）線材３０を、コイル２０を形成する素線と同じ素材で形成すると、コイルエンド成形時に線材３０とコイル素材とが同様の機械的変形状態となり、線材３０と接するコイル素材への応力集中が発生せず、コイル素材を傷付けることを防止でき、コイルエンド２１の品質低下を招かない。
【００３４】
（オ）コイル巻装後のコイルエンド２１の溝部分は、Ｕ相巻線２０ＵとＶ相巻線２０ＶとＷ相巻線２０Ｗとの相互間に形成される溝若しくは隙間とすることで、巻装時にこれらの各相間に隙間が生じており、線材３０の配置が容易で作業性がよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態を示す固定子を備えた回転電機の概略断面図。
【図２】同じく回転電機固定子の正面図（Ａ）および側面図（Ｂ）。
【図３】回転電機固定子の製造過程を示す概略正面図。
【図４】図３に続く回転電機固定子の製造過程を示す概略正面図。
【図５】図４に続く回転電機固定子の製造過程を示す概略正面図（Ａ）および側面図（Ｂ）。
【符号の説明】
【００３６】
１  ケース
２  ロータ
５  ステータ
６、７  冷却ジャケット
１０  ステータコア
１１  スロット
１２  ティース
１３  バックコア
１４  樹脂層
１５  冷媒通路
１６  円筒部
１８  オイル供給口
１９  オイル排出口
２０  ステータコイル、コイル
２１  コイルエンド
２２  油路、通路、冷媒通路
３０  線材
【図１】
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【図２】
2006087165.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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