(57)【要約】【課題】巻線体内部で生じる熱を効率よく放熱できる電動機用巻線体の製造方法及びこの巻線体を備える電動機用固定子を提供する。【解決手段】電動機に用いられる巻線体７の製造方法であって、熱伝導性フィラーを含む高熱伝導性樹脂８を塗着しながら、巻線６を固定子のコア３に巻き回して上記巻線体７を形成する。  【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機に用いられる巻線体の製造方法であって、
熱伝導性フィラーを含む高熱伝導性樹脂を塗着しながら、上記巻線を固定子のコアに巻き回して上記巻線体を形成する、電動機用巻線体の製造方法。
【請求項２】
巻線に上記高熱伝導性樹脂を塗着した後に、上記コアに巻き回して上記巻線体が形成される、請求項１に記載の電動機用巻線体の製造方法。
【請求項３】
巻線の各巻き回し層が形成された後、上記各巻き回し層の表面に上記熱伝導性樹脂を塗着して上記巻線体が形成される、請求項１又は請求項２のいずれかに記載の電動機用巻線体の製造方法。
【請求項４】
上記熱伝導性樹脂がローラによって上記巻線又は上記巻線の巻き回し層の表面に塗着される、請求項２又は請求項３のいずれかに記載の電動機用巻線体の製造方法。
【請求項５】
上記熱伝導性樹脂が吹き付け装置によって上記巻線又は上記巻線の巻き回し層表面に塗着される、請求項１から請求項３のいずれかに記載の電動機用巻線体の製造方法。
【請求項６】
上記巻線体の巻線導入部を、高熱伝導性樹脂を介して上記コア表面に固定する、請求項１から請求項５のいずれかに記載の電動機用巻線体の製造方法。
【請求項７】
上記巻線体を、環状に組み付けられて電動機の固定子を構成する分割固定子のコアに形成する、請求項１から請求項６のいずれかに記載の電動機用巻線体の製造方法。
【請求項８】
少なくとも、熱伝導性フィラーを２０容量％以上含む熱伝導性樹脂を塗着する、請求項１から請求項７のいずれかに記載の巻線体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、電動機用巻線体の製造方法、電動機用巻線体及び電動機用固定子に関する。詳しくは、電動機の巻線体の内部で発生した熱を効率よく逃がすことのできる電動機用巻線体及び固定子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車や電気自動車では、自動車駆動のために電動機が用いられる。この駆動用電動機は、高出力・高効率化はもちろんのこと、小型化及び軽量化が求められる。このため、出力を低下させることなく、グラム単位及びミリメートル単位の減量や小型化が絶えず要求されている。
【０００３】
電動機においては、固定子のコアに巻線を巻き回して巻線体（コイル）が形成されるが、高い出力で、より小型化を実現するために、固定子等の巻線体の占積率を極限まで向上させることが求められる。また、磁力を高めて大きな出力を得るために、巻線には大きな電流が流される。
【０００４】
ところが、大きな電流を流すことにより、巻線の抵抗に起因して発生する熱量も大きくなり、占積率が大きくなるほど巻線体の単位体積当たりの発熱量も大きくなる。巻線で発生した熱は隣接する各巻線間を横断して伝わり、一部は巻線体の外層部から放熱され、一部はコアに伝わり、固定子外周部に設けた放熱部等から放熱される。また、巻線の軸方向に伝わって、巻線の導入部からも放熱される。
【０００５】
上記巻線体の外層部や上記コアの外周部は、冷却媒体で冷却するように構成されているが、上記巻線体の内部で発生する熱を、上記巻線体の外周部や上記コアに効率よく逃がさなければ、巻線体内部の温度が上昇する。巻線体内部の温度が上昇すると、巻線の絶縁被覆に悪影響を及ぼして絶縁性能を低下させ、さらに、電動機の出力の低下や寿命の低下につながる。
【０００６】
上記問題を解決するため、巻線体をステータスロットに装着する際に熱伝導性の高い樹脂（ワニス）を滴下させて各巻線間の熱伝導性を高める発明が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２４４９０７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献に記載された方法は、上記ワニスを巻線間の隙間にいわば毛細管現象によって含浸させるものである。ところが、上記ワニスには、熱伝導性を高めたるためのフィラー、すなわち、固形成分が配合されているため流動性が低い。したがって、巻線が複数層形成された巻線体では、ワニスを巻線体の奥深くまで到達させることはできない。
【０００９】
しかも、樹脂成分のみが巻線間に侵入していき、固形成分であるフィラーが表面層近傍に偏在するのは明らかである。したがって、上記方法では、巻線体の内部に熱伝導率の高い樹脂充填層を形成することはできない。一方、熱が発生して高温にさらされるのは巻線体の内部であるため、巻線体で発生する熱を効率よく放熱できないことになる。
【００１０】
一般に熱伝導性のフィラー成分の配合量が多いほど、樹脂の熱伝導性能も向上する。一方、上記フィラー成分の配合量が多くなるほど、樹脂の粘度が上がり浸透性が低下する。したがって、上記の滴下法では、浸透性の高い熱伝導性樹脂を採用しなければならず、粘度の高い高熱伝導性の樹脂を採用できない。
【００１１】
本願発明は、上記問題を解消し、巻線体内部で生じる熱を効率よく放熱できる電動機用巻線体の製造方法及び電動機用固定子を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本願発明に係る巻線体は、熱伝導性フィラーを含む高熱伝導性樹脂を塗着しながら、巻線を固定子のコアに巻き回すことによって製造される。本願発明を適用できる固定子及びコアの種類及び形態は限定されることはない。一つの固定子のティース部に一つの相の巻線を巻き回した集中巻固定子のみならず、複数のスロットに複数の相の巻線を巻き回した分布巻固定子にも適用できる。また、上記固定子を構成するコアの形態も限定されることはなく、圧粉成形したコアや鋼板を積層したコアを採用することができる。なお、上記フィラーとして、熱伝導性に加えて、電気絶縁性を兼ね備えた無機フィラーを採用するのが好ましい。
【００１３】
高熱伝導性樹脂を塗着する手順は特に限定されることはない。たとえば、請求項２に記載した発明のように、巻線に上記高熱伝導性樹脂を塗着し、その後、上記コアに巻き回すことができる。この手順では、移動する巻線に高熱伝導性樹脂を塗着すればよいため、装置を非常に簡単に構成できる。
【００１４】
また、請求項３に記載した発明のように、巻線体の巻線の各巻き回し層が形成された後に、上記各巻き回し層の表面に上記熱伝導性樹脂を塗着することができる。この手法によると、巻き回された巻線間に直接樹脂を塗着できるため、巻線間の隙間をほぼ完全に埋めることができる。
【００１５】
さらに、上記請求項２に記載した手法と上記請求項３に記載した手法の双方を同時に適用することもできる。
【００１６】
上記高熱伝導性の樹脂を塗着する手法も限定されることはない。たとえば、請求項４に記載した発明のように、高熱伝導性樹脂を含浸させたローラ間に上記巻線を通過させることが考えられる。また、請求項５に記載した発明のように、吹き付け装置によって高熱伝導性樹脂を巻線に吹き付け塗着することもできる。さらに、巻線を巻き回す前であれば、高熱伝導性樹脂を満たした樹脂貯溜槽内に巻線を通過させてもよい。
【００１７】
本願の請求項６に記載した発明は、上記巻線体の巻線導入部（コイルエンド部）を、高熱伝導性樹脂を介して上記コア表面に固定するものである。上記巻線体には電流を流すための巻線導入部が設けられており、コアの近傍を通過するように配置される。コアは強磁性体金属で形成されているため、熱伝導性が高い。したがって、上記巻線体の巻線導入部から上記コア表面に放熱できるように接触固定できれば、巻線の軸方向に伝わる熱を効率よく放熱させることができる。上記巻線導入部をコアに固定する工程は、巻線の最終段階でも行うことができる。なお、巻線の導入部に高熱伝導性樹脂を塗着する手法も特に限定されることはなく、たとえば、請求項４あるいは請求項５に記載したのと同様の手法を採用できる。また、巻線導入部を収容する溝が形成されている場合は、上記溝に高熱伝導性樹脂を充填する工程を付加してもよい。
【００１８】
上記構成を採用することにより、上記巻線導入部を上記コアに確実に固定できるばかりでなく、従来の構造をほとんど変更することなく、巻線からの放熱性を高めることが可能となる。
【００１９】
上記巻線体が形成される固定子あるいは電動機の種類や形態は限定されることはない。たとえば、請求項７に記載した発明のように、上記巻線体を、環状に組み付けられて電動機の固定子を構成する分割固定子のコアに形成することができる。
【００２０】
本願発明では、請求項８に記載したように、高熱伝導性樹脂を巻き回されつつある巻線に直接塗着できる。たとえば、充分な熱伝導率を達成するために、少なくとも、熱伝導性フィラーを２０容量％以上含む熱伝導性樹脂を塗着するのが好ましい。
【００２１】
上述した各製造方法によって、従来例では採用不可能であったフィラー濃度の非常に高い高熱伝導性樹脂を各巻線間に充填できる。この結果、熱伝導率の高い巻線間充填層を形成することができる。すなわち、強磁性体から形成されるコアに巻き回された各巻線間に生じる隙間に、熱伝導性の無機フィラー等を、少なくとも２０容量％以上含む高熱伝導性樹脂を充填した巻線体を形成することも可能となる。
【００２２】
上記巻線体を設ける電動機や固定子の種類が限定されることはない。すなわち、従来の分布巻固定子や集中巻固定子を備える電動機に適用できる。さらに、高い磁力を発生させるために放熱性が要求される種々の巻線体にも適用可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１に示すように、本実施の形態は、複数の分割固定子を環状に組合せて構成される電動機用集中巻固定子の巻線体に本願発明を適用したものである。なお、本願発明は巻線体に関するものであり、他の形式の電動機用固定子や種々の電動機の巻線に適用できる。
【００２４】
上記固定子１は、複数の分割固定子２を環状に組み合わせた後、図示しないリング部材等を用いて外側から囲みこんで固定されて組み立てられる。上記固定子１の内部に、永久磁石を設けた図示しないロータを配置して電動機が構成される。なお、図１は、各分割固定子の構造が理解できるように、上記環状の固定子の軸に直角な断面を示している。
【００２５】
図２に示すように、各分割固定子２は、粉体金属を圧縮成形等した後に焼結して形成される強磁性体のコア３と、このコア３のティース部４に被着された樹脂製インシュレータ５と、このインシュレータ５の外周に巻線６を巻き回して形成される巻線体７とを備えて構成される。
【００２６】
そして、本願発明では、図３示すように、上記巻線体６を構成する各巻線７の間に生じる隙間に高熱伝導性樹脂８が充填されている。
【００２７】
上記高熱伝導性樹脂８は、樹脂材料を溶媒に溶かして製造されるワニス等に、高い熱伝導性を有するフィラーを配合して構成される。ワニスを構成する上記樹脂材料は特に限定されることはないが、少なくとも上記巻線で発生する温度に耐えるものを採用する必要がある。たとえば、ポリアミド系樹脂を溶剤に溶かしたもの採用することができる。具体的には、住友スリーエム社製のジェット・メルト接着材のハイメルトシリーズ７３７５を採用し、これにアルミナ、シリカ等のフィラーを配合して、上記熱伝導性樹脂を構成することができる。上記フィラーとして金属製のものを採用可能であるが、絶縁性能を向上させるために、無機系フィラーを採用するのが好ましい。上記フィラーの配合量を多くすれば、熱伝導性能は向上する。一方、塗着する際の粘度が高くなって取り扱いにくくなる。本実施の形態では、以下に説明するように、巻線６に樹脂を直接塗着するように構成しているため、上記フィラーの配合量を塗着可能な極限まで高めることができる。高い熱伝導性を得るためには、上記フィラーの配合量は、少なくとも２０容量％以上に設定するのが好ましい。これにより、各巻線間に高い熱伝導性を備える樹脂充填層を成形することができる。また、熱伝導性を高めるため、２種以上の粒度のフィラーを配合して、フィラーの配合割合を高めることもできる。
【００２８】
図３に示すように、各巻線で発生した熱は、上記高熱伝導性樹脂８を介して、各巻線６を横断するように伝導し、一部は巻線体７の外周部から、また、一部は、インシュレータ５を介してコア３に放熱される。
【００２９】
図４に、巻線体に熱伝導性樹脂を塗着する第１の実施例を示す。図４は、図２のＩＶ−ＩＶ断面に巻線を巻き回している状態を示すものである。
【００３０】
上記分割固定子２を構成するコア３が、インシュレータ５を被着した状態で巻線装置の回転軸に保持されている。一方、上記回転軸の半径方向外方には、巻線６を繰り出すノズル９が紙面と直交する方向に移動可能に保持されている。上記コア３を回転させるとともに、上記ノズル９を紙面と直交する方向に移動させながら上記巻線６を上記ノズル９から繰り出すことにより、上記コア３のティース部４に巻線が巻き回される。巻線６が繰り出されるノズル９の前方には、上記巻線６を挟むとともに、上記ノズルと同期して紙面と直角方向に移動する一対の塗布ローラ１０，１０が設けられている。上記塗布ローラ１０，１０には、高熱伝導性樹脂８が含浸されており、また、適当な手段によって高熱伝導性樹脂を供給できるように構成されている。
【００３１】
また、上記塗布ローラ１０，１０は、上記巻線６の繰り出し速度に対応して回転するように構成されており、上記コア３に巻き回される直前の巻線６に、高熱伝導性樹脂８を効率よく塗着することができる。上記高熱伝導性樹脂８が塗着された巻線６は、上記樹脂が硬化する前に上記コア３に巻き回される。これにより、図３に示すように、巻線体６の各巻線間に高熱伝導性樹脂を隙間なく充填することができる。なお、この実施の形態では、上記ローラを上記ノズルと同期して紙面と直交する方向に移動させるように構成したが、上記ノズル９の移動距離に対応した長尺状のローラを固定的に設けることもできる。
【００３２】
図５に、巻線体に熱伝導性樹脂８を塗着する第２の実施例を示す。
【００３３】
図５に示す実施例では、上記ローラの代わりに、高熱伝導性樹脂８を上記巻線７に吹き付けて塗着できる吹き付け装置１１が設けられている。上記吹き付け装置１１も、上記ローラ１０と同様に上記ノズル９と同期して図５の紙面と直交方向に移動するように構成されており、巻き回される直前の巻線６に高熱伝導性樹脂８を塗着することができる。
【００３４】
図６に、巻線体７に熱伝導性樹脂８を塗着する第３の実例を示す。
【００３５】
この実施例では、巻線体７の巻線６の各巻き回し層が形成された後、上記配列して巻き回された巻線６の各巻き回し層の表面１２に上記熱伝導性樹脂８を塗着するローラ１３が設けられている。上記ローラ１３は、上記コア３のティース部４の高さに対応した長さを備えており、第１の実施例と同様に高熱伝導性樹脂８が含浸されている。上記ローラ１３は、上記コア３のティース部４の表面を転がりながら、上記分割固定子２の周囲を移動できるように保持されている。
【００３６】
巻線６の各巻き回し層１２が巻き上がった後、巻線装置の回転を一時停止して、上記ローラ１３を上記巻線６の各巻き回し層１２の表面を転がすようにして、高熱伝導性樹脂８が巻線体６に塗着される。上記工程を繰り返すことにより、巻線体７の内部に、熱伝導率の高い樹脂充填層を形成できる。
【００３７】
上述した各実施例では、巻き回される直前の巻線６に、高熱伝導性樹脂８を直接塗着することができる。このため、巻線体７の各巻線間に熱伝導性の高い充填層を形成することができる。また、上記充填層を形成することにより、巻線体７の内部で生じた熱を、上記巻線間を横断するように移動させ、巻線体７の表面側あるいはインシュレータを介してコア側に放熱することができる。これにより、巻き線体７の内部の温度が低下し、巻線の被覆が傷んで絶縁性が低下したり、電動機の寿命が低下するといったことを防止できる。
【００３８】
図７及び図８に、本願の第４の実施例を示す。
【００３９】
この実施例は、上記巻線体７から延出する巻線の導入部１４と上記コア３との間に、上記高熱伝導性樹脂８を介在させたものである。
【００４０】
図２に示すように、巻線６は樹脂製のインシュレータ５を介してコア３に巻き回される。上記インシュレータ５は熱伝導性が低いため、インシュレータ５を介してコア３に放熱させるのは困難である。本実施例は、上記巻線の導入部１４を、上述の高熱伝導性樹脂８を介して上記コア３の表面に固定したものである。
【００４１】
実施例では、インシュレータ５の上部側面に巻線の導入部１４を延出させるための溝１５が形成されている。上記溝１５は、コア３の表面が露出するまでインシュレータ５を切り欠いて形成されており、巻線導入部１４をコア３の表面に、上記高放熱樹脂８を介して固定することができる。コア３は金属で形成されているため、熱伝導性が非常に高い。したがって、本実施例によって、巻線６の軸方向に伝導する熱を、効率よく逃がすことができる。
【００４２】
上記実施の形態に示した実施例は本願発明の一形態であり、本願発明の範囲がこれに限定されることはない。実施の形態では、本願発明を、集中巻の分割固定を備える電動機に適用したが、巻線体を設けた他の形式の電動機に適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明が適用される電動機固定子の全体構成を示す図である。
【図２】図１に示す固定子を構成する分割固定子の拡大断面図である。
【図３】図２に示す分割固定子の巻線体の内部構造を模式的に示す拡大断面図であり、熱の移動状態を説明する図である。
【図４】巻線体の製造方法の第１の実施例を示す図であり、図２のＩＶ−ＩＶ線に対応する断面に巻線を巻き回している状態を示す断面図である。
【図５】巻線体の製造方法の第２の実施例を示す図であり、図２のＩＶ−ＩＶ線に対応する断面に巻線を巻き回している状態を示す断面図である。
【図６】巻線体の製造方法の第３の実施例を示す図であり、図２のＩＶ−ＩＶ線に対応する断面に巻線を巻き回している状態を示す断面図である。
【図７】図２に示す分割固定子の外観図であり、巻線の導入部の形態を示す図である。
【図８】図７に示す分割固定子の要部平面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  固定子
３  コア
６  巻線
７  巻線体
８  高熱伝導性樹脂
【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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