(57)【要約】【課題】セグメントコイルを構成する各セグメント導体間において接着剤の浸透具合が均一なステータを提供することである。【解決手段】実施形態の一例であるステータ１０の製造方法は、複数のセグメント導体１６をスロット１４に挿入し、ティース１３に巻装して、セグメントコイル１５を形成する工程と、セグメントコイル１５よりもステータ径方向内側に、セグメントコイル１５の各セグメント導体１６をヨーク１２側に押圧する押圧部材２０を配置する工程と、押圧部材２０によって各セグメント導体１６をステータ径方向内側からヨーク１２側に押圧した状態で、スロット１４内に絶縁性の接着剤１７を流し込む工程と、接着剤１７を硬化させる工程とを含む。【選択図】図３
2017093172.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状のヨーク、および前記ヨークの内周面からステータ径方向内側に突出した複数のティースを含み、前記各ティースの間にスロットが形成されたステータコアと、前記ティースに巻装されたセグメントコイルと、を備えたステータの製造方法であって、
複数のセグメント導体を前記スロットに挿入し、前記ティースに巻装して、前記セグメントコイルを形成する工程と、
前記セグメントコイルよりもステータ径方向内側に、前記セグメントコイルの前記各セグメント導体を前記ヨーク側に押圧する押圧部材を配置する工程と、
前記押圧部材によって前記各セグメント導体をステータ径方向内側から前記ヨーク側に押圧した状態で、前記スロット内に絶縁性の接着剤を流し込む工程と、
前記接着剤を硬化させる工程と、
を含む、ステータの製造方法。
【請求項２】
環状のヨーク、および前記ヨークの内周面からステータ径方向内側に突出した複数のティースを含み、前記各ティースの間にスロットが形成されたステータコアと、
前記スロットに挿入された複数のセグメント導体を含み、当該各セグメント導体が前記ティースに巻装された構造を有するセグメントコイルと、
を備えたステータであって、
前記セグメントコイルよりもステータ径方向内側に設けられ、前記セグメントコイルの前記各セグメント導体を前記ヨーク側に押圧する押圧部材と、
前記スロット内に浸透し、前記押圧部材と共に前記各セグメント導体を前記ティースに固着させる絶縁性の接着剤と、
を有する、ステータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステータおよびステータの製造方法に関し、より詳しくはセグメントコイルを備えた回転電機用ステータおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、セグメントコイルを備えた回転電機用ステータが知られている。セグメントコイルは、一般的に平角線であるセグメント導体がステータコアのティースに巻装されたコイルであって、例えばワニスと呼ばれる接着剤を用いてステータコアに固定される。特許文献１には、複数のセグメント導体が挿入されるステータコアのスロット内にワニスを浸透させることで、セグメント導体同士を固定すると共にセグメントコイルをステータコアに固定したステータが開示されている。
【０００３】
図４は、従来のステータ５０を示す図である。図４（ａ）はステータ５０の一部を示す平面図、図４（ｂ）は（ａ）中のＢ−Ｂ断面図である。図４（ａ）では、セグメント導体１６をステータコア１１の軸方向一端面１１ａに対応する位置で切断した状態としている。図４に示すように、セグメントコイル５１は、接着剤１７を用いてステータコア１１に固定される。スロット１４内に浸透した接着剤１７は、ティース１３とセグメント導体１６の間、およびセグメント導体１６同士の間に充填されている。接着剤１７は、例えばステータコア１１の軸方向一端面１１ａ側からスロット１４内に流し込まれる。なお、セグメント導体１６とティース１３の間には絶縁シート１８（図４（ｂ）参照）が配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１２１２９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、セグメントコイル５１を構成するセグメント導体１６はスロット１４内に挿入されティース１３に巻装されるが、スロット１４内に並ぶセグメント導体１６同士の間隔を揃えることは容易ではない。各セグメント導体１６の間隔が不均一であると、間隔が広い部分に接着剤１７が多く浸透する一方、間隔が狭い部分には接着剤１７が浸透し難く、接着剤１７の浸透具合（浸透深さ）にばらつきが発生する。そして、かかる接着剤１７の浸透具合のばらつきが発生した場合、例えばステータ５０の固有値が目的とする範囲から外れ、ステータ５０を用いた回転電機の電磁振動放射音が増大し、また振動ピークのばらつきが大きくなるといった問題を引き起こすおそれがある。
【０００６】
本発明の目的は、セグメントコイルを構成する各セグメント導体間において接着剤の浸透具合が均一となるステータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るステータの製造方法は、環状のヨーク、および前記ヨークの内周面からステータ径方向内側に突出した複数のティースを含み、前記各ティースの間にスロットが形成されたステータコアと、前記ティースに巻装されたセグメントコイルとを備えたステータの製造方法であって、複数のセグメント導体を前記スロットに挿入し、前記ティースに巻装して、前記セグメントコイルを形成する工程と、前記セグメントコイルよりもステータ径方向内側に、前記セグメントコイルの前記各セグメント導体を前記ヨーク側に押圧する押圧部材を配置する工程と、前記押圧部材によって前記各セグメント導体をステータ径方向内側から前記ヨーク側に押圧した状態で、前記スロット内に絶縁性の接着剤を流し込む工程と、前記接着剤を硬化させる工程とを含むことを特徴とする。
【０００８】
本発明に係るステータは、環状のヨーク、および前記ヨークの内周面からステータ径方向内側に突出した複数のティースを含み、前記各ティースの間にスロットが形成されたステータコアと、前記スロットに挿入された複数のセグメント導体を含み、当該各セグメント導体が前記ティースに巻装された構造を有するセグメントコイルとを備えたステータであって、前記セグメントコイルよりもステータ径方向内側に設けられ、前記セグメントコイルの前記各セグメント導体を前記ヨーク側に押圧する押圧部材と、前記スロット内に浸透し、前記押圧部材と共に前記各セグメント導体を前記ティースに固着させる絶縁性の接着剤とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、セグメントコイルの各セグメント導体をヨーク側に押圧する押圧部材を用いることで、スロット内で各セグメント導体の間隔が略一定となり、各セグメント導体間における接着剤の浸透具合が均一なステータを提供することができる。即ち、本発明の製造方法により得られるステータでは、各セグメント導体間に接着剤が均一に充填されている。ゆえに、ステータの振動が抑えられ、固有値が目的とする設計範囲内に安定に維持される。ステータの固有値が安定化すると、例えば回転電機の電磁振動放射音を抑制でき、周辺機器との共振を防止するための設計が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態の一例であるステータを示す斜視図である。
【図２】ステータコアの一部を拡大して示す斜視図である。
【図３】（ａ）はステータの一部を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ断面図である。
【図４】（ａ）は従来のステータの一部を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）中のＢ−Ｂ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図面はいずれも模式的に記載されたものであり、図面に描画された構成要素の寸法比率などは以下の説明を参酌して判断されるべきである。また、複数の実施形態および変形例を適宜組み合わせて用いることは当初から想定されている。
【００１２】
以下では、実施形態の一例であるステータとして、押圧部材２０が組み込まれたステータ１０を例示するが、ステータは押圧部材を有さない構成であってもよい。但し、この場合も、ステータの製造工程においてセグメントコイルの各セグメント導体をステータ径方向外側に押圧するために押圧部材が使用される。
【００１３】
図１はステータ１０を示す斜視図、図２はステータコア１１の一部を拡大して示す斜視図である。図１，２および後述の図３では、ステータ径方向を矢印Ｘ、ステータ径方向に直交するステータ軸方向を矢印Ｙ、ステータ周方向を矢印Ｚでそれぞれ示している。以下、これらの方向を径方向Ｘ、軸方向Ｙ、周方向Ｚ、または単に径方向、軸方向、周方向という場合があり、ステータ１０の各構成要素の説明にも使用する。
【００１４】
図１に示すように、ステータ１０は、ステータコア１１と、ステータコア１１に固定された複数のセグメントコイル１５とを備える。ステータコア１１は、環状のヨーク１２と、ヨーク１２の内周面から径方向内側に突出した複数のティース１３とを含む。そして、各ティース１３の間にはスロット１４がそれぞれ形成されている。ステータコア１１は、例えば円環状に打ち抜き加工された複数の電磁鋼板を軸方向Ｙに積層して構成される。但し、ステータコア１１の構造は特に限定されず、鋼板積層体または圧粉磁心からなる複数の分割コアを円環状に配置した構造であってもよい。
【００１５】
セグメントコイル１５は、スロット１４内に挿入された複数のセグメント導体１６（後述の図３参照）を含み、セグメント導体１６がティース１３に巻装された構造を有する。セグメントコイル１５には、例えばＵ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルが含まれ、ステータコア１１の周方向Ｚに各相コイルが順次配置されている。詳しくは後述するが、ステータ１０は、セグメントコイル１５よりも径方向内側に設けられ、セグメントコイル１５の各セグメント導体１６をヨーク１２側に押し付ける押圧部材２０を有する。押圧部材２０は、環状の部材であることが好ましい。
【００１６】
図２に示すように、ティース１３は、周方向Ｚに間隔をあけて複数設けられている。各ティース１３の形状および寸法は互いに略同一であり、周方向Ｚに隣り合うティース１３同士の間隔は略等間隔であることが好ましい。隣り合うティース１３の間には、径方向Ｘに延びた溝であるスロット１４がそれぞれ形成されている。各スロット１４は、ティース１３と同様に、周方向Ｚに略等間隔で形成されることが好ましい。ティース１３およびスロット１４は、周方向Ｚに交互に配置され、一般的にステータコア１１の軸方向Ｙの全長にわたって形成されている。
【００１７】
ティース１３は、その先端部分である径方向Ｘの内側端部に形成された張出部１３ａを有することが好適である。本実施形態では、ティース１３の径方向内側端部が周方向Ｚの両側に張り出して張出部１３ａが形成されている。張出部１３ａは、スロット１４の径方向内側端部で周方向Ｚに沿ったスロット１４の幅を狭くし、セグメント導体１６がスロット１４から抜けることを防止する。スロット１４は、径方向内側端部を除き、略一定の幅で形成されていることが好ましい。
【００１８】
以下、図３をさらに参照し、特にセグメントコイル１５および押圧部材２０について詳説する。図３（ａ）はステータ１０の一部を示す平面図、図３（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ断面図である。図３（ａ）では、セグメント導体１６をステータコア１１の軸方向一端面１１ａに対応する位置で切断した状態としている。また、絶縁シート１８の図示を省略している。
【００１９】
図３に示すように、セグメントコイル１５は、スロット１４に挿入された複数のセグメント導体１６によって構成されている。スロット１４内には、ティース１３とセグメント導体１６の間に介在する絶縁シート１８（図３（ｂ）参照）が設けられている。絶縁シート１８は、例えば１枚の樹脂製シートからなり、略コの字状に折り曲げられてスロット１４に挿入される。図３（ｂ）に示す例では、絶縁シート１８の軸方向長さがステータコア１１よりも長く、シートの軸方向両端部がスロット１４の外側に折り返され、当該両端部がステータコア１１の軸方向両端面に係合している。
【００２０】
セグメントコイル１５は、絶縁シート１８によってステータコア１１と絶縁された状態でステータコア１１に固定されている。セグメントコイル１５を構成する複数のセグメント導体１６は、例えば断面が略四角形状の平角線であって、スロット１４内で一列に並んで配置されている。スロット１４の幅（周方向Ｚの長さ）は、セグメント導体１６の周方向Ｚの長さよりも若干広く設定されている。なお、隣り合うティース１３の張出部１３ａ同士の間隔はセグメント導体１６の周方向Ｚの長さよりも狭い。セグメントコイル１５は、一般的にスロット１４内に占めるセグメント導体１６の体積比である占積率が高く、ステータ１０を用いた回転電機は出力効率に優れている。
【００２１】
セグメント導体１６には、例えば略Ｕ字状に成形された平角線が用いられる。セグメント導体１６は、互いに平行に延びた２本の脚部と、各脚部をつなぐ連結部とを含む。本実施形態では、セグメント導体１６の２本の脚部が、周方向Ｚに離間した２つのスロット１４内にステータコア１１の軸方向他端面１１ｂ側から挿入されている（図３（ａ）はセグメント導体１６の脚部を図示している）。複数のセグメント導体１６が同じようにして２つのスロット１４に順次挿入されることにより、スロット１４内にセグメント導体１６の脚部が整列配置された状態となる。各脚部の長さはスロット１４の軸方向長さよりも長く、各脚部の先端部分はステータコア１１の軸方向一端面１１ａから突出している。
【００２２】
各セグメント導体１６は、一般的に絶縁被膜を有するが、ステータコア１１の軸方向一端面１１ａから突出した各脚部の先端部分では金属製の芯材が露出している。各脚部の先端部分は、例えばセグメント導体１６がティース１３の周りを囲むように周方向Ｚに折り曲げられ、同相コイルの別のセグメント導体１６の脚部と溶接される。複数のセグメント導体１６が同じように折り曲げられ溶接されることにより、ティース１３に巻装されたセグメントコイル１５が形成される。
【００２３】
各セグメント導体１６は、絶縁性の接着剤１７によってティース１３に固定される。また、各セグメント導体１６は接着剤１７によって互いに固定される。接着剤１７は、スロット１４内に浸透し、ティース１３とセグメント導体１６の間、およびセグメント導体１６同士の間に充填され、各セグメント導体１６をティース１３に固着させると共に、隣接するセグメント導体１６同士を固着させる。
【００２４】
接着剤１７には、例えばワニスと呼ばれる硬化性の樹脂接着剤が用いられる。接着剤１７は、熱硬化性の樹脂を主成分とする熱硬化型であることが好ましいが、溶剤等を含有していてもよく、溶剤を揮発除去することにより硬化する乾燥硬化型であってもよい。また、接着剤１７は二液硬化型であってもよい。詳しくは後述するが、接着剤１７はステータコア１１の軸方向一端面１１ａ側からスロット１４内に流し込まれる。
【００２５】
押圧部材２０は、上述のようにセグメントコイル１５よりもステータコア１１の径方向内側に設けられている。押圧部材２０は、セグメントコイル１５の各セグメント導体１６をヨーク１２側、即ち径方向内側から径方向外側に押圧する部材である。押圧部材２０を設けることにより、スロット１４内に並ぶセグメント導体１６同士の間隔が略一定となり、各セグメント導体１６間における接着剤１７の浸透具合（浸透深さ）が均一化する。押圧部材２０は、スロット１４内に並ぶセグメント導体１６同士の間隔を揃える矯正具ともいえる。本実施形態では、接着剤１７によって押圧部材２０がティース１３に固定されている。
【００２６】
押圧部材２０を設けた場合も、各セグメント導体１６の間には接着剤１７が浸透する程度の隙間が存在する。但し、その隙間は押圧部材２０を用いない場合（図４参照）と比べて小さくなり、隙間の大きさは均一化される。即ち、セグメント導体１６同士の間隔が略一定となる。各セグメント導体１６は、押圧部材２０によって、例えばスロット１４内で径方向外側に隣接するセグメント導体１６に押し付けられ、最も径方向外側に位置するセグメント導体１６はヨーク１２の内周面１２ａに押し付けられている。
【００２７】
押圧部材２０は、少なくともステータコア１１の軸方向一端面１１ａから突出するセグメントコイル１５の軸方向一端部、即ち当該軸方向一端部を構成するセグメント導体１６の脚部の先端部分を径方向外側に押圧することが好適である。本実施形態では、ステータコア１１の軸方向一端面１１ａ上に押圧部材２０が配置されている。スロット１４内におけるセグメント導体１６同士の間隔のばらつきはセグメント導体１６の連結部側よりも脚部の先端側で大きくなり易いため、押圧部材２０によって脚部の先端部分が押圧される構成とすれば、セグメント導体１６同士の間隔を均一化し易い。
【００２８】
押圧部材２０は、上述の通り環状に形成されていることが好適である。本実施形態では、断面が略四角形状をなす円環状の押圧部材２０が、ステータコア１１の軸方向一端面１１ａ上に１つ設けられている。押圧部材２０として、例えばバー状の部材を複数設けることも可能であるが、この場合、製造工程において各バー状部材を径方向内側から外側に押圧する治具、装置等が必要となる。円環状の押圧部材２０を用いた場合は、例えば外径を適切な長さに設定することで、かかる押圧治具等が不要となる。なお、円環状の押圧部材２０の断面形状は四角形状に限定されず、円形状であってもよい。
【００２９】
押圧部材２０の外径は、ステータコア１１の軸方向一端面１１ａ上に押圧部材２０を配置した状態で、スロット１４内の全てのセグメント導体１６に対して径方向外側への押圧力が加わる長さに設定されることが好ましい。即ち、各セグメント導体１６を互いに接触させ、最も径方向外側に位置するセグメント導体１６をヨーク１２の内周面１２ａに押し付けることが可能な外径とすることが好ましい。
【００３０】
押圧部材２０の内径は、例えばステータ１０内に配置されるロータとの干渉を避けるべく、ステータコア１１の軸方向一端面１１ａ上に押圧部材２０を配置した状態で、押圧部材２０がティース１３の先端から径方向内側にはみ出さない長さに設定される。押圧部材２０の径方向Ｘの幅は、例えば上記外径および内径を満たす範囲であれば特に限定されない。また、押圧部材２０の軸方向Ｙの幅は、軸方向一端面１１ａ上に押圧部材２０を配置した状態で、押圧部材２０がセグメントコイル１５の軸方向一端から突出しない長さに設定されることが好ましい。但し、押圧部材２０には各セグメント導体１６からの反力が作用するため、少なくともその反力によって塑性変形しない程度の幅とする必要がある。
【００３１】
押圧部材２０には、回転電機の磁気特性等に影響を与えないように、絶縁性の樹脂部材を用いることが好ましい。押圧部材２０を構成する樹脂としては、特に限定されないが、例えば耐油性、耐熱性に優れた樹脂が用いられる。
【００３２】
ステータ１０の製造工程は、セグメントコイル１５を形成する工程（１）と、セグメントコイル１５よりも径方向内側に押圧部材２０を配置する工程（２）と、スロット１４内に接着剤１７を流し込む工程（３）と、接着剤１７を硬化させる工程（４）とを含む。押圧部材２０は製造工程のみで使用され、接着剤１７の硬化後等に取り除かれてもよいが、生産性向上等の観点から、押圧部材２０はステータ１０に組み込まれることが好適である。即ち、接着剤１７は押圧部材２０と共に各セグメント導体１６をティース１３に固着させることが好ましい。
【００３３】
工程（１）では、複数のセグメント導体１６をスロット１４に挿入し、ティース１３に巻装して、セグメントコイル１５を形成する。セグメントコイル１５の形成方法は特に限定されず、従来公知の方法を適用できる。本実施形態では、周方向Ｚに離間した２つのスロット１４内に、ステータコア１１の軸方向他端面１１ｂ側から各セグメント導体１６の２本の脚部を順次挿入する。そして、セグメント導体１６がティース１３の周りを囲みティース１３に巻装された状態となるように、ステータコア１１の軸方向一端面１１ａから突出した各脚部の先端部分を周方向Ｚに折り曲げ、同相コイルの別のセグメント導体１６の脚部と溶接する。このようにして、ティース１３に巻装されたセグメントコイル１５が形成される。
【００３４】
工程（２）では、セグメントコイル１５よりも径方向内側に押圧部材２０を配置する。押圧部材２０は、例えばステータコア１１の軸方向両側に配置してもよいが、本実施形態では円環状の押圧部材２０を軸方向一端面１１ａ上のみに配置する。具体的には、各スロット１４内に挿入された複数のセグメント導体１６のうち最も径方向内側に位置するセグメント導体１６に押圧部材２０を押し当て、これを径方向外側に押し付けながらセグメントコイル１５よりも径方向内側に押圧部材２０を嵌め込む。このように押圧部材２０を配置することで、各セグメント導体１６が互いに接触し、最も径方向外側に位置するセグメント導体１６がヨーク１２の内周面１２ａに押し付けられる。そして、スロット１４内に並ぶセグメント導体１６同士の間隔が略一定となる。
【００３５】
工程（３）では、押圧部材２０によって各セグメント導体１６を径方向内側から径方向外側に押圧した状態で、スロット１４内に絶縁性の接着剤１７を流し込む。接着剤１７は、例えばステータコア１１の軸方向一端面１１ａ側からセグメントコイル１５が巻装されたティース１３に滴下される。このとき、接着剤１７の一部がスロット１４内に流れ込み、スロット１４内に浸透する。本実施形態では、押圧部材２０がステータ１０に組み込まれるため、接着剤１７は押圧部材２０にも付着するように滴下されることが好適である。
【００３６】
未硬化状態で流動性のある接着剤１７は、スロット１４内に浸透し、ティース１３とセグメント導体１６の間、およびセグメント導体１６同士の間に充填される。押圧部材２０によって各セグメント導体１６が押圧された状態では、上述の通りその押圧力によってセグメント導体１６同士の間隔が略一定になっている。そして、この状態で接着剤１７を滴下しスロット１４内に浸透させることで、各セグメント導体１６間における接着剤１７の浸透深さを均一化することができる。つまり、各セグメント導体１６間における接着剤１７の充填量を略同一にすることが可能となる。
【００３７】
工程（４）では、スロット１４内に浸透した接着剤１７を硬化させる。一般的に、接着剤１７には熱硬化型接着剤が用いられるため、少なくとも未硬化の接着剤１７が付着した部分を硬化に必要な所定温度で加熱する。接着剤１７に溶剤が含有される場合は、当該加熱工程で溶剤が揮発除去される。接着剤１７が硬化することによって、押圧部材２０と共に各セグメント導体１６がティース１３に固着し、セグメント導体１６同士が固着する。
【００３８】
以上のように、押圧部材２０を用いることによってスロット１４内で各セグメント導体１６の間隔が略一定となり、各セグメント導体１６間における接着剤１７の浸透深さが均一なステータ１０が得られる。各セグメント導体１６間における接着剤１７の浸透深さが均一化すれば、例えばステータ１０の固有値が安定化し、回転電機の電磁振動放射音が低減され、周辺機器との共振を防止するための設計が容易になる。また、押圧部材２０を用いることによって、各セグメント導体１６の間隔が小さくなるため、セグメント導体１６の占積率を高めて回転電機の高出力化を図ることも可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１０，５０  ステータ、１１  ステータコア、１１ａ  軸方向一端面、１１ｂ  軸方向他端面、１２  ヨーク、１２ａ  内周面、１３  ティース、１３ａ  張出部、１４  スロット、１５，５１  セグメントコイル、１６  セグメント導体、１７  接着剤、１８  絶縁シート、２０  押圧部材
【図１】
2017093172.tif 000003
【図２】
2017093172.tif 000004
【図３】
2017093172.tif 000005
【図４】
2017093172.tif 000006