JP2015201958A - 回転電機の固定子およびその回転電機の固定子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機の固定子において、鉄心にコイルを巻回時に生じる鉄心の巻き締まりを防止し、かつインシュレータを鉄心に強固に固着させた固定子を提供する。【解決手段】鉄心４の軸長手方向に２分割された負荷側インシュレータ５ａと反負荷側インシュレータ５ｂとの端部５ｄに隙間Ｓに絶縁ワニス９を充填するとともに、負荷側インシュレータ５ａ、反負荷側インシュレータ５ｂの充填穴５ｃおよび隙間Ｓに対応する鉄心４のコア片４０間にも、絶縁ワニス９を充填し、コイル６の対地絶縁特性を向上した。【選択図】図１

Description

この発明は、回転電機の固定子およびその回転電機の固定子の製造方法に係るもので、特に回転電機の固定子鉄心と固定子コイルとの絶縁構成およびその製造方法に関するものである。

従来、回転電機の固定子コイルにおいて、分割型のインシュレータを有する絶縁構造の内、積層されたステータコアのティース部に、負荷側インシュレータと反負荷側インシュレータとで構成されるインシュレータに固定子コイルを巻きつけたものにおいて、負荷側インシュレータまたは反負荷側インシュレータのいずれか一方の筒状体部の接合面に凸部を設け、他方の筒状体部の接合面に前記凸部に嵌合する凹部を設けた技術が示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−４１８４９号公報

しかしながら上記特許文献１に示された技術は、負荷側インシュレータまたは反負荷側インシュレータのいずれか一方の筒状体部に凸部を、他方に凹部を設けているため、各々の凹凸部が充分な強度を確保する必要上、さらにはインシュレータを樹脂成形する際、凹凸部に樹脂を充填させるために肉厚を大きくする必要がある。このように肉厚を大きくすると、巻線スペースが小さくなり、所要のコイル巻線を確保するには導体径を小さくする必要があり、その結果銅損が増大し、効率が低下するという問題がある。また凹凸構造である為にインシュレータの製造コストが上昇する。さらにはインシュレータがステータコアに固定されない構造であるため、搬送工程などでずれが生じ、生産性を阻害する等の問題点がある。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、インシュレータを簡単な構造とするとともに、インシュレータと鉄心との隙間に樹脂を充填して強固な固定子構造を備えた回転電機の固定子およびその回転電機の固定子の製造方法を提供することを目的とする。

第一の発明は、
コア片を積層して形成された鉄心を取り囲むように装着された樹脂成形品のインシュレータを介して巻回されたコイルを備えた磁極を、フレームに取り付けた回転電機の固定子において、インシュレータは鉄心の軸長手方向に２分割された負荷側インシュレータと、反負荷側インシュレータとからなり、負荷側インシュレータと反負荷側インシュレータは、対向するそれぞれの端部に所定の距離を有して充填穴が設けられているとともに、対向する端部間に隙間を形成するよう鉄心に装着され、充填穴および隙間に絶縁ワニスが充填されていることで、負荷側インシュレータおよび反負荷側インシュレータが鉄心に固着されているとともに、充填穴および隙間に対応するコア片間が、絶縁ワニスによって固着されているものである。

第二の発明は、次のステップを有することを特徴とする回転電機の固定子の製造方法である。
ステップ１．電磁鋼板を打ち抜かれて作成されたコア片を積層し鉄心とするステップ
ステップ２．鉄心に絶縁ワニスを塗布して、樹脂成形品の負荷側インシュレータおよび反負荷側インシュレータを記鉄心に装着するステップ
ステップ３．負荷側インシュレータ、反負荷側インシュレータに設けられた充填穴、および負荷側インシュレータおよび反負荷側インシュレータが対向する隙間に絶縁ワニスを充填することで隙間および充填穴に対応する鉄心のコア片間に絶縁ワニスを充填し、絶縁ワニスを硬化させ、負荷側インシュレータ、反負荷側インシュレータを鉄心に固着させるとともにコア片間を固着させるステップ
ステップ４．負荷側インシュレータ、反負荷側インシュレータが装着された鉄心に、コイルを巻線し磁極とするステップ
ステップ５．磁極をフレームに取り付けるステップ

第一の発明に係る回転電機の固定子は、上記のような構成を採用しているので、鉄心の剛性が向上するとともに、負荷側インシュレータおよび反負荷側インシュレータの鉄心への固着性が向上し、かつコイル巻線時のコイル張力による鉄心の巻き締まりの発生を防止でき、この鉄心の巻き締まりの発生によるコイルの対地絶縁の低下を防止できる効果がある。

また第２の発明に係る回転電機の固定子は、上記のような製造ステップを備えているので、前記第１の発明と同様の効果に加え、製造過程の搬送中に負荷側インシュレータおよび反負荷側インシュレータが鉄心からずれたり離脱することを抑制でき、生産性の向上が図れるという効果がある。

実施の形態１による回転電機の固定子構造を示す図である。 実施の形態１による磁極を示す図である。 実施の形態１による鉄心に負荷側インシュレータ、反負荷側インシュレータを取り付けた図である。 実施の形態１による絶縁ワニスの充填状態を示す図である。 実施の形態１による絶縁ワニスの隙間Ｓへの充填状態を示す図である。 コイル巻線工程中のコイル張力によって鉄心の巻き締まりの発生を説明する図である。 実施の形態２による負荷側インシュレータ、反負荷側インシュレータの端部形状と絶縁ワニスの充填状態を示す図である。 実施の形態３による磁極を示す図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図に基づいて説明する。図１は回転電機の固定子１であり、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。この固定子１は円筒状のフレーム２内に複数の磁極３が設置されている。また、図２は１極分の磁極３を示す図であり、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）の中心断面図である。図３はコイル巻線前における図２に示した鉄心４およびインシュレータ５を示す図であり、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）の側断面図である。上記図１、図２、図３に示すように磁極３は薄い電磁鋼板を打ち抜いたコア片４０を積層した鉄心４とこの鉄心４に設けられた樹脂成形品のインシュレータ５上に巻線されたコイル６とから構成されている。図３（ｃ）から判るようにインシュレータ５は断面をコの字型をなして鉄心４に装着されており、鉄心４の負荷側（回転電機の出力側）インシュレータ５ａと、反負荷側インシュレータ５ｂとから構成されている。このようにインシュレータ５が鉄心４の軸長手方向に２分割されているのは、図３に示すティース部４１が鉄心４の幅寸法より大きい寸法であるためである。負荷側インシュレータ５ａ、反負荷側インシュレータ５ｂの軸方向長さの両者の和は、鉄心４の長さよりも短い。これはコア片４０を積層した際の素材電磁鋼板の板厚のバラツキや、積層時の圧力バラツキ等による鉄心４の長さのバラツキを吸収するため、および負荷側インシュレータ５ａ、反負荷側インシュレータ５ｂの鉄心４への装着時の作業性を阻害しないためである。その結果図３（ｂ）に示すように隙間Ｓが形成されて鉄心４に装着される。この負荷側インシュレータ５ａ、反負荷側インシュレータ５ｂは、コイル６を所定の位置に巻きつけ可能のような巻枠の機能と、鉄心４に対するコイル６の対地絶縁の機能とを備えており、端部５ｄから所定の距離Ｌだけ離れたところにスリット状の充填穴５ｃが設けてある。この距離Ｌは鉄心４の大きさによって設定されるが、端部５ｄに近接した筒所であることが望ましい。尚充填穴５ｃはスリット状に限らず円形や楕円形であってもよい。図３（ｃ）は充填穴５ｃを示す概念図であり、この図３（ｃ）ではフランジ５ｆが省略されている。

固定子１は後述の実施の形態３の図８に示すように、複数の鉄心４を連続して配列し、コイル６を巻線後、図１に示すようにフレーム２に焼き嵌めや、圧入することで締め付けられて連結されている。図３に示すように鉄心４を形成するコア片４０は固定子１の周方向に設けられたバックヨーク部４２と、このバックヨーク部４２から径方向に突出したティース部４１からなり、バックヨーク部４２にカシメ部４３を設けている。カシメ部４３はコア片４０にパンチによって凹凸部を形成し、この凸部と凹部とを係り合わせて積層し鉄心４としている。尚カシメ部４３はティース部４１に形成してもよい。次に図４に基づきインシュレータ５と絶縁ワニス９で構成されるコイル６の絶縁構造について説明する。図４（ａ）はディスペンサ８から絶縁ワニス９を注入する概念を示すものであり、ディスペンサ８はロボット等で駆動されている。鉄心４の表面に後述する絶縁ワニス９を塗布、インシュレータ５を装着後図４（ｂ）に示すように負荷側インシュレータ５ａと反負荷側インシュレータ５ｂは、端部５ｄに形成される隙間Ｓおよび充填穴５ｃにディスペンサ８を用いて、エポキシ系等の絶縁ワニス９を充填後、硬化させることで、負荷側インシュレータ５ａ、反負荷側インシュレータ５ｂ同士および鉄心４に固着している。尚絶縁ワニス９は例えば熱硬化性樹脂を用い加熱硬化させるものや、ＵＶ硬化性樹脂を用いてＵＶ照射させて硬化させてもよい。このような絶縁構造を採用しているので、図５に示すように鉄心４と負荷側インシュレータ５ａ、反負荷側インシュレータ５ｂとの固定性を向上させるとともに、隙間Ｓ、充填穴５ｃからコア片４０の積層隙間にも絶縁ワニス９が浸透し、鉄心４の剛性も向上する。従って、コイル６の巻線作業工程において、鉄心４がコイル巻き張力による巻き締まりの発生を防止でき、巻き締まり発生の為にコイル６の対地絶縁の低下が生じるという懸念が無くなるという効果がある。ここで図６において鉄心４の巻き締まりが発生した場合の状態を説明している。すなわち、バックヨーク部４２側の鉄心４の幅Ｗ１がティース部４１側の鉄心４の幅Ｗ２より大きくなることを示している。また、隙間Ｓに絶縁ワニス９が充填されるので、コイル６が鉄心４に接触することなく、コイル６の対地絶縁低下を防止することができる。さらには負荷側インシュレータ５ａ、反負荷側インシュレータ５ｂが鉄心４に固着されているので、製造中の搬送工程における鉄心４からのずれの発生を抑制可能となり生産性を向上させる。

実施の形態２．
この実施の形態２においては、前述した実施の形態１の負荷側インシュレータ５ａ、反負荷側インシュレータ５ｂの端部５ｄを図７に示すようなテーパ形状５ｅとしたものである。このようなテーパ形状５ｅとしたことで絶縁ワニス９が表面張力によって隙間Ｓで山状に硬化されるおそれを防止し、その結果、コイル６の局部的な盛り上がりに伴う絶縁性能の低下を防止できるとともに、コイル６の巻線作業性が向上可能となる。

実施の形態３．
上述した実施の形態１および実施の形態２では磁極３を単一極の場合について図示説明したが、この実施の形態３では図８に示すように、従来から用いられている技術である複数の鉄心４が、回転連結部４５により回転可能に連結されている。このような構造の固定子１に適用することによって磁極３を一体で取り扱うことができ、搬送、組立などの作業性を向上するとともに、鉄心４を広げて絶縁ワニス９を充填することができるため、充填作業性も向上する。尚図８では複数のディスペンサ８を用いて充填しているが、１つのディスペンサ８で鉄心４毎に充填してもよい。

実施の形態４．
この実施の形態４では前述した実施の形態１〜実施の形態３の固定子１の製造方法について説明する。尚この製造方法も磁極３を単一極の場合について述べるが前述した複数の鉄心４が連結されている場合であってもよい。まず薄い電磁鋼板を打ち抜き、図３（ａ）に図示したコア片４０を作成し、コア片４０のカシメ部４３の凸部、凹部を係り合わせ、積層して、所定の鉄心長を備えた鉄心４を作成する。次に、この鉄心４に絶縁ワニス９を塗布し、図４に示すように前記樹脂成形品の負荷側インシュレータ５ａと反負荷側インシュレータ５ｂを鉄心４に装着後、前記負荷側インシュレータ５ａ、反負荷側インシュレータ５ｂの充填穴５ｃおよび前記負荷側インシュレータ５ａの端部５ｄと前記反負荷側インシュレータ５ｂの端部５ｄとが対向して形成された隙間Ｓに絶縁ワニス９を充填するとともに、前記充填穴５ｃおよび前記隙間Ｓに対応する前記鉄心４のコア片４０間に前記絶縁ワニス９を充填させ、その後前記絶縁ワニス９を加熱硬化することにより、鉄心４に負荷側インシュレータ５ａ、反負荷側インシュレータ５ｂを固着させるとともに、鉄心４のコア片４０間も固着させた後、負荷側インシュレータ５ａ、反負荷側インシュレータ５ｂを巻枠として、コイル６を巻線して磁極３を作成する。以上のような工程にてコイル６が巻回されるので、鉄心４が強固となり、図６に示すような鉄心４がコイル６の巻線時の張力による巻き締まり、すなわちティース部４１側の鉄心４の幅Ｗ２＜バックヨーク部４２側の鉄心４の幅Ｗ１となる現象の発生を防止でき、また隙間Ｓに絶縁ワニス９が充填されているので、コイル６が鉄心４に接することが防止され、その結果コイル６の対地絶縁性が低下することがない。つまり、従来ではコイル６の巻線後に絶縁ワニス９を含浸していたが、上記のようなコイル６の巻線時に発生するコイル６の接地現象に対しては有効な手段ではなく、この実施の形態４の構造方法を採用することで、優れた対地絶縁性を確保可能となる。このようにして形成された磁極３をフレーム２に取り付けて図１に示すような固定子１とする。その後ワニスの真空含浸を行い、コイル６の絶縁性、耐熱性等をより向上させ、安定した性能を備えた回転電機の固定子１とする。

尚、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ 固定子、２ フレーム、３ 磁極、４ 鉄心、５ インシュレータ、
５ａ 負荷側インシュレータ、５ｂ 反負荷側インシュレータ、５ｃ 充填穴、
５ｄ 端部、５ｅ テーパ、９ 絶縁ワニス、４０ コア片、Ｓ 隙間。

Claims (3)

1. コア片を積層し形成された鉄心を、取り囲むように装着された樹脂成形品のインシュレータを介して巻回されたコイルを備えた磁極を、フレームに取り付けた回転電機の固定子において、前記インシュレータは前記鉄心の軸長手方向に２分割された負荷側インシュレータと、反負荷側インシュレータとからなり、前記負荷側インシュレータと前記反負荷側インシュレータは、対向するそれぞれの端部に所定の距離を有して充填穴が設けられているとともに、対向する前記端部間に隙間を形成するよう前記鉄心に装着され、前記充填穴および前記隙間に絶縁ワニスが充填されていることで、前記負荷側インシュレータおよび前記反負荷側インシュレータが前記鉄心に固着されているとともに、前記充填穴および前記隙間に対応する前記コア片間が、前記絶縁ワニスによって固着されていることを特徴とする回転電機の固定子。
2. 次のステップを有することを特徴とする回転電機の固定子の製造方法。
   ステップ１．電磁鋼板を打ち抜かれて作成されたコア片を積層し鉄心とするステップ
   ステップ２．前記鉄心に絶縁ワニスを塗布して、樹脂成形品の負荷側インシュレータおよび反負荷側インシュレータを前記鉄心に装着するステップ
   ステップ３．前記負荷側インシュレータ、前記反負荷側インシュレータに設けられた充填穴、および前記負荷側インシュレータおよび前記反負荷側インシュレータが対向する隙間に絶縁ワニスを充填することで前記隙間および前記充填穴に対応する前記鉄心の前記コア片間に前記絶縁ワニスを充填し、前記絶縁ワニスを硬化させ、前記負荷側インシュレータ、前記反負荷側インシュレータを前記鉄心に固着させるとともに前記コア片間を固着させるステップ
   ステップ４．前記負荷側インシュレータ、前記反負荷側インシュレータが装着された鉄心に、コイルを巻線し磁極とするステップ
   ステップ５．前記磁極をフレームに取り付けるステップ
3. 前記負荷側インシュレータおよび前記反負荷側インシュレータの前記端部は、テーパ形状であることを特徴とする請求項１に記載の回転電機の固定子。

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