JP7498647B2 - 回転電機の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機に関し、特に自動車の走行のためにトルクを発生したり、あるいは制動時に発電したりする回転電機に関する。

回転電機では、固定子巻線に交流電力を供給することで回転磁界を発生させ、この回転磁界により回転子を回転させる。また、回転子に加わる機械エネルギーを電気エネルギーに変換してコイルから交流電力を出力することもできる。このように、回転電機は、電動機または発電機として作動する。

特許文献１に記載の従来の回転電機は、固定子を有し、この固定子は複数のスロットが設けられた固定子鉄心とスロットに配置された電気導体、および固定子鉄心と電気導体の間を絶縁するための絶縁紙で成形されたスロットライナと、を有している。そして、スロットライナはＢ字形状やＳ字形状に成形されて各スロットに配置され、固定子鉄心と電気導体との電気的絶縁を行っている。

特開２０１９－２０５２４４号公報

この種の回転電機を作る場合、固定子鉄心と電気導体の間隙には絶縁被膜付コイルを固定子鉄心の内壁に接触させないようにするため、一般的には、固定子鉄心に絶縁紙で成形されたスロットライナを設置し絶縁被膜付コイルと固定子鉄心の内壁に接触しない方法が取られる。また絶縁被膜付コイルをあらかじめスロットライナを設置した固定子鉄心に挿入する際及び絶縁被膜付コイル先端の捻り加工時、絶縁被膜付コイルによりスロットライナの両端が拡げられ、スロットライナ成形部の角部からスロットライナが裂けるおそれがあった。スロットライナが裂けることにより、絶縁被膜付コイルと固定子鉄心間の絶縁性が確保できないおそれがあった。
また、スロットライナを切断するときに、スロットライナの外形のみをガイドして切断する場合、成形したスロットライナの形状を潰しながら切断するため、成形した角部に大きな負荷を加える。この負荷が加わることにより、角部の樹脂材料箇所にクラックが発生し、次工程でスロットライナ角部が破け、固定子鉄心と電気導体との間で十分な電気絶縁が確保できない恐れがあった。また、スロットライナ成形後の切断時に成形形状を潰しながら切断すると、スロットライナ切断後の成形形状が切断前と異なり、次工程の絶縁被膜付コイル挿入時にスロットライナに引っ掛かり、絶縁被膜付コイルの挿入不良が発生するおそれがあった。
本発明の目的は、固定子鉄心と絶縁被膜付コイルとの高い絶縁性及び高い生産性が得られる回転電機の製造方法を提供することにある。

本発明は、好ましくは、周方向に並んだ複数のスロットが形成された固定子鉄心、および該固定子鉄心の前記スロット内に挿入された絶縁被膜付コイルと、前記スロット内に配置されて前記絶縁被膜付コイルを覆う筒状の絶縁性のスロットライナと、を有する固定子と、前記固定子鉄心に対して所定隙間を介して回転可能に配置された回転子とを備える回転電機の製造方法において、前記被膜付コイルの組付け前に前記スロットライナを切断するとき、前記スロットライナの形状を保持して切断する。

本発明によれば、成形後のスロットライナ形状を保持したまま切断することが可能となり、スロットライナの裂け、絶縁被膜付コイル挿入不良を低減し、歩留まりが向上することで、絶縁性及び生産性が向上する。

実施形態１に係る回転電機の全体構成を示す模式図である。 実施形態１に係る回転電機の固定子鉄心の斜視図である。 実施形態１のスロットライナの斜視図と拡大図である。 従来の切断ガイドの斜視図と正面図である。 実施形態１の切断ガイドの斜視図と正面図である。 実施形態１のスロットライナ２０の切断動作図の斜視図である。 実施形態１の固定子鉄心のスロットにスロットライナと絶縁被膜付コイルを組み合わせる斜視図である。 実施形態１のスロットライナが固定子鉄心のスロットに挿入された状態から絶縁被膜付コイルをスロットライナに挿入する動作図及び絶縁被膜付コイルの挿入によりスロットライナの端面が裂かれた斜視図である。 実施形態１のスロットライナの構成図である。 実施形態１のスロットライナを切断刃が回転しながら切断している状態図の平面図である。 他の実施形態である切断箇所近傍の切断ガイドに絶縁紙の外形部を吸着する方式の平面図である。

以下、本発明の回転電機の製造方法を実現するための形態を、図面に示す実施形態に基づき説明する。

（実施形態１）
本実施形態に係る回転電機は、自動車の走行に使用するのが好適な回転電機である。ここで、回転電機を使用するいわゆる電気自動車には、エンジンと回転電機の両方を備えるハイブリッドタイプの電気自動車（ＨＥＶ）と、エンジンを用いないで回転電機のみで走行する純粋な電気自動車（ＥＶ）とがあるが、以下に説明する回転電機は両方のタイプに利用できるので、ここでは代表してハイブリッドタイプの自動車に用いられる回転電機に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る回転電機１００の全体構成を示す分解斜視図である。図１の回転電機１００は、回転子１０１と、主に固定子鉄心１と絶縁被膜付コイル６、絶縁被膜付接続線１０、絶縁被膜付接続線１１、絶縁被膜付接続線１２、スロットライナ２０から構成される固定子１０２と、を有する。

この回転電機１００は、永久磁石内蔵型の三相同期モータである。回転電機１００は、絶縁被膜付接続線１０、絶縁被膜付接続線１１、絶縁被膜付接続線１２に三相交流電流が供給されることで、回転子（図示せず）を回転させる電動機として作動する。また、回転電機１００は、エンジンによって駆動されると、発電機として作動して三相交流の発電電力を出力する。つまり、回転電機１００は、電気エネルギーに基づいて回転トルクを発生する電動機としての機能と、機械エネルギーに基づいて発電を行う発電機としての機能の両方を有しており、自動車の走行状態によって上記機能を選択的に利用することができる。

図２は、固定子鉄心１の斜視図である。固定子鉄心１は、０．０５～１．０ｍｍ程度の電磁鋼板を複数積層して形成される。電磁鋼板は、打ち抜き加工またはエッチング加工により成形される。積層された電磁鋼板は溶接により固定され、図２示す、固定子鉄心１が形成される。固定子鉄心１には、軸方向に延在され、後述する絶縁皮膜付コイル６が挿入されるスロット２が形成されている。

図３は、スロットライナ２０の斜視図とスロットライナ２０の成形形状を示す拡大図である。図３（ｂ）の拡大図に示すようにスロットライナ２０は、絶縁被膜付コイル６が挿入される四角形状が２つあるＭ字状に平板を屈曲形成した形状である。図３（ｂ）に示す左右の矢印を基準に説明すると、Ｍ字状の左側は、左内側縦面２０ｌ１と、曲げ部２４を介して接続される左上面２０ｌ２と、左外縦面２０ｌ３と、Ｍ字状の下面２０ｒｌとから形成される。同様にＭ字状の右側は、右内側縦面２０ｒ１と、曲げ部２４を介して接続される右上面２０ｒ２と、左外縦面２０ｒ３と、Ｍ字状の下面２０ｒｌとから形成される。左内側縦面２０ｌ１と右内側縦面２０ｒ１とは、外側において互いに向き合うように形成されるが、接着しているわけではなく、互いに当接するように形成されている。これにより、それぞれの四角形状内に絶縁皮膜付コイル６を覆うように取り付けられる。

図４に、従来の切断ガイド３０の斜視図と平面図を示す。従来の切断ガイド出口部３０ａよりスロットライナ２０が押し出され切断刃５０（図示せず）により切断される。従来の切断ガイド出口部３０ａの形状は、スロットライナ２０の外形のみを保持する四角形状の穴となっている。従来の切断ガイド３０における問題については本発明の切断ガイド４０と対比しながら後述する。

図５に、本発明の切断ガイド４０の斜視図と平面図を示す。切断ガイド４０は、スロットライナ２０を挿入する挿入部と、スロットライナ２０が出てくる出口部を有し、出口部には、切断ガイド出口部４０aが形成されている。切断ガイド４０に挿入されたスロットライナ２０が切断ガイド出口部４０ａより押し出され、この状態で切断刃５０（図示せず）により切断される。切断ガイド出口部４０ａには、スロットライナ２０の成形形状を保持するよう成形形状と同様な形状の内側切断ガイド４１が形成されている。

内側切断ガイド４１は、スロットライナ２０の左内側縦面２０ｌ１と右内側縦面２０ｒ１との間に位置する縦面分割部４１ａと、縦面分割部４１ａの左右下方から立ち上げ形成されスロットライナ２０の四角形状内に位置する左側四角ガイド部４１ｂｌ及び右側四角ガイド部４１ｂｒとを有し、切断ガイド出口部４０aをスロットライナ２０の外側ガイド部として機能させ、内側切断ガイド４１をスロットライナ２０の内側ガイド部として機能させる。縦面分割部４１ａと左側四角ガイド部４１ｂｌとの間には、左内側縦面２０ｌ１をガイドする左内側縦面ガイド溝４１ｃｌが形成される。同様に、縦面分割部４１ａと右側四角ガイド部４１ｂｒとの間には、右内側縦面２０ｒ１をガイドする右内側縦面ガイド溝４１ｃｒが形成される。左内側縦面ガイド溝４１ｃｌ及び右内側縦面ガイド溝４１ｃｒを総称して内側縦面ガイド溝４１ｃとも記載する。

尚、内側切断ガイド４１は、切断ガイド４０内に形成されスロットライナ２０が通過する通路内全てに形成する必要はなく、切断刃５０によって切断する際、適切にスロットライナ２０を保持可能な範囲に形成されればよい。具体的には通路内のうち、切断ガイド出口部４０ａから数ミリ程度の範囲に形成されていればよい。

図６に、切断ガイド５０を使用した際のスロットライナ２０の切断動作図を示す。６（ａ）は、スロットライナ２０成形前の状態図である。図６（ｂ）のように、ある設定された長さまでスロットライナ２０を成形した後、図６（ｃ）のように回転している切断刃５０がスロットライナ２０の延在方向に対して直行する方向からスロットライナ２０の方向に移動し、スロットライナ２０を切断する。その後、切断刃５０は、図６（ｄ）のように元の位置に戻り切断を完了する。尚、実施形態１では、スロットライナ２０の延在方向に直行する方向から切断刃５０を近づける構成としたが、延在方向と角度を持っていればよく、必ずしも直行している必要はない。

図７に、スロットライナ２０、絶縁被膜付コイル６を固定子鉄心１に組み付ける動作を示す。図７（ａ）は、組付け前の固定子鉄心１、スロットライナ２０、絶縁被膜付コイル６を示す。絶縁皮膜付コイル６は、二箇所のスロット２内に挿入される２本の直線部６ａと、一方の直線部６ａの上部から屈曲し他方の直線部６ａの上部と接続する接続部７とを有する。直線部６ａと接続部７との間には屈曲形成されたコイル成形部７ａを有する。そして、まず、固定鉄心１に形成されたスロット２内にスロットライナ２０を挿入し、その後、図７（ｂ）に示すように、スロットライナ２０の四角形状内に絶縁皮膜付コイル６を挿入し、図７（ｃ）のように組み付けられる。尚、図７では、組み付け手順の理解を助けるために一つの絶縁皮膜付コイル６を挿入するように図示したが、実際の組み付け時には、すべてのスロット２に対してスロットライナ２０を挿入し、すべての絶縁皮膜付コイル６を同時に挿入する。

図８に、絶縁被膜付コイル６を固定子鉄心１に挿入されているスロットライナ２０に挿入する動作図と絶縁被膜付コイル６を挿入することによりスロットライナ２０の端面が裂けた状態を示す。
図８（ａ）に示すように、複数の絶縁被膜付コイル６をスロットライナ２０に同時に挿入する。挿入は、図８（ｂ）に示すようにコイル成形部７ａの中央部まで挿入を実施する。コイル成形部７ａの中央部まで絶縁被膜付コイル６を挿入することにより、スロットライナ２０の端面がコイル成形部７ａの曲げ方向に押し拡げられる。このスロットライナ２０の端面拡がりにより図８（ｃ）に示すようにスロットライナ２０が裂けることがある。スロットライナ２０がスロットライナ２５のように裂けることにより絶縁被膜付コイル６と固定子鉄心１の間の絶縁性能が落ち、製品性能が満足しない。

図９は、スロットライナ２０の構成を示した断面図である。スロットライナ２０は、中央部にポリエチレンナフタレートフィルム２１があり、その上下にアクリル系接着剤２２、更にそのアクリル系接着剤２２の上にポリアミド紙２３が接着され、厚みは０．１６～０．２２ｍｍとなっている。

図１０は、スロットライナ２０の切断時の形状状態を示した平面図で、図１０（ａ）は、従来の切断ガイド３０を使用した場合のスロットライナ２０の切断時の形状を示す。従来の切断ガイド３０による切断時、切断刃５０によりスロットライナ２０は、切断ガイド３０の内側に押し潰されながら切断される。これによりスロットライナ２０の曲げ部２４には、大きな負荷が掛かりスロットライナ２０の曲げ部２４にクラックが発生しやすくなる。
図１０（ｂ）は、本発明の切断ガイド４０を使用した場合のスロットライナ２０の切断時の形状で、切断刃５０によりスロットライナ２０は切断されるが、スロットライナ２０の断面形状と同様の内側縦面ガイド溝４１ｃを有することにより、切断刃５０による切断負荷がある場合でも成形形状を保持したまま切断することが可能となる。

以上説明したように、実施形態１にあっては、下記に列挙する作用効果が得られる。
（１）周方向に並んだ複数のスロット２が形成された固定子鉄心１、および該固定子鉄心１のスロット２内に挿入された絶縁被膜付コイル６と、スロット２内に配置されて絶縁被膜付コイル６を覆う筒状の絶縁性のスロットライナ２０と、を有する固定子と、
固定子鉄心１に対して所定隙間を介して回転可能に配置された回転子１０１と、
を備える回転電機の製造方法において、
絶縁被膜付コイル６の組付け前にスロットライナ２０を切断するとき、スロットライナ２０の形状を保持して切断する。
よって、成形後のスロットライナ２０の形状を保持したまま切断することができ、スロットライナ２０の裂け、絶縁皮膜付コイル６の挿入不良が低減でき、生産性を向上できる。

（２）スロットライナ２０の形状を保持する切断ガイド４０の先端にスロットライナの内側をガイドする内側切断ガイド４１（ガイド部）を付け、スロットライナ２０を切断する。
よって、成形後のスロットライナ２０の曲げ部２４に大きな負荷をかけることなく切断することができ、切断時にスロットライナ２０のクラック発生を抑制できる。よって、後工程の絶縁皮膜付コイル６の挿入や絶縁皮膜付コイル６の先端のねじり時にスロットライナ２０の裂け不良を抑えることができる。
（３）スロットライナ２０の形状は、絶縁被膜付コイル６を２つそれぞれ覆う断面Ｍ字状である。よって、切断前の成形形状と切断後の成形形状と同等に保持することができ、後工程の絶縁皮膜付コイル６挿入時に絶縁皮膜付コイル６とスロットライナ２０の干渉がなく挿入できるため、挿入時に干渉することによってスロットライナ２０の形状に影響を与えるといったことがなく、固定子鉄心１と絶縁皮膜付コイル６との絶縁性を確保できる。

（４）複数のスロット２が設けられた固定子鉄心１と、複数のスロット２に設けられた複数の絶縁被膜付コイル６と、スロット２内に設けられ絶縁被膜付コイル６を電気的に絶縁するスロットライナ２０と、を備えた固定子１０１を有する回転電機１００の製造方法であって、
スロットライナ２０を筒状に成形し、スロットライナ２０の外側を支持可能な切断ガイド出口部４０a（外側ガイド部）とスロットライナ２０の内側を支持可能な内側ガイド部を有する内側切断ガイド４１によってスロットライナ２０を支持した状態でスロットライナ２０を切断する工程と、
切断したスロットライナ２０をスロット２に配置し、スロットライナ２０の内側に絶縁被膜付コイル６を挿入する工程と、
を有する。
よって、成形後のスロットライナ２０の曲げ部２４に大きな負荷をかけることなく切断することができ、切断時にスロットライナ２０のクラック発生を抑制できる。よって、後工程の絶縁皮膜付コイル６の挿入や絶縁皮膜付コイル６の先端のねじり時にスロットライナ２０の裂け不良を抑えることができる。
（５）内側切断ガイド４１は、スロットライナ２０を挿入する挿入部と、挿入されたスロットライナ２０が出てくる出口部と、を有し、外側ガイド部と内側ガイド部は、少なくとも出口部に形成されている。よって、安定してスロットライナ２０を切断できる。
（６）スロットライナ２０を切断する工程は、出口部から出たスロットライナ２０をスロットライナ２０の長手方向に対して角度をもって切断する。よって、安定的にスロットライナ２０を切断できる。

（他の実施形態）

図１１は、切断ガイド４０の代替案の平面図である。図１１（ａ）は、吸着切断ガイド６０の正面図及び側面図を示す。吸着切断ガイド６０は、スロットライナ２０を切断する近傍でスロットライナ２０の外形を吸着溝６１により吸着し、スロットライナ２０の切断時の形状を保持する。図１１（ｂ）は、吸引口６２から空気を吸着及び切断する前のスロットライナ２０と切断ガイド６０の状態を表す。吸着前の為、スロットライナ２０と切断ガイド６０には、隙間が発生している。
図１１（ｃ）は、吸引口６２から空気を吸引し、スロットライナ２０を切断ガイド６０に吸着した状態を示す。この吸着した状態で切断刃５０(図示せず)により切断を実施する。この時、スロットライナ２０は、外形箇所を吸着されている為、切断負荷により成形形状を崩すことなく切断が実施される。また、切断刃５０が前進して後退して切断前位置に戻るタイミングでスロットライナ２０の吸着を解除し、次の成形動作を開始する。
（７）スロットライナ２０の形状を保持する内側切断ガイド４１は、切断箇所の近傍にスロットライナ２０を吸着保持する溝を有し、スロットライナ２０を切断するときに、スロットライナ２０の外形を吸着しながら切断する。これにより、実施形態１の作用効果を得ることができる。

〔他の実施形態〕
以上の説明はあくまでも一例であり、発明を解釈する際、上記実施の形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係に何ら限定も拘束もされない。本発明は、誘導モータ等の回転電機のスロットライナにも同様に適用することができる。また、車両駆動用回転電機以外にも適用できる。

１：固定子鉄心
２：スロット
６：絶縁被膜付コイル
７：コイル成形部
２０：スロットライナ
２１：ポリエチレンナフタレートフィルム
２２：アクリル系接着剤
２３：ポリイミド紙
２４：曲げ部
２５：スロットライナ裂け
３０：従来切断ガイド
４０：切断ガイド
４０ａ：切断ガイド出口部（外側ガイド部）
４１：内側切断ガイド（内側ガイド部）
５０：切断刃
６０：吸着切断ガイド
６１：吸着溝
６２：吸引口
１００：回転電機
１０１：回転子
１０２：固定子

Claims (8)

1. 周方向に並んだ複数のスロットが形成された固定子鉄心、および該固定子鉄心の前記スロット内に挿入された絶縁被膜付コイルと、前記スロット内に配置されて前記絶縁被膜付コイルを覆う筒状の絶縁性のスロットライナと、を有する固定子と、
   前記固定子鉄心に対して所定隙間を介して回転可能に配置された回転子と、
   を備える回転電機の製造方法において、
   前記絶縁被膜付コイルの組付け前に前記スロットライナを切断するとき、前記スロットライナの形状を保持して切断することを特徴とする回転電機の製造方法。
2. 請求項１の回転電機の製造方法において、
   前記スロットライナの形状を保持する切断ガイドの先端にスロットライナの内側をガイドするガイド部を付け、前記スロットライナを切断することを特徴とする回転電機の製造方法。
3. 請求項２の回転電機の製造方法において、
   前記スロットライナの形状は、前記絶縁被膜付コイルを２つそれぞれ覆う断面Ｍ字状であることを特徴とする回転電機の製造方法。
4. 請求項1の回転電機の製造方法において、
   前記スロットライナの形状を保持する切断ガイドの先端にスロットライナの外側をガイドするガイド部を付け、前記スロットライナを切断することを特徴とする回転電機の製造方法。
5. 請求項３の回転電機の製造方法において、
   前記スロットライナの形状を保持する切断ガイドは、切断箇所の近傍に前記スロットライナを吸着保持する溝を有し、前記スロットライナを切断するときに、前記スロットライナの外形を吸着しながら切断することを特徴とする回転電機の製造方法。
6. 複数のスロットが設けられた固定子鉄心と、前記複数のスロットに設けられた複数の絶縁被膜付コイルと、前記スロット内に設けられ前記絶縁被膜付コイルを電気的に絶縁するスロットライナと、を備えた固定子を有する回転電機の製造方法であって、
   前記スロットライナを筒状に成形し、前記スロットライナの外側を支持可能な外側ガイド部と前記スロットライナの内側を支持可能な内側ガイド部とを有する切断ガイドによって前記スロットライナを支持した状態で前記スロットライナを切断する工程と、
   切断した前記スロットライナを前記スロットに配置し、前記スロットライナの内側に前記絶縁被膜付コイルを挿入する工程と、
   を有することを特徴とする回転電機の製造方法。
7. 請求項６の回転電機の製造方法において、
   前記切断ガイドは、前記スロットライナを挿入する挿入部と、挿入された前記スロットライナが出てくる出口部と、を有し、前記外側ガイド部と前記内側ガイド部は、少なくとも前記出口部に形成されている
   ことを特徴とする回転電機の製造方法。
8. 請求項７の回転電機の製造方法において、
   前記スロットライナを切断する工程は、前記出口部から出た前記スロットライナを前記スロットライナの長手方向に対して角度をもって切断する
   ことを特徴とする回転電機の製造方法。

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