JP6699581B2 - 回転電機用ステータの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機用ステータの製造方法に関する。

従来から回転電機用ステータに関し、特にステータコアとコイル巻線との絶縁構造の改良に関する発明が知られている（下記特許文献１を参照）。

特許文献１は、スロットを有するステータコアと、前記スロット内に挿入配置されるコイル巻線と、前記スロット内において前記ステータコアと前記コイル巻線とを電気的に絶縁する絶縁紙と、を備える回転電機用ステータであって、以下の特徴を有するものを開示している。

特許文献１に開示された回転電機用ステータは、前記スロットの軸方向両端部に対応する前記絶縁紙の部分に、発泡接着部が設けられている。この発泡接着部は、前記ステータコアへの前記絶縁紙および前記コイル巻線の組付け後の加熱によって生じる膨張および粘着性によって、前記コイル巻線を前記ステータコアに接着固定するものである（同文献、請求項１等を参照）。

この特許文献１の回転電機用ステータによれば、ステータコアにコイル巻線および絶縁紙を組み付けた後の加熱により絶縁紙の端部領域に設けられた発泡接着部が膨張しかつ粘着性を発現することによって、スロットの軸方向端部においてコイル巻線がステータコアに接着固定される（同文献、第０００７段落等を参照）。

特開２０１６−５２２２６号公報

一般に、回転電機用ステータのコイル巻線の表面は、たとえばステータコアにコイル巻線を挿入するときの摩擦の低減を目的として、粗度が低い平滑面とされ、潤滑油が塗布される。そのため、従来の回転電機用ステータにおいて、ステータコアにコイル巻線を接着固定する発泡接着部は、コイル巻線に対する接着力が、ステータコアに対する接着力よりも低下しやすい。

また、従来の回転電機用ステータでは、ステータコアにコイル巻線および絶縁紙を組み付けた後の加熱により、発泡接着部を膨張させて粘着性を発現させる。しかし、コイル巻線の熱容量はステータコアの熱容量よりも小さいため、コイル巻線の温度はステータコアの温度よりも上昇しやすく、発泡接着部のコイル巻線に隣接する部分の発泡倍率が、発泡接着部のステータコアに隣接する部分の発泡倍率よりも高くなりやすい。発泡接着部の接着力は、発泡倍率が高くなると低下するため、発泡接着部のコイル巻線に対する接着力が、発泡接着部のステータコアに対する接着力よりも低下するおそれがある。

本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、コイル巻線に対する絶縁紙の発泡接着部の接着力を、ステータコアに対する絶縁紙の発泡接着部の接着力よりも高くすることができる目的とする回転電機用ステータの製造方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成すべく、本発明の回転電機用ステータの製造方法は、両面に発泡接着部を有する絶縁紙を介在させてステータコアのスロットにコイル巻線を挿入するコイル挿入工程と、該コイル挿入工程の後の前記発泡接着部の加熱によって生じる膨張および粘着性によって前記ステータコアに前記コイル巻線を接着するコイル接着工程と、を有する回転電機用ステータの製造方法であって、前記コイル接着工程において、前記コイル巻線の昇温速度が前記ステータコアの昇温速度よりも遅くなるように加熱し、前記コイル巻線に隣接する前記発泡接着部の第１部分の発泡倍率を、前記ステータコアに隣接する前記発泡接着部の第２部分の発泡倍率よりも低くすることを特徴とする。

本発明の回転電機用ステータの製造方法は、コイル挿入工程において、ステータコアのスロットにコイル巻線を挿入するときに、ステータコアとコイル巻線との間に絶縁紙を介在させる。この絶縁紙は、両面に発泡接着部を有している。絶縁紙の両面の発泡接着部は、加熱により熔融および発泡して膨張するとともに粘着性を発現する。

絶縁紙の両面に設けられた発泡接着部は、たとえば、絶縁紙を挟んで第１部分と第２部分の二層に分かれている。そのため、ステータコアとコイル巻線との間に絶縁紙を介在させると、たとえば、絶縁紙の一方の面に設けられた発泡接着部の第１部分がコイル巻線に隣接し、絶縁紙の他方の面に設けられた発泡接着部の第２部分がステータコアに隣接した状態になる。

また、本発明の回転電機用ステータの製造方法は、コイル挿入工程後のコイル接着工程において、ステータコアとコイル巻線を加熱することで、これらの間に介在させた絶縁紙の両面の発泡接着部を加熱する。これにより、発泡接着部を溶融させて膨張および粘着性を生じさせ、その後、発泡接着部の温度を低下させて固化させることで、絶縁紙とその両面の発泡接着部を介して、コイル巻線がステータコアに接着されて固定される。ここで、発泡接着部の接着力は、発泡接着部の発泡倍率が上昇すると低下し、発泡接着部の発泡倍率が低下すると上昇する傾向がある。

そのため、本発明の回転電機用ステータの製造方法は、コイル接着工程において、コイル巻線の昇温速度がステータコアの昇温速度よりも遅くなるように加熱する。これにより、コイル巻線に隣接する発泡接着部の第１部分の昇温速度が、ステータコアに隣接する発泡接着部の第２部分の昇温速度よりも遅くなり、第１部分の発泡倍率を第２部分の発泡倍率よりも低くすることができる。これにより、コイル巻線に対する発泡接着部の第１部分の接着力を、ステータコアに対する発泡接着部の第２部分の接着力よりも高くすることができる。

以上説明したように、本発明の回転電機用ステータの製造方法では、コイル接着工程において、コイル巻線の昇温速度がステータコアの昇温速度がよりも遅くなるように加熱する。これにより、コイル巻線に隣接する発泡接着部の第１部分の発泡倍率を、ステータコアに隣接する発泡接着部の第２部分の発泡倍率よりも低くすることができる。したがって、本発明の回転電機用ステータの製造方法によれば、コイル巻線に対する絶縁紙の発泡接着部の接着力を、ステータコアに対する絶縁紙の発泡接着部の接着力よりも高くすることができる。

本発明の実施形態に係る回転電機用ステータの製造方法のフロー図。 図１に示すコイル接着工程の概略図。 図２に示すコイルとステータコアの断面拡大図。 図３に示すコイルとステータコアの断面拡大図。 図４に示すコイルとステータコアとの間に介在された絶縁紙の断面拡大図。 コイル接着工程におけるコイル巻線とステータコアの昇温速度を示すグラフ。 コイル接着工程の終了後の絶縁紙の図５に対応する拡大断面図。 従来の製造方法におけるコイル巻線とステータコアの昇温速度を示すグラフ。 従来の製造方法における絶縁紙の加熱後の拡大断面図。

以下、図面を参照して本発明の回転電機用ステータの製造方法の実施の形態の一例を説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る回転電機用ステータの製造方法Ｓ１００のフロー図である。図２は、図１に示すコイル挿入工程Ｓ１後のコイル接着工程Ｓ２の概略図である。図３は、図２に示すコイル１０とステータコア２０の模式的な断面拡大図である。図４は、図３に示すコイル１０とステータコア２０の断面拡大図である。図５は、図４に示すコイル１０とステータコア２０との間に介在された絶縁紙３０の模式的な断面拡大図である。

本実施形態の回転電機用ステータの製造方法Ｓ１００は、ステータコア２０のスロット２１にコイル巻線１１を挿入するコイル挿入工程Ｓ１と、ステータコア２０にコイル巻線１１を接着するコイル接着工程Ｓ２と、を有している。本実施形態の製造方法Ｓ１００は、図１に示す工程の他に、たとえばステータコア２０の製造工程やコイル１０の製造工程などの他の工程を含むことができる。なお、図１に示す以外の工程は、従来の回転電機用ステータの製造方法と同様の工程を採用することができるため、ここでは説明を省略する。

コイル挿入工程Ｓ１は、図４に示すように、絶縁紙３０を介在させてステータコア２０のスロット２１にコイル巻線１１を挿入する工程である。このコイル挿入工程Ｓ１により、図３に示すように、コイル巻線１１がステータコア２０のスロット２１に挿入され、図４に示すように、ステータコア２０とコイル巻線１１との間に絶縁紙３０が介在された状態になる。ここで、コイル巻線１１の表面は、たとえばステータコア２０にコイル巻線１１を挿入するときの摩擦の低減を目的として、粗度が低い平滑面とされ、潤滑油が塗布される。

図３および図４では図示を省略するが、ステータコア２０とコイル巻線１１との間に介在される絶縁紙３０は、図５に示すように、両面に発泡接着部３０ａを有している。絶縁紙３０は、たとえば、絶縁性樹脂からなるシート材またはフィルム材で構成することができる。絶縁紙３０の両面の発泡接着部３０ａは、加熱により熔融および発泡して膨張するとともに粘着性を発現する。

発泡接着部３０ａは、絶縁紙３０を構成する樹脂製シート材の表面に、たとえばエポキシ系発泡樹脂材料などの加熱により発泡膨張するとともに粘着性を発現する材料を塗布することによって形成することができる。また、このような発泡性および粘着性を発現する樹脂材料によって形成されたシート材を絶縁紙３０に接合または一体化させて発泡接着部３０ａを形成してもよい。

絶縁紙３０の両面に設けられた発泡接着部３０ａは、たとえば、絶縁紙３０を挟んで第１部分３１と第２部分３２の二層に分かれている。そのため、ステータコア２０とコイル巻線１１との間に絶縁紙３０を介在させると、たとえば、絶縁紙３０の一方の面に設けられた発泡接着部３０ａの第１部分３１がコイル巻線１１に隣接し、絶縁紙３０の他方の面に設けられた発泡接着部３０ａの第２部分３２がステータコア２０に隣接した状態になる。ここで、発泡接着部３０ａの第１部分３１と第２部分３２は、異なる成分、性質および特性を有してもよいが、本実施形態では、発泡接着部３０ａの第１部分３１と第２部分３２は、同一の成分、性質および特性を有している。コイル挿入工程Ｓ１の終了後は、図１に示すように、コイル接着工程Ｓ２が行われる。

コイル接着工程Ｓ２は、コイル挿入工程Ｓ１後に絶縁紙３０の両面の発泡接着部３０ａの加熱によって生じる膨張および粘着性によって、ステータコア２０にコイル巻線１１を接着する工程である。コイル接着工程Ｓ２では、ステータコア２０とコイル巻線１１を加熱することで、これらの間に介在させた絶縁紙３０の両面の発泡接着部３０ａを加熱する。より具体的には、図２に示すように、たとえばステータコア２０の周囲に配置した誘導加熱用のコイルＣに交流電流を流すことで、ステータコア２０を外部から誘導加熱するとともに、電源に接続された配線Ｌを介してコイル巻線１１に通電することでコイル巻線１１の電気抵抗によってコイル巻線１１を加熱する。

そして、昇温させたステータコア２０とコイル巻線１１によって発泡接着部３０ａを加熱し、発泡接着部３０ａを溶融させて膨張および粘着性を生じさせる。その後、ステータコア２０とコイル巻線１１の加熱を中止し、発泡接着部３０ａの温度を低下させて固化させることで、絶縁紙３０とその両面の発泡接着部３０ａを介して、コイル巻線１１がステータコア２０に接着されて固定される。ここで、発泡接着部３０ａの接着力は、発泡接着部３０ａの発泡倍率が上昇すると低下し、発泡接着部３０ａの発泡倍率が低下すると上昇する傾向がある。また、コイル巻線１１の熱容量はステータコア２０の熱容量よりも小さく、コイル巻線１１は直接の通電による加熱と誘電加熱用のコイルＣによる誘電加熱によって二重に加熱されるため、コイル巻線１１の温度はステータコア２０の温度よりも上昇しやすい。

図８は、従来の回転電機用ステータの製造方法におけるステータコアとコイル巻線との昇温速度の一例を示すグラフである。図８において、横軸は時間［ｓ］、縦軸は温度［℃］であり、実線はコイル巻線の加熱時間と温度を表し、破線はステータコアの加熱時間と温度を表している。図９は、従来の回転電機用ステータにおいて、両面に発泡接着部９３０ａを有する絶縁紙９３０を介してコイル巻線９１１がステータコア９２０に接合された状態を示す図５に対応する拡大断面図である。

前述のように、コイル巻線９１１の熱容量は、ステータコア９２０の熱容量よりも小さい。そのため、コイル巻線９１１の温度は、図８に示すように、たとえば１００［ｓ］に満たない約９０［ｓ］程度の時間で、約２５［℃］から約１６０［℃］まで、約１３５［℃］程度昇温している。すなわち、コイル巻線９１１の昇温速度は、約１．５［℃／ｓ］程度である。一方、ステータコア９２０の温度は、図８に示すように、たとえば、約９０［ｓ］程度の時間で、約２５［℃］から約９５［℃］程度までの約７０［℃］程度の昇温に留まっている。このステータコア９２０の昇温速度は、コイル巻線９１１の昇温速度よりも低い約０．７８［℃／ｓ］になっている。

従来の回転電機用ステータの製造方法では、前述のように、コイル巻線９１１の昇温速度がステータコア９２０の昇温速度よりも速くなり、短時間でコイル巻線９１１の温度がステータコア９２０の温度よりも高温になる。すると、発泡接着部９３０ａのコイル巻線９１１に隣接する部分の温度が、発泡接着部９３０ａのステータコア９２０に隣接する部分の温度よりも高くなる。そして、発泡接着部９３０ａに含まれる発泡ビーズが発泡してコイル巻線９１１とステータコア９２０との間の空隙を埋めながら、コイル巻線９１１とステータコア９２０とを接着する。このとき、発泡接着部９３０ａのコイル巻線９１１に隣接する部分の発泡倍率が、発泡接着部３０ａのステータコア９２０に隣接する部分の発泡倍率よりも高くなることが考えられる。

従来の回転電機用ステータにおいて、発泡接着部９３０ａのコイル巻線９１１に隣接する部分の発泡倍率がステータコア９２０に隣接する部分の発泡倍率よりも高くなると、発泡接着部９３０ａのコイル巻線９１１に隣接する部分の密度および強度がステータコア９２０に隣接する部分の密度および強度よりも低下する。この場合、発泡倍率が高くなった発泡接着部９３０ａのコイル巻線９１１に隣接する部分におけるコイル巻線９１１に対する接着力が、発泡接着部９３０ａのステータコア９２０に隣接する部分におけるステータコア９２０に対する接着力よりも低下するおそれがある。

さらに、前述のように、コイル巻線９１１の表面は、たとえばステータコア９２０にコイル巻線９１１を挿入するときの摩擦の低減を目的として、粗度が低い平滑面とされ、潤滑油が塗布される。そのため、従来の回転電機用ステータにおいて、ステータコア９２０にコイル巻線９１１を接着固定する発泡接着部９３０ａは、コイル巻線９１１に対する接着力が、ステータコア９２０に対する接着力よりも低下しやすい。このような従来の回転電機用ステータにおける課題を解決するために、本実施形態の回転電機用ステータの製造方法Ｓ１００は、コイル挿入工程Ｓ１後のコイル接着工程Ｓ２に特徴を有している。

より具体的には、本実施形態の回転電機用ステータの製造方法Ｓ１００は、両面に発泡接着部３０ａを有する絶縁紙３０を介在させてステータコア２０のスロット２１にコイル巻線１１を挿入するコイル挿入工程Ｓ１を有する点では、従来の製造方法と共通している。また、本製造方法Ｓ１００は、コイル接着工程Ｓ２において、発泡接着部３０ａの加熱によって生じる膨張および粘着性によってステータコア２０にコイル巻線１１を接着する点では、従来の製造方法と共通している。

しかし、本製造方法Ｓ１００は、コイル接着工程Ｓ２において、コイル巻線１１の昇温速度がステータコア２０の昇温速度よりも遅くなるようにステータコア２０をたとえば外部から誘導加熱する点で、従来の製造方法と異なっている。さらに、本製造方法は、コイル接着工程Ｓ２において、コイル巻線１１に隣接する発泡接着部３０ａの第１部分３１の発泡倍率を、ステータコア２０に隣接する発泡接着部３０ａの第２部分３２の発泡倍率よりも低くする点で、従来の製造方法と異なっている。

図６は、図１に示す本製造方法Ｓ１００のコイル接着工程Ｓ２におけるコイル巻線１１とステータコア２０の昇温速度の一例を示すグラフである。本製造方法は、コイル接着工程Ｓ２において、コイル巻線１１の昇温速度がステータコア２０の昇温速度よりも遅くなるように、ステータコア２０を加熱する点に特徴を有している。たとえば、図２に示すように、ステータコア２０の周囲に配置した誘導加熱用のコイルＣに流す電流の値と、コイル巻線１１に流す電流の値を制御する。より具体的には、たとえば、誘導加熱用のコイルＣに流す電流の値を従来よりも増加させ、コイル巻線１１に流す電流の値を従来よりも低下させる。

これにより、本製造方法において、図６に示すコイル巻線１１の昇温速度は、図８に示す従来の製造方法におけるコイル巻線９１１の昇温速度と比較して低下している。より詳細には、コイル巻線１１の温度は、たとえば約９０［ｓ］程度の時間で、約２５［℃］から約１２５［℃］まで、約１００［℃］程度昇温しているが、この昇温後の温度は、従来のコイル巻線９１１の温度よりも約３５［℃］程度低下している。すなわち、コイル巻線１１の昇温速度は、約１．１［℃／ｓ］になり、従来のコイル巻線９１１の昇温速度よりも約０．４［℃／ｓ］程度低下している。

また、本製造方法Ｓ１００において、図６に示すステータコア２０の昇温速度は、図８に示す従来の製造方法におけるステータコア９２０の昇温速度と比較して増加している。より詳細には、ステータコア２０の温度は、たとえば約９０［ｓ］程度の時間で、約２５［℃］から約１４０［℃］まで、約１１５［℃］程度昇温しているが、この昇温後の温度は、従来よりも約４０［℃］程度上昇している。すなわち、ステータコア２０の昇温速度は、約１．２８［℃／ｓ］になり、従来のステータコア９２０の昇温速度よりも約０．５［℃／ｓ］程度増加し、コイル接着工程Ｓ２におけるコイル巻線１１の昇温速度よりも約０．１８［℃／ｓ］程度増加している。

すなわち、本実施形態の回転電機用ステータの製造方法Ｓ１００では、コイル巻線１１の昇温速度をステータコア２０の昇温速度よりも遅くすることで、コイル巻線１１の温度をステータコア２０の温度よりも低温にすることができる。これにより、コイル巻線１１に隣接する発泡接着部３０ａの第１部分３１の温度を、ステータコア２０に隣接する発泡接着部３０ａの第２部分３２の温度よりも低くすることができ、第１部分３１の発泡倍率を第２部分３２の発泡倍率よりも低くすることができる。

このように、絶縁紙３０の両面の発泡接着部３０ａは、コイル巻線１１およびステータコア２０によって加熱されることで、熔融および発泡して膨張するとともに、粘着性を発現する。その後、発泡接着部３０ａの温度を低下させて凝固または固化させることで、絶縁紙３０とその両面の発泡接着部３０ａを介して、コイル巻線１１がステータコア２０に接着されて固定される。ここで、発泡接着部３０ａの接着力は、発泡接着部３０ａの発泡倍率が上昇すると低下し、発泡接着部３０ａの発泡倍率が低下すると上昇する傾向がある。

そこで、本実施形態の回転電機用ステータの製造方法Ｓ１００は、前述のように、コイル接着工程Ｓ２において、コイル巻線１１の昇温速度がステータコア２０の昇温速度よりも遅くなるように加熱する。これにより、第１部分３１の発泡倍率を第２部分３２の発泡倍率よりも低くすることができる。したがって、コイル巻線１１に対する発泡接着部３０ａの第１部分３１の接着力を、ステータコア２０に対する発泡接着部３０ａの第２部分３２の接着力よりも高くすることができる。

以上説明したように、実施形態の回転電機用ステータの製造方法Ｓ１００では、コイル巻線１１に対する絶縁紙３０の発泡接着部３０ａの接着力を、ステータコア２０に対する絶縁紙３０の発泡接着部３０ａの接着力よりも高くすることができる。したがって、たとえば、ステータコア２０にコイル巻線１１を挿入するときの摩擦の低減を目的として、コイル巻線１１の表面が平滑面とされ、潤滑油が塗布されている場合でも、絶縁紙３０の発泡接着部３０ａのコイル巻線１１に対する接着力をステータコア２０に対する接着力と同等以上にすることができる。

以上、図面を用いて本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

１１ コイル巻線、２０ ステータコア、２１ スロット、３０ 絶縁紙、３１ 第１部分、３０ａ 発泡接着部、３２ 第２部分、Ｓ１ コイル挿入工程、Ｓ２ コイル接着工程、Ｓ１００ 回転電機用ステータの製造方法

Claims (1)

1. 両面に発泡接着部を有する絶縁紙を介在させてステータコアのスロットにコイル巻線を挿入するコイル挿入工程と、該コイル挿入工程の後の前記発泡接着部の加熱によって生じる膨張および粘着性によって前記ステータコアに前記コイル巻線を接着するコイル接着工程と、を有する回転電機用ステータの製造方法であって、
   前記コイル接着工程において、前記コイル巻線の昇温速度が前記ステータコアの昇温速度よりも遅くなるように加熱し、前記コイル巻線に隣接する前記発泡接着部の第１部分の発泡倍率を、前記ステータコアに隣接する前記発泡接着部の第２部分の発泡倍率よりも低くすることを特徴とする回転電機用ステータの製造方法。

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