JP2015208186A - 回転電機の固定子および回転電機の固定子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】固定子ティースの電線をワニス処理する際に、複雑な工程を用いることなく、ワニスを電線の内層側にまで浸透させ、インシュレータに巻回された電線の全体を固着することができる回転電機の固定子および回転電機の固定子の製造方法を得る。
【解決手段】、環状に配列された複数の固定子ティースと、固定子ティースの軸方向端部に設けられ、固定子ティースに巻回された電線と固定子ティースとを絶縁するインシュレータ（２）とを備えた回転電機の固定子であって、インシュレータは、巻線を巻回した後のワニスの滴下処理時において、巻回された巻線の最内層の巻線に対して固定子の径方向に渡ってワニスを拡散させる溝（５）を、最内層の巻線と接する径方向平面上部（４）に有している。
【選択図】図３

Description

この発明は、環状に配列された複数の固定子ティースと、固定子ティースの軸方向端部に設けられ、固定子ティースに巻回された電線と固定子ティースとを絶縁するインシュレータとを備えた回転電機の固定子および回転電機の固定子の製造方法に関するものである。

回転電機においては、鉄心に絶縁材を挿入した後に巻線処理を施した固定子の巻線保護・固着のために、樹脂含浸処理が行われている。鉄心に挿入する絶縁材としては、インシュレータや絶縁紙、またはこれらの組合せで構成されており、回転電機の種類・用途により使い分けられている。

また、固定子の巻線保護・固着手法としては、電線の自己融着化、モールド樹脂成型、ワニス処理などが挙げられ、これらの方法は、用途・工程、電線種類により使い分けられている。

また、固定子の樹脂含浸処理としてのワニス処理工法は、滴下含浸処理、半浸漬回転処理、全含浸処理、真空含浸処理、刷塗り、流塗り等が挙げられ、これらの工法は、回転電機の要求特性により使い分けられている。

固定子の樹脂含浸処理の一例であるワニス滴下含浸法は、固定子の巻線部の必要部分にワニスを滴下するものである。ワニス滴下含浸法では、必要に応じて、予備加熱処理を実施する場合があり、さらに、場合によっては固定子を回転させたり、傾斜させたりして滴下する場合もある。

また、固定子に滴下したワニスは、毛細管現象に加え自重により巻線間を鉄心軸方向下部へと浸透後硬化するものである。滴下処理後には、一般的には、加熱処理によりワニスの硬化処理を行う。

近年の回転電機では、巻線線積率の向上が目覚ましく、巻線内のワニス充填密度が低下し、全ての巻線を完全に固着することが困難となっている。そのため、ワニス充填密度を高める様々な条件が検討されている。

例えば、ワニス充填密度を向上させる手法としては、鉄心にインシュレータを挿入し巻線処理を施した固定子において、巻回された電線とインシュレータ突出部の壁面との間に隙間を形成する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−２０００５０号公報

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
特許文献１の回転電機の固定子は、電線とインシュレータの軸方向の壁との間に隙間を設け、該隙間を利用することにより、前記インシュレータの壁際にワニスをためることなく、コイル内に含浸させることを目的にしたものである。

しかしながら、インシュレータに巻回された電線は、インシュレータの軸方向垂直の壁近傍のみならず、内径側、外径側の壁の間にも多く存在する。したがって、固定子に巻回された電線は、全体を固着することが望ましく、この両壁間にある電線についても固着されていることが望ましい。

ここで、特許文献１の回転電機の固定子では、巻回された外周側電線については、ワニス滴下、塗布によりワニスは含浸され固着される。しかしながら、両壁沿いのワニスは、通常、そのまま軸方向下部に流れていくため、両壁間の電線については、ワニスが流れこみにくいという課題がある。

また、電線を巻回する場合は、電線間や、電線の壁の間には微妙な隙間が生じる場合が多い。そして、その隙間は、必ずしも固定された位置ではなく、ばらばらな位置に生じることが一般的である。このため、隙間の位置によって、ワニスが巻回された電線の外層側から内層側へと染み込みやすい場所もばらばらである。

このように、巻回された電線の内層側全体にワニスを浸透させるには、固定子傾斜角度管理、温度管理、ワニス粘度管理など含浸プロセスの工夫が必要であり、生産性の点で課題があった。

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あり、固定子ティースの電線をワニス処理する際に、複雑な工程を用いることなく、ワニスを電線の内層側にまで浸透させ、インシュレータに巻回された電線の全体を固着することができる回転電機の固定子および回転電機の固定子の製造方法を得ることを目的とする。

本発明に係る回転電機の固定子は、環状に配列された複数の固定子ティースと、固定子ティースの軸方向端部に設けられ、固定子ティースに巻回された電線と固定子ティースとを絶縁するインシュレータとを備えた回転電機の固定子であって、インシュレータは、巻線を巻回した後のワニスの滴下処理時において、巻回された巻線の最内層の巻線に対して固定子の径方向に渡ってワニスを拡散させる溝を、最内層の巻線と接する径方向平面上部に有しているものである。

また、本発明に係る回転電機の固定子の製造方法は、環状に配列された複数の固定子ティースと、固定子ティースの軸方向端部に設けられ、固定子ティースに巻回された電線と固定子ティースとを絶縁するインシュレータとを備えた回転電機の固定子の製造方法であって、巻線を巻回した後のワニスの滴下処理時において、巻回された巻線の最内層の巻線に対して固定子の径方向に渡ってワニスを拡散させる溝が、最内層の巻線と接する径方向平面上部に設けられているインシュレータを、固定子ティースの軸方向端部に取り付けるステップと、インシュレータが取り付けられた固定子ティースに対して、巻線を巻回するステップと、溝が設けられた径方向平面上部に巻回された電線の上から、ワニスの滴下処理を行うことにより、溝に溜まったワニスを、最内層の巻線の径方向に渡って拡散させて、電線とインシュレータとを固着するステップとを有するものである。

本発明に係る回転電機の固定子によれば、ワニスの滴下処理時においてワニスを溜めて電線に浸透させ易くするための溝を、インシュレータの軸方向の電線が巻回される側の面に有している。この結果、固定子ティースの電線をワニス処理する際に、複雑な工程を用いることなくワニスを電線の内層側にまで浸透させ、インシュレータに巻回された電線の全体を固着することができる回転電機の固定子および回転電機の固定子の製造方法を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子を模式的に示す縦断面図である。 本発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子を模式的に示す上面図である。 本発明の実施の形態１に係るインシュレータの形状例を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係るインシュレータの形状例を示す上面図である。 本発明の実施の形態１に係るインシュレータが搭載された固定子ティースに電線が巻回された状態を模式的に示す縦断面図である。 本発明の実施の形態１に係るインシュレータが搭載された固定子ティースに電線が巻回された状態の、電線の最内層部のみを模式的に示した上面図である。 本発明の実施の形態１に係る図５において、ワニスが含浸されていく途中の状態を模式的に示した第１の縦断面図である。 本発明の実施の形態１に係る図５において、ワニスが含浸されていく途中の状態を模式的に示した第２の縦断面図である。 本発明の実施の形態２に係るインシュレータの形状例を示す斜視図である。 本発明の実施の形態２に係るインシュレータの形状例を示す上面図である。 本発明の実施の形態２に係るインシュレータに巻回されている電線の最内層部のみを模式的に示した上面図である。 本発明の実施の形態３に係るインシュレータの形状例を示す斜視図である。 本発明の実施の形態３に係るインシュレータの形状例を示す上面図である。 本発明の実施の形態３に係るインシュレータの形状例を示す側面図である。 本発明の実施の形態３に係るインシュレータに巻回されている電線の最内層部のみを模式的に示した上面図である。 本発明の実施の形態３に係るインシュレータに巻回されている電線の最内層部のみを模式的に示した側面図である。 本発明の実施の形態４に係るインシュレータの形状例を示す斜視図である。 本発明の実施の形態４に係るインシュレータの形状例を示す上面図である。 本発明の実施の形態４に係るインシュレータに巻回されている電線の最内層部のみを模式的に示した上面図である。 本発明の実施の形態５に係るインシュレータの形状例を示す斜視図である。 本発明の実施の形態５に係るインシュレータの形状例を示す上面図である。 本発明の実施の形態５に係るインシュレータに巻回されている電線の最内層部のみを模式的に示した上面図である。

以下、この発明における、回転電機の固定子および回転電機の固定子の製造方法の好適な実施の形態について図面を用いて説明する。なお、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子を模式的に示す縦断面図である。また、図２は、本発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子を模式的に示す上面図である。図１および図２に示す回転電機の固定子は、環状に配列された複数の固定子ティース１に、絶縁材のインシュレータ２が挿入され、電線３が巻回されている。

図３は、本発明の実施の形態１に係るインシュレータ２の形状例を示す斜視図である。また、図４は、本発明の実施の形態１に係るインシュレータ２の形状例を示す上面図である。また、図５は、本発明の実施の形態１に係るインシュレータ２が搭載された固定子ティース１に電線３が巻回された状態を模式的に示す縦断面図である。

図３、図４、および図５に示すインシュレータ２は、固定子ティース１および電線３をワニス処理する際に、ワニス６を溜めて電線３に浸透させ易くするための溝５を、インシュレータ２の径方向平面上部４上に有している。

そして、本実施の形態１における溝５は、図３および図４に示すとおり、径方向平面上部４の、径方向の内径側から外径側に向かって設けられている。

また、インシュレータ２は径方向の内径側に内径側壁２０を有し、外径側には外径側壁２１を有している。また、インシュレータ２の周方向の両側面は、インシュレータ側面１２となっている。

図６は、本発明の実施の形態１に係るインシュレータ２が搭載された固定子ティース１に電線３が巻回された状態の、電線３の最内層部のみを模式的に示した上面図である。また、図７および図８は、図５において、ワニス６が含浸されていく途中の状態を模式的に示した縦断面図である。

図５〜図８を用いてワニス処理について説明する。インシュレータ２の径方向平面上部４上に巻回された電線３の上部から滴下されたワニス６は、電線３間の隙間７Ａ、７Ｂを通じて、インシュレータ２に設けられた溝５へ到達する。電線３間の隙間７Ａ、７Ｂは、電線３の巻回部において均等な大きさではないため、電線３間の隙間７Ａ、７Ｂの大きい所から溝５に到達する。

図５〜図８においては、ワニス６は、隙間７Ａ、７Ｂの２箇所から溝５に到達する。隙間７Ａ、７Ｂから到達したワニス６は、図６に示すとおり、径方向に形成されている溝５内を拡散する。そして、溝５内に拡散したワニス６は、図７に示すとおり、溝５内に溜まる。

このように、ワニス６が電線３の巻回部全体に連続して滴下されていくことにより、溝５内に到達したワニス６は、図８に示すとおり、溝５内に充満される。更には、径方向に形成された溝５からワニス６が溢れ出すことにより、インシュレータ２に巻回された電線３の内層側全体に、ワニス６を付着させることが可能となる。

以上のように、実施の形態１によれば、インシュレータの電線が巻回される径方向平面上部上に、径方向の溝が設けられた構成を備えている。この結果、巻回された電線上部に滴下、塗布され、電線間の隙間から巻回内径側へ部分的に伝わってきたワニスを、溝内に溜めることができる。そして、径方向に形成された溝に充満され、溢れ出たワニスを、巻回された内径側全体に広げることで、巻回された電線全体にワニスを含浸させることが可能となる。

実施の形態２．
先の実施の形態１では、溝が、インシュレータの径方向平面上部４の径方向の、内径側から外径側に向かって１本設けられている場合について説明した。これに対して、本実施の形態２では、溝が、インシュレータの径方向平面上部４の、固定子ティースの周方向中央部から周方向外部側に向かって、電線の巻回方向とは一致しない溝方向となるように複数設けられている場合について説明する。

図９は、本発明の実施の形態２に係るインシュレータ８の形状例を示す斜視図である。また、図１０は、本発明の実施の形態２に係るインシュレータ８の形状例を示す上面図である。また、図１１は、本発明の実施の形態２に係るインシュレータ８に巻回されている電線３の最内層部のみを模式的に示した上面図である。

本実施の形態２のインシュレータ８には、図９および図１０に示すとおり、径方向平面上部４の周方向中央部から周方向外部側（インシュレータ側面１２側）に向かって、電線３の巻回方向とは一致しない溝方向となるように溝９が設けられている。

本実施の形態２のインシュレータ８を用いて、ワニス６の滴下処理を実施した場合は、先の実施の形態１と同様に、図１１に示すとおり、電線３間の隙間７Ａ、７Ｂから部分的に浸透してきたワニス６は、溝９に到達する。そして、溝９に到達したワニス６は、溝９内を拡散し、溝９内に溜まる。

このように、ワニス６が全体に連続して滴下されていくことにより、溝９内に到達したワニス６は、溝９内に充満される。この結果、先の実施の形態１と同様に、溝９内に充満したワニス６が溝９から溢れ出すことにより、巻回された電線３の内層側全体にワニス６を付着させることができる。

また、インシュレータ８には複数方向に溝９を設けているため、電線３の最内層全体にすばやくワニス６を広げることができる。この結果、先の実施の形態１における図３の溝５と比較して、より容易に電線３の最内層全体にワニス６を付着させることが可能となる。

以上のように、実施の形態２によれば、径方向平面上部の周方向中央部から周方向外部側に向かって、電線の巻回方向とは異なる方向に溝を設けた構成を備えている。この結果、巻回された電線上部に滴下、塗布され、電線間の隙間から巻回内径側へ部分的に伝わってきたワニスを、溝内に溜めることができる。そして、溝に充満され、溢れ出たワニスを、巻回された電線の内層側の径方向に拡散することができるため、電線内層側全体を含浸させることができる。

なお、インシュレータ８の径方向平面上部４上に設けられた溝９の方向は、電線３が溝９にはまり込んで溝９を塞ぐことがないように、電線３の巻回方向とは一致しない溝方向となっていればよい。これにより、電線３によってワニス６の流れが妨げられることがなくなる。

実施の形態３．
先の実施の形態２では、溝９が、インシュレータ８の径方向平面上部４の周方向の中央部側から外側に向かって、電線３の巻回方向とは一致しない溝方向となるように設けられている場合について説明した。これに対して、本実施の形態３では、更に、インシュレータの両側面に溝が設けられている場合について説明する。

図１２は、本発明の実施の形態３に係るインシュレータ１０の形状例を示す斜視図である。また、図１３は、本発明の実施の形態３に係るインシュレータ１０の形状例を示す上面図である。また、図１４は、本発明の実施の形態３に係るインシュレータ１０の形状例を示す側面図である。また、図１５は、本発明の実施の形態３に係るインシュレータ１０に巻回されている電線３の最内層部のみを模式的に示した上面図である。また、図１６は、本発明の実施の形態３に係るインシュレータ１０に巻回されている電線３の最内層部のみを模式的に示した側面図である。

本実施の形態３のインシュレータ１０は、図１２および図１３に示すとおり、インシュレータ１０の径方向平面上部４の周方向の中央部側から外側に向かって、電線３の巻回方向とは一致しない溝方向となるように設けられた、先の実施の形態２と同じ溝１１を備えている。

そして、本実施の形態３のインシュレータ１０は、図１２および図１４に示すとおり、インシュレータ１０の周方向側の両側面であるインシュレータ側面１２に、電線３の巻回方向とは一致しない溝方向となるように設けられた、溝１１と繋がった溝１３を更に有している。

本実施の形態３のインシュレータ１０を用いて、ワニス６の滴下処理を実施した場合は、先の実施の形態１、２と同様に、図１５に示すとおり、電線３間の隙間７Ａ、７Ｂから部分的に浸透してきたワニス６を、溝１１を通じて、径方向平面上部４の全体に広げることができる。このため、巻回された電線３の内層側コイル全体にワニス６を付着させることができる。

更に、ワニス６が溝１１に充満された後には、インシュレータ１０の上面方向に溢れだすとともに、図１６に示すとおり、インシュレータ１０のインシュレータ側面１２に設けられた溝１３によりワニス６が溢れて流れ出る。この結果、インシュレータ１０の周方向側の両側面にもワニス６を広げることができ、インシュレータ１０の周方向側の両側面に巻回された電線３の内層部にもワニス６を付着させることがきる。

以上のように、実施の形態３によれば、径方向平面上部の溝に加えて、インシュレータの周方向側の両側面にも溝を設けた構成を備えている。この結果、インシュレータの径方向平面上部上に巻回された電線の内層部だけでなく、インシュレータの周方向の両側面上に巻回された電線の内層部にも、ワニスを含浸させることが可能となる。

なお、インシュレータ１０のインシュレータ側面１２上に設けられた溝１３の方向は、電線３が溝１３にはまり込んで溝１３を塞ぐことがないように、電線３の巻回方向とは一致しない溝方向となっていればよい。これにより、電線３によってワニス６の流れが妨げられることがなくなる。

実施の形態４．
本実施の形態４では、先の実施の形態１におけるインシュレータの径方向平面上部４の径方向に設けられた溝と、先の実施の形態２におけるインシュレータの径方向平面上部４の周方向に設けられた溝の、両方の溝を有する場合について説明する。

図１７は、本発明の実施の形態４に係るインシュレータ１４の形状例を示す斜視図である。また、図１８は、本発明の実施の形態４に係るインシュレータ１４の形状例を示す上面図である。また、図１９は、本発明の実施の形態４に係るインシュレータ１４に巻回されている電線３の最内層部のみを模式的に示した上面図である。

本実施の形態４のインシュレータ１４には、図１７および図１８に示すとおり、先の実施の形態１と同様に、インシュレータ１４の径方向平面上部４の径方向の内径側から外径側に向かって、第１の溝１５が設けられている。また、先の実施の形態２と同様に、インシュレータ１４の径方向平面上部４の周方向の中央部側から外側に向かって、電線３の巻回方向とは一致しない溝方向となるように第２の溝１６が設けられている。そして、第１の溝１５と第２の溝１６とは繋がっている。

本実施の形態４のインシュレータ１４を用いて、ワニス６の滴下処理を実施した場合は、先の実施の形態１〜３と同様に、図１９に示すとおり、電線３間の隙間７Ａ、７Ｂから部分的に浸透してきたワニス６を、第１の溝１５ならびに第２の溝１６を通じて、径方向平面上部４の全体に広げることができる。

以上のように、実施の形態４によれば、ワニスが第１の溝および第２の溝に流れることにより、径方向平面上部第１の溝および第２の溝から溢れ出したワニスが、インシュレータの径方向平面上部の全体に広がる。さらに、第１の溝と第２の溝とは繋がっているので、第１の溝と第２の溝とでワニスが相互に広がることになり、素早くワニスを含浸させることが可能となる。このため、先の実施の形態１〜３と比較して、巻回された電線の内層側コイルに、より素早く、より一層全体にワニスを付着させることが可能となる。

実施の形態５．
本実施の形態５では、溝が、径方向平面上部４の径方向の内径側壁または外径側壁のいずれかまたは両方と繋がっている場合について説明する。

図２０は、本発明の実施の形態５に係るインシュレータ１７の形状例を示す斜視図である。また、図２１は、本発明の実施の形態５に係るインシュレータ１７の形状例を示す上面図である。また、図２２は、本発明の実施の形態５に係るインシュレータ１７に巻回されている電線３の最内層部のみを模式的に示した上面図である。

本実施の形態５のインシュレータ１７には、図２０および図２１に示すとおり、先の実施の形態４と同様に、互いに繋がった、径方向平面上部４の径方向の第１の溝１８と周方向の第２の溝１９とが設けられている。

そして、更に、本実施の形態５のインシュレータ１７では、図２０および図２１に示すとおり、第１の溝１８および第２の溝１９は、径方向平面上部４の径方向の内径側壁２０および外径側壁２１とも繋がっている。

本実施の形態５のインシュレータ１７を用いて、ワニス６の滴下処理を実施した場合は、先の実施の形態１〜４と同様に、図２２に示すとおり、電線３間の隙間７Ａ、７Ｂから部分的に浸透してきたワニス６のみならず、内径側壁２０および外径側壁２１と電線３との隙間２２を通じて浸透してきたワニス６も、径方向平面上部４の全体に広げることができる。

以上のように、実施の形態５によれば、溝が、径方向平面上部の径方向の内径側壁または外径側壁のいずれかまたは両方と繋がっている構成を備えている。この結果、内径側壁および外径側壁と電線との隙間を通じて浸透してきたワニスが、第１の溝および第２の溝に流れる。このため、インシュレータの径方向平面上部の全体に第１の溝および第２の溝から溢れ出したワニスが広がるため、巻回された電線の内層側コイルに素早くかつより一層全体にワニスを付着させることが可能となる。

なお、先の実施の形態１〜５において、ワニス処理に用いるワニス６の種類は、熱硬化型であり、ポリエステル系やエポキシ系、エポキシポリエステル系等のワニス６が挙げられる。その粘度は、必要とする作業性に応じて、適宜希釈して用いる場合もある。

また、先の実施の形態２〜５において、第２の溝である溝９、１１、１３、１５、１６、１８、１９は、電線３の巻回方向とは一致しない溝方向となるように設けている。この結果、第２の溝に電線３が挿入されることがなく、第２の溝のワニス６の流れを阻害することがない。

また、第２の溝の本数は、本実施例に限定されるものではなく、１本もしくは複数本でもよい。また、第２の溝の形状においても、必ずしも直線である必要はなく、曲線形状でもよい。また、第２の溝の電線３の巻回方向に対する角度についても、先の実施の形態２〜５に限定されないことはいうまでもない。

１ 固定子ティース、２、８、１０、１４、１７ インシュレータ、３ 電線、４ 径方向平面上部、５、９、１１、１３、１５、１６、１８、１９ 溝、６ ワニス、７Ａ、７Ｂ、２２ 隙間、１２ インシュレータ側面、２０ 内径側壁、２１ 外径側壁。

Claims (6)

1. 環状に配列された複数の固定子ティースと、
   前記固定子ティースの軸方向端部に設けられ、前記固定子ティースに巻回された電線と前記固定子ティースとを絶縁するインシュレータと
   を備えた回転電機の固定子であって、
   前記インシュレータは、前記巻線を巻回した後のワニスの滴下処理時において、巻回された前記巻線の最内層の巻線に対して前記固定子の径方向に渡って前記ワニスを拡散させる溝を、前記最内層の巻線と接する径方向平面上部に有している
   回転電機の固定子。
2. 前記インシュレータは、前記径方向平面上部において、前記径方向の内径側から外径側に向かって設けられた第１の溝を、前記溝として有している
   請求項１に記載の回転電機の固定子。
3. 前記インシュレータは、前記径方向平面上部において、周方向中央部から周方向外部側に向かって、前記電線の巻回方向とは一致しない溝方向となるように設けられた第２の溝を、前記溝として有している
   請求項１または２に記載の回転電機の固定子。
4. 前記インシュレータは、前記径方向平面上部と繋がった側面部において、前記電線の巻回方向とは一致しない溝方向となるように設けられ前記第２の溝と繋がっている第３の溝を更に有している
   請求項３に記載の回転電機の固定子。
5. 前記溝は、前記径方向平面上部において、前記インシュレータの前記径方向の内径側壁または外径側壁のいずれかまたは両方と繋がっている
   請求項１から４のいずれか１項に記載の回転電機の固定子。
6. 環状に配列された複数の固定子ティースと、
   前記固定子ティースの軸方向端部に設けられ、前記固定子ティースに巻回された電線と前記固定子ティースとを絶縁するインシュレータと
   を備えた回転電機の固定子の製造方法であって、
   前記巻線を巻回した後のワニスの滴下処理時において、巻回された前記巻線の最内層の巻線に対して前記固定子の径方向に渡って前記ワニスを拡散させる溝が、前記最内層の巻線と接する径方向平面上部に設けられている前記インシュレータを、前記固定子ティースの軸方向端部に取り付けるステップと、
   前記インシュレータが取り付けられた前記固定子ティースに対して、前記巻線を巻回するステップと、
   前記溝が設けられた前記径方向平面上部に巻回された前記電線の上から、前記ワニスの滴下処理を行うことにより、前記溝に溜まった前記ワニスを、前記最内層の巻線の前記径方向に渡って拡散させて、前記電線と前記インシュレータとを固着するステップと
   を有する
   回転電機の固定子の製造方法。

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