特許 7332430 固定子、固定子の製造方法、及び治具

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-08-15

(45)【発行日】2023-08-23

(54)【発明の名称】固定子、固定子の製造方法、及び治具

(51)【国際特許分類】

   H02K 3/34 20060101AFI20230816BHJP

   H02K 15/10 20060101ALI20230816BHJP

【ＦＩ】

H02K3/34 D

H02K15/10

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2019196402

(22)【出願日】2019-10-29

(65)【公開番号】P2021072669

(43)【公開日】2021-05-06

【審査請求日】2022-08-01

(73)【特許権者】

【識別番号】513296958

【氏名又は名称】東芝産業機器システム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000567

【氏名又は名称】弁理士法人サトー

(72)【発明者】

【氏名】高橋 瞬

【審査官】宮崎 賢司

(56)【参考文献】

【文献】特開昭４７－０１１８６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特公昭４４－００９７８５（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特開２００８－２７１７１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０２８８２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－１７２９３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６１－０６６５５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－０２２５１３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ ３／３４

Ｈ０２Ｋ １５／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

巻線が巻回されるスロットを備える固定子鉄心と、
前記スロットに巻回される前記巻線が前記固定子鉄心の端部で折り返される立ち上り部と、を備え、
前記立ち上り部に樹脂部が設けられており、
円筒形状を備える内側治具と、断面矩形の半円リング形状を備え、内部に設けられた樹脂経路と、前記樹脂経路に連通する樹脂注入孔及び側面孔を備えると共に、全体でリング形状を構成するように突き合わせて配置される一対の外側治具と、の間に貯留された樹脂を硬化させることにより前記樹脂部が形成されており、
前記樹脂部は、前記スロットよりも外側まで延びている固定子。

【請求項2】

前記巻線は複数の導電線により構成されており、
前記樹脂部は、前記導電線の間にも形成されている、請求項１に記載の固定子。

【請求項3】

前記樹脂部は、前記スロットの一部にも形成されている請求項１または２に記載の固定子。

【請求項4】

断面矩形の半円リング形状を備え、内部に設けられた樹脂経路と、前記樹脂経路に連通する樹脂注入孔及び側面孔を備えると共に、全体でリング形状を構成するように突き合わせて配置される一対の治具。

【請求項5】

巻線がスロットに巻回され、前記巻線がその端部で折り返される立ち上り部を備え、中空で円筒形状の固定子鉄心を準備する工程と、
円筒形状を備える内側治具を、前記固定子鉄心の内面に当接し、少なくともその一部が前記固定子鉄心の前記端部からはみ出るように配置する工程と、
前記立ち上り部であって前記巻線よりも外周側に、断面矩形で半円リング形状を備え、内部に樹脂経路と、前記樹脂経路に連通する樹脂注入孔及び側面孔を備える二つの外側治具を、全体でリング形状を構成するように突き合わせて配置する工程と、
前記樹脂注入孔に樹脂を注入することにより、前記立ち上り部であって前記内側治具と前記外側治具との間に、樹脂を貯留させる工程と、
前記樹脂を硬化させて樹脂部を形成する工程と、
を備える固定子の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、電動機の固定子、固定子の製造方法、及び治具に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の電動機の固定子において、コイルエンドにおける異相コイルの絶縁は、例えば相間紙による絶縁構造を採用することにより行われている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１３－２０７８２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、コイルエンドのコイル巻線の立ち上がり位置にサージ電圧が印加されると、異相コイル間で部分放電が発生する場合がある。また、この部分は機械的に強度が不足する場合がある。

【0005】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、インバータ駆動用の電動機において、コイル巻線の立ち上がり部における部分放電を抑制し、コイル巻線の立ち上がり部の機械的強度が向上された電動機の固定子、固定子の製造方法、及び当該固定子を製造するための治具を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本実施形態の一態様によれば、固定子は、巻線が巻回されるスロットを備える固定子鉄心と、前記スロットに巻回される前記巻線が前記固定子鉄心の端部で折り返される立ち上り部と、を備え、前記立ち上り部に樹脂部が設けられており、円筒形状を備える内側治具と、断面矩形の半円リング形状を備え、内部に設けられた樹脂経路と、前記樹脂経路に連通する樹脂注入孔及び側面孔を備えると共に、全体でリング形状を構成するように突き合わせて配置される一対の外側治具と、の間に貯留された樹脂を硬化させることにより前記樹脂部が形成されており、前記樹脂部は、前記スロットよりも外側まで延びている。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】実施形態に係る固定子の概略構成を示す縦断面図

【図2】実施形態に係る固定子に樹脂部を設ける工程の概略を示す横断面図

【図3】実施形態に係る固定子に樹脂部を設ける工程の概略を示す縦断面図

【図4】実施形態に係る内側治具の概略構成を示す正面図

【図5】実施形態に係る内側治具の概略構成を示す上面図

【図6】実施形態に係る内側治具の概略構成を示す底面図

【図7】実施形態に係る外側治具の概略構成を示す透視上面図

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、実施形態について図面に基づいて説明する。以下の説明において、同様の部位には同様の符号を付し、説明は省略する。

【0009】

以下、実施形態に係る固定子鉄心１及び外側治具５、８、内側治具１２，１３ついて、図１から図７を参照して説明する。図２及び図３は、電動機の固定子１００に外側治具５、８、及び、内側治具１２、１３が配置された状態で、巻線３の立ち上り部４に樹脂部１４を設ける工程を示す図である。図２は図３のＢ－Ｂ線における横断面図、図３は図２のＡ－Ａ戦における縦断面図である。図２において、巻線３は省略して描いてある。
図１は、図２及び図３に示す工程を経て、固定子鉄心１の巻線３の立ち上り部４に樹脂部１４が設けられた固定子１００の概略構成を示している。

【0010】

実施形態に係る固定子１００は、図１に示すように、内部中空の円筒形状をなし、内側に図示しない回転子が配置される空間が形成されている固定子鉄心１を備えている。固定子鉄心１は、電磁鋼板により形成された鉄心材を多数枚積層して構成されている。個々の鉄心材は、平板円環形状を呈しており、これを積層することで固定子鉄心１を構成している。

【0011】

固定子鉄心１の内側内周部には、巻線３を収容するためのスロット２が回転軸方向に延伸して設けられ、複数個が周方向に等間隔に隣接して形成されている。固定子鉄心１は、図示しない電動機を収容するフレーム内に固定されて用いられる。スロット２には巻線３が幾重にも巻回されている。巻線３は、固定子鉄心１の上下端部に位置する立ち上り部４で折り返されることにより巻回されている。巻線３は、導電線の周囲が樹脂などの絶縁物でコーティングされたものである。

【0012】

立ち上り部４において、巻線３の固定子鉄心１側には樹脂部１４が設けられている。樹脂部１４は例えばエポキシ樹脂のような接着性樹脂により構成されている。樹脂部１４は、巻線３を構成する複数の導電線の隙間にも入り込み、固定子鉄心１側で巻線３を構成する導電線を相互に固定している。樹脂部１４は接着性を備えており、固定子鉄心１表面と巻線３を一体的に固着して立ち上り部４に固定している。

【0013】

上記構成を備える固定子鉄心１によれば、コイル巻線の立ち上がり部における巻線３の部分放電が抑制され、巻線３の立ち上がり部の機械的強度が強化された電動機の固定子１００を提供することができる。これにより、サージ電圧にも耐えうる構成を実現できるとともに、巻線３の立ち上がり部を保護することができる。

【0014】

図４、図５及び図６に示すように、内側治具１２と内側治具１３は全体として中空円筒形状を備えており、同一形状を備えている。内側治具１２は、中空円筒形状の頭部１２ａと、中空円筒形状の胴部１２ｂを備えている。頭部１２ａは外径が大きく、胴部１２ｂは、頭部１２ａに比べて外径が小さい。内側治具１３は、中空円筒形状の頭部１３ａと、中空円筒形状の胴部１３ｂを備えている。頭部１３ａは外径が大きく、胴部１３ｂは、頭部１３ａに比べて外径が小さい。

【0015】

胴部１２ｂ、１３ｂの外径寸法は、固定子鉄心１の内径に合致するように構成されており、内側治具１２及び１３を固定子鉄心１に挿入した場合に、固定子鉄心１の内径に密着して配置される。

【0016】

頭部１２ａ、１３ａの外径は固定子鉄心１の内径よりも大きいため、内側治具１２、１３を固定子鉄心１の内部空間に挿入した場合に、頭部１２ａ、１３ａの角部１２ｃ、１３ｃが、固定子鉄心１の端面に当接して、それ以上の挿入がストップして内側治具１２、１３の位置を規定する。角部１２ｃ、１３ｃはストッパの機能を備えている。

【0017】

内側治具１２の頭部１２ａは、固定子鉄心１の上部から下方向に向けて固定子鉄心１の内部空間に挿入される。内側治具１３の頭部１３ａは、固定子鉄心１の下方から上方向に向けて固定子鉄心１の内部空間に挿入される。この場合、それぞれの角部１２ｃ、角部１３ｃが樹脂部１４に当接する位置において、内側治具１２下部の端面１２ｄと、内側治具１３下部の端面１３ｄとが、突き合わされるようにして当接している。これにより、内側治具１２及び１３により構成された円筒形状構造物が、固定子鉄心１の内壁に接した状態で一体的に配置される。

【0018】

図７に示すように、外側治具５、８は断面矩形で、全体としてはリング形状を半分にした形状をなす部材であり、外側治具５と外側治具８は同一形状を備えている。外側治具５、８は、樹脂を注入するための樹脂注入孔６、樹脂を通過させるための樹脂経路７、及び樹脂を外側治具５、８外に流出させるための側面孔９を備えている。

【0019】

樹脂経路７は、固定子鉄心１の内部に設けられており、樹脂注入孔６及び側面孔９に連通する中空構造である。また、側面孔９は、樹脂経路７に連通し、固定子鉄心１の側面に開口している。樹脂注入孔６に注入された樹脂は、樹脂経路７を通過して側面孔９から流出する。

【0020】

樹脂部１４の作成時には、図１及び図２に示すように、内側治具１２、１３が固定子鉄心１の内側に挿入される。この時、頭部１２ａが固定子鉄心１からはみ出している。また、外側治具５及び８は、固定子鉄心１の巻線３の立ち上り部４であって、巻線３の外周側にその端部５ａと端部８ａを突き合わせ、全体として一つのリングを形成するように配置される。

【0021】

このようにして、固定子鉄心１の巻線３の立ち上り部４であって巻線３の内周側と外周側に、内側治具１２と外側治具５、８によって形成された壁が配置される。この場合、外側治具５と外側治具８は、樹脂注入孔６、９が上側に位置するように配置され、側面孔９が内向きすなわち巻線３側に開口するように配置されている。内側治具１２と外側治具５、８によって形成された壁により形成された領域は、後述するように、樹脂が貯留する貯留領域１５となる。

【0022】

次に、実施形態に係る固定子１００の製造方法について説明する。実施形態に係る固定子１００の製造方法には、以下の工程が含まれる。
（１）巻線３がスロット２に巻回され、巻線３がその端部で折り返される立ち上り部４を備え、中空で円筒形状の固定子鉄心１を準備する工程
（２）円筒形状を備える内側治具１２、１３を、固定子鉄心１の内面に当接し、少なくともその一部が固定子鉄心１の端部からはみ出るように配置する工程
（３）立ち上り部４であって巻線３よりも外周側に、断面矩形で半円リング形状を備え、内部に樹脂経路７と、樹脂経路７に連通する樹脂注入孔６及び側面孔９を備える二つの外側治具５、８を、全体でリング形状を構成するように突き合わせて配置する工程
（４）樹脂注入孔６に樹脂を注入することにより、立ち上り部４であって内側治具１２，１３と外側治具５，８との間に、樹脂を貯留させる工程
（５）樹脂を硬化させて樹脂部１４を形成する工程

【0023】

上記工程について以下に詳細に説明する。まず、固定子鉄心１を準備し、固定子鉄心１のスロット２に巻線３を巻回する。次に、固定子鉄心１の内側に、内側治具１２、１３を配置する。図２及び図３においては図面における上側に内側治具１２が配置され、下側に内側治具１３が配置されている。立ち上り部４であって巻線３の外周側に外側治具５、８が配置される。内側治具１２と外側治具５、８によって形成された壁により、樹脂を貯留する貯留領域１５が形成される。

【0024】

次に、樹脂注入孔６から樹脂を注入する。樹脂注入孔６に注入された樹脂は樹脂経路７を通過して側面孔９から流出する。樹脂は、立ち上り部４であって、内側治具１２と外側治具５、８によって形成された貯留領域１５に貯留される。この時、貯留領域１５内には巻線３が配置されており、樹脂は巻線３を構成する導電線の間の隙間にも入り込む。なお、樹脂はある程度の粘性を備えているので、スロット２内に入り込んだ樹脂は下まで流れ落ちることはない。

【0025】

適量の樹脂を注入した後、貯留領域１５に貯留された樹脂を硬化させる。樹脂が熱可塑性樹脂であれば樹脂を冷却し、熱硬化性樹脂であれば樹脂に熱を加え、紫外線硬化樹脂であれば紫外線を照射する。こうして硬化された樹脂は、樹脂部１４となる。樹脂部１４は立ち上り部４、巻線３を構成する導電線の間、及び、立ち上り部４付近のスロット２内に形成される。

【0026】

次に、固定子鉄心１の上下を反転させ、新たな上部となった立ち上り部４に上記と同様に、巻線３の外側に外側治具５、８を配置し、内側治具１３と外側治具５、８によって形成された壁により、樹脂を貯留する貯留領域１５を形成する。次いで、樹脂注入孔６から樹脂を注入し、貯留領域１５に樹脂を貯留させて硬化させ、樹脂部１４を得る。
以上の工程により、図１に示すように、固定子鉄心１の上下の巻線３の立ち上り部４に樹脂部１４が形成された固定子１００が完成する。

【0027】

実施形態に係る固定子１００によれば以下の効果を得る。
樹脂部１４は、固定子鉄心１の巻線３の立ち上り部４に形成されるため、巻線３の絶縁性能が向上し、部分放電を抑制することができる。さらに、樹脂部１４は、巻線３を構成する個々の導電線の間にも形成されるため、巻線３の絶縁性能がさらに向上し、部分放電を抑制する効果も向上する。また、樹脂部１４は、巻線３、スロット２の一部、及び立ち上り部４を一体的に固定するため、巻線３を保持する強度が向上されることにより機械的強度が向上する。

【0028】

実施形態に係る固定子１００は、電動機に用いられる固定子でもよいし、発電機に用いられる固定子でもよい。
実施形態に係る外側治具５、８はリング形状を半分に分割した半円リング形状を呈したものを例示したが、例えば３分割したリング形状の外側治具であってもよい。

【0029】

上述の固定子１００の製造方法では、固定子鉄心１の内部空間に内側治具１２と内側治具１３を突き合わせるように配置してから樹脂部１４の形成を行った。しかし、樹脂の粘性が十分に大きく、上側に配置した内側治具１２のみが配置される範囲でしか樹脂がスロット２内に流れ落ちることがなければ、上側のみに内側治具１２、及び、外側治具８、９を配置して樹脂部１４の形成を行ってもよい。

【0030】

以上のように、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0031】

１…固定子鉄心、２…スロット、３…巻線、４…立ち上り部、５、８…外側治具、６…樹脂注入孔、７…樹脂経路、９…側面孔、１２、１３…内側治具、１２ａ、１３ａ…頭部、１２ｂ、１３ｂ…胴部、１４…樹脂部、１００…固定子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】