回転電機の固定子及びその製造方法
【課題】高いカバーエッジ性の確保とピンホールの抑制の両立を図り得るようにした回転電機の固定子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】固定子３は、周方向に複数のスロットを有する円環状の固定子コア３２と、スロットに挿入配置された複数のセグメント導体３３の端末部同士が溶接により接続されて固定子コア３２に巻装された固定子巻線３１と、を備える。セグメント導体３３の接続された端末部が、端末部の表面に塗布した樹脂を硬化させることにより形成された絶縁皮膜３６で覆われている。絶縁皮膜３６は、粉体樹脂又は粘性の高い樹脂により形成されて端末部先端にある接合部３３ｅの表面を覆う第１絶縁皮膜３６ａと、第１絶縁皮膜３６ａの樹脂よりも粘性の低い樹脂により形成されて第１絶縁皮膜３６ａの表面を覆う第２絶縁皮膜３６ｂとからなる。
【解決手段】固定子３は、周方向に複数のスロットを有する円環状の固定子コア３２と、スロットに挿入配置された複数のセグメント導体３３の端末部同士が溶接により接続されて固定子コア３２に巻装された固定子巻線３１と、を備える。セグメント導体３３の接続された端末部が、端末部の表面に塗布した樹脂を硬化させることにより形成された絶縁皮膜３６で覆われている。絶縁皮膜３６は、粉体樹脂又は粘性の高い樹脂により形成されて端末部先端にある接合部３３ｅの表面を覆う第１絶縁皮膜３６ａと、第１絶縁皮膜３６ａの樹脂よりも粘性の低い樹脂により形成されて第１絶縁皮膜３６ａの表面を覆う第２絶縁皮膜３６ｂとからなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載される回転電機の固定子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両において電動機や発電機として使用される回転電機の固定子として、特許文献１に開示されたものが知られている。この固定子は、周方向に複数のスロットを有する円環状の固定子コアと、スロットに挿入配置された複数のセグメント導体の端末部同士が接続されて固定子コアに巻装された固定子巻線とを備えている。
【０００３】
そして、特許文献１には、セグメント導体の端末部同士を溶接などで接続した後、その接続された端末部の表面を絶縁樹脂で覆うことにより、固定子巻線の絶縁性を確保することが開示されている。この場合、高いカバーエッジ性を確保するために、セグメント導体の端末部を覆う絶縁樹脂は、粉体塗装を施すことにより端末部の表面に固着させるようにしている。
【０００４】
この粉体塗装は、例えばエポキシ樹脂などを主成分とする粉体樹脂の槽に、粉体樹脂の硬化温度に熱せられたセグメント導体の端末部を浸漬させることによって、セグメント導体の端末部表面に粉体樹脂を溶融固着させるものである。このとき、粉体樹脂の槽は、粉体内部に圧縮空気を送ることにより、粉体樹脂を浮遊させた状態とする流動浸漬槽を用いることによって、形成される絶縁樹脂の厚さを均一化することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３７７０２６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上記特許文献１に開示されているように、流動浸漬槽を用いて粉体塗装を行う場合には、粉体樹脂間に存在する気体や圧縮空気の巻き込みに起因して、塗装終了後にセグメント導体の端末部に固着された絶縁樹脂中にボイドが形成されてしまうことがある。そのため、固定子の小型化の要請などにより導体間距離を小さくしていくと、ボイドがピンホールとなって絶縁不良を発生させる可能性がある。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、高いカバーエッジ性の確保とピンホールの抑制の両立を図り得るようにした回転電機の固定子及びその製造方法を提供することを解決すべき課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、周方向に複数のスロットを有する円環状の固定子コアと、前記スロットに挿入配置された複数のセグメント導体の端末部同士が接続されて前記固定子コアに巻装された固定子巻線と、を備え、前記セグメント導体の接続された前記端末部が、前記端末部の表面に塗布した樹脂を硬化させることにより形成された絶縁皮膜で覆われている回転電機の固定子において、前記絶縁皮膜は、粉体樹脂又は粘性の高い樹脂により形成されて前記端末部の先端部表面を覆う第１絶縁皮膜と、該第１絶縁皮膜の樹脂よりも粘性の低い樹脂により形成されて前記第１絶縁皮膜の表面を覆う第２絶縁皮膜と、からなることを特徴とする。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、セグメント導体の接続された端末部を覆う絶縁皮膜は、粘性の異なる２種類の樹脂を２段塗布し硬化させることにより形成された第１絶縁皮膜と第２絶縁皮膜とからなり、ほぼ全体が２層構造に形成されている。端末部の先端部表面を覆う第１絶縁皮膜は、粉体樹脂又は粘性の高い樹脂により形成されているため、端末部の先端部表面に塗布されたときに、樹脂の自重による垂れを粘性抵抗によって抑制する。そのため、樹脂の溶融、硬化後においても、端末部の角部に残存し易くなるので、高いカバーエッジ性を確保することができる。また、第１絶縁皮膜の表面を覆う第２絶縁皮膜は、第１絶縁皮膜の樹脂よりも粘性の低い樹脂により形成されているため、ピンホールの発生を抑制することができる。したがって、本発明によれば、高いカバーエッジ性の確保とピンホールの抑制の両立を図ることができる。
【００１０】
本発明において、第１絶縁皮膜を形成する樹脂としては、例えば、エポキシ、ポリエステル、ウレタン、シリコーン系等の熱硬化性樹脂を挙げることができる。これらの樹脂は、粉体樹脂であっても、液状樹脂であってもよい。これらの樹脂は、端末部の先端部表面に塗布される際に、溶融粘度が１０Ｐａ・ｓ以上に調整されているのが好ましい。溶融粘度を調整する増粘剤としては、例えば、溶融シリカ、炭酸カルシウム、タルク、エアロジル、有機クレイ等をあげることができる。
【００１１】
また、第２絶縁皮膜を形成する樹脂としては、例えば、エポキシ、ポリエステル、ウレタン、シリコーン系、等の液状の熱硬化性樹脂を挙げることができる。これらの樹脂は、第１絶縁皮膜の表面に塗布される際に、常温粘度が５Ｐａ・ｓ以下に調整されているのが好ましい。常温粘度は、例えば、これらの樹脂に添加される増粘剤の量を調整したり、希釈剤を添加することによって調整することができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、前記第１絶縁皮膜は、溶融粘度が１０Ｐａ・ｓ以上の樹脂で形成されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、第１絶縁皮膜は、溶融粘度が１０Ｐａ・ｓ以上の樹脂で形成されているので、高いカバーエッジ性をより確実に確保することが可能となる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、前記第２絶縁皮膜は、常温粘度が５Ｐａ・ｓ以下の樹脂で形成されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、第２絶縁皮膜は、常温粘度が５Ｐａ・ｓ以下の樹脂で形成されているので、ピンホールの発生をより確実に抑制することが可能となる。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、前記第２絶縁皮膜は、液状のエポキシ、ポリエステル、ウレタン又はシリコーン系の樹脂で形成されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項４に記載の発明によれば、第２絶縁皮膜は、上記の樹脂材料で形成されていることで、ピンホールの発生をより確実に抑制することが可能となる。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、周方向に複数のスロットを有する円環状の固定子コアと、前記スロットに挿入配置された複数のセグメント導体の端末部同士が接続されて前記固定子コアに巻装された固定子巻線と、を備え、前記セグメント導体の接続された前記端末部が、前記端末部の表面に塗布した樹脂を硬化させることにより形成された絶縁皮膜で覆われている回転電機の固定子の製造方法において、前記セグメント導体の接続された前記端末部の先端部表面に、粉体樹脂又は粘性の高い樹脂を塗布し硬化させて第１絶縁皮膜を付着させる第１絶縁皮膜付着工程と、前記第１絶縁皮膜の表面に、前記第１絶縁皮膜の樹脂よりも粘性の低い樹脂を塗布し硬化させて第２絶縁皮膜を付着させる第２絶縁皮膜付着工程と、を有することを特徴とする。
【００１９】
請求項５に記載の発明によれば、高いカバーエッジ性の確保とピンホールの抑制の両立を図ることができる回転電機の固定子を容易に製造することができる。
【００２０】
請求項６に記載の発明は、前記第２絶縁皮膜付着工程は、前記樹脂を浸漬法、スプレー法又は滴下法により塗布することを特徴とする。
【００２１】
請求項６に記載の発明によれば、ピンホールの発生を抑制しつつ、第２絶縁皮膜を確実に付着することができる。
【００２２】
請求項７に記載の発明は、前記第２絶縁皮膜付着工程は、塗布された前記樹脂を熱風炉、電磁加熱器又は通電加熱で硬化させることを特徴とする。
【００２３】
請求項７に記載の発明によれば、ピンホールの発生を抑制しつつ、第２絶縁皮膜を確実に付着することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施形態１に係る回転電機の全体構成を示す断面図である。
【図２】実施形態１に係る固定子巻線を構成するセグメント導体の斜視図である。
【図３】実施形態１に係る固定子を内周側から見た一部を示す平面図である。
【図４】実施形態１に係る固定子巻線を構成するセグメント導体の端末部の断面図である。
【図５】図３のＶ−Ｖ線矢視断面図である。
【図６】実施形態１における絶縁皮膜及び絶縁樹脂の製造工程を示すブロック図である。
【図７】図６の製造工程における第１絶縁皮膜付着工程を示す図である。
【図８】図６の製造工程における第２絶縁皮膜付着工程を示す図である。
【図９】図６の製造工程における絶縁樹脂付着工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明に係る回転電機の固定子の実施形態について図面を参照して具体的に説明する。
【００２６】
〔実施形態１〕
図１は、実施形態１に係る回転電機の全体構成を示す断面図である。図２は、実施形態１に係る固定子巻線を構成するセグメント導体の斜視図である。図３は、実施形態１に係る固定子を内周側から見た一部を示す正面図である。図４は、実施形態１に係る固定子巻線を構成するセグメント導体の端末部の断面図である。図５は、図３のＶ−Ｖ線矢視断面図である。
【００２７】
本実施形態の固定子３は、車両に搭載される交流発電機１に使用されるものである。交流発電機１は、エンジンからの回転力を受けるプーリ２０を有する。プーリ２０は、シャフト上に回転子２とともに固定されている。回転子２は、一対のポールコア７１、７２を組み合わせて構成されたランデル型コアと、界磁巻線８とを有する。さらに、回転子２の端部には、冷却ファンが設けられている。本実施形態では、一方の端面であるフロント側に冷却ファン１１が設けられ、他方の端面であるリア側に冷却ファン１２が設けられている。冷却ファン１２は、遠心方向へのみ送風するブレードを有している。そして、冷却ファン１２は、フレーム４に搭載された整流器５やレギュレータ回路等を冷却するために、冷却ファン１１より大型のファンである。
【００２８】
さらに、シャフト上にはスリップリング９、１０が設けられている。シャフトは、フレーム４に回転自在に支持されている。フレーム４には、回転子２の外周側に位置して固定子３が固定されている。
【００２９】
固定子３は、周方向に複数のスロットを有する円環状の固定子コア３２と、スロットに挿入配置された複数のセグメント導体３３の端末部同士が溶接で接続されて固定子コア３２に巻装された固定子巻線３１と、を有する。
【００３０】
固定子コア３２に形成された溝状のスロットの内壁面に沿ってシート状のインシュレータ３４が配置されている。固定子巻線３１は、扁平断面の銅線３３ｈにより構成されている。銅線３３ｈは、表面が樹脂皮膜層３３ｇにより被覆されている。従って、スロット内において、銅線３３ｈは自らの樹脂皮膜層３３ｇとインシュレータ３４とによって、固定子コア３２から電気的に絶縁されている。
【００３１】
固定子巻線３１は、複数のＵ字状のセグメント導体３３を所定の規則に則って配列し、これら複数のセグメント導体３３の端部を所定の規則に則って電気的に接続することにより構成されている。本実施形態では、電気接続部は、溶接により接続されている。本実施形態では、図２に模式的に示すような、２本のＵ字状のセグメント導体３３ａ、３３ｂを基本ユニットとして、このユニットを複数配列することにより、固定子コア３２上を１周回する一連の巻線を形成している。
【００３２】
Ｕ字状のセグメント導体３３は、薄い絶縁樹脂膜３３ｇで覆われた銅線３３ｈを曲げて形成されたターン部３３ｃと、他のセグメント導体３３の端末部の接合部３３ｃと溶接によって接続された端末部の接合部３３ｅとを有している。ターン部３３ｃは、そこに続く斜行部３３ｄとともに第１コイルエンドをなす。複数のセグメント導体３３の複数のターン部３３ｃは、図１に示されるリア側（反プーリ２０側）に規則的に配列して配置されて、第１コイルエンド群３１ａを形成する。接合部３３ｅは、そこに続く斜行部３３ｆとともに第２コイルエンドをなす。複数の接合部３３ｅは、図１に示されるフロント側（プーリ２０側）に配置されて、第２コイルエンド群３１ｂをなしている。
【００３３】
図３に示すように、第１コイルエンド群３１ａにおける斜行部３３ｄの、軸方向に対する傾斜角θ１は、第２コイルエンド群３１ｂにおける斜行部３３ｆの傾斜角θ２より小さくされている。この結果、複数の斜行部３３ｄの間には、複数の斜行部３３ｆの間より大きい間隔が形成される。これにより、軸方向に真っ直ぐに延びる接合部３３ｅを形成してもなお、第２コイルエンド群３１ｂの軸方向高さを抑えることができる。
【００３４】
本実施形態では、第１コイルエンド群３１ａは、ターン部３３ｃを主として配置して構成されている。また、第２コイルエンド群３１ｂは、接合部３３ｅを主として配置して構成されている。但し、これらは基本ユニットのターン部３３ｃと接合部３３ｅとを主として配置したものである。第１コイルエンド群３１ａにも、部分的に接合部３３ｅを配置することができる。例えば、中性点を得るための接合部や、整流器５への接続を実現するための接合部である。また、第２コイルエンド群３１ｂに、部分的にターン部３３ｃを配置することができる。
【００３５】
第１コイルエンド群３１ａには、後述する第２絶縁皮膜３６ｂと同じ樹脂材料よりなる薄い絶縁樹脂３７が付着している。第１コイルエンド群３１ａに付着する薄い絶縁樹脂３７は、この第１コイルエンド群３１ａを構成する複数の導体の表面を覆う程度に付着している。この結果、第１コイルエンド群３１ａの中には、第１コイルエンド群３１ａの中を、径方向内側から外側へ連通する冷却風の通路が形成されている。この絶縁樹脂３７は、第１コイルエンド群３１ａの全体から固定子コア３２の軸方向端部にわたる範囲に付与されている。そして、第１コイルエンド群３１ａ内において径方向に隣接する導体の間に部分的に膜を張って、それらの間を連結して剛性を高めている。また、固定子コア３２の端部において、固定子コア３２と、インシュレータ３４とセグメント導体３３との間を架橋して、これらを接着している。
【００３６】
導体セグメント３３の端末部（溶接で接続された接合部３３ｅ）には、図３及び図４に示すように、厚い絶縁皮膜３６が付着されている。導体セグメント３３の端末部は、端縁から所定長さ（４ｍｍ程度）の部分にある絶縁樹脂膜３３ｇが剥ぎ取られることにより銅線３３ｈが露出しており、２個の導体セグメント３３の露出部同士が溶接で接続された後、その露出部を覆うように絶縁皮膜３６が固着されている。この絶縁皮膜３６は、銅線３３ｈの端末部先端の露出部表面を覆う第１絶縁皮膜３６ａと、第１絶縁皮膜３６ａの表面を覆う第２絶縁皮膜３６ｂとからなり、ほぼ全体が２層構造に形成されている。
【００３７】
第１絶縁皮膜３６ａは、溶融粘度が１０Ｐａ・ｓ以上の粘性の高い粉体樹脂を端末部の先端部表面に付着させてそれを溶融させた後に硬化させる工程により形成されている。本実施形態では、第１絶縁皮膜３６ａの樹脂材料として、エポキシ樹脂などを主成分とする粉体樹脂が採用されており、増粘剤としての溶融シリカを混合することによって溶融粘度が１０Ｐａ・ｓ以上となるように調整されている。これにより、その樹脂材料が銅線３３ｈの端末部の先端部表面に付着して溶融したときに、樹脂の自重による垂れを粘性抵抗によって抑制するため、樹脂の溶融、硬化後においても、銅線３３ｈの端末部の角部に残存し易くなるので、高いカバーエッジ性が確保されている。
【００３８】
一方、第２絶縁皮膜３６ｂは、常温粘度が５Ｐａ・ｓ以下で第１絶縁皮膜３６ａの樹脂よりも粘性の低い液状樹脂を第１絶縁皮膜３６ａの表面に付着させてそれを硬化させる工程により形成されている。本実施形態では、第２絶縁皮膜３６ｂの樹脂材料として、エポキシ樹脂などを主成分とする液状樹脂が採用されており、この樹脂の常温粘度は５．０Ｐａ・ｓとなっている。この第２絶縁皮膜３６ｂは、第１絶縁皮膜３６ａの樹脂よりも十分に粘性の低い樹脂により形成されているため、ピンホールの発生が抑制されている。
【００３９】
この絶縁皮膜３６は、隣接する各々の接合部３３ｅを離間させた状態を保持しつつ、第２コイルエンド３１ｂの先端周辺を円環状に連接して配置されている。この絶縁皮膜３６は、第２コイルエンド群３１ｂの軸方向先端に、径方向に延びる溝３６ｃを形成するように粘度と量とが調節されて付与される。この溝３６ｃは、放熱面積の維持に寄与する。
【００４０】
さらに、第２コイルエンド群３１ｂの絶縁皮膜３６が付着されている部位以外の部位には、第１コイルエンド群３１ａに付着された絶縁樹脂３７及び第２絶縁皮膜３６ｂと同じ樹脂材料よりなる薄い絶縁樹脂３７が付着している。即ち、第２コイルエンド群３１ｂは、その全体が、薄い絶縁樹脂３７で覆われている。特に、図３に示すように、第２コイルエンド３１ｂのうち、絶縁皮膜３６に覆われていない導体としての斜行部３３ｆは、絶縁樹脂３７だけで覆われている。絶縁樹脂３７は、第２コイルエンド群３１ｂの固定子コア３２寄りの根本部では、空間部３７ａを形成している。
【００４１】
絶縁樹脂３７は、図５に示すように、第２コイルエンド群３１ｂの内部にまで浸透して付着している。特に、径方向に関して多層に配置され、しかも周方向に関して整列している複数の斜行部３３ｆの間にまで入り込んでいる。絶縁樹脂３７は、複数の斜行部３３ｆの間に、膜を張るようにして付着しており、複数の斜行部３３ｆの間を架橋している。絶縁樹脂３７は、第２コイルエンド群３１ｂ内において径方向に隣接する導体の間のほとんどすべてに入り込んでいる。絶縁樹脂３７は、第２コイルエンド群３１ｂ内において周方向に隣接する導体の間にも入り込んで膜を張るように付着している。
【００４２】
この絶縁樹脂３７は、常温粘度が低い液状樹脂を付着させて、それを硬化させる工程により形成されている。絶縁樹脂３７は、図５に示される程度の気泡状の空間３７ｂや、溝３７ｃが形成される程度に、粘度と量とが調節されて第２コイルエンド群３１ｂに付与される。この絶縁樹脂３７は、第２コイルエンド群３１ｂの全体から固定子コア３２の軸方向端部にわたる範囲に付与されている。そして、固定子コア３２の端部において、固定子コア３２と、インシュレータ３４とセグメント導体３３との間を架橋して、これらを接着している。
【００４３】
複数の斜行部３３ｆの間は、径方向内側ほど周方向の間隔が小さい。このため、絶縁樹脂３７は、第２コイルエンド群３１ｂの径方向内側では、導体としての斜行部３３ｆの間を、径方向並びに周方向の両方に関してほぼ埋めている。絶縁樹脂３７は、第２コイルエンド群３１ｂの径方向外側では、複数の斜行部３３ｆの間の間隔が比較的広いため、多くの空間３７ｂを残して斜行部３３ｆに付着している。特に、外層として最も外側に並ぶ複数の斜行部３３ｆに対しては、それらの表面を覆っているが、それらの間に空間としての溝３７ｃを残して付着している。
【００４４】
この結果、第２コイルエンド群３１ｂは、外側が斜行部３３ｆに対応した波形の表面を呈して広い表面積を提供し、内側が外側に比して滑らかな表面を呈する。すなわち、絶縁樹脂３７が第２コイルエンド群３１ｂにおいて呈する形状は、径方向内側より外側のほうが大きく波打った形状である。言い換えれば、径方向外側において径方向内側よりも多くの、しかも深い多数の溝３７ｃを有している。さらに言い換えれば、絶縁樹脂３７の密度は、径方向内側のほうが外側よりも密である。また、絶縁樹脂３７は、２つのコイルエンド群のうちの一方にのみ、多く、厚く付着している。本実施形態では、ターン部３３ｃを含む第１コイルエンド群３１ａより、接合部３３ｅを含む第２コイルエンド群３１ｂに、多く、厚く付着している。絶縁樹脂３７は、リア側よりフロント側のコイルエンドに、多く、厚く付着している。
【００４５】
次に、上記の絶縁皮膜３６及び絶縁樹脂３７の製造工程について図６〜図９を参照して説明する。図６は、本実施形態における絶縁皮膜及び絶縁樹脂の製造工程を示すブロック図である。図７は、図６の製造工程における第１絶縁皮膜付着工程を示す図である。図８は、図６の製造工程における第２絶縁皮膜付着工程を示す図である。図９は、図６の製造工程における絶縁樹脂付着工程を示す図である。
【００４６】
本実施形態の絶縁皮膜３６及び絶縁樹脂３７は、図６に示すように、第１絶縁皮膜付着工程１０１と、第２絶縁皮膜付着工程１０２と、絶縁樹脂付着工程１０３とを順に行うことにより形成される。
【００４７】
第１絶縁皮膜付着工程１０１では、図７に示すように、第１絶縁皮膜３６ａの形成材料として、エポキシ樹脂などを主成分とする粉体樹脂：４５〜５０重量％に、増粘剤としての溶融シリカ：５０〜５５重量％を混合してなる、溶融粘度が１０Ｐａ・ｓ以上の粘性の高い第１絶縁皮膜形成材料３６Ａを槽３０３内に投入して準備する。そして、槽３０３内の第１絶縁皮膜形成材料３６Ａに、第１絶縁皮膜材料３６Ａの硬化温度にまで熱せられた固定子３を、第２コイルエンド群３１ｂが下方になるように水平に置いた状態で、接合部３３ｅから接合根本付近まで浸漬させる。
【００４８】
これにより、接合部３３ｅの端末部先端の銅線３３ｈ露出部表面に、第１絶縁皮膜形成材料３６Ａを溶融、硬化させて、第１絶縁皮膜３６ａを形成し付着させる。このとき、第１絶縁皮膜形成材料３６Ａは、粘性が高いため、端末部の先端部表面に塗布された際に、自重による垂れを粘性抵抗によって抑制する。そのため、第１絶縁皮膜形成材料３６Ａの溶融、硬化後においても、端末部の角部に残存し易くなるので、高いカバーエッジ性が確保されている。
【００４９】
なお、第１絶縁皮膜付着工程１０１で用いられる槽３０３は、粉体樹脂に乾燥空気を送ることにより、粉体樹脂を浮遊させた状態にする流動浸漬槽とすることによって、第１絶縁皮膜３６ａの厚さを均一化し、安定して第１絶縁皮膜３６ａを形成することができる。
【００５０】
次の第２絶縁皮膜付着工程１０２では、図８に示すように、第２絶縁皮膜３６ｂの形成材料として、エポキシ樹脂などを主成分とする、常温粘度が５Ｐａ・ｓ以下の粘性の低い第２絶縁皮膜形成材料３６Ｂを槽３０３内に投入して準備する。そして、上記の第１絶縁皮膜付着工程１０１を終了した後、第２絶縁皮膜材料３６Ｂの硬化温度にまで熱せられた固定子３を、上記の第１絶縁皮膜付着工程１０１と同様に、槽３０３内の第２絶縁皮膜形成材料３６Ｂに、接合部３３ｅから接合根本付近まで浸漬させる。
【００５１】
これにより、接合部３３ｅの端末部先端の銅線３３ｈ露出部表面に付着している第１絶縁皮膜３６ａの表面に、第２絶縁皮膜形成材料３６Ｂを硬化させて、第２絶縁皮膜３６ｂを形成し付着させる。これにより、接合部３３ｅの端末部先端の銅線３３ｈ露出部は、第１絶縁皮膜３６ａ及び第２絶縁皮膜３６ｂからなる２層構造の絶縁皮膜３６に覆われた状態となる（図４参照）。
【００５２】
続いて、絶縁樹脂付着工程１０３では、絶縁樹脂３７の形成材料として、エポキシ樹脂などを主成分とする、常温粘度が５Ｐａ・ｓ以下の粘性の低い絶縁樹脂材料３７Ａをディスペンサ３０１内に準備する。本実施形態では、絶縁樹脂材料３７Ａは、第２絶縁皮膜付着工程１０２で用いた第２絶縁皮膜形成材料３６Ｂと同じものが用いられている。
【００５３】
図９において、固定子３は、第１コイルエンド群３１ａを上方に向けて固定子コア３２の中心軸と同軸で周方向に回転する治具３００によって、鉛直軸に対して一定の傾斜角αをもって保持されている。この傾斜角αは、図９に示す如く１５°程度に設定することができる。これにより、整流器５に接続される固定子巻線３１の出力線３１０の先端部に、絶縁樹脂材３７Ａが付着することを防ぐことができる。
【００５４】
絶縁樹脂材料３７Ａは、回転する固定子３の上方に固定設置されたディスペンサ３０１のノズル３０２から第１コイルエンド群３１ａに向かって一定量滴下される。その後、第２コイルエンド群３１ｂが下方になるように固定子３を水平に置き、絶縁樹脂材料３７Ａの硬化温度の雰囲気下に所定時間置かれる。この間に、絶縁樹脂材料３７Ａの一部は、固定子コア３２のスロット内を通って、下方の第２コイルエンド群３１ｂの斜行部３３ｆに至り、硬化が完了する。これにより、第１コイルエンド群３１ａの全体の表面が薄く形成された絶縁樹脂３７に覆われるとともに、第２コイルエンド群３１ｂの斜行部３３ｆのほぼ全体の表面が薄く形成された絶縁樹脂３７に覆われた状態となる。
【００５５】
なお、第２コイルエンド群３１ｂの斜行部３３ｆを覆う絶縁樹脂３７は、接合部３３ｅの表面を覆っている絶縁皮膜３６の第２絶縁皮膜３６ｂと部分的に繋がっている。
【００５６】
以上のように構成された車両用交流発電機１は、車両の走行用エンジンによってプーリ２０が回転駆動される。回転子２の界磁巻線８には、スリップリング９、１０を介して励磁電流が流され、ポールコア７１、７２にＮ極、Ｓ極の磁極が形成され、回転界磁が形成される。これにより、固定子巻線３１に交流電圧が誘起され、この交流出力が整流器５によって整流されて、出力端子から直流として出力される。
【００５７】
また、ポールコア７１、７２に固定された冷却ファン１１、１２は、フレーム４の軸方向の開口部４１から空気を内部へ取り込み、径方向の開口部４２に向けて吹き出す。この冷却風により、両方のコイルエンドが冷却される。
【００５８】
以上のように、本実施形態の車両用交流発電機１の固定子３によれば、セグメント導体３３の接続された端末部を覆う絶縁皮膜３６は、粘性の異なる２種類の樹脂を２段塗布し硬化させることにより形成された第１絶縁皮膜３６ａと第２絶縁皮膜３６ｂとからなる。そして、端末部の先端部表面を覆う第１絶縁皮膜３６ａは、溶融粘度の高い粉体樹脂により形成されているため、端末部の先端部表面に塗布されたときに、樹脂の自重による垂れを粘性抵抗によって抑制することができる。そのため、第１絶縁皮膜形成材料３６Ａの溶融、硬化後においても、端末部の角部に残存し易くなるので、高いカバーエッジ性を確保することができる。特に、本実施形態における第１絶縁皮膜３６ａは、溶融粘度が１０Ｐａ・ｓ以上の樹脂で形成されているため、高いカバーエッジ性をより確実に確保することができる。
【００５９】
また、第１絶縁皮膜３６ａの表面を覆う第２絶縁皮膜３６ｂは、第１絶縁皮膜３６ａの樹脂よりも粘性の低い樹脂により形成されているため、ピンホールの発生を抑制することができる。特に、本実施形態における第２絶縁皮膜３６ｂは、常温粘度が５Ｐａ・ｓ以下の樹脂で形成されているため、ピンホールの発生をより確実に抑制することができる。
【００６０】
したがって、本実施形態の固定子３によれば、高いカバーエッジ性の確保とピンホールの抑制の両立を図ることができる。
【００６１】
また、本実施形態の固定子３の製造方法によれば、上記の第１絶縁皮膜付着工程１０１と、第２絶縁皮膜付着工程１０２とを有するため、高いカバーエッジ性の確保とピンホールの抑制の両立を図ることができる回転電機の固定子を容易に製造することができる。
【００６２】
〔他の実施形態〕
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更することが可能である。
【００６３】
例えば、実施形態１では、第１絶縁皮膜３６ａの形成材料として、エポキシ樹脂などを主成分とする粉体樹脂を用いていたが、これに代えて、溶融粘度の高い液状樹脂を用いることができる。液状樹脂を用いる場合には、図８に示すような槽３０３を用いて、上記の第１絶縁皮膜付着工程１０１と同様の工程を行うようにすればよい。また、液状樹脂を用いれば、粉体樹脂を用いる場合に比べて、ピンホールの発生を少なく抑制することができる。
【００６４】
また、実施形態１では、第２絶縁皮膜形成材料３６Ｂを付着させる際に、接合部３３ｅの端末部先端の銅線３３ｈ露出部表面に付着している第１絶縁皮膜３６ａの表面に付着させるようにしていたが、第２コイルエンド群３１ｂの斜行部３３ｆの表面にも同時に付着させるようにしてもよい。
【００６５】
また、実施形態１では、スロット内には径方向に４層の導体を配置するべく、図２に示すようなセグメント導体３３を用いたが、これを一重のＵ字型セグメントで構成してもよい。一重のＵ字型セグメントは、スロット内において２層の導体を提供し、図５と同じ断面においては２層の斜行部の配置を提供する。かかる構成は、要求される性能に適合するように選定することができる。
【００６６】
また、本発明は、車両用交流発電機に限らず、同様の空冷構造をもつ車両用又は汎用の回転電機にも適用することができる。例えば、電動機に適用することができる。
【符号の説明】
【００６７】
１…交流発電機、 ２…回転子、 ３…固定子、 ３１…固定子巻線、 ３１ａ…第１コイルエンド群、 ３１ｂ…第２コイルエンド群、 ３２…固定子コア、 ３３、３３ａ、 ３３ｂ…セグメント導体、 ３３ｃ…ターン部、 ３３ｄ、３３ｆ…斜行部、 ３３ｅ…接合部、 ３３ｇ…絶縁樹脂膜、 ３３ｈ…銅線、 ３４…インシュレータ、 ３６…絶縁皮膜、 ３６ａ…第１絶縁皮膜、 ３６Ａ…第１絶縁皮膜形成材料、 ３６ｂ…第２絶縁皮膜、 ３６Ｂ…第２絶縁皮膜形成材料、 ３７…絶縁樹脂、 ３７Ａ…絶縁樹脂材料、 ３００…治具、 ３０１…ディスペンサ、 ３０２…ノズル、 ３０３…槽。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載される回転電機の固定子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両において電動機や発電機として使用される回転電機の固定子として、特許文献１に開示されたものが知られている。この固定子は、周方向に複数のスロットを有する円環状の固定子コアと、スロットに挿入配置された複数のセグメント導体の端末部同士が接続されて固定子コアに巻装された固定子巻線とを備えている。
【０００３】
そして、特許文献１には、セグメント導体の端末部同士を溶接などで接続した後、その接続された端末部の表面を絶縁樹脂で覆うことにより、固定子巻線の絶縁性を確保することが開示されている。この場合、高いカバーエッジ性を確保するために、セグメント導体の端末部を覆う絶縁樹脂は、粉体塗装を施すことにより端末部の表面に固着させるようにしている。
【０００４】
この粉体塗装は、例えばエポキシ樹脂などを主成分とする粉体樹脂の槽に、粉体樹脂の硬化温度に熱せられたセグメント導体の端末部を浸漬させることによって、セグメント導体の端末部表面に粉体樹脂を溶融固着させるものである。このとき、粉体樹脂の槽は、粉体内部に圧縮空気を送ることにより、粉体樹脂を浮遊させた状態とする流動浸漬槽を用いることによって、形成される絶縁樹脂の厚さを均一化することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３７７０２６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上記特許文献１に開示されているように、流動浸漬槽を用いて粉体塗装を行う場合には、粉体樹脂間に存在する気体や圧縮空気の巻き込みに起因して、塗装終了後にセグメント導体の端末部に固着された絶縁樹脂中にボイドが形成されてしまうことがある。そのため、固定子の小型化の要請などにより導体間距離を小さくしていくと、ボイドがピンホールとなって絶縁不良を発生させる可能性がある。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、高いカバーエッジ性の確保とピンホールの抑制の両立を図り得るようにした回転電機の固定子及びその製造方法を提供することを解決すべき課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、周方向に複数のスロットを有する円環状の固定子コアと、前記スロットに挿入配置された複数のセグメント導体の端末部同士が接続されて前記固定子コアに巻装された固定子巻線と、を備え、前記セグメント導体の接続された前記端末部が、前記端末部の表面に塗布した樹脂を硬化させることにより形成された絶縁皮膜で覆われている回転電機の固定子において、前記絶縁皮膜は、粉体樹脂又は粘性の高い樹脂により形成されて前記端末部の先端部表面を覆う第１絶縁皮膜と、該第１絶縁皮膜の樹脂よりも粘性の低い樹脂により形成されて前記第１絶縁皮膜の表面を覆う第２絶縁皮膜と、からなることを特徴とする。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、セグメント導体の接続された端末部を覆う絶縁皮膜は、粘性の異なる２種類の樹脂を２段塗布し硬化させることにより形成された第１絶縁皮膜と第２絶縁皮膜とからなり、ほぼ全体が２層構造に形成されている。端末部の先端部表面を覆う第１絶縁皮膜は、粉体樹脂又は粘性の高い樹脂により形成されているため、端末部の先端部表面に塗布されたときに、樹脂の自重による垂れを粘性抵抗によって抑制する。そのため、樹脂の溶融、硬化後においても、端末部の角部に残存し易くなるので、高いカバーエッジ性を確保することができる。また、第１絶縁皮膜の表面を覆う第２絶縁皮膜は、第１絶縁皮膜の樹脂よりも粘性の低い樹脂により形成されているため、ピンホールの発生を抑制することができる。したがって、本発明によれば、高いカバーエッジ性の確保とピンホールの抑制の両立を図ることができる。
【００１０】
本発明において、第１絶縁皮膜を形成する樹脂としては、例えば、エポキシ、ポリエステル、ウレタン、シリコーン系等の熱硬化性樹脂を挙げることができる。これらの樹脂は、粉体樹脂であっても、液状樹脂であってもよい。これらの樹脂は、端末部の先端部表面に塗布される際に、溶融粘度が１０Ｐａ・ｓ以上に調整されているのが好ましい。溶融粘度を調整する増粘剤としては、例えば、溶融シリカ、炭酸カルシウム、タルク、エアロジル、有機クレイ等をあげることができる。
【００１１】
また、第２絶縁皮膜を形成する樹脂としては、例えば、エポキシ、ポリエステル、ウレタン、シリコーン系、等の液状の熱硬化性樹脂を挙げることができる。これらの樹脂は、第１絶縁皮膜の表面に塗布される際に、常温粘度が５Ｐａ・ｓ以下に調整されているのが好ましい。常温粘度は、例えば、これらの樹脂に添加される増粘剤の量を調整したり、希釈剤を添加することによって調整することができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、前記第１絶縁皮膜は、溶融粘度が１０Ｐａ・ｓ以上の樹脂で形成されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、第１絶縁皮膜は、溶融粘度が１０Ｐａ・ｓ以上の樹脂で形成されているので、高いカバーエッジ性をより確実に確保することが可能となる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、前記第２絶縁皮膜は、常温粘度が５Ｐａ・ｓ以下の樹脂で形成されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、第２絶縁皮膜は、常温粘度が５Ｐａ・ｓ以下の樹脂で形成されているので、ピンホールの発生をより確実に抑制することが可能となる。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、前記第２絶縁皮膜は、液状のエポキシ、ポリエステル、ウレタン又はシリコーン系の樹脂で形成されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項４に記載の発明によれば、第２絶縁皮膜は、上記の樹脂材料で形成されていることで、ピンホールの発生をより確実に抑制することが可能となる。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、周方向に複数のスロットを有する円環状の固定子コアと、前記スロットに挿入配置された複数のセグメント導体の端末部同士が接続されて前記固定子コアに巻装された固定子巻線と、を備え、前記セグメント導体の接続された前記端末部が、前記端末部の表面に塗布した樹脂を硬化させることにより形成された絶縁皮膜で覆われている回転電機の固定子の製造方法において、前記セグメント導体の接続された前記端末部の先端部表面に、粉体樹脂又は粘性の高い樹脂を塗布し硬化させて第１絶縁皮膜を付着させる第１絶縁皮膜付着工程と、前記第１絶縁皮膜の表面に、前記第１絶縁皮膜の樹脂よりも粘性の低い樹脂を塗布し硬化させて第２絶縁皮膜を付着させる第２絶縁皮膜付着工程と、を有することを特徴とする。
【００１９】
請求項５に記載の発明によれば、高いカバーエッジ性の確保とピンホールの抑制の両立を図ることができる回転電機の固定子を容易に製造することができる。
【００２０】
請求項６に記載の発明は、前記第２絶縁皮膜付着工程は、前記樹脂を浸漬法、スプレー法又は滴下法により塗布することを特徴とする。
【００２１】
請求項６に記載の発明によれば、ピンホールの発生を抑制しつつ、第２絶縁皮膜を確実に付着することができる。
【００２２】
請求項７に記載の発明は、前記第２絶縁皮膜付着工程は、塗布された前記樹脂を熱風炉、電磁加熱器又は通電加熱で硬化させることを特徴とする。
【００２３】
請求項７に記載の発明によれば、ピンホールの発生を抑制しつつ、第２絶縁皮膜を確実に付着することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施形態１に係る回転電機の全体構成を示す断面図である。
【図２】実施形態１に係る固定子巻線を構成するセグメント導体の斜視図である。
【図３】実施形態１に係る固定子を内周側から見た一部を示す平面図である。
【図４】実施形態１に係る固定子巻線を構成するセグメント導体の端末部の断面図である。
【図５】図３のＶ−Ｖ線矢視断面図である。
【図６】実施形態１における絶縁皮膜及び絶縁樹脂の製造工程を示すブロック図である。
【図７】図６の製造工程における第１絶縁皮膜付着工程を示す図である。
【図８】図６の製造工程における第２絶縁皮膜付着工程を示す図である。
【図９】図６の製造工程における絶縁樹脂付着工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明に係る回転電機の固定子の実施形態について図面を参照して具体的に説明する。
【００２６】
〔実施形態１〕
図１は、実施形態１に係る回転電機の全体構成を示す断面図である。図２は、実施形態１に係る固定子巻線を構成するセグメント導体の斜視図である。図３は、実施形態１に係る固定子を内周側から見た一部を示す正面図である。図４は、実施形態１に係る固定子巻線を構成するセグメント導体の端末部の断面図である。図５は、図３のＶ−Ｖ線矢視断面図である。
【００２７】
本実施形態の固定子３は、車両に搭載される交流発電機１に使用されるものである。交流発電機１は、エンジンからの回転力を受けるプーリ２０を有する。プーリ２０は、シャフト上に回転子２とともに固定されている。回転子２は、一対のポールコア７１、７２を組み合わせて構成されたランデル型コアと、界磁巻線８とを有する。さらに、回転子２の端部には、冷却ファンが設けられている。本実施形態では、一方の端面であるフロント側に冷却ファン１１が設けられ、他方の端面であるリア側に冷却ファン１２が設けられている。冷却ファン１２は、遠心方向へのみ送風するブレードを有している。そして、冷却ファン１２は、フレーム４に搭載された整流器５やレギュレータ回路等を冷却するために、冷却ファン１１より大型のファンである。
【００２８】
さらに、シャフト上にはスリップリング９、１０が設けられている。シャフトは、フレーム４に回転自在に支持されている。フレーム４には、回転子２の外周側に位置して固定子３が固定されている。
【００２９】
固定子３は、周方向に複数のスロットを有する円環状の固定子コア３２と、スロットに挿入配置された複数のセグメント導体３３の端末部同士が溶接で接続されて固定子コア３２に巻装された固定子巻線３１と、を有する。
【００３０】
固定子コア３２に形成された溝状のスロットの内壁面に沿ってシート状のインシュレータ３４が配置されている。固定子巻線３１は、扁平断面の銅線３３ｈにより構成されている。銅線３３ｈは、表面が樹脂皮膜層３３ｇにより被覆されている。従って、スロット内において、銅線３３ｈは自らの樹脂皮膜層３３ｇとインシュレータ３４とによって、固定子コア３２から電気的に絶縁されている。
【００３１】
固定子巻線３１は、複数のＵ字状のセグメント導体３３を所定の規則に則って配列し、これら複数のセグメント導体３３の端部を所定の規則に則って電気的に接続することにより構成されている。本実施形態では、電気接続部は、溶接により接続されている。本実施形態では、図２に模式的に示すような、２本のＵ字状のセグメント導体３３ａ、３３ｂを基本ユニットとして、このユニットを複数配列することにより、固定子コア３２上を１周回する一連の巻線を形成している。
【００３２】
Ｕ字状のセグメント導体３３は、薄い絶縁樹脂膜３３ｇで覆われた銅線３３ｈを曲げて形成されたターン部３３ｃと、他のセグメント導体３３の端末部の接合部３３ｃと溶接によって接続された端末部の接合部３３ｅとを有している。ターン部３３ｃは、そこに続く斜行部３３ｄとともに第１コイルエンドをなす。複数のセグメント導体３３の複数のターン部３３ｃは、図１に示されるリア側（反プーリ２０側）に規則的に配列して配置されて、第１コイルエンド群３１ａを形成する。接合部３３ｅは、そこに続く斜行部３３ｆとともに第２コイルエンドをなす。複数の接合部３３ｅは、図１に示されるフロント側（プーリ２０側）に配置されて、第２コイルエンド群３１ｂをなしている。
【００３３】
図３に示すように、第１コイルエンド群３１ａにおける斜行部３３ｄの、軸方向に対する傾斜角θ１は、第２コイルエンド群３１ｂにおける斜行部３３ｆの傾斜角θ２より小さくされている。この結果、複数の斜行部３３ｄの間には、複数の斜行部３３ｆの間より大きい間隔が形成される。これにより、軸方向に真っ直ぐに延びる接合部３３ｅを形成してもなお、第２コイルエンド群３１ｂの軸方向高さを抑えることができる。
【００３４】
本実施形態では、第１コイルエンド群３１ａは、ターン部３３ｃを主として配置して構成されている。また、第２コイルエンド群３１ｂは、接合部３３ｅを主として配置して構成されている。但し、これらは基本ユニットのターン部３３ｃと接合部３３ｅとを主として配置したものである。第１コイルエンド群３１ａにも、部分的に接合部３３ｅを配置することができる。例えば、中性点を得るための接合部や、整流器５への接続を実現するための接合部である。また、第２コイルエンド群３１ｂに、部分的にターン部３３ｃを配置することができる。
【００３５】
第１コイルエンド群３１ａには、後述する第２絶縁皮膜３６ｂと同じ樹脂材料よりなる薄い絶縁樹脂３７が付着している。第１コイルエンド群３１ａに付着する薄い絶縁樹脂３７は、この第１コイルエンド群３１ａを構成する複数の導体の表面を覆う程度に付着している。この結果、第１コイルエンド群３１ａの中には、第１コイルエンド群３１ａの中を、径方向内側から外側へ連通する冷却風の通路が形成されている。この絶縁樹脂３７は、第１コイルエンド群３１ａの全体から固定子コア３２の軸方向端部にわたる範囲に付与されている。そして、第１コイルエンド群３１ａ内において径方向に隣接する導体の間に部分的に膜を張って、それらの間を連結して剛性を高めている。また、固定子コア３２の端部において、固定子コア３２と、インシュレータ３４とセグメント導体３３との間を架橋して、これらを接着している。
【００３６】
導体セグメント３３の端末部（溶接で接続された接合部３３ｅ）には、図３及び図４に示すように、厚い絶縁皮膜３６が付着されている。導体セグメント３３の端末部は、端縁から所定長さ（４ｍｍ程度）の部分にある絶縁樹脂膜３３ｇが剥ぎ取られることにより銅線３３ｈが露出しており、２個の導体セグメント３３の露出部同士が溶接で接続された後、その露出部を覆うように絶縁皮膜３６が固着されている。この絶縁皮膜３６は、銅線３３ｈの端末部先端の露出部表面を覆う第１絶縁皮膜３６ａと、第１絶縁皮膜３６ａの表面を覆う第２絶縁皮膜３６ｂとからなり、ほぼ全体が２層構造に形成されている。
【００３７】
第１絶縁皮膜３６ａは、溶融粘度が１０Ｐａ・ｓ以上の粘性の高い粉体樹脂を端末部の先端部表面に付着させてそれを溶融させた後に硬化させる工程により形成されている。本実施形態では、第１絶縁皮膜３６ａの樹脂材料として、エポキシ樹脂などを主成分とする粉体樹脂が採用されており、増粘剤としての溶融シリカを混合することによって溶融粘度が１０Ｐａ・ｓ以上となるように調整されている。これにより、その樹脂材料が銅線３３ｈの端末部の先端部表面に付着して溶融したときに、樹脂の自重による垂れを粘性抵抗によって抑制するため、樹脂の溶融、硬化後においても、銅線３３ｈの端末部の角部に残存し易くなるので、高いカバーエッジ性が確保されている。
【００３８】
一方、第２絶縁皮膜３６ｂは、常温粘度が５Ｐａ・ｓ以下で第１絶縁皮膜３６ａの樹脂よりも粘性の低い液状樹脂を第１絶縁皮膜３６ａの表面に付着させてそれを硬化させる工程により形成されている。本実施形態では、第２絶縁皮膜３６ｂの樹脂材料として、エポキシ樹脂などを主成分とする液状樹脂が採用されており、この樹脂の常温粘度は５．０Ｐａ・ｓとなっている。この第２絶縁皮膜３６ｂは、第１絶縁皮膜３６ａの樹脂よりも十分に粘性の低い樹脂により形成されているため、ピンホールの発生が抑制されている。
【００３９】
この絶縁皮膜３６は、隣接する各々の接合部３３ｅを離間させた状態を保持しつつ、第２コイルエンド３１ｂの先端周辺を円環状に連接して配置されている。この絶縁皮膜３６は、第２コイルエンド群３１ｂの軸方向先端に、径方向に延びる溝３６ｃを形成するように粘度と量とが調節されて付与される。この溝３６ｃは、放熱面積の維持に寄与する。
【００４０】
さらに、第２コイルエンド群３１ｂの絶縁皮膜３６が付着されている部位以外の部位には、第１コイルエンド群３１ａに付着された絶縁樹脂３７及び第２絶縁皮膜３６ｂと同じ樹脂材料よりなる薄い絶縁樹脂３７が付着している。即ち、第２コイルエンド群３１ｂは、その全体が、薄い絶縁樹脂３７で覆われている。特に、図３に示すように、第２コイルエンド３１ｂのうち、絶縁皮膜３６に覆われていない導体としての斜行部３３ｆは、絶縁樹脂３７だけで覆われている。絶縁樹脂３７は、第２コイルエンド群３１ｂの固定子コア３２寄りの根本部では、空間部３７ａを形成している。
【００４１】
絶縁樹脂３７は、図５に示すように、第２コイルエンド群３１ｂの内部にまで浸透して付着している。特に、径方向に関して多層に配置され、しかも周方向に関して整列している複数の斜行部３３ｆの間にまで入り込んでいる。絶縁樹脂３７は、複数の斜行部３３ｆの間に、膜を張るようにして付着しており、複数の斜行部３３ｆの間を架橋している。絶縁樹脂３７は、第２コイルエンド群３１ｂ内において径方向に隣接する導体の間のほとんどすべてに入り込んでいる。絶縁樹脂３７は、第２コイルエンド群３１ｂ内において周方向に隣接する導体の間にも入り込んで膜を張るように付着している。
【００４２】
この絶縁樹脂３７は、常温粘度が低い液状樹脂を付着させて、それを硬化させる工程により形成されている。絶縁樹脂３７は、図５に示される程度の気泡状の空間３７ｂや、溝３７ｃが形成される程度に、粘度と量とが調節されて第２コイルエンド群３１ｂに付与される。この絶縁樹脂３７は、第２コイルエンド群３１ｂの全体から固定子コア３２の軸方向端部にわたる範囲に付与されている。そして、固定子コア３２の端部において、固定子コア３２と、インシュレータ３４とセグメント導体３３との間を架橋して、これらを接着している。
【００４３】
複数の斜行部３３ｆの間は、径方向内側ほど周方向の間隔が小さい。このため、絶縁樹脂３７は、第２コイルエンド群３１ｂの径方向内側では、導体としての斜行部３３ｆの間を、径方向並びに周方向の両方に関してほぼ埋めている。絶縁樹脂３７は、第２コイルエンド群３１ｂの径方向外側では、複数の斜行部３３ｆの間の間隔が比較的広いため、多くの空間３７ｂを残して斜行部３３ｆに付着している。特に、外層として最も外側に並ぶ複数の斜行部３３ｆに対しては、それらの表面を覆っているが、それらの間に空間としての溝３７ｃを残して付着している。
【００４４】
この結果、第２コイルエンド群３１ｂは、外側が斜行部３３ｆに対応した波形の表面を呈して広い表面積を提供し、内側が外側に比して滑らかな表面を呈する。すなわち、絶縁樹脂３７が第２コイルエンド群３１ｂにおいて呈する形状は、径方向内側より外側のほうが大きく波打った形状である。言い換えれば、径方向外側において径方向内側よりも多くの、しかも深い多数の溝３７ｃを有している。さらに言い換えれば、絶縁樹脂３７の密度は、径方向内側のほうが外側よりも密である。また、絶縁樹脂３７は、２つのコイルエンド群のうちの一方にのみ、多く、厚く付着している。本実施形態では、ターン部３３ｃを含む第１コイルエンド群３１ａより、接合部３３ｅを含む第２コイルエンド群３１ｂに、多く、厚く付着している。絶縁樹脂３７は、リア側よりフロント側のコイルエンドに、多く、厚く付着している。
【００４５】
次に、上記の絶縁皮膜３６及び絶縁樹脂３７の製造工程について図６〜図９を参照して説明する。図６は、本実施形態における絶縁皮膜及び絶縁樹脂の製造工程を示すブロック図である。図７は、図６の製造工程における第１絶縁皮膜付着工程を示す図である。図８は、図６の製造工程における第２絶縁皮膜付着工程を示す図である。図９は、図６の製造工程における絶縁樹脂付着工程を示す図である。
【００４６】
本実施形態の絶縁皮膜３６及び絶縁樹脂３７は、図６に示すように、第１絶縁皮膜付着工程１０１と、第２絶縁皮膜付着工程１０２と、絶縁樹脂付着工程１０３とを順に行うことにより形成される。
【００４７】
第１絶縁皮膜付着工程１０１では、図７に示すように、第１絶縁皮膜３６ａの形成材料として、エポキシ樹脂などを主成分とする粉体樹脂：４５〜５０重量％に、増粘剤としての溶融シリカ：５０〜５５重量％を混合してなる、溶融粘度が１０Ｐａ・ｓ以上の粘性の高い第１絶縁皮膜形成材料３６Ａを槽３０３内に投入して準備する。そして、槽３０３内の第１絶縁皮膜形成材料３６Ａに、第１絶縁皮膜材料３６Ａの硬化温度にまで熱せられた固定子３を、第２コイルエンド群３１ｂが下方になるように水平に置いた状態で、接合部３３ｅから接合根本付近まで浸漬させる。
【００４８】
これにより、接合部３３ｅの端末部先端の銅線３３ｈ露出部表面に、第１絶縁皮膜形成材料３６Ａを溶融、硬化させて、第１絶縁皮膜３６ａを形成し付着させる。このとき、第１絶縁皮膜形成材料３６Ａは、粘性が高いため、端末部の先端部表面に塗布された際に、自重による垂れを粘性抵抗によって抑制する。そのため、第１絶縁皮膜形成材料３６Ａの溶融、硬化後においても、端末部の角部に残存し易くなるので、高いカバーエッジ性が確保されている。
【００４９】
なお、第１絶縁皮膜付着工程１０１で用いられる槽３０３は、粉体樹脂に乾燥空気を送ることにより、粉体樹脂を浮遊させた状態にする流動浸漬槽とすることによって、第１絶縁皮膜３６ａの厚さを均一化し、安定して第１絶縁皮膜３６ａを形成することができる。
【００５０】
次の第２絶縁皮膜付着工程１０２では、図８に示すように、第２絶縁皮膜３６ｂの形成材料として、エポキシ樹脂などを主成分とする、常温粘度が５Ｐａ・ｓ以下の粘性の低い第２絶縁皮膜形成材料３６Ｂを槽３０３内に投入して準備する。そして、上記の第１絶縁皮膜付着工程１０１を終了した後、第２絶縁皮膜材料３６Ｂの硬化温度にまで熱せられた固定子３を、上記の第１絶縁皮膜付着工程１０１と同様に、槽３０３内の第２絶縁皮膜形成材料３６Ｂに、接合部３３ｅから接合根本付近まで浸漬させる。
【００５１】
これにより、接合部３３ｅの端末部先端の銅線３３ｈ露出部表面に付着している第１絶縁皮膜３６ａの表面に、第２絶縁皮膜形成材料３６Ｂを硬化させて、第２絶縁皮膜３６ｂを形成し付着させる。これにより、接合部３３ｅの端末部先端の銅線３３ｈ露出部は、第１絶縁皮膜３６ａ及び第２絶縁皮膜３６ｂからなる２層構造の絶縁皮膜３６に覆われた状態となる（図４参照）。
【００５２】
続いて、絶縁樹脂付着工程１０３では、絶縁樹脂３７の形成材料として、エポキシ樹脂などを主成分とする、常温粘度が５Ｐａ・ｓ以下の粘性の低い絶縁樹脂材料３７Ａをディスペンサ３０１内に準備する。本実施形態では、絶縁樹脂材料３７Ａは、第２絶縁皮膜付着工程１０２で用いた第２絶縁皮膜形成材料３６Ｂと同じものが用いられている。
【００５３】
図９において、固定子３は、第１コイルエンド群３１ａを上方に向けて固定子コア３２の中心軸と同軸で周方向に回転する治具３００によって、鉛直軸に対して一定の傾斜角αをもって保持されている。この傾斜角αは、図９に示す如く１５°程度に設定することができる。これにより、整流器５に接続される固定子巻線３１の出力線３１０の先端部に、絶縁樹脂材３７Ａが付着することを防ぐことができる。
【００５４】
絶縁樹脂材料３７Ａは、回転する固定子３の上方に固定設置されたディスペンサ３０１のノズル３０２から第１コイルエンド群３１ａに向かって一定量滴下される。その後、第２コイルエンド群３１ｂが下方になるように固定子３を水平に置き、絶縁樹脂材料３７Ａの硬化温度の雰囲気下に所定時間置かれる。この間に、絶縁樹脂材料３７Ａの一部は、固定子コア３２のスロット内を通って、下方の第２コイルエンド群３１ｂの斜行部３３ｆに至り、硬化が完了する。これにより、第１コイルエンド群３１ａの全体の表面が薄く形成された絶縁樹脂３７に覆われるとともに、第２コイルエンド群３１ｂの斜行部３３ｆのほぼ全体の表面が薄く形成された絶縁樹脂３７に覆われた状態となる。
【００５５】
なお、第２コイルエンド群３１ｂの斜行部３３ｆを覆う絶縁樹脂３７は、接合部３３ｅの表面を覆っている絶縁皮膜３６の第２絶縁皮膜３６ｂと部分的に繋がっている。
【００５６】
以上のように構成された車両用交流発電機１は、車両の走行用エンジンによってプーリ２０が回転駆動される。回転子２の界磁巻線８には、スリップリング９、１０を介して励磁電流が流され、ポールコア７１、７２にＮ極、Ｓ極の磁極が形成され、回転界磁が形成される。これにより、固定子巻線３１に交流電圧が誘起され、この交流出力が整流器５によって整流されて、出力端子から直流として出力される。
【００５７】
また、ポールコア７１、７２に固定された冷却ファン１１、１２は、フレーム４の軸方向の開口部４１から空気を内部へ取り込み、径方向の開口部４２に向けて吹き出す。この冷却風により、両方のコイルエンドが冷却される。
【００５８】
以上のように、本実施形態の車両用交流発電機１の固定子３によれば、セグメント導体３３の接続された端末部を覆う絶縁皮膜３６は、粘性の異なる２種類の樹脂を２段塗布し硬化させることにより形成された第１絶縁皮膜３６ａと第２絶縁皮膜３６ｂとからなる。そして、端末部の先端部表面を覆う第１絶縁皮膜３６ａは、溶融粘度の高い粉体樹脂により形成されているため、端末部の先端部表面に塗布されたときに、樹脂の自重による垂れを粘性抵抗によって抑制することができる。そのため、第１絶縁皮膜形成材料３６Ａの溶融、硬化後においても、端末部の角部に残存し易くなるので、高いカバーエッジ性を確保することができる。特に、本実施形態における第１絶縁皮膜３６ａは、溶融粘度が１０Ｐａ・ｓ以上の樹脂で形成されているため、高いカバーエッジ性をより確実に確保することができる。
【００５９】
また、第１絶縁皮膜３６ａの表面を覆う第２絶縁皮膜３６ｂは、第１絶縁皮膜３６ａの樹脂よりも粘性の低い樹脂により形成されているため、ピンホールの発生を抑制することができる。特に、本実施形態における第２絶縁皮膜３６ｂは、常温粘度が５Ｐａ・ｓ以下の樹脂で形成されているため、ピンホールの発生をより確実に抑制することができる。
【００６０】
したがって、本実施形態の固定子３によれば、高いカバーエッジ性の確保とピンホールの抑制の両立を図ることができる。
【００６１】
また、本実施形態の固定子３の製造方法によれば、上記の第１絶縁皮膜付着工程１０１と、第２絶縁皮膜付着工程１０２とを有するため、高いカバーエッジ性の確保とピンホールの抑制の両立を図ることができる回転電機の固定子を容易に製造することができる。
【００６２】
〔他の実施形態〕
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更することが可能である。
【００６３】
例えば、実施形態１では、第１絶縁皮膜３６ａの形成材料として、エポキシ樹脂などを主成分とする粉体樹脂を用いていたが、これに代えて、溶融粘度の高い液状樹脂を用いることができる。液状樹脂を用いる場合には、図８に示すような槽３０３を用いて、上記の第１絶縁皮膜付着工程１０１と同様の工程を行うようにすればよい。また、液状樹脂を用いれば、粉体樹脂を用いる場合に比べて、ピンホールの発生を少なく抑制することができる。
【００６４】
また、実施形態１では、第２絶縁皮膜形成材料３６Ｂを付着させる際に、接合部３３ｅの端末部先端の銅線３３ｈ露出部表面に付着している第１絶縁皮膜３６ａの表面に付着させるようにしていたが、第２コイルエンド群３１ｂの斜行部３３ｆの表面にも同時に付着させるようにしてもよい。
【００６５】
また、実施形態１では、スロット内には径方向に４層の導体を配置するべく、図２に示すようなセグメント導体３３を用いたが、これを一重のＵ字型セグメントで構成してもよい。一重のＵ字型セグメントは、スロット内において２層の導体を提供し、図５と同じ断面においては２層の斜行部の配置を提供する。かかる構成は、要求される性能に適合するように選定することができる。
【００６６】
また、本発明は、車両用交流発電機に限らず、同様の空冷構造をもつ車両用又は汎用の回転電機にも適用することができる。例えば、電動機に適用することができる。
【符号の説明】
【００６７】
１…交流発電機、 ２…回転子、 ３…固定子、 ３１…固定子巻線、 ３１ａ…第１コイルエンド群、 ３１ｂ…第２コイルエンド群、 ３２…固定子コア、 ３３、３３ａ、 ３３ｂ…セグメント導体、 ３３ｃ…ターン部、 ３３ｄ、３３ｆ…斜行部、 ３３ｅ…接合部、 ３３ｇ…絶縁樹脂膜、 ３３ｈ…銅線、 ３４…インシュレータ、 ３６…絶縁皮膜、 ３６ａ…第１絶縁皮膜、 ３６Ａ…第１絶縁皮膜形成材料、 ３６ｂ…第２絶縁皮膜、 ３６Ｂ…第２絶縁皮膜形成材料、 ３７…絶縁樹脂、 ３７Ａ…絶縁樹脂材料、 ３００…治具、 ３０１…ディスペンサ、 ３０２…ノズル、 ３０３…槽。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向に複数のスロットを有する円環状の固定子コアと、前記スロットに挿入配置された複数のセグメント導体の端末部同士が接続されて前記固定子コアに巻装された固定子巻線と、を備え、前記セグメント導体の接続された前記端末部が、前記端末部の表面に塗布した樹脂を硬化させることにより形成された絶縁皮膜で覆われている回転電機の固定子において、
前記絶縁皮膜は、粉体樹脂又は粘性の高い樹脂により形成されて前記端末部の先端部表面を覆う第１絶縁皮膜と、該第１絶縁皮膜の樹脂よりも粘性の低い樹脂により形成されて前記第１絶縁皮膜の表面を覆う第２絶縁皮膜と、からなることを特徴とする回転電機の固定子。
【請求項２】
前記第１絶縁皮膜は、溶融粘度が１０Ｐａ・ｓ以上の樹脂で形成されてい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。
【請求項３】
前記第２絶縁皮膜は、常温粘度が５Ｐａ・ｓ以下の樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転電機の固定子。
【請求項４】
前記第２絶縁皮膜は、液状のエポキシ、ポリエステル、ウレタン又はシリコーン系の樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の回転電機の固定子。
【請求項５】
周方向に複数のスロットを有する円環状の固定子コアと、前記スロットに挿入配置された複数のセグメント導体の端末部同士が接続されて前記固定子コアに巻装された固定子巻線と、を備え、前記セグメント導体の接続された前記端末部が、前記端末部の表面に塗布した樹脂を硬化させることにより形成された絶縁皮膜で覆われている回転電機の固定子の製造方法において、
前記セグメント導体の接続された前記端末部の先端部表面に、粉体樹脂又は粘性の高い樹脂を塗布し硬化させて第１絶縁皮膜を付着させる第１絶縁皮膜付着工程と、
前記第１絶縁皮膜の表面に、前記第１絶縁皮膜の樹脂よりも粘性の低い樹脂を塗布し硬化させて第２絶縁皮膜を付着させる第２絶縁皮膜付着工程と、
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。
【請求項６】
前記第２絶縁皮膜付着工程は、前記樹脂を浸漬法、スプレー法又は滴下法により塗布することを特徴とする請求項５に記載の回転電機の固定子の製造方法。
【請求項７】
前記第２絶縁皮膜付着工程は、塗布された前記樹脂を熱風炉、電磁加熱器又は通電加熱で硬化させることを特徴とする請求項５又は６に記載の回転電機の固定子の製造方法。
【請求項１】
周方向に複数のスロットを有する円環状の固定子コアと、前記スロットに挿入配置された複数のセグメント導体の端末部同士が接続されて前記固定子コアに巻装された固定子巻線と、を備え、前記セグメント導体の接続された前記端末部が、前記端末部の表面に塗布した樹脂を硬化させることにより形成された絶縁皮膜で覆われている回転電機の固定子において、
前記絶縁皮膜は、粉体樹脂又は粘性の高い樹脂により形成されて前記端末部の先端部表面を覆う第１絶縁皮膜と、該第１絶縁皮膜の樹脂よりも粘性の低い樹脂により形成されて前記第１絶縁皮膜の表面を覆う第２絶縁皮膜と、からなることを特徴とする回転電機の固定子。
【請求項２】
前記第１絶縁皮膜は、溶融粘度が１０Ｐａ・ｓ以上の樹脂で形成されてい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。
【請求項３】
前記第２絶縁皮膜は、常温粘度が５Ｐａ・ｓ以下の樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転電機の固定子。
【請求項４】
前記第２絶縁皮膜は、液状のエポキシ、ポリエステル、ウレタン又はシリコーン系の樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の回転電機の固定子。
【請求項５】
周方向に複数のスロットを有する円環状の固定子コアと、前記スロットに挿入配置された複数のセグメント導体の端末部同士が接続されて前記固定子コアに巻装された固定子巻線と、を備え、前記セグメント導体の接続された前記端末部が、前記端末部の表面に塗布した樹脂を硬化させることにより形成された絶縁皮膜で覆われている回転電機の固定子の製造方法において、
前記セグメント導体の接続された前記端末部の先端部表面に、粉体樹脂又は粘性の高い樹脂を塗布し硬化させて第１絶縁皮膜を付着させる第１絶縁皮膜付着工程と、
前記第１絶縁皮膜の表面に、前記第１絶縁皮膜の樹脂よりも粘性の低い樹脂を塗布し硬化させて第２絶縁皮膜を付着させる第２絶縁皮膜付着工程と、
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。
【請求項６】
前記第２絶縁皮膜付着工程は、前記樹脂を浸漬法、スプレー法又は滴下法により塗布することを特徴とする請求項５に記載の回転電機の固定子の製造方法。
【請求項７】
前記第２絶縁皮膜付着工程は、塗布された前記樹脂を熱風炉、電磁加熱器又は通電加熱で硬化させることを特徴とする請求項５又は６に記載の回転電機の固定子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１６１１５３（Ｐ２０１２−１６１１５３Ａ）
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８４８２（Ｐ２０１１−１８４８２）
【出願日】平成２３年１月３１日（２０１１．１．３１）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月３１日（２０１１．１．３１）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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