JP2008099375A - ステータ及びステータの製造方法及び回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】
スロットと固定子コイル間の隙間が小さかったとしても、絶縁紙を介してスロット内に容易に固定子コイルが装着できる。
【解決手段】
固定子コイルの周囲に巻かれる絶縁紙は、スロット内の面を包囲するように形成され、スロットの内周側の開口にて重なり合うように分断されると共に、この分断された部分が開く方向にスロットの周方向側面に対向する部分にて折り曲げられており、更に両端を重ねられるように幅方向内側に折り曲げている。このため、幅広の開口部分から固定子コイルを容易に挿入することができ、固定子コイルを挿入するだけで絶縁紙の分断されている部分を重ね合わせることができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、回転電機及びそれに用いられるステータ及びその製造方法に関し、特にモータや発電機等に用いられるステータに関するものである。

従来の回転電機におけるステータは、固定子鉄心の周方向内側開口するように複数設けられたスロットに固定子コイルを巻装することで構成されるが、固定子コイルと固定子鉄心の絶縁を確保するために固定子コイルのスロットに挿入される部分に絶縁紙を巻いている。

特許文献１に示すように、絶縁紙は、固定子コイルを挿入する前にスロットに挿入されるＵ字状のスロット絶縁紙と、固定子コイルを挿入した後に更に挿入される電動機用絶縁紙とからなり、この２つの絶縁紙によって固定子コイルのスロット挿入部を完全に覆っている。

特開２００４−２８９９３０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の絶縁紙は、２種類の絶縁紙からなり、スロットにＵ字状のスロット絶縁紙を挿入した後に、固定子コイルを挿入するが、このスロット絶縁紙の開口端はスロットに対して平行であるため、スロット絶縁紙の開口端の曲がり等を考慮すると固定子コイルが挿入できるようにするには、スロットの幅を固定子コイルに対して、かなり大きくしておく必要がある。このため、スロット内の占積率を向上することができないといった問題があった。

本発明の目的は、スロットと固定子コイル間の隙間が小さかったとしても、絶縁紙を介してスロット内に容易に固定子コイルが装着できるステータ及びステータの製造方法及び回転電機を提供することにある。

本発明のステータは、絶縁部材がスロット内の面を包囲するように形成され、スロットの内周側の開口にて重なり合うように分断されると共に、この分断された部分が開く方向に前記スロットの周方向側面に対向する部分にて折り曲げられていることを特徴としている。

また、本発明のステータは、絶縁紙を一部分が開口するように筒状に成形する工程と、スロットの内周側の開口に絶縁紙の開口部分が位置するように、スロット内に絶縁紙を途中まで挿入する工程と、絶縁紙の開口部分から固定子コイルを挿入することで、絶縁紙の開口が重なるように閉じる工程とによって製造されることを特徴としている。

また、本発明の回転電機は、絶縁部材がスロット内の面を包囲するように形成され、スロットの内周側の開口にて重なり合うように分断されると共に、この分断された部分が開く方向の力を生じさせていることを特徴としている。

本発明は、スロットと固定子コイル間の隙間が小さかったとしても、絶縁紙の一部が幅広となるように開口させることができるので固定子コイルを容易に挿入することができる。

本発明の回転電機における１つの実施形態として、エンジンで駆動されない側の車輪を電動モータにて駆動する電動４輪駆動車に用いられる電動モータを例にとって説明する。図１は、電動４輪駆動車に用いられる駆動用電動モータの側面断面図である。

電動４輪駆動車の駆動用電動モータとしては、巻線界磁型の同期電動機が用いられる。この電動モータは、回転自在に設けられた回転子２と、この回転子２の外周に固定状態で配置されたステータ３とからなり、これらの回転子２及びステータ３はハウジング４内に収容されている。

駆動力を出力するためのシャフト１は、内部に収容空間を有するハウジング４に軸受としてのボールベアリング５ａ，５ｂによって両端側を回転自在に支持された状態で挿通されている。また、これらのボールベアリング５ａ，５ｂの間には、回転子２を構成する２対のルンデル型ロータ２ａ，２ｂが隣り合った状態でシャフト１と一体で回転できるようにシャフト１に固定されている。夫々のルンデル型ロータ２ａ，２ｂは、軸方向に先細り形状に延びる複数の爪磁極を有するロータコア２−１と、爪磁極の内側であってシャフト１に周りに環状に巻回された界磁コイル２−２とから構成されている。この界磁コイル２−２は、ロータコア２−１と絶縁するために樹脂製のボビンに巻かれており、シャフト１の端部に設けられたスリップリング６を介して、このスリップリング６に常時、押し付けられるブラシ７から界磁電流が供給される。このように界磁コイル２−２に電流を供給することで夫々の爪磁極には、異なる極が交互となるように形成される。つまり、回転子２には、周方向に異なる極が交互となるように複数の磁極が形成される。

次にステータ３について、図１に加え、図２及び図３に基づいて説明する。図２は、ステータ３の正面図である。図３は、固定子鉄心３−１の正面図を半分だけ表示にしたものである。

図２に示すようにステータ３は、内周側に開口する複数のスロット８が放射状に設けられた固定子鉄心３−１とスロット８内に巻装される固定子コイル３−２とから構成されている。固定子コイル３−２は、３相となっており、夫々の相が分布巻で巻装されている。また、固定子コイル３−２の断面は、矩形状となっており、詳細には、スロット８の深さ方向の辺の方がスロット８の幅方向の辺よりも長い長方形に成形され、表面には、ワニス等が塗布されることで絶縁被覆が施されている。尚、この固定子コイル３−２は、連続線で構成されており、スロット８内には、２本分の固定子コイル３−２が一列に並ぶように巻装される。

図３に示すように固定子鉄心３−１は、電磁鋼板を積層し、それらの電磁鋼板を外周側にて溶接固定することで構成されており、内周側には、周方向内周に開口する複数のスロット８が設けられている。このスロット８は、内周側が幅狭とならないオープンスロットと呼ばれる形状となっており、軸方向一端面から見て略コの字形状となるように構成されている。また、スロット８は、略コの字形状のまま軸方向他端側まで延びている。更に、スロット８の内周側における周方向両側には、軸方向に延びる溝によって構成された凹部９が形成されている。尚、この固定子鉄心３−１は、ハウジング４内に固定される。

次に図４及び図５に基づいて、絶縁部材としての絶縁紙１０の詳細について説明する。図４は、スロット８内に絶縁紙１０を挿入する過程を説明した図である。図５は、スロット８内に絶縁紙１０と固定子コイル３−２が挿入された状態を示す図である。

図４に示すようにスロット８に完全に挿入される前の絶縁紙１０は、スロット８の底部側形状に沿った略コの字形状の底部１０−１と、底部１０−１の両端から幅が拡大するように夫々がハの字形状に伸びる拡大部１０−２と、夫々の拡大部１０−２の先端からスロット８の幅方向内側に延びる重なり部１０−３とが形成されるように折り曲げられている。尚、スロット８に完全に挿入される前の絶縁紙１０は、拡大部１０−２が存在することによって重なり部１０−３同士は離間しており、重なり部１０−３間の幅は、スロット８の内周側の開口幅と同等、もしくは、若干広くなっている。このように成形した絶縁紙
１０の底部１０−１までを図４のようにスロット８内に挿入した状態とする。

次に図４に示す状態において、予め夫々のスロット８に挿入できるように成形された固定子コイル３−２を絶縁紙１０の重なり部１０−３間の隙間から挿入する。このとき、図５に示すように絶縁紙１０の底部１０−１は、固定子コイル３−２に押されて、スロット８の底部側に移動すると共に、拡大部１０−２がスロット８の周方向幅にならって幅狭となり、両方の重なり部１０−３は重なることになる。このため、固定子コイル３−２は、絶縁紙１０によってスロット８内の面が包囲される。尚、両側に夫々成形された重なり部１０−３の夫々の位置を若干異ならせることによって、確実に重ならせることができる。

更に固定子コイル３−２がスロット８から抜けてしまわぬようにスロット８の開口側に設けられた凹部９には、略Ｖ字形状に形成された抜け止め部材１１が装着される。この抜け止め部材１１は、樹脂等の絶縁材料にて構成されており、Ｖ字の角度が変化するように弾性変形することができる。尚、凹部９に装着される前の抜け止め部材１１は、スロット８の内周側開口における周方向幅よりも幅広となっており、スロット８の内周の開口側から抜け止め部材１１を押し込むことで、Ｖ字形状の傾斜に沿って弾性変形し、凹部９内に入り込む。このとき、Ｖ字形状の底部にて絶縁紙１０の重なり部１０−３を押圧することもでき、重なり部１０−３同士が開いてしまうことも防止できる。

次に本実施例の作用効果について、以下に説明する。

本実施例のステータは、内周側に開口する複数のスロットを有する固定子鉄心と、前記スロット内に絶縁部材を介して巻装される固定子コイルとを有するステータであって、前記絶縁部材は、前記スロット内の面を包囲するように形成され、前記スロットの内周側の開口にて重なり合うように分断されると共に、この分断された部分が開く方向に前記スロットの周方向側面に対向する部分にて折り曲げられている。このため、スロットと固定子コイル間の隙間が小さかったとしても、絶縁紙の一部が幅広となるように開口させることができるので固定子コイルを容易に挿入することができる。また、絶縁部材は、スロットの内周側の開口にて重なり合っているので確実に絶縁することができる。更に、絶縁部材は１つの部材からなるため、部品点数を削減することもできる。

また、本実施例の絶縁部材は、前記スロットの周方向側面に対向する両側の部分にて折り曲げられているので、絶縁紙の一部をより幅広となるように開口させることができる。

また、本実施例の絶縁部材は、前記スロットの底部に対応するように略コの字形状に折り曲げられているので、スロットに沿った形状とすることができ、固定子コイルを挿入しやすくすることができる。また、断面が矩形状の固定子コイルを用いた場合には、絶縁部材の底部側に角が形成されるため、占積率を向上させることができる。

また、本実施例の絶縁部材は、前記スロットの周方向側面に対向する両側の先端を相手側側面に向かって折り曲げられているので、固定子コイルの周囲を確実に絶縁部材で包囲することができる。

また、本実施例のステータは、スロットの内周側の開口幅を前記スロットにおける前記固定子コイルが巻装される部分の幅とほぼ同一としたので、固定子コイルを容易に挿入することができ、更に、固定子コイルの周方向幅を大きくすることができるので占積率を向上させることもできる。

また、本実施例のスロットの内周側には、周方向両側に凹部が形成されており、該凹部には、絶縁材料で構成された抜け止め部材が装着されているので、固定子コイルがスロットから抜けてしまうことを防止することができる。

また、本実施例の抜け止め部材は、略Ｖ字形状に形成され、Ｖ字の角度が変化するように弾性変形可能に構成されているので、抜け止め部材をスロットの底部方向に押圧するだけで凹部に抜け止め部材を装着することができる。このため、抜け止め部材の装着が容易となると共に、確実に凹部内に係止することができる。尚、Ｖ字形状の頂点にて絶縁部材の重なり部分を押圧させれば、絶縁部材の重なり部が開いてしまうことをも防止することができる。

また、本実施例は、前記絶縁紙を一部分が開口するように筒状に成形する工程と、前記スロットの内周側の開口に前記絶縁紙の開口部分が位置するように、前記スロット内に前記絶縁紙を途中まで挿入する工程と、前記絶縁紙の開口部分から前記固定子コイルを挿入することで、前記絶縁紙の開口が重なるように閉じる工程とによって製造されるため、固定子コイルを絶縁紙の開口部分から容易に挿入することができると共に、固定子コイルを挿入することで絶縁紙の開口が自動的に重なるため、確実な絶縁を容易に行うことができる。

また、本実施例は、前記スロットの内周側の周方向両側に凹部が設けられており、前記固定子コイルを挿入後、前記スロットの内周側の開口幅より幅広となっている略Ｖ字形状の抜け止め部材を、内周側から弾性変形させながら前記凹部に装着しているので、抜け止め部材をスロットの底部方向に押圧するだけで凹部に抜け止め部材を装着することができる。

以上、本実施例について説明したが、本発明は、本実施例に限られるものではない。例えば、本実施例では、回転電機の一例として、電動４輪駆動車に用いられるモータについて説明したが、ハイブリット車に用いられる駆動用モータ、車両用交流発電機等のステータとしても適用することができる。

また、本実施例では、絶縁部材として絶縁紙を用いているが、絶縁紙である必要は無く、絶縁機能を有し、変形可能なものであれば何でもよい。例えば、樹脂の板材を用いることもできる。

また、本実施例では、絶縁部材をスロットの周方向側面に対向する両側の部分にて折り曲げているが、スロットの周方向側面に対向する一側のみを折り曲げても構わない。

また、本実施例では、スロットの底部に対応する部分や重なりあう部分を折り曲げているが、折り曲げる必要はなく、アール形状になっていても構わない。

また、本実施例では、スロットの内周側の開口幅をスロットにおける固定子コイルが巻装される部分の幅とほぼ同一とする、いわゆるオープンスロットとしたが、一般のステータにおけるスロット形状のように、スロット側の内周端だけを幅狭とするようにしてもよい。

また、本実施例では、抜け止め部材を略Ｖ字形状としたが、Ｖ字形状に限ったものではなく、例えば、Ｕ字形状や単なる板状のものとしても構わない。このような形状を採用する場合には、変形量が多くなることから柔らかい材料を使用することが望ましい。

電動４輪駆動車に用いられる駆動用電動モータの側面断面図である。 ステータの正面図である。 固定子鉄心の正面図を半分だけ表示にしたものである。 スロット内に絶縁紙を挿入する過程を説明した図である。 スロット内に絶縁紙と固定子コイルが挿入された状態を示す図である。

符号の説明

２ 回転子
３ ステータ
３−１ 固定子鉄心
３−２ 固定子コイル
８ スロット
９ 凹部
１０ 絶縁紙
１０−１ 底部
１０−２ 拡大部
１０−３ 重なり部
１１ 抜け止め部材

Claims (10)

1. 内周側に開口する複数のスロットを有する固定子鉄心と、前記スロット内に絶縁部材を介して巻装される固定子コイルとを有するステータであって、
   前記絶縁部材は、前記スロット内の面を包囲するように形成され、前記スロットの内周側の開口にて重なり合うように分断されると共に、この分断された部分が開く方向に前記スロットの周方向側面に対向する部分にて折り曲げられていることを特徴とするステータ。
2. 前記絶縁部材は、前記スロットの周方向側面に対向する両側の部分にて折り曲げられていることを特徴とする請求項１に記載のステータ。
3. 前記絶縁部材は、前記スロットの底部に対応するように略コの字形状に折り曲げられていることを特徴とする請求項１乃至請求項２に記載のステータ。
4. 前記絶縁部材は、前記スロットの周方向側面に対向する両側の先端を相手側側面に向かって折り曲げられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載のステータ。
5. 前記スロットの内周側の開口幅は、前記スロットにおける前記固定子コイルが巻装される部分の幅とほぼ同一であることを特徴とする請求項１に記載のステータ。
6. 前記スロットの内周側には、周方向両側に凹部が形成されており、該凹部には、絶縁材料で構成された抜け止め部材が装着されていることを特徴とする請求項５に記載のステータ。
7. 前記抜け止め部材は、略Ｖ字形状に形成され、Ｖ字の角度が変化するように弾性変形可能に構成されていることを特徴とする請求項６に記載のステータ。
8. 内周側に開口する複数のスロットを有する固定子鉄心と、前記スロット内に絶縁紙を介して巻装される固定子コイルとを有するステータの製造方法であって、
   前記絶縁紙を一部分が開口するように筒状に成形する工程と、
   前記スロットの内周側の開口に前記絶縁紙の開口部分が位置するように、前記スロット内に前記絶縁紙を途中まで挿入する工程と、
   前記絶縁紙の開口部分から前記固定子コイルを挿入することで、前記絶縁紙の開口が重なるように閉じる工程と、
   からなることを特徴とするステータの製造方法。
9. 前記スロットの内周側の周方向両側に凹部が設けられており、前記固定子コイルを挿入後、前記スロットの内周側の開口幅より幅広となっている略Ｖ字形状の抜け止め部材を、内周側から弾性変形させながら前記凹部に装着することを特徴とする請求項６に記載のステータの製造方法。
10. 周方向に異なる極が交互となるように複数の磁極が設けられた回転子と、
    内周側に開口する複数のスロットを有する固定子鉄心と、前記スロット内に絶縁部材を介して巻装される固定子コイルとを有するステータと、
    で構成される回転電機であって、
    前記絶縁部材は、前記スロット内の面を包囲するように形成され、前記スロットの内周側の開口にて重なり合うように分断されると共に、この分断された部分が開く方向の力を生じさせていることを特徴とする回転電機。

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