JP2012157225A - 絶縁部材およびステータ - Google Patents

Abstract

【課題】スロット近傍のコイルエンドにおいて近接するコイル導体間の絶縁を容易に実現しうる絶縁部材を提供する。
【解決手段】絶縁部材３０は、スロット内に挿入されるためのスロット挿入部３２と、折り返し部３４，３５と、コイル線絶縁部３６，３７とを備える。スロット挿入部３２からコイルエンド方向に延びるコイル線絶縁部３６，３７を備えることにより、スロットの出口部分においてコイルエンドに向けて延びる、互いに隣り合うコイル線同士を電気的に絶縁することが可能となる。
【選択図】図６

Description

本発明は、絶縁部材およびステータに関する。

ハイブリッド自動車や電気自動車等の車両は一般に、モータおよび発電機として機能し得る回転電機を備える。

特許文献１には、分布巻き状態でコイル導体を配設したステータにおいて、複数本を１組とするコイル導体が、スロット内に配置されたスロット導体部がスロット内の径方向に並ぶとともに、スロット導体部から連続してステータコアの軸方向端面から立ち上がる立上導体部がステータコアの周方向に分岐し、コイルエンド導体部がステータコアの軸方向に並ぶ状態で配置してある、ステータについて記載されている。

特開２００９−２９１０５０号公報

例えば特許文献１に記載のステータでは、コイルエンド上において、位相の異なるコイル導体が径方向に交互に配置されている。このため、相間絶縁箇所が多くなるばかりでなく、その配置も複雑となる可能性があり、作業性の低下や、絶縁が困難となる懸念があり得た。

本発明は、スロット近傍のコイルエンドにおいて近接するコイル導体間の絶縁を容易に実現しうる絶縁部材を提供することを目的とする。

本発明の他の目的は、スロット近傍のコイルエンドにおいて近接するコイル導体間の絶縁を容易に実現しうるステータを提供することである。

本発明の構成は、以下の通りである。

（１）内周部分に複数のスロットが形成された環状のステータコアと、それぞれが導電性を有するコイル線を含み、前記スロット内に挿通された複数相のステータコイルと、前記ステータコイルが前記複数のスロットの端部を跨いで延びるコイルエンドであって、前記ステータコアの軸方向または径方向において同相のステータコイルが隣り合って配置された、コイルエンドと、を備えるステータにおいて、互いに隣り合うスロットのそれぞれから前記コイルエンドに向けて延びるコイル線同士を電気的に絶縁するための絶縁部材であって、前記複数のスロットの端部の近傍であって前記コイルエンド側に配置された、絶縁部材。

（２）前記ステータが、前記スロット内において、前記ステータコアと前記ステータコイルとの間に挿入されたスロット絶縁紙をさらに備え、前記絶縁部材が、前記スロット絶縁紙から前記コイルエンド方向に延びる相間絶縁部である、上記（１）に記載の絶縁部材。

（３）内周部分に複数のスロットが形成された環状のステータコアと、それぞれがコイル線を含み、前記スロット内に挿通された複数相のステータコイルと、前記ステータコイルが前記複数のスロットの端部を跨いで延びるコイルエンドと、を備え、前記コイルエンドには、前記ステータコアの軸方向または径方向において同相のステータコイルが隣り合って配置されており、前記スロットの端部の、前記コイルエンド側近傍に、近接するコイル線同士を電気的に絶縁するための絶縁部材を配置した、ステータ。

（４）前記スロット内において、前記ステータコアと前記ステータコイルとの間に挿入されたスロット絶縁紙をさらに備え、前記絶縁部材が、前記スロットの端部の、前記コイルエンド側近傍に配設された、互いに近接する位相の異なるコイル導体間を絶縁するための、前記スロット絶縁紙から前記コイルエンド方向に延びる相間絶縁部である、上記（３）に記載のステータ。

スロット近傍のコイルエンドにおいて近接するコイル導体間の絶縁を実現させることができる。

本発明の実施の形態における回転電機の構成の概略について示した断面図である。 図１に示すステータの構成の概略について説明するための斜視図である。 図２に示すステータの部分拡大図である。 スロット内におけるコイル線の配置の一例を示す模式図である。 スロット端部の近傍におけるコイル線の配置の一例を示す模式図である。 絶縁部材の一例について説明するための模式図である。 絶縁部材の変形例について説明するための模式図である。 従来の絶縁紙の構成の概略について説明するための模式図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、各図面において同じ構成については同じ符号を付し、場合によってはその説明を省略する。また、図面中および各図面間における各部材の寸法比は必ずしも実際の寸法比に一致していない。

図１は、本発明の実施の形態における回転電機１０の一例について示したものである。図１に例示する回転電機１０は、内周側に中空部分を形成する、固定子としてのステータ１２と、ステータ１２の内周側に配置され、シャフト１６を軸としてステータ１２と対面するように回転可能な、回転子としてのロータ１４とを備える。以下、シャフト１６の長手方向を「軸方向」、当該軸方向に垂直な方向を「径方向」、ロータ１４が回転可能な方向（ロータ１４の回転方向に対して反対方向を含む）を「周方向」と称する場合がある。

図１において、ステータ１２は、ステータコア１３と、ステータコア１３に巻回または装着されたステータコイル２２とを含み、構成されている。また、ステータコア１３の両端に突出するようにコイルエンド２２ａ，２２ｂが形成されている。

回転電機１０がモータとして機能するときには、二次電池や燃料電池などの電源からの直流電力を、必要に応じて昇圧コンバータを用いて所望の電圧に昇圧させて、インバータにより多相交流電力に変換した後にステータコイル２２に通電し、ロータ１４を回転させる。一方、回転電機１０が発電機として機能するときには、ロータ１４の回転によってステータコイル２２に電流が流れ、このとき得られた電力は回生電力として二次電池等に充電され、または補機等の電子機器に供給され、駆動電力として消費される。

図２は、図１に示すステータ１２の構成の概略について説明するための斜視図である。図３は、図２に示すステータ１２において、図１に示すロータ１４と対面する、ステータコア１３の内周部分、およびステータコア１３の一端からコイル線が突出するエンドコイル部分の構成の概略について説明するための部分拡大図である。

ステータコア１３の外周部分には、ヨーク２４が形成されている。また、ステータコア１３の内周部分には、ヨーク２４からステータコア１３の径方向内側に突出するように形成された複数のステータティース２６と、ステータティース２６間に配置された複数のスロット２８とをそれぞれ備える。

ステータコイル２２は、それぞれ複数のコイル線で構成されるＵ相コイル群２２１と、Ｖ相コイル群２２２と、Ｗ相コイル群２２３と、を含む。Ｕ相コイル群２２１には、第一位相としてのＵ相の電流が流通する。Ｖ相コイル群２２２には、第一位相とは異なる第二位相としてのＶ相の電流が流通する。Ｗ相コイル群２２３には、第一位相および第二位相とは異なる第三位相としてのＷ相の電流が流通する。ステータコア１３に巻回または装着された複数相のステータコイル２２は、ステータコア１３の端部からロータ１４の軸方向に突出するコイルエンド２２ａ，２２ｂ（図１参照）において複数のステータティース２６およびスロット２８にわたり分布するように配設された、いわゆる分布巻構造を有している。また、コイルエンド２２ａ（および２２ｂ）では、ステータコア１３の軸方向または径方向に同相のステータコイル２２が隣り合って配置されており、各相コイル群を構成する。なお、ステータコイル２２として、断面略矩形のいわゆる角線または平角線が好適であるが、断面円形または楕円形のものなど、公知のあらゆる断面形状のコイル線を適用することができる。

ステータコア１３に形成されたスロット２８１ａ内には、第１コイル導体としてのＵ相コイル２２１ａが挿入されている。一つのステータティース２６を挟んでスロット２８１ａと隣り合うスロット２８１ｂ内には、Ｕ相コイル２２１ａと同相のＵ相の電流が流通する、第２コイル導体としてのＵ相コイル２２１ｂが挿入されている。一方、スロット２８２ａ内には、第３コイル導体としてのＶ相コイル２２２ａが挿入されている。一つのステータティース２６を挟んでスロット２８２ａと隣り合うスロット２８２ｂ内には、Ｖ相コイル２２２ａと同相のＶ相の電流が流通する、第４コイル導体としてのＶ相コイル２２２ｂが挿入されている。また、スロット２８３ａ内には、第５コイル導体としてのＷ相コイル２２３ａが挿入されている。一つのステータティース２６を挟んでスロット２８３ａと隣り合うスロット２８３ｂ内には、Ｗ相コイル２２３ａと同相のＷ相の電流が流通する、第６コイル導体としてのＷ相コイル２２３ｂが挿入されている。

ところで、ステータコアとステータコイルとの間の電気的な絶縁をより確実にするために、例えば、ステータコアに設けられた複数のスロット内に、図８に例示するようなスロット絶縁紙を適用することが知られている。図８に示すスロット絶縁紙１３０は、スロット挿入部１３２と、保持部１３４とを備える。スロット絶縁紙１３０は、例えば、熱可塑性または熱硬化性を有する樹脂または紙などの、可撓性を有しかつ電気絶縁性を有する材料により作製される。筒形状を有するスロット挿入部１３２は、スロット内に挿入されると、スロットの形状に合わせて変形し、ステータコア１３とステータコイル２２との絶縁性を向上させることができる。また、保持部１３４は、筒状の本体部１３２の両端から折り返されたいわゆるカフス形状を有している。保持部１３４をスロットの端部から突出させて、端部１３６をスロットの端部に当接させることにより、スロット絶縁紙１３０を適切に保持し、ステータコア１３とステータコイル２２とを容易に絶縁することができる。

図４は、図２、図３に示すステータ１２において、スロット内におけるコイル線の配置例について説明するための模式図である。スロット２８４内には、コイル線Ａ１〜Ｈ１からなる同相のコイル２２４が径方向に配置されている。一方、一つのステータティース２６を挟んでスロット２８４と隣り合うスロット２８６内には、コイル線ａ１〜ｈ１からなる同相のコイル２２６が径方向に配置されている。

図５は、図４に示すスロット２８４，２８６の直上の出口部分、つまりスロット端部のエンドコイル側近傍におけるコイル線の配置例について説明するための模式図である。スロット２８４の直上において、径方向に配置されたコイル線Ａ２〜Ｄ２からなり、コイル２２４と同相のコイル２２８と、径方向に配置されたコイル線Ｅ２〜Ｈ２からなり、コイル２２８と同相のコイル２３０が周方向に隣り合って配置されている。一方、スロット２８６の直上において、径方向に配置されたコイル線ａ２〜ｄ２からなり、コイル２２６と同相のコイル２３２と、径方向に配置されたコイル線ｅ２〜ｈ２からなり、コイル２３２と同相のコイル２３４が周方向に隣り合って配置されている。

図４、図５において、コイル２２４（２２８，２３０）とコイル２２６（２３２，２３４）にそれぞれ流れる電流の位相が異なる場合について考える。図４に示すように、コイル２２４が挿入されるスロット２８４と、コイル２２６が挿入されるスロット２８６の間には、ステータティース２６が介在している。このとき、コイル２２４とコイル２２６とは、相間絶縁に十分な空間距離だけ離間させることが可能であれば、スロット内における相間絶縁は不要である。一方、図５に示すように、コイル２２８とコイル２３４との間隔は、コイル２２４とコイル２２６との間隔よりも狭く、相間絶縁に十分な空間距離だけ離間させることが困難である。このため、コイル２２８とコイル２３４とが互いに位相の異なる場合には、絶縁紙などの絶縁部材を介しての相間絶縁が必要となる場合がある。しかしながら、コイル線の配置は複雑でそのコイル線同士の間隔も狭く、コイル線の配置後に事後的に相間絶縁するのは非常に困難である。このため、スロットの出口部分においてコイルエンドに向けて延びるコイル線同士を容易に相間絶縁することが可能となる、図６、図７に例示するような絶縁部材の適用が好ましい。

図６は、本発明の実施に形態における絶縁部材の一例について説明するための模式図である。図６に示す絶縁部材３０は、スロット内に挿入されるためのスロット挿入部３２と、折り返し部３４，３５と、コイル線絶縁部３６，３７とを備える。図８に示す従来のスロット絶縁紙１３０と比較すると、図６に示すスロット挿入部３２、折り返し部３４，３５が、それぞれスロット挿入部１３２、保持部１３４に相当する。スロット挿入部３２からコイルエンド方向に延びるコイル線絶縁部３６，３７を備えることにより、スロットの出口部分においてコイルエンドに向けて延びる、互いに隣り合うコイル線同士を電気的に絶縁することが可能となる。

このような構成を有する絶縁部材３０は、例えば、図６に示すような形状に加工した絶縁紙４０を用意し、破線４２を谷折り、一点鎖線４４を山折りし、さらに破線４６を谷折りすることにより作製することができる。

絶縁部材３０を適用することによる、隣接するコイル線同士の電気的な絶縁の一例について、図４〜６を用いて説明する。スロット挿入部３２をスロット２８４に挿入するとともに、コイル線絶縁部３６，３７の間に同相のコイル２２８，２３０を挟むように絶縁部材３０を配置する。同相のコイル２２８，２３０と、周方向に隣接するコイルとが異なる位相を有する場合には、コイル線絶縁部３６，３７を介して隣り合う、異なる位相を有するコイル同士の相間絶縁が可能となる。同様に、スロット挿入部３２をスロット２８６に挿入する構成とした場合には、コイル線絶縁部３６，３７の間に配置された同相のコイル２３２，２３４と、コイル線絶縁部３６，３７を介して隣り合う、異なる位相を有するコイル同士の相間絶縁が可能となる。

このとき、スロット２８４側に挿入された絶縁部材３０のコイル線絶縁部３６と、スロット２８６側に挿入された絶縁部材３０のコイル線絶縁部３７とがコイル２２８とコイル２３４との間で重複することになる。位相の異なるコイル同士の相間絶縁には、コイル線絶縁部は一方のみが配置されていればよいため、他の実施の形態として、絶縁部材３０からコイル線絶縁部３６，３７のいずれか一方を除き、他方のコイル線絶縁部により相間絶縁する構成とすることも可能である。

また、例えば、図３に示す絶縁部材３０ａ，３０ｂ，・・・のようにスロット挿入部３２を各スロット２８２ａ，２８２ｂ，・・・に挿入し、各スロット２８２ａ，２８２ｂ，・・・の直上に配置されたコイル線同士を、位相の異同にかかわらず絶縁する構成とすることも可能である。また、図６に示す絶縁部材３０と、図８に示す従来のスロット絶縁紙１３０とを隣り合うスロットに交互に配置する構成としてもよい。

図７は、本発明の実施に形態における絶縁部材の変形例について説明するための模式図である。図７に示す絶縁部材５０は、スロット内に挿入されるためのスロット挿入部６２と、保持部１３４とを備え、図８に示すスロット絶縁紙１３０とほぼ同様の構成を有するスロット絶縁紙５２と、コイル線絶縁部５６を備えるコイル線絶縁部材５４と、を備える。また、スロット挿入部６２の端部には、コイル線絶縁部材５４を挿入するための切込み６０が設けられており、コイル線絶縁部材５４には、コイル線絶縁部５６から屈曲する差込部５８が設けられている。スロット絶縁紙５２の切込み６０に、コイル線絶縁部材５４の差込部５８を差し込み、必要に応じて接着または溶着により一体化して、絶縁部材５０を作製することができる。

図７に示す絶縁部材５０によれば、スロット挿入部６２からコイルエンド方向に延びるコイル線絶縁部５６を備えることにより、互いに隣り合うスロットの出口部分においてコイルエンドに向けて延びるコイル線同士を電気的に絶縁することが可能となる。なお、図７に示す絶縁部材５０は、一つのコイル線絶縁部材５４を備えることにより、一つのコイル線絶縁部５６を備える構成を有しているが、他の実施の形態として、コイル線絶縁部材５４と同様の構成を有する部材をもう一つ用意し、図６に示す絶縁部材３０と同様の機能を有する２つのコイル線絶縁部を備える構成とすることも可能である。

本発明は、エンドコイルにおいて相間絶縁が必要なコイル線を備えるステータにおいて利用することが可能である。

１０ 回転電機、１２ ステータ、１３ ステータコア、１４ ロータ、１６ シャフト、２２ ステータコイル、２２ａ，２２ｂ コイルエンド、２４ ヨーク、２６ ステータティース、２８，２８１ａ，２８１ｂ，２８２ａ，２８２ｂ，２８３ａ，２８３ｂ，２８４，２８６ スロット、３０，３０ａ，３０ｂ，５０ 絶縁部材、３２，６２，１３２ スロット挿入部、３４，３５ 折り返し部、３６，３７，５６ コイル線絶縁部、４０ 絶縁紙、５２，１３０ スロット絶縁紙、５４ コイル線絶縁部材、５８ 差込部、１３４ 保持部、１３６ 端部、２２１ Ｕ相コイル群、２２１ａ，２２１ｂ Ｕ相コイル、２２２ Ｖ相コイル群、２２２ａ，２２２ｂ Ｖ相コイル、２２３ Ｗ相コイル群、２２３ａ，２２３ｂ Ｗ相コイル、２２４，２２６，２２８，２３０，２３２，２３４ コイル。

Claims (4)

1. 内周部分に複数のスロットが形成された環状のステータコアと、
   それぞれが導電性を有するコイル線を含み、前記スロット内に挿通された複数相のステータコイルと、
   前記ステータコイルが前記複数のスロットの端部を跨いで延びるコイルエンドであって、前記ステータコアの軸方向または径方向において同相のステータコイルが隣り合って配置された、コイルエンドと、
   を備えるステータにおいて、互いに隣り合うスロットのそれぞれから前記コイルエンドに向けて延びるコイル線同士を電気的に絶縁するための絶縁部材であって、
   前記複数のスロットの端部の近傍であって前記コイルエンド側に配置されたことを特徴とする絶縁部材。
2. 前記ステータが、前記スロット内において、前記ステータコアと前記ステータコイルとの間に挿入されたスロット絶縁紙をさらに備え、
   前記絶縁部材が、前記スロット絶縁紙から前記コイルエンド方向に延びる相間絶縁部であることを特徴とする請求項１に記載の絶縁部材。
3. 内周部分に複数のスロットが形成された環状のステータコアと、
   それぞれがコイル線を含み、前記スロット内に挿通された複数相のステータコイルと、
   前記ステータコイルが前記複数のスロットの端部を跨いで延びるコイルエンドと、
   を備え、
   前記コイルエンドには、前記ステータコアの軸方向または径方向において同相のステータコイルが隣り合って配置されており、
   前記スロットの端部の、前記コイルエンド側近傍に、近接するコイル線同士を電気的に絶縁するための絶縁部材を配置したことを特徴とするステータ。
4. 前記スロット内において、前記ステータコアと前記ステータコイルとの間に挿入されたスロット絶縁紙をさらに備え、
   前記絶縁部材が、前記スロットの端部の、前記コイルエンド側近傍に配設された、互いに近接する位相の異なるコイル導体間を絶縁するための、前記スロット絶縁紙から前記コイルエンド方向に延びる相間絶縁部であることを特徴とする請求項３に記載のステータ。

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