JP2013143860A - 電動機のステータ - Google Patents

Abstract

【課題】スロット部内のコイル占積率を高めながらも、ワニスの含浸経路を確保できる電動機のステータを提供する。
【解決手段】内周側に開口するスロット開口部１５ａを備えるとともに軸方向に貫通するスロット部１５を、複数有する環状のステータコア１０と、スロット部１５に対して軸方向Ｚに挿通されるコイル２０と、コイル２０とスロット開口部１５ａとの間に設けられるとともにスロット開口部１５ａを閉塞するウェッジ紙４０と、を備えた電動機のステータ１であって、ウェッジ紙４０は、スロット開口部１５ａを介してスロット部１５の内外を連通するウェッジ開口部４０ａを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動機のステータに関するものである。

従来、ハイブリッド車両の駆動源および発電源として、あるいは電気自動車の駆動源として電動機が使用されている。この種の電動機は、略円環形状のステータと、ステータの内周側に回転可能に配置される円柱形状のロータとを備えている。図６および図７に示すように、ステータ１００は、ステータコア１１０と、コイル１２０と、スロット紙１３０と、ウェッジ紙１４０とを備えている。

ステータコア１１０は、電磁鋼板からなるステータコア板１１１を積層して一体化して形成されている。ステータコア板１１１は、環状のヨーク１１２と、ティース１１３と、鍔部１１４と、スロット部１１５とを備えている。ティース１１３は、ヨーク１１２の内周縁部からステータ１００の中心側に向けて突出した形状になっている。鍔部１１４は、各ティース１１３の先端部から周方向Ｒに突出した形状になっている。スロット部１１５は、隣接するティース１１３同士と鍔部１１４とに囲まれた空間により形成されている。スロット部１１５は、鍔部１１４同士の間に、ステータ１００の内周側に開口したスロット開口部１１５ａを有している。

コイル１２０は、丸線で、各スロット部１１５に複数本挿通されている。スロット紙１３０は、各スロット部１１５においてステータ１００の軸方向Ｚの全域に亘り設けられている。スロット紙１３０は、スロット部１１５内で複数のコイル１２０の周囲を取り囲み、コイル１２０とステータコア１１０との間を絶縁するようになっている。

ウェッジ紙１４０は、各スロット部１１５においてステータ１００の軸方向Ｚの全域に亘り設けられている。ウェッジ紙１４０は、スロット部１１５内で鍔部１１４に接する位置に設けられ、コイル１２０がスロット開口部１１５ａから抜け出すことを防止するようになっている。

コイル１２０は、ワニスにより互いに接着されるとともに、スロット紙１３０と、ウェッジ紙１４０と、ステータコア１１０とに対しても接着されている。これにより、コイル１２０がスロット部１１５から抜け出さないようになっている。

ステータ１００を製造する際は、ステータコア板１１１を積層してステータコア１１０を組み立て、各スロット部１１５にスロット紙１３０を管状にして挿入する。そして、管状のスロット紙１３０の中に必要な本数のコイル１２０を挿通させる。さらに、各スロット部１１５にウェッジ紙１４０を挿入する。そして、コイル１２０を互いに捻って溶接する。最後に、コイル１２０の軸方向Ｚの両端部、すなわちコイルエンド１２０ａにワニスＷを滴下する。滴下されたワニスＷは、コイルエンド１２０ａからコイル１２０の間を毛細管現象によりスロット部１１５内まで含浸し、コイル１２０同士の間を接着し、さらにはコイル１２０と、スロット紙１３０と、ウェッジ紙１４０と、ステータコア１１０とを接着する。これにより、ステータ１００が製造される。

ところで、近年、コイル１２０の線材において、従来の丸線に代わり平角線が普及しつつある。ステータ１００のコイル１２０として平角線が利用されることにより、丸線が利用される場合に比べて、スロット部１１５でのコイル１２０の占積率が高まり、電動機の性能が向上するようになる。

特開２００９−２７８８５１号公報

しかしながら、従来のステータ１００にあっては、平角線を利用するなどしてスロット部１１５におけるコイル１２０の占積率を高めると、スロット部１１５においてワニスＷを含浸させるための隙間が小さくなってしまう。これにより、スロット部１１５におけるワニスＷの含浸経路を確保できず、コイルエンド１２０ａに滴下されたワニスＷがスロット部１１５内のコイル１２０まで十分に含浸できないという問題があった。

ワニスＷがスロット部１１５内のコイル１２０まで十分に含浸できないと、スロット部１１５内のコイル１２０の接着が不十分になり、スロット部１１５内のコイル１２０がスロット開口部１１５ａから抜け出してしまう可能性がある。スロット部１１５内のコイル１２０がスロット開口部１１５ａから抜け出してしまうと、電動機の効率が低下してしまうという問題があった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、スロット部内のコイル占積率を高めながらも、ワニスの含浸経路を確保できる電動機のステータを提供することを目的とする。

本発明に係る電動機のステータは、上記目的達成のため、（１）内周側に開口するスロット開口部を備えるとともに軸方向に貫通するスロット部を、複数有する環状のステータコアと、前記スロット部に対して前記軸方向に挿通されるコイルと、前記コイルと前記スロット開口部との間に設けられるとともに前記スロット開口部を閉塞するウェッジ紙と、を備えた電動機のステータであって、前記ウェッジ紙は、前記スロット開口部を介して前記スロット部の内外を連通するウェッジ開口部を有するよう構成する。

この構成により、ステータの製造時にワニスによりコイル同士およびコイルとステータコアとを接着する際は、従来と同様にワニスをコイルエンドから含浸させるのに加えて、ステータの内周側に面したウェッジ開口部からワニスを直接滴下あるいは噴射などによりスロット部内のコイルに含浸させるようにできる。このため、コイルとして平角線を利用するなどしてスロット部内のコイル占積率が高くなりスロット部内の隙間が狭くなっても、スロット部内のコイルに対して従来と同様の十分な量のワニスを含浸させることができる。よって、従来のようにコイルの接着が不十分でスロット部内のコイルがスロット開口部から抜け出して、電動機の効率が低下してしまうことを抑制できる。

また、ウェッジ紙はウェッジ開口部を備えているので、ウェッジ紙の使用量を減らすことができる。このため、ウェッジ紙の使用量の低減により、部品コストを下げることができる。

本発明によれば、スロット部内のコイル占積率を高めながらも、ワニスの含浸経路を確保できる電動機のステータを提供することができる。

本発明の実施の形態に係る電動機のステータを示す一部断面の側面図である。 本発明の実施の形態に係る電動機のステータのステータコア板を示す正面図である。 本発明の実施の形態に係る電動機のステータのスロット部を示す縦断面図である。 本発明の実施の形態に係る電動機のステータのスロット部を示す横断面図であり、（ａ）は図３におけるＡ−Ａ線で切断した状態、（ｂ）は図３におけるＢ−Ｂ線で切断した状態をそれぞれ示す。 他の実施の形態に係るウェッジ紙を備える電動機のステータの横断面図であり、（ａ）は断面円筒形状のウェッジ紙である場合、（ｂ）は断面折れ線形状のウェッジ紙である場合をそれぞれ示す。 従来の電動機のステータを示す縦断面図である。 従来の電動機のステータのスロット部を示す横断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施の形態では、本発明の電動機のステータをハイブリッド車両において駆動および発電を行う電動機に適用している。

まず、構成について説明する。

図１から図４に示すように、ステータ１は、ステータコア１０と、コイル２０と、スロット紙３０と、ウェッジ紙４０とを備えている。本実施の形態では、ステータ１の中心軸の長手方向を軸方向Ｚとするとともに、中心軸を中心とする図示しないロータの回転方向を周方向Ｒとしている。

ステータコア１０は、図２に示す電磁鋼板からなるステータコア板１１を積層して一体化して形成されている。ステータコア板１１は、環状のヨーク１２と、ティース１３と、鍔部１４と、スロット部１５とを備えている。ティース１３は、ヨーク１２の内周側部からステータ１の中心軸に向けて突出した形状になっている。鍔部１４は、各ティース１３の先端部から周方向Ｒに突出した形状になっている。

スロット部１５は、隣接するティース１３に挟まれた部分により形成されている。本実施の形態では、ステータ１は４８箇所のスロット部１５を備えている。スロット部１５は、鍔部１４同士の間に、ステータ１の内周側に開口したスロット開口部１５ａを有している。スロット開口部１５ａの幅は、例えば、１〜１．２ｍｍとしている。

コイル２０は、平角線で、各スロット部１５に複数本挿通されている。スロット紙３０は、各スロット部１５においてステータ１の軸方向Ｚの全域に亘り設けられている。スロット紙３０は、スロット部１５内で複数のコイル２０の周囲を取り囲み、コイル２０とステータコア１０との間を絶縁するようになっている。スロット紙３０としては、例えば、一般的なアラミド絶縁紙を使用することができる。

ウェッジ紙４０は、例えば、合成樹脂製で、スロット部１５内で鍔部１４に接する位置に設けられ、コイル２０がスロット開口部１５ａから抜け出すことを防止するようになっている。ウェッジ紙４０の材質は、例えば、絶縁性と高剛性とを備えたポリエーテルイミドとしている。これにより、コイル２０とステータコア１０との絶縁性を確保できるとともに、高剛性によりコイル２０が鍔部１４から抜け出すことを十分に防止できるようになる。但し、ウェッジ紙４０の材質は、ポリエーテルイミドに限られないのは勿論である。

ウェッジ紙４０は、軸方向Ｚに二分割されるとともに、ステータ１の軸方向Ｚに離隔されて配置されている。ウェッジ紙４０の軸方向Ｚに離隔した間の開口部は、ウェッジ開口部４０ａを構成している。すなわち、ウェッジ紙４０は、スロット開口部１５ａを介してスロット部１５の内外を連通するウェッジ開口部４０ａを有している。また、本実施の形態では、スロット開口部１５ａの長さ：ウェッジ開口部４０ａの長さ＝約１０：４となるようにしている。

ウェッジ紙４０がウェッジ開口部４０ａを有していることにより、ステータ１の製造時にコイル２０にワニスＷを含浸させる際に、ウェッジ紙４０のウェッジ開口部４０ａからワニスＷを直接滴下あるいは噴射などによりスロット部１５内のコイル２０に含浸させることができるようになっている。

コイル２０は、ワニスＷにより互いに接着されるとともに、スロット紙３０と、ウェッジ紙４０と、ステータコア１０とに対しても接着されている。これにより、コイル２０がスロット開口部１５ａから抜け出さないようになっている。

次に、ステータ１の製造方法について説明する。

ステータコア板１１が、電磁鋼板からプレス打ち抜きにより形成される。ステータコア板１１は軸方向Ｚに積層して一体化され、ステータコア１０が組み立てられる。

スロット紙３０が管状に丸められて、スロット部１５の内周壁部に接触するようにスロット部１５に挿入される。また、コイル２０となる複数の平角線が予めＵ字形状に成形される。Ｕ字形状の各コイル２０は、管状のスロット紙３０の中に必要な本数だけ挿通される。

ウェッジ紙４０は、細長い矩形状で、長辺に沿った縁部が曲折されて成形される。そして、ウェッジ紙４０は、曲折された縁部が鍔部１４側を向くように各スロット部１５に挿入される。ウェッジ紙４０は、各スロット部１５において軸方向Ｚの互いに反対の両方向から挿入される。互いに反対方向から挿入されたウェッジ紙４０は、互いの間にウェッジ開口部４０ａを有するように配置される。そして、所定のコイル２０同士が捻られ、コイル２０の余分な部分が切り落とされ、切断後のコイル２０の端部同士が溶接されて、電気的な接続がなされる。

そして、ステータコア１０は、図１に示すように横向きに載置され、コイルエンド２０ａにノズル５０からワニスＷが滴下される。コイルエンド２０ａに滴下されたワニスＷは、コイル２０とスロット部１５の隙間を流通し、スロット部１５内のコイル２０に含浸する。

また、図１および図４に示すように、ステータコア１０の内周側部の下側中央に位置する箇所に、ノズル５１からワニスＷが滴下される。ステータコア１０の内周側部に滴下されたワニスＷは、ウェッジ紙４０のウェッジ開口部４０ａを通過してスロット部１５内に直接滴下され、スロット紙３０に染み込んでコイル２０に含浸する。これにより、スロット部１５内でコイル２０同士が接着されるとともに、コイル２０とスロット紙３０とステータコア１０とが接着される。以上の工程を経て、ステータ１が製造される。

以上のように、本実施の形態に係る電動機のステータ１によれば、ステータ１の製造時にワニスＷをコイル２０に含浸させる際は、従来と同様にワニスＷをコイルエンド２０ａから含浸させるのに加えて、ウェッジ開口部４０ａからワニスＷを直接滴下あるいは噴射などによりコイル２０に含浸させるようにできる。

このため、コイル２０として平角線を利用するなどしてスロット部１５内のコイル占積率が高くなりスロット部１５内の隙間が狭くなっても、スロット部１５内のコイル２０に対して従来と同様の十分な量のワニスＷを含浸させることができる。よって、従来のようにコイル２０の接着が不十分でスロット部１５内のコイル２０がスロット開口部１５ａから抜け出して、電動機の効率が低下してしまうことを事前に防止できる。

また、本実施の形態に係る電動機のステータ１によれば、ウェッジ紙４０はウェッジ開口部４０ａを備えているので、ウェッジ紙４０の使用量を減らすことができる。ウェッジ紙４０は比較的高価であることから、使用量の低減により大幅にコストを下げることができるようになる。

上述した本実施の形態の電動機のステータ１においては、スロット開口部１５ａとウェッジ開口部４０ａとの長さの比率が約１０：４となる場合について説明している。しかしながら、本発明に係る電動機のステータにおいては、これに限られず、例えば、２：１程度になるようにしてもよい。

また、上述した本実施の形態の電動機のステータ１においては、ウェッジ紙４０を二分割した場合について説明している。しかしながら、本発明に係る電動機のステータにおいては、これに限られず、例えば、ウェッジ紙４０を３つ以上に分割するようにしてもよい。

また、上述した本実施の形態の電動機のステータ１においては、ウェッジ紙４０を二分割した場合について説明している。しかしながら、本発明に係る電動機のステータにおいては、これに限られず、例えば、ウェッジ紙４０を三分割して２つのウェッジ開口部４０ａを備えるようにしてもよく、あるいはウェッジ紙４０を４つ以上に分割するようにしてもよい。

また、上述した本実施の形態の電動機のステータ１においては、ウェッジ紙４０の断面形状は、曲折された縁部が鍔部１４側を向いた形状としている。しかしながら、本発明に係る電動機のステータにおいては、これに限られず、例えば、図５（ａ）に示すように、ウェッジ紙４１の断面形状を円筒形状としたり、あるいは、図５（ｂ）に示すように、ウェッジ紙４２の断面形状をジグザグの折れ線形状にしてもよい。

また、上述した本実施の形態の電動機のステータ１においては、電動機のステータ１をハイブリッド車両の電動機に適用している。しかしながら、本発明に係る電動機のステータにおいては、これに限られず、例えば、電気自動車の電動機に適用したり、その他の汎用モータに適用するようにしてもよい。

以上のように、本発明に係る電動機のステータは、スロット部内のコイル占積率を高めながらも、ワニスの含浸経路を確保できるという効果を奏するものであり、電動機のステータに有用である。

１ ステータ
１０ ステータコア
１５ スロット部
１５ａ スロット開口部
２０ コイル
４０，４１，４２ ウェッジ紙
４０ａ ウェッジ開口部
Ｗ ワニス

Claims (1)

1. 内周側に開口するスロット開口部を備えるとともに軸方向に貫通するスロット部を、複数有する環状のステータコアと、
   前記スロット部に対して前記軸方向に挿通されるコイルと、
   前記コイルと前記スロット開口部との間に設けられるとともに前記スロット開口部を閉塞するウェッジ紙と、を備えた電動機のステータであって、
   前記ウェッジ紙は、前記スロット開口部を介して前記スロット部の内外を連通するウェッジ開口部を有することを特徴とする電動機のステータ。

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