JP2014054044A - ステータ及びこのステータを備えた回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】断面矩形の導線を用いた場合であっても、ステータコイルの占積率を制限することなく、静電容量を低減して、絶縁性能を確保する。
【解決手段】ステータ１８は、スロット３６に面するティース３４の側面３８とステータコイル２８との間に形成された空隙４０に充填される絶縁部材４２と、ティース３４の側面３８に、ティース３４内部に窪むように形成された凹部４６とを有する。凹部４６は、空隙４０の厚みが外径側へ向けて大きくなるように、外径側に形成される。絶縁部材４２の周方向の厚みは、内径側より外径側のほうが大きく形成される。
【選択図】図２

Description

本発明はステータ及びこのステータを備えた回転電機に関し、特にステータの構造の改良に関する。

回転電機は、回転磁界を発生するステータコイルが設けられたステータと、ステータ内周に回転可能に設けられたロータとを有し、ステータの回転磁界とロータとの間に働く電磁的作用により、ロータが回転する。

上述したステータコイルに用いられる導線には、断面円形のものがある。一方で、ステータコイルの占積率を高めることを目的として、断面円形の導線の代わりに、断面が矩形の導線である平角線を使用する場合がある。

下記特許文献１には、ティースが形成されたステータコアと、ティース間のスロットに、断面円形の導線が分布巻きされて形成されるステータコイルとを有するステータが開示されている。このステータにおいては、ステータコイルと、スロットに面するティースの側面との間に形成された空隙に充填された発泡体により、ステータコアとステータコイルとの間の静電容量を低下させ、絶縁性能を確保している。

特開２０１０−１４８２７５号公報

断面矩形の導線を使用してステータコイルの占積率の向上を図ろうとすると、断面円形の導線を用いた場合に比べ、ステータコアとステータコイルとの間において、より優れた絶縁性能を確保することが求められる。この絶縁性能を確保するため、ステータコアとステータコイルとの空隙を更に大きくし、そこに絶縁材を充填することが考えられる。しかし、単に絶縁材充填用の空隙をより大きくしようとすると、スロット内において、導体面積が制限されることになってしまい、結果としてモータ出力特性が低下してしまう。

本発明は、断面矩形の導線を用いた場合であっても、スロット内のステータコイル占積率を制限することなく、絶縁性能を確保しながら、モータ出力特性の低下を防止することができるステータ及びこのステータを備えた回転電機を提供することである。

本発明は、周方向に所定の間隔をおいて配置されるティースを有するステータコアと、ティース間のスロットに、断面矩形の導線が分布巻きされて形成されるステータコイルと、を有するステータにおいて、スロットに面するティースの側面とステータコイルとの間に形成された空隙に充填される絶縁部材と、前記ティースの側面に、ティース内部に窪むように形成された凹部と、を有し、凹部は、前記空隙の周方向の厚みが外径側へ向けて大きくなるように、外径側に形成され、絶縁部材の周方向の厚みは、内径側より外径側のほうが大きいことを特徴とする。

また、ティースは、このティースの内径側端部の厚みより、このティースの両側面にそれぞれ形成され、互いに対向する凹部の辺を結ぶ厚みのほうが大きくなるように形成されることを特徴とする。

また、ステータを備える回転電機を提供することを特徴とする。

本発明のステータ及びこのステータを備えた回転電機によれば、断面矩形の導線を用いた場合であっても、スロット内のステータコイル占積率を制限することなく、絶縁性能を確保し、更にモータ出力特性の低下を防止することができる。

本実施形態に係る回転電機の構成を示す図である。 ステータの一部を拡大した平面図である。

以下、本発明に係るステータ及びこのステータを備えた回転電機の実施形態について、図を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る回転電機の構成を示す図である。

回転電機１０は、例えば車両の原動機として用いられる。回転電機１０は、ロータシャフト１２に固定されたロータ１４と、ロータ１４を囲うように回転電機１０のケース１６に固定されたステータ１８とを有する。

ロータ１４は、ロータシャフト１２と同心の円筒状の磁性体であり、例えば積層鋼板を軸線方向２０に積層して構成される。積層鋼板には軸線方向２０に延びる磁石挿入孔２２が形成され、この磁石挿入孔２２に永久磁石２４が挿入され配置される。

ロータシャフト１２は、ケース１６に設けられる軸受２６によりステータ１８に対して回転可能に支持される。本実施形態のロータシャフト１２は、回転電機１０の出力を車両の駆動輪（図示せず）に伝達する出力シャフトであり、このロータシャフト１２と駆動輪は、歯車機構（図示せず）を介して接続される。

ステータ１８は、ロータ１４の周囲に空隙を空けて配置される。ステータ１８は、ステータコイル２８を有し、このステータコイル２８の通電により、ステータ１８に回転磁界が発生する。そして、この回転磁界に吸引される力が、永久磁石２４を有するロータ１４に発生して、ロータ１４が回転する。

次に、本実施形態のステータ１８の構成について、図２を用いて説明する。図２は、ステータ１８の一部を拡大した平面図である。なお、図中の矢印θは、周方向を示し、矢印ｒは、径方向を示す。

ステータ１８は、ロータ１４と同心の円筒状の磁性体であり、例えば積層鋼板を軸線方向２０（図１参照）に積層して構成されるステータコア３０を有する。ステータコア３０は、環状のヨーク３２と、このヨーク３２の内周から径方向ｒの内側、すなわち内径側に向けて突出するように形成されるティース３４とを有する。

ティース３４は、周方向θに所定の間隔をおいて複数配置される。そして、隣り合うティース３４の間には、溝状の空間であるスロット３６が形成される。スロット３６は、スロット３６に面するティース３４の側面３８によって、一定の開口幅を有するように形成される。

ステータコイル２８とティース３４の側面３８との間には空隙４０が形成される。この空隙４０に、絶縁性を有する絶縁部材４２が充填される。絶縁部材４２は、絶縁性を考慮して、熱可塑性樹脂、例えばポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）が用いられる。絶縁部材４２は、空隙４０の形状に対応するように射出成形された後、軸線方向２０からスロット３６に挿入され、あるいはステータコイル２８にシート状の絶縁部材４２が貼り付けられてスロット３６に挿入される。この絶縁部材４２の充填により、ステータコイル２８とスタータコア３０との間の静電容量が低下して、絶縁性能が確保される。

本実施形態のステータコイル２８には、断面矩形の導線４４が使用される。導線４４がスロット３６を通って、ティース３４に分布巻されることで、ステータコイル２８が形成される。導線４４の表面には、絶縁性を考慮して、熱可塑性樹脂、例えばポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）が皮膜される。導線４４が断面矩形であるため、図２に示されるように、スロット３６内の径方向ｒにおいて導線４４を隙間なく整列して配置することができ、スロット３６内のステータコイル占積率を高めることができる。また、導線４４は、張力が付与された状態で、ティース３４に分布巻きされる。この導線４４の張力により、ステータコア３０、絶縁部材４２及びステータコイル２８が互いに固定され、互いの相対的な位置のずれが防止される。

本実施形態のステータ１８においては、ティース３４の側面３８に、ティース３４内部に窪むように凹部４６が形成される。凹部４６は、側面３８において外径側、すなわちティース３４がヨーク３２に接続する側に形成される。また、凹部４６は、軸線方向２０（図１参照）に延びるように形成される。凹部４６を設けたことにより、空隙４０の周方向θの厚みが、内径側より外径側のほうが大きくなるように形成される。このように、ティース３４の一部を凹ませて空隙４０を拡張しているので、スロット３６内のステータコイル占積率は制限されない。そして、この構成により、空隙４０に充填される絶縁部材４２の周方向θの厚みが、内径側より外径側のほうが大きくなる。このように絶縁部材４２の厚みを大きくすることにより、ステータコイル２８とスタータコア３０との間の静電容量が低下して、より優れた絶縁性能を確保することができる。

このような構成においては、絶縁性能を確保するために凹部４６の形状を単に大きして空隙４０の厚みを大きくしようとすると、ティース３４の厚みが小さくなってしまう。具体的には、ティース３４の厚みであって、両側面３８にそれぞれ形成され、互いに対向する凹部４０の辺を結ぶ厚みＴ１が、小さくなってしまう。この厚みＴ１が小さくなるほど、この領域における磁束密度が高くなってしまい、モータ出力特性が低下してしまう可能性がある。

そこで、本実施形態のステータ１８においては、凹部４６の大きさ、すなわちティース３４の形状を規定している。具体的には、ティース３４は、このティース３４の内径側端部の厚みＴ２よりも、上述した対向する凹部４６の辺を結ぶ厚みＴ１の方が大きくなるように形成される。このように、ティース３４の厚みが、ティース３４の先端部より凹部４６が形成される部分の方が大きく形成されることにより、ティース３４内において、ティース３４の先端部よりも磁束密度が高い領域が生じてしまうことを防止することができる。その結果、回転電機１０動作時におけるティース３４内の適正な磁束密度分布が確保され、モータ出力特性の向上を図ることができる。

以上に説明したようなステータ１８の構成によれば、ステータコイルの占積率を高めるために断面矩形の導線４４を使用した場合であっても、ティース３４が、より大きな空隙４０の確保と適正な磁束密度分布とを両立させるように形成されるので、絶縁性能を確保するとともに、モータ出力特性の向上を図ることができる。

本実施形態においては、回転電機１０が永久磁石型モータである場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されず、回転電機１０が、他の種類、例えば誘導巻線型またはリラクタンス型であってもよい。

本実施形態においては、射出成形された絶縁部材４２が空隙４０に充填される場合について説明したが、本発明はこの充填構成に限定されない。絶縁部材４２が空隙４０に隙間なく充填されるのであれば、ステータコイル２８に貼り付け可能なシート状の絶縁部材であってもよい。この場合、スロット３６に挿入可能に形成されたステータコイル２８に、このシート状の絶縁部材４２を貼り付けて、スロット３６に挿入される。シート状の絶縁部材４２は、厚さが異なる空隙４０への充填作業性を上げるため、凹部４６の空隙４０に対応する厚さと、それ以外の空隙４０に対応する厚さとの２種類を用いることで容易に空隙４０への絶縁部材４２の充填を行うことができる。また、充填作業性の向上とともに製造コストを削減するために、凹部４６の空隙４０と、それ以外の空隙４０とに対して同一のシート状の絶縁部材４２を用いることができる。この場合、凹部４６の空隙４０の径方向ｒの長さと、それ以外の空隙４０の径方向ｒの長さとがほぼ等しく、そして凹部４６の空隙４０の周方向θの厚みが、それ以外の空隙の周方向θの厚みの整数倍に形成されることが好適である。

１０ 回転電機、１２ ロータシャフト、１４ ロータ、１６ ケース、１８ ステータ、２０ 軸線方向、２２ 磁石挿入孔 ２４ 永久磁石、２６ 軸受、２８ ステータコイル、３０ ステータコア、３２ ヨーク、３４ ティース、３６ スロット、３８ 側面、４０ 空隙、４２ 絶縁部材、４４ 導体、４６ 凹部。

Claims (3)

1. 周方向に所定の間隔をおいて配置されるティースを有するステータコアと、
   ティース間のスロットに、断面矩形の導線が分布巻きされて形成されるステータコイルと、
   を有するステータにおいて、
   スロットに面するティースの側面とステータコイルとの間に形成された空隙に充填される絶縁部材と、
   前記ティースの側面に、ティース内部に窪むように形成された凹部と、
   を有し、
   凹部は、前記空隙の周方向の厚みが外径側へ向けて大きくなるように、外径側に形成され、
   絶縁部材の周方向の厚みは、内径側より外径側のほうが大きい、
   ことを特徴とするステータ。
2. 請求項１に記載のステータにおいて、
   ティースは、このティースの内径側端部の厚みより、このティースの両側面にそれぞれ形成され、互いに対向する凹部の辺を結ぶ厚みのほうが大きくなるように形成される、
   ことを特徴とするステータ。
3. 請求項１又は２に記載のステータを備える回転電機。

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