JP2014180067A - 分割ステータコア - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁部材として樹脂粉体塗料をコアセグメントに塗布してから、コイルを巻き付けると、コアセグメントエッジ部に負荷が集中して、樹脂粉体塗料が剥がれる可能性がある。
【解決手段】分割ステータコア２は、複数の電磁鋼板を積層したコアセグメント７と、コアセグメント７のティース部の側面に密着する第１の絶縁部材２１と、第１の絶縁部材２１よりも強度が高く、電磁鋼板の積層方向におけるコアセグメント７の端部に配置される第２の絶縁部材２２と、第１の絶縁部材２１および第２の絶縁部材２２を介して、コアセグメント７のティース部の外周に巻線を施して形成されるコイルとを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、電動機や発電機に使用される分割ステータコアに関する。

分割ステータコアの放熱性を向上させるため、分割ステータコアの構成部品自体の熱伝導率を高める方法や、コイル巻き時のコイル張力を低減する方法、インシュレータとコアセグメントとの間の寸法公差等により生じるエアギャップを低減する方法が知られている。エアギャップを低減する方法として、特許文献１には、コアセグメントとインシュレータとの間に熱伝導性樹脂を介在させる方法が開示されている。

しかしながら、コアセグメントとインシュレータとの間に熱伝導性樹脂を介在させる方法では、エアギャップを低減することはできるが、熱伝導性樹脂分の熱抵抗の増加は避けられない。この課題を解決するために、特許文献２に記載されているような樹脂粉体塗料をコアセグメントに塗布して、コイルとコアセグメントとの間の絶縁を保つ方法がある。

特開２００１−１２８４０２号公報 特開２０１０−１３２７９４号公報

しかしながら、樹脂粉体塗料を塗布したコアセグメントにコイルを直接巻き付ける方法では、コイルの巻線時に、コアセグメントエッジ部に負荷が集中して、樹脂粉体塗料が剥がれる可能性がある。

本発明は、コアセグメントとコイルとの間に設ける絶縁体が損傷することなく、分割ステータコアの放熱性を向上させる技術を提供することを目的とする。

本発明による分割ステータコアは、複数の電磁鋼板を積層したコアセグメントと、コアセグメントのティース部の側面に密着する第１の絶縁部材と、電磁鋼板の積層方向におけるコアセグメントの端部に配置される第２の絶縁部材と、第１の絶縁部材および第２の絶縁部材を介して、コアセグメントのティース部の外周に巻線を施して形成されるコイルとを備える。第２の絶縁部材の強度は、第１の絶縁部材よりも強度が高い。

本発明によれば、コアセグメントのティース部の側面に第１の絶縁部材を密着させることにより、熱伝導率を向上させて分割ステータコアの放熱性を向上させ、コアセグメントの端部には、第１の絶縁部材よりも強度が高い第２の絶縁部材を配置するので、第１の絶縁部材が剥がれるのを防ぐことができる。

第１の実施形態における分割ステータコアを備えた電動機の概略断面図である。 第１の実施形態における分割ステータコアの構成を説明するための図である。 コアセグメントを図２のＡ−Ａで切断した場合の断面図である。 第１の絶縁部材と第２の絶縁部材との接続部分を拡大した図である。 第２の実施形態における分割ステータコアの構成を説明するための図である。

以下、図面を参照しながら、本発明による分割ステータコアの実施形態について説明する。以下で説明する各実施形態における分割ステータコアは、電動機や発電機のステータの構成要素の一つである。なお、以下の説明では、分割ステータコアを電動機に適用した例について説明するが、発電機に適用することもできる。

＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態における分割ステータコアを備えた電動機１の概略断面図である。電動機１は、ステータ３と、ステータ３の内部に配置されるロータ４とを備える。電動機１は、例えば、永久磁石同期電動機であって、電気自動車に搭載されて使用される。

ステータ３は、集中巻方式のステータであって、複数の分割ステータコア２を環状に組み合わせて構成されている。分割ステータコア２のティース部の外周には、巻線が巻かれて、コイル５が形成されている。また、ステータ３の外側には、ステータ３を補強するためのリング支持部６が設けられている。なお、図１では、コイル５の下にあるステータ３のティース部の形状が分かるように、コイル５を透視して描いている。

図２は、第１の実施形態における分割ステータコア２の構成を説明するための図である。分割ステータコア２は、コアセグメント７と、コアセグメント７に密着する第１の絶縁部材２１と、コアセグメント７の端部に位置する第２の絶縁部材２２と、第１の絶縁部材２１および第２の絶縁部材２２を介して、コアセグメント７のティース部の外周に巻線を施したコイルとを備える。なお、図２では、コイルを省略している。

図２では、第２の絶縁部材２２をコアセグメント７に取り付ける前の状態を示している。第２の絶縁部材２２は、コイルセグメント６に対して、矢印Ｙ１の方向から取り付ける。

図３は、コアセグメント７を図２のＡ−Ａで切断した場合の断面図である。コアセグメント７は、Ｔ字状に打ち抜かれた複数の電磁鋼板を積層して構成され、このＴ字状の脚部となるティース部８と、頭部となるヨーク部１０とを有する。図３では、第２の絶縁部材２２が示されていないが、第１の絶縁部材２１および第２の絶縁部材２２を介して、ティース部８に巻線が巻かれてコイル５が形成されている。

なお、図３では省略しているが、ヨーク部１０の側面には、凹部と凸部（図１参照）が形成され、分割ステータコア間の相互の連結を容易にしている。

第１の絶縁部材２１は、複数の電磁鋼板の積層方向に沿って、コアセグメント７のティース部８の側面に密着している。第１の絶縁部材２１の素材としては、耐熱性にすぐれ、コアセグメント７によく密着する絶縁樹脂材料を用いる。密着性の良い絶縁樹脂材料としては、例えば、コアセグメント７に直接塗布される熱硬化性樹脂（絶縁塗料）、コアセグメント７に溶融密着する熱可塑性樹脂、加硫することによってコアセグメント７に密着成形するゴム状弾性体、加熱収縮によってコアセグメント７に密着する熱収縮チューブ等がある。これらの素材を用いることにより、容易にコアセグメント７との密着性を高め、コイル５の熱を効率よくコアセグメント７に伝熱することができる。なお、第１の絶縁部材２１の素材自体の熱伝導率が高いことが好ましい。

第２の絶縁部材２２は、電動機の回転軸方向におけるコアセグメント７の両端部、換言すると、電磁鋼板の積層方向におけるコアセグメント７の両端部に設けられる。第２の絶縁部材２２は、径方向におけるコイル５の巻きすべりを防止するための鍔ガイド部２２Ａを有する。図３において、点線で示している２２は、第２の絶縁部材２２の鍔ガイド部２２Ａである。

コアセグメント７の両端部に設けられる第２の絶縁部材２２のうち、少なくとも一方の絶縁部材２２は、巻線をコアセグメント７に巻き付けた後に絡げて、一時的に巻線を固定するための巻線絡げ部２２Ｂを有する。巻線絡げ部２２Ｂを設けることにより、巻線の緩みを防止して、ステータへの固定を容易にする。

第２の絶縁部材２２は、少なくとも第１の絶縁部材２１よりも強度の高い素材を用いる。より具体的には、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）やＬＣＰ（液晶ポリマ）等のように、耐熱性に優れ、巻線時のコイル張力に耐え得る強度を有する樹脂を用いる。

図４は、第１の絶縁部材２１と第２の絶縁部材２２との接続部分を拡大した図である。第１の絶縁部材２１と第２の絶縁部材２２は、コアセグメント７に対してそれぞれ別々に取り付けられる。

コアセグメント７の端部に取り付けられた第２の絶縁部材２２の幅Ｈ１は、コアセグメント７のティース部の両側面に密着された第１の絶縁部材２１間の幅Ｈ２と等しい。ここで、第２の絶縁部材２２の幅Ｈ１とは、電動機の回転方向の幅であり、第１の絶縁部材２１間の幅Ｈ２とは、ティース部を挟んだ第１の絶縁部材２１の端から端までの幅を意味する。すなわち、第１の絶縁部材２１と第２の絶縁部材２２をコアセグメント７に取り付けた際に、第１の絶縁部材２１と第２の絶縁部材２２が接する部分は、段差が無い。また、巻線が巻き回される第２の絶縁部材２２の角部２２Ｃ、すなわち、第２の絶縁部材２２が第１の絶縁部材２１と接する角部２２Ｃは、丸みのあるＲ形状としている。

例えば、第１の絶縁部材２１と第２の絶縁部材２２が接する部分に段差が存在する場合には、段差部分において、巻線と第１の絶縁部材２１または第２の絶縁部材２２との間にエアギャップが生じて、熱伝導率が低下する。また、巻線が巻き回される第２の絶縁部材２２の角部２２Ｃの形状をＲ形状としない場合には、角部２２Ｃにおいて負荷が集中して、コイル５が損傷する可能性がある。しかしながら、第１の実施形態における分割ステータコアでは、第１の絶縁部材２１と第２の絶縁部材２２が接する部分の段差が無く、かつ、巻線が巻き回される第２の絶縁部材２２の角部２２Ｃの形状をＲ形状としているので、巻線を容易にコアセグメント７に巻き付けることができる。また、上述したような熱伝導率の低下や、コイルの損傷のような問題が生じることもない。

以上、第１の実施形態における分割ステータコアによれば、第１の絶縁部材２１をコアセグメント７のティース部の側面に密着させるので、コアセグメント７とコイル５との間のエアギャップを低減し、コイル５の熱をコアセグメント７に効率よく伝達して、ステータコアの放熱性を向上させることができる。また、第１の絶縁部材２１よりも強度が高い第２の絶縁部材２２を、電磁鋼板の積層方向におけるコアセグメント７の端部に設けるので、巻線が巻かれる角部の負荷を第１の絶縁部材２１が受けることになり、コイルの巻線によって第１の絶縁部材２１が剥がれるのを防ぐことができる。

また、コアセグメント７の端部に配置された第２の絶縁部材２２の幅Ｈ１は、コアセグメント７のティース部の両側面に密着された第１の絶縁部材２１の間の幅Ｈ２と等しいので、第１の絶縁部材２１と第２の絶縁部材２２との間に段差が存在しない。これにより、接合部ずれによる巻線の引っかかりを防ぐとともに、段差部分においてエアギャップが生じるのを防ぐことができる。

また、巻線が巻き回される第２の絶縁部材２２の角は、Ｒ形状となっているので、巻線が損傷するのを防いで、巻線を容易の巻き付けることができる。

第２の絶縁部材２２は、コイルの巻きすべりを防止するための鍔部２２Ａを有するので、コイルの巻きすべりを防ぐことができる。また、第２の絶縁部材２２は、巻線を固定するための巻線絡げ部２２Ｂを有するので、巻線の緩みを防止して、ステータへの固定を容易にすることができる。

＜第２の実施形態＞
図５は、第２の実施形態における分割ステータコア５０の構成を説明するための図である。分割ステータコア５０は、コアセグメント７と、コアセグメント７に密着する第１の絶縁部材５１と、コアセグメント７の端部に位置する第２の絶縁部材５２と、第１の絶縁部材５１および第２の絶縁部材５２を介して、コアセグメント７のティース部の外周に巻線を施したコイルとを備える。なお、図５では、コイルを省略している。

図５では、第２の絶縁部材５２をコアセグメント７に取り付ける前の状態を示している。第２の絶縁部材５２は、コアセグメント７に対して、矢印Ｙ２の方向から取り付ける。

第１の絶縁部材５１は、複数の電磁鋼板の積層方向に沿って、コアセグメント７のティース部８の側面に密着している。第１の実施形態における第１の絶縁部材２１の長さは、ティース部８の側面の長さと同じであったが、第２の実施形態における第１の絶縁部材５１の長さは、ティース部８の側面の長さよりも短い。これは、後述するように、ティース部８の側面の一部に、第２の絶縁部材５２の挟み込み部５２Ｄを組み付けるためである。すなわち、ティース部８の側面の長さに対して、ティース部８の側面に組み付けられる第２の絶縁部材５２の挟み込み部５２Ｄの長さだけ短い。

第１の絶縁部材５１の素材は、第１の実施形態における第１の絶縁部材２１と同様に、耐熱性にすぐれ、コアセグメント７によく密着する絶縁樹脂材料を用いる。

第２の絶縁部材５２は、電動機の回転軸方向におけるコアセグメント７の両端部、換言すると、電磁鋼板の積層方向におけるコアセグメント７の両端部に設けられる。第２の絶縁部材５２は、径方向におけるコイル５の巻きすべりを防止するための鍔ガイド部５２Ａを有する。

コアセグメント７の両端部に設けられる第２の絶縁部材５２のうち、少なくとも一方の絶縁部材５２は、巻線をコアセグメント７に巻き付けた後に絡げて、一時的に巻線を固定するための巻線絡げ部５２Ｂを有する。

第２の絶縁部材５２はまた、コアセグメント固定用の挟み込み部５２Ｄを有する。挟み込み部５２Ｄは、コアセグメント７のティース部８の側面を両側から挟み込む形状をしている。すなわち、第２の絶縁部材５２をコアセグメントに取り付ける際には、挟み込み部５２Ｄによって、コアセグメント７のティース部８の側面を両側から挟み込むことによって取り付ける。

また、巻線が巻き回される第２の絶縁部材５２の角部５２Ｃは、第１の絶縁部材２２の角部２２Ｃと同様に、丸みのあるＲ形状としている。

第２の絶縁部材５２は、少なくとも第１の絶縁部材５１よりも強度の高い素材を用いる。より具体的には、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）やＬＣＰ（液晶ポリマ）等のように、耐熱性に優れ、巻線時のコイル張力に耐え得る強度を有する樹脂を用いる。

第２の実施形態における分割ステータコアでは、第１の実施形態における分割ステータコアと比べて、鍔部５２Ｄの分だけ、コアセグメント７と第１の絶縁部材５１との接触面積が狭くなる。しかし、第１の実施形態では、第２の絶縁部材２２をコアセグメント７に取り付けるために接着剤が必要となるが、本実施形態では、接着剤が不要であり、第２の絶縁部材５２をコアセグメント７に容易に組み付けることができる。

以上、第２の実施形態における分割ステータコアによれば、第１の実施形態における分割ステータコアと同様の効果を奏するとともに、第２の絶縁部材５２がコアセグメント７のティース部の側面を両側から挟み込むための挟み込み部５２Ｄを有するので、第２の絶縁部材５２をコアセグメント７に容易に組み付けることができる。

本発明は、上述した第１および第２の実施形態に限定されることはない。例えば、上述した第１の実施形態では、電磁鋼板の積層方向におけるコアセグメント７の両端部に第２の絶縁部材２２を設けるものとしたが、片方の端部だけに第２の絶縁部材２２を設けるようにしてもよい。この場合でも、第２の絶縁部材２２を全く設けない構成と比べると、第２の絶縁部材２２を設けた側において、巻線時に、コアセグメントエッジ部に負荷が集中するのを防ぐことができる。同様に、第２の実施形態でも、電磁鋼板の積層方向におけるコアセグメント７の両端部ではなく、片方の端部だけに絶縁部材５２を設けるようにしてもよい。

第１の絶縁部材２１、５１の材料として、コアセグメント７に直接塗布される熱硬化性樹脂（絶縁塗料）、コアセグメント７に溶融密着する熱可塑性樹脂、加硫することによってコアセグメント７に密着成形するゴム状弾性体、加熱収縮によってコアセグメント７に密着する熱収縮チューブ等を例に挙げた。しかし、第１の絶縁部材２１、５１の材料がこれらに限定されることはない。

１…電動機
２…分割ステータコア
３…ステータ
５…コイル
７…コアセグメント
２１、５１…第１の絶縁部材
２２、５２…第２の絶縁部材
２２Ａ、５２Ａ…鍔ガイド部
２２Ｂ、５２Ｂ…巻線絡げ部
２２Ｃ、５２Ｃ…角部
５２Ｄ…挟み込み部

Claims (12)

1. 複数の電磁鋼板を積層したコアセグメントと、
   前記コアセグメントのティース部の側面に密着する第１の絶縁部材と、
   前記第１の絶縁部材よりも強度が高く、前記電磁鋼板の積層方向における前記コアセグメントの端部に配置される第２の絶縁部材と、
   前記第１の絶縁部材および前記第２の絶縁部材を介して、前記コアセグメントのティース部の外周に巻線を施して形成されるコイルと、
   を備えることを特徴とする分割ステータコア。
2. 前記コアセグメントの端部に配置された前記第２の絶縁部材の幅は、前記コアセグメントのティース部の両側面に密着された第１の絶縁部材間の幅と等しい、
   ことを特徴とする請求項１に記載の分割ステータコア。
3. 巻線が巻き回される前記第２の絶縁部材の角は、Ｒ形状となっている、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の分割ステータコア。
4. 前記第２の絶縁部材は、前記コイルの巻きすべりを防止するための鍔部を有する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の分割ステータコア。
5. 前記第２の絶縁部材は、巻線を固定するための巻線絡げ部を有する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の分割ステータコア。
6. 前記第２の絶縁部材は、前記コアセグメントのティース部の側面を両側から挟み込むための挟み込み部を有する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の分割ステータコア。
7. 前記第１の絶縁部材は、前記コアセグメントのティース部の側面に塗布される熱硬化性樹脂である、
   ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の分割ステータコア。
8. 前記第１の絶縁部材は、前記コアセグメントのティース部の側面に溶融密着される熱可塑性樹脂である、
   ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の分割ステータコア。
9. 前記第１の絶縁部材は、加硫することによって前記コアセグメントのティース部の側面に密着成形するゴム状弾性体である、
   ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の分割ステータコア。
10. 前記第１の絶縁部材は、加熱収縮によって前記コアセグメントのティース部の側面に密着する熱収縮チューブである、
    ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の分割ステータコア。
11. 請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の分割ステータコアを環状に組み合わせて構成した電動機。
12. 請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の分割ステータコアを環状に組み合わせて構成した発電機。