JP2015089162A - 回転電機ステータ - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機ステータにおいて、渡り線に関し接合強度を確保し、振動を抑制できるようにすることである。【解決手段】回転電機ステータ１０は、ステータコア１２の内周に沿って複数配置されるティース１４と、それぞれのティース１４に配置されるインシュレータ１６と、インシュレータ１６を介して各ティース１４にそれぞれ巻回される巻線コイル２０と、巻線コイル２０から引き出され同相の別の巻線コイル２０に接合される渡り線と、渡り線とインシュレータ１６との間を柔軟に固定する柔軟固定部材３０とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機ステータに係り、特に巻線間を渡り線で接合する回転電機ステータに関する。

回転電機ステータには内周側の周方向に沿って複数のティースが設けられ、所定の巻回方法で各ティースに巻線が順次巻回される。各ティースに巻回された巻線間を接合するために、渡り線が用いられる。

特許文献１には、集中巻のモータの固定子巻線の引出線や渡り線を、インシュレータに設けた係支部で係止する構成が示される。

特許文献２には、回転電機の固定子のコイルボビンにおいて、電線の巻終わり位置付近に第１の渡り線収容溝を設け、電線の巻始め位置付近に第２の渡り線収容溝を設けることが示される。

特開２００１−２１８４０９号公報 特開２０１２−１２５０５７号公報

渡り線はティースに巻回された巻線から引き出されるので、先端は自由端である。この状態で、２つの巻線間を接合するためそれぞれから引き出された渡り線の先端部を合わせて溶接等の接合処理を行うと、溶接点を含む渡り線が振動する。これによって巻線に傷が発生することがある。そこで、例えば、渡り線をインシュレータ等に接着等で固定することで振動を抑制することが可能である。

しかし、巻線、渡り線、インシュレータ等の製造誤差によって、接着等で固定された渡り線の先端の位置がばらつくことが生じる。渡り線の先端の位置がばらつくと、２つの渡り線の先端部がうまく合わない。これを無理に合わせるようにして溶接等を行うと、溶接部に残留応力が生じ、溶接部に負荷がかかり、溶接位置における接合強度が低下する恐れがある。

本発明の目的は、渡り線に関する接合強度を確保できる回転電機ステータを提供することである。他の目的は、渡り線に関し接合強度を確保しながら振動を抑制できる回転電機ステータを提供することである。以下の手段は、これらの目的の少なくとも１つに貢献する。

本発明に係る回転電機ステータは、ステータコアの内周に沿って複数配置されるティースと、それぞれのティースに配置されるインシュレータと、インシュレータを介して各ティースにそれぞれ巻回される巻線コイルと、巻線コイルから引き出され同相の別の巻線コイルに接合される渡り線と、渡り線とインシュレータとの間を柔軟に固定する柔軟固定部材と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る回転電機ステータにおいて、柔軟固定部材は、同相の２つの巻線コイルからそれぞれ引き出される２つの渡り線を相互接合する接合位置に最も近いインシュレータの部位と渡り線との間に設けられることが好ましい。

本発明に係る回転電機ステータにおいて、柔軟固定部材は、渡り線とインシュレータとの間の隙間を埋めるように設けられる発泡性接着剤であることが好ましい。

また、本発明に係る回転電機ステータにおいて、柔軟固定部材は、渡り線に嵌められる柔軟性スリーブ部材であって外周部とインシュレータとの間が接着剤で固定されることが好ましい。

また、本発明に係る回転電機ステータにおいて、柔軟固定部材は、渡り線とインシュレータとの間を一体化する柔軟性接着テープであることが好ましい。

上記構成の回転電機ステータは、渡り線とインシュレータとの間を柔軟固定部材で柔軟に固定する。これによって、渡り線の先端の位置がばらついても、柔軟固定部材の柔軟性の効果で無理なく２つの渡り線の先端部を合わせることができ、溶接部に残留応力が生じることがない。また、柔軟固定部材は振動に対する緩衝効果が期待でき、これによって、渡り線に関する振動を抑制でき、巻線コイルに傷が発生することを抑制できる。柔軟固定部材としては、発泡性接着剤、柔軟性スリーブ、柔軟性接着テープを用いることができる。

また、回転電機ステータにおいて、柔軟固定部材は、２つの渡り線の接合位置に最も近いインシュレータの部位と渡り線との間に設けられるので、柔軟固定される位置と接合位置の間の距離が短くなり、接合位置における振動を小さくできる。これにより、渡り線に関し接合強度を確保しながら振動を抑制できる。

本発明に係る実施の形態の回転電機ステータを示す図で、（ａ）は、全体斜視図、（ｂ）は、一部拡大図である。 本発明に係る実施の形態の回転電機ステータにおいて、柔軟固定部材として、発泡性接着剤を用いた図である。 本発明に係る実施の形態の回転電機ステータにおいて、柔軟固定部材として、柔軟性スリーブを用いた図である。 本発明に係る実施の形態の回転電機ステータにおいて、柔軟固定部材として、柔軟性接着テープを用いた図である。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。以下では、巻線コイルの巻回方法として集中巻を述べるが、インシュレータと渡り線を用いるものであれば、集中巻以外のコイルの巻回方法であってもよい。以下に述べる寸法、形状、材質等は、説明のための例示であって、回転電機ステータの仕様等により、適宜変更が可能である。また、以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、車両に搭載される回転電機に用いられる回転電機ステータ１０の構造を示す図である。図１（ａ）は、全体斜視図、（ｂ）は、一部拡大図である。以下では、回転電機ステータ１０を特に断らない限り、ステータ１０と呼ぶ。なお、図１（ｂ）に、ステータ１０の周方向θ、径方向Ｒ、高さ方向Ｚをそれぞれ示した。径方向Ｒは、紙面の手前側に向かう方向が内径側に向かう方向、奥側に向かう方向が外径側に向かう方向である。

ステータ１０が用いられる回転電機は、車両が力行するときは電動機として機能し、車両が制動時にあるときは発電機として機能するモータ・ジェネレータで、三相同期型回転電機である。回転電機は、図１に示される固定子であるステータ１０と、ステータ１０の内周側に所定の隙間を隔てて配置されて配置される円環状の回転子であるロータとで構成される。図１ではロータの図示を省略した。

ステータ１０は、ステータコア１２と、ステータコア１２の内周に沿って設けられる複数のティース１４と、ティース１４に配置されるインシュレータ１６と、インシュレータ１６を介して各ティース１４に巻回される巻線コイル２０を有する。また、巻線コイル２０から引き出され同相の別の巻線コイルに接合される渡り線と、渡り線とインシュレータとの間を柔軟に固定する柔軟固定部材とを含んで構成される。渡り線と柔軟固定部材の詳細については後述するので、先に、それ以外の要素を説明する。

ステータコア１２は、円環状の磁性体部品で、内周に沿ってティース１４が複数配置される。ティース１４は巻線コイル２０が巻回され磁極となる突出部である。なお、隣接するティースの間の貫通空隙はスロットと呼ばれ、巻線コイル２０を構成するコイル素線が挿入される空間である。図１（ａ），（ｂ）ではティース１４の先端部が図示されている。

かかるステータコア１２は、ティース１４を含んで所定の形状に成形された円環状の磁性体薄板を複数積層したものが用いられる。磁性体薄板としては、電磁鋼板を用いることができる。磁性体薄板の積層体に代えて、磁性粉末を所定の形状に一体化成形したものを用いることもできる。

インシュレータ１６は、巻線コイル２０とステータコア１２との間を電気的に絶縁するために配置される絶縁部材である。インシュレータ１６は、ステータコア１２におけるティース１４の外周のほぼ全周に配置され巻線コイル２０がその外周に巻回されるコイル絶縁部１７と、スロットのステータコア１２の外周側壁面に対向して配置されるコア絶縁部１８とを含む。

図１（ｂ）において、インシュレータ１６の部分を斜線で示した。紙面において巻線コイル２０の手前側、すなわちステータコア１２の内周側でティース１４の両側および上面側に示される斜線部が、コイル絶縁部１７である。紙面において巻線コイル２０の奥側、すなわち巻線コイル２０のステータコア１２の外周側に示される斜線部が、コア絶縁部１８である。

かかるインシュレータ１６は、耐熱性のよい樹脂を所定の形状に成形したものを用いることができる。樹脂材料としては、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、芳香族ナイロン樹脂コンパウンド等を用いることができる。

巻線コイル２０は、絶縁被覆された導体２１（図２（ａ）等参照）を予め定めたコイル巻回方法で各ティースに順次巻回し、必要な個所で電気的に接合して、三相巻線を形成したものである。絶縁被覆された導体としては、断面が矩形形状の平角線が用いられる。平角線は、矩形断面の長辺側の面をθ方向に平行とし、矩形断面の短辺側の面をＲ方向に平行とする。このようにすることで、スロット内の巻線コイルの占積率の向上を図ることができる。

図１（ｂ）では、三相集中巻の巻線コイル２０が示される。集中巻の場合、１つの相の導線が巻始めから巻終わりまで所定の巻数だけ１つのティース１４に巻かれ、巻始めと巻終わりからそれぞれ渡り線が引き出される。図１（ｂ）の例では、巻数＝５であるが、これは一例である。またθ方向に複数巻積層してもよい。巻線コイル２０の巻始めと巻終わりは、Ｒ方向に沿った端部とすることができる。図１（ｂ）では、巻線コイル２０の内径側の端部を巻始めとし、外径側の端部を巻終わりとする。渡り線は、同じ相で異なるティース１４に巻回された２つの巻線コイルの一方側の巻始めと他方側の巻終わりとを接合するために、巻始めと巻終わりからそれぞれ引き出された線である。

次に、渡り線と柔軟固定部材について説明する。図１（ａ）の拡大図である（ｂ）には、５つのティース１４の部分が示される。５つのティース１４のそれぞれに集中巻される巻線コイル２０は、紙面上で図１（ｂ）のθ方向に沿って、左から右に向かって、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｕ相、Ｖ相である。このように、三相巻線では、同じ相の巻線コイル２０が、間に２つのティース１４を挟んで配置される。間に２つのティース１４を挟んで配置される２つの巻線コイル２０は同相であるので、渡り線を用いて、順次接合される。

Ｕ相の巻線コイル２０は、紙面上で、図１（ｂ）の一番左側に示されるＵ相の巻線コイル２０の巻終わりから渡り線２２_Uが引き出される。また、これから２つのティース１４を隔てて配置され、紙面上で、図１（ｂ）の左側から４つ目に示されるＵ相の巻線コイル２０の巻始めから渡り線２４_Uが引き出される。

渡り線２２_Uと渡り線２２_Uは、あらかじめ曲げ成形されて、その先端部が、２つのティース１４を隔てて配置される２つのＵ相の巻線コイル２０のほぼ中間の位置にくるようになっている。図１（ｂ）の例では、ステータコア１２の周方向に沿って、Ｖ相のティース１４の位置とＷ相のティース１４の位置のほぼ中間の位置で、渡り線２２_Uの先端部と渡り線２４_Uの先端部が合うように、あらかじめ曲げ成形される。渡り線２２_Uの先端部と渡り線２４_Uの先端部が合う位置が、２つの渡り線２２_U，２４_Uが溶接によって接合される接合位置２６_Uである。

同様に、２つのティース１４を隔てて配置される２つのＶ相の巻線コイル２０から、それぞれ渡り線２２_V，２４_Vが引き出され、接合位置２６_Vにおいて溶接により接合される。また、２つのティース１４を隔てて配置される２つのＷ相の巻線コイル２０から、それぞれ渡り線２２_W，２４_Wが引き出され、接合位置２６_Wにおいて溶接により接合される。

柔軟固定部材３０は、渡り線とインシュレータ１６との間を柔軟に固定する部材である。渡り線をインシュレータ１６に完全固定状態でしっかり固定すると、巻線コイル２０、渡り線、インシュレータ１６等の製造誤差によって、接着等で固定された渡り線の先端の位置がばらつくことが生じる。渡り線の先端の位置がばらつくと、２つの渡り線の先端部がうまく合わない。これを無理に合わせるようにして溶接等を行うと、溶接された接合位置に残留応力が生じ、接合位置に負荷がかかり、接合位置における接合強度が低下する恐れがある。渡り線をインシュレータ１６に柔軟固定部材３０で固定すると、柔軟固定部材３０の柔軟性によって、渡り線の先端の位置のばらつきを吸収できる。これによって、接合を行ったときに、接合位置に残留応力が生じにくく、接合位置にかかる負荷を小さくでき、接合位置における接合強度を確保できる。

柔軟固定部材３０は、同相の２つの巻線コイル２０からそれぞれ引き出される２つの渡り線を相互接合する接合位置に最も近いインシュレータ１６の部位と渡り線との間に設けられる。このようにすることで、柔軟固定される位置と接合位置の間の距離が短くなり、接合位置における振動を小さくできる。これにより、渡り線に関し接合強度を確保しながら振動を抑制でき、巻線コイルに傷が発生することを抑制できる。実験によると、２つの渡り線が接合された状態の固有振動数は、通常の接着剤で固定した場合、７１８Ｈｚであったが、柔軟固定部材３０を用いることで９７２Ｈｚに向上した。これは実験の一例である。

Ｕ相について述べると、渡り線２２_Uは、巻線コイル２０の外径側の端部から引き出されるので、Ｖ相の巻線コイル２０に用いられるインシュレータ１６のコア絶縁部１８の近くを通る。渡り線２４_Uは、巻線コイル２０の内径側の端部から引き出されるので、Ｕ相の巻線コイル２０に用いられるインシュレータ１６のコイル絶縁部１７の近くを通る。接合位置２６_Uには、Ｖ相の巻線コイル２０に用いられるインシュレータ１６のコア絶縁部１８の方が近い。そこで、柔軟固定部材３０は、渡り線２２_UとＶ相の巻線コイル２０に用いられるインシュレータ１６のコア絶縁部１８との間に設けられる。

同様に、Ｖ相について、柔軟固定部材３０は、渡り線２２_VとＷ相の巻線コイル２０に用いられるインシュレータ１６のコア絶縁部１８との間に設けられる。Ｖ相について、柔軟固定部材３０は、渡り線２２_WとＵ相の巻線コイル２０に用いられるインシュレータ１６のコア絶縁部１８との間に設けられる。

柔軟固定部材３０としては、発泡性接着剤を用いることができる。図２は、渡り線として、Ｕ相の分のみを抜き出して、柔軟固定部材３０としての発泡性接着剤が配置される様子を示す図である。図２（ａ）は、図１（ｂ）に対応するが、渡り線としてはＵ相の分の渡り線２２_U，２４_Uのみを示し、また、インシュレータ１６の全体を示すために、巻線コイル２０は、Ｕ相の分のみ図示し、その他の巻線コイル２０の図示を省略した。図２（ｂ）は、図２（ａ）の矢印Ｂで示した位置におけるＲ−θ平面に平行な断面図である。

図２に示されるように、インシュレータ１６のコア絶縁部１８は、段付き構造で、渡り線２２_Uの下部の段部１９と、渡り線２２_Uに平行な壁部から構成される。柔軟固定部材３０としての発泡性接着剤は、渡り線２２_Uの底面と、インシュレータ１６におけるコア絶縁部１８の段部１９の上面との隙間を埋めるように設けられる。

かかる発泡性接着剤としては、発泡ウレタン接着剤、発泡ポリエチレン接着剤、発泡ポリスチレン接着剤、発泡ゴム接着剤等を用いることができる。

図３は、柔軟固定部材３０として、柔軟性スリーブ３２を用いる例を示す図である。図３（ａ）は、図２（ａ）に対応し、図３（ｂ）は、図２（ｂ）に対応する。ここでは、柔軟性スリーブ３２が渡り線２２_Uに嵌められる。柔軟性スリーブ３２の内径は、渡り線２２_Uの外形よりもやや大きく、自然状態では渡り線２２_Uから外れない程度に狭い。柔軟性スリーブ３２の外周部と、インシュレータ１６におけるコア絶縁部１８との間は、適当な接着剤３３で固定される。

かかる柔軟性スリーブ３２としては、ポリエチレンチューブ、ポリスチレンチューブ等を適当な長さに切断したものを用いることができる。接着剤３３としては、例えばワニス等を用いることができる。

図４は、柔軟固定部材３０として、柔軟性接着テープ３４を用いる例を示す図である。図４（ａ）は、図２（ａ）に対応し、図４（ｂ）は、図２（ｂ）に対応する。ここでは、渡り線２２_Uと、インシュレータ１６におけるコア絶縁部１８と、巻線コイル２０とが、柔軟性接着テープ３４で一体化される。かかる柔軟性接着テープ３４としては、絶縁用ビニール接着テープ等を用いることができる。

１０ （回転電機）ステータ、１２ ステータコア、１４ ティース、１６ インシュレータ、１７ コイル絶縁部、１８ コア絶縁部、１９ 段部、２０ 巻線コイル、２１ 導体、２２_U，２４_U，２２_V，２４_V，２２_W，２４_W 渡り線、２６_U，２６_V，２６_W 接合位置、３０ 柔軟固定部材、３２ 柔軟性スリーブ、３３ 接着剤、３４ 柔軟性接着テープ。

Claims (5)

1. ステータコアの内周に沿って複数配置されるティースと、
   それぞれのティースに配置されるインシュレータと、
   インシュレータを介して各ティースにそれぞれ巻回される巻線コイルと、
   巻線コイルから引き出され同相の別の巻線コイルに接合される渡り線と、
   渡り線とインシュレータとの間を柔軟に固定する柔軟固定部材と、
   を備えることを特徴とする回転電機ステータ。
2. 請求項１に記載の回転電機ステータにおいて、
   柔軟固定部材は、
   同相の２つの巻線コイルからそれぞれ引き出される２つの渡り線を相互接合する接合位置に最も近いインシュレータの部位と渡り線との間に設けられることを特徴とする回転電機ステータ。
3. 請求項１に記載の回転電機ステータにおいて、
   柔軟固定部材は、
   渡り線とインシュレータとの間の隙間を埋めるように設けられる発泡性接着剤であることを特徴とする回転電機ステータ。
4. 請求項１に記載の回転電機ステータにおいて、
   柔軟固定部材は、
   渡り線に嵌められる柔軟性スリーブ部材であって外周部とインシュレータとの間が接着剤で固定されることを特徴とする回転電機ステータ。
5. 請求項１に記載の回転電機ステータにおいて、
   柔軟固定部材は、
   渡り線とインシュレータとの間を一体化する柔軟性接着テープであることを特徴とする回転電機ステータ。

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