JP2015186395A - ステータ - Google Patents

Abstract

【課題】セグメントコイルが分布巻きされて形成されるステータコイルを有するステータにおいて、簡易な構成により、セグメントコイルと絶縁部材をステータコアに確実に固定する。
【解決手段】軸方向Ｚにおけるティース３６の端面には絶縁部材３８が配置される。ティース３６と絶縁部材３８との接触部には、スロット１４側から切り欠かれた切り欠き部４２が形成され、切り欠き部４２には、加熱により発泡してステータコア１２と絶縁部材３８とセグメントコイル２０とを接着する発泡接着材４０が設けられている。発泡接着材４０の発泡により部品公差を吸収しつつ、ステータコア１２に対して絶縁部材３８とセグメントコイル２０を確実に固定することができる。
【選択図】図２

Description

本発明はステータに関し、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、ステータコイルのスロット内占積率を高めることを目的として、断面矩形のセグメントコイルが用いられる例がある。

下記特許文献１には、径方向内側に突出する複数のティースが形成されたステータコアと、隣り合うティース間にあるスロットにセグメントコイル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。このステータコアの軸方向端部には絶縁部材が設けられ、ステータコイル形成時、この絶縁部材を起点にして、スロットから突出するセグメントコイルの先端が周方向に折り曲げられる。この曲げ加工でセグメントコイルに付与される張力により、絶縁部材がステータコアに押し付けられて固定されるとともに、セグメントコイルもステータコアに固定される。

特開２０１１−２３４５０２号公報

上記特許文献１においては、スロットに挿入されたセグメントコイルの先端の曲げ加工で生じる張力によって、ステータコアとセグメントコイルと絶縁部材とが互いに固定される。しかしながら、一般的に部品公差が存在するので、セグメントコイルに付与される張力だけでは、ステータコアに対して絶縁部材及びセグメントコイルを強固に取り付けることは困難である。回転電機が車両などの移動体に搭載される場合においては、移動体の振動により、ステータコアに対してステータコイルが動いてしまう可能性がある。ステータコイルが動くと、セグメントコイルの絶縁被膜がステータコアに接触して損傷することもあり、絶縁性能が低下してしまうという問題がある。

部品公差をより小さく設定しようとすると、精密加工に時間とコストがかかってしまう。また、セグメントコイルをステータコアに確実に固定するために、樹脂モールドを用いる方法も考えられるが、生産性が悪くコストも増大してしまう。

本発明の目的は、セグメントコイルが分布巻きされて形成されるステータコイルを有するステータにおいて、簡易な構造で、セグメントコイルと絶縁部材をステータコアに確実に固定することができるステータを提供することにある。

本発明は、径方向に突出する複数のティースと、隣り合うティース間の溝状の空間であるスロットとが形成されたステータコアと、セグメントコイルがスロットに分布巻きされて形成される複数相のステータコイルと、軸方向におけるティースの端面に配置される絶縁部材と、を有するステータであって、ティースと絶縁部材との接触部には、スロット側から切り欠かれた切り欠き部が形成され、切り欠き部には、加熱により発泡してステータコアと絶縁部材とセグメントコイルとを接着する発泡接着材が設けられることを特徴とする。

本発明のステータによれば、簡易な構造で、セグメントコイルと絶縁部材をステータコアに確実に固定することができる。

本実施形態に係る回転電機の構成を示す図である。 軸方向から見たステータコアの端部の一部を示す図である。 図２のＡ−Ａ線による断面図である。 図２のＡ−Ａ線による断面図である。 図２のＡ−Ａ線による断面図である。 別の実施形態に係るステータコアの端部の一部を示す断面図である。 別の実施形態に係るステータコアの端部の一部を示す断面図である。

以下、本発明に係るステータの実施形態について、図を用いて説明する。図１は、本実施形態に係るステータの構成を示す図である。図１には、ステータコアの軸方向を示すＺ方向と、周方向を示すθ方向と、径方向を示すＲ方向とが示されている。

本実施形態のステータ１０は、三相交流の電気が供給されて駆動する回転電機に用いられる。ステータ１０は、ステータコア１２と、ステータコア１２のスロット１４を通って巻回されるステータコイル１６と、ステータコイル１６から引き出される各相端子１８とを有する。

ステータコイル１６は、三相ステータコイルであり、各相のステータコイル１６は、複数のセグメントコイル２０を相互に接続することで構成される。セグメントコイル２０は、スロット１４に挿入される２つの挿入部２２と、これらの挿入部２２を橋渡しする渡り部２４とを有するようにＵ字型に成形された素巻線である。本実施形態のステータコイル１６は、セグメントコイル２０がステータコア１２に分布巻きされて形成される。分布巻きとは、セグメントコイル２０が、他の相のセグメントコイル２０が挿入されるスロット１４を跨いで離間した２つのスロット１４に挿入されるように、ステータコア１２に巻かれる巻線方式である。

図１においては、軸方向Ｚに沿った一方側の端部に渡り部２４が来るようにして、渡り部２４の両側の挿入部２２をスロット１４に挿入する。スロット１４を通って、軸方向Ｚに沿った他方側の端部から突き出たセグメントコイル２０の先端２６は、他のセグメントコイル２０の先端２６と溶接によって接合される。以降、この接合される部分を、接合部２８と記す。本実施形態のステータ１０においては、各相のセグメントコイル２０の接合部２８が、全て、ステータコア１２の他方側に集まる構造となっている。

このように、ステータコア１２の一方側の端部には、セグメントコイル２０の渡り部２４が突き出して配置され、他方側の端部には、セグメントコイル２０の先端２６が突き出して配置される。ステータコア１２の端部においてセグメントコイル２０が突き出す部分を、コイルエンド３０と称する。

次に、軸方向Ｚにおけるステータコア１２の端部付近の構成について、図２から４を用いて説明する。なお、図２から４においては、コイルエンド３０を図示せずに省略している。

図２は、軸方向Ｚから見たステータコア１２の端部の一部を示す図である。ステータコア１２は、ロータ（図示せず）と同心の円筒状の磁性体であり、電磁鋼板３２を軸方向Ｚに複数積層して構成される。ステータコア１２は、環状のヨーク３４と、このヨーク３４から径方向Ｒ内側に突出する複数のティース３６とを有する。周方向θにおいて隣り合うティース３６の間には、溝状の空間であるスロット１４が形成される。スロット１４には、５本のセグメントコイル２０が配置されている。なお、本発明は１つのスロット１４内に配置されるセグメントコイル２０の数は５本に限定されず、他の数であってもよい。また、本実施形態のステータコア１２は電磁鋼板３２からなる場合について説明したが、円筒状の磁性体であればこの構成に限定されず、圧粉磁心とすることもできる。

ステータコア１２の端部には絶縁部材３８が設けられる。絶縁部材３８は弾性を有する樹脂であり、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂である。絶縁部材３８は、ステータコイル１６形成時、セグメントコイル２０の先端２６を折り曲げ加工する時に、その曲げの起点になる。そして、絶縁部材３８は弾性を有するので緩衝材として機能し、セグメントコイル２０の絶縁被膜がステータコア１２の端部に当接して損傷してしまうことを防いでいる。なお、本実施形態においては、ステータコア１２の端部に絶縁部材３８が設けられ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ない。セグメントコイル２０の曲げ加工の起点となるとともに、セグメントコイル２０の損傷を防止することができるのであれば、絶縁部材３８が、少なくとも、軸方向Ｚにおけるティース３６の端面のみに配置されていればよい。

図３，４は、図２のＡ−Ａ線による断面図である。図３は、後述する発泡接着材４０が発泡する前の状態を示し、図４は、発泡接着材４０が発泡した後の状態を示す。

絶縁部材３８には、ティース３６と接触する領域において、スロット１４側から切り欠かれた切り欠き部４２が形成される。切り欠き部４２は、図２の破線に示されるように、径方向Ｒに沿ってティース３６の先端から基端、すなわちヨーク３４との接続部まで形成される。そして、切り欠き部４２には、図３に示されるように発泡接着材４０が設けられる。発泡接着材４０はエポキシ系の樹脂である。しかし、本発明はこの構成に限定されず、発泡接着材４０が耐熱・耐冷及び耐油性を有するのであればその他の樹脂を用いることができる。

発泡接着材４０は所定の温度まで加熱することにより発泡する。図４に示されるように、発泡接着材４０が発泡すると、その発泡接着材４０は切り欠き部４２の空間を埋めると共に、切り欠き部４２とセグメントコイル２０間の僅かな空間（スロット１４）にも充填される。ステータコア１２とセグメントコイル２０との間には、図３，４に示されるように僅かに空間が形成されているので、膨張する発泡接着材４０をその空間に逃がし、発泡接着材４０の圧力上昇を抑制することができる。

上述のように切り欠き部４２が形成されることにより、発泡した発泡接着材４０と各部材１２，２０，３８との接着面積が十分に確保されるので、ステータコア１２とセグメントコイル２０と樹脂部材３８とを確実に固定することができる。よって、仮に、回転電機が車両などの移動体に搭載されたとしても、セグメントコイル２０が移動体の振動によりステータコア１２に対して動くことは無く、セグメントコイル２０の絶縁被膜がステータコア１２に接触して損傷することを防止することができる。

次に、発泡接着材４０を用いた固定方法について説明する。まず、切り欠き部４２に発泡接着材４０が取り付けられた絶縁部材３８を、ステータコア１２の端面に仮止めする。この仮止めは、接着剤によりステータコア１２と絶縁部材３８を接着してもよく、工具を用いて絶縁部材３８をステータコア１２の端面に押し付けても良い。

そして、セグメントコイル２０をスロット１４に挿入し、セグメントコイル２０の先端２６を、絶縁部材３８を起点にして周方向θへ折り曲げる。その後、加熱により発泡接着材４０を発泡させて、図４に示されるように、切り欠き部４２内と、切り欠き部４２とセグメントコイル２０間のスロット１４とに充填させる。これにより、ステータコア１２に対してセグメントコイル２０と絶縁部材３８が固定される。その後、各接合部２８に溶接を施してステータコイル１６を形成し、ステータ１０が製造される。なお、接合部２８の溶接は、発泡接着材４０の発泡前に行うこともできる。

本実施形態のステータ１０の構成によれば、切り欠き部４２に設けられた発泡接着材４０を発泡させることにより、ステータコア１２とセグメントコイル２０と絶縁部材３８との間の空間が発泡接着材４０により充填されるので、これらの３つの部材１２，２０，３８の公差を吸収しつつ確実に固定することができる。

本実施形態においては、切り欠き部４２が、図２の破線に示されるように、径方向Ｒに沿ってティース３６の先端から基端まで形成され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ない。切り欠き部４２が、径方向Ｒに沿って所定の間隔を空けて断続的に形成されても良い。この場合、各切り欠き部４２に発泡接着材４０が設けられる。この構成により、切り欠き部４２の領域が減少するので、スロット１４付近における絶縁部材３８の強度を増加させることができ、セグメントコイル２０の先端２６の曲げ加工の起点となるための強度を確保することができる。また、スロット１４付近における絶縁部材３８の剛性を補強する構成として、図５に示されるように、軸方向Ｚ外側に突出する補強リブ４４を設けることも好適である。この補強リブ４４は、径方向Ｒに沿ってティース３６の先端から基端まで形成される。

なお、本実施形態においては、切り欠き部４２が絶縁部材３８に形成され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ない。切り欠きがステータコア１２に形成されても良い。この構成について、図６，７を用いて説明する。

図６，７は、別の実施形態に係るステータコアの端部の一部を示す断面図であり、図２のＡ−Ａ線による断面図である。図６は、発泡接着材４０が発泡する前の状態を示し、図７は、発泡接着材４０が発泡した後の状態を示す。なお、上記実施形態で述べた構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。

ステータコア１２のティース３６には、絶縁部材３８と接触する領域において、スロット１４側から切り欠かれた切り欠き部４６が形成される。そして、この実施形態では、発泡接着材４０は、切り欠き部４６の空間に収容されるように、絶縁部材３８のティース３６側端面に設けられる。なお、発泡接着材４０の取り付け箇所は、この構成に限定されず、切り欠き部４６の壁面に設けることができる。

この構成によっても、切り欠き部４６内に位置する発泡接着材４０を発泡させることにより、ステータコア１２とセグメントコイル２０と絶縁部材３８との間の空間が発泡接着材４０により充填される。よって、発泡した発泡接着材４０により、これらの３つの部材１２，２０，３８を確実に固定することができる。

なお、上記２つの実施形態においては、絶縁部材３８とティース３６のいずれか一方に切り欠きが形成され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ない。発泡により発泡接着材４０が充填される空間が、絶縁部材３８とティース３６との接触部にあれば良く、絶縁部材３８とティース３６の双方に切り欠き部を設けることもできる。

１０ ステータ、１２ ステータコア、１４ スロット、１６ ステータコイル、１８ 端子、２０ セグメントコイル、２２ 挿入部、２４ 渡り部、２６ 先端、２８ 接合部、３０ コイルエンド、３２ 電磁鋼板、３４ ヨーク、３６ ティース、３８ 絶縁部材、４０ 発泡接着材、４２，４６ 切り欠き部、４４ 補強リブ。

Claims (1)

1. 径方向に突出する複数のティースと、隣り合うティース間の溝状の空間であるスロットとが形成されたステータコアと、
   セグメントコイルがスロットに分布巻きされて形成される複数相のステータコイルと、
   軸方向におけるティースの端面に配置される絶縁部材と、
   を有するステータであって、
   ティースと絶縁部材との接触部には、スロット側から切り欠かれた切り欠き部が形成され、
   切り欠き部には、加熱により発泡してステータコアと絶縁部材とセグメントコイルとを接着する発泡接着材が設けられる、
   ことを特徴とするステータ。

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