JP2016019377A - 電動機用ステータ - Google Patents

Abstract

【課題】電動機用ステータにおける絶縁耐力およびコイルの占積率をより向上させる。
【解決手段】電動機用ステータ１のコイル１０は、平角線１１をティース部２２と対向する側面１１ｓが当該ティース部２２の中心を通ってステータコア２の径方向に延びる中心線ＣＬと平行をなすように巻回することにより構成され、ステータコア２とコイル１０との間に配置されるインシュレータ３０は、ティース部２２の外周面を覆う筒状部３１と、スロット２４の底面とコイル１０との間に位置するように筒状部３１から延出される延出部３２と、筒状部３１と延出部３２との境界に形成されるインシュレータ角部３３と、筒状部３１から突出して、延出部３２と当接する平角線１１の一部の角部１１ｃをインシュレータ角部３３から離間させるように当該平角線１１の一部と当接する突出部３５とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のティース部を有するステータコアと、複数のコイルと、ステータコアと各コイルとの間に配置されるインシュレータとを備えた電動機用ステータに関する。

従来、この種の電動機用ステータとして、平角線をヨーク部に設けられたティース部に巻回することにより構成されるコイルと、ティース部と平角線とを絶縁するティース絶縁部およびティース絶縁部の端部からヨーク部の内面に沿って延出する延出部とを有する絶縁ボビン（インシュレータ）とを含むものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この電動機用ステータでは、絶縁ボビンのティース絶縁部の側面であって隣接するティースに対向して配置される一対の側面の一方にのみ複数の段差部が形成されている。これにより、段差部が設けられたティース絶縁部の側面において、隣り合う平角線同士が段違い状態で面接触することから、平角線の巻乱れおよび巻崩れが抑制される。

また、上述のような電動機用ステータとして、ステータコアのティース部およびヨーク部と平角線（ステータコイル）との間に配置されるインシュレータにより、ロータの回転中心から放射状に伸びてティース部の中心を通る直線ＣＬに対して断面が所定の角度だけ傾くように平角線を位置決めするものも知られている（例えば、特許文献２参照）。この電動機用ステータでは、インシュレータのティース部に面する中央部に、三角形断面を有する複数の凸部が直線ＣＬの延在方向に沿って形成されており、隣接する凸部間に位置決め用の溝が形成される。そして、平角線は、断面の対角線の一方が直線ＣＬと平行をなすように隣接する凸部間の溝に嵌め込まれる。これにより、直線ＣＬの延在方向に沿って移動しようとする導線が隣接する導線に引っ掛かることで、巻線時における導線のずれや、それに起因した占積率の低下が抑制される。

特開２００４−３５０４５０号公報 特開２００７−２４４１１５公報

上記特許文献１に記載された電動機用ステータにおいて、平角線は、ティース部と対向する側面が当該ティース部の中心を通ってステータコアの径方向に延びる中心線（巻回軸）と平行をなすように巻回される。このため、ヨーク部とティース部との境界に形成されるコア角部と、ティース絶縁部と延出部との境界に形成される絶縁ボビンの角部と、ティース絶縁部側で延出部と接触する平角線の一部の角部とが近接してしまい、これら３つの角部付近での電界集中の発生により絶縁耐力（対地絶縁性能）が低下してしまう。そして、特許文献１に記載の電動機用ステータにおける絶縁耐力を向上させるためには、絶縁ボビンの延出部の厚みを増加させざるを得ないが、当該延出部の厚みを増加させると、コイルの占積率が低下してしまう。

同様に、上記特許文献２に記載された電動機用ステータにおいても、コア角部とインシュレータの角部と平角線の角部とが近接しており、これら３つの角部付近での電界集中の発生を充分に抑制することができない。更に、特許文献２に記載の電動機用ステータにおいて、電界集中の発生を抑制すべくインシュレータの角部と平角線の角部とを離間させようとすると、隣接する凸部間の溝を浅くせざるを得ず、巻線時における導線のずれを抑制してコイルの占積率を向上させることが困難となる。

そこで、本発明は、電動機用ステータにおける絶縁耐力およびコイルの占積率をより向上させることを主目的とする。

本発明による電動機用ステータは、
複数のティース部および互いに隣り合う前記ティース部の間に形成される複数のスロットを有するステータコアと、角線を前記ティース部の外周面に沿うように巻回することにより構成される複数のコイルと、前記ステータコアと前記コイルとの間に配置されるインシュレータとを備えた電動機用ステータにおいて、
前記角線は、前記ティース部と対向する側面が前記ティース部の中心を通って前記ステータコアの径方向に延びる中心線と平行をなすように巻回され、
前記インシュレータは、前記ティース部の前記外周面を覆う筒状部と、前記スロットの底面と前記コイルとの間に位置するように前記筒状部から延出される延出部と、前記筒状部と前記延出部との境界に形成されるインシュレータ角部と、前記筒状部から突出して、前記延出部と当接する前記角線の一部の角部を前記インシュレータ角部から離間させるように前記角線の前記一部と当接する突出部とを含むことを特徴とする。

この電動機用ステータのコイルは、四角形状の断面を有する角線をティース部と対向する側面が当該ティース部の中心を通ってステータコアの径方向に延びる中心線と平行をなすように巻回することにより構成される。また、ステータコアとコイルとの間に配置されるインシュレータは、ティース部の外周面を覆う筒状部と、スロットの底面とコイルとの間に位置するように筒状部から延出される延出部と、筒状部と延出部との境界に形成されるインシュレータ角部と、筒状部から突出する突出部とを含む。そして、インシュレータの突出部は、延出部と当接する角線の一部の角部をインシュレータ角部から離間させるように当該角線の一部と当接する。これにより、ティース部とスロットの底面との境界に形成されるステータコアの角部とインシュレータ角部とが近接したとしても、延出部と当接する角線の一部の角部をインシュレータ角部（およびステータコアの角部）から離間させることができる。この結果、延出部と当接する角線の一部の角部付近における電界集中を抑制し、電動機用スタータにおける絶縁耐力（対地絶縁性能）をより向上させることが可能となる。更に、絶縁耐力を向上させるためにインシュレータの延出部の厚みを増加させる必要がなくなるので、ステータコアの径方向におけるコイルの占積率をより向上させることができる。従って、この電動機用ステータでは、絶縁耐力およびコイルの占積率をより向上させることが可能となる。

なお、突出部は、インシュレータ角部と、延出部と当接する角線の一部の角部との間に空隙を形成するように当該角線の一部と当接してもよく、当該空隙の上記中心線の延在方向における高さは、当該中心線の延在方向における角線の厚みよりも小さくてもよい。また、突出部は、インシュレータの延出部と当接する角線の一部と当接するのであれば、当該延出部と当接する角線の一部よりもステータコアの軸心側で当該角線と当接するように形成されてもよい。この場合、突出部は、上記中心線と直交する方向における厚みが一定になるように形成されてもよく、当該厚みがステータコアの軸心側からスロットの底面側に向かうにつれて漸増するように形成されてもよい。更に、コイルは、ステータコアへの装着に先立って角線を予め巻回することにより構成されてもよい。

本発明の一実施形態に係る電動機用ステータを示す断面図である。 図１の電動機用ステータの要部を示す拡大断面図である。 本発明の他の実施形態に係る電動機用ステータの要部を示す拡大断面図である。 本発明の更に他の実施形態に係る電動機用ステータの要部を示す拡大断面図である。

次に、図面を参照しながら本発明を実施するための形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る電動機用ステータ１を示す断面図であり、図２は、電動機用ステータ１の要部を示す拡大断面図である。これらの図面に示す電動機用ステータ１は、図示しないロータと共に、例えば電気自動車やハイブリッド自動車の走行駆動源あるいは発電機として用いられる３相交流電動機を構成するものであり、ステータコア２と、複数のコイル１０と、それぞれ対応するコイル１０とステータコア２との間に配置される複数のインシュレータ３０とを含む。

ステータコア２は、円環状に配列される複数の分割コア２０と、当該複数の分割コア２０が固定される図示しない固定リングとを有する。各分割コア２０は、電磁鋼板を複数積層して連結することにより構成され、ヨーク部２１と、当該ヨーク部２１の内周面からステータコア２の径方向に延在するように突出するティース部２２とを含む。ヨーク部２１は、ステータコア２の軸心と直交する断面が略円弧状を呈するように形成される。ティース部２２は、ステータコア２の軸心と直交する断面がヨーク部２１から離間するにつれて先細になると共に、ステータコア２の径方向からみて略長方形状の断面を有するように形成される。また、ヨーク部２１とティース部２２との境界には、コア角部２３が形成される。

このような分割コア２０をヨーク部２１が円筒状に並ぶように環状に配列してステータコア２を構成することで、当該ステータコア２は、それぞれ外周側から軸心に向けて径方向に延びると共に周方向に間隔をおいて並ぶ複数のティース部２２と、互いに隣り合うティース部２２の間に形成される複数のスロット２４（図１参照）とを有することになる。なお、ステータコア２は、例えば強磁性粉体を加圧成形すると共に焼結させることより一体に形成されてもよい。

各コイル１０は、ステータコア２への装着に先立って、長方形状の断面を有する１本の平角線１１をティース部２２の外周面に沿うように巻回軸に沿って複数段（例えば１０段）だけ巻回すると共に、巻回軸の周りに複数回（本実施形態では、２回）だけ巻回することにより構成される。本実施形態において、平角線１１は、短辺側の側面１１ｓが巻回軸と平行をなすと共に、巻回軸を介して互いに対向するコイル１０の長手方向（ステータコア２の軸方向）に沿って延びる部分が巻回軸の一端から他端に向かうにつれて互いに接近するように巻回される。これにより、コイル１０は略四角錐台状の外形を呈する。また、各コイル１０の一端からは、長尺のバスバー部（渡り線）が延出され、その他端からは短尺の端子部が延出される（何れも図示省略）。

上述のように構成されるコイル１０は、分割コア２０のティース部２２にインシュレータ３０を介して装着される。すなわち、ティース部２２には、インシュレータ３０およびコイル１０が順番に嵌め込まれ、インシュレータ３０およびコイル１０が嵌め込まれた分割コア２０には樹脂モールドが施される。これにより、分割コア２０、インシュレータ３０、およびコイル１０が一体化され、インシュレータ３０を介してティース部２２と対向する平角線１１の側面１１ｓは、当該ティース部２２の中心（ステータコア２の周方向におけるティース部２２の中心）を通ってステータコア２の径方向に延びる中心線ＣＬ（図１における一点鎖線参照）と平行をなす。なお、コイル１０は、ティース部２２に平角線１１を直接巻き付けることにより構成されてもよい。更に、コイル１０は、正方形状の断面を有する角線を巻回することにより構成されてもよい。

電動機用ステータ１において、複数のコイル１０は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルに大別され、複数の分割コア２０が環状に配列されてステータコア２が構成された後、２個おきに電気的に接続される。すなわち、各コイル１０のバスバー部の端部は、対応する他のコイル１０の端子部に溶接等により電気的に接続される。更に、互いに隣り合う何れか２つのコイル１０は、他のコイル１０とは異なる形状のバスバー部を有しており、当該２つのコイル１０のバスバー部と、当該２つのコイル１０の一方の端子部とを電気的に接続することにより中性点が構成される。

ステータコア２（分割コア２０）とコイル１０との間に配置されるインシュレータ３０は、樹脂を射出成形することにより形成され、ティース部２２の外周面を覆う筒状部３１と、スロット２４の底面２４ｓ（図２参照）とコイル１０との間で両者と当接するように筒状部３１から延出される延出部（フランジ部）３２とを含む。筒状部３１は、ティース部２２の外周面にフィットするように形成され、ステータコア２の径方向からみて矩形枠状の断面を有する。また、ティース部２２の長手方向（ステータコア２の軸方向）に沿って延びる筒状部３１の一対の側壁部は、延出部３２から離間するにつれて互いに接近するように形成される。

延出部３２は、筒状部３１の一端側（開口面積が大きい側）の周縁部から外方に延出される。また、延出部３２の外周縁部には、当該延出部３２と当接する平角線１１の外周側の一部の側面１１ｓを支持するリップ部３４が形成されている。そして、筒状部３１と延出部３２との境界には、インシュレータ角部３３が形成され、当該インシュレータ角部３３は、インシュレータ３０が分割コア２０に取り付けられた際に上述のコア角部２３に近接する。

更に、インシュレータ３０は、ティース部２２の長手方向に沿って延びる筒状部３１の各側壁部から延出部３２と当接する平角線１１の一部に向けて上記中心線ＣＬと直交する方向（ステータコア２の周方向）に突出する突出部３５を含む。突出部３５は、図２に示すように、延出部３２の筒状部３１側の表面３２ｓから中心線ＣＬの延在方向に沿って平角線１１の長辺方向（中心線ＣＬの延在方向）における厚みｔだけ離間した位置と当該表面３２ｓから中心線ＣＬの延在方向に沿って厚みｔよりも短い間隔ｄ（ｄ＜ｔ）だけ離間した位置との間の範囲で、ティース部２２の長手方向に沿って延びる筒状部３１の各側壁部の厚みを中心線ＣＬと直交する方向に長さＬ（例えば、数ミリ程度）だけ増加させることにより形成される。

また、本実施形態において、突出部３５は、筒状部３１の各側壁部に対して、ティース部２２の長手方向（ステータコア２の軸方向）に間隔をおいて複数（例えば、筒状部３１の各側壁部の長手方向における両端部に１個ずつ）形成される。ただし、筒状部３１の各側壁部に対して、ティース部２２の長手方向に沿って延びる１つの突出部３５が形成されてもよく、突出部３５は、側壁部の全体に亘って延在するものであってもよい。更に、筒状部３１の側壁部には、それぞれ平角線１１の角部と当接する複数の段差部３６（図２参照）が形成されてもよい。

図２に示すように、分割コア２０のティース部２２にインシュレータ３０およびコイル１０が嵌め込まれると、インシュレータ３０の突出部３５は、延出部３２と当接する平角線１１の一部の筒状部３１および延出部３２の双方に近接する角部１１ｃをインシュレータ角部３３から離間させるように当該平角線１１の一部と当接する。すなわち、突出部３５の先端面は、延出部３２と当接する平角線１１の一部の側面１１ｓ（のみ）と当接し、突出部３５の内表面（図２における下面、すなわちステータコア２の軸心側の面）は、平角線１１の延出部３２と当接する一部の一段内側に位置する部分の外表面（図２における上面）と当接する。更に、中心線ＣＬの延在方向における延出部３２と突出部３５との間には、平角線１１の厚みｔよりも小さい中心線ＣＬの延在方向における高さ（＝ｄ）を有する空隙４０が形成される。そして、空隙４０の存在により、平角線１１のインシュレータ角部３３に近接する角部１１ｃは、インシュレータ角部３３から中心線ＣＬと直交する方向において距離Ｌだけ離間することになる。

この結果、電動機用ステータ１では、ティース部２２とスロット２４の底面２４ｓとの境界に形成されるコア角部２３とインシュレータ３０のインシュレータ角部３３とが近接したとしても、延出部３２と当接する平角線１１の一部の筒状部３１および延出部３２の双方に近接する角部１１ｃをインシュレータ角部３３およびコア角部２３から離間させることができる。従って、平角線１１の筒状部３１および延出部３２の双方に近接する角部１１ｃ付近における電界集中、更にはコア角部２３およびインシュレータ３０のインシュレータ角部３３付近における電界集中を抑制し、電動機用ステータ１における絶縁耐力（対地絶縁性能）をより向上させることが可能となる。

また、電動機用ステータ１では、絶縁耐力を向上させるためにインシュレータ３０の延出部３２の厚みを増加させる必要がなくなるので、巻回軸の延在方向に沿ったコイル１０の巻き数を増加させてステータコア２の径方向におけるコイル１０の占積率をより向上させることができる。更に、突出部３５をその先端面が延出部３２と当接する平角線１１の一部の側面１１ｓのみと当接するように構成することで、ティース部２２（およびインシュレータ３０）に対するコイル１０の挿入性をより向上させることが可能となる。

以上説明したように、延出部３２と当接する平角線１１の一部の角部１１ｃをインシュレータ角部３３から離間させるように当該平角線１１の一部と当接する突出部３５をインシュレータ３０に設けることで、電動機用ステータ１における絶縁耐力およびコイル１０の占積率をより向上させることが可能となる。

なお、インシュレータ３０に形成される突出部の構成は、上記突出部３５のものに限られない。すなわち、インシュレータ３０には、図３に示すように、延出部３２と当接する平角線１１の一部に加えて、当該平角線１１の一部よりもステータコア２の軸心側で平角線１１（その全段）と当接する突出部３５Ｂが形成されてもよい。図３に示す突出部３５Ｂは、延出部３２の表面３２ｓから中心線ＣＬの延在方向に沿って間隔ｄ（ｄ＜ｔ）だけ離間した位置よりも筒状部３１の遊端側（図３における下側）の範囲で、当該筒状部３１の各側壁部の厚みを所定長さ（一定長さ、例えば、数ミリ程度）増加させることにより形成される。また、突出部３５Ｂのように中心線ＣＬと直交する方向における厚みを一定にする代わりに、図４に示す突出部３５Ｃのように、中心線ＣＬと直交する方向における厚みをステータコア２の軸心側（図４における下側）からスロット２４の底面２４ｓ側に向かうにつれて漸増させてもよい。更に、分割コア２０（ステータコア２）の構造によっては、インシュレータ３０の筒状部３１の端壁部に対して、上述のような突出部を設けてもよい。

そして、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の外延の範囲内において様々な変更をなし得ることはいうまでもない。更に、上記発明を実施するための形態は、あくまで課題を解決するための手段の欄に記載された発明の具体的な一形態に過ぎず、課題を解決するための手段の欄に記載された発明の要素を限定するものではない。

本発明は、電動機の製造分野等において利用可能である。

１ 電動機用ステータ、２ ステータコア、１０ コイル、１１ 平角線、１１ｃ 角部、１１ｓ 側面、２０ 分割コア、２１ ヨーク部、２２ ティース部、２３ コア角部、２４ スロット、２４ｓ 底面、３０ インシュレータ、３１ 筒状部、３２ 延出部、３２ｓ 表面、３３ インシュレータ角部、３４ リップ部、３５，３５Ｂ，３５Ｃ 突出部、３６ 段差部、４０ 空隙。

Claims (1)

1. 複数のティース部および互いに隣り合う前記ティース部の間に形成される複数のスロットを有するステータコアと、角線を前記ティース部の外周面に沿うように巻回することにより構成される複数のコイルと、前記ステータコアと前記コイルとの間に配置されるインシュレータとを備えた電動機用ステータにおいて、
   前記角線は、前記ティース部と対向する側面が前記ティース部の中心を通って前記ステータコアの径方向に延びる中心線と平行をなすように巻回され、
   前記インシュレータは、前記ティース部の前記外周面を覆う筒状部と、前記スロットの底面と前記コイルとの間に位置するように前記筒状部から延出される延出部と、前記筒状部と前記延出部との境界に形成されるインシュレータ角部と、前記筒状部から突出して、前記延出部と当接する前記角線の一部の角部を前記インシュレータ角部から離間させるように前記角線の前記一部と当接する突出部とを含むことを特徴とする電動機用ステータ。

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