JP2016052226A - 回転電機用ステータ - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁紙のコストを抑制しつつ、コイル巻線の組付け時の作業性を向上させることができる回転電機用ステータを提供する。【解決手段】ステータは、スロット２０を有するステータコアと、スロット２０内に挿入配置されるコイル巻線１５と、スロット２０内においてステータコアとコイル巻線１５とを電気的に絶縁する絶縁紙２２とを備える。スロット２０の軸方向両端部に対応する絶縁紙２２の部分には、発泡接着部２４が設けられている。発泡接着部２４は、ステータコアへの絶縁紙２２およびコイル巻線１５の組付け後の加熱により生じる膨張および粘着性によって、コイル巻線１５をステータコアに接着固定する。【選択図】図４

Description

本発明は、回転電機用ステータに関し、特にステータコアとコイル巻線との絶縁構造の改良に関する。

従来、特開２０１２−２３９３２２号公報（以下、特許文献１という）には、回転電機のステータにおいて、ステータコアのスロット内に配置した絶縁紙の内側にステータコイルを構成するコイル巻線を軸方向から挿入して配置することが記載されている。この絶縁紙には、ステータコア側の表面に発泡層が設けられ、コイル巻線側の表面に接着層が設けられており、ステータの組付け後の加熱によって絶縁紙の発泡層を膨張させるとともに、絶縁紙の接着層でコイル巻線に接着させることで、コイル巻線をステータコアに固定することが記載されている。

特開２０１２−２３９３２２号公報

上記特許文献１に記載されるように、絶縁紙の表裏面全体に発泡層や接着層を設けると、絶縁紙のコストが高くなるという問題がある。また、絶縁紙のコイル巻線側の表面全体に接着層が設けられていると、先にスロット内に配置された絶縁紙の内側にコイル巻線を挿入配置する際、接着層が常温で粘着性を有する場合にコイル巻線の挿入作業を行いにくいという問題もある。

本発明の目的は、絶縁紙のコストを抑制しつつ、コイル巻線の組付け時の作業性を向上させることができる回転電機用ステータを提供することである。

本発明に係る回転電機用ステータは、スロットを有するステータコアと、前記スロット内に挿入配置されるコイル巻線と、前記スロット内において前記ステータコアと前記コイル巻線とを電気的に絶縁する絶縁紙と、を備える回転電機用ステータであって、前記スロットの軸方向両端部に対応する前記絶縁紙の部分に発泡接着部が設けられており、前記発泡接着部は、前記ステータコアへの前記絶縁紙および前記コイル巻線の組付け後の加熱によって生じる膨張および接着性によって、前記コイル巻線を前記ステータコアに接着固定するものである。

本発明に係る回転電機用ステータによれば、ステータコアにコイルおよび絶縁紙を組み付けた後の加熱により絶縁紙の端部領域に設けられた発泡接着部が膨張しかつ粘着性を発現することによって、スロットの軸方向端部においてコイル巻線がステータコアに接着固定される。このように絶縁紙の軸方向両端だけに発泡接着部を設けることで、絶縁紙のコストを抑制できる。また、発泡接着部は、絶縁紙の軸方向両端のみに部分的に設けられているので、絶縁紙の内側にコイル巻線を挿入配置する際に、挿入作業の妨げになりにくく、コイル巻線の組付け作業性を向上させることができる。

本発明の一実施形態である回転電機用ステータにおける軸方向と直交する方向の一部断面図である。 図１における１つのスロットを拡大して示す詳細断面図である。 図２に示す絶縁紙の斜視図である。 （ａ）はステータコアに組み付けられた絶縁紙の発泡前の状態を示し、（ｂ）は発泡後の状態を示す図である。 （ａ）は別のステータコアに組み付けられた絶縁紙の発泡前の状態を示し、（ｂ）は発泡後の状態を示す図である。

以下に、本発明に係る実施形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。また、以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて用いることは当初から想定されている。

図１は、本発明の一実施形態である回転電機用ステータ（以下、適宜に「ステータ」とだけいう）１０の一部断面図である。図１において、ステータ１０の周方向が矢印Ｃで示され、径方向が矢印Ｒで示される。なお、ステータ１０（すなわちステータコア）の軸方向は図１の紙面に垂直な方向である。

ステータ１０は、略円筒状をなすステータコア１２と、ステータコア１２に巻装されたコイル１４とを備える。ステータ１０の内側に、ギャップを介してロータ（図示せず）が回転可能に設けられて回転電機が構成される。

ステータコア１２は、多数枚の円環状の磁性板を積層して一体に連結することにより形成される。ステータコア１２は、周方向（矢印Ｃ）に延びる環状のヨーク１６と、このヨーク１６の内周面から径方向（矢印Ｒ）内方へ突出しかつ周方向に間隔をあけて設けられたティース１８とを備えている。そして、周方向に隣り合うティース１８間には、スロット２０が形成されている。スロット２０は、径方向内方に向けて開口するとともに、ステータコア１２の軸方向に延伸して軸方向両端で開口している。

図２は、図１における１つのスロット２０を拡大して示す断面図である。スロット２０は、径方向と直交する方向の幅ｗが一定の略長方形状の断面を有する。スロット２０は、隣り合う２つのティース１８の互いに対向するティース側面１８ａ，１８ｂと、スロット２０に対向するヨーク側面１６ａとにより規定されている。

また、スロット２０の径方向内方の開口部２１は、隣り合う２つのティース１８の各先端から周方向に対向して突出する突出部１９ａ，１９ｂによって規定されている。これにより、上記開口部２１は、スロット２０の幅ｗよりも狭く形成されている。このように開口部２１がスロット２０の内部よりも狭くなっていることで、後述するようにスロット２０内に挿入配置されたコイル１４を構成するコイル巻線がスロット２０から抜け出ないようになっている。

スロット２０内には、絶縁紙２２が略コ字状に折り曲げられた状態で配置されている。絶縁紙２２は、スロット２０を規定するティース側面１８ａ，１８ｂおよびヨーク側面１６ａに沿って設けられている。また、絶縁紙２２は、ステータコア１２の軸方向端部からスロット２０内に挿入して配置することができる。この絶縁紙２２は、スロット２０内に配置されるコイル１４とステータコア１２とを電気的に絶縁する機能を有する。そのため、絶縁紙２２は、例えば、絶縁性樹脂からなるシート材またはフィルム材で構成するのが好適である。

このようにスロット２０内に配置された絶縁紙２２の内側には、コイル１４を構成するコイル巻線１５が挿入配置されている。コイル巻線１５は、例えば、略長方形状の断面をなす平角線で構成される。本実施形態では、１つのスロット２０内で１０本のコイル巻線１５が径方向に並んで配置される例が示される。

コイル１４を構成するコイル巻線１５は、平角線を略Ｕ字状に曲げ形成した導体セグメントによりそれぞれ形成することができる。各コイル巻線１５は、導体セグメントの２つの脚部を周方向に離れた２つのスロット２０に、ステータコア１２の軸方向一方端面から挿入して配置される。そして、ステータコア１２の軸方向他方端面から突出した脚部を曲げ加工して、径方向に隣接する別の導体セグメントの脚部、あるいは、周方向に離れて位置するスロット２０内に挿入配置された別の導体セグメントの脚部に対し、例えば溶接等によって接続される。これにより、ステータコア１２に分布巻によって巻装されたコイル１４が構成される。

図３は、図２に示す絶縁紙２２の斜視図である。図３では、ステータ１０の軸方向が矢印Ａで示されている。上述したように、絶縁紙２２は、例えば樹脂シート材を略コ字状に曲げ加工して形成されている。絶縁紙２２は、スロット２０内に配置されたときに、ティース側面１８ａ，１８ｂにそれぞれ対向する周方向壁部２３ａ，２３ｂと、これらの周方向壁部２３ａ，２３ｂに連設されてスロット２０のヨーク側面１６ａに対向する径方向壁部２３ｃとを含む。

絶縁紙２２の周方向壁部２３ａ，２３ｂにおいて軸方向の両端部分には、発泡接着部２４がそれぞれ設けられている。発泡接着部２４は、スロット２０内に配置されたときに、ステータコア１２の軸方向端部に対応する部分である。

また、発泡接着部２４は、絶縁紙２２を構成する樹脂製シート材の表面に、加熱により発泡膨張するとともに粘着性を発現する材料（例えばエポキシ系発泡樹脂材料）を塗布することによって形成することができる。あるいは、このような発泡性および粘着性を発現する樹脂材料によって形成されたシート材を絶縁紙２２の周方向壁部２３ａ，２３ｂの両端部に一体に連結させて発泡接着部２４が設けられてもよい。

ここで、発泡接着部２４は、絶縁紙２２の径方向壁部２３ｃの端部には設けないこととするのが好ましい。これは、絶縁紙２２の径方向壁部２３ｃに発泡接着部２４を設けた場合、スロット２０内に整列配置されたコイル巻線１５が発泡接着部２４の膨張によって押されることで、コイル巻線１５の位置が径方向内方（図２中の下側）にずれることになるからである。ただし、このようなコイル巻線１５の位置ずれ量が許容される範囲内であれば、絶縁紙２２の径方向壁部２３ｃにも発泡接着部２４が設けられてもよい。

続いて、さらに図４を参照して、上記の構成を有するステータ１０の組付け作業と加熱工程について説明する。図４（ａ）はステータコア１２に組み付けられた絶縁紙２２の発泡前の状態を示し、（ｂ）は発泡後の状態を示す図である。

まず、ステータコア１２のスロット２０内に絶縁紙２２を挿入配置する。次いで、スロット２０内に配置された絶縁紙２２の内側に導体セグメントを挿入配置する。そして、各導体セグメントの脚部を曲げ加工および溶接してコイル１４およびコイル巻線１５が形成される。このときのスロット２０内の様子が図４（ａ）に示される。これに示すように、スロット２０の軸方向端部では、絶縁紙２２の発泡接着部２４とティース側面１８ａ，１８ｂおよびコイル巻線１５との間には、組付けの余裕代となる程度の隙間が形成されている。なお、図４（図５でも同様）では、見やすくするために絶縁紙２２とティース側面１８ａ，１８ｂおよびコイル巻線１５との間の隙間は誇大に示してある。

その後、絶縁紙２２およびコイル巻線１５が組み付けられたステータコア１２を例えば加熱炉で加熱する。これにより、図４（ｂ）に示すように、発泡接着部２４が発泡膨張するとともに粘着性を発現する。その結果、コイル巻線１５は、膨張した発泡接着部２４によって周方向両側から押し付けられた状態となってティース１８（すなわちステータコア１２）に強固に接着固定される。このようにしてステータコア１２の軸方向端部においてコイル巻線１５が強固に接着固定されることで、コイル１４がステータコア１２に安定して固定される。

上述したように、本実施形態のステータ１０によれば、絶縁紙２２の両端部に設けた発泡接着部２４によってコイル１４をステータコア１２に安定して固定できる。したがって、ステータ１０を含む回転電機が例えば車両に搭載されたとき、振動や温度変化等に起因してコイル１４がステータコア１２に対して動くことによって生じるコイル１４の断線や絶縁性低下を抑制できる。このようなコイル１４の断線や絶縁性低下（すなわち絶縁皮膜の損傷）は、ステータコア１２の軸方向外部に位置するコイル１４のコイルエンド部で特に生じやすいため、本実施形態のようにステータコア１２の軸方向端部においてコイル１４を構成するコイル巻線１５をステータコア１２に固定することがコイル巻線１５の動きを抑制するのに効果的である。

また、ステータコア１２にコイル１４をワニス等の低粘度硬化剤を用いて固定する場合には、必要部分以外への食み出しを防止するための事前処置や、ステータコア１２のティース先端側に食み出た場合の除去作業が必要になるが、本実施形態によれば簡易な工程でステータコア１２にコイル１４をしっかりと固定できる。

また、コイル１４を非膨張性の接着剤によってステータコア１２に接着固定する場合には接着剤量を適量に調整しないと部品間の寸法公差を吸収できずにコイルの固定強度が低下したり食み出した接着剤の除去作業が必要になったりするが、本実施形態では発泡接着部２４が膨張してスロットとコイル巻線との間の隙間を確実に埋めた状態で接着固定することができる。

また、本実施形態では、絶縁紙２２の両端部だけに発泡接着部２４を設けたことで、絶縁紙２２の全面にわたって発泡接着部を設ける場合に比べて、絶縁紙２２のコストを大幅に抑制することができる。

さらに、絶縁紙２２の内面全体に発泡接着部２４が形成されていると、コイル巻線１５を構成する導体セグメントをスロット２０内に挿入するときに発泡接着材と接触することによって挿入しにくくなることが起こり得るが、本実施形態によれば、発泡接着部２４が絶縁紙２２の両端部だけに設けられ且つ加熱による発泡時に接着性を発現するため、導体セグメントの挿入作業を妨げになりにくく、コイル巻線の組付け作業性を向上させることができる。

なお、本発明に係る回転電機用ステータは、上記の実施形態および変形例に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲およびその均等な範囲内において種々の変更や改良が可能である。

例えば、図５に示すように、ステータコア１２の軸方向端部においてスロット２０の開口部を広げる段部２６を形成してもよい。このような段部２６を設けることで、コイル巻線１５を挿入する際に絶縁紙２２の発泡接着部２４が撓んで逃げやすくなる。その結果、コイル巻線１５を挿入する作業がより一層行い易くなるとともに、発泡接着部２４を構成する発泡接着材料が削られるのを抑制することができる。

１０ ステータ、１２ ステータコア、１４ コイル、１５ コイル巻線、１６ ヨーク、１６ａ ヨーク側面、１８ ティース、１８ａ，１８ｂ ティース側面、１９ａ，１９ｂ 突出部、２０ スロット、２１ 開口部、２２ 絶縁紙、２３ａ，２３ｂ 周方向壁部、２３ｃ 径方向壁部、２４ 発泡接着部、２６ 段部、Ａ 軸方向、Ｃ 周方向、Ｒ 径方向、ｗ 幅。

Claims (1)

1. スロットを有するステータコアと、
   前記スロット内に挿入配置されるコイル巻線と、
   前記スロット内において前記ステータコアと前記コイル巻線とを電気的に絶縁する絶縁紙と、を備える回転電機用ステータであって、
   前記スロットの軸方向両端部に対応する前記絶縁紙の部分に発泡接着部が設けられており、前記発泡接着部は、前記ステータコアへの前記絶縁紙および前記コイル巻線の組付け後の加熱によって生じる膨張および粘着性によって、前記コイル巻線を前記ステータコアに接着固定する、回転電機用ステータ。

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