JP2016096597A - 回転電機用ステータ、および、その製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発泡材が発泡し過ぎてもスロット内の導体占積率に影響することなく、コイルを固定することができる回転電機用ステータおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】回転電機用ステータは、ティースを有するステータコアと、ティースの周囲に巻装されるコイルと、ティースとコイルとの間に配置されるインシュレータ７とを備える。インシュレータ７は、ティースの周囲に配置された状態で、ティースの軸方向端面に対向する軸方向壁部２０ａ，２０ｂとティースの周方向側面に対向する周方向壁部２２ａ，２２ｂとを有し、軸方向壁部２０ａ，２０ｂのみが発泡シート２４を含んで構成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転電機用ステータ、および、その製造方法に関する。

従来、例えば特開２０１４−９３８９３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、ティースの周囲にインシュレータを配置し、このインシュレータの周囲に膨張材のコア装着部を配置し、この膨張材のコア装着部の周囲にコイルを集中巻で巻回したものが記載されている。また、この膨張材には、周方向に隣り合うティースにそれぞれ巻回される異相のコイル間にスロット内において介在される相間装着部が一体に設けられている。

特開２０１４−９３８９３号公報

上記特許文献１の回転電機のステータでは、周方向に隣り合うティース間に形成されたスロット内にも膨張材のコア装着部および相間装着部が配置されている。そのため、膨張材が膨張し過ぎると、スロット内に占めるコイルの導線の体積率である占積率が低下するおそれがある。

本発明の目的は、発泡材が発泡し過ぎてもスロット内の導体占積率に影響することなく、コイルを固定することができる回転電機用ステータおよびその製造方法を提供することである。

本発明の一態様である回転電機用ステータは、周方向に延在するヨーク、および、このヨークから径方向に突出するとともに周方向に間隔をあけて設けられるティースを有するステータコアと、前記ティースの周囲に巻装されるコイルと、前記ティースと前記コイルとの間に配置されるインシュレータと、を備える回転電機用ステータであって、前記インシュレータは、前記ティースの周囲に配置された状態で、前記ティースの軸方向端面に対向する軸方向壁部と前記ティースの周方向側面に対向する周方向壁部とを有し、前記軸方向壁部のみが発泡材を含んで構成されるものである。

本発明に係る回転電機用ステータにおいて、前記インシュレータは、前記ヨークに対向するフランジ部と、このフランジ部からステータコア径方向に延出して前記ティースの周方向両側面にそれぞれ対向する２つの前記周方向壁部とを一体的に有し、前記インシュレータの前記軸方向壁部を構成する発泡材は、その周方向両端部が前記２つの周方向壁部の軸方向端部に接合されていてもよい。

この場合、前記インシュレータの前記周方向壁部の軸方向端部が前記発泡材より軸方向外側に位置してもよい。

また、本発明に係る回転電機用ステータにおいて、前記発泡材は、絶縁性フィルムからなる基材と、この基材の少なくともステータコア側表面に積層された発泡層とから構成されてもよい。

この場合、前記発泡層のステータコア側には接着層が積層されてもよいし、あるいは、前記発泡層は接着層を兼ねてもよい。

本発明の別態様である回転電機用ステータの製造方法は、ティースを有するステータコア、および、ティース組付状態で前記ティースの軸方向端面に対向する軸方向壁部と前記ティースの周方向側面に対向する周方向壁部とを有し前記軸方向壁部のみが発泡材を含んで構成されるインシュレータを準備する準備工程と、前記インシュレータにコイルを巻回する巻回工程と、前記コイルを巻回した前記インシュレータを前記ステータコアのティースに径方向から組み付ける組付工程と、前記コイルおよび前記インシュレータが組み付けられた前記ステータコアを加熱することにより前記インシュレータの軸方向壁部の発泡材を発泡膨張させて前記コイルおよび前記インシュレータを前記ステータコアに固定する固定工程と、を含む。

本発明に係る回転電機用ステータおよびその製造方法によれば、発泡材がステータコアのスロット外に位置するインシュレータの軸方向壁部のみに設けられているため、発泡シートが発泡し過ぎた場合にも、スロット内の導体占積率に影響を与えることなく、コイルをインシュレータ等に固定することができる。

本実施形態のステータを含む回転電機の軸方向と直交する方向の断面図である。 インシュレータの斜視図である。 図２におけるＡ−Ａ断面の一例である。 図２におけるＢ−Ｂ断面の一例を示す図である。 インシュレータの軸方向壁部を構成する発泡シートの斜視図と一部拡大図である。 ステータの製造方法の手順を示すフローチャートである。 図１に示す１つのティースについて、インシュレータの軸方向壁部が発泡する前の状態を示す断面図である。 図１に示す１つのティースについて、インシュレータの軸方向壁部が発泡した後の状態を示す断面図である。 インシュレータの変形例を示す、図３に対応する図である。 インシュレータの変形例を示す、図４に対応する図である。 発泡シートの変形例を示す図である。 発泡シートの別の変形例を示す図である。

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、本実施形態のステータ２を含む回転電機１の軸方向と直交する方向の断面図である。図１において、ステータ径方向が矢印Ｒで示され、ステータ周方向が矢印Ｃで示してある。また、ステータ軸方向は、図１の紙面に垂直な方向（図２中の矢印Ｄ方向に相当）である。

回転電機１は、略円筒状をなすステータ２と、ステータ２の径方向内側にギャップ３を介して設けられたロータ４とを備える。ロータ４は、中心に固定されたシャフト４ａを介して、回転電機１を収容するケース（図示せず）に回転可能に支持されている。図１では、永久磁石４ｂを内蔵するロータ４を示すが、永久磁石を含まないタイプのロータであってもよい。

ステータ２は、ステータコア５と、ステータコア５に巻装されたコイル６と、ステータコア５とコイル６とを絶縁するインシュレータ７とを備える。

ステータコア５は、例えば電磁鋼板を略円環状に打ち抜き加工したものを多数枚積層して、カシメ、溶接等によって一体に連結されて構成される磁性板材の積層体である。ステータコア５は、略円環状をなすヨーク８と、ヨーク８の径方向内側から突出するとともに周方向に所定間隔で形成された複数のティース９とを有する。これにより、周方向に隣り合うティース９の間には、溝状のスロット１０が軸方向両側および径方向内側に開口して形成されている。また、本実施形態では、ティース９は、径方向に直交する方向の幅Ｗｔが一定に形成されている。ただし、ティースは一定幅のものに限定されるものではなく、内径側へ行くほど幅狭となる台形状等の他の形状であってもよい。

なお、本実施形態ではステータコア５は、環状の磁性板材積層体として一体に形成されているものとして説明するが、ヨーク８がティース９の両側で周方向に所定間隔に分断された分割コアからなってもよい。この場合、分割コアは、略円弧状のヨークとティースとで平面視が略Ｔ字状をなす。このような分割コアを環状に配列し、その外周側に円筒状ケースを焼嵌め、圧入等によって外装することにより一体に連結されステータコアが構成されてもよい。また、ステータコア５および上記分割コアは、磁性粉末を樹脂コーティングしたものを成形型で圧縮成形した圧粉磁心として形成されてもよい。

コイル６は、例えば絶縁皮膜を有する銅線等の導線をインシュレータ７の周囲に巻回して形成されている。本実施形態ではコイル６は、各ティース９に集中巻方式でそれぞれ巻装されている。図１（および図７Ａ，図７Ｂ）では、コイル６を構成する導線の断面が円形であるものとして示すが、これに限定されるものではなく、平角形等の他の断面形状であってもよい。

インシュレータ７は、ステータコア５とコイル６とを電気的に絶縁する機能を有する。また、本実施形態におけるインシュレータ７は、コイル６をステータコア５に固定する機能も有する。

図２は、インシュレータ７の斜視図である。図２には、ステータ軸方向に対応する方向が矢印Ｄで示されている。また、図３は図２におけるＡ−Ａ断面図であり、図４は図２におけるＢ−Ｂ断面図である。さらに、図５は、インシュレータ７の軸方向壁部を構成する発泡シートの斜視図と一部拡大図である。

図２に示すように、インシュレータ７は、ステータコア５のティース９に組み付けられた状態で、径方向内側に位置する長方形枠状の内径側フランジ部１２と、径方向外側に位置するとともに内径側フランジ部１２よりも大きい長方形枠状の外径側フランジ部１４と、内径側フランジ部１２および外径側フランジ部１４の間に連結される筒状の本体部１６とを一体的に備える。内径側フランジ部１２および外径側フランジ部１４は、本体部１６の径方向両側端部から径方向と直交する外方向に延出している。

インシュレータ７の内径側フランジ部１２は、本体部１６に巻回されたコイル６が径方向内側へ脱落するのを抑制する壁部である。これに対し、外径側フランジ部１４は、ステータコア５のヨーク８に当接してステータコア５に対するインシュレータ７の径方向位置を決めるとともに、コイル６とヨーク８間の絶縁性を確保する壁部である。なお、上記内径側フランジ部１２を省略して、予め成形されたコイル６をインシュレータの本体部に径方向から挿入して巻装できるようにしてもよい。

インシュレータ７の本体部１６は、ステータコア５に集中巻方式で巻装されるコイル６が巻回される部分であり、コイル６とティース９との間の絶縁性を確保する機能を有する。本体部１６は、直方体状の内部空間１８を有する筒状をなす。この内部空間１８は、ステータコア５のティース９を収容できる形状および寸法に形成されている。また、インシュレータ７の本体部１６は、インシュレータ７が内部空間１８にティース９を収容した状態に組み付けられたとき、ティース９の軸方向端面９ａ（一方の端面のみ図示）に対向する軸方向壁部２０ａ，２０ｂと、ティース９の周方向側面９ｃ，９ｄにそれぞれ対向する周方向壁部２２ａ，２２ｂとを一体的に有している。

インシュレータ７の本体部１６を構成する周方向壁部２２ａ，２２ｂは、径方向（矢印Ｒ）両側において内径側フランジ部１２および外径側フランジ部１４に連結されている。インシュレータ７を構成する内径側および外径側フランジ部１２，１４と周方向壁部２２ａ，２２ｂとは、例えば、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）等の絶縁性樹脂で射出成形することによって一体に成形されている。また、外径側フランジ部１４には、インシュレータ７を径方向内側からティース９に挿入するための長方形状の開口部が形成されている。

これに対し、インシュレータ７の本体部１６を構成する軸方向壁部２０ａ，２０ｂは、発泡シート（発泡材）２４によって構成されている。発泡シート２４は、図５に示すように、例えばポリエチレンナフタレート等の樹脂製の絶縁フィルムからなる基材２４ａと、基材２４ａの両側表面にそれぞれ積層された発泡層２４ｂと、発泡層２４ｂの上にそれぞれ積層された接着層２４ｃとを含む。

発泡シート２４を構成する発泡層２４ｂは、所定温度に加熱されることによって発泡膨張する特性を有する。発泡層２４ｂには、公知または周知の発泡材（例えばエポキシ系発泡樹脂材等）を用いることができる。また、発泡シート２４を構成する接着層２４ｃは、例えば不飽和ポリエステル系樹脂材料等からなる接着剤を用いて形成することができる。また、接着層２４ｃは、加熱により接着性を発現する感熱接着剤を用いて形成するのが好適である。これにより、常温下で発泡シート２４を扱いやすくなり、インシュレータ７の製造が容易となる利点がある。

図４に示すように、発泡シート２４は、周方向の両側端部が周方向壁部２２ａ，２２ｂに突出形成された張出部２６上にそれぞれ接合されている。これにより、インシュレータ７がティース９に組み付けられたとき、発泡シート２４がティース９の軸方向端面９ａに対向配置された状態になる。また、発泡シート２４は、上記のようにフランジ部１２，１４および周方向壁部２２ａ，２２ｂを成形する際に予め成形型内に配置してインサート成形することによって、周方向壁部２２ａ，２２ｂの各張出部２６上に一体的に接合することができる。あるいは、発泡シート２４は、その表面にある接着層または別の接着剤等によって上記張出部２６に接着されてもよい。

さらに、本体部１６の周方向壁部２２ａ，２２ｂの軸方向端部２１ａ，２１ｂは、発泡シート２４の表面よりも軸方向外側へ突出した位置にある。換言すれば、発泡シート２４の表面が周方向壁部２２ａ，２２ｂの軸方向端部２１ａ，２１ｂより凹んだ位置になっている。これにより、インシュレータ７の本体部１６にコイル６を巻回するとき、コイル導線が発泡シート２４に接触して剥がれたり損傷したりするのを抑制することができる。

ただし、軸方向壁部２０ａ，２０ｂを構成する発泡シート２４の配置は上記の形態に限定されるものではない。例えば、発泡シート２４の表面が周方向壁部２２ａ，２２ｂの軸方向端部２１ａ，２１ｂと面一となるように配置されてもよいし、あるいは、発泡シート２４の周方向両端部が周方向壁部２２ａ，２２ｂの軸方向端部２１ａ，２１ｂ上に接合されてもよい。この場合、周方向壁部２２ａ，２２ｂに張出部２６を設ける必要がなく、周方向壁部２２ａ，２２ｂが軸方向にわたって一定厚みに形成されてもよい。また、発泡シート２４は、軸方向壁部２０ａ，２０ｂの全面を構成しなくてもよく、その一部を構成するものであってもよい。

次に、図６，図７Ａおよび図７Ｂを参照して、上記構成からなるステータ２の製造方法について説明する。図６は、ステータ２の製造方法の手順を示すフローチャートである。図７Ａは、図１に示す１つのティース９について、インシュレータ７の軸方向壁部２０ａ，２０ｂが発泡する前の状態を示す断面図である。図７Ｂは、図１に示す１つのティース９について、インシュレータ７の軸方向壁部２０ａ，２０ｂが発泡した後の状態を示す断面図である。図７Ａおよび図７Ｂにおいては、ティース９の軸方向一端側だけを示すが、軸方向他端側についても同様である。

図６を参照すると、ステップＳ１０において、ステータコア５とインシュレータ７とを準備する。ステータコア５およびインシュレータ７の構成は上述した通りである。次に、ステップＳ１２において、インシュレータ７にコイル６を巻回する。続いて、ステップＳ１４において、コイル６が巻回されたインシュレータ７をステータコア５のティース９に径方向内側から嵌め込んで組み付ける。

このときの状態が図７Ａに示される。図７Ａを参照すると、インシュレータ７の本体部１６において軸方向壁部２０ａを構成する発泡シート２４とティース９の軸方向端面９ａとの間には、張出部２６の厚みにほぼ相当する隙間が形成されている。また、発泡シート２４とコイル６との間にも、図４を参照して上述したように周方向壁部２２ａ，２２ｂの各軸方向端部２１ａ，２１ｂの突出量に相当する隙間が形成されている。

そして、続くステップＳ１６において、コイル６およびインシュレータ７が組み付けられたステータコア５を加熱炉内で所定温度に加熱する。これにより、図７Ｂに示すように、インシュレータ７の軸方向壁部２０ａを構成する発泡シート２４が発泡してティース９とコイル６との間を埋めるように膨張し、発泡シート２４の膨張による軸方向外側への突っ張り力がコイル６に作用する。また、このとき発泡シート２４の表裏面に設けられた接着層２４ｃが加熱により粘着性を発現して、コイル６およびティース９に接着される。その結果、コイル６およびインシュレータ７がステータコア５にがたつきなく安定して接着固定される。

それから、ステータコア５の各ティース９に固定されたコイル６同士をバスバー等により電気的に接続することによってステータ２が出来上がる。

上述したように本実施形態の回転電機用ステータ２によれば、発泡シート２４がステータコア５のスロット１０外に位置するインシュレータ７の軸方向壁部２０ａのみに設けられている。そのため、発泡シート２４が発泡し過ぎた場合にも、スロット１０内の導体占積率に影響を与えることなく、インシュレータ７を介してコイル６をステータコア５にしっかりと固定することができる。

なお、本発明に係る回転電機用ステータは、上述した実施形態およびその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に記載された事項およびその均等な範囲内において種々の改良や変更が可能である。

例えば、上記においては、インシュレータ７の本体部１６の軸方向壁部２０ａ，２０ｂを発泡シート２４のみで構成する例について説明したが、これに限定されるものではなく、図８および図９に示すように、インシュレータ７の本体部１６の軸方向壁部２０ａを内径側フランジ部１２、外径側フランジ部１４および周方向壁部２２ａ，２２ｂと一体的に形成し、その軸方向壁部２０ａ上に発泡シート２４を接合して配置してもよい。この場合でも、コイル６は発泡シート２４の発泡膨張によってインシュレータ７と強固に固定される。

また、上記では、発泡シート２４が絶縁フィルムからなる基材２４ａの両面に発泡層２４ｂをそれぞれ設け、各発泡層２４ｂの表面に接着層２４ｃをそれぞれ設けた例について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図１０（ａ）に示す発泡シート２４のように、基材２４ａのステータコア側の表面だけに発泡層２４ｂおよび接着層２４ｃを積層形成してもよい。これによっても発泡シート２４の発泡による突っ張り力がコイル６に作用するため、コイル６およびインシュレータ７をティース９にしっかりと固定することができる。あるいは、図１０（ｂ）に示す発泡シート２４のように、基材２４ａのステータコア側の表面に、発泡性および接着性を兼ね備える発泡接着層２４ｄを積層形成してもよい。この場合、基材２４ａのコイル側の表面にも発泡接着層２４ｄを積層形成してもよい。

１ 回転電機、２ ステータ、３ ギャップ、４ ロータ、４ａ シャフト、４ｂ 永久磁石、５ ステータコア、６ コイル、７ インシュレータ、８ ヨーク、９ ティース、９ａ 軸方向端面、９ｃ，９ｄ 周方向側面、１０ スロット、１２ 内径側フランジ部、１４ 外径側フランジ部、１６ 本体部、１８ 内部空間、２０ａ，２０ｂ 軸方向壁部、２１ａ，２１ｂ 軸方向端部、２２ａ，２２ｂ 周方向壁部、２４ 発泡シート、２４ａ 基材、２４ｂ 発泡層、２４ｃ 接着層、２４ｄ 発泡接着層、２６ 張出部Ｃ 周方向、Ｄ 軸方向、Ｒ 径方向、Ｗｔ （ティースの）幅。

Claims (7)

1. 周方向に延在するヨーク、および、このヨークから径方向に突出するとともに周方向に間隔をあけて設けられるティースを有するステータコアと、
   前記ティースの周囲に巻装されるコイルと、
   前記ティースと前記コイルとの間に配置されるインシュレータと、を備える回転電機用ステータであって、
   前記インシュレータは、前記ティースの周囲に配置された状態で、前記ティースの軸方向端面に対向する軸方向壁部と前記ティースの周方向側面に対向する周方向壁部とを有し、前記軸方向壁部のみが発泡材を含んで構成される、
   回転電機用ステータ。
2. 請求項１に記載の回転電機用ステータにおいて、
   前記インシュレータは、前記ヨークに対向するフランジ部と、このフランジ部からステータコア径方向に延出して前記ティースの周方向両側面にそれぞれ対向する２つの前記周方向壁部とを一体的に有し、
   前記インシュレータの前記軸方向壁部を構成する発泡材は、その周方向両端部が前記２つの周方向壁部の軸方向端部に接合されている、回転電機用ステータ。
3. 請求項２に記載の回転電機用ステータにおいて、
   前記インシュレータの前記周方向壁部の軸方向端部が前記発泡材より軸方向外側に位置する、回転電機用ステータ。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転電機用ステータにおいて、
   前記発泡材は、絶縁性フィルムからなる基材と、この基材の少なくともステータコア側表面に積層された発泡層とから構成される、回転電機用ステータ。
5. 請求項４に記載の回転電機用ステータにおいて、
   前記発泡層のステータコア側には接着層が積層されている、回転電機用ステータ。
6. 請求項４に記載の回転電機用ステータにおいて、
   前記発泡層は接着層を兼ねる、回転電機用ステータ。
7. ティースを有するステータコア、および、ティース組付状態で前記ティースの軸方向端面に対向する軸方向壁部と前記ティースの周方向側面に対向する周方向壁部とを有し前記軸方向壁部のみが発泡材を含んで構成されるインシュレータを準備する準備工程と、
   前記インシュレータにコイルを巻回する巻回工程と、
   前記コイルを巻回した前記インシュレータを前記ステータコアのティースに径方向から組み付ける組付工程と、
   前記コイルおよび前記インシュレータが組み付けられた前記ステータコアを加熱することにより前記インシュレータの軸方向壁部の発泡材を発泡膨張させて前記コイルおよび前記インシュレータを前記ステータコアに固定する固定工程と、を含む、
   回転電機用ステータの製造方法。

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