JP2016111844A

JP2016111844A - 回転電機のステータ

Info

Publication number: JP2016111844A
Application number: JP2014248068A
Authority: JP
Inventors: 博星名; Hiroshi Hoshina
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-12-08
Filing date: 2014-12-08
Publication date: 2016-06-20
Anticipated expiration: 2034-12-08
Also published as: JP6387816B2

Abstract

【課題】異物の発生を防止しつつも、インシュレータを適切に固定できる回転電機のステータを提供する。【解決手段】本発明の回転電機のステータは、ステータコアと、ステータコイル２４と、インシュレータ２６と、を備え、各ティース３２には、１以上の固定凹部３６が形成されており、前記インシュレータ２６は、前記ティース３２に挿し込まれる角筒状部４０と、前記角筒状部４０の側壁４０ｓに形成され、前記固定凹部３６に嵌り込む固定爪４４であって、無負荷状態において、前記側壁４０ｓの内面より外側に位置し、前記ティース３２に接離する方向に可動の固定爪４４と、を備え、前記固定爪４４は、前記ティース３２に巻回された前記ステータコイル２４により、前記固定凹部３６側に押されて、当該固定凹部３６に嵌り込む。【選択図】図５Ａ

Description

本発明は、複数のティースを有するステータコアと、前記ティースに巻回されるステータコイルと、前記ステータコアと前記ステータコイルとの間に介在するインシュレータと、を備えた回転電機のステータに関する。

周知の通り、回転電機のステータコイルとステータコアとの間には、絶縁のためにインシュレータが配される。インシュレータは、通常、ティースに挿し込まれる角筒状部と、当該角筒状部の周縁から外側に張り出す鍔部と、を備えている。このインシュレータを、ティースに固定するために、従来、ティースの側面に溝を、また、角筒状部の周壁に当該溝に嵌り込む爪を、それぞれ形成し、角筒状部の爪をティースの溝に嵌め込むことでインシュレータをティースに固定していた。

また、特許文献１には、ティースの側面に凸部を形成し、ボビン（インシュレータ）を当該凸部に食い込ませることで、ボビンをティースに固定する技術が開示されている。

特開２００９−１４１９９２号公報

こうした従来技術によれば、インシュレータをティースに挿し込むだけで、インシュレータをティースに固定できる。しかしながら、このように、インシュレータまたはティースに突出部（爪等）を設ける構成の場合、インシュレータを、ティースに挿し込む過程で、インシュレータの一部が、ティースの一部と擦れ合うことになる。インシュレータは、通常、ティースよりも柔らかい材質からなるため、ティースの一部とインシュレータの一部とが擦れ合うことで、インシュレータの一部が削れてしまい、異物が生じることがあった。

そこで、本発明では、異物の発生を防止しつつも、インシュレータを適切に固定できる回転電機のステータを提供することを目的とする。

本発明の回転電機のステータは、複数のティースを有するステータコアと、前記ティースに巻回されるステータコイルと、前記ステータコアと前記ステータコイルとの間に介在するインシュレータと、を備えた回転電機のステータであって、各ティースには、１以上の固定凹部が形成されており、前記インシュレータは、前記ティースに挿し込まれる角筒状部と、前記角筒状部の周壁に形成され、前記固定凹部に嵌り込む固定爪であって、無負荷状態において、前記周壁の内面より外側に位置し、前記ティースに接離する方向に可動の固定爪と、を備え、前記固定爪は、前記ティースに巻回された前記ステータコイルにより、前記固定凹部側に押されて、当該固定凹部に嵌り込む、ことを特徴とする。

好適な態様では、前記固定爪は、その基端が前記周壁に繋がり、前記基端を中心として揺動する片持ち梁状部材である。この場合、前記固定爪は、先端において、内側に屈曲した鉤状である、ことが望ましい。また、前記固定爪は、先端に近づくにつれ肉厚になる断面略三角形状である、ことも望ましい。

他の本発明である回転電機のステータは、複数のティースを有するステータコアと、前記ティースに巻回されるステータコイルと、前記ステータコアと前記ステータコイルとの間に介在するインシュレータと、を備えた回転電機のステータであって、各ティースには、１以上の固定凹部が形成されており、前記インシュレータは、前記ティースに挿し込まれる角筒状部と、前記角筒状部の周壁に形成され、前記固定凹部に嵌り込む固定爪であって、その基端が前記周壁に繋がるとともにその先端が前記周壁から分離した片持ち梁状で、前記ティースに接離する方向に可動の固定爪と、を備え、前記固定爪は、前記ティースに巻回された前記ステータコイルにより、前記固定凹部側に押されて、当該固定凹部に嵌り込む、ことを特徴とする。

本発明によれば、インシュレータをティースに挿し込んでも、インシュレータとティースが強く擦り合わないため、異物の発生を効果的に防止できる。また、ステータコイルにより、固定爪が固定凹部側に押されて、当該固定凹部に嵌り込むため、インシュレータを適切に固定できる。

本発明の実施形態である回転電機のステータの概略的な縦断面図である。ステータの概略的な横断面図である。インシュレータの斜視図である。インシュレータの横断面図である。インシュレータの横断面図である。ステータの製造過程を示す横断面図である。ステータの製造過程を示す横断面図である。他のインシュレータの斜視図である。他のインシュレータの横断面図である。他のインシュレータの横断面図である。他のインシュレータの横断面図である。従来のステータのティースおよびインシュレータの一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態である回転電機１０の概略的な縦断面図である。また、図２は、ステータ２０の概略的な横断面図であり、図３は、ティース３２に装着されるインシュレータ２６の斜視図である。なお、発明を分かりやすくするために、各図面における各種寸法は、実際とは異なっており、また、図面間でも一部一致していない。また、以下の説明における「軸方向」、「径方向」、「周方向」とは、いずれも、ステータ２０の軸方向、径方向、周方向を意味する。

本実施形態の回転電機１０は、ロータ１２およびステータ２０を備えている。ロータ１２は、ロータコア１４と、当該ロータコア１４に埋め込まれた複数の永久磁石１６と、を備えている。ロータコア１４の中心には回転軸１８が挿通されており、当該回転軸１８は、ベアリング（図示せず）等を介してケース（図示せず）に対して回転自在に支持されている。ロータ１２は、この回転軸１８とともに回転自在となっている。

ロータ１２の外側には、ロータ１２と同心にステータ２０が配されている。ステータ２０は、その内周に複数のティース３２が形成された略環状のステータコア２２と、各ティース３２に巻回されたステータコイル２４と、ステータコア２２およびステータコイル２４の間に介在するインシュレータ２６と、を備えている。ステータコア２２は、円環状のヨーク３０と、当該ヨーク３０の内周側に突き出すティース３２と、に大別される。このステータコア２２は、軸方向に積層された複数の電磁鋼板（例えばケイ素鋼板）から構成されている。ティース３２は、内周側に近づくにつれて徐々に幅狭になる略台形の断面を有している。また、ティース３２の周方向の両側面には、インシュレータ２６の固定爪４４を引っ掛けるための固定凹部３６が形成されている。固定凹部３６は、ティース３２の側面のうち、基端近傍（ティース３２とヨーク３０との境界近傍）に設けられている。なお、図示例では、ティース３２を１５個設けているが、この個数は、適宜変更されてもよい。

ステータコイル２４は、平角線からなる巻線を集中巻することで構成される。平角線の表面には、隣接する平角線間の絶縁を確保するためにエナメル加工が施されている。ステータコイル２４は、三相のコイル、すなわち、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルを有しており、各相コイルは、複数の単コイルを直列につなぐことで構成され、各単コイルは、巻線を一つのティース３２に巻回して構成される。複数のティース３２には、Ｕ相の単コイル、Ｖ相の単コイル、Ｗ相の単コイルが、周方向に順に繰り返し並ぶようにセットされている。なお、こうしたステータコイル２４の構成は、一例であり、適宜、変更されてもよい。例えば、ステータコイル２４は、集中巻に限らず、分布巻でもよく、また、巻線は、平角線ではなく、丸線でもよい。

ステータコア２２とステータコイル２４との間には、インシュレータ２６が配される。インシュレータ２６は、絶縁性材料、例えば、ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ樹脂）などの樹脂材料からなる部材である。インシュレータ２６は、図３に示すように、略四角筒状の角筒状部４０と、当該角筒状部４０の周縁から外側に張り出す鍔部４２と、に大別される。角筒状部４０は、ティース３２に対応する形状を有し、径方向に対向する二面が開口した四角筒状である。角筒状部４０は、内周側からティース３２に挿し込まれ、ティース３２の周囲を覆う。角筒状部４０を構成する周壁のうち、周方向に対向する二壁（以下「側壁４０ｓ」という）には、それぞれ一つずつ、合計二つの固定爪４４が設けられている。この固定爪４４は、その基端が側壁４０ｓに繋がり、その先端が側壁４０ｓから分離した片持ち梁状部材であるが、これについては、後に詳説する。

鍔部４２は、角筒状部４０の外周側端部から外側に広がっている。鍔部４２は、インシュレータ２６をティース３２に装着した際、ヨーク３０の内周面に沿って位置し、当該ヨーク３０とステータコイル２４との間に介在する。

ステータ２０を製造する際には、ステータコア２２の各ティース３２にインシュレータ２６を装着した状態で、各インシュレータ２６の周囲（ひいてはティース３２の周囲）に、予め巻回された単コイルを嵌め込んでいく。このとき、インシュレータ２６をティース３２に固定するために、従来から、インシュレータ２６に凸部を、ティース３２に凹部を形成し、両者を係合させていた。しかしながら、従来の技術では、インシュレータ２６の凸部は、殆ど変位・変形しない単なる突起としていたため、インシュレータ２６を装着する際に削れによる異物が生じるおそれがあった。これについて図９を参照して説明する。

図９は、従来のインシュレータ２６の装着の様子を示す図である。従来のステータでは、インシュレータ２６の側壁４０ｓの内面に内側（ティース側）に向かって突出する凸部５０を設け、ティース３２の側面に、当該凸部５０に対応する凹部５２を設けていた。インシュレータ２６を装着する際には、このインシュレータ２６を、内周側からティース３２に挿し込む。この挿し込みの際、凸部５０は、ティース３２の側面に向かって突出しているため、ティース３２の側面に当たり、ティース３２の側面と凸部５０とが互いに擦れ合っていた。擦れ合った場合、ティース３２に比べて柔らかいインシュレータ２６が削れ、異物が生じるおそれがあった。

また、図９の例とは逆に、ティース３２の側面に凸部を、インシュレータ２６の側壁４０ｓの内面に凹部を設ける技術も一部で提案されている。この場合においても、インシュレータ２６をティース３２に挿し込む過程で、インシュレータ２６が、ティース３２の凸部と擦れ合い、削れるおそれがあった。

本実施形態では、こうした問題を避けるため、固定凹部３６に係合する固定爪４４を可動式にしている。これについて図４Ａ、図４Ｂを参照して説明する。図４Ａ、図４Ｂは、固定爪４４周辺におけるインシュレータ２６の横断面図である。

既述した通り、本実施形態の固定爪４４は、その基端が側壁４０ｓに繋がり、先端が側壁４０ｓから分離した片持ち梁状部材である。この固定爪４４の形成箇所は、他部位に比して薄くなっており、比較的、強度が弱い。そのため、固定爪４４は、比較的、小さな力でも容易に揺動できる板バネのようになっている。また、固定爪４４の先端は、周方向ティース側（周方向内側、図４Ａにおける右方向）に向かって鉤状に屈曲している。この鉤状部分４４ａの長さＬは、側壁４０ｓの肉厚より大きくなっている。

固定爪４４は、無負荷状態では、図４Ａに示すように、側壁４０ｓの内面より外側（スロット側）に飛びだしている。一方、固定爪４４は、周方向ティース向きの力Ｆを受けると、当該力Ｆの方向に揺動する。そして、この力Ｆを受けて、固定爪４４の外面が、側壁４０ｓの外面とほぼ一致する位置まで揺動したとき、固定爪４４の先端（鉤状部分４４ａ）は、側壁４０ｓの内面よりティース側に突出する。そして、この側壁４０ｓの内面よりティース側に突出した部分が、ティースの側面に設けられた固定凹部３６に係合するように構成されている。

次に、このインシュレータ２６およびステータコイル２４をティース３２に装着する様子について図５Ａ、図５Ｂを参照して説明する。図５Ａおよび図５Ｂは、ステータ２０の製造過程を示す概略的な横断面図である。図５Ａに示すように、ステータ２０を製造する際には、インシュレータ２６を内周側からティース３２に挿し込む。この時点で、固定爪４４は、周方向ティース側の力を受けていない無負荷状態である。そのため、固定爪４４は、側壁４０ｓの内面よりスロット側に飛びだしている。したがって、このインシュレータ２６をティース３２に挿し込んだとしても、固定爪４４は、ティース３２の側面に当たることはなく、固定爪４４とティース３２の側面とが擦れ合うことはない。結果として、削れによる異物の発生を効果的に防止できる。

インシュレータ２６をティース３２に挿し込めば、続いて、予め巻回されてステータコイル２４（単コイル）を、内周側からインシュレータ２６の周囲（ひいてはティースの周囲）に挿し込む。このとき、ステータコイル２４は、インシュレータ２６の側壁４０ｓや固定爪４４の外面に当たりながら外周側に進む。この過程で、固定爪４４は、周方向ティース向きの力を受けることになり、周方向ティース側に揺動する。そして、最終的には、図５Ｂに示すように、その先端（鉤状部分４４ａ）が、側壁４０ｓの内面よりティース側に突出し、ティース３２の側面に設けられた固定凹部３６に係合する。そして、この係合により、インシュレータ２６は、ティース３２に固定されることになる。

以上の説明から明らかな通り、本実施形態では、固定爪４４を可動式とし、無負荷状態では、固定爪４４を側壁４０ｓの内面よりスロット側に位置させているため、固定爪４４とティースの側壁４０ｓが擦れ合うことがなく、異物の発生を効果的に防止できる。また、ステータコイルの配置という、ステータ２０の製造において必須の工程を実行することで、固定爪４４を、側壁４０ｓの内面よりティース側に突出させることができ、インシュレータ２６をティース３２に固定できる。換言すれば、新規の工程を追加することなく、インシュレータ２６をティース３２に固定できる。

なお、これまで説明した構成は、一例であり、角筒状部４０に、ティース３２に接離する方向に可動の固定爪４４が設けられ、かつ、無負荷状態で固定爪４４がインシュレータ２６の周壁の内面より外側に位置しているのであれば、その他の構成は、適宜、変更されもよい。例えば、本実施形態では、一つの側壁４０ｓの軸方向略中心位置に一つの固定爪４４を設けている。しかし、固定爪４４の位置や個数は、適宜変更されてもよい。したがって、一つの側壁４０ｓに２以上の固定爪４４を設けたり、側壁４０ｓの上端近傍または下端近傍に固定爪４４を設けたりしてもよい。また、固定爪４４は、互いに対向する側壁４０ｓの一方にのみ設けられてもよい。また、本実施形態では、固定爪４４を、径方向に延びる薄板状としているが、固定爪４４は、他の方向、例えば、軸方向に延びる形状としてもよい。

また、本実施形態では、固定凹部３６をティースの基端近傍（ティース３２とヨーク３０との境界近傍）に設けているが、固定凹部３６の位置は、より内周側でもよい。なお、固定凹部３６の位置を変更する場合には、当然ながら、固定爪４４の位置もより内周側に変更する。また、固定爪４４は、インシュレータ２６の周壁に設けられるのであれば、側壁４０ｓに限らず、他の壁面に設けられてもよい。例えば、図６に示すように、インシュレータ２６の軸方向端壁（天壁）に固定爪４４を設けてもよい。この場合、固定凹部３６は、ティース３２の軸方向端面（すなわち、軸方向端部の電磁鋼板または軸方向端部に取り付けられるエンドプレート）に設ければよい。かかる構成とした場合であっても、ティース３２にインシュレータ２６を装着した後、当該ティース３２にステータコイル２４を挿し込めば、固定爪４４は、ステータコイル２４のコイルエンド部に押され、内側（ティース側）に押し込まれ、固定凹部３６に係合する。その結果、インシュレータ２６が適切に固定される。

また、本実施形態では、固定爪４４を、先端が鉤状に屈曲した形状としているが、他の形状でもよい。例えば、製造時の抜き勾配を考慮して、図７に示すように、固定爪４４を、先端に近づくにつれ、肉厚になる断面略三角形状としてもよい。かかる構成にした場合、インシュレータの製造を容易にできる。なお、この場合、固定爪４４の先端の肉厚は、側壁４０ｓの肉厚より大きくすることが望ましい。

また、本実施形態では、固定爪４４を、片持ち梁状部材としているが、固定爪４４は、ティースに接離する方向に可動で、無負荷状態において周壁の内面より外側に位置するのであれば、他の形態でもよい。例えば、図８Ａに示すように、その両端が側壁４０ｓ（または軸方向端壁）に繋がるとともに、その中央が外側に凸に湾曲した帯状部材としてもよい。この固定爪４４が内向き（ティースに近づく向き）の力を受けると、図８Ｂに示すように、固定爪４４（湾曲部分）が、逆側、すなわち、内側（ティース側）に凸の湾曲部分に変形する。そして、この内側に凸の湾曲部分が、固定凹部３６に係合する。

また、本実施形態では、無負荷状態において、固定爪４４を周壁の内面よりスロット側に位置させている。しかし、固定爪４４は、ティースに接離する方向に揺動可能な片持ち梁状であれば、無負荷状態において、周壁の内面よりティース側に位置してもよい。この場合、インシュレータ２６をティース３２に挿入する際、固定爪４４は、ティース３２の側面に当たることになる。しかし、固定爪４４が片持ち梁状であれば、固定爪４４は、ティース３２との強い擦れを避けるように、ティース３２から離れる方向に揺動するため、図９に示す従来技術と比べて、固定爪４４が受ける負荷は大幅に低減され、固定爪４４の削れによる異物発生が効果的に防止される。

１０回転電機、１２ロータ、１４ロータコア、１６永久磁石、１８回転軸、２０ステータ、２２ステータコア、２４ステータコイル、２６インシュレータ、３０ヨーク、３２ティース、３６固定凹部、４０角筒状部、４０ｓ側壁、４２鍔部、４４固定爪、５０凸部、５２凹部。

Claims

複数のティースを有するステータコアと、前記ティースに巻回されるステータコイルと、前記ステータコアと前記ステータコイルとの間に介在するインシュレータと、を備えた回転電機のステータであって、
各ティースには、１以上の固定凹部が形成されており、
前記インシュレータは、
前記ティースに挿し込まれる角筒状部と、
前記角筒状部の周壁に形成され、前記固定凹部に嵌り込む固定爪であって、無負荷状態において、前記周壁の内面より外側に位置し、前記ティースに接離する方向に可動の固定爪と、
を備え、前記固定爪は、前記ティースに巻回された前記ステータコイルにより、前記固定凹部側に押されて、当該固定凹部に嵌り込む、
ことを特徴とする回転電機のステータ。
請求項１に記載の回転電機のステータであって、
前記固定爪は、その基端が前記周壁に繋がり、前記基端を中心として揺動する片持ち梁状部材である、ことを特徴とする回転電機のステータ。
請求項２に記載の回転電機のステータであって、
前記固定爪は、先端において、内側に屈曲した鉤状である、ことを特徴とする回転電機のステータ。
請求項２に記載の回転電機のステータであって、
前記固定爪は、先端に近づくにつれ肉厚になる断面略三角形状である、ことを特徴とする回転電機のステータ。
複数のティースを有するステータコアと、前記ティースに巻回されるステータコイルと、前記ステータコアと前記ステータコイルとの間に介在するインシュレータと、を備えた回転電機のステータであって、
各ティースには、１以上の固定凹部が形成されており、
前記インシュレータは、
前記ティースに挿し込まれる角筒状部と、
前記角筒状部の周壁に形成され、前記固定凹部に嵌り込む固定爪であって、その基端が前記周壁に繋がるとともにその先端が前記周壁から分離した片持ち梁状で、前記ティースに接離する方向に可動の固定爪と、
を備え、前記固定爪は、前記ティースに巻回された前記ステータコイルにより、前記固定凹部側に押されて、当該固定凹部に嵌り込む、
ことを特徴とする回転電機のステータ。