JP2016154403A - 回転電機のステータ - Google Patents

Abstract

【課題】発泡シートを使ってコイルをより確実に固定できる回転電機のステータを提供する。
【解決手段】環状のヨーク２０および複数のティース２２を有するステータコアと、ティース２２に集中巻で巻装されるステータコイル１４と、を備えた回転電機ステータは、ステータコイル１４とティース２２との間に介在し、ステータコイル１４およびティース２２の両者に密着することで両者を固定する第一固定部材３０を有し、固定部材３０は、基材３２と、基材３２の両面に取り付けられた発泡シート３６であって、発泡することで基材３２の表面より大きく広がり、基材３２の表面より広い面でステータコイル１４およびティース２２の両者に密着する発泡シート３６と、を備える
【選択図】図２

Description

本発明は、ヨークおよび複数のティースを有するステータコアと、前記ティースに集中巻で巻装されたステータコイルと、を備えた回転電機のステータに関する。

回転電機のステータは、磁性体であるステータコアのティースに、絶縁被膜された導体を含むコイルが巻装して構成される。このときステータコアとコイルとの間には、インシュレータと呼ばれる絶縁体が配置される。かかるインシュレータに、発泡シートを取り付け、インシュレータをコイルとステータコアの間に配置した後で、発泡シートを発泡させる技術が一部で提案されている。

例えば、特許文献１には、インシュレータとステータコアの間、および、互いに隣接するコイルの間に、発泡シートを配置し、コイル巻装後に、発泡シートを発泡させて膨張させたステータが開示されている。かかる構成によれば、適切に絶縁されつつ、コイルがステータコアに対して固定される。その結果、従来、コイル固定のために行っていた樹脂ポッティングやワニス滴下といった処理を省略できる。

特開２０１４−０９３８９３号公報

しかし、特許文献１では、発泡シートをインシュレータの片面全部に貼着している。換言すれば、コイルとティースとの間には、発泡シートとインシュレータの両方が必ず介在することになる。この場合、コイルをティースに対して確実に固定させるためには、コイルとインシュレータとの接着（密着）、インシュレータと発泡シートとの接着（密着）、発泡シートとティースとの接着（密着）の全てが確保されていなければならない。いずれか一カ所において接着が不十分であると、コイルがティースに対してガタつく恐れがある。つまり、従来、発泡シートを使ってコイルを確実に固定するのは困難であった。

そこで、本発明では、発泡シートを使ってコイルをより確実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、環状のヨークおよび複数のティースを有するステータコアと、前記ティースに集中巻で巻装されるステータコイルと、を備えた回転電機ステータであって、前記ステータコイルと当該ステータコイルに隣接する他部材との間に介在し、前記ステータコイルおよび他部材の両者に密着することで両者を固定する固定部材を有し、前記固定部材は、基材と、前記基材の両面に取り付けられた発泡シートであって、発泡することで前記基材の表面より大きく広がり、前記基材の表面より広い面で前記ステータコイルおよび他部材の両者に密着する発泡シートと、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、ステータコイルと隣接する他部材との間に、基材が介在せず、発泡シートのみが介在する領域が形成されることになるため、ステータコイルと他部材とをより確実に接合でき、ひいては、ステータコイルをより確実に固定できる。

本発明の実施形態である回転電機のステータの平面図である。 図１の概略的なＡ−Ａ断面図である。 図２の概略Ｂ部拡大図である。 図１の概略的なＣ−Ｃ断面図である。 固定部材の他の構成を示す図である。 固定部材の他の構成を示す図である。 径方向長さが長い基材を用いた場合の図３（ｂ）に対応する図である。

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のステータ１０の平面図である。以下の説明における具体的な形状、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、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、特記しない限り、ステータ１０の軸方向、径方向、周方向を意味する。

本実施形態のステータ１０は、永久磁石埋込型回転電機に用いられる。回転電機として構成した場合、ステータ１０は、永久磁石を埋め込んだロータ（図示せず）の周囲を取り囲むように、ロータと同心に配置される。ステータ１０は、その内周に複数のティース２２が形成された略環状のステータコア１２と、各ティース２２に巻回されたステータコイル１４と、ステータコイル１４を固定するための第一固定部材３０（図１では図示せず）および第二固定部材４０と、を備えている。ステータコア１２は、円環状のヨーク２０と、当該ヨーク２０の内周側に突き出すティース２２と、に大別される。このステータコア１２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２２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。なお、図示例では、ティース２２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１４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１４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２２に巻回して構成される。複数のティース２２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。したがって、一つのスロットには、相が異なる二つの単コイルが収容されることになる。なお、こうしたステータコイル１４の構成は、一例であり、適宜、変更されてもよい。

ステータコイル１４とティース２２との間には、両者の絶縁を確保するとともに、両者に密着することで、両者を固定する固定部材３０が配置される。また、一つのスロット内で互いに隣接する二つの単コイルの間にも、当該二つの単コイルに密着することで、両者を固定する固定部材４０が配置される。以下では、ステータコイル１４とティース２２との間に配される固定部材を、「第一固定部材３０」、スロット内のコイル間に配される固定部材を「第二固定部材４０」と呼ぶ。

はじめに、第一固定部材３０について、図２を参照して説明する。図２は、図１の概略的なＡ−Ａ断面図であり、（ａ）は、発泡シート３６の発泡前を、（ｂ）は、発泡シート３６の発泡後を示している。第一固定部材３０は、基材３２と、基材３２の両面に貼着された発泡シート３６と、から構成される。基材３２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。基材３２は、各ティース２２に挿入可能な略角筒状であり、各ティース２２に挿入されることで当該ティース２２の両側面および軸方向両端面を覆う。この基材３２のステータ径方向の長さＬ１は、単コイルのステータ径方向の長さＬ２よりも短くなっている。したがって、基材３２を含む第一固定部材３０を、ティース２２に挿入した際、基材３２の外周側端部は、ステータコイル１４の外周側端部よりも、内周側に位置する。基材３２の内周側端部には、周囲に張り出したフランジ３４が設けられている。このフランジ３４は、後に詳説するように、発泡シート３６の内周側への飛び出しを防止するために設けられている。

基材３２の両面には、発泡シート３６が貼着されている。発泡シート３６は、熱を加えることにより、発泡して膨張するシート状部材である。この発泡シート３６は、例えば、エポキシ樹脂等の樹脂層中に、炭酸アンモニウムやＮ‐ニトロソ系化合物等の発泡剤を充填して構成される。この発泡シート３６には、ガラスクロスや無機充填剤、架橋剤、粘着性付与剤等が含まれていてもよい。また、発泡シート３６の表面には、ステータコイル１４を構成する巻線の絶縁被膜等と接着可能な接着剤層が形成されていることが好ましい。

発泡シート３６は、略Ｕ字状に二つ折りされた後、外周側から基材３２を挟むように基材３２に貼着される。つまり、基材３２の内面および外面に貼着される発泡シート３６は、外周側端部において繋がった一枚の連続シートである。このように基材３２の内面および外面に貼着される発泡シート３６を一枚の連続シートとすることで、発泡シート３６の基材３２への組み付け作業を簡素化でき、ひいては、コストを低減できる。発泡シート３６は、発泡前の段階において基材３２の全面を覆う必要はないが、発泡後には、図２（ｂ）に示すように、基材３２の表面のほぼ全面を覆えるようなサイズとすることが望ましい。

次に、第二固定部材４０について図３、図４を参照して説明する。図３は、図１におけるＢ部の概略拡大図であり、（ａ）は、発泡シート３６の発泡前を、（ｂ）は、発泡シート３６の発泡後を示している。また、図４は、図１における概略的なＣ−Ｃ断面図であり、（ａ）は、発泡シート３６の発泡前を、（ｂ）は、発泡シート３６の発泡後を示している。第二固定部材４０は、既述した通り、一つのスロット内で互いに隣接する二つの単コイルの間に配される。この第二固定部材４０も、第一固定部材３０と同様に、基材４２と発泡シート４６とを備える。基材４２は、絶縁性材料からなる略矩形の平板であり、その内周側端部には、周囲に張り出すフランジ４４が設けられている。この基材４２のステータ径方向の長さも、単コイルのステータ径方向の長さＬ２よりも短くなっている。したがって、基材４２を含む第二固定部材４０を、単コイル間に挿入した際、基材４２の外周側端部は、ステータコイル１４の外周側端部よりも、内周側に位置しており、ヨーク２０に達しない。また、図４に示す通り、基材３２の軸方向長さも、スロットの軸方向長さ（すなわちステータコア１２の軸方向長さ）よりも小さくなっている。

第二固定部材４０の発泡シート４６も、第一固定部材３０の発泡シート３６と同様に、略Ｕ字状に二つ折りされた後、外周側から基材４２を挟むように基材４２に貼着される。発泡シート４６は、発泡前の段階において基材４２の前面を覆う必要はないが、発泡後には、図３（ｂ）に示すように、基材４２の表面のほぼ全面を覆えるようなサイズとすることが望ましい。また、発泡シート４６の軸方向長さは、図４（ｂ）に示すように、発泡後には、基材４２の軸方向両端を超えて広がるような長さにすることがより望ましい。

ステータ１０を製造する際には、各ティース２２に、第一固定部材３０を挿し込んだ後、当該第一固定部材３０の周囲に、予め成形された単コイルを挿し込んでいく。その後、各スロット内の単コイル間に第二固定部材４０を挿し込んでいく。このとき、ティース２２と第一固定部材３０との間、第一固定部材３０と単コイルとの間には、微小な間隙が存在する。また、単コイルと第二固定部材４０との間にも微小な間隙が存在する。かかる間隙を残したままにすると、単コイルが、ティース２２に対してガタ付くおそれがある。そこで、ステータコイル１４および固定部材を組み付けた後は、ステータコイル１４を固定するために、ステータ１０を加熱し、発泡シート３６，４６を発泡させる。発泡シート３６，４６が発泡して膨張することにより、当該発泡シート３６，４６が、ステータコイル１４と、当該ステータコイル１４に隣接する他部材（ティース２２または隣接するステータコイル１４）の両者に密着し、これによりステータコイル１４が固定される。

ところで、既述した通り、本実施形態では、基材３２，４２のステータ径方向の長さを、コイルのステータ径方向の長さよりも短くし、その外周側端部が、ヨーク２０に達しないようにしている。換言すれば、基材３２，４２の外周側端部とヨーク２０との間には、間隙が存在する。発泡シート３６，４６を発泡させると、当該発泡シート３６，４６が、基材３２，４２の外周側端部を超えて、この基材３２，４２とヨーク２０との間隙にまで膨張する。換言すれば、発泡シート３６，４６は、基材３２，４２の表面より広い面で、ステータコイル１４と隣接する部材の両者に密着する。その結果、図２（ｂ）、図３（ｂ）に示すように、ステータコイル１４と隣接する他部材との間に、発泡シート３６，４６のみが介在し、基材３２，４２が介在しない領域Ｅ１が形成される。かかる領域Ｅ１が形成されることで、ステータコイル１４がより確実に固定される。これについて、図７を参照して説明する。

図７は、図３（ｂ）に対応する図であり、基材５２のステータ径方向の長さをコイルのステータ径方向の長さとほぼ同じにし、基材５２の外周側端部がヨーク２０に接するようにした場合を示す図である。図７に示すように、基材５２のステータ径方向長さを長くした場合、単コイルと単コイルとの間には、必ず、図面左側の発泡シート４６、基材４２、図面右側の発泡シート４６が、この順番で並ぶことになる。この場合、部材同士の接合面としては、図面左側の単コイルと図面左側の発泡シート５６との接合面Ｆ１、図面左側の発泡シート５６と基材５２との接合面Ｆ２、基材３２と図面右側の発泡シート５６との接合面Ｆ３、図面右側の発泡シート５６と図面右側の単コイルとの接合面Ｆ４の合計四つが存在することになる。ステータコイル１４を確実に固定するためには、この四つの接合面Ｆ１〜Ｆ４全てが確実に接合されていることが必要となる。

一方、本実施形態の領域Ｅ１では、図３（ｂ）に示すように、二つの単コイルの間には、図面左側の単コイルと発泡シート４６との接合面Ｆ５と、発泡シート４６と図面右側の単コイルとの接合面Ｆ６しか存在しない。つまり、本実施形態では、図７の例と比べて、接合面の数が少ない領域Ｅ１が存在する。そして、ステータコイル１４およびティース２２の両者の間の接合面の数は、少なければ少ないほど、両者の接合の信頼性、ひいては、ステータコイル１４の固定の信頼性は増加するといえる。本実施形態によれば、接合面の数が少ない領域Ｅ１が形成されるため、図７の場合に比べて、ステータコイル１４をより確実に固定できる。

なお、ここでは、二つの単コイル間の接合についてのみ説明したが、単コイルとティース２２との接合についても同様である。図２（ｂ）に示すように、本実施形態によれば、単コイルとティース２２との間に発泡シート３６のみが介在する領域Ｅ１が存在する。その結果、基材３２をヨーク２０に達する位置まで延ばす場合に比べて、ステータコイル１４をより確実に固定できる。

また、本実施形態では、図４（ｂ）に示すように、発泡シート４６を、基材４２の軸方向両端を超えて膨張するようなサイズとしている。そのため、径方向端部だけでなく、ステータ１０の軸方向両端にも、コイル間に発泡シート４６のみが介在する領域Ｅ１が形成されることになる。その結果、ステータコイル１４をより確実に固定できる。

なお、これまで説明した構成は、一例であり、発泡した際に、発泡シート３６，４６が基材３２，４２の端部を超えて広がり、発泡シート３６，４６のみが介在する領域が形成されるのであれば、その他の構成は、適宜変更されてもよい。例えば、本実施形態では、第一固定部材３０、第二固定部材４０の両方を設けているが、いずれか一方のみとしてもよい。また、本実施形態では、二つ折りにした発泡シート３６，４６で基材３２，４２を挟むようにしているが、発泡シート３６，４６の取り付け態様は、変更されてもよい。例えば、本実施形態では、発泡シート３６，４６の径方向内側への飛び出しを防止するために、基材３２，４２の内周側端部にフランジ３４，４４を設けているが、これを省略し、図５、図６に示すようにしてもよい。図５、図６は、固定部材の他の構成を示す図である。この図５、図６に示すように、基材３２，４２に、発泡シート３６，４６を巻き付けるようにしてもよい。かかる構成とすれば、ステータコイル１４と隣接する他部材との間に発泡シート３６，４６のみが介在する領域が、図２、図４の例に比べて増加し、ステータコイル１４をより確実に固定できる。

１０ ステータ、１２ ステータコア、１４ ステータコイル、２０ ヨーク、２２ ティース、３０ 第一固定部材、３２，４２，５２ 基材、３４，４４ フランジ、３６，４６，５６ 発泡シート、４０ 第二固定部材。

Claims (1)

1. 環状のヨークおよび複数のティースを有するステータコアと、前記ティースに集中巻で巻装されるコイルと、を備えた回転電機ステータであって、
   前記コイルと当該コイルに隣接する他部材との間に介在し、前記コイルおよび他部材の両者に密着することで両者を固定する固定部材を有し、
   前記固定部材は、
   基材と、
   前記基材の両面に取り付けられた発泡シートであって、発泡することで前記基材の表面より大きく広がり、前記基材の表面より広い面で前記コイルおよび他部材の両者に密着する発泡シートと、
   を備えることを特徴とする回転電機のステータ。
   

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