JP2017022822A - 電動機用ステータ - Google Patents

Abstract

【課題】電動機用ステータのステータコア、カフサおよび複数のセグメントコイルを容易かつ強固に固定可能にする。【解決手段】電動機用ステータ１は、複数のティース部２ｔおよび互いに隣り合うティース部２ｔの間に形成された複数のコアスロット２ｓを有するステータコア２と、対応するコアスロット２ｓにそれぞれ連通するように形成された複数のカフサスロット３ｓを有すると共に、ステータコア２の端面上に配置される第１および第２カフサ３と、それぞれコアスロット２ｓおよびカフサスロット３ｓに挿通され、カフサスロット３ｓから突出した部分に曲げ加工が施されると共に遊端部同士が接合される複数のセグメントコイル５とを含み、第１カフサ３は、表面に成膜された接合膜３０を有し、当該接合膜３０を介してステータコア２および複数のセグメントコイル５に固定される。【選択図】図２

Description

本開示の発明は、ステータコアと、当該ステータコアの端面上に配置されるカフサと、複数のセグメントコイルにより構成されるステータコイルとを備えた電動機用ステータに関する。

従来、電動機用ステータとして、複数のティース部および隣接するティース部間に形成された複数のスロットを有する円筒状の固定子鉄心（ステータコア）と、外周に絶縁被膜層を有する電気導体によって形成された複数の導体セグメント（セグメントコイル）により構成される固定子巻線（ステータコイル）と、固定子鉄心の端面におけるティース部上に配置される端板（カフサ）とを備えた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の端板は、樹脂によりリング状に形成されており、固定子鉄心の対応するスロットに連通する複数の孔を有する。また、導体セグメントは略Ｕ字状に形成されており、２つの開放端部は、固定子鉄心の対応するスロットと、端板の対応する孔とに挿通される。そして、端板の孔から突出した導体セグメントの一部は、当該端板を支点として周方向に折り曲げられ、折り曲げられた導体セグメントの端部同士を接合することにより固定子巻線が形成される。

特開２００７−３１２５４９公報

上述のような電動機用ステータでは、一般に、固定子巻線の形成後に当該固定子巻線や固定子鉄心等に対してワニス等の樹脂を塗布（樹脂モールド）することにより、複数の導体セグメント（固定子巻線）、端板および固定子鉄心が互いに固定される。しかしながら、導体セグメント同士の間隔がある程度大きいと、ワニス等が充分に溜まらす、固定対象の部材同士を良好に固定し得なくなってしまうことがある。逆に、例えば導体セグメントと端板と隙間は極小さいことから、両者の隙間に樹脂を充分に浸透させることができなくなり、導体セグメントと端板との固定が不完全になってしまうこともある。従って、上記従来の電動機用ステータは、構成部材の固定の面で、なお改善の余地を有している。

そこで、本開示の発明は、ステータコア、カフサおよび複数のセグメントコイルを容易かつ強固に固定することができる電動機用ステータの提供を主目的とする。

本開示の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た複数のコアスロットを有するステータコアと、前記ステータコアの対応する前記コアスロットにそれぞれ連通するように形成された複数のカフサスロットを有すると共に、前記ステータコアの端面上に配置されるカフサと、それぞれ前記コアスロットおよび前記カフサスロットに挿通され、該カフサスロットから突出した部分に曲げ加工が施されると共にステータコイルを構成するように端部同士が接合される複数のセグメントコイルとを備えた電動機用ステータにおいて、前記カフサは、表面に成膜された接合膜を有し、該接合膜を介して前記ステータコアおよび前記複数のセグメントコイルに固定されることを特徴とする。

この電動機用ステータでは、ステータコアの端面上にカフサが配置され、複数のセグメントコイルは、ステータコアのコアスロットおよびカフサのカフサスロットに挿通される。更に、セグメントコイルのカフサスロットから突出した部分には、カフサをガイド部材として用いた曲げ加工が施され、セグメントコイルの端部を対応する他のセグメントコイルの端部に接合することによりステータコイルが構成される。そして、カフサは、予め表面に成膜された接合膜を有する。これにより、セグメントコイルの曲げ工程や接合工程の完了後に、カフサの接合膜を介して、ステータコアおよびカフサ、並びにカフサおよび複数のセグメントコイルを容易かつ強固に固定することが可能となる。この結果、電動機用ステータの耐久性を向上させると共に、当該電動機用ステータを含む電動機の振動に伴うノイズの発生等を良好に抑制することができる。

また、接合膜は、熱融着性樹脂により形成されてもよい。更に、セグメントコイルの表面には、樹脂による絶縁被膜が成膜されてもよく、熱融着性樹脂の融点は、セグメントコイルの絶縁被膜を形成する樹脂の融点よりも低くてもよい。また、接合膜は、カフサの表面全体に成膜されてもよい。

本開示の電動機用ステータを示す正面図である。 本開示の電動機用ステータの要部を示す拡大断面図である。 本開示の電動機用ステータに含まれるカフサを示す平面図である。 本開示の電動機用ステータの要部を示す拡大図である。 本開示の電動機用ステータの構成部材を示す模式図である。 （ａ），（ｂ）および（ｃ）は、本開示の電動機用ステータの製造手順を示す模式図である。

次に、図面を参照しながら本開示の発明を実施するための形態について説明する。

図１は、本開示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る。本実施形態の電動機用ステータ１は、ステータコア２と、第１カフサ３と、第２カフサ４と、それぞれ複数のセグメントコイル５により構成される複数のステータコイル６とを含む。

ステータコア２は、例えばプレス加工により円環状に形成された電磁鋼板を複数積層することにより構成され、全体として円環状を呈する。ステータコア２は、図２に示すように、環状の外周部から周方向に間隔をおいて径方向内側に突出する複数のティース部２ｔと、それぞれ互いに隣り合うティース部２ｔの間に形成された複数のコアスロット２ｓとを有する。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。

第１カフサ３は、複数のセグメントコイル５を曲げ加工する際にガイド部材として機能する円環状の板体であり、例えば樹脂により形成される。図２および図３に示すように、第１カフサ３には、ステータコア２の複数のコアスロット２ｓに対応するように、第１カフサ３の径方向に延びる略矩形状の孔部であるカフサスロット３ｓが周方向に間隔をおいて複数形成されている。また、第１カフサ３は、互いに隣り合うカフサスロット３ｓの間に形成された複数の曲げガイド部３ｇを含む。各曲げガイド部３ｇの上記径方向に延びる肩部は、図２に示すように、滑らかなＲ形状を有している。

更に、第１カフサ３の裏面には、ステータコア２の一端面（図１における上側の端面）に形成された図示しない凹部に嵌合される位置決め突起（図示省略）が形成されており、第１カフサ３は、各カフサスロット３ｓがステータコア２の対応するコアスロット２ｓと連通するように当該ステータコア２の一端面上に配置される。そして、第１カフサ３の表面全体には、ポリアミドイミド、ポリエステルイミドといった熱融着性（自己融着性）を有する樹脂からなる接合膜（融着膜）３０がステータコア２への組付に先立って予め成膜されている。接合膜３０は、例えば、溶融させた熱融着性樹脂中に第１カフサ３の全体を浸すことにより形成される。

第２カフサ４も、複数のセグメントコイル５を曲げ加工する際にガイド部材として機能する円環状の板体であり、例えば樹脂により形成される。図４に示すように、第２カフサ４にも、ステータコア２の複数のコアスロット２ｓに対応するように、当該第２カフサ４の径方向に延びる略矩形状の孔部であるカフサスロット３ｓが周方向に間隔をおいて複数形成されている。また、第２カフサ４は、互いに隣り合うカフサスロット４ｓの間に形成された複数の曲げガイド部４ｇを含む。各曲げガイド部４ｇの上記径方向に延びる肩部も、図４に示すように、滑らかなＲ形状を有している。

更に、第２カフサ４の裏面には、ステータコア２の他端面（図１における下側の端面）に形成された図示しない凹部に嵌合される位置決め突起（図示省略）が形成されており、第２カフサ４は、各カフサスロット４ｓがステータコア２の対応するコアスロット２ｓと連通するように当該ステータコア２の他端面上に配置される。そして、第２カフサ４の表面全体にも、ポリアミドイミド、ポリエステルイミドといった熱融着性（自己融着性）を有する樹脂からなる接合膜（融着膜）４０がステータコア２への組付に先立って予め成膜されている。接合膜４０も、例えば、溶融させた熱融着性樹脂中に第２カフサ４の全体を浸すことにより形成される。なお、本実施形態では、第１および第２カフサ３，４として互いに異なる形状を有するものが採用されているが、電動機用ステータ１の構成によっては、第１および第２カフサ３，４として同一の形状を有するものが採用されてもよい。

ステータコイル６を構成するセグメントコイル５は、図５に示すように、略Ｕ字状に成形された電気導体であり、２つの遊端部５ｅを有する。また、各セグメントコイル５の表面には、例えばエナメル樹脂等からなる絶縁被膜が成膜されている。セグメントコイル５の絶縁被膜を形成する樹脂としては、第１および第２カフサ３，４の接合膜３０，４０を形成する樹脂の融点（例えば、２００℃程度）よりも高い融点（例えば、２５０℃程度）を有するものが採用される。そして、複数のセグメントコイル５により構成される複数のステータコイル６には、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルが含まれる。

次に、図６を参照しながら、電動機用ステータ１の製造手順について説明する。

電動機用ステータ１の製造に際しては、まず、第１および第２カフサ３，４をカフサスロット３ｓ，４ｓが対応するコアスロット２ｓに連通するようにステータコア２に対して組み付ける（仮止めする）。次いで、第２カフサ４側から第１カフサ３側に向けて、複数のセグメントコイル５をステータコア２、第１および第２カフサ３，４に対して組み付ける。セグメントコイル５の２つの遊端部５ｅの一方は、対応する一連のカフサスロット４ｓ、コアスロット２ｓおよびカフサスロット３ｓに挿通され、他方は、当該一連のカフサスロット４ｓ、コアスロット２ｓおよびカフサスロット３ｓから周方向に離間した他の一連のカフサスロット４ｓ、コアスロット２ｓおよびカフサスロット３ｓに挿通される。そして、セグメントコイル５の各遊端部５ｅは、第１カフサ３の対応するカフサスロット３ｓから外部に突出する。なお、本実施形態において、ステータコア２の各コアスロット２ｓ内には、図示しないインシュレータ（筒状の絶縁紙）が配置される。

すべてのセグメントコイル５がステータコア２、第１および第２カフサ３，４に組み付けられた後（図６（ｂ）参照）、各セグメントコイル５のカフサスロット３ｓから突出した部分には、図示しない曲げ加工装置を用いた曲げ加工が施される。曲げ加工装置は、それぞれ対応するセグメントコイル５の遊端部５ｅと係合する複数の捻り治具と、各捻り治具を回転駆動すると共に昇降させる駆動ユニット等を含むものである。かかる曲げ加工装置を用いた曲げ加工により、各セグメントコイル５のカフサスロット３ｓから突出した部分は、第１カフサ３の曲げガイド部３ｇを支点として予め定められた方向に曲げられ、接合膜３０に密接する。また、曲げ加工に伴い、各セグメントコイル５は、第２カフサ４の接合膜４０にも密接する。そして、複数のセグメントコイル５の遊端部５ｅは、図６（ｃ）に示すように、対応する他のセグメントコイル５の遊端部５ｅに電気的に接合される。これにより、複数のステータコイル６、すなわちＵ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルが形成される。

セグメントコイル５の曲げ工程や接合工程の完了後、ステータコア２、第１、第２カフサ３，４およびステータコイル６の組立体に対して加熱処理が施される。かかる加熱処理により、第１および第２カフサ３，４等は、接合膜３０，４０を形成する樹脂の融点よりも高く、かつ各セグメントコイル５の絶縁被膜を形成する樹脂の融点よりも低い温度に加熱される。これにより、第１および第２カフサ３，４の接合膜３０，４０が加熱されて溶融することで、当該接合膜３０，４０を介して、ステータコア２および第１カフサ３、ステータコア２および第２カフサ４、第１カフサ３および複数のセグメントコイル５、並びに第２カフサ４および複数のセグメントコイル５が強固に固定される。なお、加熱処理は、ステータコイル６に対して電流を印加して第１および第２カフサ３，４等を加熱するものであってもよく、あるいは電気炉内で組立体の全体を加熱するものであってもよい。

このように、第１および第２カフサ３，４の表面全体に接合膜３０，４０を予め成膜しておき、セグメントコイル５の曲げ工程や接合工程の完了後に、第１および第２カフサ３，４等を加熱することで、ステータコア２、第１および第２カフサ３，４並びに複数のセグメントコイル５（ステータコイル６）を容易かつ強固に固定すると共に、ステータコア２やステータコイル６の組立体に対してワニス等の樹脂を塗布する工程を省略することが可能となる。また、ワニス等を塗布する場合のように、固定対象の部材同士の間隔が広すぎたり、狭すぎたりすることに起因して、本来に互いに固定されるべき部材同士が完全に固定されなくなってしまうことを極めて良好に抑制することができる。更に、第１および第２カフサ３，４の表面に接合膜３０，４０を成膜することで、例えば、すべてのセグメントコイル５の表面に接合膜を成膜する場合に比べて、接合膜を形成する樹脂の量を大幅に（例えば、１／１０程度に）減らすことが可能となる。加えて、接合膜３０，４０を形成する熱融着性樹脂として、セグメントコイル５の絶縁被膜を形成する樹脂の融点よりも低い融点を有するものを採用することで、加熱処理に際してセグメントコイル５の絶縁被膜が劣化してしまうのを良好に抑制することができる。

以上説明したように、電動機用ステータ１では、第１および第２カフサ３，４の表面全体に熱融着性樹脂からなる接合膜３０，４０がステータコア２への組付に先立って予め成膜される。これにより、セグメントコイル５の曲げ工程や接合工程の完了後に、接合膜３０，４０を介して、ステータコア２、第１および第２カフサ３，４並びに複数のセグメントコイル５（ステータコイル６）を容易かつ強固に固定することが可能となる。この結果、電動機用ステータ１の耐久性を向上させると共に、当該電動機用ステータ１を含む電動機の振動に伴うノイズの発生等を良好に抑制することができる。

なお、接合膜３０，４０は、必ずしも第１および第２カフサ３，４の表面全体に成膜される必要はなく、第１および第２カフサ３，４の少なくともステータコア２との接触面（第１および第２カフサ３，４の裏面）および複数のセグメントコイル５との接触面（曲げガイド部３ｇ，４ｇの表面）に成膜されればよい。また、上記実施形態において、接合膜３０，４０は、熱融着性樹脂により形成されているが、これに限られるものではない。すなわち、接合膜３０，４０は、樹脂以外の熱融着性材料により形成されてもよく、例えば接着性材料や粘着性材料といった自己融着性を有する素材により形成されてもよい。更に、電動機用ステータ１の構成によっては、第２カフサ４が省略されてもよい。

そして、本開示の発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本開示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、上記実施形態は、あくまで発明の概要の欄に記載された発明の具体的な一形態に過ぎず、発明の概要の欄に記載された発明の要素を限定するものではない。

本開示の発明は、電動機用ステータや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、２ｓ コアスロット、２ｔ ティース部、３ 第１カフサ、３ｇ 曲げガイド部、３ｓ カフサスロット、４ 第２カフサ、４ｇ 曲げガイド部、４ｓ カフサスロット、５ セグメントコイル、５ｅ 遊端部、６ ステータコイル、３０，４０ 接合膜。

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た複数のコアスロットを有するステータコアと、前記ステータコアの対応する前記コアスロットにそれぞれ連通するように形成された複数のカフサスロットを有すると共に、前記ステータコアの端面上に配置されるカフサと、それぞれ前記コアスロットおよび前記カフサスロットに挿通され、該カフサスロットから突出した部分に曲げ加工が施されると共にステータコイルを構成するように端部同士が接合される複数のセグメントコイルとを備えた電動機用ステータにおいて、
   前記カフサは、表面に成膜された接合膜を有し、該接合膜を介して前記ステータコアおよび前記複数のセグメントコイルに固定されることを特徴とする電動機用ステータ。

Images