JP2017073924A - 電動機用ステータ - Google Patents

Abstract

【課題】ステータコアに対する絶縁部材の位置ズレを抑制しつつ、ステータコイルの固定強度を向上させると共に絶縁部材の絶縁性を良好に確保することができる電動機用ステータの提供。【解決手段】電動機用ステータ１は、ステータコア２のコアスロット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，４ｓを有すると共にステータコア２の対応する端面上に配置された第１および第２カフサ３，４を含み、第１および第２カフサ３，４は、互いに隣り合うカフサスロット３ｓ，４ｓの間に設けられた複数のガイド部３ｇ，４ｇを有し、ガイド部３ｇ，４ｇの各々は、ステータコア２のコアスロット２ｓから突出する絶縁部材７の端部７ｅと当接可能となるようにティース部２ｔの側面よりもセグメントコイル５側に突出する２つの突出部３ｐ，４ｐを有する。【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たカフサと、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、ステータコアとセグメントコイルとを電気的に絶縁する絶縁部材とを含む電動機用ステータに関する。

従来、この種の電動機用ステータとして、それぞれ複数のティース部およびコアスロットを有するステータコアと、ステータコアの上下両面に組み付けられた２つの部品カフサと、ステータコアのコアスロットに挿入された絶縁紙と、絶縁紙を介してティース部に巻回される導線（コイル）とを含む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部品カフサは、樹脂により円環状に形成されており、外側リブ、内側リブ、およびコアスロットに対応した複数のカフサスロットと、それぞれ隣り合う２つのカフサスロットの間で径方向に延在する複数のガイド部とを有する。また、部品カフサの各ガイド部には、ステータコアの上面または下面側の端部に面取り加工を施すことにより径方向に延びる切欠部が形成されている。更に、絶縁紙は、上端および下端の少なくとも何れか一方を外側に折り返すことにより形成されたカフス部を有する。絶縁紙のカフス部は、部品カフサのガイド部の切欠部内に配置され、当該カフス部の先端部は、ステータコアの上面または下面（コアスロットの縁）に当接する。これにより、コアスロット内に導線を導入する際に、絶縁紙が当該導線に引き摺られてコアスロットから抜け落ちるのを抑制することができる。

特開２０１４−１３５８６５公報

しかしながら、上記従来の電動機用ステータのように、カフス部をステータコアの上面または下面（コアスロットの縁）に当接させてコアスロットに対する絶縁紙の位置ズレを抑制しようとすると、部品カフサと導線との間に隙間が形成され、導線を強固に固定し得なくなったり、電動機の使用中に当該隙間に異物が入り込むことで絶縁紙による絶縁性が損なわれてしまったりするおそれがある。また、上述のように絶縁紙のカフス部がステータコアの上面や下面に当接していたとしても、コアスロット内に導線を挿入する際に絶縁紙が導線に引き摺られ、コアスロットに対する絶縁紙の位置ズレが生じてしまうおそれもある。

そこで、本開示の発明は、ステータコアに対する絶縁部材の位置ズレを抑制しつつ、ステータコイルの固定強度を向上させると共に、絶縁部材の絶縁性を良好に確保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対応する端面上に配置された２つのカフサと、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た複数のセグメントコイルと、それぞれ前記コアスロット内に配置されて前記ステータコアと前記セグメントコイルとを電気的に絶縁する複数の絶縁部材とを備えた電動機用ステータにおいて、前記カフサの各々は、互いに隣り合う前記カフサスロットの間に設けられた複数のガイド部を有し、前記ガイド部の各々は、前記コアスロットから突出する前記絶縁部材の端部と当接可能となるように前記ティース部の側面よりも前記セグメントコイル側に突出する突出部を有することを特徴とする。

この電動機用ステータの２つのカフサは、それぞれ互いに隣り合うカフサスロットの間に設けられた複数のガイド部を有する。そして、ガイド部の各々は、コアスロットから突出する絶縁部材の端部と当接可能となるようにティース部の側面よりもセグメントコイル側に突出する突出部を有する。このように、カフサの各ガイド部にコアスロットから突出する絶縁部材の端部と当接可能な突出部を設けることで、コアスロット内にセグメントコイルを挿入する際に当該セグメントコイルに引き摺られて真っ直ぐに戻ってしまう可能性があるカフス部を絶縁部材に設けた場合に比べて、絶縁部材がセグメントコイルに引き摺られることに起因したステータコアに対する絶縁部材の位置ズレを良好に抑制することが可能となる。また、カフサの各ガイド部をティース部の側面よりもセグメントコイル側に突出させることで、当該突出部とセグメントコイルとの隙間をより小さくすることができる。従って、カフサにより各セグメントコイルを強固に保持すると共に、電動機用ステータを含む電動機の使用中に当該隙間に異物が入り込むのを抑制して絶縁部材による絶縁性を良好に維持することができる。この結果、この電動機用ステータでは、ステータコアに対する絶縁部材の位置ズレを抑制しつつ、ステータコイルの固定強度を向上させると共に、絶縁部材の絶縁性を良好に確保することが可能となる。加えて、上述のような突出部をカフサに設けることで、絶縁部材からカフス部を省略することができるので、当該絶縁部材ひいては電動機用ステータの製造コストを低下させることが可能となる。

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部分断面図である。 本開示の電動機用ステータに含まれるカフサを示す斜視図である。 図３のカフサの要部を示す拡大部分断面図である。

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を示す正面図であり、図２は、電動機用ステータ１の要部を示す拡大部分断面図である。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、複数の絶縁部材７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、それぞれ互いに隣り合うカフサスロット３ｓの間で径方向に延びる複数のガイド部３ｇを含む。第１カフサ３の裏面には、更に、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。

図３に示すように、各ガイド部３ｇの上記径方向に延びる肩部は、図３に示すように、滑らかなＲ形状を有している。また、各ガイド部３ｇの底部（図３における下側の端部）は、ステータコア２のティース部２ｔよりも第１カフサ３の周方向において細幅になるように形成されている。第１カフサ３がステータコア２に組み付けられた際、各ガイド部３ｇの底部の両側の側面は、ティース部２ｔの側面よりもセグメントコイル５から遠い側、すなわち当該ガイド部３ｇの周方向における中心側に位置する。更に、各ガイド部３ｇは、上記底部よりも表面側（図３における上側）に、当該底部よりも周方向における外側に突出する２つの突出部３ｐを有する。第１カフサ３がステータコア２に組み付けられた際、各ガイド部３ｇの各突出部３ｐの側面は、ティース部２ｔの側面よりもセグメントコイル５側に突出する。これにより、第１カフサ３のカフサスロット３ｓの周方向における最小幅は、ステータコア２のコアスロット２ｓの周方向における幅よりも小さくなる。また、各ガイド部３ｇの底部の両側には、当該底部と各突出部３ｐとによって第１カフサ３の径方向に延びる切欠部３ｃが画成される。

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２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４ｓ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、それぞれ互いに隣り合うカフサスロット４ｓの間で径方向に延びる複数のガイド部４ｇを含む。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。

図２に示すように、各ガイド部４ｇの上記径方向に延びる肩部も、滑らかなＲ形状を有している。また、各ガイド部４ｇの底部（図２における上側の端部）は、ステータコア２のティース部２ｔよりも第２カフサ４の周方向において細幅になるように形成されている。第２カフサ４がステータコア２に組み付けられた際、各ガイド部４ｇの底部の両側の側面は、ティース部２ｔの側面よりもセグメントコイル５から遠い側、すなわち当該ガイド部３ｇの周方向における中心側に位置する。更に、各ガイド部４ｇは、上記底部よりも表面側（図２における下側）に、当該底部よりも周方向における外側に突出する２つの突出部４ｐを有する。第２カフサ４がステータコア２に組み付けられた際、各ガイド部４ｇの各突出部４ｐの側面は、ティース部２ｔの側面よりもセグメントコイル５側に突出する。これにより、第２カフサ４のカフサスロット４ｓの周方向における最小幅は、ステータコア２の対応するコアスロット２ｓの周方向における幅よりも小さくなる。また、各ガイド部４ｇの底部の両側には、当該底部と各突出部４ｐとによって第２カフサ４の径方向に延びる切欠部４ｃが画成される。

ステータコイル６を構成するセグメントコイル５は、例えば略Ｕ字状に成形された電気導体であり、２つの遊端部を有する。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。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。

絶縁部材７は、長方形状の絶縁紙からなり、ステータコア２の各コアスロット２ｓ（互い隣り合う２つのティース部２ｔの間）に配置されてステータコア２とセグメントコイル５とを電気的に絶縁するものである。絶縁紙には、間隔をおいて平行に延在する２本の折り曲げ線が定められており、当該絶縁紙は、２本の折り曲げ線に沿って略コの字状に折り曲げられる。これにより、絶縁部材７は、互いに隣り合う２つのティース部２ｔの間でステータコア２の内周面を覆う背部と、それぞれ当該２つのティース部２ｔの対応する一方の側面を覆うように背部の両端部から延出された２つの側部とを有することになる。また、本実施形態の絶縁部材７からは、絶縁紙の端部を外側に折り返すことにより形成されるカフス部が省略されている。

上述のように構成される電動機用ステータ１の製造に際しては、ステータコア２の各コアスロット２ｓ内に絶縁部材７を配置すると共に、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）。本実施形態において、絶縁部材７のステータコア２の軸方向における長さは、第１カフサ３の突出部３ｐの端面（図２における下側の端面）と、第２カフサ４の突出部４ｐの端面（図２における上側の端面）との間隔よりも短く、かつコアスロット２ｓの当該軸方向における長さ（ステータコア２の厚み）よりも長くなるように定められる。これにより、各絶縁部材７の両側の端部７ｅは、それぞれ対応するコアスロット２ｓから突出して第１カフサ３の対応する切欠部３ｃまたは第２カフサ４の対応する切欠部４ｃ内に位置する（図２参照）。

次いで、例えば第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。すなわち、セグメントコイル５の２つの遊端部の一方は、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。セグメントコイル５の各遊端部は、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。

各セグメントコイル５が第２カフサ４側からコアスロット２ｓ内に挿入される際、各絶縁部材７の第２カフサ４側の端部７ｅは、当該第２カフサ４の切欠部４ｃ内で、図２における下方に位置する２つの突出部４ｐの端面と対向している。従って、各突出部４ｐにより、カフサスロット４ｓからコアスロット２ｓへと挿入されるセグメントコイル５の遊端部が各絶縁部材７の第２カフサ４側の端部７ｅと当接しないようにして、絶縁部材７がセグメントコイル５に引き摺られてしまう可能性を低減させることができる。また、仮にコアスロット２ｓ内の絶縁部材７がセグメントコイル５に引き摺られて第２カフサ４側から第１カフサ３側に移動したとしても、絶縁部材７の第１カフサ３側の端部７ｅは、対応するコアスロット２ｓに連通するカフサスロット３ｓの両側に位置する２つのガイド部３ｇの突出部３ｐ（図２における下側の端面）に当接することになる。

この結果、コアスロット２ｓ内に挿入されるセグメントコイル５に引き摺られて真っ直ぐに戻ってしまう可能性があるカフス部を絶縁部材７に設けた場合に比べて、絶縁部材７がセグメントコイル５に引き摺られることに起因したステータコア２（コアスロット２ｓ）に対する絶縁部材の位置ズレを良好に抑制することが可能となる。加えて、突出部３ｐ，４ｐを第１および第２カフサ３，４のガイド部３ｇ，４ｇに設けることで、絶縁部材７からカフス部を省略することができるので、当該絶縁部材７ひいては電動機用ステータ１の製造コストを低下させることが可能となる。

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、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の各ガイド部４ｇによってもガイドされる。更に、複数のセグメントコイル５の遊端部は、対応する他のセグメントコイル５の遊端部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の組立体に対してワニスといった樹脂の含浸処理が施され、ワニス等が固化した段階で電動機用ステータ１が完成する。ここで、第１および第２カフサ３，４の各ガイド部３ｇ，４ｇにステータコア２のティース部２ｔの側面よりもセグメントコイル５側に突出する突出部３ｐ，４ｐを設けることで、当該突出部３ｐ，４ｐとセグメントコイル５との隙間をより小さくすることができる。従って、突出部３ｐ，４ｐとセグメントコイル５との隙間で固化したワニス等を介して、第１および第２カフサ３，４により各セグメントコイル５を強固に保持することが可能となり、ステータコイル６の固定強度を向上させることができる。更に、突出部３ｐ，４ｐとセグメントコイル５との隙間をより小さくすることで、電動機用ステータ１を含む電動機の使用中に、当該電動機の潤滑・冷却媒体（ＡＴＦ）に混入した異物等が突出部３ｐ，４ｐとセグメントコイル５との隙間に入り込むのを抑制し、各絶縁部材７による絶縁性を良好に維持することが可能となる。

以上説明したように、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、ステータコア２の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，４ｓを有すると共に、ステータコア２の対応する端面上に配置された第１および第２カフサ３，４と、それぞれコアスロット２ｓおよびカフサスロット３ｓ，４ｓに挿通されると共にステータコイル６を構成するように端部同士が接合された複数のセグメントコイル５と、それぞれコアスロット２ｓ内に配置されてステータコア２とセグメントコイル５とを電気的に絶縁する複数の絶縁部材７とを含む。更に、第１および第２カフサ３，４は、互いに隣り合うカフサスロット３ｓ，４ｓの間に設けられた複数のガイド部３ｇ，４ｇを有し、ガイド部３ｇ，４ｇの各々は、コアスロット２ｓから突出する絶縁部材７の端部と当接可能となるようにティース部２ｔの側面よりもセグメントコイル５側に突出する２つの突出部３ｐ，４ｐを有する。これにより、電動機用ステータ１では、ステータコア２に対する絶縁部材７の位置ズレを抑制しつつ、ステータコイル６の固定強度を向上させると共に、絶縁部材７の絶縁性を良好に確保することが可能となる。なお、上記実施形態では、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。また、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、３ｃ，４ｃ 切欠部、３ｇ，４ｇ ガイド部、３ｐ，４ｐ 突出部、３ｓ，４ｓ カフサスロット、４ 第２カフサ、５ セグメントコイル、６ ステータコイル、７ 絶縁部材、７ｅ 端部。

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対応する端面上に配置された２つのカフサと、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た複数のセグメントコイルと、それぞれ前記コアスロット内に配置されて前記ステータコアと前記セグメントコイルとを電気的に絶縁する複数の絶縁部材とを備えた電動機用ステータにおいて、
   前記カフサの各々は、互いに隣り合う前記カフサスロットの間に設けられた複数のガイド部を有し、前記ガイド部の各々は、前記コアスロットから突出する前記絶縁部材の端部と当接可能となるように前記ティース部の側面よりも前記セグメントコイル側に突出する突出部を有することを特徴とする電動機用ステータ。

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