JP2017079553A - 電動機用ステータ - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストの増加や電動機の信頼性低下を抑制しつつ、絶縁部材の位置ズレを良好に抑制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、端部同士が接続される複数のカセットコイル１０と、それぞれ外周側から軸心側に向かうに従って細幅に形成された複数のティース部２２を有するステータコア２と、ステータコア２とカセットコイル１０との間に配置される複数のインシュレータ３０とを含み、各インシュレータ３０は、互いに隣り合う２つのティース部２２の間に位置するステータコア２の内周面２ｓを覆う背部３１と、それぞれ当該２つのティース部２２の対応する一方の側面２２ｓを覆うように背部３１の両端部から延出された２つの側部３２ａ，３２ｂとを有し、互いに隣り合う２つのティース部２２に嵌め込まれた２つのカセットコイル１０とステータコア２とによって保持される。
【選択図】図１

Description

本開示は、複数の集中巻きコイルと、複数のティース部を有する環状のステータコアと、ステータコアと集中巻きコイルとの間に配置された複数の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、ステータティースの周方向一方側の側面を覆う第一部材と、当該ステータティースの周方向他方側の側面を覆う第二部材とを含む樹脂製の絶縁部材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では、ステータコアに対して絶縁部材と集中巻きコイルとを組み付ける際、ステータティースの一部を第一および第二部材の間に嵌入し、第一部材と第二部材とを周方向に接近させる。更に、絶縁部材の周囲に集中巻きコイルを装着し、絶縁部材と集中巻きコイルとを一体として径方向に移動させてステータティースの周囲に配置する。これにより、絶縁部材、すなわち第一および第二部材は、ステータコアと集中巻きコイルとによって保持される。

特開２０１１−２５４６８９号公報

上述のような電動機用ステータを含む電動機では、外部からの荷重（振動）により集中巻きコイルに対してステータコアの外周側から軸心に向かう方向の力が作用することがある。このような場合、集中巻きコイルに引き摺られることで絶縁部材の位置ズレを生じてしまい、場合によってはティース部から脱落してしまうおそれもある。このため、絶縁部材の位置ズレを抑制するために、ステータコアと絶縁部材との間に接着剤を浸透させたり、絶縁部材に設けられた突起や爪部をステータコアの溝等に嵌め込んだりして、絶縁部材をステータコアに固定することも考えられる。しかしながら、これらの手法を採用した場合、電動機用ステータの製造工程が増加してしまう。また、絶縁部材に突起を設けた場合、ステータコアの組み付けに際して突起が摩耗するおそれがあり、絶縁部材に爪を設けた場合、爪が折損してロータに干渉し、電動機の信頼性を損なってしまうおそれもある。

そこで、本開示の発明は、製造コストの増加や電動機の信頼性低下を抑制しつつ、絶縁部材の位置ズレを良好に抑制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、端部同士が電気的に接続される複数の集中巻きコイルと、それぞれ外周側から軸心に向けて突出するように周方向に間隔をおいて形成された複数のティース部を有する環状のステータコアと、前記ステータコアと前記集中巻きコイルとの間に配置される複数の絶縁部材とを備える電動機用ステータにおいて、前記複数のティース部は、それぞれ前記外周側の基端から前記軸心側の先端に向かうに従って細幅、若しくは前記基端から前記先端まで等幅に形成され、前記絶縁部材は、互いに隣り合う２つの前記ティース部の間に位置する前記ステータコアの内周面を覆う背部と、それぞれ前記２つの前記ティース部の対応する一方の側面を覆うように前記背部の前記周方向における両端部から延出された２つの側部とを有し、互いに隣り合う２つの前記ティース部に嵌め込まれた２つの前記集中巻きコイルと前記ステータコアとによって前記絶縁部材が保持されることを特徴とする。

この電動機用ステータのステータコアは、それぞれ外周側から軸心に向けて突出するように周方向に間隔をおいて並ぶと共に、外周側の基端から軸心側の先端に向かうに従って細幅、若しくは基端から先端まで等幅に形成された複数のティース部を有する。また、各絶縁部材は、背部と、当該背部の両端部から延出された２つの側部とを有し、背部がステータコアの内周面を覆うと共に２つの側部が互いに隣り合う２つのティース部の対応する一方の側面を覆うように、当該２つのティース部の間に配置される。そして、各絶縁部材は、互いに隣り合う２つのティース部に嵌め込まれた２つの集中巻きコイルとステータコアとによって保持される。ここで、外部からの荷重（振動）により互いに隣り合う２つの集中巻きコイルの一方に対してステータコアの軸心に向かう方向の力が作用した場合、それに接続された他方の集中巻きコイルには、ステータコアに対する組み付け角度（２つのティース部の延在方向）の相違に起因して、ステータコアの軸心から外周側に向かう方向の力が作用する。従って、対応する２つの集中巻きコイルの一方がステータコアの軸心に向けて移動しようとしても、各絶縁部材は、他方の集中巻きコイルとステータコアとによって強固に保持されることになる。これにより、この電動機用ステータでは、接着剤を用いたり、絶縁部材とステータコアとを嵌め合わせたりして絶縁部材をステータコアに固定する必要がなくなる。この結果、電動機用ステータの製造コストの増加や電動機の信頼性低下を抑制しつつ、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。

本開示の一実施形態に係る電動機用ステータの要部を示す断面図である。 図１の電動機用ステータの要部を示す分解斜視図である。 図１の電動機用ステータの要部を示す斜視図である。

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の要部を示す断面図であり、図２は、電動機用ステータ１の要部を示す分解斜視図である。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。電動機用ステータ１は、図示するように、ステータコア２と、複数のカセットコイル（集中巻きコイル）１０と、それぞれ対応するカセットコイル１０とステータコア２との間に配置される複数のインシュレータ（絶縁部材）３０とを含む。

ステータコア２は、互いに積層されると共に積層方向に連結される複数の環状板２１により構成される。本実施形態において、各環状板２１は、例えばプレス加工により概ね円環状に形成された電磁鋼板である。各環状板２１の内周部には、それぞれ環状板２１の中心孔で開口すると共に当該中心孔の径方向に延びる複数の有端スリット（切り欠き）が周方向に間隔をおいて形成されている。また、各環状板２１には、互いに重なり合った環状板２１同士を積層方向に連結するための複数のカシメ部（図示省略）が周方向に間隔をおいて配設されている。

複数の環状板２１は、複数の有端スリットが積層方向（ステータコア２の軸方向）において連通するように重ね合わされ、対応するカシメ部同士を嵌め合わせることにより積層方向に連結される。これにより、ステータコア２には、図１に示すように、各環状板２１の隣り合う有端スリットの間の突出部により、それぞれ外周側（環状のヨーク部）から軸心（ステータコア２の中心）に向けて径方向に延びると共に周方向に間隔をおいて並ぶように複数のティース部２２が形成される。更に、ステータコア２には、各環状板２１の有端スリットにより、互いに隣り合うティース部２２の間に位置するように複数のスロット２３が形成される。また、本実施形態において、各ティース部２２（環状板２１の突出部）は、外周側の基端から軸心側の先端に向かうに従って細幅に形成され、カセットコイル１０の抜けを防止するための鍔部を有していない。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。また、各ティース部２２は、外周側の基端から軸心側の先端まで等幅に形成されてもよい。

各カセットコイル１０は、ステータコア２への装着に先立って、例えば長方形状（正方形状を含む）の断面を有する１本の平角線１１をティース部２２の外周面に沿うように巻回軸に沿って複数段（例えば１０段程度）だけ巻回すると共に、巻回軸の周りに複数回（本実施形態では、２回）若しくは１回だけ巻回することにより構成される。本実施形態において、平角線１１は、短辺側の側面が巻回軸と平行をなすと共に、巻回軸を介して互いに対向するカセットコイル１０の長手方向（ステータコア２の軸方向）に沿って延びる部分が巻回軸の一端から他端に向かうに従って互いに接近するように巻回される。これにより、カセットコイル１０は略四角錐台状の外形を呈する。また、各カセットコイル１０の一端からは、長尺のバスバー部（渡り線）が延出されており、その他端からは短尺の端子部が延出されている（何れも図示省略）。

ステータコア２と各カセットコイル１０との間に配置されるインシュレータ３０は、例えば樹脂を射出成形することにより形成される。図２に示すように、各インシュレータ３０は、ステータコア２の互いに隣り合う２つのティース部２２の間に位置するステータコア２（ヨーク部）の内周面２ｓ（図２参照）を覆う背部３１と、当該２つのティース部２２の対応する一方の側面を覆うようにステータコア２の周方向における背部３１の両端部から延出された２つの側部３２ａ，３２ｂとを有する。

側部３２ａのステータコア２の軸方向における一方の縁部（図２における上縁部）からは、ティース部２２の当該軸方向における一端面（図２における上端面）を部分的に覆うように張出部３３ａが外方に延出されている。また、張出部３３ａの遊端部からは、側部３２ａとは反対側（図２における上方）かつステータコア２の軸方向に突出するように突出部３４ａが延出されている。更に、側部３２ａのステータコア２の軸方向における他方の縁部（図２における下縁部）からは、ティース部２２の当該軸方向における他端面（図２における下端面）を部分的に覆うように張出部３５ａが外方に延出されている。また、張出部３５ａの遊端部からは、側部３２ａとは反対側（図２における下方）かつステータコア２の軸方向に延在するように突出部３６ａが延出されている。張出部３３ａの内面と張出部３５ａの内面との間隔は、ティース部２２（ステータコア２）の厚みよりも僅かに大きく定められる。また、突出部３４ａ，３６ａの高さ（突出長さ）は、ティース部２２（ステータコア２）の厚みと、カセットコイル１０の空芯部の長手方向における長さとに応じて定められる。

同様に、側部３２ｂのステータコア２の軸方向における一方の縁部（図２における上縁部）からは、ティース部２２の当該軸方向における一端面（図２における上端面）を部分的に覆うように張出部３３ｂが外方に延出されている。また、張出部３３ｂの遊端部からは、側部３２ｂとは反対側（図２における上方）かつステータコア２の軸方向に突出するように突出部３４ｂが延出されている。更に、側部３２ｂのステータコア２の軸方向における他方の縁部（図２における下縁部）からは、ティース部２２の当該軸方向における他端面（図２における下端面）を部分的に覆うように張出部３５ｂが外方に延出されている。また、張出部３５ｂの遊端部からは、側部３２ｂとは反対側（図２における下方）かつステータコア２の軸方向に延在するように突出部３６ｂが延出されている。張出部３３ｂの内面と張出部３５ｂの内面との間隔も、ティース部２２（ステータコア２）の厚みよりも僅かに大きく定められる。また、突出部３４ｂ，３６ｂの高さ（突出長さ）も、ティース部２２（ステータコア２）の厚みと、カセットコイル１０の空芯部の長手方向における長さとに応じて定められる。

電動機用ステータ１の組み立てに際して、複数のインシュレータ３０は、図２および図３に示すように、それぞれ対応するスロット２３内にステータコア２の軸心側から外周側に向けて径方向に嵌め込まれる。すなわち、各インシュレータ３０は、背部３１がステータコア２（ヨーク部）の内周面２ｓを覆うと共に２つの側部３２ａ，３２ｂが互いに隣り合う２つのティース部２２の対応する一方の側面２２ｓを覆うように、ステータコア２の軸心から外周側（ヨーク部側）に向けて当該２つのティース部２２の間に嵌め込まれる。

図３に示すように、インシュレータ３０が対応する２つのティース部２２の間に嵌め込まれると、張出部３３ａおよび３３ｂは、それぞれ対応するティース部２２の軸方向における一端面をスロット２３側から覆い、張出部３５ａおよび３５ｂは、それぞれ対応するティース部２２の軸方向における他端面をスロット２３側から覆う。また、ステータコア２の周方向に間隔をおいて隣り合う２つのインシュレータ３０の突出部３４ａおよび３４ｂは、当該２つのインシュレータ３０間のティース部２２の一端面上で当該周方向に間隔をおいて対向する。更に、ステータコア２の周方向に間隔をおいて隣り合う２つのインシュレータ３０の突出部３６ａおよび３６ｂは、当該２つのインシュレータ３０間のティース部２２の他端面上で当該周方向に間隔をおいて対向する。

次いで、複数のカセットコイル１０が対応するティース部２２に対して軸心側から外周側に向けて径方向に嵌め込まれる。すなわち、各カセットコイル１０は、２つのインシュレータ３０の側部３２ａ，３２ｂおよび張出部３３ａ，３３ｂ，３５ａ，３５ｂにより覆われた１つのティース部２２が当該カセットコイル１０の空芯部を貫通するようにステータコア２に嵌め込まれる。インシュレータ３０およびカセットコイル１０が対応するティース部２２に装着されると、当該カセットコイル１０は、対応する２つのインシュレータ３０の側部３２ａ，３２ｂによりステータコア２の周方向に支持されると共に、当該２つのインシュレータ３０の突出部３４ａ，３４ｂ，３６ａ，３６ｂによりステータコア２の軸方向に支持される。これにより、カセットコイル１０とティース部２２（ステータコア２）とが電気的に絶縁される。

本実施形態において、複数のカセットコイル１０は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルに大別されており、各カセットコイル１０のバスバー部の端部は、対応する他のカセットコイル１０の端子部に溶接等により電気的に接続される。更に、互いに隣り合う何れか２つのカセットコイル１０は、他のカセットコイル１０とは同一若しくは異なる形状のバスバー部を有しており、当該２つのカセットコイル１０のバスバー部と、当該２つのカセットコイル１０の一方の端子部とを電気的に接続することにより中性点が構成される。

カセットコイル１０の接続工程の完了後、ステータコア２、複数のインシュレータ３０および複数のカセットコイル１０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。ステータコア２、複数のインシュレータ３０、および複数のカセットコイル１０は、主に各インシュレータ３０が対応する２つのカセットコイルに樹脂を介して固定されることで一体化される。そして、各インシュレータ３０は、互いに隣り合う２つのティース部２２に嵌め込まれた２つのカセットコイル１０とステータコア２とによって保持されることになる。

上述のように構成される電動機用ステータ１を含む電動機を搭載した車両の走行中や、当該電動機の作動中、電動機用ステータ１には、車両側（外部）からの振動等による荷重が作用することがある。このような外部からの荷重により、互いに隣り合う２つのカセットコイル１０の一方に対してステータコア２の軸心に向かう方向の力が作用した場合、それに接続された他方のカセットコイル１０には、ステータコア２に対する組み付け角度（２つのティース部２２の延在方向）の相違に起因して、ステータコア２の軸心から外周側に向かう方向の力が作用する。従って、各インシュレータ３０は、対応する２つのカセットコイル１０の一方がステータコア２の軸心に向けて移動しようとしても、他方のカセットコイル１０とステータコア２とによって強固に保持されることになる。これにより、電動機用ステータ１では、インシュレータ３０をステータコア２に積極的に固定するために、接着剤を用いたり、インシュレータ３０とステータコア２とを嵌め合わせたりする必要がなくなる。この結果、電動機用ステータ１の製造コストの増加や電動機の信頼性低下を抑制しつつ、インシュレータ３０の位置ズレを良好に抑制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のステータコア２は、それぞれ外周側の基端から軸心側の先端に向かうに従って細幅（若しくは基端から先端まで等幅）に形成された複数のティース部２２を有する。また、各インシュレータ３０は、互いに隣り合う２つのティース部２２の間に位置するステータコア２の内周面２ｓを覆う背部３１と、それぞれ２つのティース部２２の対応する一方の側面２２ｓを覆うように背部３１の両端部から延出された２つの側部３２ａ，３２ｂとを有する。そして、各インシュレータ３０は、互いに隣り合う２つのティース部２２に嵌め込まれた２つのカセットコイル１０とステータコア２とによって保持される。これにより、電動機用ステータ１の製造コストの増加や電動機の信頼性低下を抑制しつつ、各インシュレータ３０の位置ズレを良好に抑制することが可能となる。

なお、上記実施形態において、各インシュレータ３０は、２つのティース部２２の間のスロット２３に対してステータコア２の径方向に嵌め込まれるが、インシュレータ３０の嵌め込み方向は、これに限られるものではない。すなわち、例えばインシュレータ３０の少なくとも一方の端部から張出部および突出部を省略することで、当該インシュレータ３０を２つのティース部２２の間のスロット２３に対してステータコア２の軸方向に嵌め込むことが可能となる。この場合、ステータコア２の軸方向における側部３２ａ，３２ｂの長さをステータコア２（ティース部２２）の厚みよりも大きくすることで、当該側部３２ａ，３２ｂの端部によってカセットコイル１０をステータコア２の軸方向に支持することができる。また、インシュレータ３０を２つの半部、すなわち、張出部３３ａ，３３ｂおよび突出部３４ａ，３４ｂを含む第１半部と、張出部３５ａ，３５ｂおよび突出部３６ａ，３６ｂを含む第２半部とに分割しても、当該第１および第２半部を２つのティース部２２の間にステータコア２の軸方向に嵌め込むことが可能となる。

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 内周面、１０ カセットコイル、１１ 平角線、２１ 環状板、２２ ティース部、２２ｓ 側面、２３ スロット、３０ インシュレータ、３１ 背部、３２ａ，３２ｂ 側部、３３ａ，３３ｂ，３５ａ，３５ｂ 張出部、３４ａ，３４ｂ，３６ａ，３６ｂ 突出部。

Claims (1)

1. 端部同士が電気的に接続される複数の集中巻きコイルと、それぞれ外周側から軸心に向けて突出するように周方向に間隔をおいて形成された複数のティース部を有する環状のステータコアと、前記ステータコアと前記集中巻きコイルとの間に配置される複数の絶縁部材とを備える電動機用ステータにおいて、
   前記複数のティース部は、それぞれ前記外周側の基端から前記軸心側の先端に向かうに従って細幅、若しくは前記基端から前記先端まで等幅に形成され、
   前記絶縁部材は、互いに隣り合う２つの前記ティース部の間に位置する前記ステータコアの内周面を覆う背部と、それぞれ前記２つの前記ティース部の対応する一方の側面を覆うように前記背部の前記周方向における両端部から延出された２つの側部とを有し、
   互いに隣り合う２つの前記ティース部に嵌め込まれた２つの前記集中巻きコイルと前記ステータコアとによって前記絶縁部材が保持されることを特徴とする電動機用ステータ。

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