JP2017093224A

JP2017093224A - コイル固定部材

Info

Publication number: JP2017093224A
Application number: JP2015223399A
Authority: JP
Inventors: 哲志水谷; Tetsushi Mizutani; 晋平八鍬; Shinpei Yakuwa; 一志土橋; Kazushi Dobashi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-11-13
Filing date: 2015-11-13
Publication date: 2017-05-25

Abstract

【課題】導体セグメントの曲げ起点を下げつつ、内周リブの剛性低下を抑制し、かつ、内周リブの絶縁紙との干渉を防止することである。
【解決手段】コイル固定部材４０が、ステータコア２０の内周に沿って配置された環状の内周リブ４２と、内周リブ４２の外周から径方向外側へ放射状に突出し、ステータコア２０のティース２２上にそれぞれ配置された径方向リブ４３とを有し、径方向リブ４３のステータコア２０の端面からの高さＨ２は、内周リブ４２の高さＨ１より低く、かつ、内周リブ４２のスロット２３に対応する底面のステータコア２０の端面からの高さは、絶縁紙６０の突出部６０ａの高さ以上である。
【選択図】図４

Description

本発明は、ステータコアの端面に載置されたコイル固定部材に関する。

モータジェネレータ等の回転電機のステータの巻き線にセグメントコイルを用いる場合がある。セグメントコイルは、例えば、略Ｕ字型に曲げ成形した導体セグメントの各直線部分をステータコアのスロットの一方からそれぞれ挿入し、他方から突出した各直線部分を曲げ加工し、半径方向に隣接する導体セグメントの曲げ加工部分の先端同士を順次溶接してティースの周囲に巻回されたコイルを形成するものである。

導体セグメントの曲げ加工には、ステータコアの端面に載置され、コイル曲げを規制する部品カフサ（コイル固定部材）を用いることがある。部品カフサは、ステータコアの内周側に配置された環状の内周リブと、ヨーク端面上に配置された環状の外周リブと、内周リブの外周と外周リブの内周とを連結し、ティース端面を覆う放射状の径方向リブとを備えている。そして、スロットに挿入された導体セグメントを径方向リブに当接して、この当接箇所を曲げ起点として導体セグメントの曲げ加工を行っている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５−７７０４０号公報

セグメントコイルの軽量化や小型化を図るために、コイルエンドを小さくすることが検討されている。コイルエンドを小さくする一つの方法として、導体セグメントの曲げ起点を下げること、すなわち、曲げ起点をステータコアの端面に近づけることによって、ステータコアから突出する導体セグメントが短くなり、コイルエンドの小型化が可能である。導体セグメントの曲げ起点を下げるために、コイル固定部材の上面または下面を削って、コイル固定部材を薄型化する方法が考えられる。

ステータコアの内周側からスロットを見た図５を参照してコイル固定部材を薄型化する構成について説明する。なお、図５において、符号１００はステータコア、１０１はスロット、１０２はコイル固定部材、１０３は導体セグメント、１０４は絶縁紙をそれぞれ示す。図５（Ａ）に示すように、コイル固定部材１０２の上面を削ってコイル固定部材１０２の厚さを薄くすると、コイル固定部材１０２の内周リブ１０２ａも削られてしまい、内周リブ１０２ａの肉厚が薄くなり、内周リブ１０２ａの剛性が低下する。特に、内周リブ１０２ａのスロット１０１に対応する底面には、絶縁紙１０４との干渉を避ける収納凹部１０２ｂが設けられているため、この部分の肉厚が薄くなり剛性が低下する。

また、図５（Ｂ）に示すように、コイル固定部材１０２の下面（ステータコア１００との当接面）を削ってコイル固定部材１０２の厚さを薄くすると、コイル固定部材１０２の内周リブ１０２ａと絶縁紙１０４との干渉を避ける収納凹部１０２ｂが小さくなり絶縁紙１０４と接触して絶縁紙１０４が座屈変形する。

このように、コイル固定部材１０２の上面または下面を削ることによりコイル固定部材１０２を薄型化でき、導体セグメント１０３の曲げ起点を下げることが可能になるが、内周リブ１０２ａの剛性が低下する、あるいは、絶縁紙１０４と干渉するという別の課題が発生する。

そこで、本発明では、導体セグメントの曲げ起点を下げつつ、内周リブの剛性低下を抑制し、かつ、内周リブの絶縁紙との干渉も防止することを目的とする。

本発明のコイル固定部材は、環状のヨークと、前記ヨークの内周に径方向内側へ突出する複数のティースと、前記複数のティース間に形成された複数のスロットと、前記複数のスロットにそれぞれ挿入されて前記ティースの端面から突出する絶縁紙とを備えたステータコアの端面に配置されたコイル固定部材であって、前記ステータコアの内周に沿って配置された環状の内周リブと、前記内周リブの外周から径方向外側へ放射状に突出し、前記複数のティース上にそれぞれ配置された径方向リブとを有し、前記径方向リブの前記ステータコアの端面からの高さは、前記内周リブの高さより低く、かつ、前記内周リブの前記スロットに対応する底面の前記ステータコアの端面からの高さは、前記絶縁紙の突出部の高さ以上であることを特徴とする。

本発明によれば、導体セグメントの曲げ起点を下げることができ、セグメントコイルを軽量化、小型化できる。また、同時に、内周リブの剛性低下を抑制し、かつ、内周リブの絶縁紙との干渉も防止することができる。

本実施形態におけるステータの分解斜視図である。コイル固定部材が取り付けられたステータコアの部分斜視図であるステータコアのティース半径方向の断面図である。コイル固定部材の内周リブと径方向リブとの高さを説明する図であり、（Ａ）は図３のＡ−Ａ断面図を示し、（Ｂ）は図３のＢ矢視図を示す。コイル固定部材の薄型化を説明するスロットの周方向断面図であり、（Ａ）はコイル固定部材の上面を削った場合を示し、（Ｂ）はコイル固定部材の下面を削った場合を示す。

本実施形態のステータ１０は、例えば、ハイブリッド車両に搭載されるモータジェネレータに使用される。図１に示すように、ステータ１０は、ステータコア２０と、ステータコア２０の軸方向両端を覆うコイル固定部材４０（以下、部品カフサ４０という）と、ステータコア２０に巻装されるセグメントコイル３０とを備えている。

図１、２に示すように、ステータコア２０は、多数の電磁鋼板を積層して構成されている。ステータコア２０は、ステータ周方向に沿って延びる環状のヨーク２１と、ヨーク２１の内周面２１ａよりステータ径方向内側へ突出する複数のティース２２とを備えている。複数のティース２２はステータ周方向に互いに等間隔で配置されている。ステータ周方向に隣接するティース２２の間にスロット２３が形成され、複数のスロット２３がステータ周方向に互いに等間隔で配置されている。すなわち、スロット２３は、ヨーク２１の内周面２１ａ、ティース２２の周方向面２２ａ，２２ｂによって挟まれた空間である。各ティース２２及び各スロット２３は、ステータ軸方向に沿って延びている。

ステータコア２０のステータ軸方向一方側端面及び他方側端面には、一対のコイル固定部材４０がそれぞれ装着されている。部品カフサ４０は、絶縁性の樹脂成形部材であり、例えば、エポキシ樹脂から形成されている。部品カフサ４０は、ステータ軸方向一方側端面のヨーク２１に接する環状の外周リブ４１と、ステータコア２０のティース２２の内側先端に接する環状の内周リブ４２と、内周リブ４２の外周から径方向外側へ放射状に突出して外周リブ４１の内周に接続する複数の径方向リブ４３とを備えている。

図２に示すように、径方向リブ４３は、ステータコア２０のティース２２に対応して設けられており、ティース２２と同様に周方向に互いに等間隔で配置されて、ステータコア２０のティース２２を覆っている。隣接する径方向リブ４３の間にはカフサスロット４４が形成され、このカフサスロット４４はステータコア２０のスロット２３の位置に対応している。

また、ステータコア２０の他方側端面の部品カフサ（図示せず）は部品カフサ４０と同様の構成であり、部品カフサ４０を裏返してステータ軸方向他方側端面に配置したものである。

セグメントコイル３０は、ステータコア２０の周方向における全てのスロット２３に挿入された複数の導体セグメント３１によって構成される。なお、図１には、一対の導体セグメント３１しか示されていないが、導体セグメント３１はステータコア２０の全てのスロット２３に挿入される。

導体セグメント３１はＵ字形状であり、２つの直線状の脚３１ａと、これらを連結する湾曲部３１ｂとを備えている。導体セグメント３１の脚３１ａを、他方側の図示しない部品カフサのカフサスロット、ステータコア２０のスロット２３及び部品カフサ４０のカフサスロット４４に挿入したときに、脚３１ａはカフサスロット４４から突出する長さを有している。脚３１ａのカフサスロット４４から突出した部分は折り曲げられ、他の導体セグメント３１の脚３１ａと接合される。

次に、部品カフサ４０の詳しい構成について図３、４を参照して説明する。図３は、ステータコア２０のティース２２の半径方向の断面図である。図４（Ａ）は図３のＡ−Ａ断面図を示し、図４（Ｂ）は図３のＢ矢視図を示す。

図３に示すように、ステータコア２０の端面には、部品カフサ４０が載置されている。部品カフサ４０は、先に説明したように、外周リブ４１、内周リブ４２及び径方向リブ４３を備えている。内周リブ４２は、十分な剛性を有する所定の厚さＨ１を有している。径方向リブ４３の厚さＨ２は、内周リブ４２の厚さＨ１よりも薄く形成されている。すなわち、径方向リブ４３のステータコア２０の端面からの高さ（厚さＨ２）は、内周リブ４２の高さ（厚さＨ１）より低くなっている。

図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、スロット２３には、スロット２３に挿入された導体セグメント３１とステータコア２０との電気絶縁を図る絶縁紙６０が配設されている。絶縁紙６０は、ティース２２の角と導体セグメント３１との接触を防止するために、ティース２２の端面から突出する突出部６０ａを有している。突出部６０ａは、絶縁紙６０のティース２２の端面から突出する部分が折り曲げられることによって形成されている。

また、図４（Ｂ）に示すように、絶縁紙６０のスロット２３側の端縁６０ｂは、導体セグメント３１を覆うように折り曲げられている。絶縁紙６０は、矩形状の紙繊維から構成されている。なお、絶縁紙６０として、紙繊維に合成樹脂を含ませたものや、合成樹脂をフィルム状に形成したものを用いてもよい。

図４（Ａ）に示すように、径方向リブ４３の上端両角部には、導体セグメント３１がそれぞれ当接しており、この上端両角部が導体セグメント３１の曲げ起点４３ａになって、導体セグメント３１は折り曲げられる。先に説明したように、径方向リブ４３のステータコア２０の端面からの高さ（厚さＨ２）は、内周リブ４２の高さ（厚さＨ１）より低くなっているので、曲げ起点４３ａを、ステータコア２０の端面に近づけることができる。すなわち、曲げ起点４３ａをステータコア２０の端面側に向かって下げることができる。

また、径方向リブ４３の下端両角部には、絶縁紙６０の突出部６０ａとの干渉を避ける切り欠き部４３ｂがそれぞれ形成されている。

図４（Ｂ）に示すように、内周リブ４２のスロット２３に対応する底面には、絶縁紙６０の突出部６０ａを収納する収納凹部４２ａがそれぞれ形成されている。収納凹部４２ａはスロット２３に向かって開口しており、収納凹部４２ａの大きさは絶縁紙６０の突出部６０ａよりも大きく設定されている。詳しくは、収納凹部４２ａの開口は絶縁紙６０の突出部６０ａの外形よりも大きく、収納凹部４２ａの深さは絶縁紙６０の突出部６０ａの突出量以上に形成されている。なお、突出部６０ａとの接触を確実に避けるために突出部６０ａよりも深く形成することが好ましい。

次に、図４（Ａ）、（Ｂ）を参照して導体セグメント３１をスロット２３に挿入して折り曲げる工程について説明する。まず、図１に示すように、導体セグメント３１の脚３１ａを、ステータコア２０のステータ軸方向他方側から図示しないカフサスロット、スロット２３、カフサスロット４４に挿入する。挿入後の導体セグメント３１の脚３１ａは、部品カフサ４０の径方向リブ４３よりも上方に突出する。

導体セグメント３１の径方向リブ４３から突出した脚３１ａを、図中矢印Ｆで示すように、径方向リブ４３の曲げ起点４３ａを起点として径方向リブ４３に向けて折り曲げる。導体セグメント３１の折り曲げられた脚３１ａの先端は、図示しない部分において、他の導体セグメント３１の脚３１ａの先端と接合される。全ての導体セグメント３１の脚３１ａの接合が完了すると、セグメントコイル３０が形成される。

このとき、曲げ起点４３ａは、ステータコア２０の端面に近い位置に設定されているので、導体セグメント３１は、ステータコア２０の端面に近い位置で折り曲げられる。このため、ステータコア２０の端面から突出するセグメントコイル３０のコイルエンドの高さを低くすることができる。これにより、コイルエンドが小型化されて、セグメントコイル３０を軽量化することができる。また、モータの体格を小さくして銅損を低減することができる。

一方、内周リブ４２は、所定の厚さＨ１を有しているので、内周リブ４２の下部に収納凹部４２ａが形成されていても、十分な剛性を有している。特に、部品カフサ４０の成型時に、金型のゲート部の位置によって内周リブ４２にウェルドラインが形成される場合には、内周リブ４２の剛性が低下しやすくなるが、本実施形態によれば、内周リブ４２は薄型化されておらず、所定の厚さＨ１を有しているので、十分な剛性を有している。また、この収納凹部４２ａによって、絶縁紙６０の突出部６０ａとの干渉も防止されるので、絶縁紙６０の突出部６０ａとの接触が回避されて、絶縁紙６０の突出部６０ａの座屈を防ぐことができる。

この結果、導体セグメント３１の曲げ起点４３ａをステータコア２０の端面に近づけることができ、セグメントコイル３０を小型化、軽量化することができる。また、同時に、内周リブ４２の剛性低下を抑制し、かつ、内周リブ４２の絶縁紙６０の突出部６０ａとの干渉も防止することができる。

１０ステータ、２０ステータコア、２１ヨーク、２２ティース、２３スロット、３０セグメントコイル、３１導体セグメント、４０部品カフサ（コイル固定部材）、４１外周リブ、４２内周リブ、４２ａ収納凹部、４３径方向リブ、４３ａ曲げ起点、４３ｂ切り欠き部、４４カフサスロット、６０絶縁紙、６０ａ突出部、６０ｂ端縁。

Claims

環状のヨークと、前記ヨークの内周に径方向内側へ突出する複数のティースと、前記複数のティース間に形成された複数のスロットと、前記複数のスロットにそれぞれ挿入されて前記ティースの端面から突出する絶縁紙とを備えたステータコアの端面に配置されたコイル固定部材であって、
前記ステータコアの内周に沿って配置された環状の内周リブと、
前記内周リブの外周から径方向外側へ放射状に突出し、前記複数のティース上にそれぞれ配置された径方向リブとを有し、
前記径方向リブの前記ステータコアの端面からの高さは、前記内周リブの高さより低く、かつ、前記内周リブの前記スロットに対応する底面の前記ステータコアの端面からの高さは、前記絶縁紙の突出部の高さ以上であることを特徴とするコイル固定部材。