JP2017127063A - ステータ - Google Patents

Abstract

【課題】ステータコアやコイルの冷却性能を従来よりも向上させることができる電動機のステータを提供する。【解決手段】ステータは、ステータコア２と、該ステータコア２に巻回されるコイル３と、該コイル３とステータコア２との間に配置される絶縁シート４とを備える。絶縁シート４は、少なくともコイル３に対向する面４ａに発泡樹脂層５を有する。発泡樹脂層５は、冷却液が流れる冷却液流路６を有する。【選択図】図５

Description

本発明は、電動機のステータに関する。

従来からステータコアとコイルとを有する電動機のステータの製造方法が知られている（下記特許文献１を参照）。ステータコアは、円筒形の外周部を形成するヨーク部と、ヨーク部から内周側に突出する形状で各々の間にスロットを形成する複数のティース部とを有する略円筒状の部材である。コイルは、ステータコアのスロットに巻回される巻線により構成される。

特許文献１に記載された電動機のステータの製造方法は、少なくとも表面が発泡樹脂により構成されてなる矩形のシート状の発泡樹脂シートを、スロットにおけるステータコアの内壁面とコイルとの間に挟んだ状態で加熱し、膨張させる。これにより、コイルをステータコアに固着させることができ、コイルをステータコアに対してより確実に固定させることができる。

特開２０１１―２４４５９６号公報

前記従来の電動機のステータは、発泡樹脂によってコイルをステータコアに対してより確実に固定させることができる反面、コイルとステータコアの間に発泡樹脂が充填され、コイルやステータコアを冷却する冷却液の流路を確保できない。そのため、ステータコアやコイルの冷却性能の向上に課題がある。

本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、ステータコアやコイルの冷却性能を従来よりも向上させることができる電動機のステータを提供することを目的とする。

前記目的を達成すべく、本発明のステータは、ステータコアと、該ステータコアに巻回されるコイルと、該コイルと前記ステータコアとの間に配置される絶縁シートとを有する電動機のステータであって、前記絶縁シートは、少なくとも前記コイルに対向する面に発泡樹脂層を有し、前記発泡樹脂層は、冷却液が流れる冷却液流路を有することを特徴とする。

本発明のステータにおいて、ステータコアは、例えば、円筒形の外周部を形成するヨーク部と、ヨーク部から内周側に突出する複数のティース部とを有している。コイルは、ステータコアのティース部の間に形成されるスロットに配置され、ステータコアに巻回される。絶縁シートは、例えば絶縁紙であり、ステータコアのスロットの壁面に沿って配置され、ステータコアのティース部とコイルの巻線との間に配置される。

本発明のステータにおいて、絶縁シートは、少なくともコイルに対向する面に発泡樹脂層を有している。そのため、ステータの製造時に、例えば、ステータコアのスロットの壁面に沿って絶縁シートを配置し、ステータコアのスロットにコイルの巻線を配置することで、ステータコアのティース部とコイルの巻線との間に絶縁シートを配置することができる。その後、加熱により絶縁シートの発泡樹脂層を発泡させることで、コイルをステータコアに確実に固定することができる。

なお、絶縁シートのステータコアに対向する面は、通常の接着剤を介してステータコアに接着されていてもよいが、コイルに対向する面と同様に、発泡樹脂層を有することが好ましい。絶縁シートの表裏の発泡樹脂層は、加熱によって発泡する発泡接着剤を絶縁シートに塗布し、絶縁シートをステータコアとコイルとの間に配置した後に加熱して発泡させることで形成される。絶縁シートの表裏の発泡樹脂層は、コイル及びステータコアに接着され、樹脂シートを介してコイルをステータコアに固定する。

前記従来の電動機のステータは、発泡樹脂によってコイルをステータコアに対して確実に固定させることができる反面、コイルとステータコアの間に発泡樹脂が充填され、冷却液の流路を確保できず、ステータコアやコイルの冷却性能の向上に課題があった。

これに対し、本発明のステータは、絶縁シートの少なくともコイルに対向する面に形成された発泡樹脂層が、冷却液が流れる冷却液流路を有している。これにより、少なくともコイルと絶縁シートとの間に冷却液流路によって冷却液を流し、冷却液によってコイルを効率よく冷却して、コイルの冷却性能を向上せることができる。

発泡樹脂層の冷却液流路の具体的な構成としては、例えば、絶縁シートのコイルに対向する面に、所定の幅を有する複数の線状又は帯状の発泡樹脂層を幅方向に間隔をあけて形成することで、発泡樹脂層が溝状の冷却液流路を有する構成とすることができる。また、例えば、絶縁シートのコイルに対向する面に、点状又は島状の発泡樹脂層を形成することで、発泡樹脂層が網目状の冷却液流路を有する構成とすることができる。

また、絶縁シートがステータコアに対向する面に発泡樹脂層を有する場合には、その発泡樹脂層も、絶縁シートのコイルに対向する面の発泡樹脂層と同様の冷却液流路を有することができる。この場合、絶縁シートの表裏の発泡樹脂層は、絶縁シートの厚さ方向において重ならない位置に形成することが好ましい。これにより、絶縁シートの発泡樹脂層が形成された面の反対側の面に冷却液流路が形成され、絶縁シートの冷却性能を向上させることができる。

以上の説明から理解できるように、本発明によれば、ステータコアやコイルの冷却性能を従来よりも向上させることができる電動機のステータを提供することができる。

本発明の実施形態１に係るステータの拡大断面図。 図１に示すステータの一部の分解斜視図。 図２に示す絶縁シートの模式的な斜視図。 図１に示す絶縁シートの発泡樹脂層の形成前の拡大断面図。 図４に示す絶縁シートの発泡樹脂層の形成後の拡大断面図。 本発明の実施形態２に係るステータの図４に相当する拡大断面図。 図６に示す絶縁シートの発泡樹脂層の形成後の拡大断面図。 本発明の実施形態３に係るステータの図４に相当する拡大断面図。 図８に示す絶縁シートの発泡樹脂層の形成後の拡大断面図。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

［実施形態１］
図１は、本発明の実施形態１に係るステータ１の拡大断面図である。

本実施形態のステータ１は、例えばハイブリッドカーや電気自動車に用いられるモータ等の電動機のステータ１である。ステータ１は、主に、ステータコア２と、該ステータコア２に巻回されるコイル３と、該コイル３とステータコア２との間に配置される絶縁シート４とを有している。詳細については後述するが、本実施形態のステータ１は、絶縁シート４が少なくともコイル３に対向する面に発泡樹脂層５を有し、発泡樹脂層５は、冷却液が流れる冷却液流路６（図５参照）を有することを特徴としている。

図２は、図１に示すステータ１の一部の分解斜視図である。ステータコア２は、例えば、円筒形の外周部を形成するヨーク部２ｙと、ヨーク部２ｙから内周側に突出する複数のティース部２ｔとを有している。コイル３は、ステータコア２のティース部２ｔの間に形成されるスロット２ｓに配置され、ステータコア２に巻回される。絶縁シート４は、例えば単層又は複層の絶縁紙であり、ステータコア２のスロット２ｓの壁面に沿って配置され、ステータコア２のティース部２ｔとコイル３の巻線３ｗとの間に配置される。

図３は、図２に示す絶縁シート４の模式的な斜視図である。絶縁シート４は、コイル３に対向する面４ａと、ステータコア２に対向する面４ｂに、それぞれ発泡樹脂層５を有している。なお、絶縁シート４は、少なくともコイル３に対向する面４ａに発泡樹脂層５を有していればよい。ステータコア２に対向する面４ｂは、ステータコア２との接着力を向上させる観点から、通常の接着剤を介してステータコア２に接着されていてもよい。

絶縁シート４のコイル３に対向する面４ａに設けられた発泡樹脂層５は、冷却液が流れる冷却液流路６を有している。本実施形態のステータ１において、冷却液流路６は、上部が開放され、底部に絶縁シート４を露出させる直線的な溝状に形成されている。冷却液流路６は、例えば、絶縁シート４のコイル３に対向する面４ａに、所定の幅を有する複数の線状又は帯状の発泡樹脂層５を、幅方向に間隔をあけて部分的に形成することで、各々の発泡樹脂層５の間に形成されている。

冷却液流路６は、必ずしも直線的に形成する必要はなく、波形等の曲線状に形成してもよい。冷却液流路６は、ステータコア２の中心軸方向の一端から他端まで連続して形成され、ステータコア２の中心軸方向の一端と他端にそれぞれ開口を有していることが好ましい。また、絶縁シート４のコイル３に対向する面４ａに、発泡樹脂層５を点状又は島状に形成し、発泡樹脂層５が網目状又は格子状の冷却液流路６を有する構成としてもよい。

本実施形態のステータ１は、例えば、以下の手順によって製作することができる。

図４は、図１に示す絶縁シート４の発泡樹脂層５の形成前の拡大断面図であり、発泡接着剤５Ａが塗布された絶縁シート４がコイル３の巻線３ｗとステータコア２との間に配置された状態を示す、図１の破線で囲まれたIV部に相当する部分の拡大図である。

まず、絶縁シート４を用意し、表裏の面４ａ，４ｂに、発泡接着剤５Ａを塗布する。発泡接着剤５Ａは、絶縁性を有し、加熱によって発泡し、その後、硬化して発泡樹脂層５を形成するものであれば、特に限定されない。本実施形態のステータ１では、絶縁シート４のコイル３に対向する面４ａに、所定の幅の線状又は帯状の発泡接着剤５Ａを、幅方向に所定の間隔をあけて塗布する。また、絶縁シート４のステータコア２に対向する面４ｂには、全体的に発泡接着剤５Ａを塗布する。

なお、絶縁シート４の厚さは、例えば約０．２ｍｍ程度であり、絶縁シート４に塗布された発泡接着剤５Ａの厚さは、例えば約０．０５ｍｍである。また、絶縁シート４のコイル３に対向する面４ａの線状又は帯状の発泡接着剤５Ａの幅は、例えば約０．１ｍｍ程度であり、発泡接着剤５Ａの間隔は、例えば約０．１ｍｍ程度である。

次に、発泡接着剤５Ａが塗布された絶縁シート４を、ステータコア２のスロット２ｓの壁面に沿って配置し、その後、ステータコア２のスロット２ｓに絶縁シート４を介してコイル３の巻線３ｗを巻回して配置する。コイル３の巻線は、例えば断面が３ｍｍ×２ｍｍの矩形の角線を用いることができる。これにより、図４に示すように、発泡接着剤５Ａが塗布された絶縁シート４が、コイル３とステータコア２との間に配置される。コイル３の巻線３ｗと絶縁シート４の面４ａとの隙間、及び、ステータコア２と絶縁シート４の面４ｂとの間の隙間は、それぞれ、例えば約０．２ｍｍ程度である。

この状態で、絶縁シート４の表裏の面４ａ，４ｂに塗布した発泡接着剤５Ａを加熱して発泡させ、硬化させることで、絶縁シート４の表裏の面４ａ，４ｂに発泡樹脂層５を形成し、絶縁シート４を介して発泡樹脂層５によってコイル３をステータコア２に固着させる。

図５は、図４に示す絶縁シート４の発泡樹脂層５の形成後の拡大断面図である。絶縁シート４とステータコア２との間の隙間は、発泡樹脂層５によって埋められて冷却液を流すことはできない。一方、絶縁シート４とコイル３の巻線３ｗとの間の発泡樹脂層５には、冷却液が流れる冷却液流路６が形成される。

より具体的には、絶縁シート４とコイル３の巻線３ｗとを接合する線状又は帯状の発泡樹脂層５は、幅方向に間隔をあけて形成されることで、各々の発泡樹脂層５の間に絶縁シート４と発泡樹脂層５とコイル３の巻線３ｗによって画定された冷却液流路６が形成される。冷却液流路６は、断面が矩形で、帯状の発泡樹脂層５の長手方向に沿って延在し、延在方向の両端が開放されている。

発泡樹脂層５の間隔Ｓは、例えば約０．１ｍｍであり、発泡樹脂層５の幅Ｗは、例えば約０．１ｍｍであり、発泡樹脂層５の厚さＴ、すなわち絶縁シート４とコイル３の巻線３ｗとの隙間は、例えば約０．２ｍｍである。この場合、各々の冷却液流路６は、幅が０．１ｍｍ、高さが０．２ｍｍであり、断面が３ｍｍ×２ｍｍの矩形の巻線３ｗの２ｍｍの短辺が１０箇所で冷却液流路６に面している。そのため、コイル３の巻線３ｗの一方の短辺を冷却する冷却液流路６の断面積は、０．１ｍｍ×０．２ｍｍ×１０箇所＝０．２ｍｍ^２となり、コイル３と絶縁シート４の冷却面積が確保される。

以上説明したように、本実施形態の電動機のステータ１は、ステータコア２と、該ステータコア２に巻回されるコイル３と、該コイル３と前記ステータコア２との間に配置される絶縁シート４とを備えている。そして、絶縁シート４は、少なくともコイル３に対向する面４ａに発泡樹脂層５を有し、この発泡樹脂層５は、冷却液が流れる冷却液流路６を有している。したがって、本実施形態のステータ１によれば、少なくともコイル３と絶縁シート４との間の冷却液流路６に冷却液を流し、冷却液によってコイル３を効率よく冷却して、コイル３の冷却性能を向上せることができる。

［実施形態２］
次に、本発明の実施形態２に係る電動機のステータについて、図１から図３を援用し、図６及び図７を用いて説明する。図６は、本発明の実施形態２に係るステータの図４に相当する拡大断面図である。図７は、図６に示す絶縁シート４の発泡樹脂層５の形成後の拡大断面図である。

本実施形態のステータは、絶縁シート４のコイル３に対向する面４ａの発泡樹脂層５とステータコア２に対向する面４ｂの発泡樹脂層５の双方が冷却液流路６を有している点で、前述の実施形態１に係るステータ１と異なっている。本実施形態のステータのその他の点は、前述の実施形態１のステータ１と同一であるため、同一の部分には同一の符号を付して説明を省略する。

図６に示すように、絶縁シート４のコイル３の巻線３ｗに対向する面４ａには、前述の実施形態１のステータ１と同様に、所定の幅の線状又は帯状の発泡接着剤５Ａが、幅方向に所定の間隔をあけて塗布されている。また、絶縁シート４のステータコア２に対向する面４ｂにも、コイル３の巻線３ｗに対向する面の発泡接着剤５Ａと同一の幅の線状又は帯状の発泡接着剤５Ａが、幅方向に同一の間隔をあけて塗布されている。

発泡接着剤５Ａを加熱し、発泡及び硬化させて、図７に示すように、発泡樹脂層５を形成することで、コイル３が発泡樹脂層５及び絶縁シート４を介してステータコア２に固着される。ここで、本実施形態のステータは、絶縁シート４が、コイル３に対向する面４ａとステータコア２に対向する面４ｂの双方に発泡樹脂層５を有している。そして、絶縁シート４の表裏の面４ａ，４ｂの双方の発泡樹脂層５は、冷却液が流れる冷却液流路６を有している。

そのため、これらの発泡樹脂層５の間隔Ｓ、幅Ｗ、厚さＴが、実施形態１のステータ１の絶縁シート４のコイル３に対向する面４ａの発泡樹脂層５と同一である場合、コイル３の巻線３ｗの一方の短辺を冷却する冷却液流路６の断面積は、０．１ｍｍ×０．２ｍｍ×１０箇所＝０．２ｍｍ^２となり、コイル３の冷却面積が確保される。また、コイル３の巻線３ｗの一方の短辺に対向するステータコア２を冷却する冷却液流路６の断面積も、０．１ｍｍ×０．２ｍｍ×１０箇所＝０．２ｍｍ^２となり、ステータコア２の冷却面積が確保される。さらに、絶縁シート４は、厚さ方向の両側の冷却液流路６を流れる冷却液によって冷却され、０．１ｍｍ×０．２ｍｍ×１０箇所×２＝０．４ｍｍ^２の冷却面積が確保される。

以上説明したように、本実施形態の電動機のステータは、ステータコア２と、該ステータコア２に巻回されるコイル３と、該コイル３とステータコア２との間に配置される絶縁シート４とを備えている。そして、絶縁シート４は、コイル３に対向する面４ａとステータコア２に対向する面４ｂの双方に発泡樹脂層５を有し、これらの発泡樹脂層５は、それぞれ冷却液が流れる冷却液流路６を有している。したがって、本実施形態のステータによれば、コイル３と絶縁シート４との間だけでなく、絶縁シート４とステータコア２との間にも冷却液流路６に冷却液を流し、冷却液によってコイル３及びステータコア２を効率よく冷却して、コイル３及びステータコア２の冷却性能を向上せることができる。

［実施形態３］
最後に、本発明の実施形態３に係る電動機のステータについて、図１から図３を援用し、図８及び図９を用いて説明する。図８は、本発明の実施形態３に係るステータの図４に相当する拡大断面図である。図９は、図８に示す絶縁シート４の発泡樹脂層５の形成後の拡大断面図である。

本実施形態のステータは、絶縁シート４のコイル３に対向する面４ａの発泡樹脂層５とステータコア２に対向する面４ｂの発泡樹脂層５とが、異なる位置に形成されている点で、前述の実施形態２に係るステータと異なっている。本実施形態のステータのその他の点は、前述の実施形態２のステータと同一であるため、同一の部分には同一の符号を付して説明を省略する。

図８に示すように、絶縁シート４のコイル３の巻線３ｗに対向する面４ａには、前述の実施形態２のステータと同様に、所定の幅の線状又は帯状の発泡接着剤５Ａが、幅方向に所定の間隔をあけて塗布されている。また、絶縁シート４のステータコア２に対向する面４ｂには、コイル３の巻線３ｗに対向する面の発泡接着剤５Ａと異なる位置に、同一の幅の線状又は帯状の発泡接着剤５Ａが、幅方向に同一の間隔をあけて塗布されている。

より具体的には、絶縁シート４のコイル３の巻線３ｗに対向する面４ａの発泡接着剤５Ａと、ステータコア２に対向する面４ｂの発泡接着剤５Ａとは、絶縁シート４の表裏の面４ａ，４ｂに沿う発泡接着剤５Ａの幅方向にずれた位置に形成されている。より詳細には、絶縁シート４のコイル３の巻線３ｗに対向する面４ａの発泡接着剤５Ａと、ステータコア２に対向する面４ｂの発泡接着剤５Ａとは、絶縁シート４の厚さ方向において互いに重ならない位置に形成されている。

発泡接着剤５Ａを加熱し、発泡及び硬化させて、図９に示すように、発泡樹脂層５を形成することで、コイル３が発泡樹脂層５及び絶縁シート４を介してステータコア２に固着される。ここで、本実施形態のステータでは、絶縁シート４のコイル３の巻線３ｗに対向する面４ａに発泡樹脂層５が形成された領域は、ステータコア２に対向する面４ｂが冷却液流路６に露出している。また、絶縁シート４のステータコア２に対向する面４ｂに発泡樹脂層５が形成された領域は、コイル３の巻線３ｗに対向する面４ａが冷却液流路６に露出している。

したがって、本実施形態のステータによれば、前述の実施形態２のステータと同様の効果が得られるだけでなく、絶縁シート４の表裏の面４ａ，４ｂの厚さ方向に重ならない位置に設けられた冷却液流路６を流れる冷却液によって、絶縁シート４の全体を均一に冷却することができる。

以上、図面を用いて本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

１ ステータ
２ ステータコア
３ コイル
４ 絶縁シート
４ａ コイルに対向する面
５ 発泡樹脂層
６ 冷却液流路

Claims (1)

1. ステータコアと、該ステータコアに巻回されるコイルと、該コイルと前記ステータコアとの間に配置される絶縁シートとを備える電動機のステータであって、
   前記絶縁シートは、少なくとも前記コイルに対向する面に発泡樹脂層を有し、
   前記発泡樹脂層は、冷却液が流れる冷却液流路を有することを特徴とするステータ。

Images