JP2017127103A - 電動機用ステータ - Google Patents

Abstract

【課題】電動機用ステータの重量の増加を抑制しつつ、ステータコアの振動を良好に抑制してコイルから延びるリード線の耐久性を向上させる。
【解決手段】電動機用ステータ１は、外部装置に接続されるリード線としての動力線および中性線とステータコア２の端面との間に配置された状態で、互いに隣り合う２つのボルト挿通部２４に挿通されるボルト５によりステータコア２に対して両方の端部１２が締結されるリテーナ１０を含み、動力線等は、ステータコア２の軸方向におけるリテーナ１０の端面に対して固定され、ステータコア２は、２つのボルト挿通部２４の周方向における間かつティース部２２よりも径方向外側に環状板２１の嵌合部２１ｅと干渉しないように形成された複数の凹部２５を有し、リテーナ１０はステータコア２の凹部２５に挿入される複数の突出部１５を有し、突出部１５は凹部２５の底に当接する。
【選択図】図３

Description

本開示は、複数の環状板により構成されたステータコアと、ステータコアに巻回されたコイル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、円環状の磁性体薄板を複数積層することにより構成されたステータコアと、絶縁被覆された導体をステータコアの各ティース部に巻回すると共に必要な個所で電気的に接続することにより構成された三相コイルと、三相コイルと高電圧電源とに接続される複数の動力線（リード線）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において、複数の動力線は、固定部材により一体に保持され、固定部材は、ステータコアの軸方向端面上に配置される。更に、ステータコアの軸方向端面上には、三相コイルのコイルエンド部を覆うと共に動力線の先端部や固定部材の一部を露出させるように樹脂製のモールド部が形成される。また、この種の電動機用ステータの固定構造として、ステータコアの外周上端部に内周側が載ると共に外周側が外側に延出するように配置される円環状のエンドプレートを含むものが知られている（例えば、特許文献２参照）。この固定構造において、ステータコアの底部は、ハウジングによって支持され、エンドプレートの延出部は、ステータコアの外方においてハウジングにボルト締めされる。これにより、ステータコアは、外縁部の全体がハウジングに押し付けられた状態で当該ハウジングに固定される。

特開２０１５−１３３８７３号公報 特開２００５−３０４２１３号公報

特許文献１に記載された電動機用ステータでは、電動機の作動中にステータコアが軸方向に大きく振動することがあり、ステータコアの振動に伴って外部装置（高電圧電源）に接続された各動力線（リード線）も振動することから、動力線や、当該動力線と外部装置との接続部の耐久性が低下してしまうおそれがある。一方、特許文献２に記載された電動機用ステータのように、円環状のエンドプレートを用いて当該電動機用ステータをハウジングに固定することで、ステータコアが軸方向に振動するのを抑制することができる。しかしながら、円環状のエンドプレートを用いると、電動機用ステータの重量が増加してしまう。また、エンドプレートを軽量化すべく、その厚みを小さくすると、ステータコアが振動するのを良好に抑制し得なくなるおそれがある。

そこで、本開示の発明は、重量の増加を抑制しつつステータコアの振動を良好に抑制して、当該ステータコアや、コイルから延びるリード線の耐久性を向上させ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、それぞれ周方向に間隔をおいて配設された複数の嵌合部を有すると共に前記複数の嵌合部を介して互いに連結されるように積層された複数の環状板により構成され、前記周方向に間隔をおいて配設された複数のボルト挿通部および前記複数のボルト挿通部よりも径方向内側に配設された複数のティース部を有するステータコアと、前記複数のティース部に巻回されたコイルと、互いに隣り合う２つの前記ボルト挿通部の前記周方向における間の前記ステータコアの端面上を通って前記コイル側から該ステータコアの径方向外側へと延びると共に外部装置に接続される複数のリード線とを含む電動機用ステータにおいて、前記複数のリード線と前記ステータコアの前記端面との間に配置された状態で、前記２つの前記ボルト挿通部に挿通されるボルトにより前記ステータコアに対して両端部が締結されるリテーナを備え、前記複数のリード線は、前記ステータコアの軸方向における前記リテーナの端面に対して固定されており、前記ステータコアは、前記２つの前記ボルト挿通部の前記周方向における間かつ前記ティース部よりも径方向外側に前記嵌合部と干渉しないように形成された少なくとも１つの凹部を有し、前記リテーナは、前記ステータコアの前記凹部に挿入される少なくとも１つの突出部を有し、前記突出部は、前記凹部の底に当接することを特徴とする。

この電動機用ステータでは、上述のようなリテーナを用いることで、円環状のリテーナ（エンドプレート）を用いた場合に比べて、リテーナひいては電動機用ステータの重量の増加を抑制することが可能となる。また、リテーナに少なくとも１つの突出部を設けることにより、断面２次モーメントを増加させて当該リテーナの剛性をより高くすることが可能となる。更に、環状板の嵌合部と干渉しないように形成された少なくとも１つの凹部の底に当接するように当該凹部に突出部を挿入した状態でリテーナをステータコアに対して固定することで、複数の環状板の連結を阻害することなく、ステータの体格増加を抑制しながらステータコアの剛性をより高くすることができる。これにより、電動機用ステータを含む電動機の作動中、コイルから延びる複数のリード線の周辺でステータコアが振動するのをリテーナによって良好に抑制し、当該ステータコアやリード線の耐久性を向上させ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を示す斜視図である。 図１の電動機用ステータを示す平面図である。 図１の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を示す側面図である。

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を示す斜視図であり、図２は、電動機用ステータ１を示す平面図であり、図３は、電動機用ステータ１の要部を示す断面図である。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。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、複数のステータコイル３と、各ステータコイル３から延びるリード線としての動力線４ｕ，４ｖ，４ｗおよび中性線４ｎと、これらの動力線４ｕ，４ｖ，４ｗおよび中性線４ｎとステータコア２の端面との間に配置されるリテーナ１０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（図１および図３参照）。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嵌合部（カシメ部）２１ｅが周方向に間隔をおいて配設されている。各嵌合部２１ｅは、プレス加工により例えば環状板２１の表面側で窪むと共に裏面側で突出するように形成される。また、各環状板２１の外周部には、径方向外側に突出する突出部２１ｐ（図２参照）が周方向に間隔をおいて（等間隔に）複数（本実施形態では、例えば３つ）形成されており、各突出部２１ｐには、貫通孔が形成されている。更に、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が周方向に間隔をおいて形成されている。

加えて、複数の環状板２１のうち、ステータコア２の軸方向における一方の端面側（図１における上端面側）に位置することになる所定枚（例えば、ステータコア２の軸方向における厚みの１／４〜１／３程度の長さに対応した複数枚）の環状板２１には、互いに隣り合う２つの突出部２１ｐの周方向における間かつ有端スリットよりも径方向外側に位置するように略矩形状の開口部２１ｏ（図２参照）が複数（本実施形態では、３つ）形成されている。各開口部２１ｏは、当該２つの突出部２１ｐの周方向における間に配設された複数の嵌合部２１ｅと干渉しないように、これら複数の嵌合部２１ｅの間に形成される。これにより、環状板２１同士の積層方向への連結を妨げることなく開口部２１ｏを設けるることが可能となる。

複数の環状板２１は、開口部２１ｏを有する環状板２１が軸方向における一端側に位置すると共に、突出部２１ｐの貫通孔や複数の有端スリット、開口部２１ｏ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、対応する嵌合部２１ｅ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、環状の外周部（ヨーク部）から周方向に間隔をおいて径方向内側に突出するように複数のティース部２２が形成される。また、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コアスロット２３が形成される。

更に、ステータコア２には、各環状板２１の突出部２１ｐおよび貫通孔により、それぞれボルト孔２４ｈ（図１参照）を有する複数のボルト挿通部２４が複数のティース部２２よりも径方向外側に周方向に間隔をおいて形成される。各ボルト挿通部２４のボルト孔２４ｈには、ボルト５（図２および図３参照）が挿通され、各ボルト５の先端部は、図示しない電動機のハウジングに形成されたネジ穴に螺合される。これにより、ステータコア２すなわち電動機用ステータ１がハウジングに固定（締結）される。

加えて、ステータコア２には、軸方向における一方の端面（図１における上端面）側に位置する複数枚の環状板２１の開口部２１ｏにより、当該一方の端面で開口する有底の凹部（段差部）２５が複数形成される（図２および図３参照）。複数の凹部２５は、互いに隣り合う２つのボルト挿通部２４の周方向における間かつティース部２２よりも径方向外側に位置し、当該２つのボルト挿通部２４の周方向における間に配設された各環状板２１の嵌合部２１ｅと干渉することはない。

複数のステータコイル３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。各ステータコイル３は、絶縁被覆された電気導体をステータコア２の対応する複数のティース部２２に巻回することにより構成される。各ステータコイル３は、ステータコア２への装着に先立って予め巻回された複数のカセットコイルをティース部２２に嵌め込んだ後、電気的に接続することにより構成されてもよく、例えば略Ｕ字状に成形された複数のセグメントコイルをコアスロット２３に挿入した後、曲げ工程および接合工程を施すことにより構成されてもよい。また、ステータコア２の各コアスロット２３内には、図示しないインシュレータ（絶縁紙）が配置されてもよい。

リード線としての動力線４ｕの一端は、Ｕ相コイルの一端に電気的に接続され、当該動力線４ｕの他端には、端子６が電気的に接続されている。また、動力線４ｖの一端は、Ｖ相コイルの一端に電気的に接続され、当該動力線４ｖの他端には、端子６が電気的に接続されている。更に、動力線４ｗの一端は、Ｗ相コイルの一端に電気的に接続され、当該動力線４ｗの他端には、端子６が電気的に接続されている。また、中性線４ｎは、各ステータコイル３の他端と単一の端子６とに接続される。これらの動力線４ｕ，４ｖ，４ｗおよび中性線４ｎは、図１からわかるように、互いに隣り合う２つのボルト挿通部２４の周方向における間のステータコア２の端面（図１における上端面）上を通ってステータコイル３側からステータコア２の径方向外側へと延びる。更に、複数の端子６は、上記ハウジングに配置（固定）された図示しない端子台に固定され、外部装置としての当該端子台やインバータ等を介してバッテリ（電源）に接続される。

リテーナ１０は、例えばステンレス鋼等の金属により形成されており、略円弧状の平面形状を有する平板部１１と、当該平板部１１の一方の表面から周方向に間隔をおいて同方向に突出する複数（本実施形態では、３つ）の突出部１５とを有する。平板部１１の両方の端部１２には、互いに隣り合う２つのボルト挿通部２４のボルト孔２４ｈの対応する一方と重なり合う（連通する）ようにボルト孔１２ｈが形成されている。また、平板部１１の径方向における幅は、図２からわかるように、当該平板部１１の内周縁が各ステータコイル３のコイルエンド部３ｅ（ステータコア２のティース部２２）と干渉することなく、当該平板部１１の外周縁がステータコア２の外周縁に沿って延在するように定められる。

本実施形態において、各突出部１５は、環状板２１の開口部２１ｏにほぼ隙間なく嵌まり込むように形成され、略矩形の断面形状を有する。更に、各突出部１５の突出長（高さ）は、開口部２１ｏを有する所定枚の環状板２１を積層させた際の当該所定枚の環状板２１の厚みと略同一に定められている。なお、複数の突出部１５は、平板部１１とは別体の部材を当該平板部１１の一方の表面に溶接あるいは接着剤により固定されてもよく、平板部１１と一体に形成されてもよい。

リテーナ１０の平板部１１は、図１に示すように、ステータコア２の端面と、互いに隣り合う２つのボルト挿通部２４の周方向における間で当該端面を跨ぐように配置される複数の動力線４ｕ，４ｖ，４ｗおよび中性線４ｎとの間に配置される。また、リテーナ１０の各突出部１５は、図３に示すように、当該２つのボルト挿通部２４の周方向における間に形成されたステータコア２の対応する凹部２５に挿入（嵌合）され、各突出部１５の端面は、対応する凹部２５の底面に当接する。更に、平板部１１の両方の端部１２に形成されたボルト孔１２ｈには、上述のボルト５が挿通され、当該両方の端部１２は、上記２つのボルト挿通部２４に挿通されるボルト５を図示しないハウジングに螺合することによりステータコア２に対して締結される。

そして、図４に示すように、ステータコア２の図中上端面上には、各ステータコイル３のコイルエンド部３ｅや、動力線４ｕ，４ｖ，４ｗおよび中性線４ｎ、リテーナ１０等を覆うように、樹脂製のモールド部７がモールド成形される。これにより、動力線４ｕ，４ｖ，４ｗおよび中性線４ｎは、ステータコア２の周方向におけるリテーナ１０の両方の端部１２の間で、モールド部７を介してステータコア２の軸方向における当該リテーナ１０の端面（図１における上面）に対して固定される。また、動力線４ｕ，４ｖ，４ｗおよび中性線４ｎは、モールド部７の外周面から突出するように配置され、上述の図示しない端子台へと導かれる。同様に、ステータコア２の図中下端面上にも、各ステータコイル３のコイルエンド部３ｅ等を覆うように、樹脂製のモールド部７がモールド成形される。

上述のように、複数の突出部１５を有すると共に、互いに隣り合う２つのボルト挿通部２４に挿通されるボルト５によりステータコア２に対して両方の端部１２が締結されるリテーナ１０を用いることで、円環状のリテーナ（エンドプレート）を用いた場合に比べて、リテーナ１０ひいては電動機用ステータ１の重量の増加を抑制することができる。更に、リテーナ１０に複数の突出部１５を設けることにより、断面２次モーメントを増加させて当該リテーナ１０の剛性をより高くすることが可能となり、環状板２１の嵌合部２１ｅと干渉しないように形成された少なくとも１つの凹部２５の底面に当接するように当該凹部２５に突出部１５を挿入した状態でリテーナ１０をステータコア２に対して固定することで、複数の環状板２１の連結を阻害することなく、ステータコア２の体格増加を抑制しながら当該ステータコア２の剛性をより高くすることができる。これにより、電動機用ステータ１を含む電動機の作動中に、各ステータコイル３から延びる動力線４ｕ，４ｖ，４ｗおよび中性線４ｎの周辺でステータコア２が軸方向に振動するのをリテーナ１０によって良好に抑制し、当該ステータコア２や動力線４ｕ，４ｖ，４ｗおよび中性線４ｎの耐久性、更には、端子台における動力線４ｕ等の接続部の耐久性を向上させ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、端子台やバッテリといった外部装置に接続される複数のリード線としての動力線４ｕ，４ｖ，４ｗおよび中性線４ｎとステータコア２の端面との間に配置された状態で、互いに隣り合う２つのボルト挿通部２４に挿通されるボルト５により当該ステータコア２に対して両方の端部１２が締結されるリテーナ１０を含む。また、動力線４ｕ，４ｖ，４ｗおよび中性線４ｎは、モールド部７を介してステータコア２の軸方向におけるリテーナ１０の端面に対して固定される。更に、ステータコア２は、当該２つのボルト挿通部２４の周方向における間かつティース部２２よりも径方向外側に環状板２１の嵌合部２１ｅと干渉しないように形成された複数の凹部２５を有する。そして、リテーナ１０は、ステータコア２の凹部２５に嵌合される複数の突出部１５を有し、突出部１５は、凹部２５の底面に当接する。これにより、電動機用ステータ１の重量の増加を抑制しつつ、電動機用ステータ１を含む電動機の作動中にステータコア２の振動を良好に抑制して当該ステータコア２や動力線４ｕ，４ｖ，４ｗおよび中性線４ｎの耐久性を向上させることが可能となる。

また、上記実施形態では、ステータコア２に複数の凹部２５が設けられると共にリテーナ１０に複数の突出部１５が設けられているが、これに限られるものではない。すなわち、例えば環状板２１における嵌合部２１ｅの配設間隔がある程度大きい場合には、ステータコア２に１つの凹部２５を設けると共にリテーナ１０に１つの突出部１５を設けてもよい。また、上記実施形態において、動力線４ｕ，４ｖ，４ｗや中性線４ｎは、リテーナ１０の両方の端部１２の周方向における間で、樹脂製のモールド部７によってステータコア２の軸方向における当該リテーナ１０の端面に対して固定されるが、これに限られるものではない。すなわち、動力線４ｕ等は、上記特許文献１に記載されたような固定部材によって、２つの端部１２の周方向における間でステータコア２の軸方向におけるリテーナ１０の端面に対して固定されてもよい。更に、ステータコイル３が複数のセグメントコイルにより構成されると共にモールド部７が省略される場合、動力線４ｕ，４ｖ，４ｗや中性線４ｎは、リテーナ１０の両方の端部１２の周方向における間かつステータコア２の軸方向におけるリテーナ１０の端面と対向する位置で、対応するセグメントコイルに対して固定（溶接）されてもよい。また、上記実施形態において、ステータコア２の凹部２５は、所定枚の環状板２１に形成された開口部２１ｏにより画成されるが、これに限られるものではない。すなわち、環状板２１には、互いに隣り合う２つの突出部２１ｐの周方向における間かつティース部２２よりも径方向外側で嵌合部２１ｅと干渉することなく環状板２１の外周縁で開口するように切欠部が形成されてもよく、所定枚の環状板２１を積層させた際に、当該切欠部により凹部２５が形成されてもよい。

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、３ ステータコイル、３ｅ コイルエンド部、４ｎ 中性線、４ｕ，４ｖ，４ｗ 動力線、５ ボルト、６ 端子、７ モールド部、１０ リテーナ、１１ 平板部、１２ 端部、１２ｈ ボルト孔、１５ 突出部、２１ 環状板、２１ｅ 嵌合部、２１ｏ 開口部、２１ｐ 突出部、２２ ティース部、２３ コアスロット、２４ ボルト挿通部、２４ｈ ボルト孔、２５ 凹部。

Claims (1)

1. それぞれ周方向に間隔をおいて配設された複数の嵌合部を有すると共に前記複数の嵌合部を介して互いに連結されるように積層された複数の環状板により構成され、前記周方向に間隔をおいて配設された複数のボルト挿通部および前記複数のボルト挿通部よりも径方向内側に配設された複数のティース部を有するステータコアと、前記複数のティース部に巻回されたコイルと、互いに隣り合う２つの前記ボルト挿通部の前記周方向における間の前記ステータコアの端面上を通って前記コイル側から該ステータコアの径方向外側へと延びると共に外部装置に接続される複数のリード線とを含む電動機用ステータにおいて、
   前記複数のリード線と前記ステータコアの前記端面との間に配置された状態で、前記２つの前記ボルト挿通部に挿通されるボルトにより前記ステータコアに対して両端部が締結されるリテーナを備え、
   前記複数のリード線は、前記ステータコアの軸方向における前記リテーナの端面に対して固定されており、
   前記ステータコアは、前記２つの前記ボルト挿通部の前記周方向における間かつ前記ティース部よりも径方向外側に前記嵌合部と干渉しないように形成された少なくとも１つの凹部を有し、
   前記リテーナは、前記ステータコアの前記凹部に挿入される少なくとも１つの突出部を有し、前記突出部は、前記凹部の底に当接することを特徴とする電動機用ステータ。

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