JP2018033249A - 回転電機のステータ - Google Patents

Abstract

【課題】平角線で構成されたコイルと、ステータコアとの間にワニスを充填し易くて、コイルをステータコイルにより確実に固定できる回転電機のステータを提供すること。【解決手段】ステータ１が、環状のヨーク、及びヨークの周方向に互いに間隔をおいた状態でヨークから径方向の内側に突出する複数のティース１６を含むステータコア１１と、ティース１６に巻回されると共に、平角線で構成されるコイル１５と、を備えるようにする。ティース１６が、コイル１５のコイル線２１と相対する位置にコイル線２１の幅よりも小さい幅を有する溝３０を有するようにする。ワニス４０を、溝３０の内面の少なくとも一部と、コイル線２１の少なくとも一部の両方に接触するように含浸させる。【選択図】図２

Description

本発明は、回転電機のステータに関する。

従来、回転電機のステータとしては、特許文献１に記載されているものがある。このステータは、ステータコアと、平角線で構成されたコイルとを含む。ステータコアは、周方向に互いに間隔をおいて位置する複数のティースを有し、各ティースは径方向の内方側に突出する。各ティースと、コイルとの間には、ワニスが含浸されている。

特開２０１２−２４９３９８号公報

ティースと、平角線で構成されたコイルとの間にワニスが十分に入り込まないと、ステータコアとコイルとの固定が不十分なものになる虞がある。

本発明の目的は、平角線で構成されたコイルと、ステータコアとの間にワニスを充填し易くて、コイルをステータコアに確実に固定できる回転電機のステータを提供することにある。

本発明に係る回転電機のステータは、環状のヨーク、及び前記ヨークの周方向に互いに間隔をおいた状態で前記ヨークから径方向の内側に突出する複数のティースを含むステータコアと、前記ティースに巻回されると共に、平角線で構成されるコイルと、を備え、前記ティースは、前記コイルのコイル線と相対する位置に前記コイル線の幅よりも小さい幅を有する溝を有し、更に、前記溝の内面の少なくとも一部と、前記コイル線の少なくとも一部の両方に接触するように含浸されたワニスを備える。

本発明に係る回転電機のステータによれば、ティースにおいて平角線で構成されるコイルのコイル線と相対する位置にコイル線の幅よりも小さい幅を有する溝が設けられるので、溝に含浸されたワニスが溝外に流動することがコイル線によって抑制され、ワニスをコイル線とティースとの間に配設し易い。そして、溝の内面の少なくとも一部とコイル線の少なくとも一部の両方に接触するように含浸されたワニスで、ティースとコイル線とを確実に固着できる。よって、コイルをステータコアに確実に固定できる。

本発明の一実施形態に係るステータの斜視図である。 ステータにおけるティースのスロット側の部分拡大斜視図である。 図２におけるＡ矢視図である。 図２におけるＢ矢視図である。 上記ステータの一部を表す図であり、コイル線に対する溝の適切な相対位置を表す模式図である。 第１参考例のステータにおける図５に対応する図であり、コイル線に対する溝の好ましくない相対位置を表す模式図である。 第２参考例のステータにおける図５に対応する模式図であり、コイル線に対する溝の好ましくない相対位置を表す模式図である。 ワニスを含浸させる方法を説明する図である。 ティースとコイル線との接着に関し、本来接着したい部位を表す模式図である。 従来構成においてワニスが含浸され易い箇所を示す図９に対応する模式図である。 本実施形態の構成でワニスが含浸され易い箇所を示す図９に対応する模式図である。

以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて新たな実施形態を構築することは当初から想定されている。

図１は、本発明の一実施形態に係る回転電機のステータ１の斜視図である。

図１に示すように、ステータ１は、ステータコア１１と、平角線で構成されるコイル１５とを備える。ステータコア１１は、環状の磁性体部品であり、例えば、複数の珪素鋼鈑（電磁鋼鈑）が積層されて構成されるが、樹脂バインダと磁性材粉末を加圧成形することにより構成されてもよい。ステータコア１１は、環状で外周側に配設されるヨーク１２と、複数のティース１６を有する。複数のティース１６は、周方向に互いに間隔をおいて配設され、各ティース１６は、ヨーク１２から径方向の内方側に突出する。コイル１５は、Ｕ，Ｖ，Ｗの三相のコイルを備え、これらのＵ，Ｖ，Ｗの三相のコイルをＹ結線して構成される。コイル１５は、隣接するティース１６の間の空間であるスロット１７に挿通され、ティース１６に巻回される。ステータ１は、周方向に間隔をおいて配置される複数の取付部３３を有し、各取付部３３は、径方向の外方側に膨出する。図示しないボルトを、取付部３３の締結孔３４を通過させた後、図示しないケースの軸方向の端面に固定することで、ステータ１がケースに取り付けられる。

このステータ１を具備する回転電機は、例えば次のように動作する。詳しくは、ステータ１の内周側には、ステータ１に対して間隔をおいて図示しないロータが配設される。ステータ１とロータの中心は一致している。ロータは、回転軸の周囲に固定される環状の磁性体部品であり、例えば、複数の円環状の珪素鋼鈑（電磁鋼鈑）が積層されて構成される。ロータには、複数の永久磁石が周方向に互いに間隔をおいた状態で埋め込まれる。回転電機を駆動する際には、例えば、バッテリからの直流電流がインバータを介して三相交流電流に変換された後、三相交流電流が、Ｕ，Ｖ，Ｗの三相のコイルに供給される。係るＵ，Ｖ，Ｗの三相のコイルに対する三相交流電流の供給によって、ティースが磁化されて磁極となり、磁極の位置がステータ１０の周方向に沿って移動する回転磁界が生じる。そして、ロータがその回転磁界に基づいて回動し、回転動力が生成される。

他方、電力を回生する際には、ロータが、外部からの動力によって回動すると、ロータに埋め込まれた永久磁石がロータ中心軸の回りを回転する。すると、Ｕ，Ｖ，Ｗの三相のコイルに電磁誘導の法則に基づく誘導起電力が誘起され、交流の誘導電流がＵ，Ｖ，Ｗの三相のコイルを流れる。そして、係る誘導電流に基づくＵ，Ｖ，Ｗの三相のコイルからの交流電力が、インバータで直流電力に変換された後、バッテリに供給される。

図２は、図１にＲで示す領域周辺でのティース１６における周方向の一方側端部周辺の拡大斜視図である。また、図３は、その一方側端部周辺を図２に矢印Ａで示す方向から見た時のＡ矢視図であり、図４は、当該一方側端部周辺を図２に矢印Ｂで示す方向から見た時のＢ矢視図である。

なお、図２〜図４では、ワニス４０が含浸される領域が単純化されて、ワニス４０の含浸領域が、以下で説明する溝３０内のみとなっているが、ワニス４０は、溝３０内領域に限らず、溝３０の周辺領域等に含浸されてもよい。また、図２以下で、Ｒ方向は、ティース１６の延在方向（ステータ１の径方向）を示し、θ方向は、ステータ１の周方向を示し、Ｚ方向は、ステータ１の軸方向を示す。

図２を参照して、ステータ１のＺ方向の一端側及び他端側の夫々において、各ティース１６のθ方向の一端側及び他端側の夫々に複数の溝３０が設けられる。複数の溝３０は、Ｒ方向に間隔をおいて配設される。各溝３０は、Ｚ方向に垂直な断面において略矩形の形状を有し、θ方向に延在してθ方向片側でスロット１７に連通する。溝３０は、コイル１５のコイル線２１の１ターン毎に設けられると好ましい。

図２及び図３に示すように、溝３０は、コイル１５のコイル線２１の幅よりも小さい幅を有し、溝３０はコイル線２１と相対する位置に配設される。それで、溝３０のＲ方向の存在範囲は、その溝３０にθ方向に相対するコイル線２１のＲ方向の存在範囲に含まれる。その結果、溝３０のθ方向の開口がコイル線２１で封鎖され易くなり、溝３０と溝外のスペースとをつなぐ経路が狭くなる。

図２〜図４に示すように、溝３０は、Ｚ方向片側にのみにワニス含浸用の開口５１を有する。また、図４に示すように、溝３０は、有限のＺ方向深さを有する。Ｚ方向片側からワニス含浸用の開口５１を介して図２に矢印Ｃで示す方向にワニス４０を含浸させ、ワニス４０を溝３０内に充填させる。ワニス４０は、樹脂などを溶剤に溶かした公知の如何なる材料で構成されてもよく、例えばエポキシ樹脂やシリコーン等を含むと好適に構成されることができる。ティース１６において平角線で構成されるコイル１５のコイル線２１と相対する位置にコイル線２１の幅よりも小さい幅を有する溝３０が設けられるので、溝３０に含浸されたワニス４０が溝外に流動することがコイル線２１によって抑制され、ワニス４０をコイル線２１とティース１６との間に配設し易くなり、溝３０に充填されたワニス４０が、溝３０の内面の少なくとも一部と、コイル線２１の少なくとも一部の両方に接触する。その結果、コイル線２１がワニス４０を介して溝３０に確実に固着される。

図５は、ステータ１の一部を表す図であり、コイル線２１に対する溝３０の適切な相対位置を説明するための模式図である。なお、図５においては、ワニス４０の図示を省略する。

図５に示すように、ステータ１で採用されるコイル線２１に対する溝３０の適切な相対位置では、θ方向から見たとき、コイル線２１が、溝３０のＲ方向一方側にある溝なしティース部分１６ａと、溝３０のＲ方向他方側にある溝なしティース部分１６ｂとの両方に重なる。溝３０の幅Ｗ１は、コイル線２１の交差も考慮し、コイル線２１において想定される最も短い幅Ｗ２に対しても短くなるように定められる。よって、係る適切な相対位置は、必ず実現されることができる。

次に本実施形態におけるティース１６に対するコイル１５の固着の度合いの優位性について説明する。図６は、第１参考例のステータ１０１における図５に対応する図であり、コイル線１２１に対する溝１３０の好ましくない相対位置を表す模式図である。また、図７は、第２参考例のステータ２０１における図５に対応する図であり、コイル線２２１に対する溝２３０の好ましくない相対位置を表す模式図である。

図６に示す第１参考例のステータ１０１では、ティース１１６におけるコイル線１２１と相対する位置から溝１３０がＲ方向にはみ出し、ティース１１６におけるコイル線１２１と相対する位置に溝１３０が設けられていない。詳しくは、溝１３０におけるθ方向の開口の一部のみが、コイル１１５のコイル線１２１で塞がれることが可能になっていて、コイル線１２１がＲ方向一方側にある溝なしティース部分１１６ａのみで片側支持される。係る構成では、ティース１１６によるコイル線１２１の支持が不安定なものとなる虞がある。更には、溝１３０内のワニスが、溝１３０においてコイル線１２１で封鎖できない箇所を通って矢印Ｄで示す方向に溝１３０外に流出し易い。その結果、ワニスをコイル線１２１とティース１１６との間に確実に配設できず、コイル線１２１をティース１１６に確実に固着できない虞がある。

また、図７に示す第２参考例のステータ２０１では、コイル２１５のコイル線２２１の全面がティース２１６のθ方向の側面で支持され、溝２３０のＲ方向の存在範囲の全てで、溝２３０がθ方向にスロット２１７に開口する。係る構造では、ティースに溝を有さない従来構造と何等変わらず、ティース２１６とコイル線２１２との間にワニスが入り込みにくく、コイル線２２１がティース２１６に固着されにくい。

これに対し、図５に示す適切な相対位置では、コイル線２１が、溝３０のＲ方向一方側にある溝なしティース部分１６ａと、溝のＲ方向他方側にある溝なしティース部分１６ｂの両方で溝３０のＲ方向両側で２点支持される。したがって、ティース１６でコイル線２１を安定に支持できる。更には、溝３０の全領域がコイル線２１にθ方向に対向するので、コイル線２１が邪魔になってワニス４０（図２〜図４参照）が溝３０から流出しにくく、ワニス４０が溝３０内に留まり易い。よって、ワニス４０でコイル線２１をティース１６に確実に固着できる。

次に図８を用いてワニス４０の含浸方法の一例について説明する。図８は、ワニス４０の含浸方法として用いられる滴下含浸法を説明する図である。図８を参照して、先ず、ステータコア１１及びコイル１５を含むステータアッセンブリ７０を形成する。詳しくは、例えば、コイル１５が複数の平角線からなるセグメントが接続された構造を有する場合、最初に、コイル１５における接続前のセグメントを、ステータコア１１の所定位置に配置する。その後、当該接続前のセグメントを曲げ加工と溶接とを用いて接続して、コイル１５を生成しながらコイル１５をステータコア１１のティース１６に取り付け、ステータアッセンブリ７０を形成する。

次に、ステータアッセンブリ７０を、その軸方向が鉛直方向に略一致するように配置する。そして、ワニス４０を滴下するアーマチュアコイル７１を予熱し、アーマチュアコイル７１を水平面に対して所定角度傾け、所定回転数で回転させる。そして、ステータアッセンブリ７０の鉛直方向上方に位置するアーマチュアコイル７１の上部エンド部からワニスを毎分あたり所定量滴下する。すると、アーマチュアコイル７１の予熱により粘度が低下して流動性を増したワニス４０が毛細管現象によりコイル１５の内部に浸透する。

その後、軸方向片側のワニス４０の含浸が終了したステータアッセンブリ７０を裏返し、同様の方法により軸方向の反対側にもワニス４０を含浸させる。このようにして、ステータアッセンブリ７０とワニス４０とを含むステータ１を形成する。なお、ワニス４０を滴下含浸法で含浸させる方法を説明したが、ワニスは、浸漬含浸法、回転含浸法、又は真空含浸法等で含浸されてもよい。

次に図９−図１１を用いて、従来構成でワニス１４０が含浸し易い箇所と、本実施形態でワニス４０が含浸し易い箇所との違いについて説明する。図９は、ティース３１６とコイル線３２１との接着に関し、本来接着したい部位を表す模式図である。また、図１０は、従来構成においてワニス４４０が含浸され易い箇所を示す図９に対応する模式図であり、図１１は、本実施形態の構成でワニス４０が含浸され易い箇所を示す図９に対応する模式図である。

図９を参照して、各コイル線３２１とティース３１６との間に存在して各コイル線３２１とティース３１６の両方に接触する斜線領域に、連続的で一体のワニス３４０を配設することが理想である。

しかし、図１０に示すように、溝が存在しない従来構成では、Ｒ方向に隣り合う２つのコイル線４２１の間の大きなＲ方向隙間４８０にワニス４４０が配設される傾向があり、ワニス４４０がコイル線４２１とティース４１６の間まで周り込みにくい。

これに対し、図１１に示す本実施形態では、ティース１６が、コイル１５のコイル線２１と相対する位置にコイル線２１の幅よりも小さい幅を有する溝３０を有するので、ティース１６側からコイル線２１側に流れ込むワニス４０の流れを生成できる。よって、ワニス４０がコイル線２１とティース１６との間７８に周り込み易く、ワニス４０がコイル線２１とティース１６との間に配設され易い。

上記実施形態によれば、ティース１６において平角線で構成されるコイル１５のコイル線２１と相対する位置にコイル線２１の幅よりも小さい幅を有する溝３０が設けられるので、溝３０に含浸されたワニス４０が溝外に流動することがコイル線２１によって抑制され、ワニス４０をコイル線２１とティース１６との間に配設し易い。そして、溝３０の内面の少なくとも一部とコイル線２１の少なくとも一部の両方に接触するように含浸されたワニス４０で、ティース１６とコイル線２１とを確実に固着できる。よって、コイル線２１同士の間隔ばらつきの影響を受けずにコイル１５をステータコア１１に確実に固定できる。

尚、本発明は、上記実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載された事項およびその均等な範囲において種々の改良や変更が可能である。

例えば、上記実施形態では、溝３０がＺ方向に垂直な断面で矩形の形状を有していたが、溝は、Ｚ方向に垂直な断面で矩形の形状を有さなくてもよく、例えば、Ｚ方向に垂直な断面で三角形や半円や半楕円等の形状を有してもよい。溝は、θ方向を含む方向に延びてスロットに連通していればＺ方向に垂直な断面で如何なる形状を有してもよい。また、図３に示すように溝３０がθ方向に略平行な方向に延在する場合について説明したが、溝は、θ方向に平行な方向に延在しなくてもよく、θ方向に傾斜する方向に延在してもよい。また、溝３０がステータ１のＺ方向の一方側及び他方側に設けられる場合について説明したが、溝はステータのＺ方向の片側のみに設けられてもよい。更には、溝３０がティース１６のθ方向の一方側及び他方側に設けられる場合について説明したが、溝はθ方向の片側のみに設けられてもよい。

１ ステータ、 １１ ステータコア、 １２ ヨーク、 １５ コイル、 １６ ティース、 ２１ コイル線、 ３０ 溝、 ４０ ワニス。

Claims (1)

1. 環状のヨーク、及び前記ヨークの周方向に互いに間隔をおいた状態で前記ヨークから径方向の内側に突出する複数のティースを含むステータコアと、
   前記ティースに巻回されると共に、平角線で構成されるコイルと、を備え、
   前記ティースは、前記コイルのコイル線と相対する位置に前記コイル線の幅よりも小さい幅を有する溝を有し、
   更に、前記溝の内面の少なくとも一部と、前記コイル線の少なくとも一部の両方に接触するように含浸されたワニスを備える、回転電機のステータ。

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