JP2019054657A - ステータおよび回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】ステータコアに導線を容易にかつ確実に固定することができるステータおよびこのステータを備えた回転電機を提供する。【解決手段】スロット１７が設けられたステータコア１１と、スロット１７に配置されている導線２３とを備えるステータであって、導線２３は、平角導体２５と、平角導体２５の表面に被覆されている被膜２７とを有し、被膜２７の表面３３とスロット１７の内面３１との間には、被膜２７の表面３３とスロット１７の内面３１とを固定するワニス３７が充填されており、被膜２７の表面３３には、ワニス３７が入り込んでいる凹部４３が形成された凹部形成領域４１が設けられている。【選択図】図４

Description

本発明は、ステータおよび回転電機に関するものである。

ハイブリッド自動車や電気自動車の動力源として使用される回転電機には、小型かつ高出力であることが求められる。
従来、このような要求に応えるものとして、ステータコアのスロット内に、導線を並べて配列したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１のステータは、ステータコアと、導線とを備えている。ステータコアは、スロットを有している。導線は、スロット内に配置されている。導線は、平角導体と、被膜とを有している。被膜は、例えば樹脂材料で形成されており、平角導体の表面に被覆されている。導線の被膜とスロットとの間には、ワニスが充填されている。ワニスは、絶縁性を有しており、導線をステータコアに固定している。

特許第５９８１０８９号公報

特許文献１のステータでは、被膜の表面とスロットの内面との間にワニスを充填することによりステータコアに導線を固定しているが、ワニスの充填量のバラつきによっては、ステータコアに導線が確実に固定されないおそれがある。また、ワニスの充填量を管理し、被膜の表面とスロットの内面との間にワニスを完全に充填することが考えられる。しかしながら、被膜の表面とスロットの内面とのクリアランスのバラつきを考慮すると、ワニスの充填量を管理することでワニスを完全に充填するのは困難である。したがって、ステータコアに導線を容易にかつ確実に固定するという点で、さらなる改善の余地がある。

そこで、本発明は、上記事情に鑑みたものであって、ステータコアに導線を容易にかつ確実に固定することができるステータおよびこのステータを備えた回転電機を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１に記載の発明に係るステータ（後述の実施形態のステータ５、５Ａ、５Ｂ）は、スロット（後述の実施形態のスロット１７）が設けられたステータコア（後述の実施形態のステータコア１１）と、前記スロットに配置されている導線（後述の実施形態の導線２３、２３Ａ、２３Ｂ）とを備えるステータであって、前記導線は、平角導体（後述の実施形態の平角導体２５）と、前記平角導体の表面（後述の実施形態の表面２９）に被覆されている被膜（後述の実施形態の被膜２７、２７Ａ）とを有し、前記被膜の表面（後述の実施形態の表面３３、３３Ａ）と前記スロットの内面（後述の実施形態の内面３１）との間には、前記被膜の表面と前記スロットの内面とを固定するワニス（後述の実施形態のワニス３７）が充填されており、前記被膜の表面には、前記ワニスが入り込んでいる凹部（後述の実施形態の凹部４３、４３Ａ、４３Ｂ）が形成された凹部形成領域（後述の実施形態の凹部形成領域４１、４１Ａ）が設けられていることを特徴としている。

また、請求項２に記載の発明に係るステータは、前記凹部の深さは、１μｍ以上１０μｍ以下に設定されていることを特徴としている。

また、請求項３に記載の発明に係るステータは、前記凹部形成領域の前記凹部は、サンドブラストで加工されたことにより形成されていることを特徴としている。

また、請求項４に記載の発明に係るステータは、前記凹部形成領域には、複数の凹部形成部材（後述の実施形態の凹部形成部材６３、８３）が設けられており、前記凹部は、複数の前記凹部形成部材の間に形成されていることを特徴としている。

また、請求項５に記載の発明に係るステータは、複数の前記凹部形成部材は、粒子状に形成されていることを特徴としている。

また、請求項６に記載の発明に係るステータは、複数の前記凹部形成部材は、中空であることを特徴としている。

また、請求項７に記載の発明に係る回転電機（例えば、実施形態における電動機１）は、上述のステータを備えたことを特徴としている。

本発明の請求項１に記載のステータでは、導線の被膜の表面に凹部形成領域を設けた。これにより被膜の表面積が多くなるので、被膜の表面に対するワニスの密着性が向上する。さらに、ワニスは、凹部に入り込むことによりアンカー効果を得ることができる。このため、ワニスは、被膜の表面とスロットの内面とを確実に固定することが可能になる。したがって、請求項１に記載のステータでは、導線の被膜の表面に凹部形成領域を設けるだけで、ステータコアに導線を確実に固定することが可能になる。よって、請求項１に記載のステータは、ステータコアに導線を容易にかつ確実に固定することができる。

本発明の請求項２に記載のステータでは、凹部の深さを１μｍ以上１０μｍ以下に設定した。これにより、ワニスは、凹部に十分に入り込むことができるので、被膜の表面とスロットの内面とをさらに確実に固定することができる。よって、請求項２に記載のステータは、ステータコアに導線をさらに確実に固定することができる。さらに、凹部の深さを１μｍ以上１０μｍ以下に設定することで、部分放電の開始電圧の低下を抑制でき、部分放電を防止することができる。

本発明の請求項３に記載のステータでは、サンドブラストで加工することにより、凹部形成領域の凹部を形成するようにした。これにより、凹部を容易に形成することが可能になる。このため、ワニスは、被膜の表面とスロットの内面とをさらに容易に固定することが可能になる。また、サンドブラストで使用される粒子径により、凹部のサイズを容易に調整して凹部を形成することができる。よって、請求項３に記載のステータは、ステータコアに導線を容易にかつ確実に固定することができる。

本発明の請求項４に記載のステータでは、凹部形成領域に複数の凹部形成部材を設け、複数の凹部形成部材の間に凹部を形成するようにした。これにより、例えば被覆を形成する材料と凹部形成部材との比率や、凹部形成部材のサイズ等を調整するだけで、凹部のサイズを容易に調整して凹部を形成することができる。このため、ワニスは、被膜の表面とスロットの内面とをさらに容易に固定することが可能になる。よって、請求項４に記載のステータは、ステータコアに導線を容易にかつ確実に固定することができる。

本発明の請求項５に記載のステータでは、複数の凹部形成部材の各々を粒子状に形成した。これにより、例えば被覆を形成する材料と凹部形成部材との比率や、凹部形成部材の粒子サイズを調整するだけで、凹部のサイズを容易に調整して凹部を形成することができる。このため、ワニスは、被膜の表面とスロットの内面とをさらに容易に固定することが可能になる。よって、請求項５に記載のステータは、ステータコアに導線を容易にかつ確実に固定することができる。

本発明の請求項６に記載のステータでは、凹部形成部材を粒子状かつ中空に形成した。これにより、誘電率の増加を抑制して凹部を容易に形成することが可能になる。このため、ワニスは、部分放電を抑制して被膜の表面とスロットの内面とを容易に固定することが可能になる。よって、請求項６に記載のステータは、部分放電を抑制してステータコアに導線を容易にかつ確実に固定することができる。

また、本発明の請求項７に記載の回転電機は、ステータコアに導線を容易にかつ確実に固定することができる上述のステータを備えているので、耐久性に優れた高性能な回転電機とすることができる。

第一実施形態のステータを備える電動機の全体構成を示す断面図である。 ステータの一部の断面図である。 図２のＡ部の拡大図である。 図３のＢ部の拡大図である。 第二実施形態のステータの導線の断面図である。 第二実施形態の変形例に係るステータの導線の断面図である。

以下、本発明の各実施形態について図面を参照して説明する。
（第一実施形態）
第一実施形態のステータ５について説明する。
図１は、第一実施形態のステータを備える電動機の全体構成を示す断面図である。
図１に示すように、実施形態に係る電動機１（請求項の「回転電機」に相当）は、ケース３と、ステータ５と、ロータ７と、出力シャフト９と、を備える。
本実施形態の電動機１は、例えばハイブリッド自動車や電気自動車のような車両に搭載される走行用モータである。ただし、本実施形態の構成は、上記例に限られず、車両に搭載される発電用モータ等のその他の用途のモータにも適用可能である。また、本実施形態の構成は、車両に搭載される以外の回転電機であって、発電機を含むいわゆる回転電機全般に適用可能である。

ケース３は、例えばステータ５およびロータ７を収容する筒状に形成されている。
ステータ５は、環状に形成されて、例えばケース３の内周面に取り付けられている。ステータ５は、ステータコア１１と、ステータコア１１に取り付けられた巻線１３とを有し、ロータ７に対して回転磁界を作用させる。
ロータ７は、例えば、ロータコアと、ロータコアに取り付けられた磁石とを有し、ステータ５の内側で回転駆動される。出力シャフト９は、ロータ７に接続されて、ロータ７の回転を駆動力として出力する。

図２は、ステータの一部を示す断面図である。
図２に示すように、ステータ５は、ステータコア１１と、巻線１３とを備える。
ステータコア１１は、ロータ７を囲む環状に形成されている。ステータコア１１には、複数のスロット１７が設けられている。複数のスロット１７は、ステータコア１１の周方向に並んで配置されている。スロット１７は、ステータコア１１の軸方向にステータコア１１を貫通している。スロット１７の断面は、矩形状に形成されている。

巻線１３は、複数のスロット１７に収容されてステータコア１１に装着されている。巻線１３は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相からなる三相コイルである。本実施形態の巻線１３は、互いに連結されて使用される複数のセグメントコイル２１によって形成されている。
１つのセグメントコイル２１は、複数（例えば４つ）の導線２３を備える。各導線２３は、周方向に隣接しているスロット１７，１７内に挿入されて配置されている。各導線２３は、互いに連結されている。

図３は、図２のＡ部の拡大図である。図３に示すように各導線２３は、平角導体２５と、被膜２７とを有する。平角導体２５は、導電性の材料で形成されている。平角導体２５は、導線２３の芯線を構成している。平角導体２５は、Ｕ字状に形成されている。平角導体２５の断面は、長方形状に形成されている。
被膜２７は、平角導体２５の表面２９に被覆されている。被膜２７は、例えば、エナメル層等の樹脂層により形成されている。

図４は、図３のＢ部の拡大図である。
図４に示すように、スロット１７の内面３１には、絶縁紙３５が密接して配置されている。被膜２７の表面３３と絶縁紙３５の表面３９との間には、ワニス３７が充填されている。これにより、ワニス３７は、被膜２７の表面３３とスロット１７の内面３１との間に充填されている。ワニス３７は、被膜２７の表面３３と、スロット１７の内面３１とを固定している。

被膜２７には、表面３３に凹部４３が形成された凹部形成領域４１が設けられている。凹部４３には、ワニス３７が入り込んでいる。凹部４３の深さは、１μｍ以上１０μｍ以下に設定されている。

凹部形成領域４１の凹部４３は、被膜２７をサンドブラストで加工することにより形成される。凹部４３の形成は、例えば以下の順序で行う。
（１）導線２３のうち、凹部４３を形成しない部分をマスキングシートで覆う。
（２）導線２３に研磨剤を吹き付け、マスキングシートで覆われていない部分を削ることにより凹部４３（凹部形成領域４１）を形成する。
（３）マスキングシートを外す。

第一実施形態のステータ５では、導線２３の被膜２７の表面３３に凹部形成領域４１を設けた。これにより被膜２７の表面積が多くなるので、被膜２７の表面３３に対するワニス３７の密着性が向上する。さらに、ワニス３７は、凹部４３に入り込むことによりアンカー効果を得ることができる。このため、ワニス３７は、被膜２７の表面３３とスロット１７の内面３１とを確実に固定することが可能になる。したがって、第一実施形態のステータ５では、導線２３の被膜２７の表面３３に凹部形成領域４１を設けるだけで、ステータコア１１に導線２３を確実に固定することが可能になる。よって、第一実施形態のステータ５は、ステータコア１１に導線２３を容易にかつ確実に固定することができる。

さらに、第一実施形態のステータ５では、導線２３の被膜２７に凹部形成領域４１を設けたことにより被膜２７の表面積が多くなるので、被膜２７の熱交換面積が増加する。よって、第１実施形態のステータ５は、例えば冷媒を用いて導線２３を冷却する場合に導線２３の冷却性を向上させることができる。

また、第一実施形態のステータ５では、凹部４３の深さを１μｍ以上１０μｍ以下に設定した。これにより、ワニス３７は、凹部４３に十分に入り込むことができるので、被膜２７の表面３３とスロット１７の内面３１とをさらに確実に固定することができる。よって、第一実施形態のステータ５は、ステータコア１１に導線２３をさらに確実に固定することができる。さらに、凹部４３の深さを１μｍ以上１０μｍ以下に設定することで、部分放電の開始電圧の低下を抑制でき、部分放電を防止することができる。

また、第一実施形態のステータ５では、サンドブラストで加工することにより、凹部形成領域４１の凹部４３を形成するようにした。これにより、凹部４３を容易に形成することが可能になる。このため、ワニス３７は、被膜２７の表面３３とスロット１７の内面３１とをさらに容易に固定することが可能になる。また、サンドブラストで使用される粒子径により、凹部４３のサイズを容易に調整して凹部４３を形成することができる。よって、第一実施形態のステータ５は、ステータコア１１に導線２３を容易にかつ確実に固定することができる。

また、第一実施形態の電動機１は、ステータコア１１に導線２３を容易にかつ確実に固定することができる上述のステータ５を備えているので、耐久性に優れた高性能な電動機１とすることができる。

（第二実施形態）
次に、図５を参照して第二実施形態のステータについて説明する。なお、以下では、第一実施形態と同様の構成については詳細な説明を省略する。
図５は、本発明の第二実施形態のステータの導線の断面図である。
ステータ５Ａに装着された導線２３Ａは、平角導体２５と、被膜２７Ａとを有する。被膜２７Ａは、平角導体２５の表面２９に被覆されている。被膜２７Ａは、複数の樹脂層５７が積層されて形成されている。樹脂層５７は、ポリイミドやエナメル等の樹脂材料により形成されている。表層の樹脂層５７は、下層の樹脂層５７の表面に塗布されて乾燥・固化されることにより形成される。

被膜２７Ａの表面３３Ａには、凹部形成領域４１Ａが設けられている。凹部形成領域４１Ａには、複数の凹部形成部材６３が設けられている。複数の凹部形成部材６３は、被膜２７Ａの表層の樹脂層５７に一部が埋没している。これにより、凹部形成領域４１Ａにおいて複数の凹部形成部材６３の間には、凹部４３Ａが形成されている。凹部４３Ａの深さは、１μｍ以上１０μｍ以下に設定されている。

凹部形成部材６３は、例えばいわゆるマイクロカプセルが採用される。凹部形成部材６３は、粒子状でかつ中実に形成されている。凹部形成部材６３の外殻６７は、例えばシリコーン系樹脂材料で形成されている。凹部形成部材６３の内部には、例えばアクリル系樹脂材料６９が充填されている。凹部形成部材６３の設置方法について説明する。凹部形成部材６３は、表層の樹脂層５７として塗布される樹脂塗料（例えばポリイミド樹脂塗料）に添加される。凹部形成部材６３が添加された表層の樹脂塗料は、乾燥・固化されることにより表層の樹脂層５７となる。これにより、凹部形成部材６３は、表層の樹脂層５７から凹部形成部材６３の一部が出た状態で設置される。

第二実施形態のステータ５Ａでは、凹部形成領域４１Ａに複数の凹部形成部材６３を設け、複数の凹部形成部材６３の間に凹部４３Ａを形成するようにした。これにより、例えば被覆２７Ａを形成する材料と凹部形成部材６３との比率や、凹部形成部材６３のサイズ等を調整するだけで、凹部４１Ａのサイズを容易に調整して凹部４３Ａを形成することができる。このため、ワニス３７（図４参照）は、被膜２７Ａの表面３３Ａとスロット１７の内面３１とをさらに容易に固定することが可能になる。よって、第二実施形態のステータ５Ａは、ステータコア１１に導線２３Ａを容易にかつ確実に固定することができる。

また、第二実施形態のステータ５Ａでは、複数の凹部形成部材６３の各々を粒子状に形成した。これにより、例えば被覆２７Ａを形成する材料と凹部形成部材６３との比率や、凹部形成部材６３の粒子サイズを調整するだけで、凹部４３Ａのサイズを容易に調整して凹部４３Ａを形成することができる。このため、ワニス３７は、被膜２７Ａの表面３３Ａとスロット１７の内面３１（図４参照）とをさらに容易に固定することが可能になる。よって、第二実施形態のステータ５Ａは、ステータコア１１（図４参照）に導線２３Ａを容易にかつ確実に固定することができる。

また、シリコーン系樹脂は、ワニス３７と親和性が良いので、凹部形成部材６３（すなわち凹部４３Ａ）に対するワニス３７の密着性が高まる。このため、ワニス３７の凹部４３Ａに対するアンカー効果がさらに高まる。したがってワニス３７は、被膜２７Ａの表面３３Ａとスロット１７の内面３１とをさらに確実に固定することが可能になる。よって、第二実施形態のステータ５Ａは、ステータコア１１に導線２３Ａをさらに確実に固定することができる。

（第二実施形態の変形例）
次に、図６を参照して第二実施形態の変形例のステータについて説明する。
図６は、本発明の第二実施形態の変形例のステータの導線の断面図である。
第二実施形態の変形例に係るステータ５Ｂに装着された導線２３Ｂは、平角導体２５と、被膜２７Ａとを有する。

被膜２７Ａの表面３３Ａには、凹部形成領域４１Ａが設けられている。凹部形成領域４１Ａには、複数の凹部形成部材８３が設けられている。複数の凹部形成部材８３は、被膜２７Ａの表層の樹脂層５７に一部が埋没している。これにより、凹部形成領域４１Ａにおいて複数の凹部形成部材８３の間には、凹部４３Ｂが形成されている。凹部４３Ｂの深さは、１μｍ以上１０μｍ以下に設定されている。
凹部形成部材８３は、粒子状かつ中空となっている。すなわち、凹部形成部材８３の内部８９は空間となっている。中空の凹部形成部材８３は、例えば第二実施形態の凹部形成部材６３（図５参照）に熱を加え、内部のアクリル系樹脂６９（図５参照）を気化させることにより形成される。

第二実施形態の変形例のステータ５Ｂでは、凹部形成部材８３を粒子状かつ中空に形成した。これにより、誘電率の増加を抑制して凹部４３Ｂを容易に形成することが可能になる。このため、ワニス３７（図４参照）は、部分放電を抑制して被膜２７Ａの表面３３Ａとスロット１７の内面３１（図４参照）とを容易に固定することが可能になる。よって、第二実施形態の変形例のステータ５Ｂは、部分放電を抑制してステータコア１１（図４参照）に導線２３Ｂを容易にかつ確実に固定することができる。

なお、本発明は、図面を参照して説明した上述の実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。

例えば、上述の各実施形態では、スロット１７の内面３１とワニス３７との間に絶縁紙３５を介在させたが、絶縁紙３５を必ずしも介在させなくてもよい。
また、第二実施形態および第二実施形態の変形例では、凹部形成部材６３，８３として、いわゆるマイクロカプセルを使用したが、その他の粒子状の部材を使用してもよい。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。

１ 電動機（回転電機）
５、５Ａ、５Ｂ ステータ
１１ ステータコア
１７ スロット
２３、２３Ａ、２３Ｂ 導線
２５ 平角導体
２７、２７Ａ 被膜
２９ 平角導体の表面
３１ スロットの内面
３３、３３Ａ 被膜の表面
３７ ワニス
４１、４１Ａ 凹部形成領域
４３、４３Ａ、４３Ｂ 凹部
６３、８３ 凹部形成部材

Claims (7)

1. スロットが設けられたステータコアと、前記スロットに配置されている導線とを備えるステータであって、
   前記導線は、平角導体と、前記平角導体の表面に被覆されている被膜とを有し、
   前記被膜の表面と前記スロットの内面との間には、前記被膜の表面と前記スロットの内面とを固定するワニスが充填されており、
   前記被膜の表面には、前記ワニスが入り込んでいる凹部が形成された凹部形成領域が設けられていることを特徴とするステータ。
2. 前記凹部の深さは、１μｍ以上１０μｍ以下に設定されていることを特徴とする請求項１に記載のステータ。
3. 前記凹部形成領域の前記凹部は、サンドブラストで加工されたことにより形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のステータ。
4. 前記凹部形成領域には、複数の凹部形成部材が設けられており、
   前記凹部は、複数の前記凹部形成部材の間に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のステータ。
5. 複数の前記凹部形成部材は、粒子状に形成されていることを特徴とする請求項４に記載のステータ。
6. 複数の前記凹部形成部材は、中空であることを特徴とする請求項５に記載のステータ。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載のステータを備えたことを特徴とする回転電機。

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