JP2019106842A - 電動機のステータ - Google Patents

Abstract

【課題】ステータコアやコイルの冷却性能をさらに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１は、電磁鋼板を積層したステータコア２と、ステータコア２に巻回されるコイル３と、コイル２とステータコア３との間に配置される絶縁シート４を備える。絶縁シート４は、コイル３とステータコア２に対向する面に凸部５と凹部６を有している。凸部５の少なくとも表面側は発泡樹脂からなる接着剤層であり、凹部６は冷却液が流れる冷却液流路を形成している。絶縁シート４のステータコア２の積層方向の長さｈｓはステータコア２の積層方向の長さｈｃよりも長い。【選択図】図２

Description

本発明は、電動機のステータに関する。

電動機のステータの製造方法として、特許文献１には、矩形のシートを中央部で折り曲げた形状で表面が発泡樹脂により構成された発泡樹脂シートを、ステータのスロットにおけるステータコアの内壁面とコイルの導線との間に挟んだ状態とし、その状態で加熱して発泡樹脂を膨張させるようにした製造方法が提案されている。ステータコアとコイルとの間に発泡樹脂部が形成され、形成された発泡樹脂部により、コイルをステータコアの内壁面の全体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。

前記の方法で製造された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の層が全面に形成されるので、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残っている。

その課題を解決した電動機のステータが特許文献２に記載されている。この電動機のステータは、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している。

特開２０１１−２４４５９６号公報 特開２０１７−１２７０６３号公報

特許文献２に記載される電動機のステータは、発泡樹脂層が有する冷却液流路を冷却液が流れることで、ステータコアやコイルの冷却性能の向上が図られる。しかし、絶縁シートの長さ、すなわち、絶縁シートのステータコアの積層方向の長さは、前記ステータコアの積層方向の長さと等しいか、それより短い長さであり、ステータコアの積層方向の端部において、冷却液が発泡樹脂層に形成された冷却液流路まで十分に案内されないことが起こりうる。そのために、ステータコアやコイルの冷却性能のさらなる向上に対して、課題があるといえる。

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さらに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課題とする。

本発明による電動機のステータは、電磁鋼板を積層したステータコアと、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、前記コイルおよび前記ステータコアに対向する対向面のいずれか一方または双方に凸部と凹部を有しており、少なくとも前記凸部の少なくとも表面側は接着剤層であり、前記凹部は冷却液が流れる冷却液流路を形成しており、前記絶縁シートの前記ステータコアの積層方向の長さは、前記ステータコアの積層方向の長さよりも長い、ことを特徴とする。

本発明による電動機のステータでは、用いられる絶縁シートにおけるステータコアの積層方向の長さが、ステータコアの積層方向の長さよりも長くされている。そのために、絶縁シートをステータコアに配置した状態で、その長さの長い分がステータコアの積層方向の端面から外側に延出した状態となる。冷却液は、ステータコアの端部から外側に延出している絶縁シートの領域に形成されている凹部を案内部として、より円滑にかつ確実にステータコアとコイルとの間に流入していくことができるようになる。

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のものよりもさらに向上した電動機のステータが得られる。

本発明の実施形態に係るステータの一部を示す断面図。 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に示すステータにおける絶縁シートの発泡樹脂層形成前の拡大断面図。 図１に示すステータにおける絶縁シートの発泡樹脂層形成後の拡大断面図。 絶縁シートの他の例を示す模式的な斜視図。 絶縁シートのさらに他の例を示す模式的な斜視図。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施形態１に係るステータの一部を示す断面図である。

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、電磁鋼板をＸ方向（図２参照）に積層したステータコア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、図２に示すように、絶縁シート４における前記ステータコア２の電磁鋼板の積層方向（Ｘ方向）の長さｈｓが、ステータコア２の積層方向の長さｈｃよりも長いことを一つの特徴事項とする。

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、例えば単層また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、基材である絶縁紙４ａを有し、該絶縁紙４ａがコイル３に対向する面４ｂと、ステータコア２に対向する面４ｃの双方に、発泡樹脂からなる凸部５と、隣接する凸部５、５の間に形成される凹部６とが形成されている。絶縁紙４ａの素材としては、ポリエステルフィルム、アラミドフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエチレンナフタレートフィルムやクラフト紙などの絶縁性能を有する素材フィルムを挙げることができる。

図３に示す例において、凸部５は、所定の幅を持つ複数本の凸条５ａであり、各凸条５ａは、ステータコア２の電磁鋼板の積層方向であるＸ方向に、絶縁紙４ａの全長ｈｓにわたって形成されている。隣接する凸条５ａ、５ａの間には、凹部６としての凹溝６ａが形成されている。後記するように、凹部６である凹溝６ａは、ＡＴＦのような冷却液が流れる冷却液流路を形成する。また、凸条５ａは発泡樹脂からなっており、接着剤としても機能する。

各凸条５ａの幅および各凹溝６ａの幅は、等しいことが望ましいが、異なっていてもよい。また、面４ｂに形成した凸条５ａの位置と対向する面４ｃの位置に、面４ｃ側の凸条５ａが形成されていてもよく、面４ｂと面４ｃとで、凸条５ａの位置が前記Ｘ方向に直交する方向に偏位していてもよい。

なお、冷却液流路としての凹部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。また、絶縁紙４ａに、発泡樹脂からなる凸部５を点状または島状に形成し、その間に、冷却液流路としての凹部６が形成される形態でもよい。

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造することができる。最初に、基材である絶縁紙４ａを用意し、表裏の面４ｂ、４ｃに、発泡樹脂を所要の間隔で、適数本の凸条５ａが形成されるように、筋状に塗布する。塗布する発泡樹脂は、絶縁性を有し、加熱によって発泡し、その後、硬化して筋状になるものであれば、特に限定されない。

なお、絶縁紙４ａの厚さは、例えば約０．２ｍｍ程度であり、塗布した凸条５ａの厚さは、例えば約０．０５ｍｍである。また、凸条５ａの幅は、例えば約０．１ｍｍ程度であり、隣接する凸条５ａと凸条５ａの間隔、すなわち、凹溝６ａの幅は、例えば約０．１ｍｍ程度である。

次に、絶縁紙４ａに発泡樹脂を塗布することによって凸条５ａを形成した絶縁シート４を、凸条５ａの方向が、ステータコア２における電磁鋼板の積層方向であるＸ方向と同じ方向となるようにしてＵ字状に湾曲させ、それをステータコア２のスロット２ｓの壁面に沿って配置する。配置に際して、絶縁シート４の前記積層方向（Ｘ方向）の長さｈｓの中央部位が、ステータコア２の積層方向（Ｘ方向）の長さｈｃの中央部位とほぼ一致するように、Ｘ軸方向の位置を調整する。それにより、ステータコア２のＸ方向の両端面には、絶縁シート４の一部、この例では、（ｈｓ−ｈｃ）／２の長さである絶縁シート４の一部が、外側に向けて飛び出した状態となる。

その状態で、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、発泡樹脂からなる凸条５ａが絶縁紙４ａの表裏の面４ｂ、４ｃに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４ｂとの隙間、および、ステータコア２と絶縁シート４の面４ｃ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４ｂ、４ｃに塗布した筋状の発泡樹脂からなる凸条５ａを加熱して発泡させ、硬化させることで、図５に示すように、絶縁シート４の表裏の面４ｂ、４ｃに、凸条５ａからなる凸部５と、該凸部５と凸部５との間に形成された凹溝６ａからなる凹部６が形成される。そして、凸条５ａからなる凸部５の表面が持つ粘着機能によって、絶縁シート４は、コイル３をステータコア２に固着させる作用をなす。

絶縁シート４の絶縁紙４ａの表裏の面４ｂ、４ｃに形成される凹溝６ａからなる凹部６は、冷却液流路としての機能を果たし、それにより、モータ用ステータの冷却性能は一層優れたものとなる。加えて、前記のように、ステータコア２のＸ方向の両端面には、絶縁シート４の一部である（ｈｓ−ｈｃ）／２の長さ部分が、ステータコア２の端面から外側に向けて飛び出した状態となっており、この飛び出ている部分にも、凹溝６ａからなる凹部６が形成されているので、そこに形成されている凹部６は、冷却液の案内路として有効に機能し、冷却液を、コイル３と絶縁シート４の間および絶縁シート４とステータコア２の間の冷却液流路に、確実に流し込むことが可能となる。それにより、モータ用ステータの冷却性能はさらに優れたものとなり、かつ、安定した冷却機能が確保される。

［絶縁シートの他の形態］
図６は、絶縁シート４の他の実施の形態を示す模式的な斜視図である。この絶縁シート４ｓは、基材である絶縁紙４ａの一方の面、例えば、絶縁紙４ａがコイル３に対向する面４ｂの側にのみ、発泡樹脂からなり複数本の凸条５ａで形成される凸部５と、隣接する凸条５ａの間に形成される凹溝６ａからなる凹部６とが形成されている。しかし、反対側の面、この例では、ステータコア２に対向する面４ｃには、凸部５と凹部６は形成されず、発泡樹脂である平坦面状の層７が、全面にわたって塗布形成されている。この点を除き、他の構成は、図３に基づき説明した絶縁シート４と同じである。なお、発泡樹脂である平坦面状の層７の厚みは任意であるが、一例として、凸条５ａの厚み程度、例えば０．０５ｍｍ程度である。

この形態の絶縁シート４ｓも、図３に示した絶縁シート４と同様にステータコア２とコイル３との間に配置される。凸部５と凹部６が形成されている面をステータコア２とコイル３のどちら側に面するように配置するは任意であるが、一方の面側にのみ凹部６からなる冷却液流路を有していても、一定の冷却機能を確保できる。

［絶縁シートのさらに他の形態］
図７は、絶縁シート４のさらに他の実施の形態を示す模式的な斜視図である。この絶縁シート４０は、図３および図６に示した絶縁シート４、４ｓと同様に、基材である絶縁紙４１を備える。ただし、絶縁紙４１は平坦なシートではなく、表裏面に凸部４２を一体に有している。具体的には、絶縁紙４１は矩形状であり、絶縁シート４、４ｓと同様、ステータコア２への配置時に、ステータコア２の電磁鋼板の積層方向となるＸ方向の長さｈｓは、ステータコア２の電磁鋼板の積層方向（Ｘ方向）の長さｈｃよりも長い。そして、前記凸部４２である適数本の凸条４２ａは、絶縁紙４１の前記Ｘ方向の全長にわたって一体に形成されている。各凸条４２ａの高さは等しい。そして、隣接する凸条４２ａ、４２ａの間には、凹部４３としての凹溝４３ａが形成されている。前記凹部４３である凹溝４３ａは、冷却液が流れる冷却液流路を形成する。

各凸条４２ａの表面側には、発泡樹脂からなる層４４が塗布されている。発泡樹脂層４４は、凸条４２ａの長さ方向の全部にではなく、配置しようとするステータコア２の積層方向であるＸ方向の長さｈｃとほぼ同じ長さだけ、塗布されている。好ましくは、発泡樹脂層４４は、その上下端部側に同じ距離の無塗装部が形成されるように、凸条４２ａの長さ方向のほぼ中央部に形成される。

絶縁シート４０において、例えば、絶縁紙４１の一般部の厚みを０．２ｍｍ、凸条４２の厚みを０．２ｍｍ、凸条４２の幅を０．１ｍｍ、凹溝４３ａの幅を０．１ｍｍとし、発泡樹脂層４４の厚みを０．０５ｍｍ程度に設定することができる。

ステータコア２に対する絶縁シート４０の取り付け方は、絶縁シート４、４ｓの場合と同様である。ただし、絶縁シート４０のＸ方向での配置位置は、発泡樹脂層４４がステータコア２内に位置するように、配置する。

絶縁シート４０を配置したステータ１においては、凸条４２ａの表面に塗布された発泡樹脂層４４が粘着機能を持つことから、絶縁シート４０は、コイル３をステータコア２に固着させる作用をなす。また、絶縁シート４０の表裏の面に形成される凹溝４３ａからなる凹部４３は、冷却液流路としての機能を果たし、それにより、モータ用ステータの冷却性能は優れたものとなる。加えて、絶縁シート４０でも、絶縁シート４、４ｓと同様に、ステータコア２のＸ方向の両端面には、絶縁シート４０の一部である（ｈｓ−ｈｃ）／２の長さ部分が、ステータコア２の端面から外側に向けて飛び出した状態となり、この飛び出ている部分にも、凹溝４３ａからなる凹部４３が形成されているので、そこに形成されている凹部４３は、冷却液の案内路として有効に機能し、冷却液を、コイル３と絶縁シート４０の間および絶縁シート４０とステータコア２の間の冷却液流路に、確実に流し込むことが可能となる。それにより、モータ用ステータの冷却性能はさらに優れたものとなり、かつ、安定した冷却機能が確保される。

［他の実施の形態］
図示しないが、絶縁シート４０の場合も、前記凸条４２ａからなる凸部４２を、基材である絶縁紙４１の一方の面のみに形成することもできる。その場合には、絶縁紙４１の他方の面には、平坦面である発泡樹脂層を形成する。また、上記した絶縁シート４、４ｓにおいて、接着能を有する発泡樹脂に換えて、接着能を有する材料により、凸部５を形成することもできる。絶縁シート４０においても、発泡樹脂層４４に換えて、接着能を有する材料によって、接着層を形成することもできる。絶縁シート４０において、凸条４２ａの全長ｈｓにわたって発泡樹脂層４４を形成してもよいが、その場合には、材料の無駄が出るので、好ましい態様ではない。

Ｘ…ステータコアにおける電磁鋼板の積層方向、
ｈｓ…絶縁シートにおけるステータコアの電磁鋼板の積層方向での長さ、
ｈｃ…ステータコアの電磁鋼板の積層方向の長さ（ｈｃ＜ｈｓ）、
１…ステータ、
２…ステータコア、
３…コイル、
４、４ｓ、４０…絶縁シート、
４ａ、４１…基材である絶縁紙、
４ｂ、４ｃ…絶縁紙の両面、
５…発泡樹脂からなる凸部、
５ａ、４２ａ…凸部を構成する凸条、
６…隣接する凸部の間に形成される凹部、
６ａ…凹部としての凹溝（冷却液の流路）、
４４…凸部の表面に形成される発泡樹脂層。

Claims (1)

1. 電磁鋼板を積層したステータコアと、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、前記コイルおよび前記ステータコアに対向する対向面のいずれか一方または双方に凸部と凹部を有しており、
   少なくとも前記凸部の少なくとも表面側は接着剤層であり、
   前記凹部は冷却液が流れる冷却液流路を形成しており、
   前記絶縁シートの前記ステータコアの積層方向の長さは、前記ステータコアの積層方向の長さよりも長い、
   ことを特徴とする電動機のステータ。

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