JP2019126207A - 回転電機用ステータ、回転電機および回転電機ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機用のステータにおいて、絶縁被膜の表面に付着した異物の視認性を高める。【解決手段】回転電機用ステータは、複数のスロットを有するステータコアと、スロットを介してステータコアに巻回されたステータコイルと、を備え、ステータコイルは、相互に結合された複数のコイルセグメント群を有し、各々のコイルセグメント群は、空孔含有皮膜４４を絶縁材として備える平角線３０を少なくとも２本備え、２本の平角線３０は平行な面を備えたものであり、空孔含有皮膜４４は、絶縁材料に空孔４６を施したものであり、空孔率が１７％以上かつ３５％以下である。【選択図】図５

Description

本発明は、回転電機用ステータ、回転電機および回転電機ユニットに関する。

下記特許文献１，２には、電線の絶縁被膜として、発泡させた絶縁体を適用する技術が記載されている。また、下記特許文献３には、セグメントコンダクタ型の回転電機のステータおよびその製造方法が記載されている。

特開平５−２０９２８号公報 特開平８−７７８４９号公報 特開２０１４−２２５９７４号公報

しかし、上記特許文献１〜３には、絶縁被膜の表面に付着した異物の視認性を高める点については、特に記載されていない。
この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、絶縁被膜の表面に付着した異物の視認性を高めることができる回転電機用ステータ、回転電機および回転電機ユニットを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明の回転電機用ステータは、複数のスロットを有するステータコアと、前記スロットを介して前記ステータコアに巻回されたステータコイルと、を備え、前記ステータコイルは、相互に結合された複数のコイルセグメント群を有し、各々の前記コイルセグメント群は、空孔含有皮膜を絶縁材として備える平角線を複数備え、複数の前記平角線のうち少なくとも２本の前記平角線は互いに平行な面を有するものであり、前記空孔含有皮膜は、絶縁材料に空孔を施したものであり、空孔率が１７％以上かつ３５％以下であることを特徴とする。

本発明によれば、絶縁被膜の表面に付着した異物の視認性を高めることができる。

本発明の一実施形態による電動車両の模式図である。 一実施形態におけるステータコアの正面図である。 一実施形態におけるコイルセグメント群の斜視図である。 一実施形態におけるコイルセグメント群の側面図である。 一実施形態におけるコイルセグメント群の断面図である。 一実施形態における空孔含有皮膜の空孔率に対する特性図である。 比較例によるコイルセグメント群の断面図である。 変形例によるコイルセグメント群の断面図である。 他の変形例によるコイルセグメント群の斜視図である。

〈実施形態の構成〉
図１は、本発明の一実施形態による電動車両１００の模式図である。
電動車両１００は、エンジン１２０と、回転電機ユニット１１０と、車輪１３０と、を備えている。また、回転電機ユニット１１０は、回転電機１０２，１０４と、トランスミッション１０６と、これらを収納する回転電機ユニット筐体１０１と、を備えている。エンジン１２０および車輪１３０のシャフト（符号なし）は、回転電機ユニット１１０に結合されている。そして、車輪１３０は、回転電機１０２，１０４またはエンジン１２０によって回転駆動される。

回転電機ユニット筐体１０１の内部では、ＡＴＦ（Automatic transmission fluid、図示略）すなわち潤滑油が循環される。ＡＴＦは、トランスミッション１０６の各部を潤滑するとともに、回転電機１０２，１０４の冷媒としても用いられる。トランスミッション１０６を潤滑するため、ＡＴＦには、金属屑等の異物（コンタミネーションとも呼ばれる）が混入しやすい。この種の異物が回転電機１０２，１０４のコイル等に付着すると、絶縁不良が生じる場合もある。そこで、電動車両１００の製造時およびメンテナンス時には、コイル等に付着した異物を適切に発見して除去することが望まれている。

図２は、回転電機１０２，１０４に含まれるステータ１０（回転電機用ステータ）の正面図である。
ステータ１０は、略円筒状に形成されたステータコア１３を備えている。ステータコア１３の内周壁には、軸方向に貫通する複数のスロット１４が周方向に所定の間隔で形成されている。そして、これらスロット１４には、複数相（例えば、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のステータコイル１５が巻回されている。各ステータコイル１５には、それぞれ給電部１６が接続されて外部電源から電力が供給される。ステータ１０の内側には、図示せぬロータが回転自在に配置される。また、各ステータコイル１５は、複数のコイルセグメント群２０を溶接等によって結合して構成されている。

図３は、本実施形態におけるコイルセグメント群２０の斜視図であり、図４は、図３におけるIV方向から見たコイルセグメント群２０の側面図である。
図３において、コイルセグメント群２０は、互いに平行に延設される一対の脚部２１ａ，２１ｂと、脚部２１ａ，２１ｂを一方の端部で接続する連結部２２と、を備え、略Ｕ字状に形成されている。また、コイルセグメント群２０は、複数本の（図示の例では４本の）コイルセグメント２３を整列し、束ねて構成されている。ここで、コイルセグメント２３は、断面略矩形状の平角線３０を略Ｕ字状に曲げたものである。

平角線３０の断面形状が略矩形状であるため、平角線３０は、相対向する一対の幅広側面３０ａと、相対向するとともに幅広側面３０ａよりも狭い一対の幅狭側面３０ｂと、を有している。そして、各コイルセグメント２３は、幅広側面３０ａが衝合面となって対向するように整列されている。また、脚部２１ａ，２１ｂにおける衝合面と、連結部２２における衝合面とは、同一の面になる。連結部２２の中央部分には、略Ｓ字状に湾曲する湾曲部２６が形成されている。そして、湾曲部２６は、曲げ方向を交互に変えながら彎曲する、少なくとも２ヶ所の彎曲箇所２６ａ，２６ｂを有している。

次に、図４に示すように、湾曲部２６には、脚部２１ａ，２１ｂを鉛直方向に向けた際に水平方向に対して傾斜する一対の傾斜部２４が形成されている。そして、一対の傾斜部２４と、脚部２１ａ，２１ｂとの結合部分には曲げ部３４が形成されている。曲げ部３４においては、図示のように、各コイルセグメント２３の幅狭側面３０ｂが内側および外側の彎曲面になる。なお、図３および図４に示したコイルセグメント群２０の詳細な形状や製造方法等は、上述した特許文献３に記載されているものと同様である。以上のように構成された複数のコイルセグメント群２０を、スロット１４（図２参照）に挿入し、その後に、コイルセグメント群２０の開放端同士を溶接等によって結合すると、ステータコイル１５が形成される。

図５は、図３におけるＶ-Ｖ断面図である。
図示のように、コイルセグメント２３すなわち平角線３０は、銅を主成分とする断面略矩形状の導体４２と、導体４２の外周を囲む、断面略矩形枠状の絶縁体である空孔含有皮膜４４と、を有している。空孔含有皮膜４４は、絶縁材料に対して、空孔４６を形成したものである。なお、空孔４６は、独立気泡であっても連続気泡であってもよい。また、図５においては、空孔含有皮膜４４に付着した異物５１，５２と、作業者が異物５１，５２を検出するための入射光５４と、を図示している。

空孔含有皮膜４４に適用される絶縁材料としては、例えば、ポリエスルテイミド、THEIC（Tris-hydroxyethyl. Isocyanurate）変性ポリエステルイミド、ポリアミドイミド、あるいはポリイミド、等を適用することができる。
また、空孔４６には、例えば、石油エーテル、イソブタン、ヘプタン、ヘキサン等の炭化水素、モノクロロトリフロロメタン、ジクロロジフロロメタン、トリクロロトリフロロエタン、ジクロロテトラフロロエタン等の低沸点ハロゲン化炭化水素、またはメチルシラン等が充填されている。また、アゾ系発泡剤、セミカルバジド系発泡剤、ニトロソ系発泡剤等の化学発泡剤を用いて空孔４６を形成してもよい。
空孔含有皮膜４４の厚さは、要求される耐圧性能に応じて異なるが、例えば、２０〜１２０μｍにすると好ましい。空孔含有皮膜４４の全体積に占める空孔４６の割合を「空孔率」と呼ぶ。

ここで、空孔含有皮膜４４の空孔率に対する特性を図６に示す。なお、図６においては、空孔含有皮膜４４の厚さが４０〜５０μｍ程度であると仮定している。
空孔率が５％未満になると、空孔含有皮膜４４は、肉眼では、ほぼ無色になる。空孔含有皮膜４４が無色になると、導体４２（図５参照）の地色によって、肉眼では異物５１，５２を発見しにくくなる。また、空孔率が５％以上になると、空孔含有皮膜４４が、やや黄色に見えるようになる。しかし、空孔率が５％〜１２％の範囲では、まだ透明度が高いため、異物５１，５２を発見しにくい。一方、空孔率が１２％以上になると、充分に透明度が下がり、肉眼で異物５１，５２を発見しやすくなる。このように、異物の発見を容易にするためには、空孔含有皮膜４４の空孔率は１２％以上にすることが好ましい。

また、空孔含有皮膜４４に曲げ等のストレスを加えた際、空孔４６は空孔含有皮膜４４を断裂させる要因になる。従って、空孔率が小さいほど、空孔含有皮膜４４の可撓性が良好になり、断裂しにくくなる。上述したように、曲げ部３４（図４参照）において、各コイルセグメント２３の幅狭側面３０ｂが内側および外側の彎曲面になる。このような曲げ方を行う前提において、良好な可撓性を得るためには、空孔含有皮膜４４の空孔率は３５％以下にすることが好ましい。

また、空孔４６の誘電率は低いため、空孔率が高いほど、空孔含有皮膜４４の絶縁性は高くなる。空孔含有皮膜４４の厚さを４０〜５０μｍ程度とし、導体４２に、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）変調された３００Ｖ程度の電圧を加えることを想定すると、空孔含有皮膜４４の空孔率は１７％以上にすると、良好な絶縁性が得られる。

以上のように、異物５１，５２の視認性、絶縁性、および可撓性について、全てを好ましい状態にするためには、空孔含有皮膜４４の空孔率を１７％以上、３５％以下にすることが好ましい。また、特に、図中のハッチングで示した範囲のように、空孔率を２６〜２８％程度にすると、視認性、絶縁性および可撓性の全てに対して、充分大きなマージンを得ることができる。従って、平角線３０を製造する際には、空孔含有皮膜４４の空孔率の目標値を２７％程度とし、誤差を±１％程度に抑制できれば、一層好ましい。

〈比較例〉
次に、本実施形態の効果を明らかにするため、比較例の構成を説明する。
図７は、比較例によるコイルセグメント群の断面図である。本比較例は、上記実施形態における平角線３０に代えて、丸線６０を適用したものである。
丸線６０は、断面円状の導体６２と、導体６２を覆う空孔含有皮膜６４と、を有している。なお、導体６２および空孔含有皮膜６４の材質は、それぞれ上記実施形態（図５参照）における導体４２および空孔含有皮膜４４と同一である。

本比較例においては、入射光５４の角度によっては、異物５１，５２が見えにくくなる。また、これらのうち一方を発見できたとしても、他方を発見できない場合が生じる。従って、空孔含有皮膜６４に付着した異物を発見するためには、入射光５４の角度を様々変化させながら空孔含有皮膜６４を観察する必要があるため、作業が煩雑になる。

〈実施形態の効果〉
以上のように、本実施形態の回転電機ユニット（１１０）は、内部で潤滑油を循環させる筐体（１０１）と、筐体（１０１）に収納され、略円筒状に形成され内周壁に複数のスロット（１４）を有するステータコア（１３）とスロット（１４）を介してステータコア（１３）に巻回されたステータコイル（１５）とを備えたステータ（１０）と、ステータコア（１３）の内周側に、ステータ（１０）に対して回転可能に設けられたロータと、を有する回転電機（１０２，１０４）と、筐体（１０１）に収納され、回転電機（１０２，１０４）によって駆動されるとともに車輪（１３０）を駆動するトランスミッション（１０６）と、を備え、ステータコイル（１５）は、相互に結合された複数のコイルセグメント群（２０）を有し、各々のコイルセグメント群（２０）は、空孔含有皮膜（４４）を絶縁材として備える平角線（３０）を少なくとも２本揃えて曲げたものであり、空孔含有皮膜（４４）は、絶縁材料に空孔（４６）を施したものであり、空孔率が１７％以上かつ３５％以下である。

絶縁材料の空孔率を１７％以上かつ３５％以下に設定したことにより、本実施形態によれば、絶縁性、可撓性および空孔含有皮膜（４４）に付着した異物の視認性を高めることができ、製造およびメンテナンス等における作業性を高めることができる。
特に、共通の筐体（１０１）内に回転電機（１０２，１０４）とトランスミッション（１０６）とを収納する回転電機ユニット（１１０）においては、トランスミッション（１０６）等から発生した異物を的確に発見できるようになる。

さらに、本実施形態において、平角線（３０）は、相対向する一対の幅広側面（３０ａ）と、幅広側面よりも狭く、相対向する一対の幅狭側面（３０ｂ）と、を有するものであり、コイルセグメント群（２０）は、４本の平角線（３０）の幅広側面を衝合させ、幅狭側面が内側および外側の彎曲面になるように、平角線（３０）を曲げたものである。

これにより、４本の平角線（３０）の幅広側面（３０ａ）および幅狭側面（３０ｂ）を一度に観察できるため、空孔含有皮膜（４４）に付着した異物の視認性を一層高めることができる。さらに、平角線（３０）を採用したことにより、平角線（３０）が配線される空間における導体（４２）の体積率を高めることができ、回転電機（１０２，１０４）を小型化することができる。

［変形例］
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。上述した実施形態は本発明を理解しやすく説明するために例示したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、上記実施形態の構成に他の構成を追加してもよく、構成の一部について他の構成に置換をすることも可能である。上記実施形態に対して可能な変形は、例えば以下のようなものである。

（１）上記実施形態において、空孔含有皮膜４４に代えて、多層構造の絶縁体を適用してもよい。その一例を図８に示す。なお、図８は、本変形例におけるコイルセグメント群の断面図である。
本変形例においては、上記実施形態（図５）における平角線３０に代えて、平角線７０が適用されている。平角線７０は、導体７２と、導体７２の外周を囲む空孔含有皮膜７４と、空孔含有皮膜７４のさらに外周を囲む皮膜７８と、を有している。

導体７２は、上記実施形態（図５）における導体４２と同様に構成されている。また、空孔含有皮膜７４は、上記実施形態の空孔含有皮膜４４と同様の絶縁材料に空孔７６を形成したものである。また、皮膜７８は通常の絶縁被膜によって構成されており、空孔４６は無くてもよい。
このように、本変形例の平角線７０は二重絶縁構造を採用しているため、何らかの理由で空孔含有皮膜７４が破損したとしても、外部への漏洩電流を小さくすることができる。

（２）上記実施形態においては、コイルセグメント群２０は４本のコイルセグメント２３すなわち平角線３０を衝合して形成されたが、一のコイルセグメント群２０に含まれるコイルセグメント２３の数は「４」に限られるものではなく、「２」以上であればよい。

（３）上記実施形態においては、図５に示したように、コイルセグメント群２０を構成する４本のコイルセグメント２３の幅狭側面３０ｂを同一面に沿うように揃えた。しかし、これらの幅狭側面３０ｂは、必ずしも全て同一面に沿うように揃える必要はない。すなわち、各々のコイルセグメント群は、「空孔含有皮膜を絶縁材として備える平角線を複数備え、これら複数の平角線のうち少なくとも２本の平角線は互いに平行な面を有するもの」であってもよい。

図９は、その一例である変形例によるコイルセグメント群の斜視図である。
図９において、コイルセグメント群８０は、平角線８１，８２，８３，８４を備え、平角線８１，８３の幅狭側面８１ａ，８３ａは互いに平行になっている。また、平角線８２，８４の幅狭側面８２ａ，８４ａも互いに平行になっている。同様に、コイルセグメント群９０は、平角線９１，９２，９３，９４を備え、平角線９１，９３の幅狭側面９１ａ，９３ａは互いに平行になっている。また、平角線９２，９４の幅狭側面９２ａ，９４ａも互いに平行になっている。

これら平角線８１〜８４，９１〜９４の構造は、上記実施形態の平角線３０（図５参照）と同様である。また、平角線８１〜８４と、平角線９１〜９４とは、交互に挟みあっている。本変形例の構成においても、例えば幅狭側面８１ａ，８３ａに付着した異物（図示せず）は、入射光の共通の入射角度で発見することができる。
もちろん、コイルセグメント群のうち３本の特定側面が互いに平行になっていても、同様な効果を得られる。

１０ ステータ（回転電機用ステータ）
１３ ステータコア
１４ スロット
１５ ステータコイル
２０ コイルセグメント群
２３ コイルセグメント
３０ 平角線
３０ａ 幅広側面
３０ｂ 幅狭側面
４４ 空孔含有皮膜
４６ 空孔
１００ 電動車両
１０１ 回転電機ユニット筐体（筐体）
１０２，１０４ 回転電機
１０６ トランスミッション
１１０ 回転電機ユニット
１２０ エンジン
１３０ 車輪

Claims (7)

1. 複数のスロットを有するステータコアと、
   前記スロットを介して前記ステータコアに巻回されたステータコイルと、
   を備え、
   前記ステータコイルは、相互に結合された複数のコイルセグメント群を有し、各々の前記コイルセグメント群は、空孔含有皮膜を絶縁材として備える平角線を複数備え、複数の前記平角線のうち少なくとも２本の前記平角線は互いに平行な面を有するものであり、
   前記空孔含有皮膜は、絶縁材料に空孔を施したものであり、空孔率が１７％以上かつ３５％以下である
   ことを特徴とする回転電機用ステータ。
2. 複数のスロットを有するステータコアと、
   前記スロットを介して前記ステータコアに巻回されたステータコイルと、
   を備え、
   前記ステータコイルは、相互に結合された複数のコイルセグメント群を有し、各々の前記コイルセグメント群は、空孔含有皮膜を絶縁材として備える平角線を少なくとも２本揃えて曲げたものであり、
   前記空孔含有皮膜は、絶縁材料に空孔を施したものであり、空孔率が１７％以上かつ３５％以下である
   ことを特徴とする回転電機用ステータ。
3. 前記平角線は、相対向する一対の幅広側面と、前記幅広側面よりも狭く、相対向する一対の幅狭側面と、を有するものであり、
   前記コイルセグメント群は、４本の前記平角線の前記幅広側面を衝合させ、前記幅狭側面が内側および外側の彎曲面になるように、前記平角線を曲げたものである
   ことを特徴とする請求項２に記載の回転電機用ステータ。
4. 略円筒状に形成され内周壁に複数のスロットを有するステータコアと、前記スロットを介して前記ステータコアに巻回されたステータコイルと、を備えたステータと、
   前記ステータコアの内周側に、前記ステータに対して回転可能に設けられたロータと、
   を備え、
   前記ステータコイルは、相互に結合された複数のコイルセグメント群を有し、各々の前記コイルセグメント群は、空孔含有皮膜を絶縁材として備える平角線を複数備え、複数の前記平角線のうち少なくとも２本の前記平角線は互いに平行な面を有するものであり、
   前記空孔含有皮膜は、絶縁材料に空孔を施したものであり、空孔率が１７％以上かつ３５％以下である
   ことを特徴とする回転電機。
5. 略円筒状に形成され内周壁に複数のスロットを有するステータコアと、前記スロットを介して前記ステータコアに巻回されたステータコイルと、を備えたステータと、
   前記ステータコアの内周側に、前記ステータに対して回転可能に設けられたロータと、
   を備え、
   前記ステータコイルは、相互に結合された複数のコイルセグメント群を有し、各々の前記コイルセグメント群は、空孔含有皮膜を絶縁材として備える平角線を少なくとも２本揃えて曲げたものであり、
   前記空孔含有皮膜は、絶縁材料に空孔を施したものであり、空孔率が１７％以上かつ３５％以下である
   ことを特徴とする回転電機。
6. 内部で潤滑油を循環させる筐体と、
   前記筐体に収納され、略円筒状に形成され内周壁に複数のスロットを有するステータコアと前記スロットを介して前記ステータコアに巻回されたステータコイルとを備えたステータと、前記ステータコアの内周側に、前記ステータに対して回転可能に設けられたロータと、を有する回転電機と、
   前記筐体に収納され、前記回転電機によって駆動されるとともに車輪を駆動するトランスミッションと、
   を備え、
   前記ステータコイルは、相互に結合された複数のコイルセグメント群を有し、各々の前記コイルセグメント群は、空孔含有皮膜を絶縁材として備える平角線を複数備え、複数の前記平角線のうち少なくとも２本の前記平角線は互いに平行な面を有するものであり、
   前記空孔含有皮膜は、絶縁材料に空孔を施したものであり、空孔率が１７％以上かつ３５％以下である
   ことを特徴とする回転電機ユニット。
7. 内部で潤滑油を循環させる筐体と、
   前記筐体に収納され、略円筒状に形成され内周壁に複数のスロットを有するステータコアと前記スロットを介して前記ステータコアに巻回されたステータコイルとを備えたステータと、前記ステータコアの内周側に、前記ステータに対して回転可能に設けられたロータと、を有する回転電機と、
   前記筐体に収納され、前記回転電機によって駆動されるとともに車輪を駆動するトランスミッションと、
   を備え、
   前記ステータコイルは、相互に結合された複数のコイルセグメント群を有し、各々の前記コイルセグメント群は、空孔含有皮膜を絶縁材として備える平角線を少なくとも２本揃えて曲げたものであり、
   前記空孔含有皮膜は、絶縁材料に空孔を施したものであり、空孔率が１７％以上かつ３５％以下である
   ことを特徴とする回転電機ユニット。

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