JP2019161769A - ステータおよびそれを備えた回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】ワニスの“へたり”によるステータの締結力が低下することがないステータおよびそれを備えた回転電機を提供する。【解決手段】本発明のステータ１は、ステータコイル２、および、ステータコイルが通されるスロット８と、ステータコイルとスロットとの間に含侵されるワニスと、周部に設けられケースに締結する際用いられる締結孔４と、を有し電磁鋼板を積層して成るステータコアと、を備え、ステータコアの電磁鋼板の締結孔とスロットとの間に、電磁鋼板を積層固着するとともに、ワニスの締結孔の周辺部への漏出を防ぐカシメ部５を設けた。詳しくは、カシメ部は、鋼板を積層状態に締結するとともに、ワニスを締結部周辺において鋼板の周端部方向に逃がすか、あるいは、カシメ部は、締結孔とスロットとの間に、直線あるいは山型あるいは円弧のダボを有し、ダボは鋼板の縁まで延在するようにした。【選択図】 図２

Description

本発明は、回転電機のステータおよびそれを備えた回転電機に関する。

回転電機のステータでは、電磁鋼板が積層されたステータコアに巻回したステータコイルの表面処理として、巻き線部分の補強や絶縁性維持のために、ワニスを塗布することが行われている。ステータコイルの表面に塗布されたワニスは、ステータコイルの巻き線間に浸透し、ステータコアのスロットから積層した電磁鋼板間に浸透することがある。
ステータは、ステータコア周部に設けられた締結部で、回転電機のケースに所定の締結力でボルト締めする。

一般に、ステータコイルに塗布されたワニスは、経年変化により絶縁劣化や“へたり”（変形）が生じる。
ワニスが積層した電磁鋼板の締結孔（締結部）の周辺まで浸透していた場合には、ワニスの経年変化によりボルト締めの締結力が低下することがある。このため、ワニスの“へたり”による軸力低下を考慮して、ボルト締めの初期軸力を大きくしていた。

特許文献１には、ボルト締結部の付け根部近傍に、複数のステータプレートが加圧溶接されて形成された加圧溶接部と、空隙と、を設けて、ボルト締結部へのワニスの浸透を防止する技術が記載されている。

詳しくは、加圧溶接部により、ステータコアの積層された複数の板状部材が、突出部の付け根部またはその近傍において密着固定され、複数の板状部材の隙間からワニスが突出部に侵入することを抑制している。
また、ステータコアの突出部の付け根部近傍に設けた空隙により、ワニスが突出部に侵入することを抑制している。

特開２００７−２２１８５３号公報

特許文献１の技術によれば、締結部材の軸力の低下が抑制されたステータの固定構造を得ることができる。
しかし、加圧溶接部を形成するための溶接工程を追加する必要があり、ステータの製造コストが上昇する問題がある。
また、ステータコアの突出部の付け根部近傍に空隙を設けることにより、ステータコアの剛性低下が問題となる。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、ワニスの“へたり”によるステータの締結力が低下することがないステータおよびそれを備えた回転電機を安価に提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明のステータは、ステータコイル、および、前記ステータコイルが通されるスロットと、前記ステータコイルと前記スロットとの間に含侵されるワニスと、周部に設けられケースに締結する際用いられる締結孔と、を有し電磁鋼板を積層して成るステータコアと、を備え、前記ステータコアの電磁鋼板の締結孔とスロットとの間に、前記電磁鋼板を積層固着するとともに、前記ワニスの前記締結孔の周辺部への漏出を防ぐカシメ部を設けたことを特徴とする。

本発明によれば、ワニスの“へたり”によるステータ締結力の低下が生じることがないので、締結部材の軸力低下を見越して初期締結力（軸力）を大きくする必要がなく、ステータの締結信頼性を向上することができる。

実施形態のステータの概要を示す斜視図である。 実施形態のステータの構造を説明する断面図である。 円弧状のカシメ部について説明する図である。 山型状のカシメ部について説明する図である。 直線状のカシメ部について説明する図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
まず、実施形態のステータ１の概要を、図１の斜視図により説明する。
ここで、実施形態のステータ１を有する回転電機は、ハイブリッド車や燃料電池車を含む電気自動車等の車両の電動機または発電機として動作する。

図１のステータ１は、ステータコア３と、ステータコア３の内側に設けられたスロット８（図２参照）に巻回されたステータコイル２と、から構成されている。そして、ステータ１は、ステータコア３の外周部に設けられた締結孔４により、回転電機のケース（図示せず）に所定の軸力でボルト締結される。
また、ステータ１の内側には、回転電機のロータ（図示せず）が挿入される。

ステータコア３は、鉄または鉄合金などの板状の磁性体（電磁鋼板）を積層して構成されている。詳しくは、ステータコア３は、電磁鋼板をカシメにより積層固着（カシメ部５）している。

ステータコイル２には、液状の熱硬化樹脂であるワニスが塗布処理されている。このワニス処理により、コイル巻き線の補強や絶縁性を維持する。また、コイル巻き線の内部までワニスを充填することで、ステータコイル２の放熱性向上にも寄与している。

このワニス処理では、ステータコイル２にワニスを滴下し、ワニスの毛細管現象を利用して、ステータコイル２のコイル巻き線内部にワニスを浸透させている。そして、所定量のワニスを滴下含侵させた後に、加熱してワニスを硬化させる。
この際、詳細は後述するが、コイル巻き線に含侵したワニスの一部が、ステータコア３のスロット８（図示せず）から、積層した電磁鋼板の間に浸透している。

つぎに、実施形態のステータ１の構造を図２の断面図により説明する。
図２は、図１のＡ−Ａ切断面の示す断面図であり、締結孔４の中心軸を含むステータ１の径方向の断面図である。

ステータ１のステータコア３は、複数の電磁鋼板（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ）がカシメ部５で積層固着されて形成されている。
ステータコア３の締結孔４には、締結ボルト７が挿入され、ステータ１が所定軸力で回転電機のケースにボルト締結される。
ステータコア３のスロット８には、ステータコイル２が挿入されている。

ステータコア３は、例えば、電磁鋼の板材から、せん断加工によりステータコアの外形の部材が形成され、この部材に対して抜き加工により締結孔４とスロット８を形成する。また、エンボス加工により所定位置にダボ（カシメ用突起）を形成し、カシメ部５を形成する。その後、加工した複数の電磁鋼板（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ）をカシメ部５でカシメ処理して積層固着し、ステータコア３を形成する。
ダボの形状は、図２の形状に限定されずＶ突起形状でもよいし、その他の形状でもよい。
ステータコア３は上記の加工工程に限らず、他の工程により形成してもよい。

ステータ１は、上記の工程により形成されたステータコア３のスロット８に、ステータコイル２が通され、ステータコイル２にワニスを塗布処理して形成される。
ステータコイル２に塗布されたワニスは、ステータコイル２のコイル巻き線に含侵し、ステータコア３の積層方向に浸透する。そして、浸透したワニスの一部が、スロット８から電磁鋼板（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ）の板間に浸透する（ワニス６）。

カシメ処理によりカシメ部５のダボが密着するので、電磁鋼板（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ）の板間に浸透したワニス６は、カシメ部５のダボが堰堤となり、ダボに沿って周端部方向（紙面の鉛直方向）に逃がされる、締結孔４側へ浸透することがない。つまり、カシメ部５により、ステータコア３の締結孔４付近へのワニスの漏出を防いでいる。
これにより、ステータ１を回転電機の締結する際の締結ボルト７の初期軸力（締結力）に、締結孔４付近に浸透したワニスの劣化を考慮して大きめの値を設定する必要がない。

カシメ部５がない場合には、複数の締結孔４付近におけるワニス６の浸透量が一定でないために、ステータ１の締結力にばらつきが生じて、回転電機の異常振動の要因となる場合がある。実施形態のステータ１では、ステータコア３の締結孔４付近のワニス浸透が抑止されているので、ステータ１の締結力のばらつきが小さくなり、回転電機の異常振動を抑止することができる。

つぎに、図３から図５により、カシメ部５の設置位置と形状について説明する。
上記したように、カシメ部５のダボは、エンボス加工により形成するが、電磁鋼板のプレス加工（エンボス加工を含む）により生じた塑性歪や残留応力は、電磁鋼板の内部の磁区を複雑化して磁化特性を劣化させるとともに鉄損を増加させることが知られている。

このため、ステータコイル２の磁束線への影響の少ない部分に、カシメ部５を設ける。
図３から図５は、ステータコア３のひとつの締結孔４における近傍の磁束分布を、磁束線により表した図である。実施形態のステータ１では、締結のために設けられたステータコア３の耳形状の突出部には磁束線がないことに着目し、突出部の根元に、カシメ部５（５ａ、５ｂ、５ｃ）を設けるようにする。これにより、カシメ部５のダボによる磁束分布への影響を最小限にする。

図３は、ダボが円弧状のカシメ部５ａを設けたステータコア３を示す図である。
カシメ部５ａは、ステータコア３の外周と同程度の曲率をもつ円弧状のダボであり、締結孔４とスロット８との間において、ステータコア３の略外周径の位置に設ける。

そして、カシメ部５ａのダボは、ステータコア３を形成する電磁鋼板の縁まで延在している。
これにより、図２で説明した電磁鋼板（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ）の板間に浸透したワニス６は、カシメ部５ａのダボに沿って逃がすように浸透し、電磁鋼板の縁から浸み出すので、締結孔４付近にワニスが漏出することがない。

図４は、ダボの央部が外側に突出した山型状のカシメ部５ｂを設けたステータコア３を示す図である。
カシメ部５ｂは、締結孔４とスロット８との間において、ステータコア３の略外周径の位置に設ける。

そして、カシメ部５ｂのダボは、ステータコア３を形成する電磁鋼板の縁まで延在している。
これにより、図２で説明した電磁鋼板（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ）の板間に浸透したワニス６は、カシメ部５ｂのダボに沿って浸透し、電磁鋼板の縁から浸み出すので、締結孔４付近にワニスが漏出することがない。

図５は、ダボが直線状のカシメ部５ｃを設けたステータコア３を示す図である。
カシメ部５ｃは、締結孔４とスロット８との間において、ステータコア３の略外周径の位置に設ける。

そして、カシメ部５ｃのダボは、ステータコア３を形成する電磁鋼板の縁まで延在している。
これにより、図２で説明した電磁鋼板（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ）の板間に浸透したワニス６は、カシメ部５ｃのダボに沿って浸透し、電磁鋼板の縁から浸み出すので、締結孔４付近にワニスが漏出することがない。

図２において、ステータコア３がカシメ部５のダボにより積層固着する例を説明したが、ダボの替わりに、接着剤を図３で説明した形状に塗布して積層固着してもよい。電磁鋼板（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ）の板間に浸透したワニス６は、カシメ部５の接着剤が堰堤となり、締結孔４側へ浸透することがない。つまり、カシメ部５により、ステータコア３の締結孔４付近へのワニスの漏出を防ぐことができる。

本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記の実施形態は本発明で分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、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。

１ 回転電機
２ ステータコイル
３ ステータコア
４ 締結孔（締結部）
５、５ａ、５ｂ、５ｃ カシメ部
６ ワニス
７ 締結ボルト
８ スロット

Claims (5)

1. ステータコイル、および、
   前記ステータコイルが通されるスロットと、前記ステータコイルと前記スロットとの間に含侵されるワニスと、周部に設けられケースに締結する際用いられる締結孔と、を有し電磁鋼板を積層して成るステータコアと、を備え、
   前記ステータコアの電磁鋼板の締結孔とスロットとの間に、前記電磁鋼板を積層固着するとともに、前記ワニスの前記締結孔の周辺部への漏出を防ぐカシメ部を設けた
   ことを特徴とするステータ。
2. 請求項１に記載のステータにおいて、
   前記カシメ部は、前記電磁鋼板を積層状態に締結するとともに、前記ワニスを電磁鋼板の周端部方向に逃がす
   ことを特徴とする。
3. 請求項１に記載のステータにおいて、
   前記カシメ部は、前記締結孔と前記スロットとの間に、直線あるいは山型あるいは円弧のダボから成る
   ことを特徴とする。
4. 請求項１に記載のステータにおいて、
   前記カシメ部はダボであり、前記ダボが前記電磁鋼板の縁まで延在している
   ことを特徴とする。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のステータを設けた
   ことを特徴とする回転電機。

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