JP2020078173A - モータのステータコイル - Google Patents

Abstract

【課題】セグメントコイルの端部を嵌合部材の端面に設けられた嵌合穴に嵌合させて、セグメントコイルと嵌合部材とを圧着により接合することで形成されるステータコイルにおいて、セグメントコイルと嵌合部材との間の接触抵抗を低減する。【解決手段】第１セグメントコイル３０の端部に設けられた導線端部４４が、嵌合部材としての連結部材３４の端面に設けられた嵌合穴７４に嵌合することで、第１セグメントコイル３０と連結部材３４とが圧着により接合される。導線端部４４の端面６０には、端面６０を横断し、互いに交差する複数の線状のスリット６２が設けられる。【選択図】図４

Description

本発明は、モータのステータコイルに関し、特に、複数のセグメントコイルを接合することで形成されるステータコイルに関する。

モータは、ステータ（固定子）とロータ（回転子）から構成される。ステータは、複数のスロットを有するステータコアとステータコイルとを含み、複数のスロットにステータコイルが巻き回されることでステータが形成される。

従来、ステータの製造方法を容易にするなどの観点から、複数のセグメントコイルを接合することによってステータコイルを形成する場合があった。例えば、特許文献１から３には、複数のＵ字型のセグメントコイルをステータコアのスロットに挿入した上で、各セグメントコイルの端部同士を接合することで、ステータに巻き回されたステータコイルを形成することが記載されている。

特開２０１８−１４３０８４号公報 特開２００６−１５８０４４号公報 特開２００９−１９４９９９号公報

ところで、複数のセグメントコイルを接合するにあたり、セグメントコイルの端部を、嵌合部材の端面に設けられた嵌合穴に嵌合させて、セグメントコイルと嵌合部材とを圧着させる場合があった。ここで、嵌合部材とは、２つのセグメントコイルの端部を連結する連結部材であってもよいし、他のセグメントコイルであってもよい。嵌合部材が他のセグメントコイルである場合、一方のセグメントコイルの端部が、他方のセグメントコイルの端面に設けられた嵌合穴に嵌合され、両セグメントコイルが直接接合されることとなる。

図１２には、従来における、セグメントコイルの端部と、嵌合部材（連結部材又は他のセグメントコイル）の端部の拡大図が示されている。セグメントコイルは、導線と、導線を覆う絶縁体の被覆とで構成されている。セグメントコイルの端部は、導線が外部に露出した剥離部となっている。当該剥離部を導線端部と呼ぶ。

嵌合部材は、導体と、導体を覆う絶縁体の被覆とで構成されている。嵌合部材の導体の端面には、セグメントコイルの導線端部の形状に応じた形状を有する嵌合穴が形成されている。セグメントコイルの導線端部が嵌合部材の嵌合穴に嵌合することで、セグメントコイルと嵌合部材が圧着される。

セグメントコイルと嵌合部材をより確実に圧着させる観点から、導線端部の寸法と嵌合穴の寸法が同等とされる場合があった。具体的には、導線端部の横幅ａ１と嵌合穴の横幅ａ２が同等とされ、導線端部の縦幅ｂ１と嵌合穴の縦幅ｂ２が同等とされる場合があった。

図１３は、導線端部が嵌合穴に挿入されたときの、セグメントコイル及び嵌合部材の断面図である。導線端部の寸法と嵌合穴の開口部の寸法が同等である場合、導線端部を嵌合穴に挿入する際、嵌合穴の側壁が導線端部から外側へ向かう力を受け、それにより嵌合穴の側壁が塑性変形し、嵌合穴の内側面が導線端部の側面に対して斜面となってしまう。図１３では、嵌合穴の左右の側壁の変形のみが示されているが、嵌合穴の前後の側壁も同様に変形してしまう。これにより、導線端部の側面と嵌合穴の内側面との接触面積が減少し、セグメントコイルと嵌合部材間の接触抵抗が増大するという問題があった。セグメントコイルと嵌合部材間の接触抵抗が増大すると、ステータコイルの抵抗値が増大し、モータの効率が低下するなどの問題が生じる。

本発明の目的は、セグメントコイルの端部を嵌合部材の端面に設けられた嵌合穴に嵌合させて、セグメントコイルと嵌合部材とを圧着により接合することで形成されるステータコイルにおいて、セグメントコイルと嵌合部材との間の接触抵抗を低減することにある。

本発明は、セグメントコイルと嵌合部材とを圧着により接合することで形成されるモータのステータコイルであって、前記嵌合部材は、端面に、前記セグメントコイルの端部が嵌合する嵌合穴を有し、前記嵌合穴に嵌合する前記セグメントコイルの端部の端面には、当該端面を横断する線状のスリットが設けられている、ことを特徴とするモータのステータコイルである。

セグメントコイルの端部が嵌合穴に挿入されたときに、セグメントコイルの端部は、嵌合穴の側壁から内側（セグメントコイルの軸中心側）への力を受ける。上記構成によれば、セグメントコイルの端部にはスリットが設けられているから、このときにスリットが閉じて、セグメントコイルの端部のスリットの両側部は内側へ少し変位する。これにより、セグメントコイルの端部から嵌合穴の側壁に加えられる外側への力（嵌合穴の側壁を外側へ押し広げる力）が弱まるため、嵌合穴の側壁の塑性変形が抑制される。したがって、セグメントコイルの端部側面と嵌合穴の内側面との接触面積が増え、セグメントコイルと嵌合部材との間の接触抵抗が低減される。

本発明によれば、セグメントコイルの端部を嵌合部材の端面に設けられた嵌合穴に嵌合させて、セグメントコイルと嵌合部材とを圧着により接合することで形成されるステータコイルにおいて、セグメントコイルと嵌合部材との間の接触抵抗を低減することができる。

本実施形態に係るモータのステータの斜視図である。 第１セグメントコイルの正面図である。 第２セグメントコイルの正面図である。 第１セグメントコイルの脚部の拡大斜視図である。 第１セグメントコイルの脚部の底面図である。 連結部材の斜視図である。 導線端部が嵌合穴に挿入される様子を示す図である。 スリットの変形例を示す第１の図である。 スリットの変形例を示す第２の図である。 スリットの変形例を示す第３の図である。 連結部材に第１セグメントコイル及び第２セグメントコイルが接合された状態の断面図である。 従来のセグメントコイル及び嵌合部材の端部の拡大図である。 セグメントコイルの導線端部が嵌合部材の嵌合穴に挿入されたときの、セグメントコイル及び嵌合部材の断面図である。

図１は、本実施形態に係るモータのステータ１０の斜視図である。ステータ１０は、ステータコア１２とステータコイル１４を含んで形成される。なお、図１においては、一部のステータコイル１４のみが図示されている。ステータ１０は、ロータ（不図示）と組み合わされてモータを構成する。本実施形態に係るモータは、ハイブリッドカーや電気自動車などの、モータを駆動源とする電動車両に搭載されるものである。

ステータコア１２は、円環状のヨーク２０と、ヨーク２０の径方向内側に突出する複数のティース２２とを含んでいる。ステータコア１２の周方向に隣接するティース２２間には、ステータコイル１４が挿通される（巻き回される）スロット２４が形成されている。

ステータコイル１４は、複数のセグメントコイルを接合することで形成される。本実施形態では、ステータコイル１４は、複数の第１セグメントコイル３０と、複数の第２セグメントコイル３２とが接合されて形成される。また、詳しくは後述するように、本実施形態では、第１セグメントコイル３０と第２セグメントコイル３２は、嵌合部材としての連結部材３４を介して接合される。

図２は、第１セグメントコイル３０の正面図である。第１セグメントコイル３０は、導電性材料（例えば銅）からなる導線４０と、導線４０を覆う絶縁材料からなる被覆４２から形成される。本実施形態における導線４０は、断面形状が矩形の角線となっている。第１セグメントコイル３０は略Ｕ字状の形状を有しており、２本の脚部３０ａを有している。各脚部３０ａの末端において、被覆４２が剥離され、導線４０が外部に露出した剥離部が形成されている。当該剥離部を導線端部４４と呼ぶ。なお、導線端部４４の先端は、先細り形状（テーパ形状）となっている。

図３は、第２セグメントコイル３２の正面図である。第２セグメントコイル３２は、第１セグメントコイル３０同様、導電性材料からなる導線５０と、導線５０を覆う絶縁材料からなる被覆５２から形成される。本実施形態では、導線５０も角線となっている。第２セグメントコイル３２も略Ｕ字状の形状を有しており、２本の脚部３２ａを有している。各脚部３２ａの末端において、被覆５２が剥離され、導線５０が外部に露出した剥離部が形成されている。当該剥離部を導線端部５４と呼ぶ。なお、導線端部５４の先端も、先細り形状となっている。

図４は、第１セグメントコイル３０の一方の導線端部４４の拡大斜視図である。また、図５は、第１セグメントコイル３０の一方の脚部３０ａの底面図である。上述のように、導線端部４４の先端は先細り形状となっており、具体的には、導線端部４４は、先端面６０ａと、先端面６０ａから導線端部４４の側面４４ａに連なる斜面６０ｂとを有している。本明細書では、先端面６０ａと斜面６０ｂとを合わせて、導線端部４４の端面６０と呼ぶ。図５に示す通り、本実施形態では、端面６０は略矩形となっている。

導線端部４４の端面６０には、端面６０を横断する線状のスリット６２が設けられている。ここで、端面６０を横断するスリット６２とは、端面６０の１辺から、他の辺まで延びるスリット６２を意味する。本実施形態では、導線端部４４には、互いに交差する複数のスリット６２が設けられている。具体的には、図５に示すように、端面６０の上辺から下辺まで延び、端面６０の左辺及び右辺と平行なスリット６２ａと、端面６０の左辺から右辺まで延び、端面６０の上辺及び下辺と平行なスリット６２ｂが設けられている。スリット６２ａは端面６０の左右方向中央に設けられており、スリット６２ｂは端面６０の上下方向中央に設けられている。なお、図５（後述する図８〜１０についても同様）において、上、下、左、右とは、図面における上下左右方向を意味する。

スリット６２の深さ方向は、導線端部４４の長さ方向（導線４０の延伸方向）と一致している。なお、図４に示される通り、本実施形態では、スリット６２の深さが導線端部４４の長さよりも浅くなっているが、スリット６２の深さと導線端部４４の長さが同等であってもよい。

第１セグメントコイル３０の一方の導線端部４４同様、第１セグメントコイル３０の他方の導線端部４４、及び、第２セグメントコイル３２の両方の導線端部５４にも同様にスリット６２が設けられる。

図６は、連結部材３４の斜視図である。連結部材３４は、導電性材料からなる導体７０と、導体７０を覆う絶縁材料からなる被覆７２から形成される。本実施形態では、導体７０は角柱状の外形を有している。

導体７０の両端面７０ａ，７０ｂには、それぞれ嵌合穴７４が形成されている。一方側の端面７０ａに形成された嵌合穴７４ａは、第１セグメントコイル３０の導線端部４４が嵌合する穴であり、その形状は導線端部４４に応じた形状となっている。他方側の端面７０ｂに形成された嵌合穴７４ｂは、第２セグメントコイル３２の導線端部５４が嵌合する穴であり、その形状は導線端部５４に応じた形状となっている。本実施形態では、導線端部４４，５４はいずれも角柱状であるために、嵌合穴７４ａ，７４ｂは、いずれも、開口形状が矩形であり、４つの内側壁が開口面と垂直となっている。なお、第１セグメントコイル３０の導線端部４４の断面形状と、第２セグメントコイル３２の導線端部５４の断面形状は異なっていてもよく、それに応じて、嵌合穴７４ａの開口形状と嵌合穴７４ｂの開口形状が異なっていてもよい。例えば、導線端部４４の断面形状及び嵌合穴７４ａの開口形状が円形であり、導線端部５４の断面形状及び嵌合穴７４ｂの開口形状が矩形であってもよい。

嵌合穴７４ａの開口寸法は、導線端部４４の寸法と同等となっている。具体的には、導線端部４４の横幅Ａ１（図４参照）と嵌合穴７４ａの開口部の横幅Ａ２（図６参照）が同等であり、導線端部４４の縦幅Ｂ１（図４参照）と嵌合穴７４ａの開口部の縦幅Ｂ２（図６参照）が同等となっている。これにより、導線端部４４が嵌合穴７４ａに確実に嵌合し、すなわち第１セグメントコイル３０と連結部材３４とを確実に圧着することができる。同様に、嵌合穴７４ｂの開口寸法は、導線端部５４の寸法と同等となっている。具体的には、導線端部５４の横幅と嵌合穴７４ｂの開口部の横幅が同等であり、導線端部５４の縦幅と嵌合穴７４ｂの開口部の縦幅が同等となっている。これにより、導線端部５４が嵌合穴７４ｂに確実に嵌合し、すなわち第２セグメントコイル３２と連結部材３４とを確実に圧着することができる。

本実施形態では、嵌合穴７４ａと嵌合穴７４ｂとが連通しており、すなわち導体７０は角筒形状となっている。なお、嵌合穴７４ａと嵌合穴７４ｂとが連通していなくてもよく、導体７０の一方の端面７０ａに凹形状の（すなわち底面がある）嵌合穴７４ａが設けられ、導体７０の他方の端面７０ｂに凹形状の嵌合穴７４ｂが設けられてもよい。

第１セグメントコイル３０及び第２セグメントコイル３２は、ステータコア１２のスロット２４に挿通された上で、連結部材３４に圧着により接合される。具体的には、第１セグメントコイル３０の導線端部４４が連結部材３４の嵌合穴７４ａに嵌合され、第２セグメントコイル３２の導線端部５４が連結部材３４の嵌合穴７４ｂに嵌合される。これにより、第１セグメントコイル３０と第２セグメントコイル３２とが連結部材３４を介して接合される。具体的には、第１セグメントコイル３０の一方の脚部３０ａの端部と、第２セグメントコイル３２の一方の脚部３２ａの端部とが連結部材３４を介して接合され、第１セグメントコイル３０の他方の脚部３０ａの端部と、他の第２セグメントコイル３２の一方の脚部３２ａの端部とが他の連結部材３４を介して接合される。これにより、ステータコイル１４が形成される。

図７は、第１セグメントコイル３０の導線端部４４が連結部材３４の嵌合穴７４ａに挿入される様子を示す図である。図７には、第１セグメントコイル３０と連結部材３４の断面図が示されている。

図７（ａ）は、導線端部４４が嵌合穴７４ａに挿入される前の状態を示している。図７（ａ）の状態から、第１セグメントコイル３０が連結部材３４側へ移動され、図７（ｂ）に示すように、導線端部４４の先端部分が嵌合穴７４ａに挿入されると、導線端部４４は、嵌合穴７４ａの側壁から内側（導線４０の軸中心側）への力を受ける。この力によってスリット６２ａが閉じて、導線端部４４のスリット６２ａの両側部はそれぞれ内側へ少し変位する。図７（ｂ）は断面図であるため、スリット６２ａの左右側の導線端部４４がそれぞれ内側へ変位する様子が示されているが、本実施形態では、図５に示す通り、導線端部４４には、互いに交差する複数のスリット６２が設けられており、具体的には、紙面に平行する方向に延びるスリット６２ｂ（図７においては不図示）が設けられているから、導線端部４４のスリット６２ｂの両側部（図７の向きだとスリット６２ｂの紙面手前側と紙面奥側）もそれぞれ内側に変位する。つまり、導線端部４４に設けられた互いに交差する複数のスリット６２により、導線端部４４の４つの側面が内側に変位する。

これにより、導線端部４４から嵌合穴７４の側壁に加えられる外側への力（嵌合穴７４の側壁を外側へ押し広げる力）が弱まる。少なくとも、スリット６２を設けない場合に比して当該力は弱まる。したがって、導線端部４４を嵌合穴７４ａに挿入する際における嵌合穴７４ａの側壁の塑性変形が抑制される。詳しくは、本実施形態によれば、導線端部４４の４つの側面が内側に変位するから、嵌合穴７４の４つの側壁の塑性変形が抑制される。

図７（ｃ）は、導線端部４４が嵌合穴７４ａに完全に嵌合した嵌合状態を示している。図７（ｃ）に示される通り、導線端部４４の挿入時における嵌合穴７４ａの側壁の塑性変形が抑制されているから、嵌合状態において、導線端部４４の側面４４ａと、導体７０の内側面７０ｃとがほぼ平行となり、両者が好適に密着することができる。これにより、導線端部４４と導体７０との間の接触抵抗、すなわち、第１セグメントコイル３０と連結部材３４との間の接触抵抗が低減される。

また、内側へ押し込まれた導線端部４４のスリット６２の両側部には、外側へ戻ろうとする弾性力が生じる。この弾性力により、導線端部４４の側面４４ａが導体７０の内側面７０ｃに押し付けられる。この作用によっても、導線端部４４と導体７０との間の接触抵抗が低減される。

図７では、第１セグメントコイル３０の導線端部４４が連結部材３４の嵌合穴７４ａに嵌合された場合について説明したが、第２セグメントコイル３２の導線端部５４が連結部材３４の嵌合穴７４ｂに嵌合された場合にも、導線端部５４に設けられたスリット６２によって、第２セグメントコイル３２と連結部材３４との間の接触抵抗が低減される。

図８は、スリット６２の変形例を示す第１の図である。図８には、第１セグメントコイル３０の一方の脚部３０ａの底面図が示されている。図８（ａ）に示すように、略矩形である導線端部４４の端面６０の対角線に沿うように、２つのスリット６２ｃ，６２ｄが設けられてもよい。また、上述の実施形態では、スリット６２ａが端面６０の左右方向中央に設けられており、スリット６２ｂが端面６０の上下方向中央に設けられていたが、図８（ｂ）に示すように、端面６０の左辺及び右辺に平行なスリット６２ｅが端面６０の左右方向中央に設けられていなくてもよく、端面６０の上辺及び下辺に平行なスリット６２ｆが端面６０の上下方向中央に設けられていなくてもよい。また、図８（ｃ）に示すように、端面６０の左辺及び右辺に平行でないスリット６２ｇ、及び、スリット６２ｇと交差する、端面６０の上辺及び下辺に平行でないスリット６２ｈが設けられてもよい。

図８に示す変形例では、いずれも、導線端部４４には、互いに交差する複数のスリット６２が設けられているため、導線端部４４が嵌合穴７４に挿入されたときに、導線端部４４の４つの側面を内側に変位させることができる。これにより、基本実施形態同様、導線端部４４の嵌合穴７４への挿入時における、嵌合穴７４の４つの側壁の塑性変形が抑制される。

図９は、スリット６２の変形例を示す第２の図である。図９にも、第１セグメントコイル３０の一方の脚部３０ａの底面図が示されている。上述の実施形態及び図８に示す変形例においては、導線端部４４には、互いに交差する複数のスリット６２が設けられていたが、図９に示される通り、導線端部４４に、端面６０を横断する１本のスリット６２を設けるようにしてもよい。詳しくは、端面６０の１つの辺から対向する辺まで延び、端面６０のその他の辺に平行な１本のスリット６２を設けてもよい。具体的には、図９（ａ）に示すように、端面６０の上辺から下辺まで延び、端面６０の左辺及び右辺に平行な１本のスリット６２ｉを設けてもよく、図９（ｂ）に示すように、端面６０の左辺から右辺まで延び、端面６０の上辺及び下辺に平行な１本のスリット６２ｊが設けられてもよい。

図９に示す変形例では、導線端部４４が嵌合穴７４に挿入されたときに、導線端部４４の２つの側面を内側に変位させることができる。例えば、図９（ａ）の例では、導線端部４４の左右の側面を内側に変位させることができるし、図９（ｂ）の例では、導線端部４４の上下の側面を内側に変位させることができる。これにより、少なくともスリット６２を設けない場合に比して、導線端部４４の挿入時における嵌合穴７４ａの２つの側壁の塑性変形が抑制され、導線端部４４と導体７０との間の接触抵抗が低減される。

図１０は、スリット６２の変形例を示す第３の図である。図１０にも、第１セグメントコイル３０の一方の脚部３０ａの底面図が示されている。図１０に示された各変形例においては、導線端部４４には、端面６０を横断しないスリット６２が設けられている。

具体的には、図１０（ａ）に示すように、端面６０の上辺から下辺に向かって、左辺及び右辺に平行に延び、下辺まで達しないスリット６２ｋ、及び、端面６０の下辺から上辺に向かって、左辺及び右辺に平行に延び、上辺まで達しないスリット６２ｌが設けられてもよい。また、図１０（ｂ）に示すように、端面６０の左辺から右辺に向かって、上辺及び下辺に平行に延び、右辺まで達しないスリット６２ｍ、及び、端面６０の右辺から左辺に向かって、上辺及び下辺に平行に延び、左辺まで達しないスリット６２ｎが設けられてもよい。また、図１０（ｃ）に示すように、略矩形である端面６０の各頂点から対角線に沿って延び、対向する頂点まで達しないスリット６２ｏ，６２ｐ，６２ｑ，６２ｒが設けられてもよい。

さらに、図１０（ｄ）に示すように、スリット６２ｋ、６２ｌ、６２ｍ、６２ｎの４つのスリット６２を設けるようにしてもよく、図１０（ｅ）に示すように、スリット６２ｋ、６２ｌ、６２ｍ、６２ｎ、６２ｏ、６２ｐ、６２ｑ、６２ｒの８つのスリット６２を設けるようにしてもよい。

図１０に示す変形例においても、導線端部４４には、端面６０を横断しないものの、スリット６２が設けられているため、導線端部４４が嵌合穴７４に挿入されたときに、少なくとも導線端部４４の２つの側面を少し内側に変位させることができる。これにより、少なくともスリット６２を設けない場合に比して、導線端部４４の挿入時における嵌合穴７４ａの少なくとも２つの側壁の塑性変形が抑制され、導線端部４４と導体７０との間の接触抵抗が低減される。

図１１は、連結部材３４の嵌合穴７４ａに第１セグメントコイル３０の導線端部４４が嵌合され、連結部材３４の嵌合穴７４ｂに第２セグメントコイル３２の導線端部５４が嵌合された状態の断面図である。本実施形態では、導線端部４４，５４にスリット６２が設けられているため、スリット６２を設けない場合に比して、スリット６２の分だけ導線端部４４の断面積が低減されている。これにより、導線端部４４は、スリット６２を設けない場合に比して、剛性が低下し変形し易くなっている。

導線端部４４，５４の長さあるいは連結部材３４の長さのバラツキなどに起因して、導線端部４４，５４の長さの合計が、連結部材３４の長さ（具体的には連通した嵌合穴７４ａ及び７４ｂの長さの合計）よりも長くなってしまう場合が考えられる。このような場合に、本実施形態では、導線端部４４，５４の剛性が低下しているから、導線端部４４の先端面６０ａと導線端部５４の先端面６０ａとが突き当たったときに、導線端部４４，５４が座屈するように変形し易くなっている。導線端部４４，５４の座屈変形により、導線端部４４，５４の長さあるいは連結部材３４の長さのバラツキの影響が吸収され、導線端部４４，５４を嵌合穴７４ａ，７４ｂに完全に嵌合させることができる。これにより、第１セグメントコイル３０と連結部材３４との接合部における導線４０の露出、及び、第２セグメントコイル３２と連結部材３４との接合部における導線５０の露出が防止される。

以上、本発明に係る実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

例えば、本実施形態では、第１セグメントコイル３０と第２セグメントコイル３２は、連結部材３４を介して接合されていたが、第１セグメントコイル３０と第２セグメントコイル３２が直接接合されてもよい。この場合、第２セグメントコイル３２が嵌合部材に相当し、第２セグメントコイル３２の端部（両脚部３２ａの端部）には、導線端部５４に代えて、導線５０の端面に、第１セグメントコイル３０の導線端部４４が嵌合する嵌合穴７４が設けられる。

３０ 第１セグメントコイル、３０ａ，３２ａ 脚部、３２ 第２セグメントコイル、３４ 連結部材、４０，５０ 導線、４２，５２，７２ 被覆、４４，５４ 導線端部、６０，７０ａ，７０ｂ 端面、６２ スリット、７０ 導体、７４ 嵌合穴。

Claims (1)

1. セグメントコイルと嵌合部材とを圧着により接合することで形成されるモータのステータコイルであって、
   前記嵌合部材は、端面に、前記セグメントコイルの端部が嵌合する嵌合穴を有し、
   前記嵌合穴に嵌合する前記セグメントコイルの端部の端面には、当該端面を横断する線状のスリットが設けられている、
   ことを特徴とするモータのステータコイル。