JP2020088898A - ステータ - Google Patents

Abstract

【課題】コイルエンドにおける結合部と絶縁被膜との距離を短くし、小型化及び軽量化が可能なステータを提供する。【解決手段】環状のステータコアと、導体１０と、導体１０を覆う絶縁被膜２０と、を有する複数の電線４により構成され、ステータコアの軸方向に突出して電線４の端部において導体１０が露出する導体露出部１１を有し、一方の電線４における導体露出部１１の先端と他方の電線４における導体露出部１１の先端とが結合された結合部１２を有するコイル３と、を備え、一方の電線４の導体露出部１１は、前記ステータコアの径方向から見て、他方の前記電線側に凸となるように全体が湾曲した湾曲部１３となっている。【選択図】図２

Description

本発明は、ステータに関するものである。

従来、回転電機のステータとして、ステータコアに形成されたスロットに導体セグメントを挿入し、ステータコアから突出した導体端部を互いに結合することでステータコアに装着されて形成されるコイルを備えるものがある。この種のコイルでは、ステータコアから突出したコイルエンドの温度上昇を抑制する技術が種々提案されている。

例えば特許文献１には、ステータコアの軸方向の両端部にコイルエンドを有するステータと、冷媒供給口及び冷媒排出口を備えたケースと、を有するモータの構造が開示されている。特許文献１に記載の技術にあっては、コイルは、ステータコアの軸方向の両端部において、コイルの端部同士を結合するために絶縁被膜が剥離された導体露出部を有する。この導体露出部を冷却するため、ケースの冷媒供給口からコイルエンドに冷媒が供給され、その後冷媒排出口から冷媒が排出される。これにより、コイルエンドにおける温度上昇を抑制し、十分な冷却性能を確保できるとされている。

特開２００３−１４３８１０号公報

特許文献１に記載の技術にあっては、コイルエンドにおいてコイルの絶縁被膜を剥離して結合するため、結合時に溶接の熱による影響を受ける。このため、特許文献１に記載の技術にあっては、絶縁被膜の熱劣化を抑制するために導体露出部の長さを長くする必要がある。しかしながら、結合部と絶縁被膜との距離を離すとコイルエンドが軸方向に拡大され、モータが大型化するおそれがある。したがって、従来技術にあっては、コイルエンドにおける結合部と絶縁被膜との距離を短くし、小型化及び軽量化が可能なステータの提供という点で改善の余地があった。

そこで、本発明は、コイルエンドにおける結合部と絶縁被膜との距離を短くし、小型化及び軽量化が可能なステータ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（例えば、実施形態におけるステータ１）は、環状のステータコア（例えば、実施形態におけるステータコア２）と、導体（例えば、実施形態における導体１０）と、前記導体を覆う絶縁被膜（例えば、実施形態における絶縁被膜２０）と、を有する複数の電線（例えば、実施形態における電線４）により構成され、前記ステータコアの軸方向に突出して前記電線の端部において前記導体が露出する導体露出部（例えば、実施形態における導体露出部１１）を有し、一方の前記電線における前記導体露出部の先端と他方の前記電線における前記導体露出部の先端とが結合された結合部（例えば、実施形態における結合部１２）を有するコイル（例えば、実施形態におけるコイル３）と、を備え、前記電線の前記導体露出部は、全体が湾曲した湾曲部（例えば、実施形態における湾曲部１３）となっ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、前記湾曲部は、前記ステータコアの径方向から見て、結合される他方の前記電線側に凸となるように湾曲し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、前記絶縁被膜は内部に空孔（例えば、実施形態における空孔２３）を有し、前記空孔は、中空のカプセル（例えば、実施形態におけるカプセル２２）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、前記絶縁被膜は内部に空孔を有し、
前記空孔は、熱分解性樹脂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５に記載の発明に係るステータは、前記導体露出部の長さは、６ｍｍ以上７ｍｍ以下となるように形成されていることを特徴としている。

本発明の請求項１に記載のステータによれば、コイルはステータコアの軸方向に突出するコイルエンドにおいて絶縁被膜が剥離された導体露出部を有する。導体露出部の結合部において電線の端部同士が結合されることにより、コイルをステータコアに装着できる。このとき、電線は、導体露出部の全体が湾曲した湾曲部を有するので、導体露出部に直線部が設けられて直線部を交差させることで他方の電線と結合される場合と比較して、電線の端部同士が重なる面積を増加させることができる。また、直線部を有さないので、導体露出部の軸方向の長さを抑えることができる。これにより、ステータが軸方向に大型化するのを抑制できるとともに、電線端部の溶接時に端部同士を確実に溶接して固定できる。
さらに、電線の端部同士の重なる面積が増加することにより、溶接時における高さ方向（ステータの軸方向）の位置決め自由度が向上するので、製造時の作業性を向上できる。
したがって、コイルエンドの結合部と絶縁被膜との距離を短くし、小型化及び軽量化が可能なステータを提供できる。

本発明の請求項２に記載のステータによれば、一対の電線において、結合される他方の電線側に突出する部分が互いに結合される。これにより、結合部の範囲が拡大され、結合作業を容易に行うことができる。よって、導体露出部の長さの短縮と作業性の向上とを両立した電線を有するステータとすることができる。

本発明の請求項３に記載のステータによれば、絶縁被膜は内部に空孔を有し、空孔は中空のカプセルにより形成されているので、絶縁被膜の内部に空気の層が存在することにより、絶縁被膜全体の耐熱性を向上することができる。
ここで、内部に空孔を有さない絶縁被膜を使用した従来の技術にあっては、結合部と絶縁被膜との距離が近い場合に、結合部における溶接の熱により絶縁被膜に焦げ付きや火脹れ等の熱劣化が生じるおそれがある。このため、従来技術にあっては、熱劣化を抑えるために導体露出部を長く形成して結合部と絶縁被膜との距離を離す必要があり、これによりステータが軸方向に大型化するおそれがあった。
本発明のステータによれば、絶縁被膜は内部に空孔を有することにより絶縁被膜全体の耐熱性が向上するので、これにより、結合部と絶縁被膜との距離を近づけた場合であっても、溶接の熱による絶縁被膜の熱劣化を抑制できる。よって、導体露出部の長さを短くし、コイルエンドの軸方向の長さを抑えることができる。
したがって、コイルエンドの結合部と絶縁被膜との距離を短くし、小型化及び軽量化が可能なステータを提供できる。

本発明の請求項４に記載のステータによれば、空孔は熱分解性樹脂により形成されるので、電線を製造した後に、絶縁被膜を所定の温度まで加熱することで、絶縁被膜の内部に空孔を形成できる。このように、簡易な方法により絶縁被膜の内部に空孔を形成できるので、作業性を向上できる。

本発明の請求項５に記載のステータによれば、導体露出部の長さは６ｍｍ以上７ｍｍ以下となるように形成されているので、コイルエンドの軸方向における長さを短くしつつ、溶接時の熱による絶縁被膜の熱劣化を抑制できる。よって、小型化と熱劣化の抑制とを両立したステータとすることができる。

実施形態に係るステータの外観斜視図。 実施形態に係るコイルエンドの拡大図。 図２の各高さ位置における導体の断面図。 実施形態に係る電線の断面図。 導体露出部の長さと溶接時の導体露出部の基端部温度との関係を示すグラフ。 比較例に係るコイルエンドの拡大図。 図６の各高さ位置における導体の断面図。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

（ステータ）
図１は、ステータ１の外観斜視図である。
ステータ１は、ステータコア２と、コイル３と、を備える。なお、図１では、説明のためコイル３を一部省略している。

ステータコア２は、軸線Ｃを中心とした環状に形成されている。ステータコア２の内周面には、ティース２ａが形成されている。ティース２ａは、ステータコア２の内周面から径方向の内側に向かって突出している。ティース２ａは、周方向に複数設けられている。各ティース２ａの間はスロット２ｂとされ、各スロット２ｂには後述するコイル３が挿入される。ステータコア２の内部には、不図示のロータが軸線Ｃを中心として回転自在に配置される。
以下の説明では、ステータコア２の軸線Ｃに沿う方向を軸方向といい、軸線Ｃに直交する方向を径方向といい、軸線Ｃ回りの方向を周方向という場合がある。

コイル３は、ステータコア２のティース２ａに巻回され、スロット２ｂに挿入されている。コイル３は、複数の電線４により形成されている。具体的に、コイル３は、Ｕ字状に曲げられた電線４を周方向に複数重ねた状態で、電線４の端部が軸方向の一方側を向くようにして軸方向の他方側からスロット２ｂに挿入されることにより形成されている。電線４がステータコア２に挿入された後、軸方向一方側に突出した電線４の端部を周方向に沿って捩り曲げ、端部同士を結合することにより、コイル３がステータコア２に固定されている。コイル３のうち、スロット２ｂに挿入される部分はコイル挿通部３１とされ、ステータコア２の端面から軸方向の一方側及び他方側に突出する部分はコイルエンド３２とされている。

図２は、軸方向一方側に位置するコイルエンド３２における電線４の端部の拡大図である。また、図４は、電線４の断面図である。
電線４は、導体１０と、絶縁被膜２０と、を有する。
導体１０は、電線４の芯部分を構成し、矩形状の断面を有する線状に形成されている。導体１０は、軸方向の他方側に突出するコイルエンド３２の先端部に、導体露出部１１を有する。

図２に示すように、導体露出部１１は、電線４の端部において導体１０が露出された部分である。複数の電線４において隣り合う導体露出部１１同士は互いに溶接により電気的及び機械的に接合されている。隣り合う電線４のうち一方の電線４における導体露出部１１の先端と、他方の電線４における導体露出部１１の先端と、が結合された部分は結合部１２とされている。結合部１２は、例えばＴＩＧ溶接により結合されている。一方の電線４の導体露出部１１は、ステータコア２の径方向から見て、他方の電線４側に凸となるように全体が湾曲した湾曲部１３となっている。換言すれば、導体露出部１１は湾曲部１３のみを有する。湾曲部１３の曲率は、導体露出部１１の基端部から先端部に向かうにしたがい徐々に小さくなっている。なお、導体露出部１１の基端部とは、導体露出部１１において導体露出部１１と絶縁被膜２０との境界部に位置する部分である。導体露出部１１の長さは、６ｍｍ以上７ｍｍ以下となるように形成されている。

ここで、導体露出部１１の長さの設定方法について説明する。
図５は、横軸を導体露出部１１の長さとし、縦軸を溶接時の導体露出部１１の基端部温度としたときの、導体露出部１１の長さと溶接時の導体露出部１１の基端部温度との関係を示すグラフである。
導体露出部１１の基端部の温度が所定温度Ｐを超えると、絶縁被膜２０が熱による影響を受け、焦げ付きや火膨れ等の熱劣化が発生する。ここで、所定温度Ｐは、例えば絶縁被膜２０の耐熱温度である。
図５に示すように、導体露出部１１の長さが５ｍｍ以下（領域Ｒ１）のとき、結合部１２と絶縁被膜２０との距離が短いため、基端部の温度が所定温度Ｐを上回り、熱劣化が生じる。一方、導体露出部１１の長さが６ｍｍ以上（領域Ｒ２）のとき、結合部１２と絶縁被膜２０との距離が長いため、基端部の温度は所定温度Ｐを下回る。このため熱劣化は生じないが、導体露出部１１の長さが長くなるほどステータ１の軸方向寸法が大きくなる。
したがって、熱劣化が生じない領域Ｒ２の範囲内において、導体露出部１１の長さが最短となるように導体露出部１１の長さを設定する必要がある。これにより、本実施形態の導体露出部１１の長さは６ｍｍ以上７ｍｍ以下に設定されるのが好ましく、６ｍｍに近いほどより好ましい。

図２に戻って、絶縁被膜２０は、導体１０の外周部を覆っている。絶縁被膜２０は、例えば樹脂等の絶縁性材料により形成されている。絶縁被膜２０は、導体露出部１１を除く導体１０の全長に亘って形成されている。絶縁被膜２０は、絶縁材２１と、カプセル２２（図４参照）とを有する。

絶縁材２１は、例えばポリイミド等の絶縁性の樹脂により形成されている。絶縁材２１は、内部に中空のカプセル２２を複数有している。
カプセル２２は、絶縁材２１とは異なる樹脂により形成されている。カプセル２２は、例えばシリコーン等の樹脂である。カプセル２２は、球状に形成されている。カプセル２２の内部は、空孔２３となっている。換言すれば、絶縁被膜２０は内部に空孔２３を有し、空孔２３は中空のカプセル２２により形成されている。

空孔２３は、不図示の熱分解性樹脂により形成されている。具体的に、空孔２３は、絶縁材２１に含まれた熱分解性樹脂が加熱され、この熱分解性樹脂がガス化することにより絶縁材２１の内部に形成される。ここで、ガス化する前の熱分解性樹脂の外周部にシリコーン製の外郭材（後のカプセル２２）を配置し、その状態で絶縁被膜２０を加熱することにより、中空のカプセル２２が形成される。
なお、ガス化する前において、熱分解性樹脂の外周部は外郭材に覆われていなくてもよい。すなわちカプセル２２はなくてもよい。この場合、絶縁材２１の内部には、空孔２３が形成されている。ただし、本実施形態におけるカプセル２２が設けられる構成によれば、絶縁被膜２０の内部で複数の空孔２３が結合して大きな空洞が形成されるのを抑制できるので、絶縁被膜の強度を高く維持できる点で優位性がある。

（作用、効果）
次に、ステータ１の作用、効果について説明する。
ここで、図３の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ図２の各高さ位置ＩＩＩａ−ＩＩＩａ、ＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ及びＩＩＩｃ−ＩＩＩｃにおける導体１０の断面図である。図３（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示すように、導体露出部１１は全体が湾曲することにより、いずれの高さ位置（（ａ）、（ｂ）及び（ｃ））においても、一方の電線４の導体１０と他方の電線４の導体１０とが径方向に重なっている。これにより、電線４の端部同士の重なる面積が増加し、溶接時の位置決めの自由度が向上するとともに、端部同士を確実に結合できる。
一方、図６は、比較例に係るコイルエンド３２の拡大図であり、図７の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ図６の各高さ位置ＶＩＩａ−ＶＩＩａ、ＶＩＩｂ−ＶＩＩｂ及びＶＩＩｃ−ＶＩＩｃにおける導体１０の断面図である。図７（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示すように、導体露出部１１が直線部のみを有する場合、一方の電線４の導体１０と他方の電線４の導体１０とが径方向に重なる範囲が狭い。具体的には、図７における高さ位置（ｃ）でのみ導体１０は径方向に重なり、高さ位置（ａ）及び（ｂ）においては重ならないか、もしくは重なる面積が減少する。よって、溶接できる高さ位置が（ｃ）近傍の狭い範囲に限定される。

本構成のステータ１によれば、コイル３はステータコア２の軸方向に突出するコイルエンド３２において絶縁被膜２０が剥離された導体露出部１１を有する。導体露出部１１の結合部１２において電線４の端部同士が結合されることにより、コイル３をステータコア２に装着できる。このとき、電線４は、導体露出部１１の全体が湾曲した湾曲部１３を有するので、導体露出部１１に直線部が設けられて直線部を交差させることで他方の電線４と結合される場合と比較して、電線４の端部同士が重なる面積を増加させることができる。また、直線部を有さないので、導体露出部１１の軸方向の長さを抑えることができる。これにより、ステータ１が軸方向に大型化するのを抑制できるとともに、電線４端部の溶接時に端部同士を確実に溶接して固定できる。
さらに、電線４の端部同士の重なる面積が増加することにより、溶接時における高さ方向（ステータ１の軸方向）の位置決め自由度が向上するので、製造時の作業性を向上できる。
したがって、コイルエンド３２の結合部１２と絶縁被膜２０との距離を短くし、小型化及び軽量化が可能なステータ１を提供できる。

また、一対の電線において、結合される他方の電線側に突出する部分が互いに結合される。これにより、結合部の範囲が拡大され、結合作業を容易に行うことができる。よって、導体露出部の長さの短縮と作業性の向上とを両立した電線を有するステータとすることができる。

絶縁被膜２０は内部に空孔２３を有し、空孔２３は中空のカプセル２２により形成されているので、絶縁被膜２０の内部に空気の層が存在することにより、絶縁被膜２０全体の耐熱性を向上することができる。
ここで、内部に空孔２３を有さない絶縁被膜２０を使用した従来技術にあっては、結合部１２と絶縁被膜２０との距離が近い場合に、結合部１２における溶接の熱により絶縁被膜２０に焦げ付きや火膨れ等の熱劣化が生じるおそれがある。このため、従来技術にあっては、熱劣化を抑えるために導体露出部１１を長く形成して結合部１２と絶縁被膜２０との距離を離す必要があり、これによりステータ１が軸方向に大型化するおそれがあった。
本構成のステータ１において、絶縁被膜２０は内部に空孔２３を有することにより絶縁被膜２０全体の耐熱性が向上するので、結合部１２と絶縁被膜２０との距離を近づけた場合であっても、溶接の熱による絶縁被膜２０の熱劣化を抑制できる。よって、導体露出部１１の長さを短くし、コイルエンド３２の軸方向の長さを抑えることができる。
したがって、コイルエンド３２の結合部１２と絶縁被膜２０との距離を短くし、小型化及び軽量化が可能なステータ１を提供できる。

また、空孔２３は熱分解性樹脂により形成されるので、電線４を製造した後に、絶縁被膜２０を所定の温度まで加熱することで、絶縁被膜２０の内部に空孔２３を形成できる。このように、簡易な方法により絶縁被膜２０の内部に空孔２３を形成できるので、作業性を向上できる。

本構成のステータ１によれば、導体露出部１１の長さは６ｍｍ以上７ｍｍ以下となるように形成されているので、コイルエンド３２の軸方向における長さを短くしつつ、溶接時の熱による絶縁被膜２０の熱劣化を抑制できる。よって、小型化と熱劣化の抑制とを両立したステータ１とすることができる。

なお、本発明の技術範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、結合部１２は、ステータコア２の軸方向の一方側及び他方側の両方に設けられていてもよい。
また、導体１０の断面形状は、例えば円形状や楕円形状など、矩形状以外であってもよい。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述した実施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り、また、上述した各変形例を適宜組み合わせてもよい。

１ ステータ
２ ステータコア
３ コイル
４ 電線
１０ 導体
１１ 導体露出部
１２ 結合部
１３ 湾曲部
２０ 絶縁被膜
２２ カプセル
２３ 空孔

Claims (5)

1. 環状のステータコアと、
   導体と、前記導体を覆う絶縁被膜と、を有する複数の電線により構成され、前記ステータコアの軸方向に突出して前記電線の端部において前記導体が露出する導体露出部を有し、一方の前記電線における前記導体露出部の先端と他方の前記電線における前記導体露出部の先端とが結合された結合部を有するコイルと、
   を備え、
   前記電線の前記導体露出部は、全体が湾曲した湾曲部となっていることを特徴とするステータ。
2. 前記湾曲部は、前記ステータコアの径方向から見て、結合される他方の前記電線側に凸となるように湾曲していることを特徴とする請求項１に記載のステータ。
3. 前記絶縁被膜は内部に空孔を有し、
   前記空孔は、中空のカプセルにより形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のステータ。
4. 前記絶縁被膜は内部に空孔を有し、
   前記空孔は、熱分解性樹脂により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. 前記導体露出部の長さは、６ｍｍ以上７ｍｍ以下となるよう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４のいずれか１項に記載のステータ。

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