JP2020141536A

JP2020141536A - ステータ

Info

Publication number: JP2020141536A
Application number: JP2019037485A
Authority: JP
Inventors: 紘司野呂; Koji Noro
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-03-01
Filing date: 2019-03-01
Publication date: 2020-09-03

Abstract

【課題】効率的に、コイル、絶縁紙、ステータコアのより強固な固定を実現する。【解決手段】実施形態に係るステータは、周方向に複数のスロット１３を有する円環状のステータコア１０と、スロット１３の内表面の周方向、径方向、軸方向ともに設けられた凹凸部１５、１６と、ステータコア１０のスロット１３内に挿入されるコイル１４と、スロット１３内においてステータコア１０とコイル１４の間に配置され、基材２１の両面に凹凸部１５、１６を埋めるように充填される発泡接着層２２を有する絶縁紙２０とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、回転電機のステータに関する。

周方向に複数のスロットが形成された円環状のステータコアと、複数の導体セグメントがスロット内に挿入され連結されることでステータコアに巻回されるセグメントコイルとを備える回転電機のステータが知られている。ステータコアとコイルとの間の電気的絶縁性の確保のため、ステータコアとコイルとの間には絶縁紙が配置される。

特許文献１には、絶縁紙として、基材とその両面に形成された発泡接着剤とからなるものが開示されている。特許文献１では、長期間にわたる熱履歴等によって発泡後の絶縁紙とステータコアとの間に間隙が発生するのを抑制するために、ワニスをスロットの内壁面と発泡接着層との間の隙間に浸み込ませ、スロットの内壁面における微細な凹凸を覆いながら隙間全体を埋めて、ワニスの固化によって固定している。

また、特許文献２には、絶縁紙がスロット内に配置されてから絶縁紙内側にコイル導線が挿入されるときの接着層の剥がれを抑制し、コイルに対する絶縁紙の接着力を確保するために、接着材料層が、絶縁紙の一方表面上に出現していない状態で絶縁基材に担持される回転電機用の絶縁部材が提案されている。絶縁基材の一方表面は凹凸形状に形成されており、接着材料層は一方表面上の凸部の高さよりも薄く形成されていて凸部の先端が接着材料層から突出している。

特許文献３には、ティースを有する形状の分割コアを積層したコア積層体と、コア積層体に一体成形させた絶縁用樹脂部と、絶縁用樹脂部に巻装されるコイルとを備えた分割固定子が複数個配置されたステータが開示されている。コア積層体は、ティース幅の異なる分割コアが交互に積層され、その側面の凸凹部に沿って絶縁用樹脂が成形されている。ティース側面を凹凸にすることで、絶縁用樹脂の密着度を高めている。

特開２０１８−１０７９２１号公報特開２０１３−００９４９９号公報特開２００７−１６６７５９号公報

発泡接着剤は、長期間の熱履歴がかかる、経年劣化やステータの耐熱試験等での劣化が発生する。これにより、コイル、絶縁紙、ステータコアの固定力が低下するという問題がある。特許文献１では、熱履歴による絶縁紙とステータコアとの間の間隙の発生を抑制するために、別途ワニスを設ける必要があり、効率的にコイルを固定する技術が求められる。また、特許文献３では、分割コアが積層されている方向に凹凸が形成されているのみであり、さらなる固定力の確保が望まれている。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、効率的に、コイル、絶縁紙、ステータコアのより強固な固定を実現できるステータを提供することである。

本発明の一態様に係るステータは、周方向に複数のスロットを有する円環状のステータコアと、前記スロットの内表面の周方向、径方向、軸方向ともに設けられた凹凸部と、ステータコアのスロット内に挿入されるコイルと、前記スロット内において前記ステータコアと前記コイルとの間に配置され、基材の両面に前記凹凸部を埋めるように充填される発泡接着層を有する絶縁紙とを備えるものである。

本発明によれば、効率的に、コイル、絶縁紙、ステータコアのより強固な固定を実現できるステータを提供することができる。

実施の形態に係るステータのステータコアの構成を示す図である。図１のステータコアの一部を拡大した図である。図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。図１のステータコアの一部の変形例を示す図である。図１のステータコアの一部の変形例を示す図である。比較例のステータコアの構成を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。各図における同等の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、回転電機のステータのステータコア１０の構成を示す図である。ステータが用いられる回転電機は、例えば、ハイブリッド車両に搭載される回転電機である。回転電機は、図１に示すステータコア１０を用いたステータと、ステータの内周側に所定の間隔を隔てて配置されるロータ（図示せず）とで構成される。

ステータコア１０は、ロータが配置される中心穴を有する円環状の磁性体部品である。ステータコア１０は、ヨーク１１、ティース１２、スロット１３を含む。図１において、径方向と周方向が示されている。なお、軸方向は、ステータコア１０の中心穴の中心軸に沿った方向である。径方向は、軸方向に垂直な面内で中心軸を通る放射状の方向であり、周方向は、中心軸を中心として円周方向に沿った方向である。

円環状のヨーク１１の内周面の周方向の複数の位置からは、所定の間隔を空けて、径方向に突出する複数のティース１２が形成されている。隣り合うティース１２間の空間にスロット１３が形成される。スロット１３も、ステータコア１０の径方向に向けて延びると共に、周方向に間隔を空けて形成されている。

ステータコア１０は、所定の形状に成形された円環状の磁性体薄板を所定枚数軸方向に積み重ねた積層体である。なお、ステータコア１０としては、磁性体薄板の積層体に代えて、磁性粉末を一体化成形したものを用いてもよい。

図２は、図１のステータコアの１つのスロット１３を拡大した図である。スロット１３は、ステータコア１０の内周面に向けて開口している。なお、本実施形態ではスロット１３の周方向の幅が、径方向にわたって一定に形成されている例を示すが、これに限定されるものではない。例えば、スロット１３の幅が、径方向外方側へいくに従って広がるように形成されてもよいし、逆に、径方向内側へいくに従って広がるように形成されてもよい。

スロット１３の内部には、コイル１４が挿入される。ここでは、１つのスロット１３に６本のコイル１４が一列に並んで配置されている。コイル１４は、複数の導体セグメントが連結されることで、ステータコア１０に巻き回される。導体セグメントは、例えば、断面矩形の平角導体を略Ｕ字状に形成したものである。導体セグメントは、互いに平行な２本のリード部と、これらを連結する反リード部とを有する。

リード部の先端を除く導体セグメントの表面は絶縁被覆されている。リード部の先端は、図１に示すステータコア１０の軸方向一端面（図１の上端面）より突出する。また、反リード部は、ステータコア１０の軸方向他端面（図１の下端面）側に位置する。

導体セグメントは、複数個がステータコア１０の径方向に並んだ状態で、周方向に離れた２つのスロット１３に挿入される。導体セグメントのステータコア１０の軸方向一端面より突出した部分は、ステータコア１０の軸方向に対して傾斜するように曲げ加工される。導体セグメントのリード先端部を曲げ加工した後で、径方向に隣り合う導体セグメントのリード部の先端を互いに溶接して連結することにより、コイル１４がステータコア１０のティース１２に巻き回される。

スロット１３の内表面とコイル１４との間には、絶縁紙２０が配置されている。絶縁紙２０は、コイル１４とステータコア１０との電気的絶縁を図るためのシート状の絶縁部材である。また、絶縁紙２０は、スロット１３においてコイル１４を固定する機能も有する。絶縁紙２０は、スロット１３の径方向に一列に並んだ６本のコイル１４の周囲の４辺を囲むように配置される。図２に示す例では、絶縁紙２０は、スロット１３が開口している辺において、重複している。

絶縁紙２０は、基材２１と、基材２１の両面に形成された発泡接着層２２を含む。一方側の発泡接着層２２がコイル１４に向かい合い、他方側の発泡接着層２２がステータコア１０のスロット１３の内周面に向かい合う。基材２１としては、耐熱性と絶縁性を有する樹脂材料をシート状に成形したものを用いることができる。樹脂材料としては、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、エポキシ樹脂等が用いられる。

発泡接着層２２は、加熱によって膨張して硬化する熱硬化性樹脂からなり、それ自体が接着性を有する。発泡接着層２２は、加熱による膨張で、例えば、厚さが初期状態の数倍に厚くなる。樹脂材料としては、エポキシ系の発泡樹脂材料を用いることができる。

図２に示すように、スロット１３の内表面の周方向には、周方向凹凸部１５が形成されている。この例では、周方向凹凸部１５は矩形状であり、周方向凹凸部１５における凹部と凸部の幅は略等しい。また、スロット１３の内周面の径方向には、径方向凹凸部１６が形成されている。この例では、径方向凹凸部１６は矩形状であり、径方向凹凸部１６における凹部と凸部の幅は略等しく、周方向凹凸部１５の凹部と凸部の幅よりも大きい。隣接するティース１２の側面に形成される径方向凹凸部１６は、面対称な形状を有している。

図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。図３に示すように、スロット１３の内周面の軸方向には、軸方向凹凸部１７が形成されている。上述の通り、ステータコア１０は磁性体薄板の積層体であり、この磁性体薄板を交互にずらすことで軸方向凹凸部１７が形成される。図３に示す例では、磁性体薄板を１枚ごとにずらしているが、複数枚ごとにずらしてもよい。

なお、ステータコア１０として、スロット１３の内周面に軸方向凹凸部１７が形成されるように一体的に成形したものを用いてもよい。このように、スロット１３の内周面、すなわち、ティース１２の側面には、周方向、径方向、軸方向ともに凹凸部が設けられている。

周方向凹凸部１５、径方向凹凸部１６、軸方向凹凸部１７が形成されたスロット１３の内周面とコイル１４との間に絶縁紙２０を配置した後に、所定の温度条件の下で加熱することで、発泡接着層２２が膨張し、周方向凹凸部１５、径方向凹凸部１６、軸方向凹凸部１７を埋めるように、スロット１３の内周面とコイル１４との間に隙間なく充填される。発泡接着層２２の硬化により、コイル１４、絶縁紙２０、ステータコア１０が固定される。

図６は、比較例のステータコアの構成を示す図である。図６に示すように、スロット１３の内周面に凹凸部が形成されていない場合、スロット１３と絶縁紙２０の間に間隙が発生すると固定力が低下してしまう。これに対し、実施の形態では、スロット１３の内周面の周方向、径方向、軸方向ともに凹凸部を設けることで、発泡接着層２２とステータコア１０との接触表面積を増加させることができる。これにより、コイル１４、絶縁紙２０、ステータコア１０が固定をより強固にすることができる。

また、長期間にわたる熱履歴がかかる経年劣化やステータの耐熱試験等で、コイル１４及びステータコア１０と絶縁紙２０との間に空隙が発生した場合でも、周方向凹凸部１５、径方向凹凸部１６、軸方向凹凸部１７に発泡接着層２２が引っ掛かることで、コイル１４が摺動するのを抑制することができる。

ここで、周方向凹凸部１５、径方向凹凸部１６、軸方向凹凸部１７の変形例について説明する。図４に示す例では、隣接するティース１２の側面に形成される径方向凹凸部１６は、凹部と凸部がそれぞれ対向するようにずれて形成されている。図５に示す例では、周方向凹凸部１５は、所定の間隔を空けて形成された三角形状の凹部を含む。凹部の幅と、凹部間の間隔とは略等しくなっている。隣接するティース１２の側面に形成される径方向凹凸部１６は、面対称な形状を有している。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。凹凸部の形状は、上述した例に限定されるものではなく、台形状、半円状等、他の断面形状であってもよい。

１０ステータコア
１１ヨーク
１２ティース
１３スロット
１４コイル
１５周方向凹凸部
１６径方向凹凸部
１７軸方向凹凸部
２０絶縁紙
２１基材
２２発泡接着層

Claims

周方向に複数のスロットを有する円環状のステータコアと、
前記スロットの内表面の周方向、径方向、軸方向ともに設けられた凹凸部と、
ステータコアのスロット内に挿入されるコイルと、
前記スロット内において前記ステータコアと前記コイルとの間に配置され、基材の両面に前記凹凸部を埋めるように充填される発泡接着層を有する絶縁紙と、
を備える、
ステータ。