JP2021129338A - 回転電機のステータ - Google Patents

Abstract

【課題】スロット内における一方側導体セグメントと他方側導体セグメントとの接合部の絶縁性が良好な回転電機のステータを提供する。【解決手段】回転電機のステータは、１のスロット１１３内で、互いに接合された一方側導体セグメント１２１と他方側導体セグメント１２２との組が径方向に６組並んで配置されており、各組の一方側導体セグメント１２１と他方側導体セグメント１２２との各接合部Ｓ１〜Ｓ６の位置が軸方向において全て異なっている。【選択図】図５

Description

本発明は、車両の駆動源等に使用される回転電機のステータの構造に関する。

特許文献１には、回転電機のステータであって、ステータコアの軸方向一端側からステータコアのスロットに挿入される一方側導体セグメントと、ステータコアの軸方向他端側から前記スロットに挿入される他方側導体セグメントと、を前記スロット内で接合してステータコイルを形成したステータが開示されている。このステータでは、一方側導体セグメントと他方側導体セグメントとのステータコアの径方向に隣接する接合部のステータコアの軸方向の位置を異ならせ、かつ、径方向に一つおきに位置する接合部のステータコアの軸方向の位置を同一として接合部の間に１つの一方側導体セグメント又は他方側導体セグメントを挟むことで電気的な絶縁性を確保している。

特開２０１５−２３７７１号公報

ところで、ステータの小型化が要求されており、例えば、導体セグメントを細くすることが検討されている。この場合、特許文献１に記載の構成のステータでは、ステータコアの軸方向において同じ位置にある径方向に一つおきの接合部の間の距離が短くなり、当該接合部の間の絶縁性が不十分となる虞がある。このように、特許文献１に記載の回転電機のステータについては、スロット内における一方側導体セグメントと他方側導体セグメントとの接合部に対する絶縁性が十分でない場合がある。

そこで、本発明は、スロット内における一方側導体セグメントと他方側導体セグメントとの接合部の絶縁性が良好な回転電機のステータを提供することを目的とする。

本発明に係る回転電機のステータは、スロットを有するステータコアと、前記スロットを通って前記ステータコアに巻回されるステータコイルと、を有する回転電機のステータであって、前記ステータコイルは、前記ステータコアの軸方向一端側から前記スロットに挿入される一方側導体セグメントと、前記ステータコアの軸方向他端側から前記スロットに挿入される他方側導体セグメントと、を前記スロット内で接合して構成されており、前記スロット内には接合された前記一方側導体セグメントと前記他方側導体セグメントとの組が、前記ステータコアの径方向に３組以上並んで配置され、前記一方側導体セグメントと前記他方側導体セグメントとの前記ステータコアの径方向に並んだ少なくとも３つの接合部の位置が、前記ステータコアの軸方向において全て異なる、ことを特徴とする。

本発明に係る回転電機のステータによれば、一方側導体セグメントと他方側導体セグメントとのステータコアの径方向に並んだ少なくとも３つの接合部の位置を、ステータコアの軸方向において異ならせることにより、これら３つの接合部の絶縁性を向上させることができる。また、接合部同士が２つおきにステータコアの軸方向に同一位置に配置された場合でも、これらの接合部間には、２つの一方側導体セグメント又は他方側導体セグメントが挟まれるので２つの接合部間の距離が確保される。従って、本発明に係る回転電機のステータによれば、スロット内における一方側導体セグメントと他方側導体セグメントとの接合部の絶縁性が良好となる。

実施形態に係る回転電機のステータの斜視図である。 （Ａ）は、ステータコイルを構成している一方側導体セグメントと他方側導体セグメントとを、ステータコアのスロットに挿入する前の状態を示す模式図であり、（Ｂ）は、一方側導体セグメントと他方側導体セグメントとをスロットに挿入し、当該スロット内で両導体セグメントを接合した状態を示す模式図である。 （Ａ）は、一方側導体セグメントの他端部と、他方側セグメントの一端部との接合前の様子を示す図であり、（Ｂ）は、一方側導体セグメントの他端部と、他方側セグメントの一端部とが接合され、接合部が形成された様子を示す図である。 図１のステータを軸方向一端側から見た一部平面図であり、スロットに挿入された一方側導体セグメントについては、ステータコアの一端面に沿って切断した断面で表した一部平面図である。 図４におけるＡ−Ａ断面図である。 径方向に並んだ各接合部の軸方向の位置を全て異ならせるときの導体セグメントの形状を説明するための図である。 図５に示す構成の変形例を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本実施の形態に係る回転電機のステータ１００を説明する。回転電機は、車両に搭載され、電動モータ、発電機、または、電動モータ及び発電機の両方の機能を有するモータジェネレータとして用いられる。各図において、同じ又は同様の機能を有する要素については同じ符号を付し、複数の要素については、一部の要素にのみ符号を付している。

ステータ１００は、図１に示すように、円筒状のステータコア１１０と、ステータコア１１０に分布巻きで巻き回されたｕ相、ｖ相、ｗ相の３相のステータコイル１２０ｕ，１２０ｖ，１２０ｗとを有する。なお、以下の説明における「軸方向」、「径方向」、及び、「周方向」は、ステータコア１１０の軸方向、径方向、及び、周方向を意味している。

ステータコア１１０は、例えば、軸方向に積層された複数枚の電磁鋼板から構成されている。ステータコア１１０は、円筒状のヨーク１１１と、ヨーク１１１から周方向に等間隔で径方向内側へ突出して設けられる複数のティース１１２と、それぞれが隣り合うティース１１２の間に形成された複数のスロット１１３と、を含む。

ステータコイル１２０ｕは、図１の「ｕ」が付された複数のスロット１１３を通って、ステータコア１１０に巻き回されている。同様に、ステータコイル１２０ｖ，１２０ｗは、図１の「ｖ」，「ｗ」が付された複数のスロット１１３を通って、ステータコア１１０に巻き回されている。ステータコア１１０に巻き回されたステータコイル１２０ｕ，１２０ｖ，１２０ｗのうち、ステータコア１１０から軸方向に露出した部分を、まとめてコイルエンドＣＥ１，ＣＥ２ともいう。

ステータコイル１２０ｕ，１２０ｖ，１２０ｗそれぞれは、順次接合された、軸方向の一端Ｅ１側からスロット１１３に挿入される複数の一方側導体セグメント１２１と、軸方向の他端Ｅ２側からスロット１１３に挿入される複数の他方側導体セグメント１２２と、から構成されている。詳細は後述するが、両導体セグメント１２１及び１２２は、平角線からなり、スロット１１３内で対向するもの同士で接合される。

図２に示すように、一方側導体セグメント１２１は、略Ｕ字形状を有する。一方側導体セグメント１２１は、屈曲形状でコイルエンドＣＥ１を構成するコイルエンド部１２１Ａと、コイルエンド部１２１Ａに両端から平行に延びた直線状の脚部１２１Ｂ及び１２１Ｃと、を備える。他方側導体セグメント１２２も同様に、コイルエンドＣＥ２を構成するコイルエンド部１２２Ａと、一対の直線状の脚部１２２Ｂ及び１２２Ｃと、を備える。

一方側導体セグメント１２１は、導電性の導体線１２１Ｅと、この導体線１２１Ｅを電気的に絶縁被覆する絶縁被膜１２１Ｆと、を含む。絶縁被膜１２１Ｆは、導体線１２１Ｅの一端部Ｐ１及び他端部Ｐ２を露出させた状態で、当該導体線１２１Ｅを被覆している。一端部Ｐ１及び他端部Ｐ２は、凸部を有し、オス形状に形成されている。他方側導体セグメント１２２も、一方側導体セグメント１２１と同様に、導電性の導体線１２２Ｅと、この導体線１２２Ｅを当該導体線１２２Ｅの一端部Ｐ３及び他端部Ｐ４以外を除いて絶縁被覆する絶縁被膜１２２Ｆと、を含む。但し、一端部Ｐ３及び他端部Ｐ４は、両端部Ｐ１及びＰ２とは異なり、前記凸部と嵌合可能な凹部を有し、メス形状に形成されている。導体セグメント１２１及び１２２それぞれは、端部以外の断面が同形状である。

図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、一方側導体セグメント１２１の脚部１２１Ｂ及び１２１Ｃは、ステータコア１１０の一端Ｅ１側から別々のスロット１１３に挿入される。他方側導体セグメント１２２の脚部１２２Ｂ及び１２２Ｃは、ステータコア１１０の他端Ｅ２側から別々のスロット１１３に挿入される。図２では、（Ａ）に示すように、脚部１２１Ｃと脚部１２２Ｂの先端同士、つまり、他端部Ｐ２と一端部Ｐ３とが、同じスロット１１３内で対向するように当該スロット１１３に挿入され、（Ｂ）に示すように、当該スロット１１３内で接合される。

脚部１２１Ｃの他端部Ｐ２と脚部１２１Ｂの一端部Ｐ３との接合の様子を図３に示す。上述のように、脚部１２１Ｃでは、導体線１２１Ｅの他端部Ｐ２が絶縁被膜１２１Ｆから露出している。脚部１２２Ｂでは、導体線１２２Ｅの一端部Ｐ３が絶縁被膜１２２Ｆから露出している。図３（Ａ）の状態から各導体セグメント１２１及び１２２を、スロット１１３に図３（Ｂ）の状態まで挿入することで、オス形状の他端部Ｐ２の凸部Ｔ１が、メス形状の一端部Ｐ１の凹部Ｔ２に嵌め込まれる。これにより、脚部１２１Ｃの他端部Ｐ２と脚部１２２Ｂの一端部Ｐ３とが接合され、両者が電気的に接続される。

以上のような挿入及び接合を、複数の一方側導体セグメント１２１及び複数の他方側導体セグメント１２２について行うことで、図１のステータコイル１２０ｕ，１２０ｖ，１２０ｗそれぞれが形成される。つまり、図１のステータコイル１２０ｕ，１２０ｖ，１２０ｗそれぞれは、一方側導体セグメント１２１の脚部１２１Ｂ及び１２１Ｃが別々のスロット１１３にステータコア１１０の一端Ｅ１側から挿入され、他方側導体セグメント１２２の脚部１２２Ｂ及び１２２Ｃが別々のスロット１１３にステータコア１１０の他端Ｅ２側から挿入され、各スロット１１３内で対向する脚部同士が接合されることにより形成される。

スロット１１３内で対向する一方側導体セグメント１２１及び他方側導体セグメント１２２の脚部同士の接合部それぞれ、つまり、導体線１２１Ｅの端部Ｐ１又はＰ２と導体線１２２Ｅの端部Ｐ３又はＰ４とが接合した部分それぞれを、接合部Ｓともいう。図３（Ｂ）では、接合された他端部Ｐ２と一端部Ｐ３とが接合部Ｓを構成している。接合部Ｓは、導体セグメント１２１及び１２２それぞれの絶縁被膜１２１Ｆ及び１２２Ｆに被覆されておらず、絶縁被膜１２１Ｆ及び１２２Ｆから露出している。

この実施の形態では、図４及び図５に示すように、各スロット１１３内において、互いに接合された一方側導体セグメント１２１と他方側導体セグメント１２２との組、具体的には脚部同士の組が、径方向において、６組並んで配置されている。なお、図４に示すように、この実施の形態では、スロット１１３として半閉スロットが採用されているが、スロット１１３を開放スロットとしてもよい。

図４及び図５では、導体セグメント１２１及び１２２と、スロット１１３の内壁と、の間に隙間があるが、実際には図２に示すように隙間は無い。また、図４及び図５において、一方側導体セグメント１２１は、具体的には脚部１２１Ｂ又は１２１Ｃであり、他方側導体セグメント１２２は、具体的には脚部１２２Ｂ又は１２２Ｃである。各導体セグメント１２１及び１２２が、図４及び図５においてどちらの脚部となるのかは、ステータコイル１２０ｕ，１２０ｖ，１２０ｗの巻き方次第である。図５に示すように、６組それぞれの接合部Ｓを、ステータコア１１０の外周側から順に、接合部Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５及びＳ６ともいう。

一つのスロット１１３内の全ての一方側導体セグメント１２１と他方側導体セグメント１２２との接合部Ｓ１〜Ｓ６の各位置は、図５に示すように、ステータコア１１０の軸方向において全て異なっている。このような位置関係は、導体セグメント１２１及び１２２の各脚部１２１Ｂ、１２１Ｃ、１２２Ｂ、及び、１２２Ｃの長さを調整することにより実現できる。例えば、図６に示すように、脚部１２１Ｂ、１２１Ｃ、１２２Ｂ、及び、１２２Ｃの長さの異なる導体セグメント１２１及び１２２を順次挿入し、対向するもの同士で互いに接合する。導体セグメント１２１及び１２２は、直線状のセグメントを曲げて形成される。曲げ前の各導体セグメント１２１を同じ長さ及び形状とし、各導体セグメント１２１について曲げ位置を変えることで、脚部１２１Ｂ及び１２１Ｃの長さを調整するとよい。曲げ前の各導体セグメント１２２も同じ長さ及び形状とし、各導体セグメント１２２について曲げ位置を変えることで、脚部１２２Ｂ及び１２２Ｃの長さを調整するとよい。これにより、導体セグメント１２１及び１２２の曲げ前のセグメントの共通化を図ることができる。なお、図６において、接合される導体セグメント１２１及び１２２の各脚部が、どちらの脚部となるのかは、図４及び図５と同様に、ステータコイル１２０ｕ，１２０ｖ，１２０ｗの巻き方次第であり任意である。なお、図６では、導体セグメント１２１及び１２２の位置関係を明確にするため、一部の導体セグメント１２１及び１２２についてドットを付した。

以上に説明したように、回転電機のステータ１００は、１のスロット１１３内で、互いに接合された一方側導体セグメント１２１と他方側導体セグメント１２２との組が径方向に６組並んで配置されており、各組の一方側導体セグメント１２１と他方側導体セグメント１２２との接合部Ｓ１〜Ｓ６の位置、つまり、１のスロット１１３内の全ての接合部Ｓの位置が軸方向において全て異なっており、径方向に隣り合う接合部Ｓ間の最短距離Ｄ１（図５参照）は、絶縁に必要な最低限の距離よりも十分に長いので、接合部Ｓ間の導体セグメント１２１又は１２２の表面つまり絶縁被膜の表面に沿った最短距離である沿面距離も長くなり、接合部Ｓ１〜Ｓ６間について良好な絶縁性が得られる。また、本実施形態では、６つの接合部Ｓ１〜Ｓ６の軸方向の位置が全て異なっており、特許文献１に記載された構造のように、軸方向に同一位置に配置される接合部がない。このため、特許文献１に記載されたように接合部Ｓが上記最短距離Ｄ１よりも短い半径方向厚さｔの導体セグメント１２１又は１２２を１つ挟んで対向することがなく、導体セグメント１２１又は１２２を細くし、厚さｔが薄くなったとしても、接合部Ｓ１〜Ｓ６間の最短距離ないし沿面距離を確保でき、各接合部Ｓの絶縁性を向上させることができる。

接合部Ｓ１〜Ｓ６の位置は、図５に示すように、上り又は下りの一方のみの階段状に配置されており、ステータコア１１０の内周側の位置ほど、ステータコア１１０の他端Ｅ２に近い位置となっている。このように、最も外周側の接合部Ｓ１から径方向に遠ざかる接合部ほど、当該接合部Ｓ１からの軸方向における距離が遠くなるように、接合部Ｓ１〜Ｓ６を配置するとよい。

回転電機のステータ１００の構成は、上記の構成に限定されない。以下に変形例を例示する。なお、以下では、ステータコイル１２０ｕ，１２０ｖ，１２０ｗを、総称して単にステータコイル１２０ともいう。なお、ステータコイル１２０の巻き方は、分布巻きの他、集中巻きであってもよい。

上記実施の形態では、前記のスロット１１３内の全ての接合部Ｓの位置を軸方向で異ならせているが、図７に示すように、径方向に並んだ３つの接合部Ｓ、具体的には接合部Ｓ１〜Ｓ３の軸方向における位置を異ならせればよい。これにより、接合部Ｓ１及びＳ４のように径方向で２つおきに配置された接合部Ｓが、図７に示すように軸方向において同じ位置に配置されたとしても、当該接合部Ｓ間の最短距離Ｄ２が、半径方向厚さｔの導体セグメントほぼ２つ分の距離となり、特許文献１に記載のように２つの接合部Ｓが半径方向厚さｔの導体セグメントほぼ１つ分の距離で配置されている構成よりも最短距離ないし沿面距離が長くなり絶縁性が改善され、良好な絶縁性が得られる。同様に、１つのスロット１１３内で径方向に並んだ４つ以上の接合部Ｓごとの軸方向における各位置を異ならせても、最短距離ないし沿面距離を長くとることができ、良好な絶縁性が得られる。このように、１つのスロット１１３内で径方向に並んだ接合部Ｓは、少なくとも３つ以上、軸方向における位置が異なるとよい。これにより、径方向に並んだ少なくとも３つの接合部Ｓそれぞれの互いの最短距離ないし沿面距離、例えば、接合部Ｓ１と接合部Ｓ２〜Ｓ６それぞれとの各距離を、上記厚さｔの導体セグメントほぼ１つ分の距離よりも長くとることができ、良好な絶縁性が得られる。

また、図７に示すように、２つおきの接合部Ｓが軸方向で同じ位置にあることにより、上記実施の形態の図５のように接合部Ｓを階段状に配置したときよりも、接合部Ｓ１〜Ｓ６の配置に最低限必要な軸方向のスロット１１３の長さを短くすることができ、ステータ１００の小型化が可能となる。

ステータコア１１０、ステータコイル１２０の形状等、上記各種部材の形状は、適宜変更可能である。上記オス形状及びメス形状は、Ｖ字形状であってもよい。一方側導体セグメント１２１と他方側導体セグメント１２２との脚部同士の結合は、所定の接続部材を介して行ってもよい。例えば、軸方向に延び、軸方向両端がメス形状の導電性接続部材を用意し、一方側導体セグメント１２１と他方側導体セグメント１２２との各脚部の先端をオス形状とし、当該脚部同士を、導電性部材を介して接合してもよい。このような場合、脚部の各端部と導電性部材とで接合部Ｓが構成される。また、一方側導体セグメント１２１と他方側導体セグメント１２２との各脚部の端部を受け入れる導電性の筒状接続部材を用意し、当該端部をオスまたはメス形状とせず、各脚部の端部を筒状接続部材の内部に嵌め入れて端部同士を接合してもよい。また、各種接合の際には、導電性接着剤等が使用されてもよい。一方側導体セグメント１２１と他方側導体セグメント１２２とを絶縁被覆された他の導線を介して接合してもよい。

スロット１１３内の一方側導体セグメント１２１と他方側導体セグメント１２２との組は、上記実施の形態では１列に並んでいるが、２列以上で並んでいてもよい。この場合、各接合部Ｓの位置は、軸方向において異なっているとよい。

１つのスロット１１３内に配置された各接合部Ｓの各導体セグメント１２１及び１２２は、１つのステータコイル１２０を構成するものであってもよいし、異なるステータコイル１２０を構成するものであってもよい。一つのスロット１１３内に配置される接合部Ｓの数は、３つ以上であればよい。

１００ ステータ、１１０ ステータコア、１１１ ヨーク、１１２ ティース、１１３ スロット、１２０ｕ，１２０ｖ，１２０ｗ、１２０ ステータコイル、１２１ 一方側導体セグメント、１２２ 他方側導体セグメント、１２１Ａ，１２２Ａ コイルエンド部、１２１Ｂ，１２２Ｂ，１２１Ｃ，１２２Ｃ 脚部、１２１Ｅ，１２２Ｅ 導体線、１２１Ｆ，１２２Ｆ 絶縁被膜、ＣＥ１，ＣＥ２ コイルエンド、Ｅ１ 一端、Ｅ２ 他端、Ｓ，Ｓ１〜Ｓ６ 接合部、Ｔ１ 凸部、Ｔ２ 凹部。

Claims (1)

1. スロットを有するステータコアと、
   前記スロットを通って前記ステータコアに巻回されるステータコイルと、を有する回転電機のステータであって、
   前記ステータコイルは、前記ステータコアの軸方向一端側から前記スロットに挿入される一方側導体セグメントと、前記ステータコアの軸方向他端側から前記スロットに挿入される他方側導体セグメントと、を前記スロット内で接合して構成されており、
   前記スロット内には、接合された前記一方側導体セグメントと前記他方側導体セグメントとの組が、前記ステータコアの径方向に３組以上並んで配置され、
   前記一方側導体セグメントと前記他方側導体セグメントとの前記ステータコアの径方向に並んだ少なくとも３つの接合部の位置が、前記ステータコアの軸方向において全て異なる、
   ことを特徴とする回転電機のステータ。
   

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