JP2022189023A - モータステータ - Google Patents

Abstract

【課題】モータステータを低コスト化および軸方向にコンパクト化する。【解決手段】ティース４の周方向寸法を、ティース４の軸方向一方側の端部Ａに向けて徐々に減少させる逃がし部６がティース４の周方向一端部Ｂ１および周方向他端部Ｂ２にそれぞれ設けられ、ティース４のうち上記逃がし部６を形成する部分（３１）に、セグメントコイル１１の脚部１１ａ（の突出部１５）を周方向Ｚに折り曲げることで形成された接合用端子１６の傾斜部１７が接触している。【選択図】図４

Description

本発明は、モータステータに関する。

下記の特許文献１には、径方向に延在する複数のティースが周方向に間隔を空けて設けられ、周方向で隣り合うティース間にスロットが画成された円筒状のステータコアと、それぞれが一対の脚部および両脚部を接続する山部を有する複数のセグメントコイルとを備え、ステータコアが円環状の電磁鋼板を軸方向に積層させた積層体からなるモータステータが開示されている。なお、特許文献１においては、上記のセグメントコイルが「導体セグメント」と称され、複数の導体セグメントを電気的に接合することで作製されるステータコイルが「セグメントコイル」と称されている。

上記のモータステータにおいて、各セグメントコイルを構成する一対の脚部は、自由端をステータコア（ティース）の軸方向一方側の端部よりも軸方向外側に位置（突出）させた状態で互いに異なるスロットに差し込まれ、その後、周方向又は径方向に折り曲げられる。周方向に折り曲げられた脚部は、セグメントコイル同士（径方向で隣り合う２つのセグメントコイル）を電気的に接合するための接合用端子となり、径方向に折り曲げられた脚部は、ステータコイルと動力電源とを電気的に接続するための動力線となる。

特許文献１のモータステータは、絶縁性を有する樹脂材料で円環状に形成され、ステータコアの端面に取り付けられたカフサをさらに備えており、脚部を周方向に折り曲げる際には、脚部がカフサに沿って折り曲げられる。これにより、セグメントコイルの脚部がステータコア（を構成する電磁鋼板の角部）と接触することを原因とする絶縁皮膜の部分的な損傷や剥がれを可及的に防止しつつ、脚部を精度良く折り曲げることができる。

特開２０１７－７７１２５号公報

上記のとおり、カフサは、スロットに差し込まれたセグメントコイルの脚部の折り曲げを、絶縁皮膜を損傷等させることなく精度良く行うことを可能とするものであるが、それ自体がモータの性能向上等に寄与する部品ではない。むしろ、カフサが設けられていると、カフサが存在しない場合よりも部品点数が増加する他、カフサの軸方向寸法分セグメントコイルの軸方向寸法を長寸化する必要が生じることなどから、モータステータが高コスト化および軸方向に大型化等する懸念がある。

そこで、本発明者らは、カフサと同様の機能を有する加工治具であって、スロットに差し込んだ脚部の折り曲げ後に取り除き可能な加工治具を作製し、この加工治具を用いて脚部の折り曲げを試行した。しかしながら、この場合、脚部の折り曲げ後に加工治具を取り除くと、スロット内でセグメントコイル（の脚部）がガタつくため、セグメントコイル同士を接合する際にセグメントコイルの姿勢を修正等する必要が生じる。そのため、ステータコイルの作製に手間が掛かり、モータステータの製造コストが却って増加した。

以上の実情に鑑み、本発明は、複数のセグメントコイルを電気的に接合することでステータコイルが形成されるモータステータを低コスト化および軸方向にコンパクト化することを目的とする。

上記の目的を達成するために創案された本発明は、
径方向に延在する複数のティースが周方向に間隔を空けて設けられ、周方向で隣り合うティース間にスロットが画成された円筒状のステータコアと、互いに異なるスロットに差し込まれ、自由端をティース（ステータコア）の軸方向一方側の端部よりも軸方向外側に位置させた一対の脚部をそれぞれ有する複数のセグメントコイルとを備え、ステータコアが、円環状の電磁鋼板を軸方向に積層させた積層体からなり、セグメントコイルが、脚部を周方向に折り曲げることで形成された接合用端子を有するモータステータにおいて、
ティースの周方向寸法を、ティースの軸方向一方側の端部に向けて徐々に減少させる逃がし部がティースの周方向一方側および他方側の端部にそれぞれ設けられ、ティースのうち上記逃がし部を形成する部分に接合用端子が接触していることを特徴とする。

各ティースに上記構成の逃がし部を設けておけば、スロットに差し込んだセグメントコイルの脚部をティースに沿って周方向（周方向一方側又は他方側）に折り曲げた際に、脚部がティースに対してエッジ当たりするのを回避（ティースに対する脚部の接触力を低減）することができる。そのため、ティースのうち上記逃がし部を形成する部分に接合用端子が接触し、樹脂製のカフサが省略されている本発明に係るモータステータにおいても、接合用端子（ステータコイル）の形成過程でセグメントコイルの脚部の絶縁皮膜が損傷等するのを可及的に防止することができる。そして、本発明に係るモータステータは、カフサが省略される分、カフサを具備するモータステータに比べて低コスト化および軸方向にコンパクト化することができる。

また、本発明に係るモータステータにおいては、上記のとおり、ティースのうち上記逃がし部を形成する部分に、セグメントコイルを構成する脚部を折り曲げることで形成された接合用端子が接触していることから、セグメントコイルがスロット内でガタつくのを防止することができる。これにより、セグメントコイル同士を容易にかつ精度良く接合することができる。

以上より、本発明によれば、複数のセグメントコイルを電気的に接合することでステータコイルが形成されるモータステータを低コスト化および軸方向にコンパクト化することができる。

本発明が適用されるモータステータの部分概略斜視図である。 （ａ）図は、セグメントコイルの平面図、（ｂ）図は、（ａ）図のＰ－Ｐ線矢視断面図である。 図１に示すモータステータの製造過程で実施されるねじり加工工程を説明するための概略図である。 本発明の一実施形態に係るモータステータの要部を概念的に示す部分拡大図である。 （ａ）図は、図４に示すティースの作製工程の途中段階を示す概念図、（ｂ）図は同工程の最終段階を示す概念図である。 本発明の他の実施形態に係るモータステータの要部を概念的に示す部分拡大図である。 本発明の他の実施形態の係るモータステータの要部を概念的に示す部分拡大図である。 図７に示すモータステータ（ティース）の作製方法を説明するための図である。 本発明の他の実施形態に係るモータステータの要部を概念的に示す部分拡大図である。 本発明の他の実施形態に係るモータステータの要部を概念的に示す部分拡大図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明で方向性を示すために使用する「軸方向」、「径方向」および「周方向」とは、それぞれ、円筒状のステータコアの軸方向、径方向および周方向である。図１等には、「軸方向」、「径方向」および「周方向」を、それぞれ矢印Ｘ、矢印Ｙおよび矢印Ｚで示している。

図１は、本発明が適用されるモータステータ１を径方向内側から見たときの部分概略斜視図である。同図に示すモータステータ１は、例えば、ハイブリッド車（ＨＥＶ）や電気自動車（ＥＶ）などといった電動車両の駆動用モータ（Ｕ相、Ｖ相およびＷ相を有する三相交流モータ）に組み込んで使用されるものであり、円筒状のステータコア２と、ステータコイル１０（Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のステータコイル）とを備える。

ステータコア２は、円環状の電磁鋼板３を軸方向Ｘに沿って積層することで円筒状に形成されている。ステータコア２には、径方向Ｙに延在する複数のティース４が周方向Ｚに間隔を空けて設けられ、周方向Ｚで隣り合うティース４間に、ステータコア２の内周面および両端面に開口したスロット５が画成されている。ステータコア２が電磁鋼板３の積層体からなる本実施形態においては、各電磁鋼板３が、ティース４を形成する部分およびスロット５を形成する部分を有している。

ステータコイル１０は、ステータコア２に取り付けられた複数のセグメントコイル１１を電気的に接合することで形成される。セグメントコイル１１同士を電気的に接合した接合部は、例えば、接合部に付着させた溶融樹脂を硬化させることにより、あるいは、接合部上に堆積させた絶縁性粉末を焼成することにより得られた絶縁層１４で被覆される。図１への記載は省略しているが、ステータコア２のスロット５を画成する面とセグメントコイル１１との間には、ステータコア２とステータコイル１０の間の絶縁性確保等を目的として、絶縁紙が介在している。

図２（ａ）（ｂ）に示すように、各セグメントコイル１１は、横断面が矩形状をなした導線１２およびその周囲を被覆する絶縁皮膜１３からなる一本の平角線を、互いに平行な一対の脚部１１ａおよびこれらを繋ぐ山部１１ｂからなる略Ｕ字状に曲げ加工することで得られる。各セグメントコイル１１は、導線１２が露出した両脚部１１ａの自由端１１ｃをステータコア２の軸方向一方側の端部（以下、単に「一端部」とも言う）よりも軸方向外側に位置させた状態で両脚部１１ａを互いに異なるスロット５に差し込むことにより、ステータコア２に取り付けられる。なお、各スロット５には、同数かつ偶数本（図１では１０本）の脚部１１ａが径方向Ｙに沿って差し込まれる。

脚部１１ａの自由端１１ｃをステータコア２の一端部よりも軸方向外側に位置させることにより設けられた突出部１５（図３参照）は、ステータコイル１０と図示外の動力電源とを電気的に接続するための動力線、あるいは径方向Ｙで隣り合う２つのセグメントコイル１１を電気的に接合するための接合用端子１６に変形させられる。

図示は省略するが、動力線は、例えば、最も径方向外側に配置された複数の突出部１５の中から選択された一部の突出部を径方向外向きに折り曲げることにより得られる。三相交流モータ用である本実施形態のモータステータ１では、Ｕ相のステータコイル用、Ｖ相のステータコイル用およびＷ相のステータコイル用に計３本の動力線が形成される。

図１に示すように、接合用端子１６は、軸方向Ｘに対して所定角度傾斜した傾斜部１７と、傾斜部１７の先端から軸方向外向きに延び、先端に導線１２が露出した直線部１８とを有する。係る形態を有する接合用端子１６は、複数の突出部１５（図３参照）のうち、動力線になる突出部１５以外の突出部１５にねじり加工を施して、当該突出部１５を周方向Ｚに折り曲げることにより得られる。

上記のねじり加工とは、詳細には突出部１５を周方向Ｚにねじりながら軸方向Ｘに圧縮する加工であり、図３に模式的に示すようなねじり加工治具２０を用いて実施される。なお、ねじり加工は、ステータコア２の外周側から数えて奇数番目の突出部１５を周方向一方側にねじる一方、ステータコア２の外周側から数えて偶数番目の突出部１５を周方向他方側にねじるようにして行われる。そのため、径方向Ｙで隣り合う２つの接合用端子１６を構成する傾斜部１７の傾斜方向は、互いに反対方向となっている（図１参照）。

ねじり加工治具２０は、全体として円筒状をなし、セグメントコイル１１が取り付けられたステータコア２と同軸に配置される。ねじり加工治具２０は、ステータコア２の中心軸回りに回転可能であると共に、ステータコア２に対する接近および離反移動（軸方向Ｘに沿う方向の往復動）が可能である。図３に示すように、ねじり加工治具２０には、ねじり加工を施すべき突出部１５の本数および位置に対応するかたちで複数の凹部２１が設けられ、各凹部２１に、導線１２が露出した突出部１５の自由端１１ｃが収容される。

そして、ねじり加工治具２０の凹部２１に突出部１５の自由端１１ｃを収容した後、ねじり加工治具２０をステータコア２の中心軸回りに周方向一方側に回転させつつ、ねじり加工治具２０をステータコア２に対して軸方向に接近移動させる。これに伴い、各突出部１５は、その長手方向に離間した二箇所を起点として折り曲げられる。そして、ねじり加工治具２０をステータコア２に対して離反移動させ、突出部１５に対して付与されていた軸方向Ｘの圧縮力を解放すると、各突出部１５がスプリングバックして軸方向外側に伸長変形する。これにより、上記の接合用端子１６が得られる。

電磁鋼板３の積層体からなるステータコア２を用い、かつステータコア２の一端部に樹脂製のカフサを取り付けることなく、ステータコア２のスロット５に差し込んだセグメントコイル１１の脚部１１ａの突出部１５を周方向（および軸方向）に折り曲げる本実施形態のモータステータ１においては、ステータコア２に設けられた各ティース４に、以下のような工夫を凝らしている。

図４を参照して詳細に説明すると、
第１には、ティース４の周方向寸法を、ティース４（ステータコア２）の一端部Ａに向けて徐々に減少させる（ティース４の一端部Ａでティース４の周方向寸法を最小とする）ための逃がし部６をティース４の周方向一端部Ｂ１および周方向他端部Ｂ２にそれぞれ設け、
第２には、ティース４のうち逃がし部６を形成する部分に接合用端子１６を構成する傾斜部１７を接触させている。
なお、図１および図３には係る特徴的構成を示していない。

図４に示す逃がし部６は、例えば、図５（ａ）に示すように、ステータコア２を構成する複数の電磁鋼板３のうち、最も軸方向一方側に位置する最上層の電磁鋼板３Ａのスロット５に臨む部分（ティース４を形成する部分の周方向端部）にバーリング加工を施すことで軸方向Ｘに沿って延びる起立部３１を形成し、次いで、図５（ｂ）に示すように、スロット５に差し込んだセグメントコイル１１の脚部１１ａの突出部１５を周方向Ｚに折り曲げるのに伴って、起立部３１を周方向Ｚに折り曲げることにより得ることができる。従って、ここでは、周方向Ｚに折り曲げられた起立部３１が上記の「逃がし部６を形成する部分」に相当する。なお、電磁鋼板３にバーリング加工を施すことで形成される上記の起立部３１は、電磁鋼板３の板厚よりも薄肉に形成されることから、突出部１５の折り曲げに伴う起立部３１の折り曲げは容易に行い得る。

上記のような逃がし部６を（各）ティース４に設けておけば、スロット５に差し込んだセグメントコイル１１の脚部１１ａ（突出部１５）をティース４に沿って周方向に折り曲げた際に、脚部１１ａがティース４に対してエッジ当たりするのを回避することが、すなわちティース４に対する脚部１１ａの接触力を低減することができる。なお、図４に示す実施形態では、脚部１１ａがティース４に対して面接触した状態で脚部１１ａが周方向に折り曲げられる。

そのため、樹脂製のカフサが省略されている本実施形態のモータステータ１においても、接合用端子１６（ステータコイル１０）の形成過程でセグメントコイル１１の脚部１１ａの絶縁皮膜１３が損傷等するのを可及的に防止することができる。そして、本発明の実施形態に係るモータステータ１は、カフサが省略される分、カフサを具備するモータステータに比べて低コスト化および軸方向にコンパクト化することができる。

また、本実施形態に係るモータステータ１においては、上記のとおり、ティース４のうち逃がし部６を形成する部分に、セグメントコイル１１の脚部１１ａを折り曲げることで形成された接合用端子１６が接触していることから、セグメントコイル１１がスロット５内でガタつくのを防止することができる。これにより、セグメントコイル１１同士を容易にかつ精度良く接合することができる。

図６は、本発明の他の実施形態に係るモータステータ１の要部を拡大して示す図である。この実施形態では、上記逃がし部６を形成する部分が、上記起立部３１を滑らかに湾曲させる（カーリングさせる）ことで形成したカール部３２で構成される。このカール部３２は、スロット５にセグメントコイル１１の脚部１１ａを差し込む前に形成しておく。これにより、脚部１１ａをティース４に対して面接触させた状態で脚部１１ａを周方向に折り曲げることができる。

図７は、本発明の他の実施形態に係るモータステータ１の要部を拡大して示す図である。この実施形態では、上記逃がし部６を形成する部分が、ティース４の周方向一端部Ｂ１および周方向他端部Ｂ２に形成した多点接触部３３で構成される。多点接触部３３は、図８に示すように、電磁鋼板３の積層体からなるステータコア２のうち、各ティース４の一端部Ａの周方向中央部を治具４０で加圧し、ステータコア２の一端部付近に配置された複数の電磁鋼板３のティース形成部を略円弧状に湾曲変形させることで得られる。この多点接触部３３は、図６に示すカール部３２と同様に、スロット５にセグメントコイル１１の脚部１１ａを差し込む前に形成しておく。これにより、脚部１１ａをティース４に対して多点接触させた状態で脚部１１ａを周方向に折り曲げることができる。

図８は、本発明の他の実施形態に係るモータステータ１の要部を拡大して示す図である。この実施形態では、上記逃がし部６を形成する部分が、ティース４の周方向一端部Ｂ１および周方向他端部Ｂ２に形成した圧縮部３４で構成される。図示は省略するが、圧縮部３４は、電磁鋼板３の積層体からなるステータコア２のうち、各ティース４の周方向一端部Ｂ１および周方向他端部Ｂ２を図８に示す治具４０と同様の治具で軸方向Ｘに加圧し、ステータコア２の一端部付近に配置された複数の電磁鋼板３のティース形成部の周方向両端部を圧縮する（押し潰す）ことで得られる。この圧縮部３４も、スロット５にセグメントコイル１１の脚部１１ａを差し込む前に形成しておく。これにより、脚部１１ａをティース４に対して面接触させた状態で脚部１１ａを周方向に折り曲げることができる。

図９は、本発明の他の実施形態に係るモータステータ１の要部を拡大して示す図である。この実施形態では、上記逃がし部６を形成する部分が、ティース４の周方向一端部Ｂ１および周方向他端部Ｂ２に形成したアール部３５で構成される。このアール部３５は、電磁鋼板３の積層体からなるステータコア２のうち、最上層の電磁鋼板３Ａを他の電磁鋼板３よりも厚肉のもので形成し（例えば、最上層の電磁鋼板３Ａを板厚２ｍｍ以上の電磁鋼板で形成し、他の電磁鋼板３を板厚０．２ｍｍの電磁鋼板で形成する）、最上層の電磁鋼板３Ａのティース形成部の周方向一端部Ｂ１および周方向他端部Ｂ２にアール形状を付すことで得られる。これにより、脚部１１ａをティース４に対して面接触させた状態で脚部１１ａを周方向に折り曲げることができる。図示は省略するが、上記のアール部３５は面取り部に置き換えても良い。

なお、以上で説明した実施形態のうち、図９に示す圧縮部３４が、最も容易にかつ精度良く形成し得ることに加え、接合用端子１６を構成する傾斜部１７の曲げ起点を最もステータコア２の軸方向中央部側に位置させることが可能となる。そのため、モータステータ１の低コスト化および軸方向のコンパクト化を図る上では、図９に示す構成を採用することが最も有利である。

以上、本発明の実施形態に係るモータステータ１について説明を行ったが、本発明は、以上で説明した実施形態に限定適用されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことができる。

例えば、各ティース４の周方向一方側および他方側の端部に設けるべき上記の各種逃がし部６は、各ティース４の軸方向一方側の端部のみならず、ティース４の軸方向他方側の端部に設けても良い。

１ モータステータ
２ ステータコア
３ 電磁鋼板
４ ティース
５ スロット
６ 逃がし部
１０ ステータコイル
１１ セグメントコイル
１１ａ 脚部
１１ｃ 自由端
１２ 導線
１５ 突出部
１６ 接合用端子
１７ 傾斜部
３１ 起立部
３２ カール部
３３ 多点接触部
３４ 圧縮部
３５ アール部
Ａ 軸方向一方側の端部
Ｂ１ 周方向一方側の端部
Ｂ２ 周方向他方側の端部

Claims (1)

1. 径方向に延在する複数のティースが周方向に間隔を空けて設けられ、周方向で隣り合う前記ティース間にスロットが画成された円筒状のステータコアと、互いに異なる前記スロットに差し込まれ、自由端を前記ティースの軸方向一方側の端部よりも軸方向外側に位置させた一対の脚部をそれぞれ有する複数のセグメントコイルとを備え、
   前記ステータコアが、円環状の電磁鋼板を軸方向に積層させた積層体からなり、
   各セグメントコイルが、前記脚部を周方向に折り曲げることで形成された接合用端子を有するモータステータにおいて、
   前記ティースの周方向寸法を、前記ティースの軸方向一方側の端部に向けて徐々に減少させる逃がし部が前記ティースの周方向一方側および他方側の端部にそれぞれ設けられ、
   ティースのうち前記逃がし部を形成する部分に前記接合用端子が接触していることを特徴とするモータステータ。

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