JP2023032265A - ステータ - Google Patents

Abstract

【課題】ステータの冷却性能を向上させる。【解決手段】ステータ３０は、ステータコア４０及び複数のコイル５０を備えている。各コイル５０は、中心軸線ＣＡに沿う方向でのステータコア４０の端から突出している湾曲部分を有している。各コイル５０は、湾曲部分から視て、ステータコア４０とは反対側にまで延びている引き出し線５３を有している。ステータ３０は、複数の引き出し線５３を、周方向に繋ぐように延びている第１絶縁体６１及び第２絶縁体６２を備えている。引き出し線５３から視て中心軸線ＣＡ側を内側、及びその反対側を外側としたとき、第１絶縁体６１及び第２絶縁体６２は、周方向において、１つの引き出し線５３毎に、引き出し線５３に対する内側及び外側が互い違いとなるように延びている。また、複数の引き出し線５３は、第１絶縁体６１及び第２絶縁体６２に挟み込まれている。【選択図】図３

Description

本発明は、ステータに関する。

特許文献１に記載されている電動機は、略円筒状のステータと、略円柱状のロータと、コイルと、を備えている。ステータコアは、コア本体と、複数のティースと、を備えている。コア本体は、中心軸線を有する円筒状である。各ティースは、コア本体の内周面から中心軸線に向かって延びている。コイルは、各ティース同士の間に取り付けられている。コイルは、中心軸線に沿う方向において、ステータコアの端面から外側に飛び出している。つまり、各コイルは、コイルエンドを有する。コイルエンドの一部は、合成樹脂で覆われている。

特開２００２－２０９３５５号公報

特許文献１に記載されているような電動機を冷却するために、ステータに冷却用のオイルを噴射することがある。しかし、特許文献１に記載の電動機のようにコイルエンドの一部が合成樹脂で覆われていると、その合成樹脂で覆われている部分は、オイルが直接に触れることがない。そのため、コイルが冷却されにくい。

上記課題を解決するため、本発明は、中心軸線を有する円筒状のコア本体、及び前記コア本体の内周面から前記中心軸線に向かって延びており、前記中心軸線を中心とする周方向に並んでいる複数のティースを有するステータコアと、前記ティースに取り付けられている複数のコイルと、を備えており、前記各コイルは、隣り合う前記ティース同士の間の空間であるスロット内に位置している直線部分と、前記中心軸線に沿う方向での前記ステータコアの端から突出しており、異なる前記スロット内に位置する２つの前記直線部分の端同士を繋いでいる湾曲部分と、前記湾曲部分から視て、前記ステータコアとは反対側にまで延びている引き出し線と、を有しており、複数の前記引き出し線を、前記周方向に繋ぐように延びている第１絶縁体と、複数の前記引き出し線を、前記周方向に繋ぐように延びている第２絶縁体と、をさらに備えており、前記引き出し線から視て前記中心軸線側を内側、及びその反対側を外側としたとき、前記第１絶縁体及び前記第２絶縁体は、前記周方向において、１又は２つの前記引き出し線毎に、前記引き出し線に対する内側及び外側が互い違いとなるように延びており、且つ、複数の前記引き出し線は、前記第１絶縁体及び前記第２絶縁体に挟み込まれているステータである。

上記構成では、内側及び外側が互い違いになっている第１絶縁体及び第２絶縁体の間には、空隙が生じている。そのため、仮に、ステータにオイルを噴射した場合には、オイルは、第１絶縁体及び第２絶縁体の間を通過して、コイルの湾曲部分及び引き出し線に直接触れることが可能である。そのため、上記構成によれば、コイルの一部を合成樹脂で覆う構成に比較してコイルが冷却されやすい。

図１は、ステータを含む電動機の概略構成図である。 図２は、ステータの一部の概略図である。 図３は、ステータにおける第１絶縁体及び第２絶縁体を説明する図である。 図４は、ステータにおける引き出し線近傍を示す概念図である。

以下、ステータの一実施形態を、図面を参照して説明する。
＜電動機の概略構成＞
図１に示すように、電動機１０は、ロータ２０、及びステータ３０を備えている。

ロータ２０は、全体として円柱状である。ロータ２０は、ロータシャフト２１、及びロータコア２２を備えている。ロータシャフト２１は、中心軸線を有する棒状である。ロータコア２２は、略円筒状である。ロータコア２２の内周面は、ロータシャフト２１の外周面に固定されている。図示は省略するが、ロータコア２２は、複数の磁石を内蔵している。当該磁石は、ロータコア２２の電磁鋼板に埋め込まれている。ロータコア２２は、ロータシャフト２１の中心軸線を回転中心としてロータシャフト２１と共に回転可能である。

ステータ３０は、全体として円筒状である。ステータ３０は、ステータコア４０と、複数のコイル５０と、第１絶縁体６１と、第２絶縁体６２と、を備えている。なお、第１絶縁体６１及び第２絶縁体６２は、図１及び図２では図示を省略している。また、図１において、一部のコイル５０にのみ符号を付している。

ステータコア４０は、全体として中心軸線を有する円筒状である。ステータコア４０は、ロータ２０から視て外周側に位置する。つまり、ロータ２０は、ステータコア４０の内周側の空間内に位置している。

ステータコア４０は、コア本体４１と、１２個のティース４２と、を備えている。なお、図１において、一部のティース４２にのみ符号を付している。
コア本体４１は、中心軸線ＣＡを有する円筒状である。なお、コア本体４１の中心軸線ＣＡは、ロータシャフト２１の中心軸線と一致している。コア本体４１は、例えば、磁性体である電磁鋼板を複数積層することにより形成されている。

各ティース４２は、コア本体４１の内周面から、中心軸線ＣＡに向かって延びている。各ティース４２は、コア本体４１の周方向に並んでいる。また、各ティース４２は、周方向において、等間隔毎に存在している。図２に示すように、隣り合う２つのティース４２は、後述するコイル５０の一部分が配置される空間であるスロット４３になっている。

図２に示すように、各コイル５０は、線状の導体である。コイル５０は、ティース４２の数に対応して１２個設けられている。各コイル５０は、各ティース４２に対して集中巻きで巻き掛けられている。具体的には、各コイル５０は、スロット４３に差し込まれ、ティース４２毎に巻き付けられている。その結果、各コイル５０は、全体として円環状になっている。なお、図１及び図２では、コイル５０の線そのものの図示は省略し、円環状の物体として図示している。

また、各コイル５０は、ティース４２と同様に、周方向に並んでいる。各コイル５０は、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相のいずれかのコイル５０を構成している。すなわち、周方向において、Ｕ相のコイル５０、Ｖ相のコイル５０、Ｗ相のコイル５０、Ｕ相のコイル５０・・・と並んでいる。同一相のコイル５０の端同士は、互いに接続されている。

上記のように集中巻きで巻き掛けられた結果、各コイル５０は、直線部分５１と、湾曲部分５２と、引き出し線５３と、を有している。直線部分５１は、スロット４３内に位置している。また、直線部分５１は、中心軸線ＣＡに沿う方向に延びている。各コイル５０は、ティース４２に巻き付けられているため、ティース４２を挟んで両側に一対の直線部分５１が存在する。

湾曲部分５２は、直線部分５１から延びている。湾曲部分５２は、中心軸線ＣＡに沿う方向でのステータコア４０の第１端から突出している。そして、湾曲部分５２は、異なるスロット４３内に位置する２つの直線部分５１の端同士を繋いでいる。本実施形態では、隣り合う２つの直線部分５１の端同士を繋いでいる。各コイル５０は、ティース４２に巻き付けられているため、ティース４２を挟んで両側に一対の湾曲部分５２が存在する。つまり、中心軸線ＣＡに沿う方向でのステータコア４０の第１端と反対の第２端側においても、湾曲部分５２が突出している。湾曲部分５２は、同様に、ステータコア４０の第２端側においても、隣り合う２つの直線部分５１の端同士を繋いでいる。

引き出し線５３は、ステータコア４０の第１端側、すなわち図１における上側の湾曲部分５２に接続している。引き出し線５３は、１つのコイル５０につき１つ存在する。上述したとおり、各コイル５０は周方向に並んでいるため、各引き出し線５３も周方向に並んでいる。各引き出し線５３は、コイル５０の第１端を含む部分である。引き出し線５３は、湾曲部分５２から視て、ステータコア４０とは反対側にまで延びている。すなわち、引き出し線５３は、ステータコア４０の第１端側の湾曲部分５２から飛び出している。この実施形態では、各引き出し線５３は、中心軸線ＣＡに沿って延びている。

各引き出し線５３は、コイル５０を電力線に接続するための端子台、又は、同一相の他のコイル５０の第２端に接続されている。具体的には、特定のコイル５０の引き出し線５３は、端子台に接続されている。そして、この特定のコイル５０における引き出し線５３とは反対側の第２端は、３つ隣りのコイル５０の引き出し線５３に接続されている。このようにして同一相の４つのコイル５０が互いに電気的に接続されている。なお、図面では、引き出し線５３と端子台との間の配線、及び引き出し線５３と他のコイル５０の第２端との間の配線の図示を省略している。

＜絶縁体について＞
図３、及び図４に示すように、第１絶縁体６１は、帯状である。第１絶縁体６１の材質は、合成樹脂である。第１絶縁体６１の材質の例は、エポキシ樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂等である。第１絶縁体６１は、複数の引き出し線５３を、中心軸線ＣＡ中心とする周方向に繋ぐように延びている。本実施形態では、第１絶縁体６１は、すべての引き出し線５３と接触している。そして、第１絶縁体６１は、中心軸線ＣＡに沿う方向から視たときに、環状になっている。

第２絶縁体６２は、帯状である。第２絶縁体６２の材質は、第１絶縁体６１と同様に合成樹脂である。第２絶縁体６２は、第１絶縁体６１と同様に、複数の引き出し線５３を、中心軸線ＣＡ中心とする周方向に繋ぐように延びている。本実施形態では、第２絶縁体６２は、すべての引き出し線５３と接触している。そして、第２絶縁体６２は、中心軸線ＣＡに沿う方向から視たときに、環状になっている。なお、図３において第２絶縁体６２を破線で、第１絶縁体６１を実線で図示している。

ここで、引き出し線５３から視て、中心軸線ＣＡ側を内側、及びその反対側を外側とする。
図３に示すように、中心軸線ＣＡに沿う方向において、ステータコア４０の第１端側には、１２個の引き出し線５３が存在する。ここで、特定の引き出し線５３を１番目の引き出し線５３とする。そして、ステータコア４０の周方向において、１番目から１２番目までの引き出し線５３が並んでいるものとする。このとき、第１絶縁体６１は、奇数番目の引き出し線５３の内側を通過する。また、第１絶縁体６１は、偶数番目の引き出し線５３の外側を通過する。これに対して、第２絶縁体６２は、奇数番目の引き出し線５３の外側を通過する。また、第２絶縁体６２は、偶数番目の引き出し線５３の内側を通過する。すなわち、第１絶縁体６１及び第２絶縁体６２は、ステータコア４０の周方向において、１つの引き出し線５３毎に、引き出し線５３に対する内側及び外側が互い違いとなるように延びている。

図４に示すように、第１絶縁体６１及び第２絶縁体６２は、いずれも、たるみがなく、ある程度の張力が発生した状態で、各コイル５０に取り付けられている。したがって、第１絶縁体６１は、奇数番目の引き出し線５３の内側の面に接触しており、奇数番目の引き出し線５３を内側から外側に向けて押し付けている。一方、第２絶縁体６２は、奇数番目の引き出し線５３の外側の面に接触しており、奇数番目の引き出し線５３を外側から内側に向けて押し付けている。その結果、奇数番目の引き出し線５３は、第１絶縁体６１及び第２絶縁体６２に挟み込まれている。同様に、第１絶縁体６１は、偶数番目の引き出し線５３の外側の面に接触しており、偶数番目の引き出し線５３を外側から内側に向けて押し付けている。一方、第２絶縁体６２は、偶数番目の引き出し線５３の内側の面に接触しており、偶数番目の引き出し線５３を内側から外側に向けて押し付けている。その結果、偶数番目の引き出し線５３は、第１絶縁体６１及び第２絶縁体６２に挟み込まれている。

＜本実施形態の作用について＞
上記実施形態の電動機１０を、例えば駆動源として車両に搭載したとする。この場合、例えば、電動機１０のステータ３０にオイルを噴射して、ステータ３０を冷却することがある。ステータ３０に噴射されたオイルは、コイル５０の表面を伝いつつ重力に従って滴下されていく。

＜本実施形態の効果について＞
（１）上記実施形態において、第１絶縁体６１及び第２絶縁体６２は、引き出し線５３に対する内側外側が互い違いになっている。そのため、図３に示すように、第１絶縁体６１及び第２絶縁体６２の間には、空隙が生じている。そして、仮に、ステータ３０にオイルを噴射したとする。すると、オイルは、第１絶縁体６１及び第２絶縁体６２の間の空隙を通過して、コイル５０の湾曲部分５２及び引き出し線５３に直接触れることが可能である。そのため、仮に、コイル５０の一部を合成樹脂で覆う構成に比較してコイル５０が冷却されやすい。

（２）上記実施形態において、各コイル５０は、第１絶縁体６１及び第２絶縁体６２で挟み込まれている。また、第１絶縁体６１及び第２絶縁体６２は、たるみなく、ある程度の張力が発生した状態で、各コイル５０に取り付けられている。そして、全ての引き出し線５３が第１絶縁体６１及び第２絶縁体６２によって繋がれていることから、各引き出し線５３が、第１絶縁体６１及び第２絶縁体６２を介して互いに拘束されたような状態になっている。したがって、ロータ２０が回転してコイル５０に振動が発生した場合であっても、第１絶縁体６１及び第２絶縁体６２によって、引き出し線５３の振動が抑制される。また、第１絶縁体６１及び第２絶縁体６２が引き出し線５３から脱落することも抑制できる。

（３）上記実施形態では、第１絶縁体６１及び第２絶縁体６２を引き出し線５３に取り付けるにあたり、コイル５０の設計変更等は不要である。したがって、汎用的に適用できる技術である。

（４）上記実施形態では、例えば合成樹脂を硬化させるための加熱処理を経ることなくコイル５０に第１絶縁体６１及び第２絶縁体６２を取り付けることができる。したがって、製造上の加熱によって、コイル５０等に特性の変化が生じることはない。

＜変更例＞
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

・上記実施形態において、第１絶縁体６１及び第２絶縁体６２は、同一の絶縁体であってもよい。例えば、１つの帯状の絶縁体を、中心軸線ＣＡを中心として２周に亘って延びるようにコイル５０に取り付けたとする。この絶縁体のうち、１周目に引き出し線５３に巻き掛けたものを第１絶縁体６１とし、２周目に巻き掛けたものを第２絶縁体６２としてもよい。

・上記実施形態において、コイル５０の数は、上記実施形態の例に限定されない。１２個未満でもよいし、１２個より多くてもよい。同様に、ティース４２の数もコイル５０の数に応じて設けるとよい。

・上記実施形態において、コイル５０は集中巻きでなくてもよい。例えば、コイル５０は、複数のティース４２に跨って巻き掛けられる分布巻きでもよい。どのような巻き方であったとしても、各コイル５０が引き出し線５３を有していれば、上記の第１絶縁体６１及び第２絶縁体６２に関する技術を適用でき得る。

・上記実施形態において、引き出し線５３は、コイル５０の端の部分でなくてもよい。例えば、湾曲部分５２の途中に引き出し線５３が存在していてもよい。コイル５０において、湾曲部分５２から視てステータコア４０と反対側に延びている箇所が存在すれば、その箇所を引き出し線５３として、当該引き出し線５３に第１絶縁体６１及び第２絶縁体６２を取り付ければよい。

・上記実施形態において、第１絶縁体６１及び第２絶縁体６２は、帯状でなくてもよい。例えば、紐状であってもよいし、中空のチューブ状であってもよい。第１絶縁体６１及び第２絶縁体６２は、引き出し線５３を繋ぐようにして周方向に延びていれば、その断面形状は問わない。

・上記実施形態において、第１絶縁体６１及び第２絶縁体６２の材質は、上記実施形態の例に限定されない。ある程度の弾性を有し、且つ絶縁性を有するならば、第１絶縁体６１及び第２絶縁体６２の材質として採用し得る。

・上記実施形態において、第１絶縁体６１及び第２絶縁体６２は、周方向において、２つの引き出し線５３毎に、引き出し線５３に対する内側及び外側が互い違いとなるように延びていてもよい。

・上記実施形態において、ステータコア４０における第１端側だけでなく、第２端側にも、引き出し線５３が存在していてもよい。このように、ステータコア４０の両側に引き出し線５３が存在する場合、第１端側及び第２端側の少なくとも何れか一方側の引き出し線５３に、上記第１絶縁体６１及び第２絶縁体６２が取り付けられていればよい。

ＣＡ…中心軸線
１０…電動機
２０…ロータ
２１…ロータシャフト
２２…ロータコア
３０…ステータ
４０…ステータコア
４１…コア本体
４２…ティース
４３…スロット
５０…コイル
５１…直線部分
５２…湾曲部分
５３…引き出し線
６１…第１絶縁体
６２…第２絶縁体

Claims (1)

1. 中心軸線を有する円筒状のコア本体、及び前記コア本体の内周面から前記中心軸線に向かって延びており、前記中心軸線を中心とする周方向に並んでいる複数のティースを有するステータコアと、
   前記ティースに取り付けられている複数のコイルと、
   を備えており、
   前記各コイルは、
   隣り合う前記ティース同士の間の空間であるスロット内に位置している直線部分と、
   前記中心軸線に沿う方向での前記ステータコアの端から突出しており、異なる前記スロット内に位置する２つの前記直線部分の端同士を繋いでいる湾曲部分と、
   前記湾曲部分から視て、前記ステータコアとは反対側にまで延びている引き出し線と、
   を有しており、
   複数の前記引き出し線を、前記周方向に繋ぐように延びている第１絶縁体と、
   複数の前記引き出し線を、前記周方向に繋ぐように延びている第２絶縁体と、
   をさらに備えており、
   前記引き出し線から視て前記中心軸線側を内側、及びその反対側を外側としたとき、
   前記第１絶縁体及び前記第２絶縁体は、前記周方向において、１又は２つの前記引き出し線毎に、前記引き出し線に対する内側及び外側が互い違いとなるように延びており、
   且つ、複数の前記引き出し線は、前記第１絶縁体及び前記第２絶縁体に挟み込まれている
   ステータ。

Images