JP2023086465A

JP2023086465A - ステータ

Info

Publication number: JP2023086465A
Application number: JP2021200998A
Authority: JP
Inventors: 裕一久戸瀬; Yuichi Kudose; 圭太岩屋; Keita Iwaya; 貴晴室岡; Takaharu Murooka; 悠介山本; Yusuke Yamamoto
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2021-12-10
Filing date: 2021-12-10
Publication date: 2023-06-22

Abstract

【課題】コイル端子の位置ずれが抑制されるステータを提供することを課題とする。【解決手段】ステータ１０は、環状のステータコア１２と、ステータコアの軸方向端部に突出したコイルエンド部３１ｂを備えたコイル本体部と、コイル本体部と接合されてステータコアの外部へ引き出されると共に端部にコイル端子５２Ｕ，５２Ｖ，５２Ｗが設けられた動力線５０Ｕ，５０Ｖ，５０Ｗと、コイルエンド部を覆う第１樹脂モールド部６２と、コイル本体部と動力線とを接合する接合部を覆う第２樹脂モールド部６４Ｕ，６４Ｖ，６４Ｗと、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、ステータに関する。

従来、三相コイルが有するコイルエンド部と、その三相コイルの入力側端部と動力線とを接合する接合部とを一体に固定する樹脂モールドを備えたステータが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１のステータは、コイルエンド部と接合部とを樹脂モールドによって一体に固定することで、動力線を安定して固定できるとしている。

特開２０１９－６８４９４号公報

ところで、動力線は、三相コイルが位置する側とは反対側に、コイル端子を備えている。コイル端子は、ボルトによって端子台に取り付けられる。このため、コイル端子は、端子台に設けられたボルト締結用孔に対して位置決めされることが求められる。しかしながら、特許文献１に開示されたステータでは、コイルエンド部と接合部とを一体に固定する樹脂モールドを形成する樹脂が硬化する際に、その樹脂の収縮に伴って、動力線の位置が変化し、コイル端子の位置がずれることがある。コイル端子の位置がずれると、コイル端子を端子台に装着することが困難となる。

そこで、本明細書開示の発明は、コイル端子の位置ずれが抑制されるステータを提供することを課題とする。

本明細書開示のステータは、環状のステータコアと、前記ステータコアの軸方向端部に突出したコイルエンド部を備えたコイル本体部と、前記コイル本体部と接合されて前記ステータコアの外部へ引き出されると共に端部にコイル端子が設けられた動力線と、前記コイルエンド部を覆う第１樹脂モールド部と、前記コイル本体部と前記動力線とを接合する接合部を覆う第２樹脂モールド部と、を備える。

本明細書開示の発明は、コイル端子の位置ずれが抑制されるステータを提供することができる。

図１は第１実施形態のステータの斜視図である。図２は第１実施形態のステータの平面図である。図３は図２におけるＸ１－Ｘ１線断面図である。図４は比較例のステータの平面図である。図５は図４におけるＸ２－Ｘ２線断面図である。図６は第２実施形態のステータの平面図である。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては細部が省略されて描かれている場合もある。さらに、各図間に描かれている各要素の縮尺が異なっている場合がある。

（第１実施形態）
＜ステータの構成＞
まず、図１から図３を参照して、第１実施形態のステータ１０について説明する。ステータ１０は、ステータコア１２と、コイル本体部３０と、動力線５０（５０Ｕ，５０Ｖ，５０Ｗ）と、第１樹脂モールド部６２と、第２樹脂モールド部６４とを備える。ステータコア１２は、環状とされており、ステータ１０の内側には円柱状の空間が形成されている。この空間に図示しないロータが回転自在に設置されることによって、回転電機が構成される。なお、以下の説明では、ステータの軸方向、周方向及び径方向は、図１に示す方向に設定されているものとする。

ステータコア１２は、概ね円筒状をなす磁性体部品である。ステータコア１２は、例えば、電磁鋼板等の磁性板を軸方向に積層することにより形成される。また、ステータコア１２は、周方向に沿って延びる円環状のヨーク１４と、ヨーク１４の内周面より径方向内側へ突出する複数のティース１６とを含む。複数のティース１６は、周方向に互いに間隔をおいて配置されている。周方向に隣接する２つのティース１６間には、スロット１８が形成されている。スロット１８は、径方向内側に開口するとともに軸方向両側において開口した溝状に形成されている。

ステータコア１２の外周面には、取付部２０が形成されている。取付部２０は、ステータ１０の軸方向に延在しており、径方向外側へ突出した部分に、軸方向に沿って延びる貫通孔２２が設けられている。貫通孔２２には、図示しないボルトが挿通され、ステータ１０が図示しないケースに固定される。本実施形態には、このような取付部２０が周方向に等間隔で３つ設けられている。

コイル本体部３０は、ステータコア１２のティース１６に間に複数のセグメント導体（図３参照）が配置されることで形成されたセグメントコイルとして設けられている。なお、コイル本体部は、ステータコアのティースに集中巻で巻装されて形成された形態であってもよい。

セグメント導体３４は、略Ｕ字状をなす平角導線であり、これが複数組み合わされることで、セグメントコイルが形成されている。セグメント導体３４自体は、従来用いられているものであるので、その全体像の図示は省略するが、各セグメント導体３４は、２本の直線部分とこの直線部分を繋ぐ連接部分を備えるが、２本の直線部分の先端部以外は絶縁皮膜によって覆われている。セグメントコイルは、例えば、次のように構成される。セグメント導体３４の２本の直線部分を軸方向一方向側から、周方向へ所定数のスロット１８を隔てた２つのスロット１８に挿入する。続いて、軸方向他方向側においてスロット１８から突出した直線部分の先端部を他のセグメント導体３４と接近するように折り曲げる。そして、径方向において互いに隣接する別のセグメント導体３４の直線部分の先端部に溶接等によって接合される。これにより、所定数のスロット１８を隔てた複数のティース１６に跨って巻回されたセグメントコイルが構成される。

コイル本体部３０は、三相コイル、つまり、Ｕ相コイル３２Ｕ、Ｖ相コイル３２Ｖ、Ｗ相コイル３２Ｗを含む。Ｕ相コイル３２Ｕは、複数のセグメントコイルが渡り線（又はバスバ）などによって直列接続されて構成される。Ｖ相コイル３２Ｖ及びＷ相コイル３２Ｗも同様に、複数のセグメントコイルが渡り線（又はバスバ）などによって直列接続されて構成される。

各相コイル３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗの各一端部は、図示しない中性点において互いに電気的に接続されている。他方、各相コイル３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗの各他端部（入力側端部）は、径方向外側に引き出されて、各相の動力線５０Ｕ，５０Ｖ，５０Ｗの一端部にそれぞれ接続されている。

各相の動力線５０Ｕ，５０Ｖ，５０Ｗの他端部には、コイル端子５２Ｕ，５２Ｖ，５２Ｗが設けられている。コイル端子５２Ｕ，５２Ｖ，５２Ｗは、図示しないインバータ等の外部電気回路に接続される。これにより、コイル本体部３０は、外部電気回路から三相交流電圧が印加可能な状態となる。

図３を参照すると、Ｗ相コイル３２Ｗの入力側端部である引き出し線３６Ｗは、ステータコア１２の内周側から径方向外側へ延出する径方向部分３８ａと、軸方向に沿って曲がった軸方向部分３８ｂとを有する。引き出し線３６Ｕの軸方向部分３８ｂの先端は、接合部４０においてＷ相動力線５０Ｗの一端部と接合されている。接合部４０は、例えば、溶接などによって形成されている。Ｗ相動力線５０Ｗは、接合部４０から引き出し線３６Ｗの軸方向部分３８ｂに沿って延び、その後、屈曲されてコイル端子５２Ｗが設けられた他端部まで延びている。

Ｕ相コイル３２Ｕ及びＶ相コイルの各引き出し線についても、Ｗ相コイル３２Ｗと同様に、接合部４０を介してＵ相動力線５０Ｕ及びＶ相動力線５０Ｖの各一端部にそれぞれ接続されている。接合部４０は、各相について形成されており、各接合部４０は、ステータコア１２の外周面よりも径方向外側に位置している。

コイル本体部３０は、その軸方向の一方向端部にコイルエンド部３１ａを備える。また、コイル本体部３０は、その軸方向の他方向端部にコイルエンド部３１ｂを備える。他方向端部に設けられたコイルエンド部３１ｂには、コイルエンド部３１ｂを覆う第１樹脂モールド部６２が設けられている。

一方、各相についての接合部４０には、各接合部を覆う第２樹脂モールド部６４Ｕ，６４Ｖ，６４Ｗが設けられている。

ここで、第１樹脂モールド部６２と第２樹脂モールド部６４Ｕ，６４Ｖ，６４Ｗについて、詳細に説明する。

［第１樹脂モールド部］
まず、第１樹脂モールド部６２について説明する。第１樹脂モールド部６２は、ステータコア１２の軸方向の他方向端部に突出したコイルエンド部３１ｂを覆うように形成されている。コイルエンド部３１ｂは、環状に形成されているため、第１樹脂モールド部６２もこれに倣って環状に形成されている。第１樹脂モールド部６２は、例えば、ワニス等の絶縁性樹脂によって好適に構成されるが、これに限定されるものではなく、例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂によって構成されてもよい。また、従来公知の樹脂材料の中から、適宜選択することができる。なお、コイル本体部３０は、通電されると発熱するが、第１樹脂モールド部６２の材料として、コイル本体部３０の線膨張係数と近い線膨張係数を有する材料を選定することで、第１樹脂モールド部６２におけるクラックの発生を抑制することができる。

［第２樹脂モールド部］
つぎに、第２樹脂モールド部６４Ｕ，６４Ｖ，６４Ｗについて説明する。第２樹脂モールド部６４Ｕ，６４Ｖ，６４Ｗは、いずれも、第１樹脂モールド部６２とは、分離された状態で形成されている。これにより、各動力線の端部に設けられたコイル端子５２Ｕ，５２Ｖ，５２Ｗの位置ずれを抑制することができる。第２樹脂モールド部６４Ｕ，６４Ｖ，６４Ｗは、第１樹脂モールド部６２と同様に、例えば、ワニス等の絶縁性樹脂や、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂によって構成される。本実施形態では、第２樹脂モールド部６４Ｕ，６４Ｖ，６４Ｗと、第１樹脂モールド部６２とは、同一の樹脂材料によって形成されているが、両者を異なる樹脂材料を選定するようにしてもよい。異なる樹脂材料を選定する場合は、樹脂材料の硬化時の収縮率に着目して選定する。具体的に、第２樹脂モールド部６４Ｕ，６４Ｖ，６４Ｗを形成する樹脂材料は、できるだけ、硬化時の収縮率が小さいものを選定することが望ましい。収縮率が小さい材料を選定することで、樹脂材料の硬化時における第２樹脂モールド部６４Ｕ，６４Ｖ，６４Ｗの変形が小さくなる。この結果、動力線５０Ｕ，５０Ｖ，５０Ｗの移動量が小さくなり、ひいては、コイル端子５２Ｕ，５２Ｖ，５２Ｗの位置ずれが小さくなるからである。

＜効果＞
ここで、第１樹脂モールド部６２と、これと分離している第２樹脂モールド部６４Ｕ，６４Ｖ，６４Ｗを設けることの効果について、図４及び図５に示す比較例のステータ１００と対比して説明する。なお、図４は、比較例のステータ１００の平面図であり、図５は図４におけるＸ２－Ｘ２線断面図であるが、第１実施形態のステータ１０と共通する構成要素については、同一の参照番号を用いて説明する。

比較例のステータ１００は、その軸方向の他方向端部に第１実施形態のステータ１０と同様にコイルエンド部３１ｂを備え、さらに、このコイルエンド部３１ｂを覆う樹脂モールド部１６０を備える。但し、この樹脂モールド部１６０は、第１実施形態とは異なり、コイルエンド部３１ｂを覆うコイルエンド固定部１６０ａと動力線１５０Ｕ，１５０Ｖ，１５０Ｗ毎に設けられた接合部４０を覆う３つの接合部固定部１６０ｂが一体に設けられている。樹脂モールド部１６０は、単一の樹脂材料によって形成されている。このため、樹脂モールド部１６０の硬化時には、その全体が収縮するため、接合部４０を覆っている接合部固定部１６０ｂは、コイルエンド固定部１６０ａに相当する部分の収縮の影響も受けると考えられる。つまり、樹脂モールド部１６０の寸法は、本実施形態における第２樹脂モールド部６４Ｕ，６４Ｖ，６４Ｗの一つ一つの寸法と比較して大きいため、そう変形量が大きくなる。この結果、比較例では、接合部４０の移動量が大きくなり、ひいては、動力線１５０Ｕ，１５０Ｖ，１５０Ｗの端部に設けられたコイル端子１５２Ｕ，１５２Ｖ，１５２Ｗの位置ずれ量が大きくなる。

これに対し、本実施形態では、第１樹脂モールド部６２と、これと分離している第２樹脂モールド部６４Ｕ，６４Ｖ，６４Ｗが設けられている。このため、樹脂材料の硬化時において、第２樹脂モールド部６４Ｕ，６４Ｖ，６４Ｗが第１樹脂モールド部６２の影響を受けることがない。この結果、コイル端子５２Ｕ，５２Ｖ，５２Ｗの位置ずれが抑制される。

（第２実施形態）
つぎに、図６を参照して、第２実施形態について説明する。第２実施形態のステータ７０は、第１実施形態における第１樹脂モールド部６２に代えて第１樹脂モールド部７２を備える。また、ステータ７０は、第１実施形態における第２樹脂モールド部６４Ｕ，６４Ｖ，６４Ｗに代えて第２樹脂モールド部７４Ｕ，７４Ｖ，７４Ｗを備える。第１樹脂モールド部７２と、第２樹脂モールド部７４Ｕ，７４Ｖ，７４Ｗとは、その位置関係を分かり易くするために、異なる網掛けを付して示している。なお、第１実施形態と第２実施形態とにおいて、共通する構成要素については、図面中、同一の参照番号を用いる。

第１樹脂モールド部７２と第２樹脂モールド部７４Ｕ，７４Ｖ，７４Ｗは、一体に設けられているが、両者の硬化時の収縮量（収縮率）は異なっている。具体的に、第２樹脂モールド部７４Ｕ，７４Ｖ，７４Ｗを形成する樹脂材料として、硬化時の収縮量（収縮率）が小さい材料を選定している。これにより、動力線５０Ｕ，５０Ｖ，５０Ｗの移動量が小さくなり、ひいては、コイル端子５２Ｕ，５２Ｖ，５２Ｗの位置ずれ量を小さくすることができる。

第２樹脂モールド部７４Ｕ，７４Ｖ，７４Ｗは、ステータ７０の製造時において、第１樹脂モールド部７２の形成工程とは、別工程によって形成することができる。例えば、第１樹脂モールド部７２を先に形成し、第１樹脂モールド部７２における樹脂の硬化が完了した後に、第２樹脂モールド部７４Ｕ，７４Ｖ，７４Ｗを形成する。これにより、動力線５０Ｕ，５０Ｖ，５０Ｗは、第１樹脂モールド部７２の硬化時の収縮の影響を受けることがなく、コイル端子５２Ｕ，５２Ｖ，５２Ｗの位置ずれ量を小さくすることができる。

なお、第２実施形態のステータ７０では、第１樹脂モールド部７２と第２樹脂モールド部７４Ｕ，７４Ｖ，７４Ｗは、一体に設けられているが、両者の線膨張係数は異なっている。ステータ７０は、コイル本体部が通電されることで発熱するため、第１樹脂モールド部７２と第２樹脂モールド部７４Ｕ，７４Ｖ，７４Ｗは繰り返しの熱ストレスを受ける。第１樹脂モールド部７２と第２樹脂モールド部７４Ｕ，７４Ｖ，７４Ｗは、それぞれ、線膨張係数が異なる部材を包含していることから、繰り返しの熱ストレスを受けることで、クラックを生じさせる可能性がある。

そこで、第２実施形態では、第１樹脂モールド部７２の線膨張係数と第２樹脂モールド部７４Ｕ，７４Ｖ，７４Ｗの線膨張係数を異ならせておくことで、繰り返しの熱ストレスを受けることに起因するクラックの発生位置を制御する。具体的に、繰り返しの熱ストレスに起因するクラックを第１樹脂モールド部７２と第２樹脂モールド部７４Ｕ，７４Ｖ，７４Ｗとの接合位置に発生させる。これにより、コイルエンド部３１ｂを覆っている第１樹脂モールド部７２や、接合部４０を覆っている第２樹脂モールド部７４Ｕ，７４Ｖ，７４Ｗにおけるクラックの発生を抑制することができる。つまり、第１樹脂モールド部７２の線膨張係数と第２樹脂モールド部７４Ｕ，７４Ｖ，７４Ｗの線膨張係数を異ならせておき、材料間の線膨張係数の相違に起因する寸法変化を第１樹脂モールド部７２と第２樹脂モールド部７４Ｕ，７４Ｖ，７４Ｗとの接合位置で吸収する。

以上のように、本明細書開示のステータによれば、第１樹脂モールド部と第２樹脂モールド部とを備えるため、コイル端子の位置ずれを抑制することができる。

上記実施形態は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。

１０、７０、１００ステータ１２ステータコア
１４ヨーク１６ティース
１８スロット２０取付部
２２貫通孔３０コイル本体部
３１ａ，３１ｂコイルエンド部３２ＵＵ相コイル
３２ＶＶ相コイル３２ＷＷ相コイル
３４セグメント導体３６Ｕ、３６Ｖ、３６Ｗ引き出し線
３８ａ径方向部分３８ｂ軸方向部分
４０接合部５０動力線
５０ＵＵ相動力線５０ＶＶ相動力線
５０ＷＷ相動力線５２、５２Ｖ、５２Ｗコイル端子
６２、７２第１樹脂モールド部
６４Ｕ、６４Ｖ、６４Ｗ、７４Ｕ、７４Ｖ、７４Ｗ第２樹脂モールド部

Claims

環状のステータコアと、
前記ステータコアの軸方向端部に突出したコイルエンド部を備えたコイル本体部と、
前記コイル本体部と接合されて前記ステータコアの外部へ引き出されると共に端部にコイル端子が設けられた動力線と、
前記コイルエンド部を覆う第１樹脂モールド部と、
前記コイル本体部と前記動力線とを接合する接合部を覆う第２樹脂モールド部と、
を備えたステータ。