JP5533285B2

JP5533285B2 - 絶縁部材、ステータの製造方法

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Publication number: JP5533285B2
Application number: JP2010128920A
Authority: JP
Inventors: 康浩遠藤; 正雄奥村
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-06-04
Filing date: 2010-06-04
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2030-06-04
Also published as: JP2011254689A

Description

本発明は、絶縁部材と、ステータの製造方法とに関し、特に、コイルとステータコアとの間に配置されコイルをステータコアから絶縁する絶縁部材と、その絶縁部材を備えるステータの製造方法とに関する。

回転電機のステータに使用される絶縁部材に関し、従来、種々の技術が提案されている。たとえば、特許文献１には、電動機固定子鉄心の各ティース部に分割して挿入され、挿入始端がティース部に挿入するように開口し、挿入終端まで挿入される絶縁部材において、挿入始端の開口巾を電動機固定子鉄心のティース巾よりも狭くした構成が開示されている。

また、特許文献２には、橋絡部により連結されたティースとスロットとを交互に有している鉄心本体には、ヨーク鉄心，プラスチック製の絶縁カバーが嵌着され、絶縁カバーは、ティースの端面を覆うティース絶縁部，橋絡部の端面を覆う橋絡部絶縁部，スロットの内面を覆うスロット絶縁部を有しており、内周側コイルのコイル辺が挿入されるスロット絶縁部の底部をスロットの底部に密着させ、外周側コイルのコイル辺が挿入されるスロット絶縁部の底部をスロットの底部から離間させている構成が開示されている。

特開２００２−１０１５９０号公報特開平６−２０５５５７号公報

一つのステータティースにコイル線が集中的に巻回された集中巻きのステータでは、ステータコアのティース部の周囲を取り囲む形状の絶縁部材を介在させて、リング状のコイルをステータティースの周囲に配置して、コイルをステータコアから絶縁する。

回転電機に電流を供給してロータを回転させたとき、回転に際して一定の周期および幅でトルクが変動する状態（トルクリップル）が発生する。集中巻きステータのトルクリップル対策として、トルクを増大させ所定のトルクを確保するために、ステータコアの軸方向の寸法を増大させる場合がある。その場合、ステータコアとコイルとの間の絶縁を目的とした絶縁部材の寸法は、ステータコアの寸法に比例して、軸方向に長くなる。樹脂成形品の絶縁部材を成形する際にはゲートから金型内へ樹脂を注入するが、軸方向寸法の大きい絶縁部材の場合、注入された樹脂材料が金型の内部全体に流れる前に樹脂が固まってしまい、絶縁部材の成形が困難である問題があった。

また、予めリング状に形成されたコイルを絶縁部材の周囲に組み付ける場合、絶縁部材を一部変形させて、リング状のコイルに絶縁部材を挿通する。樹脂成形品の絶縁部材に応力を加えて変形させたときの絶縁部材の変形量が、絶縁部材を形成する樹脂材料の持つ強度限界を超えると、絶縁部材は割れたり破壊したりしてしまう。特に、コイルからステータコアへの放熱性能を向上させる目的で薄肉に形成された絶縁部材では、絶縁部材に僅かなたわみを加えただけで、絶縁部材に割れまたは変形が発生する問題があった。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、容易に成形でき、ステータの組み付け時に割れや破壊が発生するのを抑制できる、絶縁部材を提供することである。

本発明に係る絶縁部材は、複数のステータティースを有する環状のステータコアとステータティースに巻回されたコイルとの間に配置され、コイルをステータコアから絶縁する樹脂成形品の絶縁部材であって、ステータティースの周方向一方側の側面を覆う第一部材と、ステータティースの周方向他方側の側面を覆う第二部材と、を備える。第一部材および第二部材は、ステータティースの周方向の側面に対向する側面対向部と、側面対向部の軸方向の端部に形成され、ステータコアの軸方向の端面に対向する一対の端面対向部と、周方向において側面対向部から離れる側の端面対向部の端部に形成され、端面対向部に対しステータコアから離れる側に突出する突出部とを有する。第一部材の突出部と、第二部材の突出部とは、周方向に分離されている。

上記絶縁部材において好ましくは、側面対向部は、絶縁部材の他の部分よりも薄肉に形成されている。

上記絶縁部材において好ましくは、ステータコアは、環状のヨーク部を有し、絶縁部材は、ヨーク部の内周面に対向するヨーク対向部を有し、ヨーク対向部は、絶縁部材の他の部分よりも薄肉に形成されている。

上記絶縁部材において好ましくは、絶縁部材は、ヨーク対向部との間にコイルを保持するコイル保持部を有する。

上記絶縁部材において好ましくは、絶縁部材には、表面の一部が相対的に窪んだ凹部が形成されている。

上記絶縁部材において好ましくは、コイルは、ステータティースに集中巻きにて巻回されている。

本発明に係るステータの製造方法は、複数のステータティースを有する環状のステータコアを準備する工程と、ステータティースに巻回されるコイルを準備する工程と、ステータコアとコイルとの間に配置されコイルをステータコアから絶縁する樹脂成形品の絶縁部材であって、ステータティースの周方向一方側の側面を覆う第一部材と、ステータティースの周方向他方側の側面を覆う第二部材と、を含む絶縁部材を準備する工程と、ステータティースの一部を絶縁部材に嵌入する工程と、第一部材と第二部材とを周方向に接近させる工程と、絶縁部材の周囲にコイルを装着する工程と、絶縁部材とコイルとを一体として径方向に移動させてステータティースの周囲に配置する工程と、を備える。

本発明の絶縁部材によると、容易に成形することができ、ステータの組み付け時に割れや破壊が発生するのを抑制することができる。

本実施の形態に係る絶縁部材を備える回転電機の概略構成を示す側断面図である。図１に示すＩＩ−ＩＩ線に沿った、ステータの断面図である。図２に示すステータの一部を拡大視した拡大断面図である。インシュレータの斜視図である。図４中のＶ−Ｖ線に沿うインシュレータの断面図である。インシュレータに装着されたコイルがステータティースに装着された状態の斜視図である。図６に示すＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った、インシュレータにコイルが装着された状態の断面図である。コイルユニットの分解斜視図である。図８中に示すＩＸ−ＩＸ線に沿う、コイルユニットの断面図である。ステータティースの一部をインシュレータに嵌入した状態を示す断面模式図である。第一部材と第二部材とを周方向に接近させた状態を示す断面模式図である。インシュレータの周囲にコイルを装着した状態を示す断面模式図である。インシュレータとコイルとを径方向に移動させた状態を示す断面模式図である。

以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。

図１は、本実施の形態に係る絶縁部材を備える回転電機１００の概略構成を示す側断面図である。図１に示すように、回転電機１００は、回転中心線Ｏを中心に回転可能に支持された回転シャフト１１０と、この回転シャフト１１０に固設され、回転シャフト１１０と共に回転可能に設けられたロータ１２０と、このロータ１２０の周囲に設けられた環状のステータ１４０とを備える。回転電機１００は、典型的には、ハイブリッド車両に搭載され、車輪を駆動する駆動源や、エンジンなどの動力によって電気を発電する発電機として機能する。また、回転電機１００は、エンジンを備えずに電力のみで走行する電気自動車や、燃料を用いて電気エネルギを発生する燃料電池を車載電源として備える燃料電池車にも適用可能である。

ロータ１２０は、複数の電磁鋼板などを軸方向ＤＲ２に積層して構成されたロータコア１２５と、ロータコア１２５に形成された磁石挿入孔１２６内に挿入された永久磁石１２３と、ロータコア１２５の軸方向ＤＲ２の端面に設けられたエンドプレート１２２とを備える。永久磁石１２３は、磁石挿入孔１２６内に充填された樹脂１２４によって接着固定されている。

ステータ１４０は、環状に形成されており、ロータ１２０の周囲を取り囲むように環状に形成されたステータコア１４１と、ステータコア１４１に装着されたＵ相コイル１８０Ｕ，Ｖ相コイル１８０Ｖ，Ｗ相コイル１８０Ｗとを備える。ステータコア１４１は、複数の電磁鋼板３００が軸方向ＤＲ２に積層されて構成されている。なおステータコア１４１は、鉄粒子などの磁性粒子と樹脂などの絶縁物とを含む混合物を加圧成形した圧粉磁心から形成されてもよい。

ステータ１４０（ステータコア１４１）の軸方向端面１７７，１７８には、絶縁性のモールド樹脂１７２が形成されている。このモールド樹脂１７２は、たとえばＢＭＣ（Bulk Molding Compound）、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂や、ＰＰＳ（Polyphenylene Sulfide）、ＰＢＴ（Polybutylene Terephthalate）などの熱可塑性樹脂などを含んでいる。

ステータコア１４１は、環状に延びるヨーク部本体１７０と、ヨーク部本体１７０から突出する複数のステータティース１７１とを備える。ステータティース１７１は、ステータコア１４１のティース部を形成し、ヨーク部本体１７０の内周面から径方向ＤＲ３内方に向けて突出する。

図２は、図１に示すＩＩ−ＩＩ線に沿った、ステータ１４０の断面図である。図２に示すように、ステータ１４０は、環状に配列された複数の分割ステータコア１７５と、分割ステータコア１７５に装着されたインシュレータ１６０と、インシュレータ１６０を介在させて分割ステータコア１７５に装着されたコイル１８０とを備える。

各々の分割ステータコア１７５は、ステータ１４０の周方向ＤＲ１に延びる円環状のヨーク部１７６と、ヨーク部１７６からステータ１４０の径方向ＤＲ３内方に向けて突出するステータティース１７１とを備える。ステータティース１７１は、ステータコア１４１の内周面１４２側に形成されている。ステータティース１７１は、ステータ１４０の周方向ＤＲ１に沿って、等間隔に形成されている。複数の分割ステータコア１７５は、分割ステータコア１７５の外周側に環状のリングが装着されて一体に固定されてもよく、ステータ１４０を収容するケースに分割ステータコア１７５の外周面が接触することで固定されてもよい。

ヨーク部１７６の表面のうち、ステータ１４０の周方向ＤＲ１に配列される周方向端面１９０，１９１は、当該分割ステータコア１７５に対してステータ１４０の周方向ＤＲ１に隣接する、他の分割ステータコア１７５の周方向端面１９０，１９１と、当接している。そして、各分割ステータコア１７５のヨーク部１７６が周方向に配列されることで、環状のヨーク部本体１７０が構成されている。

複数のステータティース１７１のうち、周方向ＤＲ１に隣接するステータティース１７１に、異なる相のコイル１８０が巻回されている。図２に示す例では、Ｕ相コイル１８０Ｕが巻回されたステータティース１７１に対し、反時計回り方向に隣接する他のステータティース１７１に、Ｖ相コイル１８０Ｖが巻回されている。Ｖ相コイル１８０Ｖが巻回されたステータティース１７１に対し、反時計回り方向に隣接する他のステータティース１７１に、Ｗ相コイル１８０Ｗが巻回されている。各相のコイル１８０Ｕ，１８０Ｖ，１８０Ｗが１つのステータティース１７１の周囲に集中的に巻回されリング状に配列されており、コイル１８０は、ステータティース１７１に集中巻きにて巻回されている。

図３は、図２に示すステータ１４０の一部を拡大視した拡大断面図である。図３に示すように、分割ステータコア１７５のヨーク部１７６の外周面１９９には、外周面１９９の一部が窪んだ窪み部１７３が形成されている。この窪み部１７３は、たとえば、複数の分割ステータコア１７５を一体に固定するための環状のリングまたはケースに対して分割ステータコア１７５を位置決めするために使用されてもよい。またたとえば、窪み部１７３は、同相のコイル１８０同士を連結する渡り線を支持するための支持部材の脚部を挿通して支持部材を固定するために使用されてもよく、コイル１８０と外部の電線とを連結するための端子の脚部を挿通して端子を固定するために使用されてもよい。

隣り合うステータティース１７１間にはスロットが形成されており、スロット内には、ステータティース１７１に巻回されるコイル１８０が収容されている。コイル１８０は、このコイル１８０の延在方向に対して、垂直な断面形状が方形形状とされており、具体的には、エッジワイズコイルなどの平角線が採用されている。このため、丸線を巻回して形成されるコイルと比較して、スロット内に収容されるコイル１８０の占積率（コイルの断面に占める導体の割合）の向上が図られており、またコイル１８０からの放熱性も優れている。

このコイル１８０は、ステータティース１７１の表面のうち、ステータ１４０の周方向ＤＲ１に配列され径方向ＤＲ３に沿って延びる側面１７４に沿って積層されるように、ステータティース１７１の周囲に順次巻回されている。

コイル１８０と分割ステータコア１７５との間には、絶縁性のインシュレータ１６０が設けられており、コイル１８０と分割ステータコア１７５との間の絶縁が確保されている。インシュレータ１６０は、コイル１８０と、ステータコア１４１に含まれる分割ステータコア１７５との間に配置され、コイル１８０を分割ステータコア１７５から絶縁する、絶縁部材である。

インシュレータ１６０は、側面対向部１６１を含む。側面対向部１６１は、ステータティース１７１の周方向ＤＲ１の側面１７４に対向する。インシュレータ１６０は、ヨーク対向部１６８を含む。ヨーク対向部１６８は、側面対向部１６１の径方向ＤＲ３外側の端部に形成され、ヨーク部１７６の内周面１９８に沿って延び、ヨーク部１７６の内周面１９８に対向する。側面対向部１６１の周面のうち、径方向ＤＲ３内側に位置する端部には、周方向ＤＲ１に沿って側面対向部１６１から突出する、張出部１６４が形成されている。

このように形成されたインシュレータ１６０には、コイル１８０が巻回されて装着されている。図３に示すように、コイル１８０は、延在方向に対して垂直な断面の形状が方形形状とされたコイル線２８０を巻回することで、構成されている。導体であるコイル線２８０は、径方向ＤＲ３に沿って積層されるようにステータティース１７１の周囲に巻回され、コイル１８０を形成している。インシュレータ１６０の側面対向部１６１は、巻回されたコイル１８０の内周と接する。インシュレータ１６０のヨーク対向部１６８は、巻回されたコイル１８０の側面と接する。

図４は、インシュレータ１６０の斜視図である。図５は、図４中のＶ−Ｖ線に沿うインシュレータ１６０の断面図である。図４および図５に示すように、絶縁部材としてのインシュレータ１６０は、周方向ＤＲ１に並べられた第一部材１６０ａと第二部材１６０ｂとを備える。第一部材１６０ａと第二部材１６０ｂとは、互いに別々の部材である。

インシュレータ１６０がステータティース１７１に装着された状態で、第一部材１６０ａは、ステータティース１７１の周方向ＤＲ１の一方側の側面１７４を覆い、また第二部材１６０ｂは、ステータティース１７１の周方向ＤＲ１の他方側の側面１７４を覆う。第一部材１６０ａと第二部材１６０ｂとの間には、開口部１６３が形成されており、この開口部１６３内に対応するステータティース１７１（図２および図３参照）を通すことで、インシュレータ１６０がステータティース１７１に装着される。

第一部材１６０ａは、ステータティース１７１の周方向ＤＲ１の側面１７４に対向する平板状の側面対向部１６１ａと、ヨーク部１７６の内周面１９８に対向する平板状のヨーク対向部１６８ａと、を含む。ヨーク対向部１６８ａは、インシュレータ１６０がステータティース１７１に装着されたとき、コイル１８０とスロット奥のヨーク部１７６の内周面１９８との間に配設され、コイル１８０をヨーク部１７６から絶縁する。

側面対向部１６１ａは、インシュレータ１６０がステータティース１７１に装着されたとき、ステータティース１７１のスロット側の側面１７４を被覆可能なように、ヨーク対向部１６８ａの開口部１６３側の端部からステータコア１４１の径方向ＤＲ３内側に向かって延在する。側面対向部１６１ａは、インシュレータ１６０および対応するコイル１８０がステータティース１７１に装着されたとき、コイル１８０とステータティース１７１の側面１７４との間に配設され、スロット内のコイル１８０をステータティース１７１から絶縁する。

側面対向部１６１ａの径方向ＤＲ３内側の先端部（径方向ＤＲ３においてヨーク対向部１６８ａから離れる側の側面対向部１６１ａの端部）には、張出部１６４ａが設けられる。張出部１６４ａは、平板状の側面対向部１６１ａに対し、周方向ＤＲ１の外方へ張り出すように形成されている。張出部１６４ａは、インシュレータ１６０に装着されたコイル１８０を積層方向（径方向ＤＲ３）に支持可能に形成される。すなわち、張出部１６４ａは、ヨーク対向部１６８ａとの間にコイル１８０を保持するコイル保持部としての機能を有する。

張出部１６４ａとヨーク対向部１６８ａとがコイル１８０を挟持することで、インシュレータ１６０に装着されたコイル１８０がステータコア１４１の内周方向に巻崩れるのを防止する。インシュレータ１６０のヨーク対向部１６８ａと張出部１６４ａとによってコイル１８０を保持し固定することができるので、コイル１８０の固定のための他の部品を別途設ける必要がない。そのため、部品点数を削減し、かつ他部品の組み付けのための工数を不要とすることができるので、ステータ１４０のコストを低減できる。

コイル１８０としてエッジワイズコイルなどの平板導体が採用されている場合、コイル１８０の一部分のみを張出部１６４ａで支持するだけで、コイル１８０を支持することができる。コイル１８０が丸線や角線により形成される場合は、コイルの巻崩れを防止するために張出部１６４の周方向ＤＲ１への張出長さを十分に確保しなければならないのに対し、コイル１８０が平角線であれば、張出部１６４の周方向ＤＲ１への張出長さを小さくできる。そのため、インシュレータ１６０を小型化してインシュレータ１６０の製造コストを低減することが可能であり、また、ステータティース１７１間のスロット内の占積率を向上することができる。

張出部１６４ａの径方向ＤＲ３内側の表面には、二箇所の凹部１６９ａが形成されている。凹部１６９ａは、インシュレータ１６０を構成する張出部１６４ａの表面の一部が、凹部１６９ａの周辺の張出部１６４ａの表面に対して相対的に窪んだ箇所である。第一部材１６０ａを樹脂成形する場合、金型内部に樹脂を供給するためのゲートを設ける必要があるが、このゲートに相当する位置に凹部１６９ａを形成することができる。

樹脂成形品では、一般的に、ゲートに相当する位置において成形後に表面が突起する場合がある。樹脂成形品の表面が相対的に窪むように設計された凹部１６９ａに相当する部分をゲートとして樹脂材料を供給すれば、仮に成形後の製品に突起が残存しても、凹部１６９ａの周辺の第一部材１６０ａの表面よりも上記突起が突出することを回避できる。これにより、上記突起を除去するための仕上げ加工を不要とでき、第一部材１６０ａの製造時の工数増加を回避することができる。

側面対向部１６１ａの軸方向ＤＲ２の両端部には、ステータコア１４１の軸方向端面１７７，１７８に対向する一対の端面対向部１６５ａが形成されている。端面対向部１６５ａの周方向ＤＲ１における一方側の端部に、側面対向部１６１ａの端部が連結されている。平板状の端面対向部１６５ａは、側面対向部１６１ａが連結される側の表面である内側表面と、内側表面に対し反対側の表面である外側表面とを有する。

周方向ＤＲ１において側面対向部１６１ａから離れる側の端面対向部１６５ａの他方側の端部には、軸方向ＤＲ２に延びる平板状の突出部１６６ａが形成されている。突出部１６６ａは、端面対向部１６５ａの上記外側表面から突出し、端面対向部１６５ａに対し第一部材１６０ａの軸方向ＤＲ２における外方へ向かって突出している。端面対向部１６５ａと突出部１６６ａとは、軸方向ＤＲ２における側面対向部１６１ａの各端部において、コイル１８０とステータティース１７１との絶縁を確保するために形成される。

インシュレータ１６０および対応するコイル１８０がステータティース１７１に装着されたとき、突出部１６６ａは、コイル１８０を軸方向ＤＲ２に支持するとともに、コイル１８０とステータティース１７１との軸方向ＤＲ２における絶縁距離を確保する。すなわち、第一部材１６０ａと第二部材１６０ｂとは周方向ＤＲ１に分離され、第一部材１６０ａと第二部材１６０ｂとの間に開口部１６３が形成されることにより、ステータティース１７１のコイルエンド側の軸方向端面１７７，１７８は、インシュレータ１６０によって全面が覆われない。そのため、軸方向ＤＲ２に延在し、コイル１８０とステータティース１７１とを絶縁可能な距離に相当する軸方向ＤＲ２の寸法を少なくとも有するように、突出部１６６ａが形成される。

平板状の端面対向部１６５ａの、径方向ＤＲ３における外径側の端部には、軸方向ＤＲ２に延びる平板状の突出部１６７ａが形成されている。突出部１６７ａは、平板状の端面対向部１６５ａの上記外側表面から突出し、端面対向部１６５ａに対し第一部材１６０ａの軸方向ＤＲ２における外方へ向かって突出している。平板状の突出部１６７ａの径方向ＤＲ３内側の表面は、平板状のヨーク対向部１６８ａの径方向ＤＲ３内側の表面と同一の平面上に存在する。

ヨーク対向部１６８ａがステータコア１４１のヨーク部１７６の内周面１９８に対向するように配置されるのに対し、ヨーク対向部１６８ａに対して軸方向ＤＲ２の両端部に設けられた突出部１６７ａは、ステータティース１７１の軸方向端面１７７，１７８よりも軸方向ＤＲ２における外側に配置される。ステータティース１７１の側面１７４を覆う側面対向部１６１ａと、ヨーク対向部１６８ａとは、軸方向ＤＲ２の寸法が等しいように形成されている。そのため、ヨーク対向部１６８ａは、ヨーク部１７６の内周面１９８の軸方向ＤＲ２における全長に亘って、ヨーク部１７６の内周面１９８を覆うことが可能に形成されている。突出部１６７ａは、ステータティース１７１の軸方向端面１７７，１７８に対して、軸方向ＤＲ２に張り出すように配置されている。

突出部１６７ａとヨーク対向部１６８ａとは、側面対向部１６１ａに対し周方向ＤＲ１の外側へ突出し、端面対向部１６５ａに対し軸方向ＤＲ２の外側へ突出する形状の、フランジ部１６２ａを構成する。フランジ部１６２ａは、ヨーク部１７６の内周面１９８と面接触し、ヨーク部１７６の内周面１９８に支持される。

突出部１６６ａと突出部１６７ａとは、軸方向ＤＲ２における延在長さが等しいように形成されている。そのため、突出部１６６ａが端面対向部１６５ａに対し軸方向ＤＲ２の外側へ突出する長さと、突出部１６７ａが端面対向部１６５ａに対し軸方向ＤＲ２の外側へ突出する長さとは、等しくなっている。つまり、突出部１６６ａの軸方向ＤＲ２における先端部と、突出部１６７ａの軸方向ＤＲ２における先端部とは、同一平面上に存在する。突出部１６６ａ，１６７ａは、一体としてＬ字形状の部材を形成し、このＬ字形状の部材が平板状の端面対向部１６５ａの外側表面に取り付けられて、第一部材１６０ａの軸方向ＤＲ２の両端部が形成されている。

第一部材１６０ａは、樹脂成形品である。第一部材１６０ａは、ＰＰＳ、ＬＣＰ（液晶ポリマー）などの任意の樹脂材料を使用して、射出成形に代表される任意の成形加工によって形成されている。第一部材１６０ａの形状に対応する金型を準備して、その金型内部に樹脂を注入して固化させることにより、容易に第一部材１６０ａを量産することができる。

第二部材１６０ｂは、第一部材１６０ａに対して、軸方向ＤＲ２と径方向ＤＲ３とを含む平面を対称面とする鏡映対称の形状に形成されている。第二部材１６０ｂは、上述した第一部材１６０ａを構成する各部材に対応する形状および機能を有する、側面対向部１６１ｂ、フランジ部１６２ｂ、張出部１６４ｂ、端面対向部１６５ｂ、突出部１６６ｂ、突出部１６７ｂ、ヨーク対向部１６８ｂおよび凹部１６９ｂを備える。

第二部材１６０ｂは、第一部材１６０ａと同一の形状に形成されてもよい。この場合、同一形状の樹脂成形品を作製して、その樹脂成形品を第一部材１６０ａと第二部材１６０ｂとの両方に適用できる。同一の部品を量産することによって、ステータ１４０の製造コストをより低減することができる。また、別形状の第一部材１６０ａと第二部材１６０ｂとを予め同数準備する必要がなく、生産管理が容易になる。

第一部材１６０ａの側面対向部１６１ａおよび端面対向部１６５ａと、第二部材１６０ｂの側面対向部１６１ｂおよび端面対向部１６５ｂとは、ステータティース１７１を受入れ可能な略筒状のティース受入部を構成する。

ティース受入部において、側面対向部１６１ａ，１６１ｂは、端面対向部１６５ａ，１６５ｂよりも厚みが薄い、薄肉に形成されている。側面対向部１６１ａ，１６１ｂは、インシュレータ１６０の他の部分よりも薄肉に形成されている。

フランジ部１６２ａ，１６２ｂにおいて、ヨーク対向部１６８ａ，１６８ｂは、突出部１６７ａ，１６７ｂよりも厚みが薄い、薄肉に形成されている。ヨーク対向部１６８ａ，１６８ｂは、インシュレータ１６０の他の部分よりも薄肉に形成されている。

コイル１８０とステータティース１７１との間に配置される側面対向部１６１ａ，１６１ｂが薄肉であり、かつ、コイル１８０とヨーク部１７６との間に配置されるヨーク対向部１６８ａ，１６８ｂが薄肉であるように、インシュレータ１６０は形成されている。側面対向部１６１ａ，１６１ｂとヨーク対向部１６８ａ，１６８ｂとは、インシュレータ１６０においてコイル１８０とステータコア１４１との間に介在する部分であるが、その厚みは、インシュレータ１６０の他の部分と比較して相対的に小さく形成されている。

インシュレータ１６０は、コイル１８０とステータコア１４１とを絶縁するとともに、コイル１８０の発する熱をステータコア１４１に逃がす目的を併せ持っている。側面対向部１６１ａ，１６１ｂは、コイル１８０からステータコア１４１のステータティース１７１への放熱経路に配置される。ヨーク対向部１６８ａ，１６８ｂは、コイル１８０からステータコア１４１のヨーク部１７６への放熱経路に配置される。そのため、側面対向部１６１ａ，１６１ｂとヨーク対向部１６８ａ，１６８ｂとの厚みを小さくすることにより、コイル１８０からステータコア１４１への放熱の効率を向上させることができる。

一方、インシュレータ１６０の、コイル１８０からステータコア１４１への放熱経路中に配置されていない部分の厚みを相対的に大きくすることにより、インシュレータ１６０に必要な強度を確保することができる。また、インシュレータ１６０を樹脂成形するときの樹脂の経路を大きくできるので、インシュレータ１６０の成形し易さを向上させることができる。

側面対向部１６１ａ，１６１ｂとヨーク対向部１６８ａ，１６８ｂとは、厚みが小さいほど放熱性が向上するため好ましいが、厚みが小さすぎると成形が困難になるため、成形可能な範囲の最小の厚みを有するように形成されてもよい。たとえば、側面対向部１６１ａ，１６１ｂとヨーク対向部１６８ａ，１６８ｂとは０．２５ｍｍ以上０．３５ｍｍ以下の範囲の厚みを有し、インシュレータ１６０の他の部分は１．６ｍｍの厚みを有するように、インシュレータ１６０を形成してもよい。

図６は、インシュレータ１６０に装着されたコイル１８０がステータティース１７１に装着された状態の斜視図である。図７は、図６に示すＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った、インシュレータ１６０にコイル１８０が装着された状態の断面図である。図８は、コイルユニットの分解斜視図である。図９は、図８中に示すＩＸ−ＩＸ線に沿う、コイルユニットの断面図である。

図６〜図９に示すように、コイルユニットは、分割ステータコア１７５、インシュレータ１６０、絶縁紙１８１およびコイル１８０を含む。分割ステータコア１７５のステータティース１７１に、インシュレータ１６０、絶縁紙１８１、コイル１８０の順に組み付けられて、ステータ１４０に用いられるコイルユニットが形成される。コイルユニットが周方向ＤＲ１に複数個並べられて、ステータ１４０が形成される。

このコイルユニットにおいて、コイル１８０は、絶縁紙１８１を介在させてインシュレータ１６０に装着されている。コイル１８０は、インシュレータ１６０の突出部１６６ａ，１６６ｂによって軸方向ＤＲ２に支持される。またコイル１８０は、側面対向部１６１ａ，１６１ｂの径方向ＤＲ３内側の先端に設けられた張出部１６４ａ，１６４ｂとフランジ部１６２ａ，１６２ｂとによって挟持されることにより、コイル１８０の積層方向である径方向ＤＲ３に支持される。

リング状のコイル１８０の内周側にインシュレータ１６０が配置され、コイル１８０と分割ステータコア１７５との間が絶縁されている。コイル１８０の周方向ＤＲ１における外周側に、絶縁紙１８１が配置されている。絶縁紙１８１がリング状のコイル１８０の外周側の表面を覆うことにより、コイル１８０と、周方向ＤＲ１に隣接する他のコイルユニットに含まれる他相のコイルと、の間の相間絶縁が確保されている。

インシュレータ１６０とコイル１８０との間に介在する絶縁紙１８１には、厚み方向に絶縁紙１８１を貫通する貫通孔１８２が形成されている。貫通孔１８２は、インシュレータ１６０の張出部１６４ａ，１６４ｂ、側面対向部１６１ａ，１６１ｂおよび突出部１６６ａ，１６６ｂが貫通孔１８２を貫通可能な形状に、形成されている。絶縁紙１８１は、図６および図７に示すコイルユニットが組み立てられた状態で、インシュレータ１６０のフランジ部１６２ａ，１６２ｂと対向する部分と、コイル１８０の外周面を覆う部分とを有する。

図８および図９に示す第一部材１６０ａと第二部材１６０ｂとは、図６および図７に示すインシュレータ１６０がステータティース１７１の周囲に取り付けられた状態と同じ位置に配置されている。このように第一部材１６０ａと第二部材１６０ｂとが配置された状態において、図９に示すように、第一部材１６０ａと第二部材１６０ｂとの周方向ＤＲ１の間隔を寸法Ａとする。第一部材１６０ａの張出部１６４ａが側面対向部１６１ａに対して周方向ＤＲ１に突出する先端と、第二部材１６０ｂの張出部１６４ｂが側面対向部１６１ｂに対して周方向に突出する先端と、の周方向ＤＲ１の間隔を寸法Ｂとする。また、リング状に形成されたコイル１８０の内周面の、周方向ＤＲ１における径の最小値を寸法Ｃとする。

以上説明したインシュレータ１６０を備えるステータ１４０の製造方法について、以下説明する。本実施の形態に係るステータ１４０の製造方法は、複数のステータティース１７１を有する環状のステータコア１４１を準備する工程と、ステータティース１７１に巻回されるコイル１８０を準備する工程と、ステータコア１４１とコイル１８０との間に配置されコイル１８０をステータコア１４１から絶縁する樹脂成形品のインシュレータ１６０を準備する工程と、を備える。インシュレータ１６０は、ステータティース１７１の周方向ＤＲ１一方側の側面１７４を覆う第一部材１６０ａと、ステータティース１７１の周方向ＤＲ１他方側の側面１７４を覆う第二部材１６０ｂと、を含む。

次の工程において、図１０に示すように、ステータティース１７１の一部を、インシュレータ１６０の筒状のティース受入部の内部に嵌入する。図１０は、ステータティース１７１の一部をインシュレータ１６０に嵌入した状態を示す断面模式図である。図１０には、インシュレータ１６０の第一部材１６０ａと第二部材１６０ｂとの間に形成される開口部１６３（図４参照）に、ステータティース１７１の先端部１７９側の一部を挿し入れた状態が図示されている。図９に示す分割ステータコア１７５とインシュレータ１６０とが組み付けられていない状態から、分割ステータコア１７５とインシュレータ１６０とを径方向ＤＲ３に互いに接近させることで、図１０に示す状態が得られる。

この状態で、第一部材１６０ａと第二部材１６０ｂとの周方向ＤＲ１の間隔は任意としてよい。図１０には、代表的な例として、第一部材１６０ａと第二部材１６０ｂとの間の周方向ＤＲ１の間隔を寸法Ａに保ったまま、インシュレータ１６０にステータティース１７１の一部を嵌入した状態が示されている。

次の工程において、第一部材１６０ａと第二部材１６０ｂとを周方向ＤＲ１に接近させる。図１１は、第一部材１６０ａと第二部材１６０ｂとを周方向ＤＲ１に接近させた状態を示す断面模式図である。図１１には、第一部材１６０ａと第二部材１６０ｂとを互いに接近させた結果、第一部材１６０ａと第二部材１６０ｂとが接触している状態が図示されている。このときの、第一部材１６０ａの張出部１６４ａの先端と第二部材１６０ｂの張出部１６４ｂの先端との間隔を寸法Ｂ_１とすると、上述した寸法Ａと寸法Ｂとの関係において、Ｂ_１＝Ｂ−Ａという式が成立する。

図１１では、第一部材１６０ａと第二部材１６０ｂとが周方向ＤＲ１に互いに接触している状態で、第一部材１６０ａの側面対向部１６１ａとステータティース１７１の側面１７４とが接触し、かつ第二部材１６０ｂの側面対向部１６１ｂとステータティース１７１の側面１７４とが接触している例が図示されている。本実施の形態はこのような例に限られるものではない。

たとえば、図１０に示す前工程において分割ステータコア１７５をインシュレータ１６０に嵌入する嵌入深さをより浅くして（つまり、分割ステータコア１７５とインシュレータ１６０とを径方向ＤＲ３により離れた状態として）、第一部材１６０ａと第二部材１６０ｂとを周方向ＤＲ１に互いに接触させてもよい。この場合、インシュレータ１６０の側面対向部１６１ａ，１６１ｂとステータティース１７１の側面１７４とは接触しない。また、第一部材１６０ａの張出部１６４ａの先端と第二部材１６０ｂの張出部１６４ｂの先端との周方向ＤＲ１の間隔を、コイル１８０をインシュレータ１６０に装着できる程度に十分小さくできればよいので、第一部材１６０ａと第二部材１６０ｂとを周方向に必ずしも接触させなくてもよい。

次の工程において、インシュレータ１６０の周囲にコイル１８０を装着する。図１２は、インシュレータ１６０の周囲にコイル１８０を装着した状態を示す断面模式図である。図１１に示す状態から、インシュレータ１６０にまず絶縁紙１８１を装着し、続いて絶縁紙１８１を介在させてコイル１８０をインシュレータ１６０に装着する。

このとき、第一部材１６０ａと第二部材１６０ｂとを周方向ＤＲ１に接近させ、第一部材１６０ａの張出部１６４ａと第二部材１６０ｂの張出部１６４ｂとの周方向ＤＲ１の間隔が小さくされている。そのため、コイル１８０の内周面の径を示す寸法Ｃと、張出部１６４ａ，１６４ｂ間の間隔を示す寸法Ｂ_１とを比較すると、寸法Ｃの方が相対的に大きくなっている。すなわち、Ｂ_１＜Ｃという不等式が成立する。

そのため、コイル１８０をインシュレータ１６０に組み付けるときに、インシュレータ１６０に外力を加えてインシュレータ１６０を変形させる必要がない。インシュレータ１６０が周方向ＤＲ１に分割された第一部材１６０ａと第二部材１６０ｂとを含み、インシュレータ１６０にコイルを装着する際に第一部材１６０ａと第二部材１６０ｂとを周方向ＤＲ１に接近させて、インシュレータ１６０の周方向ＤＲ１の寸法が小さくされている。したがって、コイル１８０の装着時にインシュレータ１６０を屈撓させる必要がないので、インシュレータ１６０の割れや破壊の発生が抑制される。

次の工程において、インシュレータ１６０とコイル１８０とを一体として径方向ＤＲ３に移動させて、ステータティース１７１の周囲に配置する。図１３は、インシュレータ１６０とコイル１８０とを径方向ＤＲ３に移動させた状態を示す断面模式図である。前工程においてインシュレータ１６０にコイル１８０が装着された後、コイル１８０およびインシュレータ１６０が一体的にステータティース１７１に装着される。

本工程または図１１に示す工程において、インシュレータ１６０の側面対向部１６１ａ，１６１ｂは、ステータティース１７１の側面１７４に接触する。図９〜図１３に示すステータティース１７１の断面視において、径方向ＤＲ３に先端部１７９に近づくにつれて周方向ＤＲ１の寸法が小さくなるように、ステータティース１７１の側面１７４は径方向ＤＲ３に対して傾いている。そのため、インシュレータ１６０を側面１７４に沿わせて径方向ＤＲ３に移動させ、インシュレータ１６０をステータティース１７１のヨーク部１７６へ接近させるにつれて、第一部材１６０ａと第二部材１６０ｂとは、周方向ＤＲ１に分かれた非接触の状態になる。

そのため、インシュレータ１６０を径方向ＤＲ３へ移動させている途中の張出部１６４ａ，１６４ｂ間の間隔を寸法Ｂ_２とすると、不等式Ｂ_１＜Ｂ_２≦Ｂが成立する。コイル１８０とインシュレータ１６０とは、インシュレータ１６０のヨーク対向部１６８ａ，１６８ｂがステータティース１７１のヨーク部１７６の内周面１９８に接触するまで移動し、最終的に図７の断面図に示すような組み付け状態となる。組み付け状態において、ステータティース１７１のヨーク部１７６近傍の側面１７４ａと、インシュレータ１６０の側面対向部１６１ａ，１６１ｂとの間には、微小な隙間が形成されている。径方向ＤＲ３に対する側面１７４ａの傾きと側面１７４の傾きとが異なり、側面１７４ａの傾きの角度がより小さいために、図９に示すステータティース１７１とインシュレータ１６０との間に微小空間が形成される。

以上説明した本実施の形態のインシュレータ１６０によると、インシュレータ１６０は樹脂成形品であって、ステータティース１７１の周方向ＤＲ１一方側の側面１７４を覆う第一部材１６０ａと、ステータティース１７１の周方向ＤＲ１他方側の側面１７４を覆う第二部材１６０ｂと、を備える。このようにすれば、一つの部材でインシュレータを形成した従来の構成と比較して、成形時に樹脂が流れる金型内部の容積を低減（典型的には半減）することができる。

樹脂成形品のインシュレータ１６０の作製に際し、樹脂材料の持つ流動性（物性値）によって、成形し易さが異なり、従って品質安定度も異なる。また、インシュレータ１６０の形状によっても成形し易さおよび品質安定度が異なる。すなわち、インシュレータ１６０の厚みが小さく薄肉であるほど成形し易さが低下し、一方、樹脂が注入される金型内部における樹脂が流れる経路の長さを小さくするほど成形し易さが向上する。

従来、インシュレータ１６０の設計に際し、インシュレータ１６０の耐熱性および強度などの設計要件に関して、流動性の小さい樹脂材料を使用することがより好ましい場合がある。しかし、樹脂材料の流動性が小さいと金型全体への樹脂材料の充填が困難となることから、樹脂材料を使用できる条件が制限される。たとえば、ステータティース１７１の周囲を取り囲む従来形状のインシュレータ１６０は、金型内部の樹脂の流通経路の長さが大きいため、流動性の小さい樹脂材料を使用すると成形が困難である。

流動性の小さい樹脂材料を使用して成形できるインシュレータ１６０の形状に限りがあるため、設計の自由度が低下する問題がある。すなわち、流動性の小さい樹脂材料を使用すると、所定の形状にインシュレータ１６０を成形できず、流動性の大きい樹脂材料を使用すると、他の設計要件を実現できない問題がある。たとえば、特定の形状のインシュレータ１６０を設計する場合に、流動性の低いＰＰＳを使用すると当該特定の形状にインシュレータ１６０を成形できないので、成形可能とするために流動性の高いＬＣＰを使用してインシュレータ１６０を設計しなければならない場合がある。この場合、インシュレータ１６０の熱伝導率、寸法安定性、耐熱性およびコストなどの設計要件が実現できない可能性がある。

これに対し、本実施の形態のように、インシュレータ１６０を周方向ＤＲ１に二分割して第一部材１６０ａと第二部材１６０ｂとを備える構成にすることで、第一部材１６０ａおよび第二部材１６０ｂを成形するための金型の容積を低減できるので、第一部材１６０ａと第二部材１６０ｂとの成形し易さを向上することができる。そのため、流動性の低い材料を使用してもインシュレータ１６０を容易に樹脂成形することが可能となり、樹脂成形品のインシュレータ１６０の設計の自由度を向上することができる。

コイル１８０からステータコア１４１への放熱性を向上させるためにインシュレータ１６０の厚みを小さく設計し、また、トルクを増大させるためにインシュレータ１６０の軸方向ＤＲ２の寸法を大きく設計する場合、インシュレータ１６０の成形し易さは低下する。しかし、本実施の形態のように、インシュレータ１６０を複数の部材に分割することにより、インシュレータ１６０の成形し易さを向上することができる。したがって、流動性の低い樹脂材料を使用しても、薄肉で軸方向ＤＲ２寸法の大きいインシュレータ１６０を容易に成形することができる。

さらに、インシュレータ１６０を周方向ＤＲ１に分割することにより、第一部材１６０ａと第二部材１６０ｂとの周方向ＤＲ１の間隔を自在に変更することができる。そのため、ステータ１４０の組み付け時におけるコイル１８０をインシュレータ１６０に装着する際に、第一部材１６０ａと第二部材１６０ｂとを周方向ＤＲ１に接近させ、インシュレータ１６０の周方向ＤＲ１の寸法を一時的に小さくすることができる。

これにより、コイル１８０をインシュレータ１６０に装着する際に、インシュレータ１６０を変形させる量を小さくすることができる。典型的には、インシュレータ１６０を全く変形させることなく、コイル１８０をインシュレータ１６０に装着できる。したがって、インシュレータ１６０に発生する応力を低減することができるので、インシュレータ１６０の撓みによりインシュレータ１６０に割れや変形が発生することを抑制することができる。

コイル１８０の装着時にインシュレータ１６０の撓みを必要としないため、コイル１８０からステータコア１４１への放熱の効率を向上させるためにインシュレータ１６０を薄肉に成形しても、インシュレータ１６０の割れや変形を抑制できる。特に、集中巻きのコイル１８０を予め巻回してリング形状にした後にコイル１８０をインシュレータ１６０に装着する場合に、インシュレータ１６０の破損を抑制できる効果が著しい。

以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の絶縁部材は、車両に搭載される回転電機においてコイルをステータコアから絶縁する絶縁部材に、特に有利に適用され得る。

１００回転電機、１４０ステータ、１４１ステータコア、１６０インシュレータ、１６０ａ第一部材、１６０ｂ第二部材、１６１，１６１ａ，１６１ｂ側面対向部、１６２ａ，１６２ｂフランジ部、１６３開口部、１６４，１６４ａ，１６４ｂ張出部、１６５ａ，１６５ｂ端面対向部、１６６ａ，１６６ｂ，１６７ａ，１６７ｂ突出部、１６８，１６８ａ，１６８ｂヨーク対向部、１６９ａ，１６９ｂ凹部、１７０ヨーク部本体、１７１ステータティース、１７４側面、１７５分割ステータコア、１７６ヨーク部、１８０コイル、１８１絶縁紙、ＤＲ１周方向、ＤＲ２軸方向、ＤＲ３径方向。

Claims

複数のステータティースを有する環状のステータコアと前記ステータティースに巻回されたコイルとの間に配置され、前記コイルを前記ステータコアから絶縁する樹脂成形品の絶縁部材であって、
前記ステータティースの周方向一方側の側面を覆う第一部材と、
前記ステータティースの周方向他方側の側面を覆う第二部材と、を備え、
前記第一部材および前記第二部材は、前記ステータティースの周方向の側面に対向する側面対向部と、前記側面対向部の軸方向の端部に形成され、前記ステータコアの軸方向の端面に対向する一対の端面対向部と、周方向において前記側面対向部から離れる側の前記端面対向部の端部に形成され、前記端面対向部に対し前記ステータコアから離れる側に突出する突出部とを有し、
前記第一部材の前記突出部と、前記第二部材の前記突出部とは、周方向に分離されている、絶縁部材。
前記側面対向部は、前記絶縁部材の他の部分よりも薄肉に形成されている、請求項１に記載の絶縁部材。
前記ステータコアは、環状のヨーク部を有し、
前記絶縁部材は、前記ヨーク部の内周面に対向するヨーク対向部を有し、
前記ヨーク対向部は、前記絶縁部材の他の部分よりも薄肉に形成されている、請求項１または請求項２に記載の絶縁部材。
前記絶縁部材は、前記ヨーク対向部との間に前記コイルを保持するコイル保持部を有する、請求項３に記載の絶縁部材。
前記絶縁部材には、表面の一部が相対的に窪んだ凹部が形成されている、請求項１から請求項４のいずれかに記載の絶縁部材。
前記コイルは、前記ステータティースに集中巻きにて巻回されている、請求項１から請求項５のいずれかに記載の絶縁部材。
複数のステータティースを有する環状のステータコアを準備する工程と、
前記ステータティースに巻回されるコイルを準備する工程と、
前記ステータコアと前記コイルとの間に配置され前記コイルを前記ステータコアから絶縁する樹脂成形品の絶縁部材であって、前記ステータティースの周方向一方側の側面を覆う第一部材と、前記ステータティースの周方向他方側の側面を覆う第二部材と、を含む絶縁部材を準備する工程と、
前記ステータティースの一部を前記絶縁部材に嵌入する工程と、
前記第一部材と前記第二部材とを周方向に接近させる工程と、
前記絶縁部材の周囲に前記コイルを装着する工程と、
前記絶縁部材と前記コイルとを一体として径方向に移動させて前記ステータティースの周囲に配置する工程と、を備える、ステータの製造方法。