JP5772295B2 - ステーター及びインシュレーター - Google Patents

Description

この発明は、ステーター及びインシュレーターに関する。

モーターのステーターコアのティースには、インシュレーターが設けられ、さらにその胴の周囲に、絶縁被膜されたワイヤー(銅線)が巻かれている。モーターの出力を上げるには、ワイヤーに大きな電流を流す。ワイヤーは、通電時のジュール熱によって発熱する。その熱が非常に高温になると、絶縁破壊が生じるなどして、絶縁被膜の絶縁性能を維持できないおそれがある。そこで、ワイヤーで生じた熱を如何に逃がしやすくするのかが重要である。

特許文献１では、インシュレーターの胴の裏面に溝を形成するとともに、その溝に連通する貫通孔を形成している。そしてインシュレーターとステーターコアとの隙間(溝)からワニスのような熱伝導材を充填する。このようにすることで、充填されたワニスが、溝から貫通孔を流れてインシュレーターとワイヤーとの隙間を埋める。このように、ステーターコアとインシュレーターとの間及びインシュレーターとワイヤーとの間にワニスを充填することで、空気層(断熱層)が形成されない。このようにすることで、ワイヤーで生じた熱がインシュレーターからステーターコアへと逃げやすくなる。

特開２００４−３４３８７７号公報

しかしながら、特許文献１では、充填材の絶縁性能や充填が不十分であると、貫通孔におけるワイヤーとステーターコアとの間を絶縁できず短絡する可能性があった。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、本発明の目的は、ワイヤーで生じた熱がインシュレーターからステーターコアへと逃げやすくなるとともに、絶縁性を確保できるステーター及びインシュレーターを提供することである。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。

本発明によるステーターのひとつの態様は、ステーターコアと、前記ステーターコアのティースに装着されるインシュレーターと、前記インシュレーターの胴に巻かれるワイヤーと、を含む。そして前記インシュレーターは、胴の少なくとも一部分が厚肉であってその厚肉な部分を貫通する孔を有する。そして前記インシュレーターに形成された孔から充填されて、前記ステーターコアとインシュレーターとの隙間を埋める熱伝導材をさらに含む。

この態様によれば、貫通孔１１ｄの長さが長くなり、長い絶縁距離を確保できる。したがって、熱伝導材の充填が不十分であっても絶縁性能を確保できる。

本発明の実施形態、本発明の利点については、添付された図面を参照しながら以下に詳細に説明する。

図１は、本発明によるステーターの第１実施形態を示す図である。 図２は、分割ステーターの構造を説明する図である。 図３は、ステーターにおける熱の伝達経路を説明する図である。 図４は、本発明によるステーターの第１実施形態に使用されるインシュレーターを示す図である。 図５は、インシュレーター半体１０−１を示す図である。 図６は、インシュレーター半体１０−１を示す図である。 図７は、熱伝導材を充填するときの熱伝導材の流れを示す図である。 図８は、ステーターコアのティースにおける断面を示す図である。 図９は、分割ステーターの部分拡大断面図である。 図１０は、一体タイプのインシュレーターを示す図である。

（第１実施形態）
図１は、本発明によるステーターの第１実施形態を示す図である。

図１では、２４個の分割ステーター１をあわせることで１つのステーター１を形成している。特許請求の範囲で言うステーターとは、このような円環状のものであってもよく、またその一部分である分割ステーターであってもよい。また分割ステーターをアッセンブリーしたタイプでなく、円環状の電磁鋼板を積層したステーターであってもよい。

図２は分割ステーターの構造を説明する図であり、図２(Ａ)はステーターコアにインシュレーターを装着する様子を示す斜視図、図２(Ｂ)は分割ステーターをアッセンブリーした状態を示す図である。

図２(Ａ)に示されるように、Ｔ状の電磁鋼板を積層することでステーターコア３０を形成しておく。そして、ステーターコア３０に対して、前後から、インシュレーター半体１０−１及びインシュレーター半体１０−２をかぶせる。

そして、図２(Ｂ)に示されるように、インシュレーターの胴の周囲からワイヤー２０を巻く。このようにすることで、分割ステーター１が完成する。

図３はステーターにおける熱の伝達経路を説明する図であり、図３(Ａ)はステーターの拡大図、図３(Ｂ)は図３(Ａ)の矢印Ｂから見た図である。

ここで本実施形態の理解を容易にするために、ステーターにおける熱の伝達経路について説明する。

上述されるように、モーターの出力を上げるには、ワイヤーに大きな電流を流す。ワイヤーは、通電時のジュール熱によって発熱する。その熱が非常に高温になると、絶縁破壊が生じるなどして、絶縁被膜の絶縁性能を維持できないおそれがある。特にスロット側は、ワイヤーが密集しており、熱が籠もりやすく、高温になりやすい。そのような熱を如何にステーターコアに逃がすのか、如何にして熱の伝達経路を確保するのかが重要である。具体的には、図３(Ａ)に示されるように、ワイヤー２０で発生した熱を、如何にしてステーターコア３０に逃がすかが重要である。

上述の通り、ステーター(分割ステーターや、分割ステーターをアッセンブリーした状態や、円環状の電磁鋼板を積層したステーターであってもよい)では、インシュレーター１０の胴の周囲からワイヤー２０が巻かれている。このような状態では、ワイヤーの反力によって、図３(Ｂ)に示されるように、ワイヤー２０がインシュレーター１０に密着しきれず、空隙が生じてしまう。このようになっては、この空隙が断熱層(空気層)となってしまうので、ステーターコア３０に熱が逃げにくくなる。

これに対して、特許文献１では、上述の通り、インシュレーターの胴の裏面に溝を形成するとともに、その溝に連通する貫通孔を形成する。そしてインシュレーターとステーターコアとの隙間(溝)からワニスを充填する。このようにすることで、充填されたワニスが、溝から貫通孔を流れてインシュレーターとワイヤーとの隙間を埋めるので、空気層(断熱層)が形成されず、ステーターコアに熱が逃げやすい。しかしながら、溝に貫通孔が連通するので、貫通孔が形成されている部分の肉厚が薄い。つまり貫通孔の長さが短い。このような状態では、充填材の絶縁性能や充填が不十分であると、貫通孔におけるワイヤーとステーターコアとの間が絶縁されず短絡する可能性がある。このような課題を解決するための具体的な構成を以下に説明する。

図４は、本発明によるステーターの第１実施形態に使用されるインシュレーターを示す図である。

この第１実施形態に使用されるインシュレーター１０は、胴１１と、鍔１２−１と、鍔１２−２と、を含む。またインシュレーター１０は、胴１１で前後に分割可能なインシュレーター半体１０−１及びインシュレーター半体１０−２からなる二体品である。インシュレーター半体１０−１及びインシュレーター半体１０−２は、互いに摺接して一体化してインシュレーター１０になる。

胴１１は、ステーターコアのティースの周囲に装着される。そのため胴１１の形状は、ステーターコアのティースの形状に沿うように角筒形である。そして胴１１の周囲にワイヤーが巻かれる。

鍔１２−１及び鍔１２−２は、胴１１の両端の周囲に直立して設けられる。鍔１２−１及び鍔１２−２は、胴１１の周囲に巻かれるワイヤーの位置を規制する。

図５及び図６は、インシュレーター半体１０−１を示す図である。図５(Ａ)は図４と同様の方向から見た斜視図、図５(Ｂ)は図５(Ａ)の矢印Ｂから見た図、図５(Ｃ)は図５(Ｂ)のＣ−Ｃ断面図である。図６(Ａ)は図５(Ａ)の後方から見た斜視図、図６(Ｂ)はコイルエンド部分１１ａを抜き出して図６(Ａ)と同様の方向から見た図、図６(Ｃ)は図６(Ａ)の矢印Ｃから見た図である。

図５(Ａ)及び図５(Ｂ)に示されるように、インシュレーター半体１０−１は、コイルエンド部分１１ａの外面１１ａ−１には、胴１１の両端の鍔１２−１及び鍔１２−２に到達する４本のリブ１１ｂと、そのリブ１１ｂの間の３本の縦溝１１ｃが形成される。縦溝１１ｃには、貫通孔１１ｄが形成されている。図５(Ａ)及び図５(Ｂ)では、各縦溝１１ｃに３つの貫通孔１１ｄが形成されている。

また図６(Ａ)〜図６(Ｃ)に示されるように、インシュレーター半体１０−１は、コイルエンド部分１１ａの内面１１ａ−２には、胴１１の両端の鍔１２−１及び鍔１２−２に到達する５本のリブ１１ｅと、そのリブ１１ｅの間の４本の縦溝１１ｆが形成される。また図６(Ｂ)に示されるように、リブ１１ｅと交差するように横溝１１ｇが形成されている。

そして図５(Ｃ)に示されるように、インシュレーター半体１０−１の外面１１ａ−１の縦溝１１ｃと、インシュレーター半体１０−１の内面１１ａ−２の縦溝１１ｆとは、ステーターコアのティースの延出方向に直交する断面で見たときに互いに位置がズレている。

またインシュレーター半体１０−１は、上述のように、インシュレーター半体１０−２と摺接して一体化してインシュレーター１０になる。この摺接部分１０ａ−１は、図５(Ａ)の後側である。この実施形態では、図４に示されるように、インシュレーター半体１０−１の摺接部分１０ａ−１の上に、インシュレーター半体１０−２の摺接部分１０ａ−２が重なる。摺接部分１０ａ−１には、スライド方向に沿って溝１０ｂが形成される。図５(Ａ)及び図６(Ａ)に示されるように、本実施形態では、６本の溝１０ｂが形成される。

図７は熱伝導材を充填するときの熱伝導材の流れを示す図であり、図７(Ａ)はステーターコアのティースにおける断面を示す図、図７(Ｂ)は図７(Ａ)の一部拡大図である。

ワイヤーの表面から供給されたワニスのような熱伝導材は、インシュレーターまで到達すると、以下の２通りの経路で、インシュレーター１０〜ステーターコア３０の間の空隙に充填される。

第１の経路は、熱伝導材４０がインシュレーター半体１０−１及びインシュレーター半体１０−２の摺接部分の溝１０ｂを通って矢印のように浸入する経路である。なお溝１０ｂは、仮に形成されていなくても、インシュレーター半体１０−１及びインシュレーター半体１０−２の摺接部分の隙間を通って流れる。しかしながら、インシュレーター半体１０−１及びインシュレーター半体１０−２の少なくとも一方に溝１０ｂが形成されていれば熱伝導材４０が流れやすくなるので好適である。

第２の経路は、熱伝導材４０がコイルエンド部分１１ａの貫通孔１１ｄを通って侵入し、横溝１１ｇを経由してステーターコア３０のスロット側に到達する経路である。このように第２経路が形成されているので、ワイヤー、インシュレーター、ステーターコアの部品精度によって、第１の経路からの充填が十分でなくても、第２経路から確実に充填されることとなる。

なお第１実施形態のように、溝１０ｂを形成しておくことで、熱伝導材４０を充填しやすくなるが、溝１０ｂを形成しなくても、貫通孔１１ｄがあるので、相応の効果は得られる。しかしながら、溝１０ｂを形成しておけば、より確実に充填されることとなる。なお溝１０ｂは、インシュレーターの摺接部分に形成されている。この部分には、ワイヤーを巻くときのテンションが大きく作用することはない。したがって、溝１０ｂを形成した部分が局所的に極薄肉となっても強度上問題ない。

図８はステーターコアのティースにおける断面を示す図であり、図８(Ａ)はインシュレーターのコイルエンド部分１１ａを厚肉にすることでの絶縁効果を説明する図、図８(Ｂ)はインシュレーターのコイルエンド部分１１ａを厚肉にすることでの放熱効果を説明する図である。

第１実施形態では、コイルエンド部分１１ａの肉厚を厚くしている。このようにすることで、貫通孔１１ｄの絶縁を確保できる。すなわち、コイルエンド部分１１ａの肉厚が厚ければ、図８(Ａ)に示されるように、貫通孔１１ｄの長さも長い。したがって、長い絶縁距離を確保できるので、ワニスのような熱伝導材の充填が不十分であっても絶縁性能を確保できるのである。

またこれとともに、コイルエンド部分１１ａの肉厚を厚くすることで、図８(Ｂ)に示されるように、ワイヤーの巻付半径を大きくすることができる。これによってワイヤーのコーナでの曲げの曲率が小さくなる。これによってワイヤーの反力を抑えることができ、巻き太り(ワイヤーとインシュレーターとの間の空隙)を低減できる。すなわちワイヤーの放熱性能に影響の少ないコイルエンド部分１１ａの肉厚を厚くすることで、放熱性能に影響が大きいスロット側のワイヤーの熱抵抗を低減できるのである。

このように、コイルエンド部分１１ａの肉厚を厚くすることで、放熱性能と絶縁性能との両立を図れるのである。なおリブ１１ｅと交差するように横溝１１ｇは、厚肉なコイルエンド部分１１ａおいて、肉盗みの機能も兼ねるので、重量を無用に増やすことを防止できる。そして、樹脂材料を使用する成型品のインシュレーターである場合には、肉厚に差がある部位は収縮量の差によって形状の歪みを生じ易い。しかしながら本実施形態の肉盗み機能によれば、収縮を抑えることができ精度要求の高い形状を実現できる。したがって、ワイヤー全体の空隙を低減でき、また空隙量も変動しない。したがって、必要最低限の熱伝導材量で放熱性能を向上できるのである。

なお上述のようにコイルエンド部分１１ａの肉厚を厚くしているが、スロット側の部分については、肉厚が極力薄いことが望ましい。薄いほうがワイヤーの占積率が上がり、またワイヤーからステーターコアへの熱が伝達しやすくなるからである。

図９は、分割ステーターの部分拡大断面図である。

第１実施形態では、コイルエンド部分１１ａの外面１１ａ−１に縦溝１１ｃが形成されている。これによって、ワイヤーがコイルエンド部分１１ａに密着しても、縦溝１１ｃによって、ワイヤーと貫通孔１１ｄとの間に流路を確保できる。このため、図９に示されているように、熱伝導材をインシュレーター１０〜ステーターコア３０の間に確実に充填することができる。また第１実施形態の縦溝１１ｃは、ワイヤーの方向とは直交する方向である。したがって、ワイヤーが縦溝１１ｃに嵌るなどして巻きにくくなることがない。したがってモーターの性能や品質を悪化させることがない。

また第１実施形態では、インシュレーター半体１０−１の外面１１ａ−１の縦溝１１ｃと、インシュレーター半体１０−１の内面１１ａ−２の縦溝１１ｆとは、ステーターコアのティースの延出方向に直交する断面で見たときに互いに交互であって位置がズレている。このように構成されることで、コイルエンド部分１１ａの肉厚は、より均等に近づき、インシュレーターの形状精度が向上するので、放熱性能が安定する。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

たとえば、上記実施形態のインシュレーター１０は、胴１１で前後に分割可能なインシュレーター半体１０−１及びインシュレーター半体１０−２からなる二体品であった。しかしながら、これには限られず、図１０に示されるように、一体タイプのインシュレーター１０であってもよい。

また上述の通り、特許請求の範囲にいうステーターとは、分割ステーターであっても、分割ステーターをアッセンブリーした状態のものであっても、円環状の電磁鋼板を積層したステーターであってもよい。

１ ステーター、分割ステーター
１０ インシュレーター
１０ｂ 溝
１０−１，１０−２ インシュレーター半体
１１ａ コイルエンド部分
１１ａ−１ 外面
１１ｂ リブ
１１ｃ 縦溝
１１ｄ 貫通孔
１１ｅ リブ
１１ｆ 縦溝
１１ｇ 横溝
２０ ワイヤー
３０ ステーターコア
４０ 熱伝導材

Claims (9)

1. ステーターコアと、
   前記ステーターコアのティースに装着されるとともに、胴の少なくとも一部分が厚肉であってその厚肉な部分を貫通する孔を有するインシュレーターと、
   前記インシュレーターの胴に巻かれるワイヤーと、
   前記孔から充填されて、前記ステーターコアとインシュレーターとの隙間を埋める熱伝導材と、
   を含み、
   前記孔は、前記インシュレーターの胴において、前記ワイヤーが巻かれる面から、前記ステーターコアのティースと対向する面に向かって貫通する、
   ステーター。
2. 請求項１に記載のステーターにおいて、
   前記インシュレーターは、胴のコイルエンド部分が厚肉である、
   ステーター。
3. 請求項２に記載のステーターにおいて、
   前記インシュレーターは、胴のコイルエンド部分の内面に形成され、左右両側のスロット部分に到達する横溝を有する、
   ステーター。
4. 請求項２又は請求項３に記載のステーターにおいて、
   前記インシュレーターは、胴のコイルエンド部分の内面に形成され、胴の両端の鍔に到達する縦溝を有する、
   ステーター。
5. 請求項２から請求項４までのいずれか１項に記載のステーターにおいて、
   前記インシュレーターは、胴のコイルエンド部分の外面に形成され、胴の両端の鍔に到達する縦溝を有する、
   ステーター。
6. 請求項５に記載のステーターにおいて、
   前記胴のコイルエンド部分の外面に形成される縦溝には、前記インシュレーターを貫通する孔が連通する、
   ステーター。
7. 請求項５又は請求項６に記載のステーターにおいて、
   前記胴のコイルエンド部分の外面に形成された縦溝と、前記胴のコイルエンド部分の内面に形成された縦溝とは、前記ステーターコアのティースの延出方向に直交する断面で見たときに互いに位置がズレている、
   ステーター。
8. 請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載のステーターにおいて、
   前記インシュレーターは、胴のスロット部分で分離するとともに、互いに摺接して一体化する２つの部品からなり、
   前記２つの部品のうち少なくとも一方の部品は、摺接面に形成された溝を有する、
   ステーター。
9. ステーターコアのティースに装着されてワイヤーが巻かれるとともに、一部分が他部分よりも厚肉に形成される胴と、
   前記胴の厚肉部分に形成され、胴とステーターコアのティースとの隙間を埋める熱伝導材が充填される孔と、
   を含み、
   前記孔は、前記胴において、前記ワイヤーが巻かれる面から、前記ステーターコアのティースと対向する面に向かって貫通する、
   インシュレーター。

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