JP6194275B2

JP6194275B2 - 回転電機のステータ

Info

Publication number: JP6194275B2
Application number: JP2014079526A
Authority: JP
Inventors: 柴田　匠; 匠柴田; 慶久松岡
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2014-04-08
Filing date: 2014-04-08
Publication date: 2017-09-06
Anticipated expiration: 2034-04-08
Also published as: JP2015201966A

Description

本発明は、回転電機のステータに関する。

従来、回転電機を動力源として備えた電気自動車やハイブリッド自動車等が開発されている。特に、ハイブリッド自動車では、エンジンとの共存や、居住性確保のために、回転電機をより省スペースにすることが強く要望されている。一方、駆動用回転電機としては高出力化が求められており、ステータコイルのターン数増加や、絶縁性能の向上による高電圧対応などの対策が検討されている。

このような要望に対応するため、一対の脚部と、両脚部を接続する連結部と、を有するＵ字状の複数の導体セグメントをステータコアの各スロットに挿通し、異なるスロットから突出する導体セグメントの端部同士を接続することによりステータコイルを構成するようにしたセグメントコンダクタ型の回転電機のステータが知られている。

セグメントコンダクタ型のステータコイルでは、スロットから突出した絶縁被膜付き導体セグメントの端部を屈曲形成し、絶縁被膜を剥離した端部同士を溶接などにより接合した後、接合部に絶縁樹脂を塗布する。接合部近傍は、曲げ加工による荷重や、溶接時の熱ストレスによって絶縁被膜に剥離や亀裂が生じ易く、絶縁性能が低下する可能性がある。このため、絶縁被膜の剥離部だけでなく、絶縁被膜の絶縁性能の低下の虞がある接合部近傍の広い範囲に亘って絶縁樹脂を塗布し、接合部やその近傍における絶縁被膜の劣化を防止するようにした回転電機が提案されている（例えば、特許文献１，２，３参照。）。

特許第４０４２３８６号公報特許第４９１０５７２号公報特開２０１２−１３９０７５号公報

特許文献１に記載の導体セグメント１００の被膜剥離部１０１は、図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、導体セグメント１００の端部の直線部１０２から斜行部１０３までの絶縁被膜１０４が剥離されて、接合部先端から隣り合う導体セグメント１００と所定の間隔を持って最初に交差する部分にまで形成されている。しかしながら、被膜剥離部１０１と絶縁被膜１０４との境界線ＢＬは、導体セグメント１００の軸線Ｌに対して直角となっているため、境界線ＢＬは、ステータコア１０５の端面１０５ａに対して傾斜する。被膜剥離部１０１は、接合後に、ステータコア１０５の端面１０５ａに対して平行に塗布される絶縁樹脂１０６により絶縁されるのが一般的である。このため、図８（ａ）に記載の構成において、絶縁樹脂１０６の塗布量を減らそうとしても、図８（ｂ）に示すように、少なくとも、傾斜する境界線ＢＬ上のステータコア１０５の端面１０５ａに最も近い点Ａを通り、端面１０５ａと平行な線分Ｘより外側の広い範囲に絶縁樹脂１０６を塗布する必要があり、絶縁樹脂１０６の塗布量が増加して、重量増、コスト増大、冷媒の通過する経路の減少、などの問題がある。

また、特許文献２に記載の導体セグメント２００の被膜剥離部２０１は、は、図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、接合部に近い直線部２０２にのみ形成され、斜行部２０３には達していない。しかしながら、絶縁被膜２０４には、溶接などによる接合時の熱により熱劣化や、曲げ加工時に作用する加工応力による剥離など劣化が生じる虞がある。このため、図９（ａ）に記載の構成において、絶縁樹脂２０６の塗布量を減らそうとしても、図９（ｂ）に示すように、劣化した部位２０７を覆うようにステータコア２０５の端面２０５ａと平行な線分Ｘより外側の絶縁樹脂２０６を広い範囲に塗布しなければならず、絶縁樹脂２０６の塗布量は増加してしまう。

また、特許文献３に記載の導体セグメント１００の被膜剥離部３０１は、図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように、直線部３０２に続く曲げＲ部３０７の一部又は全部に形成されている。この導体セグメント３００では、曲げ加工時に曲げＲ部３０７の外Ｒ側が延ばされるため、曲げ応力により絶縁被膜３０４が浮くことがある。このため、図１０（ａ）に記載の構成において、絶縁樹脂の塗布量を減らそうとしても、図１０（ｂ）に示すように、被膜端が初期の剥離位置Ｂよりもステータコア３０５側に移動する傾向があり、この結果、ステータコア３０５の端面３０５ａと平行な線分Ｘより外側の絶縁樹脂の塗布量が増加してしまう問題がある。

本発明の目的は、絶縁被膜が剥離された導体セグメントの接合部を絶縁する絶縁樹脂の使用量を削減して、コストを低減することができる回転電機のステータを提供することである。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、
複数のスロット（例えば、後述の実施形態でのスロット１２）が形成された円環状のステータコア（例えば、後述の実施形態でのステータコア１１）と、
前記スロットに挿入される複数の絶縁被膜（例えば、後述の実施形態での絶縁被膜３０）付き導体セグメント（例えば、後述の実施形態での導体セグメント２３）を有し、前記ステータコアの一端（例えば、後述の実施形態での端面１１ｂ）から軸方向に突出する前記導体セグメントの端部（例えば、後述の実施形態での端部２５）同士が、周方向に屈曲し、接合されて接合部（例えば、後述の実施形態での接合部２８）を形成するコイル（例えば、後述の実施形態でのステータコイル１５）と、を備えるセグメントコンダクタ型の回転電機のステータ（例えば、後述の実施形態でのステータ１０）であって、
前記導体セグメントの前記端部は、前記絶縁被膜で覆われた被覆部（例えば、後述の実施形態での被覆部２６）と、前記絶縁被膜が剥離されその先端部が接合される剥離部（例えば、後述の実施形態での剥離部２７）とを有し、
前記被覆部と前記剥離部との境界線（例えば、後述の実施形態での境界線ＢＬ）は、前記導体セグメントの屈曲前の前記導体セグメントの軸線（例えば、後述の実施形態での軸線Ｌ）に直交する仮想面に対して傾斜して形成され、
前記境界線は、前記導体セグメントの前記端部が屈曲形成されたとき、前記ステータコアの端面と平行となる方向に傾斜する。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記導体セグメントの前記軸線に直交する仮想面に対する前記境界線の傾斜角（例えば、後述の実施形態での傾斜角度θ１）は、前記導体セグメントの前記端部の屈曲角度（例えば、後述の実施形態での屈曲角度θ２）と同じ角度を有する。

請求項１に記載の発明によれば、導体セグメントの端部を屈曲形成したとき、被覆部と剥離部との境界線は、ステータコアの端面と平行となる方向に変位するので、剥離部の絶縁のために塗布される絶縁樹脂の使用量を削減することができ、コストが抑制される。

請求項２に記載の発明によれば、導体セグメントの端部を屈曲形成したとき、被覆部と剥離部との境界線は、ステータコアの端面と平行となるので、絶縁樹脂の塗布範囲を最小にすることができ、これにより、最小使用量の絶縁樹脂で導体セグメントの接合部を絶縁することができる。

本発明に係るステータの正面側斜視図である。図１に示すステータの裏面側斜視図である。導体セグメントの斜視図である。屈曲形成される前の導体セグメントの端部の拡大図である。屈曲形成された導体セグメントの端部の拡大図である。ステータコアのスロットに挿通され、屈曲形成された導体セグメントの端部同士が接合された状態を部分的に示す拡大斜視図である。図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図であり、絶縁樹脂により絶縁された接合部の模式図である。（ａ）は特許文献１に記載の従来の導体セグメントの接合部近傍の被膜の状態を示す図、（ｂ）は（ａ）における絶縁樹脂の塗布範囲を説明する要部拡大図である。（ａ）は特許文献２に記載の従来の導体セグメントの接合部近傍の被膜の状態を示す図、（ｂ）は（ａ）における絶縁樹脂の塗布範囲を説明する要部拡大図である。（ａ）は特許文献３に記載の従来の導体セグメントの接合部近傍の被膜の状態を示す図、（ｂ）は（ａ）における絶縁樹脂の塗布範囲を説明する要部拡大図である。

以下、本発明の実施形態に係るセグメントコンダクタ型の回転電機のステータついて、図面を参照して説明する。

図１は、本発明に係るステータの正面斜視図、図２は裏面斜視図である。図１及び図２に示すように、本実施形態のステータ１０は、軸方向に貫通する複数のスロット１２が周方向に所定の間隔で配置されたステータコア１１と、スロット１２に収容される複数相（例えば、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のステータコイル１５とを備える。ステータ１０の内側には、図示しないロータが回転自在に配置されており、図示しないケーシングに収容されて回転電機を構成する。

ステータコイル１５は、図３に示すように、互いに平行に延設される一対の脚部２１ａ、２１ｂと、両脚部２１ａ、２１ｂを一方の端部で接続する連結部２２とを有し、断面長方形状の平角線からなる略Ｕ字状の導体セグメント２３を、所定本数（本実施形態では４本）ごとに１列に整列させて束とした複数のコイルセグメント群２０から構成されている。

各導体セグメント２３の一方の脚部２１ａは、一方のスロット１２ａの径方向内側の部分に挿入され、他方の脚部２１ｂは、一方のスロット１２ａから所定数のスロット離れた位置にある他方のスロット１２ｂの径方向外側の部分にそれぞれ挿入される。

そして、図２及び図６に示すように、スロット１２を通過してステータコア１１から軸方向に突き出た一対の脚部２１ａ、２１ｂの突出部分２１ｃは、スロット１２内で径方向に隣接する脚部２１ａ、２１ｂ同士の曲げ方向が互いに逆方向となるようにステータコア１１の周方向に折り曲げられ、対応する導体セグメント２３の端部２５と溶接などにより接合される。

より具体的に説明すると、導体セグメント２３の両脚部２１ａ、２１ｂは、スロット１２を通過してステータコア１１から軸方向に突き出た端部２５の先端を、不図示の冶具により保持した状態で、ステータコア１１と冶具を近づけながら所定の角度分両側に相対回転させることにより、導体セグメント２３の両脚部２１ａ、２１ｂの一部が周方向一方に屈曲され、導体セグメント２３の両脚部２１ａ、２１ｂの残りが周方向他方に屈曲される。また、導体セグメント２３の端部２５は、先端が直線部４１となり、直線部４１からステータコア１１のスロット１２までの部分が斜行部４２となり、直線部４１と斜行部４２との接続部が曲げＲ部４３となっている。

これにより、ステータコイル１５は、正面側において、複数のコイルセグメント群２０の連結部２２が周方向に連続し、且つ、周方向で隣り合う連結部２２同士が軸方向から見て部分的に重なるように配置され、ステータコア１１の軸方向の一方の端面１１ａにおけるコイルエンドを形成している（図1参照）。また、裏面側において、複数の導体セグメント２３の端部２５が径方向且つ周方向に配列されおり、対応する導体セグメント２３の端部２５が溶接されることで、ステータコア１１の軸方向の他方の端面１１ｂにおけるコイルエンドを形成している。

図４に示すように、導体セグメント２３は、絶縁被膜３０によって絶縁されており、溶接などにより接合される両脚部２１ａ、２１ｂの端部２５には、絶縁被膜３０が剥離された剥離部２７が形成されている。即ち、導体セグメント２３の端部２５は、絶縁被膜３０で覆われた被覆部２６と、絶縁被膜３０が剥離された剥離部２７とを有し、被覆部２６と剥離部２７とは、境界線ＢＬで区画されている。

剥離部２７は、導体セグメント２３が１本の棒状のとき、或いは、少なくとも略Ｕ字状の導体セグメント２３が、スロット１２に挿入される前の単体状態のとき、即ち、導体セグメント２３の屈曲前に、端部２５の絶縁被膜３０を剥離することで形成される。

被覆部２６と剥離部２７との境界線ＢＬは、屈曲前の導体セグメント２３の軸線Ｌに直交する仮想面Ｐに対して傾斜して形成される。このときの軸線Ｌに直交する仮想面Ｐに対する境界線ＢＬは、図５に示すように、スロット１２から突出する脚部２１ａ、２１ｂの突出部分２１ｃをステータコア１１の周方向に折り曲げたとき、境界線ＢＬがステータコア１１の他方の端面１１ｂに対して平行となる方向に傾斜している。

更に言えば、図５に示すように、軸線Ｌに直交する仮想面Ｐに対する境界線ＢＬの傾斜角度θ１が、軸線Ｌに対する屈曲角度θ２と略同じ角度（θ１＝θ２）に設定されることが好ましい。これによれば、突出部分２１ｃを周方向に折り曲げたとき、境界線ＢＬとステータコア１１の他方の端面１１ｂとが、平行になる。

屈曲前の導体セグメント２３における、境界線ＢＬのステータコア１１側は、曲げＲ部４３の内側（以下、曲げ内Ｒと呼ぶ。）となり、境界線ＢＬの反ステータコア１１側は、曲げＲ部４３の外側（以下、曲げ外Ｒと呼ぶ。）となる。

剥離部２７の剥離位置は、接合による熱や曲げ加工による絶縁被膜３０への影響を考慮して設定される。具体的には、接合熱により絶縁被膜３０が劣化する距離と、曲げ加工で加工荷重を与えられる位置を設定して、曲げ内Ｒ側ＩＲの剥離長さを設定する。次いで、曲げ内Ｒ側ＩＲの剥離長さから加工後の曲げ内Ｒ側ＩＲの剥離面の位置、つまり、剥離面を揃えたいステータコア１１からの距離を算出し、この距離に加工後の曲げ外Ｒ側ＯＲの剥離面も位置するように、曲げ外Ｒ側ＯＲの剥離長さを設定する。

図６及び図７に示すように、スロット１２から突出する脚部２１ａ、２１ｂの突出部分２１ｃは、ステータコア１１の周方向に折り曲げられ、対応する導体セグメント２３の端部２５同士が溶接などにより接合されて接合部２８が形成される。そして、剥離部２７及び剥離部２７近傍の被覆部２６は、接合部２８と共に絶縁樹脂３１が塗布されて絶縁される。

このとき、被覆部２６と剥離部２７との境界線ＢＬは、ステータコア１１の他方の端面１１ｂに対して平行になっているので、絶縁樹脂３１を境界線ＢＬからステータコア１１方向に大幅に越えて塗布することなく、境界線ＢＬの近傍の被覆部２６を覆うように塗布するだけで、必要部分を絶縁処理することができ、絶縁樹脂３１の使用量を抑制することができる。

また、剥離部２７への絶縁樹脂３１の塗布は、一般的に、脚部２１ａ、２１ｂが突出するステータコア１１の他方の端面１１ｂを下方に向け、不図示の容器内に貯留されている粉体の絶縁樹脂３１内に接合部２８を挿入することで塗布される。従って、本実施形態のステータ１０によれば、端面１１ｂを下方に向けて保持したステータコア１１の上下移動量を管理するだけで、容易に絶縁樹脂３１を必要とする最小範囲に塗布することができる。

以上説明したように、本実施形態に係るステータ１０によれば、導体セグメント２３の端部２５は、絶縁被膜３０で覆われた被覆部２６と、絶縁被膜３０が剥離された剥離部２７とを有し、被覆部２６と剥離部２７との境界線ＢＬは、導体セグメント２３の屈曲前の軸線Ｌに直交する仮想面Ｐに対して傾斜して形成され、ステータコア１１のスロット１２に挿入された導体セグメント２３の端部２５が屈曲形成されたとき、ステータコア１１の端面１１ｂと平行となる方向に傾斜するので、剥離部２７の絶縁のために塗布される絶縁樹脂３１の使用量を削減することができ、コストが抑制される。また、渡り部の軸方向長さを短縮することができ、回転電機の小型化が可能となる。

また、導体セグメント２３の軸線Ｌに対する被覆部２６と剥離部２７との境界線ＢＬの傾斜角度θ１は、導体セグメント２３の端部２５の屈曲角度θ２と同じ角度とすることで、導体セグメント２３をスロット１２に挿入して屈曲形成したとき、境界線ＢＬは、ステータコア１１の端面１１ｂに対して平行となり、絶縁樹脂３１の塗布範囲を最小にすることができ、これにより、最小使用量の絶縁樹脂３１で導体セグメント２３の接合部２８を絶縁処理することができる。

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
例えば、導体セグメント２３の軸線Ｌに対する被覆部２６と剥離部２７との境界線ＢＬの傾斜角度θ１は、導体セグメント２３の端部２５の屈曲角度θ２と同じ角度に限られるものではなく、被覆部２６と剥離部２７との境界線ＢＬが、導体セグメント２３の屈曲前の導体セグメント２３の軸線Ｌに直交する仮想面Ｐに対して傾斜して形成され、境界線ＢＬは、導体セグメント２３の端部が屈曲形成されたとき、ステータコア１１の端面１１ｂと平行となる方向に傾斜していればよい。

１０ステータ
１１ステータコア
１１ｂ端面（一端）
１２，１２ａ，１２ｂスロット
１５ステータコイル（コイル）
２３導体セグメント
２５端部
２６被覆部
２７剥離部
２８接合部
３０絶縁被膜
３１絶縁樹脂
ＢＬ境界線
Ｌ軸線
Ｐ軸線Ｌに直交する仮想面
θ１傾斜角度（傾斜角）
θ２屈曲角度

Claims

複数のスロットが形成された円環状のステータコアと、
前記スロットに挿入される複数の絶縁被膜付き導体セグメントを有し、前記ステータコアの一端から軸方向に突出する前記導体セグメントの端部同士が、周方向に屈曲し、接合されて接合部を形成するコイルと、を備えるセグメントコンダクタ型の回転電機のステータであって、
前記導体セグメントの前記端部は、前記絶縁被膜で覆われた被覆部と、前記絶縁被膜が剥離されその先端部が接合される剥離部とを有し、
前記被覆部と前記剥離部との境界線は、前記導体セグメントの屈曲前の前記導体セグメントの軸線に直交する仮想面に対して傾斜して形成され、
前記境界線は、前記導体セグメントの前記端部が屈曲形成されたとき、前記ステータコアの端面と平行となる方向に傾斜する、回転電機のステータ。
請求項１に記載の回転電機のステータであって、
前記導体セグメントの前記軸線に直交する仮想面に対する前記境界線の傾斜角は、前記導体セグメントの前記端部の屈曲角度と同じ角度を有する、回転電機のステータ。