JP6233358B2 - 回転電機ステータ - Google Patents

Description

本発明は、回転電機ステータに係り、特にコイルエンドから動力線が引き出される回転電機ステータに関する。

特許文献１には、回転電機ステータのコイルエンドにおいて、動力線が引き出されるバスバーモジュールと隙間を空けて覆う絶縁カバーによって、モータケースとバスバーモジュールとの間の絶縁を確保することが開示されている。

特許文献２には、電気掃除機に用いられる電動機のステータにおいて、コイル巻線の内周側に配置される樹脂製のリテーナの軸方向端部の一部が舌片状に折り返されてコイル巻線の軸方向端部を押えることが述べられている。

特開２０１３−１２６３２９号公報 特開２０１３−０７４６４４号公報

車両搭載用の回転電機等では、厳しい振動条件の下で使用されることがある。ステータコアに巻回されるコイルが振動すると、コイルエンドから引き出される動力線の根元等に繰り返し振動の負荷が加えられる。

本発明の目的は、ステータコアに対するコイルエンドの振動を抑制できる回転電機ステータを提供することである。

本発明の１つの形態に係る回転電機ステータは、円環状のステータヨークとステータヨークから内周側に突き出す複数のティースとを含むステータコアと、ティースに巻回され、動力線が引き出されるコイルと、ステータコアの軸方向端部に突き出すコイルの部分であるコイルエンドをステータコアに対して押し付けるリテーナ部材と、を備え、リテーナ部材は、コイルエンドの軸方向の端面上に配置されコイルエンドをステータコアの側に押し付ける押付部と、押付部の両側の端部のそれぞれからコイルエンドの外周面側の軸方向に沿って曲がり、ステータコアに設けられる取付部に向かって延びる脚部と、脚部のそれぞれに設けられる取付端であってステータコアの取付部に対して固定される取付端と、を有し、動力線は押付部の両側の脚部の間から引き出されることを特徴とする。

上記構成の回転電機ステータによれば、押付部とその両側の端部から延びる脚部と脚部に設けられる取付端を有するリテーナ部材がコイルエンドをステータコアに対して押し付ける。ここで、動力線は押付部の両側の脚部の間から引き出される。このように、両端が固定端となる押付部によってコイルエンドがステータコアに押し付けられるので、ステータコアに対するコイルエンドの振動が抑制され、振動に対する動力線の負荷が軽減される。

また、本発明の１つの形態に係る回転電機ステータにおいて、リテーナ部材は、取付端のそれぞれがステータヨークに固定されることで、固定された取付端の間のリテーナ部材が弾性変形し、その弾性復元力でコイルエンドをステータコアに対して押し付けてもよい。このように、リテーナ部材の弾性復元力を利用してコイルエンドをステータコア側に押し付けるので、特別な押付力発生機構を有しない。

本発明の１つの形態に係る回転電機ステータにおいて、リテーナ部材は、絶縁性を有する樹脂製部材であってもよい。また、本発明の１つの形態に係る回転電機ステータにおいて、取付部は、貫通穴を有し、樹脂製部材よりも剛性の高い金属製部材で構成されてもよい。樹脂製であることでコイルエンドとの絶縁性を確保できる。また、金属製部材の取付部を介して磁性体のステータコアに固定することで、固定力を確保できる。

本発明の１つの形態に係る回転電機ステータにおいて、リテーナ部材は、ステータコアに設けられる３以上の取付部にそれぞれ取り付けられる取付端を有してもよい。このように、取付部の数を多くすることで、必要な押付力を確保することができる。

本発明の１つの形態に係る回転電機ステータにおいて、リテーナ部材は、３つの押付部を互いに連結して形成される３つの連結部を有する連結押付部と、３つの連結部を３つの端部として、３つの端部のそれぞれからステータコアに設けられる３つの取付部に向かって延びる３つの脚部と、３つの脚部のそれぞれに設けられる３つの取付端と、を有してもよい。回転電機をモータケース等に固定するためにステータコアには少なくとも３つの取付部が設けられる。上記構成によって、この３つの取付部を最大限利用して、必要な押付力を確保できる。

本発明の１つの形態に係る回転電機ステータにおいて、リテーナ部材とコイルエンドとの間がワニスで固定されてもよい。これにより、ワニスで固定されたリテーナ部材によってコイルエンドの振動をよりしっかりと抑制できる。

本発明の実施の形態によれば、ステータコアに対するコイルエンドの振動を抑制できる。

本発明に係る実施の形態の回転電機ステータの斜視図である。 図１のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。 本発明に係る実施の形態の回転電機ステータにおけるリテーナ部材を示す図である。図３（ａ）は、ステータコアに取り付ける前の状態のリテーナ部材の平面図であり、（ｂ）は、ステータコアに取り付ける前の状態のリテーナ部材と、ステータコアに取り付けた状態のリテーナ部材とを比較して示す図である。 他の構成のリテーナ部材の例を示す図である。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、車両に搭載される回転電機用のステータを述べるが、これは説明のための例示であって、外部振動を受ける回転電機用のステータであれば、車両搭載以外の用途であっても構わない。以下で述べる材質等は、説明のための例示であって、回転電機ステータの仕様に合わせ、適宜変更が可能である。以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、回転電機ステータ１０の斜視図である。以下では特に断らない限り、回転電機ステータ１０をステータ１０と呼ぶ。ステータ１０が用いられる回転電機は、車両に搭載され、車両が力行するときは電動機として機能し、車両が制動時にあるときは発電機として機能するモータ・ジェネレータで、三相回転電機である。回転電機は、固定子であるステータ１０と、図１では図示されていないが、ステータ１０の内周側に所定の隙間を隔てて配置される回転子であるロータとを含む。

ステータ１０は、ステータコア１２と、ステータコア１２に巻回されるコイルを含む。ステータコア１２は、円環状のステータヨーク１４と、ステータヨーク１４から内周側に突き出す複数のティース１６とを含む。コイルは、各ティースに巻回される巻線であるが、図１では、ステータコア１２の軸方向端部から突き出すコイルの部分であるコイルエンド２０，２１が示される。ティース１６はステータヨーク１４から内周側に突き出す部分がコイルエンド２０に隠され、図１ではティース１６として内周側に突き出した内周面を示した。図１に軸方向を示した。コイルエンド２０はステータコア１２の軸方向の一方側の端部に突き出すコイル部分であり、コイルエンド２１はステータコア１２の軸方向の他方側の端部に突き出すコイル部分である。

ステータコア１２は、所定の形状に成形された複数の磁性体薄板１３（図２参照）を積層して形成される円環状の磁性体部品である。磁性体薄板としては電磁鋼板を用いることができる。磁性体薄板の積層体に代えて、磁性粉末を一体化成形したものを用いてもよい。

動力線２２は、ティース１６に巻回される三相巻線であるＵ相巻線の外部引出端子、Ｖ相巻線の外部引出端子、Ｗ相巻線の外部引出端子の３つの引出端子のそれぞれに一方側が接続される３本の引出線である。なお、Ｕ相巻線の他方側端子とＶ相巻線の他方側端子とＷ相巻線の他方側端子は互いに接続されて中性線となる。図１では、動力線２２として、Ｕ相引出線とＶ相引出線とＷ相引出線の３本が示される。動力線２２において、Ｕ相引出線とＶ相引出線とＷ相引出線の３本の他方側には、それぞれ端子板が取り付けられる。各端子板は、図示されていない駆動回路の三相出力端子にそれぞれ接続される。各端子板は、１つの端子台にまとめてもよい。

図１におけるリテーナ部材３０は、コイルエンド２０をステータコア１２に対して押し付ける部材である。リテーナ部材３０は、コイルエンド２０の軸方向の端面上に配置され、両端が取付ボルト５２ａ，５２ｂによってステータコア１２の取付部１８ａ，１８ｂに対して固定される。ステータコア１２の取付部１８ａ，１８ｂは、ステータコア１２の外周部から張り出して貫通孔が設けられる張出部で、回転電機をモータケース５０（図２参照）に取り付ける際に用いられる。図１ではコイルエンド２０に隠されているが、ステータコア１２にはもう１つの取付部１８ｃが設けられ、合計３つの取付部１８ａ，１８ｂ，１８ｃを用いて、ステータ１０がモータケース５０に固定して取り付けられる。

リテーナ部材３０は、円環状のコイルエンド２０において、動力線２２が引き出される部分をステータコア１２に対して押し付けるように配置される。リテーナ部材３０は、コイルエンド２０の軸方向の端面上に配置される部分の両端の間に動力線２２が来るように配置される。換言すれば、動力線２２を跨ぐようにしてリテーナ部材３０がコイルエンド２０に対して配置される。

回転電機に外部振動が加わったとき等において、ステータコア１２が振動し、その振動に伴ってコイルエンド２０がステータコア１２に対して振動し動力線２２の根元等に与える負荷が増大する。リテーナ部材３０は、コイルエンド２０をステータコア１２側に押し付けて、ステータコア１２に対するコイルエンド２０の相対的振動を抑制する働きをする。

図２は、図１においてリテーナ部材３０に沿ったＡ−Ａ’線についての断面図である。リテーナ部材３０は、押付部３２と、押付部３２の両側の端部からそれぞれ延びる脚部３４ａ，３４ｂと、脚部３４ａ，３４ｂのそれぞれに設けられる取付端３６ａ，３６ｂを含む。図２では二点鎖線で示したが、動力線２２は、押付部３２の両側の脚部３４ａ，３４ｂの間から引き出される。

押付部３２は、コイルエンド２０の軸方向の端面上に配置され、コイルエンド２０をステータコア１２の側に押し付ける平板状部材である。脚部３４ａ，３４ｂは、押付部３２の両側の端部のそれぞれからコイルエンド２０の外周面側の軸方向に沿って曲がりステータコア１２に設けられる取付部１８ａ，１８ｂに向かって延びる部分である。取付端３６ａ，３６ｂは、脚部３４ａ，３４ｂのそれぞれの先端部である。押付部３２、２つの脚部３４ａ，３４ｂ、２つの取付端３６ａ，３６ｂは一体であり、Ａ−Ａ’線に沿って、取付端３６ａ、脚部３４ａ、押付部３２、脚部３４ｂ、取付端３６ｂの順に並ぶ。

ワッシャ部４０ａ，４０ｂは、２つの取付端３６ａ，３６ｂのそれぞれの先端部に設けられ、貫通孔を有する金属製部材である。貫通孔の内径は、取付ボルト５２ａ，５２ｂのねじ部の外径よりも大きく設定される。ワッシャ部４０ａ，４０ｂの材質は、リテーナ部材３０を構成する樹脂製部材よりも剛性が高く、適当な強度を有する金属で、例えば、鉄等を用いることができる。

リテーナ部材３０は、樹脂を用いて所定の形状に成形したものを用いることができる。樹脂としては、電気的絶縁性とともに適当な強度と耐熱性を有する材料が用いられる。例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、芳香族ナイロン樹脂コンパウンド等が用いられる。樹脂に適当なフィラーを含ませてもよい。ワッシャ部４０ａ，４０ｂは、樹脂成形の際にインサートモールド等の方法で一体化成形される。一体化成形せずに樹脂成形品とは分離された別部材のワッシャ部４０ａ，４０ｂとしてもよい。なお、樹脂製に代えて、適当な金属製でリテーナ部材を構成してもよい。その場合には、ワッシャ部を省略することができる。

モータケース５０は、回転電機を内部に収容するケース体である。取付ボルト５２ａ，５２ｂは、ステータ１０をモータケース５０に取り付ける締結手段で、先端側にねじ部を有する頭部付ボルトである。図１で述べたように、ステータ１０には３つの取付部１８ａ，１８ｂ，１８ｃが設けられるが、取付部１８ａ，１８ｂ，１８ｃのそれぞれに対応して、モータケース５０には３つの取付ねじ穴が設けられる。ステータ１０をリテーナ部材３０と共にモータケース５０に取り付ける方法は以下の通りである。後述するように、ステータコア１２に取り付ける前後でリテーナ部材は弾性変形するのでこれを区別することが可能であるが、ここでは、弾性変形の前後を区別せずリテーナ部材３０として説明する。

取付部１８ａ，１８ｂ，１８ｃのそれぞれに設けられる貫通孔をモータケース５０において対応する３つの取付ねじ穴に位置決めして、ステータ１０をモータケース５０に載せる。リテーナ部材３０は、コイルエンド２０の軸方向の端面上に配置した状態で、２つの脚部３４ａ，３４ｂの先端の２つの取付端３６ａ，３６ｂにおけるワッシャ部４０ａ，４０ｂの貫通孔を、ステータ１０の取付部１８ａ，１８ｂの貫通孔にそれぞれ合わせる。次に、所定の３つの頭部付ボルトを準備する。このうちの２つは、取付ボルト５２ａ，５２ｂとして、リテーナ部材３０のワッシャ部４０ａ，４０ｂの貫通孔とステータ１０の取付部１８ａ，１８ｂの貫通孔を通し、モータケース５０の取付ねじ穴にねじ込んで固定される。これによって、リテーナ部材３０は、ステータコア１２の取付部１８ａ，１８ｂに対して固定される。残る１つの頭部付ボルトは、ステータ１０の取付部１８ｃの貫通孔に挿入し、先端のねじ部をモータケース５０の取付ねじ穴にねじ込んで固定される。

ステータコア１２の３つの取付部１８ａ，１８ｂ，１８ｃと、これに対応する３つの頭部付ボルトは、モータケース５０にステータ１０を固定するためのものであるが、そのうちの２つがリテーナ部材３０をステータコア１２に対して固定するために用いられる。これによって、特別な締結手段を設けることなく、リテーナ部材３０をステータコア１２に対し取り付けることができ、リテーナ部材３０によってコイルエンド２０をステータコア１２に対し押し付けることができる。リテーナ部材３０がコイルエンド２０をステータコア１２に対し押し付けることで、コイルエンド２０の振動を抑制できる。

図２におけるワニス４２は、リテーナ部材３０とコイルエンド２０との間に滴下または塗布によって設けられる接着固定材である。これにより、ワニス４２で固定されたリテーナ部材３０によってコイルエンド２０の振動をよりしっかりと抑制できる。

図３は、ステータコア１２におけるリテーナ部材を示す図である。図３（ａ）は、ステータコア１２に取り付ける前の状態のリテーナ部材３１の平面図であり、（ｂ）は、ステータコア１２に取り付ける前の状態のリテーナ部材３１と、ステータコア１２に取り付けた状態のリテーナ部材３０とを比較して示す図である。図３では、ステータコア１２に取り付ける前後のリテーナ部材を区別して、ステータコア１２に取り付ける前をリテーナ部材３１とし、ステータコア１２に取り付けた後をリテーナ部材３０に対し、符号を「＋１」した。

図３（ａ）に示すように、ステータコア１２に取り付ける前の状態のリテーナ部材３１は、押付部３３と、押付部３３の両側の端部からそれぞれ延びる脚部３５ａ，３５ｂと、脚部３５ａ，３５ｂのそれぞれに設けられる取付端３７ａ，３７ｂを含む。取付端３７ａ，３７ｂにはそれぞれワッシャ部４０ａ，４０ｂがインサートモールドによって一体化されて設けられる。脚部３５ａ，３５ｂは、取付端３７ａ，３７ｂに設けられるワッシャ部４０ａ，４０ｂを挟むように、二股形状を有する。

図３（ｂ）では、ステータコア１２、コイルエンド２０、ステータコア１２に取り付けた状態のリテーナ部材３０を二点鎖線で示した。ステータコア１２に取り付ける前の状態のリテーナ部材３１の取付端３７ａの下面から押付部３３の下面までの高さＨ_REは、ステータコア１２の軸方向の一方側の端面からコイルエンド２０の軸方向の端面までの高さＨ_CEよりも低く設定される。

ここで、リテーナ部材３１をコイルエンド２０の軸方向の端面上に配置し、取付端３７ａ，３７ｂをステータコア１２の取付部１８ａ，１８ｂに合わせ、取付ボルト５２ａ，５２ｂによってステータコア１２に対して固定する。この固定によって、リテーナ部材３１は、高さの差（Ｈ_CE−Ｈ_RE）をゼロにするように弾性変形して、リテーナ部材３０の状態となる。固定端となる取付端３７ａ，３７ｂの間のリテーナ部材３１の部分の弾性変形によって生じる弾性復元力Ｆで、コイルエンド２０はステータコア１２に対して押し付けられる。弾性復元力Ｆの大きさは、高さの差（Ｈ_CE−Ｈ_RE）とリテーナ部材３１の剛性によって設定できる。リテーナ部材３１の剛性は、樹脂材料の弾性特性、押付部３３の幅寸法Ｗ、厚さ寸法ｔ、脚部３５ａ，３５ｂの二股形状等によって設定することができる。

取付端３７ａ，３７ｂには貫通孔を有する金属製部材であるワッシャ部４０ａ，４０ｂが設けられるので、リテーナ部材３１が樹脂製であっても、取付ボルト５２ａ，５２ｂの締結力によって変形することもなく、ステータコア１２に対してしっかりと固定できる。このように、リテーナ部材３０は、樹脂製であることでコイルエンド２０との絶縁性を確保しつつ、金属製部材であるワッシャ部４０ａ，４０ｂを介して磁性体金属であるステータコア１２に固定することで、固定力を確保できる。

上記では、ステータコア１２の３つの取付部１８ａ，１８ｂ，１８ｃのうち２つを用いてリテーナ部材３０を取り付けるものとした。この場合のリテーナ部材３０は、両端が固定端となる。リテーナ部材としては、固定端が２つに限られず、３以上の固定端を有してもよい。換言すれば、ステータコア１２に設けられる３以上の取付部にそれぞれ取り付けられる３以上の取付端を有するリテーナ部材であってもよい。

図４は、３つの固定端を有するリテーナ部材６０の例を示す図である。図４は、リテーナ部材６０の平面図と、二点鎖線で示すステータコア１２とコイルエンド２０を示した。

リテーナ部材６０は、３つの押付部６２，６４，６６を互いに連結して形成されるデルタ型の連結押付部を含む。リテーナ部材６０において、３つの押付部６２，６４，６６が互いに連結される３つの連結部は、図１、図２で説明した端部に相当する。すなわち、リテーナ部材６０は、デルタ型の連結押付部に３つの端部を有する。この３つの端部のそれぞれからステータコア１２に設けられる３つの取付部１８ａ，１８ｂ，１８ｃに向かってそれぞれ延びる部分が、図１、図２で説明した脚部に相当する。すなわち、リテーナ部材６０は、３つの脚部７０ａ，７０ｂ，７０ｃを有する。

３つの脚部７０ａ，７０ｂ，７０ｃの先端は、それぞれ取付端３６ａ，３６ｂ，３６ｃとなる。３つの取付端３６ａ，３６ｂ，３６ｃは、図１、図２で説明した取付端３６ａ，３６ｂと同じもので、その数が２から３になっただけである。３つの取付端３６ａ，３６ｂ，３６ｃにはそれぞれワッシャ部４０ａ，４０ｂ，４０ｃが設けられる。ワッシャ部４０ａ，４０ｂ，４０ｃは、図１から３で説明したワッシャ部４０ａ，４０ｂと同じもので、その数が２から３になっただけである。３つの脚部７０ａ，７０ｂ，７０ｃのそれぞれは、対応するワッシャ部４０ａ，４０ｂ，４０ｃを挟むように、二股形状を有する。

ステータコア１２の３つの取付部１８ａ，１８ｂ，１８ｃは、周方向に均等に配置された場合、ステータの中心軸からみて２つの取付部の間の見込角は１２０度である。コイルエンド２０から引き出される動力線２２の３本の引出線の引出位置が２つの取付部の間の見込角の１２０度の範囲に入っている場合には、図１、図２で説明した１つのリテーナ部材３０を用いることができる。ステータ１０の仕様によって、動力線２２の３本の引出線のうち１本の引出位置が２つの取付部の間の見込角の１２０度の範囲から外れるときには、図４のリテーナ部材６０を用いることができる。図４のリテーナ部材６０を用いることで、コイルエンド２０において動力線２２の３本の引出線が引き出される部分をステータコア１２に対し押し付けることができる。これによって、回転電機に外部振動が加わったとき等において、ステータコア１２が振動しても、コイルエンド２０がステータコア１２に対して振動することを抑制し、動力線２２を構成する各引出線の根元等に与える負荷を軽減することができる。

上記では、動力線２２がコイルエンド２１からは引き出されず、コイルエンド２０のみから引き出されるものとした。ステータ１０の仕様によって、動力線がコイルエンド２０，２１の双方から引き出される場合は、リテーナ部材は、コイルエンド２０側に設けるだけでなく、コイルエンド２１側にも設けるようにしてよい。

１０ （回転電機）ステータ、１２ ステータコア、１３ 磁性体薄板、１４ ステータヨーク、１６ ティース、１８ａ，１８ｂ，１８ｃ 取付部、２０，２１ コイルエンド、２２ 動力線、３０，３１，６０ リテーナ部材、３２，３３，６２，６４，６６ 押付部、３４ａ，３４ｂ，３５ａ，３５ｂ，７０ａ，７０ｂ，７０ｃ 脚部、３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３７ａ，３７ｂ 取付端、４０ａ，４０ｂ，４０ｃ ワッシャ部、４２ ワニス、５０ モータケース、５２ａ，５２ｂ 取付ボルト。

Claims (7)

1. 円環状のステータヨークと該ステータヨークから内周側に突き出す複数のティースとを含むステータコアと、
   前記ティースに巻回され、動力線が引き出されるコイルと、
   前記ステータコアの軸方向端部に突き出す前記コイルの部分であるコイルエンドを前記ステータコアに対して押し付けるリテーナ部材と、
   を備え、
   前記リテーナ部材は、
   前記コイルエンドの軸方向の端面上に配置され前記コイルエンドを前記ステータコアの側に押し付ける押付部と、
   該押付部の両側の端部のそれぞれから前記コイルエンドの外周面側の軸方向に沿って曲がり前記ステータコアに設けられる取付部に向かって延びる脚部と、
   該脚部のそれぞれに設けられる取付端であって前記ステータコアの前記取付部に対して固定される取付端と、
   を有し、前記動力線は前記押付部の前記両側の前記脚部の間から引き出されることを特徴とする回転電機ステータ。
2. 請求項１に記載の回転電機ステータにおいて、
   前記リテーナ部材は、
   前記取付端のそれぞれが前記ステータヨークに固定されることで、固定された前記取付端の間の前記リテーナ部材が弾性変形し、その弾性復元力で前記コイルエンドを前記ステータコアに対して押し付けることを特徴とする回転電機ステータ。
3. 請求項１又は２に記載の回転電機ステータにおいて、
   前記リテーナ部材は、
   絶縁性を有する樹脂製部材であることを特徴とする回転電機ステータ。
4. 請求項３に記載の回転電機ステータにおいて、
   前記取付部は、
   貫通穴を有し、前記樹脂製部材よりも剛性が高い金属製部材で構成されることを特徴とする回転電機ステータ。
5. 請求項１から４のいずれか１に記載の回転電機ステータにおいて、
   前記リテーナ部材は、
   前記ステータコアに設けられる３以上の前記取付部にそれぞれ取り付けられる前記取付端を有することを特徴とする回転電機ステータ。
6. 請求項５に記載の回転電機ステータにおいて、
   前記リテーナ部材は、
   ３つの前記押付部を互いに連結して形成される３つの連結部を有する連結押付部と、
   前記３つの連結部を３つの前記端部として、該３つの前記端部のそれぞれから前記ステータコアに設けられる３つの前記取付部に向かって延びる３つの前記脚部と、
   該３つの前記脚部のそれぞれに設けられる３つの前記取付端と、
   を有することを特徴とする回転電機ステータ。
7. 請求項１から６のいずれか１に記載の回転電機ステータにおいて、
   前記リテーナ部材と前記コイルエンドとの間がワニスで固定されることを特徴とする回転電機ステータ。

Images