JP6477448B2

JP6477448B2 - モータコイル構造

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Publication number: JP6477448B2
Application number: JP2015237881A
Authority: JP
Inventors: 中村　稔; 稔中村
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-12-04
Filing date: 2015-12-04
Publication date: 2019-03-06
Anticipated expiration: 2035-12-04
Also published as: JP2017103987A

Description

本発明は、モータコイル構造に関する。

例えばＥＶ（電気自動車）、ＨＥＶ（ハイブリッド車）等にモータ及び発電機の少なくともいずれかとして用いられる回転電機、回転電機の固定子、及び回転電機の固定子の製造方法に関する発明が知られている（下記特許文献１を参照）。

特許文献１に記載された回転電機の固定子は、コアバックと、該コアバックから径方向へ突出しているティースとを有する固定子コアと、該ティースに設けられている固定子コイルとを備え、さらに、インシュレータ、ホルダ、及び温度センサを備えている。

上記インシュレータは、上記ティースと上記固定子コイルとの間に介在する胴部と、該胴部に設けられ、上記固定子コアの径方向について上記固定子コイルに隣接している鍔部とを有している。また、上記インシュレータは、上記鍔部のうち、上記固定子コアの軸線方向について上記固定子コアから出ている部分である鍔突出部に、該鍔突出部の外周部から上記胴部に向かって、切欠き部が設けられている。

上記ホルダは、上記切欠部に配置されているホルダ本体を有し、上記鍔突出部に取り付けられている。上記温度センサは、上記ホルダ本体と上記固定子コイルとの間に挟まれている。以上の構成により、特許文献１では、上記固定子コイルの占積率の低下を防止することができ、上記固定子コイルに上記温度センサをより確実に接触させることができる、としている。

また、上記特許文献１の回転電機の固定子において、上記鍔突出部と上記胴部との境界には、上記鍔部の厚さ方向へ上記鍔突出部を貫通する連通空間が設けられている。該連通空間には、上記胴部の外周面に設けられたワニス供給用溝及び上記切欠き部のそれぞれが繋がっている。これにより、上記インシュレータでは、上記連通空間から上記ワニス供給用溝を通して上記固定子コイルへワニスが供給可能になっている。

特開昭２０１５−１０６９５５号公報

上記特許文献１の回転電機の固定子では、上記インシュレータの上記ワニス供給用溝を通して上記固定子コイルへワニスを供給するには、例えば、熱硬化時における粘度が概ね３０ｍＰａ・ｓ以下の比較的低粘度のワニスを使用する必要がある。しかし、このような低粘度のワニスは、上記固定子コアを構成する複数枚の磁性板の間まで染み込み、ボルト締結力を低下させる虞がある。また、インシュレータの材質によっては、ワニスとの固着力が低くなり、コイルを固定子コアに十分に固定できない虞がある。

一方、より高粘度のワニスは、上記インシュレータの上記ワニス供給用溝を通して上記固定子コイルへ含浸させるのが困難である。また、例えば、硬化前における粘度が概ね３０ｍＰａ・ｓ以上の比較的高粘度のワニスを固定子コイルの巻線の間から含浸させようとしても、ワニスが巻線の間に含浸せずに固定子コイルの外側で硬化し、コイル及びインシュレータを固定子コアに固定するのが困難である。

本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、比較的高粘度のワニスをコイルの外側から供給して、コイル及びインシュレータをステータコアにより確実に固定することが可能なモータコイル構造を提供することを目的とする。

前記目的を達成すべく、本発明のモータコイル構造は、ティースを有するステータコアと、該ステータコアの前記ティースに配置された平角線からなる集中巻のコイルと、該コイルと前記ステータコアとの間に介在されたインシュレータとを備えたモータコイル構造であって、前記コイルは、一対のコイルエンド部の少なくとも一方において、前記ステータコアの径方向における前記平角線の間隔がその他の部分よりも拡大されて間隙が設けられ、前記インシュレータは、前記コイルと前記ステータコアとの間に貫通孔を有することを特徴とする。

ステータコアは、例えば、電磁鋼鈑を積層させて一体化させることによって製作することできる。ステータコアは、例えば、ステータコアの径方向の外側から内側へ向けて延在する複数のティースを備えている。複数のティースは、ステータコアの周方向に所定の間隔をあけて配置されている。ステータコアは、一体コアであることが好ましいが、分割コアであってもよい。

コイルは、ステータコアのスロット内における占有率を確保するために、平角線に間隙が設けられるコイルエンド部を除き、平角線の隙間を極力無くすように巻回加工される。コイルエンド部の少なくとも一方に設けられる平角線の間隙は、硬化前の粘度が、例えば３０ｍＰａ・ｓ以上の比較的高粘度のワニスを含浸させることができる程度の寸法に設定することができる。コイルは、例えば、ステータコア、ティース、及びインシュレータの形状に対応する所定の形状に巻回加工され、ティースをステータコアの径方向からコイルの内側に挿入することで、ステータコアのティースに配置される。

インシュレータは、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の絶縁性を有する樹脂材料によって製作される。インシュレータは、例えば、ティースを含むステータコア上に配置され、貫通孔からステータコアの一部を露出させる。インシュレータは、例えば、ステータコアのティースとともに、ステータコアの径方向からコイルの内側に挿入され、コイルとステータコアとの間に介在される。インシュレータの貫通孔は、例えば、コイルの少なくとも一方のコイルエンド部に設けられた間隙に対向する位置に形成することができる。

以上の説明から理解できるように、本発明のモータコイル構造によれば、コイルの外側からコイルエンド部の平角線の間隙に、比較的高粘度のワニスを自然滴下させてコイルの内側へ供給することができる。コイルの内側へ供給されたワニスは、コイルとステータコアとの間のインシュレータに設けられた貫通孔を介してステータコアに到達して硬化することで、コイルとインシュレータをステータコアに固定する。

したがって、本発明のモータコイル構造によれば、比較的高粘度のワニスをコイルエンド部の平角線の間隙からインシュレータの貫通孔まで充填して固化させ、コイルとインシュレータをステータコアに対してより確実に固定することができる。これにより、ワニスとインシュレータとの間の固着力が低い場合でも、コイルとインシュレータをステータコアにより確実に固定することができる。

本発明の実施形態に係るモータコイル構造を示す拡大平面図。図１ＡのＢ−Ｂ線に沿うモータコイル構造の断面図。図１Ａ及び図１Ｂに示すコイルの巻回方法の一例を説明する斜視図。図１Ａ及び図１Ｂに示すコイルの巻回方法の一例を説明する斜視図。図１Ａ及び図１Ｂに示すインシュレータの斜視図。図１Ａに示すステータコアの拡大平面図。図４Ａに示すＢ−Ｂ線に沿うステータコアの断面図。図４Ａに示すステータコアにインシュレータを配置した拡大平面図。図５ＡのＢ−Ｂ線に沿うインシュレータ及びステータコアの断面図。図５Ａに示すステータコアにコイルを配置した拡大平面図。図６ＡのＢ−Ｂ線に沿うコイル、インシュレータ及びステータコアの断面図。コイルエンド部に間隙を有しないモータコイル構造の一例を示す拡大平面図。図７ＡのＢ−Ｂ線に沿うモータコイル構造の断面図。図１Ａに示すモータコイル構造の変形例１を示す拡大平面図。図８ＡのＢ−Ｂ線に沿うモータコイル構造の断面図。図８Ａに示すステータコアにインシュレータを配置した拡大平面図。図９ＡのＢ−Ｂ線に沿うインシュレータ及びステータコアの断面図。図９Ａに示すステータコアにコイルを配置した拡大平面図。図１０ＡのＢ−Ｂ線に沿うコイル、インシュレータ及びステータコアの断面図。図１Ａに示すモータコイル構造の変形例２を示す拡大平面図。図１１ＡのＢ−Ｂ線に沿うモータコイル構造の断面図。図１１Ａに示すステータコアにインシュレータを配置した拡大平面図。図１２ＡのＢ−Ｂ線に沿うインシュレータ及びステータコアの断面図。図１２Ａに示すステータコアにコイルを配置した拡大平面図。図１３ＡのＢ−Ｂ線に沿うコイル、インシュレータ及びステータコアの断面図。

以下、図面を参照して本発明のモータコイル構造の実施形態を説明する。

図１Ａは、本発明の実施形態に係るモータコイル構造１を示す拡大平面図である。図１Ｂは、図１ＡのＢ−Ｂ線に沿うモータコイル構造１の断面図である。本実施形態のモータコイル構造１は、例えば、ＥＶ（電気自動車）、ＥＨＶ（電気ハイブリッド自動車）用のモータに適用される。モータコイル構造１は、ティース１１を有するステータコア１０と、該ステータコア１０のティース１１に配置された平角線２１からなる集中巻のコイル２０と、該コイル２０とステータコア１０との間に介在されたインシュレータ３０とを備えている。

本実施形態のモータコイル構造１は、特に、コイル２０及びインシュレータ３０が次の構成を備える点に特徴を有している。コイル２０は、一対のコイルエンド部２２の少なくとも一方において、ステータコア１０の径方向Ｄにおける平角線２１の間隔がその他の部分よりも拡大されて間隙２３が設けられている。インシュレータ３０は、コイル２０とステータコア１０との間に貫通孔３１を有している。以下、本実施形態のモータコイル構造１の各構成について、詳細に説明する。

ステータコア１０は、概ね円筒形の形状を有し、図示を省略するロータの周囲にロータと同軸に配置され、ロータに向けて径方向Ｄの外側から内側へ突出する複数のティース１１を備えている。複数のティース１１は、ステータコア１０の周方向Ｃに所定の間隔をあけて等間隔に配置されている。ステータコア１０は、例えば、電磁鋼鈑を積層させて一体化させることによって製作することできる。ステータコア１０は、一体コアであることが好ましいが、複数の分割コアと外筒によって構成されていてもよい。

コイル２０は、平角線２１に間隙２３が設けられるコイルエンド部２２を除き、ステータコア１０のスロット内における占有率を確保するために、平角線２１の隙間を極力無くすように巻回加工される。コイルエンド部２２の少なくとも一方に設けられる平角線２１の間隙２３は、硬化前の粘度が、例えば概ね３０ｍＰａ・ｓ以上の比較的高粘度のワニスＶを含浸させることができる程度の寸法に設定することができる。また、コイルエンド部２２における平角線２１の複数の間隙２３の寸法は一様になっている。

図２Ａは、図１Ａ及び図１Ｂに示すコイル２０の巻回方法の一例を説明する斜視図である。コイル２０は、例えば、平角線２１をステータコア１０、ティース１１、及びインシュレータ３０の形状に対応する所定の形状に巻回加工することによって製作される。コイル２０を構成する平角線２１は、一対のコイルエンド部２２に対応する部分の少なくとも一方において、ステータコア１０の径方向Ｄにおける間隔がその他の部分よりも拡大されて間隙２３が形成されるように、部分的に曲げ加工されて捲回される。平角線２１の曲げ加工は、例えば、巻線機の鉄芯４０の横に配置した曲げ加工機によって行うことができる。

図２Ｂは、図１Ａ及び図１Ｂに示すコイル２０の巻回方法の別の一例を説明する斜視図である。コイルエンド部２２の平角線２１の間に間隙２３を形成する別の方法としては、収納又は取り外し可能なガイド４１を設けた鉄芯４０の周りに平角線２１を巻回し、ガイド４１によってコイルエンド部２２に対応する部分の平角線２１に間隙２３を形成する方法を用いることができる。この場合、鉄芯４０の周りに平角線２１を巻回した後、ガイド４１を収納又は取り外すことによって、巻回加工が終了したコイル２０を鉄芯４０から抜き取ることができる。

図３は、図１Ａ及び図１Ｂに示すインシュレータ３０の斜視図である。インシュレータ３０は、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の絶縁性を有する樹脂材料によって製作される。インシュレータ３０は、その周囲に配置されるコイル２０のコイルエンド部２２に設けられる間隙２３に対応する位置に、貫通孔３１が形成されている。

より具体的には、インシュレータ３０は、ステータコア１０の中心軸に平行でかつステータコア１０の径方向Ｄに垂直な断面が長方形の筒状部３２を有し、筒状部３２の長方形断面の短辺に沿う上面３２ｔと下面３２ｂがコイル２０のコイルエンド部２２に対向する。インシュレータ３０は、筒状部３２の上面３２ｔと下面３２ｂに貫通孔３１を有している。インシュレータ３０の貫通孔３１は、コイル２０のコイルエンド部２２に対向する位置に形成され、コイルエンド部２２に設けられる間隙２３に対向する。

また、インシュレータ３０は、筒状部３２の一端に、延在部３３とフランジ部３４とを有している。延在部３３は、筒状部３２の上面３２ｔ及び下面３２ｂからステータコア１０の径方向Ｄの外側へ延在し、間隙２３を形成するように変形されたコイル２０のコイルエンド部２２と、ステータコア１０の中心軸に垂直な上下の端面１０ｔ，１０ｂとの間に配置される（図１Ｂ参照）。フランジ部３４は、筒状部３２の側面３２ｓからステータコア１０の周方向Ｃに延在し、ステータコア１０の内周面１０ｉとコイル２０との間に配置される（図１Ａ参照）。

以下、図１Ａ及び図１Ｂに示すモータコイル構造１の製造方法について説明する。

図４Ａは、図１Ａに示すステータコア１０の拡大平面図であり、図４Ｂは、図４Ａに示すＢ−Ｂ線に沿うステータコア１０の断面図である。本実施形態のモータコイル構造１を製造するには、まず、ステータコア１０を準備する。前述のように、ステータコア１０は、概ね円筒形の形状を有し、径方向Ｄの外側から内側へ突出するティース１１を備えている。ステータコア１０の径方向Ｄに平行な図４Ａに示すＢ−Ｂ線に沿うティース１１の断面形状は、概ね矩形である。

図５Ａは、図４Ａに示すステータコア１０にインシュレータ３０を配置した拡大平面図である。図５Ｂは、図５ＡのＢ−Ｂ線に沿うインシュレータ３０及びステータコア１０の断面図である。前述のように、ステータコア１０の準備が完了したら、次に、ステータコア１０にインシュレータ３０を配置する。

インシュレータ３０は、例えば、フランジ部３４及び延在部３３が設けられた筒状部３２の端部から、ステータコア１０のティース１１をステータコア１０の径方向Ｄに挿入することで、ステータコア１０に配置される。インシュレータ３０は、ステータコア１０の一部であるティース１１を覆い、貫通孔３１からティース１１の一部を露出させる。

図６Ａは、図５Ａに示すステータコア１０にコイル２０を配置した拡大平面図である。図６Ｂは、図６ＡのＢ−Ｂ線に沿うコイル２０、インシュレータ３０及びステータコア１０の断面図である。前述のように、ステータコア１０にインシュレータ３０を配置したら、次に、ステータコア１０のティース１１に平角線２１からなる集中巻のコイル２０を配置する。

コイル２０は、ティース１１をステータコア１０の径方向Ｄからコイル２０の内側に挿入することで、ステータコア１０のティース１１に配置される。このとき、平角線２１の間に間隙２３を有するコイル２０のコイルエンド部２２となる部分が、ステータコア１０の中心軸に垂直なティース１１の上下の面１１ｔ，１１ｂに対向するように、コイル２０をティース１１に配置する。

また、インシュレータ３０は、ステータコア１０のティース１１に配置された状態で、ティース１１とともにコイル２０の内側へステータコア１０の径方向Ｄに挿入され、コイル２０とステータコア１０との間に介在される。インシュレータ３０の貫通孔３１は、コイル２０のコイルエンド部２２に設けられた間隙２３に対向する位置に配置される。

以上のように、本実施形態のモータコイル構造１は、ティース１１を有するステータコア１０と、該ステータコア１０のティース１１に配置された平角線２１からなる集中巻のコイル２０と、該コイル２０とステータコア１０との間に介在されたインシュレータ３０とを備えている。そして、コイル２０は、一対のコイルエンド部２２において、ステータコア１０の径方向Ｄにおける平角線２１の間隔がその他の部分よりも拡大されて間隙２３が設けられている。また、インシュレータ３０は、コイル２０とステータコア１０との間に貫通孔３１を有している。

この構成により、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、本実施形態のモータコイル構造１は、コイル２０の外側からコイルエンド部２２の平角線２１の間隙２３に、例えば、硬化前における粘度が概ね３０ｍＰａ・ｓ以上の比較的高粘度のワニスＶを自然滴下させてコイル２０の内側へ供給することができる。コイル２０の内側へ供給されたワニスＶは、コイル２０とステータコア１０との間のインシュレータ３０に設けられた貫通孔３１を介してステータコア１０に到達して硬化することで、コイル２０とインシュレータ３０をステータコア１０に固定する。ワニスＶは、インシュレータ３０を構成する樹脂材料に対する固着と比較して、ステータコア１０を構成する電磁鋼鈑に対してより強固に固着する。

一方、図７Ａは、コイルエンド部２２に間隙２３を有しないモータコイル構造１Ｘの一例を示す拡大平面図である。図７Ｂは、図７ＡのＢ−Ｂ線に沿うモータコイル構造１Ｘの断面図である。このように、コイル２０の平角線２１の間に間隙２３を有しない場合には、例えば、硬化前における粘度が概ね３０ｍＰａ・ｓ以上の比較的高粘度のワニスＶを自然滴下させてコイル２０の平角線２１の間から含浸させるのは困難である。そのため、ワニスＶがコイル２０の外側で硬化し、コイル２０及びインシュレータ３０をステータコア１０に固定するのが困難になる。

また、硬化前における粘度が概ね３０ｍＰａ・ｓ以下の比較的低粘度のワニスＶを用いることで、コイル２０にワニスＶを含浸させることが可能になる場合があるが、ワニスＶの粘度によって、コイル２０に対する染み込み具合が異なるため、粘度制御の適正化が必要になる。しかし、ワニスＶの温度は一様ではないため、粘度制御は困難である。また、低粘度のワニスＶは、ステータコア１０を構成する電磁鋼鈑の間に染み込むことで、ボルト締結力を低下させるという課題がある。

これに対し、本実施形態のモータコイル構造１は、前述のように、コイル２０がコイルエンド部２２の平角線２１の間に間隙２３を有し、インシュレータ３０が貫通孔３１を有している。したがって、本実施形態のモータコイル構造１によれば、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、比較的高粘度のワニスＶをコイルエンド部２２の平角線２１の間隙２３からインシュレータ３０の貫通孔３１まで充填して固化させ、コイル２０とインシュレータ３０をステータコア１０に対してより確実に固定することができる。

これにより、ワニスＶとインシュレータ３０との間の固着力が低い場合でも、コイル２０とインシュレータ３０をステータコア１０により確実に固定することができる。また、ワニスＶによって、コイル２０の層間も固定することができる。また、コイル２０の平角線２１の間隙２３をコイルエンド部２２に設けることで、ステータコア１０のスロットにおけるコイル２０の占有率が低下するのを防止できる。

なお、本発明は、前述の実施形態で説明したモータコイル構造１の構成に限定されない。以下、図１Ａ及び図１Ｂに示すモータコイル構造１の実施形態の変形例について説明する。

［変形例１］
図８Ａは、図１Ａに示すモータコイル構造１の変形例１に係るモータコイル構造１Ａを示す拡大平面図である。図８Ｂは、図８ＡのＢ−Ｂ線に沿うモータコイル構造１Ａの断面図である。図９Ａは、図８Ａに示すステータコア１０にインシュレータ３０を配置した拡大平面図である。図９Ｂは、図９ＡのＢ−Ｂ線に沿うインシュレータ３０及びステータコア１０の断面図である。図１０Ａは、図９Ａに示すステータコア１０にコイル２０を配置した拡大平面図である。図１０Ｂは、図１０ＡのＢ−Ｂ線に沿うコイル２０、インシュレータ３０及びステータコア１０の断面図である。

本変形例のモータコイル構造１Ａは、コイル２０の一対のコイルエンド部２２に平角線２１の間隙２３が１箇所ずつ設けられている点で、前述の実施形態のモータコイル構造１と異なっている。本変形例のモータコイル構造１Ａのその他の点は、前述の実施形態のモータコイル構造１と同様であるため、同様の部分には同一の符号を付して説明を省略する。

本変形例のモータコイル構造１Ａは、前述の実施形態のモータコイル構造１と同様に、コイル２０の一対のコイルエンド部２２に平角線２１の間隙２３が設けられ、インシュレータ３０が貫通孔３１を有している。したがって、本変形例のモータコイル構造１Ａによれば、前述の実施形態のモータコイル構造１と同様に、比較的高粘度のワニスＶをコイルエンド部２２の平角線２１の間隙２３からインシュレータ３０の貫通孔３１まで充填して固化させ、コイル２０とインシュレータ３０をステータコア１０に対してより確実に固定することができる。

［変形例２］
図１１Ａは、図１Ａに示すモータコイル構造１の変形例２に係るモータコイル構造１Ｂを示す拡大平面図である。図１１Ｂは、図１１ＡのＢ−Ｂ線に沿うモータコイル構造１Ｂの断面図である。図１２Ａは、図１１Ａに示すステータコア１０にインシュレータ３０を配置した拡大平面図である。図１２Ｂは、図１２ＡのＢ−Ｂ線に沿うインシュレータ３０及びステータコア１０の断面図である。図１３Ａは、図１２Ａに示すステータコア１０にコイル２０を配置した拡大平面図である。図１３Ｂは、図１３ＡのＢ−Ｂ線に沿うコイル２０、インシュレータ３０及びステータコア１０の断面図である。

本変形例のモータコイル構造１Ｂは、コイル２０の一対のコイルエンド部２２に平角線２１の間隙２３が２箇所ずつ設けられ、インシュレータ３０にコイル２０の間隙２３に対応する４つの貫通孔３１が設けられている点で、前述の実施形態のモータコイル構造１と異なっている。本変形例のモータコイル構造１Ｂのその他の点は、前述の実施形態のモータコイル構造１と同様であるため、同様の部分には同一の符号を付して説明を省略する。

本変形例のモータコイル構造１Ｂは、前述の実施形態のモータコイル構造１と同様に、コイル２０の一対のコイルエンド部２２に平角線２１の間隙２３が設けられ、インシュレータ３０が貫通孔３１を有している。したがって、本変形例のモータコイル構造１Ｂによれば、前述の実施形態のモータコイル構造１と同様に、比較的高粘度のワニスＶをコイルエンド部２２の平角線２１の間隙２３からインシュレータ３０の貫通孔３１まで充填して固化させ、コイル２０とインシュレータ３０をステータコア１０に対してより確実に固定することができる。

以上、図面を用いて本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

１モータコイル構造
１Ａモータコイル構造
１Ｂモータコイル構造
１０ステータコア
１１ティース
２０コイル
２１平角線
２２コイルエンド部
２３間隙
３０インシュレータ
３１貫通孔
Ｄ径方向

Claims

ティースを有するステータコアと、該ステータコアの前記ティースに配置された平角線からなる集中巻のコイルと、該コイルと前記ステータコアとの間に介在されたインシュレータとを備えたモータコイル構造であって、
前記コイルは、一対のコイルエンド部の少なくとも一方において、前記ステータコアの径方向における前記平角線の間隔がその他の部分よりも拡大されて前記コイルエンド部に滴下されたワニスを含浸させる間隙が設けられ、
前記インシュレータは、前記コイルと前記ステータコアとの間に、前記間隙に対向して前記ワニスが充填される貫通孔を有することを特徴とするモータコイル構造。