JP6589571B2

JP6589571B2 - 回転電機のステータ

Info

Publication number: JP6589571B2
Application number: JP2015218110A
Authority: JP
Inventors: 知香鈴木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-11-06
Filing date: 2015-11-06
Publication date: 2019-10-16
Anticipated expiration: 2035-11-06
Also published as: JP2017093081A

Description

本発明は、回転電機のステータに関し、特に、ティースにインシュレータが装着される回転電機のステータに関する。

回転電機のステータのティースにはコイルが巻装されている。ティースとコイルとの間には、両者間を絶縁するために絶縁性樹脂からなるインシュレータが設けられている。このインシュレータには、枠形状であり、ティースの内周先端側からティースに嵌め込んで取り付ける形式や、軸方向に２分割された構成であり、ティースの軸方向両端側からティースを挟み込んで取り付ける形式（例えば、特許文献１参照）等がある。

特開２０１５−１３６２４１号公報

回転電機の駆動時、ティース内部には磁束が流通するので、この磁束の流通を阻害しないように、ティースに十分な断面積を確保する必要がある。一方、特許文献１に記載された構成では、ティースに取り付けたインシュレータがティースの径方向に移動することを防止するために、ティースの軸方向の両側面に軸方向に延びる溝を形成するとともに、インシュレータに当該溝に係合する爪をそれぞれ形成して爪と溝とを係合している。

このため、溝を設ける位置によっては、ティース断面積が小さくなる場合があり、ティース内部での磁束の流通が阻害される可能性がある。

そこで、本発明では、ティース内部の磁束の流通に影響を与えることなく、インシュレータをティースに取り付けることを目的とする。

本発明の回転電機のステータは、円筒状のヨークの内周面から径方向内側へ突出する先端に向かって先細台形形状である複数のティースを有するステータコアと、前記ステータコアの軸方向に分割されて、前記ティースを前記軸方向の両端からそれぞれ覆うインシュレータと、を備えた回転電機のステータであって、前記ティースは、ステータ周方向の両側面に前記軸方向に沿ってそれぞれ延在する溝を有し、前記ティース内部の前記溝間のステータ周方向における間隔が前記ティースの先端幅以上であり、前記インシュレータは、前記ティースのステータ周方向の両側面に対応する部分にそれぞれ設けられ、前記溝に係合する突起を有し、前記インシュレータにおいて前記ティースの側面に対向する一対の側壁部が略平行な状態となっていて、その一対の側壁部の内面も略平行に延在しており、前記インシュレータの当該一対の側壁部の内面と、前記ティースの側面との周方向の距離が、前記径方向の内方側に行くにしたがって大きくなり、前記インシュレータが、接着剤により前記ティースに固定されている、ことを特徴とする。

本発明によれば、ティース内部の磁束の流通に影響を与えることなく、インシュレータをティースに取り付けることができる。

ステータのティース及びインシュレータの分解斜視図である。ティースの平面図である。図１のＣ−Ｃ断面図である。ティース内部の磁束流通状態を示す模式図であり、（１）は本実施形態における磁束流通状態を示す図であり、（２）は比較のための磁束流通状態を示す図である。

本実施形態の回転電機のステータ１は、例えば、ハイブリッド車両に搭載されるモータジェネレータに使用される。図１に示すように、ステータ１のステータコア１０は、多数の電磁鋼板を積層して構成されている。ステータコア１０は、ステータ周方向に沿って延びる環状のヨーク１１と、ヨーク１１の内周面１１ａよりステータ径方向内側へ突出する複数のティース１２とを備えている。

ティース１２は、ステータ径方向内側の先端が先細の等脚台形形状に形成されている。複数のティース１２はステータ周方向に互いに等間隔で配置されている。ステータ周方向に隣接するティース１２の間にスロット１３が形成され、複数のスロット１３がステータ周方向に互いに等間隔で配置されている。各ティース１２及び各スロット１３は、ステータ軸方向に沿って延びている。

図１、２に示すように、ティース１２のステータ周方向の側面１２ａ，１２ａのヨーク１１から突出している根元部分、すなわち、ティース１２の側面１２ａ，１２ａとヨーク１１の内周面１１ａとの角部近傍には、ステータ軸方向に平行に延びる一対の溝１２ｂ，１２ｂがそれぞれ形成されている。溝１２ｂ，１２ｂの断面形状は略Ｕ字形状である。溝１２ｂ、１２ｂは、ティース１２のステータ軸方向と同じ長さを有している。すなわち、溝１２ｂ、１２ｂは、ステータ軸方向においてティース１２の一方端面から他方端面に亘って形成されている。

図２に示すように、ティース１２のヨーク１１への根元幅、すなわち、ティース１２内部の溝１２ｂ，１２ｂ間のステータ周方向における間隔Ｂは、ティース１２の先端幅Ａ以上に設定されている。つまり、先端幅Ａ≦間隔Ｂの関係を満たすように設定されている。この設定による作用については後述する。

ティース１２には図示しないコイルが巻装される。このため、ティース１２にはコイルと絶縁するために絶縁性樹脂からなるインシュレータ２０が取り付けられている。インシュレータ２０は、ステータ軸方向に２分割されており、第１のインシュレータ２１と第２のインシュレータ２２とを備えている。第１のインシュレータ２１及び第２のインシュレータ２２は、ティース１２のステータ軸方向の両端から、ティース１２を挟み込むようにしてティース１２に取り付けられる。第１のインシュレータ２１及び第２のインシュレータ２２は、接着剤によりティース１２に固定される。なお、接着剤を用いずに係合爪等によってティース１２に固定してもよい。

第１のインシュレータ２１と第２のインシュレータ２２とは同形状であるので、以下、第１のインシュレータ２１について説明し、第２のインシュレータ２２には対応する符号を付してその説明を省略する。図１に示すように、第１のインシュレータ２１のステータ軸方向の長さは、ティース１２のステータ軸方向の長さの半分以下である。

第１のインシュレータ２１は、ティース１２に嵌装されるコ字形状の嵌装部２１ａと、嵌装部２１ａの径方向外側の端面からステータ周方向及びステータ軸方向に延在するフランジ部２１ｂと、ティース１２の溝１２ｂ，１２ｂにそれぞれ係合する突起２１ｃとを備えている。嵌装部２１ａは、ティース１２のステータ軸方向の一端面及び側面１２ａ，１２ａを覆う。フランジ部２１ｂは、ティース１２の根元部のヨーク１１の内周面１１ａを覆う。

図３に示すように、突起２１ｃ，２１ｃは、嵌装部２１ａとフランジ部２１ｂとが接続する角部から、ステータ周方向に向かって互いに対向するように突出している。突起２１ｃは、その断面形状が溝１２ｂの形状に応じた逆Ｕ字形状であり、溝１２ｂに係合するために、溝１２ｂの大きさより僅かに小さく設定されている。また、突起２１ｃは、ステータ軸方向において嵌装部２１ａの全長に亘って形成される突条である。

次に、第１及び第２のインシュレータ２１，２２のティース１２への取付について説明する。第１及び第２のインシュレータ２１，２２を、ティース１２のステータ軸方向の両端からティース１２を覆うようにそれぞれ嵌め込む。この嵌め込みの際に、第１のインシュレータ２１の突起２１ｃをティース１２の溝１２ｂに係合して、突起２１ｃが溝１２ｂ内をスライドするように、第１のインシュレータ２１をティース１２のステータ軸方向の一方側から取り付ける。このとき図示しない接着剤を使用して、第１のインシュレータ２１をティース１２に固定する。また、第２のインシュレータ２２も、同様にティース１２のステータ軸方向の他方側から取り付けて、図示しない接着剤を使用して固定する。

第１及び第２のインシュレータ２１，２２は、各突起２１ｃ，２２ｃがティース１２の溝１２ｂ，１２ｂにそれぞれ係合しているので、ステータ径方向への移動が規制されて、第１及び第２のインシュレータ２１，２２のティース１２の先端部からの脱落を防止することができる。

次に、ティース１２内部を流通する磁束について説明する。ティース１２内部を流通する磁束は、ティース１２の先端から入り込み、ティース１２の根元を通ってヨーク１１に流通する。このため、ティース１２内部を流通する磁束の量は、ティース１２の先端の断面積及びティース１２の根元の断面積によって決定される。これら断面積は、ティース１２の先端のステータ周方向幅及びティース１２の根元のステータ周方向幅に基づいて設定される。すなわち、ティース１２の先端のステータ周方向幅が大きい程ティース１２内部に磁束が流入し、ティース１２の根元のステータ周方向幅が大きい程ヨーク１１に磁束が流れ込む。

図４に、５本の磁束がティース１２の先端から流入すると仮定した場合の磁束流通状態を示す。図４（１）に、本実施形態におけるティース１２の先端幅Ａと間隔Ｂとが先端幅Ａ≦間隔Ｂの関係である場合のティース１２内部を流通する磁束を示し、図４（２）に、本実施形態の比較例として、ティース１２の先端幅Ａと間隔Ｂとが先端幅Ａ＞間隔Ｂの関係である場合のティース１２内部を流通する磁束を示す。なお、図中実線は有効磁束を示し、破線は無効磁束を示す。

図４（１）の場合では、先端幅Ａ≦間隔Ｂの関係であるので、ティース１２に流入した５本の磁束Ｇはティース１２の根元を流通して５本ともヨーク１１に流れ込む。この結果、５本全ての磁束Ｇはモータジェネレータのトルクに寄与することができる。すなわち、ティース１２の先端から流入した磁束量とヨーク１１に流れ込む磁束量（ティース１２の根元を流通する磁束量）とは略同じである。

一方、図４（２）の場合では、先端幅Ａ＞間隔Ｂの関係であるので、流入した５本の磁束のうち、２本の磁束Ｇは溝１２ｃに阻まれて、ティース１２の根元を流通することができない。この結果、５本のうち３本の磁束Ｇがモータジェネレータのトルクに寄与する。すなわち、ティース１２の先端から流入した磁束量に対して、ヨーク１１に流れ込む磁束量（ティース１２の根元を流通する磁束量）は低減する。このため、先端幅Ａ＞間隔Ｂの関係では、ティース１２の先端から流入する全ての磁束Ｇをトルクに寄与させることが困難である。

以上説明したように、本実施形態によれば、ティース１２の先端幅Ａと間隔Ｂとを先端幅Ａ≦間隔Ｂの関係に設定することによって、ティース１２内部の磁束Ｇの流通に影響を与えることなく、すなわち、ティース１２の先端から流入した磁束量を低減することなく、ヨーク１１に流入させることができる。

また、第１及び第２のインシュレータ２１，２２をステータ軸方向の両端からティース１２の溝１２ｂ，１２ｂに嵌め込むことにより、ティース１２に取り付けることができる。このため、ティース１２の先端から嵌め込むインシュレータと異なり、例えば、ティース１２の先端の電磁鋼板の積層が剥がれていても、第１及び第２のインシュレータ２１，２２を容易に取り付けることができる。

また、第１及び第２のインシュレータ２１，２２の突起２１ｃ、２２ｃとティース１２の溝１２ｂ，１２ｂとの係合によって、ステータ径方向への移動が規制されて、第１及び第２のインシュレータ２１，２２のティース１２の先端部からの脱落を防止することもできる。なお、上述の実施形態では、突起２１ｃ，２２ｃを突条としていたが、不連続の突起や一つの突起としてもよい。

１ステータ、１０ステータコア、１１ヨーク、１１ａ内周面、１２ティース、１２ａ側面、１２ｂ，１２ｃ溝、１３スロット、２０インシュレータ、２１第１のインシュレータ、２２第２のインシュレータ、２１ａ，２２ａ嵌装部、２１ｂ，２２ｂフランジ部、２１ｃ，２２ｃ突起、Ａ先端幅、Ｂ間隔。

Claims

円筒状のヨークの内周面から径方向内側へ突出する先端に向かって先細台形形状である複数のティースを有するステータコアと、前記ステータコアの軸方向に分割されて、前記ティースを前記軸方向の両端からそれぞれ覆うインシュレータと、を備えた回転電機のステータであって、
前記ティースは、ステータ周方向の両側面に前記軸方向に沿ってそれぞれ延在する溝を有し、前記ティース内部の前記溝間のステータ周方向における間隔が前記ティースの先端幅以上であり、
前記インシュレータは、前記ティースのステータ周方向の両側面に対応する部分にそれぞれ設けられ、前記溝に係合する突起を有し、
前記インシュレータにおいて前記ティースの側面に対向する一対の側壁部が略平行な状態となっていて、その一対の側壁部の内面も略平行に延在しており、
前記インシュレータの当該一対の側壁部の内面と、前記ティースの側面との周方向の距離が、前記径方向の内方側に行くにしたがって大きくなり、
前記インシュレータが、接着剤により前記ティースに固定されている、
ことを特徴とする回転電機のステータ。