JP6597571B2

JP6597571B2 - ステータ

Info

Publication number: JP6597571B2
Application number: JP2016229911A
Authority: JP
Inventors: 豊真杉; 敦渡辺; 玲秀神名
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-11-28
Filing date: 2016-11-28
Publication date: 2019-10-30
Anticipated expiration: 2036-11-28
Also published as: US20180152071A1; CN108123559B; JP2018088731A; CN108123559A

Description

本発明は、回転電機のステータに関する。

複数の導体セグメントを連結して形成したセグメントコイルがステータコアに装着された回転電機のステータが知られている。このようなステータにおいて、セグメントコイルの固定とセグメントコイルの放熱を目的として、ステータコアに装着されたセグメントコイル間全域に絶縁用のワニスを含浸させてから硬化させるワニス処理が行われるのが一般的である。

ところで、上述したステータにおいて、ステータコアの軸方向端面に、セグメントコイルを構成する導体セグメントを曲げ成形する作業を補助するためのステータカフサが配置される場合がある。ステータカフサは、外側環状部、内側環状部、外側環状部と内側環状部の間を放射状に連結する複数のカフサティース、および、外側環状部と内側環状部と周方向に隣り合うカフサティースとにより囲まれて形成された複数のカフサスロットを有する。特許文献１には、このようなカフサティースを備えたステータにおいて、カフサティースと周方向において同じ位置に、外径側から内径側に向かって軸方向中央側に傾斜するテーパ面が形成された外側配置部を有するものが記載されている。ステータカフサをこのように構成することで、ステータコアとセグメントコイルとを結合させる部分にワニスを多く供給できるとしている。

特開２０１６−０３９７１２号公報

特許文献１に記載されたステータでは、ステータカフサの外側配置部においてセグメントコイルの荷重を受ける。しかしながら、セグメントコイルの荷重を受ける外側配置部において上述したテーパ面が形成されていると、当該テーパ面ではセグメントコイルをうまく支えることができないので、ステータコアに対してセグメントコイルを適正に位置決めできないおそれがある。また、外側配置部のテーパ面でセグメントコイルの荷重を受けたときに、ステータカフサに無理な力がかかってステータカフサが破損するおそれがある。

本発明は、以上の背景に鑑みなされたものであり、ステータカフサにより、ステータコアとセグメントコイルとの結合の信頼性を高めることができ、かつ、セグメントコイルの荷重を適正に支えることができるステータを提供することを目的とする。

本発明は、ステータであって、円環状のヨーク部、前記ヨーク部の内周面から径方向に突出する複数のステータティース、および、隣り合う前記ステータティースの間に形成された複数のスロットを有するステータコアと、外側環状部、内側環状部、前記外側環状部と前記内側環状部の間を放射状に連結する複数のカフサティース、および、前記外側環状部と前記内側環状部と周方向に隣り合う前記カフサティースとにより囲まれて形成された複数のカフサスロットを有し、前記外側環状部が前記ヨーク部上に位置し、前記複数のカフサスロットの位置が前記複数のスロットの位置とそれぞれ対応するように前記ステータコアの軸方向一端面に配置されたステータカフサと、前記スロットおよび前記カフサスロットを通って前記ステータティースに巻回された複数の導体セグメントを有するセグメントコイルと、を備え、前記セグメントコイルはワニスによって前記ステータコアに固定され、前記ステータカフサにおける前記外側環状部には、前記カフサティースと周方向において同じ位置に軸方向に突出した第１突出部が設けられ、前記第１突出部には、前記スロットへとワニスを案内するための周方向に沿う第１ワニス案内溝と、前記セグメントコイルの軸方向への移動を規制するための軸方向に垂直な第１コイル支持面と、が形成されたものである。

カフサスロットの第１突出部に形成された第１コイル支持面は、セグメントコイルの荷重を受ける。ステータカフサの第１突出部において、第１コイル支持面がセグメントコイルの軸方向への移動を規制するように軸方向に垂直に形成されているため、軸方向に突出したセグメントコイルと第１コイル支持面との接触面積を大きくすることができる。これにより、ステータカフサにおいてセグメントコイルの荷重を適正に支えることができる。第１突出部に着地したワニスは、第１突出部に形成された周方向に沿う第１ワニス案内溝に沿って流れ、スロットへと案内される。すなわち、ステータカフサの第１突出部に第１ワニス案内溝を形成したことで、ワニスを効率良くスロット内に供給することができる。セグメントコイルが挿入されたスロット内の部分では、ステータコアとセグメントコイルが近接しているので、この部分において、ステータコアとセグメントコイルを結合させる。従って、第１ワニス案内溝によりワニスを効率良くスロット内に供給することで、ステータコアとセグメントコイルとの結合の信頼性を高めることができる。

さらに、前記ステータカフサにおける前記内側環状部には、前記カフサティースと周方向において同じ位置に軸方向に突出した第２突出部が設けられ、前記第２突出部には、前記スロットへとワニスを案内するための周方向に沿う第２ワニス案内溝と、前記セグメントコイルの軸方向への移動を規制するための軸方向に垂直な第２コイル支持面と、が形成されたものである。

ステータカフサの第２突出部において、第２コイル支持面がセグメントコイルの軸方向への移動を規制するように軸方向に垂直に形成されているため、軸方向に突出したセグメントコイルと第２コイル支持面との接触面積を大きくすることができる。第１突出部に形成された第１コイル支持面とともに、上述したように第２突出部に形成された第２コイル支持面でセグメントコイルの荷重を受けることで、ステータカフサにおいてセグメントコイルの荷重をより適正に支えることができる。また、カフサスロットにおいて、第１突出部に周方向に沿う第１ワニス案内溝を形成するとともに、第２突出部に周方向に沿う第２ワニス案内溝を形成したことで、ステータコアとセグメントコイルとを結合させる部分にワニスをより効率良く供給することができる。これにより、ステータコアとセグメントコイルとの結合の信頼性をより高めることができる。

本発明によれば、ステータカフサにより、ステータコアとセグメントコイルとの結合の信頼性を高めることができ、かつ、セグメントコイルの荷重を適正に支えることができる。

本実施の形態にかかるステータの構成を示す斜視図である。本実施の形態にかかるステータにおけるセグメントコイルを構成する導体セグメントの外観図である。本実施の形態にかかるステータにおけるステータカフサの構成を示す平面図である。図３の破線Ａで囲んだ領域を示す拡大斜視図である。図３のＶ−Ｖに沿う断面図である。変形例１にかかるステータカフサの、図４に対応する拡大斜視図である。図６のＶＩＩ−ＶＩＩに沿う断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
まず、図１を参照して本実施の形態にかかる回転電機のステータ１０の構成について説明する。図１は、本実施の形態にかかるステータ１０の構成を示す斜視図である。図１では、ステータ１０を、実際の使用状態とは９０度異なる向きとして、軸方向Ｚが鉛直方向（図１における上下方向）に向いた状態で示している。図１に示すように、ステータ１０は、ステータコア１２と、ステータカフサ４０と、セグメントコイル３０と、を備えている。

ステータコア１２は、円板状の磁性材である電磁鋼板を複数個、軸方向に積層することにより形成される。ステータコア１２は、円環状のヨーク部１３と、ヨーク部１３の内周面の周方向複数位置から径方向に突出する複数のステータティース１４と、を有する。また、ステータコア１２は、隣り合うステータティース１４の間に形成された複数のスロット１５を有する。

ステータカフサ４０は、ステータコア１２の軸方向一端面（図１の上端面）に配置される。ステータカフサ４０の詳細については後述する。セグメントコイル３０は、後述する導体セグメント３１を複数有する。複数の導体セグメント３１は、スロット１５および後述するカフサスロット５１を通ってステータティースに巻回されている。

図２は、セグメントコイル３０（図１参照）を構成する導体セグメント３１の外観図である。図２に示すように、導体セグメント３１は、エッジワイズ曲げ加工によって、断面矩形の平角導体Ｄを略Ｕ字状に形成し、表面を絶縁被覆したものである。導体セグメント３１は、リード先端部３１ａと、スロット内導線部３１ｂと、反リード部３１ｃと、を有する。リード先端部３１ａは、図１に示すステータコア１２において軸方向一端面（図１の上端面）より突出する部分である。リード先端部３１ａにおける先端は、絶縁被覆が剥離されている。スロット内導線部３１ｂは、図１に示すステータコア１２のスロット１５に挿入される部分である。反リード部３１ｃは、ステータコア１２において軸方向他端側（図１の下側）に位置する部分である。反リード部３１ｃには、クランク状のクランク部３１ｅが形成されている。

図２に示す導体セグメント３１は、ステータコア１２（図１参照）において、複数個がステータコア１２の径方向に並んだ状態で、複数のスロット１５を挟んで周方向に離れた２つのスロット１５に挿入される。そして、図２に示す導体セグメント３１におけるリード先端部３１ａ、すなわち、ステータコア１２（図１参照）の軸方向一端面より突出した部分は、ステータコア１２の軸方向に対して傾斜するように曲げ加工される。後述するステータカフサ４０は、導体セグメント３１におけるリード先端部３１ａを曲げ加工する作業を補助するためのものである。導体セグメント３１におけるリード先端部３１ａを曲げ加工した後で、径方向に隣り合う導体セグメント３１を、リード先端部３１ａの被覆が剥離された部分において互いに溶接して連結することにより、セグメントコイル３０（図１参照）が形成される。さらに、セグメントコイル３０は、ワニスによってステータコア１２に固定される。

次に、ステータカフサ４０の構成について以下に説明する。なお、以下の説明では図１についても適宜参照する。
図３は、ステータカフサ４０の構成を示す平面図である。図３に示すように、ステータカフサ４０は、円環状の外側環状部４１と、外側環状部４１と同じ中心軸を有する円環状の内側環状部４５と、外側環状部４１と内側環状部４５の間を放射状に連結する複数のカフサティース５０と、を有する。また、ステータカフサ４０は、外側環状部４１と内側環状部４５と周方向に隣り合うカフサティース５０とにより囲まれて形成された矩形状の細長孔である複数のカフサスロット５１を有する。ステータカフサ４０は、非磁性であり、ＰＰＳ(ＰｏｌｙＰｈｅｎｙｌｅｎｅＳｕｌｆｉｄｅ)などの樹脂材料により形成される。ステータカフサ４０は、外側環状部４１がステータコア１２のヨーク部１３上に位置している。

図４は、図３の破線Ａで囲んだ領域を示す拡大図である。図４に示すように、ステータカフサ４０は、複数のカフサスロット５１の位置が複数のスロット１５の位置とそれぞれ対応するようにステータコア１２の軸方向一端面に配置されている。すなわち、カフサスロット５１は対応するスロット１５の軸方向開口端と連通する。上述したように、複数の導体セグメント３１（図２参照）は、スロット１５およびカフサスロット５１を通ってステータティースに巻回される。ステータカフサ４０におけるカフサティース５０は半円形状に形成されている。導体セグメント３１におけるリード先端部３１ａ（図２参照）は、カフサティース５０の円弧状に湾曲した部分に接触して曲げられる。

図４に示すように、ステータカフサ４０における外側環状部４１には、カフサティース５０と周方向において同じ位置に軸方向に突出した第１突出部４２が設けられている。第１突出部４２は、四角柱状で、径方向から見て上端が円弧状になるように上端の周方向両端が面取りされ、セグメントコイル３０（図１参照）の軸方向への移動を規制するための軸方向に垂直な第１コイル支持面４２ｂが形成されている。また、第１突出部４２は、セグメントコイル３０（図１参照）の径方向外側への移動を規制するための軸方向に平行な第３コイル支持面４２ｃが形成されている。さらに、第１突出部４２には、カフサスロット５１を経由してスロット１５へとワニスを案内するための周方向に沿う第１ワニス案内溝４２ａが形成されている。なお、内側環状部４５には、カフサティース５０と周方向において同じ位置に軸方向に突出した突出部が設けられていてもよい。

図５は、図４のＶ−Ｖに沿う断面図である。図５に示すように、カフサスロット５１の第１突出部４２に形成された第１コイル支持面４２ｂは、セグメントコイル３０の荷重Ｆ１を受ける。ステータカフサ４０の第１突出部４２において、第１コイル支持面４２ｂがセグメントコイル３０の軸方向への移動を規制するように軸方向に垂直になるように形成されているため、軸方向に突出したセグメントコイル３０と第１コイル支持面４２ｂとの接触面積を大きくすることができる。これにより、ステータカフサ４０においてセグメントコイルの荷重を適正に支えることができる。

上述したように、セグメントコイル３０は、ワニスによってステータコア１２に固定される。図５に示すように、ステータコア１２に対するセグメントコイル３０の固定において、ステータコア１２は、ステータカフサ４０によって軸方向を上下方向に一致させる。そしてこの状態で、矢印α１で示すように上方からワニスを滴下させる。

図４および図５に示すように、第１突出部４２に着地したワニスは、第１ワニス案内溝４２ａに沿って矢印γ１で示すように流れ、カフサスロット５１を経由してスロット１５へと案内される。すなわち、第１突出部４２に第１ワニス案内溝４２ａを形成したことによりワニスを効率良くスロット１５内に供給することができる。セグメントコイル３０が挿入されたスロット１５内の部分では、ステータコア１２とセグメントコイル３０が近接しているので、この部分において、ステータコア１２とセグメントコイル３０を結合させる。従って、第１ワニス案内溝４２ａによりワニスを効率良くスロット１５内に供給することで、ステータコア１２とセグメントコイル３０との結合の信頼性を高めることができる。

[変形例１]
図６は、変形例１にかかるステータカフサ１４０の、図４に対応する拡大図である。図６に示すように、ステータカフサ１４０の内側環状部４５には、カフサティース５０と周方向において同じ位置に軸方向に突出した第２突出部４６が設けられている。内側環状部４５に設けられた第２突出部４６の構成は、外側環状部４１に設けられた第１突出部４２の構成と基本的には同様ある。すなわち、第２突出部４６は、四角柱状で、径方向から見て上端が円弧状になるように上端の周方向両端が面取りされ、セグメントコイル３０の軸方向への移動を規制するための軸方向に垂直な第１コイル支持面４２ｂが形成されている。さらに、第２突出部４６には、カフサスロット５１へとワニスを案内するための周方向に沿う第２ワニス案内溝４６ａが形成されている。

図７は、図６のＶＩＩ−ＶＩＩに沿う断面図である。図７に示すように、カフサスロット５１の第２突出部４６に形成された第２コイル支持面４６ｂは、セグメントコイル３０と接しており、セグメントコイル３０の荷重Ｆ２を受ける。ステータカフサ４０の第２突出部４６において、第２コイル支持面４６ｂがセグメントコイル３０の軸方向への移動を規制するように軸方向に垂直に形成されているため、軸方向に突出したセグメントコイル３０と第２コイル支持面４６ｂとの接触面積を大きくすることができる。第１突出部４２に形成された第１コイル支持面４２ｂとともに、上述したように第２突出部４６に形成された第２コイル支持面４６ｂでセグメントコイル３０の荷重を受けることで、ステータカフサ４０においてセグメントコイルの荷重をより適正に支えることができる。

図７に示すように、ステータコア１２に対するセグメントコイル３０の固定において、ステータコア１２は、ステータカフサ１４０によって軸方向を上下方向に一致させる。そしてこの状態で、矢印α２で示すように上方からワニスを滴下させる。

図６および図７に示すように、第２突出部４６に着地したワニスは、第２ワニス案内溝４６ａに沿って矢印γ２で示すように流れ、カフサスロット５１を経由してスロット１５へと案内される。第１突出部４２に第１ワニス案内溝４２ａを形成するとともに、第２突出部４６に第２ワニス案内溝４６ａを形成することで、ワニスをより効率良くスロット１５内に供給することができる。上述したように、セグメントコイル３０が挿入されたスロット１５内の部分では、ステータコア１２とセグメントコイル３０が近接しているので、この部分において、ステータコア１２とセグメントコイル３０を結合させる。従って、本変形例のようにステータカフサ１４０を構成することで、ワニスをより効率良くスロット１５内に供給することができるので、ステータコア１２とセグメントコイル３０との結合の信頼性をより高めることができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１０ステータ
１２ステータコア
１３ヨーク部
１４ステータティース
１５スロット
３０セグメントコイル
３１導体セグメント
３１ａリード先端部
３１ｂスロット内導線部
３１ｃ反リード部
３１ｅクランク部
４０，１４０ステータカフサ
４１外側環状部
４２第１突出部
４２ａ第１ワニス案内溝
４２ｂ第１コイル支持面
４５内側環状部
４６第２突出部
４６ａ第２ワニス案内溝
４６ｂ第２コイル支持面
５０カフサティース
５１カフサスロット

Claims

円環状のヨーク部、前記ヨーク部の内周面から径方向に突出する複数のステータティース、および、隣り合う前記ステータティースの間に形成された複数のスロットを有するステータコアと、
外側環状部、内側環状部、前記外側環状部と前記内側環状部の間を放射状に連結する複数のカフサティース、および、前記外側環状部と前記内側環状部と周方向に隣り合う前記カフサティースとにより囲まれて形成された複数のカフサスロットを有し、前記外側環状部が前記ヨーク部上に位置し、前記複数のカフサスロットの位置が前記複数のスロットの位置とそれぞれ対応するように前記ステータコアの軸方向一端面に配置されたステータカフサと、
前記スロットおよび前記カフサスロットを通って前記ステータティースに巻回された複数の導体セグメントを有するセグメントコイルと、を備え、
前記セグメントコイルはワニスによって前記ステータコアに固定され、
前記ステータカフサにおける前記外側環状部には、前記カフサティースと周方向において同じ位置に軸方向に突出した第１突出部が設けられ、前記第１突出部には、前記スロットへとワニスを案内するための周方向に沿う第１ワニス案内溝と、前記セグメントコイルの軸方向への移動を規制するための軸方向に垂直な第１コイル支持面と、前記セグメントコイルの径方向外側への移動を規制するための軸方向に平行な第３コイル支持面と、が形成され、
前記第１突出部において、前記第１ワニス案内溝は前記第３コイル支持面以外の面に形成されている、ステータ。