JP6653306B2 - 回転電機のステータ - Google Patents

Description

本発明は、回転電機のステータに関する。

図８に示すように、回転電機のステータはステータコア３１とコイル３２とを有する。ステータコア３１は、径方向（矢印Ａ方向）内側に突出して周方向（矢印Ｂ方向）に沿って配置された複数のティース３３を有し、隣接するティース３３の間にはスロット３４が形成されている。コイル３２はスロット３４に挿入され、コイル３２とスロット３４を形成する面３４ｓとの間には、回転電機の軸方向に沿ってコイル３２を囲むように絶縁紙３５が装着されている。また、絶縁紙３５のコイル３２を囲む領域の両面には接着層３６が設けられている（特許文献１を参照）。コイル３２と絶縁紙３５とが絶縁紙３５の一方の面に形成された接着層３６で固定され、絶縁紙３５とスロット３４を形成する面３４ｓとが絶縁紙３５の他方の面に形成された接着層３６で固定されることにより、絶縁紙３５の離脱を防止でき、かつ、コイル３２をステータコア３１に固定できる。

特開２０１７−７７０９５号公報

しかし、従来の回転電機のステータのように、スロット内のコイルを囲む領域全体に接着層を設けると、コイルと絶縁紙とステータコアとを確実に一体化できる反面、ステータの剛性が高くなるため回転電機のＮＶ（Noise Vibration）特性は低下するという問題がある。

本発明は、絶縁紙を介してコイルとステータコアとを一体化しつつ、ＮＶ特性を向上可能な回転電機のステータを提供する。

本発明は、周方向に沿って複数のスロットが設けられたステータコアと、
前記複数のスロットを経由して前記ステータコアに分布巻きされた複数相のコイルと、
前記スロットと前記コイルとの間に配置された絶縁紙と、を備えた回転電機のステータであって、
前記スロットの各々には、複数本の前記コイルが径方向に一列に重なって配置されており、
前記絶縁紙は、前記コイルを前記ステータコアに固定する接着部を有し、径方向において、前記コイルの最内径部と同位置または前記コイルの最内径部よりも径方向内側から、前記コイルの最外径部と同位置または前記コイルの最外径部よりも径方向外側まで延びており、
前記接着部は、前記絶縁紙の一部にのみ設けられており、
軸方向と垂直な断面において、前記スロットに配置された前記複数本のコイルのうちの一部のコイルのみ、周方向の側面が前記接着部により前記ステータコアに固定される。

本発明によれば、分布巻きされた複数相のコイルを構成する各相のコイルは、一部が絶縁紙に設けられた接着部によりステータコアに固定されるので、絶縁紙を介してコイルとステータコアとを一体化できる。また、コイルが絶縁紙に設けられた接着部により全スロットの全面に亘ってステータコアに固定される場合は、多量の接着材によりステータの剛性があがりＮＶ特性が悪化するが、各相のコイルの一部が絶縁紙に設けられた接着部によりステータコアに固定される場合、ＮＶ特性が悪化するのを抑制できる。

本発明の一実施形態の回転電機のステータの正面図である。 図１のステータの部分拡大図である。 図１のステータを構成するコイルの回路の一例を示す回路図である。 図１のステータを構成するＵ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルの配置の一例を示す模式図である。 図１のステータを構成するコイルの回路の他の例を示す回路図である。 接着部の配置の一例を示すスロットの拡大図である。 接着部の配置の他の例を示すスロットの拡大図である。 接着部の配置のさらに他の例を示すスロットの拡大図である。 接着部が設けられた絶縁紙の配置の一例を示すステータコアの正面図である。 従来のステータにおいて周方向に並んだティースを直線状に展開したステータの展開図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。

回転電機は、例えば、３相交流ブラシレス式モータであり、図１に示されるように円環状のステータ１０を有する。このステータ１０の内部には、図示しないロータが回転自在に配置され、回転電機は、Ｕ相端子１４ａ、Ｖ相端子１６ａ及びＷ相端子１８ａそれぞれを介して不図示のバッテリから供給される電力に基づきロータが回転駆動する。

図２も参照して、ステータ１０は、円環状のステータコア１３と、ステータコア１３に巻回されたコイル１２と、から構成される。ステータコア１３には、円環状のステータヨークから内径側に突出して形成された複数のティース２２と、隣り合うティース２２間に形成される複数のスロット２４とが設けられる。即ち、ステータコア１３には、周方向に沿って複数のスロット２４が設けられている。コイル１２は、複数のスロット２４を経由してステータコア１３に分布巻きされ、図３に示すように、中性点１９でＹ字結線されたＵ相コイル１４、Ｖ相コイル１６、Ｗ相コイル１８から構成される。

コイル１２は、例えば、一対の脚部が連結部で連結された断面長方形状の平角導板からなる略Ｕ字状の複数のセグメントコイルから構成され、同一の相となるセグメントコイル同士が接続される。

Ｕ相コイル１４は、一端部がＵ相端子１４ａに接続され、Ｕ相端子１４ａが接続される一端部から中性点１９に向かって第１〜第３コイル部Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３が直列に接続される。Ｖ相コイル１６は、一端部がＶ相端子１６ａに接続され、Ｖ相端子１６ａが接続される一端部から中性点１９に向かって第１〜第３コイル部Ｖ１、Ｖ２、３が直列に接続される。Ｗ相コイル１８は、一端部がＷ相端子１８ａに接続され、Ｗ相端子１８ａが接続される一端部から中性点１９に向かって第１〜第３コイル部Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３が直列に接続される。

次に、ステータ１０の各スロットに対するＵ相コイル１４、Ｖ相コイル１６、Ｗ相コイル１８の配置の一例について、図４を参照しながら説明する。図４は、図１に示したステータ１０において周方向に並んだティース１１を直線状に展開した概念図であり、左側のスロットから順に第１スロット２４ａ、第２スロット２４ｂ、・・・とする。図４に示すように、各スロット２４には、断面矩形状の例えば８本のコイル１２の脚部が径方向（矢印Ａ１‐Ａ２方向）に重なって配置されている。

第２スロット２４ｂには、Ｕ相コイル１４において第１コイル部Ｕ１のみが配置され、第４スロット２４ｄには、Ｖ相コイル１６において第１コイル部Ｖ１のみが配置され、第６スロット２４ｆには、Ｗ相コイル１８において第１コイル部Ｗ１のみが配置される。

第１スロット２４ａには、Ｕ相コイル１４における第２及び第３コイル部Ｕ２、Ｕ３と、Ｗ相コイル１８における第２及び第３コイル部Ｗ２、Ｗ３と、が配置される。第１スロット２４ａにおける外周側（矢印Ａ１方向）にＵ相コイル１４が配置され、第１スロット２４ａにおける内周側（矢印Ａ２方向）にＷ相コイル１８が配置される。

第３スロット２４ｃには、Ｕ相コイル１４における第２及び第３コイル部Ｕ２、Ｕ３と、Ｖ相コイル１６における第２及び第３コイル部Ｖ２、Ｖ３と、が配置される。第３スロット２４ｃにおける外周側（矢印Ａ１方向）にＶ相コイル１６が配置され、第３スロット２４ｃにおける内周側（矢印Ａ２方向）にＵ相コイル１４が配置される。

第５スロット２４ｅには、Ｖ相コイル１６における第２及び第３コイル部Ｖ２、Ｖ３と、Ｗ相コイル１８における第２及び第３コイル部Ｗ２、Ｗ３と、が配置される。第５スロット２４ｅにおける外周側（矢印Ａ１方向）にＷ相コイル１８が配置され、第５スロット２４ｅにおける内周側（矢印Ａ２方向）にＶ相コイル１６が配置される。第６スロット以降については、第１〜第５スロットと同様のコイル配置が繰り返される。

スロット２４内のコイル１２とスロット２４を形成する面２４ｓとの間には、回転電機の軸方向に沿って絶縁紙２７が配置される。絶縁紙２７は、スロット２４内の８本のコイル１２を囲んで配置される。

ここで絶縁紙２７には、基材を挟んで接着部２８が設けられている。接着部２８は、例えばエポキシ系発泡樹脂材料を塗布することによって形成され、絶縁紙２７がスロット２４に配置された状態では、対向するコイル１２及びスロット２４を形成する面２４ｓと接着する。これにより、コイル１２がステータコア１３に固定されるが、全てのスロット２４の全面に亘って接着部２８により、各相のコイル１２がステータコア１３に固定されると、ステータ１０の剛性があがりＮＶ特性が悪化する。

そのため、各相のコイルは、一部が接着部２８によりステータコア１３に固定される。各相のコイルの一部が接着部２８によりステータコア１３に固定されることで、絶縁紙２７を介してコイル１２とステータコア１３とを一体化できる。また、コイル１２が、絶縁紙２７に設けられた接着部２８により全てのスロット２４の全面に亘ってステータコア１３に固定される場合は、多量の接着材によりステータ１０の剛性があがりＮＶ特性が悪化するが、各相のコイル１２の一部が絶縁紙２７に設けられた接着部２８によりステータコア１３に固定される場合、ＮＶ特性が悪化するのを抑制できる。さらに、接着剤の量を低減できるとともに、絶縁紙２７をスロット２４に挿入する際に基材が剥がれる虞を低減できる。

また、各相のコイル１２が、直列に接続された複数のコイル部Ｕ１〜Ｕ３（Ｖ１〜Ｖ３、Ｗ１〜Ｗ３）を有する場合、各コイル部Ｕ１〜Ｕ３（Ｖ１〜Ｖ３、Ｗ１〜Ｗ３）は、一部が接着部２８によりステータコア１３に固定されることが好ましい。これにより、各相のコイル１２をより確実にステータコア１３に固定することができる。

なお、図３では、各相の端子が接続される一端部から他端部（中性点１９）に向かって第１〜第３コイル部Ｕ１〜Ｕ３（Ｖ１〜Ｖ３、Ｗ１〜Ｗ３）が直列に接続される場合を例示したが、これに限らず、各相の端子が接続される一端部から他端部（中性点１９）に向かってコイル部が並列に接続されてもよい。この場合も、各コイル部は、一部が接着部２８によりステータコア１３に固定されることが好ましい。これにより、各相のコイル１２をより確実にステータコア１３に固定することができる。

図５は、各相のコイルにおいて、第１〜第３コイル部Ｕ１〜Ｕ３（Ｖ１〜Ｖ３、Ｗ１〜Ｗ３）が直列に接続されるとともに第４〜第６コイル部Ｕ４〜Ｕ６（Ｖ４〜Ｖ６、Ｗ４〜Ｗ６）が直列に接続され、且つ、第１〜第３コイル部Ｕ１〜Ｕ３（Ｖ１〜Ｖ３、Ｗ１〜Ｗ３）と第４〜第６コイル部Ｕ４〜Ｕ６（Ｖ４〜Ｖ６、Ｗ４〜Ｗ６）とが並列に接続された例である。この場合も、各相のコイル１２の一部が接着部２８によりステータコア１３に固定されていればよく、第１〜第３コイル部Ｕ１〜Ｕ３（Ｖ１〜Ｖ３、Ｗ１〜Ｗ３）の一部が接着部２８によりステータコア１３に固定され、且つ第４〜第６コイル部Ｕ４〜Ｕ６（Ｖ４〜Ｖ６、Ｗ４〜Ｗ６）の一部が接着部２８によりステータコア１３に固定されることが好ましい。また、第１〜第６コイル部Ｕ１〜Ｕ６（Ｖ１〜Ｖ６、Ｗ１〜Ｗ６）のそれぞれのコイル部で一部が接着部２８によりステータコア１３に固定されることがさらに好ましい。以下、接着部２８の配置について説明する。

（第１例）
第１例は、図６Ａに示すように、スロット２４の外径側に位置する４つのコイル１２が絶縁紙２７に設けられた接着部２８によりステータコア１３に固定された例である。

（第２例）
第２例は、図６Ｂに示すように、スロット２４の内径側に位置する４つのコイル１２が絶縁紙２７に設けられた接着部２８によりステータコア１３に固定された例である。

（第３例）
第３例は、図６Ｃに示すように、スロット２４の最内径側に位置する１つのコイル１２のみが絶縁紙２７に設けられた接着部２８によりステータコア１３に固定された例である。なお、第１〜第３例では、スロット２４に配置された複数のコイル１２のうち、一部のコイル１２のみ、接着部２８によりステータコア１３に固定される。したがって、コイル１２からの振動がステータコア１３に伝播するのを低減できる。接着部２８によってステータコア１３に固定されるコイル１２の数や場所は適宜変更することができる。

（第４例）
第４例は、第１〜第３例のように接着部２８が設けられた絶縁紙２７が配置されるスロット２４を丸印で囲ったものである。このように、全てのスロット２４に接着部２８が設けられた絶縁紙２７を配置する必要はない。この場合、各相のコイル１２は、経由する複数のスロット２４のうち、一部のスロット２４においてのみ、接着部２８によりステータコア１３に固定されることとなる。なお、他のスロット２４においては接着部２８が設けられていない絶縁紙２７を配置するだけでよい。

接着部２８が設けられた絶縁紙２７は、任意の１箇所以上のスロット２４に配置されていればよい。複数のスロット２４に接着部２８が設けられた絶縁紙２７が配置される場合、接着部２８が設けられた絶縁紙２７は周方向で等間隔に設けられていることが好ましい。これにより、絶縁紙２７を配置する際の管理が容易になる。

なお、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、絶縁紙２７に予め接着部２８を設ける代わりに、スロット２４内に設けられた絶縁紙２７に接着剤を軸方向に流し込むことで接着部２８を形成してもよい。

また、図４は、各相のコイル１２の配置の一例を示すものであり、各相のコイル１２の配置は適宜変更が可能であり、スロット２４に配置されるコイル１２の数も適宜設定することができる。

以上説明してきたように、本明細書には以下の事項が開示されている。なお、括弧内には、前述した実施形態において対応する構成要素等を示しているが、これに限定されるものではない。

（１） 周方向に沿って複数のスロット（スロット２４）が設けられたステータコア（ステータコア１３）と、
前記複数のスロットを経由して前記ステータコアに分布巻きされた複数相のコイル（コイル１２）と、
前記スロットと前記コイルとの間に配置された絶縁紙（絶縁紙２７）と、を備えた回転電機のステータ（ステータ１０）であって、
前記絶縁紙は、前記コイルを前記ステータコアに固定する接着部（接着部２８）を有し、
各相のコイルは、一部が前記接着部により前記ステータコアに固定される、回転電機のステータ。

（１）によれば、分布巻きされた複数相のコイルを構成する各相のコイルは、一部が絶縁紙に設けられた接着部によりステータコアに固定されるので、絶縁紙を介してコイルとステータコアとを一体化できる。また、コイルが絶縁紙に設けられた接着部により全スロットの全面に亘ってステータコアに固定される場合は、多量の接着材によりステータの剛性があがりＮＶ特性が悪化するが、各相のコイルの一部が絶縁紙に設けられた接着部によりステータコアに固定される場合、ＮＶ特性が悪化するのを抑制できる。さらに、接着剤の量を低減できるとともに、絶縁紙をスロットに挿入する際に基材が剥がれる虞を低減できる。

（２） （１）に記載の回転電機のステータであって、
前記コイルは、３相のコイルが中性点（中性点１９）でＹ字結線されており、
各相のコイルは、直列に接続された複数のコイル部（Ｕ１〜Ｕ３、Ｖ１〜Ｖ３、Ｗ１〜Ｗ３）を有し、
各コイル部は、一部が前記接着部により前記ステータコアに固定される、回転電機のステータ。

（２）によれば、直列に接続された複数のコイル部の一部が接着部によりステータコアに固定されることで、各相のコイルをより確実にステータコアに固定することができる。

（３） （１）又は（２）に記載の回転電機のステータであって、
前記コイルは、３相のコイルが中性点（中性点１９）でＹ字結線されており、
各相のコイルは、並列に接続された複数のコイル部（Ｕ１〜Ｕ６、Ｖ１〜Ｖ６、Ｗ１〜Ｗ６）を有し、
各コイル部は、一部が前記接着部により前記ステータコアに固定される、回転電機のステータ。

（３）によれば、並列に接続された複数のコイル部の一部が接着部によりステータコアに固定されることで、各相のコイルをより確実にステータコアに固定することができる。

（４） （１）〜（３）のいずれかに記載の回転電機のステータであって、
各相のコイルは、経由する前記複数のスロットのうち、一部のスロットにおいてのみ、前記接着部により前記ステータコアに固定される、回転電機のステータ。

（４）によれば、各相のコイルは、経由する複数のスロットのうち一部のスロットにおいてのみ、接着部によりステータコアに固定されるので、他のスロットにおいては接着部が設けられていない絶縁紙を配置するだけでよい。

（５） （４）に記載の回転電機のステータであって、
前記接着部が設けられた前記絶縁紙が配置されたスロットは、周方向で等間隔に設けられている、回転電機のステータ。

（５）によれば、接着部が設けられた絶縁紙が周方向で等間隔に設けられているので、絶縁紙を配置する際の管理が容易になる。

（６） （１）〜（３）のいずれかに記載の回転電機のステータであって、
各スロットには、複数のコイルが配置され、
該複数のコイルのうち、一部のコイルのみ、前記接着部により前記ステータコアに固定される、回転電機のステータ。

（６）によれば、スロットに配置された複数のコイルのうち、一部のコイルのみ、接着部によりステータコアに固定されるので、コイルからの振動がステータコアに伝播するのを低減できる。

１０ ステータ
１２ コイル
１３ ステータコア
１９ 中性点
２４ スロット
２７ 絶縁紙
２８ 接着部
Ｕ１〜Ｕ６ コイル部
Ｖ１〜Ｖ６ コイル部
Ｗ１〜Ｗ６ コイル部

Claims (5)

1. 周方向に沿って複数のスロットが設けられたステータコアと、
   前記複数のスロットを経由して前記ステータコアに分布巻きされた複数相のコイルと、
   前記スロットと前記コイルとの間に配置された絶縁紙と、を備えた回転電機のステータであって、
   前記スロットの各々には、複数本の前記コイルが径方向に一列に重なって配置されており、
   前記絶縁紙は、前記コイルを前記ステータコアに固定する接着部を有し、径方向において、前記コイルの最内径部と同位置または前記コイルの最内径部よりも径方向内側から、前記コイルの最外径部と同位置または前記コイルの最外径部よりも径方向外側まで延びており、
   前記接着部は、前記絶縁紙の一部にのみ設けられており、
   軸方向と垂直な断面において、前記スロットに配置された前記複数本のコイルのうちの一部のコイルのみ、周方向の側面が前記接着部により前記ステータコアに固定される、回転電機のステータ。
2. 請求項１に記載の回転電機のステータであって、
   前記コイルは、３相のコイルが中性点でＹ字結線されており、
   各相のコイルは、直列に接続された複数のコイル部を有し、
   各コイル部は、一部が前記接着部により前記ステータコアに固定される、回転電機のステータ。
3. 請求項１又は２に記載の回転電機のステータであって、
   前記コイルは、３相のコイルが中性点でＹ字結線されており、
   各相のコイルは、並列に接続された複数のコイル部を有し、
   各コイル部は、一部が前記接着部により前記ステータコアに固定される、回転電機のステータ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転電機のステータであって、
   各相のコイルは、経由する前記複数のスロットのうち、一部のスロットにおいてのみ、前記接着部により前記ステータコアに固定される、回転電機のステータ。
5. 請求項４に記載の回転電機のステータであって、
   前記接着部が設けられた前記絶縁紙が配置されたスロットは、周方向で等間隔に設けられている、回転電機のステータ。

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