JP6798259B2 - ステータ - Google Patents

Description

本発明は、ステータに関するものであり、例えば、ステータカフサを有するステータに関する。

特許文献１には、円環状のステータの内周面から中心に向かって突出する複数のティースを有するステータが記載されている。特許文献１のステータでは、コイルが、隣り合うティースの間のスロットを通り、ティースに巻回されている。また、ティース上には、ステータカフサが配置されており、ステータカフサは、ティースを跨いで挟むように、ティースの両側のスロットに突出した突出部を有している。突出部は、スロット内に配置された絶縁シートを係止している。

特開２０１６−１４４２３０号公報

特許文献１のステータのように、ステータカフサの突出部が、ティースの両端のスロットに突出していると、コイルをスロットに挿入する際に、コイルが突出部と干渉する恐れがある。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、コイルの受ける干渉を抑制することができるステータを提供する。

本発明の一態様に係るステータは、中心軸を有する環状の円環部と、前記円環部の内周面から前記中心軸に向かって突出し、前記中心軸を中心とした円周に沿って前記内周面に並んで配置された複数のティースと、を含むステータコアと、各前記ティースの中心軸方向における一端側に配置されたカフサと、隣り合った前記ティースの間のスロットに挿入された挿入部と、前記挿入部が挿入された前記スロットの部分を挟んで対向する一方及び他方のカフサのうち、前記一方のカフサ側に曲げられた湾曲部と、を含むコイルと、前記挿入部と、前記ティースとの間に配置された絶縁シートと、を備え、前記一方のカフサから前記他方のカフサへ向かう方向を他方向、その逆方向を一方向としたとき、前記他方のカフサは、前記他方のカフサの一方向側に設けられ、前記中心軸方向における他端側の端部が前記絶縁シートにおける前記一端側の前記端部よりも前記一端側に位置する突起部を含み、前記一方のカフサにおける他方向側の前記端部は、前記一方のカフサが配置された前記ティースにおける前記他方向側の前記端部の位置と一致するか、または、前記ティースにおける前記他方向側の前記端部よりも前記一方向側に位置し、前記他方のカフサにおける前記一方向側の前記端部は、前記他方のカフサが配置された前記ティースにおける前記一方向側の前記端部よりも前記一方向側に位置する。このような構成により、絶縁シートを係止しつつ、コイルの受ける干渉を抑制することができるステータを提供する。

本発明により、絶縁シートを係止しつつ、コイルの受ける干渉を抑制することができるステータを提供する。

（ａ）は、実施形態に係るステータの一部を例示した斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す領域Ａの拡大図である。 実施形態に係るステータを例示した断面図であり、図１（ｂ）のＢ−Ｂ線で示す断面図である。 比較例に係るステータを例示した断面図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明する。但し、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

実施形態に係るステータを説明する。本実施形態のステータは、例えば、ロータと組み合わされて、回転電機を構成する。回転電機は、モータ及び発電機のうち、少なくとも一方の機能を有している。まず、実施形態に係るステータの構成を説明する。

図１（ａ）は、実施形態に係るステータの一部を例示した斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す領域Ａの拡大図である。図２は、実施形態に係るステータを例示した断面図であり、図１（ｂ）のＢ−Ｂ線で示す断面図である。

図１（ａ）及び（ｂ）並びに図２で示すように、ステータ１は、ステータコア１０、ステータカフサ２０、ステータコイル３０、絶縁シート４０を備えている。ステータ１の形状は、例えば、環状である。よって、ステータ１は、中心軸Ｃを有している。ステータ１がロータと組み合わされて、回転電機を構成した場合には、例えば、中心軸Ｃは、ロータの回転軸と一致している。

環状のステータ１の中心軸Ｃ方向を、軸方向という。軸方向の一方向を一端側、一端側と反対側を他端側とする。例えば、上方を一端側とすれば、下方は他端側となる。また、円周方向を、中心軸Ｃを中心とする円周に沿った方向とする。半径方向を、中心軸Ｃに直交し、中心軸Ｃを中心とする円周上から中心軸Ｃに向かう方向とする。

図１（ａ）及び（ｂ）では、環状のステータ１において、一部の円弧の部分を切り離して示している。また、ステータコア１０の一端側の部分及びステータカフサ２０のみを示し、他端側の部分を省略している。さらに、図１（ａ）及び（ｂ）では、ステータコイル３０及び絶縁シート４０を省略している。図２においては、煩雑にならないように、ハッチングの一部を省略している。

ステータコア１０は、例えば、磁性体を含んだ電磁鋼板を複数含んでいる。ステータコア１０は、軸方向に複数の電磁鋼板が積層された構成となっている。なお、ステータコア１０は、電磁鋼板が積層したものに限らず、磁性体粉末を樹脂バインダで加圧成形したものでもよい。ステータコア１０は、例えば、円環部１１及び複数のティース１２を含んでいる。

円環部１１は、円環状の部材であり、中心軸Ｃを有している。円環部１１の内周面１１ａから中心軸Ｃに向かって複数のティース１２が突出している。複数のティース１２は、中心軸Ｃを中心にした円周に沿って内周面１１ａに放射状に並んで配置されている。例えば、複数のティース１２は、円周に沿って等間隔で配列している。

ティース１２は、軸方向の一端側から見て、中心軸Ｃ側が上辺、円環部１１側が下辺となった台形状である。ティース１２はその台形を底面とし軸方向を高さとする四角柱の形状をしている。円周方向に隣り合ったティース１２が対向する面を側面１２ａという。側面１２ａは、中心軸Ｃに向かう半径方向に沿った辺と、軸方向に沿った辺とを有する矩形の形状となっている。

ティース１２の円周方向における幅、すなわち、ティース１２の側面１２ａ間の幅は、中心軸Ｃに近いほど小さくなっている。円環部１１側のティース１２の幅は、中心軸Ｃ側のティース１２の幅よりも大きくなっている。

隣り合ったティース１２の間には、スロット１５が形成されている。すなわち、スロット１５を挟んで隣り合うティース１２の一方は、スロット１５を挟んで他方のティース１２と対向している。スロット１５は、円周方向をティース１２の側面１２ａに囲まれ、円環部１１側を、内周面１１ａに囲まれている。スロット１５を軸方向における一端側から見た開口は、中心軸Ｃ側が開いた矩形、例えば、長方形となっている。

図１（ｂ）に示すように、スロット１５は、半径方向において複数の部分に分割されていてもよい。例えば、スロット１５を軸方向の一端側から見たとき、スロット１５は、スロット１５の中心軸Ｃ側から半径方向に沿って順に部分１５ａ〜部分１５ｈに分割されている。

図１（ａ）及び（ｂ）並びに図２に示すように、ステータカフサ２０は、例えば、絶縁材料を含んでいる。ステータカフサ２０は、例えば、円環部２１及び複数のカフサ２２を含んでいる。円環部２１は、円環状の部材であり、中心軸Ｃを有している。円環部２１は、ステータコア１０の円環部１１における一端側に配置されている。各カフサ２２は、各ティース１２の軸方向における一端側に配置されている。

複数のカフサ２２は、円環部２１の内周面２１ａから中心軸Ｃに向かって突出している。したがって、複数のカフサ２２は、中心軸Ｃを中心にした円周に沿って内周面２１ａに放射状に並んで配置されている。例えば、複数のカフサ２２は、円周に沿って等間隔で配列している。

スロット１５の部分を挟んで対向する一方及び他方のカフサ２２のうち、いずれかのカフサ２２は、突起部２３を含んでいる。スロット１５を挟んで対向する一方及び他方のカフサ２２のうち、一方のカフサ２２から他方のカフサ２２へ向かう方向を他方向、その逆方向を一方向とする。スロット１５の所定の部分１５ｃにおいては、突起部２３は、例えば、他方のカフサ２２の一方向側に設けられている。スロット１５が中心軸Ｃ側から半径方向に沿って順に部分１５ａ〜部分１５ｈに分割している場合には、突起部２３は、部分１５ａ、部分１５ｃ、部分１５ｅ、部分１５ｇにおいては、他方のカフサ２２の一方向側に設けられ、部分１５ｂ、部分１５ｄ、部分１５ｆ、部分１５ｈにおいては、一方のカフサ２２の他方向側に設けられている。

ステータコイル３０は、線状の部材であり、材料として、導電性部材を含んでいる。ステータコイル３０は、スロット１５に挿入された挿入部３１を含んでいる。また、ステータコイル３０は、挿入部３１に接続され、カフサ２２側に曲げられた湾曲部３２を含んでいる。湾曲部３２は、挿入部３１が挿入されたスロット１５の部分を挟んで対向する一方及び他方のカフサ２２のうち、例えば、一方のカフサ２２側に曲げられた部分である。ステータコイル３０の湾曲部３２は、カフサ２２及びティース１２に巻回しされている。

スロット１５の所定の部分、例えば、所定の部分１５ｃに挿入された挿入部３１を有するステータコイル３０は、一体となって、所定の部分１５ｃを挟んで対向する一方及び他方のカフサ２２のうち、例えば、一方のカフサ２２側へ曲げられている。したがって、所定の部分１５ｃに挿入されたステータコイル３０のうち、他方のカフサ２２側へ曲げられた湾曲部３２はないようになっている。所定の部分１５ｃにおいて、湾曲部３２は、一方のカフサ２２側だけに設けられている。

なお、湾曲部３２が曲げられた側が、他方のカフサ２２側とした場合には、一方のカフサ２２は、他方向側に設けられた突起部２３を含んでいる。このように、突起部２３は、ステータコイル３０の湾曲部３２の曲げられた方向と逆側にだけ設けられている。よって、突起部２３は、ステータコイル３０の曲げられた方向には設けられていないので、ステータコイル３０を曲げる際に、突起部２３を避けてステータコイル３０を曲げることができる。これにより、ステータコイル３０の干渉を回避することができる。

所定の部分１５ｃの半径方向における隣の部分１５ｄでは、湾曲部３２は、部分１５ｃにおける湾曲部３２とは逆方向に曲げられている。すなわち、部分１５ｄにおいて、湾曲部３２は、他方のカフサ２２側に設けられている。この場合には、突起部２３は、一方のカフサ２２の他方向側に設けられる。

このように、湾曲部３２が曲げられる向き及び突起部２３が設けられるカフサ２２は、スロット１５の中心軸Ｃ側から半径方向に沿った部分１５ａ〜部分１５ｈにおいて、交互に、逆向きにしてもよい。すなわち、部分１５ａ、部分１５ｃ、部分１５ｅ、部分１５ｇにおいては、湾曲部３２は、一方のカフサ２２側へ曲げられ、突起部２３は、他方のカフサ２２の一方向側に設けられる。部分１５ｂ、部分１５ｄ、部分１５ｆ、部分１５ｈにおいては、湾曲部３２は、他方のカフサ２２側へ曲げられ、突起部２３は、一方のカフサ２２の他方向側に設けられる。

挿入部３１及び湾曲部３２を有するステータコイル３０は、例えば、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル及びＷ相コイルを構成する。

絶縁シート４０は、スロット１５の内部に配置されている。絶縁シート４０は、例えば、絶縁性を有する絶縁紙である。なお、絶縁シート４０は、絶縁紙に限らず、絶縁性を有する樹脂フィルム、樹脂シート等でもよい。絶縁シート４０は、ティース１２の側面１２ａを覆い、ステータコイル３０の挿入部３１と、ティース１２との間に配置されている。絶縁シート４０はスロット１５内において、コイル３０の挿入部３１を一方向側及び他方向側より挟んでいる。絶縁シート４０は、ステータ１において、ステートコア１０と、ステータコイル３０との絶縁を確保している。

絶縁シート４０の軸方向における一端側の端部４０ｃは、ティース１２の一端側の端部１２ｃの近傍に位置している。突起部２３の軸方向における他端側の端部２３ｃは、絶縁シート４０における軸方向の一端側の端部４０ｃよりも一端側に位置している。これにより、突起部２３は、絶縁シート４０を係止することができる。

湾曲部３２が曲げられた側を、一方のカフサ２２側としたとき、一方のカフサ２２における他方向側の端部２２ｂは、一方のカフサ２２が配置されたティース１２における他方向側の端部１２ｂの位置と一致するか、または、ティース１２における他方向側の端部１２ｂよりも一方向側に位置している。これにより、一方のカフサ２２には、突起部２３が設けられていないので、ステータコイル３０とステータカフサ２０との干渉を抑制することができる。

他方のカフサ２２において、突起部２３を除いた部分の一方向側の端部２２ｂは、他方のカフサ２２が配置されたティース１２における一方向側の端部１２ｂの位置と一致するか、または、ティース１２における一方向側の端部１２ｂよりも他方向側に位置している。しかしながら、他方のカフサ２２は、一方向側に突起部２３を含んでいる。よって、他方のカフサ２２における一方向側の端部２３ｂは、他方のカフサ２２が配置されたティース１２における一方向側の端部１２ｂよりも一方向側に位置している。これにより、突起部２３は、絶縁シート４０を係止することができる。

カフサ２２の端部２２ｂ及び２３ｂの位置関係を軸方向の一端側から見たときは、以下のとおりとなる。すなわち、スロット１５の部分を挟んで対向する一方及び他方のカフサ２２において、一方のカフサ２２の他方向側の端部２２ｂは、一方のカフサ２２が配置されたティース１２の一端側の面内に位置している。また、他方のカフサ２２において、突起部２３を除いた部分の一方向側の端部２２ｂは、他方のカフサ２２が配置されたティース１２の一端側の面内に位置している。しかしながら、他方のカフサ２２は、一方向側に突起部２３を含んでいる。よって、他方のカフサ２２における一方向側の端部２３ｂは、他方のカフサ２２の一方向側におけるスロット１５の開口内に位置している。

次に、本実施形態のステータ１の動作を説明する。例えば、ステータ１を、モータのステータ１として使用する場合を説明する。なお、発電機に使用する場合には、電気エネルギーでロータを回転させる代わりに、ロータを回転させて電気エネルギーを生成するようにする。

隣り合うティース１２の間のスロット１５に絶縁シート４０を配置させる。そして、絶縁シート４０が配置されたスロット１５にステータコイル３０の挿入部３１を挿入させる。また、ステータコイル３０を、突起部２３が設けられていないカフサ２２側に曲げて湾曲部３２を形成する。そして、ステータコイル３０のＵ相コイル、Ｖ相コイル及びＷ相コイルをそれぞれ接続する。

環状のステータ１に囲まれた内部に、永久磁石を備えたロータを、中心軸Ｃに一致させて配置する。ステータ１のステータコイル３０のＵ相コイル、Ｖ相コイル及びＷ相コイルに位相をずらして、例えば正弦波電流を流す。これにより、ステータコア１０に、環状の磁石と等価な磁界が発生する。そして、正弦波電流を流し続けることで、ステータコア１０に回転磁界を発生させる。よって、ロータは、ステータ１の回転磁界から受ける斥力及び引力とで回転する。この際、絶縁シート４０は、ティース１２とステータコイル３０との間を絶縁する。カフサ２２に設けられた突起部２３は、絶縁シート４０を係止する。このようにして、ステータ１を、モータのステータ１として使用することができる。

本実施形態のステータ１の効果を説明する。
本実施形態のステータ１において、スロット１５を挟んで対向する一方及び他方のカフサ２２のうち、例えば、一方のカフサ２２側にステータコイル３０が曲げられ、他方のカフサ２２側に、突起部２３が設けられている。したがって、他方のカフサ２２における一方向側の端部２３ｂは、他方のカフサ２２が配置されたティース１２における一方向側の端部１２ｂよりも一方向側に位置している。これにより、突起部２３は、絶縁シート４０を係止し、絶縁シート４０の位置ずれを抑制することができる。

例えば、突起部２３は、ステータコイル３０をスロット１５の内部に挿入するときに、絶縁シート４０がスロット１５の内部に引き込まれることを抑制する。また、突起部２３は、スロット１５の内部に配置された絶縁シート４０がスロット１５から抜け落ちることを抑制する。

これに対し、例えば、特開２００８−２８３８０１号公報には、ティースの側面、すなわち、スロットの内周面に凹凸を形成するとともに、絶縁紙の表面にも凹凸を形成することが記載されている。そして、スロットの内周面の凹凸に、絶縁紙の表面の凹凸を係合させることにより、絶縁紙の位置ずれを防止することが記載されている。

しかしながら、この方法では、本来、まっすぐなロール状の絶縁紙の表面に凹凸を形成する工程を追加しなければならず、製造工程数が増加してしまう。それに加えて、ティース及び絶縁紙の凹凸を係合させるための構造が複雑なため、成形が困難である。

また、特開２０１３−１６２５６２号公報には、絶縁紙を、筒状に形成し、一方の断面幅をスロットの幅よりも大きくし、他方の幅を、スロットの幅よりも小さくすることで、カフサを設けないようにすることが記載されている。

しかしながら、この方法では、絶縁紙がスロットから抜けることを防止するための構造を複雑にする必要があるため、製造工程数が増加してしまう。また、スロット内で絶縁紙に応力がかかるため絶縁紙が破れることがあり、絶縁不良を引き起こすおそれがある。このように、従来技術では、絶縁紙の形状を複雑にするため、成形が困難であり、製造工程が増加する。

本実施形態では、カフサ２２に突起部２３を形成する。よって、絶縁シート４０の抜け落ち防止の構造を簡単にすることができるため、製造工程のコストを低減することができる。

突起部２３は、スロット１５を挟んで対向するカフサ２２のうち、ステータコイル３０が曲げられた湾曲部３２側と反対側のカフサ２２に設けられている。そして、湾曲部３２側のカフサ２２には設けられていない。したがって、ステータコイル３０の湾曲部３２との干渉を抑制することができる。よって、ステータコイル３０をカフサ２２側に十分に曲げることができる。

図３は、比較例に係るステータを例示した断面図である。図３に示すステータ１０１では、スロット１５を挟んで対向するカフサ２２の両方に突起部２３が設けられている。図３に示す比較例のように、スロット１５を挟んで対向するカフサ２２の両方に突起部２３を設けた場合には、ステータコイル３０が曲げられる側のカフサ２２の突起部２３がステータコイル３０と干渉し、ステータコイル３０に余分な曲げ応力を生じさせてしまうこととなる。

これに対し、本実施形態では、ステータコイル３０が曲げられた湾曲部３２側と反対側のカフサ２２にのみ突起部２３が設けられ、湾曲部３２側のカフサ２２には設けられていない。これにより、ステータコイル３０のスロット１５への挿入時に、突起部２３を避けて曲げることができるため、絶縁シート４０を係止する突起部２３を設けた場合であっても、ステータコイル３０との干渉を抑制することができる。

以上、本発明に係る実施の形態を説明したが、上記の構成に限らず、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、変更することが可能である。

１、１０１ ステータ
１０ ステータコア
１１ 円環部
１１ａ 内周面
１２ティース
１２ａ 側面
１２ｂ 端部
１２ｃ 端部
１５ スロット
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ、１５ｈ 部分
２０ ステータカフサ
２１ 円環部
２１ａ 内周面
２２ カフサ
２２ｂ 端部
２３ 突起部
２３ｂ 端部
２３ｃ 端部
３０ ステータコイル
３１ 挿入部
３２ 湾曲部
４０ 絶縁シート
４０ｃ 端部
Ｃ 中心軸

Claims (1)

1. 中心軸を有する環状の円環部と、前記円環部の内周面から前記中心軸に向かって突出し、前記中心軸を中心とした円周に沿って前記内周面に並んで配置された複数のティースと、を含むステータコアと、
   各前記ティースの中心軸方向における一端側に配置されたカフサと、
   隣り合った前記ティースの間のスロットに挿入された挿入部と、前記挿入部が挿入された前記スロットの部分を挟んで対向する一方及び他方のカフサのうち、前記一方のカフサ側に曲げられた湾曲部と、を含むコイルと、
   前記挿入部と、前記ティースとの間に配置された絶縁シートと、
   を備え、
   前記一方のカフサから前記他方のカフサへ向かう方向を他方向、その逆方向を一方向としたとき、
   前記他方のカフサは、前記他方のカフサの一方向側に設けられ、前記中心軸方向における他端側の端部が前記絶縁シートにおける前記一端側の前記端部よりも前記一端側に位置する突起部を含み、
   前記突起部は、前記コイルの前記湾曲部の曲げられた方向と逆側のカフサに設けられ、
   前記一方のカフサにおける他方向側の前記端部は、前記一方のカフサが配置された前記ティースにおける前記他方向側の前記端部の位置と一致するか、または、前記ティースにおける前記他方向側の前記端部よりも前記一方向側に位置し、
   前記他方のカフサにおける前記一方向側の前記端部は、前記他方のカフサが配置された前記ティースにおける前記一方向側の前記端部よりも前記一方向側に位置する、
   ステータ。

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