JP6801518B2

JP6801518B2 - カフサ

Info

Publication number: JP6801518B2
Application number: JP2017040362A
Authority: JP
Inventors: 博星名; 昭太郎岡本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-03-03
Filing date: 2017-03-03
Publication date: 2020-12-16
Anticipated expiration: 2037-03-03
Also published as: CN108539892B; CN108539892A; US20180254674A1; JP2018148659A; US10971960B2

Description

本発明は、回転電機のステータコアの軸方向端面に取り付けられるカフサの構造に関する。

回転電機では、ステータコアのスロットの一方から導体線を通し、他方から突出した導体線を周方向に折り曲げて離間した他のスロットに通すことによって複数のティースに渡って導体線を巻回する分布巻コイルが多く用いられている。近年は、導体線として平角線をＵ字型に成形した導体セグメントを用い、ステータコアの一方の軸方向端面から導体セグメントの直線部分をスロットに差し込み、ステータコアの他方の軸方向端面から突出した直線部分を周方向に折り曲げて他のスロットから突出した平角線と溶接することにより、分布巻コイルを形成する方法が用いられている（例えば、特許文献１参照）。

この方法では、カフサと呼ばれる樹脂製の絶縁部材をステータコアの軸方向端面に取り付けて導体セグメントの挿入、直線部分の折り曲げ、溶接が行われる。カフサは、ステータコアのティースに対応するリブとステータコアのスロットに対応する開口とを有する円環状部材である。コイルを構成する導体セグメントは、ステータコアの一方からスロットに挿入され、他方のカフサの開口から突出した導体セグメントの直線部分はカフサのリブの上側で周方向に折り曲げられる。導体セグメントの直線部分の折り曲げ、溶接によってコイルが形成されるとコイルとカフサにワニスを含浸させてコイルとカフサとが固定される。

特開２０１６−３２３９２号公報

導体セグメントの直線部分を折り曲げる際の折り曲げ形状にはバラツキがあるので、導体セグメントの折り曲げ部分とカフサの上側との間に隙間が開く場合がある。この場合、コイルとカフサとの密着が不十分となり、ワニスによるコイルとカフサとの固定が不十分となってしまう場合がある。

そこで、本発明は、コイルとカフサとの密着性を向上させることを目的とする。

本発明のカフサは、円環状のヨークと、前記ヨークの内周側に突出する複数のティースと、前記ティースの間に形成された複数のスロットとを有するステータコアの軸方向端面に取り付けられるカフサであって、弾性部材で形成され、前記ヨークに接する円環板と、前記ティースに対応するように前記円環板の内周側に突出する複数のリブと、前記スロットに対応するように前記リブの間に形成された複数の空間と、を有し、前記ステータコアの前記軸方向端面に取り付けた際に、前記リブが外周側の根元から内周側の先端に向かって、前記ステータコアの前記軸方向端面から離れるように反っていて、内周側ほど前記リブと前記ステータコアの前記軸方向端面との間の隙間が大きくなっており、前記スロットと前記空間とを通るように前記ティースと前記リブとにコイルが巻回された際に、弾性力によって前記リブが前記コイルに圧接することを特徴とする。

この構成により、コイルとカフサとの密着性を向上させることができる。

本発明のカフサにおいて、前記リブの前記先端を接続する円筒状のフランジを有し、
前記フランジは、前記リブの前記先端から前記ステータコアと反対側に向かって延びることとしてもよい。

導体セグメントの直線部分を折り曲げる際の折り曲げ形状にはバラツキがあるので、導体セグメントの折り曲げ部分がステータコアの内周側に飛び出してコイルがロータに近接し、損失が増加してしまう場合があるが、本構成によると、コイルがステータコアの内周側に飛び出すことを抑制できる。

本発明は、コイルとカフサとの密着性を向上させることができる。

本発明の実施形態のカフサを用いた回転電機のステータを示す斜視図である。図１に示すステータの構造を示す分解斜視図である。本発明の実施形態のカフサをステータコアの軸方向端面に配置した状態を示す斜視図である。本発明の実施形態のカフサをステータコアの軸方向端面に配置した状態を示す断面図である。図３、図４に示す状態でカフサから突出した導体セグメントの直線部を周方向に折り曲げた状態を示す周方向展開断面図（図４に示すＡ−Ａ断面）である。図５に示すように、導体セグメントの直線部を折り曲げてコイルとした状態の折り曲げ部とカフサとステータコアとを示す断面図である。本発明の他の実施形態のカフサをステータコアの軸方向端面に配置した状態を示す斜視図である。導体セグメントの直線部を折り曲げてコイルとした状態の折り曲げ部と他の実施形態のカフサとステータコアとを示す断面図である。本発明の他の実施形態のカフサを用いた回転電機のステータを示す斜視図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。最初に本実施形態のカフサ４０を用いて構成した回転電機のステータ１０について説明する。図１に示すように、ステータ１０は、ステータコア２０と、ステータコア２０の軸方向端面２０ａ，２０ｂに取り付けられるカフサ４０と、ステータコア２０とカフサ４０とに巻回されるコイル３０とで構成される。ステータコア２０の軸方向端面２０ａ、２０ｂからはそれぞれコイルエンド３５、３６が軸方向外側に向かって突出している。図１に示すステータ１０は、コイルエンド３５の側にコイル３０の入出力端子（図示せず）が取り付けられているので、以下の説明では、ステータ１０のコイルエンド３５側をリード側、コイルエンド３６の側を反リード側という。

図２に示すように、ステータコア２０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２０は、ステータ１０の周方向に沿って延びる円環状のヨーク２１と、ヨーク２１の内周面よりステータ１０の径方向内側へ突出する複数のティース２２とを備えている。複数のティース２２はステータ１０の周方向に互いに等間隔で配置されている。ステータ１０の周方向に隣接するティース２２の間にはスロット２３が形成されている。複数のスロット２３は、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２２及び各スロット２３は、軸方向に沿って延びている。

ステータコア２０のリード側の軸方向端面２０ａには、カフサ４０が取り付けられている。カフサ４０は、絶縁性の樹脂成形部材であり、例えば、エポキシ樹脂から形成されている。

図３に示すように、カフサ４０は、ヨーク２１に接する円環板４１と、ティース２２に対応するように円環板４１の内周側に突出する複数のリブ４３と、スロット２３に対応するようにリブ４３の間に形成された複数の空間４４とを有している。リブ４３は根元４３ａが円環板４１に接続し、先端４３ｂが互いに離れた櫛歯状となっている。カフサ４０のリブ４３は、根元４３ａから先端４３ｂに向かってステータコア２０の軸方向端面２０ａから軸方向外側に離れるように反っている。

図２に示すように、コイル３０は、ステータコア２０の周方向における全てのスロット２３に挿入された複数の導体セグメント３１によって構成される。なお、図２には、一対の導体セグメント３１しか示されていないが、導体セグメント３１はステータコア２０の全てのスロット２３に挿入される。

導体セグメント３１はＵ字形状であり、２つの直線状の脚３１ａと、これらを連結する湾曲部３１ｂとを備えている。導体セグメント３１の脚３１ａを、反リード側のカフサ４０の空間４４、スロット２３に挿入すると、脚３１ａはリード側のカフサ４０の空間４４から軸方向外側に向かって突出する。カフサ４０の空間４４から突出した脚３１ａの部分は周方向に折り曲げられ、図１に示すように他の導体セグメント３１の脚３１ａと溶接される。これにより、導体セグメント３１はスロット２３と空間４４を通り、ティース２２とリブ４３に巻回されるコイル３０となる。リード側の折り曲げ部分３２と溶接部分３３とはリード側のコイルエンド３５を形成する。また、反リード側のカフサ４０の空間４４からは導体セグメント３１の湾曲部３１ｂが軸方向外側に向かって突出している。この湾曲部３１ｂは、反リード側のコイルエンド３６を形成する。

先に図３を参照して説明したように、カフサ４０のリブ４３は、根元４３ａから先端４３ｂに向かってステータコア２０の軸方向端面２０ａから軸方向外側に離れるように反っている。このため、カフサ４０をステータコア２０の軸方向端面２０ａに取り付けた状態では、図４に示すように、円環板４１とリブ４３の根元４３ａとは、軸方向端面２０ａに密着しているが、リブ４３は根元４３ａから先端４３ｂにかけて軸方向端面２０ａから離れ、リブ４３と軸方向端面２０ａとの間の隙間は内周側に行くほど大きくなっている。

リブ４３の形状は、例えば、根元４３ａから先端４３ｂに向かって一定の傾斜で傾いているような形状でもよいし、根元４３ａから先端４３ｂに向かって軸方向端面２０ａから反りかえるような曲がり形状でもよい。また、逆に根元４３ａの部分で軸方向端面２０ａとのなす角度が大きく、先端４３ｂに行くに従って、角度が小さくなるような形状としてよい。

図２に示すように、ステータコア２０の反リード側の軸方向端面２０ｂには、リード側の軸方向端面２０ａに取り付けたのと同様のカフサ４０が反転して取り付けられている。反リード側もリード側と同様、カフサ４０をステータコア２０の軸方向端面２０ｂに取り付けた状態では、円環板４１とリブ４３の根元４３ａとは、軸方向端面２０ｂに密着しているが、リブ４３は根元４３ａから先端４３ｂにかけて軸方向端面２０ｂから離れ、リブ４３と軸方向端面２０ｂとの間の隙間は内周側に行くほど大きくなっている。

このように、ステータコア２０の各軸方向端面２０ａ、２０ｂにそれぞれカフサ４０を取り付けた状態で、導体セグメント３１の脚３１ａを、反リード側のカフサ４０の空間４４、スロット２３に挿入すると、図４に一点鎖線で示すように、脚３１ａはリード側のカフサ４０の空間４４から軸方向外側に向かって突出している。この状態では、リブ４３の先端４３ｂは軸方向端面２０ａから離れている。

そして、図５の矢印Ｆに示すように、脚３１ａを周方向に折り曲げると、折り曲げ部分３２の側面がリブ４３のリード側の面に当たる。そして、脚３１ａを更に折り曲げていくと、折り曲げ部分３２は、軸方向端面２０ａから離間しているリブ４３の先端部分を軸方向端面２０ａに向かって押し付けていく。リブ４３は、弾性体の樹脂製なので、リブ４３のリード側（軸方向外側）の面は反発力により導体セグメント３１の折り曲げ部分３２に圧接するようになる。そして、折り曲げ部分３２が最終形状まで折り曲げられると、図６に示すように、リブ４３は、ステータコア２０の軸方向端面２０ａに密着する。

また、脚３１ａを折り曲げていくと、導体セグメント３１の反リード側の湾曲部３１ｂの傾斜面がリブ４３の反リード側の面に当たり、リブ４３の反リード側（軸方向外側）の面は導体セグメント３１の湾曲部３１ｂに圧接すると共に、リブ４３がステータコア２０の軸方向端面２０ｂに密着する。

以上説明したように、本実施形態のカフサ４０のリブ４３は、根元４３ａから先端４３ｂに向かってステータコア２０の軸方向端面２０ａ、２０ｂから軸方向外側に離れるように反っているので、導体セグメント３１の脚３１ａを周方向に折り曲げてコイル３０を形成すると弾性力によってコイル３０に圧接する。このため、コイル３０とカフサ４０との密着性を向上させることができ、ワニスによってコイル３０とカフサ４０とを十分に固定することができる。

なお、以上説明したカフサ４０では、各リブ４３は、内周側の先端４３ｂが互いに離れた櫛歯状のものとして説明したが、リング状の部材で先端４３ｂを互いに接続するようにしてもよい。

次に、図７から図９を参照しながら、他の実施形態のカフサ５０について説明する。先に図１から図６を参照して説明したカフサ４０と同様の部分には同様の符号を付して説明は省略する。

図７に示すように、本実施形態のカフサ５０は、リブ４３の先端４３ｂを接続する円筒状のフランジ５１を有している。円環状のフランジ５１は、リブ４３の先端４３ｂからステータコア２０の軸方向端面２０ａと反対側の軸方向外側に向かって延びている。

図７に示すカフサ５０をステータコア２０の軸方向端面２０ａ、２０ｂに取り付け、先に説明したのと同様、導体セグメント３１をスロット２３に挿入し、脚３１ａを周方向に折り曲げて折り曲げ部分３２を形成すると、図８に示すように、リブ４３のリード側（軸方向外側）の面が導体セグメント３１の折り曲げ部分３２に圧接すると共に、リブ４３がステータコア２０の軸方向端面２０ａに密着する。反リード側では、リブ４３の反リード側の面が導体セグメント３１の反リード側の湾曲部３１ｂの傾斜面に圧接すると共に、リブ４３がステータコア２０の軸方向端面２０ｂに密着する。

図８、図９に示すように、フランジ５１は、リブ４３の先端４３ｂからステータコア２０の軸方向端面２０ａと反対側の軸方向外側に向かって導体セグメント３１の折り曲げ部分３２に掛かる位置まで壁状に軸方向外側に延びているので、導体セグメント３１の折り曲げ部分３２の内周側への倒れを抑制することができる。これにより、本実施形態のカフサ５０は、コイル３０がステータコア２０の内周側へ飛び出すことを抑制し、コイル３０がロータに近接し、損失が増加してしまうことを抑制する。

１０ステータ、２０ステータコア、２０ａ、２０ｂ軸方向端面、２１ヨーク、２２ティース、２３スロット、３０コイル、３１導体セグメント、３１ａ脚、３１ｂ湾曲部、３２折り曲げ部分、３３溶接部分、３５、３６コイルエンド、４０、５０カフサ、４１円環板、４３リブ、４３ａ根元、４３ｂ先端、４４空間、５１フランジ。

Claims

円環状のヨークと、前記ヨークの内周側に突出する複数のティースと、前記ティースの間に形成された複数のスロットとを有するステータコアの軸方向端面に取り付けられるカフサであって、
弾性部材で形成され、前記ヨークに接する円環板と、前記ティースに対応するように前記円環板の内周側に突出する複数のリブと、前記スロットに対応するように前記リブの間に形成された複数の空間と、を有し、
前記ステータコアの前記軸方向端面に取り付けた際に、前記リブが外周側の根元から内周側の先端に向かって、前記ステータコアの前記軸方向端面から離れるように反っていて、内周側ほど前記リブと前記ステータコアの前記軸方向端面との間の隙間が大きくなっており、前記スロットと前記空間とを通るように前記ティースと前記リブとにコイルが巻回された際に、弾性力によって前記リブが前記コイルに圧接するカフサ。
請求項１に記載のカフサであって、
前記リブの前記先端を接続する円筒状のフランジを有し、
前記フランジは、前記リブの前記先端から前記ステータコアと反対側に向かって延びるカフサ。