JP6834285B2 - Rotating machine stator - Google Patents
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本開示は、回転電機ステータに関する。 The present disclosure relates to a rotary electric machine stator.
回転電機のステータは、磁性体薄板の積層体であるステータコアと、これに巻回されるコイル巻線の他に、多くの部材を含んで構成される。これらの部材は材質の違いによって互いに異なる熱膨張係数を有する。そのため、温度変化によってステータに変形を生じることがある。 The stator of a rotary electric machine is configured to include a stator core, which is a laminated body of thin magnetic sheets, and a coil winding wound around the stator core, as well as many members. These members have different coefficients of thermal expansion depending on the material. Therefore, the stator may be deformed due to a temperature change.
特許文献1では、珪素鋼板製で円環状のステータコアがアルミニウム製のハウジングに焼嵌めされる電動モータの構造において、珪素鋼板とアルミニウムとの間の熱膨張係数の差で、低温下で締め具合が強くなりすぎることを指摘している。そこで、ステータコアの周壁に軸方向に延びる空隙部をティースと同数設け、低温下における収縮差を吸収することを開示している。 In Patent Document 1, in the structure of an electric motor in which an annular stator core made of silicon steel plate is shrink-fitted into a housing made of aluminum, the degree of tightening at a low temperature is due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the silicon steel plate and aluminum. He points out that he will be too strong. Therefore, it is disclosed that the peripheral wall of the stator core is provided with the same number of gaps extending in the axial direction as the teeth to absorb the shrinkage difference at low temperature.
回転電機のステータにおいて、ステータコアとコイル巻線との間を巻線固定材で固定することが行われる。その場合に、ステータコアと巻線固定材との間の熱膨張係数が異なるので温度変化によってステータコアの軸方向の端面側で変形が生じる。これを防止するために、ステータコアの周壁に軸方向に延びる切欠を設けると、回転電機のトルク低下が生じ得る。そこで、回転電機の特性を維持しつつ、巻線固定材とステータコアの間の熱膨張係数の差によって生じるステータコアの軸方向端面の変形を抑制できる回転電機ステータが要望される。 In the stator of a rotary electric machine, the space between the stator core and the coil winding is fixed with a winding fixing material. In that case, since the coefficient of thermal expansion between the stator core and the winding fixing material is different, deformation occurs on the end face side in the axial direction of the stator core due to the temperature change. In order to prevent this, if a notch extending in the axial direction is provided on the peripheral wall of the stator core, the torque of the rotary electric machine may decrease. Therefore, there is a demand for a rotary electric machine stator that can suppress deformation of the axial end face of the stator core caused by the difference in the coefficient of thermal expansion between the winding fixing material and the stator core while maintaining the characteristics of the rotary electric machine.
本開示に係る回転電機ステータは、円環状のバックヨーク及びバックヨークから内周側に突き出す複数のティースを有する磁性体薄板を所定枚数で軸方向に積み重ねた積層体のステータコアと、ティースに巻回されたコイル巻線と、コイル巻線がステータコアの軸方向端面から突き出して巻回された部分をコイルエンドとして、積層体のコイルエンド側の軸方向一方端及び軸方向他方端のそれぞれの最外端面磁性体薄板のティース上とコイル巻線との間に配置されており、磁性体薄板の熱膨張係数よりも大きな熱膨張係数を有する絶縁樹脂接着剤の巻線固定材と、を含み、ステータコアは、ティースに対応する位置で外周面に複数の切欠を有する最外端面磁性体薄板、及び、軸方向一方端の最外端面磁性体薄板と軸方向他方端の最外端面磁性体薄板の間のコア本体部を有し、コア本体部を構成する磁性体薄板には切欠が設けられていない。 The rotary electric stator according to the present disclosure includes an annular back yoke and a stator core of a laminated body in which a predetermined number of magnetic thin plates having a plurality of teeth protruding from the back yoke to the inner peripheral side are stacked in the axial direction, and the coil is wound around the teeth. The coil winding and the portion where the coil winding protrudes from the axial end surface of the stator core and is wound as the coil end are the outermost ends of the coil end side of the laminated body in the axial direction and the other end in the axial direction. is disposed between the teeth on the coil winding end Men磁material elements thin, and winding fixed material of the insulating resin adhesive having a larger thermal expansion coefficient than the thermal expansion coefficient of the thin magnetic plate, the Including, the stator core includes an outermost end surface magnetic thin plate having a plurality of notches on the outer peripheral surface at a position corresponding to the teeth, an outermost end surface magnetic thin plate at one end in the axial direction, and an outermost end surface magnetic material at the other end in the axial direction. It has a core main body between the thin plates, and the magnetic thin plate constituting the core main body is not provided with a notch .
上記構成によれば、最外端面に設けた切欠によって、巻線固定材とステータとの間の熱膨張係数の差によって生じるステータコアにおける応力を緩和できる。 According to the above configuration, the notch provided on the outermost end surface can relieve the stress in the stator core caused by the difference in the coefficient of thermal expansion between the winding fixing material and the stator.
本開示に係る回転電機ステータによれば、回転電機の特性を維持しつつ、巻線固定材とステータコアの間の熱膨張係数の差によって生じる応力を緩和できるので、ステータコアの軸方向端面の変形を抑制できる。 According to the rotary electric machine stator according to the present disclosure, the stress caused by the difference in the coefficient of thermal expansion between the winding fixing material and the stator core can be relaxed while maintaining the characteristics of the rotary electric machine, so that the deformation of the axial end face of the stator core can be prevented. Can be suppressed.
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、車両に搭載される回転電機に用いられるステータを述べるが、これは説明のための例示であって、回転電機ステータであれば、車両搭載以外の用途であっても構わない。以下では、コイル巻線を集中巻として述べるが、これは説明のための例示であって、巻線固定材を用いるものであれば、分布巻であっても構わない。以下では、コイル巻線を円形断面の丸線として述べるが、これも説明のための例示であって、円形断面以外のコイル巻線であってもよい。例えば、矩形断面の平角線、楕円断面の巻線等でも構わない。 Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following, a stator used for a rotary electric machine mounted on a vehicle will be described, but this is an example for explanation, and any rotary electric machine stator may be used for purposes other than mounting on a vehicle. In the following, the coil winding will be described as a centralized winding, but this is an example for explanation, and a distributed winding may be used as long as a winding fixing material is used. In the following, the coil winding will be described as a round wire having a circular cross section, but this is also an example for explanation and may be a coil winding other than the circular cross section. For example, a flat wire having a rectangular cross section, a winding having an elliptical cross section, or the like may be used.
以下で述べる形状、寸法、ティースの数、巻数、材質等は、説明のための例示であって、回転電機ステータの仕様に合わせ、適宜変更が可能である。以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 The shapes, dimensions, number of teeth, number of turns, materials, etc. described below are examples for explanation and can be appropriately changed according to the specifications of the rotary electric machine stator. In the following, similar elements are designated by the same reference numerals in all drawings, and duplicate description will be omitted.
図1は、車両に搭載される回転電機に用いられる回転電機ステータ10の構成を示す図である。以下では、回転電機ステータ10を特に断らない限り、ステータ10と呼ぶ。ステータ10が用いられる回転電機は、駆動回路の制御によって、車両が力行するときは電動機として機能し、車両が制動時にあるときは発電機として機能するモータ・ジェネレータで、三相同期型回転電機である。回転電機は、図1に示される固定子であるステータ10と、ステータ10の内周側に所定の隙間を隔てて配置される円環状の回転子であるロータとで構成される。図1ではロータの図示を省略した。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a rotary
図1(a)は、ステータ10の軸方向から見た上面図であり、(b)は側面図である。図1(b)に、ステータ10の軸方向を示した。軸方向の両端を区別して、一方端側と他方端側と呼ぶ。
FIG. 1A is a top view of the
ステータ10は、ステータコア12と、コイル巻線14と、ステータコア12とコイル巻線14との間に配置されるインシュレータ16と、ステータコア12の軸方向の端面に配置される巻線固定材20とを含む。巻線固定材20は、ステータコア12の軸方向の一方端と、他方端とにそれぞれ配置される。
The
ステータコア12は、円環状の磁性体部品で、円環状のバックヨーク22とバックヨーク22から内周側に突き出す複数のティース24とを含む。隣接するティース24の間の空間は、スロットである。図1の例では、ティース24の数は6つである。
The
かかるステータコア12は、バックヨーク22とティース24とを含み、スロットが形成されるように所定の形状に成形された円環状の磁性体薄板26を所定枚数で軸方向に積み重ねた積層体である。磁性体薄板26の両面には電気的絶縁処理が施される。磁性体薄板26の材質としては、珪素鋼板の一種である電磁鋼板を用いることができる。珪素鋼板の熱膨張係数は、(12〜15)×10-6(℃)である。
The
ステータコア12は、図1(b)に示すように、軸方向の一方端の最外端面の磁性体薄板32と、他方端の最外端面の磁性体薄板34と、その間のコア本体部30とが積層されたものである。磁性体薄板32,34には、切欠40が設けられ、コア本体部30の各磁性体薄板26には切欠が設けられない。図1(a)は上面図であるので、磁性体薄板32と、切欠40が示され、切欠40を通して現われたコア本体部30が示される。切欠40の内容と、その作用効果については後述する。
As shown in FIG. 1B, the
コイル巻線14は、集中巻コイルで、1つのティース24に絶縁皮膜付きの導線を所定巻数で巻回し、1つの相巻線としたものである。コイル巻線14がステータコア12の軸方向端面から突き出して巻回された部分はコイルエンドである。図1には、軸方向の一方端のコイルエンド28と、他方端のコイルエンド29を示す。コイル巻線14の絶縁皮膜付き導線の素線としては、銅線、銅錫合金線、銀メッキ銅錫合金線等を用いることができる。素線としては、断面形状が円形の丸線が用いられる。絶縁皮膜としては、ポリアミドイミドのエナメル皮膜が用いられる。これに代えて、ポリエステルイミド、ポリイミド、ポリエステル、ホルマール等を用いることができる。
The coil winding 14 is a centralized winding coil in which a lead wire having an insulating film is wound around one
インシュレータ16は、コイル巻線14の内周側面とこれに向かい合うティース24の外周側面との間に保持される筒状形状を有する絶縁体である。インシュレータ16は接着等の固定手段によってステータコア12に固定される。かかるインシュレータ16は、電気絶縁性を有するシートを所定の形状に成形したものを用いることができる。電気絶縁性を有するシートとしては、紙の他、プラスチックフィルムを用いることができる。インシュレータ16の構成については後述する。
The
巻線固定材20は、ステータコア12である積層体の軸方向の最外端面の磁性体薄板32,34上に配置され、コイル巻線14をステータコア12に固定する絶縁樹脂接着剤である。軸方向の端面は、一方端と他方端とがあるが、巻線固定材20は、一方端と他方端のそれぞれの最外端面の磁性体薄板32,34上に配置される。巻線固定材20として用いられる絶縁樹脂接着剤としては、エポキシ樹脂が用いられる。エポキシ樹脂の熱膨張係数は、62×10-6(℃)である。エポキシ樹脂に代えてワニスを用いてもよい。ワニスの熱膨張係数は、(18〜21)×10-6(℃)である。エポキシ樹脂の熱膨張係数、ワニスの熱膨張係数は、いずれも珪素鋼板の熱膨張係数に比べて大きい。
The winding fixing
図2に、ステータコア12、コイル巻線14、及び巻線固定材20の配置関係を示す。
図2(a)は、図1のA−A線に沿った断面図である。(b)は(a)のB部の拡大図である。(b)は、軸方向の一方端の拡大図であるが、他方端における内容も同じであるので、一方端における配置関係を述べる。(b)に示すように、積層体であるステータコア12の一方端の端面上に巻線固定材20が配置され、巻線固定材20の上にコイル巻線14が巻回される。
FIG. 2 shows the arrangement relationship of the
FIG. 2A is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. (B) is an enlarged view of part B of (a). (B) is an enlarged view of one end in the axial direction, but since the contents at the other end are the same, the arrangement relationship at one end will be described. As shown in (b), the winding fixing
巻線固定材20としてエポキシ樹脂を用いる場合では、液体状態または半固化状態のエポキシ樹脂を、ステータコア12の軸方向の一方端における最外端面の磁性体薄板32の上面に塗布する。そして、巻線固定材20の上にコイル巻線14を巻回し、適当な加熱硬化条件の処理を行って固化させる。これによって、コイル巻線14は固化した巻線固定材20を介してステータコア12に固定される。
When an epoxy resin is used as the winding fixing
巻線固定材20は、絶縁樹脂接着剤であるので、固化した後は絶縁体となる。インシュレータ16も、ステータコア12とコイル巻線14との間に配置される絶縁体である。巻線固定材20は、ステータコア12の軸方向の一方端と他方端とに配置されるので、その箇所についてはインシュレータ16の配置を省略できる。図3は、インシュレータ16の構成を示す斜視図である。
Since the winding fixing
インシュレータ16は、バックヨーク22とコイル巻線14との間に配置される第1シート部50と、ティース24の先端側に配置される第2シート部52と、その間を接続する筒シート部54とを含む筒状形状を有する部材である。第1シート部50には、ティース24のバックヨーク22側の根元部を通す第1開口部56が設けられ、第2シート部52には、ティース24の先端部を通す第2開口部58が設けられる。筒シート部54は、ティース24を通す筒部で、その内壁は、ティース24の外周面に対向する。
The
インシュレータ16の筒シート部54は、軸方向の一方端側の部分に第3開口部60が設けられ、他方端側の部分に第4開口部62が設けられる。巻線固定材20は、この第3開口部60と第4開口部62に配置され、ティース24において、軸方向の一方端側の外周面と、他方端側の外周面のそれぞれに、直接的に配置される。換言すれば、インシュレータ16は、巻線固定材20が配置される箇所に、第3開口部60と第4開口部62の2つの開口を設ける。
The
図1で述べた切欠40についてその内容と作用効果を図4と図5を用いて説明する。巻線固定材20の上にコイル巻線14を巻回し、その後適当な加熱硬化条件で巻線固定材20を固化させ、その後室温に戻すと、巻線固定材20とステータコア12との間の熱膨張係数の差によって、ステータコア12を変形させる応力が生じ得る。図1で述べた切欠40は、応力の発生を緩和する作用を有する。
The contents and effects of the
図4は、ステータコア12の積層体の部分分解図である。部分分解図というのは、積層体を構成する複数の磁性体薄板26を一枚ずつ分解するのではなく、軸方向の一方端の最外端面の磁性体薄板32と、他方端の最外端面の磁性体薄板34と、その間のコア本体部30とに分解して示す図である。
FIG. 4 is a partial decomposition view of the laminated body of the
磁性体薄板32と磁性体薄板34とは、外周面に複数の切欠40を有する。切欠40は、図5で述べる応力の発生がティース24毎に繰り返すことを考慮し、バックヨーク22の外周面において、各ティース24の配置位置に対応する位置に設けられる。図4の例では、ティース24は6つであるので、切欠40は、磁性体薄板32と磁性体薄板34のそれぞれについて6つ設けられる。コア本体部30を構成する各磁性体薄板26には切欠40が設けられない。場合によっては、軸方向の一方端及び他方端において、1枚でなく2枚あるいは3枚の磁性体薄板に最外端面の磁性体薄板32と同様の切欠40を設けてもよい。切欠40の形状は、略三角形である。これは例示であって、半円弧状の切欠、角型の切欠等であってもよい。
The magnetic
切欠40の効果を説明するために、比較例として、切欠を有さない磁性体薄板26で構成されるステータコア13における応力の発生図を図5に示す。図5(a)は上面図であり、(b)は側面図である。ここでは、コイル巻線14を二点鎖線で示す。
In order to explain the effect of the
切欠を有さない磁性体薄板26のみで構成されるステータコア13においては、巻線固定材20とステータコア12との間の熱膨張係数の差によって、矢印で示す方向に、ステータコア13を変形させる応力70,72,74が生じる。応力70は、巻線固定材20が配置される位置に向かって、ステータコア13を収縮させる方向に発生する。その応力70の発生のために、バックヨーク22の外周面側から巻線固定材20の方向に向かってステータコア13を収縮させる応力72,74が発生する。磁性体薄板26の外周長は一定であるので、結局、磁性体薄板26の全体が歪んで変形する。図5(b)に、ステータコア12の軸方向の両端面の変形の概略を二点鎖線で示す。
In the
図5(b)に示すステータコア13の変形が生じると、ステータ10をモータケース等にボルト締結するときに、その変形を平坦化するための力がボルト軸力の反力となり、締付力を上げる必要がある。これに対し、図1の構成のステータ10においては、ステータコア12の軸方向の最外端面の磁性体薄板32,34の外周面に複数の切欠40を設けるので、図5における応力70,72,74が切欠40に向かうとき、応力緩和や応力解放が生じる。これによって、ステータコア12の軸方向端面における変形の発生を抑制できる。
When the
本実施の形態に係る回転電機ステータ10は、円環状のバックヨーク22及びバックヨーク22から内周側に突き出す複数のティース24を有する磁性体薄板を所定枚数で軸方向に積み重ねた積層体のステータコア12を有する。また、ティース24に巻回されたコイル巻線14を有する。さらに、コイル巻線14がステータコア12の軸方向端面から突き出して巻回された部分をコイルエンドとして、積層体のコイルエンド側の最外端面の磁性体薄板32,34上に配置され、磁性体薄板よりも熱膨張係数の大きな材料の巻線固定材20を含む。そして、積層体のコイルエンド側の最外端面の磁性体薄板32,34は、ティース24に対応する位置で外周面に複数の切欠を有する。
The rotary
本実施の形態に係る回転電機ステータ10によれば、切欠40は、積層体の軸方向の最外端面の磁性体薄板32,34に設けられるが、全ての磁性体薄板には設けられないので、切欠によるトルク低下を抑制し、回転電機の特性を維持できる。また、切欠40によって、巻線固定材20とステータコア12の間の熱膨張係数の差によって生じる応力を緩和できるので、ステータコア12の軸方向端面の変形を抑制できる。また、ボルト軸力の反力となるステータコア12の軸方向端面の変形を生じないので、ステータ10とモータケース等との間の締結の信頼性が向上する。
According to the rotary
10 (回転電機)ステータ、12,13 ステータコア(積層体)、14 コイル巻線、16 インシュレータ、20 巻線固定材、22 バックヨーク、24 ティース、26 磁性体薄板、28,29 コイルエンド、30 コア本体部、32,34 (軸方向の最外端面の)磁性体薄板、40 切欠、50 第1シート部、52 第2シート部、54 筒シート部、56 第1開口部、58 第2開口部、60 第3開口部、62 第4開口部、70,72,74 応力。 10 (Rotary machine) stator, 12, 13 stator core (laminated body), 14 coil winding, 16 insulator, 20 winding fixing material, 22 back yoke, 24 teeth, 26 magnetic sheet, 28, 29 coil end, 30 core Main body, 32, 34 Magnetic sheet (on the outermost surface in the axial direction), 40 notches, 50 1st sheet, 52 2nd sheet, 54 Cylinder sheet, 56 1st opening, 58 2nd opening , 60 3rd opening, 62 4th opening, 70,72,74 stress.
Claims (1)
前記ティースに巻回されたコイル巻線と、
前記コイル巻線が前記ステータコアの軸方向端面から突き出して巻回された部分をコイルエンドとして、前記積層体のコイルエンド側の軸方向一方端及び軸方向他方端のそれぞれの最外端面磁性体薄板の前記ティース上と前記コイル巻線との間に配置されており、前記磁性体薄板の熱膨張係数よりも大きな熱膨張係数を有する絶縁樹脂接着剤の巻線固定材と、
を含み、
前記ステータコアは、
前記ティースに対応する位置で外周面に複数の切欠を有する前記最外端面磁性体薄板、及び、
前記軸方向一方端の前記最外端面磁性体薄板と前記軸方向他方端の前記最外端面磁性体薄板の間のコア本体部を有し、
前記コア本体部を構成する前記磁性体薄板には前記切欠が設けられていない、回転電機ステータ。 An annular back yoke and a stator core made of a laminated body in which a predetermined number of magnetic thin plates having a plurality of teeth protruding from the back yoke to the inner peripheral side are stacked in the axial direction.
With the coil winding wound around the teeth,
The portion in which the coil winding is wound protrude from the axial end surface of the stator core as a coil end, each Saisototan Men磁 of one axial end and the other axial end of the coil end side of the laminate wherein the on the teeth of the body sheet is disposed between the coil winding, and the winding fixing material of the insulating resin adhesive having a larger thermal expansion coefficient than the thermal expansion coefficient of the thin magnetic plate,
Including
The stator core
The outermost magnetic material thin plate having a plurality of notches on the outer peripheral surface at a position corresponding to the teeth, and
It has a core main body portion between the outermost magnetic material thin plate at one end in the axial direction and the outermost magnetic material thin plate at the other end in the axial direction.
A rotary electric machine stator in which the notch is not provided in the magnetic thin plate constituting the core main body.
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