JP6844200B2 - 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。

従来、回転電機のステータとしては、特許文献１に記載されているものがある。この回転電機のステータは、ステータコア、絶縁性を有するインシュレータ、及びコイルを備える。ステータコアは、円環状のヨークと、このヨークから径方向に延びる複数のティースを有し、ティースにコイルが巻回される。インシュレータは、ティース側面を全周に亘って囲むように取り付けられ、コイルは、インシュレータを介してティースに巻回される。コイルとティースの間にインシュレータを介在させることによって、コイルとステータコアの絶縁性を確保している。

特開２００７−２０９１２８号公報

回転電機の出力の向上を図るためにコイル占積率を高くすると、隣り合うコイルが接近するため、隣り合うコイル間の絶縁性を確保しにくくなる。よって、隣り合うコイル間の間隔を広げる必要性が生じて、回転電機が大型化する。このような背景において、当該絶縁性確保の問題を、コイル間の間隔を広げずに回避すべく、当該コイル間に新たな絶縁部材を挿入して、回転電機の小型化を実現しようとすると、ステータ構造が複雑化し、コイルの円滑な配設を妨げる虞がある。

本発明の目的は、コイル占積率を高くし易くて、隣り合うコイル間の絶縁性も確保でき、コイルも円滑に配設し易い回転電機のステータを提供することにある。

本発明に係る回転電機のステータは、環状のヨーク、及び周方向に互いに間隔をおいた状態で前記ヨークから径方向の内側に突出する複数のティースを有するステータコアと、前記ティースにおける前記周方向の側面の少なくとも一部を被覆するティース被覆部、前記ティース被覆部における前記径方向の外方側の端部から前記ヨークの前記径方向の内側面の少なくとも一部を覆うように前記周方向に延在するヨーク被覆部、及び前記ヨーク被覆部から前記径方向の内側に延出する延出部を含むと共に、絶縁性を有するインシュレータと、前記ティース被覆部を介して前記ティースに集中巻きで巻回されるコイルと、を備え、前記延出部は、前記周方向において隣り合う２つの前記コイルの間に配設され、前記延出部が、高さ方向の中央部に前記径方向の外側に窪んだ凹部を有し、前記凹部は、前記延出部の前記径方向の内側の先端より、前記周方向で前記コイルと対向する部分にかけて、前記径方向の外側に窪んでいる。

本発明に係る回転電機のステータによれば、インシュレータが、ティースを被覆してコイルに囲まれるティース被覆部と一体に構成されると共に、周方向に隣り合う２つのコイル間に配設されて当該隣り合う２つのコイルを分断する延出部を含む。したがって、コイル占積率を高くして、隣り合うコイルが接近しても、当該延出部で隣り合う２つのコイルの絶縁性を確保できる。よって、隣り合うコイル間の間隔を広げる必要性がないので、回転電機の小型化を実現し易くなる。更には、延出部が、コイルに囲まれるティース被覆部と一体に構成されるので、ティースを被覆しているインシュレータと別体の絶縁部材をスロットに挿入する必要がない。よって、ステータを簡便な構成で実現でき、コイルを円滑に配設し易い。

本発明の一実施形態に係る回転電機の模式平面図である。 上記回転電機のステータの一部を、径方向の内側から見た時の模式図である。 図２のＡ-Ａ線断面図である。 ステータのインシュレータの斜視図である。

以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて新たな実施形態を構築することは当初から想定されている。また、以下の説明及び図面の記載において、Ｒ方向は、ステータ１０の径方向であり、θ方向は、ステータ１０の周方向であり、Ｚ方向は、ステータ１０の高さ方向である。Ｒ方向、θ方向及びＺ方向は、互いに直交する。

図１は、本発明の一実施形態に係る回転電機１の模式平面図である。この回転電機１は、車両に搭載される。図１に示すように、回転電機１は、ステータ１０、及びロータ５０を備え、ステータ１０は、ステータコア１１と、複数のインシュレータ２０と、ステータコイル４０を含む。ステータコア１１は、環状の磁性体部品であり、例えば、複数の珪素鋼鈑（電磁鋼鈑）が積層されて構成されるが、樹脂バインダと磁性材粉末を加圧成形することにより構成されてもよい。ステータコア１１は、環状で外周側に配設されるヨーク１２と、複数のティース１６を有する。複数のティース１６は、周方向に互いに間隔をおいて配設され、各ティース１６は、ヨーク１２からＲ方向内方側に突出する。

複数のインシュレータ２０は、同一であり、周方向に等間隔に配設される。インシュレータ２０は、絶縁素材の樹脂、例えば、ナイロン、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等で構成され、Ｒ方向の所定範囲においてティース側面を全周に亘って覆う部分を含む。インシュレータ２０は、例えば、インサート成形によってステータコア１１と一体に構成され、又はティース１６に外嵌されて取り付けられる。インシュレータ２０は、ステータコア１１とステータコイル４０との間の絶縁性を確保するために設けられる。インシュレータ２０の構造については、図２以下で詳細に説明する。

ステータコイル４０は、Ｕ，Ｖ，Ｗの三相のコイル４５を備え、これらＵ，Ｖ，Ｗの三相のコイル４５をＹ結線して構成される。コイル４５は、隣接するティース１６の間の空間であるスロット１７に挿通され、ティース１６を囲むように配置される。ステータ１０は、θ方向に間隔をおいて配置される複数の取付部３３を有し、各取付部３３は、Ｒ方向の外方側に膨出する。図示しないボルトを、取付部３３の締結孔３４を通過させた後、図示しないケースの軸方向の端面に固定することで、ステータ１０がケースに取り付けられる。

ロータ５０は、ステータ１０のＲ方向内方にステータ１０に対して間隔をおいた状態で配設される。ロータ５０の中心軸は、ステータ１０の中心軸と一致する。ロータ５０は、回転軸６０の周囲に固定される環状の磁性体部品であり、例えば、複数の円環状の珪素鋼鈑（電磁鋼鈑）が積層されて構成される。本実施形態では、回転電機は、永久磁石型であり、ロータ５０には、複数の永久磁石が周方向に互いに間隔をおいた状態で埋め込まれる。

回転電機１を駆動する際には、例えば、バッテリからの直流電流がインバータを介して三相交流電流に変換された後、三相交流電流が、Ｕ，Ｖ，Ｗの三相のコイル４５に供給される。係るＵ，Ｖ，Ｗの三相のコイル４５への三相交流電流の供給によって、ティース１６が磁化されて磁極となり、磁極の位置がステータ１０のθ方向に沿って移動する回転磁界が生じる。そして、ロータ５０がその回転磁界に基づいて回動し、回転動力が生成される。

他方、電力の回生は次のように行われる。すなわち、ロータ５０が、外部からの動力（車両における車輪側からの動力）によって回動すると、ロータ５０に埋め込まれた永久磁石がロータ中心軸の回りを回転する。すると、Ｕ，Ｖ，Ｗの三相のコイル４５に電磁誘導の法則に基づく誘導起電力が誘起され、交流の誘導電流がＵ，Ｖ，Ｗの三相のコイル４５を流れる。そして、係る誘導電流に基づくＵ，Ｖ，Ｗの三相のコイル４５からの交流電力が、インバータで直流電力に変換された後、バッテリに供給される。

以下、図２〜図４を用いて、インシュレータ２０の構造について詳細に説明する。図２は、ステータ１０の一部を、Ｒ方向内側から見た時の模式図であり、図３は、図２のＡ-Ａ線断面図である。また、図４は、インシュレータ２０の斜視図である。図２に示すように、ティース１６は、略矩形状のＲ方向内方の端面を有する。また、インシュレータ２０は、ティース１６の側面１６ａを全周に亘って覆うティース被覆部２１を有する。ティース被覆部２１は、Ｒ方向内側から見たとき略矩形状の縁部を有する枠体の形状を有する。Ｕ，Ｖ，Ｗの三相のコイル４５は、ティース被覆部２１を介してティース１６に集中巻きで巻回されて装着される。

図３に示すように、インシュレータ２０は、上述のティース被覆部２１に加えて、ヨーク被覆部２２、及び延出部２３を有する。ティース被覆部２１は、ティース側面のＲ方向の所定範囲を全周に亘って覆う。ヨーク被覆部２２は、ティース被覆部２１のθ方向の両側に設けられる。より詳しくは、ヨーク被覆部２２は、ティース被覆部２１のθ方向の両側においてティース被覆部２１におけるＲ方向外方側の端部からヨーク１２のＲ方向の内側面１２ａのＺ方向全域を覆うようにθ方向に延在する。

ヨーク被覆部２２は、ヨークのＲ方向の内側面１２ａに対応する形状を有し、図３に示す例では、円弧の帯形状を有する。ヨーク被覆部２２のＲ方向外側面２２ａが、内側面１２ａに隙間無く密着すると、ステータコイル４０で生じるジュール熱をステータコア１１に放熱させ易くなって好ましい。インシュレータ２０をティース１６に嵌め合いにより装着する場合、当該装着後に樹脂をモールドすれば、インシュレータ２０とティース１６の間に隙間が生じることを防止できる。

延出部２３は、ヨーク被覆部２２においてティース被覆部２１のθ方向一方側（図３における反時計回り方向側）に位置する部分からＲ方向内側に延出し、スロット１７を２つの領域に分断する。図４に示すように、延出部２３は、衝立形状を有する。延出部２３のＺ方向中央部には、Ｒ方向外側に窪んだ凹部２９が設けられる。係る凹部２９を設ける理由については後で説明する。図２に示すように、Ｚ方向における延出部２３の存在範囲は、Ｚ方向におけるコイル４５の存在範囲に略一致する。

ステータ１０は、ティース１６の数に一致する数のインシュレータ２０を有し、各インシュレータ２０において延出部２３は、θ方向一方側に配設される。よって、各スロット１７は、そのスロット１７のθ方向他方側に位置するティース１６に取り付けられたインシュレータ２０の延出部２３によって２つの領域に分断される。

図４に示すように、ティース被覆部２１は、円弧状に湾曲した帯状部６７のＺ方向中央部にＲ方向内側に突出するように設けられる。ヨーク被覆部２２は、帯状部６７に含まれる。図４において、ティース被覆部２１のＺ方向上側には、ティース上側部分３７が設けられ、ティース被覆部２１のＺ方向下側には、ティース下側部分３８が設けられる。ティース上側部分３７及びティース下側部分３８も、帯状部６７に含まれる。

コイル４５は、θ方向において、ティース１６のθ方向一方側に存在する延出部２３と、ティース１６のθ方向他方側に存在する延出部２３との間に配設される。図３に示すように、延出部２３は、θ方向に隣り合うコイル４５の間に配設され、当該２つのコイル４５を絶縁する。更には、コイル４５におけるＲ方向外側の端部は、帯状部６７のＲ方向内側の面に接触し、コイル４５は、帯状部６７よりもＲ方向内側に配設される。帯状部６７は、ステータコイル４０がヨーク１２に接触することを防止し、ステータコイル４０をヨーク１２に対して絶縁する。

上記実施形態によれば、インシュレータ２０が、コイル４５に囲まれるティース被覆部２１と一体に構成されると共に、θ方向に隣り合う２つのコイル４５の間に配設されて当該隣り合う２つのコイル４５を分断する延出部２３を含む。したがって、コイル占積率を高くして、隣り合うコイル４５が接近しても、延出部２３で隣り合うコイル４５間の絶縁性を確保できる。よって、隣り合うコイル４５間の間隔を広げる必要性がないので、回転電機１の小型化を実現し易くなる。

また、延出部２３が、コイル４５に囲まれるティース被覆部２１と一体に構成されるので、ティース１６を被覆しているインシュレータ２０と別体の絶縁部材をスロット１７に挿入する必要がない。したがって、ステータ１０を簡便な構成で実現でき、コイル４５の円滑な配設を実現し易くなる。

また、インシュレータ２０に延出部２３が存在するため、コイル４５は、例えば、次に示すようにステータコア１１に配設できる。詳しくは、予め巻装されたコイル４５を、延出部２３を図３に矢印Ｂで示すθ方向他方側に押し広げるように、図３に矢印Ｃで示す方向に方向内側からティース被覆部２１の側面外側に嵌め込むことができる。したがって、延出部２３によってコイル４５をティース１６側に押圧でき、コイル４５の組付け性を良好なものにできる。また、コイル４５のθ方向の幅を大きくできるので、コイル占積率も高くできる。更には、コイル４５の巻き数を大きくして、コイル４５のθ方向の幅を大きくしても、θ方向に隣り合うコイル４５が接触することがなく、コイル挿入時にコイル４５が傷つくことも抑制できる。

また、延出部２３のＺ方向中央部に、Ｒ方向外側に窪んだ凹部２９を設けたので、延出部２３の可撓性を大きくでき、延出部２３がθ方向一方側に広がり易くなる。また、コイル挿入時における延出部２３とコイル４５との接触面積を小さくできるので、コイル４５の挿入抵抗を低減できてコイル４５をステータコア１１に挿入し易くなると共に、コイル４５がコイル挿入時に傷つくことも抑制できる。また、樹脂成形の際の樹脂の量を低減できるので、延出部２３を容易に成形できると共に、製造コストも低減できる。

また、延出部２３を、インシュレータ２０におけるティース被覆部２１のθ方向片側のみに設けたので、コイル４５の占積率を高くでき、インシュレータ２０の製造コストも低減できる。

更には、モールド成型によってθ方向に隣り合うコイル同士の絶縁を行う場合との比較でコイル４５の占積率を高くできる。詳しくは、モールド成型によってコイル同士の絶縁を行う場合、成型時の圧力によってコイルの動き量が大きくなるため、コイルのガタ量を考慮した隙間確保が必要になり、コイルの占積率を高くし難い。これに対し、本実施形態によれば、隣り合うコイル４５が延出部２３で物理的に分断されるので、コイル４５の動きを一切考慮することがなく、コイル４５の占積率を高くできる。また、延出部２３がティース被覆部２１と一体に構成されるので、ティースを被覆するインシュレータと別体の絶縁部材をスロットに挿入する場合との比較で、コイルをステータコアに対して絶縁する絶縁部をステータに容易に配設でき、ステータ１０の製造コストを低減できる。

尚、本発明は、上記実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載された事項およびその均等な範囲において種々の改良や変更が可能である。

例えば、上記実施形態では、ステータ１０が、複数の同一のインシュレータ２０を有し、各インシュレータ２０において衝立状の延出部２３を、ヨーク被覆部２２に対してθ方向片側のみに設け、各インシュレータ２０において延出部２３をティース被覆部２１に対してθ方向の同じ側に配置した。しかし、ステータは、異なる２種類のインシュレータを含んでもよい。そして、一方のインシュレータが、ティース被覆部、ティース被覆部におけるＲ方向外方側の端部からヨークの径方向の内側面の少なくとも一部を覆うようにヨーク被覆部のθ方向の両側に周方向に延在するヨーク被覆部、ヨーク被覆部においてティース被覆部のθ方向一方側に位置する部分からＲ方向内側に延出する第１延出部、及びヨーク被覆部においてティース被覆部のθ方向他方側に位置する部分からＲ方向内側に延出する第２延出部を含むようにしてもよい。また、他方のインシュレータが、ティース被覆部と、ティース被覆部におけるＲ方向外方側の端部からヨークの径方向の内側面の少なくとも一部を覆うようにヨーク被覆部のθ方向の両側に周方向に延在するヨーク被覆部とを有する一方、延出を有さないようにしてもよい。そして、θ方向両側に延出部を設けた一方のインシュレータと、延出部が存在しない他方のインシュレータとを、θ方向に互い違いに配置して、各スロットが、第１又は第２延出部で周方向の中央付近で分断されるようにしてもよい。

また、延出部２３が、Ｚ方向の中央部付近にＲ方向外側に窪んだ凹部２９を有する場合について説明したが、少なくとも一つの延出部は、Ｒ方向外側に窪んだ凹部を有さなくてもよい。延出部は、コイルのＺ方向の少なくとも一部に接触して、コイルのθ方向の存在範囲を延出部よりも当該コイルに囲まれるティース被覆部側に制限できる構成であれば如何なる構造であってもよい。

また、Ｚ方向に関して、ヨーク被覆部２２が、ヨーク１２のＲ方向内側面の全てを覆っている場合について説明したが、Ｚ方向に関して、ヨーク被覆部が、ヨークのＲ方向内側面の一部のみを覆う構成でもよい。また、ティース被覆部２１が、ティース１６の側面１６ａを全周に亘って覆っている場合について説明したが、ティース被覆部は、ティースの側面を全周に亘って覆っている必要はなく、ティースのθ方向の側面の少なくとも一部を覆っていればよい。また、ステータ１０が、周方向に互いに間隔をおいて位置する複数のインシュレータ２０を有する場合について説明した。しかし、ステータコアが分割コアである場合には、ステータが、一つのみの環状又は略環状のインシュレータを有してもよく、当該インシュレータが、各スロット領域においてＲ方向に延出する延出部を有してもよい。

１ 回転電機、 １０ ステータ、 １１ ステータコア、 １２ ヨーク、 １２ａ ヨーク１２の径方向の内側面、 １６ ティース、 ２０ インシュレータ、 ２１ ティース被覆部、 ２２ ヨーク被覆部、 ２３ 延出部、 ４５ コイル、 θ 周方向、 Ｒ 径方向。

Claims (1)

1. 環状のヨーク、及び周方向に互いに間隔をおいた状態で前記ヨークから径方向の内側に突出する複数のティースを有するステータコアと、
   前記ティースにおける前記周方向の側面の少なくとも一部を被覆するティース被覆部、前記ティース被覆部における前記径方向の外方側の端部から前記ヨークの前記径方向の内側面の少なくとも一部を覆うように前記周方向に延在するヨーク被覆部、及び前記ヨーク被覆部から前記径方向の内側に延出する延出部を含むと共に、絶縁性を有するインシュレータと、
   前記ティース被覆部を介して前記ティースに集中巻きで巻回されるコイルと、を備え、
   前記延出部は、前記周方向において隣り合う２つの前記コイルの間に配設され、
   前記延出部が、高さ方向の中央部に前記径方向の外側に窪んだ凹部を有し、
   前記凹部は、前記延出部の前記径方向の内側の先端より、前記周方向で前記コイルと対向する部分にかけて、前記径方向の外側に窪んでいる、回転電機のステータ。

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