JP6918513B2 - ステータおよび導線固定具 - Google Patents

Description

本発明は、ステータおよび導線固定具に関する。

車両用等の回転電機に組み込まれるステータとして、分割鉄心と、この分割鉄心の一部を囲むインシュレータと、このインシュレータを介して分割鉄心に巻回されるコイル導線と、を有するものが知られている。なお、コイル導線は、実際に分割鉄心に巻回される巻回部と、巻回部から外部に引き出される渡り部と、を有している。

特許文献１には、インシュレータの外周部に、周方向に沿って凹部（導線保持溝）を形成したステータが記載されている。この導線保持溝は、コイル導線の渡り部を収納してステータの周方向に引き回すためのものである。この導線保持溝を形成する２つの隣接する壁部には、コイル導線に向かって突出する凸部が形成されている。コイル導線が導線保持溝に収納されると、コイル導線が凸部によって変形（蛇行）し、コイル導線がスプリングバック効果によって凸部に保持される。また、コイル導線は、熱処理または溶剤処理によって自己融着するものが適用される。

特開２０１３−２４３８００号公報

ところで、コイル導線を曲げ加工すると、コイル導線には、そのバネ力によって、曲率半径が大きくなるように変形しようとする力が働く。この力は、導線保持溝の凸部やコイル導線の自己融着のみでは、充分に抑制できず、コイル導線の位置が所期の位置からずれることがある。車両用の回転電機の内部は、潤滑油や冷媒等が通流し、これらに混じって金属粉等も通流する。従って、コイル導線が所期の位置からずれると、コンタミネーション・アタックにより、短絡等が生じることもある。
この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、コイル導線を適切に固定できるステータおよび導線固定具を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明のステータにあっては、複数の磁極部を有する円環状の鉄心と、前記鉄心の周回方向に沿って形成され前記鉄心の半径方向に凹んだ複数の収納溝を有するコイル収納部と、前記鉄心に巻回される巻回部と、前記収納溝に収納される渡り部と、をそれぞれが備える複数のコイル導線と、少なくとも一部の前記渡り部に向かって突出する突出部をそれぞれが有し、前記鉄心の周回方向に沿って一周するように配置されている複数のキャップと、を備え、前記突出部は、対応する前記渡り部が、前記突出部の先端部よりも内周側に収まるように、対応する前記渡り部の位置を規制するものであり、複数の前記キャップは、前記渡り部を引き出すための引出穴を有する第１のキャップを含み、前記第１のキャップは、前記コイル収納部の前面を覆うとともに周回方向に直交する方向に沿って分割された第１の板部材と第２の板部材とを備え、前記第１の板部材は矩形板状に形成され、前記第２の板部材は矩形板のうち前記引出穴に対応する部分の端部を切り欠いた形状を有することを特徴とする。

本発明によれば、コイル導線を適切に固定できる。

本発明の一実施形態によるステータの平面図である。 一実施形態におけるステータ分割体の斜視図である。 一実施形態におけるキャップの斜視図である。 一実施形態におけるステータ分割体およびキャップの断面図である。 一実施形態における一部のキャップの正面図である。 一実施形態における中性線渡り部の平面図である。 比較例における中性線渡り部の平面図である。 変形例におけるキャップの斜視図である。 変形例におけるステータ分割体およびキャップの断面図である。

［実施形態の構成］
図１は、本発明の一実施形態によるステータ１を上方から見た平面図である。
ステータ１は、車両用の回転電機に適用されるものであり、該回転電機のロータ２の配置位置を二点鎖線で示しておく。ステータ１は、３相１８スロットの集中巻ステータであり、略円筒状のステータ・ホルダ３を有している。ステータ・ホルダ３の内周には、時計回りに、１８個のステータ分割体５−１〜５−１８（但し、これらの符号は一部のみ図示する）が順次配置されている。

これらステータ分割体のうち、３個毎の５−１，５−４，…，５−１６の６個はＵ相の分割体、５−２，５−５，…，５−１７の６個はＶ相の分割体、５−３，５−６，…，５−１８の６個はＷ相の分割体である。また、ステータ分割体５−１〜５−１８には、それぞれキャップ６−１〜６−１８（導線固定具）が装着されている。但し、図１においては、これらのキャップのうち一部のみを図示する。また、図示しているキャップについても、符号は一部のみ図示する。

各ステータ分割体５には、平角線のコイル導線１０が巻回されている。そして、コイル導線１０は、ステータ分割体５に巻回される部分である巻回部１１と、巻回部１１の両端から外部に引き出される部分である渡り部１２と、を有している。また、これら渡り部１２の端部をロウ付けによって結合し、Ｕ相結合部１４ｕ，Ｖ相結合部１４ｖ，Ｗ相結合部１４ｗ，中性点結合部１４ｎが形成されている。

すなわち、６個のＵ相のステータ分割体５における一方の（計６本の）渡り部１２はＵ相結合部１４ｕに結合され、他方の（計６本の）渡り部１２は、中性点結合部１４ｎに結合される。同様に、６個のＶ相のステータ分割体５における一方の渡り部１２はＶ相結合部１４ｖに結合され、他方の渡り部１２は、中性点結合部１４ｎに結合される。同様に、６個のＷ相のステータ分割体５における一方の渡り部１２はＷ相結合部１４ｗに結合され、他方の渡り部１２は、中性点結合部１４ｎに結合される。

従って、Ｕ相結合部１４ｕ，Ｖ相結合部１４ｖ，Ｗ相結合部１４ｗは、それぞれ６本、中性点結合部１４ｎは１８本の渡り部１２を結合したものになる。以下、各結合部１４ｕ，１４ｖ，１４ｗ，１４ｎにおいて結合される渡り部１２を、それぞれＵ相渡り部１２ｕ，Ｖ相渡り部１２ｖ，Ｗ相渡り部１２ｗ，中性線渡り部１２ｎと呼ぶ。また、Ｕ相結合部１４ｕ，Ｖ相結合部１４ｖ，Ｗ相結合部１４ｗは、各々端子１６ｕ，１６ｖ，１６ｗに接続されている。ステータ１は、これら端子１６ｕ，１６ｖ，１６ｗを介して、外部との間で三相交流電流を入出力する。なお、図１に示した「左右」および「前後」の方向は、後述する図２〜図４においても共通する方向である。

図２は、ステータ分割体５−１の斜視図である。但し、図１に示した渡り部１２およびキャップ６−１は図示を省略する。
図２においてステータ分割体５−１は、平面視略Ｔ字状の鉄心分割体２０（鉄心）を有している。鉄心分割体２０は、略Ｔ字状の電磁鋼板を積層したものであり、「Ｔ」字の上辺に相当するヨーク部２６と、「Ｔ」字の縦棒に相当する磁極部２８と、を有している。

インシュレータ３０は、可撓性を有する絶縁材料（例えばＰＰＳ−ＧＦ４０）によって形成されており、コイル収納部３２と、被巻回部３４と、を有している。ここで、被巻回部３４は、磁極部２８の上下面および左右面を囲んでいる。さらに、被巻回部３４の前端の周縁部および後端の周縁部には、上下左右方向に矩形枠状に突出したフランジ部３４ａ，３４ｂが形成されている。被巻回部３４には、コイル導線１０の巻回部１１が巻回されている。これにより、被巻回部３４は、コイル導線１０と鉄心分割体２０とを絶縁している。

また、コイル収納部３２は、フランジ部３４ａの上端部から上方に延びた矩形板状の支持板５０と、支持板５０の下端部から矩形板状に前方に突出した導線保持板５２と、を有している。また、導線保持板５２の上方には、導線保持板５２と略同形の導線保持板５３が支持板５０から前方に突出している。

さらに、導線保持板５３の上方には、前方に向かって突出する、各一対の略矩形状の導線保持板５４，５５，５６が、下から上に向かって順次形成されている。導線保持板５３の左部下面および左側の導線保持板５４，５５，５６の下面には、下方向に向かって断面略円弧状に突出する凸部５３ａ，５４ａ，５５ａ，５６ａが形成されている。また、導線保持板５２，５３の右部上面および右側の導線保持板５４，５５の上面には、上方向に向かって断面略円弧状に突出する凸部５２ｂ，５３ｂ，５４ｂ，５５ｂが形成されている。

また、導線保持板５２〜５６のうち上下方向に対向する２枚の保持板に挟まれた空間を、下から順番に、Ｕ相収納溝５８ｕ，Ｖ相収納溝５８ｖ，Ｗ相収納溝５８ｗ，中性線収納溝５８ｎと呼ぶ。

図２においては、コイル導線１０の渡り部１２（図１参照）の図示を省略するが、収納溝５８ｕ，５８ｖ，５８ｗ，５８ｎには、それぞれ渡り部１２ｕ，１２ｖ，１２ｗ，１２ｎ（図１参照）が収納される。これら渡り部１２ｕ〜１２ｎは、凸部５３ａ〜５６ａ，５２ｂ〜５５ｂによって蛇行するように変形し、スプリングバック効果によってこれら凸部に保持される。
以上、ステータ分割体５−１の構成について詳述したが、他のステータ分割体５−２〜５−１８も、これと同様に構成されている。

図３は、キャップ６−１の斜視図である。
キャップ６−１は、ステータ分割体５−１のコイル収納部３２（図２参照）の前面を覆う前面板６０と、前面板６０の上端部から後方に向かって略Ｔ字状に突出した上面板６２と、を有している。また、前面板６０の後面の略中央部からは、後方に向かって突出する略矩形板状の突出部６４ｕ，６４ｖ，６４ｗが下から上に向かって順次形成されている。また、上面板６２の下面には、これら突出部６４ｕ，６４ｖ，６４ｗと略同形の突出部６４ｎが形成されている。

以上、キャップ６−１の構成について詳述したが、他のキャップ（１７個）のうち、１４個のキャップ６−５〜６−１８（図１参照）も、これと同様に構成されている。但し、残りのキャップ６−２，６−３，６−４は、キャップ６−１とは構成が異なる。その詳細については後述する。

図４は、ステータ分割体５−１のコイル収納部３２にキャップ６−１を嵌めた状態における、図３のＩ−Ｉ断面図である。
上述したように、渡り部１２ｕ〜１２ｎは、それぞれ対応する収納溝５８ｕ〜５８ｎに収納されている。そして、これら渡り部１２ｕ〜１２ｎの外周側（図示の例では前方）に突出部６４ｕ，６４ｖ，６４ｗ，６４ｎが各々配置される。これにより、突出部６４ｕ〜６４ｎは、これらの内周端面位置Ｐよりも内周側に位置するように、渡り部１２ｕ〜１２ｎの位置を規制する。

図５は、キャップ６−１〜６−４を外側から見た正面図である。
なお、キャップ６−１〜６−４は、実際は、図１に示したように円弧状に配置されるが、図５は、これらを平面（紙面）に沿って配置した状態を示す。先に図３において説明したように、キャップ６−１は、前面板６０と、上面板６２と、突出部６４ｕ〜６４ｎと、を有している。

キャップ６−２は、上下に分割された２枚の前面板６０ａ，６０ｂを有している。前面板６０ａは略矩形板状であり、前面板６０ｂは、略矩形板の左上部および右下部を略矩形に切り欠いた形状を有している。右下部の切欠をＵ相引出穴６６ｕと呼び、左上部の切欠をＶ相引出穴６６ｖと呼ぶ。前面板６０ａからは、上面板６２と、突出部６４ｗ，６４ｎと、が突出している。また、前面板６０ｂからは、突出部６４ｕ，６４ｖが突出している。これら突出部６４ｕ，６４ｖ，６４ｗ，６４ｎの位置は、キャップ６−１のものと同様である。

また、キャップ６−３は、上下に分割された２枚の前面板６０ｃ，６０ｄを有している。前面板６０ｃは、略矩形板状であるが、前面板６０ｄは、略矩形板の上端中央部を略矩形に切り欠いた形状を有している。この切欠をＷ相引出穴６６ｗと呼ぶ。前面板６０ｃからは、上面板６２と、突出部６４ｎとが突出している。また、前面板６０ｄからは、突出部６４ｕ，６４ｖが突出している。これら上面板６２および突出部６４ｕ，６４ｖ，６４ｎの位置は、キャップ６−１のものと同様である。但し、キャップ６−１等の突出部６４ｗに対応する位置にはＷ相引出穴６６ｗが形成されているため、キャップ６−３には、突出部６４ｗは備わっていない。

また、キャップ６−４は、１枚の前面板６０ｅを有している。前面板６０ｅは、略矩形状であるが、その右上部分を略矩形状に切り欠いた形状を有している。この切欠を中性線引出穴６６ｎと呼ぶ。また、キャップ６−１の前面板６０と同様に、前面板６０ｅからは、上面板６２と、突出部６４ｕ，６４ｖ，６４ｗ，６４ｎと、が突出している。
各引出穴６６ｕ，６６ｖ，６６ｗ，６６ｎからは、対応する渡り部１２ｕ，１２ｖ，１２ｗ，１２ｎ（図１参照）が引き出される。そして、上述したように、これら渡り部１２ｕ〜１２ｎの端部がロウ付けされ、これによって結合部１４ｕ〜１４ｎが形成される。

図６は、中性点結合部１４ｎの近傍の中性線渡り部１２ｎの平面図である。
図６に示すように、中性線引出穴６６ｎの左右には９本ずつの中性線渡り部１２ｎが水平方向に密着しつつ延設されており、中性線引出穴６６ｎの箇所で合流している。これら中性線渡り部１２ｎには、曲率半径が大きくなるように、すなわち外周側に膨らむように変形しようとする力が働く。しかし、最外周の中性線渡り部１２ｎは、キャップ６−３，６−４の突出部６４ｎおよびキャップ６−３の前面板６０ｃによって係止されるため、中性線渡り部１２ｎの変形が抑制される。

以上、中性点結合部１４ｎ付近の中性線渡り部１２ｎの構成について説明したが、他の結合部１４ｕ〜１４ｗ付近における渡り部１２ｕ〜１２ｗの構成も同様である。但し、上述したように、渡り部１２ｕ〜１２ｗの数は、各々６本である。

［製造工程］
次に、本実施形態のステータ１の製造工程を説明する。
ステータ１は、以下列挙する工程Ｓ１〜Ｓ７を順次実行することによって製造される。
工程Ｓ１：個々のステータ分割体５−１〜５−１８（図２参照）を製造する。
工程Ｓ２：図１に示すように、ステータ分割体５−１〜５−１８を環状に組み合わせる。
工程Ｓ３：組み合わせたステータ分割体５−１〜５−１８の各々のコイル導線１０から渡り部１２を引き出し、渡り部１２を周回方向に沿ってコイル収納部３２（図２参照）に埋設する。すなわち、渡り部１２にテンションをかけつつ、収納溝５８ｕ〜５８ｎに圧入する。また、渡り部１２ｕ，１２ｖ，１２ｗ，１２ｎは、それぞれ図１に示す位置でまとめて、外側に引き出しておく。
工程Ｓ４：組み合わせたステータ分割体５−１〜５−１８を、ステータ・ホルダ３に圧入する。

工程Ｓ５：コイル導線１０の自己融着処理を行う。自己融着処理の内容はコイル導線１０の仕様によって異なるが、例えば、３０分間、ステータ１の周囲温度を１６０℃に維持する。
工程Ｓ６：図１および図４に示すように、各ステータ分割体５−１〜５−１８に対して、対応するキャップ６−１〜６−１８を嵌め込む。
工程Ｓ７：ステータ１の単品検査（抵抗測定等）を行う。
なお、工程Ｓ７以降は、ロータ２等を組み込み、回転電機を製造する等の工程が実行される。

［比較例］
次に、本実施形態の効果を明らかにするため、比較例のステータについて説明する。
本比較例によるステータの構成は、キャップ６−１〜６−１８を有しない点除いて、上述した実施形態のものと同様である。また、製造工程についても、上述した工程Ｓ６を有しない点を除いて、上述した実施形態のものと同様である。

図７は、本比較例において、中性点結合部１４ｎの近傍の中性線渡り部１２ｎの平面図である。
本比較例においても、導線保持板５２〜５６（図２参照）に設けられた凸部５３ａ〜５６ａ，５２ｂ〜５５ｂや、渡り部１２の自己融着によって、ある程度は渡り部１２の変形を抑制することができる。しかし、これらによる変形の抑制効果が充分でなかった場合には、図７に示す中性線渡り部１２ｎの例のように、最外周付近の渡り部１２が、膨らむように変形することがある。
渡り部１２が所期の位置からずれると、コンタミネーション・アタックにより、短絡等が生じることもある。

［実施形態の効果］
以上のように本実施形態のステータによれば、鉄心（２０）の周回方向に沿って形成され鉄心（２０）の半径方向に凹んだ複数の収納溝（５８ｕ〜５８ｎ）を有するコイル収納部（３２）と、少なくとも一部の渡り部（１２）に向かって突出する突出部（６４ｕ，６４ｖ，６４ｗ，６４ｎ）を有する少なくとも一のキャップ（６−１〜６−１８）と、を備え、突出部（６４ｕ，６４ｖ，６４ｗ，６４ｎ）は、対応する渡り部（１２）が、突出部の先端部よりも外周側にはみ出ないように（内周側に収まるように）、対応する渡り部（１２）の位置を規制する。これにより、コイル導線（１０）を適切に固定できる。

また、本実施形態によれば、形状の異なる複数のキャップ（６−１〜６−４）を設けたので、取り出し位置が異なる複数の渡り部（１２）を引き出すことができる。
さらに、複数のキャップ（６−１〜６−１８）は、鉄心（２０）の周回方向に沿って一周するように配置されているため、渡り部（１２）の固定のみならず、渡り部（１２）の絶縁保護も実現できる。

［変形例］
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。上述した実施形態は本発明を理解しやすく説明するために例示したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、上記実施形態の構成に他の構成を追加してもよく、構成の一部について他の構成に置換をすることも可能である。上記実施形態に対して可能な変形は、例えば以下のようなものである。

（１）キャップ６−１，６−５〜６−１８の形状は、図８に示すキャップ７−１のように変形してもよい。キャップ７−１は、図３に示したキャップ６−１と比較すると、上面板６２の後端部に、側面視が略Ｌ字状の係合部６８が形成されている点が異なる。これにより、上面板６２の下面には、凹部６９が形成されている。上述した以外のキャップ７−１の構成は、キャップ６−１のものと同様である。

図９は、ステータ分割体５−１のコイル収納部３２に、本変形例によるキャップ７−１を嵌めた状態における、断面図である。
図示のように、凹部６９にコイル収納部３２の支持板５０の上端部が嵌合すると、キャップ７−１に対して外力が加わった際、キャップ７−１がコイル収納部３２から抜けることを防止できる。
このように、本変形例によるキャップ７−１は、コイル収納部３２に係合することにより、コイル収納部３２に対する相対位置を規制する係合部６８を有するため、キャップ７−１の抜けを防止できる。

（２）上記実施形態におけるステータ１は、３相１８スロットの集中巻ステータであったが、ステータ１の相数、スロット数、および巻回方法（集中巻／分布巻）は、必要に応じて適宜変更してもよい。また、ステータに適用される鉄心は、分割された鉄心分割体２０に限られず、一体に形成された鉄心であってもよい。また、コイル導線１０は平角線に限られるものではなく、真四角線や丸線等であってもよい。また、ステータ分割体５−１〜５−１８およびキャップ６−１〜６−１８の材質は、ＰＰＳ−ＧＦ４０に限られず、種々の絶縁材料を適用することができる。

（３）上記実施形態においては、１８個のステータ分割体５−１〜５−１８の全てにキャップ６−１〜６−１８を装着したが、一部のステータ分割体にのみキャップを装着してもよい。
例えば、図１において、
・Ｕ相渡り部１２ｕが反時計方向に膨らむことを防止したい、
・中性線渡り部１２ｎが時計方向に膨らむことを防止したい、および
・ステータ分割体５−１２の付近での渡り部１２の膨らみを防止したい、
という要望があり、その他の箇所では、渡り部１２が多少膨らんでも容認できると仮定する。このような場合は、３個のキャップ６−１，６−４，６−１２のみを装着し、他の１５個のキャップを省略してもよい。

（４）上記実施形態の製造工程において、工程Ｓ６（キャップ６−１〜６−１８の装着）は、工程Ｓ５（コイル導線１０の自己融着処理）の後に実行したが、工程Ｓ２〜工程Ｓ４の何れかの後に工程Ｓ６を実行してもよい。
（５）上記実施形態におけるステータ１は、車両用の回転電機に限らず、種々の装置における回転電機に適用してもよい。

１ ステータ
６−１〜６−１８ キャップ（導線固定具）
７−１ キャップ
１０ コイル導線
１１ 巻回部
１２ 渡り部
２０ 鉄心分割体（鉄心）
２８ 磁極部
３０ インシュレータ
３２ コイル収納部
５８ｕ〜５８ｎ 収納溝
６０，６０ａ〜６０ｅ 前面板
６４ｕ，６４ｖ，６４ｗ，６４ｎ 突出部
６８ 係合部

Claims (3)

1. 複数の磁極部を有する円環状の鉄心と、
   前記鉄心の周回方向に沿って形成され前記鉄心の半径方向に凹んだ複数の収納溝を有するコイル収納部と、
   前記鉄心に巻回される巻回部と、前記収納溝に収納される渡り部と、をそれぞれが備える複数のコイル導線と、
   少なくとも一部の前記渡り部に向かって突出する突出部をそれぞれが有し、前記鉄心の周回方向に沿って一周するように配置されている複数のキャップと、
   を備え、
   前記突出部は、対応する前記渡り部が、前記突出部の先端部よりも内周側に収まるように、対応する前記渡り部の位置を規制するものであり、
   複数の前記キャップは、前記渡り部を引き出すための引出穴を有する第１のキャップを含み、
   前記第１のキャップは、前記コイル収納部の前面を覆うとともに周回方向に直交する方向に沿って分割された第１の板部材と第２の板部材とを備え、
   前記第１の板部材は矩形板状に形成され、
   前記第２の板部材は矩形板のうち前記引出穴に対応する部分の端部を切り欠いた形状を有する
   ことを特徴とするステータ。
2. 前記コイル収納部は、前記収納溝よりも内周側に設けられた支持板をさらに備え、
   前記キャップは、前記支持板に向かって突出し、前記支持板に係合することにより、前記コイル収納部に対する相対位置を規制する係合部を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載のステータ。
3. インシュレータに形成された複数の収納溝を有するコイル収納部に、コイル導線の渡り部を固定するための導線固定具であって、
   少なくとも一部の前記渡り部に向かって突出する突出部をそれぞれが有し、鉄心の周回方向に沿って一周するように配置されている複数のキャップを有し、
   前記突出部は、対応する前記渡り部が、前記突出部の先端部よりも内周側に収まるように、対応する前記渡り部の位置を規制するものであり、
   複数の前記キャップは、前記渡り部を引き出すための引出穴を有する第１のキャップを含み、
   前記第１のキャップは、前記コイル収納部の前面を覆うとともに周回方向に直交する方向に沿って分割された第１の板部材と第２の板部材とを備え、
   前記第１の板部材は矩形板状に形成され、
   前記第２の板部材は矩形板のうち前記引出穴に対応する部分の端部を切り欠いた形状を有する
   ことを特徴とする導線固定具。

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