JP7468774B2 - ステータ - Google Patents

Description

本開示はステータに関するものである。

特許文献１及び特許文献２には、ステータが開示されている。このステータは、絶縁紙を介してステータコアにコイルが固定されている。

特開２０２０－３３４３３号公報 特開２０１３－６２９１１号公報

上述したステータでは、コイルの放熱性を向上させることが望まれている。

そこで、本開示では、コイルの放熱性を向上させることが可能な技術の提供を目的とする。

本開示のステータは、
ステータコアと、コイルと、を備え、
前記ステータコアは、環状のヨーク部と、環状に並ぶ複数のティース部と、を有し、
各々の前記ティース部が前記ヨーク部から突出し、
隣り合う２つの前記ティース部によってスロットが構成されたステータであって、
前記スロット内に充填される絶縁樹脂を有し、
前記コイルは、前記スロット内を通って前記ティース部に巻き回される巻線を有し、
前記巻線は、導電路をなす芯線と、前記芯線を被覆する被覆部と、を具備し、
前記スロット内において前記ティース部の内壁と前記被覆部との間で連続的に前記絶縁樹脂が充填される。

本開示によれば、コイルの放熱性を向上させることができる。

図１は、第１実施形態のステータコアの斜視図である。 図２は、スロット内に配置されたコイル周辺の断面図である。 図３は、図２におけるＡ－Ａ線断面図である。 図４は、第１実施形態のステータコアによってモータの最大トルクを上昇させることができることを説明する説明図である。 図５は、第１実施形態のステータコアによってステータコアの積厚を小さくすることができることを説明する説明図である。 図６は、第１実施形態のステータコアによって芯線の断面積を小さくすることができることを説明する説明図である。 図７は、第１実施形態のステータコアによって有効磁束を増加させることができることを説明する説明図である。

［本開示の実施形態の説明］
以下では、本開示の実施形態が列記されて例示される。

〔１〕ステータコアと、コイルと、を備え、前記ステータコアは、環状のヨーク部と、環状に並ぶ複数のティース部と、を有し、各々の前記ティース部が前記ヨーク部から突出し、隣り合う２つの前記ティース部によってスロットが構成されたステータであって、前記スロット内に充填される絶縁樹脂を有し、前記コイルは、前記スロット内を通って前記ティース部に巻き回される巻線を有し、前記巻線は、導電路をなす芯線と、前記芯線を被覆する被覆部と、を具備し、前記スロット内において前記ティース部の内壁と前記被覆部との間で連続的に前記絶縁樹脂が充填されるステータ。

この構成によれば、スロット内において、絶縁紙が介在することなく、ティース部の内壁と被覆部との間で連続的に絶縁樹脂が充填されるため、絶縁紙が介在する構成と比較して、コイルの放熱性を向上させることができる。

〔２〕前記ティース部の上端部側から下端部側に跨る構成で連続的に前記絶縁樹脂が充填される〔１〕に記載のステータ。

この構成によれば、ティース部の上端部側から下端部側に跨る構成で連続的に絶縁樹脂が充填されるため、より一層放熱性を向上させることができる。しかも、コイルがスロット内で固定された状態をより安定化させることができる。

〔３〕前記スロットの内壁部は、全体にわたって前記巻線から離間している〔１〕又は〔２〕に記載のステータ。

この構成によれば、コイルとステータコアとの絶縁性をより確実に担保することができる。

〔４〕前記被覆部は、低誘電率エナメルである〔１〕から〔３〕のいずれかに記載のステータ。

この構成によれば、コイルとステータコアとの絶縁性をより確実に担保しつつ、被覆部の厚さを抑えやすいため、芯線を太くしやすい。したがって、モータの性能を向上しやすい。

＜第１実施形態＞
第１実施形態のステータ１は、回転電機（具体的には、モータ）の部品として使用される。ステータ１は、図２に示すように、ステータコア１０と、コイル３０と、絶縁樹脂５０と、を備える。なお、以下では、ステータ１の径方向を径方向と称し、ステータ１の軸方向を軸方向と称し、ステータ１の周方向を周方向と称する。

ステータコア１０は、図１に示すように、ヨーク部１１と、ティース部１２と、を有する。ヨーク部１１は、環状、より具体的には円環状をなしている。ティース部１２は、ヨーク部１１の内周面に沿って環状に並んで複数設けられている。各々のティース部１２は、周方向に互いに間隔をあけて配置されている。各々のティース部１２は、ヨーク部１１の内周面から径方向内側に突出している。各々のティース部１２は、径方向及び軸方向に沿った壁状をなしている。各々のティース部１２は、径方向及び軸方向の沿った壁状をなすティース本体１３と、ティース本体１３の先端部（言い換えると、径方向内側の端部）から周方向両側に張り出した張出部１４と、を有する。

ステータコア１０は、例えば、複数の電磁鋼板（例えばケイ素鋼板）を厚み方向に積層して製造される積層鋼板であってもよいし、絶縁被覆された磁性粒子をプレス成形して構成される圧粉磁芯であってもよい。

図１に示すように、隣り合う２つのティース部１２によってスロット２０が構成されている。スロット２０は、周方向の両側がティース部１２によって区画され、径方向の外側面がヨーク部１１によって区画されている。スロット２０は、ステータ１の軸方向の両面及び径方向の内側面に開口している。

コイル３０は、分布巻であってもよいし、集中巻であってもよい。コイル３０は、図２に示すように、スロット２０内を通ってティース部１２に巻き回される巻線３１を有する。巻線３１は、導電路をなす芯線３２と、芯線３２を被覆する被覆部３３と、を具備する。芯線３２は、導体である。被覆部３３は、絶縁層を形成する。被覆部３３の材料は特に限定されない。被覆部３３は、本実施形態では、誘電率が低い低誘電率エナメルである。被覆部３３は、例えばポリビニルホルマール、熱硬化ポリウレタン、熱硬化アクリル、エポキシ、熱硬化ポリエステル、熱硬化ポリエステルイミド、芳香族ポリアミド、熱硬化ポリアミドイミド、熱硬化ポリイミド等の熱硬化性樹脂を主成分としてもよい。また、被覆部３３は、例えばポリエーテルイミド、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、熱可塑性ポリイミド等の熱可塑性樹脂を主成分としてもよい。ここで「主成分」とは、最も含有量の多い成分であり、例えば５０質量％以上含有される成分である。

図２に示すように、スロット２０内には、絶縁樹脂５０が充填されている。充填方法は、特に限定されない。充填方法は、例えばトランスファー成形である。絶縁樹脂の種類は、特に限定されない。絶縁樹脂の種類は、例えば、エポキシ樹脂、ＰＢＴ樹脂、ＰＥＴ樹脂、ＰＰＳ樹脂、ＳＰＳ樹脂、ｍ－ＰＰＥ樹脂、ナイロン樹脂（ＰＡ６、ＰＡ４６、ＰＡ６６）、芳香族ナイロン樹脂（ＰＡ４Ｔ、ＰＡ６Ｔ、ＰＡ９Ｔ、ＰＡ１０Ｔ）、ＬＣＰ樹脂などが好ましい。

図２及び図３に示すように、絶縁樹脂５０は、スロット２０内において、ティース部１２の内壁１２Ａと、巻線３１の被覆部３３との間で連続的に充填されている。このため、このステータ１では、スロット２０内において、絶縁紙が介在することなく、ティース部１２の内壁１２Ａと被覆部３３との間で連続的に絶縁樹脂５０が充填される。したがって、ステータ１は、絶縁紙が介在する構成と比較して、コイル３０の放熱性を向上させることができる。例えば、絶縁紙にワニスを浸透させる場合には、空気層が生じやすく、その結果、放熱性が低下しやすいが、ステータ１では、このような問題を解消することができる。また、巻線３１は、同一のスロット２０内に配置される複数の挿通部３４を有している。挿通部３４は、上述した芯線３２と、被覆部３３と、を具備する。複数の挿通部３４は、径方向に並んで配置されている。絶縁樹脂５０は、同一のスロット２０内で隣り合って配置される２つの挿通部３４間でも連続的に充填されている。このため、同一のスロット２０内で隣り合って配置される２つの挿通部３４間でも放熱性を向上しやすい。

更に、図３に示すように、絶縁樹脂５０は、ティース部１２の上端部１２Ｂ側から下端部１２Ｃ側に跨る構成で連続的に絶縁樹脂５０が充填されている。このため、ステータ１は、より一層放熱性を向上させることができる。しかも、コイル３０がスロット２０内で固定された状態をより安定化させることができる。

更に、図２及び図３に示すように、スロット２０の内壁部２０Ａは、全体にわたって巻線３１から離間している。このため、ステータ１は、コイル３０とステータコア１０との絶縁性をより確実に担保することができる。

更に、被覆部３３は、低誘電率エナメルである。このため、ステータ１は、コイル３０とステータコア１０との絶縁性をより確実に担保しつつ、被覆部３３の厚さを抑えやすいため、芯線３２を太くしやすい。つまり、スロット２０内に占める芯線３２の割合である占積率を向上させることができる。したがって、モータの性能（例えばトルク）を向上しやすい。また、被覆部３３のみによって絶縁性を確保することができる。つまり、スロット２０内に絶縁樹脂５０を連続的に充填することで放熱性を向上させつつ、低誘電率エナメルの被覆部３３によって絶縁性を確保することができる。

このように、ステータ１は、スロット２０内において、絶縁紙が介在することなく、ティース部１２の内壁１２Ａと被覆部３３との間で連続的に絶縁樹脂５０が充填されているため、放熱性を向上させることができる。但し、絶縁紙が介在しない場合、巻線３１の絶縁性が問題となる。そこで、被覆部３３を低誘電率エナメルとしている。これにより、巻線３１単体で絶縁性を確保することができる。例えば、巻線３１がティース部１２の内壁１２Ａ側に寄ったり、内壁１２Ａ側に接触したりしたとしても絶縁性を確保することができる。つまり、このステータ１によれば、絶縁紙を排除してスロット２０内に絶縁樹脂５０を連続的に充填することで放熱性を向上させつつ、低誘電率エナメルの被覆部３３によって絶縁性をより確実に担保することができる。

以下では、コイル３０の放熱性が向上することによる具体的な効果を例示する。

コイル３０に電流が流れると、芯線３２が発熱する。芯線３２を流れる電流の上限は、芯線３２の温度の許容範囲の上限を基準に定められる。上述したように、ステータ１によれば、放熱性が向上するため、芯線３２を流れる電流の上限が大きくなる。つまり、ステータ１によれば、ステータ１の大きさを変えることなく、芯線３２を流れる電流の上限を大きくすることができる。また、モータの最大トルクは、コイル３０を流れる電流に比例する。したがって、ステータ１によれば、ステータ１が適用されるモータの最大トルクを上昇させることができる。例えば、図４に示すように、絶縁紙が設けられるステータに対応した第１領域ＡＲ１と比較して、第２領域ＡＲ２の分だけ最大トルクを大きくすることができる。

あるいは、ステータ１によれば、適用されるモータの最大トルクを変えることなく、ステータコア１０の積厚（軸方向の長さ）を小さくすることができる。ステータコア１０の積厚は、適用されるモータの最大トルクに比例する。つまり、モータの最大トルクを変えない代わりに、ステータコア１０の積厚を小さくすることもできる。例えば、図５に示すように、絶縁紙が設けられるステータのステータコア１０Ｘと比較して、適用されるモータの最大トルクを同じにしつつ、ステータコア１０の積厚（軸方向の長さ）を小さくすることができる。ステータコア１０の積厚が小さくなることで、材料の使用量が減少し、その結果、材料コストが低減される。なお、図５では、ステータコア１０，１０Ｘが模式的に描かれている。

あるいは、ステータ１によれば、適用されるモータの最大トルク、及びステータコア１０の積厚（軸方向の長さ）を変えることなく、芯線３２の断面積を小さくすることができる。芯線３２を流れる電流は、芯線３２の断面積に比例する。つまり、芯線３２を流れる電流（適用されるモータの最大トルク）、及びステータコア１０の積厚（軸方向の長さ）を変えることなく、芯線３２の断面積を小さくすることができる。例えば、図６に示すように、絶縁紙（図示省略）が設けられるステータ１Ｙの芯線３２Ｙと比較して、芯線３２の幅寸法（周方向の長さ）を小さくすることができる。これにより、芯線３２の材料の使用量を減らすことができ、その結果、材料コストが低減される。また、芯線３２の断面積を小さくした分、図６に示すように、ティース部１２の厚さ（周方向の長さ）を大きくしたとしても、ティース部１２の材料の方が芯線３２よりも単位体積当たりの価格が安ければ、全体として材料コストが低減される。

また、ティース部１２の厚さが大きくなった場合、以下の効果が生じ得る。図７に示すように、漏れ磁束６１が存在するティース部１２Ｚと比較すると、ティース部１２の厚さ（周方向の長さ）が大きくなることで、有効磁束６０が増加する。モータの最大トルクは、有効磁束に比例する。このため、この構成によれば、ステータ１が適用されるモータの最大トルクを上昇させることができる。

＜他の実施形態＞
本開示は、上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述の実施形態の特徴は、矛盾しない範囲であらゆる組み合わせが可能である。また、上述の実施形態のいずれの特徴も、必須のものとして明示されていなければ省略することもできる。

なお、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、今回開示された実施の形態に限定されるものではなく、請求の範囲によって示された範囲内又は請求の範囲と均等の範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１ ：ステータ
１Ｙ ：ステータ
１０ ：ステータコア
１０Ｘ ：ステータコア
１１ ：ヨーク部
１２ ：ティース部
１２Ａ ：ティース部の内壁
１２Ｂ ：ティース部の上端部
１２Ｃ ：ティース部の下端部
１２Ｚ ：ティース部
１３ ：ティース本体
１４ ：張出部
２０ ：スロット
２０Ａ ：スロットの内壁部
３０ ：コイル
３１ ：巻線
３２ ：芯線
３２Ｙ ：芯線
３３ ：被覆部
３４ ：挿通部
５０ ：絶縁樹脂
６０ ：有効磁束
６１ ：漏れ磁束
ＡＲ１ ：第１領域
ＡＲ２ ：第２領域

Claims (4)

1. ステータコアと、コイルと、を備え、
   前記ステータコアは、環状のヨーク部と、環状に並ぶ複数のティース部と、を有し、
   各々の前記ティース部が前記ヨーク部から突出し、
   隣り合う２つの前記ティース部によってスロットが構成されたステータであって、
   前記スロット内に充填される絶縁樹脂を有し、
   前記コイルは、前記スロット内を通って前記ティース部に巻き回される巻線を有し、
   前記巻線は、導電路をなす芯線と、前記芯線を被覆する被覆部と、を具備し、
   前記スロット内において前記ティース部の内壁と前記被覆部との間で連続的に前記絶縁樹脂が充填され、
   前記絶縁樹脂は、同一の前記スロット内で隣り合って配置される２つの前記挿通部間でも連続的に充填され、
   前記挿通部間の間隔は、前記被覆部の厚さよりも小さい
   ステータ。
2. 前記ティース部の上端部側から下端部側に跨る構成で連続的に前記絶縁樹脂が充填される
   請求項１に記載のステータ。
3. 前記スロットの内壁部は、全体にわたって前記巻線から離間している
   請求項１又は請求項２に記載のステータ。
4. 前記被覆部は、低誘電率エナメルである
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のステータ。

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