WO2024013796A1 - ステータ - Google Patents

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WO2024013796A1
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stator
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teeth
stator core
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Inventor
小川祐貴
Original Assignee
ファナック株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/50—Fastening of winding heads, equalising connectors, or connections thereto

Definitions

  • the present invention relates to a stator for a rotating electrical machine.
  • a rotating electric machine such as an electric motor or a generator includes a rotor and a stator.
  • the stator includes a stator core and multiple coils.
  • the stator core has multiple teeth.
  • the coil is attached to the teeth so as to wrap around the teeth.
  • Japanese Patent No. 5391325 discloses a stator having a pair of positioning members.
  • the pair of positioning members are attached to both end surfaces of the stator core in the axial direction.
  • the positioning member has a plurality of barbs that protrude in the axial direction from each tooth portion of the stator core.
  • the coil is attached to the teeth beyond the barbed portion.
  • the present invention aims to solve the above-mentioned problems.
  • An aspect of the present invention is a stator including a stator core having a plurality of teeth, and a plurality of coils attached to the plurality of teeth so as to wind each of the plurality of teeth, the pair of coil ends being The coil is inserted into the gap between the teeth and the pair of coil ends so as to include both ends of the coil in the axial direction of the stator core, and to be in contact with the teeth and both ends.
  • a pair of fixing members are provided to fix the stator core, and both ends have a tapered shape inclined with respect to a radial direction of the stator core, and the pair of fixing members are inclined along the tapered shape of the both ends.
  • the coil can be easily attached and fixed to the stator core.
  • FIG. 1 is a perspective view of the stator of the first embodiment.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of a portion of the stator viewed from the axial position.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along the line III--III in FIG.
  • FIG. 4 is a perspective view of a pair of fixing members of the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing a stator of the second embodiment.
  • FIG. 6 is a perspective view of a pair of fixing members according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing a stator of the third embodiment.
  • FIG. 1 is a perspective view of the stator 10 of the first embodiment.
  • the stator 10 is incorporated into an inner rotor type rotating electric machine (electric motor or generator).
  • the stator 10 includes a stator core 12, a plurality of coils 14, and a plurality of fixing members 16. Note that, in the stator core 12, at least the plurality of teeth 22, the plurality of coils 14, and the plurality of fixing members 16 are fixed with resin by using a mold. In FIG. 1, resin is omitted.
  • the axial direction used in the following description means the direction in which the axis 28 of the stator core 12 extends.
  • the circumferential direction used in the following description means the circumferential direction of the stator core 12.
  • the radial direction used in the following description means the radial direction of the stator core 12.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of a portion of the stator 10 viewed from the position of the axis 28.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along the line III--III in FIG.
  • the stator core 12 includes a yoke 20 and a plurality of teeth 22.
  • Yoke 20 is annular and located on the outer periphery of stator core 12 .
  • Each tooth 22 extends from the yoke 20 toward the axis 28 .
  • the plurality of teeth 22 are arranged at regular intervals along the circumferential direction.
  • One slot 24 is formed between two adjacent teeth 22.
  • the coil 14 is formed by a wire wound in one direction.
  • the coil 14 is attached to the teeth 22 so as to wrap around the teeth 22.
  • the outer shape of the coil 14 when viewed from the position of the axis 28 is approximately rectangular. Part or all of the coil 14 may be wrapped in insulating paper.
  • the coil 14 has a pair of insertion parts 30 and a pair of coil ends 32 (first coil end 32a, second coil end 32b).
  • Each insertion portion 30 extends substantially parallel to the axial direction.
  • One insertion portion 30 is inserted into the slot 24 on one side of one tooth 22 from the center side of the stator core 12 .
  • the other insertion portion 30 is inserted into the slot 24 on the other side of one tooth 22 from the center side of the stator core 12 .
  • the insertion direction the direction in which the insertion section 30 is moved (arrow A in FIG. 3) in the step of inserting the insertion section 30 into the slot 24 is referred to as the insertion direction.
  • the insertion direction is parallel to the radial direction.
  • Each of the pair of coil ends 32 is connected to each of the pair of insertion parts 30.
  • the first coil end 32a protrudes from the first end surface 26a of the stator core 12 in the axial direction.
  • the first coil end 32a includes one end 34 of the coil 14 in the axial direction.
  • the second coil end 32b protrudes from the second end surface 26b of the stator core 12 in the axial direction.
  • the second coil end 32b includes the other end 34 of the coil 14 in the axial direction.
  • the pair of coil ends 32 include both ends 34 of the coil 14 in the axial direction.
  • both ends 34 of the coil 14 have a tapered shape that is inclined with respect to the radial direction.
  • each end 34 has an inclined shape that approaches the teeth 22 as it moves away from the axis 28 in the radial direction.
  • the entire end portion 34 does not have to have an inclined shape.
  • the surface of the end portion 34 on the inner peripheral side of the coil 14 may have an inclined shape.
  • a pair of gaps 40 are formed between the teeth 22 and the pair of coil ends 32.
  • a fixing member 16 is located in each of the pair of gaps 40. The fixing member 16 is inserted into the gap 40 from the center side of the stator core 12.
  • FIG. 4 is a perspective view of the pair of fixing members 16 of the first embodiment.
  • the fixing member 16 is made of, for example, resin, rubber, elastomer, or the like.
  • the fixing member 16 has a first contact portion 50 at one end in the axial direction, and a second contact portion 52 at the other end in the axial direction.
  • the first contact portion 50 contacts the end surface 26 of the stator core 12 (teeth 22).
  • the first contact portion 50 has a planar shape parallel to the end surface 26 of the stator core 12 (teeth 22).
  • the second contact portion 52 contacts the end portion 34 of the coil 14 .
  • the second contact portion 52 has an inclined shape that approaches the first contact portion 50 as it moves away from the axis 28 in the radial direction.
  • the angle of inclination of the second contact portion 52 is approximately the same as the angle of inclination of the end portion 34 of the coil 14 . Since the second contact portion 52 of each fixing member 16 has an inclined shape, the pair of fixing members 16 is inclined along the tapered shape of both ends 34 of the coil 14 .
  • the pair of fixing members 16 function as wedges for temporarily fixing the coil 14 to the stator core 12 before the coil 14 is fixed to the stator core 12 with resin. Since both ends 34 of the coil 14 and the pair of fixing members 16 have the same tapered shape, both ends 34 of the coil 14 and the pair of fixing members 16 are in line contact or surface contact with each other. Thereby, the pair of fixing members 16 prevent the coil 14 from shifting in the axial direction. Further, since both ends 34 of the coil 14 and the pair of fixing members 16 have the same tapered shape, the coil 14 is pressed in the insertion direction by the pair of fixing members 16. This prevents the coil 14 from falling off the teeth 22. Furthermore, since both ends 34 of the coil 14 and the pair of fixing members 16 have the same tapered shape, it is easy to insert the pair of fixing members 16 into the pair of gaps 40. Therefore, the coil 14 can be easily attached and fixed to the stator core 12.
  • FIG. 5 is a diagram showing the stator 10 of the second embodiment.
  • FIG. 6 is a perspective view of a pair of fixing members 16 of the second embodiment.
  • the fixing member 16 has an extension portion 60 .
  • the extending portion 60 is formed at the end of the fixing member 16 in the direction opposite to the insertion direction.
  • the size of the extension portion 60 is larger than the size of the gap 40.
  • the length of the extension portion 60 in the axial direction may be longer than the length of the gap 40 in the axial direction.
  • the length of the extending portion 60 in the circumferential direction may be longer than the length of the gap 40 in the circumferential direction.
  • the extending portion 60 protrudes further than the coil end 32 in the axial direction or the circumferential direction.
  • the extension part 60 can come into contact with the coil end 32. For example, if the coil 14 is not bundled with insulating paper or the like, there is a risk that the windings will come apart. If the windings come loose, there is a risk that some of the windings may fall off from the teeth 22. The extending portion 60 prevents the winding from exceeding the fixing member 16 and falling off the teeth 22 .
  • FIG. 7 is a diagram showing the stator 10 of the third embodiment.
  • a recess 70 is formed in the end surface 26 of the tooth 22 in the axial direction.
  • a convex portion 72 is formed on the first contact portion 50 of the fixing member 16 .
  • the convex portion 72 may have an inclined shape that is inclined in the opposite direction to the inclined shape of the fixing member 16.
  • the protrusion 72 is inserted into the recess 70. This makes it difficult for the fixing member 16 to come off from the gap 40.
  • Each of the embodiments described above is a stator 10 that is incorporated into an inner rotor type rotating electric machine.
  • the present invention can also be used in a stator incorporated in an outer rotor type rotating electric machine.
  • An aspect of the present invention provides a stator (10) including a stator core (12) having a plurality of teeth (22), and a plurality of coils (14) attached to the plurality of teeth so as to wind each of the plurality of teeth.
  • the pair of coil ends (32) include both ends (34) of the coil in the axial direction of the stator core
  • the pair of coil ends (32) include the teeth and the pair of coil ends (34) so as to be in contact with the teeth and both ends.
  • a pair of fixing members (16) are inserted into a gap (40) between the coil ends to fix the coil to the stator core, and both ends have a tapered shape inclined with respect to the radial direction of the stator core.
  • the pair of fixing members are inclined along the tapered shape of both ends.
  • the coil can be easily attached and fixed to the stator core.
  • each of the pair of fixing members may have the same shape.
  • the types of fixing members can be reduced. Further, according to the above configuration, it is only necessary to insert one type of fixing member into each gap between the stator core and the pair of coil ends, so that the insertion work is easy.
  • an extending portion (60) larger than the size of the gap may be formed at the end of the fixing member in the direction opposite to the direction of insertion into the gap.
  • a recess (70) is formed in the end surface (26) of the tooth in the axial direction, and a convex part (72) is formed in the end (50) of the fixing member in the axial direction, and the convex part (72) is inserted into the recess. ) may be formed.
  • the fixing member becomes difficult to come off from the gap.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Insulation, Fastening Of Motor, Generator Windings (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

ステータ（１０）の一対のコイルエンド（３２）は、ステータコア（１２）の軸線方向のコイル（１４）の両端部（３４）を含み、ティース（２２）と両端部（３４）とに接触するように、ティース（２２）と一対のコイルエンド（３２）との間の隙間（４０）に挿入されて、コイル（１４）をステータコア（１２）に固定する一対の固定部材（１６）を備え、両端部（３４）は、ステータコア（１２）の径方向に対して傾斜したテーパ形状であり、一対の固定部材（１６）は、両端部（３４）のテーパ形状に沿って傾斜する。

Description

ステータ
　本発明は、回転電機のステータに関する。
　電動機、発電機等の回転電機は、ロータとステータとを備える。ステータは、ステータコアと複数のコイルとを備える。ステータコアは、複数のティースを有する。コイルは、ティースを巻くようにティースに装着される。
　特許第５３９１３２５号公報には、一対の位置決め部材を有するステータが示される。一対の位置決め部材は、ステータコアの軸線方向の両端面に取り付けられる。位置決め部材は、ステータコアの各々のティース部分から軸線方向に突出する複数の返し部を有する。コイルは、返し部を越えて、ティースに装着される。
　特許第５３９１３２５号公報のステータにおいては、位置決め部材に返し部があるため、ティースにコイルを装着しにくい。
　本発明は、上述した課題を解決することを目的とする。
　本発明の態様は、複数のティースを有するステータコアと、複数の前記ティースの各々を巻くように複数の前記ティースに装着された複数のコイルとを備えるステータであって、一対のコイルエンドは、前記ステータコアの軸線方向の前記コイルの両端部を含み、前記ティースと前記両端部とに接触するように、前記ティースと一対の前記コイルエンドとの間の隙間に挿入されて、前記コイルを前記ステータコアに固定する一対の固定部材を備え、前記両端部は、前記ステータコアの径方向に対して傾斜したテーパ形状であり、一対の前記固定部材は、前記両端部の前記テーパ形状に沿って傾斜する。
　本発明によれば、コイルをステータコアに容易に装着し固定することができる。
図１は、第１実施形態のステータの斜視図である。 図２は、軸線の位置から見たステータの一部の構成図である。 図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図である。 図４は、第１実施形態の一対の固定部材の斜視図である。 図５は、第２実施形態のステータを示す図である。 図６は、第２実施形態の一対の固定部材の斜視図である。 図７は、第３実施形態のステータを示す図である。
［１　第１実施形態］
　図１は、第１実施形態のステータ１０の斜視図である。ステータ１０は、インナーロータ型の回転電機（電動機又は発電機）に組み込まれる。ステータ１０は、ステータコア１２と、複数のコイル１４と、複数の固定部材１６とを備える。なお、ステータコア１２のうち、少なくとも複数のティース２２と複数のコイル１４と複数の固定部材１６とは、モールドを使用することによって樹脂で固定される。図１において、樹脂は省略されている。
　以下の説明で使用される軸線方向とは、ステータコア１２の軸線２８が延びる方向を意味する。また、以下の説明で使用される周方向とは、ステータコア１２の周方向を意味する。また、以下の説明で使用される径方向とは、ステータコア１２の径方向を意味する。
　図２は、軸線２８の位置から見たステータ１０の一部の構成図である。図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図である。例えば図３で示されるように、ステータコア１２は、ヨーク２０と、複数のティース２２とを有する。ヨーク２０は、環状であり、ステータコア１２の外周部分に位置する。各々のティース２２は、ヨーク２０から軸線２８の位置に向かって延びる。例えば図２で示されるように、複数のティース２２は、周方向に沿って等間隔で並ぶ。互いに隣接する２つのティース２２の間には１つのスロット２４が形成される。
　コイル１４は、一方向に巻回された巻線によって形成される。コイル１４は、ティース２２を巻くようにティース２２に装着される。例えば図２で示されるように、軸線２８の位置から見たコイル１４の外形は略矩形である。コイル１４の一部又は全部は、絶縁紙で包まれていてもよい。コイル１４は、一対の挿入部３０と一対のコイルエンド３２（第１コイルエンド３２ａ、第２コイルエンド３２ｂ）とを有する。
　各々の挿入部３０は、軸線方向と略平行に延びる。一方の挿入部３０は、１つのティース２２の一方にあるスロット２４に、ステータコア１２の中心側から挿入される。他方の挿入部３０は、１つのティース２２の他方にあるスロット２４に、ステータコア１２の中心側から挿入される。本明細書では、スロット２４への挿入部３０の挿入工程において、挿入部３０を移動させる方向（図３の矢印Ａ）を挿入方向という。挿入方向は、径方向と平行する。
　一対のコイルエンド３２の各々は、一対の挿入部３０の各々に接続される。第１コイルエンド３２ａは、ステータコア１２の第１端面２６ａから軸線方向に突出する。第１コイルエンド３２ａは、コイル１４の軸線方向の一方の端部３４を含む。第２コイルエンド３２ｂは、ステータコア１２の第２端面２６ｂから軸線方向に突出する。第２コイルエンド３２ｂは、コイル１４の軸線方向の他方の端部３４を含む。このように、一対のコイルエンド３２は、軸線方向のコイル１４の両端部３４を含む。
　図３で示されるように、コイル１４の両端部３４は、径方向に対して傾斜したテーパ形状である。言い換えると、各々の端部３４は、径方向において軸線２８から遠ざかるにつれて、ティース２２に近づくような傾斜形状である。なお、端部３４の全体が傾斜形状でなくてもよい。少なくとも、端部３４のうちのコイル１４の内周側の面（固定部材１６と接触する面）が傾斜形状であればよい。
　ティース２２と一対のコイルエンド３２との間には一対の隙間４０が形成される。一対の隙間４０の各々には、固定部材１６が位置する。固定部材１６は、ステータコア１２の中心側から隙間４０に挿入される。
　図４は、第１実施形態の一対の固定部材１６の斜視図である。一対の固定部材１６の各々は、互いに同一形状である。固定部材１６は、例えば樹脂、ゴム、エラストマー等で形成される。固定部材１６は、軸線方向の一端に第１当接部５０を有し、軸線方向の他端に第２当接部５２を有する。例えば図３で示されるように、第１当接部５０は、ステータコア１２（ティース２２）の端面２６に当接する。第１当接部５０は、ステータコア１２（ティース２２）の端面２６と平行する平面形状である。第２当接部５２は、コイル１４の端部３４に当接する。第２当接部５２は、径方向において軸線２８から遠ざかるにつれて、第１当接部５０に近づくような傾斜形状である。第２当接部５２の傾斜角度は、コイル１４の端部３４の傾斜角度と略同一形状である。各々の固定部材１６の第２当接部５２が傾斜形状を有することにより、一対の固定部材１６は、コイル１４の両端部３４のテーパ形状に沿って傾斜する。
　一対の固定部材１６は、コイル１４を樹脂によってステータコア１２に固定する前に、コイル１４をステータコア１２に仮固定するための楔として機能する。コイル１４の両端部３４と一対の固定部材１６とが共に同じテーパ形状であるため、コイル１４の両端部３４と一対の固定部材１６とは互いに線接触又は面接触する。これにより、一対の固定部材１６は、コイル１４が軸線方向にずれることを防止する。また、コイル１４の両端部３４と一対の固定部材１６とが共に同じテーパ形状であるため、コイル１４は、一対の固定部材１６によって挿入方向に押圧される。これにより、コイル１４がティース２２から脱落することを防止する。更に、コイル１４の両端部３４と一対の固定部材１６とが共に同じテーパ形状であるため、一対の固定部材１６を一対の隙間４０に挿入しやすい。従って、コイル１４をステータコア１２に容易に装着し固定することができる。
［２　第２実施形態］
　図５は、第２実施形態のステータ１０を示す図である。図６は、第２実施形態の一対の固定部材１６の斜視図である。固定部材１６は、延在部６０を有する。延在部６０は、挿入方向と逆方向の固定部材１６の端部に形成される。延在部６０のサイズは、隙間４０のサイズより大きい。例えば、図５で示されるように、延在部６０の軸線方向の長さが、隙間４０の軸線方向の長さよりも長くてもよい。また、延在部６０の周方向の長さが、隙間４０の周方向の長さよりも長くてもよい。更に、延在部６０は、コイルエンド３２よりも軸線方向又は周方向に突出する。
　延在部６０は、コイルエンド３２に当接し得る。例えば、絶縁紙等で束ねられないコイル１４は、巻線がばらける虞がある。巻線がばらけると、一部の巻線がティース２２から脱落する虞がある。延在部６０は、巻線が固定部材１６を越えてティース２２から脱落することを防止する。
［３　第３実施形態］
　図７は、第３実施形態のステータ１０を示す図である。ティース２２の軸線方向の端面２６には、凹部７０が形成される。一方、固定部材１６の第１当接部５０には、凸部７２が形成される。凸部７２は、固定部材１６の傾斜形状と逆方向に傾く傾斜形状であってもよい。凸部７２は、凹部７０に挿入される。これにより、固定部材１６が隙間４０から外れにくくなる。
［４　その他］
　上述した各実施形態は、インナーロータ型の回転電機に組み込まれるステータ１０である。しかし、本発明は、アウターロータ型の回転電機に組み込まれるステータにも使用可能である。
［５　実施形態から得られる発明］
　上記実施形態から把握しうる発明について、以下に記載する。
　本発明の態様は、複数のティース（２２）を有するステータコア（１２）と、複数の前記ティースの各々を巻くように複数の前記ティースに装着された複数のコイル（１４）とを備えるステータ（１０）であって、一対のコイルエンド（３２）は、前記ステータコアの軸線方向の前記コイルの両端部（３４）を含み、前記ティースと前記両端部とに接触するように、前記ティースと一対の前記コイルエンドとの間の隙間（４０）に挿入されて、前記コイルを前記ステータコアに固定する一対の固定部材（１６）を備え、前記両端部は、前記ステータコアの径方向に対して傾斜したテーパ形状であり、一対の前記固定部材は、前記両端部の前記テーパ形状に沿って傾斜する。
　上記態様によれば、コイルをステータコアに容易に装着し固定することができる。
　上記態様において、一対の前記固定部材の各々は、互いに同一形状であってもよい。
　上記態様によれば、固定部材の種類を減らすことができる。また、上記構成によれば、ステータコアと一対のコイルエンドとの間の各々の隙間に、１つの種類の固定部材を挿入すればよいため、挿入作業が容易である。
　上記態様において、前記隙間への挿入方向と逆方向の前記固定部材の端部に、前記隙間のサイズより大きい延在部（６０）が形成されてもよい。
　上記態様によれば、コイルの巻線が固定部材を越えてティースから脱落することを防止することができる。
　上記態様において、前記ティースの前記軸線方向の端面（２６）に、凹部（７０）が形成され、前記固定部材の前記軸線方向の端部（５０）に、前記凹部に挿入される凸部（７２）が形成されてもよい。
　上記態様によれば、固定部材が隙間から外れにくくなる。
　なお、本発明は、上述した開示に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得る。
１０…ステータ　　　　　　　　　　　　１２…ステータコア
１４…コイル　　　　　　　　　　　　　１６…固定部材
２２…ティース　　　　　　　　　　　　２６…端面
３２…コイルエンド　　　　　　　　　　３４…端部
４０…隙間　　　　　　　　　　　　　　５０…第１当接部（端部）
６０…延在部　　　　　　　　　　　　　７０…凹部
７２…凸部

Claims (4)

  1. 　複数のティース（２２）を有するステータコア（１２）と、複数の前記ティースの各々を巻くように複数の前記ティースに装着された複数のコイル（１４）とを備えるステータ（１０）であって、
    　一対のコイルエンド（３２）は、前記ステータコアの軸線方向の前記コイルの両端部（３４）を含み、
    　前記ティースと前記両端部とに接触するように、前記ティースと一対の前記コイルエンドとの間の隙間（４０）に挿入されて、前記コイルを前記ステータコアに固定する一対の固定部材（１６）を備え、
    　前記両端部は、前記ステータコアの径方向に対して傾斜したテーパ形状であり、
    　一対の前記固定部材は、前記両端部の前記テーパ形状に沿って傾斜する、ステータ。
  2. 　請求項１に記載のステータであって、
    　一対の前記固定部材の各々は、互いに同一形状である、ステータ。
  3. 　請求項１に記載のステータであって、
    　前記隙間への挿入方向と逆方向の前記固定部材の端部に、前記隙間のサイズより大きい延在部（６０）が形成される、ステータ。
  4. 　請求項１に記載のステータであって、
    　前記ティースの前記軸線方向の端面（２６）に、凹部（７０）が形成され、
    　前記固定部材の前記軸線方向の端部（５０）に、前記凹部に挿入される凸部（７２）が形成される、ステータ。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009207334A (ja) * 2008-02-29 2009-09-10 Denso Corp コイルの固定部材及び回転電機
JP2010246269A (ja) * 2009-04-06 2010-10-28 Toyota Motor Corp インシュレータおよび回転電機
JP2019037060A (ja) * 2017-08-14 2019-03-07 ファナック株式会社 固定子及び電動機

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