(57)【要約】【課題】回転電機用ステータにおいて、ステータコアの径方向外側からワニスを滴下してステータコアにインシュレータを固着させる場合に、ステータコアとインシュレータとの間へのワニスの含浸を促すことである。【解決手段】ステータ１２は、ヨーク部３２及び複数のティース３４を有するステータコア２６と、インシュレータ２８を介して各ティース３４の周囲に巻回されるステータコイル３０とを含む。ヨーク部３２の外周面には、ヨーク部３２の軸方向に沿って設けられる複数の凹溝４２を有する。各インシュレータ２８は、ティース３４の周囲に配置されティース３４周辺を覆う筒部４４と、筒部４４からティース３４の軸方向端面に沿って径方向外側に伸張する凹溝対向壁部４６とを有する。凹溝対向壁部４６は、凹溝４２のヨーク部３２軸方向端面に開口する開口端の少なくとも一部と対向する。【選択図】図１
2014110740.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状のヨーク部と、前記ヨーク部の内周面から径方向内側に突出する複数のティースとを含むステータコアと、
前記各ティースの周囲に配置されティース周辺を覆う筒部を有するインシュレータと、
前記インシュレータを介して前記各ティースの周囲に巻回されるステータコイルとを備える回転電機用ステータであって、
前記ヨーク部の外周面には、前記ヨーク部の軸方向に沿って設けられる複数の凹溝を含み、
前記各インシュレータは、
前記筒部から前記ティースの軸方向端面に沿って径方向外側に伸張する凹溝対向壁部を含み、前記凹溝対向壁部は、前記凹溝のヨーク部軸方向端面に開口する開口端の少なくとも一部と対向することを特徴とする回転電機用ステータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のティースを含むステータコアと、インシュレータを介して各ティースの周囲に巻回されるステータコイルとを備える回転電機用ステータに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、環状のヨーク部と内周側の複数のティースとを含むステータコアと、インシュレータを介して各ティースの周囲に巻回されるステータコイルとを備える回転電機用ステータが記載されている。ステータコアの外周面には、複数の凹溝が形成されている。各凹溝は、ステータコアを構成する複数の分割コアを一体に固定する環状リングを位置決めするため、またはケースに対する分割コアの位置決めのために使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２５４６８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ステータコアにインシュレータを固定する場合に、インシュレータを介してティースにステータコイルを巻回した状態でステータコアの径方向外側からワニスを滴下し、ステータコアにインシュレータをそのワニスにより固着させる場合がある。この場合に、本発明では、インシュレータが単にステータコイルとティースとの絶縁を図るだけの機能を有するのみではなく、ステータコアとインシュレータとの間へのワニスの含浸を促すという新たな機能について改良した。
【０００５】
本発明の目的は、ステータコアの径方向外側からワニスを滴下してステータコアにインシュレータを固着させる場合において、ステータコアとインシュレータとの間へのワニスの含浸を促すことができる改良された回転電機用ステータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る回転電機用ステータは、環状のヨーク部と、前記ヨーク部の内周面から径方向内側に突出する複数のティースとを含むステータコアと、前記各ティースの周囲に配置されティース周辺を覆う筒部を有するインシュレータと、前記インシュレータを介して前記各ティースの周囲に巻回されるステータコイルとを備える回転電機用ステータであって、前記ヨーク部の外周面には、前記ヨーク部の軸方向に沿って設けられる複数の凹溝を含み、前記各インシュレータは、前記筒部から前記ティースの軸方向端面に沿って径方向外側に伸張する凹溝対向壁部を含み、前記凹溝対向壁部は、前記凹溝のヨーク部軸方向端面に開口する開口端の少なくとも一部と対向することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の回転電機用ステータによれば、ステータコアの径方向外側からワニスを滴下してステータコアにインシュレータを固着させる場合に、ヨーク部外周面の凹溝内に入り込んで、凹溝内を軸方向に流動したワニスの少なくとも一部がインシュレータの凹溝対向壁部により遮られ、ステータコアの軸方向端面とインシュレータとの間に入り込む。このため、ステータコアとインシュレータとの間へのワニスの含浸を促すことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態の回転電機用ステータを含む回転電機の断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】ステータコイルを省略して図１のＢ−Ｂ断面を示す図である。
【図４】図３のＣ部拡大図である。
【図５】図２からインシュレータを取り出して示す斜視図である。
【図６】図１からステータコア及びインシュレータのみを取り出して部分的に示す拡大斜視図である。
【図７】図６のＤ−Ｄ断面図である。
【図８】実施形態の回転電機用ステータの製造時に、ワニス含浸によりステータコアにインシュレータを固着させる方法を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。以下では、ステータコアが電磁鋼板の積層体により形成される場合を説明するが、本発明はこれに限定するものではなく、ステータコアは、磁性粉末と樹脂とを含む混合物を加圧成形して得られる圧粉磁心から構成されるものでもよい。また、ステータコアは、周方向に分割された複数の分割コア要素を環状に連結して形成されるものでもよい。また、以下では、すべての図面において同様の要素には同一の符号を付して説明する。
【００１０】
図１は、本実施形態の回転電機用ステータ１２を含む回転電機１０の断面を示している。図２は、図１のＡ−Ａ断面を示している。以下では、回転電機用ステータ１２は、単にステータ１２という。回転電機１０は、図示しないケースの内側に固定されるステータ１２と、ステータ１２の径方向内側に対向配置されるロータ１４と、ロータ１４を、ケースに対し回転可能に支持する回転軸１６とを備える。回転電機１０は、エンジン及び走行モータの少なくとも一方を駆動源として走行するハイブリッド車両または電気自動車が備える走行モータまたは発電機として使用される。
【００１１】
ロータ１４は、回転軸１６に固定され、電磁鋼板の積層体により形成されるロータコア１８と、ロータコア１８の周方向複数個所に形成された複数の磁石孔２０に挿入固定された永久磁石２２と、ロータコア１８の軸方向両端部に配置され、ロータコア１８を軸方向両側から挟持する２つのエンドプレート２４とを含む。
【００１２】
ステータ１２は、ステータコア２６と、複数のインシュレータ２８と、ステータコア２６に巻回された複数のステータコイル３０とを含む。ステータコア２６は、環状に形成されたヨーク部３２と、ヨーク部３２の内周面の周方向複数個所から径方向内側に突出する複数のティース３４とを含む。
【００１３】
図３は、ステータコイルを省略して図１のＢ−Ｂ断面を示している。各ティース３４は、内周側に向かって周方向の幅が小さくなるように、周方向両側面が周方向中央を通る径方向に対し傾斜している。各ティース３４は、周方向中央に関して周方向両側同士で対称形状を有し、周方向両側面の根元部とヨーク部３２の内周面との間には、径方向内側に向いた段差面３６と周方向片側に向いた段差面３８とが設けられる。段差面３６には、後述するようにインシュレータ２８に設けられた径方向対向壁部４７が突き当てられる。段差面３８の存在により、段差面３６に突き当てられた径方向対向壁部４７の先端部で段差面３６の端から周方向に突出した部分と、ヨーク部３２の内周面との間に図４に示す径方向の隙間７３が形成され、図２のステータコイル３０とヨーク部３２との間の絶縁の向上が図られる。
【００１４】
図４は、図３のＣ部拡大図である。各ティース３４の周方向両側面の根元部には、周方向に窪んだ軸方向に長い溝状の窪み部４０が設けられる。窪み部４０は、その軸方向両端がステータコア２６の軸方向両端面に達し、後述するようにインシュレータ２８に設けられた周方向壁部５２との間で軸方向空間６２を形成する。なお、ティース３４の図４で図示しない周方向反対側にも、図４と同様に窪み部４０が設けられ、その窪み部４０は、インシュレータ２８の周方向壁部５０との間で軸方向空間６２を形成する。
【００１５】
図２に戻って、複数のステータコイル３０は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相であり、それぞれインシュレータ２８を介してティース３４の周囲に集中巻きで巻回される。この場合、各ティース３４に、周方向に隣り合うティース３４同士で異なる相のステータコイル３０が巻回され、各相のステータコイル３０はＹ結線により接続される。
【００１６】
ステータコア２６のヨーク部３２の外周面には、複数のティース３４と周方向同位置にそれぞれ設けられた凹溝４２を含む。各凹溝４２は、ヨーク部３２の外周面に軸方向に沿って設けられ、各凹溝４２の両端部は、ヨーク部３２の軸方向両端面に開口する。図３に示すように、各凹溝４２は、その断面形状が、ステータコア２６の内径側に向かって先細りとなるＶ字形となるように形成される。
【００１７】
図５は、図２からインシュレータ２８を取り出して示す斜視図である。各インシュレータ２８は、絶縁材料である樹脂により形成され、各ティース３４の周囲に配置されティース３４周辺を覆う筒部４４と、２つの凹溝対向壁部４６と、２つの径方向対向壁部４７とを含む。筒部４４は、ティース３４の軸方向両端面と対向するように軸方向端面に沿って、すなわち軸方向端面と平行に設けられる２つの軸方向壁部４８と、ティース３４の周方向両側面と対向する２つの周方向壁部５０，５２とを四角筒状に連結して形成される。各周方向壁部５０，５２は、ティース３４の周方向両側面に沿うように傾斜して、各周方向壁部５０，５２同士の間隔が内周側に向かって小さくなっている。
【００１８】
各凹溝対向壁部４６は、筒部４４の軸方向両端の各軸方向壁部４８からティース３４及びヨーク部３２の軸方向端面に沿って径方向外側に各軸方向壁部４８と同一平面上で伸張するように設けられる。図１、図２に示すように、各凹溝対向壁部４６は、ヨーク部３２の外周面に設けられた凹溝４２のヨーク部３２軸方向端面に開口する開口端の少なくともステータ１２径方向内側部分と対向する。
【００１９】
径方向対向壁部４７は、筒部４４の周方向両側の周方向壁部５０，５２において、軸方向中間部の外周端部から、周方向壁部５０，５２同士で周方向の反対側となる外側に突出している。径方向対向壁部４７は、各凹溝対向壁部４６の周方向端部同士を、周方向壁部５０，５２の軸方向端部と後述する外側対向壁部５４との連結部を介して連結する。
【００２０】
各凹溝対向壁部４６の周方向両端部には、ステータコア２６のヨーク部３２側である各凹溝対向壁部４６同士で向き合う側に突出するように、外側対向壁部５４が設けられる。また、図１及び後述する図７に示すように、各凹溝対向壁部４６の径方向内端部には、ステータコア２６のティース３４側に突出するように内側対向壁部５６が設けられる。各外側対向壁部５４及び内側対向壁部５６の先端縁は、ヨーク部３２またはティース３４の軸方向端面に沿って設けられる。
【００２１】
次に、ステータコア２６にインシュレータ２８が組み合わされた場合の互いの位置関係を説明する。インシュレータ２８は、各ティース３４に１つずつ、ティース３４の先端から根元に向かって筒部４４により、ティース３４の周囲にティース３４周辺を覆うように装着される。図６は、図１からステータコア２６及びインシュレータ２８のみを取り出して部分的に示す拡大斜視図である。各ティース３４にインシュレータ２８が装着された状態で、各凹溝対向壁部４６は、ヨーク部３２の軸方向端面に対向し、凹溝４２の開口端の少なくとも径方向内側部分と対向する。各外側対向壁部５４の先端縁は、ヨーク部３２の軸方向端面に径方向の全長にわたって押し付けられて密着する。
【００２２】
図７は、図６のＤ−Ｄ断面図である。各内側対向壁部５６の先端縁は、ティース３４の軸方向端面に周方向の全長にわたって押し付けられて密着する。各内側対向壁部５６及び各外側対向壁部５４の先端縁がステータコア２６の軸方向端面に突き当てられるので、凹溝対向壁部４６及び軸方向壁部４８とステータコア２６の軸方向端面との間に、ワニス溜まり空間５８が形成される。ワニス溜まり空間５８は、径方向内端部が内側対向壁部５６とステータコア２６とにより塞がれ、周方向両端部が外側対向壁部５４及び周方向壁部５０，５２とステータコア２６とにより塞がれる。ワニス溜まり空間５８の径方向外端部には開口部６０が設けられる。ワニス溜まり空間５８は、後述するようにステータコア２６の径方向外側から外周面にワニスが滴下された場合に、外周面からワニスを進入させ、進入したワニスによりステータコア２６とインシュレータ２８とを固着させる機能を有する。
【００２３】
この状態で、図３、図４に示すように、インシュレータ２８の周方向両側に設けられた周方向壁部５０，５２の径方向外端縁がヨーク部３２の内周面に突き当てられ、ティース３４に形成された窪み部４０と周方向壁部５０，５２との間に軸方向に長い四角柱状の軸方向空間６２が形成される。軸方向空間６２の軸方向両端部は、インシュレータ２８の軸方向両端部内側に設けられた各ワニス溜まり空間５８と連通する。このため、各ワニス溜まり空間５８から軸方向空間６２にワニスを入り込ませることが可能となる。また、インシュレータ２８の周方向両側に設けられた径方向対向壁部４７は、各ティース３４の周方向両側の根元部に設けられた段差面３６に突き当てられる。なお、各周方向壁部５０，５２は、対向するティース３４の周方向側面に隙間なく密接させてもよいが、ティース３４の周方向側面との間に隙間が形成されてもよい。この場合でも、各内側対向壁部５６及び各外側対向壁部５４がステータコア２６の軸方向両側から密に押し付けられるので、ステータコア２６にインシュレータ２８が仮固定される。
【００２４】
図８は、本実施形態のステータ１２の製造時に、ワニス含浸によりステータコア２６にインシュレータ２８及びステータコイル３０を固着させる方法を示す概略断面図である。ステータ１２を製造する方法は次のようにして行う。まず、上記のように各ティース３４の周囲にインシュレータ２８を１つずつティース３４周辺を覆うように装着し、さらにその周囲にステータコイル３０を集中巻きで巻回した状態で、回転治具６４にステータコア２６を固定する。回転治具６４は、図示しない固定部に回転可能に支持されたワーク回転軸６６と、ワーク回転軸６６に設けられた保持部６８とを含む。保持部６８は径方向に拡縮可能な構造を有し、外周端部をステータコア２６の内周端部に押し付けて、ステータコア２６を保持する。保持部６８には、種々の構造を採用できる。例えばワーク回転軸６６の周囲にねじ結合した図示しないナット部材を軸方向に移動させることでナット部材の外周面に設けられたテーパ面の最外周縁部で直接または別の部材を介してステータコア２６の内周部を押圧し、ステータコア２６をワーク回転軸６６に固定する構造を採用してもよい。
【００２５】
次に、ステータコア２６の中心軸Ｏを回転中心として回転治具６４を回転させながら、ステータコア２６の径方向外側の上方に設けられたノズル７０から、図６から図８の矢印α方向にワニスを、ステータコア２６の外周面に滴下させる。図８では、ノズル７０をステータコア２６の外周面の軸方向両端部の上方に２つ設けているが、破線Ｐで示すように、ステータコア２６の外周面の軸方向中間部の上方にノズルを１つのみ設けてもよい。
【００２６】
このようにステータコア２６の外周面にワニスを滴下させると、ワニスの少なくとも一部はステータコア２６の外周面に設けられた凹溝４２に入り込み、凹溝４２内を図６から図８の矢印βで示すように軸方向両側に流動する。凹溝４２内を流動したワニスは、ステータコア２６の軸方向両端面に開口する凹溝４２の開口端から外側に流出しようとするが、凹溝４２の開口端の径方向内側部分はインシュレータ２８の凹溝対向壁部４６に対向している。このため、凹溝４２の開口端から流出するワニスの少なくとも一部は凹溝対向壁部４６により遮られ、ステータコア２６の軸方向端面とインシュレータ２８との間のワニス溜まり空間５８に入り込み、図３、図７の矢印γで示すように流下する。したがって、ステータコア２６とインシュレータ２８との間へのワニスの供給である含浸を促すことができ、ステータコア２６に対するインシュレータ２８の固着力を向上できる。
【００２７】
なお、図１、図５から図７に示す構成では、各インシュレータ２８の軸方向両端部に、ステータコア２６の軸方向両端面に突き当てる外側対向壁部５４及び内側対向壁部５６を設けることで、インシュレータ２８の軸方向両端部とステータコア２６との間にワニス溜まり空間５８を形成している。ただし、インシュレータ２８の軸方向両端部にステータコア２６の軸方向両端面に突き当てるワニス溜まり空間５８形成用の壁部を設けず、軸方向両端部の凹溝対向壁部を単なる板状とし、各凹溝対向壁部の一方または両方をステータコア２６の軸方向端面に押し当ててもよい。この場合でも、部品の製造誤差により実際にはステータコア２６の軸方向端面と凹溝対向壁部との間にわずかな隙間が形成される場合があり、この隙間を通じてステータコア２６とインシュレータ２８との間にワニスを含浸させることができる。
【００２８】
また、図２に示すように、複数のステータコイル３０は複数のティース３４に集中巻きで巻回されるので、ステータコイルを分布巻きとする場合と異なり、ステータコイル３０において、ステータコア２６の軸方向両端面から外側に突出するコイルエンド７２での、隣り合うステータコイル３０同士の間の周方向の隙間が大きくなる場合がある。このため、凹溝対向壁部４６がない場合には、ステータコイル３０同士の間の隙間を通じて多くのワニスが流下する場合がある。本実施形態のように、ヨーク部３２の外周面の凹溝４２と、凹溝４２の開口端と対向する凹溝対向壁部４６とを備える構造では、集中巻きを採用する場合でも、ステータコア２６とインシュレータ２８との間へのワニスの含浸量を多くできる。なお、複数のステータコイル３０は複数のティース３４に分布巻きで巻回されてもよい。また、図２では、各ステータコイル３０がティース３４に複数層の複数列に整列して巻回される整列巻きとする場合を示しているが、各ステータコイル３０はティース３４に単層巻きで巻回されてもよい。また、図５のインシュレータ２８及び図３のティース３４は、それぞれ周方向中央に関して周方向両側同士で対称形状としているが、それぞれ周方向両側同士で非対称形状としてもよい。
【００２９】
また、図４で示すように、各ティース３４の根元部に、ワニスでの固着前にインシュレータ２８との間に軸方向空間６２を形成する窪み部４０が設けられるので、軸方向両側のワニス溜まり空間５８に入り込んだワニスが軸方向空間６２に流入して溜まりやすい。このため、インシュレータ２８の周方向壁部５２とティース３４の根元部とをワニスにより固着して、インシュレータ２８の固着力を向上できる。また、各ティース３４を通過する磁束の最大磁束量は、各ティース３４で磁束経路に対し直交する各断面のうち、最小となる断面部分で決まり、最大磁束量が小さくなることは回転電機１０のトルク低下につながる。窪み部４０を設けたことで窪み部４０を設けた部分のティース３４の断面積は小さくなるが、各ティース３４の周方向両側面は、両側面同士の間隔が根元側に向かって大きくなるように径方向に対し傾斜しており、窪み部４０は根元部の断面積が大きい部分に設けられる。このため、窪み部４０の形成が最大磁束量の大きな制約とはならないので、回転電機１０のトルク低下は小さい。
【００３０】
また、各凹溝４２は、ステータコア２６の内径側に向かって先細りとなる断面Ｖ字形に形成されているので、ステータコイル３０の通電時に、隣り合うティース３４とヨーク部３２の一部とを含んで形成される図２の矢印Ｑ方向または矢印Ｑとは逆方向の磁束経路が凹溝４２の存在により大きく妨げられることがない。このため、回転電機１０の大きな性能低下を防止できる。なお、各凹溝４２の断面形状はＶ字形に限定するものではなく、例えばＵ字形または矩形の断面形状を採用できる。また、凹溝４２は、ステータコア２６の軸方向全長にわたって設けられ、軸方向両端がステータコア２６の軸方向両端面に開口する構成に限定するものではない。例えば、ステータコア２６の軸方向両端寄りに凹溝４２が分かれて軸方向に沿って設けられ、それぞれ一端のみがステータコア２６の軸方向端面に開口する構成としてもよい。
【００３１】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００３２】
１０  回転電機、１２  回転電機用ステータ、１４  ロータ、１６  回転軸、１８  ロータコア、２０  磁石孔、２２  永久磁石、２４  エンドプレート、２６  ステータコア、２８  インシュレータ、３０  ステータコイル、３２  ヨーク部、３４  ティース、３６，３８  段差面、４０  窪み部、４２  凹溝、４４  筒部、４６  凹溝対向壁部、４７  径方向対向壁部、４８  軸方向壁部、５０，５２  周方向壁部、５４  外側対向壁部、５６  内側対向壁部、５８  ワニス溜まり空間、６０  開口部、６２  軸方向空間、６４  回転治具、６６  ワーク回転軸、６８  保持部、７０  ノズル、７２  コイルエンド、７３  隙間。
【図１】
2014110740.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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