(57)【要約】【課題】コイルセグメントの位置ずれによるステータの性能低下を抑制可能な回転電機のステータを提供する。【解決手段】回転電機のステータ１０は、複数のスロット１２が形成され、内周面に各スロットの開口部１２ａが設けられたステータコア１１と、複数のスロット１２の各々の開口部１２ａから挿入される複数のコイルセグメントを含むコイル１５と、を備える。各スロット１２には、少なくとも第一コイルセグメント２０と第二コイルセグメント３０とが径方向に重なるように配置され、第一コイルセグメント２０及び第二コイルセグメント３０には、重合面２１ａ、３１ａに軸方向への相対移動を規制する係合部４０が設けられている。【選択図】図６Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスロットが形成され、内周面に各スロットの開口部が設けられたステータコアと、
前記複数のスロットの各々の前記開口部から挿入される複数のコイルセグメントを含むコイルと、を備える回転電機のステータであって、
各スロットには、少なくとも第一コイルセグメントと第二コイルセグメントとが径方向に重なるように配置され、
前記第一コイルセグメント及び前記第二コイルセグメントには、重合面に軸方向への相対移動を規制する係合部が設けられている、回転電機のステータ。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機のステータであって、
前記係合部は、前記第一コイルセグメント及び前記第二コイルセグメントのいずれか一方に設けられた凸部と、前記第一コイルセグメント及び前記第二コイルセグメントの他方に設けられた凹部と、から構成される、回転電機のステータ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の回転電機のステータであって、
前記第一コイルセグメントは、前記スロットの最も外径側に配置され、
前記第一コイルセグメント及び前記スロットには、対向面に軸方向への相対移動を規制する他の係合部が設けられている、回転電機のステータ。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の回転電機のステータであって、
前記第一コイルセグメントは、前記スロットの最も外径側に配置され、
前記第一コイルセグメントは、前記スロットの底面との対向面に前記スロットの軸方向長さと略等しい長さの凹部を備える、回転電機のステータ。
【請求項５】
請求項１に記載の回転電機のステータであって、
前記第一コイルセグメントは、前記スロットの最も外径側に配置され、
前記第一コイルセグメントは、前記スロットの底面との対向面に設けられた前記スロットの軸方向長さと略等しい長さの第一凹部と、前記第二コイルセグメントとの重合面に設けられた前記スロットの軸方向長さと略等しい長さの第一凸部と、を備え、
前記第二コイルセグメントは、前記第一コイルセグメントとの重合面に設けられ、前記第一コイルセグメントの前記第一凸部と係合し、前記スロットの軸方向長さと略等しい長さの第二凹部を備える、回転電機のステータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば電気自動車又はハイブリッド自動車等に搭載可能な回転電機のステータに関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機のステータは、ステータコアと、ステータコアに取り付けられるコイルと、を備える。近年では、コイルとして、複数のコイルセグメントが接合されることでコイルループが形成された、いわゆるセグメントコンダクタ型の回転電機が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２１１７７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の回転電機のステータにおいて、ステータコアの周方向へのコイルセグメントの移動はスロットの内壁面によって規制されるものの、軸方向への移動は規制されないため、コイルセグメントの位置ずれによりステータの性能が低下する虞があった。
【０００５】
本発明は、コイルセグメントの位置ずれによるステータの性能低下を抑制可能な回転電機のステータを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、
複数のスロットが形成され、内周面に各スロットの開口部が設けられたステータコアと、
前記複数のスロットの各々の前記開口部から挿入される複数のコイルセグメントを含むコイルと、を備える回転電機のステータであって、
各スロットには、少なくとも第一コイルセグメントと第二コイルセグメントとが径方向に重なるように配置され、
前記第一コイルセグメント及び前記第二コイルセグメントには、重合面に軸方向への相対移動を規制する係合部が設けられている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、各スロットに配置される第一コイルセグメント及び第二コイルセグメントは、周方向への移動がスロットの内壁面によって規制され、且つ軸方向への移動が重合面の係合部によって規制されるので、コイルセグメントの位置ずれによるステータの性能低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態の回転電機のステータの斜視図である。
【図２】図１に示すステータにおける第一コイルセグメントの斜視図である。
【図３】図１に示すステータにおける第二コイルセグメントの斜視図である。
【図４】ステータの一部分をステータコアの径方向外側から見た展開図である。
【図５】図４に示す第一コイルセグメント及び第二コイルセグメントの接合部分の近傍をステータコアの一端面側から見た斜視図である。
【図６Ａ】一つのスロットに配置された第一コイルセグメント及び第二コイルセグメントの要部分解斜視図である。
【図６Ｂ】一つのスロットに配置された第一コイルセグメント及び第二コイルセグメントの要部断面図である。
【図７】第２実施形態の回転電機のステータにおける、一つのスロットに配置された第一コイルセグメント及び第二コイルセグメントの要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の各実施形態の回転電機のステータについて、図面を参照して説明する。
【００１０】
［第１実施形態］
第１実施形態の回転電機のステータ１０は、図１に示すように、ステータコア１１と、ステータコアに取り付けられるコイル１５と、を備える。
【００１１】
ステータコア１１は、例えば複数の円環状の電磁鋼板が積層されて構成された円環状の部材である。ステータコア１１には、ステータコア１１の周方向に沿って等間隔に配列された複数のスロット１２が設けられている。
【００１２】
スロット１２は、ステータコア１１の軸方向の一方の端面１３ａから、ステータコア１１の軸方向の他方の端面１３ｂまで延びる溝であり、ステータコア１１の内周面に開口部１２ａを有する。スロット１２は、図５に示すように、径方向外側の底面１２ｃから開口部１２ａまで、周方向に向かい合う内壁面１２ｂが略直線状に径方向に延びている。したがって、ステータコア１１の内周面には、周方向に沿って等間隔に複数の開口部１２ａが設けられている。
【００１３】
コイル１５は、複数のコイルセグメントから構成される。各コイルセグメントは、ステータコア１１に形成されたスロット１２の開口部１２ａから挿入され、ステータコア１１の両端面１３ａ、１３ｂから軸方向の外側に突出する。
【００１４】
この複数のコイルセグメントは、複数の第一コイルセグメント２０と、複数の第二コイルセグメント３０とから構成される。第一コイルセグメント２０は、ステータコア１１の各スロット１２の外径側に挿入されている。第二コイルセグメント３０は、ステータコア１１の各スロット１２の内径側に挿入されている。
【００１５】
図２及び図３に示すように、第一コイルセグメント２０及び第二コイルセグメント３０は、例えば、銅線がワイヤ加工されて成形されてなる断面略矩形、且つ略クランク状の部材である。第一コイルセグメント２０は、いわゆるマグネットワイヤであり、導体と、この導体を被覆する絶縁被膜と、で構成されている。
【００１６】
第一コイルセグメント２０は、スロット１２に挿入された直線状の挿入部２１と、この挿入部２１の一端からステータコア１１の端面１３ａよりもステータコア１１の軸方向の外側に突出した第一突出部２２ａと、この挿入部２１の他端からステータコア１１の端面１３ｂよりも該軸方向の外側に突出した第二突出部２２ｂと、を備える。
【００１７】
第一突出部２２ａは、ステータコア１１の周方向に沿って図４における右方向に向かって延びている。第二突出部２２ｂは、ステータコア１１の周方向に沿って、第一突出部２２ａとは反対の方向（図４における左方向）に向かって延びている。
【００１８】
第二コイルセグメント３０は、スロット１２に挿入された挿入部３１と、ステータコア１１の端面１３ａよりもステータコア１１の軸方向の外側に突出した第三突出部３２ａと、ステータコア１１の端面１３ｂよりも該軸方向の外側に突出した第四突出部３２ｂと、を備える。
【００１９】
第三突出部３２ａは、ステータコア１１の周方向に沿って図４における左方向に向かって延びている。第四突出部３２ｂは、ステータコア１１の周方向に沿って、第三突出部３２ａとは反対の方向（図４における右方向）に向かって延びている。
【００２０】
図４及び図５に示すように、第一コイルセグメント２０の端部２３ａは、この第一コイルセグメント２０が挿入されているスロット１２（以下、挿入スロットともいう）に対してステータコア１１の周方向の一方の方向に離れた位置（具体的には挿入スロットから９つのスロット分、端面１３ａ側から見て時計回りに移動した位置）にある別のスロット１２に挿入された第二コイルセグメント３０の端部３３ａと接合されている。接合とは、導体を覆う絶縁被膜が溶けて導体同士が電気的に接続されることをいい、例えばレーザー溶接により行われる。なお、図４では、理解を容易にするため、電気的に接続される一対の第一コイルセグメント２０及び第二コイルセグメント３０のみを抜き出して図示している。
【００２１】
また、この第一コイルセグメント２０の端部２３ｂは、挿入スロットに対してステータコア１１の周方向の他方の方向に離れた位置（具体的には挿入スロットから９つのスロット分、端面１３ａ側から見て反時計回りに移動した位置）にある更に別のスロット１２に挿入された第二コイルセグメント３０の端部３３ｂと接合されている。
【００２２】
このように、第一コイルセグメント２０の端部２３ａと第二コイルセグメント３０の端部３３ａの接合と、第一コイルセグメント２０の端部２３ｂと第二コイルセグメント３０の端部３３ｂの接合とが繰り返されることでコイルループが形成されている。
【００２３】
コイル１５は、このコイルループを複数有し、これら複数のコイルループが選択的に接続されることで、複数相（例えばＵ相、Ｖ相、Ｗ相）の電力線を構成している。
【００２４】
図６Ａ及び図６Ｂに示すように、第一コイルセグメント２０及び第二コイルセグメント３０には、互いの重合面２１ａ、３１ａに、ステータコア１１の軸方向（図６Ｂの矢印Ａ方向、以下単に軸方向と呼ぶ。）への相対移動を規制する係合部４０が設けられている。
【００２５】
係合部４０は、第二コイルセグメント３０の挿入部３１に設けられた凸部４１と、第一コイルセグメント２０の挿入部２１に設けられた凹部４２と、から構成される。凸部４１及び凹部４２は、それぞれ挿入部３１、２１の軸方向中央部に設けられている。また、凸部４１及び凹部４２は、共に矩形状に形成されている。このように係合部４０を凸部４１と凹部４２とから構成することで、簡易な構成で係合部４０を構成できる。なお、凸部４１及び凹部４２の軸方向位置は、中央部に限らず、中央部から端面１３ａ側又は端面１３ｂ側にずれていてもよい。また、凸部４１及び凹部４２の形状は、矩形状に限らず、円形、楕円形、星形等、任意に設定することができる。
【００２６】
第一コイルセグメント２０及び第二コイルセグメント３０は、ステータコア１１の周方向への移動がスロット１２の対向する内壁面１２ｂによって規制されているので、ステータコア１１の軸方向への移動が係合部４０によって規制されることで、両コイルセグメント２０、３０同士の相対的位置ずれによるステータ１０の性能低下を抑制できる。
【００２７】
また、図６Ｂに示すように、第一コイルセグメント２０及びステータコア１１には、ステータコア１１の軸方向（図６Ｂの矢印Ａ方向）への相対移動を規制する係合部５０が設けられている。係合部５０は、第一コイルセグメント２０の挿入部２１に設けられた凸部５１と、ステータコア１１のスロット１２の底面１２ｃに設けられた凹部５２と、から構成される。凸部５１は挿入部２１の軸方向の中央部に設けられるとともに、凹部５２はステータコア１１の軸方向の中央部に設けられている。このように係合部５０を凸部５１と凹部５２とから構成することで、簡易な構成で係合部５０を構成できる。なお、凸部５１及び凹部５２の軸方向位置及び形状は、凸部４１及び凹部４２と同様に、任意に設定することができる。このようにステータコア１１と第一コイルセグメント２０との軸方向への相対移動が、係合部５０によって規制されることで、コイル１５の位置ずれによるステータ１０の性能低下をより確実に抑制できる。
【００２８】
なお、本実施形態では、第二コイルセグメント３０の挿入部３１にも、第一コイルセグメント２０の凹部４２と同様の凹部４３が設けられている。すなわち、両コイルセグメント２０、３０には同様の加工が施されている。したがって、第一コイルセグメント２０と第二コイルセグメント３０とを区別することなく使用することができ、コイル１５の製造コストを低減できる。
【００２９】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態の回転電機のステータ１０について、図７を参照して説明する。
第２実施形態の回転電機のステータ１０は、第一コイルセグメント２０及び第二コイルセグメント３０の構造が、第１実施形態と相違する。また、ステータコア１１に凹部５２が設けられていない。その他の構成は、第１実施形態と同様である。
【００３０】
図７に示すように、第一コイルセグメント２０は、スロット１２の底面１２ｃと対向する対向面２１ｂに設けられた第一凹部２４と、第二コイルセグメント３０との重合面２１ａに設けられた第一凸部２５と、を備える。第一凹部２４及び第一凸部２５の長さは、スロット１２（ステータコア１１）の軸方向長さと略等しい。第一凹部２４は、スロット１２と係合する。言い換えると、第一凹部２４はステータコア１１の両端面１３ａ、１３ｂと係合する。
【００３１】
第二コイルセグメント３０は、第一コイルセグメント２０との重合面３１ａに設けられた第二凹部３４と、第一コイルセグメント２０との重合面３１ａとは反対側の面３１ｂに設けられた第二凸部３５と、を備える。第二凹部３４及び第二凸部３５の長さは、スロット１２（ステータコア１１）の軸方向長さと略等しい。第二凹部３４は、第一コイルセグメント２０の第一凸部２５と係合する。
【００３２】
第一コイルセグメント２０の第一凸部２５と第二コイルセグメント３０の第二凹部３４とが互いに係合することで、両コイルセグメント２０、３０の相対的位置ずれによるステータ１０の性能低下を抑制できる。また、第一コイルセグメント２０の第一凹部２４がステータコア１１の両端面１３ａ、１３ｂと係合することで、ステータコア１１と第一コイルセグメント２０との軸方向への相対移動も規制される。これにより、コイル１５の位置ずれによるステータ１０の性能低下をより確実に抑制できる。
【００３３】
また、本実施形態によれば、ステータ１０に凹部５２を設ける必要がない。さらに、本実施形態においても、第一コイルセグメント２０と第二コイルセグメント３０に同様の加工が施されているので、第一コイルセグメント２０と第二コイルセグメント３０とを区別することなく使用することができる。これにより、コイル１５の製造コストを低減できる。
【００３４】
なお、前述した実施形態は、適宜、変形、改良、等が可能である。
例えば、第１実施形態では、第二コイルセグメント３０にも凹部４３が設けられているが、第二コイルセグメント３０の凹部４３は省略可能である。
【００３５】
また、係合部４０は、第一コイルセグメント２０の挿入部２１に凸部４１が設けられ、第二コイルセグメント３０の挿入部３１に凹部４２が設けられていてもよい。同様に、係合部５０は、ステータコア１１のスロット１２の底面１２ｃに凸部５１が設けられ、第一コイルセグメント２０の挿入部２１に凹部５２が設けられていてもよい。
【００３６】
また、第１実施形態の構成と第２実施形態の構成とを組み合わせた構成も採用可能である。例えば、ステータ１０と第一コイルセグメント２０との軸方向への相対移動を規制するために、図７に示すように、第一コイルセグメント２０の第一凹部２４がスロット１２に係合する構成を採用し、第一コイルセグメント２０と第二コイルセグメント３０との軸方向への相対移動を規制するために、図６Ｂに示すように、第一コイルセグメント２０の凹部４２と第二コイルセグメント３０の凸部４１とが係合する構成を採用してもよい。
【００３７】
また、上記実施形態では、スロット１２に２本のコイルセグメント２０、３０が配置された回転電機のステータを例示したが、３本以上のコイルセグメントが配置された回転電機のステータであってもよい。
【００３８】
本明細書には少なくとも以下の事項が記載されている。なお、括弧内には、上記した実施形態において対応する構成要素等を示しているが、これに限定されるものではない。
【００３９】
（１）  複数のスロット（スロット１２）が形成され、内周面に各スロットの開口部（開口部１２ａ）が設けられたステータコア（ステータコア１１）と、
前記複数のスロットの各々の前記開口部から挿入される複数のコイルセグメントを含むコイル（コイル１５）と、を備える回転電機のステータ（回転電機のステータ１０）であって、
各スロットには、少なくとも第一コイルセグメント（第一コイルセグメント２０）と第二コイルセグメント（第二コイルセグメント３０）とが径方向に重なるように配置され、
前記第一コイルセグメント及び前記第二コイルセグメントには、重合面（重合面２１ａ、３１ａ）に軸方向への相対移動を規制する係合部（係合部４０）が設けられている、回転電機のステータ。
【００４０】
（１）によれば、各スロットに配置される第一コイルセグメント及び第二コイルセグメントは、周方向への移動がスロットの内壁面によって規制され、且つ軸方向への移動が重合面の係合部によって規制されるので、コイルセグメントの位置ずれによるステータの性能低下を抑制できる。
【００４１】
（２）  （１）に記載の回転電機のステータであって、
前記係合部は、前記第一コイルセグメント及び前記第二コイルセグメントのいずれか一方に設けられた凸部（凸部４１）と、前記第一コイルセグメント及び前記第二コイルセグメントの他方に設けられた凹部（凹部４２）と、から構成される、回転電機のステータ。
【００４２】
（２）によれば、係合部が凸部と凹部とから構成されるので、簡易な構成で係合部を構成できる。
【００４３】
（３）  （１）又は（２）に記載の回転電機のステータであって、
前記第一コイルセグメントは、前記スロットの最も外径側に配置され、
前記第一コイルセグメント及び前記スロットには、対向面に軸方向への相対移動を規制する他の係合部（係合部５０）が設けられている、回転電機のステータ。
【００４４】
（３）によれば、ステータコア１１と第一コイルセグメントとの軸方向への相対移動が、他の係合部によって規制されるので、ステータコアに対するコイルの位置ずれによるステータ１０の性能低下を抑制できる。
【００４５】
（４）  （１）又は（２）に記載の回転電機のステータであって、
前記第一コイルセグメントは、前記スロットの最も外径側に配置され、
前記第一コイルセグメントは、前記スロットの底面（底面１２ｃ）との対向面（対向面２１ｂ）に前記スロットの軸方向長さと略等しい長さの凹部（第一凹部２４）を備える、回転電機のステータ。
【００４６】
（４）によれば、スロットの最も外径側に配置される第一コイルセグメントが、スロットの底面との対向面にスロットの軸方向長さと略等しい長さの凹部を備えるので、第一コイルセグメントの凹部がスロットと係合することで、ステータコアとコイルセグメントとの軸方向への相対移動も規制される。これにより、コイルの位置ずれによるステータの性能低下をより確実に抑制できる。
【００４７】
（５）  （１）に記載の回転電機のステータであって、
前記第一コイルセグメントは、前記スロットの最も外径側に配置され、
前記第一コイルセグメントは、前記スロットの底面（底面１２ｃ）との対向面に設けられた前記スロットの軸方向長さと略等しい長さの第一凹部（第一凹部２４）と、前記第二コイルセグメントとの重合面（重合面２１ａ）に設けられた前記スロットの軸方向長さと略等しい長さの第一凸部（第一凸部２５）と、を備え、
前記第二コイルセグメントは、前記第一コイルセグメントとの重合面（重合面３１ａ）に設けられ、前記第一コイルセグメントの前記第一凸部と係合し、前記スロットの軸方向長さと略等しい長さの第二凹部（第二凹部３４）を備える、回転電機のステータ。
【００４８】
（５）によれば、ステータコアと第一コイルセグメントとの相対移動、及び第一コイルセグメントと第二コイルセグメントとの相対移動を規制することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１０  回転電機のステータ
１１  ステータコア
１２  スロット
１２ｃ  底面
１５  コイル
２０  第一コイルセグメント
２１ａ  重合面
２１ｂ  対向面
２４  第一凹部
２５  第一凸部
３０  第二コイルセグメント
３１ａ  重合面
３４  第二凹部
４０  係合部
４１  凸部
４２  凹部
５０  係合部（他の係合部）
【図１】
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【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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