(57)【要約】【課題】スロット内の巻線がより確実に固定された回転電機のステータを提供する。【解決手段】ステータは、円環状のヨークと、前記ヨークの内周面から径方向に突出する複数のティースと、を含むステータコアと、前記ティースに巻回される複数の巻線２０により構成されるステータコイルと、前記ティース間の空間であるスロット１８の内壁に沿って配される発泡樹脂シート２２と、を備える。前記複数の巻線２０は、前記スロット１８内において径方向に間隙を開けて並んでおり、前記発泡樹脂シート２２の一部は、前記巻線２０間の間隙に入り込んでいる。【選択図】図６
2019126224.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円環状のヨークと、前記ヨークの内周面から径方向に突出する複数のティースと、を含むステータコアと、
前記ティースに巻回される複数の巻線により構成されるステータコイルと、
前記ティース間の空間であるスロットの内壁に沿って配される発泡樹脂シートと、
を備え、
前記複数の巻線は、前記スロット内において径方向に間隙を開けて並んでおり、
前記発泡樹脂シートの一部は、前記巻線間の間隙に入り込んでいる、
ことを特徴とす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、
前記巻線のうち、前記スロット内において、他の巻線と対向する面には、間隙用樹脂が設けられている、ことを特徴とする回転電機のステータ。
【請求項３】
請求項２に記載の回転電機のステータであって、
前記間隙用樹脂の面積は、前記他の巻線との対向面積より小さい、ことを特徴とする回転電機のステータ。
【請求項４】
請求項２または３に記載の回転電機のステータであって、
前記間隙用樹脂は、絶縁フィラーを添加した樹脂である、ことを特徴とする回転電機のステータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、ステータコアと、当該ステータコアに巻回されたステータコイルと、を有する回転電機のステータを開示する。
【背景技術】
【０００２】
周知の通り、回転電機のステータは、ステータコアと、ステータコイルと、を有する。ステータコアには、複数のティースが設けられており、このティースに巻線を巻回することで、ステータコイルが形成される。そして、ティース間の空間であるスロット内には、複数の巻線が並ぶことになる。
【０００３】
ここで、スロット内の巻線は、巻線間、または、巻線とステータコア間との短絡を防止するために、絶縁が必要である。通常、巻線は、コイル皮膜で被覆されているが、巻線の固定が不十分だと振動等の外力によって、コイル皮膜が摺動し、磨耗するおそれがあった。
【０００４】
そこで、従来から、ステータコイルの周囲にワニスを流し込み、巻線を固定することが提案されている。ただし、この場合、巻線間に十分な間隙がないと、巻線間にワニスが入り込まず、巻線の固定が不十分となる。また、ワニスによる固定では、材料費が高く、また、製造工程が煩雑という問題も招いていた。
【０００５】
特許文献１には、発泡樹脂シートを、複数の巻線と、スロット内壁との間に配しておき、この発泡樹脂シートを加熱・膨張させることで、巻線を固定する技術が開示されている。かかる技術によれば、ワニスの流し込みが不要であり、比較的簡易に、巻線を固定できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−２４４５９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の技術では、複数の巻線は、互いに接触した状態でスロット内に収容されている。換言すれば、特許文献１の場合、巻線間に間隙が存在しない。そのため、発泡樹脂シートは、巻線間には、入り込めず、巻線の側面にしか接触しない。この場合、巻線と発泡樹脂シートとの接触面積が小さいため、巻線の固定力が弱かった。また、振動等により巻線同士が摺動して、磨耗する懸念があった。
【０００８】
そこで、本明細書では、スロット内の巻線がより確実に固定された回転電機のステータを開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本明細書で開示の回転電機のステータは、円環状のヨークと、前記ヨークの内周面から径方向に突出する複数のティースと、を含むステータコアと、前記ティースに巻回される複数の巻線により構成されるステータコイルと、前記ティース間の空間であるスロットの内壁に沿って配される発泡樹脂シートと、を備え、前記複数の巻線は、前記スロット内において径方向に間隙を開けて並んでおり、前記発泡樹脂シートの一部は、前記巻線間の間隙に入り込んでいる、ことを特徴とする。
【００１０】
かかる構成とした場合、巻線間の間隙に発泡樹脂シートの一部が入り込むため、巻線と発泡樹脂との接触面積が増加し、巻線が、より確実に固定される。
【００１１】
前記巻線のうち、前記スロット内において、他の巻線と対向する面には、間隙用樹脂が設けられていてもよい。
【００１２】
間隙用樹脂を設けることで、巻線間の間隙を確実に確保できる。
【００１３】
この場合、前記間隙用樹脂の面積は、前記他の巻線との対向面積より小さくてもよい。
【００１４】
かかる構成とすることで、巻線間に、発泡樹脂シートが入り込む空間を確保できる。
【００１５】
また、前記間隙用樹脂は、絶縁フィラーを添加した樹脂であってもよい。
【００１６】
かかる構成とすることで、間隙用樹脂の塗布厚、ひいては、巻線間の間隙量をある程度制御することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本明細書で開示する回転電機のステータによれば、巻線間の間隙に発泡樹脂シートの一部が入り込むため、巻線と発泡樹脂との接触面積が増加し、巻線が、より確実に固定される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ステータの斜視図である。
【図２】ステータの分解斜視図である。
【図３】セグメントコイルの正面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ断面図である。
【図５】発泡樹脂シートを加熱する前のスロット内の様子を示す断面図である。
【図６】発泡樹脂シートを加熱した後のスロット内の様子を示す断面図である。
【図７】ステータの製造の流れを示すフローチャートである。
【図８】他のセグメントコイルの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、回転電機のステータ１０について図面を参照して説明する。図１は、回転電機のステータ１０の斜視図である。また、図２は、ステータ１０の分解斜視図である。なお、図２では、一部のセグメントコイル２０のみを図示している。
【００２０】
このステータ１０は、ロータと組み合わされて回転電機を構成する。ステータ１０が適用される回転電機は、電動機として用いられるものでもよいし、発電機として用いられるものでもよい。したがって、本例のステータ１０は、例えば、電動車両に搭載される回転電機であって、走行用動力を生成する電動機として機能するとともに、回生トルク等で発電を行う発電機としても機能する回転電機に適用されてもよい。
【００２１】
ステータ１０は、ステータコア１２と、当該ステータコア１２に巻回されるステータコイル１４と、を有している。ステータコア１２は、略円環状のヨーク１５と、当該ヨーク１５の内周面から径方向内側に突出する複数のティース１６と、に大別される。周方向に隣接するティース１６間には、ステータコイル１４の一部が収容される空間であるスロット１８が形成されている。かかるステータコア１２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作成される積層鋼板であってもよい。また、ステータコア１２は、絶縁被覆された磁性粒子をプレス成形してなる圧粉磁芯であってもよい。
【００２２】
ステータコイル１４は、巻線をティース１６に巻回してなる。かかるステータコイル１４の結線態様および巻回態様は、回転電機の仕様に応じて、適宜、選択されればよい。したがって、ステータコイル１４は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルをスター結線またはデルタ結線した構成でもよい。また、ステータコイル１４は、分布巻で巻回されてもよいし、集中巻で巻回されてもよい。図１では、三相コイルを分布巻した様子を示している。
【００２３】
こうしたステータコイル１４は、複数のセグメントコイル２０を連結して構成される。セグメントコイル２０は、ステータコイル１４を、取り扱いやすい長さで切断したものであり、ステータコイル１４を構成する巻線である。以下では、セグメントコイル２０のことを、適宜、「巻線２０」とも呼ぶ。
【００２４】
図３は、セグメントコイル（巻線）２０の正面図である。また、図４は、図３におけるＡ−Ａ断面図である。セグメントコイル２０は、導電性材料（例えば銅等）からなる導線２４を、絶縁材料からなるコイル皮膜２６で被覆したものである。導線２４は、断面略矩形の平角導線である。このセグメントコイル２０は、ステータコア１２に組み付ける前の段階で、略Ｕ字状に屈曲成形されている。以下では、このコア組み付け前におけるセグメントコイル２０の成形を「一次成形」と呼び、コア組み付け後にセグメントコイル２０を屈曲させて成形することを「二次成形」と呼ぶ。
【００２５】
一次成形されたセグメントコイル２０は、図３に示す通り、スロット１８に挿入される一対の脚部２８と、この一対の脚部２８を接続する接続部３０と、を有している。脚部２８の長さは、ステータコア１２の軸方向寸法よりも長く、脚部２８をスロット１８に挿入した際、当該脚部２８の一部は、ステータコア１２の軸方向端面から突出する。この突出部分は、二次成形時に、周方向に屈曲され、他のセグメントコイル２０と接合される。そして、この突出部分は、コイルエンドの一部となる。
【００２６】
接続部３０は、セグメントコイル２０をコア組み付けした際、ステータコア１２の軸方向外側において、周方向に延びて、コイルエンドの一部を構成する。セグメントコイル２０の両端、すなわち、脚部２８の末端には、コイル皮膜２６が剥離され、導線２４が外部に露出した剥離部３１が形成されている。この剥離部３１が、他のセグメントコイル２０の剥離部３１に溶接される。
【００２７】
複数のセグメントコイル２０は、図２に示すとおり、径方向に積層され、対応するスロット１８に挿入される。したがって、一つのスロット１８には、複数のセグメントコイル２０、すなわち、複数の巻線２０が、径方向に並ぶことになる。この複数の巻線２０と、スロット１８の内壁との間には、発泡樹脂シート２２が配される。発泡樹脂シート２２は、初期状態では、薄いシート状であるが、加熱されることで発泡し、大きく膨張する。巻線２０とスロット１８の内壁との間に、この発泡樹脂シート２２を配して膨張させることで、巻線２０とスロット１８の内壁との隙間が埋められ、スロット１８内に巻線２０が固定される。
【００２８】
本例では、こうした巻線２０の固定をより確実にするために、巻線２０のうち、他の巻線２０との対向面（コイル皮膜２６の表面）に、間隙用樹脂３２を塗布している。本例では、コイル厚み方向が、ステータ径方向となるように巻線２０が積層されるため、巻線２０の厚み方向一端面に、間隙用樹脂３２が塗布される。
【００２９】
間隙用樹脂３２は、スロット１８内で積層された巻線２０間に間隙を形成するために塗布される樹脂である。かかる間隙用樹脂３２は、絶縁性を有した樹脂であれば、特に限定されない。ただし、塗布厚を制御しやすくするために、間隙用樹脂３２は、図４に示す通り、粒径が制御された絶縁フィラー３４が添加された樹脂であることが望ましい。この場合、絶縁フィラー３４の粒径は、形成したい間隙厚とほぼ同じであることが望ましい。かかる絶縁フィラー３４が添加された間隙用樹脂３２を、巻線２０のコイル被覆の表面に塗布しておくと、当該巻線２０を厚み方向に積層した場合でも、巻線２０間には、絶縁フィラー３４の粒径以上の大きさの間隙が形成されることになる。そして、これにより、隣接する巻線２０間に、発泡樹脂シート２２が入り込み、スロット１８内において、巻線２０がより強固に固定される。
【００３０】
これについて、従来技術と比較して説明する。通常、ステータコイル１４を構成する巻線２０は、巻線２０間、または、巻線２０とステータコア１２間の短絡を防止するためにコイル皮膜２６で被覆されている。しかし、巻線２０の固定が不十分であると、振動等の外力によってコイル皮膜２６が摺動し、磨耗するおそれがある。そのため、従来から、ステータコイル１４の周囲にワニスを流し込み、ステータコイル１４を固定する方法がある。しかし、巻線２０間に十分な間隙がない場合、巻線２０間にワニスが入り込まず、固定が不十分となっていた。また、ワニスによる固定は、材料費が高く、また、製造工程が煩雑という問題もあった。
【００３１】
そこで、一部では、巻線２０とスロット１８内壁との間に、発泡樹脂シート２２を配し、当該発泡樹脂シート２２を膨張させることで、巻線２０を固定することが提案されていた。かかる方法によれば、ワニスによる固定に比べて簡易に巻線２０を固定できる。しかし、従来、巻線２０のうち、他の巻線２０との対向面には、間隙用樹脂３２が設けられておらず、スロット１８内において、巻線２０は、互いに接触した状態で積層されていた。換言すれば、従来、巻線２０間に間隙がなかった。
【００３２】
そのため、発泡樹脂シート２２を加熱して膨張させたとしても、発泡樹脂シート２２は、巻線２０の側面に接触するだけであった。そのため、振動等により、巻線２０同士が接触し、磨耗する懸念が残っていた。
【００３３】
本例では、上述したとおり、巻線２０のうち、他の巻線２０との対向面には、間隙を形成するための間隙用樹脂３２を塗布している。そのため、この巻線２０を厚み方向に積層したとしても、巻線２０間には、当該間隙用樹脂３２の塗布厚相当の間隙が形成される。そして、巻線２０間に間隙が存在する状態で、発泡樹脂シート２２を加熱・膨張させると、この巻線２０間の間隙にも発泡樹脂シート２２が入り込む。
【００３４】
なお、図４では、巻線２０の厚み方向一端面にのみ、間隙用樹脂３２を塗布している。しかし、二つの巻線２０の間に、間隙用樹脂３２が１以上、設けられていればよいため、間隙用樹脂３２は、巻線２０の厚み方向両面に塗布されてもよい。また、径方向に積層される複数の巻線２０のうち、奇数番面（または偶数番目）の巻線２０については、厚み方向両面に間隙用樹脂３２を塗布し、偶数番目（または奇数番目）の巻線２０については、間隙用樹脂３２を塗布しない構成としてもよい。
【００３５】
いずれにしても、スロット１８内において隣接する巻線２０の間に間隙用樹脂３２が介在することで、巻線２０間に所定の間隙が形成される。そして、これにより、巻線２０がスロット１８内において強固に固定される。図５、図６は、スロット１８内の様子を示す概略断面図である。図５は、発泡樹脂シート２２を加熱する前の、図６は、発泡樹脂シート２２を加熱した後のスロット１８内の様子を示している。また、図５、図６において、紙面上下方向は、ステータ径方向を、紙面左右方向は、ステータ周方向となる。
【００３６】
図５に示す通り、また、上述したとおり、スロット１８内には、複数（図示例では６つ）の巻線２０が径方向に並んでいる。各巻線２０の間には、間隙用樹脂３２が介在しており、これにより、巻線２０間には、所定の間隙が形成されている。この複数の巻線２０と、スロット１８内壁との間には、発泡前の発泡樹脂シート２２が配されている。発泡樹脂シート２２は、複数の巻線２０を挟むように二つ折りにされている。この状態で、ステータ１０を加熱すると、発泡樹脂シート２２が、発泡し、膨張する。その結果、図６に示す通り、巻線２０とスロット１８内壁との隙間に、発泡樹脂シート２２が、隙間無く充填されることになる。さらに、発泡樹脂シート２２は、巻線２０間の隙間にも入り込む。これにより、巻線２０と発泡樹脂シート２２との接触面積が増加し、巻線２０がより強固に固定される。また、振動等により巻線２０が動いても、間隙用樹脂３２および発泡樹脂シート２２が、巻線２０間に介在するため、巻線２０同士が直接、触れることはなく、絶縁を維持できる。
【００３７】
次に、こうしたステータ１０の製造の流れについて図７を参照して説明する。図７は、ステータ１０の製造の流れを示すフローチャートである。ステータ１０を製造する際には、まず、ステータコア１２を製造する（Ｓ１０）。このステータコア１２の製造の手順は、公知の従来技術を利用できるため、ここでの詳説は、省略する。このステータコア１２の製造と並行して、セグメントコイル２０の製造も行なう（Ｓ１１〜Ｓ１６）。セグメントコイル２０を製造する際には、まず、長尺なコイル材料を所望の長さに切断する（Ｓ１１）。コイル材料は、長尺な導線２４をコイル皮膜２６で被覆してなる長尺材料である。続いて、切断して得られたセグメントコイル２０の両端から、コイル皮膜２６を剥離し、剥離部３１を形成する（Ｓ１２）。次に、このセグメントコイル２０を、一次成形、すなわち、略Ｕ字状に屈曲させる（Ｓ１４）。
【００３８】
セグメントコイル２０の一次成形が完了すれば、続いて、セグメントコイル２０の一部に間隙用樹脂３２を塗布する（Ｓ１６）。この間隙用樹脂３２は、上述したとおり、セグメントコイル２０のうちスロット内において他のセグメントコイル２０と対向する面、すなわち、厚み方向端面に塗布される。これにより、セグメントコイル２０が完成となる。
【００３９】
セグメントコイル２０が完成すれば、続いて、このセグメントコイル２０をステータコア１２に組み付ける（Ｓ１８〜Ｓ２６）。具体的には、まず、複数のセグメントコイル２０をコイル厚み方向に積層し、この積層された複数のセグメントコイル２０の周囲に、加熱前の発泡樹脂シート２２を巻き付ける（Ｓ１８）。
【００４０】
そして、この発泡樹脂シート２２が巻きつけられた複数のセグメントコイル２０を、スロット１８内に挿入する（Ｓ２０）。スロット１８内に挿入された複数のセグメントコイル２０は、専用の治具を用いて、スロット１８から抜け落ちないように保持される。
【００４１】
続いて、セグメントコイル２０のうちステータコア１２の軸方向端面から突出する突出部分を周方向に屈曲させる二次成形を行なう（Ｓ２２）。そして、二次成形されたセグメントコイル２０の端部（剥離部３１）を他のセグメントコイル２０の端部（剥離部３１）と溶接する（Ｓ２４）。
【００４２】
全てのセグメントコイル２０の溶接が完了すれば、最後に、ステータ１０を加熱し、発泡樹脂シート２２を発泡・膨張させる（Ｓ２６）。これにより、発泡樹脂シート２２が、巻線２０とスロット１８内壁の間隙、および、巻線２０間の間隙に充填され、スロット１８内において巻線２０が固定される。
【００４３】
以上の説明から明らかなとおり、本明細書に開示のステータ１０は、間隙用樹脂を塗布という工程を新規に追加したものの、その他は、従来と同様の手順で製造できる。したがって、本明細書に開示のステータ１０は、従来と比べて、製造手順を大幅に変更することなく、製造できる。そして、本明細書に開示のステータ１０によれば、従来技術に比べて、スロット１８内において巻線２０がより強固に固定される。その結果、巻線２０の摺動が低減され、巻線２０に起因するコイル皮膜２６の磨耗が防止される。また、振動等により、巻線２０が摺動したとしても、巻線２０間に間隙用樹脂３２および発泡樹脂シート２２が介在するため、絶縁を確保した状態を維持できる。
【００４４】
なお、これまで説明した構成は、一例であり、スロット１８内において巻線２０間に間隙があり、当該間隙に発泡樹脂シート２２が入り込んでいるのであれば、その他の構成は、適宜、変更されてもよい。例えば、図３の例では、間隙用樹脂３２を、比較的、広範囲に塗布している。しかし、間隙用樹脂３２は、巻線２０間の間隙を維持できるのであれば、その塗布の範囲や形状、個数は、適宜、変更されてもよい。例えば、図８に示すように、間隙用樹脂３２は、コイル軸方向に間隔を開けて複数個所に塗布されてもよい。この場合、１箇所での塗布範囲は、小さくてもよく、また、その形状は、円形等でもよい。ただし、いずれの場合であっても、間隙用樹脂３２の塗布範囲は、発泡樹脂シート２２が入り込む空間を形成するために、巻線２０のうち、他の巻線２０と対向する対向面よりも、小さいことが望ましい。
【００４５】
また、上述の説明では、間隙用樹脂３２として、絶縁フィラー３４が添加された樹脂を用いたが、塗布厚を制御できるのであれば、フィラー３４が混入されていない樹脂を用いてもよい。この場合、間隙用樹脂３２は、発泡樹脂シート２２を発泡させるために加熱した際、軟化して流れ落ちるような熱軟化性樹脂でもよい。すなわち、完成後のステータ１０は、巻線２０間に、発泡樹脂シート２２が入り込んだ間隙があるのであれば、間隙用樹脂３２が残存していなくてもよい。また、間隙用樹脂３２は、塗布に替えて、他の手段、例えば、接着剤を用いた貼着などで、巻線２０に取り付けられてもよい。すなわち、予め、所定の厚みに形成された樹脂シート（間隙用樹脂３２）を、接着剤を用いて、巻線２０表面に貼り付けるようにしてもよい。
【００４６】
また、これまでの説明では、一つのスロット１８に一枚の発泡樹脂シート２２を配しているが、発泡樹脂シート２２は、一つのスロット１８に複数枚、配されてもよい。例えば、一つのスロット１８内に、スロット１８の周方向側面に沿って配される二枚の発泡樹脂シート２２と、スロット１８の径方向側面に沿って配される一枚の発泡樹脂シート２２の合計三枚が配されてもよい。
【００４７】
さらに、コア組み付け前に巻線２０に間隙用樹脂３２が塗布されるのであれば、図７で示した製造工程も、適宜、変更されてもよい。例えば、間隙用樹脂３２の塗布（Ｓ１６）は、セグメントコイル２０の一次成形（Ｓ１８）の前に行われてもよい。また、発泡樹脂シート２２は、複数の巻線２０に巻き付けるのではなく、予め、スロット１８内壁に貼り付けられていてもよい。
【００４８】
また、これまでの説明では、ステータコイル１４を、互いに接合される複数のセグメントコイル２０で構成しているが、ステータコイル１４は、連続した長尺な巻線２０で構成されてもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１０  ステータ、１２  ステータコア、１４  ステータコイル、１５  ヨーク、１６  ティース、１８  スロット、２０  巻線（セグメントコイル）、２２  発泡樹脂シート、２４  導線、２６  コイル皮膜、２８  脚部、３０  接続部、３１  剥離部、３２  間隙用樹脂、３４  絶縁フィラー。
【図１】
2019126224.tif 000003
【図２】
2019126224.tif 000004
【図３】
2019126224.tif 000005
【図４】
2019126224.tif 000006
【図５】
2019126224.tif 000007
【図６】
2019126224.tif 000008
【図７】
2019126224.tif 000009
【図８】
2019126224.tif 000010