(57)【要約】【課題】より一層放熱性の高い集中巻きステータを提供する。【解決手段】磁性体からなる複数のティース12と、各ティース12に巻線21を巻回して形成したコイル2とを具備する集中巻きステータである。隣接するコイル2の間にはスペーサ3が介在され、このスペーサ3は絶縁性の無機材料から構成される。各ティース12に形成されたコイル2の間に上記のスペーサ3を介在することで、このスペーサ3を介して効率的にコイル2の熱を放熱させることができる。スペーサ3としては、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化珪素および炭化珪素よりなる群から選択される少なくとも１種が好適に利用できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性体からなる複数のティースと、各ティースに巻線を巻回して形成したコイルとを具備する集中巻きステータであって、
隣接する前記コイルの間にスペーサが介在され、
このスペーサは絶縁性の無機材料から構成されることを特徴とする集中巻きステータ。
【請求項２】
前記スペーサは、モールドによりコイル間に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の集中巻きステータ。
【請求項３】
前記モールドは、当該ステータをモータとして使用した際のコイルの最高到達温度において軟化しない耐熱性を有する樹脂により行われていることを特徴とする請求項２に記載の集中巻きステータ。
【請求項４】
前記スペーサが、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化珪素および炭化珪素よりなる群から選択される少なくとも１種からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の集中巻きステータ。
【請求項５】
前記スペーサの熱伝導率が10W/m・K以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の集中巻きステータ。
【請求項６】
前記スペーサの表面がコイルの表面形状にほぼ沿うような形状とされていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の集中巻きステータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集中巻きステータに関するものである。特に、放熱性に優れて電気自動車やハイブリッド自動車の駆動モータに好適に利用できる集中巻きステータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータの構成部材として、磁性材料からなるコアに巻線を巻回してコイルを形成したステータが広く知られている。例えば、このコアは、ティースと、ティースにほぼ直交するヨークとからなるT字状部材である。ティースには、巻線が巻回される。そして、複数のコアを、ヨークが隣接し、ティースが内周側に向くように環状に配置することでステータを構成している。
【０００３】
ところで、モータの駆動時、巻線には電流が流されコイルが発熱する。近年、モータの高トルク化の要望に応えるため、コイルに流す電流は高電流化しており、それに伴ってコイルの発熱も大きくなっている。特に、ティースと同芯状に巻線を巻回した集中巻きタイプのモータの場合、コアに接触するコイルの内側はコアから放熱しやすいが、コイルの外側、とりわけ隣接するティースに設けられたコイル同士の対向部では放熱しにくく、温度が上昇しやすい。
【０００４】
このようなコイルの温度上昇対策として、特許文献1に記載の技術が知られている。この技術では、固定子鉄心（コア）のスロット部に高熱伝導性絶縁シートを配置し、このシートを介してスロット部に巻線を施しコイル部を形成している。そして、高熱伝導性絶縁シートとしては、ゴム状高熱伝導層を有するものが開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１２８４０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に係る技術では、次のような問題があった。
【０００７】
(1)コイルの放熱が十分行えるとはいえない。
特許文献1に係る発明では、コアのスロット部に高熱伝導性絶縁シートを設けているが、このシートがゴム状高熱伝導層を有するため、有機材料で構成されていると考えられ、熱伝導性の点でなお十分とはいえない。そのため、コイルに流す電流の高電流化に対応するには、より一層放熱性の高いステータ構造が求められている。
【０００８】
(2)高熱伝導性シートの配置が煩雑である。
特許文献1に係る発明では、コアの個々のスロット部に高熱伝導性絶縁シートを配置している。しかし、このシートは、ティースに巻回された巻線を覆うようにティース間に形成された各スロットに配置する必要があり、ステータを形成する際の作業が非常に煩雑になる。
【０００９】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的の一つは、より一層放熱性の高い集中巻きステータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明ステータは、磁性体からなる複数のティースと、各ティースに巻線を巻回して形成したコイルとを具備する集中巻きステータである。そして、隣接する前記コイルの間にスペーサが介在され、このスペーサは絶縁性の無機材料から構成されることを特徴とする。
【００１１】
各ティースに形成されたコイルの間に上記のスペーサを介在することで、このスペーサを介して効率的にコイルの熱を放熱させることができる。特に、隣接するコイルの対向部は温度上昇しやすいため、この対向部間にスペーサが介在されることで効果的な放熱を行なうことができる。また、隣接するコイルの間にスペーサを介在させるという簡易な作業でスペーサの配置が行え、ステータの組み立てを容易に行なうことができる。
【００１２】
この本発明ステータにおいて、スペーサは、モールドによりコイル間に固定されていることが好ましい。
【００１３】
スペーサをモールドによりコイル間に固定することで、スペーサのずれを防止することができる。それに伴い、スペーサを介してのコイルの放熱を確実に行わせることができる。
【００１４】
本発明ステータにおいてスペーサをモールドでコイル間に固定した場合、そのモールドは、当該ステータをモータとして使用した際のコイルの最高到達温度において軟化しない耐熱性を有する樹脂により行うことが好ましい。
【００１５】
ハイブリッド自動車などで用いられるモータでは、駆動時にコイルは発熱により高温に達する。例えば、コイルは150℃〜180℃程度に達することがある。そのため、モータ使用時のコイルの最高到達温度において軟化しないモールド樹脂を用いることで、スペーサをコイル間に確実に固定することができる。なお、ここでいう「軟化しない耐熱性」とは、モールド樹脂がコイルの最高到達温度に加熱された際、スペーサのずれが生じない程度の粘度を保持していることをいう。
【００１６】
また、本発明ステータにおいて、スペーサは、アルミナ(Al2O3)、窒化アルミニウム(AlN)、窒化ホウ素（BN）、窒化珪素(Si3N4)および炭化珪素（SiC）よりなる群から選択される少なくとも１種からなることが好ましい。
【００１７】
これらの材料はいずれも絶縁性の無機材料であり、かつ高熱伝導性の材料である。そのため、スペーサをこれらの高熱伝導材料で構成することにより、コイルの放熱を効果的に行なうことができる。
【００１８】
さらに、本発明ステータにおいて、スペーサの熱伝導率が10W/m・K以上であることが好ましい。
【００１９】
このような熱伝導率の材料でスペーサを構成することにより、効果的なコイルの放熱を行うことができる。より好ましい熱伝導率は20W/m・K以上、さらに好ましい熱伝導率は30W/m・K以上である。
【００２０】
その他、本発明ステータにおいて、スペーサの表面がコイルの表面形状にほぼ沿うような形状とすることが好ましい。
【００２１】
スペーサの表面がコイルの表面形状にほぼ沿うような形状とすることで、スペーサとコイルとの接触面積を増大させ、一層効率的な放熱を行なうことができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明ステータによれば、各ティースに形成したコイルの間に無機材料からなる絶縁性のスペーサを介在させることで、このスペーサを通じて効率的な放熱を行なうことができる。
【００２３】
また、本発明ステータでは、スペーサを各ティースに形成したコイルの間に差し込むという簡単な作業で配置できるため、ステータの組立作業を容易に行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２５】
（実施例１）
＜全体構成＞
図１に示すように、本発明ステータは、コア1とコイル2とを具備する。このうち、コア1は磁性材料から構成される断面がほぼT型の部材で、ヨーク11と、このヨーク11の内周側に一体化されたティース12とから構成される。ティース12には、その外周に巻線21を巻き付けることでコイル2が構成されている。そして、各ティース12に形成されたコイル2の間にスペーサ3が介在される。ここでは、ステータの一部しか示していないが、複数のコア1がティース12を内周側に向けて環状に並列され、その外周を締付リング4で保持してステータを形成している。
【００２６】
＜スペーサ＞
スペーサ3は、コイル2の間に配されて、このステータをモータとして利用した際に、通電により生じたコイル2の熱を放熱するために利用される。
【００２７】
スペーサ3の形状としては、代表的には図１に示すように平板状が挙げられる。平板状のスペーサ3であれば、加工が容易である。
【００２８】
スペーサ3の材質は、絶縁材料とすることで、各ティース12に形成されるコイル間の絶縁性を確実に確保する。通常、コイル2を形成する巻線21には絶縁被覆が形成されているが、この絶縁被覆の一部に剥離などの損傷があった場合でも、スペーサ3の存在により隣接するコイル2間の絶縁性が確保できる。また、スペーサ3は無機材料とする。無機材料は有機材料に比べて一般に熱伝導性に優れているため、放熱材料として好ましい。
【００２９】
さらに、スペーサ3はコイル2の放熱を行うため、熱伝導率の高い材料で形成することが好ましい。例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化珪素、炭化珪素などがスペーサ3の材料として利用できる。アルミナの熱伝導率は20〜30W/m・K程度、窒化アルミニウムの熱伝導率は100〜250W/m・K程度、窒化ホウ素の熱伝導率は50〜65W/m・K程度、窒化珪素の熱伝導率は40〜150W/m・K程度、炭化珪素の熱伝導率は50〜130W/m・K程度である。これに対し、ゴム系材料などの有機材料や絶縁紙の熱伝導率は1W/m・K未満である。
【００３０】
スペーサ3の寸法は、少なくとも隣接するティース12に形成されたコイル2の対向面を覆う大きさとすることが好ましい。このようなサイズのスペーサ3とすることで、発熱源となるコイル2とスペーサ3との接触を確保することができる。
【００３１】
スペーサ3の厚さは、隣接するティース12に形成されるコイル2の対向面間に挿入可能な寸法であればよい。但し、コイル2とスペーサ3との間にクリアランスができてしまうとコイル1からスペーサ3への熱伝導が阻害されるため、両者が接触するような厚さを選択することが好ましい。ステータのサイズにもよるが、スペーサ3の厚さの具体例としては、0.5〜1.0mm程度が挙げられる。
【００３２】
＜組み立て方法＞
本発明のステータは、上記のスペーサ3を隣接するティース12に形成されたコイル2間に配置する。より具体的にはティース12にコイル2を形成した複数のコアを環状に組み合わせてから、隣接するティース12に形成されたコイル2の間にスペーサ3を配置する方法と、上記のコアにおけるコイル2にスペーサ3を当接し、これを複数組み合わせて環状のステータを形成する方法が挙げられる。この組み立てを行う際、次述するモールド樹脂でスペーサ3をコイル2に仮止めしたり、適宜なジグでスペーサ3の位置を保持したりすることが好ましい。
【００３３】
＜モールド樹脂＞
このスペーサ3をコイル2の間に固定するには、例えば樹脂によりモールドすればよい。このモールド樹脂は、耐熱性を有するものが好ましい。モータの駆動時、コイルの温度は例えば150〜180℃程度に達する。そのため、このような最高到達温度において軟化しない樹脂でスペーサ3のモールドを行えば、コイル2の発熱に伴い樹脂が軟化してスペーサ3が適正な位置からずれたりすることを抑制できる。具体的には、シリコン系樹脂や、エポキシ系樹脂などが、このモールド用の樹脂に好適に利用できる。このモールド樹脂は、極力薄く塗布することで、コイル2からスペーサ3への熱伝導性を良好にすることができて好ましい。
【００３４】
＜その他の構成＞
コア1は、磁性材料から構成され、電磁鋼板を積層したものや、粉末の圧粉体から構成されるものが好適に利用される。また、コイル2を形成する巻線21は、金属線の表面に絶縁被覆を設けたものが利用される。この巻線21は、ティース12と同芯状に巻き付けられ、集中巻きタイプのコイルを構成している。
【００３５】
なお、図１では、ティース12の外表面が平面状に形成されているため、その上に巻線21を巻回すると外表面に段差を有するコイル2が形成されているが、ティースの外表面に段差を設け、そのティースの上に巻線を巻回することで、外表面に段差のないコイルを形成することができる。その場合、コイルとスペーサとの接触面積を増やすことができ、より一層効果的な放熱を行なうことができる。
【００３６】
また、ステータの構成として、コア1とコイル2との間にインシュレータ（図示せず）を介在させることがある。この場合でも、スペーサ3の寸法は、少なくとも隣接するティース12に形成されたコイル2の対向面を覆う大きさとすればよい。
【００３７】
＜作用効果＞
以上の実施例１のステータによれば、高熱伝導性のスペーサを隣接するコイル間に配することで、コイルの熱をスペーサを介して効率的に放散することができる。
【００３８】
（実施例２）
次に、実施例１とは形状の異なるスペーサ3を用いた本発明実施例を説明する。この実施例２では、スペーサ3の形状や寸法が実施例１と相違する点を除いて、他の構成は実施例１と同様である。
【００３９】
本例では、コイル2の外表面に適合した形状の側面を持つスペーサ3を用いた。コイル2の外表面には、巻線21が巻回されることにより段差が形成されたり、隣接する巻線との間に凹溝が形成されたりする。そのため、この外表面の形状に適合した形状のスペーサ3を用いれば、コイル2とスペーサ3との接触面積を増やし、放熱効率を高めることができる。
【００４０】
コイル外表面の凹凸に適合した形状のスペーサ3を得るには、例えば予めスペーサ3を切削加工などにより所定の形状に加工しておけばよい。また、平板状のスペーサに、高熱伝導性の絶縁無機材料粒子を混合した接着剤を塗布し、その接着剤をコイル2の外表面に押し付けて硬化させてもよい。
【００４１】
さらに、この実施例２ではスペーサ3の一端側がヨーク11に接触している。この接触によっても、スペーサ3を介した放熱をより効率的に行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、高い放熱性が要求されるモータのステータとして利用することができる。特に、ハイブリッド自動車や電気自動車のモータ用ステータとして好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】実施例１における本発明ステータを示す部分断面図である。
【図２】実施例２における本発明ステータを示す部分断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
1  コア  11  ヨーク  12  ティース
2  コイル  21  巻線
3  スペーサ
4  締付リング
【図１】
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【図２】
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