(57)【要約】【課題】セグメントコイル等のステータコイルをステータコアに巻装する際にステータコアに安定固定されると共に、コイルエンドの高さを抑制可能な部品カフサを提供する。【解決手段】  ステータコア１０と、ステータコア１０の軸方向端面１６，１７に取り付けられる円環状の部品カフサ２０とを備えるステータコアアセンブリ１００であって、ステータコア１０はスロット１９の周囲に沿ってＵ字状に延び、ステータコア１０の軸方向端面１６，１７から軸方向に凹んだ段部１８を備え、部品カフサ２０はカフサスロット２５の周囲に沿ってステータコア側の面にＵ字状に延び、ステータコア１０の軸方向端面１６，１７に取り付けられた際に、ステータコア１０の段部１８に嵌合する凸部を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円環状のヨークと、前記ヨークの内面から半径方向内側に向かって延びる複数のティースとを含むステータコアと、
前記ステータコアの軸方向端面に取り付けられ、前記ティースの軸方向端面を覆う半径方向部材と前記ヨークの軸方向端面の少なくともティース側部分を覆う周方向部材とを含む円環状の部品カフサと、を備えるステータコアアセンブリであって、
前記ステータコアは、周方向に隣接する前記ティースの各周方向面と前記ヨークの内面とによって構成されるスロットの周囲に沿ってＵ字状に延び、前記ステータコアの軸方向端面から軸方向に凹んだ段部を備え、
前記部品カフサは、周方向に隣接する前記半径方向部材の各周方向面と前記周方向部材の内面とによって構成されるカフサスロットの周囲に沿って前記ステータコア側の面にＵ字状に延び、前記ステータコアの軸方向端面に取り付けられた際に、前記ステータコアの前記段部に嵌合する凸部を備えること、
を特徴とするステータコアアセンブリ。
【請求項２】
請求項１に記載のステータコアアセンブリであって、
前記部品カフサの表面とカフサスロット面との角部は円筒面又は面取り形状で、前記部品カフサが前記ステータコアの軸方向端面に取り付けられた際に、前記角部の前記カフサスロット面側の円筒面又は面取り形状の開始点が前記ステータコアの軸方向端面よりも軸方向の中心側に入っていること、
を特徴とするステータコアアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステータコアアセンブリの構造に関する。より詳しくは、セグメントコイル等のステータコイルが巻装された回転電機のステータに用いられるステータコアアセンブリの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータやモータジェネレータ等の回転電機のステータの巻き線にセグメントコイルを用いたものが多く用いられている。セグメントコイルは、例えば、略Ｕ字型に曲げ成形した平角導線（導体セグメント）の各直線部分をステータコアのスロットの一方からそれぞれ差し込み、他方の面から突出した各直線部分を曲げ加工し、半径方向に隣接する導体セグメントの曲げ加工部分の先端同士を順次溶接してティースの周囲に巻回されたコイルを形成するものである（例えば、特許文献１参照）。導体セグメントを曲げ加工する場合には、曲げ半径、ステータコア端面からの離間距離を規定するため、ステータコアの端面にコイル曲げを規制する部品カフサを取り付けてから、導体セグメントの挿入、曲げ加工を行う方法が多く用いられている（例えば、特許文献２参照）。部品カフサは、ティース端面を覆う半径方向部材とヨーク端面を覆う周方向部材とを含む円環状部材であり、ステータコアのスロットに対応するカフサスロットが形成されているものである。セグメントコイルを形成する際には、カフサスロット、ステータコアのスロットに導体セグメントを差し込んだ後、部品カフサの表面に沿ってコイルの曲げを規制しながら導体セグメントの曲げ加工を行う。
【０００３】
特許文献２に記載されている部品カフサは、ステータコアの端面に載せるだけのものであるので（例えば、特許文献２の図１３参照）導体セグメントの曲げ加工の際にステータコアとの位置関係がずれてしまう場合がある。ステータコアに対する部品カフサの位置がずれてしまうと、セグメントコイルを構成する導体間の絶縁を保証することができない場合がある。また、特許文献２に記載された円環状の部品カフサを使った場合、導体セグメントの曲げ開始位置は、部品カフサの外側となるので、部品カフサの厚さ分だけコイルエンドの高さが高くなり、モータの体格が大きくなるとともに銅損が大きくなってしまうという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１２４６３７号公報
【特許文献２】特開２０１４−１３５８６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
セグメントコイル等のステータコイルをステータコアに巻装する際にステータコアに安定固定されると共に、コイルエンドの高さを抑制可能な部品カフサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
円環状のヨークと、前記ヨークの内面から半径方向内側に向かって延びる複数のティースとを含むステータコアと、前記ステータコアの軸方向端面に取り付けられ、前記ティースの軸方向端面を覆う半径方向部材と前記ヨークの軸方向端面の少なくともティース側部分を覆う周方向部材とを含む円環状の部品カフサと、を備えるステータコアアセンブリであって、前記ステータコアは、周方向に隣接する前記ティースの各周方向面と前記ヨークの内面とによって構成されるスロットの周囲に沿ってＵ字状に延び、前記ステータコアの軸方向端面から軸方向に凹んだ段部を備え、前記部品カフサは、周方向に隣接する前記半径方向部材の各周方向面と前記周方向部材の内面とによって構成されるカフサスロットの周囲に沿って前記ステータコア側の面にＵ字状に延び、前記ステータコアの軸方向端面に取り付けられた際に、前記ステータコアの前記段部に嵌合する凸部を備えること、を特徴とする。
【０００７】
ステータコアアセンブリであって、前記部品カフサの表面とカフサスロット面との角部は円筒面又は面取り形状で、前記部品カフサが前記ステータコアの軸方向端面に取り付けられた際に、前記角部の前記カフサスロット面側の円筒面又は面取り形状の開始点が前記ステータコアの軸方向端面よりも軸方向の中心側に入っていること、としても好適である。
【発明の効果】
【０００８】
セグメントコイル等のステータコイルをステータコアに巻装する際にステータコアに安定固定されると共に、コイルエンドの高さを抑制可能な部品カフサを提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態のステータコアアセンブリを用いた回転電機のステータを示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態のステータコアアセンブリを示す斜視図である。
【図３】本発明の実施形態のステータコアアセンブリのステータコアの平面図と断面図である。
【図４】本発明の実施形態のステータコアアセンブリの部品カフサの平面図と断面図である。
【図５】本発明の実施形態のステータコアアセンブリにセグメントコイルを巻装した状態を示す周方向断面展開図である。
【図６】本発明の実施形態のステータコアアセンブリにセグメントコイルを巻装した状態を示す半径方向断面図である。
【図７】本発明の他の実施形態のステータコアアセンブリにセグメントコイルを巻装した状態を示す周方向断面展開図である。
【図８】本発明の他の実施形態のステータコアアセンブリにセグメントコイルを巻装した状態を示す半径方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら本実施形態のステータコアアセンブリ１００について説明する。最初に、本実施形態のステータコアアセンブリ１００を用いたステータ２００の構成について説明する。図１に示すように、ステータ２００は、薄い電磁鋼板を積層したステータコア１０の軸方向端面に部品カフサ２０が取り付けられたステータコアアセンブリ１００にセグメントコイル３０が巻装されたものである。セグメントコイル３０は、図５に示すように、平角導線をＵ字形に成形した導体セグメント３１をスロット１９、カフサスロット２５に差し込んで、部品カフサ２０の上側に突出した導体セグメント３１の直線部分３２ａ，３２ｂを部品カフサ２０の表面に沿って周方向に曲げ加工し、その各先端３５ａ，３５ｂを溶接して接続したものである。導体セグメント３１の曲げ加工部分と溶接接続部は、セグメントコイル３０のコイルエンド３８を構成する。
【００１１】
図２に示すように、ステータコアアセンブリ１００は、円環状のヨーク１１とヨーク１１の内面１４から半径方向内側に向かって延びる複数のティース１２ａ，１２ｂと備えるステータコア１０と、ティース１２ａ，１２ｂの軸方向端面１７を覆う半径方向部材２１とヨーク１１の軸方向端面１６の少なくともティース側部分を覆う周方向部材２２と、各半径方向部材２１の内径側端を接続する内周部材２９を含む円環状の部品であり、ステータコア１０の各軸方向端面１６，１７に取り付けられる部品カフサ２０とから構成される。なお、ヨーク１１の軸方向端面１６とティース１２ａ，１２ｂの軸方向端面１７とは同一面であるので、両者を一体として記載する場合には、ステータコア１０の軸方向端面１６，１７という。ステータコア１０の周方向に隣接するティース１２ａ，１２ｂの各周方向面１３ａ，１３ｂとヨーク１１の内面１４とはスロット１９を構成する。また、部品カフサ２０の周方向に隣接する半径方向部材２１の各周方向面２３ａ，２３ｂと周方向部材２２の内径側面２３ｃと内周部材２９の外径側面２９ａとはステータコア１０のスロット１９に対応する穴であるカフサスロット２５を構成する。先に説明したように、スロット１９とカフサスロット２５には導体セグメント３１が差し込まれる。
【００１２】
図３（ａ）〜図３（ｃ）に示すように、ステータコア１０のティース１２ａ，１２ｂの各周方向面１３ａ，１３ｂのティース１２ａ，１２ｂの軸方向端部には、ティース１２ａ，１２ｂの軸方向端面１７から軸方向に所定高さだけ低くなったティース段部１８ａ，１８ｂが形成されている。また、ヨーク１１の内面１４の軸方向端部には、ヨーク１１の軸方向端面１６から所定の高さだけ低くなったヨーク段部１８ｃが形成されている。図３に示すように、互いに対向するティース段部１８ａ，１８ｂとヨーク段部１８ｃとは、スロット１９の周囲に沿ってＵ字状に伸びてステータコア１０の軸方向端面１６，１７から所定の高さだけ軸方向に凹んだ段部１８を構成する。Ｕ字状に伸びた段部１８の周方向の幅、つまり、ティース段部１８ａの側面と対向するティース段部１８ｂの側面とのスロット１９を挟んだ周方向距離はＷ１である。また、ティース段部１８ａ，１８ｂから見ると、ティース１２ａ，１２ｂの軸方向端面１７は軸方向端面１７に向って凸型の形状となっているともいえる。図３（ｂ）に示すように、ティース１２ａの両側面に形成された各ティース段部１８ａの周方向幅はＷ２となっている。また、図３（ｃ）に示すように、ヨーク段部１８ｃの内半径はＲ１である。
【００１３】
図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すように、部品カフサ２０の半径方向部材２１のステータコア１０側の底面２１ｂは、図４（ｂ）に示すように、中央が溝形に凹み、各周方向の両周方向端部には凹んだ中央の底面２１ｂから下側に突出する凸部２６ａ，２６ｂが形成されている。凹部の幅はＷ４である。また、周方向部材２２の内径側端部には、周方向部材２２の底面２２ｂから下側に突出する凸部２６ｃが形成されている。凸部２６ｃの外半径はＲ２である。カフサスロット２５を挟んで隣接する半径方向部材２１の対向する周方向面２３ａ，２３ｂ近傍に形成された各凸部２６ａ，２６ｂと、周方向部材２２に形成される凸部２６ｃの各突出高さは同一であり、各凸部２６ａ，２６ｂ，２６ｃは、一体としてカフサスロット２５の周囲に沿ってＵ字状に延びる凸部２６を形成する。このＵ字状に伸びる凸部２６のカフサスロット２５を挟んだ周方向の外面間の距離はＷ３となっている。
【００１４】
図４（ｂ）に示すように、部品カフサ２０の半径方向部材２１の表面２１ａと周方向面２３ａ，２３ｂとは円筒面２７で接続されている。各周方向面２３ａ，２３ｂにおける円筒面２７の開始点Ｐは、中央に形成される凹部の底面２１ｂよりもｈ１だけ下側、つまり、ステータコア１０の側となっている。また、図４（ｃ）に示すように、部品カフサ２０の周方向部材２２の表面２２ａと内径側面２３ｃとの間も円筒面２８で接続されている。内径側面２３ｃにおける円筒面２８の開始点Ｑは、周方向部材２２の底面２２ｂよりもｈ２だけ下側、つまり、ステータコア１０の側となっている。
【００１５】
図２、図３（ａ）〜図３（ｃ）、および図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すように、部品カフサ２０をステータコア１０の軸方向端面１６，１７の上に取り付けると、部品カフサ２０の各凸部２６ａ〜２６ｃは、ステータコア１０の各段部１８ａ〜１８ｃにそれぞれ組み合わされる。部品カフサ２０のＵ字状の凸部２６のカフサスロット２５を挟んだ周方向の外面間の距離Ｗ３は、Ｕ字状に伸びた段部１８のスロット１９を挟んだ周方向の幅Ｗ１よりも大きいので、部品カフサ２０の半径方向部材２１はステータコア１０の隣接するティース１２ａ，１２ｂの間に嵌まり込む。別の表現をすると、図４に示す部品カフサ２０の底面２１ｂの中央に形成された凹部の幅Ｗ４は、図３に示すティース段部１８ａ，１８ｂから突出したティース１２ａ，１２ｂの軸方向端面１７の幅Ｗ２よりも小さいので、ティース１２ａ，１２ｂの軸方向端面１７は、半径方向部材２１の両側面端に形成された各凸部２６ａ，２６ｂの間の凹部に嵌まり込んで嵌合する。また、凸部２６ｃの外径Ｒ２は段部１８ｃの内径Ｒ１よりも大きいので、部品カフサ２０の周方向部材２２は、ステータコア１０のヨーク１１に嵌まりこむ。このように、部品カフサ２０をステータコア１０に取り付けると、部品カフサ２０とステータコア１０とは、周方向、半径方向共に互いに嵌合するので、部品カフサ２０はステータコア１０に安定固定される。また、部品カフサ２０の半径方向部材２１の底面２１ｂはティース１２ａ，１２ｂの軸方向端面１７に接し、部品カフサ２０の周方向部材２２の底面２２ｂはヨーク１１の軸方向端面１６に接する。したがって、部品カフサ２０がステータコア１０に取り付けられると、半径方向部材２１の各周方向面２３ａ，２３ｂにおける円筒面２７の開始点Ｐは、ティース１２ａ，１２ｂの軸方向端面１７よりもｈ１だけ下側（軸方向中心側）となる。また、同様に、周方向部材２２の内径側面２３ｃにおける円筒面２８の開始点Ｑは、ヨーク１１の軸方向端面１６よりもｈ２だけ下側（軸方向中心側）となる。
【００１６】
次に、図５を参照しながらステータコアアセンブリ１００に導体セグメント３１を挿入してステータ２００を組み立てる工程について説明する。導体セグメント３１は、平角導線を略Ｕ字形に成形したもので、解放端は２つの直線部分３２ａ，３２ｂとなっている。図５に示すように、各直線部分３２ａ，３２ｂをスロット１９、カフサスロット２５に差し込むと、導体セグメント３１の各直線部分３２ａ，３２ｂの先端部分は、部品カフサ２０のカフサスロット２５を通り抜けて部品カフサ２０の表面２０ａから上に突出する。部品カフサ２０の上に突出した直線部分３１ａ，３２ｂは、図５の矢印に示すように周方向に曲げ加工される。曲げ加工の際に図５に示す直線部分３２ａ，３２ｂは、部品カフサ２０の半径方向部材２１によって曲げ起点、曲げ半径が規定される。先に説明したように、部品カフサ２０はステータコア１０に周方向、半径方向共に互いに嵌合して安定固定されているので、曲げ加工の際に直線部分３２ａ，３２ｂが当たってもその位置がずれることがなく、セグメントコイルを構成する導体間の絶縁を良好に確保することができる。
【００１７】
また、先に説明したように、部品カフサ２０がステータコア１０に取りつけられると、円筒面２７の開始点Ｐは、ティース１２ａ，１２ｂの軸方向端面１７よりもｈ１だけ下側（軸方向中心側）となる。半径方向部材２１に沿って各直線部分３２ａ，３２ｂを曲げ加工すると、各直線部分３２ａ，３２ｂの曲げの開始点は部品カフサ２０の円筒面２７の開始点Ｐとなる。Ｐはティース１２ａ，１２ｂの軸方向端面１７よりも高さｈ１だけ軸方向中心に入っているので、各直線部分３２ａ，３２ｂはステータコア１０の軸方向端面１６，１７よりも軸方向中心に曲がりの始点がくるようになる。このため、ステータコア１０の軸方向端面１６，１７から突出するコイルエンド３８の高さを低くすることができる。これにより、モータの体格を小さくして銅損を低減することができる。
【００１８】
図６に示すように、本実施形態のステータコアアセンブリ１００の部品カフサ２０は、半径方向部材２１の各周方向面２３ａ，２３ｂと同様、周方向部材２２の内径側面２３ｃにも円筒面２８が形成され、円筒面２８の開始点Ｑはヨーク１１の軸方向端面１６よりも高さｈ２だけ軸方向中心に入っている。このため、分布巻のように、導体セグメント３３の直線部分３３ａを半径方向に曲げ加工する際にも、ステータコア１０の軸方向端面１６，１７よりも軸方向中心に曲がりの始点がくるようになり、コイルエンド３８の高さを低くして銅損を低減することができる。
【００１９】
また、本実施形態のステータコアアセンブリ１００の部品カフサ２０は、半径方向部材２１，周方向部材２２と導体セグメント３１，３３の曲げ加工部分（直線部分３２ａ，３２ｂ，３３ａ）とが接する部分にそれぞれ円筒面２７，２８が形成されているので、直線部分３２ａ，３２ｂ，３３ａと部品カフサ２０との間に絶縁紙を挟み込むような場合でも、曲げ加工の際に絶縁紙を損傷しないようにすることができる。
【００２０】
次に図７、図８を参照しながら他の実施形態のステータコアアセンブリ１００について説明する。図１〜図６を参照して説明したのと同様の部分には同様の符号を付して説明は省略する。先に説明した実施形態では、部品カフサ２０の半径方向部材２１，周方向部材２２と導体セグメント３１，３３の曲げ加工部分（直線部分３２ａ，３２ｂ，３３ａ）とが接する部分にそれぞれ円筒面２７，２８が形成されていることとして説明したが、円筒面２７，２８に代えて図７、図８に示すように、面取り面４１，４２としてもよい。この際、部品カフサ２０がステータコア１０に取り付けられると、半径方向部材２１の各周方向面２３ａ，２３ｂにおける面取り面４１開始点Ｐ´は、ティース１２ａ，１２ｂの軸方向端面１７よりもｈ１だけ下側（軸方向中心側）で、周方向部材２２の内径側面２３ｃにおける面取り面４２の開始点Ｑ´は、ヨーク１１の軸方向端面１６よりもｈ２だけ下側（軸方向中心側）となる。そして、先に説明した実施形態と同様、各直線部分３２ａ，３２ｂ，３３ａはステータコア１０の軸方向端面１６，１７よりも軸方向中心に曲がりの始点がくるようになるので、ステータコア１０の軸方向端面１６，１７から突出するコイルエンド３８の高さを低くすることができる。これにより、モータの体格を小さくして銅損を低減することができる。また、先に説明した実施形態と同様、半径方向部材２１，周方向部材２２と導体セグメント３１，３３の曲げ加工部分（直線部分３２ａ，３２ｂ，３３ａ）とが接する部分にそれぞれ面取り面４１，４２が形成されているので、直線部分３２ａ，３２ｂ，３３ａと部品カフサ２０との間に絶縁紙を挟み込むような場合でも、曲げ加工の際に絶縁紙を損傷しないようにすることができる。
【００２１】
以上説明した実施形態では、ステータコアアセンブリ１００にはセグメントコイル３０が巻装されることとして説明したが、ステータコアアセンブリ１００に巻装されるコイルはこれら限らず、例えば、円形断面の導体を巻回して構成したものであってもよい。
【符号の説明】
【００２２】
１０  ステータコア、１１  ヨーク、１２ａ，１２ｂ  ティース、１３ａ，１３ｂ  周方向面、１４  内面、１６，１７  軸方向端面、１８ａ，１８ｂ  ティース段部、１８ｃ  ヨーク段部、１９  スロット、２０  部品カフサ、２０ａ，２１ａ，２２ａ  表面、２１  半径方向部材、２１ｂ，２２ｂ  底面、２２  周方向部材、２３ａ，２３ｂ  周方向面、２３ｃ  内径側面、２５  カフサスロット、２６，２６ａ〜２６ｃ  凸部、２７，２８  円筒面、２９  内周部材、２９ａ  外径側面、３０  セグメントコイル、３１，３３  導体セグメント、３２ａ，３２ｂ，３３ａ  直線部分、３５ａ，３５ｂ  先端、３８  コイルエンド、４１，４２  面取り面、１００  ステータコアアセンブリ、２００  ステータ。
【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６】
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【図７】
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【図８】
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