(57)【要約】【課題】内径リングを安定的に固定できるステータを提供する。【解決手段】内径リング４０は、ティース２２の軸方向端面に対向するとともにコイル１４よりも径方向内側に配置されている。絶縁部材３０は、ティース２２の軸方向端面から軸方向に突き出してコイル１４を径方向外側から支持する外径側壁部３２と、外径側壁部３２よりも径方向内側に設けられる内径側壁部３３とを有している。コイル１４は、外径側壁部３２と内径側壁部３３との間に配置されている。内径リング４０は、内径側壁部３３とコイル１４との間に挟み込まれて固定されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向に沿って延びる円環状のヨークと、周方向に間隔をあけて配置され、各々が前記ヨークから径方向内側へ突き出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たコイルと、
前記ティースと前記コイルとの間に配置され、前記コイルを前記ステータコアから絶縁する絶縁部材と、
リング形状を有し、前記ティースの軸方向端面に対向するとともに前記コイルよりも径方向内側に配置された、内径リングとを備え、
前記絶縁部材は、前記ティースの軸方向端面から軸方向に突き出して前記コイルを径方向外側から支持する外径側壁部と、前記外径側壁部よりも径方向内側に設けられる内径側壁部とを有し、
前記コイルは前記外径側壁部と前記内径側壁部との間に配置され、
前記内径リングは、前記内径側壁部と前記コイルとの間に挟み込まれて固定される、ステータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステータに関し、特に、回転電機のステータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数のステータティースを有する環状のステータコアとステータティースに巻回されたコイルとの間に配置され、コイルをステータから絶縁する絶縁部材が提案されている。絶縁部材は、径方向内側の先端部に、周方向へ張り出す張出部を有しており、この張出部がコイルを保持するコイル保持部として機能している（たとえば、特開２０１１−２５４６８９号公報（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】
ステータのティースに巻回されたコイルが径方向内側へ抜け出ないように、ティースの先端部に絶縁性のリング状部材を配置することが検討されている。リング状部材を用いてコイルを保持する場合、リング状部材を安定して固定することが求められている。
【０００５】
本発明の目的は、コイルよりも内周側に配置される内径リングを安定的に固定できる、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】
本発明に係るステータは、ステータコアと、コイルと、絶縁部材と、内径リングとを備えている。ステータコアは、周方向に沿って延びる円環状のヨークと、周方向に間隔をあけて配置され、各々がヨークから径方向内側へ突き出る複数のティースとを含んでいる。コイルは、ティースに巻回されている。絶縁部材は、ティースとコイルとの間に配置されており、コイルをステータコアから絶縁している。内径リングは、リング形状を有しており、ティースの軸方向端面に対向するとともにコイルよりも径方向内側に配置されている。絶縁部材は、ティースの軸方向端面から軸方向に突き出してコイルを径方向外側から支持する外径側壁部と、外径側壁部よりも径方向内側に設けられる内径側壁部とを有している。コイルは、外径側壁部と内径側壁部との間に配置されている。内径リングは、内径側壁部とコイルとの間に挟み込まれて固定されている。
【０００７】
このように構成されたステータによれば、コイルから内径リングに作用する径方向内側へ向く力によって、内径リングが絶縁部材の内径側壁部に押し付けられる。これにより内径リングを、絶縁部材の内径側壁部とコイルとの間に挟み込んで、安定して固定することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のステータによると、内径リングを安定的に固定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に係るステータの概略構成を示す模式図である。
【図２】図１中に示すＩＩ−ＩＩ線に沿うステータの部分断面図である。
【図３】実施の形態１のステータの製造方法の第１の工程を示す模式図である。
【図４】コイル拡張治具をステータに組み付けた状態を示す模式図である。
【図５】コイル拡張治具を拡張させた状態を示す模式図である。
【図６】コイル拡張治具をステータに組み付けた状態を別角度から見た模式図である。
【図７】実施の形態１のステータの製造方法の第２の工程を示す模式図である。
【図８】実施の形態１のステータの製造方法の第３の工程を示す模式図である。
【図９】実施の形態２に係るステータの概略構成を示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。以下で述べる形状、寸法、ティースの数、磁極の数、巻数、材質などは、説明のための例示であって、ステータの使用に合わせて適宜変更が可能である。
【００１１】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係るステータ１０の概略構成を示す模式図である。図１には、ステータ１０を軸方向から見た構成例を示している。ステータ１０は、車両に搭載される回転電機に用いられる。ステータ１０を備える回転電機は、車両搭載以外の用途であっても構わない。
【００１２】
ステータ１０が用いられる回転電機は、駆動回路の制御によって、車両が力行するときは電動機として機能し、車両が制動時にあるときは発電機として機能する、モータ・ジェネレータで、三相同期型回転電機である。回転電機は、図１に示される固定子であるステータ１０と、ステータ１０の内周側に所定の隙間を隔てて配置される円環状の回転子であるロータとを含んで構成されている。なお図１および他の図面では、ロータの図示を省略している。
【００１３】
図１に示すように、ステータ１０は、ステータコア１２と、ステータコア１２に装着されるコイル１４と、コイル１４をステータコア１２から絶縁する絶縁部材３０と、内径リング４０とを含んで構成されている。
【００１４】
ステータコア１２は、円環状の磁性体部品である。ステータコア１２は、周方向に沿って延びる円環状のヨーク２０と、各々がヨーク２０から径方向内側へ突き出る複数のティース２２とを含んでいる。複数のティース２２は、周方向に等しい間隔をあけて配置されている。ティース２２は、コイル１４が装着されて磁極となる突出部である。周方向に隣り合う２つのティース２２の間に、スロット２４が形成されている。複数のスロット２４は、周方向に等しい間隔をあけて配置されている。
【００１５】
なお、本明細書中において、周方向とは、ステータコア１２が成す円環形状の周方向をいい、径方向とは、ステータコア１２が成す円環形状の径方向をいう。図１中に示す中心線Ｏは、ステータコア１２が成す円環形状の中心である。周方向および径方向に直交する方向であって、図１中の紙面垂直方向を、軸方向という。各々のティース２２およびスロット２４は、軸方向に沿って延びている。
【００１６】
ステータコア１２は、所定の形状に成形された略円環状の磁性体薄板を複数積層することにより、形成される。磁性体薄板の両面には、電気的絶縁処理が施される。磁性体薄板の材質としては、電磁鋼板を用いることができる。磁性体薄板の積層体に替えて、磁性粉末を所定の形状に一体化成形することにより、ステータコア１２を形成してもよい。
【００１７】
コイル１４は、絶縁皮膜付きの導線を用い、所定の巻回方式で、スロット２４に導線を通してティース２２に所定の巻数で巻回した、巻線コイルである。コイル１４の巻回は、ティース２２の径方向内側の先端部の手前までの範囲で、行なわれる。コイル１４は、断面形状が略矩形状の平角線であってもよく、平角線以外の円形断面の丸線または楕円断面の巻線などでも構わない。コイル１４の巻回方式は、集中巻でもよく、分布巻でもよい。コイル１４は、多層巻でもよく、単相巻でもよい。
【００１８】
コイル１４の絶縁皮膜付き導線の素線としては、銅線、銅錫合金線、銀メッキ銅錫合金線などを用いることができる。絶縁皮膜としては、ポリアミドイミドのエナメル皮膜が用いられる。絶縁皮膜として、ポリエステルイミド、ポリイミド、ポリエステル、ホルマールなどを用いてもよい。
【００１９】
絶縁部材３０は、コイル１４とステータコア１２との間の電気絶縁性能を向上するために、ティース２２とコイル１４との間に配置されている。絶縁部材３０は、ティース２２の周囲を取り囲む筒状の形状を有している。コイル１４は、スロット２４を通って、各ティース２２に絶縁部材３０を介して巻装されている。絶縁部材３０は、樹脂成型品である。絶縁部材３０は、ポリフェニレンサルファイド、液晶ポリマーなどの、非磁性かつ電気的絶縁性を有する任意の樹脂材料を使用して、射出成形に代表される任意の成形加工によって形成されている。
【００２０】
内径リング４０は、コイル１４を径方向内側から支持するために用いられる部材である。内径リング４０は、複数のティース２２のそれぞれにおいて、ティース２２の軸方向端面に対向して配置されている。内径リング４０は、コイル１４よりも径方向内側に配置されている。
【００２１】
内径リング４０は、所定の形状として、同心の内径と外径とを有するリング形状に形成されている。内径リング４０の内周面は、回転電機のロータの回転を妨げず、所定の回転電気特性を発揮できるように、ティース２２の先端部よりも大きい径を有している。内径リング４０の外周面は、コイル１４に接触しており、コイル１４の内周面と同じ径を有している。径方向において、内径リング４０は、コイル１４とティース２２の先端部との間に配置されている。同心の内径と外径とを有する円環状に替えて、ティース２２の数に対応する多角形環状形状に内径リング４０を形成してもよい。
【００２２】
内径リング４０は、絶縁材料を用いて所定の形状に成形することにより、形成される。絶縁材料としては、セラミックスを用いてもよいが、成形性および強度などの観点から、樹脂材料が好適である。樹脂材料としては、電気絶縁性を有するとともに、適切な強度と耐熱性とを有する材料が用いられる。たとえば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、芳香族ナイロン樹脂コンパウンドなどが用いられる。樹脂材料に、適当なフィラーを含ませてもよい。
【００２３】
図２は、図１中に示すＩＩ−ＩＩ線に沿うステータ１０の部分断面図である。図２中の左右方向が径方向であり、図２中の上下方向が軸方向である。図２には、ステータコア１２の軸方向端面近傍の一部分と、ティース２２の軸方向端面に対向する絶縁部材３０の一部と、ティース２２に巻回されたコイル１４の一部と、内径リング４０の一部断面とが図示されている。
【００２４】
図２に示すように、絶縁部材３０は、ティース２２の軸方向端面に対向する端面対向部３１を有している。端面対向部３１は、径方向（図２中の左右方向）に延びている。端面対向部３１は、ステータコア１２の軸方向端面に沿って延びる板状の形状を有している。端面対向部３１は、ティース２２とコイル１４との間に介在している。
【００２５】
絶縁部材３０はまた、ティース２２の軸方向端面から軸方向に突き出る外径側壁部３２を有している。外径側壁部３２は、端面対向部３１の径方向外側（図２中の左側）の端部に接合されている。外径側壁部３２は、ティース２２がヨーク２０から突き出る根元部分に設けられている。外径側壁部３２は、端面対向部３１に対して、軸方向（図２中の上下方向）においてステータコア１２から離れる側（図２中の上側）に延びている。外径側壁部３２は、コイル１４を径方向外側から支持している。外径側壁部３２の、径方向内側に向く面に、コイル１４が接触している。外径側壁部３２は、ヨーク２０とコイル１４との間に介在している。
【００２６】
絶縁部材３０はまた、内径側壁部３３を有している。内径側壁部３３は、端面対向部３１の径方向内側（図２中の右側）の端部に設けられている。内径側壁部３３は、ティース２２の先端部近傍に設けられている。ティース２２の先端部、またはステータコア１２の径方向内側の端部は、内径側壁部３３よりも径方向内側に位置している。内径側壁部３３は、外径側壁部３２よりも径方向内側に設けられている。内径側壁部３３は、径方向において外径側壁部３２との間に間隔をあけて配置されている。径方向において、外径側壁部３２と内径側壁部３３との間に、コイル１４が配置されている。
【００２７】
内径リング４０は、コイル支持部４１と、固定部４２とを有している。コイル支持部４１は、矩形状の断面形状を有している。コイル支持部４１の、径方向外側に向く面に、支持面４３が形成されている。支持面４３は、コイル１４と接触している。支持面４３において、コイル１４は、径方向内側から支持されている。
【００２８】
固定部４２は、軸方向において、コイル支持部４１からステータコア１２に近づく側に突き出ている。固定部４２は、径方向における寸法がコイル支持部４１よりも小さいリング状の形状を有している。固定部４２は、コイル支持部４１よりも厚みの小さい円環形状を有している。固定部４２の径方向内側に向く面は、内径側壁部３３に接触している。内径側壁部３３と固定部４２とは、適当な接着剤を用いて、接着固定されている。
【００２９】
図３は、実施の形態１のステータ１０の製造方法の第１の工程を示す模式図である。図３に示すように、ステータ１０の製造方法の第１の工程では、まず、ステータコア１２のティース２２に、絶縁部材３０を取り付ける。筒状の絶縁部材３０を径方向内側から外側へティース２２に向けて移動して、ティース２２を絶縁部材３０に差し込むことにより、絶縁部材３０がティース２２に組み付けられる。
【００３０】
その状態で、ティース２２にコイル１４を取り付ける。絶縁部材３０の周囲にコイル１４を巻装して、コイル１４とティース２２との間に絶縁部材３０が介在するようにコイル１４を配置する。全てのティース２２の周囲にコイル１４が巻回された状態で、図３中の矢印に示すように、コイル１４を径方向外側へ向けて圧縮する。
【００３１】
このコイル１４の圧縮は、コイル拡張治具５０を用いて行われる。図４は、コイル拡張治具５０をステータ１０に組み付けた状態を示す模式図である。全てのティース２２の周囲にコイル１４が巻回された状態で、図４に示すように、ステータコア１２の径方向内側に、コイル拡張治具５０が配置される。
【００３２】
コイル拡張治具５０は、図４に示すように、軸対称な形状を有している。コイル拡張治具５０は、基部５１と、基部５１から径方向外側へ突出する複数の拡張部５２とを有している。拡張部５２は、ティース２２と同数設けられている。拡張部５２は、基部５１から、隣り合うティース２２間のスロット２４に向けて突出している。各々の拡張部５２は、径方向外側に向く一対の押圧面５３を有している。一対の押圧面５３の一方は、隣り合うティース２２の一方に巻回されたコイル１４に対向して配置されている。一対の押圧面５３の他方は、隣り合うティース２２の他方に巻回されたコイル１４に対向して配置されている。
【００３３】
図５は、コイル拡張治具５０を拡張させた状態を示す模式図である。図４と比較して、図５中に示すコイル拡張治具５０は、図５中の矢印に示すように、各々の拡張部５２が基部５１から離れる方向に移動している。各々の拡張部５２は、径方向外側へ移動している。各々の拡張部５２は、ステータコア１２のヨーク２０に近づく方向へ移動している。
【００３４】
このとき押圧面５３は、コイル１４に接触して、コイル１４を径方向外側へ押圧する。絶縁部材３０の外径側壁部３２へ向けてコイル１４が径方向内側から押圧されることにより、コイル１４は、図３中の矢印に示すように、径方向外側へ向けて圧縮される。図４と図５とを比較して、図５ではコイル１４が径方向において圧縮されているために、ティース２２の先端部がより大きく露出している。図３に示すように、コイル１４が径方向外側へ圧縮された状態で、径方向において、コイル１４の径方向内側へ向く面と絶縁部材３０の内径側壁部３３との間に、空隙が形成されている。
【００３５】
図６は、コイル拡張治具５０をステータ１０に組み付けた状態を別角度から見た模式図である。図６には、ステータコア１２（ティース２２）と、ティース２２に巻回されたコイル１４と、絶縁部材３０（内径側壁部３３）と、コイル拡張治具５０（拡張部５２）とを、径方向内側から見た図が示されている。図６中の左右方向が周方向であり、図６中の上下方向が軸方向である。
【００３６】
図６に示すように、コイル拡張治具５０は、軸方向において、ステータコア１２（ティース２２）の設置範囲内に配置されている。図６中に示す二点鎖線は、内径リング４０の着座位置を示している。コイル拡張治具５０は、内径リング４０の着座位置とは干渉しない位置に、配置されている。そのため、内径リング４０の組み付け作業に際してコイル拡張治具５０が妨げとなることはない。
【００３７】
図７は、実施の形態１のステータ１０の製造方法の第２の工程を示す模式図である。図７中の矢印に示すように内径リング４０を軸方向に移動して、コイル１４と内径側壁部３３との間に形成された空隙に内径リング４０を挿入する。これにより、内径リング４０の固定部４２が絶縁部材３０の内径側壁部３３に対して径方向外側へ配置されるとともに、コイル支持部４１の支持面４３がコイル１４と隙間をあけて対向する、図７に示す内径リング４０の配置が実現される。
【００３８】
図８は、実施の形態１のステータ１０の製造方法の第３の工程を示す模式図である。図７に示す状態から、コイル拡張治具５０の拡張部５２（図４，５）を再び基部５１に近づく方向に移動することにより、コイル拡張治具５０によるコイル１４の径方向の圧縮を解除する。コイル１４は、図８中の矢印に示すように、スプリングバックで径方向内側へ拡張する。
【００３９】
このとき、コイル１４は、内径リング４０の支持面４３に接触して、内径リング４０に対して径方向内側に向く方向の力を作用させる。この力の作用によって、内径リング４０は、絶縁部材３０の内径側壁部３３に押し付けられる。コイル１４から受ける内径方向に働く力の作用により、内径リング４０は、内径側壁部３３に隙間なく接触する。
【００４０】
以上説明した実施の形態１のステータ１０によれば、コイル１４から内径リング４０に作用する径方向内側へ向く力により、内径リング４０が絶縁部材３０の内径側壁部３３に押し付けられる。絶縁部材３０に許容される製造時の公差のために絶縁部材３０の寸法にばらつきが存在していても、絶縁部材３０の内径側壁部３３に内径リング４０が確実に接触する。内径リング４０は、径方向において、内径側壁部３３とコイル１４との間に挟み込まれる。これにより内径リング４０を、内径側壁部３３とコイル１４との間に、安定して固定することができる。
【００４１】
内径リング４０の固定の信頼性が向上することにより、ステータ１０の円環剛性を確実に向上することができる。コイル１４、絶縁部材３０および内径リング４０を安定して一体に構成することができるので、回転電機の駆動時の騒音および振動を低減することができる。
【００４２】
内径リング４０は、接着剤を用いて、絶縁部材３０の内径側壁部３３に接着固定される。コイル１４から内径リング４０に作用する力により、内径リング４０が内径側壁部３３に隙間なく接触するので、内径リング４０と絶縁部材３０との隙間から接着剤が漏れ出す虞がない。そのため、はみ出した接着剤を除去する加工が不要となるため、加工費を低減することができる。
【００４３】
（実施の形態２）
図９は、実施の形態２に係るステータ１０の概略構成を示す部分断面図である。実施の形態２のステータ１０は、絶縁部材３０の内径側壁部３３の形状と、内径リング４０の形状とにおいて、実施の形態１と異なっている。
【００４４】
具体的には、実施の形態２のステータ１０において、絶縁部材３０の内径側壁部３３は、図９に示すように、ティース２２の軸方向端面から軸方向に突き出る突起部３４を有している。一方、内径リング４０は、断面形状矩形のコイル支持部４１を有しているが、コイル支持部４１から突き出る固定部を有していない。内径リング４０は、全体として矩形状の断面形状を有している。内径リング４０は、径方向外側に向く支持面４３と、径方向内側に向く接触面４４とを有している。
【００４５】
実施の形態２の内径リング４０において、支持面４３は、コイル１４と接触している。支持面４３において、コイル１４は、径方向内側から支持されている。接触面４４は、絶縁部材３０の内径側壁部３３の突起部３４に接触している。接触面４４と突起部３４とは、適当な接着剤を用いて、接着固定されている。
【００４６】
実施の形態２のステータ１０においても、コイル１４から内径リング４０に対して、径方向内側へ向く力が作用している。この力により、内径リング４０が絶縁部材３０の内径側壁部３３に押し付けられて、接触面４４が突起部３４に隙間なく接触している。内径リング４０は、径方向において、内径側壁部３３とコイル１４との間に挟み込まれている。これにより内径リング４０を、内径側壁部３３とコイル１４との間に、安定して固定することができる。
【００４７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４８】
１０  ステータ、１２  ステータコア、１４  コイル、２０  ヨーク、２２  ティース、２４  スロット、３０  絶縁部材、３１  端面対向部、３２  外径側壁部、３３  内径側壁部、３４  突起部、４０  内径リング、４１  コイル支持部、４２  固定部、４３  支持面、４４  接触面、５０  コイル拡張治具、５１  基部、５２  拡張部、５３  押圧面、Ｏ  中心線。
【図１】
2017108528.tif 000003
【図２】
2017108528.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2017108528.tif 000008
【図７】
2017108528.tif 000009
【図８】
2017108528.tif 000010
【図９】
2017108528.tif 000011