JP2013031252A - 集中巻きステータ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コイルの放熱性に優れ、且つコイルを安定に固定できる集中巻きステータ及びその製造方法を提供することである。
【解決手段】集中巻きステータ１０は、ティース２１を含むステータコア２０と、コイル線３１をティース２１に集中巻きして構成された複数のコイル３０とを備え、コイル３０同士の間に形成される隙間Ｓに挿入された発泡部材４０を有し、発泡部材４０は、その両側に位置するコイル３０の側面を押圧する。発泡部材４０は、発泡による体積膨張により、隙間Ｓを埋めると共に、コイル３０の側面に押し付けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、集中巻きステータ及びその製造方法に関する。

集中巻きステータのコイルを固定する構造として、コイル同士の間に形成される隙間を樹脂で埋め、コイル周りを樹脂で固めた樹脂モールド構造が知られている。樹脂モールド構造では、モールド強度の観点から樹脂層の厚みを２ｍｍ以上に設定することが一般的である。このため、コイルエンドの体格が拡大すると共に、コイルの放熱性が悪くなるという問題がある。

なお、本発明に関連する技術として、特許文献１には、誘導電動機におけるステータの鉄心のスロット内面に装着するスロットライナーに気泡含有プラスチックシートを用いた電機機器が開示されている。

特開平１１‐１８３４２号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術は、漏れ電流を低減することを目的とするものであって、スロットライナーに適用される気泡含有プラスチックシートはコイルを固定する機能を有さない。

即ち、本発明の目的は、コイルの放熱性に優れ、且つコイルを安定に固定できる集中巻きステータ及びその製造方法を提供することである。

本発明に係る集中巻きステータは、ティースを含むステータコアと、コイル線をティースに巻回して構成された複数のコイルとを備えた集中巻きステータにおいて、コイル同士の間に形成される隙間に挿入された発泡部材を有し、該発泡部材は、その両側に位置するコイルの側面を押圧することを特徴とする。

上記構成によれば、発泡部材をコイル同士の間に形成される隙間に挿入することにより、コイルが動かないように固定することができ、例えば、コイルが径方向内側に飛び出すことを防止できる。このため、樹脂モールド構造を採用する必要がない。ゆえに、コイルエンドの体格が小さくなり、コイルの放熱性が向上する。ワニス処理する場合には、ワニスがコイル間から流れ落ち難いので、コイル線間にワニスを流入させ易くなり、また、ワニス量を低減することも可能である。

本発明に係る集中巻きステータにおいて、発泡部材は、コイル線の絶縁被膜と接着していることが好ましい。当該構成によれば、例えば、発泡部材の位置ズレを防止できる。このため、コイルをより安定に固定することが可能である。

本発明に係る集中巻きステータにおいて、発泡部材は、シート状部材をコイル同士の間に形成される隙間の形状に合わせて成形してなることが好ましい。当該構成によれば、コイル間の隙間の形状に合わせて発泡部材の形状を容易に変更することができる。このため、隙間を埋めることが容易になる。

本発明に係る集中巻きステータの製造方法は、ティースを含むステータコアと、コイル線をティースに巻回して構成された複数のコイルとを備えた集中巻きステータの製造方法において、コイル同士の間に形成される隙間に熱発泡性部材を挿入する挿入工程と、熱発泡性部材を加熱して発泡させる工程であって、熱発泡性部材が膨張して、その両側に位置するコイルの側面を押圧する発泡工程とを備えることを特徴とする。

本発明に係る集中巻きステータの製造方法において、発泡工程の後、コイル線間に絶縁樹脂を含むワニスを流して、コイル線間に絶縁樹脂を充填する工程をさらに備えることが好ましい。

本発明によれば、コイルの放熱性に優れ、且つコイルを安定に固定できる集中巻きステータ及びその製造方法を提供することができる。本発明に係る集中巻きステータによれば、信頼性の高いコイルの固定構造を提供できる。

本発明の実施形態である集中巻きステータの全体構成を示す図である。 本発明の実施形態である集中巻きステータの一部を拡大して示す図である。 本発明の実施形態である集中巻きステータに適用される発泡部材の積層構造を示す図である。 本発明の実施形態の第１の変形例を示す図である。 本発明の実施形態の第２の変形例を示す図である。 本発明の実施形態の第３の変形例を示す図である。

図面を参照しながら、本発明に係る集中巻きステータの実施形態について、以下詳細に説明する。実施形態では、ハイブリッド自動車等の電動車両駆動用モータジェネレータに適用される集中巻きステータ１０（以下、「ステータ１０」とする）を例示するが、本発明の適用はこれに限定されない。本発明の構成は、例えば、レゾルバステータにも適用することができる。

実施形態の説明では、ステータ１０及びステータコア２０の軸方向・径方向を、単に軸方向・径方向と称する場合がある。また、特に断らない限り、内側とは、径方向内側を意味し、外側とは、径方向外側を意味する。また、平面視とは、ステータ１０又は対象の構成要素を軸方向の一方側から軸方向に沿って見ることを意味する。図１〜図３は、いずれも平面視図（平面図）である。

まず、図１及び図２を参照して、ステータ１０の構成を詳説する。なお、図１では、図面の明瞭化のため、インシュレータ３２を省略している。図２では、ティース２１及びインシュレータ３２の形状を示すために、その隠れ線を破線で示している。
図１及び図２に示すように、ステータ１０は、ステータコア２０と、複数のコイル３０とを備える。ステータコア２０は、複数のティース２１を有し、コイル３０は、ティース２１にコイル線３１を巻回して構成される。コイル３０は、１つのティース２１にコイル線３１を集中して巻回（集中巻き）した形態である。そして、ステータ１０には、コイル３０同士の間に隙間が存在する。

ステータコア２０は、環状を呈し、複数のティース２１と、各ティース２１を連結するバックヨーク２２とを有する。ステータコア２０は、例えば、モータケースにボルトを用いて固定される。バックヨーク２２には、当該ボルトが挿入される複数のボルト孔２３が形成されている。なお、ステータコア２０は、複数の分割コアを環状に組み合わした形態であってもよい。

ティース２１は、例えば、電磁鋼板の積層体から構成される。複数のティース２１は、互いに所定間隔を隔てて同心円状に配置されている。バックヨーク２２は、ステータコア２０のフレームであり、ティース２１の外側に設けられている。つまり、バックヨーク２２の内周面には、内側に向かって突出した複数のティース２１が設けられている。バックヨーク２２は、例えば、ティース２１と連続した電磁鋼板の積層体から構成される。

コイル３０は、上記のように、１つのティース２１にコイル線３１を集中巻きすることで構成される。図１に例示するコイル３０は、平面視略矩形状を呈するようにコイル線３１が整列して巻回された整列巻きタイプである。ステータ１０には、複数のコイル３０が設けられるが、その数は特に限定されない。複数のコイル３０は、同心円状に配置されており、全体として円環状となる。

コイル３０は、コイル線３１とティース２１との間にインシュレータ３２を有する。つまり、コイル線３１は、インシュレータ３２を介してティース２１に巻回されている。また、インシュレータ３２は、ティース２１に係止されることが好適である。ティース２１には、例えば、引っ掛け部（溝や孔）が形成されており、インシュレータ３２を引っ掛けることができる。これにより、コイル３０をティース２１に保持できる。

コイル線３１は、絶縁被膜（例えば、ポリエステル系樹脂被膜）を有する丸線や平角線である。コイル線３１間には、絶縁樹脂（例えば、エポキシ系樹脂やポリエステル系樹脂）が充填されており、該絶縁樹脂によりコイル線３１同士が結合されている。詳しくは後述するが、絶縁樹脂は、ワニス処理により充填される。なお、ステータ１０には、図示しないバスバーモジュールを設けることができる。コイルエンドから引き出されたコイル線３１は、バスバーモジュールに接続される。

インシュレータ３２は、例えば、ボビン型の絶縁部材である。インシュレータ３２は、その中心にティース２１の形状に対応する貫通孔が形成されていて、例えば、コイル線３１が巻回された状態でティース２１に嵌め込まれる。インシュレータ３２は、渦電流を低減するため、ティース２１の先端にスペースをあけて設けられる。つまり、ティース２１の先端には、コイル線３１が巻回されないスペースが形成される。

ステータ１０は、コイル３０同士の間に形成される隙間（以下、「隙間Ｓ」とする）に挿入された発泡部材４０を有し、該発泡部材４０は、その両側に位置するコイル３０の側面を押圧する。なお、「側面」とは、軸方向に沿った面を意味する（側面に垂直な面を、「上面」、「下面」とする）。本実施形態において、隙間Ｓは、外側に進むほどコイル３０同士の間隔が広がった平面視略三角形状を呈する。

発泡部材４０は、隙間Ｓを埋めてコイル３０が動かないように固定する機能を有する。発泡部材４０は、発泡による体積膨張により、隙間Ｓを埋めると共に、コイル３０の側面に押し付けられる。つまり、コイル３０は、上記引っ掛け部に加えて、両側から発泡部材４０により押圧され挟み込まれることで、その動きが拘束される。詳しくは後述するが、発泡部材４０は、隙間Ｓに挿入された後、発泡して体積膨張する。

発泡部材４０は、コイル３０の固定及びワニス量の低減等の観点から、隙間Ｓの略全体（９０％以上）を埋めて設けられることが好適である。つまり、発泡部材４０の形状は、隙間Ｓの形状に対応して適宜変更され、隙間Ｓの形状と同様とすることが好適である。本実施形態では、平面視略三角形状を有する。

発泡部材４０は、コイル線３１の絶縁被膜と接着していることが好適である。例えば、発泡部材４０の表面に接着剤層を設ける、発泡部材４０と絶縁被膜との間に接着剤を注入する、又は発泡部材４０の表面が溶融する温度で熱処理する等により、両者を接着することができる。また、発泡部材４０は、インシュレータ３２、或いはバックヨーク２２と接着していてもよい。発泡部材４０をコイル線３１の絶縁被膜等に接着することで、発泡部材４０の位置ズレ等を防止できる。

ここで、図３を参照する。図３は、発泡前の発泡部材４０を示す平面図である。
図３に示すように、発泡部材４０は、シート状部材を隙間Ｓの形状に合わせて成形してなる。本実施形態では、平面視略三角形状となるように、シート状部材を複数回折り曲げて積層構造を形成している。隙間Ｓの形状に合わせて成形された発泡部材４０には、発泡前において、シート間に隙間があってもよい。この隙間は、シート状部材が発泡して膨張することにより埋めることができる。

発泡部材４０には、例えば、発泡前の厚みが１０μｍ〜３００μｍ程度であり、発泡することで２倍〜３倍程度に体積膨張するシート状部材を用いることができる。より詳しくは、エポキシ樹脂等の樹脂層中に、炭酸アンモニウムやＮ‐ニトロソ系化合物等の発泡剤が充填されたシート状部材が例示できる。該シート状部材には、ガラスクロスや無機充填剤、架橋剤、粘着性付与剤等が含まれていてもよい。また、シート状部材の表面には、コイル線３１の絶縁被膜等と接着可能な接着剤層が形成されていることが好ましい。なお、発泡部材４０の構成材料は、特に限定されないが、ワニスとの相性が良好なものであることが好ましい。

発泡部材４０としては、例えば、加熱することにより発泡して体積膨張する熱発泡性部材であれば何でもよく、市販品を用いることもできる。

ここで、ステータ１０の製造方法を例示する。
ステータ１０は、例えば、ボビン型のインシュレータ３２にコイル線３１を巻回して構成されたコイル３０を準備し、これをティース２１に嵌め込み、隙間Ｓに発泡前の発泡部材４０を挿入して発泡させることにより製造される。なお、以下では、発泡前の発泡部材４０を、加熱することで発泡する熱発泡性部材（４０）と称して説明する。さらに、熱発泡性部材（４０）を発泡させた後、ワニス処理を行うことが好適である。

ティース２１にコイル３０を取り付けると、コイル３０同士の間に隙間Ｓが形成される。ステータ１０の製造工程には、この隙間Ｓに熱発泡性部材（４０）を挿入する挿入工程が設けられる。挿入工程では、シート状部材を折り曲げて積層し、隙間Ｓの形状・サイズと同様の形状・サイズに成形した熱発泡性部材（４０）を、軸方向の一方側から又は径方向内側から隙間Ｓに挿入する。このとき、熱発泡性部材（４０）を挿入でき、且つ熱発泡性部材（４０）が隙間Ｓから抜け落ちない程度のサイズに成形することが好適である。

続いて、熱発泡性部材（４０）を加熱して発泡させる発泡工程が設けられる。熱発泡性部材（４０）の種類によっても異なるが、例えば、８０℃〜１５０℃程度で加熱処理することで、熱発泡性部材（４０）が発泡して体積が２倍〜３倍程度に膨張する。この工程により、膨張した熱発泡性部材（４０）、即ち発泡部材４０が、隙間Ｓの略全体を埋めて、その両側に位置するコイル３０の側面を押圧する。また、発泡部材４０とコイル線３１の絶縁被膜とが接着する。

発泡工程の後、コイル線３１間に絶縁樹脂を含むワニスを流して、コイル線３１間に絶縁樹脂を充填するワニス処理工程を設けることが好ましい。ワニスとしては、樹脂成分を有機溶剤に溶解した溶剤型、硬化系樹脂を用いた無用剤型のいずれを用いてもよい。ワニス処理工程では、軸方向一方側から円環状に並んだコイル３０上にワニスが流される。ワニスをコイル線３１間に充填した後、乾燥過程又は硬化過程を経て、絶縁樹脂がコイル線３１間に充填されたステータ１０が得られる。なお、絶縁樹脂は、発泡部材４０を構成するシート間、発泡部材４０とコイル３０或いはステータコア２０との小さな間隙にも充填され、コイル３０の表面を覆う薄い被膜も形成する。

以上のように、ステータ１０によれば、発泡部材４０を隙間Ｓに挿入することにより、コイル３０が動かないように固定することができる。したがって、樹脂モールド構造を採用する必要がないため、コイルエンドの体格が小さくなり、コイル３０の放熱性が向上する。より安定にコイル３０を固定するため、ワニス処理することが好適であるが、ワニス処理により形成される絶縁樹脂の被膜は、樹脂モールドよりも厚みが薄く、良好な放熱性を維持できる。

例えば、上記引っ掛け部が破損した場合、コイル３０が内側に飛び出すことが想定されるが、ステータ１０によれば、発泡部材４０による保持力によってコイル３０の飛び出しを防止できる。したがって、引っ掛け部が破損した状況であっても、円環状をなすコイル３０の配列形態を維持できる。

また、上記製造方法によれば、ワニスがコイル３０の間から流れ落ち難いので、コイル線３１間、及び発泡部材４０を構成するシート間、発泡部材４０とコイル３０との間隙等にワニスを充填し易くなる。また、ワニスが大量に漏れ落ちないので、絶縁樹脂のトリミング量を低減することができる。上記製造方法によれば、ワニスの使用量を低減できる。

上記実施形態は、本発明の目的を損なわない範囲で設計変更することができる。
以下、設計変更例（変形例）について説明する。

図４及び図５は、発泡部材４０ａ及び発泡部材４０ｂの発泡前の状態を示す平面図である。隙間Ｓが平面視略矩形形状を呈する場合には、図４に示すように、シート状部材を平面視略矩形形状となるように繰り返し折り曲げて積層構造とした発泡部材４０ａを用いることができる。このように、発泡部材の形状は、隙間Ｓの形状に応じて任意に変更できる。また、発泡部材４０は、シート状部材のみで平面視略三角形状を構成していたが、図５に示すように、発泡部材とは別の支持体４１を用いてもよい。図５に例示する形態では、平面視三角形状の支持体４１の表面に発泡部材４０ｂが貼り付けられている。

図６は、発泡部材４０ｃの発泡前の状態を示す斜視図である。図６に示すように、シート状部材を略コの字状に折り曲げた発泡部材４０ｃを用いることもできる。発泡部材４０ｃによれば、例えば、コイル３０の上面を覆うと共に、コイル３０の両側面を覆って隙間Ｓを埋めることができる。一方、発泡部材４０ｃは、コイル３０の下面を覆うように設けることもできる。この場合、ワニス処理工程において、コイル３０の上方からワニスを流すと、発泡部材４０ｃが液貯めとして機能する。これにより、ワニス使用量のさらなる低減が可能になる等、ワニス処理の効率がより向上する。

なお、上記実施形態では、整列巻きタイプのコイル３０を有するステータ１０を例示したが、平面視略矩形形状のコイルと、平面視略台形形状のコイル３０とが交互に配置され所謂交互巻きタイプやテーパー巻きタイプのコイルを有するステータであってもよい。この場合、隙間Ｓは、平面視略矩形形状を呈するため、図４に例示する発泡部材４０ａが好適である。

１０ 集中巻きステータ（ステータ）、２０ ステータコア、２１ ティース、２２ バックヨーク、２３ ボルト孔、３０ コイル、３１ コイル線、３２ インシュレータ、４０ 発泡部材。

Claims (5)

1. ティースを含むステータコアと、
   コイル線を前記ティースに巻回して構成された複数のコイルと、
   を備えた集中巻きステータにおいて、
   前記コイル同士の間に形成される隙間に挿入された発泡部材を有し、
   該発泡部材は、その両側に位置する前記コイルの側面を押圧することを特徴とする集中巻きステータ。
2. 請求項１に記載の集中巻きステータにおいて、
   前記発泡部材は、前記コイル線の絶縁被膜と接着していることを特徴とする集中巻きステータ。
3. 請求項２に記載の集中巻きステータにおいて、
   前記発泡部材は、シート状部材を前記隙間の形状に合わせて成形してなることを特徴とする集中巻きステータ。
4. ティースを含むステータコアと、コイル線を前記ティースに巻回して構成された複数のコイルと、を備えた集中巻きステータの製造方法において、
   前記コイル同士の間に形成される隙間に熱発泡性部材を挿入する挿入工程と、
   前記熱発泡性部材を加熱して発泡させる工程であって、前記熱発泡性部材が膨張し、その両側に位置する前記コイルの側面を押圧して前記コイル線の絶縁被膜と接着する発泡工程と、
   を備えることを特徴とする集中巻きステータの製造方法。
5. 請求項４に記載の製造方法において、
   前記発泡工程の後、前記コイル線間に絶縁樹脂を含むワニスを流して、前記コイル線間に前記絶縁樹脂を充填する工程をさらに備えることを特徴とする集中巻きステータの製造方法。

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