JP2017127063A - ステータ - Google Patents
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Abstract
【課題】ステータコアやコイルの冷却性能を従来よりも向上させることができる電動機のステータを提供する。【解決手段】ステータは、ステータコア2と、該ステータコア2に巻回されるコイル3と、該コイル3とステータコア2との間に配置される絶縁シート4とを備える。絶縁シート4は、少なくともコイル3に対向する面4aに発泡樹脂層5を有する。発泡樹脂層5は、冷却液が流れる冷却液流路6を有する。【選択図】図5
Description
本発明は、電動機のステータに関する。
従来からステータコアとコイルとを有する電動機のステータの製造方法が知られている(下記特許文献1を参照)。ステータコアは、円筒形の外周部を形成するヨーク部と、ヨーク部から内周側に突出する形状で各々の間にスロットを形成する複数のティース部とを有する略円筒状の部材である。コイルは、ステータコアのスロットに巻回される巻線により構成される。
特許文献1に記載された電動機のステータの製造方法は、少なくとも表面が発泡樹脂により構成されてなる矩形のシート状の発泡樹脂シートを、スロットにおけるステータコアの内壁面とコイルとの間に挟んだ状態で加熱し、膨張させる。これにより、コイルをステータコアに固着させることができ、コイルをステータコアに対してより確実に固定させることができる。
前記従来の電動機のステータは、発泡樹脂によってコイルをステータコアに対してより確実に固定させることができる反面、コイルとステータコアの間に発泡樹脂が充填され、コイルやステータコアを冷却する冷却液の流路を確保できない。そのため、ステータコアやコイルの冷却性能の向上に課題がある。
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、ステータコアやコイルの冷却性能を従来よりも向上させることができる電動機のステータを提供することを目的とする。
前記目的を達成すべく、本発明のステータは、ステータコアと、該ステータコアに巻回されるコイルと、該コイルと前記ステータコアとの間に配置される絶縁シートとを有する電動機のステータであって、前記絶縁シートは、少なくとも前記コイルに対向する面に発泡樹脂層を有し、前記発泡樹脂層は、冷却液が流れる冷却液流路を有することを特徴とする。
本発明のステータにおいて、ステータコアは、例えば、円筒形の外周部を形成するヨーク部と、ヨーク部から内周側に突出する複数のティース部とを有している。コイルは、ステータコアのティース部の間に形成されるスロットに配置され、ステータコアに巻回される。絶縁シートは、例えば絶縁紙であり、ステータコアのスロットの壁面に沿って配置され、ステータコアのティース部とコイルの巻線との間に配置される。
本発明のステータにおいて、絶縁シートは、少なくともコイルに対向する面に発泡樹脂層を有している。そのため、ステータの製造時に、例えば、ステータコアのスロットの壁面に沿って絶縁シートを配置し、ステータコアのスロットにコイルの巻線を配置することで、ステータコアのティース部とコイルの巻線との間に絶縁シートを配置することができる。その後、加熱により絶縁シートの発泡樹脂層を発泡させることで、コイルをステータコアに確実に固定することができる。
なお、絶縁シートのステータコアに対向する面は、通常の接着剤を介してステータコアに接着されていてもよいが、コイルに対向する面と同様に、発泡樹脂層を有することが好ましい。絶縁シートの表裏の発泡樹脂層は、加熱によって発泡する発泡接着剤を絶縁シートに塗布し、絶縁シートをステータコアとコイルとの間に配置した後に加熱して発泡させることで形成される。絶縁シートの表裏の発泡樹脂層は、コイル及びステータコアに接着され、樹脂シートを介してコイルをステータコアに固定する。
前記従来の電動機のステータは、発泡樹脂によってコイルをステータコアに対して確実に固定させることができる反面、コイルとステータコアの間に発泡樹脂が充填され、冷却液の流路を確保できず、ステータコアやコイルの冷却性能の向上に課題があった。
これに対し、本発明のステータは、絶縁シートの少なくともコイルに対向する面に形成された発泡樹脂層が、冷却液が流れる冷却液流路を有している。これにより、少なくともコイルと絶縁シートとの間に冷却液流路によって冷却液を流し、冷却液によってコイルを効率よく冷却して、コイルの冷却性能を向上せることができる。
発泡樹脂層の冷却液流路の具体的な構成としては、例えば、絶縁シートのコイルに対向する面に、所定の幅を有する複数の線状又は帯状の発泡樹脂層を幅方向に間隔をあけて形成することで、発泡樹脂層が溝状の冷却液流路を有する構成とすることができる。また、例えば、絶縁シートのコイルに対向する面に、点状又は島状の発泡樹脂層を形成することで、発泡樹脂層が網目状の冷却液流路を有する構成とすることができる。
また、絶縁シートがステータコアに対向する面に発泡樹脂層を有する場合には、その発泡樹脂層も、絶縁シートのコイルに対向する面の発泡樹脂層と同様の冷却液流路を有することができる。この場合、絶縁シートの表裏の発泡樹脂層は、絶縁シートの厚さ方向において重ならない位置に形成することが好ましい。これにより、絶縁シートの発泡樹脂層が形成された面の反対側の面に冷却液流路が形成され、絶縁シートの冷却性能を向上させることができる。
以上の説明から理解できるように、本発明によれば、ステータコアやコイルの冷却性能を従来よりも向上させることができる電動機のステータを提供することができる。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
[実施形態1]
図1は、本発明の実施形態1に係るステータ1の拡大断面図である。
図1は、本発明の実施形態1に係るステータ1の拡大断面図である。
本実施形態のステータ1は、例えばハイブリッドカーや電気自動車に用いられるモータ等の電動機のステータ1である。ステータ1は、主に、ステータコア2と、該ステータコア2に巻回されるコイル3と、該コイル3とステータコア2との間に配置される絶縁シート4とを有している。詳細については後述するが、本実施形態のステータ1は、絶縁シート4が少なくともコイル3に対向する面に発泡樹脂層5を有し、発泡樹脂層5は、冷却液が流れる冷却液流路6(図5参照)を有することを特徴としている。
図2は、図1に示すステータ1の一部の分解斜視図である。ステータコア2は、例えば、円筒形の外周部を形成するヨーク部2yと、ヨーク部2yから内周側に突出する複数のティース部2tとを有している。コイル3は、ステータコア2のティース部2tの間に形成されるスロット2sに配置され、ステータコア2に巻回される。絶縁シート4は、例えば単層又は複層の絶縁紙であり、ステータコア2のスロット2sの壁面に沿って配置され、ステータコア2のティース部2tとコイル3の巻線3wとの間に配置される。
図3は、図2に示す絶縁シート4の模式的な斜視図である。絶縁シート4は、コイル3に対向する面4aと、ステータコア2に対向する面4bに、それぞれ発泡樹脂層5を有している。なお、絶縁シート4は、少なくともコイル3に対向する面4aに発泡樹脂層5を有していればよい。ステータコア2に対向する面4bは、ステータコア2との接着力を向上させる観点から、通常の接着剤を介してステータコア2に接着されていてもよい。
絶縁シート4のコイル3に対向する面4aに設けられた発泡樹脂層5は、冷却液が流れる冷却液流路6を有している。本実施形態のステータ1において、冷却液流路6は、上部が開放され、底部に絶縁シート4を露出させる直線的な溝状に形成されている。冷却液流路6は、例えば、絶縁シート4のコイル3に対向する面4aに、所定の幅を有する複数の線状又は帯状の発泡樹脂層5を、幅方向に間隔をあけて部分的に形成することで、各々の発泡樹脂層5の間に形成されている。
冷却液流路6は、必ずしも直線的に形成する必要はなく、波形等の曲線状に形成してもよい。冷却液流路6は、ステータコア2の中心軸方向の一端から他端まで連続して形成され、ステータコア2の中心軸方向の一端と他端にそれぞれ開口を有していることが好ましい。また、絶縁シート4のコイル3に対向する面4aに、発泡樹脂層5を点状又は島状に形成し、発泡樹脂層5が網目状又は格子状の冷却液流路6を有する構成としてもよい。
本実施形態のステータ1は、例えば、以下の手順によって製作することができる。
図4は、図1に示す絶縁シート4の発泡樹脂層5の形成前の拡大断面図であり、発泡接着剤5Aが塗布された絶縁シート4がコイル3の巻線3wとステータコア2との間に配置された状態を示す、図1の破線で囲まれたIV部に相当する部分の拡大図である。
まず、絶縁シート4を用意し、表裏の面4a,4bに、発泡接着剤5Aを塗布する。発泡接着剤5Aは、絶縁性を有し、加熱によって発泡し、その後、硬化して発泡樹脂層5を形成するものであれば、特に限定されない。本実施形態のステータ1では、絶縁シート4のコイル3に対向する面4aに、所定の幅の線状又は帯状の発泡接着剤5Aを、幅方向に所定の間隔をあけて塗布する。また、絶縁シート4のステータコア2に対向する面4bには、全体的に発泡接着剤5Aを塗布する。
なお、絶縁シート4の厚さは、例えば約0.2mm程度であり、絶縁シート4に塗布された発泡接着剤5Aの厚さは、例えば約0.05mmである。また、絶縁シート4のコイル3に対向する面4aの線状又は帯状の発泡接着剤5Aの幅は、例えば約0.1mm程度であり、発泡接着剤5Aの間隔は、例えば約0.1mm程度である。
次に、発泡接着剤5Aが塗布された絶縁シート4を、ステータコア2のスロット2sの壁面に沿って配置し、その後、ステータコア2のスロット2sに絶縁シート4を介してコイル3の巻線3wを巻回して配置する。コイル3の巻線は、例えば断面が3mm×2mmの矩形の角線を用いることができる。これにより、図4に示すように、発泡接着剤5Aが塗布された絶縁シート4が、コイル3とステータコア2との間に配置される。コイル3の巻線3wと絶縁シート4の面4aとの隙間、及び、ステータコア2と絶縁シート4の面4bとの間の隙間は、それぞれ、例えば約0.2mm程度である。
この状態で、絶縁シート4の表裏の面4a,4bに塗布した発泡接着剤5Aを加熱して発泡させ、硬化させることで、絶縁シート4の表裏の面4a,4bに発泡樹脂層5を形成し、絶縁シート4を介して発泡樹脂層5によってコイル3をステータコア2に固着させる。
図5は、図4に示す絶縁シート4の発泡樹脂層5の形成後の拡大断面図である。絶縁シート4とステータコア2との間の隙間は、発泡樹脂層5によって埋められて冷却液を流すことはできない。一方、絶縁シート4とコイル3の巻線3wとの間の発泡樹脂層5には、冷却液が流れる冷却液流路6が形成される。
より具体的には、絶縁シート4とコイル3の巻線3wとを接合する線状又は帯状の発泡樹脂層5は、幅方向に間隔をあけて形成されることで、各々の発泡樹脂層5の間に絶縁シート4と発泡樹脂層5とコイル3の巻線3wによって画定された冷却液流路6が形成される。冷却液流路6は、断面が矩形で、帯状の発泡樹脂層5の長手方向に沿って延在し、延在方向の両端が開放されている。
発泡樹脂層5の間隔Sは、例えば約0.1mmであり、発泡樹脂層5の幅Wは、例えば約0.1mmであり、発泡樹脂層5の厚さT、すなわち絶縁シート4とコイル3の巻線3wとの隙間は、例えば約0.2mmである。この場合、各々の冷却液流路6は、幅が0.1mm、高さが0.2mmであり、断面が3mm×2mmの矩形の巻線3wの2mmの短辺が10箇所で冷却液流路6に面している。そのため、コイル3の巻線3wの一方の短辺を冷却する冷却液流路6の断面積は、0.1mm×0.2mm×10箇所=0.2mm2となり、コイル3と絶縁シート4の冷却面積が確保される。
以上説明したように、本実施形態の電動機のステータ1は、ステータコア2と、該ステータコア2に巻回されるコイル3と、該コイル3と前記ステータコア2との間に配置される絶縁シート4とを備えている。そして、絶縁シート4は、少なくともコイル3に対向する面4aに発泡樹脂層5を有し、この発泡樹脂層5は、冷却液が流れる冷却液流路6を有している。したがって、本実施形態のステータ1によれば、少なくともコイル3と絶縁シート4との間の冷却液流路6に冷却液を流し、冷却液によってコイル3を効率よく冷却して、コイル3の冷却性能を向上せることができる。
[実施形態2]
次に、本発明の実施形態2に係る電動機のステータについて、図1から図3を援用し、図6及び図7を用いて説明する。図6は、本発明の実施形態2に係るステータの図4に相当する拡大断面図である。図7は、図6に示す絶縁シート4の発泡樹脂層5の形成後の拡大断面図である。
次に、本発明の実施形態2に係る電動機のステータについて、図1から図3を援用し、図6及び図7を用いて説明する。図6は、本発明の実施形態2に係るステータの図4に相当する拡大断面図である。図7は、図6に示す絶縁シート4の発泡樹脂層5の形成後の拡大断面図である。
本実施形態のステータは、絶縁シート4のコイル3に対向する面4aの発泡樹脂層5とステータコア2に対向する面4bの発泡樹脂層5の双方が冷却液流路6を有している点で、前述の実施形態1に係るステータ1と異なっている。本実施形態のステータのその他の点は、前述の実施形態1のステータ1と同一であるため、同一の部分には同一の符号を付して説明を省略する。
図6に示すように、絶縁シート4のコイル3の巻線3wに対向する面4aには、前述の実施形態1のステータ1と同様に、所定の幅の線状又は帯状の発泡接着剤5Aが、幅方向に所定の間隔をあけて塗布されている。また、絶縁シート4のステータコア2に対向する面4bにも、コイル3の巻線3wに対向する面の発泡接着剤5Aと同一の幅の線状又は帯状の発泡接着剤5Aが、幅方向に同一の間隔をあけて塗布されている。
発泡接着剤5Aを加熱し、発泡及び硬化させて、図7に示すように、発泡樹脂層5を形成することで、コイル3が発泡樹脂層5及び絶縁シート4を介してステータコア2に固着される。ここで、本実施形態のステータは、絶縁シート4が、コイル3に対向する面4aとステータコア2に対向する面4bの双方に発泡樹脂層5を有している。そして、絶縁シート4の表裏の面4a,4bの双方の発泡樹脂層5は、冷却液が流れる冷却液流路6を有している。
そのため、これらの発泡樹脂層5の間隔S、幅W、厚さTが、実施形態1のステータ1の絶縁シート4のコイル3に対向する面4aの発泡樹脂層5と同一である場合、コイル3の巻線3wの一方の短辺を冷却する冷却液流路6の断面積は、0.1mm×0.2mm×10箇所=0.2mm2となり、コイル3の冷却面積が確保される。また、コイル3の巻線3wの一方の短辺に対向するステータコア2を冷却する冷却液流路6の断面積も、0.1mm×0.2mm×10箇所=0.2mm2となり、ステータコア2の冷却面積が確保される。さらに、絶縁シート4は、厚さ方向の両側の冷却液流路6を流れる冷却液によって冷却され、0.1mm×0.2mm×10箇所×2=0.4mm2の冷却面積が確保される。
以上説明したように、本実施形態の電動機のステータは、ステータコア2と、該ステータコア2に巻回されるコイル3と、該コイル3とステータコア2との間に配置される絶縁シート4とを備えている。そして、絶縁シート4は、コイル3に対向する面4aとステータコア2に対向する面4bの双方に発泡樹脂層5を有し、これらの発泡樹脂層5は、それぞれ冷却液が流れる冷却液流路6を有している。したがって、本実施形態のステータによれば、コイル3と絶縁シート4との間だけでなく、絶縁シート4とステータコア2との間にも冷却液流路6に冷却液を流し、冷却液によってコイル3及びステータコア2を効率よく冷却して、コイル3及びステータコア2の冷却性能を向上せることができる。
[実施形態3]
最後に、本発明の実施形態3に係る電動機のステータについて、図1から図3を援用し、図8及び図9を用いて説明する。図8は、本発明の実施形態3に係るステータの図4に相当する拡大断面図である。図9は、図8に示す絶縁シート4の発泡樹脂層5の形成後の拡大断面図である。
最後に、本発明の実施形態3に係る電動機のステータについて、図1から図3を援用し、図8及び図9を用いて説明する。図8は、本発明の実施形態3に係るステータの図4に相当する拡大断面図である。図9は、図8に示す絶縁シート4の発泡樹脂層5の形成後の拡大断面図である。
本実施形態のステータは、絶縁シート4のコイル3に対向する面4aの発泡樹脂層5とステータコア2に対向する面4bの発泡樹脂層5とが、異なる位置に形成されている点で、前述の実施形態2に係るステータと異なっている。本実施形態のステータのその他の点は、前述の実施形態2のステータと同一であるため、同一の部分には同一の符号を付して説明を省略する。
図8に示すように、絶縁シート4のコイル3の巻線3wに対向する面4aには、前述の実施形態2のステータと同様に、所定の幅の線状又は帯状の発泡接着剤5Aが、幅方向に所定の間隔をあけて塗布されている。また、絶縁シート4のステータコア2に対向する面4bには、コイル3の巻線3wに対向する面の発泡接着剤5Aと異なる位置に、同一の幅の線状又は帯状の発泡接着剤5Aが、幅方向に同一の間隔をあけて塗布されている。
より具体的には、絶縁シート4のコイル3の巻線3wに対向する面4aの発泡接着剤5Aと、ステータコア2に対向する面4bの発泡接着剤5Aとは、絶縁シート4の表裏の面4a,4bに沿う発泡接着剤5Aの幅方向にずれた位置に形成されている。より詳細には、絶縁シート4のコイル3の巻線3wに対向する面4aの発泡接着剤5Aと、ステータコア2に対向する面4bの発泡接着剤5Aとは、絶縁シート4の厚さ方向において互いに重ならない位置に形成されている。
発泡接着剤5Aを加熱し、発泡及び硬化させて、図9に示すように、発泡樹脂層5を形成することで、コイル3が発泡樹脂層5及び絶縁シート4を介してステータコア2に固着される。ここで、本実施形態のステータでは、絶縁シート4のコイル3の巻線3wに対向する面4aに発泡樹脂層5が形成された領域は、ステータコア2に対向する面4bが冷却液流路6に露出している。また、絶縁シート4のステータコア2に対向する面4bに発泡樹脂層5が形成された領域は、コイル3の巻線3wに対向する面4aが冷却液流路6に露出している。
したがって、本実施形態のステータによれば、前述の実施形態2のステータと同様の効果が得られるだけでなく、絶縁シート4の表裏の面4a,4bの厚さ方向に重ならない位置に設けられた冷却液流路6を流れる冷却液によって、絶縁シート4の全体を均一に冷却することができる。
以上、図面を用いて本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
1 ステータ
2 ステータコア
3 コイル
4 絶縁シート
4a コイルに対向する面
5 発泡樹脂層
6 冷却液流路
2 ステータコア
3 コイル
4 絶縁シート
4a コイルに対向する面
5 発泡樹脂層
6 冷却液流路
Claims (1)
- ステータコアと、該ステータコアに巻回されるコイルと、該コイルと前記ステータコアとの間に配置される絶縁シートとを備える電動機のステータであって、
前記絶縁シートは、少なくとも前記コイルに対向する面に発泡樹脂層を有し、
前記発泡樹脂層は、冷却液が流れる冷却液流路を有することを特徴とするステータ。
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