JP2018107921A - Stator of rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、回転電機のステータに係り、特に、加熱によって膨張する発泡層を含む絶縁紙を有する回転電機のステータに関する。 The present disclosure relates to a stator for a rotating electrical machine, and more particularly, to a stator for a rotating electrical machine having an insulating paper including a foam layer that expands by heating.
回転電機のステータにおいて、ステータコアとステータコイルとの間の電気的絶縁性の確保のために、ステータコアのスロットには、ステータコアとコイルとの間に絶縁紙が配置される。 In the stator of a rotating electrical machine, in order to ensure electrical insulation between the stator core and the stator coil, insulating paper is disposed between the stator core and the coil in the slot of the stator core.
例えば、特許文献1の回転電機のステータにおいては、絶縁紙として、絶縁性フィルムからなる基材に、加熱によって膨張する発泡材と、接着層とを積層した発泡シートが開示されている。 For example, in the stator of a rotating electrical machine disclosed in Patent Document 1, a foam sheet in which a foam material that expands by heating on a base material made of an insulating film and an adhesive layer is disclosed as insulating paper.
特許文献2のステータコアのスロット構造として、ステータコイルと絶縁紙との間にはワニスが充填され、さらに、絶縁紙の外周とステータコアとの間が、部分的にワニスまたはエポキシ樹脂で固着されることが開示されている。 As the slot structure of the stator core of Patent Document 2, varnish is filled between the stator coil and the insulating paper, and the outer periphery of the insulating paper and the stator core are partially fixed with varnish or epoxy resin. Is disclosed.
特許文献3には、複数の小孔を有する絶縁紙を用い、ステータのコイルエンド側からワニスを滴下してスロット内の絶縁紙とステータコイルとの間にワニスを充填し、そのワニスを複数の小孔を介して絶縁紙とステータコアとの間に供給することが開示されている。 In Patent Document 3, insulating paper having a plurality of small holes is used, varnish is dropped from the coil end side of the stator, and the varnish is filled between the insulating paper in the slot and the stator coil. It is disclosed to supply between insulating paper and a stator core via a small hole.
特許文献4の回転電機のステータにおいては、スロットの内壁面に沿ってステータコイルとの間に一枚の絶縁紙を配置し、内周側で折返し部を重ね合わせ、スロットの内周側からウエッジ部材を挿入して折返し部を押圧する構成が開示される。絶縁紙は、基材のステータコイル側に接着層、基材のステータコア側に発泡層が配置されており、発泡層にも接着性があるので、ステータコアに固着すると述べている。また、折返し部付きの絶縁紙の変形例として、発泡層を用いずに多孔性絶縁基材または不織布を用い、これにワニスを含浸させると共に、折返し部やウエッジ部材においても隙間をなくすようにワニスを充填することが開示されている。 In the stator of the rotating electrical machine of Patent Document 4, a sheet of insulating paper is disposed between the stator coil along the inner wall surface of the slot, the folded portion is overlapped on the inner peripheral side, and the wedge is formed from the inner peripheral side of the slot. The structure which inserts a member and presses a folding | returning part is disclosed. The insulating paper has an adhesive layer on the stator coil side of the base material, and a foam layer on the stator core side of the base material. Further, as a modified example of the insulating paper with the folded portion, a porous insulating base material or nonwoven fabric is used without using the foam layer, and the varnish is impregnated with the varnish, and the varnish is also eliminated in the folded portion and the wedge member. Is disclosed.
発泡層を含む絶縁紙を用いてスロット内のステータ巻線を固定する方法によれば、膨張した絶縁紙によってステータ巻線とステータコアとの間の固定力が確保されるので、固定の信頼性が高まる。実際に発泡層を含む絶縁紙をハイブリッド車両に搭載される回転電機のステータに適用し、耐熱試験や冷熱衝撃耐久試験を行うと、ステータ巻線とステータコアとの間の固定力が低下することがある。その原因を調べてみると、発泡後の絶縁紙とステータコアとの間に空隙が発生する課題があることが分かった。発生した空隙によってステータコアの表面が酸化され、結果としてステータ巻線とステータコアとの間の固定力が低下すると考えられる。そこで、発泡層を含む絶縁紙とステータコアとの間にワニスを配置すると、この課題が解決した。従来技術において発泡層を含む絶縁紙は知られているが、上記の課題は知られておらず、また、従来技術においてワニスも知られているが、上記の課題解決のためにワニスが有効であることも知られていない。これらのことから、(ステータコアの微細な凹凸)と(発泡層を含む絶縁紙)によって生じる固定力の低下という課題は、(ステータコア)と(発泡層を含む絶縁紙)と(ワニス)の組合せによって初めて解決するものである。
上記では、耐熱試験や冷熱衝撃耐久試験において見出されたが、使用環境が厳しいハイブリッド車両に搭載される回転電機では、長期間に渡る熱履歴等によって発泡後の絶縁紙とステータコアとの間に空隙が生じ得ると考えられる。そこで、長期間に渡る熱履歴において発泡後の絶縁紙とステータコアとの間の空隙発生を抑制できる回転電機のステータが要望される。
According to the method of fixing the stator winding in the slot using the insulating paper including the foam layer, the fixing force between the stator winding and the stator core is ensured by the expanded insulating paper, so that the fixing reliability is ensured. Rise. When insulation paper containing a foam layer is actually applied to a stator of a rotating electrical machine mounted on a hybrid vehicle and a heat resistance test or a thermal shock durability test is performed, the fixing force between the stator winding and the stator core may be reduced. is there. When the cause was investigated, it was found that there was a problem that a gap was generated between the insulating paper after foaming and the stator core. It is considered that the surface of the stator core is oxidized by the generated gap, and as a result, the fixing force between the stator winding and the stator core is reduced. Therefore, this problem has been solved by arranging a varnish between the insulating paper including the foam layer and the stator core. Insulating paper containing a foam layer is known in the prior art, but the above problem is not known, and varnish is also known in the prior art, but varnish is effective for solving the above problem. There is no known thing. From these facts, the problem of a reduction in fixing force caused by (fine irregularities of the stator core) and (insulating paper including the foam layer) is due to the combination of (stator core), (insulating paper including the foam layer) and (varnish). It will be solved for the first time.
In the above, it was found in the heat resistance test and the cold shock durability test. It is believed that voids can occur. Accordingly, there is a demand for a stator for a rotating electrical machine that can suppress the generation of a gap between the foamed insulating paper and the stator core in a long-term heat history.
本開示に係る回転電機のステータは、円環状のバックヨーク、前記バックヨークから内周側に突き出す複数のティース、及び、隣接する前記ティース間の空間である複数のスロットを含むステータコアと、前記ステータコアの前記ティースに巻回されるステータ巻線と、前記ティースと前記ステータ巻線との間に配置され、基材の両面に発泡接着層を有する絶縁紙と、前記絶縁紙の前記ステータコアに向い合う側の前記発泡接着層と前記ステータコアとの間の隙間に配置されたワニスと、を備える。 A stator of a rotating electrical machine according to the present disclosure includes an annular back yoke, a plurality of teeth protruding from the back yoke to the inner peripheral side, and a plurality of slots serving as spaces between adjacent teeth, and the stator core A stator winding wound around the teeth, an insulating paper disposed between the teeth and the stator winding and having a foam adhesive layer on both surfaces of the base material, and facing the stator core of the insulating paper And a varnish disposed in a gap between the foamed adhesive layer on the side and the stator core.
上記構成の回転電機のステータによれば、(ステータコア)と(発泡接着層を有する絶縁紙)と(ワニス)の組合せを用いるので、ワニスがない場合に比較し、長期間に渡る熱履歴において発泡後の絶縁紙とステータコアとの間の空隙発生を抑制できる。 According to the stator of the rotating electrical machine having the above configuration, since a combination of (stator core), (insulating paper having a foam adhesive layer), and (varnish) is used, foaming is performed in a heat history over a long period of time as compared with the case without varnish. Generation | occurrence | production of the space | gap between a subsequent insulating paper and a stator core can be suppressed.
上記構成の回転電機のステータによれば、長期間に渡る熱履歴において発泡後の絶縁紙とステータコアとの間の空隙発生を抑制できる。 According to the stator of the rotating electrical machine having the above-described configuration, it is possible to suppress generation of a gap between the foamed insulating paper and the stator core in a long-term heat history.
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、回転電機として、ハイブリッド車両に搭載される回転電機を述べるが、これは、使用環境が厳しい用途の例示であって、ハイブリッド車両以外の電動車両に搭載されてもよく、場合によっては車両搭載以外の用途であっても構わない。以下では、ステータ巻線の巻回方法を分布巻として述べるが、これは説明のための例示であって、発泡性の絶縁紙を用いてステータコアに巻回されるステータ巻線であれば、それ以外の巻回方法であってもよい。例えば、集中巻であってもよい。また、ステータ巻線はセグメントコイルを用いてティースに巻回されるものを述べるが、これは分布巻に用いられる場合の例示であって、セグメントコイルを用いずに、絶縁皮膜付き導体線を用いて連続的にティースに巻回してもよい。 Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the following, a rotating electrical machine mounted on a hybrid vehicle will be described as a rotating electrical machine. However, this is an example of an application where the usage environment is severe, and the rotating electrical machine may be mounted on an electric vehicle other than the hybrid vehicle. It may be used for purposes other than mounting. In the following, the winding method of the stator winding is described as distributed winding, but this is an example for explanation, and if it is a stator winding wound around the stator core using foamable insulating paper, Other winding methods may be used. For example, a concentrated winding may be used. In addition, the stator winding is described as being wound around a tooth using a segment coil, but this is an example when used for distributed winding, and a conductor wire with an insulating film is used without using a segment coil. May be wound continuously around the teeth.
以下で述べる形状、寸法、ステータ巻線の巻数、材質等は、説明のための例示であって、回転電機のステータの仕様に合わせ、適宜変更が可能である。以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 The shape, dimensions, number of turns of the stator winding, material, and the like described below are examples for explanation, and can be appropriately changed according to the specifications of the stator of the rotating electrical machine. Below, the same code | symbol is attached | subjected to the same element in all the drawings, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
図1は、回転電機のステータ10の構成を示す斜視図である。以下では、特に断らない限り、回転電機のステータ10を、ステータ10と呼ぶ。ステータ10が用いられる回転電機は、ハイブリッド車両に搭載される回転電機である。回転電機は、ハイブリッド車両が力行するときは電動機として機能し、ハイブリッド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、三相同期型の回転電機である。回転電機は、図1に示すステータ10と、ステータ10の内周側に所定の間隔を隔てて配置されるロータ(図示せず)とで構成される。
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a
ステータ10は、ステータコア12と、ステータ巻線20と、絶縁紙30と、ワニス50(後述する図3、図4参照)とを含む。図1に、軸方向と径方向と周方向とを示す。軸方向は、中心穴の中心軸CLに沿った方向であり、図示されていない動力線がステータ巻線20から引き出されるステータ10の軸方向端面側の方向がリード側で、その反対方向が反リード側である。径方向は、軸方向に垂直な面内で中心軸CLを通る放射状の方向であり、周方向は、中心軸CLを中心として円周方向に沿った方向である。
The
ステータコア12は、ロータが配置される中心穴を有する磁性体部品で、円環状のバックヨーク14とバックヨーク14から内周側に突き出す複数のティース16とを含む。隣接するティース16の間の空間はスロット18である。三相同期型の回転電機の場合、ティース16とスロット18の数は、同じ3の倍数である。図1では、ステータ10の一部分として、紙面の手前側の円環状部分における5つのスロット18、向こう側の円環状部分における7つのティース16に対応する部分を示す。
The
かかるステータコア12は、バックヨーク14とティース16とを含み、スロット18が形成されるように所定の形状に成形された円環状の磁性体薄板19を所定枚数で軸方向に積み重ねた積層体である。成形されたステータコア12におけるスロット18の内壁面には微細な凹凸13がある(後述する図3(b)参照)。磁性体薄板の両面には電気的な絶縁処理が施される。磁性体薄板の材質としては、珪素鋼板の一種である電磁鋼板を用いることができる。場合によっては、磁性体薄板の積層体に代えて、磁性粉末を一体化成形したものをステータコア12としてもよい。
The
ステータ巻線20は、三相の分布巻コイルで、1つの相巻線が複数のティース16に跨って巻回されて形成される。ステータ巻線20は、複数のセグメントコイル22を用いてステータコア12のティース16に巻回される。
The stator winding 20 is a three-phase distributed winding coil, and is formed by winding one phase winding across a plurality of
セグメントコイル22は、断面が矩形形状の平角線を導体素線24として、両端のリード部を除いて導体素線24の周囲に絶縁皮膜26(後述する図3、図4参照)を被覆し、所定の形状に成形した絶縁皮膜付き導体線である。導体素線24としては、銅線、銅錫合金線、銀メッキ銅錫合金線等を用いることができる。絶縁皮膜26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。これに代えて、ポリエステルイミド、ポリイミド、ポリエステル、ホルマール等を用いることができる。
The
セグメントコイル22は、ステータコア12に巻回される前は、図示しないが略U字状の形状を有する。略U字状の形状のうち、真っ直ぐに延びる2つのストレート部分は、先端がリード部となるスロット内導体線部である。2つのストレート部分はリード部の反対側で互いに接続されて山形に折り曲げ成形された接続部となる。
The
セグメントコイル22の先端の2つのリード部の間隔距離は、予め定めた3の倍数のスロット間隔に設定される。一例として、6スロット間隔に設定される場合、セグメントコイル22の先端の2つのリード部は、ステータコア12で周方向に沿って6スロット間隔だけ離れた2つのスロット18にそれぞれ挿入される。挿入は、ステータコア12の反リード側の端面側から行われ、リード側の端面において2つのリード部が突き出す。突き出た2つのリード部は、それぞれ別のセグメントコイル22のリード部と溶接等によって接合される。予め定めた接合順序によって各セグメントコイル22のリード部は順次接合されて、三相のステータ巻線20が形成される。ステータ10のリード側の端面から突き出したステータ巻線20の部分は、リード側のコイルエンド28である。図示しないが、ステータ10の反リード側の端面には、セグメントコイル22の山形の接続部によって、反リード側のコイルエンドが形成される。
The distance between the two lead portions at the tip of the
絶縁紙30は、ティース16とステータ巻線20との間の電気的絶縁性を確保するために、ティース16とステータ巻線20との間に配置され、スロット18の形状に合わせて折り曲げられたシートである。図2に、絶縁紙30を示す。図2(a)は、絶縁紙30を折り曲げられる前の状態に展開した展開図で、折り曲げ線32,34を破線で示す。折り曲げた後の絶縁紙30は、一方側の発泡接着層42がセグメントコイル22側に向かい合い、他方側の発泡接着層44がステータコア12におけるスロット18の内壁面に向かい合う。図2(b)は、絶縁紙30の厚さ方向の構成を示す断面図である。
The insulating
絶縁紙30は、基材40の両側に発泡接着層42,44を有する発泡性の絶縁紙である。基材40としては、耐熱性と絶縁性を有する樹脂材料をシート状に成形したものを用いる。樹脂材料としては、ポリフェニレンスルファイド(PPS)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、エポキシ樹脂等が用いられる。発泡接着層42,44は、加熱によって膨張しその後硬化する樹脂材料の層で、それ自体が接着性を有する。発泡接着層42,44は、所定の加熱によって膨張し、例えば、厚さが初期状態の数倍に厚くなる。樹脂材料としては、エポキシ系の発泡樹脂材料を用いることができる。
The insulating
ワニス50は、絶縁紙30においてステータコア12に向かい合う側の発泡接着層44とステータコア12との隙間に配置される電気的絶縁性の樹脂で、液体状態では低粘度で浸透性がよく、狭い隙間に毛細管現象で浸透し、加熱によって硬化する熱硬化性樹脂である。
The
絶縁紙30を用いたステータ10の製造方法の手順について、図3、図4を用いて説明する。最初に、ステータコア12を準備する(ステータコア準備工程)。
The procedure of the method for manufacturing the
次に、絶縁紙30をスロット18の内壁面に沿うように折り曲げて、各スロット18に配置する。折り曲げは、図2の折り曲げ線32,34に沿って行う。必要に応じ、絶縁紙30とスロット18の内壁面との間に仮接着を行ってもよい(絶縁紙配置工程)。次に、セグメントコイル22のリード部を、ステータコア12の反リード側の端面側から、所定のスロット18に挿入する。(セグメントコイル配置工程)。全てのセグメントコイル22の配置が終了したら、ステータコア12のリード側の端面から突き出した各リード部を所定の接合方法で順次接合し、ステータ巻線20の巻回形成を行う。所定の接合方法は、三相巻線の巻回方法に従い、溶接装置等の所定の接合装置を用いて行う(接合工程)。これによって、リード側のコイルエンド28が形成される。
Next, the insulating
次に、リード側のコイルエンド28側から、各スロット18における絶縁紙30とステータコア12の内壁面との間における隙間を狙って、ワニス50を滴下する(ワニス滴下工程)。滴下されたワニス50は、絶縁紙30とステータコア12の内壁面との間における隙間に毛細管現象によって浸み込み広がり、隙間に含浸されるので、適当な時間の経過後には、隙間全体がワニス50で埋められる。
Next, the
図3、図4は、ワニス滴下工程後のスロット18を示す図である。図3は、1つのスロット18の径方向に垂直な断面図であり、図4は、1つのスロット18についての軸方向に垂直な断面図である。図4に示すように、ステータ巻線20は、1つのスロット18に巻数=4で巻回される。図3は、その内の1本についての断面図である。ここでは、ステータ巻線20として、スロット内のセグメントコイル22を示す。ステータコア12のスロット18の内壁面には微細な凹凸13がある。図3(a)の全体図では、微細な凹凸13を誇張して示した。(b)は拡大図である。微細な凹凸13は、磁性体薄板19の厚さ寸法に比べて微細な凹凸寸法である。
3 and 4 are views showing the
ワニス50は、コイルエンド28側から滴下される。滴下されたワニス50は、ステータコア12のスロット18の内壁面と他方側の発泡接着層44との間の隙間に浸み込み、ステータコア12のスロット18の内壁面における微細な凹凸13を覆いながら、毛細管現象によって隙間全体を埋める。全部のスロット18についてのワニス50の滴下が終了すると、ステータ10の全体が加熱装置によって所定の温度条件の下で加熱される。これによって、発泡接着層42,44は膨張し、ワニス50は硬化する。発泡接着層42,44も熱硬化性であるので、発泡後、硬化する(発泡硬化工程)。その後、適当な時間をおいて冷却され、ステータ10が得られる。発泡接着層42,44は、冷却後において再加熱しても膨張しない。
The
上記工程によって、ステータコア12のスロット18の内壁面とセグメントコイル22との間は、発泡接着層42,44の膨張によってほとんどの隙間がなくなり、所定の固定力が得られる。ワニス50は発泡接着層42,44の膨張によってもともとの隙間から押し出されるが、ステータコア12のスロット18の内壁面と発泡接着層44との間が微細な凹凸13を含めて完全に埋められ、ワニス50の固化によって固定される。これによって、(ステータコア12の微細な凹凸13)と(発泡層を含む絶縁紙30)によって生じる固定力の低下という課題は、(ステータコア12)と(発泡層を含む絶縁紙30)と(ワニス50)の組合せによって解決できる。
By the above process, almost no gap is eliminated between the inner wall surface of the
本実施の形態に係る回転電機のステータ10は、ステータコア12と、ステータ巻線20と、絶縁紙30と、ワニス50とを備える。ステータコア12は、円環状のバックヨーク14、バックヨーク14から内周側に突き出す複数のティース16、及び、隣接するティース16間の空間である複数のスロット18を含む。ステータ巻線20は、ステータコア12のティース16に巻回される。絶縁紙30は、ティース16とステータ巻線20との間に配置され、基材40の両面に発泡接着層42,44を有する。ワニス50は、絶縁紙30のステータコア12に向い合う側の発泡接着層44とステータコア12との間の隙間に配置される。
A
上記構成により、ステータコア12のスロット18の内壁面とセグメントコイル22との間は、発泡接着層42,44の膨張によってほとんどの隙間がなくなり、ワニス50によって微細な凹凸13も完全に埋められ、ワニス50の固化によって固定される。これによって、ワニス50がない場合に比較し、長期間に渡る熱履歴において、発泡後の絶縁紙30とステータコア12との間の空隙発生を抑制できる。一例を挙げると、長期間に渡る熱履歴を模擬した耐熱試験や冷熱衝撃耐久試験の後でも、発泡後の絶縁紙30とステータコア12との間の空隙発生が抑制され、これらの試験を行っても、発泡後の絶縁紙30とステータコア12との間の固定力が低下しない。
With the above configuration, almost no gap is eliminated between the inner wall surface of the
10 (回転電機の)ステータ、12 ステータコア、13 微細な凹凸、14 バックヨーク、16 ティース、18 スロット、19 磁性体薄板、20 ステータ巻線、22 セグメントコイル、24 導体素線、26 絶縁皮膜、28 コイルエンド、30 絶縁紙、32,34 折り曲げ線、40 基材、42,44 発泡接着層、50 ワニス。 10 (rotary electric machine) stator, 12 stator core, 13 fine irregularities, 14 back yoke, 16 teeth, 18 slots, 19 magnetic thin plate, 20 stator winding, 22 segment coil, 24 conductor wire, 26 insulation coating, 28 Coil end, 30 Insulating paper, 32, 34 Fold line, 40 Base material, 42, 44 Foam adhesive layer, 50 Varnish.
Claims (1)
前記ステータコアの前記ティースに巻回されるステータ巻線と、
前記ティースと前記ステータ巻線との間に配置され、基材の両面に発泡接着層を有する絶縁紙と、
前記絶縁紙の前記ステータコアに向い合う側の前記発泡接着層と前記ステータコアとの間の隙間に配置されたワニスと、
を備える、回転電機のステータ。 A stator core including an annular back yoke, a plurality of teeth protruding from the back yoke to the inner peripheral side, and a plurality of slots which are spaces between the adjacent teeth;
A stator winding wound around the teeth of the stator core;
An insulating paper disposed between the teeth and the stator winding and having a foam adhesive layer on both sides of the substrate;
A varnish disposed in a gap between the foam adhesive layer on the side of the insulating paper facing the stator core and the stator core;
A stator for a rotating electrical machine.
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