JP5845931B2 - セグメントコイル、ステータ及びセグメントコイルの製造方法、ステータの製造方法 - Google Patents
セグメントコイル、ステータ及びセグメントコイルの製造方法、ステータの製造方法 Download PDFInfo
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Description
このようなセグメントコイルを示す従来技術として、例えば下記特許文献1がある。
しかし上記特許文献1は、絶縁被膜を備える導線をステータコアの径方向外側へ屈曲させる構成であることから、曲げ加工時に絶縁被膜に加工ストレスが負荷されることで絶縁被膜に劣化が生じる可能性があるという問題があった。
またコイルエンド部の加工が複雑になるため、同一スロット内におけるコイルのターン数を増やすことが難しいという問題があった。
よってスロット内における高占積率を実現することができると共に、特にコイルエンド部において絶縁被膜に劣化が生じることを効果的に防止することができる。
また同一スロット内に配置される少なくとも1組の隣接するセグメントコイルにおいて絶縁被膜に劣化が生じることを一段と効果的に防止することができる。
よってスロット内における高占積率を一段と実現することができると共に、特にコイルエンド部において絶縁被膜に劣化が生じることを一段と効果的に防止することができる。
よってスロット内における高占積率を実現することができると共に、特にコイルエンド部において絶縁被膜に劣化が生じることを効果的に防止することができる。
またベース絶縁層と付加絶縁層とを設ける構成とすることで、絶縁層の厚みにバリエーションを持たせることができると共に、製造コストを効果的に抑えることができるセグメントコイルの製造方法とすることができる。
よって良好な絶縁性を維持することができると共に、歩留まりが良好なセグメントコイルの製造方法とすることができる。
またコイルエンド部の加工を容易化させることができ、同一スロット内におけるコイルのターン数を容易に増やすことができる。
また同一スロット内に配置される少なくとも1組の隣接するセグメントコイルにおいて、絶縁被膜に劣化が生じることを効果的に防止することができるステータの製造方法とすることができる。
また本発明のステータによれば、スロット内における高占積率を実現することができると共に、スロット内におけるコイルのターン数を効果的に増やすことができる。
また同一スロット内に配置される少なくとも1組の隣接するセグメントコイルにおいて絶縁被膜に劣化が生じることを一段と効果的に防止することができる。
また本発明のセグメントコイルの製造方法によれば、ステータコアのスロットに複数のセグメントコイルを整列配置させた場合に、スロット内における高占積率を実現することができると共に、特にコイルエンド部において絶縁被膜に劣化が生じることを効果的に防止することができるセグメントコイルを製造することができる。
よって良好な絶縁性を維持することができると共に、歩留まりが良好なセグメントコイルの製造方法とすることができる。
また絶縁層の厚みにバリエーションを持たせることができると共に、製造コストを効果的に抑えることができるセグメントコイルの製造方法とすることができる。
またコイルエンド部の加工を容易化させることができ、スロット内におけるコイルのターン数を容易に増やすことができる。
また本発明のステータの製造方法によれば、スロット内における高占積率を実現することができると共に、スロット内におけるコイルのターン数を効果的に増やすことができるステータの製造方法とすることができる。
また同一スロット内に配置される少なくとも1組の隣接するセグメントコイルにおいて絶縁被膜に劣化が生じることを効果的に防止することができる。
また図1、図2に示すように、このモータ1は、インバータ制御によりスイッチングされた電力が供給されるPWM駆動(Pulse Width Modulation:パルス幅変調)の3相式モータである。具体的には図2に示すように、バッテリー2からの電力が、その電圧をリレー3及び昇圧コンバータ4により上げられ、スイッチング素子を備えるインバータ制御部5を経て、高圧ケーブル6と接続されたU相、V相、W相の入力端子を経てモータ1に供給される。また図1に示すように、U相、V相、W相は、直列接続された4本の巻回コイルを1対並列接続させた構成である。
またこのセグメントコイル12は図4(b)に示すように、主としてスロット部11c内に収容される直線状の1対のコイル中央部Cと、スロット部11cの外部に突出されてセグメントコイル12の端部を形成する1対のコイルエンド部Eとを備える。
更に図4に示すように、1対のコイルエンド部Eの一方(本実施形態においては図面の下側)には同一相内のセグメントコイル12間を接続するための端子部Tを形成してある。また図示していないが、端子部Tと反対側のコイルエンド部Eには、隣接するスロット部11cに収容されるセグメントコイル12間の接触を回避するために、セグメントコイル12を屈曲してなるクランク部を形成してある。
なお図6(a)に示す素線Rの短手方向の長さFは、1.0mm〜2.0mm程度、より好ましくは1.5mm〜2.0mm程度とすることが望ましい。また図6(a)に示す素線Rの長手方向の長さGは、2.5mm〜5.0mm程度、より好ましくは3.0mm〜4.0mm程度とすることが望ましい。
より具体的には、ステータコア11にセグメントコイル12を組み付けた際において、コイルエンド部Eのうち、ステータコア11との近接領域で且つステータコア11の周方向の対向する位置に、ステータコア11の径方向外側に向けてコイルを傾斜させて(屈曲させて)なる傾斜領域Kを設ける構成としてある。
なお、ここで「コイルエンド部Eのうち、ステータコア11との近接領域」とは、図5(b)に一部を示すように、コイルエンド部Eのうち、ステータコア11の端面11dからステータコア11の軸方向に500μm〜5mm程度の範囲内のことを意味するものとする。
また図5に簡略化して示すように、同一スロット内に配置される隣接するセグメントコイル12において、傾斜領域Kにおけるコイルの傾斜角度を、ステータコア11の内周側に配置されるセグメントコイル12の傾斜角度よりもステータコア11の外周側に配置されるセグメントコイル12の傾斜角度を大きくする構成としてある。
更に同一スロット内に配置される隣接するセグメントコイル12において、傾斜領域Kにおける長さを、ステータコア11の内周側に配置されるセグメントコイル12の長さよりもステータコア11の外周側に配置されるセグメントコイル12の長さを長くする構成としてある。
なお、ここで「傾斜領域Kにおけるコイルの傾斜角度」とは、図5(b)に一部を示すように、傾斜領域Kを構成するセグメントコイル12とステータコア11の端面11dとで形成される角度Hのことを意味するものとする。
また、ここで「傾斜領域Kにおけるコイルの長さ」とは、セグメントコイル12が傾斜している部分のステータコア11の径方向におけるコイルの長さを意味するものである。
言い換えれば、同一スロット内に配置される隣接するセグメントコイル12において、ステータコア11の内周側に配置されるものの傾斜領域Kの構成に比べて、ステータコア11の外周側に配置されるものの傾斜領域Kの構成を、ステータコア11の径方向外側に向けてコイルを屈曲させる屈曲角度を大きくし、且つステータコア11の径方向外側に向けてコイルを長く伸長(拡張)させる構成としてある。
また図5(a)に簡略化して示すように、1つのセグメントコイル12に備える1対のコイルエンド部Eにおいて、傾斜領域Kにおけるコイルの傾斜角度を、端子部Tを備えていないコイルエンド部Eでの傾斜角度よりも、端子部Tを備えるコイルエンド部Eでの傾斜角度を大きくする構成としてある。
また本実施形態においては、詳しくは図示していないが、1つのセグメントコイル12に備える1対のコイルエンド部Eのそれぞれにおいて、ステータコア11の周方向の対向する位置に設ける傾斜領域Kにおけるコイルの傾斜角度及び傾斜領域Kにおけるコイルの長さを同一なものとする構成としてある。
なお本実施形態においては、後述するように、この傾斜領域Kは、絶縁層Zを形成する前の素線Rの状態でコイルを屈曲させることで形成してある。
より具体的には、コイル中央部Cにおいては図6(a)に示すように、素線Rの表面にベース絶縁層Z1だけを被覆させることで絶縁層Zを形成する構成としてある。
これに対してコイルエンド部Eにおける傾斜領域Kを除く領域のうち、所定領域においては図6(b)に示すように、素線Rの表面にベース絶縁層Z1を被覆させると共に、ベース絶縁層Z1の表面に更に付加絶縁層Z2を被覆させることで絶縁層Zを形成する構成としてある。
つまり図5(b)に示すように、コイルエンド部Eにおける傾斜領域Kを除く領域のうち所定領域を、絶縁層Zの厚みがコイル中央部Cを構成する絶縁層Zの厚みよりも厚肉に形成してなる厚肉領域Aとする構成としてある。
なお、ここで「所定領域」とは、「コイルエンド部Eにおいて、隣接するセグメントコイル12が近接する領域、より具体的には素線Rの状態で隣接する素線R間の距離が数μm〜数百μm程度となる領域」のことを意味するものとする。
また図5(b)は説明の便宜上、厚肉領域Aを誇張して図示したものである。
また付加絶縁層Z2の材質としては、ポリアミドイミドやポリイミドを代表とするスーパーエンジニアリングプラスチック材料、或いはエンジニアリングプラスチックに無機フィラーを混合した材料等用いることができる。またその形成方法としては、ダイス引き、電着、粉体塗装、テープの貼り付け、ディップ、スプレー塗装、インサート式射出成形、押し出し成形等を用いることができる。
またモータ相間の電圧は、インバータサージ等の影響により、入力電圧の約2倍のピーク電圧が印加されることから、付加絶縁層Z2の厚みは、例えば設計電圧が1000Vの場合は、40μm〜200μm程度とすることが望ましく、より好ましくは80μm〜120μm程度とすることが望ましい。40μm未満では部分放電による皮膜劣化が発生し、200μmを超えるとコイルエンドの線間距離増加による寸法増大を招くからである。
つまり図1に簡略化して示すように、同一のスロット部11cに収容される所定数(本実施形態においては4本)のセグメントコイル12が、それぞれの端子部Tで溶接等を用いて接続されることで、4本のセグメントコイル12からなる第1巻回コイル12aが形成される。更に図1に示すように、4本のセグメントコイル12からなる第1巻回コイル12a〜第4巻回コイル12dが、それぞれの端子部Tで直列接続されると共に、直列接続される第1巻回コイル12a〜第4巻回コイル12dが1対並列接続されることで、U相が形成される。また詳しくは図示していないが、U相の構成と同様の構成でV相、W相が形成される。
このような構成からなるU相、V相、W相を形成するセグメントコイル12が仮組みされた状態で所定のスロット部11cに収容されることで、セグメントコイル12が整列配置された状態でステータコア11に組み付けられる。
以上の構成により、図3と、図4に一部を示すステータ10が形成されている。またこのステータ10と図示しないロータとを組み合わせることでモータ1が形成されている。
また図1に示すように、U相、V相、W相の各相を構成するセグメントコイル12の一端(本実施形態においては第1巻回コイル12a)は、高圧ケーブル6と接続される入力端子12U、12V、12Wとなり、他端(本実施形態においては第4巻回コイル12d)は、中性点12UN、12VN、12WNとなっている。
コイルとして平角線からなるセグメントコイル12を用いる構成とすることで、ステータコア11のスロット部11c内に容易に整列配置させることができるコイルとすることができる。よってステータ10の組み立て作業の効率化を実現することができる。従って製造効率の良いステータ10及びモータ1とすることができる。
またコイル中央部Cにおいては、素線Rの表面にベース絶縁層Z1だけを形成すると共に、絶縁層Z1の厚みを設計電圧が500Vの場合には、15μm〜30μm程度とすることで、スロット部11c内における占積率を効果的に向上させることができるセグメントコイル12とすることができる。よって高効率なステータ10及びモータ1とすることができる。
またコイルエンド部Eの傾斜領域Kを除く所定領域においては、設計電圧が1000Vの場合には、素線Rの表面に厚みが15μm〜30μm程度のベース絶縁層Z1を形成すると共に、ベース絶縁層Z1の表面に更に厚みが80μm〜120μm程度の付加絶縁層Z2を形成することで、隣接するセグメントコイル12が近接する領域、より具体的には隣接する素線R間の距離が数μm〜数百μm程度となることでコロナ放電が発生し易く、絶縁層Zの劣化が生じ易い領域において、絶縁層Zに劣化が生じることを効果的に防止することができるセグメントコイル12とすることができる。よって良好な絶縁性を維持することができるステータ10及びモータ1とすることができる。
つまりセグメントコイル12における絶縁層Zの厚みにバリエーションを持たせることができる。より具体的には、占積率を向上させたいコイル中央部Cでは絶縁層Zの厚みを薄くすることができると共に、コイルエンド部Eにおいてコロナ放電に伴う絶縁劣化を防止したい領域においては絶縁層Zの厚みを厚くすることができる。このような構成とすることで、厚みを厚肉にする必要があるコイルエンド部Eの所定領域の厚みに合わせて素線Rの表面に絶縁層Zを一体的に形成する場合に比べて、製造コストを効果的に抑えることができる。
またコイルエンド部Eのうち、厚肉領域Aを除く領域に傾斜領域Kを設け、且つ同一スロット内に配置される隣接するセグメントコイル12において、傾斜領域Kにおけるコイルの傾斜角度をステータコアの内周側に配置されるものよりも外周側に配置されるものを大きくすると共に、傾斜領域Kにおけるコイルの長さをステータコア11の内周側に配置されるものより外周側に配置されるものを長くする構成とすることで、コイルエンド部Eの厚みがコイル中央部Cの厚みよりも厚肉である構成であっても、スロット部11cの内部においては、同一スロット部11c内に配置される隣接するセグメントコイル12におけるコイル中央部C間を一段と効果的に近接させることができる。
つまり図5(b)に簡略化して示すステータ11内(図示しない同一スロット部内)における隣接するコイル中央部C間の距離が、コイルエンド部Eにおける厚肉領域Aの厚みに制約されることを防止することができる。
よって厚肉領域Aの厚みにかかわらず、同一スロット部11c内における隣接するコイル中央部C間を近接させることができ、スロット部11c内における高占積率を一段と効果的に実現することができる。
またスロット部11cの外部においては、図5(b)に示すように、同一スロット部に配置される隣接するセグメントコイル12において、コイルエンド部E間に効果的に隙間Jを設けることができる。
よってスロット部11cの外部においては、導体間距離が増大、或いは電解集中し易い微小ギャップ部が減少して電率を効果的に低下させることができ、コイルエンド部Eにおけるコロナ放電の発生を効果的に抑制することができる。よってコロナ放電によってコイルエンド部Eの絶縁層Zが劣化することを効果的に防止することができ、一段と良好な絶縁性を維持することができるセグメントコイル12及びステータ10とすることができる。
従ってスロット部11c内における占積率の向上と、特にコイルエンド部Eにおける絶縁層Zの劣化の防止とを同時に実現することができるセグメントコイル12、ステータ10、モータ1とすることができる。
また1つのセグメントコイル12に備える1対のコイルエンド部Eにおいて、傾斜領域Kにおけるコイルの傾斜角度を、端子部Tを備えていないコイルエンド部Eでの傾斜角度よりも、端子部Tを備えるコイルエンド部Eでの傾斜角度を大きくする構成とすることで端子部Tの接合スペースを広くとることができ、接合の作業性を向上させることができる。
つまりコロナ放電に伴う絶縁層Zの劣化を防止するために、絶縁層Zの厚みを厚肉にする必要があるコイルエンド部Eの厚みに合わせて素線Rの表面に厚みが均一な絶縁層Zを一体的に形成する構成であった。
よって絶縁層Zの厚みを厚肉にする必要がないコイル中央部Cにおいても絶縁層Zの厚みが厚肉になることで、スロット部内における占積率を向上させることができないと共に、製造コストを抑えることができないという問題があった。
また従来、図10に示すように、コイルエンド部Eにステータコア22の径方向外側に傾斜させてなる傾斜領域Kを設けるセグメントコイル23があった。なお図10においては、白抜き矢印で示す方向が径方向外側であるものとする。
またこのようなセグメントコイル23をスロット(図示しない)に複数整列配置させてなるステータ(図示しない)、より具体的には傾斜領域Kにおけるコイルの傾斜角度を、ステータコア22の内周側に配置されるものより外周側に配置されるものを大きくする構成を備えるステータがあった。
このようなステータにおいては、同一スロット部に整列配置されるセグメントコイル23において、スロット部の内部においては隣接するセグメントコイル23を効果的に近接させることができると共に、スロット部の外部においては隣接するセグメントコイル23のコイルエンド部E間に効果的に隙間Jを設けることができるメリットがあった。
しかしこのような構成を備える従来のセグメントコイル及びステータは、コイルの最表面に絶縁層を形成した状態で曲げ加工を行うことで傾斜領域Kを形成するものが一般的であったことから、加工時にコイルエンド部Eの絶縁層に被膜割れが発生するという問題があった。
またコイルエンド部Eの加工が複雑になるため、同一スロット部内におけるコイルのターン数を増やすことが難しいという問題があった。
また傾斜領域Kを形成する際にコイルエンド部Eの絶縁層に被膜割れが発生することを効果的に防止することができる。
更にコイルエンド部Eの加工が容易になるため、同一スロット部11c内におけるコイルのターン数を容易に増やすことができるセグメントコイル12、ステータ10、モータ1とすることができる。
次に図7(b)を参照して、コイル体形成工程により、図示しない折り曲げ治具を用いて平角線からなる素線Rを略U字状に屈曲させることで、素線Rをいわゆるセグメントコイルの形状をなすコイル体Bに加工する。
次に図示していないが、傾斜領域形成工程により、コイル体Bのコイルエンド部Eのうち、後に厚肉領域A(図示しない)となる領域を除く領域に、ステータコア11の径方向外側に向けて傾斜させてなる傾斜領域Kを折り曲げ治具を用いて形成する。
なお、この傾斜領域形成工程においては、後に同一スロット内に配置される隣接するセグメントコイル12において、ステータコア11の内周側に配置されるセグメントコイル12に比べて、ステータコア11の外周側に配置されるものの傾斜領域Kにおけるコイルの傾斜角度が大きく、且つ傾斜領域Kにおけるコイルの長さが長くなるように傾斜領域Kを形成する。
更に1つのコイル体Bに備える1対のコイルエンド部Eにおいて、傾斜領域Kにおけるコイルの傾斜角度が、端子部Tを備えていないコイルエンド部Eでの傾斜角度よりも、端子部Tを備えるコイルエンド部Eでの傾斜角度が大きくなるように傾斜領域Kを形成する。
その後、図示しない折り曲げ治具を用いて、コイル体Bにクランク部を形成する。
次に図示していないが、絶縁層形成工程におけるベース絶縁層形成工程により、コイル体Bにおいて、端子部Tとなる領域を除く表面全体に絶縁物を均一な厚みで被覆させることで、コイル体Bの表面に均一な厚みからなるベース絶縁層Z1を一体的に形成する。なおこの際、ベース絶縁層Z1の厚みは、設計電圧が500Vの場合には、15μm〜30μm程度、より好ましくは15μm〜25μm程度とすることが望ましい。
次に図示していないが、絶縁層形成工程における付加絶縁層形成工程により、コイル体Bのコイルエンド部E1のうち、所定領域にベース絶縁層Z1と同一の絶縁物を均一な厚みで被覆させることで、付加絶縁層Z2を形成する。これによってコイルエンド部Eに厚肉領域A(図示しない)が形成される。
なおこの際、付加絶縁層Z2の厚みは設計電圧が1000Vの場合には、40μm〜200μm程度、より好ましくは80μm〜120μm程度とすることが望ましい。
以上の工程により、コイル体Bの表面に絶縁層Zが形成される。これによって本発明の実施形態に係るセグメントコイル12が形成される。
次に図7(c)に簡略化して示すように、U相、V相、W相を構成するセグメントコイル12の仮組みを行う。
次に図7(d)に簡略化して示すように、仮組みされた状態のセグメントコイル12をステータコア11のスロット部11cに組み付ける。
次に図示していないが、同一のスロット部11c内に組み付けられているU相、V相、W相を構成する各セグメントコイル12の端子部Tを溶接により接合することで、各相における第1巻回コイル12a〜第4巻回コイル12dを形成する。
次に図示していないが、各相における第1巻回コイル12a〜第4巻回コイル12dを渡り線により直列接続させると共に、1対の第1巻回コイル12a〜第4巻回コイル12dを並列接続させる。
以上の工程により、本発明の実施形態に係るステータ10が形成される。
コイルとして平角線からなるセグメントコイル12を用いる構成とすることで、ステータコア11のスロット部11c内における占積率を効果的に向上させることができるステータ10の製造方法とすることができる。
またコイル体形成工程と、傾斜領域形成工程とを行った後に絶縁層形成工程を行う構成とすることで、絶縁層Zに曲げ加工等の加工ストレスが負荷されることがない。よって特にセグメントコイル12の製造段階において絶縁層Zに劣化が生じることを効果的に防止することができる。従って良好な絶縁性を維持することができると共に、歩留まりが良好なセグメントコイル12の製造方法とすることができる。また良好な絶縁性を維持することができるステータ10の製造方法とすることができる。
またコイルエンド部Eの加工が容易になるため、同一スロット部11c内におけるコイルのターン数を容易に増やすことができるセグメントコイル12及びステータ10の製造方法とすることができる。
またコイル中央部Cにおいては、設計電圧が500Vの場合には、厚みを15μm〜30μm程度とするベース絶縁層Z1だけで絶縁層Zを形成する構成とすることで、スロット部11c内における占積率を効果的に向上させることができるセグメントコイル12及びステータ10の製造方法とすることができる。
またコイルエンド部Eの所定領域においては、設計電圧が1000Vの場合には、厚みが15μm〜30μm程度のベース絶縁層Z1と、厚みが80μm〜120μm程度の付加絶縁層Z2とで絶縁層Zを形成する構成とすることで、隣接するセグメントコイル12が近接する領域、つまりコロナ放電が発生し易く、絶縁層Zの劣化が生じ易い領域においては、絶縁層Zに劣化が生じることを効果的に防止することができる。よって良好な絶縁性を維持することができるセグメントコイル12及びステータ10の製造方法とすることができる。
つまりセグメントコイル12における絶縁層Zの厚みにバリエーションを持たせることができる。より具体的には、占積率を向上させたいコイル中央部Cでは絶縁層Zの厚みを薄くすることができると共に、コイルエンド部Eにおいてコロナ放電に伴う絶縁劣化を防止したい領域においては絶縁層Zの厚みを厚くすることができる。このような構成とすることで、厚みを厚肉にする必要があるコイルエンド部Eの所定領域の厚みに合わせて絶縁層Zを一体的に形成する構成に比べて、製造コストを効果的に抑えることができる。
従ってスロット部11c内における占積率の向上と、絶縁層Zの劣化の防止とを同時に実現することができると共に、製造コストを効果的に抑えることができるセグメントコイル12及びステータ10の製造方法とすることができる。
更にコイルエンド部Eのうち、厚肉領域Aを除く領域に傾斜領域Kを設け、且つ同一スロット内に配置される隣接するセグメントコイル12において、傾斜領域Kにおけるコイルの傾斜角度をステータコアの内周側に配置されるものよりも外周側に配置されるものを大きくすると共に、傾斜領域Kにおけるコイルの長さをステータコア11の内周側に配置されるものより外周側に配置されるものを長くする構成とすることで、コイルエンド部Eの厚みがコイル中央部Cの厚みよりも厚肉である構成であっても、スロット部11cの内部においては、同一スロット部11c内に配置される隣接するセグメントコイル12におけるコイル中央部C間を一段と効果的に近接させることができる。つまり図5(b)に簡略化して示すステータ11内(図示しないスロット部内)における隣接するコイル中央部C間の距離が、コイルエンド部Eにおける厚肉領域Aの厚みに制約されることを防止することができる。
よって厚肉領域Aの厚みにかかわらず、同一スロット部11c内における隣接するコイル中央部C間を近接させることができ、スロット部11c内における高占積率を一段と効果的に実現することができる。
またスロット部11cの外部においては、図5(b)に示すように、同一スロット部11cに配置される隣接するセグメントコイル12において、コイルエンド部E間に効果的に隙間Jを設けることができる。
よってスロット部11cの外部においては、導体間距離が増大、或いは電解集中し易い微小ギャップ部が減少して誘電率を効果的に低下させることができ、コイルエンド部Eにおけるコロナ放電の発生を効果的に抑制することができる。よってコロナ放電によってコイルエンド部Eの絶縁層Zが劣化することを効果的に防止することができ、一段と良好な絶縁性を維持することができるセグメントコイル12及びステータ10の製造方法とすることができる。
従ってスロット部11c内における占積率の向上と、特にコイルエンド部Eにおける絶縁層Zの劣化の防止とを同時に実現することができるセグメントコイル12及びステータ10の製造方法とすることができる。
また1つのセグメントコイル12に備える1対のコイルエンド部Eにおいて、傾斜領域Kにおけるコイルの傾斜角度を、端子部Tを備えていないコイルエンド部Eでの傾斜角度よりも、端子部Tを備えるコイルエンド部Eでの傾斜角度を大きくする構成とすることで端子部Tの接合スペースを広くとることができ、接合の作業性を向上させることができる。
本変形例は、既述した本発明の実施形態に係るセグメントコイル12を用いてなるステータ10に対して、複数のセグメントコイル12のステータコアへの配置構成を変形させたものである。その他の構成は既述した本発明の実施形態に係るセグメントコイル12を用いてなるステータ10と同様である。
よって、既述した本発明の実施形態に係るセグメントコイル12を用いてなるステータ10と同一部材、同一機能を果たすものには、同一番号、同一アルファベットを付し、以下の詳細な説明は省略するものとする。
なお、ここで「コイル間距離」とは、隣接するセグメントコイル12における、ステータコアの径方向でのコイルの中心間の距離を意味するものとする。
より具体的には、同一スロット部内に配置される隣接するセグメントコイル12において、コイル中央部C間及びコイルエンド部Eの厚肉領域A間では隙間なくコイルを密着させることができる。
よってスロット部内における高占積率を一段と効果的に実現することができると共に、スロット部内におけるコイルのターン数を一段と効果的に増やすことができる。
また既述したコロナ放電は、隣接するセグメントコイル12(具体的には、同一相内における隣接するセグメントコイル12と、異なる相間における隣接するセグメントコイル12)の隙間が近接する領域において発生し易いところ、特に同一相内における隣接するセグメントコイル12間でのコロナ放電の発生を効果的に防止することができる。
よって同一相内における隣接するセグメントコイル12間において、コロナ放電に伴い絶縁層Zに劣化が生じることを効果的に防止することができ、良好な絶縁性を維持することができるステータとすることができる。
よって本変形例におけるステータの製造方法のうち、既述した本発明の実施形態に係るセグメントコイル12を用いてなるステータ10の製造方法と同一な部分については、以下の詳細な説明を省略するものとする。
つまり既述した本発明の実施形態に係るセグメントコイル12を用いてなるステータ10の製造方法と同一工程にて、仮組みされた状態のセグメントコイル12をステータコア30のスロット部に組み付ける工程までを行う。
次に仮組みされた状態のセグメントコイル12をステータコア30のスロット部に組み付ける工程を、同一スロット部内に配置される隣接するセグメントコイル12が、コイル中央部C及びコイルエンド部Eの厚肉領域Aにおいて、ステータコアの径方向に接触するように治具を用いて外力を加えながら複数のセグメントコイル12をステータコア30に組み付ける工程として行う。
その後、既述した本発明の実施形態に係るセグメントコイル12を用いてなるステータ10の製造方法と同一工程にて、U相、V相、W相を構成する各セグメントコイル12の端子部Tを溶接により接合することで、各相における第1巻回コイル〜第4巻回コイルを形成し、各相における第1巻回コイル〜第4巻回コイルを渡り線により直列接続させると共に、1対の第1巻回コイル〜第4巻回コイルを並列接続させることで、本変形例に係るステータが形成される。
同一スロット部内に配置される隣接するセグメントコイル12において、コイル中央部C間及びコイルエンド部Eの厚肉領域A間では隙間なくコイルを密着させることができることで、スロット部内における高占積率を一段と効果的に実現することができると共に、スロット部内におけるコイルのターン数を一段と効果的に増やすことができるステータの製造方法とすることができる。
また特に同一相内における隣接するセグメントコイル12間でのコロナ放電の発生を効果的に防止することができ、同一相内における隣接するセグメントコイル12間において、コロナ放電に伴い絶縁層Zに劣化が生じることを効果的に防止することができる。
従って良好な絶縁性を維持することができるステータの製造方法とすることができる。
また本実施形態においては、図6(b)に示すように、セグメントコイル12の所定領域において、セグメントコイル12の全周に付加絶縁層Z2を設ける構成としたが、必ずしもこのような構成に限るものではなく、1対のコイルエンド部Eにおいて、隣接するコイル12が近接する領域、より具体的には素線Rの状態で隣接する素線R間の距離が数μm〜数百μm程度となる部分に付加絶縁層Z2を設ける構成とするものであれば、セグメントコイル12の外周のうち、一部分のみに付加絶縁層Z2を設けるような構成としてもよい。
また本実施形態においては、1対のコイルエンド部Eのそれぞれにおいて、ステータコアの周方向の対向する位置に傾斜領域Kを設ける構成としたが、必ずしもこのような構成に限るものではない。
また本実施形態においては、1つのセグメントコイル12に形成される4つ傾斜領域Kの構成を、セグメントコイル12の傾斜角度及びセグメントコイル12の長さが同一なものとする構成としたが、必ずしもこのような構成に限るものではなく、セグメントコイル12の傾斜角度、セグメントコイル12の長さをそれぞれ異なるものとしてもよい。但し、ステータ10を形成した場合に、同一スロット部11c内に配置される隣接するセグメントコイル12において、傾斜領域Kにおけるコイルの傾斜角度が、ステータコア11の内周側に配置されるセグメントコイル12の傾斜角度よりもステータコア11の外周側に配置されるセグメントコイル12の傾斜角度が大きく、且つ傾斜領域Kの長さが、ステータコア11の内周側に配置されるセグメントコイル12の長さよりもステータコア11の外周側に配置されるセグメントコイル12の長さが長くなる構成となることが必要である。
またU相、V相、W相を構成するセグメントコイル12の数、セグメントコイル12の形状、厚肉領域Aの形成位置、ステータコア11の形状、モータ1の構成等も本実施形態のものに限るものではなく、適宜変更可能である。
また本発明の実施形態においては、コイル体形成工程と、傾斜領域形成工程とを行った後に絶縁層形成工程を行う構成としたが、必ずしもこのような構成に限るものではない。
例えば素線Rを準備し、まずベース絶縁層形成工程を行い、その後にコイル体形成工程と傾斜領域形成工程とを行い、更にその後に付加絶縁層形成工程を行う構成とすることができる。このような構成とすることで、絶縁性能とコストのバランスがとれた絶縁材料の選択が可能になる。
また本変形例においては、同一スロット部内における全ての隣接するセグメントコイル12が、コイル中央部C及びコイルエンド部Eの厚肉領域Aにおいて、ステータコア30の径方向に接触するような構成としたが、必ずしもこのような構成に限るものではなく、同一スロット部内に配置される少なくとも1組の隣接するセグメントコイル12が、コイル中央部C及びコイルエンド部Eの厚肉領域Aにおいて、ステータコアの径方向に接触するような構成であれば、適宜変更可能である。
2 バッテリー
3 リレー
4 昇圧コンバータ
5 インバータ制御部
6 高圧ケーブル
10 ステータ
11 ステータコア
11a ステータコア本体
11b ティース部
11c スロット部
11d 端面
12 セグメントコイル
12a 第1巻回コイル
12b 第2巻回コイル
12c 第3巻回コイル
12d 第4巻回コイル
12U U相端子
12UN U相中性点
12V V相端子
12VN V相中性点
12W W相端子
12WN W相中性点
20 ステータ
21 セグメントコイル
22 ステータ
23 セグメントコイル
30 ステータコア
A 厚肉領域
B コイル体
C コイル中央部
E コイルエンド部
E1 コイルエンド部
F 長さ
G 長さ
H 角度
J 隙間
K 傾斜領域
P コイル間距離
Q コイル間距離
R 素線
T 端子部
Z 絶縁層
Z1 ベース絶縁層
Z2 付加絶縁層
Claims (3)
- セグメントコイルをステータコアのスロットに複数整列配置させてなるステータであって、
前記セグメントコイルは、前記ステータコアのスロットの内部に収容されるコイル中央部と、前記スロットの外部に突出するコイルエンド部とを備えると共に、コイルの最表面に絶縁層を形成してあり、前記コイルエンド部は、前記絶縁層の厚みを前記コイル中央部における前記絶縁層の厚みよりも厚肉に形成してなる厚肉領域を有すると共に、前記ステータコアの径方向外側に向けてコイルを傾斜させてなる傾斜領域を有し、
前記複数のセグメントコイルのうち、同一スロット内に配置される少なくとも1組の隣接するセグメントコイルが、前記コイル中央部及び前記コイルエンド部の厚肉領域において、ステータコアの径方向に接触し、且つ接触箇所におけるステータコアの径方向におけるコイル間距離が、コイル中央部よりもコイルエンド部の方において大きく、
前記複数のセグメントコイルは、同一スロット内に配置される隣接するセグメントコイルにおいて、前記傾斜領域におけるコイルの傾斜角度が、前記ステータコアの内周側に配置されるものよりも外周側に配置されるものにおいて大きく、
前記セグメントコイルは、前記コイルエンド部を1対備えると共に、何れか一方のコイルエンド部には隣接するセグメントコイルを電気接続するための端子を備え、且つ前記傾斜領域におけるコイルの傾斜角度が、前記端子を備えていないコイルエンド部よりも前記端子を備えるコイルエンド部において大きいことを特徴とする、ステータ。 - セグメントコイルを、ステータコアのスロットに複数整列配置させてなるステータの製造方法であって、
前記セグメントコイルは、前記スロットの内部に収容されるコイル中央部と、前記スロットの外部に突出するコイルエンド部とを備えると共に、コイルの最表面に絶縁層を形成してあり、前記コイルエンド部は、前記絶縁層の厚みを前記コイル中央部における前記絶縁層の厚みよりも厚肉に形成してなる厚肉領域を有すると共に、前記ステータコアの径方向外側に向けてコイルを傾斜させてなる傾斜領域を有し、
前記セグメントコイルの製造方法は、少なくとも平角線からなる素線を屈曲させてコイル体を形成するコイル体形成工程と、前記コイル体のコイルエンド部に、ステータコアの径方向外側に向けてコイルを傾斜させてなる傾斜領域を形成する傾斜領域形成工程と、前記コイル体の表面に絶縁物を被覆させて絶縁層を形成する絶縁層形成工程とを備えると共に、該絶縁層形成工程が、前記コイル体に絶縁物を一体的に被覆させてベース絶縁層を形成するベース絶縁層形成工程と、該ベース絶縁層形成工程の後に前記コイルエンド部の所定領域に絶縁物を付加的に被覆させて付加絶縁層を形成する付加絶縁層形成工程とからなり、
前記複数のセグメントコイルのうち、同一スロット内に配置される少なくとも1組の隣接するセグメントコイルが、前記コイル中央部及び前記コイルエンド部の厚肉領域において、ステータコアの径方向に接触するように外力を加えながらステータコアに組み付けられることを特徴とする、ステータの製造方法。 - 前記ベース絶縁層形成工程を、前記傾斜領域形成工程の後に行うことを特徴とする請求項2に記載のステータの製造方法。
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