JP6233217B2

JP6233217B2 - 回転電機のステータ

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Publication number: JP6233217B2
Application number: JP2014142264A
Authority: JP
Inventors: 金重　慶一; 慶一金重; 勝秀北川; 一志土橋
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-07-10
Filing date: 2014-07-10
Publication date: 2017-11-22
Anticipated expiration: 2034-07-10
Also published as: JP2016019410A

Description

本発明は、回転電機のステータに係り、特に回転電機温度を測定する温度センサのリード線の固定手段を有する回転電機のステータに関する。

回転電機は動作によってコイル等が発熱するので、回転電機温度を測定するための温度センサが設けられ、温度センサからリード線が引き出される。

特許文献１には、回転電機のステータに配置されるインシュレータにおいてその内径側で壁部を立ち上げ、そこに測温素子である温度センサを収納する凹部を設けることが開示されている。

特許文献２では、ステータコイルのリード線の引出部分が絶縁スリーブで覆われているので、この複数のリード線を一緒に捩じると、その際に絶縁スリーブが根元からずれることを指摘している。これを防止するため、ステータの軸方向端部に設けられるインシュレータの外径側を壁部として立ち上げ、その壁部にリード線の絶縁スリーブを挟持する挟持溝を設けることが開示されている。

特開２０１３−１５８０７８号公報特開２０１３−２４３８２２号公報

回転電機温度を測定する温度センサのリード線を回転電機のステータに固定する方法としては、リード線を押えるブラケットを用いてこれを回転電機のステータに固定することが知られている。この方法では、回転電機のステータにブラケットを固定するためのスペースを要し、ブラケットの締結作業が必要となる。また、ブラケットの配置によってはリード線の固定位置のばらつきが大きくなり、回転電機の振動によってリード線の動きが大きくなってリード線の損傷が生じる恐れがある。また、引用文献１，２の方法を用いるには、特別な形状のインシュレータが必要で、インシュレータが大型化し、コスト増や回転電機の大型化につながる。

本発明の目的は、簡単な構造で温度センサのリード線を固定でき、回転電機の振動等でも安定して固定できる回転電機のステータを提供することである。

本発明に係る回転電機のステータは、円環状のベース部とベース部から内径側に突き出す複数のティースとを有するステータコアと、ステータコアの軸方向端面を覆って配置され、隣接するティースの間の空間である複数のスロットに対応してコイルが通る複数の開口部を有し絶縁材料で構成される円環状のカフサと、ステータコアの軸方向に突き出すコイルエンドを保持するカフサにおいてその円環状の外径側の環状部に設けられる嵌合部と、嵌合部に固定される爪部、及び爪部からステータコアの外径側に張り出しステータコアの軸方向端部に向かい合う面に凹部を有する本体部を含み、絶縁材料で構成される固定部材と、を備え、固定部材の凹部とステータコアの軸方向端部との間にリード線が収容されることを特徴とする。

上記構成によれば、カフサは嵌合部を設けるだけでカフサの体格が特に増加することもなく、固定部材は爪部とカフサの嵌合部との協働によってカフサに容易に固定できる。そして、温度センサのリード線は固定部材の凹部とステータコアの軸方向端部との間に配置されるので、回転電機の振動等によってもリード線が固定部材から外れにくい。

本発明に係る実施の形態における回転電機のステータの構成図である。図１（ａ）は、全体斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）の軸方向に沿った断面図であり、（ｃ）は、固定部材の凹部に温度センサのリード線が収容される状態を示す図である。本発明に係る実施の形態における回転電機のステータに用いられる固定部材を示す図である。図２（ａ）は、上面図であり、（ｂ）は、正面図であり、（ｃ）は、側面図であり、（ｄ）は、（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。本発明に係る実施の形態における回転電機のステータにおけるカフサと固定部材の関係を示す図である。図３（ａ）は、カフサに１つの固定部材が取り付けられ、２つ目の固定部材がまだ取り付けられていない状態を示す図であり、（ｂ）は、カフサに取り付けられる前の状態の固定部材を示す図であり、（ｃ）はカフサに設けられる挿入開口部の寸法関係を示す図である。図３のＢ−Ｂ’断面図である。

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、三相コイルの巻回方法として分布巻を述べるが、これは説明のための例示であって、集中巻等であってもよい。以下では、カフサに取り付けられる固定部材が２つとして説明するが、固定部材の数はこれ以外であってもよい。例えば、１つでもよく、３つ以上であってもよい。

以下で述べる形状、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応じ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。

図１は、回転電機のステータ１０の構成図である。以下では、回転電機のステータ１０を特に断らない限り、ステータ１０と呼ぶ。図１には表れていないがステータ１０には回転電機温度を測定する温度センサが設けられる。ステータ１０は、温度センサから引き出される信号線であるリード線２８を固定部材５０で固定する構造を有する。図１（ａ）は、全体斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）の軸方向に沿った断面図であり、（ｃ）は、固定部材５０に温度センサのリード線２８が収容される状態を示す図である。

ステータ１０は、三相同期型回転電機に用いられる固定子であって、ステータコア１２に各相コイル２０が分布巻で巻回される。なお、図１に、ステータ１０における軸方向を示した。

ステータコア１２は、外径側のベース部１４と、ベース部１４から内径側に突き出す複数のティース１６と、隣接するティース１６の間の空間である複数のスロット１８を含む円環状の磁性体部品である。

かかるステータコア１２は、ティース１６およびスロット１８を含む所定の形状に成形された円環状の磁性体薄板を複数積層したものが用いられる。磁性体薄板としては、電磁鋼板を用いることができる。磁性体薄板の積層体に代えて、磁性粉末を所定の形状に一体化成形したものを用いることもできる。

各相コイル２０は、適当な絶縁被覆が行われた導体線を所定の形状に曲げ成形し、これを、分布巻の配置方法で、周方向に沿って所定のスロット間隔だけ離れた複数のスロット１８の間に渡って配置し、ステータ１０における三相巻線を形成するものである。

各相コイル２０に用いられる絶縁被覆付きの導体線としては、断面形状が矩形の平角線を用いる。平角線を用いることで、スロット１８内のコイル占積率の向上を図ることができる。平角線に代えて、断面が円形、楕円形のものを用いてもよい。

コイルエンド２２，２４は、スロット１８を通ってティース１６に巻回された各相コイル２０がステータコア１２の軸方向端面から突き出した部分である。コイルエンド２２において、各相コイル２０を構成するコイル巻線が所定の接続方法で接続される。各相端子２６は、各相コイル２０を構成するＵ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルのそれぞれの一方側端末が引き出されて接続された端子である。なお、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルのそれぞれの他方側端末は相互に接続されて中性点を形成する。

部品カフサ３０は、ステータコア１２の軸方向端面を覆って配置され、ステータコア１２の複数のスロット１８に対応して各相コイル２０を構成するコイル巻線が通る複数の開口部を有する円環状の部材である。以下では、部品カフサ３０を、特に断らない限りカフサ３０と呼ぶ。カフサ３０は、スロット１８に挿入されて巻回されるコイル巻線がステータコア１２の軸方向端部で折り曲げ成形されるときに、ステータコア１２の端面と直接的に接触しないようにする保護部材で、絶縁材料で構成される。カフサ３０の詳細な内容については、図３を用いて後述する。

固定部材５０は、カフサ３０を介してステータコア１２にリード線２８を固定する部品で、絶縁材料で構成される。図２は、固定部材を示す図である。図２（ａ）は、上面図であり、（ｂ）は、正面図であり、（ｃ）は、側面図であり、（ｄ）は、（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図２（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）のそれぞれについてステータコア１２に固定されたときの軸方向、径方向、周方向を示した。径方向についてはステータコア１２の外径側の方向と内径側の方向を示した。

固定部材５０は、カフサ３０の嵌合部４０（図３、図４参照）に嵌りこんで固定される爪部５２と、爪部５２からステータコア１２の外径側に張り出す本体部５１を有する。本体部５１は、内径側から外径側に向かって２つの溝が設けられ、溝は外径側の端部までは延びずに途中で止まる。これによって本体部５１は、２つの溝によって分けられた３つ又の形状を有する。３つ又の真ん中部分５３の内径側の端部に爪部５２が設けられる。したがって、先端に爪部５２を有する３つ又の真ん中部分５３は、外径側の端部を固定端とし内径側の端部を自由端とする片持ち梁の形状を有し、爪部５２は外径側の端部を支点として弾性変形によって軸方向に動くことができる。

本体部５１は、３つ又の真ん中部分５３と軸方向に沿って所定の隙間間隔Ｓ₅を空けて配置されるカフサ保持部５４を有する。カフサ保持部５４は、軸方向に沿った高さＨ₅と、周方向に沿った幅Ｗ₅を有する。初期状態において、爪部５２は隙間間隔Ｓ₅の中に突き出す形状である。つまり、爪部５２の先端部とカフサ保持部５４との隙間間隔はＳ₅よりも小さい。

本体部５１は、カフサ保持部５４よりもステータコア１２の外径側であってステータコア１２の軸方向端部に向かい合う面に設けられる凹部５６を有する。凹部５６は、リード線２８の断面形状に適合する窪み形状を有する。図２の例では、リード線２８の断面形状を円形として、その円形の半径Ｒの曲率に合わせた窪み形状を有する。

かかる固定部材５０は、樹脂材料を用いて所定の形状に成形したものを用いることができる。樹脂材料としては、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂等を用いることができる。

図３は、カフサ３０の構成と、カフサ３０と固定部材５０の取付関係を示す図である。図３（ａ）は、カフサ３０に１つの固定部材５０が取り付けられ、２つ目の固定部材５０がまだ取り付けられていない状態を示す図であり、（ｂ）は、カフサ３０に取り付けられる前の状態の固定部材５０を示す図であり、（ｃ）は挿入開口部４２の寸法関係を示す図である。

カフサ３０は、外径側の環状部３２と、内径側の環状部３４と、外径側の環状部３２と内径側の環状部３４を結ぶ複数の土手部３６と、隣接する土手部３６の間に設けられる複数の開口部３８を含んで構成される円環状部材である。土手部３６は、ステータコア１２のティース１６の形状に対応する形状を有し、開口部３８は、ステータコア１２のスロット１８に対応する形状を有する。したがって、土手部３６の数は、ステータコア１２のティース１６の数と同じで、開口部３８の数は、ステータコア１２のスロット１８の数と同じである。

複数の土手部３６のうち、数個の土手部３７は、他の土手部３６に比べさらに外径側に延びる形状を有する。図３では、他の土手部３６よりも外径側に延びた２つの土手部３７が示される。固定部材５０が嵌りこんでいない土手部３７についてその外径側に延びる部分を説明すると、土手部３７の外径側の端部から内径側に向かって挿入開口部４２が設けられる。挿入開口部４２の寸法について軸方向に沿った開口高さをＨ₃とし、周方向に沿った開口幅をＷ₃とすると、開口高さＨ₃は、固定部材５０のカフサ保持部５４の高さＨ₅よりも小さめに設定され、開口幅Ｗ₃は、カフサ保持部５４の幅Ｗ₅よりも小さく設定される。「小さめ」とは、挿入開口部４２の開口に固定部材５０のカフサ保持部５４が挿入可能な程度である。例えば、約０．１ｍｍ程度の寸法差に設定される。

嵌合部４０は、土手部３７の外径側に延びる部分において土手部３７の上面部から挿入開口部４２の天井部に向かって貫通する開口穴である。上面部から挿入開口部の天井部までの軸方向に沿った長さは貫通穴である嵌合部４０の軸方向に沿った長さである。この嵌合部穴長さをＳ₃とすると、嵌合部穴長さＳ_Sは、固定部材５０の３つ又の真ん中部分５３とカフサ保持部５４との間の軸方向に沿った隙間間隔Ｓ₅よりも小さめに設定される。この場合における「小さめ」とは、固定部材５０の内径側の先端部を挿入開口部４２の開口に挿入したときに、固定部材５０の３つ又の真ん中部分５３が弾性変形して爪部５２が土手部３７の上面部に乗り上げ、さらに固定部材５０の先端部をカフサ３０の内径側に押し込んだときに爪部５２が嵌合部４０に嵌りこんで自然状態に戻り、爪部５２と嵌合部４０が噛みあって固定部材５０とカフサ３０が互いに固定される程度に設定される。嵌合部穴長さＳ_Sが隙間間隔Ｓ₅よりも大きいと爪部５２と嵌合部４０が噛み合わずに固定部材５０とカフサ３０が互いに固定されないことが生じる。爪部５２と嵌合部４０の噛み合いは、例えば、約１ｍｍから２ｍｍとすることができる。

カフサ３０は、複数の開口部３８の位置がステータコア１２の複数のスロット１８の位置に合うように位置決めされ、適当な固定手段によってステータコア１２に固定される。かかるカフサ３０は、樹脂材料を用いて所定の形状に成形したものを用いることができる。樹脂材料としては、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂等を用いることができる。

図４は、図３のＢ−Ｂ’断面図であり、カフサ３０と固定部材５０の固定状態を示す図である。図４では、カフサ３０の土手部３７の外径側から内径側に向かって、固定部材５０が土手部３７の挿入開口部４２に挿入されて爪部５２が嵌合部４０に嵌りこみ、爪部５２と嵌合部４０が噛みあって固定部材５０とカフサ３０が互いに固定された状態が示される。この状態において、固定部材５０のカフサ保持部５４の高さＨ₅がカフサ３０の挿入開口部４２の開口高さＨ₃に対応し、固定部材５０の３つ又の真ん中部分５３とカフサ保持部５４との間の隙間間隔Ｓ₅がカフサ３０の嵌合穴長さＳ₃に対応している。

このように固定部材５０がカフサ３０を介してステータコア１２に固定されると、固定部材５０の凹部５６とステータコア１２の軸方向端部との間にリード線２８が収容される。ここで、固定部材５０の本体部５１とステータコア１２との間の最大隙間をＳ₃₅として、最大隙間Ｓ₃₅をリード線２８の外径断面の最小寸法Ｄよりも小さく設定することで、リード線２８が固定部材５０の凹部５６から外れることを防止できる。

このように、カフサ３０と固定部材５０の寸法関係を適切に設定することで、簡単な構造で、温度センサのリード線２８をステータ１０に対して固定でき、回転電機の振動等でも外れることがなく安定して固定できる。

１０（回転電機の）ステータ、１２ステータコア、１４ベース部、１６ティース、１８スロット、２０（各相）コイル、２２，２４コイルエンド、２６各相端子、２８リード線、３０（部品）カフサ、３２外径側の環状部、３４内径側の環状部、３６，３７土手部、３８開口部、４０嵌合部、４２挿入開口部、５０固定部材、５１本体部、５２爪部、５３（固定部材の３つ又の）真ん中部分、５４カフサ保持部、５６凹部。

Claims

円環状のベース部とベース部から内径側に突き出す複数のティースとを有するステータコアと、
ステータコアの軸方向端面を覆って配置され、隣接するティースの間の空間である複数のスロットに対応してコイルが通る複数の開口部を有し絶縁材料で構成される円環状のカフサと、
ステータコアの軸方向に突き出すコイルエンドを保持するカフサにおいてその円環状の外径側の環状部に設けられる嵌合部と、
嵌合部に固定される爪部、及び爪部からステータコアの外径側に張り出しステータコアの軸方向端部に向かい合う面に凹部を有する本体部を含み、絶縁材料で構成される固定部材と、
を備え、固定部材の凹部とステータコアの軸方向端部との間にリード線が収容されることを特徴とする回転電機のステータ。