JP2019068494A

JP2019068494A - 回転電機ステータ、及び、その製造方法

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Publication number: JP2019068494A
Application number: JP2017188394A
Authority: JP
Inventors: 金重　慶一; Keiichi Kanashige; 慶一金重
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-09-28
Filing date: 2017-09-28
Publication date: 2019-04-25
Anticipated expiration: 2037-09-28
Also published as: US11056945B2; CN109586468A; CN109586468B; US20190097484A1; JP6848792B2

Abstract

【課題】追加部品を必要とすることなく、コイルに接続される動力線を安定して固定することができる、回転電機ステータを提供する。【解決手段】回転電機ステータ１０は、径方向に突出する複数のティースを周方向に間隔を開けて有するステータコア１２と、ティースに巻装され、ステータコア１２の軸方向端面から突出するコイルエンド部３１ｂを有する三相コイル３０と、三相コイル３０の３つの入力側端部３６に接合部４０を介してそれぞれ接続される動力線５０と、コイルエンド部３１ｂと接合部４０とを一体に固定する樹脂モールド６０とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、回転電機ステータ、及び、その製造方法に関する。

従来、特許文献１には、回転電機のステータにおいて、三相のコイルの入力側端部にそれぞれ接合される３本の動力線を動力線締結部材に挿通し、この動力線締結部材を２本の支持ブラケットでステータコアに固定する構成が記載されている。

特開２０１６−３６２０３号公報

特許文献１に記載される回転電機のステータでは、動力線締結部材および支持ブラケットによって３本の動力線がステータコアに安定した状態で固定されるが、動力線締結部材および支持ブラケットといった追加部品が必要になり、構造が複雑になってしまう。

本発明の目的は、追加部品を必要とすることなく、コイルに接続される動力線を安定して固定することができる、回転電機ステータを提供することにある。

本発明の一態様である回転電機ステータは、径方向に突出する複数のティースを周方向に間隔を開けて有するステータコアと、前記ティースに巻装され、前記ステータコアの軸方向端面から突出するコイルエンド部を有する三相コイルと、前記三相コイルの３つの入力側端部に接合部を介してそれぞれ接続される動力線と、前記コイルエンド部と前記接合部とを一体に固定する樹脂モールドと、を備える。

この構成によれば、コイルエンド部と接合部とを一体に固定する樹脂モールドを設けたことで、動力線締結部材や支持ブラケット等の追加部品を不要としながら、簡易な構造で接合部を介して動力線を安定して固定することができる。

本発明に係る回転電機ステータにおいて、各相コイルの接合部は前記コイルエンド部から径方向外側に離れて位置し、前記樹脂モールドは前記コイルエンド部を覆って設けられるコイルエンド固定部と、前記接合部を覆って設けられる接合部固定部とを備え、前記接合部固定部は前記コイルエンド固定部から径方向外側へ突出して一体形成されていてもよい。

この構成によれば、コイルエンド部から径方向外側へ離れて位置する接合部を、コイルエンド部を覆って設けられるコイルエンド固定部と一体形成された接合部固定部によって安定して固定することができる。

この場合、前記樹脂モールドの接合部固定部は、前記各相コイルの接合部ごとに分かれて突出していてもよい。この構成によれば、樹脂モールドを構成する樹脂材料の使用量を効果的に抑制することができる。

また、前記樹脂モールドの接合部固定部は、前記各相コイルの接合部をまとめて固定するように周方向に連なって形成されていてもよい。この構成によれば、各相コイルの接合部をまとめて固定する接合部固定部が周方向に連なって形成されていることで、接合部固定部の強度が増大し、動力線をより安定して固定することができる。

本発明の別態様である回転電機ステータの製造方法は、複数のティースを有するステータコアを準備する準備工程と、前記ステータコアにコイルを巻装する巻装工程と、前記コイルの入力側端部に動力線を接合する接合工程と、前記コイルのうち前記ステータコアの軸方向端面から突出するコイルエンド部と、前記コイルの入力側端部と前記動力線との接合部を一体に固定する樹脂モールドを成型する成型工程と、を含み、前記成型工程は、型溝内に貯留した樹脂材料に前記コイルエンド部および前記接合部を上方から浸漬することにより行われる。

この製造方法によれば、コイルエンド部と接合部とを一体に固定する樹脂モールドを成型することで、動力線締結部材や支持ブラケット等の追加部品を不要としながら、簡易な構造で接合部を介して動力線を安定して固定できる回転電機ステータを製造することができる。また、樹脂モールドの成型工程は、型溝内に貯留した樹脂材料に前記コイルエンド部および前記接合部を上方から浸漬することにより行われるため、コイル導線と金型との間から樹脂材料が漏れ出ないような複雑な金型構造が不要であり、金型コストを抑制することができる。

本発明によれば、追加部品を必要とすることなく、コイルに接続される動力線を安定して固定することができる、回転電機ステータを提供することができる。

本発明の一実施形態である回転電機ステータの斜視図である。図１中のＡ−Ａ線断面を部分的に示す図である。回転電機ステータの製造方法を示すフローチャートである。樹脂モールドを成型する様子を示す図である。変形例の回転電機ステータを示す斜視図である。

以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。また、以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて用いることは当初から想定されている。

図１は本発明の一実施形態である回転電機ステータ１０の斜視図であり、図２は図１中のＡ−Ａ線断面を部分的に示す図である。以下においては、回転電機ステータ１０を単に「ステータ１０」という。

図１に示すように、ステータ１０は、ステータコア１２と、ステータコア１２に巻装されたコイル３０と、コイル３０に接続される動力線５０と、コイル３０のコイルエンド部を覆って設けられる樹脂モールド６０とを備える。ステータ１０の内側には円柱状の空間が形成されており、この空間に図示しないロータが回転自在に設置されることによって、回転電機が構成される。

ステータコア１２は、略円筒状をなす磁性体部品である。ステータコア１２は、例えば、電磁鋼板等の磁性体薄板を軸方向に積層して一体に連結することにより形成される。また、ステータコア１２は、周方向に沿って延びる円環状のヨーク１４と、ヨーク１４の内周面より径方向内側へ突出する複数のティース１６とを含む。複数のティース１６は、周方向に互いに間隔をおいて（等間隔で）配置されている。周方向に隣接する２つのティース１６間には、スロット１８が形成されている。スロット１８は、径方向内側に開口するとともに軸方向両側において開口した溝状に形成されている。

また、ステータコア１２の外周面には、取付部２０が形成されている。取付部２０は、ステータ１０の軸方向に延在するとともに、径方向外側へ突出して形成されている。本実施形態では、３つの取付部２０が周方向に等間隔で配置されている（図１では２つのみ図示）。取付部２０には、軸方向に延在する貫通孔２２が形成されている。この貫通孔２２に挿通されるボルト（図示せず）によって、ステータ１０がケーシング（図示せず）に固定されるようになっている。

コイル３０は、ステータコア１２のティース１６に巻装されている。コイル３０は、ステータコア１２の軸方向端面から突出したコイルエンド部３１ａ，３１ｂを有する。本実施形態では、コイル３０は、ステータコア１２に分布巻によって巻回されたセグメントコイルにより構成されている。なお、コイルは、ステータコアのティースに集中巻で巻装されてもよい。

セグメントコイルは、略Ｕ字状をなす平角導線からなるセグメント導線３４を多数用いて構成されている。セグメント導線３４は、２本の直線部分の先端部以外は絶縁皮膜によって覆われている。セグメントコイルは、例えば、次のように構成される。セグメント導線３４の２本の直線部分を軸方向一方側から、周方向へ所定数のスロット１８を隔てた２つのスロット１８に挿入する。続いて、軸方向他方側においてスロット１８から突出した直線部分の先端部を他のセグメント導線と接近するように曲げる。そして、径方向において互いに隣接する別のセグメント導線の直線部分の先端部に溶接等によって接合される。このようにして所定数のスロット１８を隔てた複数のティース１６に跨って巻回されたセグメントコイルが構成される。

また、コイル３０は、三相コイル、すなわちＵ相コイル３２Ｕ、Ｖ相コイル３２Ｖ、Ｗ相コイル３２Ｗを含む。Ｕ相コイル３２Ｕは、複数のセグメントコイルが渡り線（またはバスバ）などによって直列接続されて構成される。Ｖ相コイル３２ＶおよびＷ相コイル３２Ｗも同様に、複数のセグメントコイルが渡り線（またはバスバ）などによって直列接続されてそれぞれ構成される。

各相コイル３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗの各一端部は、図示しない中性点において互いに電気的に接続されている。他方、各相コイル３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗの各他端部（入力側端部）は、径方向外側に引き出されて、各相の動力線５０Ｕ，５０Ｖ，５０Ｗの一端部にそれぞれ接続されている。

各相の動力線５０Ｕ，５０Ｖ，５０Ｗの他端部には、端子５２Ｕ，５２Ｖ，５２Ｗが連結されている。これらの端子５２Ｕ，５２Ｖ，５２Ｗは、図示しないインバータ等の外部電気回路に接続される。これにより、コイル３０には、外部電気回路から三相交流電圧が印加されるようになっている。

図２に示すように、Ｕ相コイル３２Ｕの入力側端部である引き出し線３６Ｕは、ステータコア１２の内周側から径方向外側へ延出する径方向部分３８ａと、軸方向に沿って曲がった軸方向部分３８ｂとを有する。そして、引き出し線３６Ｕの軸方向部分３８ｂの先端が、接合部４０を介してＵ相動力線５０Ｕの一端部に接続されている。接合部４０は、例えば、溶接などによって形成される。Ｕ相動力線５０Ｕは、接合部４０から引き出し線３６Ｕの軸方向部分３８ｂに沿って延び、図１に示すように約９０°で曲がって端子５２Ｕが連結された他端部まで延びている。

Ｖ相コイル３２ＶおよびＷ相コイル３２Ｗの各引き出し線についても、上述したＵ相コイル３２Ｕの場合と同様に、接合部４０を介してＶ相動力線５０ＶおよびＷ相動力線５０Ｗの各一端部にそれぞれ接続されている。図１及び図２に示すように、各相コイル３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗの引き出し線３６と各相動力線５０Ｕ，５０Ｖ，５０Ｗとの接合部４０は、コイルエンド部３１ｂから径方向外側に離れて位置するとともに、周方向に間隔をおいて配置されている。接合部４０は、ステータコア１２の外周面よりも径方向外側に位置している。

本実施形態のステータ１０は、樹脂モールド６０を備えている。樹脂モールド６０は、コイル３０のコイルエンド部３１ｂと、各相コイル３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗと動力線５０の接合部４０とを一体に固定している。樹脂モールド６０は、例えばワニス等の絶縁性樹脂によって好適に構成される。ただし、これに限定されるものではなく、樹脂モールド６０は、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂によって構成されてもよい。

樹脂モールド６０は、円環状をなしてコイルエンド部３１ｂを覆っているコイルエンド固定部６２と、このコイルエンド固定部６２から径方向外側に突出して一体形成されて接合部４０を覆っている接合部固定部６４とを有する。コイルエンド固定部６２は、コイル３０を構成するセグメント導線３４の先端部同士の溶接部を絶縁性樹脂で覆うことで、各相コイル３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗ間の電気絶縁性を向上させる機能を有する。また、本実施形態では、３つの接合部固定部６４が、各相コイル３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗの動力線５０との接合部４０ごとに分かれて軸方向視で略Ｕ字状に突出している。このように樹脂モールド６０によってコイルエンド部３１ｂと、各相コイル３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗの動力線５０との接合部４０とが一体に固定されていることで、動力線締結部材や支持ブラケット等の追加部品を不要としながら、簡易な構造で接合部４０を介して動力線５０を安定して固定することができる。その結果、ステータ１０を備えた回転電機が車両等に搭載されて稼働したときに、動力線５０が共振することによって接合部４０が破断してしまうのを効果的に抑制することができる。また、３つの接合部固定部６４が、各相コイル３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗの動力線５０との接合部４０ごとに分かれて突出形成されていることで、樹脂モールド６０を構成する樹脂材料の使用量を効果的に抑制することができる。

樹脂モールド６０においてステータコア１２に対向する表面６６は、平坦面として形成されている。これは、後述するように樹脂モールド６０を成型するとき、上記表面６６は型溝内に貯留した液状の樹脂材料の液面によって規定および形成されることによるものである。

次に、図３及び図４を参照して、ステータ１０の製造方法について説明する。図３は、ステータ１０の製造方法を示すフローチャートであり、図４は、樹脂モールド６０を成型する様子を示す図である。

図３に示すように、まず、ステータコア１２を準備する（ステップＳ１０）。次いで、ステータコア１２にコイル３０を巻装する（ステップＳ１２）。続いて、コイル３０の各相コイル３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗの入力側端部に動力線５０Ｕ，５０Ｖ，５０Ｗをそれぞれ溶接する（ステップＳ１４）。そして、軸方向他方側のコイルエンド部３１ｂおよび接合部４０を一体に覆って樹脂モールド６０を成型する（ステップＳ１６）。

図４（ａ）に示すように、金型７０において円環状に形成された型溝７２内に液状の樹脂材料Ｒが貯留されている。この状態で、コイル３０が巻装されたステータコア１２のコイルエンド部３１ｂおよび接合部４０を下方に向けて、図４（ｂ）に示すように、コイルエンド部３１ｂおよび接合部４０を上方から型溝７２内の樹脂材料に浸漬（またはディッピング）する。そして、樹脂材料Ｒを硬化させた後に、金型７０を取り外す。

このように樹脂モールド６０は樹脂材料Ｒにコイルエンド部３１ｂおよび接合部４０をディッピングすることによって成型される。したがって、コイル３０を構成するセグメント導線３４と金型７０との間から樹脂材料Ｒが漏れ出ないような複雑な金型構造が不要であり、金型コストを抑制することができる。

なお、本発明に係る回転電機ステータは、上述した実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、種々の変更や改良が可能である。

上記においては各相コイル３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗの接合部４０ごとに樹脂モールド６０の接合部固定部６４が分れて突出している例について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図５に示すように、樹脂モールド６０の接合部固定部６４は、各相コイル３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗの３つの接合部４０をまとめて固定するように周方向に連なって形成されていてもよい。このようにすれば、接合部固定部６４の強度が増大し、動力線５０をより安定して固定することができる。

１０回転電機ステータ、１２ステータコア、１４ヨーク、１６ティース、１８スロット、２０取付部、２２貫通孔、３０コイル（三相コイル）、３１ａ，３１ｂコイルエンド部、３２ＵＵ相コイル、３２ＶＶ相コイル、３２ＷＷ相コイル、３４セグメント導線、３６引き出し線（入力側端部）、３８ａ径方向部分、３８ｂ軸方向部分、４０接合部、５０動力線、５０ＵＵ相動力線、５０ＶＶ相動力線、５０ＷＷ相動力線、５２Ｕ，５２Ｖ，５２Ｗ端子、６０樹脂モールド、６２コイルエンド固定部、６４接合部固定部、６６表面、７０金型、７２型溝、Ｒ樹脂材料。

Claims

径方向に突出する複数のティースを周方向に間隔を開けて有するステータコアと、
前記ティースに巻装され、前記ステータコアの軸方向端面から突出するコイルエンド部を有する三相コイルと、
前記三相コイルの３つの入力側端部に接合部を介してそれぞれ接続される動力線と、
前記コイルエンド部と前記接合部とを一体に固定する樹脂モールドと、
を備える、回転電機ステータ。
請求項１に記載の回転電機ステータにおいて、
各相コイルの接合部は前記コイルエンド部から径方向外側に離れて位置し、前記樹脂モールドは前記コイルエンド部を覆って設けられるコイルエンド固定部と、前記接合部を覆って設けられる接合部固定部とを備え、前記接合部固定部は前記コイルエンド固定部から径方向外側へ突出して一体形成されている、回転電機ステータ。
請求項２に記載の回転電機ステータにおいて、
前記樹脂モールドの接合部固定部は、前記各相コイルの接合部ごとに分かれて突出している、回転電機ステータ。
請求項２に記載の回転電機ステータにおいて、
前記樹脂モールドの接合部固定部は、前記各相コイルの接合部をまとめて固定するように周方向に連なって形成されている、回転電機ステータ。
複数のティースを有するステータコアを準備する準備工程と、
前記ステータコアにコイルを巻装する巻装工程と、
前記コイルの入力側端部に動力線を接合する接合工程と、
前記コイルのうち前記ステータコアの軸方向端面から突出するコイルエンド部と、前記コイルの入力側端部と前記動力線との接合部を一体に固定する樹脂モールドを成型する成型工程と、
を含み、
前記成型工程は、型溝内に貯留した樹脂材料に前記コイルエンド部および前記接合部を上方から浸漬することにより行われる、回転電機ステータの製造方法。