JP5789570B2

JP5789570B2 - ステータ

Info

Publication number: JP5789570B2
Application number: JP2012149261A
Authority: JP
Inventors: 橋本　伸吾; 伸吾橋本; 田中　宏幸; 宏幸田中; 貴憲太田; 佐藤　真吾; 真吾佐藤; 大地倉繁; 弘貴川浦; 赤尾　憲彦; 憲彦赤尾
Original assignee: Aisin AW Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Aisin AW Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-07-03
Filing date: 2012-07-03
Publication date: 2015-10-07
Anticipated expiration: 2032-07-03
Also published as: EP2833520A4; CN104350667A; CN104350667B; US20150162793A1; KR20150014946A; EP2833520A1; US9837869B2; EP2833520B1; JP2014011934A; WO2014007177A1

Description

本発明は、ステータコアにおける複数のスロット内にコイルを配置してなる回転電機用のステータに関する。

回転電機（モータ）用のステータに関する従来技術として、特許文献１には、コイルを形成するコイル線（導体）の一方の端部を引き出して形成されている渡線（バスバー部）により、隣り合う同相コイル同士を接続するステータが開示されている。

特開２０１０−１１０１２２号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたステータでは、渡線がステータコアの中心軸方向についてコイルの巻線部よりも外側の位置に配置されているので、コイルエンドの高さが大きくなってしまう。そのため、ステータがその中心軸方向について大型化してしまう。

そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、中心軸方向について小型化を図ることができるステータを提供すること、を課題とする。

上記課題を解決するためになされた本発明の一態様は、環状のステータコアと、導体が環状に巻かれる巻線部と、前記巻線部の一方の端部から引き出されるバスバー部と、前記巻線部の他方の端部から引き出される端末部と、を備え、前記ステータコアに複数装着されるコイルと、を有し、前記バスバー部を他の同相の前記コイルの前記端末部に接続するステータにおいて、前記コイルは、前記巻線部にて周回の内外方向に前記導体が複数層に巻かれて形成され、前記コイルのコイルエンド部の内周側と外周側に前記導体から成るレーンチェンジ部を複数備える複数層巻コイルであり、接続される同相の前記コイル同士間に配置される他相の前記コイルの前記レーンチェンジ部間の隙間に前記バスバー部を埋め込ませていること、を特徴とする。

この態様によれば、接続される同相のコイル同士間に配置される他相のコイルのレーンチェンジ部間の隙間にバスバー部を埋め込ませている。そのため、コイルエンドの高さを小さくできる。したがって、ステータを、その中心軸方向について小型化することができる。また、バスバー部の位置が安定し、同相のコイル同士間をバスバー部により確実に接続できる。

上記の態様においては、前記端末部は、前記巻線部の他方の端部にて前記導体が曲げられて前記ステータコアの中心軸方向に対して直交するように形成され、前記ステータコアの径方向について前記巻線部よりも外側に形成されていること、が好ましい。

この態様によれば、コイルの端末部は巻線部の他方の端部にて導体が曲げられてステータコアの中心軸方向に対して直交するように形成されているので、ステータコアの中心軸方向についてバスバー部と端末部との接合部分が低くなる。これにより、コイルエンドの高さを確実に小さくできる。そのため、ステータを、その中心軸方向について確実に小型化することができる。

また、コイルの端末部は、ステータコアの径方向について巻線部よりも外側に形成されているので、巻線部の外側にて作業スペースを確保でき、バスバー部と端末部との接合作業が容易になる。

上記の態様においては、前記端末部は、前記ステータコアの周方向に沿って形成されていること、が好ましい。

この態様によれば、バスバー部と端末部との接合部分をステータコアの周方向に沿って形成できるので、ステータを、その径方向について小型化できる。また、ステータコアにコイルを装着した後にコイルを樹脂で封止するときに、バックヨークの幅が小さくてもコイルを樹脂で確実に封止することができる。さらに、ステータをケースに組み込んでモータを形成する際に、バスバー部と端末部との接合部分とケースとの間のクリアランスを確保できるので、モータの絶縁性能が向上する。

上記の態様においては、前記バスバー部は前記巻線部における前記ステータコアの径方向の内側の端部から引き出され、前記端末部は前記巻線部における前記ステータコアの径方向の外側の端部から引き出されていること、が好ましい。

この態様によれば、バスバー部と端末部との接合部分をステータコアの径方向の外側の位置に形成できるので、ステータコアの内周面の内側に組み付けるロータがバスバー部と端末部との接合部分と干渉しない。そのため、ロータの組み付け性がよい。

本発明に係るステータによれば、その中心軸方向について小型化を図ることができる。

ステータの外観斜視図である。図１の要部拡大図である。ステータの上面図である。ステータの側面図である。コイルの単体図（斜視図）である。図５のＡ−Ａ端面図である。

本実施例のステータ１（固定子）について説明する。図１〜図４に示すように、ステータ１は、ステータコア１０と、コイル１２（コイル１２Ｕ、コイル１２Ｖ、コイル１２Ｗ）などを有する。

ステータコア１０は、環状に形成されており、バックヨーク１４とティース１６を備えている。このステータコア１０は、その周方向について一体的に成形されたものである。ここで、バックヨーク１４は、ステータコア１０の外周側の部分にて環状に形成されている。また、ティース１６は、バックヨーク１４の内周面から径方向の内側に向かって突出するようにして複数形成されている。そして、隣り合うティース１６の間にスロット（不図示）が形成されている。

コイル１２は、絶縁部材のインシュレータ（不図示）を介して、ステータコア１０のティース１６に集中的に巻かれるようにして複数装着されている。また、コイル１２を形成する平角導体の表面には、隣接する平角導体間の絶縁を確保するためにエナメル加工が施されている。本実施例では一例として、コイル１２は、図５に示すように、エッジワイズコイルである。なお、エッジワイズコイルとは、平角導体の矩形断面における短辺側の一方の面を内径面とし他方の面を外径面として、当該平角導体を短辺側方向に曲げながら巻くことにより成形されたコイルである。

また、コイル１２は、図５に示すように平角導体を内層と外層の２層に巻いた２層巻コイルである。なお、コイル１２は、平角導体を内層と外層の間にさらに中間層を備えるように３層以上に巻いたコイルとしてもよい。すなわち、コイル１２は、巻線部１８にて周回の内外方向に平角導体が複数層に巻かれて形成される複数層巻コイルであればよい。なお、ここで言う「周回の内外方向」とは、巻線部１８における平角導体の周回部分の内側と外側とを通過する方向（図３においてステータコア１０の周方向）である。

また、コイル１２として、Ｕ相コイル１２Ｕ、Ｖ相コイル１２Ｖ、Ｗ相コイル１２Ｗを備えている。そして、ステータコア１０の周方向に沿って、Ｕ相コイル１２Ｕ、Ｖ相コイル１２Ｖ、Ｗ相コイル１２Ｗの順に順次配列されており、各Ｕ相コイル１２Ｕ同士、各Ｖ相コイル１２Ｖ同士、各Ｗ相コイル１２Ｗ同士は、それぞれ、間隔をあけてステータコア１０のティース１６に装着されている。そして、隣り合う同相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相のうちの同じ相）のコイル１２同士が電気的に接続されている。

ここで、図１に示す例では、ステータ１は、Ｕ相コイル１２Ｕ１，１２Ｕ２，１２Ｕ３，１２Ｕ４，１２Ｕ５と、Ｖ相コイル１２Ｖ１，１２Ｖ２，１２Ｖ３，１２Ｖ４，１２Ｖ５と、Ｗ相コイル１２Ｗ１，１２Ｗ２，１２Ｗ３，１２Ｗ４，１２Ｗ５とを備えている。そして、ステータコア１０の周方向に沿って、Ｕ相コイル１２Ｕ１、Ｖ相コイル１２Ｖ１、Ｗ相コイル１２Ｗ１、Ｕ相コイル１２Ｕ２、Ｖ相コイル１２Ｖ２、Ｗ相コイル１２Ｗ２、・・・、Ｕ相コイル１２Ｕ５、Ｖ相コイル１２Ｖ５、Ｗ相コイル１２Ｗ５の順に配列されている。

コイル１２は、より詳しくは、図１〜５に示すように、巻線部１８と、バスバー部２０と、端末部２２などを備えている。なお、図１〜４においては、巻線部１８を簡略化して表現している。

巻線部１８は、平角導体が環状に巻かれつつ積層するようにして形成されている部分である。この巻線部１８は、具体的には、内側端面２４と、外側端面２６と、軸方向端面２８と、内側端部３０と、外側端部３２などを備えている。

内側端面２４は、平角導体の積層方向に形成されている端面であり、コイル１２をステータコア１０に装着するときにステータコア１０の径方向の内側に配置される。外側端面２６は、平角導体の積層方向に形成されている端面であり、コイル１２をステータコア１０に装着するときにステータコア１０の径方向の外側に配置される。軸方向端面２８は、コイル１２をステータコア１０に装着するときにステータコア１０の中心軸方向に配置される端面であり、バスバー部２０や端末部２２が形成される側（リード側）に形成される。なお、軸方向端面２８は、図６に示すように、リード側コイルエンド３８における最も外側の層の平角導体の外周面に相当する。

内側端部３０は、巻線部１８を形成する平角導体の端部であり、コイル１２をステータコア１０に装着するときにステータコア１０の径方向の内側に配置される。外側端部３２は、巻線部１８を形成する平角導体の端部であり、コイル１２をステータコア１０に装着するときにステータコア１０の径方向の外側に配置される。

バスバー部２０は、巻線部１８の内側端部３０から平角導体が引き出されて形成されている部分である。このバスバー部２０は、隣り合う同相のコイル１２同士を電気的に接続している。図１に示す例では、バスバー部２０は、１つのＵ相コイル１２Ｕ（例えば、１２Ｕ１）の巻線部１８の内側端部３０から隣り合う他のＵ相コイル１２Ｕ（例えば、１２Ｕ２）に向かうに従って、ステータコア１０の径方向の外側に向かって変位し、他のＵ相コイル１２Ｕの端末部２２に接続している。そして、バスバー部２０は、Ｖ相コイル１２Ｖ同士やＷ相コイル１２Ｗ同士についても、同様に接続している。

バスバー部２０は、具体的には、接合部３４と、渡り部３６とを備えている。ここで、接合部３４は、バスバー部２０の先端部に形成され、他のコイル１２（隣接する同相のコイル１２）の端末部２２に接合されている部分である。また、渡り部３６は、接合部３４と巻線部１８との間に形成されている部分である。

端末部２２は、巻線部１８の外側端部３２から平角導体が引き出されて形成されている部分である。この端末部２２においては、平角導体のエナメル被膜が除去されている。そして、端末部２２は、隣接する同相のコイル１２におけるバスバー部２０の接合部３４に接合される。

なお、不図示であるが、ステータ１は、Ｕ相コイル１２Ｕ５の内側端部３０と、Ｖ相コイル１２Ｖ５の内側端部３０と、Ｗ相コイル１２Ｗ５の内側端部３０とをそれぞれ接続することで中性点を構成している。また、Ｕ相コイル１２Ｕ１の端末部２２と、Ｖ相コイル１２Ｖ１の端末部２２と、Ｗ相コイル１２Ｗ１の端末部２２には、それぞれ外部配線（不図示）が接続されている。

また、コイル１２は、図５に示すように、リード側コイルエンド３８と反リード側コイルエンド４０を備えている。そして、コイル１２は、リード側コイルエンド３８における巻線部１８の最も外側の層の平角導体から成るレーンチェンジ部４２を備えている。このレーンチェンジ部４２は、平角導体の積層方向について隙間δをあけて複数（図５の例では４つ）形成されている。ここでは、レーンチェンジ部４２として、内側端面２４側から順に、第１レーンチェンジ部４２Ａ、第２レーンチェンジ部４２Ｂ、第３レーンチェンジ部４２Ｃ、第４レーンチェンジ部４２Ｄとする。また、コイル１２は、リード側コイルエンド３８においては、詳細には、図６に示すように、平角導体が３層形成されており、前記のレーンチェンジ部４２の他に、最も内側の層の平角導体から成る複数のレーンチェンジ部４１を備えている。なお、レーンチェンジ部４１とレーンチェンジ部４２は、各々、平角導体の積層方向について隣り合う列にレーンチェンジさせる部分である。

そして、ステータ１では、バスバー部２０の渡り部３６を、接続される同相のコイル１２同士間に配置される他相のコイル１２の巻線部１８内に埋め込ませている。具体的には、渡り部３６は、ステータコア１０の中心軸方向について、他相のコイル１２のレーンチェンジ部４２と同じ高さにて並んで配置されている。

ここで、Ｕ相コイル１２Ｕ１のバスバー部２０の渡り部３６を代表として例に挙げつつ、より具体的に説明すると、図３に示すように、渡り部３６の第１部位４４をＶ相コイル１２Ｖ１の第１レーンチェンジ部４２Ａよりも内側にて巻線部１８内に埋め込ませるようにして周方向に沿って配置し、渡り部３６の第１シフト部４６をＶ相コイル１２Ｖ１とＷ相コイル１２Ｗ１の間にて径方向に向けて配置する。さらに、渡り部３６の第２部位４８をＷ相コイル１２Ｗ１の第２レーンチェンジ部４２Ｂと第３レーンチェンジ部４２Ｃとの間の隙間δ（図５や図６参照）にて巻線部１８内に埋め込ませるようにして周方向に沿って配置し、渡り部３６の第２シフト部５０をＷ相コイル１２Ｗ１とＵ相コイル１２Ｕ２の間にて径方向に向けて配置する。なお、図１〜図３において、Ｕ相コイル１２Ｕ１のバスバー部２０を色付けして示している。

なお、Ｕ相コイル１２Ｕ１のバスバー部２０の渡り部３６の第２部位４８を、Ｗ相コイル１２Ｗ１の第１レーンチェンジ部４２Ａと第２レーンチェンジ部４２Ｂとの間の隙間δやＷ相コイル１２Ｗ１の第３レーンチェンジ部４２Ｃと第４レーンチェンジ部４２Ｄとの間の隙間δに埋め込ませてもよい。

また、Ｕ相コイル１２Ｕ１のバスバー部２０の渡り部３６の第１部位４４を、いずれかの隙間δに埋め込ませてもよい。このとき、渡り部３６の第２部位４８を、第１部位４４よりもステータコア１０の径方向の外側の隙間δに埋め込ませる。

また、図４や図５に示すように、端末部２２は、巻線部１８の外側端部３２にて平角導体が曲げられてステータコア１０の中心軸方向に対して直交するように傾いて形成されている。すなわち、端末部２２の中心軸方向は、ステータコア１０の中心軸方向とは一致しておらず、ステータコア１０の中心軸方向に対して直交するように傾いている。そして、端末部２２は、ステータコア１０の中心軸方向について巻線部１８の軸方向端面２８よりも内側に形成されている。詳しくは、ステータコア１０の中心軸方向について、端末部２２の上面５２（図４の上側の面）の位置を巻線部１８の軸方向端面２８の位置に揃えている。

また、図３に示すように、端末部２２は、ステータコア１０の径方向について巻線部１８の外側端面２６よりも外側にて、ステータコア１０の周方向に沿って形成されている。

以上のような実施例１のステータ１によれば、以下の効果を得ることができる。ステータ１は、接続される同相のコイル１２同士間に配置される他相のコイル１２のレーンチェンジ部４２間の隙間δにバスバー部２０の渡り部３６を埋め込ませている。そのため、コイルエンドの高さＨ（図４参照）を小さくできる。したがって、ステータ１を、その中心軸方向について小型化することができる。また、バスバー部２０の位置が安定し、同相のコイル１２同士間をバスバー部２０により確実に接続できる。

また、コイル１２の端末部２２は巻線部１８の外側端部３２にて平角導体が曲げられてステータコア１０の中心軸方向に対して直交するように形成されているので、ステータコア１０の中心軸方向についてバスバー部２０と端末部２２との接合部分が低くなる。これにより、コイルエンドの高さＨを確実に小さくできる。そのため、ステータ１を、その中心軸方向について確実に小型化することができる。

また、コイル１２の端末部２２はステータコア１０の径方向について巻線部１８の外側端面２６よりも外側に形成されているので、巻線部１８の外側端面２６の外側にて作業スペースを確保でき、バスバー部２０と端末部２２との接合作業が容易になる。

また、コイル１２の端末部２２は、ステータコア１０の周方向に沿って形成されている。これにより、バスバー部２０と端末部２２との接合部分をステータコア１０の周方向に沿って形成できるので、ステータ１を、その径方向について小型化できる。また、ステータコア１０にコイル１２を装着した後にコイル１２を樹脂で封止するときに、バックヨーク１４の幅が小さくてもコイル１２を樹脂で確実に封止することができる。さらに、ステータ１をケース（不図示）に組み込んでモータ（不図示）を形成する際に、バスバー部２０と端末部２２との接合部分とケースとの間のクリアランスを確保できるので、モータの絶縁性能が向上する。

また、バスバー部２０は巻線部１８における内側端部３０から引き出され、端末部２２は巻線部１８における外側端部３２から引き出されている。これにより、バスバー部２０と端末部２２との接合部分をステータコア１０の径方向の外側の位置に形成できるので、ステータコア１０の内周面の内側に組み付けるロータ（不図示）がバスバー部２０と端末部２２との接合部分と干渉しない。そのため、ロータの組み付け性がよい。

なお、変形例として、バスバー部２０の渡り部３６を、他相のコイル１２のレーンチェンジ部４２間の隙間δに配置する代わりに、ステータコア１０の径方向について最も外側のレーンチェンジ部４２の外側に配置する実施例も考えられる。例えば、Ｕ相コイル１２Ｕ１のバスバー部２０の渡り部３６を代表して例にあげると、Ｕ相コイル１２Ｕ１のバスバー部２０の渡り部３６の第２部位４８を、Ｗ相コイル１２Ｗ１の第２レーンチェンジ部４２Ｂと第３レーンチェンジ部４２Ｃとの間の隙間δに配置する代わりに、Ｗ相コイル１２Ｗ１の第４レーンチェンジ部４２Ｄの外側に配置する実施例が考えられる。

また、変形例として、バスバー部２０が巻線部１８の外側端部３２から平角導体が引き出されて形成され、端末部２２が巻線部１８の内側端部３０から平角導体が引き出されて形成されている実施例も考えられる。

また、変形例として、コイル１２を巻線部１８にて隣り合う平角導体間に隙間をあけながら平角導体を１層巻いた１層巻コイルとして、バスバー部２０の渡り部３６を巻線部１８の平角導体間の隙間に埋め込ませるようにして配置する実施例も考えられる。さらに、変形例として、コイル１２を巻線部１８にて平角導体を３層以上に巻いたコイルとして、バスバー部２０の渡り部３６をレーンチェンジ部４２間の隙間δに埋め込ませるようにして配置する実施例も考えられる。

なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。

１ステータ
１０ステータコア
１２コイル
１４バックヨーク
１６ティース
１８巻線部
２０バスバー部
２２端末部
２４内側端面
２６外側端面
２８軸方向端面
３０内側端部
３２外側端部
３４接合部
３６渡り部
４２レーンチェンジ部
４４（渡り部の）第１部位
４８（渡り部の）第２部位
δ 隙間

Claims

環状のステータコアと、
導体が環状に巻かれる巻線部と、前記巻線部の一方の端部から引き出されるバスバー部と、前記巻線部の他方の端部から引き出される端末部と、を備え、前記ステータコアに複数装着されるコイルと、を有し、
前記バスバー部を他の同相の前記コイルの前記端末部に接続するステータにおいて、
前記コイルは、前記巻線部にて周回の内外方向に前記導体が複数層に巻かれて形成され、前記コイルのコイルエンド部の内周側と外周側に前記導体から成るレーンチェンジ部を複数備える複数層巻コイルであり、
接続される同相の前記コイル同士間に配置される他相の前記コイルの前記レーンチェンジ部間の隙間に前記バスバー部を埋め込ませていること、
を特徴とするステータ。
請求項１のステータにおいて、
前記端末部は、前記巻線部の他方の端部にて前記導体が曲げられて前記ステータコアの中心軸方向に対して直交するように形成され、前記ステータコアの径方向について前記巻線部よりも外側に形成されていること、
を特徴とするステータ。
請求項２のステータにおいて、
前記端末部は、前記ステータコアの周方向に沿って形成されていること、
を特徴とするステータ。
請求項１乃至３のいずれか１つのステータにおいて、
前記バスバー部は前記巻線部における前記ステータコアの径方向の内側の端部から引き出され、
前記端末部は前記巻線部における前記ステータコアの径方向の外側の端部から引き出されていること、
を特徴とするステータ。