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JP6307326B2 - 回転電機のステータ - Google Patents

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JP6307326B2
JP6307326B2 JP2014072869A JP2014072869A JP6307326B2 JP 6307326 B2 JP6307326 B2 JP 6307326B2 JP 2014072869 A JP2014072869 A JP 2014072869A JP 2014072869 A JP2014072869 A JP 2014072869A JP 6307326 B2 JP6307326 B2 JP 6307326B2
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Description

本発明は、電気自動車又はハイブリッド自動車等に搭載可能な回転電機のステータに関する。
特許文献1には、回転電機のステータについて記載されている。図20は、特許文献1に記載された回転電機のステータの分解斜視図である。また、図21は、図20に示されたステータの縦断面図である。図20及び図21に示す回転電機のステータ210は、ステータコア組立体220と、一対のベースプレート組立体230L、230Rとを備え、ベースプレート組立体230L、230Rが、ステータコア組立体220の両側に配置されて組み付けられている。ステータコア組立体220とベースプレート組立体230L、230Rとの間には、例えば、シリコンシートなどの絶縁シート265が配置され、ステータコア組立体220とベースプレート組立体230L、230Rとを絶縁している。また、ステータコア組立体220は、ステータコア221と、複数のスロットコイル225とを備える。
ステータ210は、セグメント化された複数相のコイルを備える。複数相のコイルは、ステータコア221の複数のスロットにそれぞれ挿入され、略直線状に延びる複数のスロットコイル225と、同相のスロットコイル225同士を接続して渡り部を構成する複数の接続コイルとを有する。各接続コイルは、軸方向に異なる位置に配置された内側接続コイル242a及び外側接続コイル241bを備え、各内側接続コイル242aは、他相の外側接続コイル241bと軸方向で対向し、各外側接続コイル241bは、他相の内側接続コイル242aと軸方向で対向する。
ステータコア組立体220の両側にそれぞれ配置されるベースプレート組立体230L、230Rは、ベースプレート231L、231Rと、上記説明した複数の接続コイルとを備える。ベースプレート231L、231Rは、絶縁性を有する樹脂によって成形され、ステータコア221と略等しい内外径を有する略円環状部材である。ベースプレート231L、231Rの外側面235と内側面236には、それぞれ外側面235及び内側面236に開口する断面略コの字型の複数の外側面溝237及び内側面溝238が、インボリュート曲線に沿って円周方向に近接して形成されている。互いに隣接する各外側面溝237間、及び各内側面溝238間は、ベースプレート231L、231Rから立設する壁231bによって隔離され、また、軸方向において対向する外側面溝237と内側面溝238とは隔壁231cによって隔離され、それぞれ電気的に絶縁される。また、ベースプレート231L、231Rは、外側接続コイルと内側接続コイルの厚さに対応する外側面溝237と内側面溝238との各溝深さと、隔壁231cの厚さとの合計に略等しい軸方向幅に設定される。
特許第5389109号公報
特許文献1に記載された回転電機のステータ210では、接続コイルの外側面溝237に収容される外側接続コイルの軸方向外側表面と、ベースプレート231L、231Rから立設する壁231bの軸方向外側端面が、軸方向において同じ高さに位置する。このため、隣接する外側接続コイル間の絶縁距離が小さく、コイルへの印加電圧が高い場合には、当該隣接する外側接続コイル間の十分な絶縁を確保できない可能性がある。
本発明の目的は、絶縁プレートの軸方向外側面に形成された溝部に収容される接続コイル間の絶縁耐圧を向上可能な回転電機のステータを提供することである。
上記の目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、
複数のスロット(例えば、後述の実施形態でのスロット23)を有するステータコア(例えば、後述の実施形態でのステータコア21)と、
前記ステータコアに取り付けられるコイル(例えば、後述の実施形態でのスロットコイル25、接続コイル40)と、を備えた回転電機のステータ(例えば、後述の実施形態でのステータ10)であって、
前記コイルは、前記スロットに挿入される複数のスロットコイル(例えば、後述の実施形態でのスロットコイル25)と、前記ステータコアの軸方向端面よりも軸方向外側において、前記複数のスロットコイル間を接続する複数の接続コイル(例えば、後述の実施形態での接続コイル40)と、を有し、
絶縁材料によって形成され、軸方向外側端面に複数の第1溝部(例えば、後述の実施形態での外側面溝37、37a)を有した絶縁プレート(例えば、後述の実施形態でのベースプレート31L、31R)が、前記ステータコアの軸方向端面よりも軸方向外側に設けられ、
前記複数の接続コイルは、前記絶縁プレートの前記複数の第1溝部に収容され、
前記複数の第1溝部間を隔てる壁部の軸方向端面(例えば、後述の実施形態での軸方向端面31g)が、前記接続コイルの軸方向外側表面(例えば、後述の実施形態での軸方向外側表面44)よりも軸方向外側へ突出し、
前記第1溝部の一部を構成する前記絶縁プレートの外周面(例えば、後述の実施形態での外周面31e)の軸方向外側端面は、前記壁部の軸方向端面よりも軸方向内側に位置し、かつ、前記接続コイルの軸方向外側表面と軸方向において同じ高さに位置する。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、
前記接続コイルは、軸方向に異なる位置に配置された外側接続コイル(例えば、後述の実施形態での外側接続コイル41、41a、41b)及び内側接続コイル(例えば、後述の実施形態での内側接続コイル42、42a、42b)を含み、
前記絶縁プレートは、軸方向内側面に複数の第2溝部(例えば、後述の実施形態での内側面溝38、38a)を有し、
前記第1溝部には前記外側接続コイルが収容され、前記第2溝部には前記内側接続コイルが収容され、
前記複数の第1溝部間を隔てる前記壁部の軸方向端面が、前記外側接続コイルの軸方向外側表面よりも軸方向外側へ突出し、
前記第2溝部は、前記内側接続コイルが収容された状態で絶縁シートにより閉塞される。
請求項に記載の発明は、請求項1又は2に記載の発明において、
記第1溝部は、前記絶縁プレートの軸方向外側端面の円周方向における一方から他方に向かって延び、
前記第1溝部には軸方向から冷媒が供給される。
請求項に記載の発明は、請求項1〜のいずれか1項に記載の発明において、
前記第1溝部に収容された前記接続コイルが、前記第1溝部内の前記接続コイルの軸方向外側表面上に設けられた樹脂によって封止される。
請求項1に記載の発明によれば、第1溝部間を隔てる壁部の軸方向端面が、第1溝部に収容された接続コイルの軸方向外側表面よりも軸方向外側へ突出しているため、隣接する第1溝部に収容される接続コイル同士の間の沿面距離及び空間距離をそれぞれ長く確保できる。その結果、第1溝部に収容される接続コイル間の絶縁耐圧を向上できる。
また、ステータの外周側において内側接続コイルと外側接続コイルを接合する場合には、絶縁プレートの外周面の軸方向外側端面が、第1溝部間を隔てる壁部の軸方向端面よりも軸方向内側に位置し、かつ、接続コイルの軸方向外側表面と軸方向において同じ高さに位置するため、当該接合を容易に行うことができる。
請求項2に記載の発明によれば、隣接する第1溝部に収容される外側接続コイル同士の間の沿面距離及び空間距離をそれぞれ長く確保して、外側接続コイル間の絶縁耐圧を向上しつつ、隣接する第2溝部に収容される内側接続コイル間、及び内側接続コイルとステータコアとの間の絶縁を絶縁シートによって確保することができる。
請求項に記載の発明によれば、第1溝部内に冷媒を導くと共に、第1溝部の内側において冷媒が壁部に沿って円周方向に流れるため、接続コイルよりも突出する壁部がない構造と比較して、第1溝部内に冷媒が滞留する時間を長くできる。その結果、接続コイルの冷却効率を向上できる。
請求項に記載の発明によれば、隣接する第1溝部に収容される接続コイル同士の間が樹脂によっても絶縁されるため、接続コイル間の絶縁耐圧をさらに向上できる。
本発明に係る回転電機のステータの斜視図である。 図1に示すステータの分解斜視図である。 図2に示す一方のベースプレート組立体の分解斜視図である。 図2に示す他方のベースプレート組立体の分解斜視図である。 スロットコイルの斜視図である。 スロットコイルの分解斜視図である。 図1に示すステータの一部を示す縦断面図である。 図3及び図4に示すベースプレート組立体の一部を示す正面図である。 図4に示すベースプレート組立体の一部を示す正面図である。 複数相のコイルの斜視図である。 図8の正面図である。 図8に示す複数相のコイルから1相分のコイルを抜き出して示す斜視図である。 U相のコイルの結線態様を示す展開図である。 U相、V相、W相のコイルの結線態様を示す模式図である。 外側接続コイルの斜視図であり、 内側接続コイルの斜視図である。 外側接続コイル延出部と内側接続コイル延出部との接合を説明するための斜視図である。 外側接続コイルの内径側端部と外径側スロットコイルの段差部との接合及び内側接続コイルの内径側端部と内径側スロットコイルの段差部との接合を説明するための斜視図である。 回転電機のステータに軸方向外側から絶縁油が供給される様子を模式的に示す図である。 外側接続コイル間の沿面距離及び空間距離を示す図である。 ベースプレートの外周面の軸方向外側端面が、外側の壁の軸方向端面よりも軸方向内側に位置する構成を示す図である。 外側面溝に収容された外側接続コイルが樹脂によって封止された状態を示す図である。 特許文献1に記載された回転電機のステータの分解斜視図である。 図20に示されたステータの縦断面図である。
以下、本発明の回転電機のステータの一実施形態を、添付図面に基づいて説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
[ステータ]
図1及び図2に示すように、本実施形態の回転電機のステータ10は、ステータコア組立体20と、一対のベースプレート組立体30L、30Rと、を備え、ベースプレート組立体30L、30Rが、ステータコア組立体20の両側に配置されて組み付けられている。ステータコア組立体20とベースプレート組立体30L、30Rとの間には、例えば、シリコンシートなどの絶縁シート65が配置され、ステータコア組立体20とベースプレート組立体30L、30Rとを絶縁している。
[1 ステータコア組立体]
ステータコア組立体20は、ステータコア21と、複数(図に示す実施形態では108個)のスロットコイル25と、を備える。
[1−1 ステータコア]
ステータコア21は、例えば、プレス抜きされた複数枚の珪素鋼板が積層されて構成され、その径方向内側に、複数(図に示す実施形態では108個)のティース22と、隣接するティース22間に形成される複数(図に示す実施形態では108個)のスロット23とを備える。スロット23は、ステータコア21の軸方向に貫通して形成され、軸方向から見てステータコア21の径方向に長い略長円形状に形成され、開口部24がステータコア21の内周面に開口している。
[1−2 スロットコイル]
各スロット23に挿入されるスロットコイル25は、図5A、図5B及び図6も参照して、断面長方形状の板状導体である外径側スロットコイル26と内径側スロットコイル27とを有し、外径側スロットコイル26と内径側スロットコイル27の軸方向両端部を除く周囲が射出成形された樹脂などの断面長方形状の絶縁材28で被覆されて一体に形成されている。具体的に、外径側スロットコイル26は、ステータコア21の軸方向幅L1と後述する接続コイル40の4枚分の軸方向幅(4×L2)の和と略等しい長さ(L1+4×L2)に設定され、軸方向両端部がそれぞれ接続コイル40の2枚分の軸方向幅と略等しい長さ(2×L2)だけ絶縁材28から露出している。さらに、外径側スロットコイル26の軸方向一端部は、接続コイル40の1枚分の軸方向幅と等しい長さ(L2)分だけ周方向一方を向く面が段状に切り欠かれて板厚が薄くなることで段差部26aが形成され、外径側スロットコイル26の軸方向他端部は、接続コイル40の1枚分の軸方向幅と等しい長さ(L2)分だけ周方向他方を向く面が段状に切り欠かれて板厚が薄くなることで段差部26aが形成されている。
内径側スロットコイル27は、ステータコア21の軸方向幅(L1)と後述する接続コイル40の2枚分の軸方向幅(2×L2)の和と略等しい長さ(L1+2×L2)に設定され、軸方向両端部がそれぞれ接続コイル40の1枚分の軸方向幅と略等しい長さ(L2)だけ絶縁材28から露出している。さらに、内径側スロットコイル27の軸方向一端部は、接続コイル40の1枚分の軸方向幅と等しい長さ(L2)分だけ周方向他方を向く面が段状に切り欠かれて板厚が薄くなることで段差部27aが形成され、内径側スロットコイル27の軸方向他端部は、接続コイル40の1枚分の軸方向幅と等しい長さ(L2)分だけ周方向一方を向く面が段状に切り欠かれて板厚が薄くなることで段差部27aが形成されている。
言い換えると、スロットコイル25は、外径側スロットコイル26が接続コイル40の2枚分の軸方向幅と略等しい長さ(2×L2)分だけ軸方向両側にそれぞれ絶縁材28から露出するとともに、内径側スロットコイル27が接続コイル40の1枚分の軸方向幅と等しい長さ(L2)分だけ軸方向両側にそれぞれ絶縁材28から露出し、外径側スロットコイル26と内径側スロットコイル27の両先端部にはそれぞれ接続コイル40の1枚分の軸方向幅と等しい長さ(L2)分だけ段差部26a、27aが周方向で反対側を向くように形成されている。また、軸方向一端部と軸方向他端部では、外径側スロットコイル26の段差部26a同士と内径側スロットコイル27の段差部27a同士がそれぞれ周方向で反対側を向くように形成されている。
外径側スロットコイル26及び内径側スロットコイル27からなる複数(図に示す実施形態では108個)のスロットコイル25は、外径側スロットコイル26が径方向外側となり内径側スロットコイル27が径方向内側となるようにステータコア21の径方向に配置される。各スロットコイル25は、ステータコア21の複数のスロット23にそれぞれ挿入されてステータコア21の周方向に並べられ、ステータコア組立体20を構成する。
外径側スロットコイル26は、接続コイル40の略2枚分の軸方向幅と略等しい長さ(2×L2)分だけ先端部がステータコア21の両方の端面21a、21bからそれぞれ突出するようにスロット23に挿入され、内径側スロットコイル27は、接続コイル40の略1枚分の軸方向幅と等しい長さ(L2)分だけ先端部がステータコア21の両方の端面21a、21bからそれぞれ突出するようにスロット23に挿入されている。
また、外径側スロットコイル26及び内径側スロットコイル27と、ステータコア21のスロット23と、の間には、両スロットコイル26、27を被覆する絶縁材28が介在してステータコア21との絶縁が確保されている。
外径側スロットコイル26及び内径側スロットコイル27を被覆する絶縁材28は、スロット23よりも僅かに大きくスロット23と略同一形状を有しており、圧入によってスロット23へ容易に固定できる。また、外径側スロットコイル26及び内径側スロットコイル27は、従来の巻回された巻線からなるコイルと比較して太いので、スロット23への占積率が向上する効果も有する。
[2 ベースプレート組立体]
ステータコア組立体20の両側にそれぞれ配置されるベースプレート組立体30L、30Rは、図3及び図4に示すように、ベースプレート31L、31Rと、複数の接続コイル40と、を備える。
[2−1 ベースプレート]
ベースプレート31L、31Rは、絶縁性を有する樹脂(非磁性材)等によって成形され、ステータコア21と略等しい内外径を有する略円環状部材である。
ベースプレート31Rの内径側には、図3に示すように、ステータコア21のスロット23に挿入された各スロットコイル25の外径側スロットコイル26及び内径側スロットコイル27にそれぞれ対応して、複数(図に示す実施形態では108個)の外径側貫通孔32及び複数(図に示す実施形態では108個)の内径側貫通孔33が、それぞれ等間隔にベースプレート31Rを貫通して外側面35と内側面36とを連通するように形成されている。ステータコア組立体20にベースプレート組立体30Rを組み付けることで、ベースプレート31Rの外径側貫通孔32には、ステータコア21のスロット23に挿入されステータコア21の端面21a、21bから突出する外径側スロットコイル26の先端部が配置され、ベースプレート31Rの内径側貫通孔33には、ステータコア21のスロット23に挿入されステータコア21の端面21a、21bから突出する内径側スロットコイル27の先端部が配置される。なお、外径側貫通孔32に関しては、内側面36の開口部が外側面35の開口部よりも小さくなっており、外径側スロットコイル26の先端部が通る部分のみベースプレート31Rを貫通している。
ベースプレート31Rの外径側には、さらに複数(図に示す実施形態では108個)の外周側孔34が等間隔にベースプレート31Rを貫通して外側面35と内側面36とを連通するように形成されている。ベースプレート31Rの外側面35及び内側面36には、図7Aに示すように、それぞれ外側面35及び内側面36に開口する断面略コの字型の複数(図に示す実施形態ではいずれも108個、108個)の外側面溝37及び内側面溝38が、インボリュート曲線に沿って円周方向に近接して形成されている。
ベースプレート31Lも、基本的にはベースプレート31Rと同様の構造を有し、内径側には、ステータコア21のスロット23に挿入された各スロットコイル25の外径側スロットコイル26及び内径側スロットコイル27にそれぞれ対応して、複数(図に示す実施形態では108個)の外径側貫通孔32及び複数(図に示す実施形態では108個)の内径側貫通孔33が、それぞれ等間隔にベースプレート31Lを貫通して外側面35と内側面36とを連通するように形成されている。
一方で、ベースプレート31Lの外径側には、図中上方部分には径方向外側に扇状に延びる展開部31aが設けられており、展開部31a以外の部分では、複数の外周側孔34が等間隔にベースプレート31Lを貫通して外側面35と内側面36とを連通するように形成されている。展開部31aにおいては、他の外周側孔34より僅かに大きな開口面積を有する外周側孔34aが6つの外周側孔34を挟むようにU、V、W相の各相2つを一組として2組ずつ形成されるとともに、入力端子用切欠部34cが各相1つずつ等間隔に形成されている。入力端子用切欠部34cには入力端子部43が一体に形成された後述する3つの内側接続コイル42bの入力端子部43が配置される。
ベースプレート31Lの展開部31aの内径側には、各相2つを一組として一組のバスバー用切欠部(不図示)が内周側に形成された外径側貫通孔32aが8つの外径側貫通孔32を挟んで形成され、さらに各相1つずつの中点バスバー用切欠部(不図示)が内周側に形成された内径側貫通孔33aが11個の内径側貫通孔33を挟んで形成されている。バスバー用切欠部には、同相のコイル同士を接続するバスバー61U、61V、61Wのバスバー接続部が配置され、中点バスバー用切欠部には、U、V、W相のコイル同士を接続する中点バスバー62の中点バスバー接続部が配置される。
ベースプレート31L、31Rの外周側孔34、34aには、後述する外側接続コイル41の外径側端部112と内側接続コイル42の外径側端部123とが配置される。外径側貫通孔32、32a、内径側貫通孔33、33a及び外周側孔34、34aは、軸方向から見て矩形形状を呈し、これらの内部に配置されるコイル部材(外径側スロットコイル26、内径側スロットコイル27、外側接続コイル41)よりも大きな空間を有している。
また、ベースプレート31Lの外側面35と内側面36にも、それぞれ外側面35及び内側面36に開口する断面略コの字型の複数(図に示す実施形態では外側面35に102個、内側面36に102個)の外側面溝37及び内側面溝38が、インボリュート曲線に沿って円周方向に近接して形成されている。ベースプレート31Lの展開部31aには、外側面35に他の外側面溝37よりも僅かに長く形成された外側面溝37aが各相4個ずつ合計で12個形成されるとともに、内側面36に他の内側面溝38よりも僅かに長く形成された内側面溝38aが各相5個ずつ合計で15個形成されている。外側面溝37、37aの数は、ベースプレート31Rに形成される外側面溝37よりも各相2本ずつ合わせて6本分少なくなるとともに、内側面溝38、38aの数は、ベースプレート31Rに形成される内側面溝38よりも各相1本ずつ合わせて3本分少なくなっており、代わりにバスバー61U、61V、61Wによって同相のコイル同士が接続されるとともに中点バスバー62によって異相のコイル同士が接続されるようになっている。これらベースプレート31L、31Rにおいては、図6に示すように、軸方向において対向する外側面溝37、37aと内側面溝38、38aとは隔壁31cによって隔離され、また、互いに隣接する各内側面溝38、38a間は、隔壁31cから軸方向内側に立設する壁31bによって隔離され、さらに、互いに隣接する各外側面溝37、37a間は、隔壁31cから軸方向外側に立設する壁31dによって隔離され、それぞれ電気的に絶縁される。なお、壁31bの軸方向長さは、内側面溝38、38aの深さに等しく、接続コイル40の1枚分の軸方向幅(L2)にも略等しい。また、壁31dの軸方向長さ(L5)は、外側面溝37、37aの深さに等しく、接続コイル40の1枚分の軸方向幅(L2)よりも長い。例えば、壁31dの軸方向長さ(L5)は、接続コイル40の1枚分の軸方向幅(L2)の2倍である。
また、ベースプレート31L、31Rは、内径側貫通孔33が形成される最内径部39が、接続コイル40の1枚分の軸方向幅と等しい長さ(L2)に設定されており、外径側貫通孔32及び外周側孔34が形成される最内径部39以外の領域が、接続コイル40の1枚分の軸方向幅(L2)と、隔壁31cの厚さ(L3)と、壁31dの軸方向長さ(L5)の合計に略等しい軸方向幅(L2+L3+L5)に設定されている。
ベースプレート組立体30L、30Rでは、図7Aに示すように、ベースプレート31L、31Rの各外側面溝37は、正面視において、外周側孔34と、この外周側孔34から反時計方向に所定の角度離間した外径側貫通孔32とを接続するように、インボリュート曲線に沿って湾曲して形成されている。但し、図7Bに示すように、ベースプレート31Lの複数の外側面溝37の内、展開部31aに向かって延びる12個の外側面溝37aは、外周側孔34aと、この外周側孔34aから反時計方向に前記所定の角度を僅かに超えて離間した外径側貫通孔32とを接続するようにインボリュート曲線に沿って湾曲して形成されている。なお、図7A及び図7Bでは、外側面溝37及び内側面溝38に後述する外側接続コイル41及び内側接続コイル42を収容した状態を示している。
また、ベースプレート31L、31Rの各内側面溝38は、正面視において、外周側孔34と、この外周側孔34から反時計方向に(図7A側から見て時計方向に)所定の角度離間した内径側貫通孔33とを、外径側貫通孔32を避けて屈曲しながら接続するように形成されている。但し、図7Bに示すように、ベースプレート31Lの複数の内側面溝38の内、ベースプレート31Lの展開部31aに向かって延びる12個の内側面溝38aは、外周側孔34aと、この外周側孔34aから反時計方向に前記所定の角度を僅かに超えて離間した内径側貫通孔33とを接続するようにインボリュート曲線に沿って湾曲して形成されている。15個の内側面溝38aのうち残り3個の内側面溝38aは、入力端子用切欠部34cと連通する。
即ち、図7に示すように、外径側貫通孔32と内径側貫通孔33とは、外側面溝37及び内側面溝38が共通に連続する外周側孔34、又は外側面溝37a及び内側面溝38aが共通に連続する外周側孔34aを介して接続されている。
[2−2 接続コイル]
接続コイル40は、銅などの導電材料によって板状に形成されており、外側面溝37、37aにそれぞれ挿入される外側接続コイル41(41a、41b)と、内側面溝38にそれぞれ挿入される内側接続コイル42(42a、42b)とに分けることができる。なお、ここで言う外側接続コイル41とは、ステータコア組立体20とベースプレート組立体30L、30Rとが組み付けられたとき、ステータ10の軸方向外側となる接続コイル40のことであり、内側接続コイル42とは、ステータ10の軸方向内側となる接続コイル40のことである。
外側接続コイル41aは、図13Aに示すように、一様厚を有する断面長方形状の板状導体であって、外側面溝37と同一形状のインボリュート曲線に沿って形成された外側接続コイル本体110から内径側端部111が径方向に屈曲するとともに、外径側端部112も外側接続コイル本体110から径方向に屈曲している。外側接続コイル41aの外径側端部112には軸方向内側に延出するように外側接続コイル延出部113が形成されている。外側接続コイル本体110及び内径側端部111の軸方向幅(L2)は、外径側スロットコイル26の段差部26aを構成する側面26bの軸方向長さと等しくなっており、外側接続コイル延出部113の軸方向幅(L4)は、外側接続コイル本体110の軸方向幅(L2)と、内側面溝38の溝深さに等しい壁31bの軸方向長さ(L2)と、隔壁31cの厚さ(L3)との合計に等しい軸方向幅(2×L2+L3)に設定されている。また、12個の外側接続コイル41bは、外側接続コイル本体110が外側面溝37aと同一形状に湾曲して形成されている以外、外側接続コイル41aと同様の構成を有している。
内側接続コイル42aは、図13Bに示すように、一様厚を有する断面長方形状の板状導体であって、内側面溝38と同一形状のインボリュート曲線に沿って形成された内側接続コイル本体120から外径側貫通孔32を迂回するように形成された迂回部121を経由して内径側端部122が径方向に屈曲するとともに、外径側端部123も内側接続コイル本体120から径方向に屈曲している。内側接続コイル42aの外径側端部123には、軸方向外側に延出するように内側接続コイル延出部124が形成されている。内側接続コイル本体120及び内径側端部122の軸方向幅(L2)は、内側面溝38の溝深さと等しくなっており、内側接続コイル延出部124の軸方向幅(L4)は、内側面溝38の溝深さ(L2)と、外側接続コイル本体110の軸方向幅(L2)と、隔壁31cの厚さとの合計に等しい軸方向幅(2×L2+L3)に設定されている。また、内側面溝38aに挿入される15個の内側接続コイル42bは、内側接続コイル本体120が内側面溝38aと同一形状に湾曲して形成されている以外、基本的に内側接続コイル42aと同様の構成を有しているが、15個の内側接続コイル42bのうち、入力端子用切欠部34cに対応する位置に配置される3個の内側接続コイル42bには、外部機器などに接続するための入力端子部43が入力端子用切欠部34cに嵌るように外径側端部123に一体に形成されている。
外側接続コイル41及び内側接続コイル42は同一の板厚(t1)を有し、この外側接続コイル41及び内側接続コイル42の板厚(t1)は、同じく同一の板厚を有する外径側スロットコイル26及び内径側スロットコイル27と同じ板厚に設定されている。この外側接続コイル41及び内側接続コイル42の板厚(t1)は、外側接続コイル41及び内側接続コイル42(外側接続コイル本体110及び内側接続コイル本体120)の軸方向幅(L2)より小さくなっている。なお、上記した「接続コイル40のx(x=1、2、4)枚分の軸方向幅」は、外側接続コイル本体110及び内側接続コイル本体120の軸方向幅を意味している。また、「略等しい」とは、隔壁31c分の誤差を含む表現である。絶縁シート65の厚さについては考慮しないものとした。
外側接続コイル41、内側接続コイル42、及びスロットコイル25は、所定の板厚(t1)を有する金属板(例えば銅板)からプレス打抜等の加工を行うことにより、所望の軸方向幅及び所望の平面形状に形成することができる。さらに、外側接続コイル41については、打抜かれた板状導体を曲げ成形することにより、図13Aに示すような、外側面溝37、37aと同一形状のインボリュート曲線に沿って形成された外側接続コイル本体110と、外側接続コイル本体110から屈曲するように接続された内径側端部111、外径側端部112とを形成することができる。同様に、内側接続コイル42についても、打抜かれた板状導体を曲げ成形することにより、図13Bに示すような、内側面溝38、38aと同一形状のインボリュート曲線に沿って形成された内側接続コイル本体120と、内側接続コイル本体120から屈曲するように接続された内径側端部122、外径側端部123とを形成することができる。
外側接続コイル41a、41bは、ベースプレート31L、31Rの外側面溝37、37aに挿入される。外側接続コイル41の内径側端部111は外径側貫通孔32に配置され、図15に示すように、ステータコア組立体20とベースプレート組立体30L、30Rとの組み付けの際に同じくステータコア21のスロット23に挿入されて外径側貫通孔32に配置される外径側スロットコイル26の段差部26aと当接する。
内側接続コイル42a、42bは、ベースプレート31L、31Rの内側面溝38、38aに挿入される。内側接続コイル42a、42bの内径側端部122は内径側貫通孔33に配置され、図15に示すように、ステータコア組立体20とベースプレート組立体30L、30Rとの組み付けの際に同じくステータコア21のスロット23に挿入されて内径側貫通孔33に配置される内径側スロットコイル27の段差部27aと当接する。
外側接続コイル41a、41bの外径側端部112と内側接続コイル42a、42bの外径側端部123とは、図14に示すように、いずれも外周側孔34に配置され、外側接続コイル延出部113の周方向一方を向く側面113aと内側接続コイル延出部124の周方向他方を向く側面124aとが径方向及び軸方向全面に亘って当接する。
[3 接合]
互いに当接する、外側接続コイル41の内径側端部111と外径側スロットコイル26の段差部26a、内側接続コイル42の内径側端部122と内径側スロットコイル27の段差部27a、及び、外側接続コイル41の外側接続コイル延出部113と内側接続コイル42の内側接続コイル延出部124は、いずれも板厚方向に対して交差する平面状の板表面同士が溶接により、好ましくはレーザー溶接により接合される。
このようにステータ10は、ステータコア組立体20の両側に一対のベースプレート組立体30L、30Rを組みつけることで構成され、これによりセグメント化されたコイル50が、同一構造を有する各相6つのコイルループ(U相コイル50U、V相コイル50V、及びW相コイル50W)を形成する。この各相6つのコイルループ(U相コイル50U、V相コイル50V、及びW相コイル50W)は、2つのコイルループを1組として3組のU相コイル50U、3組のV相コイル50V、及び3組のW相コイル50Wが、反時計方向にこの順で波巻きされる(図11参照)。なお、1つのスロット23内に配置される、絶縁材28で被覆された外径側スロットコイル26と内径側スロットコイル27は、1組を構成する2つのコイルループからなっている。図8は、理解を容易にするためステータ10からセグメント化された複数相(UVW相)のコイルを抜き出して示す複数相のコイルの斜視図、図9は、図8の正面図、図10は、更に一相分(例えば、U相)のコイルを抜き出して示す斜視図、図11は、U相のコイルの結線態様を示す展開図、図12は、U相、V相、W相のコイルの結線態様を示す模式図である。
U相コイルを例に各相の結線態様について図11を参照しながらより詳細に説明すると、U相コイルを構成する6つのコイルループは、3つのコイルループ(Uループ)が連続して時計方向に波巻きされるとともに3つのコイルループ(ループ)が連続して反時計方向に波巻きされ、Uループとループが直列にバスバー61Uで結線されている。1つのスロット23内に配置される、絶縁材28で被覆された外径側スロットコイル26と内径側スロットコイル27とは、Uループを構成するコイルとループを構成するコイルとからなっており、電流の流れ方向が同一方向となっている。
例えば、1つのUループに着目すると、図11に示すように、U相のスロット23に配置された外径側スロットコイル26の軸方向一端(図の右手側)から、外側接続コイル41、内側接続コイル42の順に接続されて、次のU相のスロット23における、内径側スロットコイル27に接続される。その後、内径側スロットコイル27の軸方向他端(図の左手側)から、内側接続コイル42、外側接続コイル41の順に接続されて、さらに次のU相のスロット23における、外径側スロットコイル26に接続される。以降、この接続構成を繰り返してUループが形成されている。
同様に、他の2相、即ち、V相コイル(W相コイル)を構成する6つのコイルループも、反対方向に波巻きされた3つのVループ(Wループ)と3つのループ(ループ)が直列にバスバー61U(バスバー61W)で結線され、1つのスロット23内に配置される外径側スロットコイル26と内径側スロットコイル27とはVループ(Wループ)を構成するコイルとループ(ループ)を構成するコイルとからなっており、電流の流れ方向が同一方向となっている。これらU相コイル50U、V相コイル50V、及びW相コイル50Wは、図12に示すように、中点バスバー62でスター結線されている。
ステータ10では、外側接続コイル41と内側接続コイル42とが、ステータコア21を軸方向に投影した領域内に配置されると共に、軸方向に異なる位置に配置される。また、ステータ10の軸方向外側に配置される複数の外側接続コイル41a、41bの軸方向外側表面44は、ベースプレート31L、31Rの外側端面よりも軸方向内側に位置する。すなわち、ベースプレート31L、31Rの隔壁31cから軸方向外側に立設する壁31dの軸方向端面31gは、外側面溝37に収容された外側接続コイル41a、41bの軸方向外側表面44よりも軸方向外側へ突出している。
本実施形態は、ベースプレート組立体30L、30Rの外側表面に絶縁被膜又は絶縁シートを設けない構成であるため、図16に示すように、軸方向外側からベースプレート組立体30L、30Rに対してATF等の絶縁油が供給される。軸方向外側から供給された絶縁油は外側面溝37内に導かれ、外側面溝37の溝方向に沿って流れる。このように、絶縁油は壁31dに沿って円周方向に流れるため、外側接続コイル41の軸方向外側表面44がベースプレート31L、31Rの外側端面と面一に構成された場合と比較して、外側面溝37内に絶縁油が滞留する時間を長くできる。また、絶縁油はベースプレート組立体30L、30Rを冷却する効果も有するため、ベースプレート組立体30L、30Rを効率良く冷却できる。
以上説明したように、本実施形態の回転電機のステータ10では、ベースプレート31L、31Rの隔壁31cから軸方向外側に立設する壁31dの軸方向端面31gが、外側面溝37に収容された外側接続コイル41の軸方向外側表面44よりも軸方向外側へ突出している。このため、外側接続コイル41の軸方向外側表面44がベースプレート31L、31Rの外側端面と面一に構成された場合と比較して、図17に示すように、壁31dによって形成される隣接した外側接続コイル41間の沿面距離及び空間距離をそれぞれ長く確保できる。図17は、図6に示したステータの軸方向外側の一部を示す縦断面図である。図17では、隣接した外側接続コイル41間の沿面距離を一点鎖線で示し、空間距離を二点鎖線で示す。沿面距離及び空間距離をそれぞれ長く確保できれば、外側接続コイル41間の絶縁耐圧を向上できる。
なお、スロットコイル25及び接続コイル40の表面には絶縁被膜を有さないことが好ましい。本実施形態では、外側接続コイル41間の絶縁耐圧を向上できるため、外側接続コイル41の表面に絶縁被膜処理を施さなくても良い。この場合、予め絶縁被膜が形成された導体を用いる場合に比べて、外側接続コイル41の製造コストの増加を抑制できる。
また、本実施形態では、ステータコア組立体20とベースプレート組立体30L、30Rとの間には、シリコンシートなどの絶縁シート65が配置されているため、外側接続コイル41間の絶縁耐圧を向上しつつ、内側面溝38に収容された隣接した内側接続コイル42間、及び内側接続コイル42とステータコア21との間の絶縁を確保することができる。
また、図18に示すように、ベースプレート31L、31Rの外周面31eの軸方向外側端面又はベースプレート31L、31Rの内周面31fの軸方向外側端面が、壁31dの軸方向端面31gよりも軸方向内側に位置する構成であっても良い。この場合、図14に示すステータ10の外周側における外側接続コイル41の外側接続コイル延出部113と内側接続コイル42の内側接続コイル延出部124の周方向他方を向く側面124aを当接面P1において接合する際に、溶接機のノズル等が当接面P1に容易に接近することができる。なお、ベースプレート31L、31Rの外周面31e及び内周面31fの両方の軸方向外側端面が、壁31dの軸方向端面31gよりも軸方向内側に位置する構成であっても良い。
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
例えば、上記実施形態では、円周方向に隣接する3つのスロット毎に同相のコイルが配置されるトリプルスロットタイプのステータを例示したが、これに限らず、円周方向の1つのスロット毎に各相のコイルが配置されるシングルスロットタイプ、円周方向に隣接する2つのスロット毎に同相のコイルが配置されるダブルスロットタイプのステータを用いてもよい。
また、コイルの結線については、上記実施形態に限らず、任意の仕様を選択でき、直列結線及び並列結線も適宜選択できる。
また、図19に示すように、外側接続コイル41の軸方向外側表面44を樹脂等で被覆してもよい。この場合、外側面溝37に収容された外側接続コイル41が樹脂によって封止されるため、外側接続コイル41間の絶縁耐圧をさらに向上できる。
10 回転電機のステータ
20 ステータコア組立体
21 ステータコア
21a、21b ステータコアの軸方向端面
23 スロット
25 スロットコイル(コイル)
26 外径側スロットコイル
26a 段差部
26b 側面
27 内径側スロットコイル
27a 段差部
27b 側面
28 絶縁材
30L、30R ベースプレート組立体
31L、31R ベースプレート
31b、31d 壁
31c 隔壁
31e ベースプレートの外周面
31f ベースプレートの内周面
31g 壁31dの軸方向端面
37、37a 外側面溝
38、38a 内側面溝
40 接続コイル(コイル)
41、41a、41b 外側接続コイル
42、42a、42b 内側接続コイル
44 外側接続コイルの軸方向外側表面
50 コイル
113 外側接続コイル延出部
124 内側接続コイル延出部

Claims (4)

  1. 複数のスロットを有するステータコアと、
    前記ステータコアに取り付けられるコイルと、を備えた回転電機のステータであって、
    前記コイルは、前記スロットに挿入される複数のスロットコイルと、前記ステータコアの軸方向端面よりも軸方向外側において、前記複数のスロットコイル間を接続する複数の接続コイルと、を有し、
    絶縁材料によって形成され、軸方向外側端面に複数の第1溝部を有した絶縁プレートが、前記ステータコアの軸方向端面よりも軸方向外側に設けられ、
    前記複数の接続コイルは、前記絶縁プレートの前記複数の第1溝部に収容され、
    前記複数の第1溝部間を隔てる壁部の軸方向端面が、前記接続コイルの軸方向外側表面よりも軸方向外側へ突出し、
    前記第1溝部の一部を構成する前記絶縁プレートの外周面の軸方向外側端面は、前記壁部の軸方向端面よりも軸方向内側に位置し、かつ、前記接続コイルの軸方向外側表面と軸方向において同じ高さに位置する、回転電機のステータ。
  2. 請求項1に記載の回転電機のステータであって、
    前記接続コイルは、軸方向に異なる位置に配置された外側接続コイル及び内側接続コイルを含み、
    前記絶縁プレートは、軸方向内側面に複数の第2溝部を有し、
    前記第1溝部には前記外側接続コイルが収容され、前記第2溝部には前記内側接続コイルが収容され、
    前記複数の第1溝部間を隔てる前記壁部の軸方向端面が、前記外側接続コイルの軸方向外側表面よりも軸方向外側へ突出し、
    前記第2溝部は、前記内側接続コイルが収容された状態で絶縁シートにより閉塞された、回転電機のステータ。
  3. 請求項1又は2に記載の回転電機のステータであって、
    前記第1溝部は、前記絶縁プレートの軸方向外側端面の円周方向における一方から他方に向かって延び、
    前記第1溝部には軸方向から冷媒が供給される、回転電機のステータ。
  4. 請求項1から3のいずれか一項に記載の回転電機のステータであって、
    前記第1溝部に収容された前記接続コイルが、前記第1溝部内の前記接続コイルの軸方向外側表面上に設けられた樹脂によって封止された、回転電機のステータ。
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