JP7714913B2 - ステータ - Google Patents

Description

本明細書が開示する技術は、モータのステータに関する。

特許文献１に、モータのステータが記載されている。このステータは、ステータコアと、複数のスロットと、複数のスロットに配置されるとともに、三相のコイルを有するステータコイルと、三相のコイルを互いに接続する中性線と、中性線に設けられた温度センサとを備える。温度センサは、接合部材によって、中性線に設けられている。

特開２０１８－１２１３８９号公報

上記のようなステータでは、各相のコイルと中性線との接合箇所を、スロットの内部に配置することによって、中性線の振動耐久性を高めることができる。この場合、三又形状を有する中性線を採用することが考えられるが、三又形状を有する中性線を単一のセグメント（導電線）で作製することは難しい。一方、三又形状を有する中性線を、例えば二つのセグメントで構成すると、当該二つのセグメントを互いに接合する工程が必要となって、ステータの製造工程を複雑化してしまう。

本明細書では、二つのセグメントによって構成される三又形状の中性線を採用しつつ、ステータの製造工程を簡素化し得る技術を提供する。

本明細書が開示する技術は、ステータに具現化される。ステータは、ステータコアと、前記ステータコアの内周面において周方向に沿って設けられた複数のスロットと、前記複数のスロットに配置されるとともに、三相のコイルを有するステータコイルと、前記三相のコイルのうち二相のコイルを互いに接続するＵ字セグメントと、前記三相のコイルのうち残りの一相と前記Ｕ字セグメントとを互いに接続するＬ字セグメントと、温度センサと、を備える。前記Ｕ字セグメントの両端及び前記Ｌ字セグメントの一端の各々は、前記ステータコアの前記複数のスロットの内部において、前記三相のコイルのうちの対応する一つと接合されている。前記Ｌ字セグメントの他端は、前記ステータコアの前記複数のスロットの外部において、前記Ｕ字セグメントの中間部と接合されている。前記Ｕ字セグメントと前記Ｌ字セグメントとの接合箇所では、前記温度センサを収容する凹部が、前記Ｕ字セグメントと前記Ｌ字セグメントとの少なくとも一方に設けられている。

上記したステータでは、Ｕ字セグメント及びＬ字セグメントが、互いに接合されることにより、三又形状を有する中性線を構成している。Ｕ字セグメントとＬ字セグメントとの接合箇所には、凹部が設けられており、その凹部に温度センサが収容される。このような構成によると、Ｕ字セグメントとＬ字セグメントとを互いに接合するときに、併せて、温度センサを中性線に設けることが可能となる。即ち、Ｕ字セグメントとＬ字セグメントとを互いに接合する工程と、中性線に温度センサを設ける工程とを同時に実施することができ、ステータの製造工程を簡素化することができる。また、中性線が三又形状を有することから、中性線と三相のコイルとをスロットの内部で接合することが可能となる。これにより、中性線の全体がスロットの外部に配置されることを回避でき、中性線の固有振動数が上昇することが期待される。さらに、ステータの軸方向における中性線の寸法が小さくなることで、ステータの小型化も可能となる。

モータ１０の構成を説明する平面視図。 ステータ２０の構成を説明する図。 Ｕ字セグメント３２とＬ字セグメント３４とで構成される中性線３１の構造を説明する図。 図３のＩＶ部の拡大図であって、Ｕ字セグメント３２の凹部３２ｄ及びＬ字セグメント３４の凹部３４ｃに、温度センサ３６が収容されることを説明する図。

本技術の一実施形態において、三相コイルの各々は、ステータコアの軸方向一方側に位置する複数の第１コイルセグメントと、ステータコアの軸方向他方側に位置する複数の第２コイルセグメントと、を有してもよい。この場合、複数の第１コイルセグメントと複数の第２コイルセグメントとが、複数のスロットの内部で互いに接合されてもよい。このような構成によると、スロットの内部では、第１コイルセグメントと第２コイルセグメントとが互いに接合されていることに加えて、各相のコイルと、Ｕ字セグメントあるいはＬ字セグメントとが互いに接合されている。このことから、第１コイルセグメントと第２コイルセグメントとを接合するときに併せて、三又形状の中性線と各相のコイルとを接合することが可能である。即ち、一つの接合工程において、第１コイルセグメントと第２コイルセグメントとの接合と、中性線と各相のコイルとの接合とが実施されることが可能である。

図面を参照して、本実施例のステータ２０と、それが採用されているモータ１０について説明する。モータ１０は、ラジアルギャップ型の電気モータであり、ロータ１２とステータ２０とを備える。一例ではあるが、モータ１０は、電気自動車を駆動する走行用モータとして用いられることができる。なお、本明細書では、モータ１０の軸方向、モータ１０の周方向、モータ１０の径方向を、それぞれ単に軸方向、周方向、径方向と称することがある。

図１に示すように、ロータ１２は、ロータコア１４と、ロータシャフト１６と、複数の永久磁石１８とを備える。ロータコア１４は、軸方向に延びる円筒形状を有する。ロータコア１４は、電磁鋼で構成されており、詳しくは、複数の電磁鋼板が軸方向に積層された構造を有する。ロータコア１４では、径方向の中央部において、軸方向に延びる貫通孔１４ａが設けられている。貫通孔１４ａには、ロータシャフト１６が配置されている。これにより、ロータコア１４は、ロータシャフト１６によって、回転可能に支持される。複数の永久磁石１８は、ロータコア１４に設けられた複数の磁石孔１８ａにそれぞれ収容されている。複数の磁石孔１８ａは、それぞれ軸方向に沿って延びる貫通孔であって、ロータコア１４の周方向に沿って配列されている。なお、複数の永久磁石１８の具体的な数は、特に限定されない。

図１、２に示すように、ステータ２０は、ステータコア２２を備える。ステータコア２２は、軸方向に延びる円筒形状を有する。ステータコア２２は、電磁鋼で構成されており、詳しくは、複数の電磁鋼板が軸方向に積層された構造を有する。ステータコア２２では、径方向の中央部において、軸方向に延びる貫通孔２２ａが設けられている。貫通孔２２ａには、ロータ１２が配置される。ステータコア２２は、複数のティース２４と、複数のスロット２６と、を備える。各々のティース２４は、ステータコア２２の内周面から径方向内側に突出しており、複数のティース２４は、ステータコア２２の内周面において、所定の間隔を隔てて周方向に沿って設けられている。隣り合う各二つのティース２４の間には、一つのスロット２６が形成されている。そのため、各々のスロット２６は、ステータコア２２の貫通孔２２ａに開口している。複数のスロット２６は、ステータコア２２の内周面において、所定の間隔を隔てて周方向に沿って設けられている。なお、複数のティース２４及び複数のスロット２６の具体的な数は、特に限定されない。

図１、２に示すように、ステータ２０は、ステータコイル２８をさらに備える。ステータコイル２８は、三相のコイル２８Ｕ、２８Ｖ、２８Ｗ（即ち、Ｕ相のコイル２８Ｕ、Ｖ相のコイル２８Ｖ、Ｗ相のコイル２８Ｗ）を有する。三相のコイル２８Ｕ、２８Ｖ、２８Ｗの各々は、複数のコイルセグメント３０を用いて構成されている。複数のコイルセグメント３０には、ステータコア２２の軸方向上方側に位置する複数の第１コイルセグメント３０ａと、ステータコア２２の軸方向下方側に位置する複数の第２コイルセグメント３０ｂと、が含まれる。各々のコイルセグメント３０ａ、３０ｂは、矩形状の断面を有する導電線（いわゆる平角線）であって、略Ｕ字形状に形成されており、軸方向上方側又は下方側からステータコア２２のスロット２６へ挿入されている。

図２中の拡大図に示すように、三相のコイル２８Ｕ、２８Ｖ、２８Ｗの各々では、複数の第１コイルセグメント３０ａと、複数の第２コイルセグメント３０ｂとが、スロット２６の内部で互いに接合されており、それによって一連のコイルが構成されている。例えば、Ｕ相のコイル２８Ｕでは、第１コイルセグメント３０ａの一端が、第２コイルセグメント３０ｂの一端と、スロット２６の内部で互いに接合されている。また、当該第２コイルセグメント３０ｂの他端は、他の第１コイルセグメント３０ａの一端と、他のスロット２６の内部で互いに接合されている。Ｖ相のコイル２８Ｖ及びＷ相のコイル２８Ｗも同様である。このように、三相のコイル２８Ｕ、２８Ｖ、２８Ｗの各々では、複数のコイルセグメント３０が直列に接続されることで、一連のコイルが構成されている。なお、複数のコイルセグメント３０の具体的な数及び構成は、特に限定されず、モータ１０に要求される出力等に応じて適宜変更することが可能である。また、複数のコイルセグメント３０は、溶接、超音波接合、圧入接合等により互いに接合され得るが、具体的な接合方法は、特に限定されない。

図３、４に示すように、ステータ２０は、中性線３１をさらに備える。中性線３１は、三相のコイル２８Ｕ、２８Ｖ、２８Ｗを互いに電気的に接続する部材である。中性線３１は、三つの端部を有する三又形状を有しており、三つの端部は、三相のコイル２８Ｕ、２８Ｖ、２８Ｗの一端とそれぞれ接続されている。

図示省略するが、各相のコイル２８Ｕ、２８Ｖ、２８Ｗの他端は、外部電源と接続されている。モータ１０が駆動機として機能する場合には、外部電源から各相のコイル２８Ｕ、２８Ｖ、２８Ｗに対応する電流が入力される。ステータコイル２８に三相の交流電流が流れると、ステータ２０とロータ１２との間で回転磁界が発生して、ロータ１２が回転する。これに対して、モータ１０が発電機として機能する場合には、外部からロータ１２を回転させる動力が加わる。ロータ１２が回転することにより、各相のコイル２８Ｕ、２８Ｖ、２８Ｗには電流が発生し、その電流は外部電源へ供給される。

図３、４に示すように、中性線３１は、Ｕ字セグメント３２と、Ｌ字セグメント３４とを備える。Ｕ字セグメント３２は、矩形状の断面を有する（平角線）であって、略Ｕ字形状に形成されている。Ｌ字セグメント３４は、矩形状の断面を有する（平角線）であって、略Ｌ字形状に形成されている。Ｕ字セグメントの一端３２ａは、複数のスロット２６の一つの内部において、Ｕ相のコイル２８Ｕと接合されている。Ｕ字セグメントの他端３２ｂは、複数のスロット２６の他の一つの内部において、Ｖ相のコイル２８Ｖと接合されている。このように、Ｕ字セグメント３２は、Ｕ相のコイル２８Ｕと、Ｖ相のコイル２８Ｖとを互いに接合する。Ｌ字セグメント３４の一端３４ａは、複数のスロット２６のさらに他の一つのスロットの内部において、Ｗ相のコイル２８Ｗと接合されている。Ｌ字セグメント３４の他端３４ｂは、複数のスロット２６の外部において、Ｕ字セグメント３２の中間部３２ｃと接合されている。このように、Ｌ字セグメント３４は、Ｗ相のコイル２８Ｗと、Ｕ字セグメント３２とを互いに接続する。以上の構成から、Ｕ字セグメント３２とＬ字セグメント３４とは、互いに接合されることで、三又形状を有する中性線３１を構成している。なお、Ｕ字セグメント３２とＬ字セグメント３４との接合、及び各相のコイル２８Ｕ、２８Ｖ、２８ＷとＵ字セグメント３２又はＬ字セグメント３４との接合は、溶接、超音波接合、圧入接合等により互いに接合され得るが、具体的な接合方法は、特に限定されない。

但し、Ｕ字セグメント３２により互いに接続される二相のコイル及びＬ字セグメント３４と接続される一相のコイルについて、具体的な相は、特に限定されない。即ち、他の実施形態として、Ｕ字セグメント３２は、Ｖ相のコイル２８Ｖと、Ｗ相のコイル２８Ｗとを互いに接合し、Ｌ字セグメント３４は、Ｕ相のコイル２８Ｕと、Ｕ字セグメント３２とを互いに接続してもよい。さらに他の実施形態として、Ｕ字セグメント３２は、Ｗ相のコイル２８Ｗと、Ｕ相のコイル２８Ｕとを互いに接合し、Ｌ字セグメント３４は、Ｖ相のコイル２８Ｖと、Ｕ字セグメント３２とを互いに接続してもよい。

上記に加えて、Ｕ字セグメント３２とＬ字セグメント３４との接合箇所では、Ｕ字セグメント３２に凹部３２ｄが設けられており、Ｌ字セグメント３４に凹部３４ｃが設けられている。Ｕ字セグメント３２の凹部３２ｄと、Ｌ字セグメント３４に凹部３４ｃとは、径方向において互いに対向するように配置されている。なお、Ｕ字セグメント３２とＬ字セグメント３４との接合箇所では、Ｕ字セグメント３２とＬ字セグメント３４との両者に凹部３２ｄ、３４ｃが設けられている必要はない。Ｕ字セグメント３２とＬ字セグメント３４とのとの少なくとも一方に、凹部３２ｄ、３４ｃが設けられていればよい。またＵ字セグメント３２の凹部３２ｄと、Ｌ字セグメント３４の凹部３４ｃとは、必ずしも径方向において互いに対向するように配置されている必要はない。他の実施形態として、それらの凹部３２ｄ、３４ｃが、軸方向又は周方向において互いに対向するように配置されてもよい。

図３、４に示すように、ステータ２０は、温度センサ３６をさらに備える。温度センサ３６は、例えばサーミスタを内蔵しており、樹脂といった絶縁体のパッケージ内にサーミスタが封止された構造を有する。温度センサ３６は、Ｕ字セグメント３２とＬ字セグメント３４との接合箇所に設けられる。上記のように、当該接合箇所には、Ｕ字セグメント３２の凹部３２ｄ及びＬ字セグメント３４の凹部３４ｃが設けられており、二つの凹部３２ｄ、３４ｃに温度センサ３６が収容される。なお、温度センサ３６の形状は、特に限定されず、温度センサ３６が中性線３１の凹部３２ｄ、３４ｃに収容されればよい。また、温度センサ３６は、圧入接合等により二つの凹部３２ｄ、３４ｃへ接合されてもよいし、接着剤等を介して二つの凹部３２ｄ、３４ｃへ固定されてもよい。温度センサ３６の具体的な固定方法は、特に限定されない。

上記したモータ１０では、Ｕ字セグメント３２及びＬ字セグメント３４が、互いに接合されることにより、三又形状を有する中性線３１を構成している。Ｕ字セグメント３２とＬ字セグメント３４との接合箇所には、凹部３２ｄ、３４ｃが設けられており、その凹部３２ｄ、３４ｃに温度センサ３６が収容される。このような構成によると、Ｕ字セグメント３２とＬ字セグメント３４とを互いに接合するときに、併せて、温度センサ３６を中性線３１に設けることが可能となる。即ち、Ｕ字セグメント３２とＬ字セグメント３４とを互いに接合する工程と、中性線３１に温度センサ３６を設ける工程とを同時に実施することができ、ステータ２０の製造工程を簡素化することができる。また、中性線３１が三又形状を有することから、中性線３１と三相のコイル２８Ｕ、２８Ｖ、２８Ｗとをスロット２６の内部で接合することが可能となる。これにより、中性線３１の全体がスロット２６の外部に配置されることを回避でき、中性線３１の固有振動数が上昇することが期待される。さらに、ステータ２０の軸方向における中性線３１の寸法が小さくなることで、ステータ２０の小型化も可能となる。

以上、いくつかの具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは組み合わせによって技術的有用性を発揮するものである。

１０ ：モータ
１２ ：ロータ
１４ ：ロータコア
１４ａ ：貫通孔
１６ ：ロータシャフト
１８ ：永久磁石
１８ａ ：磁石孔
２０ ：ステータ
２２ ：ステータコア
２２ａ ：貫通孔
２４ ：ティース
２６ ：スロット
２８ ：ステータコイル
２８Ｕ ：コイル
２８Ｖ ：コイル
２８Ｗ ：コイル
３０ ：コイルセグメント
３０ａ ：第１コイルセグメント
３０ｂ ：第２コイルセグメント
３１ ：中性線
３２ ：Ｕ字セグメント
３２ａ ：一端
３２ｂ ：他端
３２ｃ ：中間部
３２ｄ ：凹部
３４ ：Ｌ字セグメント
３４ａ ：一端
３４ｂ ：他端
３４ｃ ：凹部
３６ ：温度センサ

Claims (1)

1. ステータコアと、
   前記ステータコアの内周面において周方向に沿って設けられた複数のスロットと、
   前記複数のスロットに配置されるとともに、三相のコイルを有するステータコイルと、
   前記三相のコイルのうち二相のコイルを互いに接続するＵ字セグメントと、
   前記三相のコイルのうち残りの一相と前記Ｕ字セグメントとを互いに接続するＬ字セグメントと、
   温度センサと、
   を備え、
   前記Ｕ字セグメントの両端及び前記Ｌ字セグメントの一端の各々は、前記ステータコアの前記複数のスロットの内部において、前記三相のコイルのうちの対応する一つと接合されており、
   前記Ｌ字セグメントの他端は、前記ステータコアの前記複数のスロットの外部において、前記Ｕ字セグメントの中間部と接合されており、
   前記Ｕ字セグメントと前記Ｌ字セグメントとの接合箇所では、前記温度センサが、前記温度センサを介して互いに対向する前記Ｕ字セグメントの表面と前記Ｌ字セグメントの表面との少なくとも一方に設けられた凹部に収容されており、
   前記温度センサは、前記凹部内において、前記Ｕ字セグメントと前記Ｌ字セグメントとによって、四方向から囲まれている、
   ステータ。