特開2020-28153(P2020-28153A)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2020-28153(P2020-28153A)
(43)【公開日】2020年2月20日
(54)【発明の名称】回転電機のステータ
(51)【国際特許分類】
   H02K 3/34 20060101AFI20200124BHJP
   H02K 1/04 20060101ALI20200124BHJP
【FI】
   H02K3/34 C
   H02K1/04 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】1
【出願形態】OL
【全頁数】10
(21)【出願番号】特願2018-150741(P2018-150741)
(22)【出願日】2018年8月9日
(71)【出願人】
【識別番号】000004695
【氏名又は名称】株式会社SOKEN
(71)【出願人】
【識別番号】000003207
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001210
【氏名又は名称】特許業務法人YKI国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】後藤 友幸
(72)【発明者】
【氏名】百武 哲也
(72)【発明者】
【氏名】越野 尚人
【テーマコード(参考)】
5H601
5H604
【Fターム(参考)】
5H601AA08
5H601AA09
5H601CC01
5H601CC02
5H601CC11
5H601DD01
5H601DD11
5H601DD18
5H601EE11
5H601EE18
5H601GA02
5H601GB05
5H601GB13
5H601GB32
5H601GC02
5H601HH21
5H601JJ06
5H601KK12
5H604AA05
5H604AA08
5H604BB01
5H604BB03
5H604BB08
5H604CC01
5H604CC05
5H604DB02
5H604DB06
5H604DB18
5H604DB26
5H604PB03
(57)【要約】
【課題】振動騒音性能を向上させた回転電機のステータを提供する。
【解決手段】鋼板42を積層して構成されるステータコア12であって、円環状のヨークの内周面から径方向内側へ突出する複数のティース及び各ティース間に形成されるスロット22を有するステータコア12と、ステータコア12のスロット22を通ってティースに巻回されたコイル14と、ステータコア12のスロット22の内壁面40とコイル14との間に設けられた絶縁シート23とを備える。絶縁シート23は、コイル14側とスロット22の内壁面40側とに接着層27,28を有し、絶縁シート23の接着層27,28は、スロット22の軸方向の寸法L1の4/5以下の長さで、スロット22の軸方向の両端部に設けられており、コイル14とスロット22の内壁面40とが絶縁シート23を介して接着されている。
【選択図】図3
【特許請求の範囲】
【請求項1】
鋼板を積層して構成されるステータコアであって、円環状のヨークの内周面から径方向内側へ突出する複数のティース及び前記各ティース間に形成されるスロットを有するステータコアと、
前記ステータコアの前記スロットを通って前記ティースに巻回されたコイルと、
前記ステータコアの前記スロットの内壁面と前記コイルとの間に設けられた絶縁シートと、を備える回転電機のステータであって、
前記絶縁シートは、前記スロットの内壁面側と前記コイル側とに接着層を有し、
前記絶縁シートの前記接着層は、前記スロットの軸方向の寸法の4/5以下の長さで、前記スロットの軸方向の両端部を含む一部に設けられており、
前記スロットの内壁面と前記コイルとが前記絶縁シートを介して接着されている、
ことを特徴とする回転電機のステータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、回転電機のステータに係り、特に、鋼板を積層して構成されるステータコアを備える回転電機のステータに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、鋼板を積層して構成されるステータコアであって、円環状のヨークの内周面から径方向内側へ突出する複数のティース及び各ティース間に形成されるスロットを有するステータコアと、ステータコアのスロットを通ってティースに巻回されたコイルと、を備える回転電機のステータが知られている。回転電機のステータには、ステータコアのスロットの内壁面とコイルとの間に絶縁シートが設けられるものがある。
【0003】
特許文献1には、ステータコアのスロットの内壁面とコイルとの間に、加熱により膨張する絶縁性の膨張シートを配置することが開示されている。膨張シートにより、スロットの内壁面とコイルとの間に生じる空隙を、スロットの軸方向の全長に亘って消失または低減させることができ、スロット内のコイルの固定性が向上するとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2013−236468号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献1のように、スロットの軸方向の全長に亘ってコイルをスロットの内壁面に固定した場合、回転電機のロータ回転時に、スロットの軸方向の全長に亘って積層された各鋼板の半径及び周方向の動きが規制され、各鋼板の微小振動による鋼板間の摩擦減衰が発生しない、或いは、非常に小さくなる。それにより、回転電機の振動騒音性能が悪化する虞がある。
【0006】
本発明の目的は、鋼板を積層して構成されるステータコアを備え、ステータコアのスロットの内壁面とコイルとの間に絶縁シートが設けられる回転電機のステータにおいて、振動騒音性能を向上することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の回転電機のステータは、鋼板を積層して構成されるステータコアであって、円環状のヨークの内周面から径方向内側へ突出する複数のティース及び前記各ティース間に形成されるスロットを有するステータコアと、前記ステータコアの前記スロットを通って前記ティースに巻回されたコイルと、前記ステータコアの前記スロットの内壁面と前記コイルとの間に設けられた絶縁シートと、を備える回転電機のステータであって、前記絶縁シートは、前記スロットの内壁面側と前記コイル側とに接着層を有し、前記絶縁シートの前記接着層は、前記スロットの軸方向の寸法の4/5以下の長さで、前記スロットの軸方向の両端部を含む一部に設けられており、前記スロットの内壁面と前記コイルとが前記絶縁シートを介して接着されている、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【0008】
本発明の回転電機のステータによれば、回転電機のロータ回転時に、スロット内のコイルと未接着の範囲にある鋼板間で微小振動が可能となり、鋼板間の摩擦減衰が増大するため、振動騒音を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
図1】実施形態に係る回転電機のステータの斜視図である。
図2】実施形態に係るステータコアの断面図である。
図3】実施形態に係る回転電機のステータのスロット部分の断面図である。
図4図3のA−A線における断面図(A)と、B−B線における断面図(B)である。
図5】実施形態に係る絶縁シートの未接着領域の部分断面図(A)と、接着領域の部分断面図(B)である。
図6】実施形態に係る回転電機のステータの微小振動について説明するための図である。
図7】実施形態に係る回転電機のステータの振動騒音特性を、従来技術の回転電機のステータの振動騒音特性と比較した図である。
図8】別の実施形態に係る回転電機のステータのスロット部分の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。以下では、車両に搭載される回転電機に用いられるステータを述べるが、これは、説明のための例示であって、車両搭載用以外の回転電機に用いられても構わない。以下では、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。また、コイルとして、導体セグメントを用いるものを述べるが、これは説明のための例示であって、連続した導体線を巻回して形成されるコイルであってもよい。
【0011】
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合わせ、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。
【0012】
図1は、車両に搭載される回転電機に用いられる回転電機のステータ10を示す斜視図である。車両に搭載される回転電機は、モータケース(不図示)の中にロータ(不図示)とステータ10を含んで構成され、車両が力行するときは電動機として機能し、車両が制動時にあるときは発電機として機能するモータ・ジェネレータで、三相同期型の回転電機である。
【0013】
図1に、軸方向と径方向と周方向とを示す。軸方向は、ステータ10の中心軸CLに沿った方向である。軸方向の2方向を区別するときは、三相動力線POが引き出される側がリード側の方向であり、その反対側が反リード側の方向である。図1の例では、紙面の上方側がリード側の方向、下方側が反リード側の方向である。径方向は、軸方向に垂直な面内で中心軸CLを通る放射状の方向である。周方向は、中心軸CLを中心として円周方向に沿った方向である。
【0014】
ステータ10は、ロータの外周側に所定の間隔を隔てて配置される固定子である。ステータ10は、円環状の形状を有し、円環状の外周側に複数の取付穴56が設けられる。取付穴56は、ステータ10をモータケースに取り付けるために用いられ、モータケースはケース取付穴等によって車両に固定される。
【0015】
ステータ10は、ステータコア12と、コイル14(ステータコイル)とを含む。図2は、ステータ10の軸方向に垂直な面で切断したステータコア12の断面図である。図2に示すように、ステータコア12は、ロータが配置される中心穴を有する磁性体部品であり、環状のヨーク18と、このヨーク18の内周面から径方向内方へ突出し、周方向に間隔をあけて設けられた複数のティース20とを備えている。各ティース20間には、スロット22が形成されている。
【0016】
かかるステータコア12は、ヨーク18と、ティース20と、スロット22とが形成される円環状の磁性体薄板を軸方向に積み重ねた積層体である。磁性体薄板の材質としては、珪素鋼板の一種である電磁鋼板を用いることができる。以下、この磁性体薄板を鋼板と言う。鋼板の1枚1枚がカシメられて軸方向に積み重ねられて、図1のようなステータコア12が形成される。
【0017】
コイル14は、三相の分布巻巻線で、1つの相巻線が複数のティースに跨って巻回されて形成される。各相巻線の形成には、複数の導体セグメント32を用いる。導体セグメント32は、両端部を除く導体線の周囲に絶縁皮膜を被覆し、略U字形に成形された絶縁皮膜付き導体線であり、略矩形状の断面形状を有する。
【0018】
導体セグメント32の略U字形のうち、山形に折り曲げて成形された部分から真直ぐに延びる2つのストレート部分が、ステータコア12において所定のスロット間隔だけ離れた2つのスロットにそれぞれ挿入される部分である。導体セグメント32を山形に折り曲げて成形された部分をステータコア12の反リード側として、2つのストレート部分をスロットに挿入すると、ストレート部分の先端の絶縁皮膜が剥離されたリード部がステータコア12のリード側に突き出す。突き出たリード部は、ステータコア12のリード側の軸方向端面の外側で折り曲げ成形され、他の導体セグメント32のリード部に接合されて、ステータ10のリード側におけるコイルエンド部34を形成する。山形に折り曲げて成形された部分は、ステータ10の反リード側におけるコイルエンド部36を形成する。
【0019】
ステータ10のリード側におけるコイルエンド部34では、複数の導体セグメント32のリード部が、所定の接続方法で互いに接続され、各相巻線が形成される。なお、本実施形態では、ステータコア12の1つのスロットには同一相(例えばU相)の巻線が挿通され、隣り合うスロットには他の相(例えばV相またはW相)の巻線が挿通されることになる。リード側のコイルエンド部34において形成された各相巻線のそれぞれの両端子は、一方側の端子が互いに接続されて中性点を形成し、他方側の端子はそれぞれステータコア12の外側に引き出され、ステータ10の三相動力線POとなる。
【0020】
上記では、コイル14の形成に略U字形の導体セグメント32を用いることを述べたが、これは説明のための例示である。略U字形以外の異形セグメントコイルを用いてもよく、場合によっては、導体セグメント32を用いずに連続巻線でコイル14を形成してもよい。
【0021】
ステータ10は、図4に示すように、ステータコア12のスロット22の内壁面40とコイル14との間に設けられた絶縁シート23を含む。絶縁シート23は、各相のコイル間を絶縁する相間絶縁シートである。本実施形態では、絶縁シート23が、スロット22の軸方向の両端部のみに接着層を有し、その部分でコイル14とスロット22の内壁面40とが絶縁シート23を介して接着されている特徴を有する。以下、本特徴について詳しく説明する。
【0022】
図3は、ステータ10の軸方向に平行な面で切断したスロット22部分の断面図である。図4(A)は、図3のA−A線(未接着領域)における断面図であり、図4(B)は、図3のB−B線(接着領域)における断面図である。図3に示すように、絶縁シート23は、スロット22の軸方向の全長に亘って存在するが、前述したように、接着層27,28は、スロット22の軸方向の両端部のみに存在する。これにより、スロット22の軸方向において、絶縁シート23を介してコイル14とスロット22の内壁面40とが接着される接着領域50と、コイル14とスロット22の内壁面40とが接着されない未接着領域52とが設けられる。
【0023】
ここで、絶縁シート23の構造について説明する。図5(A)は、未接着領域52の絶縁シート23の部分断面図であり、図5(B)は、接着領域50の絶縁シート23の部分断面図である。図5(A)に示すように、絶縁シート23は、2つのフィルム層25,26と、それらの間に設けられた感熱発泡層24とを有する。さらに、図5(B)に示すように、接着領域50では、絶縁シート23は、フィルム層25,26のそれぞれの外側の面に設けられた接着層27,28を有する。感熱発泡層24は、加熱されることによって発泡を生じ、その厚みを増大させる層であり、電気絶縁性を有する。接着層27,28は、熱硬化性の接着剤である。
【0024】
絶縁シート23を、図4に示すようにコ字状にしてステータコア12のスロット22に収容する。そして、スロット22内に導体セグメント(コイル14)を挿通した後、絶縁シート23を加熱する。それにより、絶縁シート23の感熱発泡層24が膨張する。図4(A)に示すように、未接着領域52では、接着層27,28が無いため、感熱発泡層24が膨張しても、コイル14とスロット22の内壁面40とは絶縁シート23を介して接着されない。一方、図4(B)に示すように、接着領域50では、感熱発泡層24の膨張により、接着層27,28のそれぞれがコイル14とスロット22の内壁面40とに押し付けられた状態になり、絶縁シート23への加熱によって接着層27,28が軟化する。そして、接着層27がコイル14へ付着し、接着層28がスロット22の内壁面40へ付着して、絶縁シート23へのさらなる加熱によって接着層27,28が硬化する。これにより、コイル14とスロット22の内壁面40とが絶縁シート23を介して接着された状態になる。
【0025】
図3に示すように、未接着領域52では、各鋼板42とコイル14とは未接着であり、接着領域50では、各鋼板42とコイル14とが接着された状態になる。各接着領域50の軸方向の長さL21,L22を合計した(L21+L22)は、スロット22の軸方向の寸法L1の4/5以下の長さとなっている。
【0026】
次に、本実施形態の回転電機のステータ10の作用効果について説明する。本実施形態の回転電機のステータ10は、回転電機として組み立て、回転電機のロータを回転させた際に、スロット22内のコイル14と未接着の範囲(未接着領域52)にある鋼板42間で微小振動が発生する。図3に示すように、未接着領域52にある鋼板42間で径方向に微小振動70が起こる。また、図6に示すように、未接着領域52にある鋼板42間で周方向に微小振動70が起こる。これにより、鋼板42間の摩擦減衰が増大するため、回転電機の振動騒音を抑制することができる。
【0027】
図7は、本実施形態のステータ10と、従来技術のステータとについて、回転電機に組み立てて、それぞれの回転電機を動作させて振動騒音の音圧レベルを比較した図である。図7の測定では、本実施形態のステータ10として、図3に示した2つの接着領域50の長さL21,L22をほぼ同じ長さとし、それらの合計(L21+L22)をスロット22の軸方向の寸法L1の略1/2の長さとしたステータ10を用いた。また、従来技術のステータとして、スロット22の軸方向の全長に亘って絶縁シート23に接着層27,28を設け、全部を接着領域50としたステータを用いた。図7において、横軸は回転電機の毎分あたりの回転数(RPM)であり、縦軸は音圧レベルである。淡色線は、本実施形態のステータ10を有する回転電機の振動騒音特性60で、濃色線は、従来技術のステータを有する回転電機の振動騒音特性62である。淡色線と濃色線との間が塗り潰されている部分は、本実施形態のステータ10を有する回転電機が従来技術のステータを有する回転電機に比べて、特に、音圧レベルが低減されている部分である。図7に示すように、本実施形態のステータ10を有する回転電機は、従来技術のステータを有する回転電機に比べて、1500rpm〜3000rpmの範囲で数dB〜10dB程度の音圧レベルの低減効果がある。従来技術のステータを有する回転電機は、積層された鋼板が一体化し、ロータの回転方向のバネ性が増加し、その結果ステータコアに回転方向の共振が発生するため、振動騒音性能が悪化していると考えられる。
【0028】
以上説明した回転電機のステータ10は、スロット22の軸方向の両端部を接着領域50としたが、それに加えて、さらに接着領域50が設けられてもよい。図8は、別の実施形態の回転電機のステータ10におけるスロット22部分の断面図である。図8に示すように、両端部のL21,L22の長さを有する接着領域50に加えて、中心付近にL23の長さを有する接着領域50を設けて、接着領域50を3箇所としている。このように、接着領域50を3箇所以上としてもよい。ただし、各接着領域50の軸方向の寸法L2i(i=1〜n、nは接着領域50の数)の合計は、スロット22の軸方向の寸法L1の4/5以下となるようにする。すなわち、以下の(数1)式が満たされるようにする。
【0029】
【数1】
【0030】
なお、接着領域50は等間隔で配置しなくてもよく、不等間隔で配置してもよい。
【0031】
以上説明した絶縁シート23は、感熱発泡層24を有するものであったが、絶縁シート23は、コイル14とスロット22の内壁面40とを絶縁シート23を介して接着できる限り、感熱発泡層24を有しないものであってもよい。また、接着層27,28は、熱硬化性の接着剤に限らず、例えば、熱可塑性の接着剤であってもよい。
【0032】
また、以上説明した回転電機のステータコア12は、鋼板42の1枚1枚がカシメられた構造としたが、その構造に限定されるものではない。鋼板42が積層された構造のステータコア12であれば、本発明が適用可能である。
【符号の説明】
【0033】
10 ステータ、12 ステータコア、14 コイル、18 ヨーク、20 ティース、22 スロット、23 絶縁シート、24 感熱発泡層、25,26 フィルム層、27,28 接着層、32 導体セグメント、34,36 コイルエンド部、40 内壁面、42 鋼板、50 接着領域、52 未接着領域、56 取付穴、60,62 振動騒音特性、70 微小振動。
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8