特開 2024-47194 回転電機のステータ及びその製造方法

(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】P2024047194

(43)【公開日】2024-04-05

(54)【発明の名称】回転電機のステータ及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H02K 3/12 20060101AFI20240329BHJP

   H02K 3/04 20060101ALI20240329BHJP

   H02K 15/04 20060101ALI20240329BHJP

   H02K 15/085 20060101ALI20240329BHJP

【ＦＩ】

H02K3/12

H02K3/04 E

H02K15/04 E

H02K15/085

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022152683

(22)【出願日】2022-09-26

(71)【出願人】

【識別番号】000003997

【氏名又は名称】日産自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100102141

【弁理士】

【氏名又は名称】的場 基憲

(74)【代理人】

【識別番号】100137316

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 宏

(72)【発明者】

【氏名】小池 泰久

(72)【発明者】

【氏名】西村 公男

(72)【発明者】

【氏名】廣瀬 洋三

【テーマコード（参考）】

5H603

5H615

【Ｆターム（参考）】

5H603AA09

5H603BB01

5H603BB07

5H603BB09

5H603BB12

5H603CA01

5H603CA05

5H603CB02

5H603CB03

5H603CC03

5H603CD02

5H603CD11

5H603CD22

5H603CE02

5H603CE05

5H603EE10

5H615AA01

5H615BB01

5H615BB07

5H615BB14

5H615PP13

5H615PP14

5H615QQ03

5H615QQ06

5H615QQ12

5H615QQ27

5H615SS09

5H615SS16

(57)【要約】

【課題】従来の回転電機のステータは、コイルを構成する集合導体を曲げ加工した場合、変形、導体線の破断、及びコンタミの発生など起こるおそれがあった。
【解決手段】回転電機を構成するステータ１であって、スロット１０Ａを周方向に配列したステータコア１０と、コイル２０を構成する平角線型のコイル部材２１と、コイル部材２１を含むセグメントコイル２２とを備え、コイル部材２１は、横断面における長辺がステータコア１０の周方向に沿う向きで配置してあり、セグメントコイル２２が、１つのスロット１０Ａ内に収容する複数のコイル部材２１を積層して樹脂部材２３で部分的に拘束した構造とすることにより、実質的にコイル部材２１の横断面のアスペクト比を小さくして剛性を確保すると共に、折曲げ部位などに変形等の無い良好なコイル２０を備えたステータ１を提供する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転電機を構成するステータであって、
複数のスロットを周方向に配列した円環状のステータコアと、
前記スロット内に収容してコイルを構成する平角線型のコイル部材と、
前記コイル部材を含むセグメントコイルとを備え、
前記コイル部材は、その横断面における長辺が前記ステータコアの周方向に沿う向きで配置してあり、
前記セグメントコイルが、１つの前記スロット内に収容する複数の前記コイル部材を積層するとともに積層した前記コイル部材同士を樹脂部材で部分的に拘束した構造を有することを特徴とする回転電機のステータ。

【請求項2】

前記セグメントコイルが、別々の前記スロットを夫々貫通する２つの主要部と、前記スロットの一端側で前記主要部同士を繋ぐ連結部と、夫々の前記主要部に連続して前記スロットの他端側から突出する延出部と、前記延出部に連続する被接合部とを有して、２つの前記主要部と前記連結部とでＵ字形状を成し、
前記延出部が、前記被接合部を前記ステータコアの周方向に変位させる屈曲形状を成すと共に、前記延出部に、前記樹脂部材が設けてあることを特徴とする請求項１に記載の回転電機のステータ。

【請求項3】

前記セグメントコイルが、別々の前記スロットを夫々貫通する２つの主要部と、前記スロットの一端側で前記主要部同士を繋ぐ連結部と、夫々の前記主要部に連続して前記スロットの他端側から突出する延出部と、前記延出部に連続する被接合部とを有して、２つの前記主要部と前記連結部とでＵ字形状を成し、
前記主要部に、前記樹脂部材が設けてあることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転電機のステータ。

【請求項4】

前記主要部に設けた前記樹脂部材が、前記延出部の所定の長さ範囲に延在していることを特徴とする請求項３に記載の回転電機のステータ。

【請求項5】

前記セグメントコイルが、別々の前記スロットを夫々貫通する２つの主要部と、前記スロットの一端側で前記主要部同士を繋ぐ連結部と、夫々の前記主要部に連続して前記スロットの他端側から突出する延出部と、前記延出部に連続する被接合部とを有して、２つの前記主要部と前記連結部とでＵ字形状を成し、
一方の前記主要部から前記連結部を経て他方の前記主要部に至る間に、複数の屈曲部を有すると共に、前記屈曲部に、蛇腹管状の前記樹脂部材が設けてあることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転電機のステータ。

【請求項6】

請求項２に記載の回転電機のステータを製造するに際し、
直線状の前記コイル部材を複数積層するとともに前記コイル部材同士を前記樹脂部材で部分的に拘束して前記セグメントコイルを形成する工程と、
前記セグメントコイルの２つの前記主要部と前記連結部とをＵ字形状に成形する工程と、
前記セグメントコイルの２つの前記主要部を前記スロットの一端側から他端側に貫通させる工程と、
前記スロットの他端側から突出する前記延出部を屈曲形状に成形する工程と、
前記セグメントコイルの前記被接合部を他のセグメントコイルの被接合部に接合して前記コイルを構成する工程とを備えたことを特徴とするステータの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転電機に用いられるステータに関し、とくに、平角線型のセグメントコイルを用いた回転電機のステータ及びその製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来において、上記したような回転電機のステータとしては、例えば、特許文献１に記載されているものがある。特許文献１に記載のステータは、複数の導体線を一体化させた集合線を備えている。集合線は、その外周を被覆して絶縁するための外周被覆層を備え、断面矩形状を成す平角線型の集合導体を形成する。外周被覆層は、自身の弾力性により集合線の表面に密着する筒状体により形成されている。上記のステータは、上記集合導体を用いることにより、スロット内のワイヤ占有率を可及的に向上させる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００８－１９３８６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上記したような従来の回転電機のステータにあっては、平角線型の集合導体を曲げ加工すると、集合導体の変形、導体線の破断、及びコンタミの発生など起こるおそれがあるうえに、外周被覆層にはＰＴＦＥ等のような伸びの良い高価な材料を用いる必要がある。

【0005】

本発明は、上記従来の状況に鑑みて成されたもので、コイルを構成する平角線型のコイル部材が、その横断面における長辺をステータコアの周方向に沿う向きで配置される回転電機のステータにおいて、実質的にコイル部材の横断面のアスペクト比を小さくして剛性を確保すると共に、変形等の無い良好な折曲げ部位を有するコイルを備えたステータを提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係わる回転電機のステータは、回転電機を構成するステータであって、複数のスロットを周方向に配列した円環状のステータコアと、スロット内に収容してコイルを構成する平角線型のコイル部材と、コイル部材を含むセグメントコイルとを備えている。コイル部材は、その横断面における長辺がステータコアの周方向に沿う向きにして配置してある。そして、上記のステータは、セグメントコイルが、１つのスロット内に収容する複数のコイル部材を積層するとともに積層したコイル部材同士を樹脂部材で部分的に拘束した構造を有することを特徴としている。

【発明の効果】

【0007】

本発明に係わる回転電機のステータは、コイルを構成する平角線型のコイル部材が、その横断面における長辺をステータコアの周方向に沿う向きで配置される回転電機のステータにおいて、複数のコイル部材を樹脂部材で拘束したセグメントコイルを形成することにより、実質的にコイル部材の横断面のアスペクト比を小さくして剛性を確保する。そして、高剛性化したセグメントコイルを所定形状に形成し、セグメントコイル同士を接合してコイルを構成する。これにより、変形等の無い良好なコイルを備えたステータを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明に係わる回転電機のステータの一実施形態を示す斜視図である。

【図2】図１に示したステータの要部を示す拡大図である。

【図3】スロットにおけるセグメントコイルの配列を示す断面図である。

【図4】セグメントコイルの成形過程を示す説明図である。

【図5】スロットにセグメントコイルをセットした状態を示す説明図である。

【図6】図５に続いて延出部を曲げ加工した状態を示す説明図である。

【図7】蛇腹管状の樹脂部材を設けて屈曲部を成形する過程を示す説明図である。

【図8】断面正方形状の４本のコイル部材を束ねて曲げ加工する場合を説明する斜視図及び側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面に基づいて、本発明に係わる回転電機のステータの一実施形態を説明する。 なお、図示した構成は、説明の都合上、一部を誇張し、又は模式的に示しており、実際の寸法比率とは異なる場合がある。

【0010】

図１に示すステータ１は、円環状のステータコア１０と、ステータコア１０に巻装したコイル２０を備えており、ステータコア１０の内側にロータ（図示略）を配置して回転電機を構成する。ステータコア１０は、その周方向に所定間隔で複数（例えば４８個）のスロット１０Ａが配列してある。各スロット１０Ａは、ステータコア１０の軸方向に連続し、同ステーアコア１０の両端面に開放されている。このステータコア１０は、例えば、リング状を成す多数の電磁鋼板を軸方向に積層した構造である。

【0011】

ステータ１は、上記のステータコア１０と、スロット１０Ａ内に収容してコイル２０を構成する平角線型のコイル部材２１と、複数のコイル部材２１を含むセグメントコイル２２とを備えている。平角線型のコイル部材２１は、例えば銅製であって、矩形状の横断面を有し、スロット１０Ａへの占有率や回転電機の作動効率等の性能を考慮して、その長辺がステータコア１０Ａの周方向に沿う向きで配置してある。

【0012】

セグメントコイル２２は、図２及び図３に示すように、１つのスロット１０Ａ内に収容する複数のコイル部材２１を積層するとともに積層したコイル部材２１同士を樹脂部材２３で部分的に拘束した構造を有する。図示例のセグメントコイル２２は、２本のコイル部材２１を積層すると共に、後記する４カ所を樹脂部材２３で拘束した構造である。樹脂部材２３は、その材料がとくに限定されるものではなく、電気絶縁性を有するものであれば周知の各種樹脂を用いることができる。

【0013】

より具体的に説明すると、セグメントコイル２２は、別々のスロット１０Ａを夫々貫通する２つの主要部２２Ａ，２２Ａと、スロット１０Ａの一端側（図１中で下端側）で主要部２２Ａ同士を繋ぐ連結部２２Ｂと、夫々の主要部２２Ａに連続してスロット１０Ａの他端側から突出する延出部２２Ｃと、延出部２２Ｃに連続する被接合部２２Ｄとを有し、図４の最下段に示すように、２つの主要部２２Ａ，２２Ａと連結部２２ＢとがＵ字形状を成している。

【0014】

また、セグメントコイル２２は、図２に示すように、延出部２２Ｃが、被接合部２２Ｄをステータコア１０の周方向に変位させる屈曲形状を成している。図２に示すセグメントコイル２２は、主要部２２Ａに対して、被接合部２２Ｄが周方向である図中右方向に変位するように、延出部２２Ｃが屈曲形状を成している。被接合部２２Ｄは、主要部２２Ａと同様に、その長手方向がステータコア１０の軸方向（図２中で上下方向）に沿う向きである。

【0015】

この際、セグメントコイル２２におけるコイル部材２１は、図３に示すように、その横断面の長辺が、ステータコア１０の周方向（図３中で左右方向）に沿う向きである。このため、セグメントコイル２２の連結部２２Ｂや延出部２２Ｃは、コイル部材２１の横断面における長辺がステータコア１０の周方向に沿う向きに曲げ加工される。

【0016】

そして、上記のセグメントコイル２２は、２つの主要部２２Ａ，２２Ａと、各延出部２２Ｃ，２２Ｃの４カ所に樹脂部材２３を設けて、コイル部材２１同士を拘束している。また、主要部２２Ａの樹脂部材２３は、主要部２２Ａの全体を被覆すると共に、図１に示すように、延出部２２Ｃの所定の長さ範囲Ｌに延在（連続）している。この長さ範囲Ｌは、一例として、１ｍｍ～５ｍｍ程度である。さらに、延出部２２Ｃの樹脂部材２３は、主要部２２Ａに連続する屈曲部Ｋから被接合部２２Ｄに連続する屈曲部Ｋに至る直線部分に設けてある。

【0017】

セグメントコイル２２は、所定の成形過程を経ている。そこで、以下にステータ１の製造方法を説明する。ステータ１の製造方法は、図４の最上段に示す２本の直線状のコイル部材２１，２１を積層すると共に、図４の中段に示すように、コイル部材２１同士を樹脂部材２３で部分的に拘束してセグメントコイル２２を形成する工程を備える。図示例のセグメントコイル２２は、先述したように、夫々の主要部２２Ａ及び延出部２２Ｃに樹脂部材２３が設けてある。

【0018】

また、上記ステータ１の製造方法は、図４の最下段に示すように、セグメントコイル２２の２つの主要部２２Ａ，２２Ａと連結部２２ＢとをＵ字形状に成形する工程と、図５に示すように、セグメントコイル２２の２つの主要部２２Ａ，２２Ａをスロット１０Ａの一端側（図５中で下端側）から他端側（図５中で上端側）に貫通させる工程とを備える。これにより、ステーアコア１０の他端側には、夫々の延出部２２Ｃ及び被接合部２２Ｄが突出している。

【0019】

さらに、上記ステータ１の製造方法は、スロット１０Ａの他端側から突出する延出部２２Ｃを屈曲形状に成形する工程を備える。この工程では、平角線型のコイル部材２１が、横断面の長辺に沿う向きであるから、その向きを維持しつつセグメントコイル２２の曲げ加工が行われる。この際、コイル部材２１は、横断面のアスペクト比（短辺に対する長辺の比）が大きく、屈曲部Ｋの内角に圧縮力が作用すると共に、外角に引張力が作用するので、屈曲部Ｋに、コイル部材２１の倒れ、膨らみ、歪み等の変形が生じ易い。

【0020】

これに対して、上記のステータ１の製造方法では、積層した２本のコイル部材２１を部分的に樹脂部材２３で拘束したセグメントコイル２２を用いるので、図３に示すセグメントコイル２２の横断面においては、実質的にコイル部材２１（より厳密にはコイル部材２１が占有する部分）のアスペクト比が小さくなると共に、全体の剛性が高くなる。

【0021】

これにより、上記のステータ１の製造方法では、上述のようにコイル部材２１の長辺に沿う方向にセグメントコイル２２を曲げ加工しても、屈曲部Ｋに生じる変形を抑制することができる。

【0022】

さらに、上記ステータ１の製造方法は、図６に示すように、セグメントコイル２２の被接合部２２Ｄを他のセグメントコイル２２の被接合部２２Ｄに接合してコイル２０を構成する工程を備える。被接合部２２Ｄ同士の接合は、代表的には溶接が用いられる。上記ステータ１は、例えば３相モータに用いられる場合には、上記の各工程を経て、１相分のコイル２０を形成する。

【0023】

さらに、上記ステータ１のセグメントコイル２２は、図４に示すように、一方の主要部２２Ａから連結部２２Ｂを経て他方の主要部２２Ａに至る間に、複数の屈曲部Ｋを有する場合、より好ましい実施形態として、図７に示すように、屈曲部Ｋに、蛇腹管状の樹脂部材２３Ａを設けることができる。

【0024】

蛇腹管状の樹脂部材２３Ａは、図７中の左側に示すように、樹脂部材２３，２３の中間に配置され、側面視で楔形状を成す複数（図示例は４個）のリング２３Ｂを配列した構造を有すると共に、楔形状の先端部が屈曲部Ｋの内角側となる向きである。

【0025】

上記のセグメントコイル２２は、図７中の右側に示すように、蛇腹管状の樹脂部材２３Ａの部分で曲げ加工することにより屈曲部Ｋが形成される。これにより、とくに蛇腹管状の樹脂部材２３Ａは、管継手のエルボのように形成されて屈曲部Ｋの変形を抑制する。

【0026】

上記実施形態で説明した回転電機のステータ１は、コイル２０を構成する平角線型のコイル部材２１が、その横断面における長辺をステータコア１０の周方向に沿う向きで配置しており、ステータコア１０と、平角線型のコイル部材２１と、コイル部材２１を含むセグメントコイル２２とを備えた構成を採用している。

【0027】

これにより、上記のステータ１は、セグメントコイル２２において、実質的にコイル部材２１の横断面のアスペクト比を小さくして剛性を確保し、高剛性化したセグメントコイル２２を所定形状に形成し、セグメントコイル２２同士を接合してコイル２０を構成すことから、屈曲部Ｋ等に変形が無い良好なコイル２０を備えたものとなる。また、上記ステータの製造方法によれば、変形等の無い高品質のコイル２０を備えたステータ１を提供することができる。

【0028】

ここで、図８は、４本のコイル部材を束ねて曲げ加工する場合を説明する図である。図８中の左側に示す集合導体Ｍは、断面正方形状の４本のコイル部材２１を縦横に組み合わせてこれらを束ねたものであり、全体として正方形状を成しており、従来例（特許文献１）の構造に近いものである。

【0029】

この集合導体Ｍは、上記セグメントコイル２２と同様に、図８中で右側に示す如く曲げ加工を行うと、横断面におけるアスペクト比が小さいので、コイル部材２１の倒れは発生しない。ところが、集合導体Ｍは、曲げの内側部位Ｍ１には圧縮力が作用し、曲げの外側部位Ｍ２には引張力が作用して、とくに圧縮される内側部位Ｍ１が膨らみ、コイル２０を所定寸法内に抑えることが難しい。

【0030】

これに対して、上記実施形態のセグメントコイル２２は、複数のコイル部材２１を積層するとともにコイル部材２１同士を樹脂部材２３で部分的に拘束した構造を有するので、上記した圧縮力や引張力が作用しても、コイル部材２１の倒れだけでなく、屈曲部Ｋにおける膨らみ等の変形を防ぎ、コイル２０を所定寸法内に抑えることができる。

【0031】

また、上記のステータ１は、主要部２２Ａと、連結部２２Ｂと、延出部２２Ｃと、被接合部２２Ｄとを有して、主要部２２Ａと連結部２２ＢとでＵ字形状を成すセグメントコイル２２を採用すると共に、屈曲形状を成す延出部２２Ｃに樹脂部材２３が設けてある。これにより、ステータ１は、とくに、屈曲部Ｋ及び延出部２２の変形を抑制することができ、コイル２０のさらなる高品質化に貢献することができる。

【0032】

さらに、上記のステータ１は、セグメントコイル２２の主要部２２Ａに樹脂部材２３を設けたことにより、セグメントコイル２２のさらなる高剛性化を実現し得ると共に、ステータコア１０とセグメントコイル２２との間に介装する絶縁紙を廃止することができる。絶縁紙は熱抵抗となって発熱の原因になるので、このような絶縁紙の廃止に伴って、コストの削減やステータ１の冷却性能の向上、ひいては回転電機の出力性能の向上を図ることができる。

【0033】

さらに、上記のステータ１は、セグメントコイル２２において、主要部２２Ａに設けた樹脂部材２３を、延出部２２ｃの所定の長さ範囲Ｌに延在させたことにより、ステータコア１０におけるスロット１０Ａの開口縁とコイル部材２１とが直接接触しないようにし、コイル部材２１のコーティング剤の剥離を防止することができる。

【0034】

さらに、上記のステータ１は、一方の主要部２２Ａから連結部２２Ｂを経て他方の主要部２２Ａに至る間に複数の屈曲部Ｋを有し、屈曲部Ｋに蛇腹管状の樹脂部材２３Ａを設けたことにより、屈曲部Ｋを曲げ加工する際に、樹脂部材２３Ａの拘束力が小さい内角を曲げ易くすると共に、拘束力が大きい外角の剛性を確保する。これにより、屈曲部Ｋの外側への膨らみを抑制しつつ、曲げによるコイル部材２１のコーティング剤の剥離等を防ぐことができる。

【0035】

本発明に係わる回転電機のステータ及びその製造方法は、その構成が上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能であると共に、セグメントコイルを構成するコイル部材の数や、ステータコア、コイル部材、及び樹脂部材の材質や細部を変更することも可能である。

【符号の説明】

【0036】

１ ステータ
１０Ａ スロット
１０ ステータコア
２０ コイル
２１ コイル部材
２２ セグメントコイル
２２Ａ 主要部
２３Ｂ 連結部
２２Ｃ 延出部
２２Ｄ 被接合部
２３，２３Ａ 樹脂部材
Ｋ 屈曲部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】