特開 2024-65557 ステータ

(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】P2024065557

(43)【公開日】2024-05-15

(54)【発明の名称】ステータ

(51)【国際特許分類】

   H02K 3/34 20060101AFI20240508BHJP

   H02K 9/19 20060101ALI20240508BHJP

【ＦＩ】

H02K3/34 Z

H02K9/19 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022174482

(22)【出願日】2022-10-31

(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】110000110

【氏名又は名称】弁理士法人 快友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 大輔

(72)【発明者】

【氏名】岡崎 唱

(72)【発明者】

【氏名】山田 識由

【テーマコード（参考）】

5H604

5H609

【Ｆターム（参考）】

5H604AA03

5H604CC01

5H604PB01

5H609PP06

5H609PP09

5H609QQ05

(57)【要約】

【課題】絶縁被膜を厚膜化することなく、平角電線間の絶縁性を高める。
【解決手段】ステータは、ステータコアと、ステータコアに巻回された平角電線と、を備えてもよい。平角電線は、平角導体と、平角導体を被覆する絶縁被膜とを有してもよく、絶縁被膜のうち、隣接する平角電線に対向する範囲の少なくとも一部には、絶縁皮膜の厚さの１／２以上４／５以下の深さを有する複数の溝が、平角電線の長手方向に沿って設けられてもよい。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部を熱媒体が循環するモータに用いられるステータであって、
ステータコアと、
前記ステータコアに巻回された平角電線と、
を備え、
前記平角電線は、平角導体と、前記平角導体を被覆する絶縁被膜とを有し、
前記絶縁被膜のうち、隣接する平角電線に対向する範囲の少なくとも一部には、前記絶縁皮膜の厚さの１／２以上４／５以下の深さを有する複数の溝が、前記平角電線の長手方向に沿って設けられている、
ステータ。

【請求項2】

前記平角電線の前記溝を含む周囲長さは、前記平角電線の外形寸法から計算されるみかけ上の周囲長さよりも１．２倍以上大きい、請求項１に記載のステータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書が開示する技術は、ステータに関し、特に、内部を熱媒体が循環するモータに用いられるステータに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に、内部を冷却用の熱媒体が循環するモータが記載されている。このモータのステータは、ステータコアと、それに巻回された複数相の巻線とを備える。各相の巻線は、平角電線で構成されている。平角電線は、矩形断面を有する平角導体の外周が、絶縁被膜で覆われた構造を有する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２０１９／００３５５９号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記したステータでは、一つのスロット内で他相同士の平角電線が互いに隣接しており、隣り合う二つの平角電線の間において、部分放電が発生し得る。部分放電が発生し続けると、平角電線の絶縁被膜が絶縁破壊されるおそれがある。上記問題を鑑みて、例えば、絶縁被膜を厚膜化することにより、平角電線間の絶縁性を高めることが考えられる。しかしながら、絶縁被膜の厚膜化によると、平角電線を巻回するときの平角電線間の隙間の管理や曲げ加工等が困難となり得る。本明細書は、絶縁被膜を厚膜化することなく、このような問題を回避又は抑制し得る技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本明細書が開示する技術は、内部を熱媒体が循環するモータに用いられるステータに具現化される。第１の態様では、ステータは、ステータコアと、ステータコアに巻回された平角電線と、を備えてもよい。平角電線は、平角導体と、平角導体を被覆する絶縁被膜とを有してもよく、絶縁被膜のうち、隣接する平角電線に対向する範囲の少なくとも一部には、絶縁皮膜の厚さの１／２以上４／５以下の深さを有する複数の溝が、平角電線の長手方向に沿って設けられてもよい。

【0006】

上記した構成では、平角電線の絶縁被膜に複数の溝が設けられており、その複数の溝は、隣接する平角電線に対向する対向面に位置している。このような構成によると、当該対向面における熱媒体の表面張力が高められ、互いに隣接する二つの平角電線間の微小な隙間に、比較的に多くの熱媒体が保持することが可能となる。これにより、平角電線間の絶縁性が高められる。特に、絶縁被膜の溝は、絶縁被膜の厚さの１／２以上４／５以下の深さを有する。このような構成によると、平角導体が絶縁被膜から露出することや、溝内での部分放電開始電圧の低下を招くことなく、平角電線に対する熱媒体の付着力を高めることができる。

【0007】

第２の態様では、上記した第１の態様において、平角電線の溝を含む周囲長さは、平角電線の外形寸法から計算されるみかけ上の周囲長さよりも１．２倍以上大きくてもよい。このような溝を設けることにより、平角電線における熱媒体と接触する表面積が１．２倍拡大され、平角電線に対する熱媒体の付着力を効果的に高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】平角電線の構成を示す斜視図。

【図2】図２（ａ）は、ステータの構成を部分的に示す模式図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）で示す各距離Ａ、Ｂにおける部分放電開始電圧を示すグラフである。

【図3】図３（ａ）は、隣接する平角電線間における冷却オイルの保持状態を模式的に示す図である。図３（ｂ）は、平角電線に複数の溝が設けられていない場合の図３（ａ）中の破線で囲まれた要部を拡大した図である。図３（ｃ）は、平角電線に複数の溝が設けられている場合の図３（ａ）中の破線で囲まれた要部を拡大した図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

図面を参照して、実施例のステータについて説明する。ステータは、例えば車両に搭載されるモータの一部を構成している。ステータは、モータ内部を冷却オイルが循環するモータに用いられる。ステータは、ステータコアと、ステータコイルとを備える。ステータコイルは、平角電線がステータコアに巻回されて構成されている。なお、冷却オイルは、本明細書が開示する技術における「熱媒体」の一例である。

【0010】

ステータの平角電線１０には、いわゆる絶縁電線を用いることができる。図１に示すように、平角電線１０は、平角導体１２と、絶縁被膜１４とを有する。平角導体１２は、例えば銅、アルミニウム等の金属といった導体を用いて構成されている。絶縁被膜１４は、平角導体１２を絶縁材料で被覆する。絶縁被膜１４は、熱硬化性樹脂といった絶縁性を有する樹脂材料を用いて構成されている。平角電線１０は、一対の幅広面１０ａと、一対の幅狭面１０ｂとを有しており、その断面は概して長方形状といった矩形状を有する。同様に、平角導体１２も長方形状といった矩形状を有する。これにより、ステータのスロット内における平角導体１２の占積率を高くすることができる。但し、平角導体１２の断面形状は、長方形状に限定されず、正方形状であってもよい。

【0011】

平角電線１０の一対の幅広面１０ａの各々には、複数の溝１０ｇが設けられている。複数の溝１０ｇの各々は、平角電線１０の長手方向に沿って連続的に延びている。即ち、平角電線１０の幅広面１０ａは、複数の溝１０ｇによって形成された微小な凹凸構造を有する。但し、複数の溝１０ｇの各々は、連続的に限定されず、長手方向に断続的に延びていてもよい。その場合、平角電線１０の凹凸構造は、溝に限定されず、凹部又は穴によって形成されていてもよい。各溝１０ｇの断面は、例えば矩形状を有する。各溝１０ｇは、絶縁被膜１４の厚さの約１／２以上４／５以下の深さを有する。平角電線１０の溝１０ｇを含む周囲長さは、平角電線１０の外形寸法から計算されるみかけ上の周囲長さよりも約１．２倍以上大きい。

【0012】

図２（ａ）には、本実施例の平角電線１０が巻回されたステータ２０が示されている。ステータ２０のステータコア２２には、複数のスロット２２ｓが形成されている。ステータ２０の平角電線１０は、ステータコア２２の複数のスロット２２ｓ内を通過する。一例ではあるが、ステータ２０は、いわゆる分布巻き構造を有しており、ステータ２０の一つのスロット２２ｓ内には、他相同士の平角電線１０が、積層配列されている。配列された平角電線１０は、各々の幅広面１０ａが互いに対向しており、複数の溝１０ｇは、各幅広面１０ａ全体に配置されている。但し、複数の溝１０ｇが形成される位置は、特に限定されない。複数の溝１０ｇは、隣接する平角電線１０に対向する範囲の少なくとも一部に設けられていればよい。

【0013】

本実施例におけるステータ２０では、一つのスロット２２ｓ内で例えばＵ相、Ｖ相といった他相同士の平角電線１０が互いに隣接しており、隣り合う二つの平角電線１０の間において、部分放電が発生し得る。部分放電が発生し続けると、平角電線１０の絶縁被膜１４が絶縁破壊されるおそれがある。上記問題を鑑みて、例えば、絶縁被膜１４を厚膜化することにより、平角電線１０間の絶縁性を高めることが考えられる。しかしながら、絶縁被膜１４の厚膜化によると、平角電線１０を巻回するときの平角電線１０間の隙間の管理や曲げ加工等が困難となり得る。従って、本実施例におけるステータ２０は、絶縁被膜１４を厚膜化することなく、平角電線１０間の絶縁性を向上させるための工夫がなされている。

【0014】

本実施例のステータ２０では、平角電線１０の絶縁被膜１４に複数の溝１０ｇが設けられており、その複数の溝１０ｇは、隣接する平角電線１０に対向する幅広面１０ａに位置している。このような構成によると、幅広面１０ａにおける冷却オイルの表面張力が高められ、互いに隣接する二つの平角電線１０間の微小な隙間に、比較的に多くの冷却オイルが保持することが可能となる。これにより、平角電線１０間の絶縁性が高められる。特に、絶縁被膜１４の溝１０ｇは、絶縁被膜１４の厚さの１／２以上４／５以下の深さを有する。このような構成によると、平角導体１２が絶縁被膜１４から露出することや、溝１０ｇ内での部分放電開始電圧の低下を招くことなく、平角電線１０に対する冷却オイルの付着力を高めることができる。

【0015】

ここで、図２（ｂ）では、図２（ａ）で示されるステータ２０のスロット２２ｓ内において他相同士の平角電線１０が接触する箇所における各距離Ａ、Ｂの部分放電開始電圧を示す。距離Ａは、絶縁被膜１４に溝１０ｇが形成されている範囲の平角電線１０間のギャップ距離であり、距離Ｂは、絶縁被膜１４に溝１０ｇが形成されていない範囲の平角電線１０間のギャップ距離である。ここでの平角電線１０の溝１０ｇは、その深さが絶縁被膜１４の厚さの３／５となるように形成されている。また、図示されていないが、平角電線１０間の隙間には冷却オイルが介在している。このとき、距離Ａにおける部分放電開始電圧は、距離Ｂにおける部分開始電圧とほぼ差がみられなかった。この結果は、距離Ａは、距離Ｂと比較して、溝１０ｇが形成された絶縁被膜１４の厚さは薄くなるが、その分だけ平角電線１０間のギャップ距離が長くなるため部分放電開始電圧が低下しなかったものと推測される。

【0016】

図３（ａ）には、隣接する二つの平角電線１０間に、冷却オイルが付着した状態が示されている。図３（ｂ）、（ｃ）は、図３（ａ）中の破線で囲まれた要部を拡大して示す。なお、図３（ｂ）は、平角電線１０に複数の溝１０ｇが設けられていない場合を示し、図３（ｃ）は、平角電線１０に複数の溝１０ｇが設けられている場合を示す。図３（ｂ）、（ｃ）を比較して理解されるように、平角電線１０に複数の溝１０ｇが設けられることによって、二つの平角電線１０が互いに対向する面（即ち、幅広面１０ａ）における冷却オイルの付着力が向上する。従って、他相同士の平角電線１０が近接する箇所に保持される冷却オイルの量が増加する。これにより、部分放電が発生する平角電線１０間を絶縁材である冷却オイルで埋めることができ、絶縁性が向上する。

【0017】

また、本実施例における平角電線１０の溝１０ｇを含む周囲長さは、平角電線１０の外形寸法から計算されるみかけ上の周囲長さよりも約１．２倍以上大きい。このような溝１０ｇを設けることにより、平角電線１０における冷却オイルと接触する表面積が１．２倍拡大され、平角電線１０に対する冷却オイルの付着力を効果的に高めることができる。

【0018】

以上、本実施例におけるステータ２０の具体的な構成について述べたが、ステータ２０に用いられる平角電線１０は、上述した実施例の構成に限定されない。以下に、平角電線１０の他の実施形態について説明する。

【0019】

平角電線１０の平角導体１２における四つの角部１２ｃの曲率半径は、ステータ２０のスロット２２ｓ内での導体占積率を高める観点においては、曲率半径は小さい方がよい。一方、四つの角部１２ｃへの電界集中による部分放電現象を抑制するという観点においては、曲率半径は大きい方がよい。以上から、平角導体１２の四つの角部１２ｃの曲率半径は、好ましくは、０．６ｍｍ以下であるとよく、より好ましくは、０．２ｍｍ以上０．４ｍｍ以下であるとよい。但し、本明細書が開示する技術の効果が得られる範囲はこの限りではない。また、平角導体１２は、複数の導体を撚り合わせ、あるいは、組み合わせて、矩形状に形成されていてもよい。

【0020】

平角導体１２の断面の寸法は、特に限定されず、用途に応じて適宜調整される。平角導体１２の幅は、例えば約１．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下であるとよく、好ましくは約１．４ｍｍ以上４．０ｍｍ以下であるとよい。また、平角導体１２の厚さは、例えば約０．４ｍｍ以上３．０ｍｍ以下であるとよく、好ましくは約０．５ｍｍ以上２．５ｍｍ以下であるとよい。

【0021】

特に限定されないが、平角導体１２を構成する材料には、銅を用いるとよい。平角導体１２に用いられる銅は、具体的には、酸素含有量が３０ｐｐｍ以下の低酸素銅であるとよく、好ましくは、２０ｐｐｍ以下の低酸素銅又は無酸素銅であるとよい。銅の酸素含有量が３０ｐｐｍ以下であれば、導体を溶接するために熱で溶融させた場合、溶接部分に含有酸素に起因するボイドの発生が抑制される。その結果、溶接部分の電気抵抗が悪化することを防止するとともに溶接部分の強度を保持することができる。あるいは、銅に代えて、平角導体１２にアルミニウムを採用する場合、必要機械強度を考慮したうえで、用途に応じて様々なアルミニウム合金を用いることができる。例えば回転電機のような用途に対しては、高い電流値を得られる純度９９．００％以上の純アルミニウムを用いることが好ましい。

【0022】

絶縁被膜１４の平均の厚さは、２０μｍ以上２５０μｍ以上であるとよく、好ましくは、３０μｍ以上１９０μｍ以下であるとよく、より好ましくは、５０μｍ以上１９０μｍ以下であるとよい。

【0023】

絶縁被膜１４を構成する材料は、特に限定されず、一般に絶縁電線で使用される熱硬化性樹脂であればよい。具体的には、絶縁被膜１４を構成する熱硬化性樹脂は、例えば、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエステルイミド（ＰＥｓＩ）、ポリウレタン、ポリエステル（ＰＥｓｔ）、ポリベンゾイミダゾール、メラミン樹脂、エポキシ樹脂等を用いることができる。好ましくは、絶縁被膜１４を構成する熱硬化性樹脂は、例えばポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエステルイミド（ＰＥｓＩ）、ポリウレタン、ポリエステル（ＰＥｓｔ）等であるとよい。より好ましくは、絶縁被膜１４を構成する熱硬化性樹脂は、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエステルイミド（ＰＥｓＩ）等といった、イミド結合を有する熱硬化性樹脂であるとよい。さらに好ましくは、絶縁被膜１４を構成する熱硬化性樹脂は、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）及びポリイミド（ＰＩ）から選択される樹脂であるとよい。

【0024】

なお、絶縁被膜１４は、熱硬化性樹脂による単層に限定されず、熱硬化性樹脂層上に熱可塑性樹脂層が形成された積層構造を有してもよい。この場合、絶縁被膜１４を構成する熱可塑性樹脂は、ポリアミド（ＰＡ）（ナイロン）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリフェニレンエーテル（変性ポリフェニレンエーテルを含む）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、超高分子量ポリエチレン等の汎用エンジニアリングプラスチックの他、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリアリレート（Ｕポリマー（登録商標））、ポリアミドイミド、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリアリールエーテルケトン（ＰＡＥＫ）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）（変性ポリエーテルエーテルケトン（変性ＰＥＥＫ）を含む）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、熱可塑性ポリイミド樹脂（ＴＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、液晶ポリエステル等のスーパーエンジニアリングプラスチック、さらに、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）をベース樹脂とするポリマーアロイ、ＡＢＳ／ポリカーボネート、ナイロン６，６、芳香族ポリアミド樹脂（芳香族ＰＡ）、ポリフェニレンエーテル／ナイロン６，６、ポリフェニレンエーテル／ポリスチレン、ポリブチレンテレフタレート／ポリカーボネート等の前記エンジニアリングプラスチックを含むポリマーアロイであるとよい。

【0025】

本実施例における凹凸構造（複数の溝１０ｇ）を有する平角電線１０は、平角導体１２上に所望の膜厚の絶縁被膜１４を形成した後に、絶縁被膜１４の表面に溝加工を施すことによって製造することができる。但し、平角電線１０の製造方法は、上記した方法に限定されない。平角電線１０は、例えば押し出し成型可能な熱可塑性樹脂で絶縁被膜１４が形成される場合には、所望する凹凸構造を有する型を用いた押し出し成形によって製造されてもよい。

【符号の説明】

【0026】

１０：平角電線、 １０ａ：幅広面、 １０ｂ：幅狭面、 １０ｇ：溝 １２：平角導体、 １４：絶縁被膜、 ２０：ステータ、 ２２：ステータコア、 ２２ｓ：スロット

【図1】

【図2】

【図3】