特許 7563571 回転電機のステータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-30

(45)【発行日】2024-10-08

(54)【発明の名称】回転電機のステータ

(51)【国際特許分類】

   H02K 3/04 20060101AFI20241001BHJP

【ＦＩ】

H02K3/04 J

H02K3/04 E

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2023504989

(86)(22)【出願日】2021-03-10

(86)【国際出願番号】 JP2021009620

(87)【国際公開番号】W WO2022190288

(87)【国際公開日】2022-09-15

【審査請求日】2023-05-12

(73)【特許権者】

【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】110002468

【氏名又は名称】弁理士法人後藤特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】廣瀬 洋三

(72)【発明者】

【氏名】姫野 友克

(72)【発明者】

【氏名】野口 陽平

【審査官】服部 俊樹

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－１６６９４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１６２７２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１２４６５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２３９７９８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ ３／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のスロットを有するステータコアと、
前記スロットに挿入される複数のスロットコイルと、
前記スロットコイルの、前記スロットを貫通して前記ステータコアから突出する部位に接続される別体コイルエンドと、
を備える回転電機のステータにおいて、
前記スロットコイルの前記ステータコアから突出する部位に対して前記ステータコアの周方向への荷重である周方向荷重を印加する荷重印加機構を備え、
前記スロットコイルが、前記荷重印加機構により印加された周方向荷重によって前記スロットに押し付けられ、これにより生じる摩擦力によって前記スロットに固定されている回転電機のステータ。

【請求項2】

請求項１に記載の回転電機のステータにおいて、
前記荷重印加機構は、前記別体コイルエンドに設けられる変形部であり、
前記変形部は、前記別体コイルエンドが前記スロットコイルに接続された状態で弾性変形し、当該弾性変形により生じる弾性力を前記周方向荷重として前記スロットコイルに対して印加する、回転電機のステータ。

【請求項3】

請求項１に記載の回転電機のステータにおいて、
前記スロットコイルの前記ステータコアから突出する部分及び前記別体コイルエンドを覆う絶縁カバーをさらに備え、
前記荷重印加機構は、前記絶縁カバーに設けられる弾性変形部であり、
前記弾性変形部は、前記絶縁カバーが装着された状態で弾性変形し、当該弾性変形により生じる弾性力を前記周方向荷重として前記スロットコイルに対して印加する、回転電機のステータ。

【請求項4】

請求項１に記載の回転電機のステータにおいて、
前記スロットコイルの前記ステータコアから突出する部分及び前記別体コイルエンドを覆う絶縁カバーをさらに備え、
前記荷重印加機構は、前記絶縁カバーと前記スロットコイルとの間に介装される弾性部材であり、
前記弾性部材は、前記絶縁カバーが装着された状態で弾性変形し、当該弾性変形により生じる弾性力を前記周方向荷重として前記スロットコイルに対して印加する、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関する。

【背景技術】

【0002】

ＪＰ２０１７－２０８９２４Ａには、複数のスロットを有するステータコアと、ステータコアに取り付けられるコイルとを備える回転電機のステータが開示されている。このコイルは、スロットに挿入される複数のスロットコイルと、ステータコアの軸方向端面よりも軸方向外側においてスロットコイル間を接続する接続コイルとを有している。そして、スロットコイルは、平板状の導体が絶縁材で被覆されたものであり、絶縁材の外周に設けられた突起がスロットの内周面と係合することでスロット内に固定されている。

【発明の概要】

【0003】

上記文献のステータには、スロットコイルをスロットに挿入する際に、絶縁材の突起とスロットの内周面との間に生じる摩擦力よりも大きな力が必要となるという製造上の問題がある。

【0004】

そこで本発明は、スロットコイルをスロットに挿入するために必要な力がより小さく、かつスロットコイルがスロット内に確実に固定されるステータを提供することを目的とする。

【0005】

本発明のある態様によれば、複数のスロットを有するステータコアと、スロットに挿入される複数のスロットコイルと、スロットコイルの、スロットを貫通してステータコアから突出する部位に接続される別体コイルエンドと、を備える回転電機のステータが提供される。この回転電機のステータは、スロットコイルに対してステータコアの周方向への荷重である周方向荷重を印加する荷重印加機構を備える。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】図１は、実施形態にかかるステータの分解斜視図である。

【図2】図２は、接続部材の形状を示す図である。

【図3】図３は、別体コイルエンドの概略構成図である。

【図4】図４は、一つの接続部材の接続状態を示す平面図である。

【図5】図５は、図４と同じ部位の斜視図である。

【図6】図６は、別体コイルエンドとスロットコイルとの接続部分の拡大図である。

【図7A】図７Ａは、スロットコイルに対して径方向の荷重を印加する構成の一例を示す図である。

【図7B】図７Ｂは、図７Ａの構成を有する場合のステータの全体構成図である。

【図8】図８は、第１変形例における別体コイルエンドとスロットコイルとの接続部分の拡大図である。

【図9】図９は、第２変形例における別体コイルエンドとスロットコイルとの接続部分の拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

【0008】

図１は、本実施形態にかかるステータ１の分解斜視図である。ステータ１は、ステータコア２と、スロットコイル３と、別体コイルエンド４とを備える。

【0009】

以下の説明において、径方向、軸方向、周方向とは、それぞれステータコア２の径方向、軸方向、周方向を意味する。

【0010】

ステータコア２は、複数の板状の電磁鋼板がその厚み方向に積層されたものであり、その径方向内側に突出する複数のティース２Ａと、隣り合うティース２Ａの間に形成されるスロットとを備える。

【0011】

スロットコイル３は、複数の略Ｕ字形状のコイル素子３Ａの集合体であり、全体として円筒形状を有する。コイル素子３Ａは複数の平角線で構成されている。平角線は、例えば銅やアルミ等といった導体素材で構成されている。また、各平角線は、後述する接続部材６が接続される両端部を除いて、例えばエナメル等の絶縁体により被覆されている。スロットコイル３はステータコア２の一方の端部側からスロット５に挿入される。なお、各スロット５には絶縁紙が挿入されており、これによりスロットコイル３とティース２Ａとは電気的に絶縁状態となる。

【0012】

別体コイルエンド４は、スロット５を貫通してステータコア２から突出したスロットコイル３の特定の端部同士を電気的に接続する接続部材６の集合体であり、全体として円環形状を有する。ここで、接続部材６及び別体コイルエンド４について図２、図３を参照して説明する。

【0013】

図２は接続部材６の形状を示す図であり、図３は別体コイルエンド４の概略構成図である。

【0014】

接続部材６は、導体素材で構成されており、脚部６Ａと、脚部６Ａの両端に設けられた接続部６Ｂとを有する。脚部６Ａは、例えば図２に示すように中間部分で折り曲げられた板バネ形状を有する。一方の接続部６Ｂから他方の接続部６Ｂまでの距離は、それぞれの接続部材６が接続されるスロットコイル３の端部の間の距離よりも長い。すなわち、接続部材６は、２つの接続部６Ｂが近づく方向に弾性変形した状態でスロットコイル３に接続される。換言すると、接続部材６は、接続されたスロットコイル３の端部に対し、弾性力を印加する。

【0015】

なお、脚部６Ａの形状はこれに限られるわけではなく、弾性変形可能な形状であればよい。また、図２では接続部６Ｂが折り曲げられた湾曲形状となっているが、これに限られるわけではない。

【0016】

別体コイルエンド４は、複数の接続部材６を円環状に並べたものである。別体コイルエンド４は、治具を用いて複数の接続部材６を円環状に仮組した状態で、スロットコイル３に組み合わされる。なお、図３は簡単のためコイル素子３Ａが１本の平角線で構成される場合の別体コイルエンド４を示している。平角線が複数の場合には、後述する図６に示すように、図３のそれぞれの接続部材６が平角線の数だけ積層されることとなる。

【0017】

次に、別体コイルエンド４とスロットコイル３との接続状態について図４から図６を参照して説明する。

【0018】

図４は、一つの接続部材６の接続状態を示す平面図であり、図５は図４と同じ部分の斜視図である。ここでは、スロット５Ａに挿入されるコイル素子３ＡＡとスロット５Ｂに挿入されるコイル素子３ＡＢとを接続する接続部材６について示している。図６は別体コイルエンド４とスロットコイル３との接続部分の拡大図である。

【0019】

本実施形態のコイル素子３Ａは、ステータコア２の端部からの突出量が相対的に大きい３本の平角線と、相対的に小さい３本の平角線とが交互に並ぶ構成となっている。そして、スロット５Ａのコイル素子３ＡＡの径方向内側から２番目の端部と、スロット５Ｂのコイル素子３ＡＢの径方向最内側の端部とが接続部材６により接続される。コイル素子３Ａと接続部材６の接続部６Ｂとは、溶接、はんだ、接触式接続、固相接合、導電性接着剤による接着等の方法により電気的に接続される。

【0020】

上述した接続部材６からコイル素子３Ａに印加される弾性力は、コイル素子３ＡＡとコイル素子３ＡＢに対して互いに遠ざかる方向（つまり、略周方向）に作用する。これにより、コイル素子３ＡＡとコイル素子３ＡＢは、それぞれスロット５に押し付けられ、これにより生じる摩擦力によってスロットコイル３がスロット５に固定される。

【0021】

他の端部についても同様であり、スロット５Ａのコイル素子３ＡＡの径方向内側から４番目の端部と、スロット５Ｂのコイル素子３ＡＢの径方向内側から３番目の端部とが接続される。また、スロット５Ａのコイル素子３ＡＡの径方向最外側の端部と、スロット５Ｂのコイル素子３ＡＢの径方向内側から５番目の端部とが接続される。

【0022】

そして、他のスロット５についても同様に接続される。その結果、図６に示す接続状態になる。なお、接続部材６の接続部６Ｂ付近の形状は、他の接続部材６との干渉を避けるため適宜変更されている。

【0023】

別体コイルエンド４とスロットコイル３とを接続したら、ステータコア２から突出するスロットコイル３の端部と別体コイルエンド４とを、絶縁体で構成されるカバーで覆う。

【0024】

上記のように本実施形態のステータ１においては、別体コイルエンド４の弾性力によってスロットコイル３がスロット５に固定される。したがって、スロットコイル３をスロット５に挿入する際のスロットコイル３とスロット５の内周面との間の摩擦抵抗を大幅に低減できる。さらに言えば、スロットコイル３やスロット５の形状が設計通りであれば、スロットコイル３とスロット５の内周面との間に摩擦力は生じない。すなわち、上述した構成にすることで、スロットコイル３をスロット５に挿入するために必要な力が小さくなるので、簡易な装置で挿入することができる。

【0025】

また、上述した構成では、スロットコイル３を被覆する絶縁体に突起等の形状を施すことなくスロットコイル３をスロット５に固定できる。したがって、ロール素材として製造される安価な絶縁材料を用いることが可能となる。また、スロットコイル３の固定にワニスや接着剤等を用いる必要がなくなる。これらにより、製造コストの削減、製造工程の簡素化が可能となる。

【0026】

さらに、別体コイルエンド４の弾性力による荷重方向が周方向なので、別体コイルエンド４、スロットコイル３及びステータコア２の間で荷重が釣り合う。これにより、スロットコイル３を固定するための荷重を支えるための部品を追加する必要がない。

【0027】

ここで、荷重方向が径方向の場合について図７Ａ、図７Ｂを参照して説明する。図７Ａに示すように、接続部材６の接続部６Ｂからコイル素子３Ａへの荷重方向が径方向外向きの場合でも、スロットコイル３をスロット５の内周面に押し付けて固定することができる。しかし、この場合には別体コイルエンド４、スロットコイル３及びステータコア２の間で荷重が釣り合わないので、荷重を支えるための構成が必要になる。例えば、図７Ｂに示すように、外周側リング部品１０と、内周側リング部品１１と、これらリング部品１０、１１と絶縁カバー７とを接続する複数の弾性部材１２とが必要になる。このため、本実施形態の構成に比べて構造が複雑になる。

【0028】

ところで、本実施形態では、スロットコイル３をスロット５の内周面に固定するための荷重として、接続部材６が発生する弾性力を利用する構成について説明したが、以下に説明する変形例のように、当該荷重を他の構成で発生させても構わない。なお、以下の第１変形例及び第２変形例のいずれも、本実施形態と同様に本発明の技術的範囲に含まれる。

【0029】

［第１変形例］
図８は、第１変形例にかかる構成における、コイル素子３Ａと接続部材６との接続部分の拡大図である。３本の接続部材６は、上記実施形態と同様に、それぞれ径方向内側から２番目、４番目、６番目の各コイル素子３Ａに接続される。しかし、本変形例の接続部材６はコイル素子３Ａに接続された状態で弾性力を発生しない。その代わりに、絶縁カバー７に弾性変形部７Ａ、７Ｂ、７Ｃが設けられており、これらが絶縁カバー７を装着した状態において弾性変形する。そして、弾性変形部７Ａ、７Ｂ、７Ｃで発生した弾性力がコイル素子３Ａと接続部材６との接続部分に対して周方向に作用する。

【0030】

［第２変形例］
図９は、第２変形例にかかる構成における、コイル素子３Ａと接続部材６との接続部分の拡大図である。第１変形例では絶縁カバー７の一部が弾性変形部７Ａ、７Ｂ、７Ｃとして形成されていたのに対し、本変形例では絶縁カバー７とは別体の、バネ等の弾性部材８Ａ、８Ｂ、８Ｃを用いる。これら弾性部材８Ａ、８Ｂ、８Ｃは絶縁カバー７が装着された状態で圧縮方向に弾性変形する。そして、この弾性変形により生じた弾性力がコイル素子３Ａと接続部材６との接続部分に対して周方向に作用する。

【0031】

［効果のまとめ］
以上の通り、本実施形態及び変形例によれば、複数のスロット５を有するステータコア２と、スロット５に挿入される複数のスロットコイル３と、スロットコイル３の、スロット５を貫通してステータコア２から突出する部位に接続される別体コイルエンド４と、を備える回転電機のステータ１が提供される。このステータ１は、スロットコイル３に対してステータコア２の周方向への荷重である周方向荷重を印加する荷重印加機構を備える。これによれば、スロットコイル３は周方向荷重によってスロット５に押し付けられて固定される。また、スロットコイル３に突起等を設ける必要がないので、スロットコイルをスロットに挿入するために必要な力を小さくできる。

【0032】

本実施形態では、荷重印加機構は、別体コイルエンド４に設けられる脚部（変形部）６Ａであり、脚部６Ａは、別体コイルエンド４がスロットコイル３に接続された状態で弾性変形し、当該弾性変形により生じる弾性力を周方向荷重としてスロットコイル３に対して印加する。これによれば、スロットコイル３をスロット５に挿入する段階では周方向荷重が印加されないので、より小さい力でスロットコイル３をスロット５に挿入することができる。

【0033】

本実施形態の第１変形例では、スロットコイル３のステータコア２から突出する部分及び別体コイルエンド４を覆う絶縁カバー７をさらに備え、荷重印加機構は、絶縁カバー７に設けられる弾性変形部７Ａ－７Ｃであり、弾性変形部７Ａ－７Ｃは、絶縁カバー７が装着された状態で弾性変形し、当該弾性変形により生じる弾性力を周方向荷重としてスロットコイル３に対して印加する。これにより、上述した本実施形態と同様の効果が得られる。また仮組した別体コイルエンド４とスロットコイル３とを組み合わせる際に接続部材６が変形しないので、当該組み合わせの行程がより容易になる。

【0034】

本実施形態の第２変形例では、荷重印加機構は、絶縁カバー７とスロットコイル３との間に介装される弾性部材８Ａ－８Ｃであり、弾性部材８Ａ－８Ｃは、絶縁カバー７が装着された状態で弾性変形し、当該弾性変形により生じる弾性力を前記周方向荷重としてスロットコイル３に対して印加する。これにより、第１変形例と同様の効果が得られる。また、第１変形例に比べて絶縁カバー７の形状が単純になるので、絶縁カバー７の成形が容易になる。形状をなして弾性変形可能に形成されている。

【0035】

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図8】

【図9】