JP6397850B2 - 回転電機用ステータ及び回転電機用ステータの導線固定方法 - Google Patents

Description

本発明は、スロット内にて導線が固定される回転電機用ステータ及び回転電機用ステータの導線固定方法に関する。

周方向に所定の間隔で設けられた複数のスロットを有するステータコアと、スロットに配置される導線と、を備える回転電機用ステータの製造工程には、ステータコアに導線を挿入する工程と、スロット内にて導線を固定する工程と、が含まれている。導線を固定する方法としては、導線が挿入されたスロット内に熱硬化性樹脂を注入して一体化した後に板ばねで固定する方法や、スロット内にウェッジ、緩み調整部材及び緩み防止ばねを配置して固定する方法等が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。

特開２００３−２７４５９３号公報 特開平７−２３６２４５号公報

しかしながら、熱硬化性樹脂を用いて導線を固定する場合は、スロット内に樹脂を注入するだけでなく、注入した樹脂を硬化させる必要があるので、工程の所要時間が長くなり生産性を低下させる虞がある。また、樹脂は、ステータコアや導線に比べて耐熱温度が低いので、回転電機の作動温度上限を低下させ、回転電機の性能向上を阻害する可能性がある。

一方、ウェッジ、緩み調整部材及び緩み防止ばねを用いて導線を固定する場合は、樹脂の注入を省略することが可能であるが、スロット毎にこれらウェッジ、緩み調整部材及び緩み防止ばねが必要となるので、部品点数が大幅に増加するだけでなく、組立工程が複雑になり生産性を低下させる虞がある。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、導線の固定を簡略化して生産性の向上が図れる回転電機用ステータ及び回転電機用ステータの導線固定方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、
周方向に所定の間隔で設けられた複数のスロット（例えば、後述の実施形態のスロット１４）を有するステータコア（例えば、後述の実施形態のステータコア１３）と、
前記スロットに配置される導線（例えば、後述の実施形態のコイルセグメント２０）と、を備え、径方向においてロータの外側に配置される回転電機用ステータ（例えば、後述の実施形態のステータ１２）であって、
前記スロット内にて前記導線とスロット内周面（例えば、後述の実施形態のスロット内周面１４ｂ）との間に配置され、拡径方向の弾性力により前記導線を押圧固定するコイルスプリング（例えば、後述の実施形態のコイルスプリング４０）を備え、
前記コイルスプリングの中空部には、液体の冷媒が流れる冷媒流路（例えば、後述の実施形態の冷媒流路Ｃ）が設けられ、
前記ステータコアの軸方向一端側には、前記冷媒流路に前記冷媒を導入する冷媒導入部材が設けられ、
前記導線は、絶縁紙（例えば、後述の実施形態の絶縁紙１９）に囲まれ、
前記絶縁紙には、前記コイルスプリングと対向する領域に、前記冷媒が通過可能な孔（例えば、後述の実施形態の孔１９ａ）が設けられ、
前記コイルスプリングは、前記絶縁紙を介して前記導線を前記ロータ側に向かって押圧する。

請求項２に記載の発明は、
請求項１に記載の回転電機用ステータであって、
前記コイルスプリングは、磁性材により形成されている。

請求項１の発明によれば、コイルスプリングの拡径方向の弾性力で導線を押圧固定するので、導線の固定を簡略化して生産性の向上が図れる。また、樹脂の注入を省略できるので、回転電機の作動温度上限を引き上げ、回転電機の性能を向上させることができる。
また、コイルスプリングの中空部には、冷媒流路が設けられるので、導線を効率的に冷却し、回転電機の性能をさらに向上させることができる。
また、導線を囲む絶縁紙には、冷媒が通過可能な孔が設けられるので、導線の冷却効率をさらに向上させることができる。

請求項２の発明によれば、コイルスプリングは、磁性材により形成されているので、コイルスプリングの設置による磁気的な損失を低減できる。

本発明の一実施形態に係る回転電機用ステータの正面図である。 本発明の一実施形態に係る回転電機用ステータの側面図である。 本発明の一実施形態に係る回転電機用ステータのコイルセグメントを示す斜視図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 （ａ）は図４のＢ−Ｂ断面図、（ｂ）は絶縁紙の部分拡大平面図である。 本発明の一実施形態に係る回転電機用ステータの導線固定方法で使用する巻き取り治具の説明図であり、（ａ）は巻き取り治具及びコイルスプリングを示す側面図、（ｂ）は巻き取り治具及びコイルスプリングを示す正面図である。 本発明の一実施形態に係る回転電機用ステータの導線固定方法の説明図であり、（ａ）は巻き取り治具に巻き取られた縮径状態のコイルスプリングをスロットに挿入する工程の説明図、（ｂ）は巻き取り治具によるコイルスプリングの巻き取りを解放し、コイルスプリングの拡径方向の弾性力により導線を押圧固定する工程の説明図である。

以下、本発明の回転電機用ステータ（以下、回転電機のステータ又は単にステータと呼ぶ。）の一実施形態を、添付図面に基づいて説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。

［回転電機用ステータ］
図１〜図４に示すように、回転電機１０のステータ１２は、ハウジング１１内に収容され、ステータ１２の内側には、図示しないロータが回転自在に配置されている。

ステータ１２は、軸方向に貫通する複数のスロット１４が周方向に所定の間隔で配置されたステータコア１３と、スロット１４に収容される複数相（例えば、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のステータコイル１５と、を備える。

ステータコア１３は、径方向に突出する複数の取付け部１７ａに設けられたボルト穴１７ｂにボルト１６を挿通させ、ハウジング１１に固定されている。

回転電機１０のステータコイル１５は、セグメントコンダクタ型コイルであり、図３に示すように、一対の脚部２１と、両脚部２１を一方の端部で接続する連結部２２とにより略Ｕ字状に形成された複数（本実施形態では４本）のコイルセグメント２０を１列に整列させて１つの束として、それぞれの脚部２１を各スロット１４に挿入し、スロット１４から突出した脚部２１の突出部分を周方向に折り曲げて対応する同相のコイル同士を接合して形成される。

ステータコア１３の軸方向両側には、それぞれコイルエンド３０が突出して形成されている。即ち、スロット１４から脚部２１が突出するステータコア１３の後面１３Ｒ側には、同相のコイル同士が接合されてなるコイルエンド３０Ｒが形成され、これとは反対側のステータコア１３の前面１３Ｆ側には、連結部２２からなるコイルエンド３０Ｆが形成される。

図４に示すように、ステータコア１３は、周方向に所定の間隔で配置された複数のティース１８を備え、隣接するティース１８間にスロット１４が形成されている。即ち、複数のスロット１４も周方向に所定の間隔で配置されている。スロット１４は、内周側に開口１４ａを有する溝形状であり、径方向に１列に並ぶ複数のコイルセグメント２０が絶縁紙１９に囲まれた状態で軸方向から挿入される。なお、各スロット１４には、４本のコイルセグメント２０の一方の脚部２１と、他の４本のコイルセグメント２０の他方の脚部２１が配置され、合計で８本の板状のコイルセグメント２０が配置されている。ティース１８の内周側端部には、周方向に幅広に形成され、コイルセグメント２０の抜け止めとして機能する幅広部１８ａが設けられている。

図４及び図５に示すように、スロット１４内には、コイルセグメント２０とスロット内周面１４ｂとの間に配置され、拡径方向の弾性力によりコイルセグメント２０を押圧固定するコイルスプリング４０が設置される。本実施形態のコイルスプリング４０は、スロット１４の溝底部１４ｃに配置され、拡径方向の弾性力によりコイルセグメント２０をティース１８の幅広部１８ａに押し付けることでコイルセグメント２０を固定している。

スロット１４内にコイルスプリング４０を設置した場合、ステータ１２における非磁性領域が増加し、磁気的な損失が発生する可能性があるが、本実施形態では、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ３０４などの磁性材でコイルスプリング４０を形成することにより、コイルスプリング４０の設置による磁気的な損失を低減している。

図５（ａ）に示すように、コイルスプリング４０の中空部には、冷媒が流れる冷媒流路Ｃが設けられる。冷媒は、例えば、ＡＴＦ（Automatic Transmission Fluid）であり、ステータコア１３の軸方向一端側に設けられる冷媒導入部材５０を介してコイルスプリング４０の冷媒流路Ｃに導入され、主にコイルセグメント２０を冷却する。

図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、コイルセグメント２０を囲む絶縁紙１９において、コイルスプリング４０と対向する領域には、冷媒が通過可能な複数の孔１９ａが設けられる。これらの孔１９ａは、コイルスプリング４０の冷媒流路Ｃに挿入された冷媒をコイルセグメント２０に直接接触させることで、コイルセグメント２０の冷却効率を高めている。

［回転電機用ステータの導線固定方法］
つぎに、本発明の一実施形態に係る回転電機用ステータ１２の導線固定方法について、図６及び図７を参照して説明する。

コイルスプリング４０は、スロット１４内にコイルセグメント２０を挿入した後、巻き取り治具６０を用いてスロット１４内に設置される。図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、本実施形態のコイルスプリング４０は、両端部にフック部４１を有しており、巻き取り治具６０は、コイルスプリング４０の中空部に挿通される円筒形状の外シャフト６１と、外シャフト６１の中空部に挿通される棒形状の内シャフト６２とを備える。

外シャフト６１の基端部には、外周方向に延出してコイルセグメント２０の軸方向の移動を規制する位置規制部６１ａが設けられ、さらに、位置規制部６１ａには、コイルスプリング４０の一方のフック部４１に係合する係合部６１ｂが突設されている。また、内シャフト６２の先端部には、コイルスプリング４０の他方のフック部４１に係合可能なコ字形状の係合部６２ａが形成されている。

図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、外シャフト６１の係合部６１ｂをコイルスプリング４０の一方のフック部４１に係合させ、且つ内シャフト６２の係合部６２ａをコイルスプリング４０の他方のフック部４１に係合させた状態で外シャフト６１と内シャフト６２とをコイルスプリング４０を巻き取る方向（巻数を増やす方向）に相対的に回転させると、コイルスプリング４０が巻き数の増加に伴って縮径される（図７（ａ）参照）。また、縮径されたコイルスプリング４０は、巻き取り治具６０による巻き取りを解放することにより弾性復元力で拡径される。なお、図７（ａ）では、巻き取り治具６０を簡略化している。

図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、ステータ１２の製造工程においては、ステータコア１３のスロット１４にコイルセグメント２０を挿入する工程の後、巻き取り治具６０に巻き取られた縮径状態のコイルスプリング４０を、巻き取り治具６０と一緒にコイルセグメント２０とスロット内周面１４ｂとの間に配置する工程が実施される（図７（ａ）参照）。その後、巻き取り治具６０によるコイルスプリング４０の巻き取りを解放し、コイルスプリング４０の拡径方向の弾性力によりコイルセグメント２０を押圧固定する工程が実施される。

以上説明したように、本実施形態の回転電機１０のステータ１２によれば、コイルスプリング４０の拡径方向の弾性力でコイルセグメント２０を押圧固定するので、コイルセグメント２０の固定を簡略化して生産性の向上が図れる。また、樹脂の注入を省略できるので、回転電機１０の作動温度上限を引き上げ、回転電機１０の性能を向上させることができる。

また、コイルスプリング４０の中空部には、冷媒流路Ｃが設けられるので、コイルセグメント２０を効率的に冷却し、回転電機１０の性能をさらに向上させることができる。

また、コイルセグメント２０を囲む絶縁紙１９には、冷媒が通過可能な孔１９ａが設けられるので、コイルセグメント２０の冷却効率をさらに向上させることができる。

また、コイルスプリング４０は、磁性材により形成されているので、コイルスプリング４０の設置による磁気的な損失を低減できる。

また、本実施形態の導線固定方法によれば、巻き取り治具６０を用いてコイルスプリング４０をスロット１４内に容易に組み込むことができるだけでなく、コイルスプリング４０の拡径方向の弾性力でコイルセグメント２０を確実に固定できる。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
例えば、コイルセグメント２０が絶縁材で十分被覆されている場合には絶縁紙１９を設ける必要はない。
また、導線としてコイルセグメント２０を例示したが、導線の形状、数等は適宜選択することができる。

１２ ステータ
１３ ステータコア
１４ スロット
１４ｂ スロット内周面
１９ 絶縁紙
１９ａ 孔
２０ コイルセグメント（導線）
４０ コイルスプリング
６０ 巻き取り治具
Ｃ 冷媒流路

Claims (2)

1. 周方向に所定の間隔で設けられた複数のスロットを有するステータコアと、
   前記スロットに配置される導線と、を備え、径方向においてロータの外側に配置される回転電機用ステータであって、
   前記スロット内にて前記導線とスロット内周面との間に配置され、拡径方向の弾性力により前記導線を押圧固定するコイルスプリングを備え、
   前記コイルスプリングの中空部には、液体の冷媒が流れる冷媒流路が設けられ、
   前記ステータコアの軸方向一端側には、前記冷媒流路に前記冷媒を導入する冷媒導入部材が設けられ、
   前記導線は、絶縁紙に囲まれ、
   前記絶縁紙には、前記コイルスプリングと対向する領域に、前記冷媒が通過可能な孔が設けられ、
   前記コイルスプリングは、前記絶縁紙を介して前記導線を前記ロータ側に向かって押圧する、回転電機用ステータ。
2. 請求項１に記載の回転電機用ステータであって、
   前記コイルスプリングは、磁性材により形成されている、回転電機用ステータ。

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