JP6855993B2

JP6855993B2 - 回転電機のステータ

Info

Publication number: JP6855993B2
Application number: JP2017186684A
Authority: JP
Inventors: 啓友河西
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-09-27
Filing date: 2017-09-27
Publication date: 2021-04-07
Anticipated expiration: 2037-09-27
Also published as: JP2019062691A

Description

本発明は、回転電機のステータに係り、特に、ステータコアのスロット内に挿入されるコイルとステータコアとを絶縁するようにスロット内に配置される絶縁シートに関する。

従来、コイルが巻装されてなるステータと、ステータの内側に回転可能に設けられたロータとを備える回転電機が知られている。ステータのコイルは、筒状のステータコアの内周部に周方向へ間隔をおいて形成された複数のスロット内に挿入されて配置されている。そして、スロット内においてステータコアとコイルとを電気絶縁するために、絶縁シート（例えば絶縁紙）が介在される。

特許文献１には、径方向内方側に開口を有するスロット内にステータコアとコイルとを電気絶縁する絶縁紙を配置した回転電機のステータにおいて、スロットの開口に位置する部分で絶縁紙の端部同士を折り重ねた構造が開示されている（特許文献１の図４（ａ）参照）。

特開２０１３−９４９９号公報

近年、回転電機の小型化のために、ステータとその内側に設けられたロータとの隙間が狭くなっており、ステータのコイルとロータとは接近して配置されている。また、径方向内方側に開口を有するスロット内にコイルが配置される場合には、コイルとロータとの間には絶縁シートのみが介在することになる。このように、コイルとロータとが接近し、さらに、それらの間に絶縁シートのみが介在する構造の場合には、コイルの表面に渦損が発生する可能性がある。

特許文献１に開示された回転電機のステータのように、スロットの開口に位置する部分に絶縁シートの端部同士を折り重ねた構造であれば、折り重なった絶縁シートの厚み（２枚の絶縁紙の厚み）の分だけ、コイルとロータとの距離が離れるため、コイルにおける渦損の発生は抑制される可能性がある。

しかし、絶縁シートの端部同士の折り重ね部分が、スロットの径方向外方側の奥壁面に位置するように配置された場合には、スロットの開口に位置する部分には１枚の絶縁シートがくることになり、コイルとロータとの距離が近づいて、コイルにおいて渦損が発生する虞がある。

そこで、本発明は、スロット内に絶縁シートが配置される回転電機のステータにおいて、コイルにおける渦損の発生を抑制することにある。

本発明の回転電機のステータは、環状のヨークと、前記ヨークの内周面に周方向に間隔をあけて形成された複数のティースと、前記ティースの間に形成され径方向内方側に開口を有するスロットとを有するステータコアと、前記スロット内に挿入されるコイルと、前記スロット内に配置され前記ステータコアと前記コイルとを絶縁する絶縁シートと、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開口から奥壁へ向かって両側面が折り込まれ、前記開口に位置する部分には、磁気シールド材が配置されており、前記磁気シールド材は、前記絶縁シートの前記開口に位置する部分に塗布されており、前記絶縁シートの前記両側面は前記奥壁まで延びて、前記絶縁シートの前記両側面の両端部は、前記奥壁で互いに向かって折られている、ことを特徴とする。

本発明の回転電機のステータによれば、絶縁シートのうちスロットの開口に位置する部分には磁気シールド材が配置されるため、コイルにおける渦損の発生を抑制することができる。

回転電機の軸方向断面図である。図１に示すＡ−Ａ線におけるステータコアの断面図である。図２の中の１つのスロットの拡大図である。スロット内に絶縁シートを配置する工程手順を示す図である。

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。

図１は、本実施形態の回転電機１０の軸方向断面図である。図１に示すように、回転電機１０は、回転中心軸Ｘを中心に回転可能に設けられた回転シャフト１２に固設されたロータ１４と、このロータ１４の周囲にギャップを介して設けられた環状のステータ１６とを備えている。

ロータ１４は、複数の電磁鋼板を積層して形成されたロータコア１８と、このロータコア１８の外周縁部側に形成され、回転中心軸Ｘ方向に延びる永久磁石挿入孔２０内に挿入された複数の永久磁石２２と、ロータコア１８を軸方向両側から挟持するエンドプレート２４とを備えている。そして、永久磁石２２は、樹脂２６によって永久磁石挿入孔２０内に固定されている。

ステータ１６は、ロータ１４の周囲を取り囲むように形成された筒状のステータコア２８と、このステータコア２８に装着されたコイル３０とを備えている。ステータコア２８の外周面には、円筒状のケース３２が例えば焼嵌め等の固定方法によって固定されている。

図２は、図１に示すＡ−Ａ線におけるステータコア２８の断面図である。図２に示すように、ステータコア２８は、ステータコア２８の周方向に延びる環状のヨーク３４と、このヨーク３４の内周面からロータ１４に向けて径方向内方へ突出し、周方向に間隔をあけて設けられたティース３６とを備えている。各ティース３６間には、スロット３８が形成されている。スロット３８も、ステータコア２８の径方向に向けて延びると共に、周方向に間隔を置いて形成されている。

図３は、図２における１つのスロット３８を拡大して示す断面図である。スロット３８は、ステータコア２８の内周面に向けて開口している。

ティース３６は、ヨークの内周面からステータコア２８の径方向に向けて突出する本体部４２と、この本体部４２の径方向内方側端部に形成され、ステータコア２８の周方向に張り出した張出部４４，４５とを備えている。

スロット３８の内表面は、最も径方向外方側に位置する後壁面３８１（奥壁面）と、ティース３６の本体部４２の側面によって規定された側壁面３８２，３８３と、前壁面３８４，３８５とを備えている。ここで、前壁面３８４は張出部４４の背面によって規定されており、前壁面３８５は張出部４５の背面によって規定されている。

このように形成されたスロット３８には、スロット３８の内表面に沿って絶縁シート５０が配置されている。絶縁シート５０は、スロット３８に挿入されるコイル３０とステータコア２８との間の電気的絶縁を図るための絶縁部材であり、例えば絶縁紙である。本実施形態では、絶縁シート５０の一部に磁気シールド材５２が浸漬塗布されている。

ここで、絶縁シート５０をステータコア２８のスロット３８内に配置する工程手順について説明する。図４は、スロット３８内に絶縁シート５０を配置する工程手順を示す図である。以下、図４（Ａ）〜（Ｄ）を単に（Ａ）〜（Ｄ）と記す。（Ａ）に示すように、最初に、絶縁シート５０はロール状に巻かれている。絶縁シート５０を所定の長さだけ引き出し、例えば（Ａ）に示す破線の位置で切断する。なお、（Ａ）に示すように、絶縁シート５０には、絶縁シート５０が引き出される方向に沿って磁気シールド材５２がそのほぼ中央位置に所望の幅で塗布されている。（Ｂ）には、（Ａ）で切り出した絶縁シート５０を９０度回転させた状態が示されている。次に、絶縁シート５０を（Ｂ）に示す破線の位置で山折りにする。それにより、（Ｃ）に示すように、絶縁シート５０が略ロ字状（筒状）になる。これにより、磁気シールド材５２が塗布された前側短辺と、前側短辺と対向し、絶縁シート５０の端部の折り重なり部５４が位置する後側短辺とができる。そして、（Ｄ）に示すように、略ロ字状の絶縁シート５０の前側短辺がスロット３８の開口４０側にくるように、また、絶縁シート５０の後側短辺がスロット３８の径方向外方の壁面（奥壁面）側にくるように、絶縁シート５０をスロット３８に挿入する。

このように、スロット３８内に絶縁シート５０が挿入されることで、図３に示すように、スロット３８の前壁面３８４，３８５に沿って絶縁シート５０のうち磁気シールド材５２が塗布された前側短辺が配置されている。すなわち、開口４０に位置する部分に磁気シールド材５２が塗布された絶縁シート５０が配置されている。また、スロット３８の後壁面３８１（奥壁面）に沿って絶縁シート５０の端部の折り重なり部５４である後側短辺が配置され、スロット３８の側壁面３８２，３８３の各々に沿って絶縁シート５０の各々の長辺が配置されている。

このようにスロット３８内に配置された絶縁シート５０の内側には、コイル３０が挿入される。コイル３０は、その周囲に絶縁シート５０が巻かれることによってステータコア２８と絶縁された状態で配置される。コイル３０は、断面が略四角形をなす平角線からなるコイル導線３１によって構成され、１つのスロット３８内で複数（本実施形態では６本）のコイル導線３１が一列に並んで配置される。コイル導線３１は、例えば銅等により形成された芯材の周囲に例えばエナメル等の絶縁性樹脂によって絶縁被覆されて構成される。コイル導線３１は、例えば、略Ｕ字型に折り曲げ形成された導体セグメントであり、この導体セグメントの２本の脚部が周方向に隣接するか又は離れた２つのスロット３８に挿入され、ステータコア２８から軸方向外側へ突出した導体セグメントの脚部が曲げ加工されて溶接等によって周方向または径方向に隣接する別の導体セグメントと結線される。

以上説明した本実施形態の回転電機のステータは、絶縁シート５０のうちスロット３８の開口４０に位置する部分に磁気シールド材５２が配置されている。そのため、ロータとコイル３０とが接近して配置されても、コイル３０において渦損が発生することを抑制することができる。それにより、回転電機１０の性能を向上することができる。特に、ロータとコイル３０とが接近して配置された場合、最も径方向内方側のコイル導線３１の表面において渦損が発生し易いが、本実施形態によれば、それを抑制することができる。

また、以上説明した本実施形態の回転電機のステータによれば、磁気シールド材５２によってコイル３０における渦損の発生を抑制できるため、ロータとコイル３０とをさらに接近させることが可能である。すなわち、ステータコア２８の径方向の長さを短縮することや、ステータとロータとの隙間を狭くすることが可能であり、回転電機１０を小型化することができる。

なお、ステータコア２８の全てのスロット３８において、スロット３８の開口４０に位置する部分に磁気シールド材５２を配置しなくてもよく、一部のスロット３８に本実施形態の磁気シールド材５２を用いてコイル３０を配置し、他のスロット３８には、他の渦損対策を施してコイルを配置することも可能である。

以上説明した実施形態の回転電機のステータ１６では、絶縁シート５０に磁気シールド材５２が浸漬塗布されていた。しかし、絶縁シート５０に磁気シールド材５２を塗布せず、別体の磁気シールド材を、スロット３８の開口４０に位置する部分に配置するようにしてもよい。例えば、スロット３８の前壁面３８４，３８５に沿って、それらと絶縁シート５０との間に別体の磁気シールド材を配置する。或いは、例えば、最も径方向内方側のコイル導線３１の開口４０側の面と、絶縁シート５０との間に別体の磁気シールド材を配置する。このようにしても、コイル３０における渦損の発生を抑制できる。

１０回転電機、１２回転シャフト、１４ロータ、１６ステータ、１８ロータコア、２０永久磁石挿入孔、２２永久磁石、２４エンドプレート、２６樹脂、２８ステータコア、３０コイル、３１コイル導線、３２ケース、３４ヨーク、３６ティース、３８スロット、４０開口、４２本体部、４４，４５張出部、５０絶縁シート、５２磁気シールド材、５４折り重なり部、３８１後壁面（奥壁面）、３８２，３８３側壁面、３８４，３８５前壁面、Ｘ回転中心軸。

Claims

環状のヨークと、前記ヨークの内周面に周方向に間隔をあけて形成された複数のティースと、前記ティースの間に形成され径方向内方側に開口を有するスロットとを有するステータコアと、前記スロット内に挿入されるコイルと、前記スロット内に配置され前記ステータコアと前記コイルとを絶縁する絶縁シートと、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開口から奥壁へ向かって両側面が折り込まれ、前記開口に位置する部分には、磁気シールド材が配置されており、
前記磁気シールド材は、前記絶縁シートの前記開口に位置する部分に塗布されており、
前記絶縁シートの前記両側面は前記奥壁まで延びて、前記絶縁シートの前記両側面の両端部は、前記奥壁で互いに向かって折られている、
ことを特徴とする回転電機のステータ。