JP2016178783A - ステータ、回転電機、車両、ステータの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コイルエンド部の小さい簡単な構造のステータ、回転電機、車両、簡単に製造することができるステータの製造方法を提供する。【解決手段】回転電機のステータコアに分布巻きで配線されるコイルを備えるステータであって、コイルの直線導体部の一部分をスロットに配置したステータコアを備えたステータコアモジュールと、コイルのコイルエンド部を絶縁体モールド成形したモールドエンドと、を有し、ステータコアモジュールの直線導体部は、ステータコアからモールドエンド側に突出して配置される導体端部に第１の接合部を備え、モールドエンドのコイルエンド部は、絶縁体モールドの端部からステータコアモジュール側に突出して配置される導体端部に第２の接合部を備え、第１の接合部と第２の接合部を接合した構造を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、ステータ、回転電機、車両、ステータの製造方法に関するものである。

固定子鉄心と、その固定子鉄心のスロットに装着される固定子コイルとを有する回転電機の固定子が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この特許文献１に記載の固定子の固定子コイルは、積層された２組の直線状の薄板状導体を絶縁樹脂により一体モールド成形して形成され、上記導体の両端部に接続端部が形成された積層コイル片と、積層された薄板状導体を絶縁樹脂により一体モールド成形して形成された第１及び第２の接続コイル片とから構成され、上記歯部を挟んで上記固定子鉄心の複数のスロット内にそれぞれ挿入された上記積層コイル片の薄板状導体の一方の端部を、上記歯部を挟むようにして上記第１の接続コイル片の薄板状導体により接続し、他方の端部を、上記歯部を挟むようにして、かつ、固定子鉄心の半径方向に積層された薄板状導体を半径方向に一つずつずらすようにして上記第２の接続コイルの薄板状導体により接続して、上記歯部に巻回された固定子コイルを形成されている。

ところで、固定子のコイルの巻線形態としては、集中巻きや分布巻きが知られている。分布巻きの固定子を備える回転電機は、集中巻きの固定子を備える回転電機と比較して高い出力トルクや高い発電力を有する。

特開２００１−１７８０５３号公報

しかしながら、分布巻きの固定子は、比較的大きなコイルエンド部を要する。このため、コイルエンド部を小さくすることが望まれている（低背化）。

また、分布巻きの固定子は複雑な巻線形態であり、簡単に製造することが難しい。このため、簡単に製造することができる分布巻きの固定子（ステータ）が望まれている。
また、特許文献１に記載の固定子コイルの製造方法では、重ね巻きや波巻きなどの複雑な分布巻きの固定子を製造することができない。

本発明は、このような問題に対処することを課題の一例とするものである。コイルエンド部の高さの小さい、簡単な構造のステータを提供すること、そのステータを備えた回転電機を提供すること、その回転電機を備えた車両を提供すること、簡単に製造することができるステータの製造方法を提供すること、などを目的とする。

このような目的を達成するために、本発明のステータ（固定子）は、以下の構成を少なくとも具備するものである。
回転電機のステータコアに分布巻きで配線されるコイルを備えるステータであって、
前記コイルの直線導体部の一部分をスロットに配置したステータコアを備えたステータコアモジュールと、
前記コイルのコイルエンド部を絶縁体モールド成形したモールドエンドと、を有し、
前記ステータコアモジュールの前記直線導体部は、前記ステータコアから前記モールドエンド側に突出して配置される導体端部に第１の接合部を備え、
前記モールドエンドの前記コイルエンド部は、絶縁体からステータコアモジュール側に突出して配置される導体端部に第２の接合部を備え、
前記第１の接合部と前記第２の接合部を接合した構造を有することを特徴とする。

本発明の回転電機は、上記発明のステータを備えたことを特徴とする。

本発明の車両は、上記発明の回転電機を備えたことを特徴とする。

本発明のステータの製造方法は、以下の構成を少なくとも具備するものである。
回転電機のステータコアに分布巻きで配線されるコイルを備えるステータの製造方法であって、
前記ステータは、前記コイルの直線導体部の一部分をスロットに配置したステータコアを備えたステータコアモジュールと、前記コイルのコイルエンド部を絶縁体モールド成形したモールドエンドと、を有し、
前記ステータコアモジュールの前記直線導体部は、前記ステータコアから前記モールドエンド側に突出して配置される導体端部に第１の接合部を備え、
前記モールドエンドの前記コイルエンド部は、絶縁体からステータコアモジュール側に突出して配置される導体端部に第２の接合部を備え、
前記第１の接合部と前記第２の接合部を溶着により接合する工程を有することを特徴とする。

本発明によれば、コイルエンド部の高さの小さい、簡単な構造のステータを提供することができる。また、本発明によれば、そのステータを備える回転電機を提供することができる。また、本発明によれば、その回転電機を備える車両を提供することができる。また、本発明によれば、簡単に製造することができるステータの製造方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係る回転電機のステータ（固定子）の一例を示す分解斜視図。 ステータの一例を示す図、（ａ）はステータの一例を示す分解側面図、（ｂ）はステータの一例を示す側面図。 ステータコアモジュールの一例を示す斜視図。 ステータコアモジュールの一例を示す平面図。 モールドエンドの導体部の一例を示す図。 モールドエンドの一例を示す図。 本発明の実施形態に係る回転電機を備えた車両の一例を説明するための概念図。

本発明の実施形態に係る回転電機のステータは、回転電機のステータコアに分布巻きで配線されるコイルを備える。このステータは、コイルの直線導体部の一部分をスロットに配置したステータコアを備えたステータコアモジュールと、コイルのコイルエンド部（ステータコアから露出して配置される部分）を絶縁体モールド成形したモールドエンドとを有する。ステータコアモジュールの直線導体部はステータコアからモールドエンド側に突出して配置される導体端部に第１の接合部を備える。モールドエンドのコイルエンド部は、絶縁体からステータコアモジュール側に突出して配置される導体端部に第２の接合部を備える。ステータは、第１の接合部と第２の接合部を接合した構造を有する。
つまり、このステータは、分布巻きコイルのコイルエンド部の導線部分を絶縁体モールド成形によりモジュール化し、ステータコアモジュールの第１の接合部とモールドエンドの第２の接合部とを溶接やロウ付けなどの溶着により接合した構造となっている。
回転電機は、このステータを備える。車両は、この回転電機を備える。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。本発明の実施形態は図示の内容を含むが、これのみに限定されるものではない。なお、以後の各図の説明で、既に説明した部位と共通する部分は同一符号を付して重複説明を一部省略する。

図１は本発明の実施形態に係る回転電機１のステータ１０（固定子）の一例を示す分解斜視図である。図２はステータ１０の一例を示す図である。詳細には、図２（ａ）はステータ１０の一例を示す分解側面図、図２（ｂ）はステータ１０の一例を示す側面図である。

回転電機１のステータ１０（固定子）は、ステータコアモジュール１１０と、コイルのコイルエンド部を絶縁体モールド成形した１つ又は２つのモールドエンドを有する。本実施形態では、ステータコア１１は２つのモールドエンド３０，４０を有し、モールドエンド３０とモールドエンド４０の間にステータコアモジュール１１０を配置した構造を有する。

ステータコアモジュール１１０は、ステータコア１１を有する。ステータコア１１は、中央部に軸方向に沿って孔部１１ｈを備える円筒形状に形成されており、内周部近傍に複数のスロット１１ａが形成されている。このスロット１１ａには、コイルの直線導体部２１の一部分２１ｔが配置されている。
また、ステータコアモジュール１１０の直線導体部２１は、ステータコア１１の端部１１ｔ（上端部）からモールドエンド３０側に突出して配置される導体端部に接合部２１ａを備え、ステータコア１１の端部１１ｂ（下端部）からモールドエンド４０側に突出して配置される導体端部に接合部２１ｂを備える。

モールドエンド３０は、ステータコアモジュール１１０の上部（図１の上部）に配置されている。モールドエンド３０は、コイルのコイルエンド部２３の曲線導体部２３ｃを、樹脂などの絶縁体３１により絶縁体モールド成形して形成されている。このモールドエンド３０は、円筒形状に形成されており、詳細には、端部３１ｔ（上端部）の中央部から端部３１ｂ（下端部）の中央部へ軸方向に沿って孔部３１ｈを備える。
モールドエンド３０のコイルエンド部２３は、モールドエンド３０の絶縁体３１の端部３１ｂ（下端部）からステータコアモジュール１１０側に突出して配置される導体端部に接合部２３ａを備える。このモールドエンド３０の接合部２３ａは、ステータコアモジュール１１０の接合部２１ａに接合される。

本実施形態では、接合部２３ａの近傍には、紙などの板状の絶縁体７１（７０）が設けられている。この絶縁体７１（７０）は、各接合部溶着時の熱遮断部材や隣接するコイルとの間の電気的遮断部材として機能する。詳細には、絶縁体モールドとしての絶縁体７１（７０）の上端部７１ａは、樹脂などの絶縁体３１の端部３１ｂ（下端部）付近に埋設され、絶縁体７１（７０）の端部７１ｂ（下端部）は、接合部２３ａよりもステータコアモジュール１１０側に突出するように設けられている。尚、絶縁体７１（７０）は絶縁体３１（４１）と同じ材料で一体成型してもよい。

モールドエンド４０は、ステータコアモジュール１１０の下部（図１の下部）に配置されている。モールドエンド４０は、コイルのコイルエンド部２４の曲線導体部２４ｃを、樹脂などの絶縁体４１により絶縁体モールド成形して形成されている。このモールドエンド４０は、円筒形状に形成されており、詳細には、端部４１ａ（上端部）の中央部から端部４１ｂ（下端部）の中央部へ軸方向に沿って孔部４１ｈを備える。
モールドエンド４０のコイルエンド部２４は、モールドエンド４０の絶縁体４１の端部４１ａ（上端部）からステータコアモジュール１１０側に突出して配置される導体端部に接合部２４ａを備える。このモールドエンド４０の接合部２４ａは、ステータコアモジュール１１０の接合部２１ｂに接合される。
本実施形態では、接合部２４ａの近傍には、紙などの板状の絶縁体７２（７０）が設けられている。この紙などの絶縁体７２（７０）は、各接合部溶着時の熱遮断部材や隣接するコイルとの間の電気的遮断部材として機能する。詳細には、絶縁体モールドとしての絶縁体７２（７０）の下端部７２ａは、樹脂などの絶縁体４１の端部４１ａ（上端部）付近に埋設され、絶縁体７２（７０）の端部７２ｂ（上端部）は、接合部２４ａよりもステータコアモジュール１１０側に突出するように設けられている。尚、絶縁体７２（７０）は絶縁体４１と同じ材料で一体成型してもよい。

また、本実施形態では、モールドエンド４０の絶縁体４１の端部４１ｂ（下端部）から、コイルに電気的に接続された複数の端子９が突出して配置されている。

モールドエンド３０の孔部３１ｈ、ステータコアモジュール１１０の孔部１１ｈ、モールドエンド４０の孔部４１ｈには、回転電機の回転子（不図示）が配置される。

ステータ１０の製造方法の一例を説明する。
分布巻きコイルのコイルエンド部の導線部分を樹脂などの絶縁体により絶縁体モールド成形によりモジュール化して、モールドエンド３０、モールドエンド４０を作製する。コイルの直線導体部の一部分をスロットに配置したステータコア１１を備えたステータコアモジュール１１０を作製する。

次に、モールドエンド４０の接合部２４ａと、ステータコアモジュール１１０の接合部２１ｂを溶着により接合する。そして、モールドエンド３０の接合部２３ａと、ステータコアモジュール１１０の接合部２１ａを溶着により接合する。
上記溶着時、紙などの絶縁体７１が接合部２３ａ、接合部２１ａの近傍に配置され、紙などの絶縁体７２が接合部２４ａ、接合部２１ｂの近傍に配置された状態で各接合部が溶着される。各接合部が接合された場合、コイル群２０が形成される。

次に、ステータコアモジュール１１０の構成の一例について詳細に説明する。
図３はステータコアモジュール１１０の一例を示す斜視図である。図４はステータコアモジュール１１０の一例を示す平面図である。
ステータコア１１は、円筒形状に形成され中央部に孔部１１ｈを備え、内周部近傍に軸方向に貫通する複数のスロット１１ａを有する。このスロット１１ａは、ステータコア１１の内周の周方向に沿って規定の間隔で形成されている。また、このスロット１１ａは、径方向に放射状に形成されている。
このスロット１１ａには、コイルの一部分を構成する断面矩形状である平角線（平角状の断面）の直線導体部２１が挿通され保持されている。詳細には、各スロット１１ａには、内周側と外周側にそれぞれ直線導体部２１が設けられている。
内周側および外周側の直線導体部２１の端部の接合部２１ａは、ステータコア１１の端部から突出して配置されており、各接合部２１ａの間に隙間２１ｇが形成されている。

また、本実施形態では、ステータコア１１に７２個のスロット１１ａ（溝）が形成されており、８極巻線が形成される。この場合、所定のスロットに配置された外周側直線導体部の接合部２１ｍと、９つのスロットをまたいだ位置のスロットに配置された内周側直線導体部の接合部２１ｎとが、モールドエンド３０の導体により電気的に接合される。

尚、ステータは、この形態に限られるものではない。例えば、ステータコア１１にＸ個のスロット１１ａ（溝）が形成され、Ｎ極巻線が形成され、Ｍ個のスロット１１ａをまたいで連結される態様であってもよい。

ステータコア１１の下端側についても同様に、内周側および外周側の直線導体部２１の端部の接合部がステータコアの端部から突出して設けられており、各接合部の間に隙間が形成されている。

次に、モールドエンドの構成の一例について詳細に説明する。図５はモールドエンドの導体部の一例を示す図である。図６はモールドエンドの一例を示す図である。
モールドエンド３０（４０）は、コイルのコイルエンド部２３（２４）の複数の導体部を樹脂などの絶縁体３１（４１）で絶縁体モールド成形して形成される。樹脂などの絶縁体３１（４１）は、円筒形状に形成され内部に孔部３１ｈ（４１ｈ）が形成されている。
コイルのコイルエンド部は、図５に示したように、曲線導体部２３ｃ（２４ｃ）を有し、この曲線導体部２３ｃ（２４ｃ）の導体端部に接合部２３ａ（２４ａ）が形成されている。

本実施形態では、曲線導体部２３ｃ（２４ｃ）は断面円形状に形成されているが、断面矩形状に形成されていてもよい。接合部２３ａ（２４ａ）は、断面矩形状に形成されている。各接合部２３ａ（２４ａ）は、ステータコアモジュール１１０の接合部に対応する位置にそれぞれ配置されている。詳細には、接合部２３ａ（２４ａ）は、円筒状の絶縁体３１（４１）の内周の周方向に沿って規定の間隔で、内周側および外周側に２列に配置されている。

詳細には、コイルエンド部２３（２４）の一方の接合部Ｍは外周側に配置され、他方の接合部Ｎは内周側に配置され、曲線導体部２３ｃ（２４ｃ）により電気的に接続されている。本実施形態では、曲線導体部２３ｃ（２４ｃ）の接合部Ｎは、外周側の所定位置に配置された接合部Ｍを基準として周方向に９ステップ隣の位置の内周側に位置している。尚、接合部Ｎと接合部Ｍの位置は、コイルの巻線の態様に応じて規定される。

周方向に沿って配置された内周側の接合部と、外周側の接合部の間には、円筒形状の紙などの絶縁体７０（７１、７２）が設けられている。溶着接合時、この円筒形状の絶縁体７０（７１、７２）は、ステータコアモジュール１１０の内周側および外周側の直線導体部２１の接合部２１ａの間の隙間２１ｇに配置される。このように、ステータコアモジュール１１０およびモールドエンド３０（４０）の内周側に配置された各接合部と、ステータコアモジュール１１０およびモールドエンド３０（４０）の外周側に配置された各接合部の間に円筒形状の絶縁体７０（７１、７２）が配置される。

図７は本発明の実施形態に係る回転電機を備えた車両の一例を説明するための概念図である。回転電機１（１Ａ）は、上記コイルをステータコアに分布巻きに配置したステータ（固定子）、回転子（不図示）などを有する。車両１００は、回転電機１を備える。詳細には、図７に示した車両１００は、エンジン５１、鉛バッテリなどの第１のバッテリ５２、必要に応じて搭載されるリチウムイオンバッテリなどの第２のバッテリ５３、回転電機１（１Ａ）などを有する。エンジン５１と回転電機１（１Ａ）の回転子はベルトなどの動力伝達手段を介して動力を伝達可能に接続されている。第１のバッテリ５２、第２のバッテリ５３は、回転電機１（１Ａ）と電気的に接続されている。

本実施例では、回転電機１（１Ａ）は、モータ機能付き発電機として使用される。ステータが小型であるので、回転電機１（１Ａ）も小型である。回転電機１（１Ａ）はエンジンの動力により回転子を回転して発電し、バッテリを短時間でチャージする。また、エンジン５１を始動（再始動）時に、回転電機１（１Ａ）は高出力のスタータとして機能する。また、車両加速時に、回転電機１（１Ａ）は、エンジン５１をモータアシストする。
尚、車両１００や回転電機１（１Ａ）は、上記実施形態に限られるものではない。

以上、説明したように、本発明の実施形態に係るステータ１０は、回転電機１のステータコア１１に分布巻きで配線されるコイルを有する。本実施形態では、ステータ１０は、複数のコイルからなるコイル群２０を有する。ステータ１０は、コイルの直線導体部２１の一部分をスロット１１ａに配置したステータコア１１を備えたステータコアモジュール１１０と、コイルのエンド部を絶縁体モールド成形したモールドエンド３０（４０）と、を有する。
ステータコアモジュール１１０の直線導体部２１は、ステータコア１１からモールドエンド３０（４０）側に突出して配置される導体端部に第１の接合部としての接合部２１ａ（２１ｂ）を備える。モールドエンド３０（４０）のコイルエンド部は、絶縁体モールドの端部からステータコアモジュール１１０側に突出して配置される導体端部に第２の接合部としての接合部２３ａ（２４ａ）を備える。ステータ１０は、第１の接合部としての接合部２１ａ（２１ｂ）と第２の接合部としての接合部２３ａ（２４ａ）を接合した構造を有する。
このため、簡単な構造のステータを提供することができる。また、モールドエンド３０（４０）のコイルエンド部は簡単な構造を有するので、コイルエンド部を小型に形成することができ、ステータが小型である。

また、本発明の実施形態に係るステータの製造方法は、ステータコアモジュールの第１の接合部と、モールドエンド３０（４０）のコイルエンド部の第２の接合部とを溶着により接合する工程を有する。この接合は、ロウ付け、ＴＩＧ溶接などの所定の溶着方式で接合してもよい。ＴＩＧ溶接は、非溶極式のイナートガスアーク溶接であり、電極にはタングステンまたはタングステン合金を使用し、シールドガスにアルゴンガスなどを用いて、アークおよび溶融金属を空気より遮断保護しながら溶接を行う。また、溶着の加熱源はレーザーなどであってもよい。
このため、簡単に分布巻きのステータを製造することができる。

また、本発明の実施形態では、モールドエンドの複数の第２の接合部は、内周側および外周側の２列に周方向に沿って規定間隔に配置されている。モールドエンドは、内周側の第２の接合部と外周側の第２の接合部との間に円筒形状の絶縁体を有し、該円筒形状の絶縁体が、絶縁モールドの端部から第２の接合部よりもステータコアモジュール側に突出するように立設されている。
溶着接合時、この円筒形状の絶縁体７０（７１、７２）は、ステータコアモジュール１１０の内周側および外周側の直線導体部２１の接合部２１ａの間の隙間２１ｇに配置される。このように、ステータコアモジュール１１０およびモールドエンド３０（４０）の内周側に配置された各接合部と、ステータコアモジュール１１０およびモールドエンド３０（４０）の外周側に配置された各接合部の間に円筒形状の絶縁体７０（７１、７２）が配置されるので、内周側の接合部と外周側の接合部とを熱的且つ電気的に絶縁することができる。

また、本発明の実施形態に係る回転電機は、上記ステータを備える。このため、回転電機としてのモータは、小型で高出力を有する。また、回転電機としての発電機は小型で高発電力を有する。また、回転電機として、モータ機能付き発電機は、小型で高出力且つ高発電力を有する。

また、本発明の実施形態に係る車両は、上記回転電機を備える。この回転電機を発電機として使用した場合、車両への搭載スペースを小さく抑えることができ、車両に搭載のバッテリを短時間でチャージすることができる。また、回転電機をモータとして使用した場合、車両への搭載スペースを小さく抑えることができ、エンジンを始動（再始動）する高出力のスタータとして用いることができる。また、車両加速時に、エンジンをモータアシストすることで、加速性能の向上、省燃費などを実現することができる。また、回転電機をモータ機能付き発電機として使用した場合、車両への搭載スペースを小さく抑えることができ、上述した短時間でのバッテリチャージ、エンジンの始動（再始動）、車両加速時のモータアシストによる加速性能の向上、省燃費などを実現することができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。
また、上述の各図で示した実施形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの記載内容を組み合わせることが可能である。
また、各図の記載内容はそれぞれ独立した実施形態になり得るものであり、本発明の実施形態は各図を組み合わせた一つの実施形態に限定されるものではない。

１…回転電機
１０…ステータ（固定子）
１１…ステータコア
１１ａ…スロット
２１…直線導体部
２３…コイルエンド部
２３ａ…接合部
２３ｃ…曲線導体部
２４…コイルエンド部
２４ａ…接合部
２４ｃ…曲線導体部
３０…モールドエンド
３１…絶縁体
４０…モールドエンド
７０，７１，７２…絶縁体
１００…車両
１１０…ステータコアモジュール

Claims (5)

1. 回転電機のステータコアに分布巻きで配線されるコイルを備えるステータであって、
   前記コイルの直線導体部の一部分をスロットに配置したステータコアを備えたステータコアモジュールと、
   前記コイルのコイルエンド部を絶縁体モールド成形したモールドエンドと、を有し、
   前記ステータコアモジュールの前記直線導体部は、前記ステータコアから前記モールドエンド側に突出して配置される導体端部に第１の接合部を備え、
   前記モールドエンドの前記コイルエンド部は、絶縁体モールドの端部からステータコアモジュール側に突出して配置される導体端部に第２の接合部を備え、
   前記第１の接合部と前記第２の接合部を接合した構造を有することを特徴とする
   ステータ。
2. 前記モールドエンドの複数の第２の接合部は、内周側および外周側の２列に周方向に沿って規定間隔に配置され、
   前記モールドエンドは、内周側の第２の接合部と外周側の第２の接合部との間に円筒形状の絶縁体を有し、
   前記円筒形状の絶縁体は、絶縁モールドの端部から第２の接合部よりも前記ステータコアモジュール側に突出するように立設されていることを特徴とする請求項１に記載のステータ。
3. 請求項１または請求項２に記載のステータを備えた回転電機。
4. 請求項３に記載の回転電機を備えた車両。
5. 回転電機のステータコアに分布巻きで配線されるコイルを備えるステータの製造方法であって、
   前記ステータは、前記コイルの直線導体部の一部分をスロットに配置したステータコアを備えたステータコアモジュールと、前記コイルのコイルエンド部を絶縁体モールド成形したモールドエンドと、を有し、
   前記ステータコアモジュールの前記直線導体部は、前記ステータコアから前記モールドエンド側に突出して配置される導体端部に第１の接合部を備え、
   前記モールドエンドの前記コイルエンド部は、絶縁体モールドの端部からステータコアモジュール側に突出して配置される導体端部に第２の接合部を備え、
   前記第１の接合部と前記第２の接合部を溶着により接合する工程を有することを特徴とする
   ステータの製造方法。

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