JP2000245089A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】コイル形状を単純化してコイルの成形作業を向
上するとともに、コイルエンド部からの放熱を向上し
て、小型化可能な回転電機を提供することにある。 【解決手段】回転電機１は、複数の集中巻巻線５を有す
る固定子２と、固定子２に対向配置された回転子３とか
ら構成される。巻線５は、予めコイル状に成形された成
形コイルである。成形コイル状の巻線５を、固定子２に
形成されたスロットに挿入した際、固定子鉄心４の端部
４ａ，４ｂから突出する巻線エンド部５ａ，５ｂを、固
定子端部４ａ，４ｂに接触するように折り曲げる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転電機に係り、
特に、電気自動車に用いるに好適な集中巻巻線を有する
固定子を用いた回転電機に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気自動車を駆動する回転電機として、
小型・軽量化が望まれている。従来の回転電機におい
て、小型化する方法としては、例えば、特開平７−２９
８５２８号公報に記載されているように、予め所定の形
状に成形された成形コイルを固定子のスロットに挿入す
るとともに、コイルの端部を折り曲げるものが知られて
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
７−２９８５２８号公報に記載されているものは、巻線
方式が分布巻であるため、巻線のコイル片は所定の間隔
を隔てたスロットに納められる。従って、コイル挿入時
にコイルエンド部が互いにぶつからないコイル形状が必
要なため、コイル形状が複雑になるという問題があっ
た。

【０００４】また、コイルエンド部が互いにぶつからな
いコイル形状となるため、コイルエンド部は、固定子端
部から離れて配置される，即ち、固定子端部に非接触と
なるため、コイルエンド部の熱を固定子鉄心を利用して
放熱することができないという問題があった。

【０００５】本発明の目的は、コイル形状を単純化して
コイルの成形作業を向上するとともに、コイルエンド部
からの放熱を向上して、小型化可能な回転電機を提供す
ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】（１）上記目的を達成す
るため、本発明は、複数の集中巻巻線を有する固定子
と、この固定子に対向配置された回転子とを有する回転
電機において、上記巻線は、予めコイル状に成形された
成形コイルであり、この成形コイルを、上記固定子に形
成されたスロットに挿入した際、上記固定子の固定子鉄
心の端部から突出する少なくとも一方の巻線エンド部
を、上記固定子端部に接触するように折り曲げるように
したものである。かかる構成により、巻線エンド部を固
定子端部に折り曲げているため、巻線エンド部の突出量
を小さくでき、また、巻線エンド部からの発熱を固定子
端部から放熱できるため、回転電機を小型化し得るもの
となる。

【０００７】（２）上記（１）において、好ましくは、
上記巻線エンド部は、上記固定子の外径方向に折り曲げ
らるようにしたものである。かかる構成により、巻線エ
ンド部は、固定子の周方向磁束通路に接触するため、放
熱効果を向上し得るものとなる。

【０００８】（３）上記（１）において、好ましくは、
上記巻線エンド部は、上記固定子の内径方向に折り曲げ
るようにしたものである。

【０００９】（４）上記（１）において、好ましくは、
上記集中巻巻線の一方の巻線エンド部を、上記固定子の
端部に押しつけ、他方の巻線エンド部を、上記固定子端
部に接触するように折り曲げるようにしたものである。
かかる構成により、折り曲げ作業の工数を低減し得るも
のとなる。

【００１０】（５）上記（１）において、好ましくは、
上記巻線エンド部は、上記固定子鉄心の端部に絶縁材を
介して接触させるようにしたものである。かかる構成に
より、絶縁性を向上するとともに、放熱性を向上し得る
ものとなる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図５を用いて、本発
明の一実施形態による回転電機の構成について説明す
る。最初に、図１を用いて、本実施形態による回転電機
の全体構成について説明する。図１は、本発明の一実施
形態による回転電機の全体構成を示す部分断面図であ
る。

【００１２】なお、本実施形態では、固定子突極数が１
２極で、回転子の永久磁石数が８個の回転電機を示して
いる。また、固定子は、固定子鉄心にコイルが集中巻さ
れた集中巻固定子を用いている。

【００１３】回転電機１は、固定子２と回転子３とを備
えている。固定子２は、固定子鉄心４と固定子巻線コイ
ル５とで構成されている。固定子巻線コイル５は、予め
角形形状に成形された成形コイルであり、固定子鉄心４
に形成されたスロット内に挿入される。固定子巻線コイ
ル５は、固定子鉄心４の端部４ａ，４ｂから軸方向に突
出している巻線エンド部５ａ，５ｂが、固定子鉄心４の
外径方向に折り曲げ成形され、巻線エンド部５ａ，５ｂ
の軸方向長さＬ１，Ｌ２を短くした構成としている。固
定子２は、ハウジング９に固定されている。

【００１４】回転子３は、回転子鉄心６と、この回転子
鉄心に形成された磁石挿入穴に挿入された永久磁石７と
で構成されている。回転子３は、シャフト８に取付固定
されている。シャフト８の両側は、ベアリング１０，１
０１を介して、エンドブラケット１１，１１１に回転自
在に保持されている。エンドブラケット１１，１１１
は、ハウジング９を固定保持している。

【００１５】巻線エンド部５ａ，５ｂは、固定子鉄心４
の外径方向に折り曲げ成形されており、巻線エンド部５
ａ，５ｂの軸方向長さＬ１，Ｌ２が短くなるので、回転
電機１の全長Ｌを短くすることができ、回転電機を小型
化できる。なお、巻線エンド部５ａ，５ｂの固定子鉄心
４の外径方向への折り曲げ構成については、図２及び図
３を用いて後述する。また、コイル形状は、単純な角形
成形コイルとし、その端部である巻線エンド部を折り曲
げるだけでよいため、コイルの成形作業も容易になる。

【００１６】次に、図２を用いて、本実施形態による回
転電機における巻線エンド部における構成について説明
する。図２は、本発明の一実施形態による回転電機にお
ける巻線エンド部における構成を示しており、図１のＡ
−Ａ矢視図である。なお、図１と同一符号は、同一部分
を示している。

【００１７】回転子３の外周部に位置する固定子２は、
ハウジングの内周面に配置した固定子鉄心４に、その内
側の回転子３に向かって放射状に延びた12極の固定子突
極１２を形成されている。これらの各固定子突極１２に
は、それぞれ巻線素線を集中的に巻回した集中巻の固定
子巻線コイル５が配置されている。なお、図示上では、
固定子突極１２の巻線素線の巻回数は、説明の都合上、
２ターンで示しているが、実際は所定の数ｎだけ巻回さ
れている。

【００１８】固定子巻線コイル５の巻線エンド部５ａ
は、固定子鉄心４の端部４ａから外周方向，即ち、固定
子鉄心４の周方向磁束通路部１３の方に折り曲げられて
いる。固定子鉄心４の固定子突極１２は、半径方向の磁
束通路部を形成するに対して、固定子鉄心４の中の固定
子突極１２の基部に位置するリング状の部分が周方向の
磁束通路部１３を形成している。なお、固定子鉄心４の
反端側の端部４ｂにおいても、同様にして、固定子巻線
コイル５の巻線エンド部５ｂは、固定子鉄心４の端部４
ｂから外周方向，即ち、固定子鉄心４の周方向磁束通路
部１３の方に折り曲げられている。

【００１９】また、回転子３は、シャフト８に取り付け
られた回転子鉄心６に形成された挿入穴に、８個の永久
磁石７が挿入されており、永久磁石内蔵の回転子を構成
している。

【００２０】次に、図３及び図４を用いて、本実施形態
による回転電機における巻線エンド部の詳細構成につい
て説明する。図３は、本発明の一実施形態による回転電
機における巻線エンド部の詳細構成を示す部分斜視図で
あり、図４は、本発明の一実施形態による回転電機にお
ける巻線エンド部の詳細構成を示す図２のＢ−Ｂ部分矢
視図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示し
ている。

【００２１】本実施形態においては、固定子鉄心４の端
部から軸方向に突出する巻線エンド部５ａは、固定子鉄
心４の外周部に向かって折り曲げて形成されている。す
なわち、図３に示すように、固定子鉄心４のスロット内
にほぼ直線状に挿入配置されている固定子巻線コイル５
のコイル片部５ｃが固定子鉄心４の端部４ａ(４ｂ)から
軸方向に突出する部分である巻線エンド部５ａは、固定
子鉄心４の外周方向に折り曲げて成形されている。

【００２２】そして、図４に示すように、巻線エンド部
５ａは、固定子鉄心４の端部４ａの周方向磁束通路部１
３に、絶縁材１４を介して接触している。従って、巻線
エンド部５ａにおいて発生する熱は、固定子鉄心４を介
して放熱させることできる。なお、固定子鉄心４は、そ
の内部を冷却媒体（冷却水や冷却油）が流通しており、
固定子鉄心４の熱は、冷却媒体により放熱されて、固定
子鉄心４が冷却される。また、固定子鉄心４の熱は、ハ
ウジング９を介して外部に放熱することもできる。この
ように、固定子鉄心４が放熱構造であるため、巻線エン
ド部５ａに発生した熱は、固定子鉄心４を介して放熱す
ることができる。なお、他端側の巻線エンド部５ｂも、
巻線エンド部５ａと同様に、固定子鉄心４の端部４ｂの
周方向磁束通路部に、絶縁材を介して接触している。巻
線エンド部５ａ，５ｂは、ともに、固定子鉄心４の端部
に接触しているため、放熱効果を向上することができ
る。

【００２３】ここで、巻線コイル５の表面は、エナメル
等の絶縁被膜によって被覆されており、絶縁性を有する
ため、絶縁材１４を用いることなく、巻線コイル５の巻
線エンド部５ａ，５ｂを、直接、固定子鉄心４の端部４
ａ，４ｂに接触させるようにしてもよいものである。な
お、巻線コイル５の折り曲げ成形に際して、絶縁被膜が
剥がれる恐れがある場合には、絶縁材１４を用いること
により、絶縁性を向上できるものである。

【００２４】また、絶縁材１４としては、熱伝導性の良
い材料，例えば、シリコンシートやシリコンゲルを用い
ることにより、更なる放熱効果が得られる。また、巻線
エンド部５ａを成形後、巻線エンド部を樹脂モールドす
ることにより、巻線エンド部の保護や、電磁音の低減が
図れる。なお、樹脂モールドするのは、巻線エンド部に
限らず、固定子鉄心全体をモールドするようにしてもよ
いものである。また、樹脂モールド材として、熱伝導性
の良い材料を用いることにより、巻線エンド部を含めた
電機子巻線の温度上昇を低減することができる。

【００２５】従って、放熱効率がよいため、従来よりも
大電流を流すことができ、その結果、従来の同じ出力を
得る回転電機について比較すると、小型化することがで
きる。

【００２６】なお、以上の説明では、両側の巻線エンド
部を折り曲げ成形するものとしているが、どちらか一方
の巻線エンド部を折り曲げ成形するようにしてもよいも
のである。即ち、固定子巻線５の一方の巻線エンド部を
軸方向に押しつけて、例えば、図３に波線で示す示す巻
線エンド部５ｂ’の状態のようにし、次に、他方の巻線
エンド部５ａを、図３に実線で示すように、折り曲げ成
形しても、巻線エンド部の軸方向長さを短くすることが
できる。この例では、巻線エンド部の折り曲げの作業
は、一方の巻線エンド部のみでよいため、折り曲げ作業
工程を低減することができる。また、以上の説明では、
両側の巻線エンド部を、固定子鉄心の外周側に折り曲げ
成形するものとしたが、例えば、一方の巻線エンド部５
ａは、図３に実線で示すうに固定子鉄心４の端部４ａの
外周側に折り曲げ成形し、そして、他方の巻線エンド部
５ｂ”は、図３に一点鎖線で示すように、固定子鉄心４
の内周側，即ち、固定子突極１２側に折り曲げ成形する
ようにしてもよいものである。また、それぞれの巻線エ
ンド部において、固定子鉄心の外周側と内周側に半分づ
つ折り曲げるように成形することもできる。

【００２７】なお、以上の説明では、回転子として、永
久磁石を有する回転子構造のものとして説明したが、リ
ラクタンス回転子構造の回転子でもよいものである。ま
た、本発明における回転電機としては、電動機だけでな
く、発電機にも適用可能である。さらに、外転型，軸方
向空隙型，あるいはリニア型モータにも適用可能であ
る。

【００２８】図１〜図４において説明したように、本実
施形態においては、巻線エンド部５ａ，５ｂは、固定子
鉄心４の外径方向に折り曲げ成形されており、巻線エン
ド部５ａ，５ｂの軸方向長さＬ１，Ｌ２が短くなる。例
えば、出力３０ｋＷの永久磁石回転子を用いる回転電機
において、固定子鉄心４の全長Ｌ３は、例えば、２００
ｍｍであり、それに対して、巻線エンド部５ａ，５ｂを
本実施形態のように折り曲げ成形しない場合には、その
突出量は、３０ｍｍ程度となる。それに対して、本実施
形態のように折り曲げ加工することにより、巻線エンド
部５ａ，５ｂの軸方向の長さＬ１，Ｌ２は、５ｍｍ程度
まで短くすることができる。従って、本実施形態による
固定子を用いる回転電機の全長を、５０ｍｍ（＝（３０
ｍｍ−５ｍｍ）×２）短縮することができ、回転電機を
小型化することができる。自動車用の回転電機として用
いる場合、自動車には取付スペースの関係で、できるだ
け小型な回転電機が要求されているため、このように、
回転電機を小型化できることにより、自動車への搭載上
の制約が低減する。

【００２９】次に、図５を用いて、本実施形態による回
転電機を用いた電気自動車の構成について説明する。図
５は、本発明の一実施形態による回転電機を搭載した電
気自動車のブロック構成図である。

【００３０】電気自動車の車体２００は、４つの車輪２
１０，２１１，２１２，２１３によって支持されてい
る。この電気自動車は、前輪駆動であるため、前方の車
軸２５２には、回転電機１が直結して取り付けられてい
る。回転電機１の構成は、図１に示した様な構成となっ
ている。回転電機１は、制御装置２３０によって駆動ト
ルクが制御される。制御装置２３０の動力源としては、
バッテリ２４０が備えられ、このバッテリ２４０から電
力が制御装置２３０を介して、回転電機１に供給され、
回転電機１が駆動されて、車輪２１０、２１１、２１２
及び２１３が回転する。ハンドル２５０の回転は、ステ
アリングギア２５１及びタイロッド、ナックルアーム等
から成る伝達機構を介して、２つの車輪２１０、２１２
に伝達され、車輪の角度が変えられる。なお、以上の例
では、本実施形態による回転電機を搭載した電気自動車
について説明したが、ハイブリット電気自動車にも適用
できる。

【００３１】以上説明したように、本実施形態における
回転電機は扁平状であるため、エンジンルーム内にエン
ジンと融和してコンパクトに組み込むことができる。従
って、本実施形態によれば、小型，軽量の電動車両駆動
用回転電機を提供でき、居住性が良く、小型・軽量の電
動車両を提供できる。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、コイル形状を単純化し
てコイルの成形作業を向上するとともに、コイルエンド
部からの放熱を向上して、回転電機を小型化することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による回転電機の全体構成
を示す部分断面図である。

【図２】本発明の一実施形態による回転電機における巻
線エンド部における構成を示しており、図１のＡ−Ａ矢
視図である。

【図３】本発明の一実施形態による回転電機における巻
線エンド部の詳細構成を示す部分斜視図である。

【図４】本発明の一実施形態による回転電機における巻
線エンド部の詳細構成を示す図２のＢ−Ｂ部分矢視図で
ある。

【図５】本発明の一実施形態による回転電機を搭載した
電気自動車のブロック構成図である。

【符号の説明】

１…回転電機 ２…固定子 ３…回転子 ４…固定子鉄心 ４ａ，４ｂ…固定子端部 ５…固定子巻線 ５ａ，５ｂ…巻線エンド部 １２…固定子突極 １３…周方向磁束通路部 １４…絶縁材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松延 豊 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 小林 孝司 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 渋川 末太郎 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 小泉 修 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内 Ｆターム(参考） 5H603 AA09 AA11 BB14 CA01 CA05 CB02 CB03 CB17 CB18 CB26 CC05 CC07 CC11 CC17 CD21 CE01 5H604 AA03 AA05 BB14 CC01 CC05 CC15 CC16 PB03 QB13 QB14

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の集中巻巻線を有する固定子と、この
   固定子に対向配置された回転子とを有する回転電機にお
   いて、 上記巻線は、予めコイル状に成形された成形コイルであ
   り、 この成形コイルを、上記固定子に形成されたスロットに
   挿入した際、上記固定子の固定子鉄心の端部から突出す
   る少なくとも一方の巻線エンド部を、上記固定子端部に
   接触するように折り曲げたことを特徴とする回転電機。
2. 【請求項２】請求項１記載の回転電機において、 上記巻線エンド部は、上記固定子の外径方向に折り曲げ
   られていることを特徴とする回転電機。
3. 【請求項３】請求項１記載の回転電機において、 上記巻線エンド部は、上記固定子の内径方向に折り曲げ
   られていることを特徴とする回転電機。
4. 【請求項４】請求項１記載の回転電機において、 上記集中巻巻線の一方の巻線エンド部を、上記固定子の
   端部に押しつけ、他方の巻線エンド部を、上記固定子端
   部に接触するように折り曲げたことを特徴とする回転電
   機。
5. 【請求項５】請求項１記載の回転電機において、 上記巻線エンド部は、上記固定子鉄心の端部に絶縁材を
   介して接触させたことを特徴とする回転電機。