JP2001314054A - 回転電機の固定子およびその製造方法 - Google Patents
回転電機の固定子およびその製造方法Info
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Abstract
れインダクタンスの低減による出力向上を製造工程の増
加を抑止しつつ実現した回転電機の固定子及びその製造
方法を提供すること。 【解決手段】固定子巻線を2つの部分多相巻線Xa、X
bに分割し、一つの部分多相巻線Xaをスロット35の
径方向に隣接する二つの導体収容位置に収容するので、
コイルエンドを大きくすることなくコイルエンドの各タ
−ン部間の干渉を防止して絶縁信頼性を向上することが
でき、更にスロットの高占積率化を容易に実現すること
ができる。
Description
等あるいは船舶などに搭載される発電機などの回転電機
の固定子に関する。
ル回転数の低下や、燃費向上のための軽量化や、車室空
間確保のためのエンジンルームの狭小化に対して、車両
用交流発電機などの回転電機は、小型化、高出力化、高
効率化をコスト増加を抑止しつつ実現することが要請さ
れている。また、エンジンルーム内はカーシャンプーや
塩水などの電解液や異物が飛来するので、車両用交流発
電機などの回転電機は、これらに対する固定子巻線の絶
縁確保も重要となっている。
整形工程において、コイルエンドでの各タ−ン部間の接
触などによる絶縁不良機会の増大を減らして絶縁信頼性
を高めつつ、コイルエンドを小さくする提案が、特開平
11−299153公報に示されている。
各コイル素線は途中で内周側に折り返され、周方向の一
方に向かって所定スロット数離れたスロットに引き込ま
れ、更に、各コイル素線の折り返し部は互いに周方向に
順次に配列されている。
288号公報は、複数の導体セグメントを用いて固定子
巻線を形成し、コイルエンドでの導体セグメントの干渉
を防止し、高占積率化による小型、高出力、高効率を実
現する車両用交流発電機を開示している。
公報に示されている固定子巻線のコイルエンド構造は、
コイル素線を細くし、かつ、スロット内のコイル素線数
を少なくした場合においてのみ、図8に示すようにコイ
ルエンドにおけるコイル素線間の干渉を防止できるが、
高出力化や高効率化のために、コイル素線を太くして高
占積率にしようとすると、折り返し部及びその近傍での
コイル素線の周方向幅が広くなってしまうため、コイル
エンドでの各コイル素線間の干渉を防止することは困難
となる。もちろん、コイルエンドの径方向幅や軸方向長
を増加することにより、コイルエンドの各コイル素線の
干渉防止は可能であるが、コイルエンドの大型化に起因
する回転電機の体格、重量の増大や抵抗損失の増大を招
いてしまう。
線のコイルエンド構造は、多数の導体セグメントをそれ
ぞれ接合せねばならない上、接合後の接合部の絶縁処理
工程を追加が必要であるため、製造工程が煩雑化すると
いう欠点を有している。
のであり、回転電機の体格、重量の低減や、抵抗損失の
低減による出力向上を製造工程の増加を抑止しつつ実現
した回転電機の固定子及びその製造方法を提供すること
を、その目的としている。
の固定子は、それぞれ径方向に設定された複数の導体収
容位置を有して周方向所定ピッチで形成された複数のス
ロットを有する固定子鉄心と、前記スロット内に収容さ
れる直線部、並びに、互いに略1磁極ピッチ離れた同一
相の2つのスロット内の一対の前記直線部に両端部が連
なるタ−ン部を必要個数だけそれぞれ有してそれぞれ1
個のコイルを構成する多数の相巻線からなる多相の固定
子巻線とを備える回転電機の固定子において、前記固定
子巻線は、互いに隣接する2つの前記導体収容位置をそ
れぞれ占有するとともにそれぞれ多相の前記相巻線から
なる複数の部分多相巻線により構成され、前記相巻線
は、連続線からなり、各前記部分多相巻線に別々に含ま
れて相が等しい複数の前記相巻線は、前記固定子鉄心の
外部にて互いに直列又は並列に接続され、前記タ−ン部
の両端は、互いに異なる前記導体収容位置に収容される
一対の前記直線部に個別に連なることを特徴としてい
る。
複数の部分多相巻線に分割し、一つの部分多相巻線をス
ロットの径方向に隣接する二つの導体収容位置に収容す
るので、コイルエンドを大きくすることなくコイルエン
ドの各タ−ン部間の干渉を防止して絶縁信頼性を向上す
ることができ、更にスロットの高占積率化を容易に実現
することができる。
より構成しているので、接合工程の簡素化及び信頼性向
上を実現することができる。なお、ここでいう「相巻線
を連続線により構成する」とは、少なくとも相巻線の連
続する3本以上の直線部が接合部を持たない単一の導体
線を用いて相巻線を構成することを意味するものとす
る。
の回転電機の固定子において更に、同一の前記スロット
内にて径方向に隣接するとともに同一の前記相巻線に含
まれる一対の前記直線部は、前記固定子鉄心の同一端面
側にて互いに周方向反対側に延在する一対の前記タ−ン
部に別々に連なることを特徴としている。
直線部と、径外側の直線部とに連なるので、コイルエン
ドでの各タ−ン部間の空間的干渉を防止することが容易
となる。
の回転電機の固定子において更に、各前記タ−ン部は、
径方向に段差を有する中央部と、前記中央部により分け
られる一対の半部とを有し、前記両半部の一方は、前記
タ−ン部の径方向厚さに略等しい距離だけ他方に対して
径方向に変位して配設され、任意相の前記タ−ン部の径
内側の前記半部は、径方向にみて他相の前記タ−ン部の
径外側の前記半部と交差し、任意相の前記タ−ン部の径
外側の前記半部は、径方向にみて他相の前記タ−ン部の
径内側の前記半部と交差することを特徴としている。
エンドにおいて、スロットの径外側の導体収容位置の直
線部に連なる各タ−ン部の一半部は、この径外側の導体
収容位置と径方向略等位置にて周方向一方側かつ軸方向
反コア側に突出し、各タ−ン部の中央部に達する。各タ
−ン部の中央部は、その両端が径方向に少なくともタ−
ン部の径方向幅だけの径方向段差をもつ。したがって、
各タ−ン部の他半部は、各タ−ン部の一半部より必要最
小限径内側の位置を保ちつつ、各タ−ン部の他半部と空
間的に干渉することなく、スロットの径内側の導体収容
位置の直線部に連なることができる。
略径外側の直線部と径方向略等位置に配置され、各タ−
ン部の他半部は互いに平行に略径内側の直線部と径方向
略等位置に配置されるため、各タ−ン部が互いに空間的
に干渉することがなく、かつ、各タ−ン部を必要最小限
の形状とすることができるので、コイルエンドを小型化
し、コイルエンドの全長を短縮することができる。
4のいずれかに記載の回転電機の固定子において、前記
相巻線は、巻き初めから巻き終わりまで一本の連続線で
あることを特徴としている。
の回転電機よりも格段に低減して製造コストを低減でき
る。
ら4のいずれかに記載の回転電機の固定子において更
に、前記相巻線は、略丸形断面を有することを特徴とし
ている。
におけるストレスを低減し、信頼性を向上できる。
ら5のいずれかに記載の回転電機の固定子において更
に、前記スロットは、径方向同一の前記導体収容位置に
て周方向に隣接して形成されて、同一相の複数の前記相
巻線の直線部をそれぞれ収容する複数の周方向導体収容
位置を有することを特徴としている。
分多相巻線の組み立てが容易となる。
6のいずれかに記載の回転電機の固定子において更に、
前記スロットの周方向幅は、前記固定子鉄心のティース
幅未満に設定されることを特徴としている。
各タ−ン部の中央部が他のタ−ン部と空間的に干渉する
のを更に良好に抑止することができる。
法構成によれば、複数のスロットを持つ固定子鉄心と、
前記スロットに装備された多相の固定子巻線とを備える
回転電機の固定子の製造方法において、それぞれ直線部
とタ−ン部とを連ねてなる多数の相巻線を有する複数の
部分多相巻線を作製する工程と、前記部分多相巻線を縮
径して前記固定子鉄心の回転子収容用の内周側キャビテ
ィにセットした後、縮径した前記部分多相巻線の前記直
線部を前記スロットの内周側のスロット開口から前記ス
ロット内へ挿入することにより、各前記部分多相巻線の
前記直線部を前記スロット内に順次配置する工程と、各
前記部分多相巻線の同一相の各前記相巻線を直列接続す
る工程とを有することを特徴としている。
渉を防止して信頼性を向上し、スロット内での高占積率
化による高出力、高効率を可能とし、しかも接合部数を
部分多相巻線の各位相の端末どうしのみとして製造コス
トを大幅に低減できる固定子とすることができる。
固定子の製造方法において更に、前記多相固定子巻線の
前記直線部を前記スロット内に挿入した後、前記スロッ
ト開口に隣接するティースの先端を塑性変形して前記ス
ロット開口を狭窄する工程を有することを特徴としてい
る。
ことができる。
転電機の好適な態様を以下に説明する。 〔第一実施形態〕この発明の車両用回転電機の第一実施
形態を図1〜図6を参照して以下に説明する。
断面図、図2は第1の3相巻線のXa相の部分斜視図、
図3は第1の3相巻線のXa相の巻線仕様図、図4はコ
イルエンドの軸方向から見たX相の部分平面図、図5は
固定子の部分断面図、図6は第1の3相巻線のコイルエ
ンドの空間配置を示す模式配線図である。
定子3、フレーム4を有している。固定子3は、三相電
機子コイルである固定子巻線31が巻装されてフレーム
4の内周面に固定されたステータコア32を有してい
る。
されており、エンジンからの回転力がプーリ20を通じ
て回転子2に伝達される。この状態で回転子2の界磁巻
線8にスリップリング9、10を介して励磁電流を流す
ことにより、回転子2のポールコア71、72に磁極が
形成される。これにより、三相交流電圧が固定子巻線3
1に発生する。この三相交流電圧は、図示しない整流器
で整流された後、出力端子6を通じて出力される。
ァン11、12は冷却風を生じさせ、この冷却風は、フ
レ−ム4の端壁に設けられた開口部41から内部へ取り
込まれ、周壁に設けられた開口部42から外部へ排出さ
れる。
定子鉄心32の所定数のスロット35内にそれぞれイン
シュレータ34を介して収容された2つの3相巻線31
a、31bからなり、3相巻線31a、31bの互いに
同相の相巻線は直列接続されている。更に説明すると、
固定子巻線31のX相の相巻線は、第1の3相巻線31
aのX相相巻線であるXa相巻線と、このXa相巻線と同
じスロット35に収容される第2の3相巻線31bのX
相相巻線であるXb相巻線とを直列接続して形成されて
いる。固定子巻線31のY、Z相の相巻線も同様に形成
される。
を参照して更に説明する。
スロット35内に配置される直線部311aと、直線部
311aの両端に連なって固定子鉄心32の軸方向両側
に配置される一対のコイルエンド312aとからなり、
連続線によって形成されている。
内にて径外側(スロット内奥側)に位置する外層31a
1、及び、径内側(スロット開口側)に位置する内層3
1a2を有している。外層31a1と内層31a2と
は、図4に示すように、直線部311aの径方向厚さ分
だけ径方向へずれている。なお、図4では、3相巻線3
1aのXa相巻線、別の三相巻線31bのXb相巻線を
略円形断面の丸線で図示したが、これに限定されること
なく、たとえばスロット占積率改善のために平形線形状
としてもよいことはもちろんである。
部312cからなり、各タ−ン部312cの両端は、互
いに回転子2のNS磁極ピッチだけ離れた一対のX相用
のスロット35に個別に収容される外層31a1及び内
層31a2の同一側の端部に連なっている。コイルエン
ド312aは、図4に示すようにたとえばターン部31
2Cの中央部にて塑性変形加工(捻り加工)により、上
記外層31a1と内層31a2との径方向位置の差(す
なわち直線部311aの径方向厚さ分)にほぼ等しい段
差を与えられている。図4からわかるようにこの段差は
固定子鉄心32の一つのティースに隣接している。
2に示すように、巻始めの端部3120から1周したと
ころで、ひねりのないターン部312dを介して次の2
周目がいままでの1周目と逆の順序で形成され、最後に
巻終わり端部3121に至る。3相巻線31aのXa相
巻線の巻線仕様図を図3に示す。図3において、実線は
外層31a1を、破線は内層31a2を示す。結局、こ
の3相巻線31aのXa相巻線の直線部311aは、X相
用のスロット35に径方向に2段に重ねて配置される。
同様に、3相巻線31aのYa相巻線、Za相巻線が電気
角120度づつずれた位置に形成される。
a相巻線は、一体に形成されて略円筒状の第1の3相巻
線31aとされる。これらXa相、Ya相、Za相巻線
は、コイルエンド(Xa相巻線では312a)にて空間的
に干渉を生じない。この点を3相巻線31aのコイルエ
ンドを模式的に示す図6を参照して以下に説明する。た
だし、図6において、3相巻線31aのXa、Ya、Za
の相巻線の直線部を311、コイルエンドを312、コ
イルエンド312のタ−ン部を312cとし、各タ−ン
部312cはその中央部(捻り部)を境として径内側の
半部aと径外側の半部bとをもつものとする。
線のタ−ン部312の径内側の半部aと径外側の半部b
とは、半部a同士が空間的に干渉することなしに、か
つ、半部b同士が空間的に干渉することなしに、かつ半
部aと半部bとが空間的に干渉することなしに配置され
ている。
各タ−ン部の半部aは所定ギャップを隔てて互いに平行
に軸方向及び周方向に延設され、各タ−ン部の半部bも
所定ギャップを隔てて互いに平行に軸方向及び周方向に
延設され、各タ−ン部はその中央部において径方向に段
差を付与されている。各タ−ン部の中央部は、周方向に
互いに所定ギャップを隔てて配列されている。
(接触)なしにコイルエンドを小型化し、コイルエンド
の総延長を短縮することができる。
わせるには、固定子鉄心外にては、所定相の相巻線の径
内側の直線部と径外側の直線部を径方向に距離を隔てた
状態に開くことができるので、これを利用して両相巻線
を組み合わせることが好ましいが、その他、3ないし6
本の長い導体を1スロットピッチずつ離して平行配置し
た導体列を、一斉にタ−ン部の中央に相当する位置で折
り曲げて、直線部とタ−ン部とを順次構成していき、最
後にそれらを円筒状に丸めて部分多相巻線を作製するこ
ともできる。
31aの直線部(Xa相巻線では311a)は、そのスロ
ット35内の収容位置の径に等しい径をもち、このまま
では固定子鉄心32に収容できない。しかし、略円筒状
に成形された第1の3相巻線31aは多くの隙間並びに
弾性を有するので、これを径内方向へ弾性変形して縮径
させ、この状態で固定子鉄心32の内部に軸方向に押し
込み、その後、スプリングバックにより、各直線部(X
a相巻線では311a)をスロットに挿入すればよい。
に、スロット両側のティース321からスロット35の
開口に張り出す爪322を予め径内側へ突出するように
形成しておき、スロット35の開口幅を確保している。
線、Yb相巻線、Zb相巻線を同様に作製し、上記した
第1の3相巻線31aと同様に第2の3相巻線31bを
形成し、スロット35内に収容する。その後、スロット
35の開口は、この爪322をスロット35の開口閉鎖
方向へ塑性変形して狭小化される。
性変形部分に集中的に通電して加熱することにより、塑
性変形を容易化してもよい。
を、同じスロットのXb相巻線の巻始め端部に接合し
て、X相巻線を完成させ、同様にY相巻線及びZ相巻線
を完成させる。これらX、Y、Z相巻線は、星形又はデ
ルタ結線されて、スロットあたり4本の直線部をもつ三
相電機子巻線31となる。
よれば、連続線を用いて3相巻線31a、31bを構成
する各相巻線( Xa相、Ya相、Za相、Xb相、Yb
相、Zb相)のコイルエンドを互いに空間的に干渉する
ことなしに配置するので、接合処理工程を大幅に簡略化
しつつ、コイルエンド小型化による体格縮小、小型軽量
化、抵抗損失低減を実現することができる。
スロットを採用することにより高占積率化を達成でき
る。 〔第二実施形態〕上記した第一実施形態では、スロット
35内に径方向に1列4段に巻線を配置したが、図7に
示すように各スロット35内にて同じ段(層)に2本の
直線部を周方向に隣接して収容させてもよい。なお、図
7は、X相のみを示す。
は、第一実施形態の1本のコイルを分割したに等しく、
詳しく説明するまでもなく、三相電機子巻線31の実現
が可能であることは言うまでもない。
35内で周方向に隣接する2本の直線部である内層10
0、101は、1磁極ピッチ離れたスロット35内で周
方向に隣接する2本の直線部である外層102、103
に連なり、コイルエンド312’のターン部312C′
において、上記と同様に径方向への変位がなされる。 〔その他の実施形態〕上記した第一実施形態では、スロ
ット開口部を巻線収納後の爪の塑性変形により狭窄した
が、図2における1本の太い線を、複数の細線の集合体
とし、狭いスロット開口部に順次挿入することにより、
上記爪の塑性変形加工なしに高占積率を確保することも
可能である。
ィースの周方向幅をスロット35の周方向幅より広くし
てもよい。このようにすれば、ターン部の周方向幅がテ
ィースの周方向幅より狭くなるため、他相巻線のターン
部との距離を確保でき、相巻線間の短絡などの不具合防
止に有効である。もちろん、スロット内の本数は、要求
特性に応じて増やすことができる。たとえば、第一実施
形態の第1の3相巻線31a、第2の3相巻線31bに
加えて、第3、第4の3相巻線をそれらと同様に追加配
置することができる。
同一の段(層)にそれぞれ2本の直線部を配置している
が、各スロット内の同一の段(層)に直線部を3本以上
配置する場合も第2実施形態と同様の構造を採用して上
記と同様の効果を得ることができる。
述したように図7はX相のみ図示)を第1の3相巻線と
し、この第1の3相巻線と同様の形態の第2の3相巻線
を形成し、これら第1、第2の3相巻線を第一実施形態
と同様に固定子鉄心に配置し、同相の相巻線同士を直列
に接合して固定子巻線としてもよい。更に、この場合も
第3の3相巻線以降を同様に配置することができる。ま
た、3相以上の多相としてもよい。スロット数も36に
限定するものではなく、回転子の磁極数に応じて変更で
きることはもちろんである。
断面図である。
相の部分斜視図である。
相の巻線仕様図である。
から見たX相の部分平面図である。
配置を示す模式配線図である。
から見たX相の部分平面図である。
1相の部分平面図である。
Claims (9)
- 【請求項1】それぞれ径方向に設定された複数の導体収
容位置を有して周方向所定ピッチで形成された複数のス
ロットを有する固定子鉄心と、 前記スロット内に収容される直線部、並びに、互いに略
1磁極ピッチ離れた同一相の2つのスロット内の一対の
前記直線部に両端部が連なるタ−ン部を必要個数だけそ
れぞれ有してそれぞれ1個のコイルを構成する多数の相
巻線からなる多相の固定子巻線と、 を備える回転電機の固定子において、 前記固定子巻線は、互いに隣接する2つの前記導体収容
位置をそれぞれ占有するとともにそれぞれ多相の前記相
巻線からなる複数の部分多相巻線により構成され、 前記相巻線は、連続線からなり、 各前記部分多相巻線に別々に含まれて相が等しい複数の
前記相巻線は、前記固定子鉄心の外部にて互いに直列又
は並列に接続され、 前記タ−ン部の両端は、互いに異なる前記導体収容位置
に収容される一対の前記直線部に個別に連なることを特
徴とする回転電機の固定子。 - 【請求項2】請求項1記載の回転電機の固定子におい
て、 同一の前記スロット内にて径方向に隣接するとともに同
一の前記相巻線に含まれる一対の前記直線部は、前記固
定子鉄心の同一端面側にて互いに周方向反対側に延在す
る一対の前記タ−ン部に別々に連なることを特徴とする
回転電機の固定子。 - 【請求項3】請求項2記載の回転電機の固定子におい
て、 各前記タ−ン部は、 径方向に段差を有する中央部と、前記中央部により分け
られる一対の半部とを有し、 前記両半部の一方は、前記タ−ン部の径方向厚さに略等
しい距離だけ他方に対して径方向に変位して配設され、 任意相の前記タ−ン部の径内側の前記半部は、径方向に
みて他相の前記タ−ン部の径外側の前記半部と交差し、 任意相の前記タ−ン部の径外側の前記半部は、径方向に
みて他相の前記タ−ン部の径内側の前記半部と交差する
ことを特徴とする回転電機の固定子。 - 【請求項4】請求項1から3のいずれかに記載の回転電
機の固定子において、 前記相巻線は、巻き初めから巻き終わりまで一本の連続
線であることを特徴とする回転電機の固定子。 - 【請求項5】請求項1から4のいずれかに記載の回転電
機の固定子において、 前記相巻線は、略丸形断面を有することを特徴とする回
転電機の固定子。 - 【請求項6】請求項1から5のいずれかに記載の回転電
機の固定子において、 前記スロットは、径方向同一の前記導体収容位置にて周
方向に隣接して形成されて、同一相の複数の前記相巻線
の直線部をそれぞれ収容する複数の周方向導体収容位置
を有することを特徴とする回転電機の固定子。 - 【請求項7】請求項1から6のいずれかに記載の回転電
機の固定子において、 前記スロットの周方向幅は、前記固定子鉄心のティース
幅未満に設定されることを特徴とする回転電機の固定
子。 - 【請求項8】複数のスロットを持つ固定子鉄心と、前記
スロットに装備された多相の固定子巻線とを備える回転
電機の固定子の製造方法において、 それぞれ直線部とタ−ン部とを連ねてなる多数の相巻線
を有する複数の部分多相巻線を作製する工程と、 前記部分多相巻線を縮径して前記固定子鉄心の回転子収
容用の内周側キャビティにセットした後、縮径した前記
部分多相巻線の前記直線部を前記スロットの内周側のス
ロット開口から前記スロット内へ挿入することにより、
各前記部分多相巻線の前記直線部を前記スロット内に順
次配置する工程と、 各前記部分多相巻線の同一相の各前記相巻線を直列接続
する工程と、 を有することを特徴とする回転電機の固定子の製造方
法。 - 【請求項9】請求項8に記載の回転電機の固定子の製造
方法において前記多相固定子巻線の前記直線部を前記ス
ロット内に挿入した後、前記スロット開口に隣接するテ
ィースの先端を塑性変形して前記スロット開口を狭窄す
る工程を有することを特徴とする回転電機の固定子の製
造方法。
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FR0105575A FR2808389B1 (fr) | 2000-04-27 | 2001-04-25 | Stator de machine electrique rotative et procede de fabrication de celui-ci |
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