JP2004364470A

JP2004364470A - 回転電機用固定子およびその製造方法

Info

Publication number: JP2004364470A
Application number: JP2003163279A
Authority: JP
Inventors: Keiji Takizawa; 敬次滝澤; Yoshimi Nakamura; 喜美中村
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-06-09
Filing date: 2003-06-09
Publication date: 2004-12-24
Anticipated expiration: 2023-06-09
Also published as: JP4239694B2

Abstract

【課題】回転電機を小型化できる回転電機用固定子を提供する。
【解決手段】本発明の固定子１０は、内周に複数のスロット１６が形成された鉄心１４と、スロット１６に巻回された複数のコイル素線１８からなるコイル１２と、を有する。コイル１２は、鉄心１４から突出した渡り線部であるコイルエンド部２０を有しており、このコイルエンド部２０は、押圧によりコイル素線１８間の間隙を圧縮して鉄心１４からの突出高さｈを減少させている。
【選択図】図９

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機、発電機などの回転電機用固定子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、電動機や発電機などの回転電機について小型化の要求がある。特に電気自動車などに用いられる回転電機は、その載置スペースが限定されているため、小型化の要望が強い。
【０００３】
回転電機の固定子は、固定子鉄心の内周側に形成されたスロットにエナメル線などのコイル素線を複数巻回することにより構成されている。巻回された複数のコイル素線からなるコイルは、スロットから突出した渡り線部であるコイルエンド部を有している。このコイルエンド部は、固定子の軸方向に突出しているため、その突出高さは、回転電機の小型化に大きく影響する。また、コイルエンド部の上部には、各相コイルの接合部である中性点などが配される。そのため、中性点近傍が突出することとなり、固定子全体の形状の単純化ができないという問題もある。
【０００４】
そのため、従来からコイルエンド部の処理に関しては種々の提案がなされている。例えば、特許文献１には、ボビンに、リード線および中性点を収納するための凹部を設けた固定子を有する電動機が開示されている。これによれば、リード線および中性点は、ボビン天板に設けられた凹部に収納されるため、固定子全体の形状を単純化できる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平０７−２９８５３４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この方法では、固定子形状の単純化はできるが、中性点などの厚さ分だけボビンを厚くしなければならない。そのため、結果としては、固定子全体が軸方向へ長くなり、回転電機の小型化を図ることができなかった。
【０００７】
そこで、本発明は、回転電機を小型化できる回転電機用固定子を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の回転電機用固定子は、内周に複数のスロットが形成された固定子鉄心と、スロットに巻回された複数のコイル素線からなるコイルと、を有する回転電機用固定子において、コイルは、固定子鉄心から突出した渡り線部であるコイルエンド部であって、押圧によりコイル素線間の間隙を圧縮して固定子鉄心からの突出高さを減少させたコイルエンド部を有することを特徴とする。
【０００９】
これによりコイルエンド部の突出高さを減少させることができ、回転電機自体の小型化が可能となる。
【００１０】
ここで、回転電機としては、発電機、電動機、または、これらを組合せたもののいずれであってもよい。また、コイルエンド部は、コイルエンド部の押圧圧縮により形成される凹部であって、コイルエンド部上に配される周辺部材を収納可能な位置および大きさに形成された凹部を有することが好適である。ここで周辺部材としては、例えば、中性点やリード線、および、回転軸に接続されるギアなどであってもよい。凹部は、一つでも複数であってもよい。
【００１１】
コイルは、分布巻されている場合に特に効果を発揮するが、集中巻であっても本発明の効果は十分に発揮される。また、コイルを構成するコイル素線は、ポリアミドイミド皮膜がなされていることが好適であるが、他の種類のコイル素線であってもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１３】
本発明の実施の形態である回転電機用固定子１０の概略斜視図を図１に、その一部拡大図を図２に示す。また、その回路図を図３に示す。
【００１４】
固定子１０は、複数の鋼板を積層した鉄心１４とこれに巻回されるコイル１２に大別される。
【００１５】
鉄心１４は、複数の環状鋼板を積層したもので、その内周側には、複数のスロット１６が形成されている。このスロット１６には、３相のコイル１２が分布巻方式で巻回されている。コイル１２は、スロット１６に巻回された複数のコイル素線１８から構成されている。コイル素線１８は、銅線にポリアミドイミド被膜を施したＨ種２２０℃耐熱線である。コイル１２は、スロット１６から突出した渡り線部であるコイルエンド部２０を有している。このコイルエンド部２０の上部には、電源に接続されるリード線２２や３相のコイル１２を電気的に接続させた中性点２４が配されている。
【００１６】
コイル１２は、図３に示すようなダブルスター型の回路を構成している。各相のコイル１２の一端は電源に接続される。また、他端は、他相コイルと電気的に接続され、中性点２４を形成する。
【００１７】
コイルエンド部２０は、後述するように、押圧によりコイル素線１８間の間隙を圧縮して鉄心からの突出高さであるコイルエンド部高さｈを減少させている。また、リード線２２や中性点２４を収納できるように、コイルエンド部２０の一部の高さをより減少させて凹部を形成している。
【００１８】
以下、この固定子１０について、このコイルエンド部２０についての説明を中心に詳説していく。
【００１９】
固定子１０は、次の手順で製造される。はじめに、コイル素線１８を所定のスロットピッチ（所定のスロット数を跨ぐ長さ）で巻回し、コイル１２を形成する。このとき、コイル素線１８の鉄心１４から突出する突出高さが、径方向に徐々に変化するように巻回する。
【００２０】
これについて図４を用いて説明する。図４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれコイル素線１８を巻回して形成されたＵ相コイル１２ｕ、Ｖ相コイル１２ｖ、Ｗ相コイル１２ｗの図である。図４において破線で囲まれたコイル素線部分はスロット１６に挿入される部分であり、それ以外のコイル素線部分は、スロット１６から突出してコイルエンド部２０を構成する部分である。
【００２１】
Ｕ相コイル１２ｕは、図４（Ａ）に示すように、鉄心からの突出高さが固定子１０の内周側から外周側にかけて徐々に高くなるように巻回される。一方、Ｖ相コイル１２ｖの場合は、図４（Ｂ）に示すように、突出高さがスロット１６の中心から内周側または外周側にかけて徐々に高くなるように巻回される。そして、Ｗ相コイル１２ｗの場合は、突出高さが内周側から外周側にかけて徐々に高くなるように巻回される。
【００２２】
なお、このコイル素線１８の巻回は、この後のコイル１２のスロット１６への挿入時に受ける機械的外力を考慮して、占積率３０〜４０％となるように巻回される。
【００２３】
巻回されたコイル素線１８は、突出高さが最も低いコイル素線１８に向かって倒され集められる。例えば、Ｕ相コイル１２ｕの場合、外周側のコイル素線１８に向かって他のコイル素線１８が倒され集められる（図５（Ａ））。また、Ｖ相コイル１２ｖの場合は、中心に向かって集められ、Ｗ相コイル１２ｗの場合は内周側にコイル素線１８が集められる（図５（Ｂ）、（Ｃ））。
【００２４】
次に、このように巻回されたコイル１２を鉄心１４のスロット１６に挿入する。図６に、各相のコイルエンド部２０の配置関係図を示す。上述したように各相のコイル１２のコイルエンド部２０を構成するコイル素線は、それぞれ、内周側、中間、外周側に集められている。したがって、このようなコイルを挿入した場合、各相のコイルエンド部２０は、それぞれ径方向にずれることとなる。すなわち、Ｕ相のコイルエンド部２０ｕは鉄心１４の外周側にあり、Ｗ相のコイルエンド部２０ｗは内周側にあり、Ｖ相のコイルエンド部２０ｖはその中間に存在することとなる。このように、各相のコイル１２のコイルエンド部２０を径方向にずらして設けることにより、各相のコイル１２がスロット１６を跨ぐ際に他の相のコイル１２と交差しない。そのため、全体としてコイルエンド部２０の鉄心１４からの突出高さであるコイルエンド部高さを抑えることができる。
【００２５】
次に、こうして形成されたコイルエンド部２０を、圧縮用治具３４で押圧し、その高さを減少させる。図７にそのときの断面斜視図を示す。また、図８（Ａ）に押圧前の状態を図８（Ｂ）に押圧後の状態を示す。
【００２６】
圧縮用治具３４は、コイルエンド部２０の形状に合わせて作られたもので、コイルエンド部２０の両サイドを固定する固定具３６と３コイルエンド部２０を押圧する可動体３８からなる。
【００２７】
鉄心１４から突出しているコイルエンド部２０の両サイドを圧縮用治具３４の固定具３６で固定し、さらに両サイドの固定具３６の間にある可動体３８を押し下げることによりコイルエンド部２０を押圧する。この可動体３８を約４０トンの荷重で押し下げることにより、その下側にあるコイルエンド部２０の高さを減少させることができる。
【００２８】
ここで、コイルエンド部高さｈを減少させることができる理由について簡単に述べる。コイル１２は、スロット１６への挿入の際に、大きな機械的外力を受けるためコイル素線１８の損傷が発生しやすい。そのような損傷を避けるなどの理由から、コイル１２は、占積率３０〜４０％になるように巻回されている。低めの占積率となるように巻回し、コイル素線間の間隙をある程度設けることにより、コイル素線同士の干渉を低減し、コイル素線の損傷発生を低減できる。
【００２９】
スロット１６に挿入されない部分であるコイルエンド部２０も同様に占積率３０〜４０％で巻回されている。したがって、押圧前のコイルエンド部２０は、コイル素線１８間の間隙が大きい状態となっている（図８（Ａ））。このコイルエンド部２０を押圧するとコイル素線１８間の間隙が圧縮され、コイルエンド部２０の高さを減少させることができる（図８（Ｂ））。具体的には、本実施の形態では、約４０トンの荷重をかけ、占積率を約６０％にすることによりコイルエンド部高さを減少させている。このように、押圧してコイルエンド部高さｈを減少させることにより、固定子１０の小型化を図ることができ、ひいては、回転電機の小型化が可能となる。
【００３０】
可動体３８で押圧する際は、コイル１２のスプリングバック防止のために、２段階で押圧するとよい。すなわち、１回目に押圧した後、スプリングバックにより押圧前の形状に戻ったコイル１２を再度押圧する。これにより、より確実にコイルエンド高さを減少させることができる。
【００３１】
押圧の力、および、押圧後のコイルエンド部高さｈは、押圧前の占積率等を参考にして決定する。また、押圧するとコイル素線１８への負荷が大きくなるため、コイル素線１８としては、ポリアミドイミド被膜のなされたＨ種２２０度耐熱線を用いることが好適であるが、他の種類のコイル素線１８であってもよい。また、その際に被膜厚さを通常に比べ２０〜３０％厚くするなどしてもよい。
【００３２】
本実施の形態では、リード線２２や中性点２４に対応する部分のコイルエンド部高さを一般的コイルエンド部高さより低くなるように押圧している。これにより、コイルエンド部２０にリード線２２または中性点２４を収納可能な大きさの凹部を形成している。
【００３３】
この凹部について図９を用いて説明する。図９は図１における概略Ａ−Ａ断面図である。中性点２４に対応する部分のコイルエンド部高さｈ２は、他の部分のコイルエンド部高さｈ１に比べて低くなっており、中性点収納用の凹部４２が形成されている。この凹部４２は、他の部分のコイルエンド部高さｈ１から凹部におけるコイルエンド部高さｈ２に徐々に変化する過渡領域部４４を有している。
【００３４】
このような凹部４２は、可動体３８の押圧面３８ａに形成したい凹部４２に対応する位置および大きさの凸部を設けることにより形成できる。凸部を有した押圧面３８ａでコイルエンド部２０を押圧することにより、コイルエンド部２０に凹部４２が形成される。
【００３５】
このように、中性点収納用の凹部４２を設けることにより、中性点２４の厚みの一部を吸収することができ、コイルエンド部２０上面への突出を低減できる。そして、結果として、固定子および回転電機の小型化を図ることができる。また、過渡領域を設けることによりコイル素線１８への負荷を小さくすることができる。
【００３６】
この凹部４２の深さを、中性点２４の厚さ相当にすると、固定子１０の上面を単純形状（平面）に近い形にすることができるのでより好適である。また、回転電機の載置スペースの都合により、固定子１０の上面を異形状にする必要がある場合は、その形状にあわせて押圧面３８ａを形成して、コイルエンド部２０を異形状としてもよい。
【００３７】
なお、本実施の形態では、凹部を形成しているが、必ずしも形成する必要はない。また、凹部として中性点およびリード線収納用の凹部を形成しているが、他の周辺部材を収納するための凹部であってもよい。例えば、回転軸に設けられたギアとコイルエンド部とが干渉する場合は、そのギアとの干渉部分に凹部を設けてもよい。
【００３８】
以上、説明したように、本実施の形態によれば、コイルエンド部高さを減少させることができ、固定子を小型化することができる。そして、結果として回転電機自体の小型化が可能となる。
【００３９】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、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】本発明の実施の形態である回転電機用固定子の概略斜視図である。
【図２】固定子の一部拡大図である。
【図３】固定子の回路図である。
【図４】（Ａ）はＵ相コイルの図である。（Ｂ）はＶ相コイルの図である。（Ｃ）はＷ相コイルの図である。
【図５】（Ａ）はＵ相コイルの図である。（Ｂ）はＶ相コイルの図である。（Ｃ）はＷ相コイルの図である。
【図６】コイルエンド部の配置関係図である。
【図７】コイルエンド部を圧縮用治具で押圧するときの断面斜視図である。
【図８】（Ａ）は、押圧する前の状態を示す図である。（Ｂ）は、押圧後の状態を示す図である。
【図９】図１におけるＡ−Ａ断面図である。
【符号の説明】
１０固定子、１２コイル、１４鉄心、１６スロット、１８コイル素線、２０コイルエンド部、２２リード線、２４中性点、３４圧縮用治具、３８可動体、４２凹部。

Claims

内周に複数のスロットが形成された固定子鉄心と、
スロットに巻回された複数のコイル素線からなるコイルと、
を有する回転電機用固定子において、
コイルは、固定子鉄心から突出した渡り線部であるコイルエンド部であって、
押圧によりコイル素線間の間隙を圧縮して固定子鉄心からの突出高さを減少させたコイルエンド部を有することを特徴とする回転電機用固定子。
請求項１に記載の回転電機用固定子であって、
コイルエンド部は、コイルエンド部の押圧圧縮により形成される凹部であって、コイルエンド部上に配される周辺部材を収納可能な位置および大きさに形成された凹部を有することを特徴とする回転電機用固定子。
請求項１または２に記載の回転電機用固定子であって、
凹部は、少なくとも周辺部材の厚さ相当の深さを有することを特徴とする回転電機用固定子。
請求項１乃至３のいずれか１に記載の回転電機用固定子であって、
複数のコイル素線のスロットへの巻回は、分布巻きであって、
各相のコイルエンド部は、それぞれ径方向にずらされて設けられ、スロットを跨ぐ際に他の相のコイルエンド部と交差しないようになっていることを特徴とする回転電機用固定子。
請求項１乃至４のいずれか１に記載の回転電機用固定子であって、
コイル素線は、ポリアミドイミド系被膜のコイル素線であることを特徴とする回転電機用固定子。
複数のコイル素線を巻回してコイルを形成する工程と、
コイルを固定子鉄心の内周に形成されたスロットに挿入する工程と、
コイルの固定子鉄心から突出した渡り線部であるコイルエンド部を押圧することにより、コイル素線間の間隙を圧縮して固定子鉄心からの突出高さを減少させる工程と、
を有することを特徴とする固定子製造方法。