JP2006340581A - Rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、回転電機に関し、特にステータコアおよびそれに巻回されたコイルを備える回転電機に関する。 The present invention relates to a rotating electrical machine, and more particularly to a rotating electrical machine including a stator core and a coil wound around the stator core.
近年、電気自動車、ハイブリッド自動車および燃料電池車等に車両推進用モータが用いられている。このような車両推進モータは、高出力化および小型化が要求されており、これを実現するためにモータのステータコイルの占積率を高めるさまざまな工夫がなされている。 In recent years, vehicle propulsion motors are used in electric vehicles, hybrid vehicles, fuel cell vehicles, and the like. Such a vehicle propulsion motor is required to have a high output and a small size, and in order to realize this, various devices for increasing the space factor of the stator coil of the motor have been made.
特開2002−247789号公報(特許文献1)には、集中巻き方式のコイルにおいて巻線の整列性を高めてスロット内の占積率を高めたステータコイル構造の従来技術が開示されている。 Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2002-247789 (Patent Document 1) discloses a conventional technique of a stator coil structure in which the winding space is increased in a concentrated winding type coil to increase the space factor in the slot.
図13は、従来のステータコイル構造のコイルエンド部の形状説明図である。
図13を参照して、コイル518は、ステータコアの各ステータティース527に対し、ステータティースの表面にインシュレータ512を装着しさらにテーパ部材516を配置して巻線517を巻回することにより形成される。
FIG. 13 is an explanatory view of the shape of a coil end portion of a conventional stator coil structure.
Referring to FIG. 13, the
インシュレータ512は、外周のリング状外縁部の内側に突出するボビン部521と、ボビン部521の先端のコイルフランジ部522と、コイルフランジ部522の下側のスロットフランジ部523と、外縁部およびボビン部521の下側に形成したスロット差込部524と、ボビン部521の根元側の外縁部に設けた壁状の突起525とを含む。
The
スロット513からはみ出た部分のコイル518、すなわちテーパ部材516上を通過する部分のコイル518がコイルエンドすなわち円筒状ステータの両端面から突出する部分のコイルである。
A portion of the
図13のK−K断面部で示すように、テーパ部材516の傾斜面の上側でコイルフランジ部522と突起525間のコイルエンド形成部の面積をScとし、スロット513の面積をSsとしたとき、この従来技術では、Sc≧Ss/2となるようにコイルフランジ部522および突起525の高さを設定している。これにより、コイルフランジ部522により巻線がステータティース端部から内周側に脱落することが防止されるとともに、コイルエンド部の巻線面積がスロット通過部の巻線面積より大きくなるため、コイルエンドで無理な力を作用させることなく巻線を余裕をもって巻回して、層状に揃ったコイルエンドを高密度で形成することができる。
ティースごとに分割してコアを作成する分割コアを採用する場合には、コイルをステータティースに巻回する際には、ヨーク側をクランプで挟んで巻線を巻き始める。したがって、クランプと干渉しないようにステータティースの内周側に始端を配置した方が作業性が良い。 In the case of adopting a split core in which a core is created by dividing each tooth, when winding the coil around the stator tooth, winding is started with the yoke side being clamped. Therefore, workability is better when the start end is arranged on the inner peripheral side of the stator teeth so as not to interfere with the clamp.
図13に示す従来のステータ構造においては、ステータティースの内周側に始端を配置し、ティース部に配置したテーパ部材516に対して巻線を巻回してコイルを形成する際に巻線に張力をかけると、コイル一段目の巻線を巻回している最中にテーパ部分に沿って巻線の滑落が発生して巻き崩れが発生してしまうおそれがある。 In the conventional stator structure shown in FIG. 13, the starting end is disposed on the inner peripheral side of the stator teeth, and the winding is tensioned when the winding is wound around the taper member 516 disposed in the tooth portion to form the coil. When the winding is applied, there is a possibility that the winding slips along the tapered portion during winding of the first-stage winding of the coil, and the winding collapses.
しかし、張力を弱めてコイルを巻回すると、占積率を高めることができなくなってしまう。 However, if the coil is wound with the tension reduced, the space factor cannot be increased.
この発明の目的は、磁気性能を確保しつつ、小型で生産性のよい回転電機を提供することである。 An object of the present invention is to provide a rotary electric machine that is small and has high productivity while ensuring magnetic performance.
この発明は、要約すると回転電機であって、回転軸の周りに回転可能なロータと、ロータを内周側に収容する環状のステータとを備える。ステータは、環状のヨーク部と、ヨーク部の内周側に環状に配列されコイルが巻回される複数のティース部と含む。複数のティース部の各々は、回転軸に平行な方向を向き、回転軸に対して所定の角度で傾斜している側面と、側面に設けられ、回転軸に直交する径方向のコイルの位置を拘束する支持部とを有し、支持部のコイルに当接する面は回転軸に対して所定の角度に応じた角度で傾斜している。 In summary, the present invention is a rotating electrical machine, and includes a rotor that can rotate around a rotating shaft and an annular stator that accommodates the rotor on the inner peripheral side. The stator includes an annular yoke portion and a plurality of teeth portions that are annularly arranged on the inner peripheral side of the yoke portion and on which a coil is wound. Each of the plurality of teeth portions has a side surface that is parallel to the rotation axis and is inclined at a predetermined angle with respect to the rotation axis, and a radial coil position that is provided on the side surface and orthogonal to the rotation axis. The surface of the support portion that comes into contact with the coil is inclined at an angle corresponding to a predetermined angle with respect to the rotation axis.
好ましくは、支持部には、径方向にコイルの巻線を引出す引出部が設けられる。
より好ましくは、引出部は、支持部に設けられる溝である。
Preferably, the support portion is provided with a lead-out portion that pulls out the coil winding in the radial direction.
More preferably, the lead-out part is a groove provided in the support part.
好ましくは、ステータは、複数のティースごとに磁性体の圧粉で分割形成されるコアを含む。 Preferably, the stator includes a core that is divided and formed by a magnetic compact for each of the plurality of teeth.
より好ましくは、支持部は、ステータコアとコイルとの間に配置されるインシュレータの一部である。 More preferably, the support portion is a part of an insulator disposed between the stator core and the coil.
好ましくは、ステータは、複数のティースごとに設けられる磁性体のコアと、コアとコイルとの間に配置されコアをコイルから絶縁するインシュレータとを有し、インシュレータのコア側の面は、コアに沿った形状であり、インシュレータのコイルに当接する面は角部において巻線が密着しやすい曲率の形状である。 Preferably, the stator includes a magnetic core provided for each of the plurality of teeth, and an insulator that is disposed between the core and the coil and insulates the core from the coil. The surface that is in contact with the coil of the insulator has a curvature that allows the windings to be in close contact with each other at the corners.
本発明によれば、回転電機のコイルの占積率の向上とコイルの巻き崩れ抑制の両立が可能となり、また、巻線生産性と品質が向上する。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the improvement of the space factor of the coil of a rotary electric machine and suppression of coil collapse are compatible, and winding productivity and quality improve.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳しく説明する。なお図中同一符号は同一または相当部分を示す。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
図1は、本発明の実施の形態に係る回転電機1の回転軸に垂直な断面による断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a cross section perpendicular to the rotation axis of a rotating
図1を参照して、回転電機1は、回転軸のまわりに回転するロータ2と、中央にロータ2を収容する中空部分を有し図示しないケースに固定される円環状のステータ4とを含む。ステータ4は、複数の分割ステータ6を含む。各分割ステータ6は分割ステータコアと、ティース部分に巻回されたコイル8と、コアとコイル8との間の絶縁を行なうインシュレータとを含む。
Referring to FIG. 1, a rotating
図2は、図1における分割ステータの形状を示す斜視図である。
図2を参照して、分割ステータ6は、分割ステータコア20と、分割ステータコア20のティース部分に装着されたインシュレータ10と、インシュレータを介して分割ステータコア20のティース部分に巻回されたコイル8とを含む。
FIG. 2 is a perspective view showing the shape of the divided stator in FIG.
Referring to FIG. 2,
インシュレータ10は、回転軸に直交する径方向のコイル8の位置を拘束する内径側の支持部10Aおよび外径側の支持部10Cを含む。コイル8は、巻線端部12が巻き始めであり、巻線端部14が巻き終わりである。支持部10Aには端部12を引出すための引出部分である溝が設けられている。
The
図3は、インシュレータ10の形状をより詳細に説明するための図である。
図3を参照して、インシュレータ10の形状を説明するために、コイル8についてはコイルエンド部分を取除いた状態が示されている。
FIG. 3 is a diagram for explaining the shape of the
With reference to FIG. 3, in order to explain the shape of the
コイル8は、支持部10Aと支持部10Cとの間のティース部10Bに巻回される。支持部10Aには巻線の巻き始め部分を引出すための引出部分である溝16が設けられている。なお、引出部分は巻線の端部を引出せればよいので、溝16に代えて貫通孔であっても良い。
The
図4は、図3のIV−IV断面における部分断面図である。
図4を参照して、分割ステータコア20に対してインシュレータ10が装着されてその後コイル8が巻回される。コイル8は、支持部10Aと支持部10Cで径方向の位置が拘束され、巻崩れが防止される。
4 is a partial cross-sectional view taken along the line IV-IV in FIG.
Referring to FIG. 4,
図5は、分割ステータコア20の形状を示す斜視図である。
図5を参照して、分割ステータコア20は、1極分であり、ヨーク部20Cとティース部20BとがほぼT字形の形状を構成する。分割ステータコア20は、磁性粉末を成形型で圧縮成形した圧粉磁性体からなり、ヨーク部20Cとティース部20Bと磁極片部20Aとが一体的に成形される。ティース部20Bの周方向(図5のθ方向に相当)の両脇には、隣り合うティース部20B(図示せず)との間においてスロットが形成される。
FIG. 5 is a perspective view showing the shape of the
Referring to FIG. 5, the
分割ステータコア20は、ヨーク部20Cとティース部20Bとの間で軸方向(図5のz方向に相当)の長さが異なることを第1の特徴とする。より詳細には、図5に示すように、ヨーク部20Cはティース部20Bの軸方向の両端面からそれぞれ軸方向外方に突出した突出部を有する。このため、ヨーク部20Cは、軸方向においてこの突出部だけティース部20Bよりも長くなっている。
The
さらに、分割ステータコア20は、ティース部20Bにおいて径方向に垂直な断面の形状が径方向に沿って徐々に変化する、異形断面を有することを第2の特徴とする。たとえば、図5のティース部20Bにおいて最も内周側に位置する平面AにおけるA断面と、最も外周側に位置する平面CにおけるC断面と、これらの中間に位置する平面BにおけるB断面とでは、互いに形状が異なっている。
Further, the
なお、これらのA〜C断面を含む径方向の各断面の間には、面積が互いに等しくかつアスペクト比が互いに異なるという関係が成立している。なお、これらの特徴はステータコア100を圧粉磁性体としておくことによってその成形性を活かし容易に実現することができる。
In addition, a relationship that the areas are equal to each other and the aspect ratios are different from each other is established between the radial cross sections including the A to C cross sections. These features can be easily realized by making use of the moldability of the
図6は、図5に示したステータコアに装着するインシュレータの形状を示した斜視図である。 FIG. 6 is a perspective view showing the shape of an insulator attached to the stator core shown in FIG.
図7は、インシュレータ10の左半分を示した図である。
図8は、インシュレータ10の右半分を示した図である。
FIG. 7 is a view showing the left half of the
FIG. 8 is a view showing the right half of the
ステータの分割コアの各々には、インシュレータ10が装着される。インシュレータ10は、回転軸に平行な方向を向き、回転軸に対して所定の角度で傾斜しているティース部10Bの側面と、その側面に設けられ、回転軸に直交する径方向のコイルの位置を拘束する支持部10A,10Cとを有する。支持部10A、10Cのコイルに当接する面(後に説明するコイルエンドテーパ部)は回転軸に対して所定の角度に応じた角度で傾斜している。好ましくは、支持部10Aには、径方向にコイルの巻線を引出す引出部である溝16が設けられる。
An
インシュレータ10は、図7,図8にそれぞれ示すように左半分30と右半分32とに分割されており、これらが図5に示した分割ステータコア20に装着されて図6に示すようになる。インシュレータの材質は、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、PBT(ポリブチレンテレフタレ−ト)等の絶縁性樹脂を用いることができる。
The
インシュレータ10は、コイルが巻回されるティース部10Bとコイルの径方向の位置を拘束する支持部10A,10Cとを含む。支持部10Aにはコイルの巻線の巻き始め部分を引出すための引出部である溝16が設けられている。ティース部10Bの側面には、巻回するコイルのピッチに合わせて滑り止めの縞模様が刻まれている。
The
図9は、図7のインシュレータの左半分をD1方向から見た図である。
コイルエンドテーパ部42,44と面48で囲まれた領域46がコイルの巻線部分が収容される部分である。面48はステータコアのティース部分と平行な面であり、コイルエンドテーパ部42,44はステータのティース部分と直角になるように角度θ1が定められている。このようにすることにより、図4に示したように、コイルの巻線が整然と並び張力をかけても巻き崩れが起こりにくくなる。
FIG. 9 is a view of the left half of the insulator of FIG. 7 as viewed from the direction D1.
A
図10は、図7のD2方向からインシュレータの左半分を見た図である。
図10を参照して、コイルエンドテーパ部42,44は、図9に示したように面48とほぼ直角をなすように設けられた突起である。この突起があることによりコイルが整然と配列する。
FIG. 10 is a view of the left half of the insulator as viewed from the direction D2 in FIG.
Referring to FIG. 10, coil
また図10において、面52,58および54で囲まれた領域56がコイルを収容するスロット部分を形成する。面58は、ステータコアのティース部と平行な面であり、面52,54は面58とほぼ直角になるように角度θ2が決定されている。
In FIG. 10, a
図11は、図10におけるXI−XI断面における断面図である。
図11において、部分36,38は図9におけるステータコアのティース部分を覆う上側の部分36および下側の部分38に対応している。インシュレータ10は、コイルが巻回しやすいように角が図において曲率R1となる形状を有する。
11 is a cross-sectional view taken along the line XI-XI in FIG.
11,
つまり、インシュレータは、角部の厚みが他の部分の厚みよりも厚く、角部において巻線が密着しやすい曲率R1の形状である。この曲率R1は、巻線の太さ、硬さを考慮して決定される。そして、磁性体の圧粉コアに応力が集中しコアにダメージが与えられるのを避けるため、この角部分の厚みが厚い形状となっている。角部34が厚い形状となっている。
In other words, the insulator has a shape with a curvature R1 in which the thickness of the corner is thicker than the thickness of the other portion and the winding easily adheres to the corner. The curvature R1 is determined in consideration of the thickness and hardness of the winding. And in order to avoid stress concentrating on the magnetic powder core and damaging the core, the corner portions are thick. The
図5に示したコアの概略形状には示されていないが、角部34と密着させるため、分割ステータコア20のティース部20Bの角部には、インシュレータの角部34に対応する窪み(溝、切欠き)が設けられている。
Although not shown in the schematic shape of the core shown in FIG. 5, in order to make it closely contact with the
図12は、コイルの巻回工程を説明するための図である。
図12に示すように、インシュレータが装着されたコアの磁極片側を治具62で保持し、ヨーク側をクランプ治具64,66で矢印に示すように挟みつけて巻線を巻き始める。このとき巻き始めがT2で示すように外径側であるとクランプ治具64,66に巻線が干渉し、巻き崩れや巻線に傷が発生するおそれがある。
FIG. 12 is a diagram for explaining a coil winding process.
As shown in FIG. 12, the magnetic pole piece side of the core on which the insulator is mounted is held by the
本実施の形態では、図6に示したように巻き始め部分の巻線を引出す溝16がインシュレータにあるのでT1に示すように内径側から巻き始めることができ、位置の決定および巻線の信頼性が向上する。
In the present embodiment, as shown in FIG. 6, since the
本実施の形態によれば、従来技術のようにテーパ部材等のスペーサを使用することなく断面積を一定にしたインシュレータ構造が可能となり、磁気性能を確保しつつ、コイルエンド高さを抑えて回転電機の軸長を短縮することができる。 According to the present embodiment, an insulator structure with a constant cross-sectional area can be realized without using a spacer such as a tapered member as in the prior art, and rotation can be performed while suppressing the coil end height while ensuring magnetic performance. The shaft length of the electric machine can be shortened.
また、コイルエンド部とインシュレータの支持部とを共に傾斜させることで、占積率の向上とコイルの巻き崩れ抑制の両立が可能となる。 Further, by tilting the coil end portion and the support portion of the insulator together, it is possible to improve both the space factor and suppress the coil collapse.
さらに、インシュレータの支持部に溝を設けコイル巻回開始端を内周側に配置することにより、巻線生産性と品質が向上する。 Furthermore, winding productivity and quality are improved by providing a groove in the support portion of the insulator and arranging the coil winding start end on the inner peripheral side.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 回転電機、2 ロータ、4 ステータ、6 分割ステータ、8 コイル、10 インシュレータ、10B ティース部、10A,10C 支持部、12,14 巻線端部、16 溝、20 分割ステータコア、20B ティース部、20C ヨーク部、20A 磁極片部、30 インシュレータ左半分、32 インシュレータ右半分、34 角部、36,38 部分、42,44 コイルエンドテーパ部、48,52,54,58 面、46,56 領域、62 治具、64,66 クランプ治具、100 ステータコア。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記ロータを内周側に収容する環状のステータとを備え、
前記ステータは、
環状のヨーク部と、
前記ヨーク部の内周側に環状に配列されコイルが巻回される複数のティース部と含み、
前記複数のティース部の各々は、
前記回転軸に平行な方向を向き、前記回転軸に対して所定の角度で傾斜している側面と、
前記側面に設けられ、前記回転軸に直交する径方向の前記コイルの位置を拘束する支持部とを有し、
前記支持部の前記コイルに当接する面は前記回転軸に対して前記所定の角度に応じた角度で傾斜している、回転電機。 A rotor rotatable around a rotation axis;
An annular stator for accommodating the rotor on the inner peripheral side,
The stator is
An annular yoke portion;
Including a plurality of teeth arranged in a ring on the inner peripheral side of the yoke and wound with a coil;
Each of the plurality of teeth portions is
A side surface facing in a direction parallel to the rotation axis and inclined at a predetermined angle with respect to the rotation axis;
A support portion that is provided on the side surface and restrains the position of the coil in the radial direction orthogonal to the rotation axis;
A rotating electrical machine in which a surface of the support portion that contacts the coil is inclined at an angle corresponding to the predetermined angle with respect to the rotation axis.
前記複数のティースごとに磁性体の圧粉で分割形成されるコアを含む、請求項1に記載の回転電機。 The stator is
The rotating electrical machine according to claim 1, comprising a core that is divided and formed by magnetic powder compacts for each of the plurality of teeth.
前記複数のティースごとに設けられる磁性体のコアと、
前記コアと前記コイルとの間に配置され前記コアを前記コイルから絶縁するインシュレータとを有し、
前記インシュレータの前記コア側の面は、前記コアに沿った形状であり、
前記インシュレータの前記コイルに当接する面は角部において巻線が密着しやすい曲率の形状である、請求項1に記載の回転電機。 The stator is
A magnetic core provided for each of the plurality of teeth;
An insulator disposed between the core and the coil to insulate the core from the coil;
The core side surface of the insulator has a shape along the core,
The rotating electrical machine according to claim 1, wherein a surface of the insulator that abuts on the coil has a curvature shape in which a winding easily adheres at a corner.
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