JP2007089280A

JP2007089280A - ３相回転電機

Info

Publication number: JP2007089280A
Application number: JP2005273763A
Authority: JP
Inventors: Toru Mita; 徹三田; Shozo Takahashi; 昇三高橋; Iwaki Ishikawa; 岩樹石川; Yoichi Sawahata; 洋一沢幡
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2005-09-21
Filing date: 2005-09-21
Publication date: 2007-04-05
Anticipated expiration: 2025-09-21
Also published as: JP4620556B2

Abstract

【課題】
ステータコイルの巻回不良を低減できる３相回転電機を提供することにある。
【解決手段】
スロット絶縁紙３０は、スロット２２に挿入されるように、断面コ字状に折り曲げられている。また、スロット絶縁紙３０は、スロット２２に挿入された状態でスロットの開口部側に位置するスロット絶縁紙の開口部側において、少なくとも、ステータのスロットにスロット絶縁紙が装着された状態でコイルをスロットに挿入するときにコイルと接触する位置に設けられ、スロット絶縁紙の開口部において外側に折り曲げられた折り曲げ部３０Ｆ，３０Ｇを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、３相回転電機に係り、特に、相間コイルの絶縁に好適な３相回転電機に関する。

従来の回転電機における相間コイルの絶縁方法としては、例えば、特開平８−２３７８９７号公報に記載のように、ステータコアのスロットに対して、ステータコアのスロットの内壁にスロット絶縁紙を取り付けた上で、ステータコイルを巻回する構成となっている。ここで、スロット絶縁紙は、ステータコアのスロットの内壁に沿って折り曲げられた形状となっている。ステータコアのスロットは、ステータコアの外周側が広く、内周側（回転子と対向する側）が狭くなっている。さらに、スロットの開口部は、スロットの幅よりもさらに狭くなっている。従って、スロット絶縁紙の折り曲げ方としては、スロット開口部に近い方で、スロット開口部が狭くなるのに合わせて内側に折り曲げられている。

特開平８−２３７８９７号公報

最近、３相回転電機が、ハイブリット自動車や電気自動車の駆動源として用いられ始めている。このような駆動源として用いるためには、小型で高出力の回転電機が求められており、その結果として、ステータコアのスロット数が増加する傾向にある。スロット数が増えた場合、一つのスロットの大きさが小型化する。例えば、外径が２５０ｍｍの３相回転電機で、４８スロットとした場合、一つのスロットの寸法は、ステータコアの外周側の幅が８ｍｍで、ステータの半径方向の長さが２８ｍｍで、スロット開口部の幅が２ｍｍ程度となり、スロットの幅が狭くなる。また、このスロットに挿入されるステータコイルとして用いる導線は、大電流を流すためには線径が太い方がよく、占積率を高めるためには線径が細い方がよく、その兼ね合いで、例えば、直径０．８ｍｍの銅線を用いる。このような幅の狭いスロットに、スロット絶縁紙を挿入すると、スロット絶縁紙は撓むため、スロット絶縁紙のコの字形に折り曲げられた形状の先端部分（スロット開口部付近の部分）では、スロットの開口部に沿って閉じる傾向にある。その結果、スロット開口部の位置において、スロット絶縁紙の両端が接触して閉じてしまう場合もある。このように、スロット絶縁紙の両端部，すなわち、ステータコイルを挿入する部分が閉じた状態で、ステータコイルを自動巻線機を用いて、ステータコアのティース部に分布巻きで巻回しようとすると、スロット絶縁紙の開口部に相当する個所はスロットの開口部に沿って閉じているため、スロットの内壁とスロット絶縁紙の外側の間に隙間が生じ、その隙間に沿ってコイルが挿入され、スロット絶縁紙の外側にステータコイルが挿入される不良が発生するという問題があった。

本発明の目的は、ステータコイルの巻回不良を低減できる３相回転電機を提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、ロータと、ステータコアに分布巻で３相コイルが順次それぞれ巻回されるとともに、前記３相コイルのコイルエンド部をそれぞれスロット絶縁紙により絶縁されたステータとを有する３相回転電機であって、前記ステータのスロットに挿入される前記スロット絶縁紙は、前記スロットに挿入されるように、断面コ字状に折り曲げられると共に、前記ステータのスロットに前記スロット絶縁紙が装着された状態で前記コイルを前記スロットに挿入するときに前記コイルと接触する位置に設けられ、前記スロット絶縁紙の開口部において外側に折り曲げられた折り曲げ部を備えるようにしたものである。
かかる構成により、ステータコイルの巻回不良を低減できるものとなる。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記スロット絶縁紙の開口部に設けられた折り曲げ部は、前記ステータの軸方向の全域において、前記スロット絶縁紙の開口部に形成されるものである。

（３）上記目的を達成するために、本発明は、ロータと、ステータコアに分布巻で３相コイルが順次それぞれ巻回されるとともに、前記３相コイルのコイルエンド部をそれぞれスロット絶縁紙により絶縁されたステータとを有する３相回転電機であって、前記ステータのスロットに挿入される前記スロット絶縁紙は、前記スロットに挿入されるように、断面コ字状に折り曲げられると共に、前記ステータのスロットに前記スロット絶縁紙が装着された状態で前記コイルを前記スロットに挿入するときに前記コイルと接触する位置に設けられ、前記コイルの前記スロットへの挿入時に接触して、前記スロット絶縁紙を押し広げるコイル受け部を備えるようにしたものである。
かかる構成により、ステータコイルの巻回不良を低減できるものとなる。

本発明によれば、ステータコイルの巻回不良を低減できるものとなる。

以下、図１〜図５を用いて、本発明の一実施形態による３相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３相回転電機の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３相回転電機の構成を示す側面図である。なお、図１においては、エンドブラケットを外した状態の側面形状を示している。

本実施形態による３相回転電機は、ロータ１０と、ステータ２０とから構成されている。ロータ１０は、ステータ２０に対して回転可能に支持されている。ロータ１０は、シャフト１２に固定された回転鉄心１４を備えている。回転鉄心１４は、薄い鋼板を積層したものである。回転鉄心１４には、８個の断面が長方形状の穴が予め形成されており、この穴の中に、８個の永久磁石１６が埋め込まれている。回転鉄心１４の周方向に等間隔で配置された永久磁石１６は、隣り合う永久磁石同士の極性が反対になるように着磁されている。

ステータ２０の内周部と、ロータ１０の外周部との間には所定の隙間が形成されている。ステータ２０は、コア２２と、３相のコイル２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗとから構成されている。コア２２は、リング状のヨークコアと、ヨークコアの内周側に半径方向に突出して形成されたステータコアとからなる。隣接するステータコアの間には、コイルを挿入するためのスロットが形成されている。ここでは、４８個のスロットが形成されている。ヨークコアとステータコアとは一体的に成形されている。コア２２は、薄い鋼板を積層したものである。３相のコイル２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗは、複数の突極（ステータコア）に跨って配置される分布巻で巻回されている。最初に、８個のＵ相コイル２４Ｕがコイル自動挿入機を用いてスロットに挿入され、次に、８個のＶ相コイル２４Ｖが別のスロットに自動挿入される。なお、V相コイル２４Vを挿入する前に、Ｖ相コイル２４Ｖを挿入するスロットには、予め、８枚の第１のスロット絶縁紙３０が挿入され、位置決めされている。８個のＶ相コイル２４Ｖの後に、８個のＷ相コイル２４Ｗがさらに別のスロットに挿入される。なお、Ｗ相コイル２４Ｗを挿入する前に、Ｗ相コイル２４Ｗを挿入するスロットには、予め、８枚の第２のスロット絶縁紙３０Ａが挿入され、位置決めされている。３相のコイル２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗのそれぞれの端部からは、リード線が取り出され、その先端には端子が固着される。従って、端子に通電することにより、３相のコイル２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗのそれぞれに通電することができる。

以上説明したように、図１に示した回転電機は、８極４８スロットの分布巻の回転電機であり、モータとして用いる場合には、埋込磁石型同期モータである。このモータは、例えば、前後輪の一方をエンジンで駆動し、他方をモータで駆動する４輪駆動のハイブリッド車両のモータとして用いられる。定格電圧３００Ｖで、出力５００ＫＷのモータの場合、ステータ２０の外径Ｒ１は例えば２５０ｍｍであり、内径Ｒ２は例えば１５０ｍｍであり、軸方向の長さは例えば４５ｍｍの体格を有する。３相のコイル２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗのそれぞれは、線径０．８ｍｍの銅線を３本並列に配置し、それを４８Ｔ巻回したものである。

次に、図２〜図５を用いて、本実施形態による３相回転電機のステータの相間の絶縁に用いられるスロット絶縁紙の形状及び、製造工程について説明する。

図２は、本発明の一実施形態による３相回転電機のステータに用いるスロット絶縁紙の斜視図である。図３は、本発明の一実施形態による３相回転電機のステータコアに対するスロット絶縁紙の装着状態を示す平面図である。図４は、本発明の一実施形態による３相回転電機のステータコアに対するスロット絶縁紙の他の装着状態を示す平面図である。図５は、本発明の一実施形態による３相回転電機のステータの製造工程を示す平面図である。なお、図１と同一符号及び、各図の同一符号は、同一部分を示している。

図２に示すように、スロット絶縁紙３０は、ステータスロットに、ステータの軸方向から挿入可能であり、また、ステータスロットの内壁に沿うように、全体としては、断面コ字状に折り曲げられている。さらに、スロット絶縁紙３０は、その上端と下端（ステータスロットに挿入された場合、ステータスロットの軸方向の両端）に、折り曲げ部３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄを有している。スロット絶縁紙３０に対して、下部側の矢印Ａ方向から、コイル自動挿入機を用いて、コイルが挿入される。下部側の折り曲げ部３０Ｃ，３０Ｄは、コイル挿入工程（図示せず）でコイルに押されてスロット絶縁紙３０がステータスロットから押し出されないようにする働きをする。第１の折り曲げ部３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄは、スロット深さに相当する長さＬの部分について折り曲げられている。

さらに、スロット絶縁紙３０は、スロット絶縁紙の開口部Ｘにおいて、第２の折り曲げ部３０Ｆ，３０Ｇを有している。折り曲げ部３０Ｆ，３０Ｇは、スロット絶縁紙の開口部Ｘにおいて、外側方向（矢印Ｃ，Ｄ方向）に折り曲げられ、かつ、スロット絶縁紙３０の高さＷ方向全体に渡って、折り曲げられている。

次に、図３及び図４を用いて、ステータコアのステータスロットに対するスロット絶縁紙３０の装着状態について説明する。

図３に示すように、ステータコア２２は、複数のステータスロット２２Ｓを備えている。スロット絶縁紙３０は、各ステータスロット２２Ｓの内部に挿入され、装着される。スロット絶縁紙３０の上端側の折り曲げ部３０Ａ，３０Ｂは、ステータコア２２の上端に係合している。また、図示されていないが、スロット絶縁紙３０の下端側の折り曲げ部は、ステータコア２２の下端に係合している。さらに、スロット絶縁紙３０の開口端側の折り曲げ部３０Ｆ，３０Ｇは、ステータスロット２２Ｓの内部で折り曲げた状態で、ステータスロット２２Ｓの内壁面に接触している。

スロット絶縁紙３０のステータスロット２２Ｓの内部への装着状態においては、図４に示すように、スロット絶縁紙３０の撓みにより、スロット絶縁紙３０の開口端側の一部にて接触して、閉じた状態となる場合もある。このような場合でも、ステータコイル２４を構成するコイル銅線２４Ｃをステータスロット２２Ｓの開口部から挿入しようとすると、折り曲げ部３０Ｆ，３０Ｇは、外側に向かって折り曲げられた状態であるため、コイル銅線２４Ｃを受けるようにＶ字形に開いている。従って、コイル銅線２４Ｃが矢印方向に移動すると、Ｖ字形の開口部で受けられ、コイル銅線２４Ｃの矢印方向への移動力により、スロット絶縁紙３０が開き、コイル銅線２４Ｃは、スロット絶縁紙３０の内部に挿入される。すなわち、折り曲げ部３０Ｆ，３０Ｇは、コイル銅線のスロットへの挿入時に接触して、スロット絶縁紙を押し広げるコイル受け部となる。

次に、図５を用いて、本実施形態によるステータコイルの巻線工程について説明する。図３に示したように、ステータコア２２のスロット部２２Ｓの内側面に、スロット絶縁紙３０を装着した後、コイル挿入装置（図示せず）を用いて、図５の矢印Ｂ方向からコイル２４をスロット絶縁紙３０の絶縁紙開口部に向かって挿入する工程で、コイル２４がスロット絶縁紙３０の外側に装着されないように、スロット絶縁紙３０の絶縁紙開口部が図２の矢印Ｃ，Ｄ方向に開く。したがって、コイル２４を矢印Ａ方向から挿入した時に、コイル２４がスロット絶縁紙３０の外側であり、且つステータスロット２２Ｓの内側に挿入されることが無く、スロット絶縁紙３０の内側に挿入される。１相分コイル挿入後、スロット開口部を塞ぐように、クサビ材４０がステータスロット２２Ｓの開口部に装着される。クサビ材４０は、コイル２４がスロットの外に出ないようにするために取り付けられる。クサビ材４０は、１相分のコイル挿入直後に、コイル挿入方向から、スロット絶縁紙３０の折り曲げ部３０Ｆ，３０Ｇの内側に挿入される。

図５では、１相分のコイル挿入状態を示しているが、同様の工程を挿入するスロット部の位置を変えながら、３回繰り返すことによって、３相分のコイルを挿入でき、ステータに対する、コイル２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗの挿入が完了する。この工程を繰り返して実施することによって、ステータ２０を生産することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、ステータコアのスロット開口部に向かって、スロットに装着されたスロット絶縁紙の先端部分が開くように配置されるため、通常スロット絶縁紙を装着した後に挿入されるコイルが、スロット絶縁紙の外側であり、且つステータコアのスロット部分の内側に挿入される不良が発生するのを防止できる。また、スロット絶縁紙の折り返し方向が交差するように配置されているため変形させる力に強く、ステータコアのスロット部分に装着する際に、挫屈する等の問題が発生するのを防止できる。これにより、安定したコイルを絶縁するスロット絶縁紙とステータコアを有した回転電機を製造することができる。

次に、図６を用いて、発明の他の実施形態による３相回転電機の構成について説明する。本実施形態による３相回転電機の構成は、図１に示したものと同様である。

図６は、本発明の他の一実施形態による３相回転電機のステータに用いるスロット絶縁紙の斜視図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。

図２に示した例では、スロット絶縁紙３０の折り曲げ部３０Ｆ，３０Ｇは、その開口端部にて、ステータスロットの軸方向の全部に渡って折り曲げられている。それに対して、本実施形態では、図６に示すように、スロット絶縁紙３０’は、スロット開口端部側に折り曲げ部３０Ｆ’，３０Ｇ’を備えているが、その位置は、コイルが挿入される側（矢印Ａ方向）に近接する角部となっている。折り曲げ部３０Ｆ’，３０Ｇ’は、スロットに対して外側方向に折り曲げられている。

このように、スロット絶縁紙３０’の開口端部側の一部に折り曲げ部を設けた場合でも、その位置がコイルの挿入側であるため、コイルの挿入時には、コイル２４がスロット絶縁紙３０’の外側に装着されないように、スロット絶縁紙３０’の絶縁紙開口部が左右方向に開く。したがって、コイル２４を矢印Ａ方向から挿入した時に、コイル２４がスロット絶縁紙３０の外側であり、且つステータスロット２２Ｓの内側に挿入されることが無く、スロット絶縁紙３０の内側に挿入される。

本実施形態によっても、コイルが、スロット絶縁紙の外側であり、且つステータコアのスロット部分の内側に挿入される不良が発生するのを防止できる。また、ステータコアのスロット部分に装着する際に、挫屈する等の問題が発生するのを防止できる。これにより、安定したコイルを絶縁するスロット絶縁紙とステータコアを有した回転電機を製造することができる。

本発明の一実施形態による３相回転電機の構成を示す側面図である。本発明の一実施形態による３相回転電機のステータに用いるスロット絶縁紙の斜視図である。本発明の一実施形態による３相回転電機のステータコアに対するスロット絶縁紙の装着状態を示す平面図である。本発明の一実施形態による３相回転電機のステータコアに対するスロット絶縁紙の他の装着状態を示す平面図である。本発明の一実施形態による３相回転電機のステータの製造工程を示す平面図である。本発明の他の実施形態による３相回転電機の構成を示す側面図である。

符号の説明

１０…ロータ
２０…ステータ
２２…ステータコア
２４Ｕ…Ｕ相コイル
２４Ｖ…Ｖ相コイル
２４Ｖ…Ｖ相コイル
Ｓ…スロット
３０，３０’…スロット絶縁紙
３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ…第１折り曲げ部
３０Ｆ，３０Ｆ’，３０Ｇ，３０Ｇ’…第２折り曲げ部

Claims

ロータと、ステータコアに分布巻で３相コイルが順次それぞれ巻回されるとともに、前記３相コイルのコイルエンド部がそれぞれスロット絶縁紙により絶縁されたステータとを有する３相回転電機であって、
前記ステータのスロットに挿入される前記スロット絶縁紙は、前記スロットに挿入されるように、断面コ字状に折り曲げられると共に、
前記ステータのスロットに前記スロット絶縁紙が装着された状態で前記コイルを前記スロットに挿入するときに前記コイルと接触する位置に設けられ、前記スロット絶縁紙の開口部において外側に折り曲げられた折り曲げ部を備えることを特徴とする３相回転電機。
請求項１記載の３相回転電機において、
前記スロット絶縁紙の開口部に設けられた折り曲げ部は、前記ステータの軸方向の全域において、前記スロット絶縁紙の開口部に形成されることを特徴とする３相回転電機。
ロータと、ステータコアに分布巻で３相コイルが順次それぞれ巻回されるとともに、前記３相コイルのコイルエンド部がそれぞれスロット絶縁紙により絶縁されたステータとを有する３相回転電機であって、
前記ステータのスロットに挿入される前記スロット絶縁紙は、前記スロットに挿入されるように、断面コ字状に折り曲げられると共に、
前記ステータのスロットに前記スロット絶縁紙が装着された状態で前記コイルを前記スロットに挿入するときに前記コイルと接触する位置に設けられ、前記コイルの前記スロットへの挿入時に接触して、前記スロット絶縁紙を押し広げるコイル受け部を備えたことを特徴とする３相回転電機。