JP2009044780A

JP2009044780A - 回転電機の渡り導体接合型ステータコイル

Info

Publication number: JP2009044780A
Application number: JP2007203967A
Authority: JP
Inventors: Akito Akimoto; 明人秋本; Keisuke Suga; 桂輔須賀; Masahiko Osada; 正彦長田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-08-06
Filing date: 2007-08-06
Publication date: 2009-02-26

Abstract

【課題】コイルエンドの軸方向突出長を大幅に縮小した回転電機の渡り導体接合型ステータコイルを提供すること。
【解決手段】スロット導体１２、１７を接続する渡り導体３２は、スロット導体１２、１７の径方向幅の上半分の幅をもち、スロット導体１５、２２を接続する渡り導体３３は、スロット導体１５、２２の径方向幅の下半分の幅をもち、渡り導体３２、３３は、軸方向に重なって配置されている。これにより、コイルエンド５の軸方向突出長は大幅に小さくなる。
【選択図】図４

Description

本発明は、回転電機の渡り導体接合型ステータコイルに関する。

モータ・発電機等の回転電機のステータコイルとして、スロットから軸方向一端側に突出するセグメント導体（この明細書ではスロット導体とも言う）の先端同士を渡り導体で接続して一つの相のコイルとする波巻きコイル構造が良く知られている。以下、このステータコイルを回転電機の渡り導体接合型ステータコイルと称する。この種の回転電機の渡り導体接合型ステータコイルの一例は、たとえば本出願人の開発になるセグメントコイル型回転電機（SCモータと称する）として知られている。

なお、スロット導体と渡り導体とを接合して波巻き巻線を完成させる渡り導体接合型ステータコイルは、上記したＳＣモータに限定されるものでなく、その他の構造のステータコイルにも適用されことができる。たとえば、スロット導体を直線導体片（直線導体セグメント）とし、このスロット導体の軸方向両端に上記した渡り導体片をそれぞれ接合してもよいことは明らかである。

また、下記の特許文献１は、多数の渡り導体を樹脂モールド成形により一体化することにより、各渡り導体と各スロット導体との位置合わせを簡素化することを提案している。
特開２００６−３０４５０７

しかしながら、上記した回転電機の渡り導体接合型ステータコイルは、巻き線型のステータコイルほどではないものの、各渡り導体の集合体としてのコイルエンドの軸方向幅がまだかなり大きく、その分だけ、回転電機の体格が増大するという問題点があった。たとえば、軸方向長に比べて径が格段に大きいいわゆる扁平型モータにおいては、このようなコイルエンドの軸方向突出長が、ハウジングを含めてモータの体格重量や容積を大幅に増大させてしまう。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、コイルエンドの軸方向突出長の縮小により回転電機のコンパクト化を実現可能な回転電機の渡り導体接合型ステータコイルを提供することをその目的としている。

上記課題を解決するこの発明は、ステータコアの各スロットに挿通されて一端が前記ステータコアの一端面から軸方向に突出するスロット導体と、周方向へ延在するとともに両端が同一相の２つの前記スロット導体の一端に接合されてコイルエンドをなす渡り導体とを有し、波巻きコイル構造をもつ渡り導体接合型ステータコイルに適用される。この種のステータコイルの一例としてのＳＣモータは、たとえば本出願人により量産されている。

本発明は特に、渡り導体の径方向高さは、スロット導体の径方向高さの約半分とされ、周方向に隣接する２つの相の渡り導体は、軸方向に重なって周方向へ直線状に配置されていることをその特徴としている。なお、ここで言う約半分とは、スロット導体の径方向高さの３０〜７０％、更に好適には４５〜５０％とされる。なお、渡り導体の径方向高さが、スロット導体の径方向高さの５０％を超えると、周方向に隣接する２つの相の渡り導体が、空間的に干渉することになるが、スロット導体の先端部を径方向に必要幅だけ曲げることにより、この問題を解決することができる。

すなわち、この発明の渡り導体は、スロット導体の軸方向端部に対して直角に接合されるため、従来のＳＣモータのコイルエンドのように周方向に対して斜設されることがなく、元々コイルエンドの軸方向突出長が小さい。この発明では、渡り導体の径方向幅が狭く形成されているため、周方向に隣接する２つの相のスロット導体を個別に接続する２つの相の渡り導体は、径方向に異なる位置にて軸方向に重なって周方向へ延在することができる。これにより、コイルエンドの軸方向突出長を大幅に短縮することができる。

好適な態様において、渡り導体の周方向へ延在する側面の端部が、スロット導体の軸方向端面に溶接される。これにより、たとえばスロット導体と渡り導体との密着部位を径方向外側からＴＩＧ溶接やレーザ溶接することができ、溶接が複雑化することがない。

好適な態様において、スロットは、毎極毎相N（Nは２以上の自然数）個配置され、互いに周方向に隣接する第１群の同一相のN個のスロット導体の一端と、前記第１群に対して周方向へ略１磁極ピッチ離れるとともに互いに周方向に隣接する第２群の同一相のN個のスロット導体の一端とは、前記コアの一端面に沿いつつ周方向へ延在するN個の渡り導体により接続され、N個の渡り導体は、軸方向に隣接して配置され、N個の渡り導体はそれぞれ、第１群のN個のスロット導体と、第２群のN個のスロット導体とのうち互いに線対称位置にある２つの前記スロット導体を個別に接続する。このようにすると、いわゆる毎極毎相複数スロット配置構造（以下、倍スロット構造とも称する）に上記発明を適用することができる。つまり、この態様によれば、互いに周方向に隣接する同一相の複数本のスロット導体に接続される複数本の渡り導体が、互いに空間的に交差する必要がなく、交差は、周方向に隣接する異相の渡り導体同士だけとなり、それらを径方向に細幅とすることにより、これら異相の渡り導体同士を軸方向に重なる位置に配置することが可能となる。

好適な態様において、渡り導体は、軸方向幅が径方向幅よりも大きい矩形断面を有する。このようにすれば、上記した径方向幅の縮小による渡り導体の抵抗増加を抑止してその発熱や抵抗損失を低減することができる。

本発明の好適な実施形態を図面を参照して具体的に説明する。

図１は、この回転電機の渡り導体接合型ステータコイルの周方向模式展開図である。ただし、周方向に隣接する異なる２相の渡り導体同士は実際には軸方向にほぼ重なっているが、理解を容易とするために、図１では軸方向異なる位置に図示している。

（基本構成）
図１において、１は毎極毎相２スロット構造の渡り導体接合型のステータコイル、２はステータコアである。ステータコイル１及びステータコア２からなるステータは、インナーロータ型回転電機に用いられるが、アウターロータ型回転電機に用いてよい。ただし、図１は、ひとつのスロットに一つのスロット導体だけが収容されている基本例を示すが、M（Mは自然数）個のスロット導体をスロットの径方向へ配列してもよい。この場合には、図１に示す一層分の３相波巻きコイルをM個、径方向に順次配列すればよい。また、図１では、毎極毎相２スロット構造の倍スロット構造としたが、毎極毎相３スロット構造の３倍スロット構造、毎極毎相４スロット構造の４倍スロット構造など、毎極毎相配置するスロット数は適宜選択可能である。

（ステータコイル１）
図１において、ステータコイル１は、スロット導体１１〜３０を含むスロット導体群３と、軸方向一端側のコイルエンド５と、軸方向他端側のコイルエンド６とからなる。コイルエンド５とコイルエンド６とは同一構造をもつためコイルエンド５を説明し、コイルエンド６の説明は省略する。ただし、この実施形態では、コイルエンド６の渡り導体はスロット導体１１〜３０と一体に形成されることができる。この場合には、スロット導体群３のスロット導体１１〜３０と、コイルエンド６の渡り導体との個別の接合は不要となり、所定長さの平角線の渡り導体部分の形状変更処理と、そのスロット導体部分と渡り導体部分との境界部での折り曲げ処理とにより構成したコ字状セグメント導体をステータコア２の軸方向他端側から各スロットに差し込むだけでよい。なお、図１では、スロットの図示は省略されているが、図１において、スロット導体１１〜３０は、それぞれ一つのスロット断面をほぼいっぱいに占有しているものとする。

（スロット導体群３とコイルエンド５との接合）
図１に示すようにスロット導体群３の各スロット導体１１〜３０と、コイルエンド５をなす渡り導体３１〜４０とが黒丸で図示した部位にてＴＩＧ溶接やレーザ溶接などの溶接により接合されている。なお、接合は、かしめなどの溶接以外の機械的結合法で行われても良い。

スロット導体１１、１２、１７、１８、２３、２４、２９、３０はU相のスロット導体である。スロット導体１３、１４、１９、２０、２５、２６はV相のスロット導体である。スロット導体１５、１６、２１、２２、２７、２８はU相のスロット導体である。渡り導体３１、３２は、U相スロット導体１１、１２と１７、１８とを接続する。渡り導体３３、３４は、W相スロット導体１５、１６と２１、２２とを接続する。渡り導体３５、３６は、V相スロット導体１９、２０と２５、２６とを接続する。渡り導体３７、３８は、U相スロット導体２３、２４と２９、３０とを接続する。これにより、倍スロット構造の３相波巻き巻線構造の渡り導体接合型ステータコイルが実現される。

次に、この実施形態の要旨をなすスロット導体と渡り導体との接合構造について図２、図３を参照して以下に説明する。図２は図１のAーA線矢視断面図、図３は図１のAーA線矢視断面図である。４はスロットである。

図２に示すように、スロット導体１７の軸方向一端１７１の径方向約上半分はその径方向約下半分よりも僅かに軸方向へ突出しており、渡り導体３２の横側面に溶接されている。スロット導体１８は、渡り導体３２の軸方向幅＋微少隙間Δｄだけ渡り導体１７よりも軸方向へ突出している。スロット導体１８の軸方向一端１８１の径方向約上半分はその径方向約下半分よりも僅かに軸方向へ突出しており、渡り導体３１の横側面に溶接されている。なお、Δｍはスロット導体１７に設けたマージンであるが、省略可能である。

図３に示すように、スロット導体２１の軸方向一端２１１の径方向約下半分はその径方向約上半分よりも僅かに軸方向へ突出しており、渡り導体３６の横側面に溶接されている。スロット導体２２は、渡り導体３４の軸方向幅＋微少隙間Δｄだけ渡り導体３４よりも軸方向へ突出している。スロット導体２２の軸方向一端２２１の径方向約下半分はその径方向約上半分よりも僅かに軸方向へ突出しており、渡り導体３２の横側面に溶接されている。

渡り導体３１〜４０のうちその他の渡り導体も同様に溶接されている。なお、径方向外側からの溶接が容易であるため、まず、図３に示す径方向内側のスロット導体を渡り導体に溶接した後、図２に示す径方向外側のスロット導体を渡り導体に溶接する。これにより、溶接機器の先端を溶接箇所の径方向外側に配置できるので、溶接作業を非常に簡単とすることができ、溶接跡の視覚的検査も容易となる。

上記方法により一体化されたスロット導体と渡り導体とだけを抜粋して図示した模式斜視図を図４に示す。スロット導体１２、１７を接続する渡り導体３２は、スロット導体１２、１７の径方向幅の上半分の幅をもち、スロット導体１５、２２を接続する渡り導体３３は、スロット導体１５、２２の径方向幅の下半分の幅をもち、渡り導体３２、３３は、軸方向に重なって配置されている。これにより、コイルエンド５の軸方向突出長は大幅に小さくなる。

（変形態様）
上記実施形態では、渡り導体３１〜４０は、スロット導体１１〜３０の軸方向端面に溶接したが、渡り導体をスロット導体１１〜３０の径方向及び軸方向に延在する横側面に溶接することも可能である。更には、図５に示すように、スロット導体７の軸方向一端部に軸方向内側に陥没する凹部７１を設け、渡り導体８の周方向一端に周方向へ突出する突部８１を設け、凹部７１と突部８１とを嵌合させてもよい。この時、溶接ではなくカシメにより接合を完成させても良い。その他、公知の各種の渡り導体とスロット導体との結合方法を採用しても良い。

（実施例効果）
上記説明したように、この実施形態の渡り導体接合型ステータコイルは、次の効果を実現することができる。

まず、渡り導体３１〜４０の径方向幅を、それと接合されるスロット導体１１〜３０の径方向幅の約半分に縮小しているため、３相以下の相数の波巻き巻線では、図１に示すように、他の相の渡り導体が、隣の相の渡り導体とは軸方向に重なる位置、更に好適には軸方向ほぼ同一位置にて周方向へ延在することができる。その結果、渡り導体３１〜４０からなるコイルエンド５の軸方向突出長を従来よりも大幅に縮小することができる。

また、渡り導体３１〜４０の周方向へ延在する側面（径方向及び周方向へ延在する側面）の端部が、スロット導体１１〜３０の軸方向端面に溶接されるので、溶接箇所が径方向外側から目視することが可能となる。このため、溶接箇所の径方向外側に溶接機器を配置することができ、溶接が非常に容易となる。たとえば、溶接機器は固定し、コイル側を回転させて順次溶接することもできる。

更に、スロットを毎極毎相N（Nは２以上の自然数）個配置する場合には、互いに１磁極ピッチ離れた同一相のスロット導体群を線対称構造となるように渡り導体で接続することにより、これらのスロット導体の配置が容易となる。たとえば、図１において、渡り導体３１は、互いに仮想線Xを中心として線対称配置されたU相のスロット導体１１と１８とを接続し、渡り導体３２は互いに仮想線Xを中心として線対称配置されたU相のスロット導体１２と１７とを接続する。その結果として、これら各導体間の空間干渉を防止し、問題なく倍スロット構造を実現することができる。もちろん、本は発明は、毎相毎極１スロット配置方式を採用しても良い。

更に、この実施形態では、径方向内側の渡り導体を溶接した後、径方向外側の渡り導体を溶接するため、渡り導体３１〜４０の径方向外側に配置した溶接機器によりこれらの渡り導体３１〜４０の溶接を容易に行うことができる。ただし、本発明において、径方向内側の渡り導体を渡り導体３１〜４０よりも径方向内側に配置した溶接機器により溶接し、径方向外側の渡り導体を渡り導体３１〜４０よりも径方向外側に配置した溶接機器により溶接してもかまわない。

本発明の回転電機の渡り導体接合型ステータコイルの実施形態を示す模式周方向展開図である。図１に示す渡り導体とスロット導体との溶接状態を示す模式断面側面図である。図１に示す渡り導体とスロット導体との溶接状態を示す模式断面側面図である。溶接により一体化された渡り導体とスロット導体との対を２対だけ図示した斜視図である。渡り導体とスロット導体との結合形態の変形態様を示す模式斜視図である。

符号の説明

１ステータコイル
２ステータコア
３スロット導体群
５コイルエンド
６コイルエンド
７スロット導体
８渡り導体
１１〜３０スロット導体
３１〜４０渡り導体
７１凹部
８１突部
１７１軸方向一端
１８１軸方向一端
２１１軸方向一端

Claims

ステータコアの各スロットに挿通されて一端が前記ステータコアの一端面から軸方向に突出するスロット導体と、周方向へ延在するとともに両端が同一相の２つの前記スロット導体の一端に接合されてコイルエンドをなす渡り導体とを有し、波巻きコイル構造をもつ渡り導体接合型ステータコイルにおいて、
前記渡り導体の径方向高さは、前記スロット導体の径方向高さの約半分とされ、
互いに周方向に隣接する２つの相の前記渡り導体は、軸方向に重なって周方向へ直線状に配置されていることを特徴とする回転電機の渡り導体接合型ステータコイル。
請求項１記載の回転電機の渡り導体接合型ステータコイルにおいて、
前記渡り導体の周方向へ延在する側面の端部が、前記スロット導体の軸方向端面に溶接される回転電機の渡り導体接合型ステータコイル。
請求項１又は２記載の回転電機の渡り導体接合型ステータコイルにおいて、
前記スロットは、毎極毎相N（Nは２以上の自然数）個配置され、
互いに周方向に隣接する第１群の同一相のN個の前記スロット導体の一端と、前記第１群に対して周方向へ略１磁極ピッチ離れるとともに互いに周方向に隣接する第２群の同一相のN個の前記スロット導体の一端とは、前記コアの一端面に沿いつつ周方向へ延在するN個の前記渡り導体により接続され、
前記N個の渡り導体は、軸方向に隣接して配置され、
前記N個の渡り導体はそれぞれ、前記第１群のN個のスロット導体と、前記第２群のN個のスロット導体とのうち互いに線対称位置にある２つの前記スロット導体を個別に接続する回転電機の渡り導体接合型ステータコイル。
請求項１乃至３のいずれか記載の回転電機の渡り導体接合型ステータコイルにおいて、
前記渡り導体は、軸方向幅が径方向幅よりも大きい矩形断面を有する回転電機の渡り導体接合型ステータコイル。