JP2010093879A - Rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転電機に関する。 The present invention relates to a rotating electrical machine.
従来から使用されている回転電機は、固定子鉄心の内周側に開口するように設けられた多数のスロット内にコイルを分布巻きで巻回しており、固定子の伝導コイルに交流電流を供給することで固定子に回転磁界を発生させ、この回転磁界により回転子に回転トルクを発生させている。回転電機は、固定子鉄心とスロット内の伝導コイルが接近して地絡することのないように、固定子鉄心と伝導コイルとは絶縁する必要があり、例えば、その絶縁する手段としては特許文献1に記載のような、固定子コア端部で折り返しのある形状をしたインシュレータが知られている。 Conventionally used rotating electrical machines have coils wound in distributed windings in a large number of slots provided so as to open to the inner peripheral side of the stator core, and supply alternating current to the conduction coil of the stator. Thus, a rotating magnetic field is generated in the stator, and a rotating torque is generated in the rotor by the rotating magnetic field. The rotating electrical machine needs to insulate the stator core from the conduction coil so that the stator core and the conduction coil in the slot do not approach each other and cause a ground fault. As shown in FIG. 1, an insulator having a folded shape at the end of the stator core is known.
伝導コイルと固定子鉄心を絶縁するための絶縁紙において、伝導コイルの傷を抑制しさらに高電圧に耐えうる絶縁紙形状が必要であったが、従来技術では必ずしもこの点を十分に考慮していなかった。 Insulating paper that insulates the conductive coil from the stator core requires an insulating paper shape that suppresses scratches on the conductive coil and can withstand high voltages. However, the conventional technology does not always take this into account. There wasn't.
本発明の目的は、伝導コイルの絶縁に好適なインシュレータを備えた回転電機を提供することである。 The objective of this invention is providing the rotary electric machine provided with the insulator suitable for insulation of a conductive coil.
本発明は、複数のスロットを有する固定子鉄心と、前記複数のスロットに絶縁体を介して挿入された導体を有する固定子と、前記固定子に対向配置され、回転自在に設けられた回転子とを有し、前記絶縁体は、隣接するスロット間に挿入された絶縁体同士をつなげるためのわたり部を有する回転電機である。 The present invention relates to a stator core having a plurality of slots, a stator having a conductor inserted into the plurality of slots via an insulator, and a rotor disposed to face the stator and rotatably provided. And the insulator is a rotating electrical machine having a bridging portion for connecting insulators inserted between adjacent slots.
本発明によれば、伝導コイルの絶縁に好適なインシュレータを備えた回転電機を得ることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the rotary electric machine provided with the insulator suitable for insulation of a conductive coil can be obtained.
以下、本発明の一実施形態をなす回転電機について説明する。 Hereinafter, a rotating electrical machine according to an embodiment of the present invention will be described.
本実施形態の回転電機は、特にスロット形状に沿って断面矩形状に成形されたセグメント伝導コイルに好適なインシュレータを備えた回転電機である。例えば、固定子鉄心の端部でインシュレータがつながっている構造とし、伝導コイルを固定子の回転軸方向から挿入する。これにより、伝導コイルを挿入するときにインシュレータのずれを防止することができる。さらに、伝導コイルを差し込んだ後にインシュレータの固定子鉄心からの高さを調整することができるため、絶縁性を高めることができる。 The rotating electrical machine of the present embodiment is a rotating electrical machine that includes an insulator suitable for a segment conduction coil that is formed in a rectangular cross section along the slot shape. For example, the insulator is connected to the end of the stator core, and the conduction coil is inserted from the rotation axis direction of the stator. This can prevent the insulator from shifting when the conductive coil is inserted. Further, since the height of the insulator from the stator core can be adjusted after inserting the conductive coil, the insulation can be enhanced.
本実施形態では、固定子鉄心の内周側に開口するように設けられた多数のスロット内に伝導コイルを挿入し、固定子の伝導コイルに交流電流を供給することで、固定子に回転磁界を発生し、この回転子に回転トルクを発生する回転電機が使用されている。回転電機の種類として、例えばかご型回転子を使用した誘導電動機や回転子に永久磁石を有する同期電動機がある。これらの誘導電動機や同期電動機は発電機としても利用できるので両方を含めて、以下回転電機と記す。 In this embodiment, a conduction coil is inserted into a number of slots provided so as to open to the inner peripheral side of the stator core, and an alternating current is supplied to the conduction coil of the stator, whereby a rotating magnetic field is applied to the stator. A rotating electrical machine that generates rotational torque in the rotor is used. As a type of rotating electrical machine, for example, there are an induction motor using a cage rotor and a synchronous motor having a permanent magnet on the rotor. Since these induction motors and synchronous motors can also be used as generators, both of them are referred to as rotating electric machines.
実施例としてハイブリット自動車用の回転電機を図面に基づいて説明する。図1は、誘導型回転電機の側面断面図である。図2は、回転子の断面を斜視図にしたものである。図3は、本実施例の誘導型回転電機に関する各部品の展開斜視図である。 As an embodiment, a rotary electric machine for a hybrid vehicle will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a side sectional view of an induction type rotating electrical machine. FIG. 2 is a perspective view of a cross section of the rotor. FIG. 3 is an exploded perspective view of each part related to the induction type rotating electric machine according to the present embodiment.
図1に示される誘導型回転電機は、軸方向の一端側が開口した有底筒状のハウジング1と、このハウジング1の開口端を封止するカバー2を有している。ハウジング1の内側には水路形成部材22が設けられ、水路形成部材22の一端はハウジング1とカバー2とに挟まれて固定されており、水路24が固定子4とハウジング1との間に形成される。冷却水の取入口32から冷却水が水路24に取り入れられ、冷却水は水路24から排出口34に排出されて回転電機を冷却する。ハウジング1とカバー2は、複数本、例えば6本のボルト3によって締結されている。
The induction-type rotating electrical machine shown in FIG. 1 has a bottomed cylindrical housing 1 that is open at one end in the axial direction, and a
ハウジング1の内周には水路形成部材22が設けられているが、この水路形成部材22の内側には、固定子4が焼き嵌め等で固定されている。この固定子4は、周方向等間隔に複数のスロット411が設けられた固定子鉄心412と、各スロット411内に巻回された3相の固定子コイル413とによって構成されている。この実施例では8極48スロットで、固定子コイル413はスター結線にて結線されている。
A water
また、固定子鉄心412の内周には、固定子鉄心412と対向するように微小な隙間を介して回転可能に回転子5が配置されている。回転子5はシャフト6に固定されており、シャフト6と一体に回転する。シャフト6は、ハウジング1およびカバー2にそれぞれ設けられた一対の軸受として作用するボールベアリング7a,7bによって回転自在に支持されている。これらのベアリング7a,7bの内、カバー2側のベアリング7aは、略四角形状の固定板8によって固定されており、ハウジング1の底部側のベアリング7bは、ハウジング1の底部に設けられた凹部に固定されている。このため、固定子4に対して回転子5が相対回転するようになっており、シャフト6のカバー2側端にスリーブ9及びスペーサ10を介してナット11によって取り付けられたプーリー12によってシャフト6の回転力が外部に出力される、もしくは、プーリー12からの回転力がシャフト6に入力される。尚、スリーブ9の外周及びプーリー12の内周は、若干、円錐形状となっているため、ナット11による締め込み力によってプーリー12とシャフト6が強固に一体化され、一体的に回転できるようになっている。
In addition, the
回転子5は、回転軸方向に延びる導体バー511を等間隔で周方向に全周に渡って有しており、回転軸方向両端にて各導体バー511を短絡させるよう一対の短絡環512が連結された、かご型回転子である。導体バー511は磁性体からなる回転子鉄心513に埋め込まれている。なお、図2は回転子鉄心513と導体バー511との関係を明示するために回転軸に垂直な面で断面した断面構造を示しており、プーリー12側の短絡環512とシャフト6が見えていない。
The
回転子鉄心513は、厚さ0.05〜1mm程度の電磁鋼板を打ち抜き加工またはエッチング加工により成形し、成形された電磁鋼板を積層して構成された積層鋼板からなる。図2及び図3に示すように内周側には、軽量化の為に略扇形の空洞部514が周方向等間隔に設けられている。また、外周側には、夫々の導体バー511が配置される複数の空間が設けられている。回転子鉄心513は、固定子側に導体バー511を有しており、導体バー511の内側に磁気回路を作るための回転子ヨーク530を有している。本実施形態では固定子は8極の固定子コイルを有しており、極数が2極や4極の固定子コイルの誘導電動機に比べ、回転子ヨーク530に形成される磁気回路の径方向の厚さを薄くできる。8極より極数を増やす方が前記厚さを薄くできるが、12極以上では出力および効率が低下する問題がある。従ってエンジン始動機能も含め車両走行用の回転電機は6極から10極、特に8極あるいは10極が良好である。
The
夫々の導体バー511及び短絡環512は、アルミによって構成されており、回転子鉄心513にダイキャストによって一体となるように成形している。尚、回転子鉄心の両端に配置された短絡環512は、回転子鉄心513から軸方向両端に突出するように設けられる。
Each
また、ハウジング1の底部側には、検出ロータ132が設けられ、回転速度や回転子位置を検出するための回転センサ13は前記検出ロータ132の歯を検出することで回転子5の位置や回転子5の回転速度を検知するための電気信号を出力する。
A
図3に示す固定子4は、周方向に等間隔に72個のスロット411が形成された固定子鉄心412と、スロット411に挿入された固定子コイル413とを有している。固定子鉄心412は、例えば厚さ0.05〜1mm程度の電磁鋼板を打ち抜き加工またはエッチング加工により成形し、成形された電磁鋼板を積層して構成された積層鋼板からなり、周方向に等間隔の放射状に配置された複数のスロット411が形成されている。この実施例ではスロットの数は72個である。これらのスロット411間にはティース414が設けられており、夫々のティース414は環状のコアバック430と一体化されている。つまり、各ティース414とコアバック430が一体成形されている。また、スロット411の内周側は開口しており、この開口部分から固定子コイル413を構成するコイルが挿入される。前記開口の周方向の幅は、コイルが装着される各スロットのコイル装着部とほぼ同等もしくは、コイル装着部よりも若干大きな幅となるようになっている。
The
また、コイルエンド上に渡り線が配置されており、全体として整然とした配置となっており、回転電機全体が小型化となる。また電気的な絶縁等の点でも信頼性が確保できる。特に最近自動車駆動用の回転電機は使用電圧が高く、100Vを超えるものが多くあり、場合によっては400Vあるいは600Vの電圧がかかることがあり、伝導コイルの線間の信頼性が重要である。 Moreover, the crossover wires are arranged on the coil ends, and the arrangement is orderly as a whole, and the entire rotating electrical machine is downsized. In addition, reliability can be ensured in terms of electrical insulation. In particular, recently, rotating electric machines for driving automobiles have a high operating voltage, and many of them exceed 100V. Depending on the case, a voltage of 400V or 600V may be applied, and the reliability between the lines of the conductive coil is important.
図4において、固定子4には、伝導コイル413が挿入されており、伝導コイル413と固定子鉄心412の絶縁が保たれるように固定子鉄心412の端面からインシュレータ200が突出している。インシュレータ200は固定子鉄心412の端面から2mm〜5mm程度突出している。
In FIG. 4, a
インシュレータ200は板材の絶縁部材からできており、厚さは0.1〜0.5mm程である。また、インシュレータ200は渡り部210を有している。
The
次に、固定子4の絶縁構造について説明する。図4のように固定子鉄心412のスロット411にインシュレータ200を事前に挿入する。そこに、略丸形、もしくは略矩形の伝導コイル413を回転軸方向から挿入する。
Next, the insulating structure of the
固定子鉄心412の回転軸方向より伝導コイル413を挿入する場合、スロット411に挿入されたインシュレータ200が渡り部210によりつながっていることにより、伝導コイル413を挿入後、位置決め治具211により渡り部210を利用し、インシュレータの絶縁を確保する所要の高さに調整することができる。さらに、挿入時に生じたずれを調整することができ確実な電気絶縁が可能となり高電圧化に適した絶縁構造となる。
When the
図5(a)〜(g)は、隣接する2スロット間のつながりをもつ略S字形状のインシュレータ200の成形方法を示している。インシュレータ200は、渡り部210を備え固定子鉄心412のスロット411の形状に沿った形状になるように折り曲げ工程により成形する。
FIGS. 5A to 5G show a method of forming a substantially S-shaped
低電圧の場合は隣接する伝導コイル413を隔てる構造でなくても良いが、高電圧の場合は隣接する伝導コイル413を確実に隔て伝導コイル413を包み込むようなインシュレータ200構造が好ましい。
In the case of a low voltage, the structure may not be such that adjacent
図6(a)〜(d)は、隣接する3スロット間のつながりをもつ略S字形状のインシュレータ200の成形方法を示す。インシュレータ200は渡り部210を備え固定子鉄心412のスロット411の形状に沿った形状になるように折り曲げ工程により成形する。
FIGS. 6A to 6D show a method of forming the substantially S-shaped
図7(a)〜(d)は、隣接する2スロットのつながりをもつ略口字形状のインシュレータ200の成形方法を示す。渡り部210を備え固定子鉄心412のスロット411の形状に沿った形状になるように折り曲げ工程により成形する。
FIGS. 7A to 7D show a method of forming the substantially square-shaped
以上により、スロット411に挿入する伝導コイル413に応じてインシュレータの形状を変更でき、従来のインシュレータの成形方法と同様の折り曲げ工程で高い絶縁性が確保できる。
As described above, the shape of the insulator can be changed according to the
さらに、インシュレータ200の構造を、全スロット間で互いにつながりをもつ構造にすると伝導コイル413と固定子鉄心412との絶縁距離を確保することができ絶縁性の向上が図れる。
Furthermore, if the structure of the
図8(a)〜(c)は実施例のインシュレータ200を固定子鉄心412に挿入した状態を示す。渡り部210は隣接するスロット411に跨る構造が好ましい。図8(a)は図5で説明したインシュレータ200をスロット411に挿入した状態を示している。隣接する二つのスロット間同士を渡り線でつないでいる。
8A to 8C show a state where the
図8(b)(c)は図6で説明したインシュレータ200をスロット411に挿入した状態を示している。図8(b)は、隣接する3つのスロットにインシュレータ200が径方向に2組挿入されている。また、図8(c)も図8(b)と同様、径方向に2組のインシュレータ200がスロット411に挿入されているが、図8(b)とは異なり、径方向外側のインシュレータ200と径方向内側のインシュレータ200との配置が周方向にスロット一つ分ずらして挿入されている。
FIGS. 8B and 8C show a state where the
図9はインシュレータの高さを調整して位置決め制御の状態を示す。 FIG. 9 shows the state of positioning control by adjusting the height of the insulator.
図9で示されるように、固定子鉄心とインシュレータ200の渡り部210との間に位置決め治具211を設けることにより、インシュレータ200の絶縁が確保される所要の高さにインシュレータ200の突出を調整することができる。
As shown in FIG. 9, by providing a
さらに、伝導コイル413を挿入する前に、インシュレータ200の渡り部210を位置決め治具211により係止めとして用いることもできる。
Further, before the
これにより、インシュレータ200に伝導コイル413を挿入後、固定子鉄心412の端面からのインシュレータの高さを位置制御することができ、生産性が向上する。
Thereby, after inserting the
また、インシュレータ200の渡り部210は固定子鉄心412からの高さをほぼ一定にした後に切断しても良い。
Further, the
以上、説明したように固定子鉄心412に渡り部210を有するインシュレータ200を挿入することで、渡り部210を利用し、インシュレータの絶縁を確保する所要の高さに調整することができる。さらに、挿入時に生じたずれを調整することができ確実な電気絶縁が可能となり高電圧化に適した絶縁構造が得られる。
As described above, by inserting the
4 固定子
5 回転子
200 インシュレータ
210 渡り部
211 位置決め治具
411 スロット
412 固定子鉄心
413 伝導コイル
4
Claims (7)
前記複数のスロットに絶縁体を介して挿入された導体を有する固定子と、
前記固定子に対向配置され、回転自在に設けられた回転子とを有し、
前記絶縁体は、隣接するスロット間に挿入された絶縁体同士をつなげるためのわたり部を有する回転電機。 A stator core having a plurality of slots;
A stator having a conductor inserted through an insulator into the plurality of slots;
A rotor disposed opposite to the stator and rotatably provided;
The said insulator is a rotary electric machine which has a crossing part for connecting the insulators inserted between adjacent slots.
前記導体は、回転軸方向から挿入される回転電機。 The rotating electrical machine according to claim 1,
The conductor is a rotating electrical machine inserted from the direction of the rotation axis.
前記絶縁体は絶縁紙である回転電機。 The rotating electrical machine according to claim 1,
The rotating electrical machine, wherein the insulator is insulating paper.
前記絶縁体の形状は、略S字状,略B字状,略6字状,略U字状,略ロ状のいずれかの形状である回転電機。 The rotating electrical machine according to claim 1,
The rotary electric machine has a shape of any one of an approximately S shape, an approximately B shape, an approximately 6 shape, an approximately U shape, and an approximately B shape.
前記絶縁体の渡り部は、隣接する2つのスロット間を跨いでいる回転電機。 The rotating electrical machine according to claim 1,
The crossing part of the insulator is a rotating electrical machine straddling two adjacent slots.
前記絶縁体は、前記固定子鉄心の端面から突出しており、前記固定子鉄心の端面から突出している高さがほぼ一定で前記スロットに挿入されている回転電機。 The rotating electrical machine according to claim 1,
The rotating electrical machine in which the insulator protrudes from an end surface of the stator core, and is inserted into the slot with a substantially constant height protruding from the end surface of the stator core.
前記複数のスロットに絶縁体を介して挿入された導体を有する固定子と、
前記固定子と対向するように隙間を介して回転可能に設けられた回転子とを有し、
前記絶縁体は、前記固定子の端面から突出したコイルエンド部でつながりを備えた渡り部を有する回転電機。 A stator core having a plurality of slots;
A stator having a conductor inserted through an insulator into the plurality of slots;
A rotor provided rotatably through a gap so as to face the stator,
The rotating electrical machine according to claim 1, wherein the insulator includes a transition portion having a connection at a coil end portion protruding from an end face of the stator.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008259176A JP2010093879A (en) | 2008-10-06 | 2008-10-06 | Rotary electric machine |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018055895A1 (en) * | 2016-09-26 | 2018-03-29 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | Stator for rotary electric machine, method for manufacturing stator for rotary electric machine, and rotary electric machine |
WO2022172361A1 (en) * | 2021-02-10 | 2022-08-18 | 三菱電機株式会社 | Stator, rotating electrical machine, compressor, refrigeration cycle device, insulating sheet, and method for producing stator |
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2008
- 2008-10-06 JP JP2008259176A patent/JP2010093879A/en active Pending
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US11303178B2 (en) | 2016-09-26 | 2022-04-12 | Hitachi Astemo, Ltd. | Stator for rotary electric machine, method of manufacturing stator for rotary electric machine, and rotary electric machine |
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