JP2010239721A

JP2010239721A - 回転電機

Info

Publication number: JP2010239721A
Application number: JP2009083972A
Authority: JP
Inventors: Takashi Osanawa; 尚長縄; Takashi Ishigami; 孝石上; Yuichiro Tanaka; 雄一郎田中
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2009-03-31
Publication date: 2010-10-21

Abstract

【課題】コイル側が固定子となる回転電機において、分布巻コイルを固定子コアの内径側から、固定子スロットへと収納して、分布巻コイルを組線して、小型の回転電機を得る。
【解決手段】絶縁皮膜付導線により巻線された分布巻コイルを、固定子コアの内側から固定子コアのスロットに挿入し、コアティース先端を塑性変形させてスロット側に突起部を形成し、スロット開口部の幅を狭くすることにより実現する。これにより、回転特性に優れた分布巻固定子の利点を生かしつつ、回転電機の小型化、高効率化が実現できる。
【選択図】図８

Description

本発明は、モータや発電機などの回転電機に関する。

回転電機の固定子に形成するコイルの構造として、分布巻，集中巻などの方式が知られている。その中で、分布巻コイルの固定子コアは、鉄損低減の観点から一体型であることが望ましい。

分布巻コイルは固定子コアのスロット間を跨いで形成する必要があり、固定子コアの内径側からスロット内へ組線するため、製造上、隣接するティース同士の間隔が広い方がよい。また、固定子コアのスロット内に収納されたコイルのはみ出し防止を行う必要がある。はみ出し防止策のひとつとしてティース先端部に絶縁部材のくさびを設置する方法がある。また組線後にティース先端を成形して、スロット開口部を狭くする方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平３−２７３８５０号公報

昨今のエネルギー問題に鑑み、回転電機も高効率化が求められている。しかし、上記で述べた文献の技術はコイル側が回転する電機子であるため、回転子コアのティース先端部が外周側に配置されている。

本発明は、コイル側が固定子となる回転電機において、分布巻コイルを固定子コアの内径側から、固定子スロットへと収納して、分布巻コイルを組線して、小型の回転電機を得ることを目的とする。

絶縁皮膜付導線により巻線された分布巻コイルを、固定子コアの内側から固定子コアのスロットに挿入し、コアティース先端を塑性変形させてスロット側に突起部を形成し、スロット開口部の幅を狭くすることにより実現する。

本発明によれば、回転特性に優れた分布巻固定子の利点を生かしつつ、回転電機の小型化，高効率化が実現できる。

本発明の実施形態をなす、２連続重ね巻コイルを組み付けた固定子の斜視図。本発明の実施形態をなす、２連続重ね巻コイルの斜視図。本発明の実施形態をなす、コイル製造過程における予備成形コイルの斜視図。本発明の実施形態をなす、固定子コアティース先端の開き成形工程を示すスロット部拡大断面図。本発明の実施形態をなす、固定子コアティース先端を最終形状に開き成形する工程を示すスロット部拡大断面図。本発明の実施形態をなす、固定子コアティース先端の開き成形工程を示す軸方向断面図。本発明の実施形態をなす、固定子コアティース先端の開き成形前後の形状を表すスロット部拡大断面図。本発明の実施形態をなす、固定子コアティース先端の開き成形前後の形状を表すスロット部拡大断面図。本発明の実施形態をなす、固定子コアティース先端の開き成形した軸方向位置を表すティース部の概略斜視図。本発明の実施形態をなす、固定子コアティース先端の開き成形前後の形状を表すスロット部拡大断面図。本発明の実施形態をなす、固定子コアティース先端の開き成形前後の軸方向位置を表すティース部の概略斜視図。

以下、本発明の詳細を、図面を用いながら説明する。

図１は、本発明を用いたＮＳＰＰ（毎相毎極のスロット数）＝２の角線重ね巻固定子１である。固定子コア２は、珪素鋼板などを打抜き積層して構成され、コアの円筒内周に放射状等間隔に設けたスロット内に絶縁紙３で周囲を保護して、断面が略矩形形状の絶縁皮膜付導線で形成された重ね巻コイル１０を組み込む。本図ではコイルの端末線は接続されていないが、端末線はコイル間、中性点を接続されて電気回路が構成される。

この固定子１の内部に磁石ロータ（図示せず）、もしくはかご型の銅ロータ（図示せず）を同軸で組み込み、ロータの両端を軸受で回転可能に支持して、電動機、もしくは発電機を構成する。

本実施例は、固定子のスロット数が４８、ロータの極数が８の３相誘導機であり、毎相毎極のスロット数ＮＳＰＰは、４８÷８÷３＝２であり、同相のコイルが２スロット毎に組み込まれる。

図２は隣接スロットに組み込まれる同相の２連続重ね巻コイル７である。２つのコイルは、断面が略矩形形状の絶縁皮膜付導線にて連続して巻線されており、第一コイル１１の上コイル片１３（固定子コア２のスロット内で内周側に配置される）と第二コイル１２の底コイル片１４（固定子コア２のスロット内で外周側に配置される）がコイル１０の内側で渡り線１５で繋がっている。この２連続重ね巻コイル１０のスロット挿入部には絶縁紙３が取り付けられ、固定子コア２のスロット内に組み付けられることにより、図１に示した固定子となる。

図３は重ね巻コイルを成形するために必要な形状に巻線した予備成形コイルである。図３（Ａ）は巻線後の予備成形コイル２０を示しており、第一コイル２１と第二コイル２２が渡り線１５で繋がっている。図３（Ｂ）は予備成形コイル２０に絶縁紙３を取り付けた状態を示す。この予備成形コイル２０を成形して、図２に示した２連続重ね巻コイルとなる。

図４と図５はティース先端を開き成形する過程を示すスロット部分の拡大断面図である。先ず図４（Ａ）のように線材３がスロット６内に挿入された固定子コア２の内径側に、開き成形用のパンチ３１を配置する。次いで図４（Ｂ）に示す矢印のようにパンチ３１を固定子コアの内側から径方向外側に移動させて、ティース先端部２２を開き成形する。次いでパンチを取替え、固定子コア２の内径側に、図５（Ａ）に示すような開き成形用のパンチ３１を配置する。次いで図５（Ｂ）に示す矢印のようにパンチ３２を固定子コアの内側から径方向外側に移動させて、ティース先端部２２を最終的な形状に開き成形する。

図６はティース先端を開き成形する過程を示す概略断面図である。図６（Ａ）はパンチ３１または３２を押し込む前の状態を示している。パンチ３１（３２）は、スロット数分設置されており、パンチ３１（３２）の下方には加圧ロッド１２が設置されている。またパンチ３１（３２）にはテーパ部３０ａが形成され、加圧ロッド１２にはテーパ部１２ａが形成されている。図６（Ｂ）はパンチ３１（３２）を押し込んだ状態を示している。加圧ロッド１２を紙面上方に移動させることにより、加圧ロッドテーパ部１２ａとパンチテーパ部３０ａによってパンチ３１（３２）は固定子コア２内で外径方向に移動し、ティース先端部は開き成形される。

図７は他の実施例を示すスロット部分の拡大断面図である。図７（Ａ）は絶縁紙４が取り付けられた線材３が、固定子コア２のスロット６内に挿入された状態で、ティース先端２２の成形前の形状を示し、図７（Ｂ）はティース先端２２の成形後の形状を示している。図７（Ａ）に示すように、ティース先端２２はティース本体２１に対して、片側だけに形成されている。このティース先端２２をスロット６側に向けて曲げ成形することによって図７（Ｂ）に示すような形状になり、開口部が狭くなることによって線材３の飛び出し防止の役目を成す。

図８は他の実施例を示すスロット部分の拡大断面図である。図８（Ａ）は絶縁紙４が取り付けられた線材３が、固定子コア２のスロット６内に挿入された状態で、ティース先端２２の成形前の形状を示し、図８（Ｂ）はティース先端２２の成形後の形状を示している。図８（Ａ）に示すように、ティース本体２１に対し、ティース先端２２を有するティースと、ティースの先端部が概略平坦のティース先端２３を有するティースとで構成されている。このティース先端２２を有する先端のみを開き成形することによって、部分的に線材３の飛び出し防止の役目を成す。図８で示した断面形状を、軸方向での配置に展開した概略図を図９に示す。

図９はティース先端２２の開き成形前の固定子コア２のティース部分を切り欠いた斜視図である。図９は説明のため概略的に描いている。図９で説明する実施例は全て本発明の他の異なる実施例である。

図９（Ａ）は積層した珪素鋼板のティース先端２２が同じ形状で、軸方向全てが同じ形状である。これを開き成形した場合、軸方向全てが飛び出し防止の役目を成す。

図９（Ｂ）はティース先端２２を有するティースと、ティースの先端部が概略平坦のティース先端２３を有するティースとが、交互に積層された場合を示す。図９（Ａ）で示したように必ずしも軸方向全てのティースで飛び出し防止をする必要がなく、図９（Ｂ）のように珪素鋼板一枚毎であってもよい。

図９（Ｃ）はティース先端２２を有するティースと、ティースの先端部が概略平坦のティース先端２３を有するティースとが、部分的に交互に積層された場合を示しており、軸方向の中央部のみが交互に積層されている。この場合もティース先端２２を開き成形した部分が飛び出し防止の役目を成す。

図９（Ｄ）はティース先端２２を有するティースと、ティースの先端部が概略平坦のティース先端２３を有するティースとが、それぞれ部分的に連続して積層された場合を示しており、軸方向の中央部のみにティース先端２２を有するティースが積層されている。この場合もティース先端２２を開き成形した部分が飛び出し防止の役目を成す。

図１０は他の実施例を示すスロット部分の拡大断面図である。図１０（Ａ）は絶縁紙４が取り付けられた線材３が、固定子コア２のスロット６内に挿入された状態で、ティース先端２２の成形前の形状を示し、図１０（Ｂ）はティース先端２２の成形後の形状を示している。図１０（Ａ）に示すように、ティース本体２１に対し、ティース先端２２を有するティースと、ティースの先端部が概略平坦のティース先端２３を有するティースとで構成されている。開き成形前のティース先端２２と、概略平坦のティース先端２３の内径寸法はほぼ同じである。図１０（Ｂ）に示すように開き成形することにより、内径寸法は概略平坦のティース先端２３よりも開き成形後のティース先端２２の方が小さくなる。このティース先端２２を有する先端のみを開き成形することによって、部分的に線材３の飛び出し防止の役目を成す。

図１１に、図１０で示した実施例の、軸方向に展開した一実施例を示す。図１１はティース先端２２の開き成形前後の固定子コア２のティース部分を切り欠いた斜視図である。ティース先端２２を有するティースと、ティースの先端部が概略平坦のティース先端２３を有するティースとが、それぞれ部分的に連続して積層された場合を示しており、軸方向の中央部のみにティース先端２２を有するティースが積層されている。図１１（Ａ）は開き成形前の状態を示しており、ティース先端２２と、概略平坦のティース先端２３の内径寸法はほぼ同じである。図１１（Ｂ）は開き成形後の状態を示しており、内径寸法は概略平坦のティース先端２３よりも軸方向中央部に形成された開き成形後のティース先端２２の方が小さくなっている。

１固定子
２固定子コア
３線材
４絶縁紙
１０２連続重ね巻コイル
１１第一コイル
１２第二コイル
１３上コイル片
１４底コイル片
１５渡り線
２０予備成形コイル
２１ティース本体
２２ティース先端
２３概略平坦のティース先端

Claims

周方向に複数の磁極が設けられた回転子と、
前記回転子に空隙を介して配置された固定子と、を有する回転電機であって、
前記固定子のコアのティースとティースの間のスロットにコイル群を収め、
前記ティースは、ティース本体とティース先端部を有し、前記ティース先端部の全部或いは一部がスロット側に向かって形成された突起部をなすとともに、前記スロット側に形成された突起部により形成されたスロット開口部の幅が、コイル群の周方向の幅よりも小さい回転電機。
請求項１に記載の回転電機であって、
前記ティース本体に対して前記ティース先端部が両側２箇所にあり、
前記ティース先端部はそれぞれ別のスロット側に向かって形成された突起部である回転電機。
請求項１に記載の回転電機であって、
前記ティース本体に対して前記ティース先端部が片側１箇所にあり、
前記ティース先端部は前記スロット側に向かって形成された突起部である回転電機。
請求項１に記載の回転電機であって、
前記スロット側に向かって形成された突起部を有するティースと、前記突起部がないティースとを有する回転電機。
請求項４に記載の回転電機であって、
前記スロット側に向かって形成された突起部を有するティースの群と、前記突起部がないティースの群とを有する回転電機。
請求項４に記載の回転電機であって、
前記スロット側に向かって形成された突起部を有するティースと、前記突起部がないティースとが交互に配置されている回転電機。
請求項４に記載の回転電機であって、
前記スロット側に向かって形成された突起部を有するティースの内径よりも、前記突起部がないティースの内径の方が大きい回転電機。
請求項４に記載の回転電機であって、
前記スロット側に向かって形成された突起部を有するティースの内径よりも、前記突起部がないティースの内径の方が小さい回転電機。