JP2011199933A - 回転電機のステータ - Google Patents

Abstract

【課題】ステータコアの分割数を少なくできる回転電機のステータを提供する。
【解決手段】分布巻きコイル１００の第１のインナーコイルＣｉｎ１はコイルエンドにおいてステータコアの端面から出るとステータコアの中心軸Ｌ１０方向に延び、第２のインナーコイルＣｉｎ２は第１のインナーコイルＣｉｎ１よりも長く延び、第１のアウターコイルＣｏｕｔ１はコイルエンドにおいてステータコアの端面から出るとステータコアの径方向外方に曲げて延び、第２のアウターコイルＣｏｕｔ２は第１のアウターコイルＣｏｕｔ１よりも長く延びる。ステータコア２０は、スロットの底部の位置で周方向に分割され、かつ、分割された各ステータコア構成部分は４つのティースと４つのティースの間に形成される３つのスロットを有し、３つのスロットは平行に延びている。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機のステータに関するものである。

特許文献１に開示されたステータコアにおいては、それぞれが一つのティースを備える複数のコア片に分割し、複数のコア片をステータ周方向に沿って交互に第１コア片、第２コア片としている。第１コア片は、ステータ周方向に沿って所定間隔で放射状に複数配置された状態で、ステータ径方向外側からコイルを組み付け可能に形成され、第２コア片は、第１コア片の間においてステータ径方向外側から挿入可能に形成されている。

特開２００７−２７４８０８号公報

ところが、一つのティースを備える複数のコア片に分割しているために分割数が大きくなってしまう。具体的には、スロットの数だけの分割数となってしまう。
本発明は、このような背景の下になされたものであり、その目的は、ステータコアの分割数を少なくできる回転電機のステータを提供することにある。

請求項１に記載の発明では、環状をなし、内周に沿って内周に開口するスロットが複数配列されたステータコアと、前記ステータコアにおける前記複数のスロットのうちの対をなす２つのスロットに挿入される分布巻きコイルと、を備えた回転電機のステータにおいて、前記分布巻きコイルは、コイルエンドにおいてステータコアの端面から出るとステータコアの中心軸方向に延びる第１の分布巻きコイルと、コイルエンドにおいてステータコアの端面から出るとステータコアの中心軸方向に前記第１の分布巻きコイルよりも長く延びる第２の分布巻きコイルと、コイルエンドにおいてステータコアの端面から出るとステータコアの径方向外方に曲げて延びる第３の分布巻きコイルと、コイルエンドにおいてステータコアの端面から出るとステータコアの径方向外方に曲げて前記第３の分布巻きコイルよりも長く延びる第４の分布巻きコイルと、を有し、前記ステータコアは、前記スロットの底部の位置で周方向に分割され、かつ、分割された各ステータコア構成部分は４つのティースと前記４つのティースの間に形成される３つのスロットを有し、前記ステータコア構成部分に配列された前記３つのスロットは平行に延びていることを要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、ステータコアは、スロットの底部の位置で周方向に分割され、かつ、分割された各ステータコア構成部分は４つのティースと４つのティースの間に形成される３つのスロットを有しているので、ステータコアの分割数はスロット数の１／４となる。よって、ステータコアの分割数を少なくできる。また、分割された各ステータコア構成部分は４つのティースと４つのティースの間に形成される３つのスロットを有し、ステータコア構成部分に配列された３つのスロットは平行に延びているので、ステータコア構成部分を径方向外側から径方向内側に向かって移動させることによりスロットに分布巻きコイルを挿入することができる。

請求項２に記載のように、請求項１に記載の回転電機のステータにおいて、前記３つのスロットの真ん中に位置するスロットは前記ステータコアの中心に対して放射状に延びているとよい。

請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の回転電機のステータにおいて、前記ステータコアは、前記スロットの底部の位置で周方向の中央部で分割されていることを要旨とする。

請求項３に記載の発明によれば、ステータコアはスロットの底部の位置で周方向の中央部で分割されているので、各ステータコア構成部分は同一形状となり、部品管理が容易となる。

請求項４に記載のように、請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転電機のステータにおいて、前記コイルの巻線として平角線を用いるとよい。
請求項５に記載のように、請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転電機のステータ構造において、３相８極４８スロットであり、ステータコアの分割数が１２であるとよい。

本発明によれば、ステータコアの分割数を少なくできる。

本実施形態における電動機のステータの概略平面図。 電動機のステータの概略正面図。 図２のＡ−Ａ線でのステータの概略断面図。 図３におけるステータの一部を拡大した断面図。 （ａ）はステータコアの平面図、（ｂ）はステータコアの正面図。 コイルの電流経路を説明するためのステータの一部断面図。 組み立て工程を説明するためのステータの一部を拡大した断面図。 別例におけるステータの一部を拡大した断面図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１、図２には本実施形態の電動機のステータ１０を示し、図１はステータ１０の平面図、図２はステータ１０の正面図である。図２のＡ−Ａ線でのステータ１０の断面を図３に示す。図３におけるステータの一部拡大図を図４に示す。本実施形態のステータ１０は分布巻の３相８極電動機に用いられる。

図１，２，３において、ステータ１０は、環状をなすステータコア２０と、ステータコア２０のスロットに挿入される分布巻きコイル１００を備えている。
図５（ａ），（ｂ）にはステータコア２０を示し、（ａ）はステータコア２０の平面図、（ｂ）はステータコア２０の正面図である。

図５（ｂ）に示すように、ステータコア２０は、所定の厚さｔ１を有している。図５（ａ）に示すように、ステータコア２０の内周に沿って４８個のスロット（符号５１〜９８で示す）が周方向に配列されている。スロット５１〜９８はステータコア２０の内周に開口するとともに断面が長方形をなしている。図４において、スロット５７の中心線をＬ１で示すと共に、スロット５５，５９の中心線を、それぞれＬ２，Ｌ３で示す。

スロット５１，５５，５９，６３，６７，７１，７５，７９，８３，８７，９１，９５はステータコア２０の中心Ｏから放射方向に延びる直線に平行なる側壁ＳＷを有している。例えば、図５（ａ）でのスロット５７について、図４に示すようにステータコア２０の中心Ｏから放射方向に延びる直線（中心線Ｌ１）に平行なる側壁ＳＷを有している。

また、ステータコア２０における隣り合うスロット間がティースＴ（図５参照）となっている。
一方、図５（ａ）に示すごとくステータコア２０は、中心軸方向（Ｌ１０）から見たときステータコア２０の中心Ｏに対して周方向に３０°毎に１２分割され、分割された各ステータコア構成部分２１〜３２によりステータコア２０が構成されている。このとき、ステータコア２０は、長方形のスロット５１〜９８のうちの５つおきのスロット５１，５５，５９，６３，６７，７１，７５，７９，８３，８７，９１，９５における底部の位置、即ち、径方向外側の面における周方向の中央部で分割されている。このようにステータコア２０において各ステータコア構成部分に分割する箇所はスロットにおける底面であるバックヨークである。

ステータコアをステータコア構成部分２１〜３２に分割することにより、図７に示すようにステータコア構成部分２１〜３２はステータコア径方向外側からスロットにコイルを挿入することができる。

分割された各ステータコア構成部分２１〜３２においては分割位置以外に３つのスロットを有している。具体的には、例えば、図５（ａ）のステータコア構成部分２１においては分割位置以外に３つのスロット５２，５３，５４を有している。同様に、ステータコア構成部分２２においては分割位置以外に３つのスロット５６，５７，５８を有している。

このように、ステータコア２０は、スロットの底部の位置で周方向に分割され、かつ、分割された各ステータコア構成部分２１〜３２は４つのティース（図４で符号Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４で示す）と４つのティースの間に形成される３つのスロット（図４におけるスロット５６，５７，５８）を有し、ステータコア構成部分に配列された３つのスロットは平行に延びている。また、３つのスロットの真ん中に位置するスロットはステータコアの中心に対して放射状に延びている。

なお、環状のステータ１０の環内にはロータが配置されることになる。
図１，２に示すように、分布巻きコイル１００は、同心巻きであって、４種類のコイルを各々６個ずつ用いており、コイルの数としては合計２４個設けられている。４種類のコイルとは、第１の分布巻きコイルとしての第１のインナーコイルＣｉｎ１、第２の分布巻きコイルとしての第２のインナーコイルＣｉｎ２、第３の分布巻きコイルとしての第１のアウターコイルＣｏｕｔ１、第４の分布巻きコイルとしての第２のアウターコイルＣｏｕｔ２である。図１において、６個の第１のインナーコイルＣｉｎ１、６個の第２のインナーコイルＣｉｎ２、６個の第１のアウターコイルＣｏｕｔ１、６個の第２のアウターコイルＣｏｕｔ２を、それぞれ示す。

分布巻きコイル１００は、ステータコア２０のスロット５１〜９８に挿入されて組み込まれる。つまり、２４個の分布巻きコイル（Ｃｉｎ１、Ｃｉｎ２、Ｃｏｕｔ１、Ｃｏｕｔ２）は、ステータコア２０における複数のスロット５１〜９８のうちの対をなす２つのスロットに挿入される。

例えば、図３においてスロット５２と、同スロット５２に対し時計回りに５番目に位置するスロット５７に、第１のインナーコイルＣｉｎ１が挿入される。また、スロット５１と、同スロット５１に対し時計回りに７番目のスロット５８に、第２のインナーコイルＣｉｎ２が挿入される。さらに、スロット９６と、同スロット９６に対し時計回りに５番目に位置するスロット５３に、第１のアウターコイルＣｏｕｔ１が挿入される。また、スロット９５と、同スロット９５に対し時計回りに７番目に位置するスロット５４に第２のアウターコイルＣｏｕｔ２が挿入される。

このように、ステータコア２０の内周面において周方向に沿って形成されたスロットにおいて、分布巻きコイル１００が挿入される一対のスロットの間隔（ピッチ）は次のとおりである。第１のインナーコイルＣｉｎ１はスロットのピッチが「５」、第２のインナーコイルＣｉｎ２はスロットのピッチが「７」、第１のアウターコイルＣｏｕｔ１はスロットのピッチが「５」、第２のアウターコイルＣｏｕｔ２はスロットのピッチが「７」となっている。

分布巻きコイル１００（Ｃｉｎ１、Ｃｉｎ２、Ｃｏｕｔ１、Ｃｏｕｔ２）は、整列した複数本の巻線よりなり、巻線として平角線を用いている。分布巻きコイル１００（Ｃｉｎ１、Ｃｉｎ２、Ｃｏｕｔ１、Ｃｏｕｔ２）は、図２に示すように、一対のスロットに挿入される一対の挿入部１００ａと、スロットから外にはみ出る一対のコイルエンド１００ｂを備えた環状形状に予め成形されている。

挿入部１００ａは、図３，４に示すように断面長方形の平角線における長辺同士が接し、かつ、一列に並ぶようにスロット内に配置されている。また、分布巻きコイル１００（Ｃｉｎ１、Ｃｉｎ２、Ｃｏｕｔ１、Ｃｏｕｔ２）は、図２に示すようにコイルエンド１００ｂにおいて、第１のインナーコイルＣｉｎ１および第２のインナーコイルＣｉｎ２は、ステータコア２０の端面２０ａから出ると、アウターコイルＣｏｕｔ１，Ｃｏｕｔ２のコイルエンドと接触しないようにステータコア２０の中心軸Ｌ１０方向に延びている。

一方、第１のアウターコイルＣｏｕｔ１および第２のアウターコイルＣｏｕｔ２は、コイルエンド１００ｂにおいてステータコア２０の端面２０ａから出ると、図１に示すようにインナーコイルＣｉｎ１，Ｃｉｎ２のコイルエンドと接触しないようにステータコア２０の径方向外側に曲げられ、その後、ステータコア２０の外径に沿う方向に曲げて延びている。

また、図２に示すように、第１のインナーコイルＣｉｎ１と第２のインナーコイルＣｉｎ２とは、ステータコア２０の中心軸Ｌ１０方向に関して第１のインナーコイルＣｉｎ１よりも第２のインナーコイルＣｉｎ２が長く延設されている。

図１に示すように、第１のアウターコイルＣｏｕｔ１と第２のアウターコイルＣｏｕｔ２とは、ステータコア２０の径方向外方において、第１のアウターコイルＣｏｕｔ１よりも第２のアウターコイルＣｏｕｔ２が長く延設されている。

図４のステータコア構成部分２２について、分割位置のスロット５５，５９以外に３つのスロット５６，５７，５８がある。この３つのスロット５６，５７，５８のうちの真ん中に位置するスロット５７はステータコア２０の中心Ｏからの放射線（中心線Ｌ１）上に位置するように延びている。他の２つのスロット５６，５８は真ん中のスロット５７と平行に延びている。即ち、分割コア形状として、３つのスロット形状が分割コア中心線（Ｌ１）と平行となっている。

他のステータコア構成部分２１，２３〜３２についてもステータコア構成部分２２と同様な構成となっており、ステータコア構成部分２１，２３〜３２に配列された分割位置以外の３つのスロットは、真ん中に位置するスロットがステータコア２０の中心Ｏからの放射線上に位置するように延び、他の２つのスロットが真ん中のスロットと平行に延びている。

そして、予め成形された分布巻きコイル１００（Ｃｉｎ１、Ｃｉｎ２、Ｃｏｕｔ１、Ｃｏｕｔ２）とステータコア２０とを相対的に移動させてステータコア２０のスロットに分布巻きコイル１００が挿入されて組み込まれる。詳しくは、図１に示す状態に分布巻きコイル１００を並べた状態で、分布巻きコイル１００に対しその外側からステータ中心に向かって各ステータコア構成部分２１〜３２をスロットにコイルの挿入部１００ａが入るように移動することによりスロットにコイルを装着して組み付ける。これにより、分布巻きコイル１００（Ｃｉｎ１、Ｃｉｎ２、Ｃｏｕｔ１、Ｃｏｕｔ２）をスロットに挿入する際にコイルの挿入部を変形させながらコイルをスロットに挿入する場合に比べて、コイルを変形させないで組み立てられる。

また、分割された各ステータコア構成部分２１〜３２は４つのティースと４つのティースの間に形成される３つのスロットを有し、ステータコア構成部分に配列された３つのスロットは平行に延びている。これにより、図７に示すごとく、ステータコア構成部分２１〜３２を径方向外側から径方向内側に向かって移動させることによりスロットに分布巻きコイルを挿入することができる。つまり、分割位置以外の３つのスロットがステータコアの中心からの放射線上に位置するように延びていると、３つのスロットのうちの真ん中以外の他の２つのスロットについては、真ん中のスロットの幅よりもスロット幅を大きくする必要があり、そうするとコイルとスロットの内壁との間に隙間ができてしまう。換言すると、本実施形態の構成とすることによりスロット間のティースの内径側の幅（図４においてＷ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４で示す）が小さくなってしまうことを防止することができる。

図６においてコイルの電流経路を示すが、各コイルＣｉｎ１，Ｃｉｎ２，Ｃｏｕｔ１，Ｃｏｕｔ２においてステータコアの中心軸Ｌ１０の方向に一方の挿入部に流れる電流の向きに対して他方の挿入部には電流が逆向きに流れることになる。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）ステータコア２０は、スロットの底部の位置で周方向に分割され、かつ、分割された各ステータコア構成部分２１〜３２は４つのティースと４つのティースの間に形成される３つのスロットを有し、ステータコア構成部分に配列された３つのスロットは平行に延びている。その結果、１つの分割コアに４つのスロットを備えているため、３相８極４８スロットの本実施形態では分割数を「１２」とすることができる。

つまり、ステータコア２０は、スロットの底部の位置で周方向に分割され、分割された各ステータコア構成部分２１〜３２は分割位置以外に３つのスロットを有しているので、ステータコアの分割数はスロット数の１／４となり、ステータコアの分割数を少なくできる。換言すると、コイルの種類を「４」としつつコア分割数を低減（１２分割）することができる。

このようにして、ステータコアの分割数を少なくすることによりステータコアでの鉄損の低減を図ることができる。
（２）分割コアの種類は、１種類のみの最少とすることができる。つまり、ステータコア２０はスロットの底部の位置で周方向の中央部で分割されているので、各ステータコア構成部分２１〜３２は同一形状となり、部品管理が容易となる。

（３）スロット数を「Ｎｓ」、極数を「Ｎｐ」、相の数を「Ｎｆ」としたとき、毎極毎相スロット数（＝Ｎｓ／Ｎｐ／Ｎｆ）は、スロット数「Ｎｓ」＝４８、極数「Ｎｐ」＝８、相数「Ｎｆ」＝３であるから、Ｎｓ／Ｎｐ／Ｎｆ＝２となり、回転磁界の高周波を低減することができる。

（４）コイルの種類を４種類と少なくすることができる。つまり、スロットのピッチが「５」の第１のインナーコイルＣｉｎ１、スロットのピッチが「７」の第２のインナーコイルＣｉｎ２、スロットのピッチが「５」の第１のアウターコイルＣｏｕｔ１、スロットのピッチが「７」の第２のアウターコイルＣｏｕｔ２の４種類でステータを構成することができる。また、各相同士のコイル形状、スロットのピッチは同じであるため、相間電圧のバランスをとる上で好ましい。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・コイルの巻線として断面が長方形の平角線を用いたが、これに限ることはなく、断面が円形の線を用いてもよい。

・ステータコアの分割位置として、上記実施形態ではスロット５１，５５，５９，…９５における底部の周方向の中央部としたが、これに限るものではなく、底部の周方向の中央部以外の箇所で分割してもよい。

・上記実施形態では３相８極４８スロットの場合、即ち、スロット数「Ｎｓ」＝４８、極数「Ｎｐ」＝８、相数「Ｎｆ」＝３としたが、これに限るものではない。例えば、３相４極２４スロットの場合、即ち、スロット数「Ｎｓ」＝２４、極数「Ｎｐ」＝４、相数「Ｎｆ」＝３としてもよい。この場合、分割数は「６」である。また、毎極毎相スロット数は、Ｎｓ／Ｎｐ／Ｎｆ＝２となり、回転磁界の高周波を低減することができる。

・ステータコアの分割面は、図８に示すごとくステータコア中心から放射状に延びていなくてもよい。ただし、真ん中のスロット（図８のスロット５７）の延びる方向にステータコアを挿入することができるようなステータコアの分割面である必要がある。

・電動機のステータに限ることなく、他の回転電機、例えば発電機のステータに適用してもよい。

１０…ステータ、２０…ステータコア、２０ａ…端面、２１〜３２…ステータコア構成部分、５１〜９８…スロット、１００…分布巻きコイル、１００ｂ…コイルエンド、Ｃｉｎ１…第１のインナーコイル、Ｃｉｎ２…第２のインナーコイル、Ｃｏｕｔ１…第１のアウターコイル、Ｃｏｕｔ２…第２のアウターコイル、Ｌ１０…中心軸、Ｏ…中心。

Claims (5)

1. 環状をなし、内周に沿って内周に開口するスロットが複数配列されたステータコアと、
   前記ステータコアにおける前記複数のスロットのうちの対をなす２つのスロットに挿入される分布巻きコイルと、
   を備えた回転電機のステータにおいて、
   前記分布巻きコイルは、
   コイルエンドにおいてステータコアの端面から出るとステータコアの中心軸方向に延びる第１の分布巻きコイルと、
   コイルエンドにおいてステータコアの端面から出るとステータコアの中心軸方向に前記第１の分布巻きコイルよりも長く延びる第２の分布巻きコイルと、
   コイルエンドにおいてステータコアの端面から出るとステータコアの径方向外方に曲げて延びる第３の分布巻きコイルと、
   コイルエンドにおいてステータコアの端面から出るとステータコアの径方向外方に曲げて前記第３の分布巻きコイルよりも長く延びる第４の分布巻きコイルと、
   を有し、
   前記ステータコアは、前記スロットの底部の位置で周方向に分割され、かつ、分割された各ステータコア構成部分は４つのティースと前記４つのティースの間に形成される３つのスロットを有し、
   前記ステータコア構成部分に配列された前記３つのスロットは平行に延びていることを特徴とする回転電機のステータ。
2. 前記３つのスロットの真ん中に位置するスロットは前記ステータコアの中心に対して放射状に延びていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機のステータ。
3. 前記ステータコアは、前記スロットの底部の位置で周方向の中央部で分割されていることを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機のステータ。
4. 前記コイルの巻線として平角線を用いたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転電機のステータ。
5. ３相８極４８スロットであり、ステータコアの分割数が１２であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転電機のステータ。

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