JP2011199967A - 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と共にコイルのステータ径方向内側への飛び出しを防止することができる回転電機のステータを提供する。
【解決手段】ステータコアは、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ている。分布巻きコイルが、ステータコアにおける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。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２つのティースを有する。ステータコアの分割位置におけるスロットを区画する対向面には、コイルの内周側端部の位置よりもステータコアの中心側の位置に突部１５０，１５１が形成され、スロットの周方向の幅がコイルの幅よりも狭められている。
【選択図】図６

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。さらに、第１コア片におけるティースのステータ径方向内側端部には、コイルのステータ径方向内側への飛び出し（脱落）を防止する周方向突起（係止手段）を設けている。

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と共にコイルのステータ径方向内側への飛び出しを防止することが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るステータコアと、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奇数ピッチの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２つのティースを有し、前記ステータコアの分割位置におけるスロットを区画する対向面のうちの少なくとも一方の面には、コイルの内周側端部の位置よりもステータコアの中心側の位置に突部が形成され、前記突部が形成された部位におけるスロットの周方向の幅がコイルの幅よりも狭められ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２つのティースを有している。よって、ステータコアの分割数はスロット数の１／２となる。また、分布巻きコイルが対をなす２つのスロットに挿入される。ステータコアの分割位置におけるスロットを区画する対向面のうちの少なくとも一方の面には、コイルの内周側端部の位置よりもステータコアの中心側の位置に突部が形成され、突部が形成された部位におけるスロットの周方向の幅がコイルの幅よりも狭められているので、分布巻きコイルのステータ径方向内側への飛び出しが防止される。

その結果、ステータコアの分割数を少なくできると共にコイルのステータ径方向内側への飛び出しを防止することができる。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の回転電機のステータにおいて、前記分布巻きコイルは、重ね巻コイルであることを要旨とする。

請求項２に記載の発明によれば、分布巻きコイルは重ね巻コイルであるので、対をなす２つのスロットのうちの他方のスロットにおいては、コイルエンドにおいて、当該コイルに対し、ステータ径方向の内側に他の分布巻きコイルが位置しているので、この他のコイルによりステータ径方向内側への飛び出しが防止される。よって、スロットにおいて他の分布巻きコイルによりステータ径方向内側への飛び出しをより確実に防止することができる。なお、重ね巻コイルとは、コイルエンド部が螺旋状に整列された形状である。また、スロット内は単層巻でも二層巻でも良い。

請求項３に記載の発明は、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、前記突部は、前記スロットを区画する対向面のうちの両方の面に形成してなることを要旨とする。

請求項３に記載の発明によれば、突部は、スロットを区画する対向面のうちの両方の面に形成されているので、突部は、スロットを区画する対向面のうちの一方の面のみに形成されている場合に比べて、コイルのステータ径方向内側への飛び出しをより確実に防止することが可能となる。

請求項４に記載の発明は、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、前記ステータコア構成部分において、前記突部を形成した面は、前記２つのティース間に形成されたスロットの中心線に平行に延びていることを要旨とする。

請求項４に記載の発明によれば、ステータコア構成部分において、突部を形成した面は、２つのティース間に形成されたスロットの中心線に平行に延びているので、スロットにコイルを挿入する上で好ましいものとなる。

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において、コイルの巻線として平角線を用いるとよい。

本発明によれば、ステータコアの分割数を少なくできると共にコイルのステータ径方向内側への飛び出しを防止することができる。

（ａ）は本実施形態における電動機のステータの概略平面図、（ｂ）は電動機のステータの概略正面図。 図１（ｂ）のＡ−Ａ線でのステータの概略断面図。 （ａ）はステータコアの平面図、（ｂ）はステータコアの正面図。 コイルの概略平面図。 ステータの一部を拡大した断面図。 ステータの一部をさらに拡大した断面図。 別例のステータにおける突部を説明するための説明図。

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（ａ），（ｂ）には本実施形態の電動機のステータ１０を示し、（ａ）はステータ１０の平面図、（ｂ）はステータ１０の正面図である。図１（ｂ）のＡ−Ａ線でのステータ１０の断面を図２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３（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。また、図４には分布巻きコイル１００を示し、（ａ）は分布巻きコイル１００の平面図、（ｂ）は分布巻きコイル１００の正面図である。図５は図２における一部を拡大した図であり、図６は図５をさらに拡大した図である。

図３（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３（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、スロット５１〜９８はステータコア２０の中心Ｏから放射方向に延びている。図６において、スロット５６の中心線をＬ１で示し、Ｌ１はステータコア２０の中心Ｏから放射方向に延びている。同様に、スロット５７，５８，５４，５５の中心線を、それぞれＬ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５で示す。

スロット５１〜９８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対向面ＳＷを有している。例えば、図３（ａ）でのスロット５６について、図５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Ｌ１に平行なる対向面ＳＷを有している。図６ではステータコア２０の中心Ｏから放射方向に延びる直線Ｌ１に平行なる線をＬ１ａで示す。同様に、図６において、スロット５８についてステータコア２０の中心Ｏから放射方向に延びる直線Ｌ３に平行なる線をＬ３ａで示し、スロット５４についてステータコア２０の中心Ｏから放射方向に延びる直線Ｌ４に平行なる線をＬ４ａで示す。

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３参照）となっている。
一方、図３（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１５°毎に２４分割され、分割された各ステータコア構成部分２１〜４４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１つおきのスロット５１，５３，５５，５７，５９，…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２１〜４４に分割することにより、ステータコア構成部分２１〜４４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２１〜４４においては分割位置以外に１つのスロット５２，５４，５６，５８，６０，…を有している。また、ステータコア構成部分２１〜４４は２つのティースを有している。

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４に示すように、分布巻きコイル１００は、２４個設けられており、２４個の分布巻きコイルを符号１０１〜１２４で示す。分布巻きコイル１０１〜１２４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１０１〜１２４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、分布巻きコイル１０１は、図２に示すように、スロット５１と、同スロット５１に対し（すなわちスロット５１を０番目とした場合）時計回りに５番目に位置するスロット５６に挿入される。同様に、分布巻きコイル１０２は、スロット５３と、同スロット５３に対し時計回りに５番目に位置するスロット５８に挿入される。また、分布巻きコイル１０３は、スロット５５と、同スロット５５に対し時計回りに５番目に位置するスロット６０に挿入される。

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「５」である。すなわち、分布巻きコイル１００は対をなす奇数ピッチの２つのスロットに挿入されている。

図１において、分布巻きコイル１０１，１０４，１０７，１１０，１１３，１１６，１１９，１２２が同相（例えばＵ相）のコイルである。また、分布巻きコイル１０２，１０５，１０８，１１１，１１４，１１７，１２０，１２３が同相（例えばＶ相）のコイルである。さらに、分布巻きコイル１０３，１０６，１０９，１１２，１１５，１１８，１２１，１２４が同相（例えばＷ相）のコイルである。

分布巻きコイル１００（１０１〜１２４）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（１０１〜１２４）は、図１（ｂ）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２，６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（１０１〜１２４）は、重ね巻コイルであり、図４のコイルエンド１００ｂにおいては一方のスロット内で積層して配置された最も内周側と他方のスロット内で積層して配置された最も外周側を結ぶように延びている。

図３，５，６に示すように、スロット５１〜９８のうちの１つおきのスロット５１，５３，５５，５７，５９，…９７においては、開口部には三角形の突部（鍔）１５０，１５１が形成され、三角形の突部１５０，１５１により開口部が幅狭になっている。

よって、周方向に沿って形成されたスロットにおいて、開口部が幅狭となっているスロット５１，５３，５５，…９７と、幅狭となっていないスロット５２，５４，５６，…９８とが交互に配置されている。

図５，６を用いて、スロット５４，５５，５６，５７，５８付近を例にとって説明する。
スロット５４とスロット５５との間にはティースＴ１が、スロット５５とスロット５６との間にはティースＴ２が、スロット５６とスロット５７との間にはティースＴ３が、スロット５７とスロット５８との間にはティースＴ４が形成されている。

ティースＴ１の先端におけるステータコア２０の中心Ｏ側から見て右側壁には三角形状に突出する突部（鍔）１５０が形成されている。また、ティースＴ２の先端におけるステータコア２０の中心Ｏ側から見て左側壁には三角形状に突出する突部（鍔）１５１が形成されている。突部１５１のステータコア２０の中心Ｏ側から見て左側壁は右隣のスロット５６の中心線（Ｌ１）と平行に延びている。図６では突部１５１の斜辺は線Ｌ１ｂ上に延びている。一方、突部１５０の右側壁、即ち、三角形の斜辺は隣のスロット５４の中心線（Ｌ４）と平行に延びている。図６では突部１５０の斜辺は線Ｌ４ｂ上に延びている。これにより、スロットにおける幅狭部を構成する部位の側壁（突部１５０，１５１の側壁）は、隣接するスロットにおけるステータコア中心Ｏから放射方向に延びる直線（分布巻きコイルの挿入方向）に平行に延びていることになる。

同様に、ティースＴ３の下端における右側壁には突部１５０が形成されている。また、ティースＴ４の下端における左側壁には突部１５１が形成されている。突部１５０の右側壁、即ち、三角形の斜辺は隣のスロット５６の中心線（Ｌ１）と平行に延びている。図６では突部１５０の斜辺は線Ｌ１ｂ上に延びている。一方、突部１５１の左側壁、即ち、三角形の斜辺は隣のスロット５８の中心線（Ｌ３）と平行に延びている。図６では突部１５０の斜辺は線Ｌ３ｂ上に延びている。

このように、スロット５１，５３，５５，５７，…９７における開口部において対向面から各々突出する突部１５０，１５１により開口幅を狭めた幅狭部となっている。分布巻きコイル１００が挿入される対をなす２つのスロット（例えば、分布巻きコイル１０３についてのスロット５５，６０）のうちの一方のスロット（分布巻きコイル１０３ではスロット５５）は、図５に示すように、開口部における幅Ｗ１が、分布巻きコイル１００が挿入された部位での幅Ｗ２よりも狭くなっている（Ｗ１＜Ｗ２）。

また、図５に示すように、開口部における幅Ｗ１は、スロット内の分布巻きコイルの幅Ｗ３よりも狭くなっている（Ｗ１＜Ｗ３）。さらに、図６に示すように、突部１５０，１５１の長さＬ２０はステータコア構成部分２１〜４４の挿入時に、分布巻きコイル１００に干渉しない長さである。

即ち、ステータコアの分割位置におけるスロットを区画する対向面ＳＷのうちの少なくとも一方の面には、コイルの内周側端部の位置よりもステータコアの中心Ｏ側の位置に突部１５０，１５１が形成され、突部１５０，１５１が形成された部位におけるスロットの周方向の幅Ｗ１がコイルの幅Ｗ３よりも狭められている。突部１５０，１５１は、スロットを区画する対向面ＳＷのうちの両方の面に形成してなる。ステータコア構成部分において、突部（１５０，１５１）を形成した面は、２つのティース間に形成されたスロットの中心線に平行に延びている。

そして、予め成型された分布巻きコイル１００（１０１〜１２４）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、分布巻きコイル１００を図４に示す状態に並べた後に、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２１〜４４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（１０１〜１２４）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。

分布巻きコイル１００が対をなす２つのスロットに挿入されるが、分布巻きコイル１００は、対をなす２つのスロットのうちの一方のスロットにおいて、突部１５０，１５１により開口部における幅Ｗ１が、分布巻きコイル１００の幅Ｗ３よりも狭くなっている。これにより、２つのスロットに入る分布巻きコイルの片方を突部（鍔）１５０，１５１により押さえて固定することができる。分布巻きコイル１００は、ワニス等で固められているため、分布巻きコイル１００の片方が押さえられていれば、分布巻きコイル１００のステータ径方向内側への飛び出しを防止することができる。

また、分布巻きコイルとして重ね巻きの場合、対をなす２つのスロットのうちの他方のスロットにおいては、コイルエンド１００ｂにおいて、他方のスロットに挿入されたコイルのコイルエンド１００ｂに対し、ステータ径方向の内側に他の分布巻きコイルのコイルエンド１００ｂが位置している。よって、突部１５０，１５１が無いスロットに挿入されたコイルについても他相のコイルによってステータ径方向内側への飛び出しが防止される（他相のコイルがステータ内径への飛び出し防止にもなる）。これにより、さらなる信頼性向上が可能となる。

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）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２つのティースを有することで、分割数をスロット数の１／２とすることができる。つまり、特許文献１では、ステータコアの分割数はスロット数と等しく、分割数が大きかったが、本実施形態においてはスロットの数は「４８」であり、ステータコア構成部分の分割数はスロットの数の１／２の「２４」である。よって、ステータコアの分割数はスロット数の半分であり、ステータコアの分割数を少なくすることができる。

また、ステータコアの分割位置におけるスロットを区画する対向面のうちの少なくとも一方の面には、コイルの内周側端部の位置よりもステータコアの中心側の位置に突部１５０，１５１が形成され、突部１５０，１５１が形成された部位におけるスロットの周方向の幅がコイルの幅よりも狭められている。これにより、２つのスロットに入る分布巻きコイルの片方を押さえることで分布巻きコイル１００のステータ径方向内側への飛び出しを防止することができる。その結果、ステータコア２０の分割数を少なくできると共にコイルのステータ径方向内側への飛び出しを防止することができる。

（２）特許文献１では第１コア片は周方向突起（係止手段）を備え、第２コア片は周方向突起（係止手段）が無く、２種類のコア片（ステータコア構成部分）を用意する必要があり、部品点数の増大を招いていた。これに対し本実施形態では、各ステータコア構成部分２１〜４４は同一形状であり、１種類のみの最小であり、部品点数を少なくすることができる。このように、コイルのステータ径方向内側への飛び出し防止機能を維持した上で、分割数の半減と部品点数の半減が可能となる。

（３）分布巻きコイル１００は重ね巻コイルであるので、対をなす２つのスロットのうちの他方のスロットにおいては、コイルエンドにおいて、コイルに対し、ステータ径方向の内側に他の分布巻きコイルが位置しているので、この他のコイルによりステータ径方向内側への飛び出しが防止される。よって、スロットにおいて他の分布巻きコイルによりステータ径方向内側への飛び出しをより確実に防止することができる。

（４）突部１５０，１５１は、スロットを区画する対向面ＳＷのうちの両方の面に形成されているので、突部は、スロットを区画する対向面のうちの一方の面のみに形成されている場合に比べて、コイルのステータ径方向内側への飛び出しをより確実に防止することが可能となる。

（５）ステータコア構成部分において、突部１５０，１５１を形成した面は、２つのティース間に形成されたスロットの中心線に平行に延びているので、スロットにコイルを挿入する上で好ましいものとなる。

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５１，５３，５５，５７，５９，…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。

・上記実施形態ではスロット５１，５３，５５，５７，５９，…において開口部に突部１５０，１５１を形成して突部１５０，１５１により開口部を幅狭にしたが、一方のみの突部を設けて開口部を幅狭にしてもよい。

・コイルピッチｐは、ｐ＝「５」であったが、これに限ることなく他の奇数（例えばｐ＝７）としてもよい。
・上記実施形態ではコイルは重ね巻であったが、これに限ることはない（例えば波巻方式等であってもよい）。

・突部の側壁は分布巻きコイルの中心線に平行でなくてもよい。コイルの幅よりスロットの出口付近の幅が狭くなっていればよい。
・突部は三角形でなくてもよい。例えば、四角形や半円形でもよい。

・図７に示すように、突部２００は、スロット２０１の先端でのスロット開口部２０２より少しスロット２０１の奥側に位置していてもよい。
・上記実施形態ではスロット内が単層巻の重ね巻コイルを用いていたが、スロット内が二層巻になっている重ね巻コイルを用いてもよい。

・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、２１〜４４…ステータコア構成部分、５１〜９８…スロット、１００…分布巻きコイル、１０１〜１２４…分布巻きコイル、１５０…突部、１５１…突部、Ｌ１…直線、Ｗ１…幅、Ｗ３…幅。

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るステータコアと、
   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奇数ピッチの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２つのティースを有し、
   前記ステータコアの分割位置におけるスロットを区画する対向面のうちの少なくとも一方の面には、コイルの内周側端部の位置よりもステータコアの中心側の位置に突部が形成され、前記突部が形成された部位におけるスロットの周方向の幅がコイルの幅よりも狭められている
   ことを特徴とする回転電機のステータ。
2. 前記分布巻きコイルは、重ね巻コイルであ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. 前記突部は、前記スロットを区画する対向面のうちの両方の面に形成してな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. 前記ステータコア構成部分において、前記突部を形成した面は、前記２つのティース間に形成されたスロットの中心線に平行に延びている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. 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１〜４のいずれか１項に記載の回転電機のステータ。

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