JP2011217508A

JP2011217508A - 回転電機の固定子

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Publication number: JP2011217508A
Application number: JP2010082864A
Authority: JP
Inventors: Ryosuke Utaka; 良介宇鷹; Atsushi Umeda; 梅田　　敦司
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-03-31
Filing date: 2010-03-31
Publication date: 2011-10-27
Anticipated expiration: 2030-03-31
Also published as: US20110241462A1; JP5585819B2; US8659201B2

Abstract

【課題】周方向に隣合うコイルエンド溶接部間の電位差が所定の電位差よりも大きい場合でも当該溶接部間の絶縁性を確保すること。
【解決手段】回転電機の固定子５０は、周方向に複数のスロットを有する円環状の固定子コア３０と、当該固定子コア３０に巻回される複数の導線から成る固定子巻線４０とを有し、当該固定子巻線４０を形成する一方の導線の内周側コイルエンド部４０ａと、他方の導線の外周側コイルエンド部４０ｂとの双方の先端部が当接して溶接された溶接部４０ｊを、固定子コア３０の円周上に複数有する。複数の溶接部４０ｊのうち隣合う電位差が所定の電位差よりも大きい溶接部４０ｊの一方が固定子コア３０の内周側に配置され、他方が外周側に配置されている。
【選択図】図７

Description

本発明は、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両に搭載される電動機や発電機等の回転電機の固定子に関する。

従来、回転電機の固定子として、周方向に複数のスロットを有する円環状の固定子コアと、固定子コアに巻回される複数の導線からなる固定子巻線とを備えたものが一般的に知られている。例えば特許文献１には、スロット内に配置される導線の占積率（スロット内に導体が占める割合）を向上させるために、導線の軸線に対して垂直方向の断面形状が矩形形状であるとともに、導線を展開した際の全体形状がクランク状に蛇行した形状の各相巻線（Ｕ相導体、Ｖ相導体、Ｗ相導体）により、固定子巻線を構成する技術が開示されている。この場合、固定子巻線を構成する各相巻線は、固定子コアに所定の回数、渦巻き状に巻回して円筒状に形成された構造となっている。

特開２００１−１４５２８６号公報

このような回転電機の固定子の場合、固定子巻線を構成する各相巻線は、固定子コアに所定の回数、渦巻き状に巻回されることにより円筒状に形成される構造であることから、それぞれの導線は長さの長いものが必要になる。

このため、本出願人は、特願２００９−２４１７９８号において図１に示す構造の回転電機の固定子２０を出願している。この固定子２０は、図２に示す周方向に複数のスロット３１を有する円環状の固定子コア３０と、固定子コア３０に巻回される複数の導線からなる固定子巻線４０とを備えて構成されている。固定子巻線４０は、第１〜第ｎスロット収容部のうちの第１スロット収容部をスロット３１の最も外径側に配置し、第ｎスロット収容部をスロット３１の最も内径側に配置するものであって、固定子巻線を形成する各相巻線は、少なくとも２つの導線を有するとともに、一方の導線の第１スロット収容部に接続される外周側端部と他方の導線の第ｎスロット収容部に接続される内周側端部とが渡り部７０により接続されている。更に説明すると、渡り部７０は、所定の内周側と外周側との双方の導線のコイルエンド同士を当接して溶接した部分（溶接部）７０ａを含んで、固定子コア３０の円環形状を半径方向に横切る部分である。

しかし、上記の特願２００９−２４１７９８号の構成においては、多数の溶接部７０ａが円環形状の外周に沿って一定間隔で配列されているが、溶接部７０ａが多数存在するために、隣合う溶接部７０ａ同士の間隔ｄ１が狭まり、この間隔ｄ１である沿面距離が短くなる。この短い沿面距離ｄ１の溶接部間の電位差が、異なる相同士では同相の溶接部に対して大きいため、その溶接部間で絶縁性を確保することができないという問題が生じる。ここで、異なる相同士では同相の溶接部に対して電位差が大きいため絶縁に要する空間距離、円面距離ともに大きく確保する必要がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、周方向に隣合うコイルエンド溶接部間の電位差が所定の電位差よりも大きい場合でも当該溶接部間の絶縁性を確保することができる回転電機の固定子を提供することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、周方向に複数のスロットを有する円環状の固定子コアと、当該固定子コアに巻回される複数の導線から成る固定子巻線とを有し、当該固定子巻線を形成する一方の導線の内周側コイルエンド部と、他方の導線の外周側コイルエンド部との双方の先端部が当接して溶接された溶接部を、前記固定子コアの円周上に複数有する回転電機の固定子において、前記複数の溶接部は、当該溶接部のうち溶接部の一方が前記固定子コアの内周側に配置され、他方が外周側に配置されていることを特徴とする。

この構成によれば、固定子コアの円周上に沿って多数のコイルエンドの溶接部が配置される場合、溶接部の一方が内周側に配置され、他方が外周側に配置されるようにした。例えば、隣合う溶接部の電位差が所定の電位差よりも大きい場合、一方が内周側に配置され、他方が外周側に配置されるようにした。このため、双方の溶接部間の距離が十分に離れるため、電位差が大きくても双方の溶接部間の絶縁性を確保することができる。

請求項２に記載の発明は、前記複数の溶接部は、前記内周側コイルエンド部及び前記外周側コイルエンド部が前記固定子コアの径方向に折り曲げられ、この折曲がった双方の先端部同士が溶接されていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、前記複数の溶接部は、前記固定子コアの内周側と外周側とに、周方向に交互に配置されていることを特徴とする。

この構成によれば、複数の溶接部が、固定子コアの内周側と外周側とに、周方向に交互に配置される。つまり、溶接部が１つずつ又は２つずつ以上が周方向に交互に配置されるので、配置構成が容易と成る。

請求項４に記載の発明は、前記複数の溶接部は、前記固定子巻線の軸方向端部側から周方向に外周側または内周側に配置されていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、前記複数の溶接部は、前記内周側コイルエンド部と前記外周側コイルエンド部との双方の先端部が、当該双方の先端部における前記円周上の面と平行な対向面同士が当接され、この当接部分が溶接されて形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、内周側と外周側との双方のコイルエンド部の先端部の上下面、言い換えれば、固定子コア内に配設されるロータ回転軸方向の先端部の面同士が当接されて接合されているので、固定子の周方向のサイズを小型化することが出来る。

請求項６に記載の発明は、前記複数の溶接部は、前記内周側コイルエンド部と前記外周側コイルエンド部との双方の先端部が、当該双方の先端部における前記周方向を向く側面同士が当接され、この当接部分が溶接されて形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、内周側と外周側との双方のコイルエンド部の先端部における周方向を向く側面同士が当接されて接合されているので、固定子の回転軸方向のサイズを小型化することが出来る。

従来の回転電機の固定子の構成を示す斜視図である。回転電機の固定子の固定子コアの構成を示す平面図である。本発明の実施形態に係る回転電機の固定子の構成を示す斜視図である。本実施形態の回転電機の固定子の特徴部分である溶接部を示す斜視図である。本実施形態の回転電機の固定子の特徴部分である他の溶接部を示す斜視図である。本発明の実施形態に係る回転電機の固定子の他の構成を示す斜視図である。本発明の実施形態に係る回転電機の固定子のその他の構成を示す斜視図である。本実施形態に係る回転電機の固定子の他の構成を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。但し、本明細書中の全図において相互に対応する部分には同一符号を付し、重複部分においては後述での説明を適時省略する。

図３は、本発明の実施形態に係る回転電機の固定子の構成を示す平面図、図４は本実施形態の回転電機の固定子の特徴部分の構成を示す斜視図である。

図３及び図４に示す回転電機の固定子５０は、周方向に複数のスロット３１（図２参照）を有する円環状の固定子コア３０と、固定子コア３０に巻回される複数の導線から成る固定子巻線４０とを備える。この固定子巻線４０を形成するＵＶＷ各相巻線は少なくとも２つの導線を有すると共に、一方の導線の内周側に配設された内周側コイルエンド部４０ａ及び他方の導線の外周側に配設された外周側コイルエンド部４０ｂが、円環形状の周方向に内周側と外周側とで交互に円環形状を半径方向に横切る状態に折り曲げられている。但し、導線は、当該導線の軸線に対して垂直方向の断面形状が矩形形状であると共に、導線を展開した際の全体形状がクランク状に蛇行した形状となっている。

外周側に折り曲げられた内周側コイルエンド部４０ａの先端部は、接続対象の外周側コイルエンド部４０ｂの先端部と溶接されている。この溶接部分を外周側溶接部４０ｊｂと称す。一方、内周側に折り曲げられた外周側コイルエンド部４０ｂの先端部は、接続対象の内周側コイルエンド部４０ａの先端部と溶接されている。この溶接部分を内周側溶接部４０ｊａと称す。

なお、互いに接続対象である内周側コイルエンド部４０ａと外周側コイルエンド部４０ｂとの双方の先端部の位置は、互いが同一半径線上には無く周方向にずれている。このため、上記のように内周側コイルエンド部４０ａ又は外周側コイルエンド部４０ｂを円環形状を半径方向に横切る状態に折り曲げ、この折り曲げた先端部が他方の先端部と同位置に来るようにしている。その円環形状を半径方向に横切る部分は渡り部と呼ばれるが、この渡り部は、図１に符号７０で示したようにＳ字状でもよく、又はく字状等であってもよい。

また、図５に示すように、内周側コイルエンド部４０ａと外周側コイルエンド部４０ｂとの双方の直方体形状の先端部の溶接部４０ｊは、当該先端部の円周方向を向く側面を当接し、この当接部分を溶接した形状であってもよい。

また、上記では図３に示したように、内周側溶接部４０ｊａと外周側溶接部４０ｊｂとが円周方向に１つずつ交互に配列される構造であるが、図６に示す回転電機の固定子５０−１のように、内周側溶接部４０ｊａと外周側溶接部４０ｊｂとが円周方向に２つずつ交互に配列される構造としてもよい。

更に、図７に矢印Ｙ１とＹ２、又はＹ３とＹ４で示すように、隣合う溶接部の電位差が例えば異なる相同士では同相の溶接部に対して大きいため、当該双方の溶接部の一方を内周側溶接部４０ｊａ、他方を外周側溶接部４０ｊｂとする構造としてもよい。つまり、異なる相同士では同相の溶接部に対して電位差が大きいため絶縁に要する空間距離、円面距離ともに大きく確保する必要がある。

なお、このように隣合う電位差の大きい２つの溶接部の一方を内周側溶接部４０ｊａ、他方を外周側溶接部４０ｊｂとする構造であれば、図６に示した内周側溶接部４０ｊａと外周側溶接部４０ｊｂとが円周方向に２つずつ交互に配列される構造以外に、３つ以上ずつが交互に配列される構造としてもよい。

このように本実施形態の回転電機の固定子は、周方向に複数のスロットを有する円環状の固定子コア３０と、当該固定子コア３０に巻回される複数の導線から成る固定子巻線４０とを有し、当該固定子巻線４０を形成する一方の導線の内周側コイルエンド部４０ａと、他方の導線の外周側コイルエンド部４０ｂとの双方の先端部が当接して溶接された溶接部４０ｊを、固定子コア３０の円周上に複数有する。

本実施形態の特徴は、複数の溶接部４０ｊのうち一方が固定子コア３０の内周側に配置され、他方が外周側に配置されている構成にある。また、複数の溶接部４０ｊのうち隣合う電位差が所定の電位差よりも大きい溶接部４０ｊの一方が固定子コア３０の内周側に配置され、他方が外周側に配置されている構成としても良い。

この構成によれば、固定子コア３０の円周上に沿って多数のコイルエンドの溶接部４０ｊが配置される場合でも、隣合う電位差が所定の電位差よりも大きい溶接部４０ｊの一方が内周側に配置され、他方が外周側に配置されるようにした。このため、双方の溶接部４０ｊ間の距離が十分に離れるため、電位差が所定の電位差よりも大きくても双方の溶接部４０ｊ間の絶縁性を確保することができる。

また、複数の溶接部４０ｊは、固定子コア３０の内周側と外周側とに、周方向に交互に配置されている。従って、複数の溶接部４０ｊが、固定子コア３０の内周側と外周側とに、周方向に交互に配置される。つまり、溶接部４０ｊが１つずつ又は２つずつ以上が周方向に交互に配置されるので、配置構成が容易と成る。

更に、複数の溶接部４０ｊは、内周側コイルエンド部４０ａと外周側コイルエンド部４０ｂとの双方の先端部が、当該双方の先端部における円周上の面と平行な上下面同士が当接され、この当接部分が溶接されて形成されている。

これによって、内周側と外周側との双方のコイルエンド部の先端部の上下面、言い換えれば、固定子コア３０内に配設されるロータ回転軸方向の先端部の面同士が当接されて接合されているので、固定子５０の周方向のサイズを小型化することが出来る。

更には、複数の溶接部４０ｊは、内周側コイルエンド部４０ａと外周側コイルエンド部４０ｂとの双方の先端部が、当該双方の先端部における周方向を向く側面同士が当接され、この当接部分が溶接されて形成されている。

これによって、内周側と外周側との双方のコイルエンド部の先端部における周方向を向く側面同士が当接されて接合されているので、固定子５０の回転軸方向のサイズを小型化することが出来る。

この他、以上の特徴構成は図８に示す構成の回転電機の固定子５０−３においても同様に適用して同様の効果を得ることが出来る。固定子５０−３は、周方向に複数のスロット３１（図２参照）を有する円環状の固定子コア３０と、固定子コア３０のスロット３１に導線が分割して挿通され、下方に突き出た部分が所定のもの同士で接合されて巻回される複数の導線から成る固定子巻線４０とを備える。この固定子巻線４０を形成するＵＶＷ各相巻線は少なくとも２つの導線を有すると共に、一方の導線の内周側に配設された内周側コイルエンド部４０ａと、他方の導線の外周側に配設された外周側コイルエンド部４０ｂとが対向状態に固定子巻線４０の上方で折り曲げられ、この折曲がった双方の端面が固定子巻線４０の上方で当接して溶接（溶接部）５１されている。この溶接５１されて折曲がった部分が、固定子巻線４０の上方で円環形状を半径方向に横切る渡り部５２となっている。但し、固定子巻線４０の上方とは、固定子コア３０内に配設されるロータ回転軸の方向（軸方向端部側）をいう。

２０，５０，５０−１，５０−２回転電機の固定子
３０固定子コア
３１スロット
４０固定子巻線
４０ａ内周側コイルエンド部
４０ｂ外周側コイルエンド部
４０ｊａ内周側溶接部
４０ｊｂ外周側溶接部
７０ａ溶接部
７０渡り部

Claims

周方向に複数のスロットを有する円環状の固定子コアと、当該固定子コアに巻回される複数の導線から成る固定子巻線とを有し、当該固定子巻線を形成する一方の導線の内周側コイルエンド部と、他方の導線の外周側コイルエンド部との双方の先端部が当接して溶接された溶接部を、前記固定子コアの円周上に複数有する回転電機の固定子において、
前記複数の溶接部は、当該溶接部のうち溶接部の一方が前記固定子コアの内周側に配置され、他方が外周側に配置されていることを特徴とする回転電機の固定子。
前記複数の溶接部は、前記内周側コイルエンド部及び前記外周側コイルエンド部が前記固定子コアの径方向に折り曲げられ、この折曲がった双方の先端部同士が溶接されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機の固定子。
前記複数の溶接部は、前記固定子コアの内周側と外周側とに、周方向に交互に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転電機の固定子。
前記複数の溶接部は、前記固定子巻線の軸方向端部側から周方向に外周側または内周側に配置され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固定子。
前記複数の溶接部は、前記内周側コイルエンド部と前記外周側コイルエンド部との双方の先端部が、当該双方の先端部における前記円周上の面と平行な対向面同士が当接され、この当接部分が溶接されて形成されてい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固定子。
前記複数の溶接部は、前記内周側コイルエンド部と前記外周側コイルエンド部との双方の先端部が、当該双方の先端部における前記周方向を向く側面同士が当接され、この当接部分が溶接されて形成されてい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固定子。