JP2012080699A - 回転電機ステータ - Google Patents
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Abstract
【課題】回転電機ステータにおいて、分布巻きでコイルを巻装する構成において、コイルエンドでの絶縁性を十分に確保しつつ、コイルエンドの軸方向高さを有効に小さくすることである。
【解決手段】ステータ10は、周方向複数個所に設けられたスロットを有するステータコア14と、ステータコア14に分布巻きで巻装された複数相のステータコイル16,18,20とを含む。複数相のステータコイル16,18,20の一部により形成されるコイルエンド30において、周方向に隣り合う異相の導体セグメント24間の最小間隔である、異相コイル間ギャップG1を、周方向に隣り合う同相の導体セグメント24間の最小間隔である、同相コイル間ギャップG2よりも大きくする。
【選択図】図2
【解決手段】ステータ10は、周方向複数個所に設けられたスロットを有するステータコア14と、ステータコア14に分布巻きで巻装された複数相のステータコイル16,18,20とを含む。複数相のステータコイル16,18,20の一部により形成されるコイルエンド30において、周方向に隣り合う異相の導体セグメント24間の最小間隔である、異相コイル間ギャップG1を、周方向に隣り合う同相の導体セグメント24間の最小間隔である、同相コイル間ギャップG2よりも大きくする。
【選択図】図2
Description
本発明は、周方向複数個所に設けられたスロットを有するステータコアと、ステータコアに分布巻きで巻装された複数相のステータコイルとを備える回転電機ステータに関する。
従来から、回転電機のステータとして、スロットと呼ばれる径方向に伸びる溝を周方向に複数設けたステータコアを備え、互いに周方向に離れた2ずつのスロットに挿入するように、ステータコアにステータコイルを分布巻きで巻装する構造が知られている。
また、この場合にステータコイルとして、複数のU字形の導体セグメントをステータコアの軸方向片側から他側に、複数のスロットに挿入するとともに、軸方向他側で径方向に隣り合う導体セグメントの端部同士を結合することでコイル状に形成して、導体セグメントコイルとすることも考えられている。
さらに、複数の導体セグメントを連結することによりコイル状に形成し、単位コイルとしたものを複数個設け、ステータコアの周方向に複数の単位コイルを連結することにより各相のステータコイルを構成することも考えられている。この場合、各相のステータコイルの巻き始めと巻き終わりとの間に、回転電機の駆動回路から、相内電位差が印加されることになるので、巻き始めの導体セグメントと巻き終わりの導体セグメントとが同じスロット内に配置されるのを防止して、同じスロット内で大きな電位差が生じるのを防止できる手段の実現が求められている。
例えば、このような目的のために、本発明者らにより、図8から図17に示すような先発明のステータが考えられている。図8は、先発明のステータを示す斜視図である。図9は、図8のステータの正面図である。図8、図9に示すように、ステータ10は、周方向複数個所に設けられたスロット12を有するステータコア14と、ステータコア14に分布巻きで設けられたU相、V相、W相の3相のステータコイル16,18,20とを備える。図8、図9では、「u」「v」「w」の符号を付した部分が、それぞれU相、V相、W相を表している。
各相のステータコイル16,18,20は、ステータコア14の周方向に離れた2のスロットの間隔を予め一定に定められた単位コイル間隔として、単位コイル間隔でコイル素線である導体セグメント24をコイル状に形成したものを1の単位コイルとして、複数の単位コイルを環状に連結するように構成して、ステータコア14に配置している。なお、図9では、各相のステータコイルを区別しやすくするために便宜上、V相ステータコイル18に砂地模様を付し、W相ステータコイル20に斜線を付している。次に、まずステータコイル16,18,20の配置構成を説明し、その後、導体セグメント24の具体的構成を説明する。
図10から図14を用いて、図8に示すステータコイルを1相であるU相分だけステータコアに設けた場合の配置位置を説明する。図10は、図8のステータにおいて、1相分のU相分のステータコイルが巻装された様子を示す概略斜視図である。
図10に示すように、ステータ10は、ステータコア14と、ステータコイル16とを有する。ステータコア14は、磁性粉末を加圧成形してなる圧粉磁心、または電磁鋼板等の金属板の積層体等により構成され、内周面の周方向複数個所に径方向に伸びるスロット12を形成している。各相のステータコイル16は、それぞれ周方向の幅が予め定められた単位コイル間隔である8個の単位コイルを連結するようにステータコア14に巻装したものを前半部32(図12参照)としてステータコア14を1周りさせ、続いて同様に8個の単位コイルを連結するようにステータコア14に巻装したものを後半部としてステータコア14を1周りさせている。この場合、ステータコイル16の前半部32を配置するスロット12と、ステータコイル16の後半部を配置するスロット12とは、周方向に1ずつずらせている。
図11は、図10における1相分であるU相分のステータコイルを取り出して示す図である。なお、V相、W相のステータコイルの基本形状は、U相の場合と同様である。U相ステータコイル16は、導体線をコイル状に形成した単位コイルを16個組み合わせて構成している。図11で、C1、C2・・・C16と示しているのは、16個の単位コイルを区別するためのコイル番号で、U相ステータコイル16の巻き始めが1番目単位コイルである単位コイルC1で、巻き終わりが16番目単位コイルである単位コイルC16である。
図11に示すように、単位コイルC1に隣接して単位コイルC2を配置し、以下C3、C4・・・C16と順次隣接して配置し、周方向に2周している。このため、コイル番号をiとして、i番目コイルと(i+8)番目コイルとは、1スロット分ずれているが一部径方向に重なり合うように配置されている。
図12は、図11のステータコイルのうち、前半部の巻き始めの1番目から8番目までの8個の単位コイルを示す図である。ステータコイル16の前半部32は、8個の単位コイル22が連結され、隣り合う単位コイル22同士で周方向の一端部同士が径方向に対向するように配置されている。図12では、ステータコイル16のうち、後半部34(図14参照)の9番目から16番目までの単位コイルの図示を省略しているが、基本形状は図12の前半部32の形状と同様で、配置位置が前半部32に対し周方向にずれている。
図13は、図12の前半部の8個の単位コイルをステータコアに巻装する様子を説明する模式図である。図14は、図13に引き続いて、後半部の8個の単位コイルをステータコアに巻装する様子を説明する模式図である。図14では、図13の前半部32の単位コイル22の図を省略している。なお、図13、図14では、ステータコア14の平面図と、その外側の複数の単位コイル22とを示している。なお、ステータコア14には48個のスロット12を設けているが、必要な部分にのみスロット番号を付している。なお、以下ではスロット番号にSを付して説明する。分布巻きの場合、いくつかのスロット12をまたぐように、周方向に離れた2のスロット12に各単位コイル22を配置している。この2のスロット12は、予め定めた単位コイル間隔35で離れている。単位コイルC1は、ステータコイル16の巻き始めで、回転電機の動力線INに接続されている。単位コイルC1は、スロットS4とS10との間に導体線を複数回巻回してコイル状に形成している。この巻き始めは、動力線IN側であるステータコア14の外周側であり、外周側から内周側に向かうようにスロット12にコイル状に巻装される。次いで、単位コイルC1の巻き終わりで単位コイルC2に接続される。すなわち、単位コイルC1の巻き終わりでスロットS10から単位コイル間隔35離れたスロットS16に渡り、スロットS10とS16との間に導体線を複数回巻回してコイル状に形成することで、単位コイルC2を構成している。次いで順次これを繰り返して単位コイルC3から単位コイルC8までを形成することにより前半部32が構成される。
前半部32の巻き終わりは、ステータコア14の最外周側で、図14に示す後半部34の単位コイルC9に接続される。このとき、単位コイルC9は、単位コイルC1から1スロット分ずれて、スロットS3とS9との間にわたって複数回巻回されることによりコイル状に形成されている。次いで、単位コイルC9の巻き終わりで単位コイルC10に接続される。すなわち、単位コイルC9の巻き終わりでスロットS9から単位コイル間隔35離れたスロットS15に渡り、スロットS9とS15との間に導体線を複数回巻回してコイル状に形成することで、単位コイルC10を構成している。次いで順次これを繰り返して単位コイルC11から単位コイルC16までを形成することにより後半部34が構成される。
また、単位コイルC16の巻き終わりは、ステータコア14の最外周側から取り出され、回転電機の中性点に接続される。図14では、単位コイルC16の巻き終わりがOUT(中性点)として示されている。このように、ステータコイル16の前半部32と後半部34とが配置されるスロット12は、周方向にずれているので、巻き始めの単位コイルC1と巻き終わりのC16とが同じスロット12に配置されることはない。前半部32で考えた場合、隣り合う2の単位コイル22(例えばC1とC2)は同じスロット12に配置されるが、電位差は小さい。また、巻き始めの単位コイルC1と単位コイルC8とは同じスロットS4に配置されるが、単位コイルC8はステータコイル16の巻き始めと巻き終わりとの間のほぼ中間であるので、互いの電位差は相内電位差の約半分に抑えられる。このため、ステータコイル16が巻回されるスロット12内で生じる電位差は、最大でも相内電位差の半分程度と小さく抑えることができる。したがって、ステータコイル16を構成する導体線に施す絶縁処理を簡素化できる。また、以上は、U相のステータコイル16について説明したが、V相、W相のステータコイル18,20(図8、図9)についても同様に構成するとともに、図8、図9に示すように、V相ステータコイル18を配置するスロット12を周方向に2ずつずらせ、W相ステータコイル20を配置するスロット12を、周方向にさらに2ずつずらせる。
このような各相のステータコイル16,18,20を構成する際に、図15に1つを示す複数の略U字形の導体セグメント24を導体線として使用している。すなわち、導体セグメント24を複数連結することにより1の単位コイルである、セグメントコイルを構成し、このセグメントコイルを複数連結することにより各相のステータコイル16,18,20(図8、図9)を構成している。図15は、図8の各相ステータコイルを構成する1の導体セグメントを、ステータコアに配置する以前の状態で示す図である。導体セグメント24は、導体線の両端部を同方向に曲げ形成することで略U字形に形成したもので、両端部に単位コイル間隔と同じ間隔で設けられた2本の平行な脚部26を有し、各脚部26の一端を連結部28で連結している。各単位コイルを構成する場合、このような導体セグメント24を複数本、例えば5本を使用し、予め一定に定めた単位コイル間隔で配置される2のスロット12(図8、図9)の径方向に沿って整列させるように、ステータコア14の軸方向片側(図8、図9の下側)から軸方向他側(図8、図9の上側)に挿入する。そして、各導体セグメント24の2の脚部26(図15)の先端部で、ステータコア14の軸方向他面(図8、図9の上面)から突出した部分を互いにほぼ周方向に対向する側に折り曲げる。また、1の導体セグメント24の片側の脚部26の先端部と、この1の導体セグメント24に径方向に隣り合う他の導体セグメント24の他側の脚部26の先端部とを溶接等により接続し、これを各導体セグメント24で繰り返すことにより、コイル状のセグメントコイルを形成する。この際、1の導体セグメント24の片側の脚部26の先端部を軸方向に対し略斜めに曲げ形成し、他の導体セグメント24の他側の脚部26の先端部を軸方向に対し逆方向の略斜めに曲げ形成している。
また、各相のステータコイル16,18,20は、複数のセグメントコイルを環状に連結することにより構成される前半部32と、別の複数のセグメントコイルを環状に連結することにより構成される後半部34とを含み、前半部32のセグメントコイルと後半部34のセグメントコイルとを配置するスロットを1ずつずらせている。
また、図12に示すように、周方向に隣り合う2の単位コイル22同士を接続するために、1の単位コイル22の巻き終わり側の導体セグメント24(図15)の片側の脚部26の先端部と、他の単位コイル22の巻き始め側の導体セグメント24の他側の脚部26の先端部とを互いに周方向にほぼ向かい合う方向で略斜めに折り曲げ、互いの先端部同士を溶接等により接続する。このようにして、上記の図8、図9に示すステータ10が構成される。
図16は、図8のステータの一部を拡大して示す概略斜視図である。図17は、図16のコイルエンドの一部を径方向外側から内側に見た図である。図16、図17では、図8、図9と同様に、「u」「v」「w」の符号を付した部分が、それぞれU相、V相、W相を表している。図16、図17に示すように、各相のステータコイル16,18,20の、ステータコア14の軸方向他端面(図16の上面)から突出した部分に設けられたコイルエンド30では、複数相のステータコイル16,18,20が周方向に隣り合う状態となり、各導体セグメント24の先端部が軸方向に対し略斜めに曲げ形成された部分で、周方向に隣り合う導体セグメント24の間隔が最も小さくなっている。また、図17に示すように、ステータ10を径方向に見た場合に、1の導体セグメント24の周方向(図17の左右方向)両側には、この1の導体セグメント24と同相の1の導体セグメント24と、異相の1の導体セグメント24とが周方向に隣り合っている。例えば、U相の1の導体セグメント24の周方向両側に、同相であるU相の1の導体セグメント24と、V相またはW相の1の導体セグメント24とが隣り合っている。なお、本発明に関連する先行技術文献として、特許文献1−3がある。
図16、図17に示すように、上記の先発明のステータ10では、周方向に隣り合う異相の導体セグメント24同士の最小の間隔を異相のコイル間ギャップG1とし、周方向に隣り合う同相の導体セグメント24同士の最小の間隔を同相のコイル間ギャップG2とした場合に、異相コイル間ギャップG1と同相コイル間ギャップG2とを互いに等しくしている。言い換えれば、周方向に隣り合うコイルの間のコイル間ギャップG1,G2は全周にわたって均等になっている。このため、コイルエンド30での絶縁性を確保しつつコイルエンド30を小さくする面から改良の余地がある。例えば、コイルエンド30の軸方向高さを小さくするために、導体セグメント24の曲げ形成された先端部の軸方向に対する傾斜角度(図17の角度α)を大きくすることが考えられる。ただし、この場合、コイル間ギャップG1,G2が小さくなる。このため、異相コイル間ギャップG1と同相コイル間ギャップG2とを均等に小さくすると、特に電位差が大きくなる異相コイル間である、異相の導体セグメント24間での絶縁間隔を確保することが難しくなる。
一方、ステータコア14の複数のスロット12内の導体割合である占積率を向上させるために、ステータコイル16,18,20の表面に設ける絶縁被膜を薄くすることが考えられている。ただし、絶縁被膜を薄くする場合には、コイルエンド30で電位差が大きい異相コイル間でのコイル間ギャップG1を十分に大きくする必要性がますます高くなる。また、異相コイル間でのコイル間ギャップG1を十分に大きくできれば、絶縁構成を簡易かつ低コストで実現できる可能性がある。このため、十分な絶縁性を確保しつつ、コイルエンド30の軸方向高さを有効に小さくできる手段の実現が望まれている。また、上記では、導体セグメント24を用いて構成するステータ10の場合を説明したが、上記の不都合は、分布巻きのコイルを有する他の種類のステータでも同様に生じる可能性がある。
これに対して、特許文献1には、セグメントコイル回転電機の固定子のコイルエンド部において、異相コイル間に所定の隙間を確保して、異相コイル間で発生するコロナ放電を防止するために、コイル表面に粉体塗装膜を固着することが記載されている。また、特許文献2には、回転電機において、導体セグメントの端部同士を接合する場合に、接合部のうち径方向に隣接する接合部間の隙間に、絶縁性を有する樹脂製の帯状スペーサを嵌挿することが記載されている。ただし、特許文献1及び特許文献2のいずれにも、コイルエンドで周方向に隣り合う異相コイルのコイル間ギャップと、周方向に隣り合う同相コイル野コイル間ギャップとの関係を工夫して、コイルエンドの軸方向高さを有効に小さくできる手段は開示されていない。
また、特許文献3には、ステータに複数相のコイルを集中巻きで巻回する永久磁石回転電機において、同一相のコイル間の周方向間隔を短くし、隣り合うコイル間が異なる相の間では周方向の間隔を長くすることが記載されている。このような特許文献3に記載された構成の場合、同一のスロット内に配置される2のコイル間の間隔を、同一相の場合と異相の場合とで異ならせることを考慮しているだけであって、分布巻きのステータにおいて、コイルエンドの軸方向高さを有効に小さくするためにコイルエンドの構成を工夫することを考慮したものではない。
本発明の目的は、回転電機ステータにおいて、分布巻きでコイルを巻装する構成において、コイルエンドでの絶縁性を十分に確保しつつ、コイルエンドの軸方向高さを有効に小さくすることを目的とする。
本発明に係る回転電機ステータは、周方向複数個所に設けられたスロットを有するステータコアと、ステータコアに分布巻きで巻装された複数相のステータコイルとを備え、複数相のステータコイルの一部により形成されるコイルエンドにおいて、周方向に隣り合う異相のコイル間ギャップが、周方向に隣り合う同相のコイル間ギャップよりも大きくなっていることを特徴とする回転電機ステータである。なお、「コイル間ギャップ」は、コイル同士の間隔のうちの最小値をいう(本明細書全体及び特許請求の範囲で同じとする。)。
本発明に係る回転電機ステータにおいて、好ましくは、各相のステータコイルは、それぞれ両端部に2本の平行な脚部を有する複数の導体セグメントを有するセグメントコイルであって、予め定めた単位コイル間隔で配置される2のスロットの径方向に沿って整列させるように、ステータコアの軸方向片側から軸方向他側に複数の導体セグメントを挿入し、各導体セグメントの2の脚部の先端部で、ステータコアの軸方向端面から突出した部分を折り曲げ、1の導体セグメントの片側の脚部の先端部と、この1の導体セグメントに径方向に隣接する他の導体セグメントの他側の脚部の先端部とを接続し、これを各導体セグメントで繰り返すことによりコイル状に形成されるセグメントコイルを含む。
また、本発明に係る回転電機ステータにおいて、好ましくは、各相のステータコイルは、複数のセグメントコイルを環状に連結することにより構成される前半部と、前半部に連結され、別の複数のセグメントコイルを環状に連結することにより構成される後半部とを含み、前半部のセグメントコイルと後半部のセグメントコイルとの一部がコイルエンドで周方向に対向している。
また、本発明に係る回転電機において、好ましくは、周方向に隣り合う複数の導体セグメントのうち、少なくとも2以上の導体セグメントにおいて、ステータコアの軸方向片側から突出する端部の曲げ部の形状を異ならせることにより、コイルエンドにおいて、異相のコイル間ギャップが同相のコイル間ギャップよりも大きくなっている。
また、本発明に係る回転電機において、好ましくは、異相コイル間の径方向隙間に挿入配置された絶縁発泡シートを備え、絶縁発泡シートは、基材層の両側に設けられ、加熱処理により発泡している2の樹脂発泡層を含み、径方向に対向する2の異相コイルに加熱処理により2の樹脂発泡層が押し付けられることにより、2の異相コイル間に絶縁発泡シートが固定されている。
また、本発明に係る回転電機において、好ましくは、絶縁発泡シートは、リング状に形成され、コイルエンドの周方向複数個所で、2の異相コイル間の径方向隙間に挿入されるように配置され、2の異相コイルに固定されている。
本発明に係る回転電機ステータによれば、分布巻きでコイルを巻装する構成において、コイルエンドでの絶縁性を十分に確保しつつ、コイルエンドの軸方向高さを有効に小さくできる。
[第1の発明の実施の形態]
以下において、図1から図3を用いて本発明に係る第1の実施の形態を説明する。本実施の形態の回転電機ステータ(以下、単に「ステータ」という。)は、例えば電動モータ、発電機等の回転電機を構成するために使用される。ステータ10は、環状のステータコア14と、ステータコア14に分布巻きで巻装された複数相であるU相、V相、W相の3相のステータコイル16,18,20とを備える。ステータ10の使用時には、ステータ10の径方向内側に、回転軸に固定されたロータ(図示せず)を配置し、ステータ10とロータとを径方向に対向させることでラジアル型の回転電機を構成する。
以下において、図1から図3を用いて本発明に係る第1の実施の形態を説明する。本実施の形態の回転電機ステータ(以下、単に「ステータ」という。)は、例えば電動モータ、発電機等の回転電機を構成するために使用される。ステータ10は、環状のステータコア14と、ステータコア14に分布巻きで巻装された複数相であるU相、V相、W相の3相のステータコイル16,18,20とを備える。ステータ10の使用時には、ステータ10の径方向内側に、回転軸に固定されたロータ(図示せず)を配置し、ステータ10とロータとを径方向に対向させることでラジアル型の回転電機を構成する。
各相のステータコイル16,18,20は、上記の図8から図17に示した先発明のステータの場合と同様に、それぞれ環状に複数の単位コイル22(図12から図14参照)を連結してなり、互いに連結される前半部32(図12、図13参照)と後半部34(図14参照)とを含む。また、前半部32及び後半部34のそれぞれの単位コイルは、複数の略U字形の導体セグメント24をコイル状に接合することで構成されている。また、前半部32及び後半部34同士で、単位コイルを配置するスロットを互いにずらせている。また、各相のステータコイル16,18,20において、前半部32のセグメントコイルである単位コイルと、後半部34のセグメントコイルである単位コイルとの一部が、コイルエンドで周方向に対向している。また、軸方向両側のコイルエンド30のうち、片側のコイルエンド30では、複数の導体セグメント24のうち、径方向または周方向に隣り合う2の導体セグメント24の端部同士が溶接等により接続されている。本発明の特徴は、ステータ10のコイルエンド30の構成を工夫した点にあり、その他の基本構成は、上記の図8から図17に示した先発明のステータの場合と同様であるので、重複する説明及び図示は省略もしくは簡略化する。
ステータコア14は、周方向複数個所に設けられたスロット12(図8参照)を有する。また、それぞれの単位コイルで互いに周方向に離れた2のスロット12に挿入するように、ステータコア14に3相のステータコイル16,18,20を分布巻きで巻装している。図1から図3では、上記の図8、図9と同様に、「u」「v」「w」の符号を付した部分が、それぞれU相、V相、W相を表している(後述する図4の場合も同様)。
本実施の形態では、3相のステータコイル16,18,20の一部により、ステータコア14の軸方向両端面よりも軸方向外側に2のコイルエンド30が形成されている。そして、このコイルエンド30のうち、片側(図1の上側)のコイルエンド30において、図2に示すように、周方向(図2の左右方向)に隣り合う異相(U相とV相、V相とW相、W相とU相)の2の導体セグメント24間の最小間隔である、異相コイル間ギャップG1aが、周方向に隣り合う同相(U相同士またはV相同士またはW相同士)の2の導体セグメント24間の最小間隔である、同相コイル間ギャップG2aよりも大きくなっている(G1a>G2a)。
このようにコイル間ギャップG1a,G2aの大小を規制するための手段として、例えば、図2、図3に示すように、片側のコイルエンド30において、周方向に隣り合う同相の導体セグメント24同士で、先端部の曲げ部36の形状を異ならせている。例えば、互いに周方向に隣り合う同相の2の導体セグメント24のうち、一方(図2、図3の左側)の導体セグメント24の先端部において、軸方向に対し略斜めに曲げ形成される曲げ部36のステータコア14側の曲げ起点Pと、ステータコア14の端面との距離をL1とする。また、互いに周方向に隣り合う同相の2の導体セグメント24のうち、他方(図2、図3の右側)の導体セグメント24の先端部において、軸方向に対し略斜めに曲げ形成される曲げ部36のステータコア14側の曲げ起点Qと、ステータコア14の端面との距離をL2とする。この場合に、距離L2が距離L1よりも大きくなる(L2>L1)ように、起点P,Q位置を規制している。
また、周方向に隣り合う同相の2の導体セグメント24のうち、一方(図2、図3の左側)の導体セグメント24の先端部に設けた曲げ部36のステータコア14から遠い側において、曲げ部36を軸方向に沿うように曲げ形成する部分の曲げ起点Rと、ステータコア14の端面との距離をL3とする。また、他方(図2、図3の右側)の導体セグメント24の先端部に設けた曲げ部36のステータコア14から遠い側において、曲げ部36を軸方向に沿うように曲げ形成する部分の曲げ起点Sと、ステータコア14の端面との距離をL4とする。この場合に、距離L4が距離L3よりも大きくなる(L4>L3)ように起点R,S位置を規制している。このように、周方向に隣り合う複数の導体セグメント24のうち、少なくとも2以上の導体セグメント24において、ステータコア14の軸方向片側から突出する端部の曲げ部の形状を異ならせることにより、コイルエンド30で、異相コイル間ギャップG1aを同相コイル間ギャップG2aよりも大きくしている。
このような本実施の形態によれば、コイルエンド30でのコイル間ギャップG1a,G2aが周方向に関して不均等になるので、電位差が小さい同相間でコイル間ギャップG2aを小さくでき、電位差が大きい異相間でコイル間ギャップG1aを大きくできる。このため、分布巻きでステータコイル16,18,20を巻装する構成において、コイルエンド30での絶縁性を十分に確保しつつ、コイルエンド30の軸方向高さを有効に小さくできる。すなわち、電位差に応じてコイル間ギャップG1a,G2aを異ならせることができ、導体セグメント24の先端部の軸方向に対し傾斜する傾斜角度を大きくすることにより、曲げ部36をステータコア14側に倒してコイルエンド30の軸方向高さを小さくしても、必要な絶縁距離を確保できる。このため、電位差に応じた適切な絶縁距離を確保することで、コイルエンド30の軸方向高さを有効に小さくできる。なお、上記では、曲げ部36の起点位置を変える場合を説明したが、コイル間ギャップG1a,G2aを異ならせる方法として、これ以外の方法も採用できる。例えば、同相の2の導体セグメント24の曲げ部を湾曲部とする場合に、湾曲部の曲率半径を同相間で異ならせることにより、コイル間ギャップG1a、G2aを異ならせることもできる。
一方、図4は、上記の図8から図17に示した先発明のステータにおいて、コイルエンドのコイル間ギャップを説明するための模式図である。このような先発明では、コイルエンド30の周方向に隣り合う2の導体セグメント24の最小間隔である、コイル間ギャップG1、G2を、異相間、同相間にかかわらず均等にしている。このような構成では、コイルエンド30の軸方向高さを小さくすべく、導体セグメント24の軸方向に対し略斜めに曲げ形成される曲げ部36の軸方向に対する傾斜角度を大きくした場合に、異相間でのコイル間ギャップG1で必要な絶縁距離を確保できなくなる可能性があり、コイルエンド30の軸方向高さを十分に小さくできない可能性がある。本実施の形態では、このような不都合をなくせて、片側コイルエンド30の軸方向高さを十分に小さくできる。
なお、上記の特許文献3では、ステータに複数相のコイルを集中巻きで巻回する構成において、同相のコイル間の周方向の間隔を短くし、異相のコイル間の周方向の間隔を大きくすることが記載されている。ただし、この周方向の間隔は、ステータコアに設けた同一スロットに配置される2のコイル間の間隔を意味するもので、本実施の形態とは、構成も目的も大きく異なる。また、集中巻きのコイルを有するステータの場合、コイルエンドでは、周方向に隣り合うコイル同士の間隔がそもそも大きくなるので、絶縁距離を確保しつつコイルエンドの軸方向高さを小さくするために、本実施の形態のような特別な構成を採用する必要がない。
[第2の発明の実施の形態]
図5から図7は、本発明に係る第2の実施の形態を示している。図5は、第2の実施の形態の回転電機ステータと、1の絶縁発泡シートとを分離して示す斜視図である。図6は、図5のステータの片側のコイルエンドに複数の絶縁発泡シートを配置した様子を示す断面図である。図7は、図5の絶縁発泡シートの断面図である。
図5から図7は、本発明に係る第2の実施の形態を示している。図5は、第2の実施の形態の回転電機ステータと、1の絶縁発泡シートとを分離して示す斜視図である。図6は、図5のステータの片側のコイルエンドに複数の絶縁発泡シートを配置した様子を示す断面図である。図7は、図5の絶縁発泡シートの断面図である。
上記の第1の実施の形態では、コイルエンド30において、周方向に隣り合う導体セグメント24の最小間隔であるコイル間ギャップの関係を規制している。これに対して、本実施の形態は、さらにステータ10の径方向に隣り合う異相の導体セグメント24の径方向の絶縁間隔を有効に確保できる手段を考えたものである。すなわち、上記の図16に示した先発明のステータ10のコイルエンド30を参照すれば明らかなように、上記の第1の実施の形態では、複数相のステータコイルが分布巻きで配置され、片側コイルエンド30で各相のステータコイル16,18,20を構成する導体セグメント24の両端部が互いに異なる方向の略斜めに曲げ形成されている。このような第1の実施の形態では、ステータ10を径方向の外側から内側に見た場合に、異相の2の導体セグメント24が略斜めに交差して、その交差した部分で径方向に対向する。このような構成では、異相の導体セグメント24間での径方向の十分な絶縁距離をより有効に維持する手段を採用することが好ましい。
これに対して、従来は、コイルエンドでの複数のコイル同士を、十分な絶縁距離を確保しつつ固定するための手段として、絶縁距離を確保したい部分に紙等の絶縁材を挿入配置した状態で、ワニスを滴下して固める手段が考えられていた。ただし、この場合、ワニスは、コイルエンドやスロット内に満遍なく注入する必要があり液垂れが生じやすい。例えば、ステータをケース等の固定部に結合するためのボルト等の締結部への液垂れ等が生じる可能性がある。このため、このような方法では、製造作業を円滑に行えるようにする面から改良の余地がある。本実施の形態は、このような事情に鑑みて考えられたものである。
すなわち、本実施の形態では、図5に示す絶縁発泡シート38を複数枚、片側(図5の上側)のコイルエンド30に配置している。より具体的には、図6に1のスロット12に対応する部分で示すように、コイルエンド30の径方向複数個所(図6では9箇所)に設けられた、異相の導体セグメント24間の径方向隙間に複数枚(図6では9枚)の絶縁発泡シート38を挿入配置している。図6は、1の相であるU相のステータコイル16が配置されるスロット12部分と、その両側のコイルエンド30とを示している。
図5に示すように、絶縁発泡シート38は、長尺な短冊状部材の長さ方向両端部同士を接合することでリング状に形成されている。図7に示すように、リング状に形成した紙等の基材層40の厚さ方向である、径方向(図7の上下方向)両側にそれぞれ全周にわたって2の樹脂発泡層42,44が設けられている。各樹脂発泡層42,44は、樹脂中に、加熱により発泡する発泡剤が混入された発泡剤混入樹脂層(図示せず)を、加熱処理により発泡することにより構成されている。このような絶縁発泡シート38は、発泡のための加熱処理を行う前に、図6に示すように、片側のコイルエンド30の径方向複数個所に位置する、異相の2の導体セグメント24が径方向に対向する部分の径方向隙間にそれぞれ配置する。そして、その後に片側コイルエンド30を含む部分に加熱処理を施すことで、発泡剤混入樹脂層を発泡させ、径方向に対向する2の異相の導体セグメント24の表面に2の樹脂発泡層42,44(図7)を押し付け、絶縁発泡シート38を2の異相の導体セグメント24の間に固定する。図示の例では、互いに径方向に対向する2の異相の導体セグメント24と、別の2の異相の導体セグメント24とが径方向同位置でかつ周方向同位置の軸方向に離れた部分に存在する。また、径方向同位置で周方向複数個所に、2の異相の導体セグメント24が径方向に対向する部分が存在する。このため、図示の例では、1の絶縁発泡シート38により、コイルエンド30の周方向複数個所において、2の異相のステータコイル16,18,20間と、別の2の異相のステータコイル16,18,20との径方向隙間に同時に挿入されるように配置され、少なくとも2の異相のステータコイル16,18,20に固定されている。なお、この場合、周方向同位置で径方向同位置の軸方向に離れた2個所位置に別々の絶縁発泡シートで、それぞれ2の異相コイル間に挿入するように、2の絶縁発泡シートを配置することもできる。
このような絶縁発泡シート38では、単にリング状の基材層のみからなる絶縁材を径方向に対向する2の異相コイル間に配置する場合と異なり、基材層40の両側の2の樹脂発泡層42,44で、2の異相ステータコイル16,18,20間の径方向隙間において、周方向や軸方向に関して不均一な大きさのクリアランスを密に埋めることができる。このため、本実施の形態によれば、絶縁材である絶縁発泡シート38とステータコイル16,18,20との結合強度の向上を図れる。また、絶縁発泡シート38に基材層40を設けているので、絶縁発泡シート38に剛性を持たせることができ、径方向に対向する複数の異相ステータコイル16,18,20間の径方向隙間へ絶縁発泡シート38を挿入配置する作業を容易に行える。また、複数の絶縁発泡シート38をコイルエンド30に挿入配置する作業は、複数の導体セグメント24の端部を溶接等により接続する以前に行い、その後、導体セグメント24の端部を接続する。
このような本実施の形態によれば、コイルエンド30で径方向に対向する複数のステータコイル16,18,20同士を、十分な絶縁距離を確保しつつ十分な結合強度で固定できるとともに、ワニスを滴下して固める場合と異なり、製造作業をより円滑に行える。また、絶縁発泡シート38により径方向の絶縁距離を確保できるので、コイルエンド30でステータコイル16,18,20を密に配策しやすくなり、コイルエンド30の体格をより小さくできる。その他の構成及び作用は、上記の第1の実施の形態と同様であるので重複する説明を省略する。
なお、本実施の形態では、絶縁発泡シート38をリング状に形成した場合を説明したが、本実施の形態はこのような構成に限定するものではなく、例えば絶縁発泡シートを短冊状とし、コイルエンド30の周方向複数個所に短冊状の絶縁発泡シートを、径方向に対向する2の異相ステータコイル16,18,20間に挿入配置することもできる。また、本実施の形態では、軸方向両側の2のコイルエンド30のうち、導体セグメント24の接合側である片側コイルエンド30のみに絶縁発泡シート38を配置する場合を説明した。ただし、2のコイルエンド30の両方において、径方向に対向する異相ステータコイル16,18,20間の径方向隙間に短冊形状等の絶縁発泡シートを挿入配置することもできる。
10 ステータ、12 スロット、14 ステータコア、16,18,20 ステータコイル、22 単位コイル、24 導体セグメント、26 脚部、28 連結部、30 コイルエンド、32 前半部、34 後半部、35 単位コイル間隔、36 曲げ部、38 絶縁発泡シート、40 基材層、42,44 樹脂発泡層。
Claims (6)
- 周方向複数個所に設けられたスロットを有するステータコアと、
ステータコアに分布巻きで巻装された複数相のステータコイルとを備え、
複数相のステータコイルの一部により形成されるコイルエンドにおいて、周方向に隣り合う異相のコイル間ギャップが、周方向に隣り合う同相のコイル間ギャップよりも大きくなっていることを特徴とする回転電機ステータ。 - 請求項1に記載の回転電機用ステータにおいて、
各相のステータコイルは、
それぞれ両端部に2本の平行な脚部を有する複数の導体セグメントを有するセグメントコイルであって、予め定めた単位コイル間隔で配置される2のスロットの径方向に沿って整列させるように、ステータコアの軸方向片側から軸方向他側に複数の導体セグメントを挿入し、各導体セグメントの2の脚部の先端部で、ステータコアの軸方向端面から突出した部分を折り曲げ、1の導体セグメントの片側の脚部の先端部と、この1の導体セグメントに径方向に隣接する他の導体セグメントの他側の脚部の先端部とを接続し、これを各導体セグメントで繰り返すことによりコイル状に形成されるセグメントコイルを含むことを特徴とする回転電機ステータ。 - 請求項2に記載の回転電機ステータにおいて、
各相のステータコイルは、複数のセグメントコイルを環状に連結することにより構成される前半部と、前半部に連結され、別の複数のセグメントコイルを環状に連結することにより構成される後半部とを含み、前半部のセグメントコイルと後半部のセグメントコイルとの一部がコイルエンドで周方向に対向していることを特徴とする回転電機ステータ。 - 請求項2に記載の回転電機ステータにおいて、
周方向に隣り合う複数の導体セグメントのうち、少なくとも2以上の導体セグメントにおいて、ステータコアの軸方向片側から突出する端部の曲げ部の形状を異ならせることにより、コイルエンドにおいて、異相のコイル間ギャップが同相のコイル間ギャップよりも大きくなっていることを特徴とする回転電機ステータ。 - 請求項1から請求項3のいずれか1に記載の回転電機ステータにおいて、
異相コイル間の径方向隙間に挿入配置された絶縁発泡シートを備え、
絶縁発泡シートは、基材層の両側に設けられ、加熱処理により発泡している2の樹脂発泡層を含み、
径方向に対向する2の異相コイルに加熱処理により2の樹脂発泡層が押し付けられることにより、2の異相コイル間に絶縁発泡シートが固定されていることを特徴とする回転電機ステータ。 - 請求項4に記載の回転電機ステータにおいて、
絶縁発泡シートは、リング状に形成され、コイルエンドの周方向複数個所において、2の異相コイル間の径方向隙間に挿入されるように配置され、2の異相コイルに固定されていることを特徴とする回転電機ステータ。
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