JP2014150666A - 回転電機の固定子構造 - Google Patents

Abstract

【課題】分布巻きにおける占積率向上を可能とする回転電機の固定子構造を提供する。
【解決手段】回転電機の固定子構造において、スロット開口部はスロット幅よりも狭いセミオープンスロット形状を有し、ヨーク１０に一体として形成された固定ティース２０と、ヨーク１０に別体として結合される分割ティース３０とを交互に配置し、固定ティース２０と分割ティース３０との間隙であるスロットに配置される巻線４０は、奇数番目のスロットから奇数番目のスロットへ、偶数番目のスロットから偶数番目のスロットへと渡るコイルピッチとしたので、分布巻きにおける占積率向上が可能となり、更には、作業性の向上が可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機の固定子構造に関する。詳しくは、回転機の巻き線（分布巻き）ならびに分割鉄心に関し、分布巻きにおける占積率向上を可能とするものである。

モータの固定子に巻かれる巻線はスロットに配置され、分布巻きでは、あるスロットから数溝渡ったスロットに巻かれる。その際、なるべく大きな電流を流せるようスロット内の占積率を向上させ、電流密度の低下すなわち発熱密度の低減を図ってモータ性能の向上あるいはモータの小型化を図る必要がある。そのような要求の中、角線を用いた占積率向上が種々提案されている。

角線をステータ内径側からスロットに納める構造の場合、巻線の巻き嵌めを行うために巻線を変形させたり、あるいは巻線を嵌め込むための寸法の余裕が必要となり、コイルエンドの寸法が増大したり占積率が低下したりする。

また、スロット開口部は電線幅すなわちスロット幅と同じ寸法で開口させたオープンスロットとなり、トルクリプルの増加などに課題が残る。
更には、巻線が内径側に出てこないよう固定する楔などが必要となり、楔を固定するためにティース基端に溝を設けるとティース先端の磁路を狭くして電気性能を低下させる要因となる。

特許文献１は、前記の構造よりも組立性は向上するが、トルクリプルや楔による電気性能低下の課題に加えてステータの真円度の低下といった課題も生じる。
非特許文献１と特許文献２は、電線を軸方向から挿入する方法であるので、セミオープンスロットや閉スロットでも設計可能であるが、１ターン毎に電線を分断する必要があるので、結線部の溶接ならびに絶縁皮膜生成といった課題や、ターン数を増やした巻線設計が困難になるといった課題が生じる。

特許文献３は、固定ティースと分割ティースを交互に配置するセミオープンスロット形状の固定子に関し、「分布巻、且つ、同心巻」のため、コイルピッチが１から４番目、３から６番目となり、奇数番目のスロットから偶数番目のスロットに渡る構造となっており、コイル挿入時に固定ティースの右側又は左側のどちらか一方に押し付けて分割ティースを挿入することができず、分割ティース挿入時の作業性が悪いという問題を有している。

また、分割ティースとヨーク部の組み合せ部が、くさび形状となっており、回転機の軸方向から分割ティースを挿入するために、既に嵌め込まれているコイルに対してクリアランスが必要となるため、占積率を極限までに大きくすることが出来ない問題がある。

特開２０１１−２３４５３３ ＵＳ／２０１１／００１２４７１ 特開２０１１−１６０５７２

デンソーテクニカルレビュー Ｖｏｌ．７ Ｎｏ．１ ２００２ ｐ．５６−６２

本発明は、上記課題に対応して巻線の占積率を向上させ、かつ巻き嵌めの作業性の良い鉄心構造を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の請求項１に係る回転電機の固定子構造は、積層体である鉄心と巻線からなり、回転子に対向する側にスロット開口部を有する回転電機の固定子構造において、前記スロット開口部はスロット幅よりも狭いセミオープンスロット形状を有し、ヨークに一体として形成された固定ティースと、前記ヨークに別体として分割ティースの基端部が結合される分割ティースとを交互に配置したことを特徴とする。

上記課題を解決する本発明の請求項２に係る回転電機の固定子構造は、請求項１に記載の回転電機の固定子構造において、前記固定ティースと前記分割ティースとの間隙であるスロットに配置される前記巻線は、奇数番目の前記スロットから奇数番目の前記スロットへ、偶数番目の前記スロットから偶数番目の前記スロットへと渡るコイルピッチとなることを特徴とする。

上記課題を解決する本発明の請求項３に係る回転電機の固定子構造は、請求項１に記載の回転電機の固定子構造において、前記分割ティースは、前記ヨークに結合され、この分割ティースの基端部の幅は平行もしくはヨーク側に向かうに従って狭くなっていることを特徴とする。

上記課題を解決する本発明の請求項４に係る回転電機の固定子構造は、請求項１，２又は３に記載の回転電機の固定子構造において、前記巻線として角線が配置される前記スロットは矩形とし、前記固定ティースと前記分割ティースとはティース形状が異なる事を特徴とする。

上記課題を解決する本発明の請求項５に係る回転電機の固定子構造は、請求項１，２又は３に記載の回転電機の固定子構造において、前記巻線として丸線が配置される前記スロットは、回転子側とヨーク側でその幅が異なり、前記固定ティースと前記分割ティースはほぼ同じ寸法である事を特徴とする。

本発明は、分布巻きにおける占積率向上を可能とするものであり、更には、固定子組立て時の作業性の向上を可能とするものである。

本発明の第１の実施例に係る回転電機の固定子構造における固定ティース、分割ティースの配置を示す説明図である。 本発明の第１の実施例に係る回転電機の固定子構造における巻線の配置を示す説明図である。 本発明の第１の実施例に係る回転電機の固定子構造における巻線の嵌め込み方を示す説明図である。 本発明の第１の実施例に係る回転電機の固定子構造における絶縁紙の配置を示す説明図である。 本発明の第２の実施例に係る回転電機の固定子構造における固定ティース、分割ティースの配置を示す説明図である。 本発明の第３の実施例に係る回転電機の固定子構造における固定ティース、分割ティースの配置を示す説明図である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照して詳細に説明する。

本発明の第１の実施例に係る回転電機の固定子構造を図１に示す。
本実施例は、積層体である鉄心（コア）と巻線からなり、回転子（図中省略）に対向する内径側にスロット開口部を有するインナーロータ型回転電機の固定子構造である。

即ち、積層体である鉄心は、ヨーク１０と、固定ティース２０と、分割ティース３０とからなり、ヨーク１０の内周側には、ヨーク１０に一体として形成された固定ティース２０と、ヨーク１０に別体として結合される分割ティース３０とが交互に配置されている。従って、固定ティース２０及び分割ティース３０の総数は偶数である。

固定ティース２０と固定ティース２０の中間におけるヨーク１０の内周面には、分割ティース３０の基端部３０ｂを内径側から挿入するための凹部１０ａが形成されており、分割ティース３０の基端部３０ｂを内径側からこの凹部１０ａに挿入して、かしめ、接着、含浸等によりヨーク１０に結合する。つまり、分割ティース３０の基端部３０ｂないし凹部１０ａには楔や楔を固定する溝がなく、軸方向から挿入するものではない。

固定ティース２０と分割ティース３０との間隙であるスロットは、巻線として角線が配置されることに対応した矩形とする。そのため、分割ティース３０は内径側から挿入するためほぼ矩形の形状であり、ティース幅が平行となっている。
一方、固定ティース２０はヨーク側に向かうに従って広くなった扇形である。つまり、分割ティース３０と固定ティース２０とは、形状が異なる。

また、固定ティース２０、分割ティース３０の何れにも、ヨーク側である基端側とは反対側の先端部に、周方向に張り出した突起部２０ａ、３０ａが設けられている。そのため、スロット開口部が電線幅すなわちスロット幅よりも狭いセミオープンスロット形状となっている。

固定ティース２０と分割ティース３０との間隙であるスロットに配置される分布巻コイルは、図１中では、省略されているが、図２に巻線４０として示されている。即ち、巻線４０は、奇数番目のスロットから奇数番目のスロットヘと渡り（１⇒２ｎ＋１）、偶数番目のスロットから偶数番目のスロットヘと渡るような（２⇒２ｎ＋２）コイルピッチを有する。

ここで、巻線４０はステータ（固定子）ヘの巻き嵌め前に事前に成型された物であり、図３に示すように、ヨーク１０に分割ティース３０が嵌っていない状態、従って、固定ティース２０のみが一体として形成されたヨーク１０のスロットヘ固定ティース２０の右側又は左側の何れか一方に押し付けて嵌め込むものである。

また、図４に示すように、巻線４０とコアの間には対地間の絶縁を行う絶縁紙５０を挿入する。絶縁紙５０は、分割ティース３０上でヨーク１０の方向に向かって巻き終わりが来るように配置をする。
これにより、絶縁紙５０のあそびを少なく、コアと密着させて固定させることができ、またコア挿入時の巻線４０の被覆（エナメル）の損傷からも保護することができる。
なお、絶縁紙５０を巻き付けたコイル４０を固定ティース２０に密着するように配置した後に、分割ティース３０をヨーク１０に挿入して、かしめやネジ止めにて固定する。

本実施例は、巻線４０として角線に対応した矩形状のスロットを持つものであり、事前に巻線４０を成型しておいてそのスロットに嵌め込む。そのため、余裕を持ってスロットに嵌め込めるのでコイルエンドの電線長を無駄に長くとる必要が無い。
しかも、全ての巻線４０を嵌め込み終わった後のコイルエンドの成型が不要となるだけでなく、電線長の低減すなわち巻線抵抗の低減に繋がる。即ち、分割鉄心ではない分布巻きコイルは、嵌め込み作業を容易にするためコイルエンドの電線長に余裕が必要であり、これに比べて本実施例では巻線抵抗の低減効果を有する。

また、本実施例では、図３に示すように、奇数番目のスロットから奇数番目のスロットに、偶数番目のスロットから偶数番目のスロットへ巻線４０が渡っているため、固定ティース２０に巻線４０を押し付けて分割ティース３０を挿入することができ、既に巻線４０が嵌め込まれた後から分割ティース３０を挿入するために作業性が向上する利点がある。

更に、本実施例では、分割ティース３０を内径側から挿入する構造となっているため、図４に示すように、分割ティース３０の突起部３０ａで巻線４０を押し付けながら分割ティース３０を押し込むことが可能となり、スロット内の占積率を極限まで大きくできる。
なお、本実施例では、絶縁紙５０は、分割ティース３０をスロット内に押し込むときにめくれない様に、図５に示す巻き方が良い。

本発明の第２の実施例に係る回転電機の固定子構造を図５に示す。
本実施例は、積層体である鉄心と巻線からなり、回転子（図中省略）に対向する内径側にスロット開口部を有するインナーロータ型回転電機の固定子構造である。

即ち、ヨーク１１の内周側には、ヨーク１１に一体として形成された固定ティース２１と、ヨーク１１に別体として結合される分割ティース３１とを交互に配置したものである。従って、固定ティース２１及び分割ティース３１の総数は偶数である。

固定ティース２１と固定ティース２１の中間におけるヨーク１１の内周面には、分割ティース３１の基端部を内径側から挿入するための凹部が形成されており、分割ティース３１の基端部３１ｂを内径側からこの凹部に挿入して、かしめ、接着、含浸等によりヨーク１１に結合する。つまり、分割ティース３１の基端部ないし凹部には楔や楔を固定するための溝がなく、軸方向から挿入するものではない。

固定ティース２１と分割ティース３１との間隙であるスロットは、巻線として丸線が配置されることに対応して、回転子側に比較してヨーク側が広くなった形状である。そのため、固定ティース２１２、分割ティース３１はほぼ矩形の形状若しくはヨーク側がやや狭くなるようにテーパが付いた形状である。つまり、分割ティース３１と固定ティース２１とは、寸法がほぼ同じである。

また、固定ティース２１、分割ティース３１の何れにも、ヨーク側である基端側とは反対側の先端部に、周方向に張り出した突起部２１ａ、３１ａが設けられている。そのため、スロット開口部が電線幅すなわちスロット幅よりも狭いセミオープンスロット形状となっている。

なお、図５においては、固定ティース２１と分割ティース３１との間隙であるスロットに配置される巻線（分布巻コイル）については省略しているが、巻線は、奇数番目のスロットから奇数番目のスロットヘと渡り（１⇒２ｎ＋１）、また、偶数番目のスロットから偶数番目のスロットヘと渡る（２⇒２ｎ＋２）ようなコイルピッチである（図２参照）。

ここで、巻線はステータ（固定子）ヘの巻き嵌め前に事前に成型された物であり、分割ティース３１がヨーク１１に嵌っていない状態、従って、固定ティース２１のみが一体に形成されたヨーク１１のスロットヘ嵌め込むものである（図３参照）。

本実施例は、巻線として、角線に代えて丸線を使用する以外は、前述した実施例１と同様な効果を奏するものであり、奇数番目のスロットから奇数番目のスロットに、偶数番目のスロットから偶数番目のスロットへ巻線が渡っているため、固定ティース２１に巻線を押し付けて分割ティース３１を挿入することができる。そのため、既に巻線が嵌め込まれた後から分割ティース３１を挿入するために作業性が向上する利点がある。

また、本実施例では、分割ティース３１を内径側から挿入する構造となっているため、分割ティース３１の突起部３１ａで巻線を押し付けながら分割ティース３１を押し込むことが可能となり、スロット内の占積率を極限まで大きくできる点でも実施例１と同様な効果を奏するものである。

本発明の第３の実施例に係る回転電機の固定子構造を図６に示す。
本実施例は、積層体である鉄心と巻線からなり、回転子（図中省略）に対向する外径側にスロット開口部を有するアウターロータ型回転電機の固定子構造である。

即ち、積層体である鉄心は、ヨーク１２と、固定ティース２２と、分割ティース３２とからなり、ヨーク１２の外周側には、ヨーク１２に一体として形成された固定ティース２２と、ヨーク１２に別体として結合される分割ティース３２とが交互に配置されている。従って、固定ティース２２及び分割ティース３２の総数は偶数である。

固定ティース２２と固定ティース２２の中間におけるヨーク１２の外周面には、分割ティース３２の基端部を内径側から挿入するための凹部が形成されており、分割ティース３２の基端部３２ｂを内径側からこの凹部に挿入して、かしめ、接着、含浸等によりヨーク１２に結合する。つまり、分割ティース３２の基端部ないし凹部には楔やこれを固定するための溝がなく、軸方向から挿入するものではない。

また、固定ティース２２、分割ティース３２の何れにも、ヨーク側である基端側とは反対側の先端部に、周方向に張り出した突起部２２ａ、３２ａが設けられている。そのため、スロット開口部が電線幅すなわちスロット幅よりも狭いセミオープンスロット形状となっている。

図６においては、固定ティース２２と分割ティース３２との間隙であるスロットに配置される巻線（分布巻コイル）については省略しているが、巻線は、実施例１，２と同様に、奇数番目のスロットから奇数番目のスロットヘと渡り（１⇒２ｎ＋１）、また、偶数番目のスロットから偶数番目のスロットヘと渡る（２⇒２ｎ＋２）ようなコイルピッチである（図２参照）。

ここで、巻線はステータ（固定子）ヘの巻き嵌め前に事前に成型された物であり、分割ティース３２がヨーク１２に嵌っていない状態、従って、固定ティース２２のみが配置されたヨーク１２のスロットヘ嵌め込むものである（図３参照）。

本実施例は、実施例１，２がインナーロータ型回転電機であるのに比較してアウターロータ型回転電機に適用した点に特徴があり、それ以外については、実施例１，２と同様な構成を有するものである。

従って、本実施例でも、奇数番目のスロットから奇数番目のスロットに、偶数番目のスロットから偶数番目のスロットへ巻線が渡っているため、固定ティース２２に巻線を押し付けて分割ティース３２を挿入することができる。そのため、既に巻線が嵌め込まれた後から分割ティース３２を挿入するために作業性が向上する利点がある。

また、本実施例では、分割ティース３２を外径側から挿入する構造となっているため、分割ティース３２の突起部３２ａで巻線を押し付けながら分割ティース３２を押し込むことが可能となり、スロット内の占積率を極限まで大きくできる点でも実施例１と同様な効果を奏するものである。

本発明の回転電機の固定子構造は、分布巻きにおける占積率向上を可能とするものとして広く産業上利用可能なものである。

１０，１１，１２ ヨーク
２０，２１，２２ 固定ティース
３０，３１，３２ 分割ティース
２０ａ，２１ａ，２２ａ 突起部
３０ａ，３１ａ，３２ａ 突起部
３０ｂ，３１ｂ，３２ｂ 基端部
４０ 巻線
５０ 絶縁紙

Claims (5)

1. 積層体である鉄心と巻線からなり、回転子に対向する側にスロット開口部を有する回転電機の固定子構造において、前記スロット開口部はスロット幅よりも狭いセミオープンスロット形状を有し、ヨークに一体として形成された固定ティースと、前記ヨークに別体として分割ティースの基端部が結合される分割ティースとを交互に配置したことを特徴とする回転電機の固定子構造。
2. 前記固定ティースと前記分割ティースとの間隙であるスロットに配置される前記巻線は、奇数番目の前記スロットから奇数番目の前記スロットへ、偶数番目の前記スロットから偶数番目の前記スロットへと渡るコイルピッチとな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構造。
3. 前記分割ティースは、前記ヨークに結合され、この分割ティースの基端部の幅は平行もしくはヨーク側に向かうに従って狭くなっ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構造。
4. 前記巻線として角線が配置される前記スロットは矩形とし、前記固定ティースと前記分割ティースとはティース形状が異なる事を特徴とする請求項１，２又は３に記載の回転電機の固定子構造。
5. 前記巻線として丸線が配置される前記スロットは、回転子側とヨーク側でその幅が異なり、前記固定ティースと前記分割ティースはほぼ同じ寸法である事を特徴とする請求項１，２又は３に記載の回転電機の固定子構造。

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