JP2015073344A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、コイルエンド部のコイル間隙間を大きく設定することができる回転電機を提供するものである。
【解決手段】軸方向に形成されたスロットが周方向に複数の設けられた円環状の固定子鉄心と、前記固定子鉄心の前記スロットに巻着される複数のコイル導体から成る固定子巻線とを備えた回転電機において、前記固定子巻線は、前記スロットに挿入されるコイルスロット部と前記固定子鉄心の軸方向外側に延在するコイルエンド部とにより構成され、前記コイルエンド部の前記コイル導体の径方向の厚さは前記コイルスロット部の前記コイル導体の径方向の厚さよりも小さく、前記コイルエンド部の前記コイル導体の周方向の長さは前記コイルスロット部の前記コイル導体の周方向の長さよりも長く構成したものである。
【選択図】図８

Description

この発明は、例えば周方向に複数のスロットを有する円環状のステータコアと、ステータコアに巻回される複数のコイル導体から成るステータコイルとを備えた回転電機に関するものである。

従来の回転電機としては、例えば、特許第４９５６１６２号公報に開示されてものがあり、固定子鉄心と、この固定子鉄心に巻装された三相の固定子コイルと、これらの各相の固定子コイルの固定子鉄心の端面から突出するコイルエンド部に設けられた相間絶縁紙とを具備し、三相の固定子コイルは、隔極接続され、相間絶縁紙は、一のコイルエンド部の内周側及び外周側の一方側からこれと隣り合う同相のコイルエンド部の内周側及び外周側の他方側に渡って配置された同相間絶縁紙と、異相のコイルエンド部間に配置された異相間絶縁紙とを有する回転電機がある。

また、他の回転電機としては、特開２０１２−８０６１０号公報に開示されてものがあり、３相回転電機用の固定子は、固定子鉄心に設けた複数のスロットに対してＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の固定子コイルＵ、Ｖ、Ｗを配置している。３相の固定子コイルＵ、Ｖ、Ｗは、そのコイルエンド部において、周方向一方向側において径方向外周側の端部に偏らせた状態から周方向他方側において径方向内周側の端部に偏らせた状態に形成することにより、周方向に対して傾斜して、同じ配列順序に繰り返し配置されている。固定子コイルのコイルエンド部には、同相のコイル同士を結ぶ複数の渡線が、他の２相の固定子コイルを跨いで配置されている。渡線には、絶縁性を有する絶縁チューブが外装されている回転電機がある。

特許第４９５６１６２号公報 特開２０１２− ８０６１０号公報

上述した従来の回転電機は、分布巻の回転電機の場合、固定子コイルのコイルエンド部で、固定子コイルが他の２相の固定子コイルを跨ぐ部分が存在するため、固定子鉄心に設けたスロット内の固定子コイル間の絶縁距離よりもコイルエンド部で絶縁距離を長くとる必要がある。このため、固定子コイルの断面積が全ての巻線で同じ場合、固定子コイルのコイルエンド部に合せてコイル断面積（線径）を決定する必要がある。
固定子コイルのコイルエンド部に合せてコイル断面積を決定すると、固定子鉄心のスロットに合せてコイル断面積を決定していないため、スロット内の占積率が低下する問題点があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、固定子巻線は、コイルスロット部とコイルエンド部とを有し、コイルエンド部のコイル導体の径方向長さはコイルスロット部のコイル導体の径方向長さよりも短く、コイルエンド部のコイル導体の周方向長さはコイルスロット部のコイル導体の周方向長さよりも長く構成することにより、コイルエンド部のコイル間隙間を大きく設定することができる回転電機を提供するものである。

この発明に係わる回転電機は、軸方向に形成されたスロットが周方向に複数の設けられた円環状の固定子鉄心と、前記固定子鉄心の前記スロットに巻着される複数のコイル導体から成る固定子巻線とを備えた回転電機において、前記固定子巻線は、前記スロットに挿入されるコイルスロット部と前記固定子鉄心の軸方向外側に延在するコイルエンド部とにより構成され、前記コイルエンド部の前記コイル導体の径方向の厚さは前記コイルスロット部の前記コイル導体の径方向の厚さよりも小さく、前記コイルエンド部の前記コイル導体の周方向の長さは前記コイルスロット部の前記コイル導体の周方向の長さよりも長く構成したものである。

この発明に係わる回転電機によれば、固定子巻線は、コイルスロット部とコイルエンド部とを有し、コイルエンド部のコイル導体の径方向の厚さはコイルスロット部のコイル導体の径方向の厚さよりも小さく、コイルエンド部のコイル導体の周方向の長さはコイルスロット部のコイル導体の周方向の長さよりも長く構成することにより、コイルエンド部のコイル間隙間を大きく設定することができる回転電機を得ることができる。

この発明の実施の形態１に係わる回転電機を示す片側断面図である。 この発明の実施の形態１に係わる回転電機の要部を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１に係わる回転電機における固定子を示す斜視図である。 この発明の実施の形態1に係わる回転電機における鉄心ブロックを示す斜視図である。 この発明の実施の形態1に係わる回転電機における固定子巻線を構成するコイル導体を示す斜視図である。 この発明の実施の形態1に係わる回転電機における固定子巻線を構成するコイル導体を示す平面図である。 この発明の実施の形態1に係わる回転電機における固定子巻線を構成するコイル導体を示す正面図である。 この発明の実施の形態1に係わる回転電機における固定子巻線を構成するコイル導体のコイルエンド部とコイルスロット部の形状を示す断面図である。 この発明の実施の形態1に係わる回転電機における固定子巻線を構成するコイル導体の配置を表わす断面模式図である。 この発明の実施の形態1に係わる回転電機の要部を示す横断面図である。 この発明の実施の形態1に係わる回転電機における固定子巻線を構成するコイル導体の製造方法を示す模式図である。 この発明の実施の形態1に係わる回転電機における固定子巻線を構成するコイル導体の製造方法を示す模式図である。 この発明の実施の形態２に係わる回転電機における固定子巻線を構成するコイル導体の製造方法を示す模式図である。 この発明の実施の形態２に係わる回転電機を示す片側断面図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図１乃至図１３に基づいて説明するが、各図において、同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。図１はこの発明の実施の形態１に係わる回転電機を示す片側断面図である。図２はこの発明の実施の形態１に係わる回転電機の要部を示す斜視図である。図３はこの発明の実施の形態１に係わる回転電機における固定子を示す斜視図である。図４はこの発明の実施の形態1に係わる回転電機における鉄心ブロックを示す斜視図である。図５はこの発明の実施の形態1に係わる回転電機における固定子巻線を構成するコイル導体を示す斜視図である。図６はこの発明の実施の形態1に係わる回転電機における固定子巻線を構成するコイル導体を示す平面図である。図７はこの発明の実施の形態1に係わる回転電機における固定子巻線を構成するコイル導体を示す正面図である。図８はこの発明の実施の形態1に係わる回転電機における固定子巻線を構成するコイル導体のコイルエンド部とコイルスロット部の形状を示す断面図である。図９はこの発明の実施の形態1に係わる回転電機における固定子巻線を構成するコイル導体の配置を表わす断面模式図である。図１０はこの発明の実施の形態1に係わる回転電機の要部を示す横断面図である。図１１はこの発明の実施の形態1に係わる回転電機における固定子巻線を構成するコイル導体の製造方法を示す模式図である。図１２はこの発明の実施の形態1に係わる回転電機における固定子巻線を構成するコイル導体の製造方法を示す模式図である。図１３はこの発明の実施の形態２に係わる回転電機における固定子巻線を構成するコイル導体の製造方法を示す模式図である。

回転電機１００は、有底円筒状のフレーム２及びフレーム２の開口を塞口するブラケット３を有するモータケース１と、フレーム２の円筒部に内嵌状態に固着された固定子１０と、フレーム２の底及びブラケット３にベアリング４を介して回転可能に支持された回転軸５に固着されて、固定子１０の内周側に回転可能に配設された回転子６とを備えている。

回転子６は、軸心位置に挿通された回転軸５に固着された回転子鉄心７と回転子鉄心７の外周面側に埋設されて周方向に等ピッチで配列され、磁極を構成する永久磁石８とを備えた永久磁石型回転子の場合を示している。なお、回転子６は、永久磁石型回転子に限定されず、絶縁しない回転子導体を、回転子鉄心７のスロットに収納して、両側を短絡環で短絡したかご形回転子や、絶縁した導体線を回転子鉄心７のスロット（図示せず）に装着した巻線形回転子を用いてもよい。

次に、固定子１０の構成について具体的に説明する。固定子１０は、固定子鉄心１１と固定子鉄心１１に装着された固定子巻線２０とを備えている。ここで、説明の便宜上、回転子６の極数を８極、固定子鉄心１１のスロット数を４８個、固定子巻線２０を３相巻線とする。すなわち、スロットは毎極毎相当たり２個の割合で固定子鉄心１１に形成されている。

鉄心ブロック１２は円環状の固定子鉄心１１を周方向に４８等分割したもので、電磁鋼板を積層一体化して作製され、断面円弧形のコアバック部１２ａと、コアバック部１２ａの内周壁面から径方向内方に延設されたティース１２ｂとを備えている。そして、固定子鉄心１１はティース１２ｂを径方向内方に向けて、コアバック部１２ａの周方向の側面同士を突き合わせて、４８個の鉄心ブロック１２を周方向に配列、一体化して、円環状に構成されている。周方向に隣り合う鉄心ブロック１２により構成されるスロット１３が、内周側に開口するように、周方向に等角ピッチで配列されている。ティース１２ｂは周方向幅が周方向内方に向って漸次狭くなる先細り形状に形成されており、スロット１３の断面は長方形となっている。スロット１３の内周面には絶縁材であるスロットセル１４が装着されている。

固定子巻線２０は固定子鉄心１１に装着された巻線アッセンブリに結線処理が施されて構成される。
固定子巻線２０を構成するコイル導体２１は、例えば、エナメル樹脂で絶縁された、かつ接続部のない連続した銅線やアルミニウム線などからなる長方形断面の導体線をエッジワイズ巻きに巻いて作製される。
上記のとおり作製されたコイル導体２１を複数組み合せ、円環状に形成した巻線体アッセンブリに外周方向から固定子鉄心１１を挿入することで一体化され固定子巻線２０は構成される。

コイル導体２１は、６スロット角度間隔離れて３列となった、第１コイルスロット部２１ａ、第２コイルスロット部２１ｂ、第３コイルスロット部２１ｃ、および第４コイルスロット部２１ｄと、第１コイルスロット部２１ａおよび第２コイルスロット部２１ｂを連結する第１コイルエンド部２１ｅ、第２コイルスロット部２１ｂおよび第３コイルスロット部２１ｃを連結する第２コイルエンド部２１ｆ、第３コイルスロット部２１ｃおよび第４コイルスロット部２１ｄを連結する第３コイルエンド部２１ｇと、他のコイルや給電部、中性点等に接続する始端コイルエンド部２１ｈと終端コイルエンド部２１ｊを備えている。なお、６スロット角度間隔とは、連続する６つのティース１２ｂの両側のスロット１３のスロット中心間の間隔であり、１磁極ピッチに相当する。

固定子鉄心１１のスロット１３に挿入されるコイル導体２１の第１コイルスロット部２１ａ、第２コイルスロット部２１ｂ、第３コイルスロット部２１ｃ、４コイルスロット部２１ｄは図８、図１０に示すように回転電機の固定子鉄心１１の内外径方向に潰されている。
すなわち、固定子鉄心１１のスロット１３内の各コイルスロット部のコイル導体２１は、径方向の厚みがｔ’、周方向の長さがｗ’であるのに対して、各コイルエンド部のコイル導体２１の径方向の厚さｔは、スロット１３内の各コイルスロット部のコイル導体２１の径方向の厚さｔ’よりも小さいｔ＜ｔ’とし、各コイルエンド部の周方向の長さｗは、スロット１３内の各コイルスロット部のコイル導体２１の周方向の長さｗ’よりも長いｗ＞ｗ’として構成している。
また、スロット１３内に挿入される各コイルスロット部のコイル導体２１の長辺側(ｗ’側)から径方向の両辺は弓形に径方向内外に膨らんでおり、矩形の４つの角度が鈍角になっている。
このことにより、コイル導体２１の角部に電界が集中しづらいため、耐圧が向上し、発熱の集中も低減できる。

実施の形態１では、矩形のコイル導体２１を固定子鉄心１１のスロット１３内に挿入する前に、固定子鉄心１１の内外径側になる方向に押し潰すことで、コイル導体２１の長辺側(ｗ’側)から径方向の両辺を弓形に変形させ、スロット１３内に挿入できる寸法に成形している。

図１０に示すように、固定子鉄心１１の鉄心ブロック１２に形成されたスロット１３に挿入されるコイル導体２１は径方向に配列されており、弓形の部分が対向して整列している。このため、コイル導体２１とコイル導体２１の間に隙間Ｇができ、ワニス等の樹脂を効率的に含侵することができる。

次に、コイル導体２１の製造方法を説明する。まず、１つのコイル導体２１を造るために必要な長さの、断面がｗ×ｔの導体線２３を図１１のように１本用意する。
この導体線２３の後でスロット１３内に挿入される部分となる４箇所の導体線を幅ｗの方向から図１２に示すように金型７０を用いて潰す。すなわち、金型７０の下型７０ａに導体線２３を図１２に示すように設置し、金型７０の上型７０ｂを下方向に押し下げて導体線２３を加圧して潰し、径方向の厚さｔ’、周方向の長さｗ’の導体線２４を形成する。
上記で潰されて形成された導体線２４のコイルエンド部分を８の字形状に折り曲げ、図示はしていないが、コイルエンド頂部のクランク形状とコイルエンド部の曲率を成形し、コイル導体２１を製造する。このコイル導体２１を４８個周方向に並べることで、図３に示す固定子巻線２０となる。

以上のように、固定子鉄心１１のスロット１３内の各コイルスロット部のコイル導体２１は、径方向の厚みがｔ’、周方向の長さがｗ’であるのに対して、各コイルエンド部のコイル導体２１の径方向の厚さｔは、スロット１３内の各コイルスロット部のコイル導体２１の径方向の厚さｔ’よりも小さいｔ＜ｔ’とし、各コイルエンド部の周方向の長さｗは、スロット１３内の各コイルスロット部のコイル導体２１の周方向の長さｗ’よりも長いｗ＞ｗ’として構成したので、コイルエンド部のコイル間隙間をスロット部より大きく設定することができ、有利である。

また、スロット１３内に挿入される各コイルスロット部のコイル導体２１の長辺側(ｗ’側)から径方向の両辺は弓形に径方向内外に膨らんでおり、矩形の４つの角度が鈍角になっているので、角部に電界が集中しづらいため、耐圧が向上し、発熱の集中も低減できる。

また、固定子鉄心１１のスロット１３内の各コイルスロット部のコイル導体２１を挿入する前に、コイル導体２１をらせん状に成形されているワークにおいて、断面がｗ×ｔの導体線２３を金型７０の下型７０ａに設置し、スロット１３内に挿入される部分となる４箇所の導体線を幅ｗの方向から金型７０の上型７０ｂを下方向に押し下げて導体線２３を加圧して潰し、径方向の厚さｔ’、周方向の長さｗ’の導体線２４を形成することにより、コイル導体２１を容易に成形することができる。

また、スロット１３に挿入される各コイルスロット部のコイル導体２１は径方向に弓形の部分が対向して整列して配列されているので、コイル導体２１とコイル導体２１の間に隙間Ｇができ、隙間Ｇにワニス等の樹脂が毛細管現象で浸透して効率的に含侵することができ、コイル間の絶縁・熱伝達性が向上する。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２を図１４に基づいて説明する。図１４はこの発明の実施の形態２に係わる回転電機を示す片側断面図である。

固定子鉄心１１のスロット１３部に挿入される部分の固定子巻線２０のコイル導体２１を固定子鉄心１１の内外径方向に潰しスロット１３内にコイル導体２１が入るように調整することは上述した実施の形態１と同様であるが、この実施の形態２では、回転電機２００は油冷却構造となっており、固定子鉄心１１、固定子巻線２０にも油が浸透する構造となっている。この実施の形態２では、図１４の矢印Ａに示すように、コイル間の隙間に油を積極的に流す構造となっており、コイル間の隙間に油が浸透し、固定子鉄心１１の中央部、固定子巻線２０のコイル中央部の冷却性を向上することができる。

なお、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

この発明は、コイルエンド部のコイル間隙間を大きく設定することができる回転電機の実現に好適である。

１１ 固定子鉄心、１３ スロット、２０ 固定子巻線、２１ コイル導体、２１ａ 第１コイルスロット部、２１ｂ 第２コイルスロット部、２１ｃ 第３コイルスロット部、２１ｄ 第４コイルスロット部、２１ｅ 第１コイルエンド部、２１ｆ 第２コイルエンド部、２１ｇ 第３コイルエンド部、２１ｈ 始端コイルエンド部、２１ｊ 終端コイ
ルエンド部、１００ 回転電機、２００ 回転電機。

この発明に係わる回転電機は、軸方向に形成されたスロットが周方向に複数の設けられた円環状の固定子鉄心と、前記固定子鉄心の前記スロットに巻着される複数のコイル導体から成る固定子巻線とを備えた回転電機において、前記固定子巻線は、前記コイル導体の全体が前記固定子鉄心の軸方向外側に延在するコイルエンド部の厚さｔと幅ｗに構成され、前記スロットに挿入されるコイルスロット部に位置する前記コイル導体を幅方向から加圧して厚さｔ′と幅ｗ′に形成された前記コイルスロット部を構成し、前記厚さはｔ＜ｔ′、前記幅はｗ＞ｗ′で構成し、前記コイル導体の加圧されていない部分を折曲して前記コイルエンド部を構成したものである。

この発明の実施の形態１に係わる回転電機を示す片側断面図である。 この発明の実施の形態１に係わる回転電機の要部を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１に係わる回転電機における固定子を示す斜視図である。 この発明の実施の形態1に係わる回転電機における鉄心ブロックを示す斜視図である。 この発明の実施の形態1に係わる回転電機における固定子巻線を構成するコイル導体を示す斜視図である。 この発明の実施の形態1に係わる回転電機における固定子巻線を構成するコイル導体を示す平面図である。 この発明の実施の形態1に係わる回転電機における固定子巻線を構成するコイル導体を示す正面図である。 この発明の実施の形態1に係わる回転電機における固定子巻線を構成するコイル導体のコイルエンド部とコイルスロット部の形状を示す断面図である。 この発明の実施の形態1に係わる回転電機における固定子巻線を構成するコイル導体の配置を表わす断面模式図である。 この発明の実施の形態1に係わる回転電機の要部を示す横断面図である。 この発明の実施の形態1に係わる回転電機における固定子巻線を構成するコイル導体の製造方法を示す模式図である。 この発明の実施の形態1に係わる回転電機における固定子巻線を構成するコイル導体の製造方法を示す模式図である。 この発明の実施の形態１に係わる回転電機における固定子巻線を構成するコイル導体の製造方法を示す模式図である。 この発明の実施の形態２に係わる回転電機を示す片側断面図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図１乃至図１３に基づいて説明するが、各図において、同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。図１はこの発明の実施の形態１に係わる回転電機を示す片側断面図である。図２はこの発明の実施の形態１に係わる回転電機の要部を示す斜視図である。図３はこの発明の実施の形態１に係わる回転電機における固定子を示す斜視図である。図４はこの発明の実施の形態1に係わる回転電機における鉄心ブロックを示す斜視図である。図５はこの発明の実施の形態1に係わる回転電機における固定子巻線を構成するコイル導体を示す斜視図である。図６はこの発明の実施の形態1に係わる回転電機における固定子巻線を構成するコイル導体を示す平面図である。図７はこの発明の実施の形態1に係わる回転電機における固定子巻線を構成するコイル導体を示す正面図である。図８はこの発明の実施の形態1に係わる回転電機における固定子巻線を構成するコイル導体のコイルエンド部とコイルスロット部の形状を示す断面図である。図９はこの発明の実施の形態1に係わる回転電機における固定子巻線を構成するコイル導体の配置を表わす断面模式図である。図１０はこの発明の実施の形態1に係わる回転電機の要部を示す横断面図である。図１１はこの発明の実施の形態1に係わる回転電機における固定子巻線を構成するコイル導体の製造方法を示す模式図である。図１２はこの発明の実施の形態1に係わる回転電機における固定子巻線を構成するコイル導体の製造方法を示す模式図である。図１３はこの発明の実施の形態１に係わる回転電機における固定子巻線を構成するコイル導体の製造方法を示す模式図である。

Claims (6)

1. 軸方向に形成されたスロットが周方向に複数の設けられた円環状の固定子鉄心と、前記固定子鉄心の前記スロットに巻着される複数のコイル導体から成る固定子巻線とを備えた回転電機において、前記固定子巻線は、前記スロットに挿入されるコイルスロット部と前記固定子鉄心の軸方向外側に延在するコイルエンド部とにより構成され、前記コイルエンド部の前記コイル導体の径方向の厚さは前記コイルスロット部の前記コイル導体の径方向の厚さよりも小さく、前記コイルエンド部の前記コイル導体の周方向の長さは前記コイルスロット部の前記コイル導体の周方向の長さよりも長く構成したことを特徴とする回転電機。
2. 前記コイルスロット部の前記コイル導体の断面形状は矩形形状であり、径方向の両辺が弓形に形成され径方向に膨らんでいることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 前記コイルスロット内に配置される前記コイル導体は、弓形の部分を対向して前記コイル導体を整列させることを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
4. 前記コイルスロット部の前記コイル導体の径方向の両辺を張伸することにより前記コイル導体の周方向ル長さを前記スロットの挿入部の開口幅より短くし、前記コイル導体を前記スロットに挿入可能としたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の回転電機。
5. 前記コイルエンド部の径方向のコイル間隙間から前記スロットの軸方向中央部にワニスを滴下することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の回転電機。
6. 油冷却構造で、コイル間隙間を油通路として油を浸透させることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の回転電機。