JP2015073359A - ステータの巻線構造 - Google Patents

Abstract

【課題】コイルエンドの軸方向の突出長さを抑制する。
【解決手段】円筒形状のステータコア１の内周に等しい角度間隔で形成されたスロット２のうちの一対のスロット２にコイル３を巻き回す。ステータコア２から軸方向外側へ突出するコイルエンド１０は、ステータコア１の端面に沿ってラジアル方向外側に屈曲する２か所の屈曲部４と、２箇所の屈曲部４の間においてクランク状に屈曲することで形成された軸方向の段差部７と、を備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、電動モータなどのステータコイルの巻線構造の改良に関する。

電動モータなどのステータのコイルは、円筒形状のステータコアの内周に一個または複数のティースを挟んで形成された一対のスロットを介してティースに巻き回される。ティースに巻き回されたコイルは、一対のスロット間においてコイルエンドをステータコアの端面から軸方向に突出する。コイルが一個のティースではなく、複数のティースを跨いで巻き回される場合、言い換えればコイルを通す一対のスロットの間に別のスロットが存在する場合には、コイルは別のスロットを通るコイルと交錯することになる。交錯はコイルエンドにおいて行なわれる。交錯部の数は巻線のピッチ、すなわち巻線が幾つのティースをまたいで行なわれるかによって異なり、巻線のピッチ数に応じて交錯部の数も増加する。

コイルエンドの交差はステータコアの端面から軸方向へのコイルエンドの突出長さを増大させるため、従来は例えば交錯するコイルエンドの導線同士を網目状に編み込むことで、コイルエンドの軸方向の突出長さを抑えていた。

この方法では、コイルの線材を１本ずつ編み込むために、コイルの巻線作業が複雑化することは避けられない。巻線作業を容易にすべく、特許文献１は複数本の線材をコイル状にまとめた線材集合体を、一対のスロットに嵌め込むことで、コイルの巻線を行なうとともに、線材集合体のコイルエンドにクランク部を設けることで、コイルエンドに軸方向の段差を予め成型しておくことを提案している。

特許文献１の巻線構造は、コイルエンドの段差がコイルエンドとステータコアの端面との間に創出するスペースに、隣接する別のコイルの導線集積体を通すことで、コイルエンド同士の交錯を容易にするという効果をもたらす。

特開２０１０-１６６８０３号公報

しかしながら、特許文献１の従来技術においても、コイルと他のコイルとの交錯部の数、言い換えれば巻線のピッチ数が多くなるにつれて、コイルエンドの軸方向の突出長さが大きくなることは避けられない。

この発明は、上記の問題を解決して、巻線のピッチ数によらずにコイルエンドの軸方向の突出長さを抑制できる巻線構造を提供することを目的とする。

以上の目的を達成するために、この発明は、円筒形状のステータコアの内周に等しい角度間隔で形成されたスロットのうちの一対のスロットにコイルを巻き回す巻線構造に適用される。この発明による巻線構造は、ステータコアから軸方向外側へ突出するコイルエンドに、ステータコアの端面に沿ってラジアル方向外側に屈曲する２か所の屈曲部と、２箇所の屈曲部の間においてクランク状に屈曲することで形成された軸方向の段差部と、を設けている。

ステータコアの端面からラジアル方向外側へ屈曲する屈曲部をコイルエンドの２か所に設けることで、コイルエンドは、軸方向にではなく、ステータコアの端面に沿ってラジアル方向に展開するので、コイルエンドの軸方向の突出長さを短く抑えることができる。さらに、２か所の屈曲部の間に形成された軸方向の段差部を利用して他のコイルのコイルエンドと交錯させることで、交錯するコイルエンドの数が増えた場合でも、コイルエンドの軸方向の突出長さの増加を回避できる。

この発明の第１の実施形態による１個のコイルエンドを軸方向から眺めた側面図と、中心方向から眺めた正面図である。 図１のＡ-Ａ断面図である。 同じく複数のコイルエンドを軸方向から眺めた側面図と、中心方向から眺めた正面図である。 図３のＢ-Ｂ断面図である。 この発明の第２の実施形態による複数のコイルエンドを軸方向から眺めた側面図である。 この発明の第３の実施形態による複数のコイルエンドを軸方向から眺めた側面図である。

図１を参照すると、ステータコア１は中心軸を有する円筒形状に形成され、内周側のティース部１Ａと外周側のバックヨーク１Ｂとで構成される。ステータコア１は電動モータやジェネレータのステータに適用される。ティース部１Ａには等しい角度間隔でティース５が形成され、隣接するティース５の間にスロット２が形成される。スロット２はステータコア１の内周面と軸方向の両端面に開口を有する。ステータコア１は所定の平面形状にプレス形成された鋼板を積層することで形成される。

ステータコア１の所定の間隔を空けた一対のスロット２にコイル３が装着される。コイル３は、例えば複数本の線材を予めコイル形状に成型した線材集合体６で構成される。

図２を参照すると、線材集合体６は、ステータコア１の内周に臨む開口から一対のスロット２にはめ込まれ、結果として一対のスロット２に挟まれた複数のティース５に巻き回された状態となる。この実施形態では、線材集合体６は５個のティース５を跨いで装着される。言い換えれば、一対のスロット２の間に４個の別のスロット２が位置している。

コイル３は一対のスロット２のステータコア１の両端面の開口からそれぞれ突出する一対のコイルエンド１０を備える。

図１の（ａ）に示すように、各コイルエンド１０は、スロット２の外側でステータコア１の端面に沿ってラジアル方向外側に屈曲する。このためにコイルエンド１０には、線材集合体６の一対のスロット２への装着に先立って、２か所の屈曲部４が予め形成される。各コイルエンド１０にはさらに、ラジアル方向に関して最も外周寄りの位置で線材集合体６をクランク状に屈曲させることで形成される軸方向の段差部７が設けられる。コイルエンド１０は段差部７の前後で軸方向だけでなく、図１の（ａ）に示すように、ステータコア１の横断面内においてもＶ字形に屈曲する。段差部７及びＶ字形の屈曲も線材集合体６の一対のスロット２への装着に先立って予めコイルエンド１０に形成される。

段差部７によって、コイルエンド１０は、図１の（ｂ）に示すように、線材集合体６がティース５に装着された状態で、バックヨーク１Ｂから離れた位置にある離間部１０Ａと、バックヨーク１Ｂに近接する近接部１０Ｂとを備えることになる。

コイルエンド１０はさらに、屈曲部４からラジアル方向に延びる長さの異なる２つの直線部１２Ａと１２Ｂを備える。コイルエンド１０は直線部１２Ａからステータコア１の端面と平行を保ったまま屈曲して離間部１０Ａに至る。また、直線部１２Ｂからステータコア１の端面と平行を保ったまま屈曲して近接部１０Ｂに至る。

図３と図４を参照すると、このような同一のコイル形状に予め成型された線材集合体６がすべてのスロット２に装着される。

さらに同一のスロット２に、図４に示すように、別の線材集合体６がラジアル方向に重なるようにはめ込まれる。図の斜線に示される線材集合体６を収装した一対のスロット２の各々は、別のスロット２とも対をなしている。すなわち、図の斜線に示される線材集合体６を収装した一組のスロット２のうちの右側のスロット２は図の時計まわりに４個おいた別のスロット２とも対をなし、この一対のスロット２に別の線材集合体６が装着される。同様に、図の斜線に示される線材集合体６を収装した一組のスロット２のうちの左側のスロット２は図の反時計まわりに４個おいた別のスロット２とも対をなし、この一対のスロット２に別の線材集合体６が巻き回される。

このようにしてすべてのスロット２が他の２つのスロットとの間でそれぞれ一対のスロット２を構成し、すべての組の一対のスロット２に線材集合体６がそれぞれ装着される。結果として、ステータはティース５と同数のコイル３を有することになる。

以上の線材集合体６、すなわちコイル３、の配置の結果、コイル３はコイルエンド１０において他のコイル３のコイルエンド１０と交錯する。

この実施形態による巻線構造においては、コイルエンド１０は前述のように段差部７の前後にステータコア１の端面から離れた離間部１０Ａと、ステータコア１の端面に近接する近接部１０Ｂとを有している。巻線作業に当たっては、図３の（ａ）と（ｂ）に示すように、コイルエンド１０の近接部１０Ｂの上方を、交錯するコイルエンド１０の離間部１０Ａが通過するように、所定の順番で線材集合体６を各組のスロット２に装着して行く。ここで、上方とは、ステータコア１の端面から軸方向に離間した位置を指す。つまり、あるコイルエンド１０の離間部１０Ａとバックヨーク１Ｂの間のスペースを、交錯するコイルエンド１０の近接部１０Ｂが通過するように、線材集合体６を各組のスロット２に装着して行く。要約すれば、段差部７がバックヨーク１Ｂとの間に形成するスペースを用いて、コイルエンド１０と他のコイル３のコイルエンド１０とを交錯させる。

このようにして、すべての組のスロット２に線材集合体６を装着し終えた状態で、すべての線材集合体６のコイルエンド１０の交錯部は離間部１０Ａと近接部１０Ｂとの交錯によって構成されることになる。ここで、交錯するコイルエンド１０の数は、一組のスロット２の間に位置する別のスロット２の数に依存する。これはコイル３の巻線ピッチに相当する。つまり、巻線ピッチが大きいほど交錯するコイルエンド１０の数も多くなる。

この巻線構造は、ステータコア１から軸方向外側へ突出するコイルエンド１０が、ステータコア１の端面に沿ってラジアル方向外側へと屈曲する２か所の屈曲部４と、２箇所の屈曲部４の間においてクランク状に屈曲することで形成される軸方向の段差部７と、を備えている。そのため、段差部７がバックヨーク１Ｂとの間に形成するスペースを用いて、ステータコア１の端面、より詳しくはバックヨーク１Ｂと軸方向に重なり合う位置で、コイルエンド１０を交錯させることができる。これにより、コイルエンド１０の交錯によるコイル３の軸方向長さの増大を抑制して、軸方向長さのコンパクトなステータコイルを実現することが可能となる。

この実施形態では一対のスロット２の間に４個の別のスロット２が位置している。一対のスロット２の間に位置する別のスロット２の数はコイル３の巻線ピッチに依存する。電動モータあるいはジェネレータの振動の抑制や鉄損の低減のために、巻線ピッチを増やすと、一対のスロット２の間に位置する別のスロット２の数が増加し、結果として、コイルエンド１０の交錯数が増加する。この巻線構造によれば、線材集合体６の交錯によるコイルエンド１０の軸方向の突出長さの増加量は、コイルエンド１０の交錯数によらず、軸方向の段差部７の範囲に抑えられる。したがって、電動モータあるいはジェネレータの振動の抑制や鉄損の低減のために巻線ピッチを増やしたい場合でも、ステータの大型化を回避することができる。

さらに、この巻線構造では、１個のスロット２を用いて異なる二組のスロット２のペアを構成し、各ペアのスロット２に線材集合体６を装着している。そのため、コイル３の配置の密度を高めつつ、コイルエンド１０の軸方向の突出長さを小さく抑えることができる。

さらに、この巻線構造では、段差部７をコイルエンド１０の最もラジアル方向外側の部位に形成している。そのため、コイルエンド１０の交錯数に対してコイルエンド１０のラジアル方向の拡がりを小さく抑えることができる。

ステータコア１の外側におけるコイルエンド１０の拡がりが小さいと、電動モータやジェネレータ内のステータコア１の配置スペースも小さくすることができる。

さらに、この巻線構造は、すべての一対のスロット２に巻き回されるコイル３を同一形状としている。そのため、コイル３の種類を増やさずに済み、ステータコイルの製造コストを低減することができる。

さらに、この巻線構造では、コイルエンド１０に長さの異なる２つの直線部１２Ａと１２Ｂを備えることで、同一スロット２内において、ラジアル方向内側のコイル３は屈曲部４から長い直線部１２Ａを介してバックヨーク１Ｂに至り、ラジアル方向外側のコイル３は屈曲部４から短い直線部１２Ｂを介してバックヨーク１Ｂに至る。その結果、同一スロット２から取り出された２つのコイルエンド１０の離間部１０Ａと近接部１０Ｂの開始位置が軸方向に重なることになり、限られたスペースに同一形状のコイルエンド１０を効率的に重ねて配置できる。

図５を参照してこの発明の第２の実施形態を説明する。

この実施形態による巻線構造は第１の実施形態の巻線構造と、屈曲部４の位置が異なる。

この実施形態による巻線構造では、一対のスロット２からステータコア１の外側へ引き出された一対の線材集合体６は向かい合うように周方向へと屈曲し、ステータコア１の端面と平行して周方向に延びる引出部１１を経て屈曲部４に至る。屈曲部４はスロット２に隣接するティース５と軸方向重なり合う位置に設けられる。

コイルエンド１０にこのような引出部１１を形成すると、第１の実施形態よりも離間部１０Ａと近接部１０Ｂの長さが短くなり、段差部７の位置が図の破線に示すようにステータコア１の端面の中心寄りに移動する。結果として、ステータコア１の端面上のコイルエンド１０のラジアル方向の拡がりが第１の実施形態と比べて小さくなる。ステータコア１の外側におけるコイルエンド１０の拡がりが小さいと、電動モータやジェネレータ内のステータコア１の配置スペースも小さくすることができる。

また、コイルエンド１０に引出部１１を形成すると、ティース５を介して隣接するスロット２から引き出されたコイル３のコイルエンド１０との交錯部をティース５の上に配置することができる。ティース５に面したスペースをコイルエンド１０の交錯部に利用することで、離間部１０Ａと近接部１０Ｂとの交錯部の数を１つ減らすことができる。結果として、コイルエンド１０のラジアル方向の拡がりを小さくすることができる。

図６を参照して、この発明の第３の実施形態を説明する。

この実施形態による巻線構造では、第２の実施形態の構成に加えて、離間部１０Ａと近接部１０Ｂを、図に示すようにステータコア１の端面と平行を保ったまま、複数か所でラジアル方向及び周方向に屈曲させる。

この実施形態によれば、離間部１０Ａと近接部１０Ｂを直線状とした第２の実施形態と比べて、図の破線に示すように、ステータコア１の端面上のコイルエンド１０のラジアル方向の拡がりをさらに小さくすることができる。

以上のように、この発明を特定の実施形態を通じて説明して来たが、この発明は上記の実施形態に限定されるものではない。当業者にとっては、特許請求の範囲でこれらの実施形態にさまざまな修正あるいは変更を加えることが可能である。

１ ステータコア
１Ａ ティース部
１Ｂ バックヨーク
２ スロット
３ コイル
４ 屈曲部
５ ティース
６ 線材集合体
７ 段差部
１０ コイルエンド
１０Ａ 離間部
１０Ｂ 近接部
１１ 引出部

Claims (10)

1. 円筒形状のステータコアの内周に等しい角度間隔で形成されたスロットのうちの一対のスロットを介して前記一対のスロット間のティースにコイルを巻き回す巻線構造において、
   ステータコアから軸方向外側へ突出するコイルエンドが、ステータコアの端面に沿ってラジアル方向外側に屈曲する２か所の屈曲部と、２箇所の屈曲部の間においてクランク状に屈曲することで形成された軸方向の段差部と、を備えることを特徴とするステータの巻線構造。
2. ステータコアは前記ティースと前記スロットとを交互に形成したスロット部と、スロット部のラジアル方向外側に位置するバックヨークとを備え、前記段差部は前記２箇所の屈曲部の間において、バックヨークと軸方向に重なりあうことを特徴とする、請求項１に記載のステータの巻線構造。
3. 前記コイルエンドは前記段差部が前記バックヨークとの間に形成するスペースを用いて、他の一対のスロットに巻き回されたコイルのコイルエンドと交錯することを特徴とする、請求項２に記載のステータの巻線構造。
4. 前記屈曲部は前記ティースと軸方向に重なる位置に配置され、前記コイルエンドは前記スロットと前記屈曲部との間に前記ステータコアの端面と並行かつ周方向に延びる引出部を備える、請求項２または３に記載のステータの巻線構造。
5. 前記コイルエンドは、前記ティースと軸方向に重なる位置において、他の一対のスロットに巻き回されたコイルのコイルエンドと交錯する、請求項４に記載のステータの巻線構造。
6. 同一のスロットを介して２つのコイルが異なるティースに巻線されるとともに、前記同一のスロットを介して巻線される２つのコイルは、前記屈曲部からラジアル方向外側に向けて延びる長さの異なる直線部を有する、請求項１から５のいずれかに記載のステータの巻線構造。
7. 前記コイルエンドの前記段差部と前記屈曲部との間に前記ステータコアの端面と平行なクランクを形成した、請求項１から６のいずれかに記載のステータの巻線構造。
8. 前記段差部は前記コイルエンドのラジアル方向の最も外寄りの部位に位置する、請求項１から７のいずれかに記載のステータの巻線構造。
9. ステータコアのすべてのスロットに巻き回されるコイルが同一形状を有する、請求項１から８のいずれかに記載のステータの巻線構造。
10. 前記一対のスロットの間に別のコイルのための別のスロットを備える、請求項１から９のいずれかに記載のステータの巻線構造。

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