JP2015091173A - 回転電機ステータ - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機ステータにおいて、集合導線を用いる巻線コイルの接合の際に、集合導線について熱分布をより均一化し、接合品質を向上させることである。
【解決手段】回転電機ステータ１０は、ステータコア１２の内周に沿って複数配置されるスロット１６と、複数の素線で構成される集合導線２２をスロット１６に挿入し、ステータコア１２の軸方向端部の外側のコイルエンド部で、集合導線２２と他の導線３０とを所定のコイル巻回方法に従って接合して構成される巻線コイル２０とを備え、コイルエンド部において、集合導線２２は先端部の長手方向に沿って分割され、巻線コイル２０は、分割された集合導線２２の開かれた先端部２４を接合対象である別の導線３０の先端部の周囲に配置してこれらを接合した接合部３８を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機ステータに係り、特に、集合導線を用いた巻線コイルを含む回転電機ステータに関する。

特許文献１には、絶縁層で被覆された素線を複数本撚った撚線について、成形型を用いて矩形等の所定断面形状に圧縮成形することが述べられている。このように素線を複数本集合させ、所定断面形状に成形したものは集合導線と呼ばれる。集合導線を用いることで渦電流による損失を低減でき、また放熱性、占積率を向上させることがきる。そこで、この集合導線を用いて、回転電機ステータに巻回される巻線コイルとすることが行われる。

特開２００９−１９９７４９号公報

回転電機ステータに集合導線を用いて所定の巻回方法で巻線コイルを形成するときに、集合導線の先端部と、他の導線の先端部とを溶接等で接合することがある。例えば、集合導線の先端部に他の導線の先端部を合わせて溶接を行うと、集合導線を構成する複数本の素線の間で熱分布が不均一になりやすい。そのために溶接品質が確保するためには、より多くの入熱量が必要となる。

本発明の目的は、巻線コイルの接合の際に集合導線についての熱分布をより均一化し、接合品質を向上させた回転電機ステータを提供することである。

本発明に係る回転電機ステータは、ステータコアの内周に沿って複数配置されるスロットと、複数の素線で構成される集合導線をスロットに挿入し、ステータコアの軸方向端部の外側のコイルエンド部で、集合導線と他の導線とを所定のコイル巻回方法に従って接合して構成される巻線コイルと、を備え、コイルエンド部において、集合導線は先端部の長手方向に沿って分割され、巻線コイルは、集合導線の分割によって開かれた先端部を接合対象である別の導線の先端部の周囲に配置してこれらを接合した接合部を有することを特徴とする。

上記構成によれば、集合導線は先端部の長手方向に沿って分割され、この分割された集合導線の開かれた先端部が接合対象である別の導線の先端部の周囲に配置されるので、例えば、巻線コイルにおける溶接の際に、別の導線の先端部に電極を当てて入熱することで、集合導線における熱分布をより均一にできる。

本発明に係る実施の形態の回転電機ステータの示す図である。（ａ）は全体斜視図、（ｂ）は接合部付近の拡大図で径方向に沿った方向からの図、（ｃ）は接合部付近の拡大図で周方向に沿った方向からの図、（ｄ）は接合部付近の拡大図で高さ方向に沿った方向からの図である。 本発明に係る実施の形態の回転電機ステータにおいて、集合導線の先端部を分割し、分割によって開かれた間に他の導線を挟み込んで配置する手順（ａ）〜（ｅ）を示す図である。 図２に代えて、予め分割された先端部を有する集合導線を、ステータコアのスロットに挿入するときの一例を示す図である。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。以下では、集合導線を用いて形成される巻線コイルの巻回方法として分布巻を述べるが、導線の先端部が他の導線の先端と接合されて形成される巻線コイルであればよく、例えば、集中巻であっても構わない。以下に述べる寸法、形状、材質等は、説明のための例示であって、回転電機ステータの仕様等により、適宜変更が可能である。また、以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、車両に搭載される回転電機に用いられる回転電機ステータ１０の構造を示す図である。以下では、回転電機ステータ１０を特に断らない限り、ステータ１０と呼ぶ。ステータ１０は、集合導線２２を用いて形成される巻線コイル２０を含む構造を有し、図１（ａ）は全体斜視図、（ｂ）は接合部付近の拡大図で径方向に沿った方向からの図、（ｃ）は接合部付近の拡大図で周方向に沿った方向からの図である。なお、図１に、ステータ１０の周方向θ、径方向Ｒ、高さ方向Ｚをそれぞれ示した。

ステータ１０が用いられる回転電機は、車両が力行するときは電動機として機能し、車両が制動時にあるときは発電機として機能するモータ・ジェネレータで、三相同期型回転電機である。回転電機は、図１に示される固定子であるステータ１０と、ステータ１０の内周側に所定の隙間を隔てて配置される円環状の回転子であるロータとで構成される。図１ではロータの図示を省略した。

ステータ１０は、ステータコア１２と、ステータコア１２の内周に沿って設けられる複数のティース１４と、隣接するティース１４の間の貫通空間である複数のスロット１６と、スロット１６に挿入されティース１４の周りに巻回される巻線コイル２０を有する。

ステータコア１２は、円環状の磁性体部品で、内周に沿ってティース１４とスロット１６が交互に複数配置される。ティース１４は巻線コイル２０が巻回され磁極となる突出部である。かかるステータコア１２は、ティース１４とスロット１６を含んで所定の形状に成形された円環状の磁性体薄板を複数積層したものが用いられる。磁性体薄板としては、電磁鋼板を用いることができる。磁性体薄板の積層体に代えて、磁性粉末を所定の形状に一体化成形したものを用いることもできる。

巻線コイル２０は、絶縁皮膜付きの集合導体２２を予め定めたコイル巻回方法で各ティースに順次巻回し、必要な個所で電気的に接続して、三相巻線を形成したものである。ここで予め定めたコイル巻回方法は集中巻である。図１（ａ）では、三相巻線の内の一相分の巻線コイル２０が示されている。

巻線コイル２０は、複数の素線で構成される絶縁皮膜付き集合導線２２をスロット１６に挿入し、ステータコア１２の軸方向端部の外側のコイルエンド部で、集合導線２２の先端部２４と他の導線３０の先端部を接合部Ａで接合して構成される。コイルエンド部は、図１（ａ）において、ステータコア１２のＺ方向に沿った両端部において巻線コイル２０が突き出した部分のことである。

集合導線２２は、絶縁層で被覆された素線を複数本集合させ、成形型を用いて矩形等の所定断面形状に圧縮成形して一体化した絶縁皮膜付き導線である。これにより、単一の素線１本を所定形状に成形したものと比較して、導線における渦電流の発生を抑制できる。ここでは、７本の素線を矩形断面に成形（図２（ａ）参照）し、外形を平角線と同じ形状として集合導線２２が用いられる。矩形以外の断面の集合導線２２を用いてもよい。巻線コイル２０の全部の巻線を集合導線２２で構成してもよく、集合導線２２と単一導線とを併用してもよい。併用される単一導線としては、平角線を用いることができる。

集合導線２２を構成する素線は、銅線、銅錫合金線、銀メッキ銅錫合金線等を用いることができる。絶縁皮膜としては、ポリアミドイミドのエナメル皮膜が用いられる。これに代えて、ポリエステルイミド、ポリイミド、ポリエステル、ホルマール等を用いてもよい。

図１（ｃ），（ｄ）に示すように、集合導線２２は、コイルエンド部において、先端部の長手方向に沿って分割線を入れて分割される。すなわち、集合導線２２は、ステータコア１２のスロット１６の中では、外形が平角線形状に一体化されたままで、ステータコア１２から突き出したところで、先端部２４が２つの分割部２６，２８に分割されて開かれる。

巻線コイル２０は、分割された集合導線２２の開かれた先端部２４に接合対象である別の導線３０の先端部を挟み込んでこれらを接合した接合部３８を有する。接合部３８は図１（ｂ）に示される。ここでは、集合導線２２の先端部２４の２つの分割部２６，２８が互いに向かい合う間に、別の導線３０が挟み込まれる。別の導線３０は、平角形状を有する集合導線でもよく、単一素線で構成される平角線でもよい。それ以外の断面形状を有するものでもよい。接合部３８は、溶接によって集合導線２２の先端部２４と導線３０の先端部とを一体化したものである。

接合部３８の形成は、図１（ｃ）のＢで示されるように、コイル溶接装置の電極を導線３０の側に当てて入熱し、分割された集合導線２２と導線３０とを溶融して一体化する。溶接に際し、適当な熔材等を用いてもよい。このようにすることで、断面積の大きな導線３０の周囲から面積の小さい分割部２６，２８のそれぞれに入熱されるので、分割部２６，２８への熱伝達が、分割されていない集合導線２２に対する場合よりも均一化される。

図２は、絶縁皮膜付き集合導線２２の先端部２４を分割し、別の導線３０の先端部を挟みこむ手順を示す図である。図２（ａ）は、絶縁皮膜付き集合導線２２の先端部２４が、ステータコア１２のスロット１６からコイルエンド側に突き出した様子を示す図である。図２（ｂ）は、集合導線２２の先端部２４の絶縁被膜を剥がし、先端部２４の頂点側から分割治具４０を矢印で示す方向に降下させる手順を示す図である。分割治具４０は、複数枚の薄い鋼板の先端側を少しずつずらして積層し、全体として先端が尖った形状を形成するものを用いることができる。これ以外に、尖った先端を一体化して形成した治具を用いてもよい。

図２（ｃ）は、分割治具４０を集合導線２２の先端部２４に押し当てさらに降下させて、集合導線２２の先端部２４を分割部２６，２８の２つに分割する手順を示す図である。分割数は、２分割としたが、場合によっては、３分割、４分割等でもよい。３分割以上のときは、集合導線２２の分割部で他の導線３０を挟み込むというよりも、集合導線２２の分割部を他の導線３０の周囲に配置することになる。分割方向は、図２（ｃ）に示すように、集合導線２２の長手方向に沿って分割線を入れて分割する。集合導線２２が矩形の断面形状を有するときは、長辺に平行に分割線を入れて短辺側を分割する。スロット１６の関係では、スロット１６のθ方向に分割線を入れてＲ方向に沿って分割する。

図２（ｄ）は、分割治具４０が引き上げられた状態を示す図で、集合導線２２の先端部２４が２つの分割部２６，２８に開かれている。図２（ｅ）は、開かれた分割部２６，２８の間に、接合対象である別の導線３０の先端部を挟んで配置する様子を示す図である。この状態で、溶接装置の電極が導線３０に当てられて、溶接のための入熱が行われ、図１で説明した接合部３８が形成される。

図２の方法に代えて、先端部２４を予め分割して分割部２６，２８を形成した集合導線２２を、ステータコア１２のスロット１６に挿入することもできる。その場合には、集合導線２２の先端部２４が開いているので、スロット１６内における隣には分割部を有しない導線３２を挿入することがよい。図３はその様子を示す図である。図３（ａ）は、ステータコア１２の部分的な上面図で、１つのスロット１６が示される。図３（ｂ）は、（ａ）のスロット１６のＲ方向に沿った断面図である。ここでは、先端部２４を予め分割して分割部２６，２８を形成した集合導線２２と、分割部を有しない導線３２とが、スロット１６のＲ方向に沿って配列される。このようにすることで、先端部２４を予め分割して分割部２６，２８を形成した集合導線２２をスロット１６内に挿入することが容易になる。

１０ （回転電機）ステータ、１２ ステータコア、１４ ティース、１６ スロット、２０ 巻線コイル、２２ 集合導線、２４ 先端部、２６，２８ 分割部、３０，３２ 導線、３８ 接合部、４０ 分割治具。

Claims (1)

1. ステータコアの内周に沿って複数配置されるスロットと、
   複数の素線で構成される集合導線をスロットに挿入し、ステータコアの軸方向端部の外側のコイルエンド部で、集合導線と他の導線とを所定のコイル巻回方法に従って接合して構成される巻線コイルと、
   を備え、
   コイルエンド部において、集合導線は先端部の長手方向に沿って分割され、
   巻線コイルは、
   集合導線の分割によって開かれた先端部を接合対象である別の導線の先端部の周囲に配置してこれらを接合した接合部を有することを特徴とする回転電機ステータ。

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