JP2016025765A - 回転電機の固定子 - Google Patents

Abstract

【課題】より安価かつ小型化した平角線の集中巻接続形状を提供すること。【解決手段】本発明にかかる回転電機の固定子１は、略円筒形状のステータコア２の内周面に、断面が略長方形の平角線１０が集中巻された３相のコイルが配置されたものであって、３相のコイルは、同相のコイルが直列に接続され、同じ相のコイルが他の２相のコイルを挟むように、ステータコア２の内周面に配置され、同相のコイルが接続された３つの平角線は、中性点３０においてスター結線され、中性点３０は、ステータコアの内周側に配置され、同相のコイルの接続は、巻き始めの端部１１１と、巻き終りの端部１１２とが、同じ方向に延伸するよう設けられ、巻き始めの端部１１１は、コイルの内周側に設けられ、巻き終りの端部は、コイルの外周側に設けられ、１つの同相のコイルの巻き終りの端部１１２と、他のコイルの巻き始めの端部１１１とが接続されるものである。【選択図】図１

Description

本発明は回転電機の固定子に関する。

ティースに平角線を集中巻した構造のコイルを有する回転電機の固定子において、コイルを中性点で結線する手段として、バスバーを用いるものが知られている。特許文献１には、ステータコイルと複数のバスバーとが溶接された溶接構造が記載されている。

特開２０１３−５５７９８号公報 特開２００８−２２００９３号公報

しかしながら、回転電機においては、バスバーモジュールは高価であるという問題がある。しかし、バスバーモジュールを用いずに３相のコイル端部を結線しようとすると、コイル端部が、同じ層のコイル同士を接続する渡り線と干渉してしまう。コイル端部が渡り線干渉しないよう、逃がしながら結線すると、コイル端部は回転軸方向に飛び出してしまい、回転電機が大型化する、という問題点があった。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、より安価かつ小型化した平角線の集中巻接続形状を提供することを目的とする。

本発明にかかる回転電機の固定子は、略円筒形状のステータコアの内周面に、断面が略長方形の平角線が集中巻された３相のコイルが配置されたものであって、３相のコイルは、同相のコイルが直列に接続され、同じ相のコイルが他の２相のコイルを挟むように、ステータコアの内周面に配置され、同相のコイルが接続された３つの平角線は、中性点においてスター結線され、中性点は、ステータコアの内周側に配置され、同相のコイルの接続は、巻き始めの端部と、巻き終りの端部とが、同じ方向に延伸するよう設けられ、巻き始めの端部は、コイルの内周側に設けられ、巻き終りの端部は、コイルの外周側に設けられ、１つの同相のコイルの巻き終りの端部と、他のコイルの巻き始めの端部とがバスバー線を介して接続され、前記中性点のスター結線部の前記バスバー線は、他の前記バスバー線よりも、前記ステータコアの略円筒形状の中心軸方向寄りに配置されているものである。これにより、バスバーを用いず、かつコイル端部が回転軸方向に飛び出さない形状とすることができる。

本発明によれば、より安価かつ小型化した平角線の集中巻接続形状を提供することができる。

実施の形態１にかかる固定子を示す図である。 実施の形態１にかかる固定子の一部分を示す図である。 実施の形態１にかかる他の接続構造における中性点の上面を模式的に示す図である。 実施の形態２にかかる固定子を示す斜視図である。 実施の形態２にかかる固定子の一部を示す図である。 実施の形態２にかかる他の接続構造における中性点の上面を模式的に示す図である。

実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。本発明は、断面が略長方形の平角線が集中巻された、複数の３相のコイルであって、前記３相のコイルの中性点をスター結線している回転電機における、平角線の接続構造にかかるものである。特に、本実施の形態にかかる回転電機の固定子は、高占積コイルにつき、隣接コイルが干渉して内周部からの単純な押し込み組み付けでは出来ない構造で、最終組み付けコイルは、変形して組み付ける構造の回転電機の固定子である。

図１（ａ）は、実施の形態にかかる、固定子１のコイル３１〜３５、コイル４１〜４５、コイル５１〜５５の接続を示す図である。コイル３１〜３５はＵ相のコイル、コイル４１〜４５はＶ相のコイル、コイル５１〜５５はＷ相のコイルである。コイル３１〜３５、４１〜４５、５１〜５５は、それぞれ同相のコイル同士が直列に接続されている。そして、中性点３０において、３相のコイル３１〜３５、コイル４１〜４５、コイル５１〜５５が直列に接続された平角線の一方の端部が、スター結線されている。

図１（ｂ）は、実施の形態にかかる回転電機の固定子を示す斜視図である。固定子１は、ステータコア２と、ステータコア２に設けられた、コイル３１〜３５、コイル４１〜４５、コイル５１〜５５と、を有する。

ステータコア２は、略円筒形状である。コイル３１〜３５、コイル４１〜４５、コイル５１〜５５は、ステータコア２の内周面に設けられる。コイル３１〜３５、コイル４１〜４５、コイル５１〜５５は、ステータコア２の内周に設けられた複数のティース２１に、断面が略長方形の平角線１０が集中巻された構造である。

コイル３１〜３５、コイル４１〜４５、コイル５１〜５５は、同じ相のコイルが他の２相のコイルを挟むように配置されている。言い換えれば、ステータコア２の内周面に沿って、時計回りに、コイル３１、コイル４１、コイル５１、コイル３２、コイル４２、コイル５２、…コイル５５となるように配置されている。

次に、固定子１の形状についてより詳細に説明する。以下の説明においては、ステータコア２の円筒形状の中心軸方向に向かう方向を内周方向、中心軸から離れる方向を外周方向、中心軸に沿った紙面上方の方向を上方向という。また、コイル３１〜３５、コイル４１〜４５、コイル５１〜５５を構成する平角線１０は、一定の太さの平角線であるが、ティース２１に巻かれている部分を巻き線１１、同相のコイルを接続する部分をバスバー線１２という。

巻き線１１は、巻き始めとなる端部１１１と巻き終わりとなる端部１１２とを有する。端部１１１と端部１１２とは固定子１の回転軸方向に対して同じ方向、ここでは上方となるよう配置される。端部１１１は、ティース２１の内周側に、端部１１２はティース２１の外周側にそれぞれ配置されている。なお、ここでは便宜上、端部１１１を巻き始め、端部１１２を巻き終わりとしているが、巻き始めと巻き終わりとは、製造工程における巻き方の順序を示すものではなく、単に、中性点３０を平角線１０の始点とした場合の名称である。よって、実際には、端部１１１が巻き終りで、端部１１２が巻き始めであってもよい。

バスバー線１２は、端部１１２と端部１１１とを接続する。例えば、コイル３１とコイル３２との接続の場合、コイル３１の端部１１２と、接続先のコイル３２の端部１１１と、を接続する。コイル３２〜３５の接続も同様である。即ち、コイル３１〜３４の端部１１２は、コイル３２〜３５の端部１１１に接続される。コイル４１〜４５、コイル５１〜５５の接続も、コイル３１〜３５と同様に接続される。

これにより、同相のコイルの平角線１０の端部１１１と１１２とが、違う相のコイルの平角線１０の端部と干渉することなく、コンパクトに連結する構造とすることができる。

なお。固定子１の組み付けにおいては、まずコイル４１を組み付け、それから時計回りにコイル５１、コイル３２…の順に行い、最後に、コイル３１を組み付ける。コイル３１は、組み付けの際に、そのままの形状では組み付けられないため、変形組み付け（例えば、特許文献２などに記載されている）を行う。これにより、上記の固定子１の構造を形成することが可能になる。

次に、中性点３０のスター結線の形状について説明する。図２（ａ）、（ｂ）は、固定子１の一部分を拡大した斜視図である。中性点３０は、コイルＬ３の端部１１３と、コイルＬ４の端部１１４と、コイルＬ５の端部１１５と、が外周方向に向かって、端部１１３、端部１１５、端部１１４の順に重ねて結線されている。例えば、図２（ａ）におけるコイルＬ３、Ｌ５、Ｌ４は、それぞれ図１におけるコイル３１、４１、５１に対応するが、その他、任意のコイルに対応してもよい。

図２（ｃ）は、中性点３０の上面を模式的に示す図である。矢印は、それぞれの端部に接続している平角線１０の伸びている方向を示す。端部１１４は、中性点３０において、平角線１０の２本の厚みの分だけ、外周側に曲げられる。端部１１５は、端部１１４の内周側に接続されるため、中性点３０において、平角線１０の厚み分だけ外周方向に曲げられている。例えば、図２（ｃ）の回転電機の固定子は、時計回りに巻き付けた平角線コイルを接続したバスバー線において、三相のコイルが内周部に並んで配列した状態において、中性点の接続配線はステータコア内周部から外周部に一列に配列し、中央に配置したコイル相が最外周部に、右隣接コイル相は中央部に、最終組み付けした左隣接コイル相が最内周部に配置した構造であるといえる。

中性点３０の接続構造については、図２（ｃ）に示すもののみでなく、他の構造での接続も可能である。図３（ａ）〜（ｃ）は、他の接続構造における中性点３０の上面を模式的に示す図である。

図３（ａ）では、外周方向に向かって、端部１１４、端部１１５、端部１１３の順で結線されている。端部１１５は、中性点３０において外周側に平角線１０の厚み分だけ曲げられている。端部１１３は、平角線１０の２本の厚み分だけ外周側に曲げられている。例えば、図３（ａ）の回転電機の固定子は、時計回りに巻き付けた平角線コイルを接続したバスバー線において、各相のコイルがステータコアの内周部に並んで配列した固定子構造で、中性点の接続配置は、ステータコアの内周部から外周部に一列に配列し左隣接コイル相が最外周部に、右隣接コイル相は中央部に、最終組み付けする中央に配置したコイル相が最内周部に配置した構造であるといえる。

図３（ｂ）では、外周方向に向かって、端部１１５、端部１１３、端部１１４の順で結線されている。端部１１３は、平角線１０の厚み分だけ外周方向に曲げられている。端部１１４は、平角線２本の厚み分だけ外周方向に曲げられている。

図３（ｃ）では、端部１１３、端部１１４、端部１１５が、外周方向に対して直角の方向に沿うように、並べて接続されている。例えば、図３（ｃ）の回転電機の固定子は、時計回りに巻き付けた平角線コイルを接続したバスバー線において、各相コイルがステータの内周部に並んで配列した固定子構造で、中性点の接続配置が、ステータコアの内周側に接続方向（並列）配列し、中央に配置したコイル相が中央に配置し、右側コイルが右側に配置し、最終組み付けするコイルを左隣接コイルを変形組み付けで組み付けし、もしくは、左隣接コイルを組み付けした後、最終組み付けする右隣接コイルに配置した構造であるといえる。

これにより、固定子１は、相間の隙間が少ない、すなわち高占積率コイルであって、バスバー線１２の位置が中性点３０より低い位置となるコイルを組み付けることができる。

本実施の形態にかかる平角線の集中巻線接続形状は、３相のコイル３１〜３５、４１〜４５，５１〜５５を所定の順番で組み付け、かつ、同相のコイルの平角線を、外周側の端部１１２と内周側の端部１１１とを接続するようにした。これにより、バスバーの省略を可能とし、結果、固定子１をより安価に構成することができる。また、中性点３０のスター結線の高さより、バスバー線１２が低い位置にあるため、よりコンパクトに構成することができる。

実施の形態２
実施の形態１にかかる固定子１の変形した構造である、固定子３について説明する。固定子３は、固定子１と比較して、コイル３１〜３５、コイル４１〜４５、コイル５１〜５５の組み付け順序と、中性点３０の位置と、中性点３０の構造が異なる。

図４は、固定子３を示す斜視図である。中性点３０は、コイル３１の上方向に設けられる。固定子３の組み付けは、まずコイル３１を組み付け、それから時計回りに、コイル４１、コイル５１、コイル３２、の順で行い、最後に、コイル５５が組み付けられる。コイル５５は、組み付けの際に、そのままの形状では組み付けられないため、変形組み付けを行う。これにより、上記の固定子３の構造を形成することが可能になる。

次に、固定子３における、中性点３０の構造について説明する。図５（ａ）は、中性点３０部分を拡大した斜視図である。例えば、図５（ａ）におけるコイルＬ３１、Ｌ４１、Ｌ５１は、それぞれ図４におけるコイル３１、４１、５１に対応するが、その他、任意のコイルに対応してもよい。図５（ｂ）は、中性点３０の上面を模式的に示す図である。ここでは、端部１１３、端部１１４、端部１１５の順に、外周方向に向かって重ねて結線されている。端部１１４は、平角線１０の厚み分だけ外周方向に曲げられ、端部１１５は平角線１０の２本分の厚み分だけ外周方向に曲げられている。例えば、図５（ａ）の回転電機の固定子は、時計回りに巻き付けた平角線コイルを接続したバスバー線において、各相コイルがステータの内周部に並んで配列した固定子構造で、中性点の接続配置は、ステータコアの内周部から外周部に一列に配列し、最右側コイル（Ｌ５１）が最外周部に、左隣接コイル（Ｌ４１）が中央部に、最終組み付けするコイル（Ｌ３１）が最内周部に配置した構造であるといえる。

図６（ａ）〜（ｃ）は、他の接続構造における中性点３０の上面を模式的に示す図である。図６（ａ）では、外周方向に、端部１１４、端部１１３、端部１１５が重ねて結線されている。端部１１３は外周方向に平角線１０の厚み分だけ曲げられ、端部１１５は外周方向に平角線１０の２本の厚み分だけ曲げられている。例えば、図６（ａ）の回転電機の固定子は、時計回りに巻き付けた平角線コイルを接続したバスバー線において、各相コイルがステータの内周部に並んで配列した固定子構造で、中性点の接続配置は、ステータコアの内周部から外周部に一列に配列し、最右側コイル（Ｌ５１）が最外周部に、コイル（Ｌ３１）が中央部に、最終組み付けするコイル（Ｌ４１）が最内周部に配置した構造であるといえる。

図６（ｂ）は、端部１１３と端部１１４とは、外周方向に対して垂直な向きに沿って並べて結線されている。端部１１５は、端部１１３に対して外周方向に重ねて結線されている。端部１１５は、外周方向に平角線１０の厚み分だけ曲げられている。

図６（ｃ）は、端部１１３と端部１１４とは、外周方向に対して垂直な向きに沿って並べて結線されている。端部１１５は、端部１１４に対して外周方向に重ねて結線されている。端部１１５は、外周方向に平角線１０の厚み分だけ曲げられている。例えば、図６（ｂ）または図６（ｃ）の回転電機の固定子は、時計回りに巻き付けた平角線コイルを接続したバスバー線において、各相コイルがステータの内周部に並んで配列した固定子構造で、中性点の接続配置が、変則形状として回転電機の固定子を上面視でＬ字形状とする場合、左隣コイル相（Ｌ３１）を配置し、右隣コイル相（Ｌ５１）をコイル（Ｌ３１）分だけ外周方向に曲げ、中央コイル相を変形して組み付けして配置した構造であるといえる。

本実施の形態にかかる平角線の集中巻線接続形状は、固定子３のコイル５５を変形組み付けし、かつ、同相のコイルの平角線を、外周側の端部１１２と内周側の端部１１１とを接続するようにした。これにより、バスバーの省略を可能とし、結果、固定子１をより安価に構成することができる。また、中性点３０のスター結線の高さより、バスバー線１２が低い位置にあるため、よりコンパクトに構成することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、ＵＶＷ相のコイルの順序は、ＵＶＷ相の順序でなくてもよい。また、中性点３０の位置は、コイル３１、４１、５１のいずれに近いようにしてもよい。さらにまた、固定子１及び２における巻き線１０の曲げ方向が反対、つまり鏡像の形状であってもよい。例えば、反時計周りに巻き付けた平角線コイルの配置は、内周部から外周部を見た場合、鏡像対照位置に配置された構造となる回転電機の固定子であってもよい。

１、３ 固定子
２ ステータコア
１０ 平角線
１１ 巻き線
１２ バスバー線
２１ ティース
３０ 中性点
３１〜３５、４１〜４５、５１〜５５ コイル
１１１〜１１５ 端部

Claims (1)

1. 略円筒形状のステータコアの内周面に、断面が略長方形の平角線が集中巻された３相のコイルが配置された回転電機の固定子であって、
   前記３相のコイルは、同相のコイルが直列に接続され、同じ相のコイルが他の２相のコイルを挟むように、ステータコアの内周面に配置され、
   前記同相のコイルが接続された３つの前記平角線は、中性点においてスター結線され、
   前記中性点は、前記ステータコアの内周側に配置され、
   前記同相のコイルの接続は、
   前記平角線のコイル巻き始めとなる巻き始めの端部と、コイル巻き終りとなる巻き終りの端部とが、前記ステータコアの円筒形状の中心軸方向に沿った方向に対して同じ方向に延伸するよう設けられ、
   前記巻き始めの端部が、前記ステータコアの円筒形状に対して、前記コイルの内周側に設けられ、
   前記巻き終りの端部が、前記ステータコアの円筒形状に対して、前記コイルの外周側に設けられ、
   １つの前記同相のコイルの前記巻き終りの端部と、他の前記コイルの前記巻き始めの端部とがバスバー線を介して接続され、
   前記中性点のスター結線部の前記バスバー線は、他の前記バスバー線よりも、前記ステータコアの略円筒形状の中心軸方向寄りに配置されている、回転電機の固定子。

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