JP2016092866A

JP2016092866A - 回転電機及び回転電機の製造方法

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Publication number: JP2016092866A
Application number: JP2014220937A
Authority: JP
Inventors: 直弘本石; Naohiro Motoishi; 川村　浩司; Koji Kawamura; 浩司川村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-10-30
Filing date: 2014-10-30
Publication date: 2016-05-23
Anticipated expiration: 2034-10-30
Also published as: JP6334365B2

Abstract

【課題】コイル間の隙間を小さくすることによりコイルの占積率を大きくし、電動モータの効率を増加させる。
【解決手段】周方向に隣り合うティース３の間に形成されるスロット５は、径方向内周側に向かうに従い径に直交する幅が小さくなるようなテーパー状に形成され、固定子コイルを形成するセグメントコイル４は、スロット５内に複数のティース３をまたいで挿入されるスロット収納部４１と、スロット５の外部でスロット収納部４１を連結する１つのコイルエンド４２を有し、スロット収納部４１における径方向に直交する方向の幅は、径方向内周側に向かうに従い小さくなるように形成される。
【選択図】図６

Description

本発明はセグメントコイルを備えた固定子を有する回転電機及びその製造方法に関するものである。

電動モータを高出力化並びに高効率化するための背景技術として、例えば特許文献１が挙げられる。本文献では、固定子ティースは、スロットの（径方向と直交する方向の）幅を径方向内側ほど狭くする幅調整部を設ける。さらに、２本の直線部とそれを繋ぐ連結部とを有する略Ｕ字状に形成された固定子コイルの直線部を、前記幅調整部に沿った形状に成形すると共に、更に径方向両端部を径方向と直交する方向に沿った形状に成形した後、スロットに挿通配置する。これにより、固定子コイルとスロット間の隙間を狭め、固定子の占積率を向上させることができるようにする（特許文献１参照）。

特開２０１３−００５６８３号公報

上記特許文献１のような電動モータの固定子においては、軸方向にコイルを挿入するため、コイルの直線部のスロット収納部以外の端末部からスロット収納部までに至る部分も前記幅調整部に沿った形状にする必要があり、絶縁品質が低下する。また軸方向に挿入するため、直線部とスロット間の隙間およびコイル間の隙間が必要となり、占積率が低減し、電動モータの効率が低下するという問題があった。

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、コイル間の隙間を小さくすることによりコイルの占積率を大きくし、電動モータの効率を増加させることを目的とする。

この発明に係る回転電機は、回転子とこの回転子の外周側に配置された固定子とを備えたものであって、固定子は、固定子コアと固定子コイルとを備えている。固定子コアは、周方向に間隔をあけて配置された複数のティースと複数のティースの内周部を連結する連結部とからなる内周側コア、および筒状に形成されるとともに内周側コアの外周側に組み付けられた外周側コアを備えている。周方向に隣り合うティースの間に形成されるスロットは、径方向内周側に向かうに従い径方向に直交する幅が小さくなるようなテーパー状に形成される。固定子コイルを形成するセグメントコイルは、スロット内に複数のティースをまたいで挿入されるスロット収納部と、スロットの外部でスロット収納部を連結する１つのコイルエンドを有している。そしてスロット収納部における径方向に直交する方向の幅は、径方向内周側に向かうに従い小さくなるように形成されている。

又この発明に係る回転電機の製造方法は、スロット収納部の端末部側の幅がコイルエンド側の幅よりも大きく形成されたセグメントコイルを、周方向においてずらして重ねることにより、複数のセグメントコイルを周方向に配設して、端末部側の内径がコイルエンド側の内径より大きなコイル籠を形成する工程と、コイル籠の端末部側から内周側コアを挿入する工程と、コア内周側にセグメントコイルを径方向に押してスロット内にスロット収納部を挿入する工程と、内周側コアに対して外周側コアを挿入する工程を備えたものである。

上記のような回転電機及び回転電機の製造方法においては、テーパー形状のスロットに外周側からコイルを挿入するため、スロットとコイル間、更にはコイルとコイル間のクリアランスを小さくでき占積率を向上させることができる。またセグメントコイルの直線部の成形範囲を小さくすることができるので、絶縁品質が向上する。

実施の形態１による回転電機の固定子を示す斜視図である。実施の形態１による固定子の要部平面断面図である。実施の形態１による固定子の平面図である。実施の形態１による固定子の部分平面図である。実施の形態１による固定子に使用されるセグメントコイルを示す斜視図である。実施の形態１による固定子の要部を示す平面断面図である。実施の形態１による固定子の要部を示す部分斜視図である。固定子コアに挿入する前の実施の形態１によるセグメントコイルを示す正面図である。実施の形態１によって形成されたコイル籠を示す斜視図である。実施の形態１において内周側コアにコイル籠を用いてセグメントコイルを挿入する方法を説明するための模式側面図である。実施の形態１においてスロット内にスロット収納部を挿入する状態を示す部分平面図（Ａ）、（Ｂ）である。セグメントコイルの反端末側をスロット内に外周側から圧入した場合のコイルエンド部の高さの変化を示す図である。実施の形態１による内周側コアにセグメントコイルを挿入した後の状態を示す斜視図である。実施の形態１においてセグメントコイルを挿入した後に、外周側コアを挿入した状態を示す斜視図である。実施の形態１による固定子を示す斜視図である。実施の形態２によるセグメントコイルを示す正面図である。実施の形態２によるセグメントコイルをスロットに挿入した後の状態を示す斜視図である。

実施の形態１．
図１は実施の形態１による回転電機の固定子を示す斜視図である。但し各スロットに挿入したセグメントコイル４の端末部同士は接続されていない状態を示している。図２は固定子の要部平面断面図である。図において、固定子１００は、周方向に隣り合うティース３間に形成された複数のスロット５を有する円環状の固定子コア２を有する。又固定子１００はスロット５内に挿入され、固定子コア２に巻回される三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）Ｙ結線の２組からなる固定子コイル群１０を備えている。なお本実施の形態では、スロット５およびティース３をそれぞれ４８個設けた場合を示しているが、これに限るものではない。尚図示されていないが、回転電機は回転子を有しており、回転子の外周側に固定子１００が配置されている。

固定子コア２は、図３に示すように、内周側コア２１と外周側コア２２から構成される。内周側コア２１は周方向に略一定間隔で複数配置されるティース３、およびティース３の内周部を連結する連結部７からなる。外周側コア２２は固定子１００のコアバックを構成するように筒状に形成されている。内周側コア２１と外周側コア２２は別部品であり、外周側コア２２を内周側コア２１の外周側に組み付けることで、連結部７、隣り合うティース３、外周側コア２２により囲まれたスロット５が形成される。

図４に示すように、スロット５は径方向内周側に向かうに従い、径に直交する幅Ａを小さくするようなテーパー状に形成されている。図５は固定子１００に使用される固定子コイル１０を形成するセグメントコイル４を示す斜視図である。セグメントコイル４は、導体部と導体部の表面を被覆する絶縁皮膜とからなる１本の導線をＵ字状に成形して構成されている。セグメントコイル４は固定子コア２のスロット５内に複数のティース３をまたいで挿入されるスロット収納部４１と、固定子コア２から軸方向に突出し、スロット収納部４１を連結するコイルエンド４２と、固定子コア２から軸方向に突出し、他のセグメントコイルと接合される端末部４３から構成される。

図６は固定子の要部を示す要部平面断面図、図７は固定子の要部を示す部分斜視図であり、説明を簡単にするため、セグメントコイル４は４８本全て図示せず、数本のセグメントコイル４が挿入された状態を示している。１つのスロット５には、セグメントコイル４のスロット収納部４１が４本収納されており、この４本のスロット収納部は、異なるセグメントコイル４のスロット収納部４１である。４本のスロット収納部４１のうちコイルの内周側から１本目を４１１、２本目を４１２、３本目を４１３、４本目を４１４とする。

セグメントコイル４は、２種類以上あり、複数のティース３をまたぐスロット収納部４１２、４１３を連結する小セグメントコイルである第１のセグメントコイル４ａと、スロット収納部４１１、４１４を連結する大セグメントコイルである第２のセグメントコイル４ｂが図示されている。スロット収納部４１２、４１３を連結する第１のセグメントコイル４ａと、それを覆うように配置されると共にスロット収納部４１１、４１４を連結する第２のセグメントコイル４ｂを設けることにより、コイルの端末線を捻った後に溶接する場合、隣接する端末部を溶接することになり、溶接し易くなる。

ステータコイルへの給電線や、３相Ｙ結線の中性点接続用に、上記２種類以外のコイルを挿入する場合もあるが、ここでは上記２種類のみ用いた場合について説明する。第１のセグメントコイル４ａと第２のセグメントコイル４ｂの位置関係については、第１のセグメントコイル４ａのスロット収納部４１２、４１３をつなぐコイルエンド４２ａの上に、第２のセグメントコイル４ｂのスロット収納部４１１、４１４をつなぐコイルエンド４２ｂが重なるように挿入される。また各セグメントコイル４のスロット収納部４１は、図６に示すようにスロット５の形状に沿ったテーパー状の断面に成形されており、スロット５に収納される位置が内周側になるほど幅が小さくなっている。即ちスロット収納部における径方向に直交する方向の幅はスロット５のテーパー部に沿うように、径方向内周側に向かうに従い小さくなるように形成されている。

次に本実施の形態の固定子の製造方法について説明する。ここでも説明を簡単にするため、第１のセグメントコイル４ａと第２のセグメントコイル４ｂの２種類のみを用いた場合について説明する。内周側コア２１に挿入する前のセグメントコイル４を図８に示す。挿入前のセグメントコイル４はスロット収納部４１の端末部４３側の幅Ｂが、スロット収納部４１のコイルエンド４２側の幅Ｃよりも大きくなるように成形している。内周側コア２１の外周側に上記特徴をもつ第１のセグメントコイル４ａと第２のセグメントコイル４ｂを各４８本ずつ、即ち計９６本のセグメントコイル４を用いてコイル籠６を形成する。図９は形成したコイル籠を示す斜視図である。第１のセグメントコイル４ａを周方向においてずらして重ねることにより、４８本の第１のセグメントコイル４ａを周方向に配設し、更にその上に重ねるようにして第２のセグメントコイル４ｂを周方向においてずらして重ねることにより、４８本の第２のセグメントコイル４ｂを周方向に配設する。そして端末部４３側の内径が反端末部側（コイルエンド側）の内径より大きなコイル籠６が形成されることとなる。

図１０は内周側コア２１にコイル籠６を用いてセグメントコイル４を挿入する方法を説明するための模式側面図である。まず矢印Ｄに示すように、コイル籠６の端末部４３側から内周側コア２１を挿入する。その後矢印Ｅに示すようにコア内周側にセグメントコイル４を径方向に押してスロット５内にセグメントコイル４のスロット収納部４１を４本同時に挿入する。そしてコイル籠６の端末部側の内径とコイルエンド側の内径が等しくなるようにする。図１１（Ａ）、（Ｂ）はスロット５内にスロット収納部４１を挿入する状態を示す部分平面図である。このように挿入することで、図１１に示すように、スロット５と４本のスロット収納部４１は径方向においてテーパー状の形状をしているため、固定子コア２とセグメントコイル４のスロット収納部４１間のクリアランス、及び４本のスロット収納部４１同士のクリアランスが小さい状態で挿入できるため、占積率を向上できる。

なお図示していないが、スロット５内には絶縁紙が挿入されており、固定子コア２とセグメントコイル４の間は絶縁されている。また上記特許文献１ではセグメントコイルの挿入時に軸方向から挿入するため、セグメントコイルの直線部を端末部のコイル末端まで延長して成形する必要があったが、本実施の形態では端末部４３のコイル末端まで断面形状を台形状に成形する必要はない。従って成形部分を減らすことが可能なため、絶縁品質を向上させることができる。

また従来のようにコイル籠の端末部側と反端末部側の内径を等しくした場合は、内周側コアに挿入した後にスロット収納部をスロットに収納するコイル籠収縮工程において、図１２に示すように、コイルエンド側のスロット収納部は幅Ｃが縮められながら挿入される。従ってコイルエンド部の高さＨが増加してしまう。しかし本実施形態の場合は、内周側コア２１を挿入した後にスロット収納部４１をスロット５に収納するコイル籠収縮工程において、コイル籠６の反端末部側は端末部４３側の内径より小さく構成されているため（Ｂ＞Ｃ）、反端末部側のスロット収納部４１は幅Ｃが小さい状態で挿入され、幅Ｃの変化量が小さいため、コイルエンド部４２の高さが増加することを抑制することができる。なお端末部４３側はスロット収納部４１を連結するコイルエンドが存在しないため、幅Ｂの収縮はコイルエンド部４２の高さに影響しない。

図１３は内周側コア２１にセグメントコイル４を挿入した後の状態を示す斜視図、図１４はセグメントコイル４を挿入した後に、外周側コア２２を挿入した状態を示す斜視図である。図１４の時点では各コイルの端末部４３は接合する他のセグメントコイル４の端末部４３と向かい合わせの位置（端末部４３同士を接続できる状態）に配置されていない。そのため図１５に示すように、外周側コア２２を挿入後、端末部４３を周方向に捻り曲げる。これにより接合する他のセグメントコイル４の端末部４３と向かい合わせの位置に配置され、端末部４３同士を接続することができる。

実施の形態２．
図１６は実施の形態２によるセグメントコイルを示す正面図、図１７はセグメントコイルをスロットに挿入した後の状態を示す斜視図である。本実施の形態で用いるセグメントコイル４の端末部４３は、内周側コア２１へのセグメントコイル４の挿入後に、端末部４３が接合される他のセグメントコイル４との端末部４３と向かい合わせの位置に配置されるように、あらかじめ曲げ加工を施している。

実施の形態２で用いるセグメントコイル４の挿入方法は実施の形態１と同様である。挿入後のセグメントコイル４の端末部４３は、図１７に示すように、接合される他のセグメントコイル４の端末部４３と向かいあう位置に配置される。従って実施の形態１のようにセグメントコイル挿入後に、端末部４３を接合される他のセグメントコイル４の端末部４３と向かい合う接合位置まで捻り曲げる工程が不要となる。このようにすることで、内周側コア２１に挿入後に端末部４３を捻り曲げ加工することによる、セグメントコイル４にかかる荷重をなくすことができるため、絶縁品質が向上する。

尚本発明は、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、省略したりすることが可能である。

２固定子コア、３ティース、４セグメントコイル、５スロット、
６コイル籠、７連結部、１固定子コイル、２１内周側コア、２２外周側コア、４１スロット収納部、４２コイルエンド、４３端末部、１００固定子。

Claims

回転子とこの回転子の外周側に配置された固定子とを備えた回転電機であって、
上記固定子は、固定子コアと固定子コイルとを備え、
上記固定子コアは、周方向に間隔をあけて配置された複数のティースと複数の上記ティースの内周部を連結する連結部とからなる内周側コア、および筒状に形成されるとともに上記内周側コアの外周側に組み付けられた外周側コアを備え、
周方向に隣り合う上記ティースの間に形成されるスロットは、径方向内周側に向かうに従い径方向に直交する幅が小さくなるようなテーパー状に形成され、
上記固定子コイルを形成するセグメントコイルは、上記スロット内に複数の上記ティースをまたいで挿入されるスロット収納部と、上記スロットの外部で上記スロット収納部を連結する１つのコイルエンドを有し、
上記スロット収納部における径方向に直交する方向の幅は、径方向内周側に向かうに従い小さくなるように形成されたことを特徴とする回転電機。
上記内周側コアに上記セグメントコイルを挿入した場合に上記セグメントコイルの端末部が接合される他の上記セグメントコイルの端末部と向かいあう位置に配置されるように、上記端末部はあらかじめ曲げ加工されていることを特徴とする請求項１記載の回転電機。
回転子とこの回転子の外周側に配置された固定子とを備え、
上記固定子は、固定子コアと固定子コイルとを備え、
上記固定子コアは、周方向に間隔をあけて配置された複数のティースと複数の上記ティースの内周部を連結する連結部とからなる内周側コア、および筒状に形成されるとともに上記内周側コアの外周側に組み付けられた外周側コアを備え、
周方向に隣り合う上記ティースの間に形成されるスロットは、径方向内周側に向かうに従い径方向に直交する幅が小さくなるようなテーパー状に形成され、
上記固定子コイルを形成するセグメントコイルは、上記スロット内に複数の上記ティースをまたいで挿入されるスロット収納部と、上記スロットの外部で上記スロット収納部を連結する１つのコイルエンドを有するとともに、上記スロット収納部の端末部側の幅が上記コイルエンド側の幅よりも大きく形成され、
上記スロット収納部における径方向に直交する方向の幅は、径方向内周側に向かうに従い小さくなるように形成された回転電機の製造方法であって、
上記セグメントコイルを、周方向においてずらして重ねることにより、複数の上記セグメントコイルを周方向に配設して、上記端末部側の内径が上記コイルエンド側の内径より大きなコイル籠を形成する工程と、
上記コイル籠の上記端末部側から上記内周側コアを挿入する工程と、
コア内周側に上記セグメントコイルを径方向に押して上記スロット内に上記スロット収納部を挿入する工程と、
上記内周側コアに対して上記外周側コアを挿入する工程を備えたことを特徴とする回転電機の製造方法。
上記内周側コアに対して上記外周側コアを挿入した後に上記セグメントコイルの端末部が、接合される他の上記セグメントコイルの端末部と向かいあう位置に配置されるように、上記端末部を曲げ加工する工程を加えたことを特徴とする請求項３記載の回転電機の製造方法。