JP2016163500A - Rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転電機の固定子、回転子、及びこれらを備えた回転電機に関する。 The present invention relates to a stator of a rotating electrical machine, a rotor, and a rotating electrical machine including these.
昨今の地球温暖化に対し、回転電機、特に自動車の走行のためにトルクを発生したり、あるいは制動時に発電したりする回転電機には、小型高出力が求められている。このような回転電機として、例えば内周側に開口する多数のスロットを備えた固定子鉄心を有し、各スロットに複数の略U字形状のセグメントコイルを挿入する事で占積率を向上させて冷却性能を向上させることにより高出力化を図ったものが知られている。 In response to the recent global warming, rotating electric machines, particularly rotating electric machines that generate torque for driving a car or generate electric power during braking, are required to have a small and high output. As such a rotating electrical machine, for example, it has a stator core having a large number of slots opened on the inner peripheral side, and a plurality of substantially U-shaped segment coils are inserted into each slot to improve the space factor. In order to increase the output by improving the cooling performance, it is known.
そして、略U字形状セグメントコイルのスロットへの挿入方向と固定子鉄心の積層鋼板の打ち抜き方向を同方向とする事により、積層鋼板のバリによる絶縁破壊を防止した車輌用交流発電機の固定子がある(例えば、特許文献1参照)。 And the stator of the vehicle alternator which prevented the dielectric breakdown by the burr | flash of a laminated steel sheet by making the insertion direction to the slot of a substantially U-shaped segment coil and the punching direction of the laminated steel sheet of a stator iron core into the same direction (For example, refer to Patent Document 1).
また、略U字形状セグメントコイルのスロットへの挿入方向と固定子鉄心の積層鋼板の打ち抜き方向を逆方向とする事により、絶縁紙のずれを防止し、絶縁破壊を防止した車輌用交流発電機の固定子もある(例えば、特許文献2参照)。 In addition, the alternating current generator for a vehicle which prevents the insulation paper from shifting and prevents the insulation breakdown by reversing the insertion direction of the substantially U-shaped segment coil into the slot and the punching direction of the laminated steel sheet of the stator core. (For example, refer to Patent Document 2).
なお、略U字セグメントコイルではなく、丸線の巻線がなされた回転電機において、積層鋼板のバリに着目し、固定子のハウジングへの挿入方向、回転子のシャフトへの挿入方向を規定したものもある(例えば、特許文献3参照)。 Note that, in a rotating electrical machine in which a round wire is wound instead of a substantially U-shaped segment coil, attention is paid to the burr of the laminated steel sheet, and the insertion direction of the stator into the housing and the insertion direction of the rotor into the shaft are defined. There are some (see, for example, Patent Document 3).
特許文献1及び2の技術は主に空冷で低電圧(12Vdc)の車輌用交流発電機を対象としているため、反結線側(セグメントの挿入側)もしくは結線側(反挿入側)のバリによる絶縁破壊を防止するだけで良いが、電気自動車やハイブリッド電気自動車に用いられる回転電機においては、電圧が150〜300Vdc(昇圧により600Vdcの物もある)と高く、直接液体(例えば油)冷却などのトランスケース内で使用するものも多い。さらに、その様な回転電機は電圧が高いため、バリによるセグメントコイル、絶縁紙、磁石、シャフト、ハウジングの挿入性を向上する必要がある。さらに、品質信頼性の点からコアバリの脱落を防止する必要がある。 Since the techniques of Patent Documents 1 and 2 are mainly intended for air-cooled and low-voltage (12 Vdc) vehicle AC generators, insulation by burr on the anti-connection side (segment insertion side) or connection side (anti-insertion side) It is only necessary to prevent destruction. However, in a rotating electric machine used for an electric vehicle or a hybrid electric vehicle, the voltage is as high as 150 to 300 Vdc (some of which are 600 Vdc by boosting), and a transformer such as direct liquid (for example, oil) cooling is used. Many are used in cases. Furthermore, since such a rotating electric machine has a high voltage, it is necessary to improve the insertion property of the segment coil, insulating paper, magnet, shaft, and housing by burr. Furthermore, it is necessary to prevent the core burr from falling off in terms of quality reliability.
また、特許文献1および2の技術は、特許文献1の図1、特許文献2の図6に示されているように、鋼板シートを積層する工程は巻コアを前提としている。巻コアのバリは全て同じ方向であるため、セグメントコイルの挿入方向とスロット部のバリの方向のみ考えれば良いが、抜型を用いて鋼板シートを打ち抜いて積層する場合、バリの向きは同じ方向ではないため、スロット部以外のバリの向きも着目し、挿入性向上やバリの脱落防止を行わなければならない。固定子鉄心だけではなく、回転子コアも同時に打ち抜く場合はなおさらである。 Further, in the techniques of Patent Documents 1 and 2, as shown in FIG. 1 of Patent Document 1 and FIG. 6 of Patent Document 2, the process of laminating steel sheet sheets is based on a wound core. Since all winding core burrs are in the same direction, it is only necessary to consider the direction of segment coil insertion and the direction of slot burr, but when punching and laminating steel sheet sheets using a punching die, the direction of burrs should be the same direction. Therefore, paying attention to the direction of the burrs other than the slot, it is necessary to improve the insertability and prevent the burrs from falling off. This is especially true when not only the stator core but also the rotor core is punched at the same time.
一方、特許文献3の技術は、丸線の巻線がなされた回転電機を前提としているため、最も絶縁破壊が起きやすいスロットのバリとコイル挿入方向に関する検討が十分になされておらず、バリによる信頼性低下が課題となる、電気自動車やハイブリッド電気自動車に用いられる電圧が150〜300Vdc(昇圧により600Vdcの物もある)の回転電機に関しては考察が不十分である。 On the other hand, since the technology of Patent Document 3 is based on a rotating electrical machine with a round wire wound, the examination of the slot burr and the coil insertion direction that are most likely to cause dielectric breakdown has not been sufficiently performed. Insufficient consideration is given to a rotating electrical machine having a voltage of 150 to 300 Vdc (some of which have a voltage of 600 Vdc due to boosting) used in an electric vehicle or a hybrid electric vehicle, in which reliability is a problem.
そこで本発明は、絶縁性と生産性とに優れた回転電機の固定子、回転子、及びこれらを備えた回転電機を提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the stator of a rotary electric machine excellent in insulation and productivity, a rotor, and a rotary electric machine provided with these.
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。 In order to solve the above problems, for example, the configuration described in the claims is adopted.
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、複数のスロットが設けられた固定子鉄心と、前記スロットに絶縁紙を介して設けられた固定子コイルとを有し、各々の前記スロットにN本(ただし、Nは正の偶数)のセグメントコイルが設けられ、前記固定子コイルは、各々のセグメントコイルの導体端部に設けられた溶接部を介して、複数の前記セグメントコイルが接続されて構成され、前記導体端部は、軸方向一方のコイルエンドで周方向に環状に配列され、N列の環状列が構成されている回転電機の固定子において、前記固定子鉄心は複数の電磁鋼板が積層されて構成され、前記電磁鋼板の結晶粒の粒子径が、当該電磁鋼板の板厚の半分よりも大きいことを特徴とする。 The present application includes a plurality of means for solving the above-described problems. To give an example, a stator core provided with a plurality of slots and a stator coil provided with insulating paper in the slots are provided. Each of the slots is provided with N segment coils (where N is a positive even number), and the stator coil is connected via a welded portion provided at a conductor end of each segment coil. In the stator of the rotating electrical machine, wherein the plurality of segment coils are connected, the conductor end is annularly arranged in the circumferential direction at one coil end in the axial direction, and an N-row annular row is configured. The stator iron core is formed by laminating a plurality of electromagnetic steel plates, and the grain size of crystal grains of the electromagnetic steel plates is larger than half of the thickness of the electromagnetic steel plates.
本発明によれば、絶縁性と生産性とに優れた回転電機の固定子、回転子、及びこれらを備えた回転電機を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the stator of a rotary electric machine excellent in insulation and productivity, a rotor, and a rotary electric machine provided with these can be provided.
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。 Problems, configurations, and effects other than those described above will become apparent from the description of the following examples.
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
なお、以下の説明では、回転電機の一例として、ハイブリット自動車に用いられる電動機を用いる。また、以下の説明において、「軸方向」は回転電機の回転軸に沿った方向を指す。周方向は回転電機の回転方向に沿った方向を指す。「径方向」は回転電機の回転軸を中心としたときの動径方向(半径方向)を指す。「内周側」は径方向内側(内径側)を指し、「外周側」はその逆方向、すなわち径方向外側(外径側)を指す。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
In the following description, an electric motor used in a hybrid vehicle is used as an example of a rotating electric machine. In the following description, “axial direction” refers to a direction along the rotation axis of the rotating electrical machine. The circumferential direction refers to the direction along the rotational direction of the rotating electrical machine. The “radial direction” refers to a radial direction (radial direction) when the rotational axis of the rotating electrical machine is the center. “Inner circumference side” refers to the radially inner side (inner diameter side), and “outer circumference side” refers to the opposite direction, that is, the radially outer side (outer diameter side).
図1は本発明による固定子を備える回転電機を示す断面図である。回転電機10は、ハウジング50、固定子20、固定子鉄心132と、固定子コイル60と、回転子11とから構成される。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a rotating electrical machine including a stator according to the present invention. The rotating
ハウジング50の内周側には、固定子20が固定されている。固定子20の内周側には、回転子11が回転可能に支持されている。ハウジング50は、炭素鋼など鉄系材料の切削により、または、鋳鋼やアルミニウム合金の鋳造により、または、プレス加工によって円筒状に成形した、電動機の外被を構成している。ハウジング50は、枠体或いはフレームとも称されている。
The
ハウジング50の外周側には、液冷ジャケット130が固定されている。液冷ジャケット130の内周壁とハウジング50の外周壁とで、油などの液状の冷媒RFの冷媒通路153が構成され、この冷媒通路154は液漏れしないように形成されている。液冷ジャケット130は、軸受144、145を収納しており、軸受ブラケットとも称されている。
A
直接液体冷却の場合、冷媒RFは、冷媒(油)貯蔵空間150に溜まった液体が冷媒通路153を通り、冷媒出口154,155から固定子20へ向けて流出し、固定子20を冷却する。
In the case of direct liquid cooling, in the refrigerant RF, the liquid accumulated in the refrigerant (oil)
固定子20は、固定子鉄心132と、固定子コイル60とによって構成されている。固定子鉄心132は、珪素鋼板の薄板が積層されて作られている。固定子コイル60は、固定子鉄心132の内周部に多数個設けられているスロット420に巻回されている。固定子コイル60からの発熱は、固定子鉄心132を介して、液冷ジャケット130に伝熱され、液冷ジャケット130内を流通する冷媒RFにより、放熱される。
The
回転子11は、回転子鉄心12と、シャフト13とから構成されている。回転子鉄心12は、珪素鋼板の薄板が積層されて作られている。シャフト13は、回転子鉄心12の中心に固定されている。シャフト13は、液冷ジャケット130に取り付けられた軸受144,145により回転自在に保持されており、固定子20内の所定の位置で、固定子20に対向した位置で回転する。また、回転子11には、永久磁石18と、エンドリング19が設けられている。
The
回転電機10は、図1に示すように、液冷ジャケット130の内部に配設されるものであり、ハウジング50と、ハウジング50に固定される固定子鉄心132を有する固定子20と、この固定子内に回転自在に配設される回転子11と、を備えている。液冷ジャケット130は、エンジンのケースや変速機のケースによって構成される。
As shown in FIG. 1, the rotating
この回転電機10は、永久磁石内蔵型の三相同期モータである。回転電機10は、固定子鉄心132に巻回される固定子コイル60に三相交流電流が供給されることで、回転子11を回転させる電動機として作動する。また、回転電機10は、エンジンによって駆動されると、発電機として作動して三相交流の発電電力を出力する。つまり、回転電機10は、電気エネルギーに基づいて回転トルクを発生する電動機としての機能と、機械エネルギーに基づいて発電を行う発電機としての機能の両方を有しており、自動車の走行状態によって上記機能を選択的に利用することができる。
The rotating
ハウジング50に固定された固定子20は、ハウジング50に設けられたフランジ115がボルト15により液冷ジャケット130に締結されることで、液冷ジャケット130内に固定保持されている。
The
回転子11は、液冷ジャケット130の軸受け144,145により支承されるシャフト118に固定されており、固定子鉄心132の内側において回転可能に保持されている。回転磁界を発生する固定子20と、固定子20との磁気的作用により回転すると共に、固定子20の内周側とギャップ850を介して回転可能に配置された回転子11とを備えている。
The
図2を参照してハウジング50および固定子20について説明する。図2は、本発明の第1の実施例に係る回転電機10のハウジング50と固定子20とを示す斜視図である。
The
ハウジング50は、厚さ2〜5mm程度の鋼板(高張力鋼板など)を絞り加工により円筒形状に形成されている。ハウジング50には、液冷ジャケット130に取り付けられる複数のフランジ115が設けられている。複数のフランジ115は、円筒状のハウジング50の一端面周縁において、径方向外方に突設されている。なお、フランジ115は、絞り加工時に形成される端部において、フランジ115以外の部分を切除して形成されるものであり、ハウジング50と一体となっている。
The
―固定子―
固定子20は、固定子コイル60と、この固定子コイル60が装着される円筒状の固定子鉄心132と、を有している。
-stator-
The
―固定子コイル―
図3−7を参照して固定子コイル60について説明する。図3は、三相分の固定子コイル60を示す斜視図である。図4は固定子コイル60の巻線方法を示す図、図5−7は、それぞれ固定子鉄心132に巻回されるU1相の固定子コイル60、U2相の固定子コイル60、およびU相の固定子コイル60を示す斜視図である。
-Stator coil-
The
固定子コイル60は分布巻の方式で巻かれ、スター結線の構成で接続されている。分布巻とは、複数のスロット420を跨いで離間した二つのスロット420に相巻線が収納されるように、相巻線が固定子鉄心132に巻かれる巻線方式である。本実施例では、巻線方式として分布巻を採用しているので、形成される磁束分布は集中巻きに比べて正弦波に近く、リラクタンストルクを発生しやすい特徴を有している。そのため、この回転電機10は、弱め界磁制御やリラクタンストルクを活用する制御の制御性が向上し、低回転速度から高回転速度までの広い回転速度範囲に亘って利用が可能であり、電気自動車に適した優れたモータ特性を得ることができる。
The
固定子コイル60は三相のスター接続された相コイルを構成しており、断面が丸形状であっても、四角形状であってもよいが、スロット420の内部の断面をできるだけ有効に利用し、スロット内の空間が少なくなるような構造とすることが効率の向上につながる傾向にあるため、断面が四角形状の方が効率向上の点で望ましい。なお、固定子コイル60の断面の四角形状は、固定子鉄心132の周方向が短く、径方向が長い形状をしていてもよいし、逆に周方向が長く、径方向に短い形状をしていてもよい。
The
本実施例では、固定子コイル60は、各スロット420内で固定子コイル60の長方形断面が固定子鉄心132の周方向について長く、固定子鉄心132の径方向について短い形状とされる平角線が使用されている。また、この平角線は、外周が絶縁被膜で覆われている。
In this embodiment, the
図4を用いて、固定子コイル60の巻線方法について簡単に説明する。断面が略矩形のエナメル等で絶縁された銅線を、図4(a)の様な、反溶接側コイルエンド61頂点28Cを折り返し点とする様な、略U字形状のセグメントコイル28に成型する。このとき、反溶接側コイルエンド61頂点28Cは略U字形状において導体の向きを折り返す形状であればよい。すなわち、径方向から見たときに反溶接側コイルエンド61頂点28Cと反溶接側反溶接側コイルエンド61の導体斜行部28Fとが略三角形をなすような形状に限らない。例えば、反溶接側コイルエンド61頂点28Cの一部において、導体が固定子鉄心132の端面と略平行になるような形状(径方向から見たとき反溶接側コイルエンド61頂点28Cと反溶接側コイルエンド61の導体斜行部28Fとが略台形をなすような形状)であっても良い。
The winding method of the
そのセグメントコイル28を、軸方向からステータスロット420に差し込む。所定のスロット420離れたところに差し込まれた別のセグメントコイル28と導体端部28Eにおいて(例えば溶接等により)図4(b)の様に接続する。
The
このとき、セグメントコイル28には、スロット420に挿入される部位である導体直線部28Sと、接続相手のセグメントコイル28の導体端部28Eへ向かって傾斜する部位である導体斜行部28Dとが形成される(斜行部28Dや端部28Eは曲げにより形成する)。
At this time, the
スロット420内には2、4、6・・・(2の倍数)本のセグメントコイル28が挿入される。図4(c)は1スロット420に4本のセグメントコイル28が挿入された例であるが、断面が略矩形の導体のため、スロット420内の占積率を向上させることが出来、回転電機10の効率が向上する。
2, 4, 6... (Multiple of 2) segment coils 28 are inserted into the
図5,6は、図4(b)の接続作業をセグメントコイル28が環状となるまで繰り返し、一系統分(それぞれU1相,U2相)のコイルを形成したときの図である。図7は、これらをU相コイルとして統合した図である。一相分のコイルは導体端部28Eが軸方向一方に集まるように構成され、導体端部28Eの集まる溶接側コイルエンド62と、反溶接側コイルエンド61とを形成する。一相分のコイルには、一端に各相のターミナル(図7の例ではU相のターミナル41U)、他端に中性線40が形成される。
FIGS. 5 and 6 are diagrams when the connection operation of FIG. 4B is repeated until the
固定子コイル60は、図2に示すように、全体で6系統(U1、U2、V1、V2、W1、W2)のコイルが固定子鉄心132に密着して装着されている。そして、固定子コイル60を構成する6系統のコイルは、スロット420によって相互に適正な間隔をもって配列される。
As shown in FIG. 2, the
固定子コイル60における一方のコイルエンド140には、UVW三相それぞれの固定子コイル60の入出力用のコイル導体である交流端子41(U)、42(V)、43(W)と、中性点結線用導体40と、が引き出されている。
One
なお、回転電機10の組み立てにおける作業性向上のために、三相交流電力を受けるための交流端子41(U)、42(V)、43(W)は、コイルエンド140から固定子鉄心132の軸方向外方に突出するように配置されている。そして、固定子20は、この交流端子41(U)、42(V)、43(W)を介して図示しない電力変換装置に接続されることで、交流電力が供給されるようになっている。
In order to improve workability in assembling the rotating
図2および図3に示すように、固定子コイル60における固定子鉄心132から軸方向外方に飛び出した部分であるコイルエンド140には、渡り線が配置されており、全体として整然とした配置となっており、回転電機10全体の小型化につながる効果がある。また、コイルエンド140が整然としていることは、絶縁特性に対する信頼性向上の観点からも望ましい。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
固定子コイル60は、導体の外周が絶縁被膜で覆われた構造とされ、電気的な絶縁性が維持されているが、絶縁被膜に加えて絶縁紙300(図2参照)により絶縁耐圧を維持することで、より信頼性の向上を図ることができるため好適である。
The
絶縁紙300は、スロット420やコイルエンド140に配設されるものである。スロット420に配設される絶縁紙300(いわゆるスロットライナー)は、スロット420に挿通されるセグメントコイル28の相互間およびセグメントコイル28とスロット420の内面との間に配設されて、セグメントコイル間やセグメントコイル28とスロット420の内面との間の絶縁耐圧を向上するものである。
The insulating
コイルエンド140において配設される絶縁紙300は、コイルエンド140における相間絶縁、導体間絶縁のためにセグメントコイル間に環状に配設して使用されるものである。また、絶縁紙300は固定子コイル60の全体又は一部に樹脂部材(例えばポリエステルやエポキシ液体ワニス)を滴下したときのたれ落ち防ぐ保持部材になる。
The insulating
このように、本実施例に係る回転電機10は、スロット420の内側やコイルエンド140において絶縁紙300が配設されているため、絶縁被膜が傷ついたり劣化したりしても、必要な絶縁耐圧を保持できる。なお、絶縁紙300は、例えば耐熱ポリアミド紙の絶縁シートであり、厚さは0.1〜0.5mm程である。
As described above, in the rotating
固定子コイルの全体を樹脂部材で覆って絶縁を強化する。もしくは、固定子コイルの全体又は一部に第1の樹脂部材(例えばポリエステルやエポキシ液体ワニス)を滴下し、硬化させる。溶接部の絶縁の強化のため、溶接部近傍には第2の樹脂部材(例えばエポキシ系粉体ワニス)で覆っても良い。 The entire stator coil is covered with a resin member to enhance insulation. Alternatively, the first resin member (for example, polyester or epoxy liquid varnish) is dropped on the whole or a part of the stator coil and cured. In order to reinforce the insulation of the welded portion, the vicinity of the welded portion may be covered with a second resin member (for example, an epoxy-based powder varnish).
―固定子鉄心―
固定子鉄心132について、図8および図9を参照して説明する。図8は、固定子鉄心132を示す斜視図であり、図9は、固定子鉄心132を構成する電磁鋼板133を示す斜視図である。固定子鉄心132は、図8に示すように、固定子鉄心132の軸方向に平行な複数のスロット420が周方向に等間隔となるように形成されている。
-Stator core-
The
スロット420の数は、例えば本実施の形態では72個であり、スロット420に上記した固定子コイル60が収容される。各スロット420の内周側は開口とされ、この開口の周方向の幅は、固定子コイル60が装着される各スロット420のコイル装着部とほぼ同等もしくは、コイル装着部よりも若干小さくなっている。
The number of
スロット420間にはティース430が形成されており、それぞれのティース430は環状のコアバック440と一体となっている。つまり、固定子鉄心132は、各ティース430とコアバック440とが一体成形された一体型コアとされている。
ティース430は、固定子コイル60によって発生した回転磁界を回転子11に導き、回転子11に回転トルクを発生させる働きをする。
The
固定子鉄心132は、厚さ0.05〜1.0mm程度の電磁鋼板133(図9参照)を打ち抜き加工により成形し、成形された円環形状の電磁鋼板133を複数枚積層してなる。溶接部200は、TIG溶接やレーザー溶接などにより、円筒状の固定子鉄心132の外周部において、固定子鉄心132の軸方向に平行に設けられている。溶接部200は、図8に示すように、固定子鉄心132の外周部に予め設けられた半円状の溶接溝に形成されており、溶接部200が固定子鉄心132の径方向外方に突出することはない。
The
図10−15を用いて、型(本実施例ではパンチ850とダイ860)による電磁鋼板133の打ち抜き加工を説明する。なお、これらの図は電磁鋼板133の断面から見た様を表している。
A punching process of the
図10に示すように、電磁鋼板133の結晶粒910は板厚のほぼ半分の粒子径で形成されている。例えば、固定子鉄心132の板厚が0.3mmだった場合、本実施例の結晶粒子径はおおよそ0.15mmである。これにより、パンチ850とダイ860によりプレス工程で打ち抜き加工したときのバリ(かえり)の発生を抑えることができる。すなわち、結晶粒910が大きいことにより、結晶粒の分裂が発生しやすくなり、また、比較的材料が硬く、脆く、伸びが少ないことから、バリの発生を抑えることができる。
As shown in FIG. 10, the
図10に示すように、ダイ860で電磁鋼板133を保持し、パンチ850を下降させる。
As shown in FIG. 10, the
図11はパンチ850が電磁鋼板133に押し付けられた状態を示している。パンチ850によって電磁鋼板133にはR状のダレ800が発生し、剪断面801が形成される。
FIG. 11 shows a state in which the
図12に示すように、パンチ850が電磁鋼板133の板厚の半分以上入った状態で打ち抜きが完了する。電磁鋼板133の結晶粒910の粒子径が、電磁鋼板133の板厚の半分以上となるように形成されているため、粒子の分裂が比較的容易に発生し、破断面810を有しているがバリの発生は抑えることができる。
As shown in FIG. 12, punching is completed in a state where the
図13は、図10と同様に、ダイ860で電磁鋼板133を保持し、パンチ850を下降させる状態を示している。
FIG. 13 shows a state in which the
図14はパンチ850が電磁鋼板133を押し付けられた状態を示している。そのため、パンチ850によってR状のダレ800が発生し、剪断面801が形成される。
FIG. 14 shows a state where the
図15に示すように、パンチ850が電磁鋼板133の板厚の半分以上入った状態で打ち抜きが完了する。電磁鋼板133の結晶粒910の粒子径が、電磁鋼板133の板厚の半分以上となるように形成されているため、粒子の分裂が比較的容易に発生し、破断面810を有しているがバリ発生は抑えることができる。このため、ダイ860とパンチ850のクリアランスを比較的大きく設定しても、バリの発生を抑えることができる。
As shown in FIG. 15, punching is completed in a state where the
図16は、本実施例の固定子鉄心132の内周側に回転子鉄心12を挿入した状態の断面図である。参考用に、この状態の斜視図を図23に示している。
FIG. 16 is a cross-sectional view showing a state where the
本実施例における固定子鉄心132では、図16に示すように、固定子鉄心132のスロット420や固定子鉄心132の内径のダレ800面の方向と固定子鉄心132の外径のダレ800面の方向とを反転させる。言い換えれば、破断面810の方向が、固定子鉄心132の内径側と外径側とで異なるようにする。
In the
ダレ800方向(破断面810方向)を反転させることにより、図17に示すように、絶縁紙300をダレ800方向から挿入でき、図18−19に示すように、固定子鉄心132の外径からハウジング50に挿入するときも反転しているダレ800方向から挿入することができる。このようにすることで、絶縁紙300、ハウジング50の挿入性を向上させることができる。また、挿入時に絶縁紙300に傷がつきにくくなり、バリや切子が脱落してスロット内に残る可能性も減少することから、絶縁性も向上する。
By reversing the sagging 800 direction (
このとき、セグメントコイル28は破断面810方向から挿入するが、図20−22に示すように、ダレ800方向から挿入してもよい。
At this time, the
ハウジング50がない直接液冷ジャケット130などに取り付ける場合にも、固定子鉄心132のダレ800方向から取り付けることで、バリの脱落を抑制でき、さらにバリによる隙間の発生を抑えて取り付けることができるので、信頼性も向上する。
Even when directly attaching to the
また、本実施例では絶縁紙300とスロット420に空間ができ接触面積が低減するので、固定子コイル60と固定子鉄心132間の絶縁性が向上する。
Further, in this embodiment, a space is formed in the insulating
また、絶縁紙300とスロット420間に空間ができる。つまり、接触面積が少なくなるため固定子コイル60を挿入する力を低減することができる。
In addition, a space is created between the insulating
また、絶縁紙300は、アラミド紙などで構成された比較的表面が粗いものであっても、スロット420に挿入するときのスロット420への接触面積が低減するため引っかかりにくくなり、挿入性が向上する。
In addition, even if the insulating
さらに、本実施例では絶縁紙300とスロット420に空間ができるためワニスがスロット420間に浸透しやすくなり、スロット420との間で絶縁紙300と固定子コイル60がワニスで固定できるため安定する。また、空隙にワニスが溜まり、さらにワニス浸透性も向上するため絶縁性も向上する。
Further, in this embodiment, since a space is formed between the insulating
なお、バリは、電磁鋼板133の粒子径910の調整のみならず、打ち抜き時のパンチ850とダイ860のクリアランスや抜き圧力を調整することにより、更に発生しにくくすることができる。
Note that burrs can be made less likely to occur by adjusting not only the
さらに、回転電機10の組立て性を考慮して、型の打ち抜き方向を変えることにより、電磁鋼板133のダレ800の方向を任意に変えることも可能である。
Furthermore, it is also possible to arbitrarily change the direction of the
図2,18−19,21−22に示すように、固定子鉄心132は、ハウジング50の内側に焼嵌めにより嵌合固定される。具体的な組み立て方としては、例えば、先ず固定子鉄心132を配置しておき、この固定子鉄心132に予め加熱して熱膨張により内径を広げておいたハウジング50を嵌め込む。次に、ハウジング50を冷却して内径を収縮させることで、その熱収縮により固定子鉄心132の外周部を締め付ける。
As shown in FIGS. 2, 18-19, and 21-22, the
固定子鉄心132は、運転時における回転子11のトルクによる反作用によってハウジング50に対して空転しないように、ハウジング50の内径寸法を、固定子鉄心132の外径寸法よりも所定値だけ小さくしておき、焼嵌め嵌合により固定子鉄心132がハウジング50内に強固に固定されるようになっている。
The
ここで、常温における固定子鉄心132の外径と、ハウジング50の内径との差を締め代といい、この締め代を回転電機10の最大トルクを想定して設定することで、ハウジング50は所定の締め付け力により固定子鉄心132を保持することになる。
Here, the difference between the outer diameter of the
固定子鉄心132に設けられた溶接部200は、積層された各電磁鋼板133を接続するとともに、ハウジング50の締め付け力に起因する電磁鋼板133の変形を抑制する。
The welded
なお、固定子鉄心132は焼嵌めにより嵌合固定する場合に限定されることなく、圧入によりハウジング50に嵌合固定することとしてもよい。
The
―回転子―
次に回転子11について、図1および図16,23を参照して説明する。図23は、回転子11および固定子20を示す斜視図である。なお、煩雑さを避けるために、シャフト13やスロット420の内部に収容されている固定子コイル60、絶縁紙300は省略している。
―Rotor―
Next, the
回転子11は、回転子鉄心12と、この回転子鉄心12に形成された磁石挿入孔159に保持されている永久磁石18と、を有している。
The
―回転子鉄心―
回転子鉄心12には、直方体形状の磁石挿入孔159が外周部近傍において周方向に等間隔で形成されており、各磁石挿入孔159には永久磁石18が埋め込まれ、接着剤などで固定されている。磁石挿入孔159の円周方向の幅は、永久磁石18の円周方向の幅よりも大きく形成されており、永久磁石18の両側には磁気的空隙156が形成されている。この磁気的空隙156は接着剤を埋め込んでもよいし,樹脂で永久磁石18と一体に固めてもよい。さらに、使用条件によっては磁石のみで磁石が挿入できるクリアランスがあってもよい。
-Rotor core-
In the
―永久磁石―
永久磁石18は、回転子11の界磁極を形成するものである。なお、本実施例では、一つの永久磁石18で一つの磁極を形成する構成としているが、一つの磁極を複数の永久磁石によって構成してもよい。各磁極を形成するための永久磁石を複数に増やすことで、永久磁石が発する各磁極の磁束密度が大きくなり、磁石トルクを増大することができる。
-permanent magnet-
The
永久磁石18の磁化方向は径方向を向いており、界磁極毎に磁化方向の向きが反転している。すなわち、ある磁極を形成するための永久磁石18の固定子側の面がN極、シャフト側の面がS極に磁化されていたとすると、隣の磁極を形成する永久磁石18の固定子側の面はS極、シャフト側の面はN極となるように磁化されている。本実施例では、12個の永久磁石18が、円周方向に等間隔で磁極毎に交互に磁化方向が変わるように磁化されて配置されることで、回転子11は12の磁極を形成している。
The magnetization direction of the
なお、永久磁石18は、磁化した後に回転子鉄心12の磁石挿入孔159に埋め込んでもよいし、磁化する前に回転子鉄心12の磁石挿入孔159に挿入し、その後に強力な磁界を与えて磁化するようにしてもよい。
The
しかしながら、磁化後の永久磁石18は磁力が強力であり、回転子11に永久磁石18を固定する前に磁石を着磁すると、永久磁石18の固定時に回転子鉄心12との間に強力な吸引力が生じ、この吸引力が作業の妨げとなる。また、強力な吸引力により、永久磁石18に鉄粉などのごみが付着するおそれがある。そのため、永久磁石18を回転子鉄心12の磁石挿入孔159に挿入した後に磁化する方が、回転電機10の生産性を向上させる上で望ましい。ここで、永久磁石18には、ネオジウム系、サマリウム系の焼結磁石やフェライト磁石、ネオジウム系のボンド磁石などを用いることができるが、永久磁石18の残留磁束密度は、0.4〜1.3T程度が望ましく、ネオジウム系の磁石がより適している。
However, the magnetized
本実施例では、磁極を形成する各永久磁石18間に補助磁極160が形成されている。この補助磁極160は、固定子コイル60が発生するq軸の磁束の磁気抵抗が小さくなるように作用する。そして、この補助磁極160により、q軸の磁束の磁気抵抗がd軸の磁束の磁気抵抗に比べて非常に小さくなるため、大きなリラクタンストルクが発生することになる。
In this embodiment, the auxiliary
三相交流電流が固定子コイル60に供給されることにより固定子20に回転磁界が発生すると、この回転磁界が回転子11の永久磁石18に作用して磁石トルクが発生する。つまり、回転子11には、この磁石トルクに加えて、上述のリラクタンストルクが発生するので、回転子11には上述の磁石トルクとリラクタンストルクとの両方のトルクが回転トルクとして作用し、大きな回転トルクを得ることができる。
When a rotating magnetic field is generated in the
本実施例における回転子鉄心12には、図16に示すように、回転子鉄心12の磁石挿入孔159や回転子鉄心12の内径の剪断面801(ダレ800側)と回転子鉄心12の外径の剪断面801(ダレ800側)の方向を反転させる。すなわち、剪断面801の方向を内径側と外径側とで反転させる。これにより、シャフト118、永久磁石18、さらに固定子20と回転子11との挿入性を向上することができる。挿入時にバリが脱落してモータ内に残る可能性も減少するため、信頼性も向上する。
As shown in FIG. 16, the
また、回転子鉄心12の打ち抜き面でバリが発生しないため、永久磁石18との接触面が少なくなる。そのため渦電流経路がなくなり、ロータ渦電流損を低減することができる。
Further, since no burrs are generated on the punched surface of the
固定子20に挿入するときも、回転子11のダレ800方向から挿入することで、固定子20の固定子コイル60のコイル被膜を傷つける可能性が減少し、絶縁性が向上するとともに、作業性が向上する。また、挿入時にバリが剥がれて切子などが発生することがなくなるため、信頼性も向上する。
Also when inserting into the
以上で説明したように、本発明によれば、小型高出力であるにも関わらず、絶縁性が優れた回転電機の固定子を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a stator for a rotating electrical machine that has excellent insulation properties despite its small size and high output.
図24を用いて、本発明による回転電機を車両に適用した場合の車両の構成例を説明する。図24は、四輪駆動を前提としたハイブリッド自動車のパワートレインを示す模式図である。前輪側の主動力として、エンジンとモータ(実施例で説明した回転電機10)を有する。エンジンとモータの発生する動力は、変速機により変速され、前輪側駆動輪に動力を伝えられる。また、後輪の駆動においては、後輪側に配置されたモータと後輪側駆動輪を機械的に接続され、動力が伝達される。
A configuration example of a vehicle when the rotating electrical machine according to the present invention is applied to the vehicle will be described with reference to FIG. FIG. 24 is a schematic diagram showing a powertrain of a hybrid vehicle on the premise of four-wheel drive. As main power on the front wheel side, an engine and a motor (the rotating
モータは、エンジンの始動を行い、また、車両の走行状態に応じて、駆動力の発生と、車両減速時のエネルギーを電気エネルギーとして回収する発電力の発生を切り換える。モータの駆動,発電動作は、車両の運転状況に合わせ、トルクおよび回転数が最適になるように電力変換装置により制御される。モータの駆動に必要な電力は、電力変換装置を介してバッテリから供給される。また、モータが発電動作のときは、電力変換装置を介してバッテリに電気エネルギーが充電される。 The motor starts the engine, and switches between generation of driving force and generation of electric power for recovering energy at the time of vehicle deceleration as electric energy according to the running state of the vehicle. The driving and power generation operation of the motor are controlled by the power converter so that the torque and the rotational speed are optimized in accordance with the driving situation of the vehicle. Electric power necessary for driving the motor is supplied from the battery via the power converter. Further, when the motor is in a power generation operation, the battery is charged with electric energy via the power converter.
ここで、前輪側の動力源であるモータ(回転電機10)は、エンジンと変速機の間に配置されている。後輪側の駆動力源であるモータとしては、回転電機10を用いることもできるし、他の一般的な構成の回転電機を用いることもできる。
Here, the motor (rotating electrical machine 10), which is the power source on the front wheel side, is disposed between the engine and the transmission. As the motor that is the driving force source on the rear wheel side, the rotating
本発明の回転電機は、四輪駆動式以外のハイブリッド方式においても勿論適用可能である。本発明の適用例として、電気自動車やハイブリット電気自動車用回転電機を挙げて説明したが、同様な課題をもつものであれば、オルタネータ、スタータジェネレータ(モータジェネレータ含む)、電動コンプレッサ用、電動ポンプ用等の自動車用補機モータは当然の事として、エレベータ用等の産業用、エアコン圧縮機等の家電用モータへの適用も可能である。 Of course, the rotating electrical machine of the present invention can also be applied to hybrid systems other than the four-wheel drive system. As an application example of the present invention, description has been made with reference to a rotating electric machine for an electric vehicle or a hybrid electric vehicle. However, if there are similar problems, an alternator, a starter generator (including a motor generator), an electric compressor, an electric pump As a matter of course, the automobile auxiliary motors such as automobiles can be applied to industrial motors such as elevators and motors for household appliances such as air conditioner compressors.
また、以上においては、永久磁石式の回転電機において説明を行ったが、回転子は永久磁石式でなく、インダクション式や、シンクロナスリラクタンス、爪磁極式等にも適用可能である。また、巻線方式においては波巻方式であるが、同様の特徴を持つ巻線方式であれば、適用可能である。次に、内転型で説明を行っているが、外転型でも同様に適用可能である。 In the above description, the permanent magnet type rotating electric machine has been described. However, the rotor is not a permanent magnet type, but can be applied to an induction type, a synchronous reluctance, a claw magnetic pole type, or the like. In addition, the winding method is a wave winding method, but any winding method having similar characteristics can be applied. Next, the explanation is made with the inner rotation type, but the same applies to the outer rotation type.
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 In addition, this invention is not limited to an above-described Example, Various modifications are included. For example, the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. In addition, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of the embodiment.
10 回転電機
11 回転子
12 回転子鉄心
13 シャフト
15 ボルト
18 永久磁石
19 エンドリング
20 固定子
28 セグメントコイル
28C 反溶接側コイルエンド頂点
28D 結線側セグメントコイルコイル斜行部
28E 導体端部
28F 反結線側セグメントコイルコイル斜行部
40 中性点結線用導体
41 交流端子(U)、42(V)、43(W)
50 ハウジング
60 固定子コイル
61 反溶接側コイルエンド
62 溶接側コイルエンド
115 フランジ
130 液冷ジャケット
132 固定子鉄心
133 電磁鋼板
140 コイルエンド
144 軸受
145 軸受
150 冷媒(油)貯蔵空間
153 冷媒通路
154 冷媒出口
155 冷媒出口
159 磁石挿入孔
200 溶接部
201 加締め部
210 溶接溝
300 絶縁紙
420 スロット
430 ティース
440 コアバック
800 ダレ
801 剪断面
810 破断面
850 パンチ
860 ダイ
910 結晶粒
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (6)
各々の前記スロットにN本(ただし、Nは正の偶数)のセグメントコイルが設けられ、
前記固定子コイルは、各々のセグメントコイルの導体端部に設けられた溶接部を介して、複数の前記セグメントコイルが接続されて構成され、
前記導体端部は、軸方向一方のコイルエンドで周方向に環状に配列され、N列の環状列が構成されている回転電機の固定子において、
前記固定子鉄心は複数の電磁鋼板が積層されて構成され、
前記電磁鋼板の結晶粒の粒子径が、当該電磁鋼板の板厚の半分よりも大きい回転電機の固定子。 A stator core provided with a plurality of slots, and a stator coil provided with insulating paper in the slots;
Each said slot is provided with N (where N is a positive even number) segment coil,
The stator coil is configured by connecting a plurality of the segment coils via a welded portion provided at a conductor end of each segment coil,
In the stator of the rotating electrical machine, the conductor end portion is annularly arranged in the circumferential direction at one coil end in the axial direction, and an N-row annular row is configured.
The stator core is configured by laminating a plurality of electromagnetic steel plates,
A stator of a rotating electrical machine in which the grain size of the crystal grain of the electrical steel sheet is larger than half of the thickness of the electrical steel sheet.
前記固定子鉄心の電磁鋼板は、径方向外周側のダレ面の方向と、径方向内周側のダレ面の方向とが異なっている回転電機の固定子。 A stator for a rotating electrical machine according to claim 1,
The stator steel core electromagnetic steel sheet is a stator of a rotating electrical machine in which the direction of the sag surface on the radially outer peripheral side is different from the direction of the sag surface on the radially inner peripheral side.
前記磁石挿入穴に挿入された磁石と、を有し、
内径側にはシャフト等を挿入する内径穴を有する回転電機の回転子であって、
前記回転子鉄心は複数の電磁鋼板が積層されて構成され、
前記電磁鋼板の結晶粒の粒子径が、当該電磁鋼板の板厚の半分よりも大きい回転電機の回転子。 A rotor core provided with a plurality of magnet insertion holes;
A magnet inserted into the magnet insertion hole,
A rotor of a rotating electrical machine having an inner diameter hole for inserting a shaft or the like on the inner diameter side,
The rotor core is configured by laminating a plurality of electromagnetic steel plates,
A rotor of a rotating electrical machine in which the grain size of crystal grains of the electrical steel sheet is larger than half of the thickness of the electrical steel sheet.
前記回転子鉄心の電磁鋼板は、径方向外周側のダレ面の方向と、径方向内周側のダレ面の方向とが異なっている回転電機の固定子。 A rotor for a rotating electrical machine according to claim 3,
The electromagnetic steel sheet of the rotor core is a stator of a rotating electrical machine in which the direction of the sag surface on the radially outer peripheral side is different from the direction of the sag surface on the radially inner peripheral side.
請求項3又は4に記載の回転電機の回転子と、を備える回転電機。 A stator for a rotating electrical machine according to claim 1 or 2,
A rotary electric machine comprising: the rotary electric machine rotor according to claim 3.
前記固定子鉄心の径方向内周側のダレ面の方向と、前記回転子鉄心の径方向外周側のダレ面の方向とが異なっている回転電機。 The rotating electrical machine according to claim 5,
A rotating electrical machine in which a direction of a sag surface on the radially inner peripheral side of the stator core is different from a direction of a sag surface on a radially outer peripheral side of the rotor core.
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