JP2019037028A - Rotary electric machine stator - Google Patents
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本開示は、回転電機ステータに係り、特に並列結線されるステータコイルを有する回転電機ステータに関する。 The present disclosure relates to a rotating electrical machine stator, and more particularly, to a rotating electrical machine stator having stator coils connected in parallel.
三相回転電機において、各相巻線について複数の巻線コイルを並列接続して用いることで、並列接続の1つの巻線コイル当りの導体断面積を並列接続の数に応じて細くできる。例えば、特許文献1では、U相巻線について、それぞれ集中巻したU1コイル、U2コイル、U3コイル、U4コイルの4つのコイルを並列接続して構成する例が述べられている。この場合、1つのU相巻線の導体断面積の1/4の導体断面積を有するU1コイル、U2コイル、U3コイル、U4コイルの4つのコイルを同時に接合して並列接続し、1つのU相巻線を形成している。 In a three-phase rotating electrical machine, by using a plurality of winding coils connected in parallel for each phase winding, the conductor cross-sectional area per one winding coil in parallel connection can be reduced according to the number of parallel connections. For example, Patent Literature 1 describes an example in which U-phase windings are configured by connecting four coils of U1 coil, U2 coil, U3 coil, and U4 coil, which are concentrated winding, in parallel. In this case, four U1 coils, U2 coils, U3 coils, and U4 coils having a conductor cross-sectional area that is 1/4 of the conductor cross-sectional area of one U-phase winding are simultaneously joined and connected in parallel. A phase winding is formed.
本開示に関連する技術として、特許文献2には、従来技術として、ステータコアの各々のスロット内に、複数のセグメントコイルを挿入してステータを形成することが述べられている。 As a technique related to the present disclosure, Patent Document 2 describes, as a conventional technique, that a stator is formed by inserting a plurality of segment coils into each slot of a stator core.
回転電機ステータの複数の巻線コイルを並列接続して1本の動力線に結線する並列結線を行うには、並列結線のための部品とその接続処理が必要となる。特に、セグメントコイルを用いて巻線コイルを形成する場合には、セグメントコイルから例えばバスバーのような中間部材を経由することになり、部品点数や溶接箇所の増加に伴うコスト増加が生じる。そこで、巻線コイルの並列結線の際のコストを抑制できる回転電機ステータが要望される。 In order to perform parallel connection in which a plurality of winding coils of a rotating electrical machine stator are connected in parallel and connected to one power line, parts for parallel connection and a connection process thereof are required. In particular, when a winding coil is formed using a segment coil, the segment coil is routed through an intermediate member such as a bus bar, resulting in an increase in cost due to an increase in the number of parts and welding locations. Therefore, there is a demand for a rotating electrical machine stator that can reduce the cost of parallel connection of winding coils.
本開示に係る回転電機ステータは、磁性体で構成され、円環状のバックヨーク、バックヨークから内周側に突き出す複数のティース、及び、隣接するティース間の空間である複数のスロットを含むステータコアと、ステータコアの所定のスロットに跨って挿入されてティースに巻回されたセグメントコイルの複数個を所定の接続方法で順次接続して形成された相コイルと、同じ相の複数の相コイルを互いに電気的に並列に接続するための金属板と、同じ相の相コイルからそれぞれ引き出された複数の動力線用のリード端子であって、ステータコアのバックヨークの外周縁よりもさらに外周側において金属板に接合された状態の複数のリード端子と、金属板にカシメにより固定された状態の相動力線と、を備える。 A rotating electrical machine stator according to the present disclosure is made of a magnetic material, and includes a stator core including an annular back yoke, a plurality of teeth protruding from the back yoke to the inner peripheral side, and a plurality of slots that are spaces between adjacent teeth. A phase coil formed by sequentially connecting a plurality of segment coils inserted over a predetermined slot of the stator core and wound around the teeth by a predetermined connection method and a plurality of phase coils of the same phase are electrically connected to each other. And a plurality of power line lead terminals respectively drawn out from the same phase phase coil, and connected to the metal plate further on the outer peripheral side than the outer peripheral edge of the back yoke of the stator core. A plurality of lead terminals joined together, and a phase power line secured to the metal plate by caulking.
上記構成の回転電機ステータによれば、相動力線は金属板とカシメによって固定されるので、その部分における溶接作業等が不要になり、巻線コイルの並列結線の際のコストを抑制できる。 According to the rotating electric machine stator having the above configuration, the phase power line is fixed by the metal plate and the caulking, so that welding work or the like at that portion becomes unnecessary, and the cost for parallel connection of the winding coils can be suppressed.
以下に図面を用いて本開示に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、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を述べるが、これは説明のための例示であって、車両搭載用でなくても、ステータコイルに関して並列結線処理が行われる回転電機に用いられる回転電機ステータであればよい。以下では、ステータコイルは、三相の分布巻で巻回されるものとし、例えば、U相巻線は、2つのU相コイルが並列接続されてU相動力線に接続されるものとするが、複数の相コイルが並列接続されるものであればよい。例えば、3つ以上の相コイルを並列接続して1つの相動力線に接続するものでもよい。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。 Embodiments according to the present disclosure will be described below in detail with reference to the drawings. In the following, a rotating electrical machine stator used for a rotating electrical machine mounted on a vehicle will be described. However, this is an illustrative example, and a rotating electrical machine in which parallel connection processing is performed with respect to a stator coil even if not mounted on a vehicle. It may be a rotating electrical machine stator used in the above. In the following, the stator coil is assumed to be wound with three-phase distributed winding, and for example, the U-phase winding is assumed to be connected to the U-phase power line by connecting two U-phase coils in parallel. As long as a plurality of phase coils are connected in parallel. For example, three or more phase coils may be connected in parallel and connected to one phase power line. Below, the same code | symbol is attached | subjected to the same element in all the drawings, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
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の構成図である。以下では、特に断らない限り、回転電機ステータ10を、ステータ10と呼ぶ。ステータ10は、回転電機の固定子で、ステータコア12と、ステータコア12に巻回されたステータコイル20を含む円環状の部品である。ステータ10の円環状の中心穴に、所定の径方向間隙をおいて、回転電機の回転子であるロータ(図示せず)が配置される。
FIG. 1 is a configuration diagram of a rotating
図1に、円環状のステータ10の中心軸CLと、軸方向、径方向、周方向を示す。軸方向は、中心軸CLに平行な方向である。径方向は、中心軸CLから放射状の方向で、中心軸CL側が内周側、中心軸CLから遠ざかる方向が外周側である。周方向は、中心軸CL周りの方向である。
FIG. 1 shows the central axis CL of the
ステータコア12は、図示しないロータが配置される中心穴を有する磁性体部品であり、円環状のバックヨーク14、バックヨーク14から内周側に突き出す複数のティース16、及び、隣接するティース16間の空間である複数のスロット18を含む。図1ではステータコイル20が配置されているので、中心穴の内周壁面にのみティース16とスロット18とが示される。
The
かかるステータコア12は、ティース16、スロット18を含む所定の円環状形状に成形した磁性体薄板を所定枚数で軸方向に積み重ねた積層体である。磁性体薄板としては、珪素鋼板の一種である電磁鋼板が用いられる。磁性体薄板の積層体に代えて、一体型の磁性体コアを用いてもよい。
The
ステータコイル20は、U相、V相、W相の三相の分布巻巻線で、各相の巻線は、ステータコア12の所定のスロット18に跨って挿入されてティース16に巻回されたセグメントコイル22の複数個を所定の接続方法で順次接続して形成される。セグメントコイル22は、両端部を除く導体線の周囲に絶縁皮膜を被覆し、略U字形に成形された絶縁皮膜付き導体線である。絶縁皮膜付き導体線の素線としては、銅線、銅錫合金線、銀メッキ銅錫合金線等が用いられる。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。
The
セグメントコイル22がステータコア12に巻回されるときに、ステータコア12の軸方向端面から突出する部分は、コイルエンドと呼ばれる。コイルエンドは、ステータコア12の軸方向の両端面から突き出す。図1では、動力線用のリード端子が引き出される側であるリード側のコイルエンド24が示される。反リード側のコイルエンドは、ステータコア12の外周面に隠れて図1では図示されていない。
When the
U相巻線、V相巻線、W相巻線は、それぞれ、2つの相コイルで構成される。U相巻線における2つのU相コイルを区別して、U1コイル、U2コイルと呼ぶ。同様に、V相巻線における2つのV相コイルを区別して、V1コイル、V2コイルと呼び、W相巻線における2つのW相コイルを区別して、W1コイル、W2コイルと呼ぶ。全部で6つの相コイルがあるので、それぞれの相コイルは、6スロット間隔で、ステータコア12に配置される。図1に、それぞれの相コイルの配置順序として、U1,U2,V1,V2,W1,W2の符号を付した。
Each of the U-phase winding, V-phase winding, and W-phase winding is composed of two phase coils. The two U-phase coils in the U-phase winding are distinguished and referred to as U1 coil and U2 coil. Similarly, the two V-phase coils in the V-phase winding are distinguished and referred to as V1 coil and V2 coil, and the two W-phase coils in the W-phase winding are distinguished and referred to as W1 coil and W2 coil. Since there are a total of six phase coils, the respective phase coils are arranged in the
したがって、ステータコイル20には、U1コイル、U2コイル、V1コイル、V2コイル、W1コイル、W2コイルが、予め定められた配置で、ステータコア12のティース16に巻回されている。ステータコイル20のリード側のコイルエンド24からは、これらの相コイルのそれぞれから、動力線用のリード端子が引き出される。
Therefore, the U1 coil, the U2 coil, the V1 coil, the V2 coil, the W1 coil, and the W2 coil are wound around the
U相巻線を例とすると、U相巻線は、U1コイルとU2コイルを並列接続して形成される。なお、これとは別に、U相巻線は、U1コイルとU2コイルを直列接続して形成される結線方式もある。直列接続の結線方式に対し、並列接続の結線方式は、同じ電力を流すのに導体線の径を細くできる等の特徴がある。U1コイルとU2コイルを並列接続の結線方式でU相巻線を形成するには、U1コイルの一方端とU2コイルの一方端を接続して三相巻線としての中性点に用いる。そして、U1コイルの他方端を、U1コイルの動力線用のリード端子とし、U2コイルの他方端を、U1コイルの動力線用のリード端子とする。さらに、U1コイルの動力線用のリード端子とU2コイルの動力線用のリード端子とを並列接続し、U相動力線に接続する。U相動力線は、V相動力線、W相動力線と共に、回転電機を駆動する外部の駆動回路等に接続される。 Taking the U-phase winding as an example, the U-phase winding is formed by connecting a U1 coil and a U2 coil in parallel. Apart from this, the U-phase winding may be formed by connecting a U1 coil and a U2 coil in series. In contrast to the series connection method, the parallel connection method has a feature that the diameter of the conductor wire can be reduced to allow the same power to flow. In order to form a U-phase winding by connecting U1 coil and U2 coil in parallel, one end of U1 coil and one end of U2 coil are connected and used as a neutral point as a three-phase winding. The other end of the U1 coil is a lead terminal for the power line of the U1 coil, and the other end of the U2 coil is a lead terminal for the power line of the U1 coil. Further, the lead terminal for the power line of the U1 coil and the lead terminal for the power line of the U2 coil are connected in parallel and connected to the U-phase power line. The U-phase power line is connected to an external drive circuit that drives the rotating electrical machine together with the V-phase power line and the W-phase power line.
すなわち、U1コイルの動力線用のリード端子とU2コイルの動力線用のリード端子を、並列接続の結線方式でU相動力線に接続するには、2つの処理が必要となる。1つ目は[U1コイルの動力線用のリード端子とU2コイルの動力線用のリード端子とを並列接続する]処理であり、2つ目は、[並列接続されたものを、U相動力線に接続する]処理である。この双方の処理を併せて、並列結線処理と呼ぶ。V相、W相についても同様である。 That is, two processes are required to connect the lead terminal for the power line of the U1 coil and the lead terminal for the power line of the U2 coil to the U-phase power line by the parallel connection method. The first is a process of [connecting the lead terminal for the power line of the U1 coil and the lead terminal for the power line of the U2 coil]. The second is [processing the U-phase power that is connected in parallel. Connect to line] process. Both of these processes are collectively referred to as a parallel connection process. The same applies to the V phase and the W phase.
図1において、A部は、U1コイルとU2コイルについての並列結線処理が行われた並列結線部30である。並列結線部30は、金属板40と、U相動力線50と、動力線接続部60とを含む。
In FIG. 1, A part is the
図2は、図1のA部の詳細図である。図3は、並列結線部30を分解した場合の各要素を示す図である。図3(a)は、金属板40と、U相動力線50と、動力線接続部60のそれぞれを示す図である。(b)は、金属板40と、U相動力線50と、動力線接続部60と組立てた状態で、まだU1コイルの動力線用のリード端子及びU2コイルの動力線用のリード端子とが接続されていない状態の並列結線用動力線32を示す図である。
FIG. 2 is a detailed view of part A of FIG. FIG. 3 is a diagram illustrating each element when the
図2に示すU1リード端子26は、リード側のコイルエンド24から引き出されたU1コイルの他方端の動力線用のリード端子である。U2リード端子28は、リード側のコイルエンド24から引き出されたU2コイルの他方端の動力線用のリード端子である。U1リード端子26とU2リード端子28を区別するため、異なる方向に傾斜する斜線を付した。
The
U1リード端子26とU2リード端子28は、コイルエンド24からステータコア12のバックヨーク14の外周縁部よりもさらに外周側に引き出され、そこで先端部がステータ10の軸方向に沿って曲げられる。曲げられた先端部の位置も、ステータコア12のバックヨーク14の外周縁部よりもさらに外周側である。
The
金属板40は、同じ相であるU相の2つの相コイルを互いに電気的に並列に接続するための導体板である。さらに、金属板40は、U相動力線50と接続される導体板でもある。
The
金属板40は、U1リード端子26とU2リード端子28を個別に分離して接続できるように、先端に2つの突出部42,44を有する。金属板40は、突出部42,44とは反対側の根元部にカシメ囲み部46を有する。カシメ囲み部46は、一方側に開口部を有し、金属板40の一部を湾曲させた部分であり、この湾曲部に線材であるU相動力線50を挿入し、湾曲部をカシメで押し潰すことで、U相動力線50と金属板40とを電気的機械的に接続することができる。金属板40の2つの突出部42,44及びカシメ囲み部46には、金属面を露出させる処理が予め行われる。例えば、皮膜を除去し、必要な洗浄が行われる。
The
U相動力線50は、外部の駆動回路等に接続される電力線である。U相動力線50は、本体ケーブル部52と、本体ケーブル部52の両端のカシメ挿入部54,56とを含む。本体ケーブル部52は、高電圧大電力に対応する絶縁性能を有する絶縁被覆で覆われた電力ケーブルである。カシメ挿入部54,56は、本体ケーブル部52の絶縁被覆が除去されて裸の導体部が露出された部分である。カシメ挿入部54は、金属板40のカシメ囲み部46の湾曲部に挿入可能な外径を有する。カシメ挿入部56は、次に述べる動力線接続部60のカシメ囲み部64の湾曲部に挿入可能な外径を有する。
動力線接続部60は、本体板部62と、本体板部62の一方側端部に設けられるカシメ囲み部64と、他方側端部に設けられる接続リング部66とを含む。カシメ囲み部64は、金属板40のカシメ囲み部46と同様に、一方側に開口部を有し、本体板部62の一方側端部を湾曲させた部分である。この湾曲部に線材であるU相動力線50を挿入し、湾曲部をカシメで押し潰すことで、U相動力線50と動力線接続部60とを電気的機械的に接続することができる。接続リング部66は、外部の駆動回路におけるU相接続端子が挿入され、U相接続端子がおねじ部を有している場合にはナット等を用いて、駆動回路に電気的機械的に接続される接続端部である。動力線接続部60のカシメ囲み部64及び接続リング部66には、金属面を露出させる処理が予め行われる。例えば、皮膜を除去し、必要な洗浄が行われる。
The power
図3(b)に示す並列結線用動力線32は、金属板40と、U相動力線50と、動力線接続部60とを組立て、2箇所のカシメ部70,72におけるカシメ処理によって一体化した部品である。カシメ処理による一体化は、以下のように行われる。U相動力線50のカシメ挿入部54を金属板40のカシメ囲み部46に挿入し、その状態で、カシメ囲み部46を適当なカシメ治具で押し潰し、カシメ部70を形成する。同様に、U相動力線50のカシメ挿入部56を動力線接続部60のカシメ囲み部64に挿入し、その状態で、カシメ囲み部64を適当なカシメ治具で押し潰し、カシメ部72を形成する。このようにして、3部品が一体化し、U1リード端子26を接続するための突出部42とU2リード端子28を接続するための突出部44とを有する並列結線用動力線32が形成される。
The parallel
図2に戻って、U1リード端子26と、U2リード端子28とを、並列接続の結線方式でU相動力線50に接続するには以下のようにする。並列結線用動力線32の突出部42をU1リード端子26の先端部と合わせる。同様に、並列結線用動力線32の突出部44をU2リード端子28の先端部と合わせる。そして、適当な溶接設備を用いて、並列結線用動力線32の突出部42とU1リード端子26の先端部とを溶接箇所74で溶接し、並列結線用動力線32の突出部44とU2リード端子28の先端部とを溶接箇所76で溶接する。これによって、U1リード端子26とU2リード端子28とは、並列接続された状態で、並列結線用動力線32と電気的機械的に結線される。
Returning to FIG. 2, the
上記構成によれば、予めカシメ処理によって金属板40とU相動力線50と動力線接続部60とを一体化した並列結線用動力線32を準備しておくことができる。これにより、並列結線用動力線32の1部品と、溶接箇所74,76の2箇所の溶接処理とによって、並列結線処理を行うことができる。
According to the said structure, the
また、U1リード端子26とU2リード端子28の先端部の位置は、ステータコア12のバックヨーク14の外周縁部よりもさらに外周側である。したがって、2箇所の溶接箇所74,76はいずれもステータコア12のバックヨーク14の外周縁部よりもさらに外周側となるので、ステータコア12の内周側の溶接に比較して、溶接処理を容易に行うことができる。
The positions of the tip portions of the
図4、図5は、従来技術による並列結線処理を示す図である。ここでは、図2、図3に対応させて、U1リード端子26と、U2リード端子28とを、並列接続の結線方式で、従来技術で用いられるU相動力線80に接続する並列結線処理を示す。
4 and 5 are diagrams showing parallel connection processing according to the prior art. Here, corresponding to FIG. 2 and FIG. 3, parallel connection processing is performed in which the
図4は、従来技術で用いられるU相動力線80である。図3と比較すると、従来技術のU相動力線80は、金属板40を用いないので、図3の本体ケーブル部52に対応する本体ケーブル部82と、その一方端で本体ケーブル部82の絶縁被覆が除去された先端部84とを有する。本体ケーブル部82の他方端は、図2で述べたのと同じ動力線接続部60がカシメ処理によって接続される。
FIG. 4 is a
図5は、図2に対応する図で、コイルエンド24から、U1リード端子26とU2リード端子28とが引き出される。これらが並列接続される相手のU相動力線80は、1つの先端部84のみを有するので、中間部材としてのバスバー86が用いられる。バスバー86は、3つの突出部を有し、それぞれ、U1リード端子26の先端部、U2リード端子28の先端部、U相動力線80の先端部84に向かい合う位置に配置される。従来技術では、バスバー86の3箇所の先端部のそれぞれと、U1リード端子26の先端部、U2リード端子28の先端部、U相動力線80の先端部84とを向かい合わせて、溶接箇所90,92,94とする。そして、適当な溶接設備を用いて、この3箇所を順次溶接する。これによって、U1リード端子26とU2リード端子28とは、並列接続された状態で、U相動力線80と電気的機械的に結線される。従来技術によれば、U相動力線80、バスバー86の2部品と、溶接箇所90,92,94の3箇所の溶接処理によって、並列結線処理を行うことができる。
FIG. 5 corresponds to FIG. 2, and the
これに対し、図2で述べた構成によれば、並列結線用動力線32の1部品と、溶接箇所74,76の2箇所の溶接処理によって、並列結線処理を行うことができる。したがって、図2の構成によれば、従来技術に比べ、部品点数も削減でき、溶接箇所も削減できる。これによって、並列結線処理に要するコストを抑制できる。
On the other hand, according to the configuration described in FIG. 2, the parallel connection process can be performed by one part of the parallel
10 (回転電機)ステータ、12 ステータコア、14 バックヨーク、16 ティース、18 スロット、20 ステータコイル、22 セグメントコイル、24 コイルエンド、26 U1リード端子、28 U2リード端子、30 並列結線部(A部)、32 並列結線用動力線、40 金属板、42,44 突出部、46,64 カシメ囲み部、50 U相動力線、52 本体ケーブル部、54,56 カシメ挿入部、60 動力線接続部、62 本体板部、66 接続リング部、70,72 カシメ部、74,76,90,92,94 溶接箇所、80 (従来技術の)U相動力線、82 本体ケーブル部、84 先端部、86 バスバー。 10 (rotary electric machine) stator, 12 stator core, 14 back yoke, 16 teeth, 18 slots, 20 stator coil, 22 segment coil, 24 coil end, 26 U1 lead terminal, 28 U2 lead terminal, 30 parallel connection part (A part) , 32 Parallel connection power line, 40 Metal plate, 42, 44 Protruding part, 46, 64 Caulking enclosure part, 50 U-phase power line, 52 Main body cable part, 54, 56 Caulking insertion part, 60 Power line connection part, 62 Main body plate part, 66 connection ring part, 70, 72 crimping part, 74, 76, 90, 92, 94 welded part, 80 (prior art) U-phase power line, 82 main body cable part, 84 tip part, 86 busbar.
Claims (1)
前記ステータコアの所定の前記スロットに跨って挿入されて前記ティースに巻回されたセグメントコイルの複数個を所定の接続方法で順次接続して形成された相コイルと、
同じ相の複数の前記相コイルを互いに電気的に並列に接続するための金属板と、
同じ相の前記相コイルからそれぞれ引き出された複数の動力線用のリード端子であって、前記ステータコアの前記バックヨークの外周縁よりもさらに外周側において前記金属板に接合された状態の複数のリード端子と、
前記金属板にカシメにより固定された状態の相動力線と、
を備える、回転電機ステータ。 A stator core comprising a magnetic body, including an annular back yoke, a plurality of teeth protruding from the back yoke to the inner peripheral side, and a plurality of slots which are spaces between the adjacent teeth;
A phase coil formed by sequentially connecting a plurality of segment coils inserted over the predetermined slot of the stator core and wound around the teeth by a predetermined connection method;
A metal plate for electrically connecting a plurality of the phase coils of the same phase to each other in parallel;
A plurality of lead terminals for power lines respectively drawn from the phase coils of the same phase, wherein the plurality of leads are joined to the metal plate further on the outer peripheral side than the outer peripheral edge of the back yoke of the stator core. A terminal,
A phase power line fixed to the metal plate by caulking;
A rotating electrical machine stator.
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