JP2021061654A - 回転電機のステータ - Google Patents

Abstract

【課題】セグメントコイルの連結部材への圧入が容易であり、セグメントコイルと連結部材との篏合部の強度信頼性を確保でき、セグメントコイル間の接触抵抗を低減できる。【解決手段】ステータコアに巻回されるステータコイルは、先端に爪部３１を備える第１セグメントコイル３ａ及び第２セグメントコイル３ｂと、第１セグメントコイル３ａの爪部３１が一方端から挿入されて、第２セグメントコイル３ｂの爪部３１が他方端から挿入されることによって、第１セグメントコイル３ａと第２セグメントコイル３ｂとを連結する筒状で導電性を有する連結部材４と、を備え、爪部３１は、連結部材４の内壁面４２に略平行な側面３２と、先端に向かうほど細くなるように斜面３３が形成された先端部と、を有し、連結部材４の中で両爪部３１の斜面３３同士が噛み合い、両爪部３１の斜面間３３に生じる横圧力によって、側面３２が連結部材４の内壁面４２に圧接する。【選択図】図２

Description

本発明は、複数のスロットを有するステータコアと、ステータコアに巻回されるステータコイルとを備える回転電機のステータに関する。

ステータコアに巻回されるステータコイルが、複数のセグメントコイルと、円柱形状の貫通孔が形成された連結部材とを備え、連結部材の貫通孔の両端にそれぞれセグメントコイルの先端が嵌合されることによって連結部材がセグメントコイル同士を連結することを特徴とする回転電機のステータが、特許文献１に開示されている。

特開２０１９−１２６１５３号公報

しかし、特許文献１のようにセグメントコイルの先端が連結部材の円柱形状の貫通孔に嵌合される形態では、連結部材に圧入されるセグメントコイルの先端の外径及び連結部材の内径の精度を高く加工しなければ、圧入が困難となったり、嵌合部の強度信頼性が低くなったりする場合がある。特に、回転電機の使用により嵌合部に微摺動摩耗が発生することがあるため、嵌合部の強度信頼性を確保する必要がある。更に、連結部材に圧入されるセグメントコイル同士が直に接触せず連結部材を介して連結する形態では、接触面積が小さいためセグメントコイル間の接触抵抗が大きくなる場合がある。

そこで、本発明は、セグメントコイルの連結部材への圧入が容易であり、セグメントコイルと連結部材との嵌合部の強度信頼性を確保でき、セグメントコイル間の接触抵抗を低減できるステータコイルを有する回転電機のステータを提供することを目的とする。

本発明に係る回転電機のステータは、複数のスロットを有するステータコアと、前記ステータコアに巻回されるステータコイルと、を備える回転電機のステータであって、前記ステータコイルは、先端に爪部を備える複数のセグメントコイルと、前記ステータコアの軸方向一端側から前記スロットに挿入される一方のセグメントコイルの前記爪部が一方端から挿入されて、他方のセグメントコイルの前記爪部が他方端から挿入されることによって、前記一方のセグメントコイルと前記他方のセグメントコイルとを連結する筒状で導電性を有する連結部材と、を備え、前記セグメントコイルの前記爪部は、前記連結部材の内壁面に略平行な側面と、先端に向かうほど細くなるように斜面が形成された先端部と、を有し、前記連結部材の中で前記両爪部の前記斜面同士が噛み合い、前記両爪部の前記斜面間に生じる横圧力によって、前記側面が前記連結部材の内壁面に圧接すること、を特徴とする。

本発明は、連結部材に挿入されるセグメントコイルの爪部が連結部材の内壁面に略平行な側面と先端に向かうほど細くなるように斜面が形成された先端部とを有し、一方のセグメントコイルと他方のセグメントコイルの爪部の斜面同士が噛み合った状態で爪部の側面が連結部材の内壁面に圧接するまで爪部が斜面に沿った方向に滑りながら連結部材に圧入されるため、セグメントコイルの爪部の連結部材への圧入が容易であり、両爪部の斜面間に生じる横圧力によって爪部の側面が連結部材の内壁面に圧接されるため、セグメントコイルの爪部と連結部材との嵌合部の強度信頼性を確保できる。更に、爪部の側面が連結部材の内壁面に圧接されて２つのセグメントコイルが連結部材を介して電気的に接続するのみならず、一方のセグメントコイルと他方のセグメントコイルの爪部の斜面同士が噛み合うことによって、連結部材を介さずにセグメントコイル同士が直に接触するため、セグメントコイル間の接触抵抗を低減することができる。

本開示の実施形態のステータの分解斜視図である。 セグメントコイルの連結部を示す斜視図である。 連結部材の斜視図である。 図２におけるＡ−Ａ線断面図である。 図２におけるＢ視で見たセグメントコイルの爪部の形状を示す図である。 セグメントコイルの連結部がステータコアのスロット内に並んで配置されることを示す図である。 図６におけるＣ−Ｃ線断面図である。

以下、図面を参照しながら、本実施形態の回転電機のステータ１０について説明する。図１に示すステータ１０は、不図示のロータと組み合わされて回転電機を構成する。ステータ１０が適用される回転電機は、電動機として用いられるものであってもよいし、発電機として用いられるものであってもよい。したがって、ステータ１０は、例えば、電気自動車やハイブリッドカーに搭載される回転電機であって、走行用動力を生成する電動機として機能すると共に、回生トルク等で発電を行う発電機としても機能する回転電機に適用されてもよい。

図１に示すように、ステータ１０は、ステータコア１と、ステータコア１に巻回されるステータコイルとを備える。ステータコイルは、複数のセグメントコイル３を連結して構成される。ステータコア１は、略円環形状のヨーク１１と、ヨーク１１の内周面から径方向内側に突出する複数のティース１２によって構成される。周方向に隣接するティース１２の間にはステータコイルの一部が収容される空間であるスロット１３が形成されている。ステータコア１は、複数の電磁鋼板を回転電機の軸方向に積層して作成される積層鋼板であってもよい。

ステータコイルは、ステータコア１のティース１２に巻回される。ステータコイルの結線態様及び巻回態様は、回転電機の使用に応じて、適宜、選択されればよい。例えば、ステータコイルは、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のコイルをスター結線又はデルタ結線した構成でもよい。また、ステータコイルは、分布巻で巻回されてもよいし、集中巻で巻回されてもよい。

図１に示すように、セグメントコイル３には、ステータコア１の軸方向一端側からスロット１３に挿入される略Ｕ字状の第１セグメントコイル３ａと、ステータコア１の軸方向他端側からスロット１３に挿入される略Ｕ字状の第２セグメントコイル３ｂとが含まれる。第１セグメントコイル３ａ及び第２セグメントコイル３ｂは、いずれも断面形状略矩形の角線であり、後述する爪部３１を除いて表面が絶縁被膜で覆われている。なお、実際のステータ１０は多数のセグメントコイル３を有しているが、図１では、見易くするために、１つの第２セグメントコイル３ｂと、第２セグメントコイル３ｂの両端にそれぞれ連結する２つの第１セグメントコイル３ａのみを図示している。また、図１では、爪部３１の記載を省略している。

図２は、第１セグメントコイル３ａと第２セグメントコイル３ｂとを連結する連結部５を示す斜視図である。図２に示すように、第１セグメントコイル３ａ及び第２セグメントコイル３ｂは、いずれも先端に３つの爪部３１を備える。ステータコイルは、第１セグメントコイル３ａと、第２セグメントコイル３ｂと、第１セグメントコイル３ａの爪部３１が一方端から挿入されて第２セグメントコイル３ｂの爪部３１が他方端から挿入されることによって第１セグメントコイル３ａと第２セグメントコイル３ｂとを連結する筒状で導電性を有する連結部材４とを備える。なお、本来は、図２では、爪部３１の大部分は連結部材４の陰に隠れて見えないが、連結部材４はあたかも透明であるかのように外形の輪郭のみ二点鎖線で記載して、爪部３１の連結部材４に覆われた部分も図示している。

図３に示すように、連結部材４は、外形が直方体の形状で、軸方向に貫通する直方体の形状の貫通孔が形成された筒状となっている。導電材料からなる連結部材４は、外壁面４１は絶縁被膜で覆われているものの、内壁面４２は絶縁被膜で覆われていない。

図２及び図４に示すように、第１セグメントコイル３ａ及び第２セグメントコイル３ｂの爪部３１は、連結部材４の内壁面４２に略平行な側面３２と、先端に向かうほど細くなるように斜面３３が形成された先端部とを有する。そして、図２及び図５に示すように、第１セグメントコイル３ａ及び第２セグメントコイル３ｂの爪部３１には、非対称の切欠き３４が形成されている。後述するように、第１セグメントコイル３ａの爪部３１の斜面３３と第２セグメントコイル３ｂの爪部３１の斜面３３とが接触した状態で、爪部３１が斜面３３に沿った方向に滑りながら連結部材４に圧入されるため、このように爪部３１に切欠き３４を形成することによって、第１セグメントコイル３ａの爪部３１の斜面３３と第２セグメントコイル３ｂの爪部３１の斜面３３とが接触する面積が小さくなり、爪部３１を連結部材４に圧入する際の斜面３３間の摩擦を低減することができる。

ステータ１０は多数の第１セグメントコイル３ａ及び第２セグメントコイル３ｂを有しているため、このように第１セグメントコイル３ａと第２セグメントコイル３ｂとを連結する連結部５は、図６に示すように、ステータコア１の各スロット１３内に内径側から外径側に向かって並んで配置される。図６は、１つのスロット１３内の連結部５の配置を示した図であり、ステータコア１の全てのスロット１３に同様に連結部５が内径側から外径側に向かって並んで配置される。

図７は、図６におけるＣ−Ｃ線断面図であり、スロット１３内の連結部５で第１セグメントコイル３ａに第２セグメントコイル３ｂが連結されようとしている状態を示している。図７に示すように、スロット１３内の各連結部５でステータコア１の周方向に３つの爪部３１が並んで配置される向きで第１セグメントコイル３ａ及び第２セグメントコイル３ｂがスロット１３内に挿入される。そして、ステータコア１の軸方向一端側からスロット１３に挿入された第１セグメントコイル３ａの爪部３１が連結部材４の一方端から挿入された状態で、第２セグメントコイル３ｂをステータコア１の軸方向他端側からスロット１３に挿入して、第２セグメントコイル３ｂの爪部３１を連結部材４の他方端から圧入することによって、第１セグメントコイル３ａと第２セグメントコイル３ｂとを連結する。

図７に示すように、３つの爪部３１の幅Ｗ１は、連結部材４の貫通孔の幅Ｗ２よりも小さいため、第１セグメントコイル３ａの爪部３１の斜面３３と第２セグメントコイル３ｂの爪部３１の斜面３３とが接触するまで、抵抗なく第２セグメントコイル３ｂの爪部３１を連結部材４に挿入できる。そして、更に第２セグメントコイル３ｂの爪部３１の挿入を継続すると、第１セグメントコイル３ａの爪部３１の斜面３３と第２セグメントコイル３ｂの爪部３１の斜面３３との接触が開始した後に、爪部３１が斜面３３に沿った方向に滑りながら連結部材４に圧入されることによって、最終的には、図４に示すように、爪部３１の斜面３３同士が噛み合った状態で、斜面３３間に生じる横圧力によって、爪部３１の側面３２が連結部材４の内壁面４２に圧接し、第１セグメントコイル３ａと第２セグメントコイル３ｂとが連結した状態に至る。

爪部３１は導電性を有し、爪部３１の側面３２及び斜面３３は、いずれも絶縁被膜で覆われていない。そのため、上記のように、爪部３１の斜面３３同士が噛み合って接触することによって第１セグメントコイル３ａと第２セグメントコイル３ｂとが電気的に接続する。更に、爪部３１の側面３２が連結部材４の内壁面４２に圧接することによって、連結部材４を介して第１セグメントコイル３ａと第２セグメントコイル３ｂとが電気的に接続され、連結部材４はステータコイルの電流経路の一部として機能する。

本実施形態のステータ１０は、既に述べたように、図７に示す３つの爪部３１の幅Ｗ１が連結部材４の貫通孔の幅Ｗ２よりも小さいため、爪部３１の斜面３３同士が接触するまで抵抗なく爪部３１を連結部材４に挿入することが可能である。そして、斜面３３同士が接触を開始した後に斜面３３同士が噛み合った状態で爪部３１の側面３２が連結部材４の内壁面４２に圧接するまで、爪部３１が斜面３３に沿った方向に滑りながら連結部材４に圧入されるため、爪部３１の連結部材４への圧入が容易である。そして、斜面３３間に生じる横圧力によって爪部３１の側面３２が連結部材４の内壁面４２に圧接されるため、第１セグメントコイル３ａ及び第２セグメントコイル３ｂの爪部３１と連結部材４との嵌合部の強度信頼性を確保できる。

また、本実施形態のステータ１０は、既に述べたように、爪部３１の側面３２が連結部材４の内壁面４２に圧接されて第１セグメントコイル３ａと第２セグメントコイル３ｂとが連結部材４を介して電気的に接続するのみならず、両爪部３１の斜面３３同士が噛み合うことによって、連結部材４を介さずに第１セグメントコイル３ａと第２セグメントコイル３ｂとが直に接触するため、第１セグメントコイル３ａと第２セグメントコイル３ｂとの接触面積が大きくなり、第１セグメントコイル３ａと第２セグメントコイル３ｂとの間の接触抵抗を低減することができる。

＜実施形態の補足＞
本開示の回転電機のステータは、上述した形態に限定されず、本開示の要旨の範囲内において種々の形態にて実施できる。例えば、上述の形態では、セグメントコイルは先端に３つの爪部を備えるが、爪部の数は３以外の数であってもよい。また、爪部の切欠きは他の形状であってもよいし、爪部に切欠きがなくてもよい。また、上述の形態では、連結される両方のセグメントコイルがステータコアのスロットに挿入されて、ステータコアのスロットの内部でセグメントコイルを連結しているが、連結されるセグメントコイルの片方のみステータコアのスロットに挿入されて、スロットの外部でセグメントコイルを連結する形態であってもよい。

１ ステータコア、３ セグメントコイル、３ａ 第１セグメントコイル、３ｂ 第２セグメントコイル、４ 連結部材、５ 連結部、１０ ステータ、１１ ヨーク、１２ ティース、１３ スロット、３１ 爪部、３２ 側面、３３ 斜面、３４ 切欠き、４１ 外壁面、４２ 内壁面。

Claims (1)

1. 複数のスロットを有するステータコアと、前記ステータコアに巻回されるステータコイルと、を備える回転電機のステータであって、
   前記ステータコイルは、
   先端に爪部を備える複数のセグメントコイルと、
   前記ステータコアの軸方向一端側から前記スロットに挿入される一方のセグメントコイルの前記爪部が一方端から挿入されて、他方のセグメントコイルの前記爪部が他方端から挿入されることによって、前記一方のセグメントコイルと前記他方のセグメントコイルとを連結する筒状で導電性を有する連結部材と、
   を備え、
   前記セグメントコイルの前記爪部は、前記連結部材の内壁面に略平行な側面と、先端に向かうほど細くなるように斜面が形成された先端部と、を有し、
   前記連結部材の中で前記両爪部の前記斜面同士が噛み合い、前記両爪部の前記斜面間に生じる横圧力によって、前記側面が前記連結部材の内壁面に圧接すること、を特徴とする回転電機のステータ。
   

Images