JP2023047885A - 回転電機 - Google Patents

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Takeshi Kitayama
宏之 服部
Hiroyuki Hattori
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Abstract

【課題】ロータコイルの体格を抑えつつ、ロータコイルとロータ突極との間の絶縁性を絶縁部材によって確保することができる回転電機を提供すること。【解決手段】ステータに対向配置され、回転軸とともに回転するロータを含み、ロータは、複数のロータ突極、及び、隣り合うロータ突極間にスロットが形成されたロータコアと、スロットを通ってロータ突極に絶縁部材を介して巻き回されたロータコイルと、を有する回転電機であって、ロータコイルは、スロットの内部に位置するスロットコイル部と、ロータコアの軸線方向の端面よりも突出したコイルエンド部とを有しており、絶縁部材は、ロータコアの周方向でスロットコイル部とロータ突極との間に設けられたスロット絶縁部と、ロータコアの軸線方向でコイルエンド部とロータ突極との間に設けられたエンド絶縁部と、を有し、スロット絶縁部とエンド絶縁部とが一体である。【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機に関する。
特許文献１には、ステータに対向配置され、回転軸とともに回転するロータを含み、ロータは、複数のロータ突極、及び、隣り合うロータ突極間にスロットが形成されたロータコアと、スロットを通って突極に巻き回されたロータコイルと、有する巻線界磁型の回転電機であって、ロータコアの軸線方向両端側に対をなして取り付けられた絶縁性を有する巻枠を介してロータコアの突極に界磁巻線が装着されている。
特開２０２０－１６２２１２号公報
界磁巻線であるロータコイルにおけるコイルエンド部とスロット内部とのそれぞれにおいて、ロータコイルとロータコアの突極との間で絶縁を行う必要があるが、ロータコイルの体格を抑えつつ、絶縁性を確保するためには改善の余地がある。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、ロータコイルの体格を抑えつつ、ロータコイルとロータ突極との間の絶縁性を絶縁部材によって確保することができる回転電機を提供することである。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に回転電機は、ステータに対向配置され、回転軸とともに回転するロータを含み、前記ロータは、複数のロータ突極、及び、隣り合うロータ突極間にスロットが形成されたロータコアと、前記スロットを通って前記ロータ突極に絶縁部材を介して巻き回されたロータコイルと、を有する回転電機であって、前記ロータコイルは、前記スロットの内部に位置するスロットコイル部と、前記ロータコアの軸線方向の端面よりも突出したコイルエンド部とを有しており、前記絶縁部材は、前記ロータコアの周方向で前記スロットコイル部と前記ロータ突極との間に設けられたスロット絶縁部と、前記ロータコアの軸線方向で前記コイルエンド部と前記ロータ突極との間に設けられたエンド絶縁部と、を有し、前記スロット絶縁部と前記エンド絶縁部とが一体である、ことを特徴とするものである。
これにより、本発明に係る回転電機においては、絶縁部材のスロット絶縁部とエンド絶縁部とが一体であることにより、スロット絶縁部とエンド絶縁部との重なりや継ぎ目が無いため、ロータコイルの体格を抑えつつ、ロータコイルとロータ突極との間の絶縁性を絶縁部材によって確保することができる。
また、上記において、前記絶縁部材は、前記コイルエンド部の径方向外側に設けられた、前記エンド絶縁部と一体の第１の鍔形状部を有するようにしてもよい。
これにより、ロータの径方向外側における、コイルエンド部とロータ突極との間の絶縁性を第１の鍔形状部によって確保することができるとともに、ロータの回転時に、遠心力によってコイルエンド部に位置ズレが発生することを抑制することができる。
また、上記において、前記絶縁部材は、前記コイルエンド部の径方向内側に設けられた、前記エンド絶縁部と一体の第２の鍔形状部を有するようにしてもよい。
これにより、ロータの径方向内側における、コイルエンド部とロータ突極との間の絶縁性を第２の鍔形状部によって確保することができる。
本発明に係る回転電機は、絶縁部材のスロット絶縁部とエンド絶縁部とが一体であることにより、スロット絶縁部とエンド絶縁部との重なりや継ぎ目が無いため、ロータコイルの体格を抑えつつ、ロータコイルとロータ突極との間の絶縁性を絶縁部材によって確保することができるという効果を奏する。
図１は、実施形態に係る回転電機を軸線方向から見た概略構成を示した図である。 図２は、図１に示したロータのＡ－Ａ断面図である。 図３は、図２に示したロータのＢ－Ｂ断面図である。
以下に、本発明に係る回転電機１の実施形態について説明する。なお、本実施形態により本発明が限定されるものではない。
図１は、実施形態に係る回転電機１を軸線方向から見た概略構成を示した図である。図２は、図１に示したロータ２０のＡ－Ａ断面図である。図３は、図２に示したロータ２０のＢ－Ｂ断面図である。
実施形態に係る回転電機１は、ステータ１０及びロータ２０など含んで構成された三相同期型の回転電機である。
ステータ１０は、ステータコア１２、ステータコア１２の周方向に沿って配置される複数のティース１４、及び、ティース１４に複数回巻回されるステータコイル１６などによって構成されている。なお、図１には、ステータ１０の一部分のみを示しているが、ロータ２０の全周を囲むように円環状のステータ１０が設けられている。
ステータコア１２は、内周側に複数のティース１４が配置される円環状の磁性体部材である。かかるステータコア１２は、所定の形状の電磁鋼板を複数枚積層して形成される。
ステータコイル１６は、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線の三相巻線を含む。各相巻線は、予め定められた分布巻配置方法に従い、隣接するティース１４の間の空間であるスロット１８を順次通って、所定のティース１４に順次巻回される。ティース１４に巻回されるステータコイル１６の各巻線は、ステータコア１２の周方向に沿って、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線が順次配置され一周する。
ロータ２０は、ロータコア２２、ロータコア２２の周方向に沿って配置される複数のロータ突極２４、ロータ突極２４に巻回されるロータコイル２６、及び、絶縁部材４０などによって構成されている。
ロータコア２２は、外周側に複数のロータ突極２４が配置され、中心部に回転軸であるシャフト３０が固定されるシャフト穴を有する円環状の磁性体部材である。かかるロータコア２２は、所定の形状の電磁鋼板を複数枚積層して形成される。
ロータコイル２６は、絶縁部材４０を介してロータ突極２４に巻回された界磁巻線である。ロータコイル２６は、隣接するロータ突極２４の間に形成されるスロット２８の内部を通って、ロータ突極２４に所定の巻数で巻回される。また、ロータコイル２６は、ロータコア２２よりも軸線方向両側へ張り出した状態で、ロータ突極２４に巻回されている。ロータコイル２６は、スロット２８の内部に位置するスロットコイル部２６１と、ロータコア２２よりも軸線方向で外側に突出したコイルエンド部２６２とを有している。なお、本実施形態において「軸線方向」は、シャフト３０の軸線が延びる方向（シャフト３０の長手方向）とする。
絶縁部材４０は、ロータコア２２の周方向でスロットコイル部２６１とロータ突極２４（ロータコア２２）との間に設けられたスロット絶縁部４０１と、ロータコア２２の軸線方向でコイルエンド部２６２とロータ突極２４（ロータコア２２）との間に設けられたエンド絶縁部４０２と、を有している。そして、スロット絶縁部４０１とエンド絶縁部４０２とが一体で成形されている。
ここで、例えば、絶縁部材４０においてスロット絶縁部４０１とエンド絶縁部４０２とを別体で設けた場合には、スロット絶縁部４０１とエンド絶縁部４０２との継ぎ目に隙間が形成されて絶縁性が低下するおそれがある。また、スロット絶縁部４０１とエンド絶縁部４０２との継ぎ目部分において、スロット絶縁部４０１とエンド絶縁部４０２とを重ね合わせて隙間が形成されないように構成した場合、スロット絶縁部４０１とエンド絶縁部４０２との重ね合わせ部分を介して、ロータ突極２４にロータコイル２６が巻き回された部分では、スロット絶縁部４０１だけまたはエンド絶縁部４０２だけを介してロータ突極２４にロータコイル２６が巻き回された部分よりも、ロータコイル２６の体格が大きくなってしまう。一方、スロット絶縁部４０１とエンド絶縁部４０２との重ね合わせ部分を介して、ロータ突極２４にロータコイル２６が巻き回された部分でのロータコイル２６の体格が大きくならないように、ロータ突極２４に対するロータコイル２６の巻き数を減らすと、トルク低減に繋がるおそれがある。
これに対して、実施形態に係る回転電機１では、絶縁部材４０のスロット絶縁部４０１とエンド絶縁部４０２とが一体で成形されていることにより、スロット絶縁部４０１とエンド絶縁部４０２との重なりや継ぎ目が無い。よって、実施形態に係る回転電機１では、ロータコイル２６の体格を抑えつつ、ロータコイル２６とロータ突極２４（ロータコア２２）との間の絶縁性を絶縁部材４０によって確保することができる。
また、絶縁部材４０においてスロット絶縁部４０１及びエンド絶縁部４０２には、スロットコイル部２６１及びコイルエンド部２６２の径方向外側に、スロットコイル部２６１及びコイルエンド部２６２と隣接して設けられた第１の鍔形状部４１０と、スロットコイル部２６１及びコイルエンド部２６２の径方向内側に、スロットコイル部２６１及びコイルエンド部２６２と隣接して設けられた第２の鍔形状部４２０とを有している。そして、第１の鍔形状部４１０及び第２の鍔形状部４２０は、それぞれスロット絶縁部４０１及びエンド絶縁部４０２と一体で成形されている。これにより、ロータ２０の径方向における、スロット絶縁部４０１及びコイルエンド部２６２と、ロータ突極２４（ロータコア２２）との間の絶縁性を、第１の鍔形状部４１０及び第２の鍔形状部４２０によって確保することができる。
また、実施形態に係る回転電機１においては、スロットコイル部２６１及びコイルエンド部２６２の径方向外側に第１の鍔形状部４１０が、スロットコイル部２６１及びコイルエンド部２６２と隣接して設けられていることによって、ロータ２０の回転時に、スロットコイル部２６１及びコイルエンド部２６２に対して径方向外側への遠心力が加わったとしても、スロットコイル部２６１及びコイルエンド部２６２が第１の鍔形状部４１０と接触し、径方向外側への移動が規制される。これにより、ロータ２０の回転時に、遠心力によってロータコイル２６に位置ズレが発生することを抑制することができる。特に、コイルエンド部２６２は、ロータ突極２４（ロータコア２２）よりも軸線方向外側に突出しているため、遠心力によるコイルエンド部２６２の位置ズレを第１の鍔形状部４１０によって効果的に抑制することができる。
１ 回転電機
１０ ステータ
１２ ステータコア
１４ ティース
１６ ステータコイル
１８ スロット
２０ ロータ
２２ ロータコア
２４ ロータ突極
２６ ロータコイル
２８ スロット
３０ シャフト
４０ 絶縁部材
２６１ スロットコイル部
２６２ コイルエンド部
４０１ スロット絶縁部
４０２ エンド絶縁部
４１０ 第１の鍔形状部
４２０ 第２の鍔形状部

Claims (3)

  1. ステータに対向配置され、回転軸とともに回転するロータを含み、
    前記ロータは、複数のロータ突極、及び、隣り合うロータ突極間にスロットが形成されたロータコアと、前記スロットを通って前記ロータ突極に絶縁部材を介して巻き回されたロータコイルと、を有する回転電機であって、
    前記ロータコイルは、前記スロットの内部に位置するスロットコイル部と、前記ロータコアの軸線方向の端面よりも突出したコイルエンド部とを有しており、
    前記絶縁部材は、前記ロータコアの周方向で前記スロットコイル部と前記ロータ突極との間に設けられたスロット絶縁部と、前記ロータコアの軸線方向で前記コイルエンド部と前記ロータ突極との間に設けられたエンド絶縁部と、を有し、前記スロット絶縁部と前記エンド絶縁部とが一体である、
    ことを特徴とする回転電機。
  2. 前記絶縁部材は、前記コイルエンド部の径方向外側に設けられた、前記エンド絶縁部と一体の第１の鍔形状部を有することを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
  3. 前記絶縁部材は、前記コイルエンド部の径方向内側に設けられた、前記エンド絶縁部と一体の第２の鍔形状部を有することを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
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