JP2023124717A - 回転電機の固定子及び回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】コスト低減と信頼性とを維持した回転電機の固定子を提供する。【解決手段】回転電機の固定子において、コアのスロットに挿入される複数のコイルは、直線部とターン部とをそれぞれ有し、前記ターン部は頂部と傾斜部とを有し、前記頂部は、軸方向に屈曲し前記頂部と２つの前記傾斜部とを接続する２つの軸方向屈曲部と、２つの前記軸方向屈曲部間で径方向に屈曲する径方向屈曲部とを有し、第１コイルの第１直線部と第２コイルの第１直線部は、互いに隣接する前記スロットで同じ層に挿入され、前記第１コイルの第２直線部と前記第２コイルの第２直線部は、互いに隣接する前記スロットで同じ層に挿入され、前記第１コイルの前記頂部と、前記第２コイルの一方の前記傾斜部とは、前記軸方向から見て、互いに交差している。【選択図】図５

Description

本発明は、回転電機の固定子及び回転電機に関する。

回転電機の固定子の製造工程には、マグネットワイヤの成形する工程や、成形したマグネットワイヤを固定子コア（ステータコア）への挿入する工程がある。この工程のうち、マグネットワイヤの加工時の曲げの工程により、エナメル被膜が薄くなる膜減りが発生する。マグネットワイヤを加工して完成したコイルをステータコアに挿入する時には、コイル同士が接触することで膜減りが増加するため、絶縁保障の観点から膜減りの抑制が求められている。

本願発明の背景技術として、下記の特許文献１では、各相バスバー及び中性線バスバーと溶接により接続された引き出し線同士が周方向に隣り合うことなく、十分な沿面距離が確保されることで、固定子巻線の絶縁性を向上し得るようにした回転電機の固定子についての構成が開示されている。

特開２０１７－３４８６０号公報

従来では、コイル同士の隙間が最小箇所になる場所、特に接続側ではないコイルエンド部同士において膜減りが発生しており、膜減りによる減膜分の被膜を厚く設定することで絶縁保障をする必要がある。したがって、コイルスロット面積に占める導体の割合である占積率低下の原因となっていた。本発明は、これを鑑みてなされたもので、高占積率かつ高信頼性の回転電機の固定子を提供することが目的である。

本発明の回転電機の固定子は、複数のスロットが設けられたコアと、複数の前記スロットに挿入され、前記コアの径方向に並んで配列される複数のコイルと、を備える回転電機の固定子であって、複数の前記コイルは、前記コアの軸方向に沿って前記スロットに挿入される２つの直線部と、２つの前記直線部を接続するターン部と、をそれぞれ有し、前記ターン部は、前記コアから最も離れた位置に設けられる頂部と、前記頂部と２つの前記直線部とを接続する２つの傾斜部と、を有し、前記頂部は、前記軸方向に屈曲し、前記頂部と２つの前記傾斜部とを接続する２つの軸方向屈曲部と、２つの前記軸方向屈曲部間で前記径方向に屈曲する径方向屈曲部とを有し、前記複数のコイルには、前記軸方向で互いに重なる第１コイルと第２コイルとが含まれ、前記２つの直線部には、互いに異なる前記スロットおよび互いに異なる層に挿入される第１直線部と第２直線部とが含まれ、前記第１コイルの前記第１直線部と前記第２コイルの前記第１直線部は、互いに隣接する前記スロットで同じ層に挿入され、前記第１コイルの前記第２直線部と前記第２コイルの前記第２直線部は、互いに隣接する前記スロットで同じ層に挿入され、前記第１コイルの前記頂部と、前記第２コイルの一方の前記傾斜部とは、前記軸方向から見て、互いに交差している。

高占積率かつ高信頼性の回転電機の固定子を提供できる。

回転電機の外観図である。 回転電機の固定子のスロットと挿入されるコイルを説明した図である。 コアにおけるコイルの捻り成形とコイルの断面形状を説明する図である。 従来の隣接するコイル同士の位置関係を表す図である。 本発明の一実施形態に係る、隣接するコイル同士の位置関係を表す図である。 図５を軸方向上部側から見た、隣接するコイル同士の位置関係を表す図である。 コイル傾斜部の接触部分を説明する図である。 コイル頂部に設けられる延出部についての説明図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の記載および図面は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施する事が可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。

図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。

（図１）
図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係る回転電機の外観斜視図である。図１（ｂ）は図１（ａ）を軸方向から見た図である。図１（ｃ）は図１（ｂ）を径方向から見た図である。回転電機１は、外周側に固定子２、内周側に回転子３を備えている。回転子３は、固定子２と所定の空隙（図示なし）を介して対向している。固定子２のコア４は、複数のスロットを有している。複数のコイル６は、コア４に設けられた複数のスロットに、コア４の径方向に並んで配列されて挿入されることで、固定子２として機能している。

（図２）
図２（ａ）はコア４の部分拡大図である。図２（ｂ）は図２（ａ）のコア４の各スロット５にコイル６を挿入した図である。図２（ｃ）は図２（ｂ）のスロット部分を拡大した図である。コア４に設けられている複数のスロット５には、複数のコイル６がコア４の径方向に並んで配列されて、挿入されている。すなわち、各スロット５では、複数のコイルが層状に重ねて挿入されている。

（図３）
図３では、図面左右方向を回転電機１の径方向、図面上下方向を回転電機１の軸方向として以下を説明する。コイル６は、その断面形状において、例えば短辺８ａ、長辺８ｂを有している。コイル６において、長手方向である長辺８ｂを曲げ加工してコアに挿入することで、長辺がコアの周方向に沿ってスロット５内に挿入されるため、コイル６の巻き数を増やすことができる。

（図４）
図４（ａ）は、従来のコイル６Ａ，６Ｂのスロット挿入時の位置関係を示している。図４（ｂ）は、図４（ａ）のコイル６Ａ，６Ｂ間の頂部付近を拡大した図である。なお、コイル６Ａ，６Ｂは、それぞれ互いに異なったスロットに挿入されており、かつ同じ層（各スロット５においてコア４の径方向で同じ位置にある層）に挿入されているコイルである。従来では、それぞれのコイル６Ａ，６Ｂにおいて、一方のコイル６Ｂにおいてコア端面９から最も離れた位置である頂部１０Ｂと、他方のコイル６Ａにおいての傾斜部１２Ａとの間に設けられる空間２１は、コイル６Ａ－６Ｂ間の距離で最もコイル同士が接近する箇所である。なお、図示していないが、コイル６Ａの頂部１０Ａとコイル６Ｂの傾斜部１２Ｂにおいても同様の位置関係である。

この空間２１は、前述したようにコイル６Ａ－６Ｂ間の距離（隙間）において最小箇所となっており、コイル６Ａ，６Ｂをそれぞれスロットに挿入する際に空間２１付近でコイル６Ｂの頂部１０Ｂとコイル６Ａの傾斜部１２Ａとが接触する可能性が高く、接触した部分ではそれぞれのコイル６Ａ，６Ｂに膜減りが生じてしまう可能性がある。膜減りが生じた場合には、コイル６Ａ，６Ｂの絶縁保障ができなくなる可能性がある。また、この絶縁保障を可能にするため、コイル６Ａ，６Ｂに対して絶縁膜を厚膜にすることは可能だが、そうすると、コイルの占積率が低下してしまい、出力密度が低下してしまう。

（図５）
図５（ａ）は、本発明の一実施形態に係るコイル６ａ，６ｂのスロット挿入時の位置関係を示している。図５（ｂ）は、図５（ａ）のコイル６ａ，６ｂの頂部１０付近の拡大図である。まず本発明の一実施形態に係る、コアに挿入されるコイル６ａ，６ｂについて説明する。コイル６ａ，６ｂは軸方向で重なるコイルであり（詳細は図６で後述）、コアの軸方向に沿ってスロット５に挿入される２つの直線部１３と、２つの直線部１３を接続するターン部１１と、を有している。なお、２つの直線部１３は、それぞれ互いに異なるスロットおよび互いに異なる層に挿入される第１直線部１３１と第２直線部１３２として以下で説明する。

ターン部１１は、コア端面９から最も離れた位置に設けられる頂部１０と、頂部１０と２つの直線部１３とを接続する２つの傾斜部１２と、を有している。頂部１０は、軸方向に屈曲し、頂部１０と２つの傾斜部１２とを接続する２つの軸方向屈曲部１５と、２つの軸方向屈曲部１５間で径方向に屈曲する径方向屈曲部１８と、を有している。

第１コイル６ａの第１直線部１３１と第２コイル６ｂの第１直線部１３１は、隣接するスロットで同じ層に挿入されている。また、同様に、第１コイル６ａの第２直線部１３２と第２コイル６ｂの第２直線部１３２は、隣接するスロットで同じ層に挿入されている。また、第１コイル６ａの頂部１０と、第２コイル６ｂの一方の傾斜部１２とは、軸方向から見て互いに交差している。（詳細は図６で後述）

頂部１０と２つの傾斜部１２とは、２つの軸方向屈曲部１５で接続されている。径方向屈曲部１８は、紙面右側の頂部１０が径方向外側（紙面手前側から奥側）に屈曲しており、２つの軸方向屈曲部１５間を接続している。

このようにすることで、隣接するコイル６ａ，６ｂの頂部１０間に従来よりも大きい空間距離２１が設けられ、膜減りの発生しやすい頂部１０の絶縁保障を確保しており、膜減りの影響を考慮せずにコイル加工できる。また、コイル６ａ，６ｂの膜厚を薄くしたコイル加工ができる。

（図６）
図６（ａ）は、図５のコイル６ａ，６ｂを軸方向から見た図である。図６（ｂ）は図６（ａ）に示した軸方向に重なるコイル６ａ，６ｂを紙面上下に分離した図である。第１コイル６ａの径方向屈曲部１８ａは、第２コイル６ｂの傾斜部１２ｂと軸方向で重なっている位置である。また同様に、第２コイル６ｂの径方向屈曲部１８ｂは、第１コイル６ａの傾斜部１２ａと軸方向で重なっている位置である。つまり、一方のコイル６の傾斜部１２と他方のコイル６の径方向屈曲部１８が軸方向で重なって同じ位置にあるため、軸方向から見て、一方のコイル６の頂部１０が他方のコイル６の傾斜部１２で交差すると言える。

また、図５（ｂ）を参照すると、一方のコイル６ａの２つの軸方向屈曲部１５のうち少なくとも一方の軸方向屈曲部１５（図５（ｂ）では左の軸方向屈曲部１５）と他方のコイル６ｂの２つの傾斜部１２とは、軸方向で異なる位置である。また、一方のコイル６ａの少なくとも一方の径方向屈曲部１８と、他方のコイル６ｂの傾斜部１２とは、径方向で異なる位置である。このような位置にすることで、コイル６ａ，６ｂの空間距離２１を所定の大きさ分だけ確保でき、頂部１０における膜減りの影響を抑制することができる。

（図７）
コイル６ａ，６ｂは、それぞれの傾斜部１２において、コアと対向している側面である第１側面１６と、第１側面１６とは反対側（反コア側）の側面である第２側面１７と、を有している。コイル６ａの第２側面１７とコイル６ｂの第１側面１６とは、接触部分２０において軸方向で互いに接触している。また、図示していないコイル６ａ，６ｂのもう一方の傾斜部１２においては、コイル６ｂの第２側面１７とコイル６ａの第１側面１６とが、傾斜部間の距離において軸方向で互いに接触している。

これにより、コイル６ａ，６ｂ同士の軸方向の位置関係が固定され、軸方向の位置が決まる。また、コイル６ａ，６ｂ間の距離において、傾斜部１２間の接触部分２０を距離最小箇所とし、かつコイル６ａ，６ｂそれぞれの頂部１０間の空間距離２１（図５参照）が確保されることで、膜減りの大きい頂部１０は接触を回避でき、絶縁保障が確保される。

（図８）
頂部１０は、コア端面に沿って紙面左右方向に延出している延出部１４を有している。延出部１４は、軸方向屈曲部１５同士を接続している。また、径方向屈曲部１８は、延出部１４に設けられている。これにより、従来では延出部１４を設けていないことで空間距離２１が小さい距離であるため接触する可能性があったが、本発明のコイル６ａ，６ｂそれぞれに延出部１４を設けたことで、空間距離２１を大きく確保することができるため、付近のコイル６ａ，６ｂの接触を回避できる。

以上説明した本発明の一実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

（１）本発明の回転電機１の固定子２は、複数のスロット５が設けられたコア４と、複数のスロット５に挿入され、コア４の径方向に並んで配列される複数のコイル６と、を備える。複数のコイル６は、コア４の軸方向に沿ってスロット５に挿入される２つの直線部１３と、２つの直線部１３を接続するターン部１１と、をそれぞれ有している。ターン部１１は、コア４から最も離れた位置に設けられる頂部１０と、頂部１０と２つの直線部１３とを接続する２つの傾斜部１２と、を有している。頂部１０は、軸方向に屈曲し、頂部１０と２つの傾斜部１２とを接続する２つの軸方向屈曲部１５と、２つの軸方向屈曲部１５間で径方向に屈曲する径方向屈曲部１８とを有している。複数のコイル６には、軸方向で互いに重なる第１コイル６ａと第２コイル６ｂとが含まれ、２つの直線部１３には、互いに異なるスロット５および互いに異なる層に挿入される第１直線部１３１と第２直線部１３２とが含まれている。第１コイル６ａの第１直線部１３１と第２コイル６ｂの第１直線部１３１は、互いに隣接するスロット５で同じ層に挿入され、第１コイル６ａの第２直線部１３２と第２コイル６ｂの第２直線部１３２は、互いに隣接するスロット５で同じ層に挿入され、第１コイル６ａの頂部１０と、第２コイル６ｂの一方の傾斜部１２とは、軸方向から見て、互いに交差している。このようにしたことで、コスト低減と信頼性とを維持した回転電機１の固定子２を提供できる。

（２）第１コイル６ａおよび第２コイル６ｂの２つの傾斜部１２は、コア４と対向している側面である第１側面１６と、第１側面１６とは反対側の側面である第２側面１７と、を有し、一方のコイルの第１側面１６は、他方のコイルの第２側面１７と接触している。このようにしたことで、コイル６ａ，６ｂ同士の軸方向の位置関係が固定され、軸方向の位置が決まる。また、コイル６ａ，６ｂ間の距離において、傾斜部１２間の接触部分２０を距離最小箇所とし、かつコイル６ａ，６ｂそれぞれの頂部１０間の空間距離２１（図５参照）が確保されることで、膜減りの大きい頂部１０は接触を回避でき、絶縁保障が確保される。

（３）一方のコイル６の軸方向屈曲部１５が他方のコイル６の傾斜部１２とは軸方向で異なる位置である。このようにしたことで、コイル６ａ，６ｂの空間距離２１を所定の大きさ分だけ確保でき、頂部１０における膜減りの影響を抑制することができる。

（４）コイル６の断面は、短辺および長辺を有する矩形系状であり、長辺がコアの周方向に沿ってスロット５内に挿入される。このようにしたことで、コイル６の巻き数を増やすことができる。

（５）頂部１０は、軸方向屈曲部間１５を接続し、コア４の周方向に沿って延出している延出部１４を有し、径方向屈曲部１８は、延出部１４に設けられる。このようにしたことで、空間距離２１を大きく確保することができるため、付近のコイル６ａ，６ｂの接触を回避できる。

（６）回転電機１は、本発明の固定子２を備える。このようにしたことで、コスト低減と信頼性とを維持した回転電機１を提供できる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や他の構成を組み合わせることができる。また本発明は、上記の実施形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。

１ 回転電機
２ 固定子
３ 回転子
４ コア
５ スロット
６ コイル
６ａ 第１コイル
６ｂ 第２コイル
７ スロットの層
８ａ コイル短辺
８ｂ コイル長辺
９ コア端面
１０ 頂部
１１ ターン部
１２ 傾斜部
１２ａ 第１コイルの傾斜部
１２ｂ 第２コイルの傾斜部
１３ 直線部
１３１ 第１直線部
１３２ 第２直線部
１４ 延出部
１５ 軸方向屈曲部
１６ 第１側面（コア側）
１７ 第２側面（反コア側）
１８ 径方向屈曲部
１８ａ 第１コイルの径方向屈曲部
１８ｂ 第２コイルの径方向屈曲部
２０ 接触部分
２１ コイル間の空間

Claims (6)

1. 複数のスロットが設けられたコアと、
   複数の前記スロットに挿入され、前記コアの径方向に並んで配列される複数のコイルと、を備える回転電機の固定子であって、
   複数の前記コイルは、前記コアの軸方向に沿って前記スロットに挿入される２つの直線部と、２つの前記直線部を接続するターン部と、をそれぞれ有し、
   前記ターン部は、前記コアから最も離れた位置に設けられる頂部と、前記頂部と２つの前記直線部とを接続する２つの傾斜部と、を有し、
   前記頂部は、前記軸方向に屈曲し、前記頂部と２つの前記傾斜部とを接続する２つの軸方向屈曲部と、２つの前記軸方向屈曲部間で前記径方向に屈曲する径方向屈曲部とを有し、
   前記複数のコイルには、前記軸方向で互いに重なる第１コイルと第２コイルとが含まれ、
   前記２つの直線部には、互いに異なる前記スロットおよび互いに異なる層に挿入される第１直線部と第２直線部とが含まれ、
   前記第１コイルの前記第１直線部と前記第２コイルの前記第１直線部は、互いに隣接する前記スロットで同じ層に挿入され、
   前記第１コイルの前記第２直線部と前記第２コイルの前記第２直線部は、互いに隣接する前記スロットで同じ層に挿入され、
   前記第１コイルの前記頂部と、前記第２コイルの一方の前記傾斜部とは、前記軸方向から見て、互いに交差している
   回転電機の固定子。
2. 請求項１に記載の回転電機の固定子であって、
   前記第１コイルおよび前記第２コイルの２つの前記傾斜部は、前記コアと対向している側面である第１側面と、前記第１側面とは反対側の側面である第２側面と、を有し、
   一方の前記コイルの前記第１側面は、他方の前記コイルの前記第２側面と接触している
   回転電機の固定子。
3. 請求項１に記載の回転電機の固定子であって、
   一方の前記コイルの前記軸方向屈曲部が他方の前記コイルの前記傾斜部とは前記軸方向で異なる位置である
   回転電機の固定子。
4. 請求項１に記載の回転電機の固定子であって、
   前記コイルの断面は、短辺および長辺を有する矩形系状であり、前記長辺が前記コアの周方向に沿って前記スロット内に挿入される
   回転電機の固定子。
5. 請求項１に記載の回転電機の固定子であって、
   前記頂部は、前記軸方向屈曲部間を接続し、前記コアの周方向に沿って延出している延出部を有し、
   前記径方向屈曲部は、前記延出部に設けられる
   回転電機の固定子。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の固定子と、
   前記固定子と所定の空隙を介して対向する回転子と、を備える
   回転電機。

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