JP3626040B2 - Rotating electric machine stator - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転電機の固定子に係り、特に、誘導電動機や同期機の小型化に好適な回転電機の固定子に関する。
【0002】
【従来の技術】
誘導電動機などの回転電機の固定子は、一般に、積層された固定子鉄心に形成された固定子突極に固定子コイルを巻回するように、固定子スロット内に固定子コイルが挿入されて構成されている。固定子鉄心の端部からは、固定子コイルがコイルエンド部が突出しており、固定子の全長は、固定子鉄心の軸方向の長さと、両端のコイルエンド部の長さによって定まるものである。
【0003】
固定子鉄心に形成されたスロットに固定子コイルを挿入するには、一般に、コイル挿入装置が使用される。コイル挿入装置のブレードの先端に、固定子コイルを差し渡し、このブレードを固定子鉄心の中央の円筒形状の開口に挿入した後、固定子鉄心の開口の内径にほぼ等しい外径を有するストリッパを挿入することにより、固定子コイルが固定子スロット内に挿入される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、固定子コイルは、U相,V相,W相の3相分のコイルが順次挿入されるが、例えば、最初にU相コイルを挿入した後、V相コイルを挿入しようとすると、既に挿入済みのU相コイルが、挿入しようとするV相コイルに干渉して、挿入の妨げとなる。また、U相コイル及びV相コイルの挿入後に、W相コイルを挿入しようとすると、挿入済みのU相コイル及びV相コイルとの干渉がさらにおおきくなるため、挿入の妨げとなる。従って、従来の回転電機の固定子においては、コイルエンド部が所望の全長を有することとなり、回転電機の固定子を小型化することが困難であるという問題があった。
【0005】
本発明の目的は、小型な回転電機の固定子を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
(1)上記目的を達成するために、本発明は、固定子スロットを有する固定子鉄心と、この固定子鉄心の固定子スロットに挿入され、固定子鉄心に形成された固定子突極に巻回される固定子コイルとを有する回転電機の固定子において、
前記固定子コイルは、前記固定子鉄心の両端部から突出するとともに、挿入側コイルエンド部と、巻始め部と巻終り部とからなるコイル引出し端部を有する側の被挿入側コイルエンド部とを有し、前記被挿入側コイルエンド斜辺部の軸方向長さを、前記挿入側コイルエンド斜辺部の軸方向長さよりも短くするようにしたものである。
かかる構成により、被挿入側における挿入済みの固定子コイルの干渉を低減して、固定子コイルの全長を短くした場合でも、固定子コイルの挿入を容易に行い得るものとなり、短い固定子コイルの挿入が可能なことから、回転電機の固定子を小型にし得るものとなる。
(2)上記(1)において、好ましくは、前記挿入側コイルエンド部及び前記被挿入側コイルエンド部は、それぞれ、直線部と斜辺部からなり、前記挿入側コイルエンド部と前記被挿入側コイルエンド部の軸方向長さはそれぞれ等しく、被挿入側コイルエンド斜辺部の軸方向長さを、挿入側コイルエンド斜辺部の軸方向長さよりも短くしたものである。
(3)上記(1)において、好ましくは、前記挿入側コイルエンド部は、斜辺部からなり、前記被挿入側コイルエンド部は、直線部と斜辺部からなり、被挿入側コイルエンド斜辺部の軸方向長さを、挿入側コイルエンド斜辺部の軸方向長さよりも短くしたものである。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、図1〜図8を用いて、本発明の一実施形態による回転電機の固定子の構成について説明する。
最初に、図1を用いて、本発明の一実施形態による回転電機の固定子を用いた回転電機の全体構成について説明する。
図1は、本発明の一実施の形態による回転電機の固定子を用いた回転電機を正面側から見た部分断面図である。
【0008】
図1において、回転電機10の固定子20は、固定子鉄心22と、この固定子鉄心22に巻回された多相の固定子コイル24とから構成されている。固定子コイル24は、後述するように、固定子鉄心22に形成せれたスロット内に挿入されており、固定子鉄心22の突極に巻回されている。固定子20は、ハウジング40の内周面に固定保持されている。回転子30は、回転子鉄心32と、回転子鉄心32に設けられた永久磁石挿入孔34に挿入された永久磁石36と、シャフト38とから構成されている。シャフト38は、ベアリング42,44によって回転自在に保持されている。ベアリング42,44は、エンドブラケット46,48によって支持されており、エンドブラケット46,48は、ハウジング26の両端にそれぞれ固定されている。
【0009】
また、回転子30の永久磁石36の位置を検出する磁極位置検出器PS及び回転子30の位置を検出するエンコーダEが、回転子30の側面側に配置されている。回転電機10は、磁極位置検出器PSの信号と、エンコーダEの出力信号によって、後述する制御装置によって運転制御される。
【0010】
次に、図2を用いて、本実施形態による回転電機の固定子に用いる固定子コイル24の外観構成について説明する。
図2は、本発明の一実施形態による回転電機の固定子に用いる固定子コイルの外観構成を示す平面図である。
【0011】
固定子コイル24は、図示するように、主として、6角形状をしている。固定子コイル24は、挿入側コイルエンド斜辺部24Aと、被挿入側コイルエンド斜辺部24Bと、直線部24Cとが所定巻数だけ巻回され、さらに、巻始め部24Z1と、巻終り部24Z2とを備えている。固定子コイル24は、図2に示すような形状となるように、予めコイル巻型の型枠に、コイルを所定巻数だけ巻回することにより、形成される。
【0012】
ここで、固定子コイル24は、図6を用いて後述するコイル挿入装置を用いて、固定子鉄心のスロットの中に挿入されるが、その際、最初に挿入される側が、挿入側コイルエンド斜辺部24Aであり、最後に挿入される側が、被挿入側コイルエンド斜辺部24Bである。
【0013】
本実施形態において特徴的なことは、被挿入側コイルエンド斜辺部24Bの軸方向長さL1が、挿入側コイルエンド斜辺部24Aの軸方向長さL2よりも短くしてあることである。なお、従来の固定子コイルにおいては、挿入側,被挿入側のコイルエンド斜辺部の軸方向長さは等しくなっている。
【0014】
次に、図3を用いて、本実施形態による回転電機の固定子における固定子コイルの固定子鉄心への挿入状態について説明する。
図3は、固定子鉄心22に挿入された固定子コイル24の内、中心に位置する一巻き分のコイルについて、固定子鉄心22を円周方向に展開した状態を示している。図中、Z方向が、固定子鉄心22の軸方向であり、R方向が、固定子鉄心22の円周方向を示している。なお、従来の構成との比較のため、従来の固定コイル24’の挿入状態を破線で示している。
【0015】
図2において説明したように、本実施形態においては、被挿入側コイルエンド斜辺部24Bの軸方向長さL1が、挿入側コイルエンド斜辺部24Aの軸方向長さL2よりも短くしてあることである。一方、従来の固定子コイル24’においては、挿入側コイルエンド斜辺部24A’の軸方向長さLP2は、被挿入側コイルエンド斜辺部24B’の軸方向長さLP1と等しいものである。
【0016】
固定子コイル24の直線部24Cの軸方向長さは、固定子鉄心22の軸方向長さL10よりも長いものである。従って、挿入側には、挿入側コイルエンド直線部24C1が、固定子鉄心22から突出して、挿入側コイルエンド部の一部を構成することになる。ここで、挿入側コイルエンド直線部24C1の軸方向長さをL3とすると、挿入側コイルエンド部の軸方向長さは、L5(=L2+L3)となる。
【0017】
また、被挿入側には、被挿入側コイルエンド直線部24C2が、固定子鉄心22から突出して、被挿入側コイルエンド部の一部を構成することになる。ここで、被挿入側コイルエンド直線部24C2の軸方向長さをL4とすると、被挿入側コイルエンド部の軸方向長さは、L6(=L1+L4)となる。
【0018】
従って、固定子の全長(軸方向長さ)L7は、固定子鉄心22の軸方向長さL10に、挿入側及び被挿入側コイルエンド部の軸方向長さL5,L6を加えたものとなる。
【0019】
ここで、具体的な軸方向長さについて説明する。
例えば、固定子鉄心22の軸方向長さL10を150mmとするとき、従来の固定子コイル24’を用いる固定子においては、挿入側コイルエンド部の軸方向長さLP5は30mmであり、被挿入側コイルエンド部の軸方向長さLP6は30mmであるため、固定子の全長(軸方向長さ)LP7は210mmである。ここで、挿入側コイルエンド斜辺部24A’の軸方向長さLP2は20mmであり、挿入側コイルエンド直線部24C1’の軸方向長さLP3は10mmである。また、被挿入側コイルエンド斜辺部24B’の軸方向長さLP1は20mmであり、被挿入側コイルエンド直線部24C2’の軸方向長さLP4は10mmである。
【0020】
一方、本実施形態による固定子コイル24を用いる固定子においては、挿入側コイルエンド部の軸方向長さL5は25mmであり、被挿入側コイルエンド部の軸方向長さL6は25mmであるため、固定子の全長(軸方向長さ)L7は200mmである。ここで、挿入側コイルエンド斜辺部24Aの軸方向長さL2は20mmであり、挿入側コイルエンド直線部24C1の軸方向長さL3は5mmである。また、被挿入側コイルエンド斜辺部24Bの軸方向長さL1は10mmであり、被挿入側コイルエンド直線部24C2の軸方向長さL4は15mmである。
即ち、本実施形態においては、固定子の全長L7を従来の全長LP7に比べて、10mm短縮することができる。また、挿入側コイルエンド部の軸方向長さL5と、被挿入側コイルエンド部の軸方向長さL6とは等しくなっている。
【0021】
ここで、挿入側のコイルエンド部について説明する。
本実施形態による挿入側コイルエンド斜辺部24Aの軸方向長さL2は、従来の挿入側コイルエンド斜辺部24A’の軸方向長さLP2と等しくしている。挿入側コイルエンド斜辺部は、後述するように、コイル挿入装置を用いて挿入される側である。コイル挿入装置を用いて固定子コイルを挿入する際には、固定子コイルの挿入側を、コイル挿入装置のブレードに差し渡す必要があり、この差し渡しに必要な部分が、挿入側コイルエンド斜辺部24Aである。差し渡しに必要な部分の長さを短くすると、コイル挿入装置のブレードに十分に差し渡すことができなくなるため、本実施形態においては、挿入側コイルエンド斜辺部24Aの軸方向長さL2は、従来の挿入側コイルエンド斜辺部24A’の軸方向長さLP2と等しくしている。
しかしながら、本実施形態による挿入側コイルエンド直線部24C1の軸方向長さL3は、従来の挿入側コイルエンド直線部24C1’の軸方向長さLP3よりも短くしている。これは、後述するように、コイルエンド部の長さL5,L6を従来よりも短くしたにも拘わらず、被挿入側コイルエンド部を挿入し易くするためである。
【0022】
次に、被挿入側のコイルエンド部について説明する。
本実施形態による被挿入側コイルエンド斜辺部24Bの軸方向長さL1は、従来の被挿入側コイルエンド斜辺部24B’の軸方向長さLP1よりも短くなっている。
【0023】
被挿入側コイルエンド斜辺部は、コイル挿入装置を用いて固定子コイルを挿入する際に、ブレードによって引っ張られる部分である。固定子鉄心の開口部の中に、コイル挿入装置によって引っ張り込まれた固定子コイルは、コイル挿入装置のストリッパによって、固定子鉄心のスロットの中に押し込まれる。このとき、固定子コイルの被挿入側は、その前に挿入されている他の相の固定子コイルが干渉するため、最も、挿入し難いものである。
【0024】
ここで、被挿入側における本実施形態による固定子コイルエンド部と従来の固定子コイルエンド部を比較すると理解されるように、本実施形態においては、被挿入側コイルエンド部の軸方向長さL6は、従来の被挿入側コイルエンド部の軸方向長さLP6よりも短くなっているにも拘わらず、本実施形態による被挿入側コイルエンド斜辺部24Bの軸方向長さL1は、従来の被挿入側コイルエンド斜辺部24B’の軸方向長さLP1よりも短くしているので、結果的に、本実施形態による被挿入側コイルエンド直線部24C2の軸方向長さL4は、従来の被挿入側コイルエンド直線部24C2’の軸方向長さをLP4よりも長くできる。その結果、本実施形態においては、コイルが挿入されるスロットに近い側(固定子コイルエンド直線部24C2の側)において、図中にハッチングで示す分だけ空間SPが増大する。コイルの挿入時における挿入済みのコイルによる干渉は、この空間の狭さによって生じるため、空間SPの分だけ広くすることができるため、従来よりも、コイル挿入装置を用いた挿入が容易となる。
【0025】
ここで、図4を用いて、本実施形態による回転電機の固定子における固定子コイルの挿入のしやすさについて説明する。
図4(A)は、本実施形態による固定子コイルの挿入状況を示しており、図4(B)は、従来方式による固定子コイルの挿入状況を示している。
【0026】
図4(A)に示すように、固定子鉄心22に形成された固定子スロット22Bの中に、U相の固定子コイル24Uを挿入した後、V相の固定子コイル24Vを挿入する場合、本実施形態においては、図3に示した空間SPの部分が、図中にハッチングで示すような隙間として存在するので、V相固定子コイル24Vは、U相固定子コイル24Uの懐の中に入ることになる。ここで、V相固定子コイル24Vは、U相固定子コイル24Uと同一平面(径方向で)に形成できるので、U相固定コイル24Uの位置干渉を受けること無く、V相固定子コイル24Vを挿入することができる。
【0027】
一方、図4(B)は、図3に破線で示した固定子コイルの軸方向長さを短くするために、被挿入側コイルエンド直線部24C’の長さLP4を短くした場合を図示している。被挿入側コイルエンド直線部を短くすると、言い換えると、固定子鉄心側端と非挿入側コイルエンド部とで囲まれる空間を狭めると、コイルがスロット内に挿入されたとき、この直線部付近が特に引っ張られ、隣接コイルとの干渉が強くなり、挿入が困難になる。即ち、V相固定子コイル24V’は、U相固定子コイル24U’の懐の中には納まらず、同一平面には形成できなくなり、V相固定子コイル24V’は、U相固定子コイル24U’の干渉を受け、挿入することができないものである。
【0028】
次に、図5〜図7を用いて、本実施形態による回転電機の固定子における固定子コイルの挿入方法について説明する。
最初に、図5を用いて、本実施形態による回転電機の固定子における固定子コイルの挿入状態について説明する。
図5は、本発明の一実施形態による回転電機の固定子における固定子コイルの挿入状態を示す部分断面図である。
【0029】
固定子鉄心22は、円周方向に並んで配列されている複数の固定子突極部22Aと、これらの間に存在しているスロット22Bを有している。隣り合う固定子突極部22Aの間の開口部22Cからスロット22B内に、絶縁スロットライナ26を装着した上で、その内部に予め巻回成形した固定子コイル24を挿入する。スロットライナ26は、固定子コイル24を固定子突極部22Aから絶縁するとともに、固定子コイル24の挿入時に、固定子コイル24を挿入しやすくする。更に、固定子コイル24を挿入すると、開口部22Cの位置に、予め成形しておいたウェッジ28を装着して、固定子コイル24の飛び出しを防止する。
【0030】
次に、図6及び図7を用いて、コイル挿入装置による固定子コイルの挿入方法について説明する。
図6は、コイル挿入装置による固定子コイルの挿入方法の説明図であり、図7は、図6のA−B断面図である。なお、図5と同一符号は、同一部分を示している。
【0031】
図示するコイル挿入装置は、ハウジング110と、ブレード111と、ブレードホルダ112と、コイル挿入用のストリッパ113と、ロッド14と、ボルト115と、ウェッジガイド16と、ウェッジプッシャ17とから構成されている。
【0032】
ハウジング110は、図6で上から見た形状がほぼ円筒状に作られ、コイル挿入装置全体の基台となるものである。ハウジング110の内部には、ブレード111が取り付けられている。ブレード111は、上方向に向う複数本の棒状部材を円形櫛歯状に配列したものであり、周辺部に取付けられている。また、ハウジング110の内部で、ブレード111の外周側には、ウエッジガイド116が設けられている。ウエッジガイド116は、上方に向う複数本の棒状部材を円筒櫛歯状に配列したものであり、ウェッジ120をガイドする。ブレード111及びウエッジガイド116は、短円柱状のブレードホルダ112によって、ハウジング110に取り付けられている。
【0033】
ここで、ブレード111とウェッジガイド116は、それぞれ、図7に示すような断面形状を有し、図示のように、ブレード111の外側にウェッジガイド116が一対一に重合せに組み合わされている。さらに、ブレード111とウェッジガイド116は、固定子鉄心20の固定子突極部22Aと同じ本数を有し、その内周面で、円周方向にスロット22Bの開口部22Cに対応する間隔をおき、各固定子突極部22Aに向い合うようにして、環状に配置されている。
【0034】
ストリッパ113は、図6の上側から見た形状がほぼ円形をした部材で作られていて、その周辺部には、ブレード111が入り込むようにした複数の縦溝が形成してある。ストリッパ113は、ボルト115によってロッド114に取付けられている。ロッド114は、図示しない流体圧シリンダ等の駆動手段に連結されており、上下に移動する。ロッド114の移動によって、ストリッパ113も上下に移動し、固定子コイル24をブレード111の内周側の面(背面)に沿って移動し、スロット22B内に挿入させる。
【0035】
ウェッジプッシャ117は、ウェッジガイド116と同様に、上方向に向う複数本の棒状部材を円形櫛歯状に配列して構成されている。ウェッジプッシャ117は、ウェッジガイド116の間に配置され、図示しない流体圧シリンダなどの駆動手段に連結されている。ウェッジプッシャ117は、この駆動手段により、ストリッパ113と一緒に上下に動き、図7に示されているように、2本のウェッジガイド116の間に保持されているウェッジ28の下端を押し、固定子コイル24と一緒にスロット22B内に挿入してゆく。
【0036】
次に、この挿入装置による固定子コイル24の挿入動作について説明する。
最初に、ストリッパ113をブレード111の根元側、つまり図6の下側の後退位置に移動させた状態とする。次に、円周方向に並んでいる複数本のブレード111の中で、いま固定子コイル24を挿入すべき2個のスロットに対応したブレード111を選び、これらに、予め巻回してある固定子コイルのコイルエンド部となる部分を差し渡して保持させ、スロットに対応しているウェッジガイド116の間にウェッジ120を保持させる。
【0037】
一方、これと共に、予めスロットライナ26が各スロット22B内に装着してある固定子鉄心20を用意しておき、これを、図6に示すように、円環状に配列されているブレード111の上方から挿入する。このとき固定子鉄心20の固定子突極部22Aがそれぞれのブレード111に向い合うようにする。
そして、固定子鉄心22の下側の側端面がウェッジガイド116の上端に当接する位置まで挿入したら、この位置に、図示していない固定子鉄心位置決定装置により固定する。
【0038】
次に、図示しない駆動手段により、ロッド114を前進方向(上方向)に移動させ、ストリッパ113をブレード111の環内で前進させ、ブレード111に保持されているコイル24を固定子鉄心22のスロット22A内のスロットライナ26内に挿入して行き、これと共に、同じく駆動手段によりウェッジプッシャ117を移動させ、ウェッジガイド116間に保持されているウェッジ120を、スロットライナ26の内部でスロット22Bの開口部22C側に挿入する。
【0039】
次に、図8を用いて、本実施形態による回転電機の固定子における固定子コイルの挿入結果について説明する。
図8の横軸は、U相,V相,W相の各相を示し、縦軸は、各相の固定子コイルを挿入するときに要する駆動装置の力(挿入力)である。
【0040】
図8の実線Aは、図3に実線で示した形状を有する本実施形態による固定子コイル24を、固定子スロットに挿入したときの各相毎の挿入力を示している。このとき、固定子スロット22B内に固定子コイル24が示す割合(占積率)は、60%であり、両端の固定子コイルエンド部の軸方向長さは25mmであり、固定子の全長が200mmである。U相固定子コイルの挿入時の挿入力は、450kg・fである。V相固定子コイルの挿入時の挿入力は、550kg・fである。W相固定子コイルの挿入時の挿入力は、650kg・fである。
【0041】
図8の破線Cは、図3に破線で示した形状を有する従来の固定子コイルを、固定子スロットに挿入したときの各相毎の挿入力を示している。このとき、占積率は60%であり、両端の固定子コイルエンド部の軸方向長さは30mmであり、固定子の全長が210mmである。U相固定子コイルの挿入時の挿入力は、400kg・fである。V相固定子コイルの挿入時の挿入力は、500kg・fである。W相固定子コイルの挿入時の挿入力は、600kg・fである。
【0042】
従来のものにおいては、本実施形態によるものよりも挿入力は小さくて済むものである。しかしながら、従来の固定子コイルの軸方向長さをを単に短くしたものでは、挿入力を大きくしても、固定子スロット内に固定子コイルを挿入できないのに対して、本実施形態においては、挿入力が多少大きくなるものの、固定子スロット内に挿入することが可能であり、従って、固定子の軸方向長さを短縮することができる。
【0043】
さらに、図8の実線Bは、図3に実線で示した形状を有する本実施形態による固定子コイル24を、固定子スロットに挿入したときの各相毎の挿入力を示している。このとき、占積率は70%としており、両端の固定子コイルエンド部の軸方向長さは25mmであり、固定子の全長が200mmである。U相固定子コイルの挿入時の挿入力は、500kg・fである。V相固定子コイルの挿入時の挿入力は、600kg・fである。W相固定子コイルの挿入時の挿入力は、700kg・fである。
【0044】
近年、回転電機の小型化,高効率化を図るために、コイルの占積率を高める傾向にある。占積率が高まると、固定子スロット内に挿入される固定子コイルの巻回本数が増加するため、挿入が困難になる。しかしながら、本実施形態においては、図8の実線Bで示したように、挿入力は高くなるが、占積率が70%に向上し、かつ、固定子の軸方向長さを短くしても、固定子コイルの挿入が可能となる。従って、占積率を高めて、高効率化を図れるとともに、固定子の軸方向長さを短くして、回転電機を小型化することができる。
【0045】
本実施形態による固定子コイルは、軸方向長さが短くできると共に、図3において説明したように、挿入側コイルエンド部の軸方向長さと、被挿入側コイルエンド部の軸方向長さを等しくすることができる。コイルエンド部の軸方向長さは、固定子の漏洩磁束による漏洩リアクタンスのうちのコイル端漏洩パーミアンスと密接な関係があって、コイルの側端両側において該軸方向長さがそれぞれ異なっていると、漏洩パーミアンスが異なり、さらに漏洩リアクタンスが変わるため、回転電機の性能が低下する場合もある。しかしながら、本実施形態においては、回転電機の性能を向上することができる。
【0046】
以上説明したように、本実施形態によれば、回転電機の固定子を小型化することができる。
また、スロットに挿入する固定子コイルの占積率を高めて、回転電機の性能を向上することができる。
【0047】
次に、図9を用いて、本発明の第2の実施形態による回転電機の固定子における固定子コイルの固定子鉄心への挿入状態について説明する。
図9は、本発明の第2の実施形態による回転電機の固定子における固定子コイルの固定子鉄心への挿入状態の説明図である。
【0048】
図9は、図3と同様に、固定子鉄心22に挿入された固定子コイル24の内、中心に位置する一巻き分のコイルについて、固定子鉄心22を円周方向に展開した状態を示している。図中、Z方向が、固定子鉄心22の軸方向であり、R方向が、固定子鉄心22の円周方向を示している。なお、従来の構成との比較のため、従来の固定コイル24’の挿入状態を破線で示している。
【0049】
本実施形態による固定子コイル24の軸方向長さL7は、図3に示した固定コイル24の軸方向長さL7と同じであり、200mmとしている。しかしながら、図3に示した挿入側コイルエンド直線部24C1はなく、その代わり、被挿入側コイルエンド直線部24C2の軸方向長さL4’を20mmとしている。即ち、図3に示した固定子コイル24に対して、右方向に5mmだけシフトしたコイル挿入位置としている。
【0050】
このような挿入位置とした結果、図示するように、コイルが挿入されるスロットに近い側(固定子コイルエンド直線部24C2の側)において、図中にハッチングで示す分だけ空間SP’が、図3に示した空間SPに比べて増大することができる。従って、図3に示した構成に比べて、コイル挿入装置を用いた挿入が容易となる。
【0051】
以上説明したように、本実施形態によれば、回転電機の固定子を小型化することができる。
【0052】
次に、図10を用いて、本発明の第3の実施形態による回転電機の固定子における固定子コイルの固定子鉄心への挿入状態について説明する。
図10は、本発明の第3の一実施形態による回転電機の固定子における固定子コイルの固定子鉄心への挿入状態の説明図である。
【0053】
図10は、図3,図9と同様に、固定子鉄心22に挿入された固定子コイル24の内、中心に位置する一巻き分のコイルについて、固定子鉄心22を円周方向に展開した状態を示している。図中、Z方向が、固定子鉄心22の軸方向であり、R方向が、固定子鉄心22の円周方向を示している。なお、従来の構成との比較のため、従来の固定コイル24’の挿入状態を破線で示している。
【0054】
本実施形態による固定子コイル24”の軸方向長さL7’は、図3に示した固定コイル24の軸方向長さL7に比べて5mm短い、195mmとしている。そして、挿入側においては、図9に示した固定子コイル24と同様に、図3に示した挿入側コイルエンド直線部24C1はなくしている。また、被挿入側においては、図3に示したものと同様な被挿入側コイルエンド部の配置としている。
【0055】
このような挿入位置とした結果、挿入側においては、挿入側コイルエンド斜辺部24Aを有するため、コイル挿入装置によるコイル挿入が可能であるとともに、被挿入側においては、コイルが挿入されるスロットに近い側(固定子コイルエンド直線部24C2の側)に空間SPを有するため、従来よりも挿入が容易となる。しかも、固定子コイルの軸方向長さを短くでき、固定子を小型化することができる。
【0056】
以上説明したように、本実施形態によれば、回転電機の固定子を小型化することができる。
【0057】
【発明の効果】
本発明によれば、回転電機の固定子を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態による回転電機の固定子を用いた回転電機を正面側から見た部分断面図である。
【図2】本発明の一実施形態による回転電機の固定子に用いる固定子コイルの外観構成を示す平面図である。
【図3】本発明の一実施形態による回転電機の固定子における固定子コイルの固定子鉄心への挿入状態の説明図である。
【図4】本発明の一実施形態による回転電機の固定子における固定子コイルの挿入のしやすさの説明図である。
【図5】本発明の一実施形態による回転電機の固定子における固定子コイルの挿入状態を示す部分断面図である。
【図6】コイル挿入装置による固定子コイルの挿入方法の説明図である。
【図7】図6のA−B断面図である。
【図8】本発明の一実施形態による回転電機の固定子における固定子コイルの挿入結果の説明図である。
【図9】本発明の第2の実施形態による回転電機の固定子における固定子コイルの固定子鉄心への挿入状態の説明図である。
【図10】本発明の第3の実施形態による回転電機の固定子における固定子コイルの固定子鉄心への挿入状態の説明図である。
【符号の説明】
10…回転電機
20…固定子
22…固定子鉄心
22A…固定子突極部
22B…スロット
22C…開口部
24…固定子コイル
24A…挿入側コイルエンド斜辺部
24B…非挿入側コイルエンド斜辺部
26…スロットライナ
28…ウェッジ
30…回転子
110…ハウジング
111…ブレード
112…ブレードホルダ
113…ストリッパ
114…ロッド
115…ボルト
116…ウェッジガイド
117…ウェッジプッシャ
120…ウェッジ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a stator for a rotating electrical machine, and more particularly to a stator for a rotating electrical machine suitable for downsizing an induction motor or a synchronous machine.
[0002]
[Prior art]
In general, a stator of a rotating electrical machine such as an induction motor has a stator coil inserted into a stator slot so that the stator coil is wound around a stator salient pole formed on a laminated stator core. It is configured. The coil end portion of the stator coil protrudes from the end of the stator core, and the total length of the stator is determined by the axial length of the stator core and the length of the coil end portions at both ends. .
[0003]
Generally, a coil insertion device is used to insert a stator coil into a slot formed in the stator core. Insert the stator coil into the tip of the blade of the coil insertion device, insert this blade into the cylindrical opening in the center of the stator core, and then insert a stripper with an outer diameter approximately equal to the inner diameter of the stator core opening. As a result, the stator coil is inserted into the stator slot.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Here, as for the stator coil, coils for three phases of the U phase, the V phase, and the W phase are sequentially inserted. For example, after inserting the U phase coil first, when trying to insert the V phase coil, The already inserted U-phase coil interferes with the V-phase coil to be inserted, thereby hindering insertion. In addition, if the W-phase coil is to be inserted after the U-phase coil and the V-phase coil are inserted, the interference with the inserted U-phase coil and V-phase coil is further increased, which hinders the insertion. Therefore, in the conventional rotating electrical machine stator, the coil end portion has a desired overall length, and it is difficult to reduce the size of the rotating electrical machine stator.
[0005]
The objective of this invention is providing the stator of a small rotary electric machine.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
(1) In order to achieve the above object, the present invention provides a stator core having a stator slot and a stator salient pole formed in the stator core and inserted into the stator slot of the stator core. In a stator of a rotating electric machine having a stator coil to be rotated,
The stator coil isProjecting from both ends of the stator core and the insertion sideCoil endWhen,On the side having the coil drawing end consisting of the winding start part and the winding end partInserted sideCoil endDepartment andHave,SaidInserted sideCoil endThe axial length of the hypotenuseSaidInsert sideCoil endIt is made shorter than the axial length of the hypotenuse.
With this configuration, the interference of the inserted stator coil on the insertion side is reduced, and even when the total length of the stator coil is shortened, the stator coil can be easily inserted. Since the insertion is possible, the stator of the rotating electrical machine can be reduced in size.
(2) In the above (1), preferably, the insertion side coil end part and the insertion side coil end part are each composed of a straight line part and a hypotenuse part, and the insertion side coil end part and the insertion side coil The axial lengths of the end portions are the same, and the axial length of the insertion-side coil end hypotenuse is shorter than the axial length of the insertion-side coil end hypotenuse.
(3) In the above (1), preferably, the insertion side coil end portion is composed of an oblique side portion, the insertion side coil end portion is composed of a straight portion and an oblique side portion, and the insertion side coil end oblique side portion is The axial length is shorter than the axial length of the insertion side coil end hypotenuse.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the structure of the stator of the rotating electrical machine according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
First, the overall configuration of a rotating electrical machine using a rotating electrical machine stator according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a rotating electrical machine using a rotating electrical machine stator according to an embodiment of the present invention as viewed from the front side.
[0008]
In FIG. 1, the
[0009]
A magnetic pole position detector PS that detects the position of the
[0010]
Next, the external configuration of the
FIG. 2 is a plan view showing an external configuration of a stator coil used for the stator of the rotating electrical machine according to the embodiment of the present invention.
[0011]
The
[0012]
Here, the
[0013]
What is characteristic in the present embodiment is that the axial length L1 of the insertion side coil end
[0014]
Next, the insertion state of the stator coil in the stator core in the stator of the rotating electrical machine according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 3 shows a state in which the
[0015]
As described with reference to FIG. 2, in this embodiment, the axial length L1 of the insertion-side coil end hypotenuse 24B is shorter than the axial length L2 of the insertion-side coil end hypotenuse 24A. It is. On the other hand, in the
[0016]
The axial length of the
[0017]
On the insertion side, the insertion-side coil end straight portion 24C2 protrudes from the
[0018]
Therefore, the total length (axial length) L7 of the stator is obtained by adding the axial lengths L5 and L6 of the insertion side and inserted side coil end portions to the axial length L10 of the
[0019]
Here, a specific axial length will be described.
For example, when the axial length L10 of the
[0020]
On the other hand, in the stator using the
That is, in this embodiment, the total length L7 of the stator can be shortened by 10 mm compared to the conventional full length LP7. Further, the axial length L5 of the insertion side coil end portion is equal to the axial length L6 of the insertion side coil end portion.
[0021]
Here, the coil end portion on the insertion side will be described.
The axial length L2 of the insertion side coil end hypotenuse 24A according to this embodiment is equal to the axial length LP2 of the conventional insertion side coil end hypotenuse 24A '. As will be described later, the insertion-side coil end oblique side is a side to be inserted using a coil insertion device. When inserting the stator coil using the coil insertion device, it is necessary to pass the insertion side of the stator coil to the blade of the coil insertion device, and the necessary part for this insertion is the insertion side coil end hypotenuse 24A. If the length of the portion necessary for the transfer is shortened, it cannot be sufficiently transferred to the blade of the coil insertion device. Therefore, in the present embodiment, the axial length L2 of the insertion-side coil end hypotenuse 24A is conventionally This is equal to the axial length LP2 of the insertion side coil end
However, the axial length L3 of the insertion side coil end linear portion 24C1 according to the present embodiment is shorter than the axial length LP3 of the conventional insertion side coil end linear portion 24C1 '. This is because, as will be described later, it is easy to insert the inserted coil end portion despite the fact that the lengths L5 and L6 of the coil end portion are shorter than the conventional one.
[0022]
Next, the coil end portion on the insertion side will be described.
The axial length L1 of the insertion side coil end hypotenuse 24B according to the present embodiment is shorter than the axial length LP1 of the conventional insertion side coil end hypotenuse 24B '.
[0023]
The insertion-side coil end oblique side portion is a portion pulled by the blade when the stator coil is inserted using the coil insertion device. The stator coil pulled by the coil insertion device into the opening of the stator core is pushed into the slot of the stator core by the stripper of the coil insertion device. At this time, the insertion side of the stator coil is most difficult to insert because the stator coil of another phase inserted before it interferes.
[0024]
Here, as understood by comparing the stator coil end portion according to the present embodiment and the conventional stator coil end portion on the insertion side, in this embodiment, in the axial length of the insertion side coil end portion. Although L6 is shorter than the axial length LP6 of the conventional insertion side coil end portion, the axial length L1 of the insertion side coil end
[0025]
Here, the ease of insertion of the stator coil in the stator of the rotating electrical machine according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 4A shows the insertion state of the stator coil according to the present embodiment, and FIG. 4B shows the insertion state of the stator coil according to the conventional method.
[0026]
As shown in FIG. 4A, after inserting the
[0027]
On the other hand, FIG. 4B illustrates a case where the length LP4 of the inserted coil end
[0028]
Next, a method for inserting a stator coil in the stator of the rotating electrical machine according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
First, the insertion state of the stator coil in the stator of the rotating electrical machine according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 5 is a partial cross-sectional view showing an inserted state of the stator coil in the stator of the rotating electrical machine according to the embodiment of the present invention.
[0029]
The
[0030]
Next, a method for inserting a stator coil by the coil insertion device will be described with reference to FIGS. 6 and 7.
FIG. 6 is an explanatory diagram of a method of inserting a stator coil by the coil insertion device, and FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line AB of FIG. The same reference numerals as those in FIG. 5 indicate the same parts.
[0031]
The illustrated coil insertion device includes a
[0032]
The
[0033]
Here, each of the
[0034]
The
[0035]
As with the
[0036]
Next, the insertion operation of the
First, the
[0037]
On the other hand, a
When the lower side end surface of the
[0038]
Next, the rod 114 is moved in the forward direction (upward) by driving means (not shown), the
[0039]
Next, the insertion result of the stator coil in the stator of the rotating electrical machine according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
The horizontal axis of FIG. 8 shows each phase of the U-phase, V-phase, and W-phase, and the vertical axis shows the force (insertion force) of the driving device required when inserting the stator coil of each phase.
[0040]
A solid line A in FIG. 8 indicates the insertion force for each phase when the
[0041]
The broken line C in FIG. 8 indicates the insertion force for each phase when the conventional stator coil having the shape indicated by the broken line in FIG. 3 is inserted into the stator slot. At this time, the space factor is 60%, the axial length of the stator coil end portions at both ends is 30 mm, and the total length of the stator is 210 mm. The insertion force when inserting the U-phase stator coil is 400 kg · f. The insertion force when inserting the V-phase stator coil is 500 kg · f. The insertion force when the W-phase stator coil is inserted is 600 kg · f.
[0042]
In the conventional device, the insertion force is smaller than that in the present embodiment. However, when the axial length of the conventional stator coil is simply shortened, the stator coil cannot be inserted into the stator slot even if the insertion force is increased. Although the insertion force is slightly increased, it can be inserted into the stator slot, and thus the axial length of the stator can be shortened.
[0043]
Further, a solid line B in FIG. 8 indicates an insertion force for each phase when the
[0044]
In recent years, the coil space factor tends to be increased in order to reduce the size and increase the efficiency of rotating electrical machines. When the space factor increases, the number of windings of the stator coil inserted into the stator slot increases, so that the insertion becomes difficult. However, in this embodiment, as indicated by the solid line B in FIG. 8, the insertion force is increased, but the space factor is improved to 70%, and the axial length of the stator is shortened. The stator coil can be inserted. Therefore, the space factor can be increased to increase the efficiency, and the axial length of the stator can be shortened to reduce the size of the rotating electrical machine.
[0045]
In the stator coil according to the present embodiment, the axial length can be shortened, and the axial length of the insertion-side coil end portion is equal to the axial length of the insertion-side coil end portion as described in FIG. can do. The axial length of the coil end portion is closely related to the coil end leakage permeance of the leakage reactance due to the leakage magnetic flux of the stator, and the axial length is different on both side ends of the coil. Since the leakage permeance is different and the leakage reactance is changed, the performance of the rotating electrical machine may be deteriorated. However, in this embodiment, the performance of the rotating electrical machine can be improved.
[0046]
As described above, according to this embodiment, the stator of the rotating electrical machine can be reduced in size.
Moreover, the space factor of the stator coil inserted into the slot can be increased, and the performance of the rotating electrical machine can be improved.
[0047]
Next, the insertion state of the stator coil in the stator core in the stator of the rotating electrical machine according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 9 is an explanatory diagram of a state in which the stator coil is inserted into the stator core in the stator of the rotating electrical machine according to the second embodiment of the present invention.
[0048]
FIG. 9 shows a state in which the
[0049]
The axial length L7 of the
[0050]
As a result of such an insertion position, as shown in the figure, on the side close to the slot into which the coil is inserted (the stator coil end straight portion 24C2 side), the space SP 'is shown by hatching in the figure. It can be increased compared to the space SP shown in FIG. Therefore, the insertion using the coil insertion device is facilitated as compared with the configuration shown in FIG.
[0051]
As described above, according to this embodiment, the stator of the rotating electrical machine can be reduced in size.
[0052]
Next, the insertion state of the stator coil in the stator core in the stator of the rotating electrical machine according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 10 is an explanatory diagram of a state in which the stator coil is inserted into the stator core in the stator of the rotating electrical machine according to the third embodiment of the present invention.
[0053]
10, as in FIGS. 3 and 9, the
[0054]
The axial length L7 ′ of the
[0055]
As a result of such an insertion position, the insertion side has the insertion side coil end
[0056]
As described above, according to this embodiment, the stator of the rotating electrical machine can be reduced in size.
[0057]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the stator of a rotary electric machine can be reduced in size.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a rotating electrical machine using a rotating electrical machine stator according to an embodiment of the present invention as viewed from the front side.
FIG. 2 is a plan view showing an external configuration of a stator coil used in the stator of the rotating electrical machine according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a state in which a stator coil is inserted into a stator core in a stator of a rotating electrical machine according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram of ease of insertion of a stator coil in a stator of a rotating electrical machine according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a partial cross-sectional view showing an inserted state of the stator coil in the stator of the rotating electrical machine according to the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram of a method of inserting a stator coil by a coil insertion device.
7 is a cross-sectional view taken along the line AB of FIG.
FIG. 8 is an explanatory diagram of a result of inserting a stator coil in the stator of the rotating electrical machine according to the embodiment of the present invention.
FIG. 9 is an explanatory diagram of a state in which a stator coil is inserted into a stator core in a stator of a rotating electrical machine according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 10 is an explanatory diagram of a state in which a stator coil is inserted into a stator core in a stator of a rotating electric machine according to a third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
10: Rotating electric machine
20 ... Stator
22 ... Stator core
22A ... Stator pole part
22B ... Slot
22C ... opening
24 ... Stator coil
24A: Insert side coil end hypotenuse
24B ... non-insertion side coil end hypotenuse
26 ... Slot liner
28 ... Wedge
30 ... Rotor
110 ... Housing
111 ... Blade
112 ... Blade holder
113 ... Stripper
114 ... Rod
115 ... Bolt
116 ... Wedge guide
117 ... wedge pusher
120 ... Wedge
Claims (3)
前記固定子コイルは、前記固定子鉄心の両端部から突出するとともに、挿入側コイルエンド部と、巻始め部と巻終り部とからなるコイル引出し端部を有する側の被挿入側コイルエンド部とを有し、
前記被挿入側コイルエンド斜辺部の軸方向長さを、前記挿入側コイルエンド斜辺部の軸方向長さよりも短くしたことを特徴とする回転電機の固定子。In a stator of a rotating electrical machine having a stator core having a stator slot, and a stator coil inserted in a stator slot of the stator core and wound around a stator salient pole formed on the stator core ,
The stator coil is configured to protrude from both ends of the stator core, the insertion side coil end portion, and the insertion side coil end portion of the side having the coil leading end portion comprising a winding start portion and a winding end portion Have
The stator of the rotating electric machine, characterized in that the axial length of the insertion side coil end oblique portion and shorter than the axial length of the insertion side coil end oblique portion.
前記挿入側コイルエンド部及び前記被挿入側コイルエンド部は、それぞれ、直線部と斜辺部からなり、The insertion side coil end part and the insertion side coil end part are each composed of a straight line part and a hypotenuse part,
前記挿入側コイルエンド部と前記被挿入側コイルエンド部の軸方向長さはそれぞれ等しく、The axial lengths of the insertion side coil end portion and the insertion side coil end portion are equal,
被挿入側コイルエンド斜辺部の軸方向長さを、挿入側コイルエンド斜辺部の軸方向長さよりも短くしたことを特徴とする回転電機の固定子。A stator for a rotating electrical machine, characterized in that the axial length of the insertion-side coil end hypotenuse is shorter than the axial length of the insertion-side coil end hypotenuse.
前記挿入側コイルエンド部は、斜辺部からなり、The insertion side coil end portion is composed of a hypotenuse portion,
前記被挿入側コイルエンド部は、直線部と斜辺部からなり、The insertion side coil end part is composed of a straight line part and a hypotenuse part,
被挿入側コイルエンド斜辺部の軸方向長さを、挿入側コイルエンド斜辺部の軸方向長さよりも短くしたことを特徴とする回転電機の固定子。A stator for a rotating electrical machine, characterized in that the axial length of the insertion-side coil end hypotenuse is shorter than the axial length of the insertion-side coil end hypotenuse.
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